CN219737761U - 激光雷达 - Google Patents
激光雷达 Download PDFInfo
- Publication number
- CN219737761U CN219737761U CN202320841755.9U CN202320841755U CN219737761U CN 219737761 U CN219737761 U CN 219737761U CN 202320841755 U CN202320841755 U CN 202320841755U CN 219737761 U CN219737761 U CN 219737761U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- prism
- receiving
- lidar
- galvanometer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002366 time-of-flight method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
- G01S7/4813—Housing arrangements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
- G02B7/181—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
- G02B7/1815—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation with cooling or heating systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本实用新型实施例提供了一种激光雷达，涉及光学探测设备技术领域，激光发射模组采用阵列激光发射源，激光接收模组采用阵列接收传感器，结合转动轴线相互垂直的振镜和棱镜构成的二维扫描结构，通过改变振镜和棱镜的转动角度改变激光发射源发出光线的出射角度，实现激光雷达在垂直方向和水平方向的扫描，从而采集到足够密集的点云数据，满足激光雷达的垂直视场需求和水平视场需求，需要堆叠的激光发射源和接收传感器的数量更少，且发射、接收与扫描系统之间的光学匹配调试也更为简单。
Description
相关申请的交叉引用
本实用新型主张2022年11月08日提交的申请号为202211388105X，名称为激光雷达的发明申请的优先权。
技术领域
本实用新型涉及光学探测设备技术领域，尤其是涉及一种激光雷达。
背景技术
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。由于激光具有单色性好、亮度高、方向性强等特点，使激光雷达得到越来越多的关注，也被广泛用于自动驾驶汽车；而为了更全面获得路况信息，在自动驾驶汽车使用场景中，需要激光雷达输出的点云数据足够密集。
目前，现有技术中是通过在一个方向上堆叠较多数量的发射源和接收器，例如两者的数量均为一百以上，从而增加该方向上的数据量，再配合一维扫描部件对外部进行扫描。
然而，如果需要获得更多的点云密度，需要继续堆叠发射源和接收器，对元器件的要求高且发射、接收与扫描之间的光学匹配调试更为复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种激光雷达，在采集到足够密集的点云数据的同时，发射、接收及扫描结构之间的光学匹配调试更为简单。
第一方面，本实用新型提供了一种激光雷达，包括壳体以及设置于所述壳体内的激光发射模组、激光接收模组、振镜和棱镜；
所述壳体设置有透光部；
所述激光发射模组包括用于发射光线的多个激光发射源；
所述激光接收模组包括多个接收传感器；
所述棱镜和所述振镜均相对于所述壳体能够转动，其中，所述棱镜的转动轴线和所述振镜的转动轴线垂直；
所述振镜和所述棱镜用于将所述激光发射源发出的光线反射后从所述透光部出射，并用于将出射后光线经外界物体反射形成的回波信号反射至所述接收传感器。
在可选的实施方式中，多个所述激光发射源排布为至少一列，其中，全部所述激光发射源发出的光线经光学整形元件整形为一道激光光束后射向所述振镜。
在可选的实施方式中，全部所述激光发射源发出的光线经光学整形元件整形为一道激光光束，所述激光光束为线光束或者矩形光束。
在可选的实施方式中，全部所述激光发射源同时发射光线。
在可选的实施方式中，全部所述接收传感器排成一列，每列的所述接收传感器组包括用于接收所述回波信号的多个接收传感器单元，每列所述接收传感器组中的全部所述接收传感器依次排列。
在可选的实施方式中，全部所述接收传感器排成至少两列，每列所述接收传感器为一个接收传感器组，沿着每个所述接收传感器组中所述接收传感器的排列方向，相邻两个所述接收传感器组中的所述接收传感器依次交错设置。
在可选的实施方式中，全部所述接收传感器同时工作。
在可选的实施方式中，所述激光接收模组的光路上设置有接收透镜，所述接收透镜用于将经过所述棱镜和所述振镜反射后的所述回波信号汇聚至所述接收传感器。
