CN108663670B - 激光雷达光机装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达光机装置，通过将激光发射组件中的激光光源的发射光轴与激光接收组件的接收光轴共轴设置，且接收组件设置于背离激光二极管发射端的一侧，激光光源发射的出射激光通过反射组件反射后由防护罩组件射出；而目标物体反射的信号激光由防护罩组件进入通过反射组件反射由激光接收组件接收。本发明提供的激光雷达光机装置中激光发射组件对激光接收组件的影响较小，提高信号激光的接收能力，提高了激光雷达的精度，并且结构简单，不需在激光接收组件开孔，降低了加工难度与成本。

Description

激光雷达光机装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达光机装置。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。由于激光雷达探测具有距离远精度高、隐蔽性好、抗干扰能力强的特点，因此被广泛运用。激光雷达主要分为共轴和平行轴***，共轴激光雷达***较平行轴激光雷达***具有盲区小、结构简单等特点。

但是传统共轴激光雷达***为了保证发射与接收共轴，通常会在接收透镜中心做开孔处理，激光光源从该开孔处发射出射激光，这样不仅增大了加工难度与成本，也降低了对目标物体反射的信号激光的接收能力。

发明内容

本发明提供一种激光雷达光机装置，以降低加工难度与成本，并提高信号激光的接收能力。

本发明提供一种激光雷达光机装置，包括：防护罩组件、激光发射组件、激光接收组件和反射组件，所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件均设置于所述防护罩组件内；

所述激光发射组件包括激光光源，所述激光光源发射的出射激光通过所述反射组件反射后由所述防护罩组件射出；

所述激光接收组件设置于背离所述激光二极管发射端的一侧，所述激光接收组件的接收光轴与所述激光光源的发射光轴共轴，所述激光接收组件用于接收由所述防护罩组件进入并通过所述反射组件反射的信号激光；

所述反射组件能够绕所述激光光源的发射光轴旋转。

进一步的，所述反射组件包括反射镜和转动电机，所述反射镜的镜面倾斜设置，所述转动电机驱动所述反射镜绕所述激光光源的发射光轴旋转。

进一步的，所述激光发射组件还包括：准直镜筒和准直透镜。

准直镜筒，设置于所述反射镜和所述防护罩组件之间，且与所述反射镜固定连接，所述准直镜筒与所述出射激光经所述反射组件反射后的光轴共轴，所述准直镜筒靠近所述反射镜的位置设有开口，以使所述激光光源伸入所述准直镜筒并使所述激光光源发射的出射激光通过所述反射镜位于所述准直镜筒内的部分反射后由所述准直镜筒射出；

准直透镜，设置于所述准直镜筒内，用于对所述出射激光进行准直。

进一步的，所述准直镜筒为锥度大于所述出射激光发散角的筒体。

进一步的，所述激光光源的发射光轴沿竖直方向，所述反射镜与所述激光光源的发射光轴呈45度夹角。

进一步的，所述激光接收组件包括接收透镜和光敏元件，所述光敏元件设置于所述接收透镜的焦点上；

所述激光发射组件还包括：固定件，用于将所述激光光源固定于所述接收透镜背离所述光敏元件的一侧，且所述激光光源的发射光轴与所述接收透镜共轴。

进一步的，所述光敏元件为雪崩光电二极管。

进一步的，所述防护罩组件包括罩体和与所述罩体连接的壳体，所述罩体和所述壳体共同形成容纳所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件的容纳腔，所述罩体包括侧壁，以使所述出射激光射出以及所述信号激光进入。

进一步的，所述罩体为圆柱形罩体或圆台形罩体；

所述准直镜筒朝向所述罩体的端部为平面，且平面的倾斜角度与罩体内壁相匹配；或所述准直镜筒朝向所述罩体的端部为与所述罩体内壁形状相匹配的曲面；

所述准直镜筒朝向所述罩体的端部到所述罩体内壁存在的间隙小于预定值，以减少该间隙溢出的散杂光干扰所述激光接收***。由于准直镜筒朝向所述罩体的端部贴近防护罩的罩体内壁，使得防护罩罩体产生的杂散光能较少进入到激光接收***，提高了激光雷达精度。

