CN219871762U - 同轴激光雷达和终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同轴激光雷达和终端设备。本实用新型实施方式的同轴激光雷达包括视窗和收发同轴模块，视窗包括多个子视窗，收发同轴模块的数量为多个且与子视窗一一对应，每个子视窗包括朝向对应的收发同轴模块的出光面，出光面与对应的收发同轴模块的接收平面平行，至少两个出光面形成夹角；收发同轴模块包括发射器、接收器和光学元件，发射器用于发出探测光，光学元件用于将探测光引导至目标对象，光学元件还用于将目标对象反射的回波光引导至接收器。光束虽然会在出光面和接收平面之间反射，但由于夹角的存在，反射后的光束不会进入其他收发同轴模块，从而避免在点云数据中同一目标对象出现在两处不同的区域。

Description

同轴激光雷达和终端设备

技术领域

本实用新型涉及同轴激光雷达技术领域，尤其涉及一种同轴激光雷达和终端设备。

背景技术

激光雷达包括发射模块和接收模块，发射模块发射的光束经目标对象反射后由接收模块接收并形成点云数据。在同轴激光雷达中，发射模块和接收模块公用同一部分光学路径，形成一个收发同轴模块。当光线进入视窗后，部分光线在收发同轴模块和视窗表面间反射，这会导致本应由特定接收模块接收的光线被其他接收模块接收，从而导致在点云数据中同一目标对象出现在两处不同的区域。

实用新型内容

本实用新型提供一种同轴激光雷达和终端设备。

本实用新型实施方式的同轴激光雷达包括视窗和收发同轴模块，所述视窗包括多个子视窗，所述收发同轴模块的数量为多个且与所述子视窗一一对应，每个所述子视窗包括朝向对应的所述收发同轴模块的出光面，所述出光面与对应的所述收发同轴模块的接收平面平行，至少两个所述出光面形成夹角；

所述收发同轴模块包括发射器、接收器和光学元件，所述发射器用于发出探测光，所述光学元件用于将所述探测光引导至目标对象，所述光学元件还用于将所述目标对象反射的回波光引导至所述接收器。

本实用新型实施方式的同轴激光雷达中，不同的出光面之间形成夹角，这使得与出光面平行的接收平面所接收的光束之间具有夹角。光束虽然会在出光面和接收平面之间反射，但由于夹角的存在，反射后的光束不会进入其他收发同轴模块，或者反射后的光束进入其他收发同轴模块的强度很弱，从而避免在点云数据中同一目标对象出现在两处不同的区域。

在某些实施方式中，所述发射器与所述光学元件之间设置有透镜组；和/或，

所述接收器与所述光学元件之间设置有透镜组；和/或，

所述光学元件与所述目标对象之间设置有透镜组。

在某些实施方式中，任意两个所述出光面形成夹角。

在某些实施方式中，所述子视窗包括依次排布的第一窗、第二窗和第三窗，所述第一窗的出光面和所述第三窗的出光面分别与所述第二窗的出光面均形成夹角。

在某些实施方式中，所述第一窗的出光面与所述第二窗的出光面形成的夹角为第一夹角，所述第三窗的出光面与所述第二窗的出光面形成的夹角为第二夹角，所述第二夹角与所述第一夹角相等。

在某些实施方式中，所述第一窗和所述第三窗关于所述第二窗的中心对称布置。

在某些实施方式中，所述视窗包括框架和透光片，所述透光片嵌设在所述框架内，所述透光片形成有所述子视窗。

在某些实施方式中，所述多个子视窗为一体成型结构。

在某些实施方式中，所述多个子视窗为分体结构，所述多个子视窗首尾连接。

本实用新型实施方式的终端设备，其特征在于，包括主体和以上任一实施方式所述的同轴激光雷达，所述同轴激光雷达设置在所述主体上。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施方式的同轴激光雷达的结构示意图；