在可选的实施方式中，全部所述激光发射源排成至少一列，全部所述接收传感器排成至少一列，每列所述激光发射源以及每列所述接收传感器的排列方向均平行于所述棱镜的转动轴线。
在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括第一反射镜，所述第一反射镜设置于所述壳体内，所述第一反射镜用于将所述激光发射器发出的光线反射至所述振镜。
在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括第二反射镜，所述第二反射镜用于将经过所述棱镜和所述振镜反射后的所述回波信号反射至所述激光接收模组。
在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括位于所述壳体内的振镜马达，所述振镜马达的定子相对于所述壳体固定，所述振镜连接在所述振镜马达的转子上。
在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括位于所述壳体内的棱镜马达，所述棱镜马达的定子相对于所述壳体固定，所述棱镜连接在所述棱镜马达的转子上。
在可选的实施方式中，所述棱镜为中空构造，所述棱镜马达的转子位于所述棱镜的内部。
在可选的实施方式中，所述壳体包括底壁以及夹角连接在底壁上的侧壁，所述激光接收模组、所述振镜和所述棱镜设置于所述底壁上，所述振镜的转动轴线平行于所述底壁，所述棱镜的转动轴线垂直于所述底壁，所述侧壁设置有所述透光部。
本实用新型实施例的有益效果包括：
激光发射模组采用阵列激光发射源，激光接收模组采用阵列接收传感器，通过转动轴线相互垂直的振镜和棱镜构成的二维扫描结构，改变振镜和棱镜的转动角度，可改变激光发射源发出光线的出射角度，实现激光雷达在垂直方向和水平方向的扫描，从而采集到足够密集的点云数据，满足激光雷达的垂直视场需求和水平视场需求，需要堆叠的激光发射源和接收传感器的数量更少，且发射、接收及扫描结构之间的光学匹配调试也更为简单。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
图1为本实用新型一个实施例激光雷达的局部分解示意图；
图2为图1中棱镜、棱镜马达和安装件的分解示意图；
图3为图1中棱镜、散热件和收发模块的俯视图；
图4为图3中散热件的立体示意图；
图5为本实用新型另一个实施例中散热件的立体示意图。
图标：10-壳体；11-底壳；110-窗口；111-底壁；112-侧壁；13-上盖；15-窗口镜；20-收发模块；21-激光发射模组；23-激光接收模组；30-第一反射镜；31-第二反射镜；40-棱镜；41-棱镜马达；43-安装件；50-振镜；51-振镜马达；53-安装架；60-散热件；61-第一曲面；63-翅条；630-第二曲面；A-预设方向。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参考图1，本实用新型实施例提供了一种激光雷达，该激光雷达包括壳体10、收发模块20、棱镜40、振镜50、第一反射镜30和第二反射镜31等零部件。
壳体10呈中空构造，从而可以在其内部设置收发模块20、棱镜40、振镜50、第一反射镜30和第二反射镜31等零部件。
壳体10的形状可以是长方体形，正方形等，其具体形状在本实施例中不做具体限定，也就是说，壳体10的形状可以是任意的，只需要能够满足收发模块20、棱镜40、振镜50、第一反射镜30和第二反射镜31等零部件的放置即可，壳体10的材料可以是选用高强度防腐蚀材料，例如含铜压铸铝合金材质制成，以适应室外较恶劣环境，也可以是常用的金属材料。
为了进光和出光，因此壳体10还设置有一透光部，该透光部可以是透明材质制成的窗口镜15，相应壳体10的一侧设置有窗口110来用于安装该窗口镜15，由此光线可以通过该窗口镜15进入或射出壳体10之外。
壳体10主要包括底壳11和上盖13两部分，底壳11大致呈顶部开口状的长方体形，其包括底壁111以及呈夹角状连接在底壁111上的侧壁112，底壁111用于供收发模块20、棱镜40、振镜50、第一反射镜30和第二反射镜31等部件设置，由此在将收发模块20、棱镜40、振镜50、第一反射镜30和第二反射镜31等零部件安装在底壳11内之后，将上盖13盖设在底壳11的顶部，也即，将上盖13可拆卸盖设在侧壁112远离底壁111的一侧，以将底壳11的顶部开口封闭。底壳11的侧壁112上设有窗口110以用于安装窗口镜15。
收发模块20主要用于发射以及接收激光光束，其包括激光发射模组21和激光接收模组23。
激光发射模组21，该激光发射模组21具有用于发射光线的多个激光发射源，例如2、4、6或8等数量的激光发射源，又或者为4、8、16或32等数量的激光发射源，激光发射源具体数量可以根据实际需求进行选择设置，全部激光发射源沿着垂直于壳体10底壁111的方向(下称垂直方向)排成至少一列。
激光发射源具体可采用边发射激光器(Edge-Emitting Laser，EEL)作为光源，边发射激光器是一种激光发射方向平行于晶圆表面的半导体激光器。从而形成垂直方向上的线阵发射光源。
