CN110832345A - 一种激光雷达 - Google Patents

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Abstract

一种激光雷达，激光雷达包括：发射***(100)，用于发射出射激光；接收***(200)，用于接收反射激光；旋转部件(300)，绕中心轴(400)旋转，发射***(100)和接收***(200)均置于旋转部件(300)上旋转；发射***(100)和接收***(200)相对于中心轴(400)倾斜设置。实现了宽视场角的扫描范围；应用于自动驾驶车辆时，探测范围能够覆盖车辆安装激光雷达一侧的全部方向，不仅能够探测车辆四周，还能够向上、向下探测，提高了探测准确性和全面性。

Description

一种激光雷达
技术领域
本申请实施例涉及激光探测技术领域，具体涉及一种激光雷达。
背景技术
激光雷达是以发射激光光束来探测物体的位置、速度等特征量的雷达***，其工作原理是发射***先向探测区域发射用于探测的出射激光，然后接收***接收从探测区域内物体反射回来的反射激光，将反射激光与出射激光进行比较，处理后可获得物体的有关信息，如距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
目前机械旋转式激光雷达发展时间长、技术成熟度高，而被广泛应用。通常，机械旋转式激光雷达采用发射镜头和接收镜头水平放置，覆盖垂直方向上一定范围的视场角；同时通过机械旋转，完成水平方向的360°扫描。
然而，在具体应用中，如自动驾驶车辆应用中，除了需要探测车辆的周围方向，还需要将垂直方向的视场角向下延伸探测路面情况，如地面凹坑等，向上延伸探测天空情况，如限高架等。因此需要一种覆盖视场角范围更广的激光雷达。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种激光雷达，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：
发射***，用于发射出射激光；
接收***，用于接收反射激光，所述反射激光为所述出射激光被探测区域内物体反射返回的激光；
旋转部件，绕中心轴旋转，所述发射***和所述接收***均置于所述旋转部件上旋转；
所述发射***和所述接收***相对于所述中心轴倾斜设置。
在一种可选的方式中，所述发射***和所述接收***沿所述中心轴轴向的视场角为90°。
在一种可选的方式中，所述发射***沿所述中心轴轴向的视场角覆盖0°-90°，其中与所述中心轴平行为0°，与所述中心轴垂直为90°。
在一种可选的方式中，所述发射***的光轴和所述接收***的光轴与所述中心轴的夹角为45°。
在一种可选的方式中，所述发射***包括发射镜头和发射装置，所述接收***包括接收镜头和接收装置。
在一种可选的方式中，所述发射镜头和所述接收镜头并排设置于所述旋转部件的同侧，并相对于所述中心轴所在平面对称。
在一种可选的方式中，所述发射装置置于所述旋转部件上，所述发射装置发射的所述出射激光对准述发射镜头并通过所述发射镜头向外出射。
在一种可选的方式中，所述发射装置包括发射基板和固定于所述发射基板的若干个发射器，若干个所述发射器沿所述中心轴轴向排列，相邻的所述发射器的出射光轴之间呈角度。
在一种可选的方式中，所述接收装置置于所述旋转部件上，所述接收镜头接收的所述反射激光射向所述接收装置并由所述接收装置接收。
在一种可选的方式中，还包括：外壳和球盖，所述发射***、所述接收***和所述旋转部件均置于所述外壳和所述球盖合围而成的空腔内。
在一种可选的方式中，所述球盖为窗口片，用于使所述出射激光透过后向外出射，同时使所述反射激光透过后被接收，并滤除所述反射激光中的干扰光。
本申请实施例通过发射***和接收***相对于中心轴倾斜设置，发射***和接收***均置于旋转部件上，并由旋转部件带动绕中心轴旋转进行扫描；能够形成宽视场角的扫描范围。发射***沿中心轴轴向的视场角为90°，从中心轴起视场角覆盖0°-90°，并绕中心轴旋转进行扫描，能够形成覆盖半球空间的扫描范围，大大提高了激光雷达的视场角；应用于自动驾驶车辆时，探测范围能够覆盖车辆安装激光雷达一侧的全部方向，不仅能够探测车辆四周，还能够向上、向下探测，提高了探测的准确性和全面性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本申请激光雷达实施例的立体图；
图2示出了本申请激光雷达实施例的侧视图；
图3示出了本申请激光雷达实施例的剖视图；
图4示出了本申请激光雷达实施例的正视图。
具体实施方式中的附图标号如下：
100、发射***；101、发射镜头；1011、发射镜筒；1012、发射镜组；102、发射装置；1021、发射基板；1022、发射器；200、接收***；201、接收镜头；300、旋转部件；301、支撑件；400、中心轴；500、挡光板；600、外壳；700、球盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
