CN220323536U - 激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光雷达，包括发射组件、连接组件、扫描组件以及检测组件，连接组件包括光纤耦合器，光纤耦合器具有第一段、第二段、中间段以及第三段，第一段、中间段以及第三段连接形成第一路径，第三段、中间段以及第二段连接形成第二路径；第一激光束穿过第一路径后作用于目标物体，第二激光束穿过第二路径后作用于检测组件；检测组件用于检测第二激光束，从而获得目标物体的位置信息。通过同一位置进入和射出激光束，使得第一激光束出射方向和第二激光束的入射方向同轴，这样的设置就不需要使第一激光束出射和第二激光束的入射通过不同的连接组件进行，从而减少激光雷达的物理结构，使得激光雷达结构简单。

Description

激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，尤其是涉及一种激光雷达。

背景技术

激光雷达具有精度高、响应速度快、抗干扰力强等优点，被广泛应用于智能机器人、自动牵引车、智能/辅助驾驶和安防等领域。激光雷达通过向目标发射激光信号来进行周围环境的探测和重建，是环境感知的重要设备。

目前的激光雷达中通常设置两个透光元件，一个发射透镜和一个接收透镜，从发射组件发射的激光束从发射透镜穿过射向目标物体，从目标物体反射的激光束则从接收透镜穿过最后作用于光电探测器，接收透镜和发射透镜分开设置，导致了物理结构的增加，从而使得激光雷达更加的复杂。因此，需要一种能够使从发射组件发射的激光束和从目标物体反射的激光束都穿过同一连接组件的激光雷达，从而减少激光雷达的物理结构，使得激光雷达结构简单；其中这个连接组件既能用于穿过从发射组件发射的激光束，又能用于穿过从目标物体反射回的激光束并作用于光电探测器。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种能够使从发射组件的激光束和从目标物体反射的激光束都穿过同一连接组件的激光雷达，从而减少激光雷达的物理结构，使得激光雷达结构简单。

为解决上述问题，本实用新型提供一种激光雷达，包括发射组件、连接组件、扫描组件以及检测组件，所述连接组件包括光纤耦合器，所述光纤耦合器具有第一段、第二段、中间段以及第三段，所述第一段和所述第二段的一端均与所述中间段的一端连接，所述第三段的一端与所述中间段的另一端连接，所述发射组件与所述第一段的另一端连接，所述检测组件与所述第二段的另一端连接，所述扫描组件设置在所述第三段的另一端，其中，所述第一段、所述中间段以及所述第三段连接形成第一路径，所述第三段、所述中间段以及所述第二段连接形成第二路径；

所述发射组件用于发射第一激光束，所述扫描组件用于将所述第一激光束反射到目标物体，所述目标物体反射所述第一激光束形成第二激光束，并且所述第二激光束原路返回到所述第三段；

所述第一路径用于使所述第一激光束穿过，从而使得所述第一激光束穿过所述第一路径后作用于所述目标物体，所述第二路径用于使所述第二激光束穿过，从而使得所述第二激光束穿过所述第二路径后作用于所述检测组件；

所述检测组件用于检测所述第二激光束，从而获得所述目标物体的位置信息。

在一个实施例中，所述光纤耦合器具有端口A、端口B以及端口S，所述第一段的另一端为所述端口A，所述第二段的另一端为端口B，所述第三段的另一端为所述端口S，所述端口A与所述发射组件连接，所述扫描组件与所述端口S对应，从而使得所述第一激光束从所述端口A进入所述第一路径，并从所述端口S射向所述扫描组件；

所述端口B与所述检测组件连接，从而使得所述第二激光束从所述端口S进入所述第二路径，并从所述端口B进入所述检测组件。

在一个实施例中，所述连接组件还包括中间件，所述中间件包括连接件和透光元件，所述连接件与所述端口S连接，从而使得所述第一激光束从所述连接件朝向所述透光元件射出；

所述透光元件设置在所述连接件靠近所述扫描组件的一端，从而使得所述第一激光束穿过所述透光元件后，经所述扫描组件反射后作用于所述目标物体。

在一个实施例中，所述发射组件包括激光器和隔离器件，所述隔离器件连接在所述激光器与所述端口A之间，所述激光器用于发射第一激光束，所述隔离器件用于使所述第一激光束单向通过，从而保护所述激光器。

在一个实施例中，所述连接件与所述透光元件的中心区域对应，从而使得所述第一激光束作用于所述透光元件的中心区域。

在一个实施例中，所述发射组件与所述光纤耦合器之间通过光纤连接，所述检测组件与所述光纤耦合器之间也通过光纤连接。

在一个实施例中，所述光纤耦合器为双包层光纤耦合器。

在一个实施例中，所述第一路径为双包层光纤，所述双包层光纤由单模纤芯和多模光纤包层组成；

所述第二路径为多模光纤包层。

在一个实施例中，所述检测组件包括光电探测器和信号处理件，所述信号处理件连接与所述光电探测器连接，从而使得所述信号处理件根据所述光电探测器的探测结果得到所述目标物体的具体位置。