图2是图1的同轴激光雷达的结构示意图的主视图；

图3是本实用新型实施方式的视窗的结构示意图；

图4是本实用新型实施方式的同轴激光雷达的结构示意图；

图5是本实用新型实施方式的终端设备的平面示意图。

主要元件符号说明：同轴激光雷达1000；收发同轴模块101；视窗100；子视窗10；接收器200；光学元件102；透镜组103；出光面11；接收平面201；发射器300；第一窗12；第二窗13；第三窗14；框架20；透光片30；目标对象500；控制器600；发射透镜700；接收透镜800；终端设备2000；主体2001。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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所述特征。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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1-图3，本实用新型实施方式的同轴激光雷达1000包括视窗100和收发同轴模块101，视窗100包括多个子视窗10，收发同轴模块101的数量为多个且与子视窗10一一对应，每个子视窗10包括朝向对应的收发同轴模块101的出光面11，出光面11与对应的收发同轴模块101的接收平面201平行，至少两个出光面11形成夹角。

本实用新型实施方式的同轴激光雷达1000中，不同的出光面11之间均具有夹角，这使得与出光面11平行的接收平面201所接收的光束之间具有夹角。光束虽然会在出光面11和接收平面201之间反射，但由于夹角的存在，反射后的光束不会进入其他收发同轴模块101，或者反射后的光束进入其他收发同轴模块101的强度很弱，从而避免在点云数据中同一目标对象500(如图4所示)出现在两处不同的区域。

具体地，视窗100的形状可以呈平面形状，也可以呈球面、柱面、等其他异形面型。视窗100可以采用透明的材质制成，例如玻璃、聚碳酸酯等，以使光束可以透过视窗100。

子视窗10的数量可以是三个、四个、五个甚至更多，至少两个子视窗10位于不同的平面，或者说至少两个子视窗10不共面。出光面11可以是子视窗10的外表面，光束透过子视窗10后由出光面11射出，收发同轴模块101位于出光面11的一侧，收发同轴模块101的接收平面201可以接收由出光面11射出的光束。出光面11中的夹角为二面角中的劣角，出光面11之间形成的夹角可以是100°、110°、120°等，具体的角度可以根据需求设置。

接收平面201可以是收发同轴模块101上用于接收光束的表面，接收平面201与上述出光面11一一对应，以接收自对应的出光面11出射的光束。接收平面201与收发同轴模块101内部的电学元件耦接，以将接收到的光信号转换为电信号，从而在点云数据中形成目标对象500的图像。

在本实用新型实施方式中，不同接收平面201的接收面之间具有一定的夹角，这使得从接收平面201反射的光束不易出射至其他收发同轴模块101的接收平面201，从而避免了反射的光束对其他收发同轴模块101的干扰，进而保证点云数据的准确性。

可以理解，收发同轴模块101既可以发射光信号，也可以接受光信号。

请参阅图4，在某些实施方式中，收发同轴模块101包括发射器300、接收器200和光学元件102，发射器300用于发出探测光，光学元件102用于将探测光引导至目标对象500，光学元件102还用于将目标对象500反射的回波光引导至接收器200。

如此，回波光可以透过视窗100被接收器200接收，且不同的接收器200之间不会产生光线串扰，从而保证点云数据的准确性。

具体地，发射器300可以设置在视窗100的一侧，发射器300可以朝向子视窗10设置。发射器300包括光源，同轴激光雷达1000可以包括扫描器。光源发射用于对目标对象500进行扫描的发射光束。光源可以是激光器，例如固态激光器(诸如边缘发射激光器(EEL)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)或外腔半导体激光器(ECDL))、激光器二极管、光纤激光器。光源也可以包括LED。光源可以发射不同形式的光束，包括脉冲光(TOF)、连续光(CW)和准连续光。光源的工作波长可以是650nm至1150nm、800nm至1000nm、850nm至950nm或者1300nm至1600nm。在一个或多个实施例中，光源还可以包括与光源光学耦接的光学组件，用于对光源发出的光束进行准直或聚焦。在一个或多个实施例中，光源包括至少一个光纤激光器。由光源发出的每个发射光束可以是持续一定时间的连续光，也可以是一个或多个光脉冲。

