CN220120990U - 一种离轴旋转式激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开提供了一种离轴旋转式激光雷达，包括：激光发射器，发射出水平方向的激光；第一反射镜，固定设置在激光发射方向上，且与水平面呈45°夹角；第二反射镜，设置在所述第一反射镜反射出的激光的发射方向上，所述第二反射镜具有两个互相垂直的旋转轴，且所述两个旋转轴均经过所述第一反射镜反射出的激光在所述第二反射镜上的入射点。该方案中，激光发射器固定，激光扫描过程中不运动，稳定性高，结构简单；激光发射器和用于扫描的第二反射镜的出射激光不在同一水平面，避免了普通离轴旋转激光雷达常见的激光在平面反射镜上的入射角接近90°时反射激光能量微弱以及激光发射器和接收器阻挡横向视场的问题，能够实现360°横向扫描。

Description

一种离轴旋转式激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，更具体的说是涉及一种离轴旋转式激光雷达。

背景技术

当前应用比较广泛的激光雷达扫描方式是机械旋转式扫描。激光雷达的机械旋转式扫描根据激光发射模块和接收模块是否旋转分为非离轴旋转和离轴旋转两种。

其中，离轴旋转式扫描方案由线阵激光器+线阵接收器或单个激光器+单个接收器+振镜实现纵向扫描。激光发射模块和接收模块固定不动，出射激光和反射激光由一个旋转的平面反射镜或多面反射镜反射，从而实现横向扫描。

离轴旋转扫描方案采用线阵收发模块或单个激光器、接收器，成本低，装配简单，同时由于避免了激光发射模块和接收模块随着旋转平台旋转，激光雷达的寿命和可靠性有一定提高。但是由于采用离轴旋转方式，激光雷达的视场受到限制。如果采用截面为n边形(n≥3)的多面反射镜，横向视场角为720°/n，小于360°。如果采用平面反射镜，平面反射镜的旋转轴与反射面重合，理论上可以实现360°的横向视场角，但当激光在平面反射镜上的入射角接近90°，即激光方向与平面反射镜接近平行时，反射镜上的光斑需要无限大才能将所有激光能量反射。而实际上激光雷达的反射镜都比较小，此时平面反射镜反射的激光能量非常微弱，无法实现对距离的探测，所以这部分横向视场无法覆盖。另外，由于激光器和接收器通常是与反射镜放置到同一平面的，激光器和接收器也会挡住一部分横向视场。因此，采用平面反射镜做离轴旋转扫描的激光雷达也无法实现360°的横向视场角。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供如下技术方案：

一种离轴旋转式激光雷达，包括：

激光发射器，发射出水平方向的激光；

第一反射镜，固定设置在激光发射方向上，且与水平面呈45°夹角，以使激光竖直向上反射；

第二反射镜，设置在所述第一反射镜反射出的激光的发射方向上，所述第二反射镜具有两个互相垂直的旋转轴，且所述两个旋转轴均经过所述第一反射镜反射出的激光在所述第二反射镜上的入射点；

其中，所述第一旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光具有不同的俯仰角，所述第二旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光在水平面上对应不同的方位。

可选地，所述第一反射镜或所述第二反射镜为圆形，所述圆形的直径大于激光光束宽度。

可选地，所述第一反射镜或所述第二反射镜为正边形，所述正边形内部的对称轴长度大于激光光束宽度。

可选地，所述第二反射镜的尺寸满足不小于激光光斑的尺寸，以使得所述第二反射镜的出射激光能量无损失。

可选地，所述激光发射器的激光发射中轴线指向所述第一反射镜的中心点。

可选地，所述第一反射镜的中心点与所述第二反射镜的中心点位于同一竖直线上。

可选地，所述第二反射镜的所述两个互相垂直的旋转轴为电控旋转轴，所述离轴旋转式激光雷达还包括：

与所述电控旋转轴连接的驱动电机。

可选地，所述电控旋转轴为具有两个不同方向旋转轴的轴承结构。

可选地，所述两个互相垂直的旋转轴包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机，其中，所述第一旋转轴由所述第一驱动电机驱动，所述第二旋转轴由所述第二驱动电机驱动。

