CN219302652U - 激光发射装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光雷达领域，尤其涉及一种激光发射装置及激光雷达，该激光发射装置包括激光光源以及分光单元。激光光源用于发射激光光束。分光单元包括反射层和设置于反射层上的至少一层反射透射层，分光单元与激光光束的出射方向呈锐角，且反射层背离激光光源设置。该激光发射装置由激光光源发射的激光光束倾斜入射到分光单元后，进入分光单元的光束在反射透射层上发生透射和反射，最后在反射层上发生反射，由此，通过分光单元可将入射的激光光束反射为多束使用，从而能够节约激光光源的数量，简化光发射装置的结构，降低激光雷达的成本。

Description

激光发射装置及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光发射装置及激光雷达。

背景技术

激光雷达的工作原理为激光发射装置向探测目标发射出激光光束，光束遇到探测目标后经过漫反射返回至激光接收装置，接收信号被信号处理单元处理后得到被测物的距离、高度、形态等信息。激光具有单色性好、方向性强、亮度高的优点，且工作频率比微波高很多，因此激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率。

激光雷达包括激光发射装置、激光接收装置、扫描系统和信息处理系统，激光的线束增加可以感知更多信息，具有较高的分辨率。传统的多线激光雷达中每一线都对应一路激光器来发射激光光束，如此设计，会导致激光发射装置的结构复杂、成本提高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种激光发射装置及激光雷达，用于解决传统的多线激光雷达中每一线都对应一路激光器来发射激光光束，导致激光发射装置的结构复杂、成本提高的技术问题。

为此，根据本实用新型的一个方面，提供了一种激光发射装置，包括：

激光光源，用于发射激光光束；以及

分光单元，包括反射层和设置于所述反射层上的至少一层反射透射层，所述分光单元与所述激光光束的出射方向呈锐角，且所述反射层背离所述激光光源设置。

可选地，所述反射层与所述至少一层反射透射层为一体式结构。

可选地，所述至少一层反射透射层镀设于所述反射层朝向所述激光光源的一面。

可选地，所述激光光源包括至少一个激光器。

可选地，所述激光器包括边发射激光器、垂直腔面发射激光器或光纤激光器。

可选地，所述反射透射层包括半透半反膜，所述反射层包括高反膜。

可选地，所述激光发射装置还包括：

准直单元，设置于所述激光光源与所述分光单元之间，用于将所述激光光束的发散角减小并出射至所述分光单元。

可选地，所述准直单元包括准直透镜或光纤。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种激光雷达，包括：

如上所述的激光发射装置；以及

激光接收装置，包括多个探测器，各所述探测器分别用于接收相应的所述激光光束经待测目标反射的回波光束。

可选地，所述激光雷达还包括：

底座；以及

旋转平台，转动设置于所述底座上，所述激光发射装置和所述激光接收装置均安装于所述旋转平台上。

本实用新型提供的激光发射装置及激光雷达的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型的激光发射装置由激光光源发射的激光光束倾斜入射到分光单元后，进入分光单元的光束在反射透射层上发生透射和反射，最后在反射层上发生反射，由此，通过分光单元可将入射的激光光束反射为多束使用，从而能够节约激光光源的数量，简化激光发射装置的结构，降低激光雷达的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1是本实用新型一实施例示出的激光发射装置的结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例示出的激光发射装置的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例示出的激光雷达的结构示意图。

主要元件符号说明：

10、激光发射装置；

20、激光接收装置；

30、底座；

40、旋转平台；

100、激光光源；110、激光器；

200、分光单元；210、反射层；220、反射透射层；

300、准直单元；

A、第一激光光束；

B、第二激光光束。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

正如背景技术中所记载的，传统的多线激光雷达中每一线都对应一路激光器来发射激光光束，如此设计，会导致激光发射装置的结构复杂、成本提高。

为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型的实施例提供了一种激光发射装置，如图1和图2所示，该激光发射装置10包括激光光源100以及分光单元200。激光光源100用于发射激光光束。分光单元200包括反射层210和设置于反射层210上的至少一层反射透射层220，分光单元200与激光光束的出射方向呈锐角，且反射层210背离激光光源100设置。

在本实用新型实施例中，该激光发射装置10由激光光源100发射的激光光束倾斜入射到分光单元200后，进入分光单元200的光束在反射透射层220上发生透射和反射，最后在反射层210上发生反射，由此，通过分光单元200可将入射的激光光束反射为多束使用，从而能够节约激光光源100的数量，简化激光发射装置10的结构，降低激光雷达的成本。