进一步的，所述激光光源为尾纤型激光二极管，所述尾纤型激光二极管包括激光二极管、光纤微透镜、光纤和法兰头；

其中所述激光二极管发出的激光通过所述光纤微透镜进入所述光纤并从光纤头部射出，从而形成所述出射激光；所述法兰头用于将所述光纤头部固定于所述固定件端部；所述光纤穿设于所述固定件内部并从所述固定件上开设的通道伸出。

本发明提供的激光雷达光机装置，通过将激光发射组件中的激光光源的发射光轴与激光接收组件的接收光轴共轴设置，且接收组件设置于背离激光二极管发射端的一侧，激光光源发射的出射激光通过反射组件反射后由防护罩组件射出；而目标物体反射的信号激光由防护罩组件进入通过反射组件反射由激光接收组件接收。本发明提供的激光雷达光机装置中激光发射组件对激光接收组件的影响较小，提高信号激光的接收能力，提高了激光雷达的精度，并且结构简单，不需在激光接收组件开孔，降低了加工难度与成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例一提供的激光雷达光机装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的激光雷达光机装置中准直镜筒与反射镜的安装示意图；

图3为本发明实施例二提供的激光雷达光机装置的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的激光雷达光机装置中的准直镜筒和准直透镜的安装示意图。

附图标记：

1-激光二极管； 2-固定件；

3-准直镜筒； 3’-准直镜筒；

4-准直透镜； 5-反射镜；

6-接收透镜； 7-光敏元件；

8-罩体； 8’-罩体；

9-壳体； 10-螺纹压圈。

具体实施方式

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、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发明和简化描述，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发明的限制。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的激光雷达光机装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种激光雷达光机装置，包括：防护罩组件、激光发射组件、激光接收组件和反射组件，所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件均设置于所述防护罩组件内。

所述激光发射组件包括激光光源，所述激光光源发射的出射激光通过所述反射组件反射后由所述防护罩组件射出。

所述激光接收组件设置于背离所述激光二极管1发射端的一侧，所述激光接收组件的接收光轴与所述激光光源的发射光轴共轴，所述激光接收组件用于接收由所述防护罩组件进入并通过所述反射组件反射的信号激光。

所述反射组件能够绕所述激光光源的发射光轴旋转。

在本实施中，激光发射组件中的激光光源的发射光轴与激光接收组件的接收光轴共轴，且接收组件设置于背离激光二极管1发射端的一侧，激光光源发射的出射激光通过反射组件反射后由防护罩组件射出；而目标物体反射的信号激光由防护罩组件进入通过反射组件反射由激光接收组件接收。本实施例中激光发射组件设置于激光接收组件之前，相对于在激光接收组件上开孔减小激光发射组件对激光接收组件的影响，提高信号激光的接收能力，并且结构简单，不需要对激光接收组件开孔，从而降低了加工难度与成本。

更具体的，所述反射组件包括反射镜5和转动电机(图中未示出)，所述反射镜5的镜面倾斜设置，所述转动电机驱动所述反射镜5绕所述激光光源的发射光轴旋转。

本实施例中通过转动电机驱动反射镜5绕激光光源的发射光轴旋转，从而实现激光雷达光机装置的360度扫描。也即出射激光可以朝向360度射出，同时也能够接收360度的信号激光。如图1所示，本实施例中激光光源的发射光轴沿竖直方向，反射镜5与激光光源的发射光轴呈45度夹角，从而使得出射激光经反射镜5反射后沿水平方向射出。当然若需要出射激光经反射镜5反射后沿其他角度，则可依据需要设定激光光源的发射光轴的方向以及反射镜5与激光光源的发射光轴的夹角。

在本实施例中，所述激光发射组件还可以包括：准直镜筒3以及准直透镜4。

其中，如图1和图2所示，准直镜筒3设置于所述反射镜5和所述防护罩组件之间，且与所述反射镜5固定连接，所述准直镜筒3与所述出射激光经所述反射组件反射后的光轴共轴，所述准直镜筒3靠近所述反射镜5的位置设有开口，以使所述激光光源伸入所述准直镜筒3并使所述激光光源发射的出射激光通过所述反射镜5位于所述准直镜筒3内的部分反射后由所述准直镜筒3射出；准直透镜4设置于所述准直镜筒3内，用于对所述出射激光进行准直，从而使得从激光雷达光机装置射出的激光为平行光。

