CN220085058U - 光纤式激光雷达和激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤式激光雷达和激光雷达系统，光纤式激光雷达包括：主机、光学装置和光纤束；主机和光学装置分离设置，主机和光学装置通过光纤束连接；主机包括激光发射模块和光电探测模块；激光发射模块用于产生激光脉冲；激光脉冲通过光纤束发送至光学装置；光学装置用于调整激光脉冲的传播路径，并将激光脉冲照射到被测物体上；光学装置还用于接收被测物体基于激光脉冲反射的反射脉冲，并将反射脉冲通过光纤束发送至光电探测模块；基于反射脉冲生成接收信号，并发送至上位机，通过将激光雷达的主机和光学装置分离设置，提高激光雷达在振动，高温，粉尘，潮湿等恶劣环境的防护设计，降低防护设计成本，提高了设备整体的可靠性。

Description

光纤式激光雷达和激光雷达系统

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及一种光纤式激光雷达和激光雷达系统。

背景技术

目前的激光雷达一般会把光学元器件，激光器，PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)和振镜等部件集成到一台机箱内，在车载自动驾驶的使用场景下，激光雷达必须安装在汽车的外侧，激光发射与接收部分需要裸露在外，处于高温、高湿、振动和冲击等恶劣环境条件。激光雷达中的PCB板、激光器等部件都是高价值且较为脆弱的，不适宜长期处于这种恶劣环境下工作。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光纤式激光雷达和激光雷达系统，通过将激光雷达的主机和光学装置分离设置，提高激光雷达在振动，高温，粉尘，潮湿等恶劣环境的防护设计，降低防护设计成本，提高了设备整体的可靠性。

第一方面，本实用新型提供了一种光纤式激光雷达，光纤式激光雷达包括：主机、光学装置和光纤束；主机和光学装置分离设置，主机和光学装置通过光纤束连接；主机包括激光发射模块和光电探测模块；激光发射模块用于产生激光脉冲；激光脉冲通过光纤束发送至光学装置；光学装置用于调整激光脉冲的传播路径，并将激光脉冲照射到被测物体上；光学装置还用于接收被测物体基于激光脉冲反射的反射脉冲，并将反射脉冲通过光纤束发送至光电探测模块；光电探测模块用于基于反射脉冲生成接收信号，并将接收信号发送至上位机。

在本实用新型较佳的实施例中，光学装置包括：发射光路模块和光路调整模块；发射光路模块与光纤束连接；发射光路模块包括：激光发射透镜；发射光路模块用于将激光脉冲调整为平行激光脉冲，并将平行激光脉冲发送至光路调整模块；光路调整模块用于调整激光脉冲的传播路径，并将激光脉冲照射到被测物体上。

在本实用新型较佳的实施例中，光学装置还包括：接收光路模块；接收光路模块与光纤束连接；接收光路模块包括：激光接收透镜；接收光路模块用于将反射脉冲调整为汇聚反射脉冲，并将汇聚反射脉冲发送至光电探测模块。

在本实用新型较佳的实施例中，光纤束包括发射光纤束；发射光纤束的一端与激光发射模块连接，发射光纤束的另一端与发射光路模块连接。

在本实用新型较佳的实施例中，光纤束包括接收光纤束；接收光纤束的一端与接收光路模块连接，接收光纤束的另一端与光电探测模块连接。

在本实用新型较佳的实施例中，光路调整模块包括：半透半反透镜、振镜和反射单元；激光脉冲透过半透半反透镜照射至振镜上；振镜用于将激光脉冲照射到被测物体上；振镜还用于接收反射脉冲，并将反射脉冲反射至反射单元。