为便于区分从激光光源100射出的激光光束和经分光单元200出射的光束，将激光光源100射出的激光光束称为第一激光光束并在图中以A示出，将经分光单元200出射的光束称为第二激光光束并在图中以B示出。

可以理解的是，分光单元200与第一激光光束A的出射方向呈锐角(图中以α示出)，使得入射到反射透射层220和反射层210上的光束被反射至不同于第一激光光束A的出射方向，优选地，分光单元200与激光光束的出射方向的夹角α为40°-50°，在本实施例中，α为45°，由此设计，使得被反射透射层220和反射层210反射的第二激光光束B的方向与激光光源100出射的第一激光光束A的方向垂直，当然，在其他实施例中，α也可根据需要选取其他角度，在此不做限定。

在一种实施例中，如图1和图2所示，反射层210与至少一层反射透射层220为一体式结构。

由此设计，使得整个分光单元200呈一个多层结构的整体，便于在激光发射装置10中的安装和布置。

在一种具体的实施例中，至少一层反射透射层220镀设于反射层210朝向激光光源100的一面。

通过镀膜工艺将反射透射层220设置在反射层210上形成分光单元200，制作简单。

可以理解的是，当反射透射层220有多层时，可在反射层210上重复镀膜形成。通过改变反射透射层220的膜层厚度、介质的折射率等来控制每层反射透射层220的反射和透射的光通量。实际应用时，可根据需要，调节反射透射层220的反射和透射的光通量，在此不做限定。

当然，在其他实施例中，也可将具备反射透射功能的膜层和反射膜层通过粘合形成一体式结构。

在一种实施例中，反射透射层220包括半透半反膜，反射层210包括高反膜。

其中，半透半反膜的分光比不作限制，并不限制于50％透过率和50％反射率，可根据实际应用情况调整，高反膜应具有极高反射率，最大程度减少光损耗。

在一种更加具体的实施例中，如图1所示，以激光光源100包括单一激光器110，分光单元200包括两层透过率70％、反射率30％的半透半反膜为例。激光发射装置10工作时，激光器110发出第一激光光束A射向分光单元200，30％的光被分光单元200的第一层半透半反膜反射，形成第一反射光，70％被分光单元200的第一层半透半反膜透射，形成第一透射光，第一透射光遇到分光单元200的第二层半透半反膜，第一透射光的30％发生反射形成第二反射光，第一透射光的70％发生透射，形成第二透射光，第二透射光遇到分光单元200的最后一层高反膜发生反射，形成第三反射光，第一反射光、第二反射光第三反射光为平行关系。不考虑光损耗，进入分光单元200前的第一激光光束A与第一反射光、第二反射光、第三反射光的能量比率应为1：0.3：0.21：0.49，最终将1束第一激光光束A变为3束第二激光光束B。

相较于传统的多线激光雷达中需要多个激光光源100发射激光，本实施例中只需一个激光器110发射激光，因而结构简单，成本较低。

在一种实施例中，如图2所示，激光光源100包括多个激光器110(图中示出两个)。

多个激光器110可以发射多束第一激光光束A，再经过分光单元200分束能够得到更多的第二激光光束B。

本实施例中，多个激光器110发射的第一激光光束A的传播方向相同，能够增加同一角度的激光线束。在其他实施例中，多个激光器110发射的第一激光光束A的传播方向可以不相同。当到达分光单元200上的第一激光光束A的传播方向不相同时，由不同传播方向的第一激光光束A获得的第二激光光束B的传播方向不相同，从而能够增加激光雷达的视场角和角分辨率。

在一些具体的实施例中，激光器110包括边发射激光器、垂直腔面发射激光器或光纤激光器。

其中，边发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)最常用的是InGaAs/GaAs应变量子阱脉冲激光二极管(PLD,Pulsed laser diode)，波长以905nm最为流行。

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)是一种垂直表面出光的新型激光器，其制造工艺与边发射半导体激光器相兼容，且大规模制造的成本很低。另一方面，VCSEL的生长结构更易于芯片级的二维VCSEL阵列，不仅可以提高输出功率，还为设计各种复杂结构的点阵光源提供了可能。

