CN113759350B - 一种激光雷达调试装置及调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光雷达调试装置及调试方法，涉及激光雷达技术领域，用于对包括激光器组及激光透镜组的激光雷达发射端进行调测，激光器组上分布半导体激光二极管，激光雷达调试装置包括调试台、固定支架、调整支架、测试板、拍摄器、发散角测量机构及处理机构，固定支架用于固定激光透镜组，调整支架用于对激光器组进行调整，测试板相对调试台设置，测试板上绘制有参考标记，拍摄器用于对测试板进行拍摄，发散角测量机构用于对激光透镜组准直后的一束激光进行测量，处理机构用于显示拍摄器及发散角测量机构的测量结果，并确定调整结果。激光雷达调试装置及调试方法可同时调整方位角及发散角，调试简便，提高了调试的效率。

Description

一种激光雷达调试装置及调试方法

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调试装置及调试方法。

背景技术

随着光电技术的发展，激光雷达越来越广泛的应用于自动驾驶，测绘，机器人导航，空间建模等场景中，与此同时，对激光雷达的测距能力要求也越来越高。目前用于自动驾驶的机械式激光雷达，多数都是基于脉冲式激光测距原理，所用的激光器多数为半导体激光器。半导体激光器体积小、重量轻、使用安全、维修成本低，因此其应用领域日益扩大。但是半导体激光器存在以下缺点：性能受温度影响大，光束的发散角较大（一般在几度到20度之间，且半导体激光器的快轴与慢轴之间存在像散，快轴与慢轴的发散角存在很大差异，快轴方向的发散角远大于慢轴方向的发散角），所以其在方向性、单色性和相干性等方面较差。因此，半导体激光器需要经过发射光学***的准直，使光斑变大，光束发散角变小，光束的指向性变好，以用于激光雷达中。而在激光雷达装配调试过程中，必须保证多束发射激光的方位角，以及每一束激光的发散角。

业内现有的激光雷达发射调试方案主要采用，将多个半导体激光器放置在一个电路板上，同时并列放置多个电路板，每个电路板都是独立可活动的，因此，可有效的解决激光雷达的垂直视场角分辨率太低的问题，但是，每个电路板都需要独立调试，当激光雷达的视场角较大、垂直分辨率较高的时候，需要调试的电路板就会多，导致调试时间长，困难大；并且由于可活动的部件太多，调试完成后固定困难，需要给每个活动件进行固定，可生产性较差。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本申请提供一种激光雷达调试装置及调试方法。

本申请提供的一种激光雷达调试装置，用于对激光雷达发射端进行调测，所述激光雷达发射端包括激光器组及激光透镜组，所述激光器组上分布有多个半导体激光二极管，所述激光雷达调试装置包括调试台、固定支架、调整支架、测试板、拍摄器、发散角测量机构及处理机构，所述固定支架及所述调整支架固定于所述调试台上，所述固定支架用于固定所述激光透镜组，所述调整支架用于固定所述激光器组，并对所述激光器组进行调整，所述测试板相对所述调试台设置，所述测试板上绘制有参考标记，所述拍摄器及所述发散角测量机构与所述处理机构电连接，所述拍摄器用于对所述测试板进行拍摄，所述发散角测量机构用于对所述激光透镜组准直后的一束激光进行测量，所述处理机构用于显示所述拍摄器及所述发散角测量机构的测量结果，并确定调整结果。

在一种可能的实施方式中，所述发散角测量机构包括镜筒、衰减片、双胶合透镜、滤光片及工业相机，所述衰减片、所述双胶合透镜、所述滤光片及所述工业相机依次设于所述镜筒中，所述衰减片用于将进入所述镜筒的激光衰减到所述工业相机能够承受的范围，所述滤光片用于将周围的环境光过滤。