可选地，还包括：激光接收器，所述激光接收器设置在所述第一反射镜的下方或接近所述激光发射器的位置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种离轴旋转式激光雷达，包括：激光发射器，发射出水平方向的激光；第一反射镜，固定设置在激光发射方向上，且与水平面呈45°夹角，以使激光竖直向上反射；第二反射镜，设置在所述第一反射镜反射出的激光的发射方向上，所述第二反射镜具有两个互相垂直的旋转轴，且所述两个旋转轴均经过所述第一反射镜反射出的激光在所述第二反射镜上的入射点；其中，所述第一旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光具有不同的俯仰角，所述第二旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光在水平面上对应不同的方位。该实现方案中，激光发射器和用于扫描的第二反射镜的出射激光不在同一水平面，避免了激光在平面反射镜上的入射角接近90°时反射激光能量微弱以及激光发射器和接收器阻挡横向视场的问题，能够实现360°横向扫描。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种离轴旋转式激光雷达的结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的反射镜的一种形状示意图；

图3为本实用新型实施例公开的反射镜的另一种形状示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

图1为本实用新型实施例公开的一种离轴旋转式激光雷达的结构示意图。参见图1所示，离轴旋转式激光雷达可以包括：激光发射器10，发射出水平方向的激光；第一反射镜20，固定设置在激光发射方向上，且与水平面呈45°夹角，以使激光竖直向上反射；第二反射镜30，设置在所述第一反射镜反射出的激光的发射方向上，所述第二反射镜具有两个互相垂直的旋转轴，且所述两个旋转轴均经过所述第一反射镜反射出的激光在所述第二反射镜上的入射点。

其中，所述第一旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光具有不同的俯仰角，所述第二旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光在水平面上对应不同的方位。

结合图1所示，激光发射器在水平方向上发出激光，以45°入射角照射到倾斜45°固定设置的第一反射镜，经过第一反射镜的反射作用，出射激光竖直向上传播，照射到第二反射镜上。第二反射镜可旋转，具有两个互相垂直的旋转轴，且所述两个旋转轴均经过所述第一反射镜反射出的激光在所述第二反射镜上的入射点。

参见图1，其中第一旋转轴x为水平方向；第二反射镜绕第一旋转轴上下摆动，使得第二反射镜的出射激光产生不同的俯仰角，实现纵向扫描。图1中三个从第二反射镜出来的带箭头直线由上而下分别表示纵向视场的上边缘、中心和下边缘的出射激光方向。理论上，第二反射镜绕第一旋转轴摆动的角度范围为水平到竖直的整个90°范围，使得激光雷达的纵向视场角为-90°～90°，覆盖整个180°范围。但是，激光雷达本身的各种器件有一定大小，挡住了向下俯角过大的激光光束，导致纵向视场下边缘不能达到-90°，以图1中结构为例，纵向视场下边缘如黑色虚线箭头所示。

参见图1，第二旋转轴y，与第一反射镜上的激光出射点和第二反射镜上的激光入射点之间的激光路线平行或重复，第二反射镜绕第二旋转轴做单方向的旋转，可以实现360°全覆盖的横向扫描。由于激光雷达和最终第二反射镜的出射激光不在同一水平线上，因此在第二反射镜在出射光的下边缘不低于激光发射器，且绕第二旋转轴旋转的过程中，不会受到激光发射器的阻挡，而能实现360°横向扫描。

所述第一反射镜和所述第二反射镜可以为圆形，如图2所示；所述圆形的直径大于激光光束宽度。或者，所述第一反射镜或所述第二反射镜也可以为正边形，如图3所示。所述正边形内部的对称轴长度大于激光光束宽度。实现中，所述第一反射镜和所述第二反射镜可以是相同的形状，也可以是不同的形状。当然，图3中，正边形以正方向为例示出，实际应用中，正边形也可以是正五边形，正6边形等。

需要说明的是，所述第二反射镜的尺寸满足不小于激光光斑的尺寸，以使得所述第二反射镜的出射激光能量无损失。具体的，考虑到激光光束有一定宽度(直径大小)，当第二反射镜绕第一旋转轴转到接近竖直位置时，激光光束在第二反射镜上的光斑面积接近无穷大，为了使出射激光的能量无损失，需要考虑激光光束宽度和第二反射镜的尺寸，使第二反射镜上的激光光斑小于第二反射镜，所以纵向视场上边缘也不能达到理论的90°，具体数值需要根据实际激光器特性和反射镜尺寸确定。其中，激光器特性可以但不限于包括激光光束宽度、发散角、激光发射器与反射镜的距离等参数。也即，纵向视场角理论值为180°，但受限于器件的尺寸，达不到180°，但也能达到市面上常见的激光雷达的纵向视场角。