激光发射模组21全部激光发射源能够同时发射光线，这些发射的光线经过光学整形元件准直和匀光后汇聚一道激光光束后输出，该激光光束可以是线光束或者矩形光束等，以此输出能量更高且更为集中的光线，减少光线在外接环境中的光能量损失。其中，光学整形元件包括点不限于球透镜、柱透镜、微透镜阵列和/或衍射光学元件(DiffractiveOptical Elements,DOE)来实现准直和匀光。
此外，激光发射源还可以是垂直腔面激光发射器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser，VCSEL)，激光束呈圆形对称，并相应设置透镜组作为光学整形元件实现整形为线光束出射。
激光接收模组23具有多个接收传感器，例如8、16、32、64或128等数量，接收传感器的具体数量可以根据实际需求进行选择设置。接收传感器主要用于接收激光发射源发出的光线照射至外界物体后反射形成的回波信号。其中，全部的接收传感器可以排成至少一列，每列接收传感器沿着垂直方向排列。每列接收传感器为一个接收传感器组。当存在至少两个接收传感器组的情况下，沿着垂直方向，相邻的两个接收传感器组中的接收传感器位置依次交错设置，即相邻两列接收传感器在平行于壳体10底壁111的水平方向上的位置不重叠。
其中，每个接收传感器可以采用硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)阵列传感器。全部接收传感器能够同时工作，以尽量保证经过棱镜40和振镜50反射的回波信号全部被接收。
此外，接收传感器还可以是雪崩二极管(avalanche photo diode，APD)或者单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)等。
第一反射镜30主要用于将激光发射模组21发射的激光光束反射至振镜50，由此振镜50再将激光光束反射至棱镜40，最终激光光束经棱镜40反射后从窗口镜15射出进入到外部环境，当出射的激光光束照射到外部环境中的物体时就会反射形成回波信号(激光)，回波信号通过窗口镜15入射，依次经棱镜40和振镜50反射至第二反射镜31，再由第二反射镜31将回波信号反射至激光接收模组23，以实现回波信号的接收，之后通过出射激光和回波信号之间的时间差，基于飞行时间法计算外部环境物体与激光雷达之间的距离。
激光接收模组23的光路上设置有接收透镜或者透镜组，从而将回波信号汇聚至激光接收传感器，实现回波信号的汇聚和探测。
振镜50和棱镜40在壳体10内均能够转动，由此改变激光的传输路径和方向，其中，棱镜40的转动轴线与激光发射模组21以及激光接收模组23的光轴均垂直，振镜50的转动轴线与棱镜40的转动轴线垂直，以此通过棱镜40的转动和振镜50的转动来实现激光雷达的垂直视场与水平视场需求。
具体来说，振镜50的转动轴线平行于壳体10底壁111，该振镜50具体为循环往复的朝两个相反的方向不断转动以达到锯齿波往复摆动，从而使得激光光束的出射角度在垂直方向发生变化，以实现垂直方向的扫描，以满足激光雷达的垂直视场需求。当然，在一些实施例中，振镜50也可以是朝一个方向不断连续匀速转动，也能够满足垂直方向扫描的需求。
棱镜40的转动轴线则垂直于壳体10底壁111，从而垂直于振镜50的转动轴线，以使得激光光束的出射角度在平行于壳体10底壁111的水平方向发生变化，满足激光雷达的水平视场需求。该棱镜40的反光面的数量可以为2～8个，例如图2中所示的四个，这几个反光面依次首尾连接，且相邻两个反光面之间圆角过渡，从而保证反射激光的连续性，其中，该棱镜40为朝着一个方向不断连续匀速转动。
这样一来，本实用新型中激光发射模组采用阵列激光发射源，激光接收模组采用阵列接收传感器，通过转动轴线相互垂直的振镜50和棱镜40构成的二维扫描结构，改变振镜50和棱镜40的转动角度，即可改变激光发射源发出光线的出射角度，实现激光雷达在垂直方向和水平方向的扫描，从而采集到足够密集的点云数据，满足激光雷达的垂直视场需求和水平视场需求，需要堆叠的激光发射源和接收传感器的数量更少，且发射、接收与扫描结构之间的光学匹配调试也更为简单。
以激光发射模组21有在垂直方向上排成一列的4个激光发射源，激光接收模组23有垂直方向上排成一列的16个接收传感器为例，结合振镜50和棱镜40能够获得例如256/512线的高密度点云数据。
棱镜40和收发模块20在预设方向A上依次设置，即棱镜40、激光发射模组21和激光接收模组23在预设方向A上依次设置，且激光发射模组21的光轴和激光接收模组23的光轴相互平行，该预设方向A同时也垂直于棱镜40的转动轴线。
激光发射模组21的出光端和激光接收模组23的入光端在预设方向A上并列，因此第一反射镜30和第二反射镜31呈相对设置，且第一反射镜30和第二反射镜31均与激光发射模组21的光轴呈45°设置，振镜50的转动轴线与激光发射模组的光轴也呈45°设置。
其中，结合图2，棱镜40的转动可以是通过棱镜马达41实现，具体而言，棱镜40的内部中空以呈现中空结构，棱镜马达41可以是外转子马达，其转子整体设置在棱镜40的内部，且相对于棱镜40固定，棱镜马达41的定子则与壳体10底壁111固定连接，这样一来，在棱镜马达41工作时，棱镜马达41即可带动棱镜40转动，此外，由于棱镜40的内部构造为中空来安装棱镜马达41的转子，因此还可以减少棱镜40的制造材料，降低成本，同时减少在壳体10内的占用空间，使得结构整体的紧凑性高。