扫描器用于使来自光源的发射光束的方向发生偏转，以对目标对象500进行扫描，实现更宽的发射视场或扫描视场。扫描器可以由任意数量的驱动器驱动的任意数量的光学镜子。例如，扫描器可以包括平面反射镜、棱镜、机械振镜、偏振光栅、光学相控阵(OPA)、微电机系统(MEMS)振镜。对于MEMS振镜，反射镜面在静电/压电/电磁驱动下在一维或二维方向上发生旋转或平移。在驱动器的驱动下，扫描器将来自光源的光束引导至视场内的各个位置，以实现对视场内目标对象500的扫描。

光束从目标对象500反射后，一部分反射光返回到同轴激光雷达1000，并由接收器200接收。接收器200接收并检测来自目标对象500的反射光的一部分并产生对应的电信号。接收器200可以包括接收单元和相关联的接收电路。每个接收电路可以用于处理相应的接收单元的输出电信号。接收单元包括各种形式的光电探测器或光电探测器一维或二维阵列，相应地，接收电路可以为一个电路或多个电路的阵列。光电探测器测量反射光的功率、相位或时间特性，并产生相应的电流输出。光电探测器可以是雪崩二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)、PN型光电二极管或PIN型光电二极管。

控制器600与光源、扫描器和接收器200中的一个或多个通信耦接。控制器600可以控制光源是否以及何时发射光束。控制器600可以控制扫描器将光束扫描至具体的位置。控制器600可以处理和分析由接收器200输出的电信号，以最终确定目标对象500的位置、速度等特征。控制器600可以包括集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、中央处理器、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它适合执行指令或实现逻辑操作的电路。由控制器600执行的指令可以被预加载到集成或单独的存储器(未示出)中。存储器可以存储用于光源、扫描器或接收器200的配置数据或命令。存储器也可以存储从接收器200输出的电信号或者基于输出电信号的分析结果。例如，存储器可以存储在校准期内检测的杂散光信号的相关信息以供后续工作期使用。存储器可以包括随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘、磁盘、闪存存储器或其它易失性或非易失性存储器等。控制器600可以包括单个或多个处理电路。在多个处理电路的情况下，各处理电路可以具有相同或不同的构造，彼此间通过电、磁、光、声、机械等方式交互或者协同操作。

光学元件102可以是半透半反镜片、偏振分光棱镜等其他收发分离光学器件，当光学元件102是半透半反镜片时，自发射器300发射的光束可以从半透半反镜片的一侧透过，并出射至目标对象500，经过目标对象500反射的光束可以被半透半反镜片的另一侧反射，并出射至光接收器200。当光学元件102是偏振分光棱镜时，自发射器300发射的光束可以从偏振分光棱镜的一侧透过，并出射至目标对象500，经过目标对象500反射的光束可以被偏振分光棱镜的另一侧反射，并出射至光接收器200，其中，反射的光束会部分透过偏振分光棱镜的另一侧，但该部分光束不会影响接收器200的接收。另外，光学元件102也可以是以上所述的扫描器。

在一个或多个实施例中，同轴激光雷达1000还可以包括外壳，外壳用于将前述部件中的一个或多个包封在其中以进行保护。在一些实施例中，外壳为不透明材料，并且外壳上可以开设透明区域或视窗100以允许发射光束或反射光束通过。在另一些实施例中，外壳自身为透明材料，由此允许发射光束或反射光束从任意位置通过。

在某些实施方式中，发射器300与光学元件102之间设置有透镜组103；和/或，接收器200与光学元件102之间设置有透镜组103；和/或，光学元件102与目标对象500之间设置有透镜组103。例如，透镜组103可以设置在发射器300与光学元件102之间，由发射器300发出的光束可以透过透镜组103，并出射至光学元件102。再例如，透镜组103可以设置在发射器300与光学元件102之间，并设置在接收器200与光学元件102之间，由发射器300发出的光束可以透过透镜组103，并出射至光学元件102，然后透过光学元件102出射，并出射至目标对象500，经过目标对象500反射后的光束被光学元件102再次反射，并出射至透镜组103，然后透过透镜组103，并出射至接收器200。