在一种可能的实施方式中，所述调试台上设置有电源，用于向所述激光器组供电。

在一种可能的实施方式中，所述固定支架上设有定位结构，所述定位结构用于对所述激光透镜组的位置进行定位，以使所述激光透镜组保持水平。

在一种可能的实施方式中，所述调整支架为手动调整支架。

在一种可能的实施方式中，所述参考标记根据所述激光器组上半导体激光二极管的分布位置，绘制于所述测试板上。

在一种可能的实施方式中，所述拍摄器为红外CCD相机。

在一种可能的实施方式中，所述处理机构采用双显示器电脑。

本申请提供的一种调试方法，包括：

将待调测的激光雷达发射端放于所述激光雷达调试装置中；

将所述激光器组发射的激光投射到所述测试板上；

通过所述拍摄器及所述发散角测量机构对所述激光器组发射的激光进行监测；

通过所述调整支架对所述激光器组的位置进行调整；

固定调测好的所述激光雷达发射端。

在一种可能的实施方式中，所述发散角测量机构通过测量聚焦元件焦平面上的光束宽度或光束直径确定其发散角。

相比现有技术，本申请的有益效果：

本申请提供的激光雷达调试装置及调试方法，采用激光器集成在一起的激光器组，并通过测试板将激光器组光斑的预定位置标记，通过拍摄器监测光斑的位置，同时，通过发散角测量机构对其中一束激光进行测量，可同时对方位角及发散角进行确定，同时调整方位角及发散角，可减少调试的次数，调试简便，提高了调试的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请一实施例提供的一种激光雷达调试装置的结构示意图；

图2示出了本申请中待调试的激光器组的结构示意图；

图3示出了图1所述激光雷达调试装置的调整支架的结构示意图；

图4示出了图3所述调整支架的另一视角的结构示意图；

图5示出了图1所述激光雷达调试装置的部分结构的放大示意图；

图6示出了图1所述激光雷达调试装置的发散角测量机构的结构示意图。

主要元件符号说明：

100-激光雷达调试装置；10-调试台；11-电源；20-固定支架；30-调整支架；40-测试板；50-拍摄器；60-发散角测量机构；61-镜筒；62-衰减片；63-双胶合透镜；64-滤光片；65-工业相机；70-处理机构；200-激光雷达发射端；201-激光器组；202-激光透镜组。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，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。

此外，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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；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发明中的具体含义。

在本发明中，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。

实施例一

请参阅图1，本申请一实施方式提供一种激光雷达调试装置100。所述激光雷达调试装置100用于对激光雷达发射端200的方位角及发散角进行调测，以保证激光雷达200的测距距离和测距精度。

所述激光雷达发射端200包括激光器组201及激光透镜组202。所述激光透镜组202用于对激光器组201发射的激光进行准直。

如图2所示，在本实施例中，所述激光器组201为多线半导体发射组件，按照预先设计，将多个半导体激光二极管精确分布于发射组件中，每个半导体激光二极管的位置根据设计，精确加工，以使得散热更佳。

由于半导体激光二极管为相同的零件，所以每一路激光的发散角均相同。

在本实施例中，所述半导体激光二极管发射的为红外激光。

所述激光透镜组202装有激光雷达发射透镜组及接收透镜组，所述发射透镜组用于将所述激光器组201发射的激光准直发射出去，所述接收透镜组用于收集从目标处返回的散射光。

所述激光雷达调试装置100包括调试台10、固定支架20、调整支架30、测试板40、拍摄器50、发散角测量机构60及处理机构70。

所述调试台10用于固定所述固定支架20及调整支架30。所述调试台10为激光调试提供了一个坚固的工作台，同时可以对相应的元件调整水平。

在一些实施例中，所述调试台10、所述固定支架20及调整支架30之间的相对位置固定，所述固定支架20与所述调试台10保持水平，便于进行调试。

在一些实施例中，所述调试台10上还设置有电源11，用于向所述激光器组201供电。但不限于此，在其他实施例中，所述激光器组201还可通过外接电线进行供电。

所述固定支架20用于固定所述激光透镜组202。

在一些实施例中，所述固定支架20上设有定位结构，所述定位结构可以对所述激光透镜组202的位置进行定位，以使所述激光透镜组202保持水平。

请同时参阅图3及图4，所述调整支架30用于固定所述激光器组201，并可对所述激光器组201进行调整。所述调整支架30可以调整激光器组201相对所述激光透镜组202的上下位置，左右位置，前后位置和左右方向倾斜。