请参阅图1和图3，图1示出了本申请激光雷达实施例的立体图，图3示出了本申请激光雷达实施例的剖视图，激光雷达包括：发射***100、接收***200、旋转部件300。
发射***100，用于发射出射激光；
接收***200，用于接收反射激光，反射激光为出射激光被探测区域内物体反射返回的激光；
旋转部件300，绕中心轴400旋转，发射***100和接收***200均置于旋转部件300上旋转；
发射***100和接收***200相对于中心轴400倾斜设置。
对于发射***100，包括发射装置102和发射镜头101，发射装置102可以包括发射器1022和发射基板1021，若干个发射器1022排列在发射基板1021上，发射器1022发射出射激光后直接对准发射镜头101并通过发射镜头101出射；减少出射光路折叠，提高传输效率。
对于接收***200，包括接收装置和接收镜头201，接收装置可以包括接收器和接收基板，若干个接收器排列在接收基板上，接收镜头201接收的反射激光直接对准接收器并由接收器接收；减少反射光路折叠，提高接收效率。
对于旋转部件300，包括支撑件301，支撑件301通过连接装置与中心轴400连接，中心轴400通过支撑件301带动整个旋转部件300绕中心轴400旋转；发射***100和接收***200均固定于支撑件301上。
本申请实施例公开的激光雷达，发射***和接收***相对于中心轴倾斜设置，发射***和接收***均置于旋转部件上，并由旋转部件带动绕中心轴旋转进行扫描。该激光雷达具有更宽的视场角，扩大探测范围，能够同时探测更多方向上的物体。
可选的，如图2所示，发射***100沿中心轴400轴向的视场角为90°。
发射***的视场角，90°，为较大的视场角，拥有大探测范围，提高激光雷达的探测能力；发射***的90°视场角可沿中心轴轴向覆盖任意范围。
可选的，如图2所示，发射***100沿中心轴400轴向的视场角覆盖0°-90°，其中与中心轴400平行为0°，与中心轴400垂直为90°。可选的，如图3所示，发射***100的光轴和接收***200的光轴与中心轴400的夹角为45°。
从中心轴起视场角覆盖0°-90°，同时旋转部件带动发射***和接收***绕中心轴旋转，在发射***出射方向上形成一个180°×180°的视场角，能够覆盖整个半球空间的扫描范围，显著扩大了激光雷达的视场角。应用于自动驾驶车辆时，探测范围能够覆盖车辆安装激光雷达一侧的全部方向，不仅能够探测车辆外侧，还能够向上、向下探测。发射镜头的光轴和接收镜头的光轴所在的平面与中心轴的夹角为45°，出射激光和反射激光对称分布在光轴周围。
可选的，如图3所示，发射***100包括发射镜头101和发射装置102，接收***200包括接收镜头201和接收装置(图中未示出)。
对于发射***100，包括发射装置102和发射镜头101，发射装置102可以包括发射器1022和发射基板1021，若干个发射器1022排列在发射基板1021上，发射器1022发射出射激光后直接对准发射镜头101并通过发射镜头101出射；减少出射光路折叠，提高传输效率，便于装调。
对于接收***200，包括接收装置和接收镜头201，接收装置可以包括接收器和接收基板，若干个接收器排列在接收基板上，接收镜头201接收的反射激光直接对准接收器并由接收器接收；减少反射光路折叠，提高接收效率，便于装调。
可选的，如图1、图3和图4所示，发射镜头101和接收镜头201并排设置于旋转部件300的同侧，并相对于中心轴400所在平面对称。
发射镜头101和接收镜头201并排设置，尽量相互靠近，出射激光经过发射镜头101出射后，在相近位置由接收镜头201接收反射激光；发射镜头101和接收镜头102相互靠近，能够使接收镜头201接收到的尽可能多的反射激光。发射镜头101和接收镜头102之间还可以设置有挡光板500，挡光板500用于防止穿过发射镜头101和接收镜头201的两路激光发生串扰。发射镜头101包括发射镜筒1011和发射镜组1012，发射镜组1012固定于发射镜筒1011内；接收镜头201包括接收镜筒(图中未示出)和接收镜组(图中未示出)，接收镜组固定于接收镜筒内；发射镜组1012通过发射镜筒1011固定于旋转部件300，接收镜组通过接收镜筒固定于旋转部件300。
发射镜头和接收镜头相对于中心轴所在平面对称，利于调整整个旋转部件及其上的各个***的动平衡，避免旋转过程中的磨损和冲击，提高使用寿命和可靠性。
可选的，如图3所示，发射装置102置于旋转部件300上，发射装置102发射的出射激光对准发射镜头101并通过发射镜头101向外出射。发射装置102包括发射基板1021和固定于发射基板1021的若干个发射器1022，若干个发射器1022沿中心轴400轴向排列，发射基板1021平行于中心轴400，相邻的发射器1022的出射光轴之间呈角度。