在一个实施例中，所述扫描组件为振镜。

实施本实用新型实施例，通过扫描组件的设置能够使得第一激光束在扫描组件的反射下，作用于目标物体，还能使目标物体反射回扫描组件的第二激光束能够通过扫描组件的反射，原路返回至连接组件的第三段，方便了第二激光束反射至连接组件，方便目标物体位置信息的检测；

激光雷达通过将连接组件设置为光纤耦合器，能够使从发射组件发射的第一激光束通过连接组件的第一路径作用于目标物体，从目标物体原路反射回的第二激光束通过同一个连接组件的第二路径作用于检测组件，并且，第一路径的右端与第二路径的右端均为第三段，能够通过同一位置进入和射出激光束，使得第一激光束出射方向和第二激光束的入射方向同轴，这样的设置就不需要使第一激光束出射和第二激光束的入射通过不同的连接组件进行，从而减少激光雷达的物理结构，使得激光雷达结构简单。

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为一实施方式的激光雷达的连接示意图。

图2为如图1所示的激光雷达的局部示意图。

图3为如图1所示的激光雷达中光纤耦合器中第一路径和第二路径的示意图。

附图标记：

10-发射组件，12-激光器，14-隔离器件；

20-连接组件，22-光纤耦合器，222-第一段，224-第二段，225-中间段，226-第三段，24-中间件，242-连接件，244-透光元件；

40-扫描组件；

50-检测组件，52-光电探测器，54-信号处理件；

a-第一路径，b-第二路径；

200-目标物体。

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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

结合图1和图2，本实用新型公开了一实施方式的激光雷达，包括发射组件10、连接组件20、扫描组件40以及检测组件50，连接组件20包括光纤耦合器22，光纤耦合器22具有第一段222、第二段224、中间段225以及第三段226，第一段222和第二段224的一端均与中间段225的一端连接，第三段226的一端与中间段225的另一端连接，发射组件10与第一段222的另一端连接，检测组件50与第二段224的另一端连接，扫描组件40设置在第三段226的另一端，其中，第一段222、中间段225以及第三段226连接形成第一路径a，第三段226、中间段225以及第二段224连接形成第二路径b。

发射组件10用于发射第一激光束，扫描组件40用于将第一激光束反射到目标物体200，目标物体200反射第一激光束形成第二激光束，并且第二激光束原路返回到第三段226。

第一路径a用于使第一激光束穿过，从而使得第一激光束穿过第一路径a后作用于目标物体200，第二路径b用于使第二激光束穿过，从而使得第二激光束穿过第二路径b后作用于检测组件50。

检测组件50用于检测第二激光束，从而获得目标物体200的位置信息。

具体来说，发射组件10通过与第一段222的左端连接向连接组件20发射第一激光束，第一激光束通过第一路径a，并从第一路径a的右端朝向扫描组件40发射，扫描组件40使第一激光束能够作用于目标物体200。

目标物体200受到第一激光束的照射后会发生反射，那么，目标物体200会朝向扫描组件40发射第二激光束，扫描组件40会使第二激光束沿着第一激光束自第三段226的右端朝向扫描组件40发射的轨迹，原路返回到连接组件20，此时的第二激光束通过第三段226的右端进入连接组件20。

因为第一激光束是从第三段226右端发出，第二激光束从第三段226的右端进入，那么，第一激光束自第一路径a的右端朝向扫描组件40发射的轨迹和第二激光束自扫描组件40朝向第二路径b的右端反射的轨迹重合，能够做到激光束的同轴收发。

检测组件50连接在第二段224的左端，能够接收第二激光束，并根据第二激光束获得目标物体200的位置信息。

实施本实用新型实施例，通过扫描组件40的设置能够使得第一激光束在扫描组件40的反射下，作用于目标物体200，还能使目标物体200反射回扫描组件40的第二激光束能够通过扫描组件40的反射，原路返回至连接组件20的第三段226，方便了第二激光束反射至连接组件20，方便目标物体200位置信息的检测。

激光雷达通过将连接组件20设置为光纤耦合器22，能够使从发射组件10发射的第一激光束通过连接组件20的第一路径a作用于目标物体200，从目标物体200原路反射回的第二激光束通过同一个连接组件20的第二路径b作用于检测组件50，并且，第一路径a的右端与第二路径b的右端均为第三段226，能够通过同一位置进入和射出激光束，使得第一激光束出射方向和第二激光束的入射方向同轴，这样的设置就不需要使第一激光束出射和第二激光束的入射通过不同的连接组件20进行，从而减少激光雷达的物理结构，使得激光雷达结构简单。