棱镜马达41的转子转速可以为1500转/分钟，具体可以是3000转/分钟，且棱镜40电机设置有编码器，从而可以准确获取棱镜40的转动位置信息，便于控制。
在本实施例中，壳体10底壁111上固定有安装件43，该安装件43大致呈板状，以用于固定棱镜马达41的定子，其中，该安装件43可以是通过螺钉连接、焊接等方式固定在壳体10内，具体连接形式不做具体限制。
继续参考图1，振镜50的转动可以是通过振镜马达51实现，具体而言，振镜马达51可以是内转子马达，其定子通过安装架53固定在底壳11底壁111上，振镜马达51的转子则通过夹头夹持连接振镜50，由此在振镜马达51工作时即可带动振镜50转动。
需要说明的是，由于点云密度、测量精度与测量距离的要求不断提高，其发射激光器功耗越来越高，而由于雷达尺寸限制，发射模组激光器排布更加密集，导致局部热功率密度增加，此外，为了满足点云密度要求与测量精度要求，棱镜40的转速要维持在一定数值以上(例如6000r/min以上)，由于棱镜40转动时会受到空气阻力，因此会使得棱镜马达41功耗大，进一步提高了热功耗。
激光雷达的散热效果直接影响其性能和可靠性，而现有技术中针对激光雷达的散热主要还是以风冷散热为主，需要在激光雷达内部设置风扇和通风孔道，占用雷达内部的较多空间尺寸，另外风扇还会带来额外的功耗和噪声。
在本实施例中，由于壳体10为金属材料，其导热性能大大优于功耗元件，热传导快，进而可以利用热传导原理，大大提高散热效果。
此外，结合图3，在本实施例中，激光雷达还包括散热件60，散热件60对应于棱镜40设置，并与棱镜40相间隔，以减少棱镜40在转动时所推挤的空气，从而通过设置该散热件60来隔断棱镜40与壳体10内其他空间的空气流场，降低棱镜40转动时受到的空气阻力，由此能够减少棱镜马达41的功耗，从而降低发热量，此外，在棱镜40高速转动时，棱镜40和散热件60之间会形成强迫气流，以此对壳体10内的其他电子器件进行主动散热，提高了散热效果，而且不需要再单独设置风扇，提高了激光雷达内部空间的利用率。
其中，散热件60与壳体10的底壳11的底壁111和侧壁112相连，从而确保热量能够快速导出，可以理解的是，散热件60和底壳11的相连的方式在本实施例中并不进行具体限定，例如可以是胶粘连接，螺钉连接，铆接，焊接等等，只要保证散热件60和壳体10之间紧密接触，能够使热量快速传导即可。当然，散热件60还可以是直接与壳体10构造为一体，即散热件60和壳体10为一体成型的结构，从而更有利于热量的快速导出。散热件60的材质则可以与壳体10一致，均为含铜压铸铝合金材质，以具有良好的导热性。
在本实施例中，还通过将收发模块20设置壳体10内散热件60背向棱镜40的一侧，即棱镜40、散热件60和收发模块20在预设方向A上依次设置，由此该散热件60可以起到将收发模块20与棱镜40隔开，能够起到减少棱镜40转动过程中反射到收发模块20的杂散光，从而降低整机内部杂散光对测量效果与测量精度影响，提高了激光雷达的整机测试性能。
为了使散热件60更好地阻隔棱镜40反射的杂散光，因此在本实施例中，棱镜40在预设平面上的正投影始终位于散热件60在预设平面上的正投影的外边界之内，其中，预设平面垂直于预设方向A，换句话说，即散热件60朝向棱镜40的一面的外边界能够完全罩覆棱镜40。
在现有技术中，针对激光雷达内收模块区域性热集中以及某点位热密度过高的问题，虽现有技术中有采用TEC(半导体制冷器)方案进行散热来解决，但是该方案存在成本高、可靠性差等问题，另外TEC的引入相当于增加额外发热器件。而在被动散热中，一般为收发模块20通过导热胶将热量传到电路板固定结构件，然后再传递到外壳，此方案中结构件与外壳连接存在间隙，导热胶导热效果差，散热路径长，散热效果差。
为了改善上述缺陷，因此在本实施例中，将散热件60背向棱镜40的一面设置为与收发模块20紧贴。从而使得收发模块20产生的热量能够直接传导至散热件60，再由壳体10导出，因此，通过收发模块20与散热件60直接接触，缩短传热路径，提高热交换率热量能够快速高效传递，再有棱镜40转动时产生的强迫气流快速将热量带走，由此缓解了收发模块20热功耗高，局部热密度过高问题，同时也了简化整机组装工艺难度，降低生产成本。
其中，散热件60背向棱镜40的一面与收发模块20可以是直接贴合，也可以是通过导热片贴合，例如该导热片可以是铟片，其塑性强，延展性好，其导热系数为导热胶或导热硅脂的数十倍以上，从而能够提高导热速率，使得热量高效传递。
还需要说明的是，收发模块20中激光发射模组21和激光接收模组23的其中一者与散热件60背向棱镜40的一面贴合即可，例如图1和图3所示，棱镜40、散热件60、激光发射模组21和激光接收模组23在预设方向A依次设置，即激光发射模组21相对于激光接收模组23靠近棱镜40，且散热件60背向棱镜40的一面与激光发射模组21紧贴，这样一来，由于激光发射模组21的热功耗较激光接收模组23的热功耗较高的特点，将热功耗较高激光发射模组21与散热件60紧贴，从而达到更好的散热效果。
当然，在一些实施例中，也可以是激光接收模组23与散热件60紧贴。