在本实用新型较佳的实施例中，反射单元包括：至少一个反射镜；反射单元用于调整反射脉冲的传输光路，并将调整光路后的反射脉冲发送至接收光路模块中。

在本实用新型较佳的实施例中，激光发射模块包括：至少一个激光器。

在本实用新型较佳的实施例中，发射光纤束包括至少一根发射光纤；其中发射光纤与激光器一一对应。

在本实用新型较佳的实施例中，激光器包括：激光二极管、固体激光器或光纤激光器。

在本实用新型较佳的实施例中，光电探测模块包括：采用雪崩光电二极管探测器或P型-本征-N型半导体构成的二极管探测器。

在本实用新型较佳的实施例中，主机还包括：控制器；控制器与激光发射模块连接；控制器用于控制激光发射模块产生激光脉冲。

在本实用新型较佳的实施例中，主机还包括：电源；电源用于给主机提供电能。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种激光雷达系统，激光雷达系统包括装载装置和上述任一项的光纤式激光雷达；光纤式激光雷达安装在装载装置上；光纤式激光雷达的光学装置暴露安装在装载装置外部；光纤式激光雷达的主机安装在装载装置的内部。

在本实用新型较佳的实施例中，装载装置包括：壳体；光纤式激光雷达的光学装置安装在壳体的外侧；光纤式激光雷达的主机安装在壳体内部的腔体中。

在本实用新型较佳的实施例中，装载装置为汽车、机器人、飞行器中的一种。

本实用新型实施例带来以下有益效果：

本实用新型提供了一种光纤式激光雷达和激光雷达系统，光纤式激光雷达包括：主机、光学装置和光纤束；主机和光学装置分离设置，主机和光学装置通过光纤束连接；主机包括激光发射模块和光电探测模块；激光发射模块用于产生激光脉冲；激光脉冲通过光纤束发送至光学装置；光学装置用于调整激光脉冲的传播路径，并将激光脉冲照射到被测物体上；光学装置还用于接收被测物体基于激光脉冲反射的反射脉冲，并将反射脉冲通过光纤束发送至光电探测模块；光电探测模块用于基于反射脉冲生成接收信号，并将接收信号发送至上位机，通过将激光雷达的主机和光学装置分离设置，提高激光雷达在振动，高温，粉尘，潮湿等恶劣环境的防护设计，降低防护设计成本，提高了设备整体的可靠性。

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为本实用新型实施例提供的一种光纤式激光雷达的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种光纤式激光雷达的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种脉冲信号传播路径的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图。

图标：101-光学装置；102-振镜；103-半透半反透镜；104-发射光路模块；105-接收光路模块；106-反射单元；201-主机；202-光电探测模块；203-激光发射模块；204-电源；205-控制器；301-光纤束；302-接收光纤束；303-发射光纤束；401-汽车。

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。

从自动驾驶到ADAS(Advanced Driving Assistance System，高级驾驶辅助系统)、无人机器人、智慧物流、工业这些场景，激光雷达都作为感知系统最核心的传感器提供丰富感知的能力。激光雷达最核心的原理是利用ToF(Time of flight，飞行时间)飞行时间做激光测距，通过激光的发射和接收完成飞行时间的高精度测量，最后解析出来探测距离和每个3D场景的激光点，所应用到的光学波段是近红外。

但是，现有的激光雷达一般会把光学元器件，激光器，PCB和振镜等部件集成到一台机箱内，在车载自动驾驶的使用场景下，激光雷达必须安装在汽车的外侧，激光发射与接收部分需要裸露在外，处于高温、高湿、振动和冲击等恶劣环境条件。激光雷达中的PCB板、激光器等部件都是高价值且较为脆弱的，不适宜长期处于这种恶劣环境下工作。

基于此，本实用新型实施例提供了一种光纤式激光雷达和激光雷达系统，下面通过实施例进行描述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种光纤式激光雷达，参见图1所示的本实用新型实施例提供的一种光纤式激光雷达的结构示意图，光纤式激光雷达包括：主机201、光学装置101和光纤束301；主机201和光学装置101分离设置，主机201和光学装置101通过光纤束301连接；主机201包括激光发射模块203和光电探测模块202；激光发射模块203用于产生激光脉冲；激光脉冲通过光纤束301发送至光学装置101；光学装置101用于调整激光脉冲的传播路径，并将激光脉冲照射到被测物体上；光学装置101还用于接收被测物体基于激光脉冲反射的反射脉冲，并将反射脉冲通过光纤束301发送至光电探测模块202；光电探测模块202用于基于反射脉冲生成接收信号，并将接收信号发送至上位机。