优选的，光纤耦合器22为双包层光纤耦合器22。

双包层光纤耦合器22的直径较大，接收激光束的口径较大，能够增加光纤耦合器22接收到的第二激光束，第二激光束是作为回光信号被光纤耦合器22接收能够便于检测组件50检测目标物体200的位置信息。

结合图1，光纤耦合器22具有端口A、端口B以及端口S，第一段222的另一端为端口A，第二段224的另一端为端口B，第三段226的另一端为端口S，端口A与发射组件10连接，扫描组件40与端口S对应，从而使得第一激光束从端口A进入第一路径a，并从端口S射向扫描组件40。

端口B与检测组件50连接，从而使得第二激光束从端口S进入第二路径b，并从端口B进入检测组件50。

具体来说，第一段222的左端为端口A，第三段226的右端为端口S，第二段224的左端为端口B，中间段225的左端连接第一段222和第二段224的右端，中间段225的右端连接第三段226的左端，从而形成第一路径a和第二路径b。

这样能使得第一激光束从端口S出射作用于扫描组件40，第二激光束从扫描组件40反射并从端口S入射，使得第一激光束的出射方向和第二激光束入射的方向重合。

优选的，连接组件20还包括中间件24，中间件24包括连接件242和透光元件244，连接件242与端口S连接，从而使得第一激光束从连接件242朝向透光元件244射出。

透光元件244设置在连接件242靠近扫描组件40的一端，从而使得第一激光束穿过透光元件244后，经扫描组件40反射后作用于目标物体200。

优选的，连接件242与透光元件244的中心区域对应，从而使得第一激光束作用于透光元件244的中心区域。

具体来说，端口S上连接连接件242，透光元件244安装在连接件242的右端，连接件242能够方便第一激光束通过连接件242发出、以及第二激光束从连接件242进入。

透光元件244用于使第一激光束和第二激光束平行射出，有一定的聚焦光束的作用，这里的透光元件244只设置有一个，从连接件242射出的第一激光束通过透光元件244后射向扫描组件40，而从扫描组件40发射回的第二激光束也原路返回至透光元件244的同一位置后，通过连接件242进入光纤耦合器22。

因此，这里的透光元件244只设置一个，即用做接收透镜，又用做发射透镜，结构简单，便于安装和连接。

在一个实施例中，透光元件244为凸透镜，凸透镜的尺寸为2英寸。

透光元件244作为发射透镜能够准直第一激光束，使得从端口S发射的较为发散的第一激光束能够较为集中的水平射向扫描组件40；透光元件244作为接收透光元件能够使得从扫描组件40反射的、较为发散的第二激光束作用于面积较大的透光元件244上，从而增大回光信号的接收面积，透光元件使得较为发散的第二激光束在透光元件244的作用下聚光，并集中作用于连接件242，使得第二激光束从端口S沿着第二路径b进入检测组件50，以便提高检测组件50检测结果的准确性。优选的，发射组件10包括激光器12和隔离器件14，隔离器件14连接在激光器12与端口A之间，激光器12用于发射第一激光束，隔离器件14用于使第一激光束单向通过。

具体来说，隔离器件14使激光单向通过，只能使第一激光束从激光器12传送至光纤耦合器22，而不能使第一激光束和第二激光束从光纤耦合器22传送至激光器12，能保护激光器12，也能使得检测组件50检测的结果更加准确。

具体的，发射组件10与光纤耦合器22之间通过光纤连接，检测组件50与光纤耦合器22之间也通过光纤连接。

优选的，第一路径a为双包层光纤，双包层光纤由单模纤芯和多模光纤包层组成；第二路径b为多模光纤包层。

具体来说，光纤耦合器22由单模纤芯和多模光纤包层组成，包括端口A、端口B以及端口S，其中，端口A和端口B设置在同一端，端口S设置在另一端，端口A和端口S之间的第一路径a连接的纤芯为单模纤芯，单模纤芯外周包覆多模光纤包层，端口B和端口S之间的第二路径b连接的纤芯为多模光纤包层。

经过透光元件244射出的第一激光束为单模激光束，第一激光束通过扫描组件40射向目标物体200，目标物体200反射的第二激光束包括了单模激光束和多模激光束，第二激光束会经过透光元件244后，从端口S处进入到光纤耦合器22中，其中，多模激光束会从端口B进入到光电探测器52中，从而对目标物体200的位置信息进行检测。