还可以理解的是，在一些实施例中，散热件60也可以是与收发模块20相间隔设置，从而仅起到降低棱镜40风阻和降低棱镜马达41的热功耗的作用。
结合图4，在一个实施例中，散热件60朝向棱镜40的一面具有凹陷的第一曲面61，第一曲面61的曲率中心位于第一曲面61靠近棱镜40的一侧，由此使得棱镜40转动时，其棱边与散热件60之间的距离尽可能保持相同，使得棱镜40推挤的空气量尽量保持均匀，以减小空气阻力，利于空气流动，降低棱镜马达41的热功耗以及提高散热效果。
由于棱镜40转动时的扫掠空间一般呈圆柱形，因此在本实施例中，将第二曲面630设置为圆柱形弧面，且第一曲面61的中心轴线与棱镜40的转动轴线重合，从而使得该第一曲面61与棱镜40转动时的扫掠空间同心，使得棱镜40在转动时推挤的空气量保持均匀，减小空气阻力，降低棱镜马达41的热功耗以及提高散热效果。
结合图5，在另一个实施例中，散热件60朝向棱镜40的一面设有多个翅条63，各翅条63沿着棱镜40的转动轴线的方向依次间隔排布。
翅条63的设置可提高散热件60与空气的接触面积，从而增大导热面积，以便更好地传导热量，提高散热效率。在此，该翅条63的截面可具有任意形状，本实施例中并不进行限制，例如三角形截面、梯形截面、半圆形截面、半椭圆形截面等。
其中，每个翅条63朝向棱镜40的一面具有凹陷的第二曲面630，该第二曲面630所起到的作用与第一曲面61的类似，也是为了使棱镜40推挤的空气量尽量保持均匀，因此第二曲面630的曲率中心位于第二曲面630靠近棱镜40的一侧。
更为具体的，为了适配棱镜40转动时的圆柱形扫掠空间，因此在本实施例中，第二曲面630为圆柱形弧面，且第二曲面630的中心轴线与棱镜40的转动轴线重合。
需要说明的是，在本实施例中，还对激光发射模组21、激光接收模组23，棱镜马达41等零件采用微弧氧化、喷漆、喷砂处理。
综上，本实用新型实施例提供的激光雷达，通过转动轴线相互垂直的振镜50和棱镜40构成的二维扫描结构，只需要通过改变振镜50和棱镜40的转动角度即可改变激光光束的出射角度，实现激光雷达在垂直方向和水平方向的扫描，从而采集到足够密集的点云数据，满足激光雷达的垂直视场需求和水平视场需求，结构更为简单，需要元器件的数量更少，对元器件的要求更低，且发射与接收之间的光学匹配调试也更为简单。
此外，通过设置散热件60来隔断棱镜40与壳体10内其他空间的空气流场，降低棱镜40转动时受到的空气阻力，由此能够减少棱镜马达41的功耗，从而降低发热量，此外，在棱镜40高速转动时，棱镜40和散热件60之间会形成强迫气流，以此对壳体10内的其他电子器件进行主动散热，提高了散热效果，而且不需要再单独设置风扇，提高了激光雷达内部空间的利用率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (15)
1.一种激光雷达，其特征在于，包括壳体以及设置于所述壳体内的激光发射模组、激光接收模组、振镜和棱镜；
所述壳体设置有透光部；
所述激光发射模组包括用于发射光线的多个激光发射源；
所述激光接收模组包括多个接收传感器；
所述棱镜和所述振镜均相对于所述壳体能够转动，其中，所述棱镜的转动轴线和所述振镜的转动轴线垂直；
所述振镜和所述棱镜用于将所述激光发射源发出的光线反射后从所述透光部出射，并用于将出射后光线经外界物体反射形成的回波信号反射至所述接收传感器。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，多个所述激光发射源排布为至少一列，其中，全部所述激光发射源发出的光线经光学整形元件整形为一道激光光束。
3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，全部所述激光发射源发出的光线经光学整形元件整形为一道激光光束，所述激光光束为线光束或者矩形光束。
4.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，全部所述激光发射源同时发射光线。
5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，全部所述接收传感器排成一列。
6.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，全部所述接收传感器排成至少两列，每列所述接收传感器为一个接收传感器组，沿着每个所述接收传感器组中所述接收传感器的排列方向，相邻两个所述接收传感器组中的所述接收传感器依次交错设置。
7.根据权利要求1、5或6所述的激光雷达，其特征在于，全部所述接收传感器同时工作。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光接收模组的光路上设置有接收透镜，所述接收透镜用于将所述回波信号汇聚至所述接收传感器。
9.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，全部所述激光发射源排成至少一列，全部所述接收传感器排成至少一列，每列所述激光发射源以及每列所述接收传感器的排列方向均平行于所述棱镜的转动轴线。