具体的，主机201中一般设置有控制装置、PCB电路板等价值较高容易损坏的器件，光学装置101中设置有激光雷达的探头，将主机201与光学装置101分离设置，并通过光纤束301连接，既保证了激光雷达正常的使用，有免于将脆弱的主机201至于恶劣的环境中，降低了防护设计成本，提高了设备整体的可靠性。

进一步的，光学装置101中设置有发射光路模块104、接收光路模块105和光路调整模块；发射光路模块104与光纤束301连接；发射光路模块104包括：激光发射透镜；激光发射模块203基于预设的条件发送激光脉冲，通过光纤束301发送至光学装置101的发射光路模块104中，发射光路模块104将激光脉冲调整为平行激光脉冲，并将平行激光脉冲发送至光路调整模块；光路调整模块用于调整激光脉冲的传播路径，并通过光学装置101上设置的镜头孔将激光脉冲照射到被测物体上。

进一步的，接收光路模块105与光纤束301连接；接收光路模块105包括：激光接收透镜；接收光路模块105将基于激光脉冲反射的反射脉冲调整为汇聚反射脉冲，并将汇聚反射脉冲发送至光电探测模块202，光电探测模块202基于接收到的汇聚反射脉冲生成接收信号，并将该接收信号发送至上位机，上位机还预先获取激光脉冲的发射信号，上位机基于激光脉冲的发射信号和接收信号进行分析，上位机做出的信号处理属于现有技术，在此不做赘述。

本实用新型提供了一种光纤式激光雷达，光纤式激光雷达包括：主机201、光学装置101和光纤束301；主机201和光学装置101分离设置，主机201和光学装置101通过光纤束301连接；主机201包括激光发射模块203和光电探测模块202；激光发射模块203用于产生激光脉冲；激光脉冲通过光纤束301发送至光学装置101；光学装置101用于调整激光脉冲的传播路径，并将激光脉冲照射到被测物体上；光学装置101还用于接收被测物体基于激光脉冲反射的反射脉冲，并将反射脉冲通过光纤束301发送至光电探测模块202；光电探测模块202用于基于反射脉冲生成接收信号，并将接收信号发送至上位机，通过将激光雷达的主机201和光学装置101分离设置，提高激光雷达在振动，高温，粉尘，潮湿等恶劣环境的防护设计，降低防护设计成本，提高了设备整体的可靠性，并且，光学装置101与主机201通过光纤连接，光纤束301直径小且较为柔软，在紧凑的空间内布置更加灵活。光学装置101或主机201在维修时，可以单独分别维修，提高了激光雷达的可维护行。

实施例二

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例提供了另一种光纤式激光雷达，参见图2所示的本实用新型实施例提供的另一种光纤式激光雷达的结构示意图，上述实施例一中的光路调整模块在实施例二中具体设置为半透半反透镜103、振镜102和反射单元106，其中，反射单元106包括至少一个反射镜，反射单元106用于调整反射脉冲的传输光路，并将调整光路后的反射脉冲发送至接收光路模块105中，在本实施例中由于光学装置101的结构较为简单采用一个反射镜就足以达到调整光路的目的。

具体的，激光脉冲透过半透半反透镜103照射至振镜102上；振镜102用于将激光脉冲照射到被测物体上；振镜102还用于接收反射脉冲，并将反射脉冲反射至反射单元106。

具体的，半透半反透镜103可以是在包括至少一个通孔的反射镜，激光脉冲通过半透半反透镜103的通孔后照射至振镜102上，反射脉冲则通过半透半反透镜103的反射面改变了光路。

具体的，振镜102包括MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)、棱镜、转镜等扫描设备，可以通过混合固态的扫描实现3D场景的感知。

进一步的，光纤束301包括发射光纤束303和接收光纤束302；发射光纤束303的一端与激光发射模块203连接，发射光纤束303的另一端与发射光路模块104连接；接收光纤束302的一端与接收光路模块105连接，接收光纤束302的另一端与光电探测模块202连接；图2中的光纤束301是由发射光纤束303和接收光纤束302物理结扎整理在一起的，方便光纤束301的安装设置，方便了后期检修。