具体的，单模纤芯为9μm，多模光纤包层为105μm，因此，多模光纤包层的直径大于单模纤芯的直径，扩大了第二激光束的接收面积，使得测量结果更加准确。

具体来说，连接件242用于定位，便于用于对准透镜元件244的中心。

在一个实施例中，检测组件50包括光电探测器52和信号处理件54，信号处理件54连接与光电探测器52连接，从而使得信号处理件54根据光电探测器52的探测结果得到目标物体200的具体位置。

光电探测器52可以接收目标物体200反射回来的第二激光束，并将其转换为电信号，从而根据从端口S获取到的第二激光束，获取目标物体200的信息。光电探测器52可以包括但不限于是光电二极管、单光子二极管、硅光电倍增管或PIN光电二极管等光电转换器件。

信号处理件54用于处理接收到的电信号中所携带的目标距离信息，并将位置信息和距离信息同步，得到目标物体200的具体位置。

结合图2，扫描组件40为振镜。

具体的，扫描组件40可以为旋转多面镜或振镜以及类似器件组合。

具体来说，振镜能够使得从振镜射出作用于目标物体200的激光束，经过目标物体200的反射后，又反射回到振镜，能够方便接收反射后的激光束。

在具体的实施例中，扫描组件40通过旋转或者摆动的方式，控制激光束的方向和扫描范围，扫描组件40能够引导第一激光束作用于目标物体，扫描组件40还能引导第二激光束沿着第一激光束自连接件242射向目标物体200的路径原路返回，使得第二激光束能够原路返回至连接件242，最后由检测组件50检测到目标物体200的位置信息。

因此，扫描组件40是激光雷达的重要部件之一，主要用于控制激光束的方向。

综上，第一激光束从端口S处出射，射向透光元件244后准直出射，第二激光束也通过透光元件244汇聚后返回到端口S，第二激光束在光纤耦合器22的内部分离，全程空间激光束共轴，结构简单，器件简洁，是真正意义上的同轴收发。

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申请专利范围的限制。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，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括发射组件、连接组件、扫描组件以及检测组件，所述连接组件包括光纤耦合器，所述光纤耦合器具有第一段、第二段、中间段以及第三段，所述第一段和所述第二段的一端均与所述中间段的一端连接，所述第三段的一端与所述中间段的另一端连接，所述发射组件与所述第一段的另一端连接，所述检测组件与所述第二段的另一端连接，所述扫描组件设置在所述第三段的另一端，其中，所述第一段、所述中间段以及所述第三段连接形成第一路径，所述第三段、所述中间段以及所述第二段连接形成第二路径；

所述发射组件用于发射第一激光束，所述扫描组件用于将所述第一激光束反射到目标物体，所述目标物体反射所述第一激光束形成第二激光束，并且所述第二激光束原路返回到所述第三段；

所述第一路径用于使所述第一激光束穿过，从而使得所述第一激光束穿过所述第一路径后作用于所述目标物体，所述第二路径用于使所述第二激光束穿过，从而使得所述第二激光束穿过所述第二路径后作用于所述检测组件；

所述检测组件用于检测所述第二激光束，从而获得所述目标物体的位置信息。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光纤耦合器具有端口A、端口B以及端口S，所述第一段的另一端为所述端口A，所述第二段的另一端为端口B，所述第三段的另一端为所述端口S，所述端口A与所述发射组件连接，所述扫描组件与所述端口S对应，从而使得所述第一激光束从所述端口A进入所述第一路径，并从所述端口S射向所述扫描组件；

所述端口B与所述检测组件连接，从而使得所述第二激光束从所述端口S进入所述第二路径，并从所述端口B进入所述检测组件。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述连接组件还包括中间件，所述中间件包括连接件和透光元件，所述连接件与所述端口S连接，从而使得所述第一激光束从所述连接件朝向所述透光元件射出；

所述透光元件设置在所述连接件靠近所述扫描组件的一端，从而使得所述第一激光束穿过所述透光元件后，经所述扫描组件反射后作用于所述目标物体。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述发射组件包括激光器和隔离器件，所述隔离器件连接在所述激光器与所述端口A之间，所述激光器用于发射第一激光束，所述隔离器件用于使所述第一激光束单向通过，从而保护所述激光器。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述连接件与所述透光元件的中心区域对应，从而使得所述第一激光束作用于所述透光元件的中心区域。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述发射组件与所述光纤耦合器之间通过光纤连接，所述检测组件与所述光纤耦合器之间也通过光纤连接。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述光纤耦合器为双包层光纤耦合器。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述第一路径为双包层光纤，所述双包层光纤由单模纤芯和多模光纤包层组成；

所述第二路径为多模光纤包层。

9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述检测组件包括光电探测器和信号处理件，所述信号处理件连接与所述光电探测器连接，从而使得所述信号处理件根据所述光电探测器的探测结果得到所述目标物体的具体位置。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描组件为振镜。