10.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括第一反射镜，所述第一反射镜设置于所述壳体内，所述第一反射镜用于将所述激光发射源发出的光线反射至所述振镜。
11.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括第二反射镜，所述第二反射镜用于将经过所述棱镜和所述振镜反射后的所述回波信号反射至所述激光接收模组。
12.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括位于所述壳体内的振镜马达，所述振镜马达的定子相对于所述壳体固定，所述振镜连接在所述振镜马达的转子上。
13.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括位于所述壳体内的棱镜马达，所述棱镜马达的定子相对于所述壳体固定，所述棱镜连接在所述棱镜马达的转子上。
14.根据权利要求13所述的激光雷达，其特征在于，所述棱镜为中空构造，所述棱镜马达的转子位于所述棱镜的内部。
15.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述壳体包括底壁以及夹角连接在底壁上的侧壁，所述激光接收模组、所述振镜和所述棱镜设置于所述底壁上，所述振镜的转动轴线平行于所述底壁，所述棱镜的转动轴线垂直于所述底壁，所述侧壁设置有所述透光部。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211388105X | 2022-11-08 | ||
| CN202211388105.XA CN115598619A (zh) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 激光雷达 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219737761U true CN219737761U (zh) | 2023-09-22 |
Family
ID=84852340
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211388105.XA Pending CN115598619A (zh) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 激光雷达 |
| CN202310403510.2A Pending CN118011360A (zh) | 2022-11-08 | 2023-04-14 | 激光雷达 |
| CN202320841755.9U Active CN219737761U (zh) | 2022-11-08 | 2023-04-14 | 激光雷达 |
Family Applications Before (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211388105.XA Pending CN115598619A (zh) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 激光雷达 |
| CN202310403510.2A Pending CN118011360A (zh) | 2022-11-08 | 2023-04-14 | 激光雷达 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (3) | CN115598619A (zh) |
| WO (1) | WO2024098771A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115598619A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-01-13 | 北醒（北京）光子科技有限公司（Cn） | 激光雷达 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11125787A (ja) * | 1997-08-21 | 1999-05-11 | Hewlett Packard Co <Hp> | 光ビーム走査装置 |
| CN211426799U (zh) * | 2019-09-21 | 2020-09-04 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 一种二维扫描激光雷达装置及电子设备 |
| CN110736973A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-31 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 激光雷达的散热装置和激光雷达 |
| CN111157975A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-05-15 | 深圳市镭神智能系统有限公司 | 一种多线激光雷达及自移动车辆 |