发射器发射出射激光后直接对准发射镜头并通过发射镜头出射；减少出射光路折叠，提高传输效率，便于装调。若干个发射器沿中心轴轴向排列于发射基板，发射基板平行于中心轴，若干个发射器发射的出射激光沿中心轴轴向分布，即若干个发射器发射的出射激光沿中心轴轴向拼接，在该方向上形成较大的视场角。相邻的发射器的出射光轴之间呈角度，在中心轴轴向上的视场角更大。发射镜头可以是准直镜组，用于准直出射激光，使出射激光具有更好的方向性。
可选的，接收装置(图中未示出)置于旋转部件上，接收镜头201接收的反射激光射向接收装置并由接收装置接收。
接收镜头接收的反射激光直接对准接收器并由接收器接收；减少反射光路折叠，提高接收效率，便于装调。接收镜头可以是聚焦镜组，用于聚焦反射激光，反射激光聚焦后能够全部由接收装置接收。
可选的，如图2和图3所示，激光雷达还包括：外壳600和球盖700，发射***100、接收***200和旋转部件300均设置于外壳600和球盖700合围而成的空腔内。
外壳和球盖固定后形成的空腔，用于容置发射***、接收***和旋转部件，保护空腔内部的器件，为内部的器件提供稳定可靠的工作环境，起到防水、防尘、防风等作用；旋转部件在外壳和球盖内部旋转。
可选的，如图2和图3所示，球盖700为窗口片，用于使出射激光透过后向外出射，同时使反射激光透过后被接收，并滤除反射激光中的干扰光。
窗口片采用半球形的球盖，出射激光和反射激光透过时，完全没有遮挡影响探测；内部旋转部件旋转时，球盖不会阻碍内部旋转的器件；同时，也尽量少的对出射激光和反射激光造成畸变；球盖能够使出射激光正常出射，同时还能滤除反射激光中的干扰光，使反射激光正常入射，提高探测准确性。
本申请实施例通过发射***和接收***相对于中心轴倾斜设置，发射***和接收***均置于旋转部件上，并由旋转部件带动绕中心轴旋转进行扫描；能够形成宽视场角的扫描范围。发射***沿中心轴轴向的视场角为90°，从中心轴起视场角覆盖0°-90°，并绕中心轴旋转进行扫描，能够形成覆盖半球空间的扫描范围，大大提高了激光雷达的视场角；应用于自动驾驶车辆时，探测范围能够覆盖车辆安装激光雷达一侧的全部方向，不仅能够探测车辆四周，还能够向上、向下探测，提高了探测的准确性和全面性。
需要注意的是，除非另有说明，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。
此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：
发射***，用于发射出射激光；
接收***，用于接收反射激光，所述反射激光为所述出射激光被探测区域内物体反射返回的激光；
旋转部件，绕中心轴旋转，所述发射***和所述接收***均置于所述旋转部件上旋转；
所述发射***和所述接收***相对于所述中心轴倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射***沿所述中心轴轴向的视场角为90°。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述发射***沿所述中心轴轴向的视场角覆盖0°-90°，其中与所述中心轴平行为0°，与所述中心轴垂直为90°。
4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射***的光轴和所述接收***的光轴与所述中心轴的夹角为45°。
5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射***包括发射镜头和发射装置，所述接收***包括接收镜头和接收装置。
6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述发射镜头和所述接收镜头并排设置于所述旋转部件的同侧，并相对于所述中心轴所在平面对称。
7.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述发射装置置于所述旋转部件上，所述发射装置发射的所述出射激光对准所述发射镜头并通过所述发射镜头向外出射。
8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述发射装置包括发射基板和固定于所述发射基板的若干个发射器，若干个所述发射器沿所述中心轴轴向排列，相邻的所述发射器的出射光轴之间呈角度。
9.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述接收装置置于所述旋转部件上，所述接收镜头接收的所述反射激光射向所述接收装置并由所述接收装置接收。
10.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括：外壳和球盖，所述发射***、所述接收***和所述旋转部件均置于所述外壳和所述球盖合围而成的空腔内。
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