如此，透镜组103可以对发射器发射的光束进行扩束,并可以使得经过目标对象500反射后的光束汇聚至接收器200上。

具体地，透镜组103可以包括发射透镜700。发射透镜700可以用于对由光源发射并由扫描器转向的光束进行扩束。发射透镜700可以包括衍射光学元件(DOE)，用于对光束进行整形、分离或扩散。发射透镜700可以单独存在，也可以集成到其它部件(例如扫描器或光源)中。发射透镜700在从光源到目标对象500的发射光路中的位置不限于图中所示，而是可以变更到其它位置。例如，发射透镜700可以被布置在光源和扫描器之间，这样光源发出的光束先经过发射透镜扩束后再被扫描器转向。

透镜组103还可以包括接收透镜800和光阑。接收透镜800在发射光从目标对象500到接收器200的接收路径上位于接收器200之前。接收透镜800可以包括成像系统透镜，以使得反射光束的焦点在光电探测器或光电探测器阵列的探测表面的前方或后方或者正好位于探测表面之上。在一些情况下，代替作为单独的部件存在，接收透镜800也可以被集成到接收器200中。光阑用于限制入射到接收器200上的入射光的角度，阻挡杂散光等。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，任意两个出光面11形成夹角。

如此，任意两个出光面11出射的光束角度不同，经过接收平面201反射后的光束的角度也不相同，使得经过接收平面201反射的光束不会被其他接收平面201，避免了反射的光束对其他接收器200的干扰，进而保证点云数据的准确性。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，子视窗10包括依次排布的第一窗12、第二窗13和第三窗14，第一窗12的出光面11和第三窗14的出光面11分别与第二窗13的出光面11均形成夹角。

如此，自第一窗12的出光面11出射的光线和自第三窗14的出光面11出射的光线在被对应的接收平面201反射后，不会出射至第二窗13的出光面11所对应的接收平面201，避免了反射的光束对第二窗13对应的接收器200的干扰，进而保证点云数据的准确性。

具体地，第一窗12、第二窗13和第三窗14可以沿某一直线、曲线、折线等方式依次排布。例如，第二窗13沿夹角为120°的折线设置在第一窗12的一侧，第三窗14沿夹角为120°的折线设置在第二窗13的一侧。需要说明的是，此处的数值仅为方便理解的示例性说明，不能理解为对本实用新型实施方式的限定。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，第一窗12的出光面11与第二窗13的出光面11形成的夹角为第一夹角a，第三窗14的出光面11与第二窗13的出光面11形成的夹角为第二夹角b，第二夹角b与第一夹角a相等。

如此，在实际操作中，仅需将第一窗12的出光面11角度调整正确，便可以使得第三窗14的出光面11的角度正确，正确的角度可以使得自第一窗12的出光面11出射的光束被对应的接收平面201反射后，不会出射至第二窗13或第三窗14的出光面11所对应的接收平面201，避免了反射的光束对第二窗13或第三窗14对应的接收器200的干扰，进而保证点云数据的准确性。

具体地，第一窗12和第三窗14的出光面11的面积可以相等，也可以不等。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，第一窗12和第三窗14关于第二窗13的中心对称布置。

如此，第一窗12、第二窗13和第三窗14的结构容易加工制造，制造成本低。

具体地，第二窗13的中心可以是第二窗13的几何中心。可以首先将第二窗13的位置固定，然后在第二窗13的一侧设置第一窗12，并根据第一窗12与第二窗13之间的距离、夹角在第二窗13的一侧设置第三窗14，以形成中心对称结构。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，视窗100包括框架20和透光片30，透光片30嵌设在框架20内，透光片30形成有子视窗10。