| WO2022016380A1 (zh) * | 2020-07-21 | 2022-01-27 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达及自动驾驶设备 |
| CN114594446A (zh) * | 2020-12-04 | 2022-06-07 | 上海禾赛科技有限公司 | 激光雷达及其散热装置 |
| CN113567956B (zh) * | 2021-04-09 | 2023-01-13 | 华为技术有限公司 | 一种探测装置及其控制方法 |
| CN217305525U (zh) * | 2022-01-11 | 2022-08-26 | 森思泰克河北科技有限公司 | 激光雷达散热结构及激光雷达 |
| CN114089311B (zh) * | 2022-01-19 | 2022-05-17 | 探维科技(北京)有限公司 | 一种激光雷达系统 |
| CN115598619A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-01-13 | 北醒（北京）光子科技有限公司（Cn） | 激光雷达 |
-
2022
- 2022-11-08 CN CN202211388105.XA patent/CN115598619A/zh active Pending
-
2023
- 2023-04-14 CN CN202310403510.2A patent/CN118011360A/zh active Pending
- 2023-04-14 CN CN202320841755.9U patent/CN219737761U/zh active Active
- 2023-06-26 WO PCT/CN2023/102395 patent/WO2024098771A1/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024098771A1 (zh) | 2024-05-16 |
| CN118011360A (zh) | 2024-05-10 |
| CN115598619A (zh) | 2023-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108445467B (zh) | 一种扫描激光雷达系统 | |
| CN108318874B (zh) | 一种面阵激光雷达及移动平台 | |
| CN110161512B (zh) | 多线激光雷达 | |
| EP3958012A1 (en) | Prism and multi-beam lidar system | |
| CN108872965B (zh) | 一种激光雷达 | |
| CN219737761U (zh) | 激光雷达 | |
| CN108508431A (zh) | 一种激光发射系统 | |
| US20210281040A1 (en) | Laser diode packaging module, distance detection device, and electronic device | |
| CN111328376A (zh) | 扫描模组、测距装置、测距组件、距离探测设备及移动平台 | |
| CN109581323B (zh) | 一种微机电激光雷达系统 | |
| CN216209860U (zh) | 测距模组、激光雷达及可移动平台 | |
| CN211402711U (zh) | 一种激光雷达 | |
| CN210376672U (zh) | 多线激光雷达 | |
| US10969473B2 (en) | Infrared range-measurement device and TIR lens | |
| CN110596675A (zh) | 一种激光发射装置及激光雷达系统 | |
| EP4184200A1 (en) | Lidar transmitting apparatus, lidar apparatus and an electronic device | |
| CN210894701U (zh) | 一种激光雷达 | |
| CN114047497A (zh) | 雷达总系统、激光雷达系统及激光雷达发射模块 | |
| CN212872881U (zh) | 一种激光雷达发射装置及激光雷达 | |
| CN211206787U (zh) | 测距组件及移动平台 | |
| CN115053149A (zh) | 激光雷达及具有激光雷达的设备 | |
| CN220491038U (zh) | 一种多点激光测距装置 | |
| WO2023028970A1 (zh) | 测距模组、激光雷达及可移动平台 | |
| CN215932128U (zh) | 测距装置和具有该测距装置的可移动平台 | |
| CN211718524U (zh) | 一种可拆卸探测装置及移动平台 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |