CN111007484B - 一种单线激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单线激光雷达，包含相邻设置的第一扩束准直透镜与第二扩束准直透镜，在第一扩束准直透镜的焦距位置设有激光探测器，且激光探测器的主探测光路与第一扩束准直透镜的光轴重合；在第二扩束准直透镜的焦距位置，偏离第二扩束准直透镜的光轴设置半导体激光模块。所述半导体激光模块集成了快轴和慢轴压缩透镜，经合理设计可发出圆高斯光束或近圆高斯光束；半导体激光模块的主光线与第二扩束准直透镜的光轴间距不超过激光探测器的探测面半径。

Description

一种单线激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种单线激光雷达。
背景技术
激光雷达是实现周边环境智能感知的核心关键传感器之一，具备测距精度高、距离远、响应快、抗干扰能力强等特点，越来越广泛地应用无人驾驶、机器人、智能安防、环境监测等领域。目前单线激光雷达存在检测距离相对较近，测量的可靠性仍有待进一步提高的问题，另外激光雷达的精密装调，往往过程耗时且低效，为解决这些问题，有必要进行深入研究。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种检测距离更远，可靠性更高的单线激光雷达。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种单线激光雷达，包含相邻设置的第一扩束准直透镜与第二扩束准直透镜，在第一扩束准直透镜的焦距位置设有激光探测器，且激光探测器的主探测光路与第一扩束准直透镜的光轴重合；在第二扩束准直透镜的焦距位置，偏离第二扩束准直透镜的光轴设置半导体激光模块，所述半导体激光模块发出圆高斯光束或近圆高斯光束的多脉冲激光；半导体激光模块的主光线与第二扩束准直透镜的光轴间距不超过激光探测器的探测面半径。该设计确保激光发射到远处的光斑始终在探测器的视场范围以内。
进一步的，所述半导体激光模块包含混合集成底板，混合集成底板上设有贴片封装的脉冲半导体激光器。
进一步的，所述脉冲半导体激光器发出椭圆高斯光束，对应的，混合集成底板上还包含有快轴透镜与慢轴透镜，并使脉冲半导体激光器发出的光线通过慢轴透镜与快轴透镜后，被压缩为圆高斯光束或近圆高斯光束。
由于半导体激光模块整体偏离光轴微小距离，使主光线与接收端视场边缘主探测光路平行，确保光束在远处始终在接收端视场范围内，并结合发出圆高斯光束或近圆高斯的半导体激光模块，便于后续的扩束准直，以增加激光雷达的有效探测距离；以此同时，激光器发射模组的贴片式封装方式相比其他封装方式(如典型的TO封装，在该封装中，引脚线长度难以控制，导致激光器位置难以精确确定)能够更精确控制激光器所处的位置，可提高装调精度和降低装调复杂度；同时，采用多脉冲激光发射，有助于对检测点进行多次独立测量，以提高测量可靠性；并通过贴片式封装，零件尺寸更小，寄生电性参数减小，便于实现更窄的脉冲压缩。
附图说明
图1为实施例中半导体激光模块的结构示意图。
图2为实施例的收发光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
一种单线激光雷达，包含相邻设置的第一扩束准直透镜与第二扩束准直透镜，在第一扩束准直透镜的焦距位置设有激光探测器，且激光探测器的主探测光路与第一扩束准直透镜的光轴重合；在第二扩束准直透镜的焦距位置，偏离第二扩束准直透镜的光轴设置半导体激光模块，半导体激光模块的主光线与第二扩束准直透镜的光轴间距不超过激光探测器的探测面半径。其中，如图1所示，所述半导体激光模块包含混合集成底板1(可采用PCB板)，混合集成底板1上设有贴片封装的脉冲半导体激光器2、快轴透镜3与慢轴透镜4，且慢轴透镜4与快轴透镜3置于脉冲半导体激光器2的出光口之前。所述脉冲半导体激光器2发出椭圆高斯光束，通过快轴透镜3与慢轴透镜4后，被压缩为圆高斯光束或近圆高斯光束，以快慢轴压缩的方式，减小快慢轴方向的差异性，为后续进一步扩束准直提供了良好条件，从而能够使得有效探测距离得到较好的延伸。
在本实施例中，激光器采用波长为905nm的脉冲半导体激光器，激光器出光口为100um ╳1um，发出对应的椭圆高斯光束，慢轴发散角25度，快轴发散角7度，快轴采用100um焦距柱面快轴透镜3，慢轴用5毫米焦距柱的慢轴透镜4作为起始点，用zemax对距离进行优化，可以获得圆高斯光束或近似圆高斯光束。在收发光路设计方面，为更简单说明，如图2所示，假设第一扩束准直透镜6和第二扩束准直透镜5都用f＝28mm的透镜，接受端采用半800um接收面积的激光探测器8。由此半导体激光器模块7需偏离第二扩束准直透镜5的光轴400um，可使光束向远处传输检测被测物体9后始终落在接受端视场范围内。在多脉冲回波检测方面，以双脉冲为例，假设激光雷达扫描速度扫描频率为15HZ，角度分辨率0.36度。激光器发散角2mrad＝0.114°，则双脉冲时间间隔可设置为2us，此时两个脉冲角度偏差为0.0108度，0.0108/0.114＝9.5％，重合度大于90％，可以认为两脉冲测量的是同一点目标。用时间间隔更短的、数目更多的脉冲组有望进一步增强信号检测的可靠性。由此，使得激光脉冲更窄、光束质量更好、传输距离更远、检测结果更加可靠。
实际使用时，所述激光器出光孔不限于100um×1um，也可以是100um×10um，160um×8um等；所述的准直扩束透镜焦距不限于28mm，在10到80mm都能有较好的光束扩束准直效果，同时接收端透镜焦距可以不同于发射端；所述的双脉冲测距不限于脉冲对，也可以是3个脉冲、4个脉冲组成的脉冲对。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种单线激光雷达，其特征在于，包含相邻设置的第一扩束准直透镜与第二扩束准直透镜，在第一扩束准直透镜的焦距位置设有激光探测器，且激光探测器的主探测光路与第一扩束准直透镜的光轴重合；在第二扩束准直透镜的焦距位置，偏离第二扩束准直透镜的光轴设置半导体激光模块，所述半导体激光模块发出圆高斯光束或近圆高斯光束的多脉冲激光；半导体激光模块的主光线与第二扩束准直透镜的光轴间距不超过激光探测器的探测面半径。
2.如权利要求1所述的一种单线激光雷达，其特征在于：所述半导体激光模块包含混合集成底板，混合集成底板上设有贴片封装的脉冲半导体激光器。
3.如权利要求2所述的一种单线激光雷达，其特征在于：所述脉冲半导体激光器发出椭圆高斯光束，对应的，混合集成底板上还包含有快轴透镜与慢轴透镜，并使脉冲半导体激光器发出的光线通过慢轴透镜与快轴透镜后，被压缩为圆高斯光束或近圆高斯光束。
4.如权利要求1所述的一种单线激光雷达，其特征在于：相邻两个脉冲激光的角度偏差与半导体激光模块发射光线的发散角之比不大于10％。
5.如权利要求1所述的一种单线激光雷达，其特征在于：第一扩束准直透镜、第二扩束准直透镜的焦距在10mm-80mm之间。
6.如权利要求1所述的一种单线激光雷达，其特征在于：第一扩束准直透镜与第二扩束准直透镜的焦距相同。
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