CN220855345U - 一种光路结构和混合固态激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光雷达技术领域，公开了一种光路结构和混合固态激光雷达，包括多面体转镜、振镜和反射镜；振镜的摆动轴垂直于多面体转镜的旋转轴；振镜包括第一振镜和第二振镜，反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；第一振镜和第一反射镜按照预设方式排布于多面体转镜的一侧，与多面体转镜构成第一光路结构；第二振镜和第二反射镜对称排布于多面体转镜的另一侧，与多面体转镜构成第二光路结构。本实用新型通过单机便能够扫描出180度视场，减少了雷达的使用数量，同时还可以通过改变发射角度和反射角度快速实现扫描视场的定制化调整，能够适应不同的工作需求，具有极高的适配性。

Description

一种光路结构和混合固态激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种光路结构和混合固态激光雷达。

背景技术

目前，现有用于辅助自动驾驶的激光雷达都是120度水平视场的混合固态式车载激光雷达或全固态车载激光雷达，这些120度水平视场的混合固态激光雷达的缺点在于，由于120度水平视场不足以覆盖全部车前角度，因此车头前方两侧会出现盲区，从而无法及时探测到两侧的并行车辆。

为了增加水平视场的扫描角度，常规方法是采取安装两个或者三个120度的激光雷达进行视场拼接，来实现扫描覆盖180度视场，但是这种解决方式所存在的问题是，雷达拼接会导致硬件成本增加，且配套算法难度也会增加，同时安装更多的雷达也需要车辆预留更多的安装空间，不仅不利于整车的研发，同时还提高了车辆的成本。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光路结构和混合固态激光雷达，以能够解决需要多个雷达拼接实现180度视场覆盖的问题，达到减少雷达使用的数量，减小车辆预留空间的技术效果。

第一方面，本实用新型提供了一种光路结构，所述结构包括：多面体转镜、振镜和反射镜；

所述振镜的摆动轴垂直于所述多面体转镜的旋转轴；

所述振镜包括第一振镜和第二振镜，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；

所述第一振镜和所述第一反射镜按照预设方式排布于所述多面体转镜的一侧，以与所述多面体转镜构成第一光路结构；所述第二振镜和所述第二反射镜对称排布于所述多面体转镜的另一侧，以与所述多面体转镜构成第二光路结构。

进一步地，所述反射镜为可调角度反射镜。

进一步地，所述反射镜为反射镜组，所述反射镜组包括若干个按照预设规则排布的反射镜。

进一步地，所述多面体转镜的若干个反射面按照圆周等分方式排列。

进一步地，所述多面体转镜和所述振镜上均设置有角度传感器。

第二方面，本实用新型提供了一种混合固态激光雷达，包括上述的光路结构，还包括：

两个激光发射接收系统，分别为第一激光发射接收系统和第二激光发射接收系统，且每个激光发射接收系统包括若干组激光发射单元和激光接收单元；

所述第一激光发射接收系统和所述第二激光发射接收系统对称设置于所述光路结构的两侧，使得所述第一光路结构位于所述第一激光发射接收系统的激光出射光路和激光入射光路上、以及使得所述第二光路结构位于所述第二激光发射接收系统的激光出射光路和激光入射光路上。

进一步地，所述激光发射单元包括半导体激光器。

进一步地，所述激光接收单元包括APD和/或SIPM阵列传感器。

本实用新型提供了一种光路结构和混合固态激光雷达。通过本实用新型提供的雷达，单机便能够扫出180度的视场，减少了雷达使用的数量，降低了控制系统的难度，进一步降低了生产成本，并且减小了车辆预留空间。

附图说明

图1是本实用新型实施例中光路结构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中混合固态激光雷达的结构示意图。

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。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。

请参阅图1，本实用新型第一实施例提出的一种光路结构，包括：多面体转镜1、振镜2和反射镜3，其中，振镜2有两个，分别为第一振镜和第二振镜，反射镜3也有两个，分别为第一反射镜和第二反射镜。

第一振镜和第一反射镜按照一定的方式排布在多面体转镜1的一侧，同时第二振镜和第二反射镜按照同样的排布，对称设置在多面体转镜1的另一侧，从而可以使第一反射镜、第一振镜和多面体转镜1构成第一光路结构，并且使第二反射镜、第二振镜和多面体转镜1构成第二光路结构，其中，光路结构指的是可以使激光传播的结构，也就是说，激光可以通过第一反射镜反射至第一振镜，并通过第一振镜的摆动反射至多面体转镜1，多面体转镜1的转动会将激光反射出去，遇到目标物后通过漫反射延光路返回到接收单元，形成扫描视场，同理，激光也可以通过第二反射镜反射至第二振镜，并通过第二振镜的摆动反射至多面体转镜1，多面体转镜1的转动会将激光反射出去，遇到目标物后通过漫反射延光路返回到接收单元，形成扫描视场。

在一个优选的实施例中，反射镜2为可调节角度的反射镜，以第一光路结构为例，通过第一反射镜的角度调整，可以将激光反射向第一振镜，第一振镜会在一定角度内往复摆动，形成一维扫描光，然后将激光射向多面体转镜1，再经由多面体转镜1的转动将激光反射，形成二维扫描光，由于第一振镜和第一反射镜设置在多面体转镜1的一侧，因此，在多面体转镜1的一侧会形成扫描视场，同理，由于第二振镜和第二反射镜对称设置在多面体转镜1的另一侧，从而可以在对称的另一侧也形成扫描视场，两个扫描视场叠加重合，形成了一个水平方向180°范围的激光的扫描视场。需要说明的是，当激光扫描到目标物时通过漫反射也会按照相同的路径返回。

进一步地，为了使激光的扫描范围更大，本实施例中优选的将振镜2的往复摆动的轴垂直于多面体转镜1的旋转轴，即在多面体转镜1顺时针旋转时，振镜2以摆动轴21为中心进行上下的往复摆动，并且二者的摆动速度和旋转速度按照一定的速度比进行设置，从而可以使经过振镜2反射的激光会形成与X轴形成一定夹角的射向多面体转镜1的一维扫描光，此外，多面体转镜1是一个由多个反射面按照圆周等分方式排列的正多边形的多面体，在本实施例中以四个反射面的六面体棱柱结构的多面体转镜1为例，当然也可以采用其他面数的多面体，在此将不再一一赘述。

在另一个优选的实施例中，为了进一步扩大激光的发射范围，反射镜3可以为反射镜组，反射镜组包括多个按照一定规则排列的反射镜，从而实现多个垂直扫描角度，最终在竖直方向实现不同角度分辨率的扫描。此外，在多面体转镜1和振镜2上均设置有角度传感器，用于识别和控制多面体转镜1和振镜2的角度位置，通过改变发射角度，可以快速实现扫描视场的定制化调整，从而使用不同的需求，具有极高的适配性。需要说明的是，反射镜组的排布可以按照常规反射镜组的排布方式，角度传感器可以采用常规的角度传感器比如PSD等，在此也不再赘述。

通过本实用新型提供的光路结构，可以在多面体转镜1的左右两侧实现激光扫描从而扩大了扫描视场，而在此光路结构的基础上，本实用新型的第二实施例提供了一种混合固态激光雷达。

请参阅图2，本实施例中的混合固态激光雷达包括两个激光发射接收系统4，每个激光发射接收系统4均包含有多组激光发射单元和激光接收单元，在此以M表示激光发射单元和激光接收单元的组数，则M≥1，激光发射单元用于发射激光进行探测，其中的激光发射器为半导体激光器或者其他类型的激光发射元件，激光接收单元用于接收探测后返回的激光，而其中的探测器则可以采用APD或者SIPM传感器等光学探测元件。

由于上述的光路结构包括第一光路结构和第二光路结构，因此，两个激光发射接收系统4可以分别设置在光路结构的两侧，从而使第一光路结构位于第一激光发射接收系统的激光出射光路以及激光入射光路上，以及使第二光路结构位于第二激光发射接收系统的激光出射光路以及激光入射光路上，从而构成了混合固态激光雷达。

在一个优选的实施例中，光路结构两侧的激光发射接收系统4可以设置为两组激光发射接收系统，每组激光发射接收系统包含多个激光发射接收系统4，在此以N表示每组包含的激光发射接收系统4的个数，其中N≥2，也就是说，N个激光发射接收系统4可以构成激光发射阵列来发射激光，又因为每个激光发射接收系统4包括M个激光发射单元，因此，通过调整激光发射的角度就可以实现M×N个垂直扫描角度，当然如果光路结构中的反射镜3为反射镜组，也可以通过调整反射镜组的角度，从而在竖直方向上实现不同角度的分辨率扫描；当振镜2和多面体转镜1同时转动时，由于振镜2和多面体转镜1的协调运动会形成一定条数的竖直扫描线，假设振镜2的摆动速度为W1，多面体转镜1的旋转速度为W2，且多面体转镜1的反射面的数量为S，二者的速度比为W1/W2，此时，形成的竖直扫描线就有W1/W2×S条。再综合激光光源的数量以及振镜2和多面体转镜1的协调运动，最终可以实现M×N×W1/W2×S条水平扫描线，而当左右两侧的扫描线在竖直方向上有一定扫描区别时，左右水平视场的重叠区域会出现2×M×N×W1/W2×S条水平扫描线，比如，当有两束激光，多面体转镜1为四个反射面的六面体棱柱结构，且振镜2和多面体转镜1的速度比为8时，就可以形成2×8×4＝64条水平扫描线，而此时重叠区域就会出现2×64＝128条水平扫描线。当激光打到目标物后会进行反射通过光路结构回到激光接收单元，并通过光学探测元件将电信号传递至激光接收单元的控制系统中。

在一个优选的实施例中，激光发射接收系统4中的激光发射单元会发出激光，通过发射光学镜片组从激光发射孔射出，经过反射镜3调整角度后，激光会射向振镜2，振镜2在一定角度范围内进行垂直于多面体转镜1旋转轴上往复摆动，激光经过摆动的振镜2的反射后，形成与X轴形成垂直方向夹角P1°射向多面体转镜1的一维扫描光，再由连续旋转的多面体转镜1将振镜2反射出的一维扫描光进行反射，形成水平角度为Q1°的二维扫描光，其中，激光雷达左右两侧的扫描系统均进行以上过程，此时经过振镜2反射的左侧夹角为P1°，右侧夹角为P2°，P1°+P2°＝180°，经过多面体转镜1反射形成的左侧水平角度也即水平扫描视场左侧角度为Q1°，水平扫描视场右侧角度为Q2°，此时，Q1°+Q2°＞180°，由于左右视场在多面体转镜1前方会产生重叠部分，因此，本实用新型提供的混合固态激光雷达最终形成的整体扫描视场为180°，重叠区域即点云加密区域为Q1°+Q2°-180°＝Q3°。

综上，本实用新型实施例提出的一种光路结构和混合固态激光雷达，所述光路结构包括多面体转镜、振镜和反射镜；所述振镜的摆动轴垂直于所述多面体转镜的旋转轴；所述振镜包括第一振镜和第二振镜，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；所述第一振镜和所述第一反射镜按照预设方式排布于所述多面体转镜的一侧，且在所述多面体转镜的另一侧对称排布有所述第二振镜和所述第二反射镜，使得所述第一振镜、所述第一反射镜和所述多面体转镜构成第一光路结构、以及使得所述第二振镜、所述第二反射镜和所述多面体转镜构成第二光路结构。本实用新型提供的混合固态激光雷达通过单机便能够扫描出180°的视场，减少了雷达的使用数量，从而降低了车辆的生产成本，减少了车辆预留空间，同时还可以通过改变发射角度和反射角度快速实现扫描视场的定制化调整，能够适应不同的工作需求，具有极高的适配性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种光路结构，其特征在于，包括：

多面体转镜、振镜和反射镜；

所述振镜的摆动轴垂直于所述多面体转镜的旋转轴；

所述振镜包括第一振镜和第二振镜，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；

所述第一振镜和所述第一反射镜按照预设方式排布于所述多面体转镜的一侧，与所述多面体转镜构成第一光路结构；所述第二振镜和所述第二反射镜对称排布于所述多面体转镜的另一侧，与所述多面体转镜构成第二光路结构。

2.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，所述反射镜为可调角度反射镜。

3.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，所述反射镜为反射镜组，所述反射镜组包括若干个按照预设规则排布的反射镜。

4.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，所述多面体转镜的若干个反射面按照圆周等分方式排列。

5.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，所述多面体转镜和所述振镜上均设置有角度传感器。

6.一种混合固态激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的光路结构，还包括：

两个激光发射接收系统，分别为第一激光发射接收系统和第二激光发射接收系统，且每个激光发射接收系统包括若干组激光发射单元和激光接收单元；

所述第一激光发射接收系统和所述第二激光发射接收系统对称设置于所述光路结构的两侧，使得所述第一光路结构位于所述第一激光发射接收系统的激光出射光路和激光入射光路上、以及使得所述第二光路结构位于所述第二激光发射接收系统的激光出射光路和激光入射光路上。

7.根据权利要求6所述的混合固态激光雷达，其特征在于，所述激光发射单元包括半导体激光器。

8.根据权利要求6所述的混合固态激光雷达，其特征在于，所述激光接收单元包括APD和/或SIPM阵列传感器。