激光光源发出的出射激光的整个光路均布置于准直镜筒3内部，从而防止产生的杂散光溢出到激光接收***中，避免了激光发射组件对激光接收组件造成干扰，进一步提高信号激光的接收能力。由于反射镜5被转动电机驱动旋转，同时带动准直镜筒3旋转，而激光光源和防护罩组件则不旋转，因此准直镜筒3开设的开口孔径略大于激光光源伸入开口部分的直径，优选的开口孔径大于激光光源伸入开口部分的直径1mm，以使激光光源伸入开口部分对准直镜筒3的旋转不产生干涉，并且能够防止产生散杂光从该开口处溢出。

优选的，所述准直镜筒3为锥度大于所述出射激光发散角的筒体，根据光束的发散特性减小遮光面积，提高光线的发射效率。

进一步的，所述防护罩组件包括罩体8和与所述罩体8连接的壳体9，所述罩体8和所述壳体9共同形成容纳所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件的容纳腔，所述罩体8包括侧壁，以使所述出射激光射出以及所述信号激光进入。在本实施例中罩体8为圆柱形罩体，也即罩体8的外形为圆柱形，其内腔也为圆柱形内腔。

所述准直镜筒3朝向所述罩体8的端部则可以为平面，且平面的倾斜角度与罩体8内壁相匹配，也即该平面的法线方向垂直于圆柱形罩体8的轴线，由于准直镜筒3的出射端相对于罩体8内壁较小，因此准直镜筒3的出射端为平面溢出的散杂光较少，减少对激光接收***的干扰。可选的，所述准直镜筒3朝向所述罩体8的端部也可以为与所述罩体8内壁形状相匹配的曲面，也即准直镜筒3的出射端的边沿与罩体8内壁的间隙处处相等，从而使得从准直镜筒3的出射端溢出的散杂光较少，减少对激光接收***的干扰。更进一步的，所述准直镜筒3朝向所述罩体8的端部到所述罩体8内壁存在的间隙小于预定值，其中，优选的预定值为2mm，可进一步减少从准直镜筒3的出射端与罩体8内壁之间的间隙溢出的散杂光对激光接收***的干扰，同时也避免准直镜筒3随反射镜5旋转时与罩体8内壁发生干涉。

本实施例中，所述激光接收组件包括接收透镜6和光敏元件7，所述光敏元件7设置于所述接收透镜6的焦点上，目标物体反射的信号激光由防护罩组件进入通过反射镜5反射后由接收透镜6接收后汇聚到光敏元件7。其中光敏元件7可以为雪崩光电二极管，雪崩光电二极管具有较高的灵敏度和响应速度。

所述激光发射组件还可包括：固定件2，用于将所述激光光源固定于所述接收透镜6背离所述光敏元件7的一侧，且所述激光光源的发射光轴与所述接收透镜6共轴。其中固定方式不限于粘黏或螺纹连接，本实施例中不需要再接收透镜6上开口，从而降低了加工难度和成本，并且固定件2和激光光源对接收透镜6的遮挡部分较小并且遮挡部分位于接收透镜6前，相对于在接收透镜6上开口对信号激光的影响较小，从而也提高信号激光的接收能力。

更具体的，固定件2可以为管状，所述激光光源为尾纤型激光二极管，所述尾纤型激光二极管包括激光二极管、光纤微透镜、光纤和法兰头；其中所述激光二极管发出的激光通过所述光纤微透镜进入所述光纤并从光纤头部射出，从而形成所述出射激光；所述法兰头用于将所述光纤头部固定于所述固定件2端部；所述光纤穿设于所述固定件2内部并从所述固定件2上开设的通道伸出，从而减小对接收透镜6的遮挡面积。当然激光光源也可以采用其他类型的激光发射装置。

本实施例中提供的激光雷达光机装置具有以下优势：

激光接收组件的接收透镜中心无需开孔，降低了加工难度及成本；通过设置准直镜筒的出射端面的形状与防护罩的罩体内壁向匹配，并且设置准直镜筒的出射端面到罩体内壁的间隙小于预定值，使准直镜筒的出射端尽可能的贴近防护罩的罩体内壁，进而使得防护罩罩体产生的杂散光能较少进入到激光接收***，提高了激光雷达精度；同时减小了激光发射***对接收透镜的遮挡面积，也增大了信号接收能力。

实施例二：

图3为本发明实施例二提供的激光雷达光机装置的结构示意图。如图3所示，本实施例提供一种激光雷达光机装置，包括：防护罩组件、激光发射组件、激光接收组件和反射组件，所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件均设置于所述防护罩组件内。