具体实现中，所述激光发射器的激光发射中轴线指向所述第一反射镜的中心点，如图1所示。激光发射器发出的激光发射到第一反射镜的中心点，在保证第一反射镜能够完整反射激光的前提下，可以使得第一反射镜的面积最小，从而降低成本，并且对整个离轴旋转式激光雷达的布置空间的要求更低。同理，所述第一反射镜的中心点与所述第二反射镜的中心点可以位于同一竖直线上，在保证第二反射镜的尺寸满足不小于激光光斑的尺寸的前提下，第二反射镜的面积最小。

一个实现中，所述第二反射镜的所述两个互相垂直的旋转轴为电控旋转轴，所述离轴旋转式激光雷达还可以包括：与所述电控旋转轴连接的驱动电机。

其中，所述电控旋转轴可以为具有两个不同方向旋转轴的轴承结构，两个互相垂直的旋转轴由同一个驱动电机驱动控制。或者，另一个实现中，所述两个互相垂直的旋转轴包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机，其中，所述第一旋转轴由所述第一驱动电机驱动，所述第二旋转轴由所述第二驱动电机驱动。

实际应用中，离轴旋转式激光雷达还包括激光接收器，所述激光接收器可以设置在所述第一反射镜的下方或接近所述激光发射器的位置。具体的，激光接收器可以基于需求或应用现场条件布置在相应位置，本申请对此不作固定限制。

本申请实施例所述离轴旋转式激光雷达，激光发射器和用于扫描的第二反射镜的出射激光不在同一水平面，避免了激光在平面反射镜上的入射角接近90°时反射激光能量微弱以及激光发射器和接收器阻挡横向视场的问题，因此能够覆盖360°的横向视场角；而且，该激光雷达同时具有离轴扫描方式的成本低、装配简单、寿命和可靠性高等优点，能够很好的满足用户需求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种离轴旋转式激光雷达，其特征在于，包括：

激光发射器，发射出水平方向的激光；

第一反射镜，固定设置在激光发射方向上，且与水平面呈45°夹角，以使激光竖直向上反射；

第二反射镜，设置在所述第一反射镜反射出的激光的发射方向上，所述第二反射镜具有两个互相垂直的旋转轴，且所述两个旋转轴均经过所述第一反射镜反射出的激光在所述第二反射镜上的入射点；

其中，第一旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光具有不同的俯仰角，第二旋转轴处于不同的旋转角度时，所述第二反射镜的出射激光在水平面上对应不同的方位。

2.根据权利要求1所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜或所述第二反射镜为圆形，所述圆形的直径大于激光光束宽度。

3.根据权利要求1所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜或所述第二反射镜为正边形，所述正边形内部的对称轴长度大于激光光束宽度。

4.根据权利要求1所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述第二反射镜的尺寸满足不小于激光光斑的尺寸，以使得所述第二反射镜的出射激光能量无损失。

5.根据权利要求1所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述激光发射器的激光发射中轴线指向所述第一反射镜的中心点。

6.根据权利要求1所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜的中心点与所述第二反射镜的中心点位于同一竖直线上。

7.根据权利要求1所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述第二反射镜的所述两个互相垂直的旋转轴为电控旋转轴，所述离轴旋转式激光雷达还包括：

与所述电控旋转轴连接的驱动电机。

8.根据权利要求7所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述电控旋转轴为具有两个不同方向旋转轴的轴承结构。

9.根据权利要求7所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，所述两个互相垂直的旋转轴包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机，其中，所述第一旋转轴由所述第一驱动电机驱动，所述第二旋转轴由所述第二驱动电机驱动。

10.根据权利要求1所述的离轴旋转式激光雷达，其特征在于，还包括：激光接收器，所述激光接收器设置在所述第一反射镜的下方或接近所述激光发射器的位置。