在一些实施例中，所述调整支架30为手动调整的调整支架，但不限于此，在其他实施例中，所述调整支架30也可以是电机驱动的自动化的调整支架。

所述测试板40相对所述调试台10设置，所述测试板40为激光器组201发射激光的投射位置，所述测试板40上绘制有参考标记，所述参考标记根据所述激光器组201上半导体激光二极管的分布位置，绘制于所述测试板40上。即，所述参考标记根据，精确调试后的激光器组201上各个半导体激光二极管发射的激光，在测试板40上打出的光斑位置得到。

在一些实施例中，所述测试板40与调试台10之间的相对位置固定，便于进行调试。

所述拍摄器50的拍摄端朝向所述测试板40，用于对测试板40上激光器组201发射的光斑及参考标记进行拍摄。从而根据其相对位置，对激光器组201进行调整。

在一些实施例中，所述拍摄器50与测试板40之间的相对位置固定，便于进行调试。

在一些实施例中，对应的所述拍摄器50为红外CCD（Charge-coupled Device，感光元件）相机。

所述发散角测量机构60用于对激光透镜组202准直后的一束激光进行测量，以确定其发散角。根据其发散角，可对激光器组201进行调整。

为保证激光束的发散角在预设范围内，激光器组201的发光面必须在激光透镜组202的发射透镜组的焦平面附近，才能保证激光束的发散角最小，可通过调整激光器组201与所述激光透镜组202之间的前后距离实现。

所述处理机构70电连接所述拍摄器50及所述发散角测量机构60。所述处理机构70能够显示拍摄器50及发散角测量机构60的测量结果，并可根据拍摄器50及发散角测量机构60的测量结果，确定调整结果。

在一些实施例中，所述处理机构70为电脑，并且采用双显示器，以同时对拍摄器50及发散角测量机构60的测量结果进行显示。但不限于此，在其他实施例中，所述处理机构70还采用单显示器电脑，切换显示拍摄器50及发散角测量机构60的测量结果，或采用显示屏对拍摄器50的测量结果进行显示，并采用单片机等对发散角测量机构60的测量结果进行数值显示。

请参阅图5，调试时，首先将待调试的激光透镜组202固定在固定支架20上，并保证激光透镜组202的光轴垂直于所述测试板40平面，将待调试的激光器组201固定在调整支架30上，并保证激光器组201的底边与调试台10的台面保持平行；连接电源11和激光器组201，打开电源11，激光器组201发射多线红外激光，通过调节调整支架30，使激光器组201发射的激光透过激光透镜组202后，打到测试板40上；将所述拍摄器50对准所述测试板40，并将所述发散角测量机构60对准激光透镜组202准直后的一束激光，并保证其他激光束不被遮挡，使所述拍摄器50和所述发散角测量机构60的测量结果显示在所述处理机构70中；通过调节所述调整支架30，具体通过对激光器组201的上下位置，左右位置，前后位置和左右方向倾斜的调整，使所述拍摄器50监测到的激光器组201的光斑都调整到参考标记处（保证在调整误差范围内）；同时，通过调整所述调整支架30，具体通过对激光器组201与所述激光透镜组202的前后距离的调整，使所述发散角测量机构60监测到的激光束的发散角调整到预设范围内，由于激光器组201中的半导体激光二极管为相同的零件，所以监测激光器组201其中一路激光束的发散角就可以保证其它多路激光束的发散角；当拍摄器50监测的光斑位置在参考标记处，并且发散角测量机构60测量的激光束发散角在预设范围内，则调试过程完成；最后，用胶或其他固定件将调试好的激光器组201和激光透镜组202固定在一起。