所述激光发射组件包括激光光源，所述激光光源发射的出射激光通过所述反射组件反射后由所述防护罩组件射出。

所述激光接收组件设置于背离所述激光二极管1发射端的一侧，所述激光接收组件的接收光轴与所述激光光源的发射光轴共轴，所述激光接收组件用于接收由所述防护罩组件进入并通过所述反射组件反射的信号激光。

所述反射组件能够绕所述激光光源的发射光轴旋转。

在本实施中，激光发射组件中的激光光源的发射光轴与激光接收组件的接收光轴共轴，且接收组件设置于背离激光二极管1发射端的一侧，激光光源发射的出射激光通过反射组件反射后由防护罩组件射出；而目标物体反射的信号激光由防护罩组件进入通过反射组件反射由激光接收组件接收。本实施例中激光发射组件设置于激光接收组件之前，相对于在激光接收组件上开孔减小激光发射组件对激光接收组件的影响，提高信号激光的接收能力，并且结构简单，不需要对激光接收组件开孔，从而降低了加工难度与成本。

与上述实施例不同的是，本实施例中防护罩组件反射组件可以仅包含反射镜5，激光雷达光机装置整体能够旋转或者防护罩组件内的激光发射组件、激光接收组件和反射组件能够旋转，从而实现激光雷达光机装置的360度扫描。当然激光雷达光机装置也可仅朝向某一方向发射激光和接收信号激光，也即不包含旋转结构。

在本实施例中，所述激光发射组件还可包括：准直镜筒3’和准直透镜4。其中，准直镜筒3’设置于所述反射镜5和所述防护罩组件之间，且与所述反射镜5固定连接，所述准直镜筒3’与所述出射激光经所述反射组件反射后的光轴共轴，所述准直镜筒3’靠近所述反射镜5的位置设有开口，以使所述激光光源伸入所述准直镜筒3’并使所述激光光源发射的出射激光通过所述反射镜5位于所述准直镜筒3’内的部分反射后由所述准直镜筒3’射出；准直透镜4设置于所述准直镜筒3’内，用于对所述出射激光进行准直，从而使得从激光雷达光机装置射出的激光为平行光。其中所述准直镜筒3’优选为锥度大于所述出射激光发散角的筒体，根据光束的发散特性减小遮光面积，提高光线的发射效率，当然也可为圆柱形筒体。

本实施例中还提供一种准直透镜4的安装方式，如图4所示，准直镜筒3’内壁设有凸台，准直透镜4抵于凸台上，并通过螺纹压圈10将准直透镜4压紧，从而将准直透镜4固定于准直镜筒3’内。当然在其他示例中也可采用其他的安装方式，此处不再赘述。

所述防护罩组件包括罩体8’和与所述罩体8’连接的壳体9，所述罩体8’和所述壳体9共同形成容纳所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件的容纳腔，所述罩体8’包括侧壁，以使所述出射激光射出以及所述信号激光进入。与上述实施例不同的是，本实施例的罩体8’为圆台形罩体，也即罩体8’的外形为圆台形，其内腔也为圆台形。其中圆台形罩体可以如图2中为上大下小的圆台形，也可为上小下大的圆台形。

所述准直镜筒3’朝向所述罩体8’的端部则可以为平面，且平面的倾斜角度与罩体8’内壁相匹配，也即如图2所示准直镜筒3’的出射端平面的倾斜角度与圆台形罩体8’侧面的倾斜角度相同，从而使得从准直镜筒3’的出射端溢出的散杂光较少，减少对激光接收***的干扰。可选的，所述准直镜筒3’朝向所述罩体8’的端部也可以为与所述罩体8’内壁形状相匹配的曲面，也即准直镜筒3’的出射端的边沿与罩体8’内壁的间隙处处相等，从而使得从准直镜筒3’的出射端溢出的散杂光较少，减少对激光接收***的干扰。更进一步的，所述准直镜筒3’朝向所述罩体8’的端部到所述罩体8’内壁存在的间隙小于预定值，例如间隙可以为1mm，进一步减少从准直镜筒3’的出射端与罩体8’内壁之间的间隙溢出的散杂光对激光接收***的干扰，同时也避免准直镜筒3’随反射镜5旋转时与罩体8’内壁发生干涉。