继续参见图2，主机201还包括：控制器205和电源204；控制器205与激光发射模块203连接；控制器205用于控制激光发射模块203产生激光脉冲，电源204用于给主机201提供电能。

具体的，控制器205基于预设的条件控制激光发射模块203发射激光脉冲，技术人员可以在控制器205中设置激光脉冲的时间等参数，通过激光发射模块203发射符合条件的激光脉冲。

进一步的，激光发射模块203包括：至少一个激光器；发射光纤束303包括至少一根发射光纤；其中发射光纤与激光器一一对应。

具体的，激光发射模块203中设置了至少一个激光器，并且在有多个激光器的情况下，基于控制器205还可以控制多个激光器中的某几个发射激光脉冲，多个激光器可以提高激光脉冲的能量密度，并且，将发射光纤与激光器一一对应。

进一步的，激光器包括：激光二极管、固体激光器或光纤激光器；具体的，这些激光器，通过电源204提供电能，并由控制器205控制发射激光脉冲；一般情况下，上述激光器不做混合设置。

进一步的，光电探测模块202包括：采用雪崩光电二极管探测器或P型-本征-N型半导体构成的二极管探测器；具体的，光电探测模块202通常采用雪崩光电二极管，雪崩光电二极管可以工作在偏置电压略高于雪崩阈值电压的盖革模式，也可以工作在偏置电压略低于雪崩阈值电压的线性模式。

本实用新型提供了一种光纤式激光雷达，主要包括光学装置101、光纤束301和主机201，所述机箱内包括有N个激光器，用于发射激光脉冲；控制器205，用于对所述激光器产生脉冲触发控制信号的触发信号发生器，所述光纤分别与激光发射模块203，光电探测模块202，光学装置101相连接。

上述光纤束301包括发射光纤束303、接收光纤束302。上述发射光纤束303两端分别与激光发射模块203和光学装置101相连接。上述接收光纤束302两端分别与光学装置101和光电探测模块202相连接。

本实用新型提供的光纤式激光雷达，使用控制器205控制激光器产生激光脉冲，通过发射光纤束303传输到光学装置101内，后激光经过光学装置101内部的整型光路整形后射向振镜102，经过振镜102反射射向被测物体。所述光学装置101收到被测物体的反射脉冲，由半透半反透镜103反射至接收光路模块105，并通过接收光纤束302将光信号传递到控制器205内的光电探测器。

本实用新型实施例实现了光学装置与主机分离，使激光器，光电器件和电源等与外界隔绝，使主机更容易进行温度，湿度，防尘防水等工作环境的控制，仅光学装置与外界接触，可以使裸露的光学模块体积更小，方便光学模块单独做冲击，振动，高温，粉尘，潮湿等恶劣环境的防护设计，降低防护设计成本的同时，提高了设备整体的可靠性。

在上述结构的基础上，本实用新型实施例示出一种脉冲信号传播路径的示意图，参见图3所示的本实用新型实施例提供的一种脉冲信号传播路径的示意图，该传播路径是在图2示出的光纤式激光雷达的装置结构上实现的。

具体的，控制器205控制激光器产生激光脉冲，通过发射光纤束303传输到光学装置101，后激光经过光学装置101内部的发射光路模块104和半透半反透镜103后射向振镜102，由振镜102反射到被测物体上；从目标返回的反射脉冲，由光学装置101的接收光路模块105来接收，首先半透半反透镜103反射至反射镜上，再照射至接收光路模块105，通过接收光路模块105，将反射脉冲聚焦在接收光纤束302的一端，再由接收光纤束302传输到光电探测模块202上，最终形成被接收信号。如此，随着振镜102角度变化，就可以形成对目标扫描，最终得到目标的三维图像。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种激光雷达系统，激光雷达系统包括装载装置和上述任一项的光纤式激光雷达；光纤式激光雷达安装在装载装置上；光纤式激光雷达的光学装置101暴露安装在装载装置外部；光纤式激光雷达的主机201安装在装载装置的内部。