在一种实施例中，如图1和图2所示，激光发射装置10还包括准直单元300，准直单元300设置于激光光源100与分光单元200之间，用于将激光光束的发散角减小并出射至分光单元200。

激光光源100发出的第一激光光束A经过准直单元300得到近平行光束，然后射向分光单元200。通过准直单元300能够减小第一激光光束A的发散角，从而能够对第一激光光束A的传播方向进行精确控制，进而增加激光雷达的检测精度。

可以理解的是，当激光光源100包括多个激光器110时，准直单元300的个数相应地也为多个，多个准直单元300分别与多个激光器110对应，多个准直单元300分别用于使多个激光器110发射的第一激光光束A传播相同距离时的光斑直径增加、发散角减小。

在一种具体实施例中，准直单元300包括准直透镜或光纤。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型的实施例还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括上述任一实施例中的激光发射装置10以及激光接收装置20。激光接收装置20包括多个探测器(图中未示出)，各探测器分别用于接收相应的激光光束经待测目标反射的回波光束。

由于该激光雷达采用了上述实施例中的激光发射装置10，通过激光发射装置10中的分光单元200可将激光光源100出射的第一激光光束A反射为多束第二激光光束B使用，从而能够节约激光光源100的数量，简化激光发射装置10的结构，降低激光雷达的成本。

该激光雷达还包括分析装置(图中未示出)，该激光雷达在使用过程中，激光发射装置10的激光光源100发射第一激光光束A，第一激光光束A经过分光单元200分为多束第二激光光束B，第二激光光束B到达待测目标后，待测目标反射出回波光束，通过激光接收装置20的多个探测器接收与之对应的回波光束，并将光信号转化为电信号。分析装置用于对电信号进行分析从而获取待测目标的位置。

其中，探测器可以是PIN光电二极管(Positive-intrinsic-negative diode，PINdiode)、雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)、单光子雪崩二极管(SinglePhoton Avalanche Diode，SPAD)、多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter，MPPC)、硅光电倍增管(Silicon photo multiplier，SiPM)等的一种或多种组合。

本实施例中，探测器的个数与第二激光光束B的个数相同。当然，在其他实施例中，探测器的个数也可与第二激光光束B的个数不相同。

在一种实施例中，如图3所示，激光雷达还包括底座30以及旋转平台40。旋转平台40转动设置于底座30上，激光发射装置10和激光接收装置20均安装于旋转平台40上。

底座30用于对外(如汽车、机器人等)固定，通过如上设计，激光发射装置10和激光接收装置20能够同旋转平台40相对于底座30转动，进而可实现360°的探测，提高探测范围。

综上，实施本实施例提供的激光发射装置10及激光雷达，至少具有以下有益技术效果：

该激光发射装置10由激光光源100发射的激光光束倾斜入射到分光单元200后，进入分光单元200的光束在反射透射层220上发生透射和反射，最后在反射层210上发生反射，由此，通过分光单元200可将入射的激光光束反射为多束使用，从而能够节约激光光源100的数量，简化激光发射装置10的结构，降低激光雷达的成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光发射装置，其特征在于，包括：

激光光源，用于发射激光光束；以及

分光单元，包括反射层和设置于所述反射层上的至少一层反射透射层，所述分光单元与所述激光光束的出射方向呈锐角，且所述反射层背离所述激光光源设置。

2.根据权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，所述反射层与所述至少一层反射透射层为一体式结构。

3.根据权利要求2所述的激光发射装置，其特征在于，所述至少一层反射透射层镀设于所述反射层朝向所述激光光源的一面。

4.根据权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，所述激光光源包括至少一个激光器。

5.根据权利要求4所述的激光发射装置，其特征在于，所述激光器包括边发射激光器、垂直腔面发射激光器或光纤激光器。

6.根据权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，所述反射透射层包括半透半反膜，所述反射层包括高反膜。

7.根据权利要求1-6任一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述激光发射装置还包括：

准直单元，设置于所述激光光源与所述分光单元之间，用于将所述激光光束的发散角减小并出射至所述分光单元。

8.根据权利要求7所述的激光发射装置，其特征在于，所述准直单元包括准直透镜或光纤。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的激光发射装置；以及

激光接收装置，包括多个探测器，各所述探测器分别用于接收相应的所述激光光束经待测目标反射的回波光束。

10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：

底座；以及

旋转平台，转动设置于所述底座上，所述激光发射装置和所述激光接收装置均安装于所述旋转平台上。

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