如此，子视窗10在框架20内不易被其他高反光源干扰，子视窗10接收光线的性能好。

具体地，框架20可以是采用透明材质制成的板状结构，以便光束可以透过框架20被子视窗10接收。框架20可以是规则的形状，如长方体、正方体等，也可以是不规则的形状。例如，框架20可以是多个长方体以一定的角度组合而成的组合体，每个长方体可以设置有开槽。透光片30可以是多个，多个透光片30可以分别设置在不同的开槽中，透光片30可以平行于对应的长方体朝向接收器200的表面，从而使得不同的透光片30之间具有夹角，进而使得不同的子视窗10之间具有夹角。

请参阅图3，在某些实施方式中，多个子视窗10为一体成型结构。

如此，一体成型结构的精度较高，且制造简便、利于批量生产。

具体地，可以利用注塑工艺，直接将玻璃、树脂等材料注塑成需求的形状，从而形成多个具有角度的子视窗10。

在某些实施方式中，多个子视窗10可以为分体结构，多个子视窗10首尾连接。

如此，分体结构可以拆卸，便于更改子视窗10的参数。

具体地，可以先制备具有需求的形状的框架20，框架20可以开设有开槽，然后将子视窗10安装开槽中。另外，可以制备多个子视窗10，然后通过光学胶将各个子视窗10粘接起来。

请参阅图5，本实用新型实施方式的终端设备2000包括主体2001和以上任一实施方式的同轴激光雷达1000，同轴激光雷达1000设置在主体2001上。

如此，由于视窗100的出光面11间具有夹角，反射后的光束不会进入其他接收器200，这使得终端设备2000的点云数据中同一目标对象500对应一处的区域，因此终端设备2000的装备了本实用新型实施方式的视窗100，可以更加准确地获取目标对象500的信息。

具体地，终端设备2000可以是任意应用本发明实施方式的同轴激光雷达1000的系统或设备。例如，终端设备2000可以是车辆、智能清洁机器人等。以终端设备2000是车辆为例，主体2001可以是车辆的车体，同轴激光雷达1000可以设置在车体的任意位置，本发明实施方式对此不做限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种同轴激光雷达，其特征在于，包括视窗和收发同轴模块，所述视窗包括多个子视窗，所述收发同轴模块的数量为多个且与所述子视窗一一对应，每个所述子视窗包括朝向对应的所述收发同轴模块的出光面，所述出光面与对应的所述收发同轴模块的接收平面平行，至少两个所述出光面形成夹角；

所述收发同轴模块包括发射器、接收器和光学元件，所述发射器用于发出探测光，所述光学元件用于将所述探测光引导至目标对象，所述光学元件还用于将所述目标对象反射的回波光引导至所述接收器。

2.根据权利要求1所述的同轴激光雷达，其特征在于，所述发射器与所述光学元件之间设置有透镜组；和/或，

所述接收器与所述光学元件之间设置有透镜组；和/或，

所述光学元件与所述目标对象之间设置有透镜组。

3.根据权利要求1所述的同轴激光雷达，其特征在于，任意两个所述出光面形成夹角。

4.根据权利要求1所述的同轴激光雷达，其特征在于，所述子视窗包括依次排布的第一窗、第二窗和第三窗，所述第一窗的出光面和所述第三窗的出光面分别与所述第二窗的出光面均形成夹角。

5.根据权利要求4所述的同轴激光雷达，其特征在于，所述第一窗的出光面与所述第二窗的出光面形成的夹角为第一夹角，所述第三窗的出光面与所述第二窗的出光面形成的夹角为第二夹角，所述第二夹角与所述第一夹角相等。

6.根据权利要求4所述的同轴激光雷达，其特征在于，所述第一窗和所述第三窗关于所述第二窗的中心对称布置。

7.根据权利要求1所述的同轴激光雷达，其特征在于，所述视窗包括框架和透光片，所述透光片嵌设在所述框架内，所述透光片形成有所述子视窗。

8.根据权利要求1所述的同轴激光雷达，其特征在于，所述多个子视窗为一体成型结构。

9.根据权利要求1所述的同轴激光雷达，其特征在于，所述多个子视窗为分体结构，所述多个子视窗首尾连接。

10.一种终端设备，其特征在于，包括主体和权利要求1-9任一项所述的同轴激光雷达，所述同轴激光雷达设置在所述主体上。