进一步的，装载装置包括：壳体；光纤式激光雷达的光学装置101安装在壳体的外侧；光纤式激光雷达的主机201安装在壳体内部的腔体中。

进一步的，装载装置为汽车、机器人、飞行器中的一种。

示例性的，参见图4所示的本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图，装置以汽车为例，图4中的汽车401为俯视视角，将光学装置101设置于汽车401外壳上，通常设置在车顶最前端，将主机201设置在汽车401内部，光学装置101和主机201通过光纤束301连接。

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 (13)

1.一种光纤式激光雷达，其特征在于，所述光纤式激光雷达包括：主机、光学装置和光纤束；所述主机和所述光学装置分离设置，所述主机和所述光学装置通过所述光纤束连接；所述主机包括激光发射模块和光电探测模块；

所述激光发射模块用于产生激光脉冲；

所述激光脉冲通过所述光纤束发送至所述光学装置；

所述光学装置用于调整所述激光脉冲的传播路径，并将所述激光脉冲照射到被测物体上；

所述光学装置还用于接收所述被测物体基于所述激光脉冲反射的反射脉冲，并将所述反射脉冲通过所述光纤束发送至所述光电探测模块；

所述光电探测模块用于基于所述反射脉冲生成接收信号，并将所述接收信号发送至上位机；

所述光学装置包括：发射光路模块和光路调整模块；所述发射光路模块与所述光纤束连接；发射光路模块包括：激光发射透镜；

所述发射光路模块用于将所述激光脉冲调整为平行激光脉冲，并将所述平行激光脉冲发送至所述光路调整模块；

所述光路调整模块用于调整所述激光脉冲的传播路径，并将所述激光脉冲照射到被测物体上；

所述光学装置还包括：接收光路模块；所述接收光路模块与所述光纤束连接；所述接收光路模块包括：激光接收透镜；

所述接收光路模块用于将所述反射脉冲调整为汇聚反射脉冲，并将所述汇聚反射脉冲发送至所述光电探测模块；

所述光路调整模块包括：半透半反透镜、振镜和反射单元；

所述激光脉冲透过所述半透半反透镜照射至所述振镜上；

所述振镜用于将所述激光脉冲照射到所述被测物体上；

所述振镜还用于接收所述反射脉冲，并将所述反射脉冲反射至所述反射单元。

2.根据权利要求1所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述光纤束包括发射光纤束；

所述发射光纤束的一端与所述激光发射模块连接，所述发射光纤束的另一端与所述发射光路模块连接。

3.根据权利要求1所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述光纤束包括接收光纤束；

所述接收光纤束的一端与所述接收光路模块连接，所述接收光纤束的另一端与所述光电探测模块连接。

4.根据权利要求1所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述反射单元包括：至少一个反射镜；

所述反射单元用于调整所述反射脉冲的传输光路，并将调整光路后的所述反射脉冲发送至所述接收光路模块中。

5.根据权利要求2所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块包括：至少一个激光器。

6.根据权利要求5所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述发射光纤束包括：至少一根发射光纤；其中所述发射光纤与所述激光器一一对应。

7.根据权利要求5所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述激光器包括：激光二极管、固体激光器或光纤激光器。

8.根据权利要求1所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述光电探测模块包括：采用雪崩光电二极管探测器或P型-本征-N型半导体构成的二极管探测器。

9.根据权利要求1所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述主机还包括：控制器；所述控制器与所述激光发射模块连接；

所述控制器用于控制所述激光发射模块产生激光脉冲。

10.根据权利要求1所述的光纤式激光雷达，其特征在于，所述主机还包括：电源；

所述电源用于给所述主机提供电能。

11.一种激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统包括装载装置和权利要求1至10任一项所述的光纤式激光雷达；

所述光纤式激光雷达安装在所述装载装置上；

所述光纤式激光雷达的光学装置暴露安装在所述装载装置外部；

所述光纤式激光雷达的主机安装在所述装载装置的内部。

12.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其特征在于，所述装载装置包括：壳体；

所述光纤式激光雷达的光学装置安装在所述壳体的外侧；

所述光纤式激光雷达的主机安装在所述壳体内部的腔体中。

13.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其特征在于，所述装载装置为汽车、机器人、飞行器中的一种。