本实施例中，所述激光接收组件包括接收透镜6和光敏元件7，所述光敏元件7设置于所述接收透镜6的焦点上，目标物体反射的信号激光由防护罩组件进入通过反射镜5反射后由接收透镜6接收后汇聚到光敏元件7。其中光敏元件7可以为光敏三极管或者光电倍增管等。

所述激光发射组件还包括：固定件2，用于将所述激光光源固定于所述接收透镜6背离所述光敏元件7的一侧，且所述激光光源的发射光轴与所述接收透镜6共轴。其中固定件2可以为一支架，通过粘贴固定于接收透镜6上，激光光源固定于支架的端部。此外激光光源可以如上述实施例采用尾纤型激光二极管，也可采用其他类型的激光光源，例如气体激光器、固体激光器等，此处不再赘述。

本实施例中提供的激光雷达光机装置具有以下优势：

激光接收组件的接收透镜中心无需开孔，降低了加工难度及成本通过设置准直镜筒的出射端面的形状与防护罩的罩体内壁向匹配，并且设置准直镜筒的出射端面到罩体内壁的间隙小于预定值，使准直镜筒的出射端尽可能的贴近防护罩的罩体内壁，进而使得防护罩罩体产生的杂散光能较少进入到激光接收***，提高了激光雷达精度；同时减小了激光发射***对接收透镜的遮挡面积，也增大了信号接收能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种激光雷达光机装置，其特征在于，包括：防护罩组件、激光发射组件、激光接收组件和反射组件，所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件均设置于所述防护罩组件内；

所述激光发射组件包括激光光源，所述激光光源发射的出射激光通过所述反射组件反射后由所述防护罩组件射出；

所述激光接收组件设置于背离所述激光二极管发射端的一侧，所述激光接收组件的接收光轴与所述激光光源的发射光轴共轴，所述激光接收组件用于接收由所述防护罩组件进入并通过所述反射组件反射的信号激光；所述激光接收组件包括接收透镜和光敏元件，所述光敏元件设置于所述接收透镜的焦点上；

所述反射组件包括反射镜，所述反射镜能够绕所述激光光源的发射光轴旋转；

所述激光发射组件还包括：

固定件，用于将所述激光光源固定于所述接收透镜背离所述光敏元件的一侧，且使所述激光光源的发射光轴与所述接收透镜共轴，以使所述接收透镜无需开孔；

准直镜筒，设置于所述反射镜和所述防护罩组件之间，且与所述反射镜固定连接，所述准直镜筒与所述出射激光经所述反射组件反射后的光轴共轴；所述准直镜筒内设置准直透镜；所述准直镜筒靠近所述反射镜的位置设有开口，以使所述激光光源伸入所述准直镜筒并使所述激光光源发射的出射激光通过所述反射镜位于所述准直镜筒内的部分反射后、经过所述准直透镜准直后由所述准直镜筒的出射端射出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述反射组件包括转动电机，所述反射镜的镜面倾斜设置，所述转动电机驱动所述反射镜绕所述激光光源的发射光轴旋转。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准直镜筒为锥度大于所述出射激光发散角的筒体。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述激光光源的发射光轴沿竖直方向，所述反射镜与所述激光光源的发射光轴呈45度夹角。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光敏元件为雪崩光电二极管。

6.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述防护罩组件包括罩体和与所述罩体连接的壳体，所述罩体和所述壳体共同形成容纳所述激光发射组件、所述激光接收组件和所述反射组件的容纳腔，所述罩体包括侧壁，以使所述出射激光射出以及所述信号激光进入。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述罩体为圆柱形罩体或圆台形罩体；

所述准直镜筒朝向所述罩体的端部为平面，且平面的倾斜角度与罩体内壁相匹配；或所述准直镜筒朝向所述罩体的端部为与所述罩体内壁形状相匹配的曲面；

所述准直镜筒朝向所述罩体的端部到所述罩体内壁存在的间隙小于预定值，以减少该间隙溢出的散杂光干扰所述激光接收***。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述激光光源为尾纤型激光二极管，所述尾纤型激光二极管包括激光二极管、光纤微透镜、光纤和法兰头；

其中所述激光二极管发出的激光通过所述光纤微透镜进入所述光纤并从光纤头部射出，从而形成所述出射激光；所述法兰头用于将所述光纤头部固定于所述固定件端部；所述光纤穿设于所述固定件内部并从所述固定件上开设的通道伸出。

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