待固化粘接完成之后，将连接在一起的激光器组201和激光透镜组202取下来，即可。

本实施例提供的激光雷达调试装置100，通过激光器组201将激光器集成，并通过测试板40将激光器组201光斑的预定位置标记，通过拍摄器50监测光斑的位置，同时，通过发散角测量机构60对其中一束激光进行测量，可同时对方位角及发散角进行确定，可同时调整方位角及发散角，可减少调试的次数，调试简便，提高了调试的效率。

实施例二

请参阅图1至图6，本实施例提供的一种激光雷达调试装置100，可用于对激光雷达发射端200进行调测。本实施例是在上述实施例一的技术基础上做出的改进，相比于上述实施例一，区别之处在于：

如图6所示，所述发散角测量机构60包括镜筒61、衰减片62、双胶合透镜63、滤光片64及工业相机65。所述衰减片62、双胶合透镜63、滤光片64及工业相机65依次设于所述镜筒61中。所述衰减片62将进入镜筒61的激光衰减到工业相机65能够承受的范围，所述滤光片64则将周围的环境光过滤，为工业相机65的检测提供一个低背景噪声的工作环境。

本实施例中，所述双胶合透镜63的焦距为500mm。工业相机65为CCD相机，其CCD的像素尺寸为2.4μm×2.4μm，感光面尺寸为1 英寸（13.19mm×8.81mm），分辨率为5496×3672，可以在处理机构70的软件界面中通过调节采集时间来调整CCD的曝光程度。

所述发散角测量机构60的发散角测量方法和原理参考标准《GB/T26599.1-2011/ISO11146-1:2005激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法第1部分：无像散和简单像散光束》，采用透镜变换法测量测距雷达发射激光发散角。

具体方法为通过测量聚焦元件焦平面上的光束宽度或光束直径确定其发散角。

首先，应使用无像差聚焦元件变换激光光束。对于简单像散光束，在距离聚焦元件后主平面一倍焦距f 位置处测量光束宽度dσxf和dσyf，相应的发散角Θσx 和Θσy由以下两个公式确定；

和/>

光学***所能分辨的最小角度为0.023mrad，发散角测量范围大约水平26.34mrad，垂直17.6mrad。

实施例三

请参阅图1至图6，本实施例还提供了一种调试方法，用于对激光雷达发射端200进行调测，以使得激光雷达200的测距距离和测距精度得到提高。本实施例的调试方法基于上述实施例中提供的激光雷达调试装置100完成。所述调试方法包括：

S101：提供一激光雷达调试装置100。

具体地，使所述调试台10、所述固定支架20及调整支架30之间的相对位置固定，所述固定支架20与所述调试台10保持水平。所述测试板40相对所述调试台10设置，且相对位置固定。所述拍摄器50与测试板40之间的相对位置固定。

S102：将待调测的激光雷达发射端200放于激光雷达调试装置100中。

具体地，将所述激光器组201固定于所述调整支架30上，并保证激光器组201的底边与调试台10的台面保持平行，将所述激光透镜组202通过定位结构固定于所述固定支架20上，并使所述激光透镜组202保持水平。

S103：将激光器组201发射的激光投射到测试板40上。

具体地，连接电源11和激光器组201，打开电源11，激光器组201发射多线红外激光，通过调节调整支架30，使激光器组201发射的激光透过激光透镜组202后，打到测试板40上。

S104：对激光器组201发射的激光进行监测。

通过所述拍摄器50及所述发散角测量机构60对所述激光器组201发射的激光进行监测。具体地，将所述拍摄器50对准所述测试板40，并将所述发散角测量机构60对准激光透镜组202准直后的一束激光，并保证其他激光束不被遮挡，使所述拍摄器50和所述发散角测量机构60的测量结果显示在所述处理机构70中。

S105：对激光器组201的位置进行调整。

具体地，通过调节所述调整支架30，具体通过对激光器组201的上下位置，左右位置，前后位置和左右方向倾斜的调整，使所述拍摄器50监测到的激光器组201的光斑都调整到参考标记处（保证在调整误差范围内）；同时，通过调整所述调整支架30，具体通过对激光器组201与所述激光透镜组202的前后距离的调整，使所述发散角测量机构60监测到的激光束的发散角调整到预设范围内。

由于激光器组201中的半导体激光二极管为相同的零件，所以监测激光器组201其中一路激光束的发散角就可以保证其它多路激光束的发散角。

S106：固定调测好的激光雷达发射端200。

具体地，当拍摄器50监测的光斑位置在参考标记处，并且发散角测量机构60测量的激光束发散角在预设范围内，则调试过程完成，用胶或其他固定件将调试好的激光器组201和激光透镜组202固定在一起。

待胶体固化粘接完成之后，将连接在一起的激光器组201和激光透镜组202取下来，即可。

本实施例提供的调试方法，采用激光器集成在一起的激光器组201，通过测试板40将激光器组201光斑的预定位置标记，通过拍摄器50监测光斑的位置，同时，通过发散角测量机构60对其中一束激光进行测量，可同时对方位角及发散角进行确定，同时调整方位角及发散角，可减少调试的次数，调试简便，提高了调试的效率。

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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种激光雷达调试装置，其特征在于，用于对激光雷达发射端进行调测，所述激光雷达发射端包括激光器组及激光透镜组，所述激光器组上分布有多个半导体激光二极管，所述激光雷达调试装置包括调试台、固定支架、调整支架、测试板、拍摄器、发散角测量机构及处理机构，所述固定支架及所述调整支架固定于所述调试台上，所述固定支架用于固定所述激光透镜组，所述调整支架用于固定所述激光器组，并对所述激光器组进行调整，所述测试板相对所述调试台设置，所述测试板上绘制有参考标记，所述拍摄器及所述发散角测量机构与所述处理机构电连接，所述拍摄器用于对所述测试板进行拍摄，所述发散角测量机构用于对所述激光透镜组准直后的一束激光进行测量，所述处理机构用于显示所述拍摄器及所述发散角测量机构的测量结果，并确定调整结果。

2.根据权利要求1所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述发散角测量机构包括镜筒、衰减片、双胶合透镜、滤光片及工业相机，所述衰减片、所述双胶合透镜、所述滤光片及所述工业相机依次设于所述镜筒中，所述衰减片用于将进入所述镜筒的激光衰减到所述工业相机能够承受的范围，所述滤光片用于将周围的环境光过滤。

3.根据权利要求1所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述调试台上设置有电源，用于向所述激光器组供电。

4.根据权利要求1所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述固定支架上设有定位结构，所述定位结构用于对所述激光透镜组的位置进行定位，以使所述激光透镜组保持水平。

5.根据权利要求1所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述调整支架为手动调整支架。

6.根据权利要求1所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述参考标记根据所述激光器组上半导体激光二极管的分布位置，绘制于所述测试板上。

7.根据权利要求1所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述拍摄器为红外CCD相机。

8.根据权利要求1所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述处理机构采用双显示器电脑。

9.一种调试方法，基于权利要求1-8任意一项所述的激光雷达调试装置，其特征在于，所述调试方法包括：

将待调测的激光雷达发射端放于所述激光雷达调试装置中；

将所述激光器组发射的激光投射到所述测试板上；

通过所述拍摄器及所述发散角测量机构对所述激光器组发射的激光进行监测；

通过调节所述调整支架，对所述激光器组的上下位置、左右位置、前后位置和左右方向的倾斜进行调整，使所述拍摄器监测到的所述激光器组的光斑均调整到参考标记处；同时，对所述激光器组与所述激光透镜组的前后距离进行调整，使所述发散角测量机构监测到的激光束的发散角调整到预设范围内；

固定调测好的所述激光雷达发射端。

10.根据权利要求9所述的调试方法，其特征在于，所述发散角测量机构通过测量聚焦元件焦平面上的光束宽度或光束直径确定其发散角。