CN206147096U - 激光雷达及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光雷达及车辆。所述激光雷达包括控制单元、激光发生器、第一接收电路、以及第二接收电路，激光雷达还包括：准直扩束***，用于将激光发生器发射的第一激光光束准直扩束，得到第二激光光束；分束光学***，用于将第二激光光束分为一路参考光束和多路平行的测距光束后，将参考光束发送给第一接收电路，以及向被测物发射测距光束；其中，第一接收电路用于将参考光束转变为第一电信号，第二接收电路将遇到被测物反射回来的测距光束转变为第二电信号，控制单元根据接收到第一电信号和第二电信号的时间差，计算激光雷达与被测物之间的距离。本公开解决了相关的激光整形采用精密制造的衍射光学元件而造成的成本高昂的技术问题。
Description
技术领域
本公开涉及雷达测距领域，具体地，涉及一种激光雷达及车辆。
背景技术
随着光电产业的蓬勃发展，半导体激光的应用也日趋广泛，而在激光的诸多应用中，对于光束整形的需求日益扩大，而且对激光的波面、模式及光斑形状与大小等提出了多种特殊的要求。而相关的半导体激光器输出的光束都是呈高斯分布的，其光束的垂直发散角和水平发散角都比较大，当激光光束到达一定的距离后就会出现较大的光斑，激光光束的能量大幅度衰减。这些大大影响的半导体激光器的应用水平。因此研究光束整形问题有着很重要的现实意义，也是半导体激光技术向前发展必须要掌握的技术。
激光整形技术通常是指改变入射激光光束的强度分布及控制其传播特性。在半导体激光领域应用较广泛的激光整形分束技术是应用光学衍射原理的一种衍射光学元件(DOE；Diffraction Optical Element)，是一种基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计，并通过大规模集成电路制造工艺，在片基上刻蚀产生两个或多个台阶的浮雕结构，形成同轴再现并具有极高衍射效率的一类光学器件。DOE分束原理如图1所示，通过改变入射光的相位实现所期望的远场光斑，所以DOE又被称为相位光栅，光栅方程为：sinθm t＝(m/Λ)λ，其中λ为入射光的波长(μm)，m＝0，±1，±2，±3，…为衍射光级次，Λ为光栅周期(μm)，θm t为第m级衍射光与光栅法线夹角(rad)。DOE是在特定透明材料表面蚀刻微米级深度的特定形状而形成的，通常蚀刻深度为d＝λ/(n-1)，其中n为材料的折射率。
由于相关半导体激光整形分束元器件采用光的衍射原理，使用蚀刻技术在透明材料表面蚀刻微米级深度的特定形状实现，因此属于精密制造，一方面对设计和生成技术要求高，另一方面抬高了方案的成本。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种激光雷达及车辆，用以解决相关的激光整形采用精密制造的衍射光学元件而造成的成本高昂的技术问题。
为了实现上述目的，本公开提供一种激光雷达，所述激光雷达包括控制单元、激光发生器、第一接收电路、以及第二接收电路，所述激光雷达还包括：
准直扩束***，用于将所述激光发生器发射的第一激光光束准直扩束，得到第二激光光束；
分束光学***，用于将所述第二激光光束分为一路参考光束和多路平行的测距光束后，将所述参考光束发送给所述第一接收电路，以及向被测物发射所述测距光束；
其中，所述第一接收电路用于将所述参考光束转变为第一电信号，所述第二接收电路将遇到所述被测物反射回来的所述测距光束转变为第二电信号，所述控制单元根据接收到所述第一电信号和所述第二电信号的时间差，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。
可选地，所述分束光学***包括：
第一分光镜，用于将所述第二激光光束分成一路参考光束以及一路测距光束；以及
至少一个第二分光镜和/或至少一组分束子***，所述第二分光镜设置于所述参考光束的光路上，所述分束子***设置于所述测距光束的光路上，所述分束子***用于将一路所述测距光束分成多路平行的测距光束。
可选地，所述分束子***包括：
第三分光镜，用于将所述测距光束透射为一路所述测距光束以及反射为一路反射光束；
反射镜，用于将所述反射光束反射为所述测距光束。
可选地，所述分束光学***包括一个所述第二分光镜和一组所述分束子***。
可选地，所述第一分光镜的透射率和反射率分别为60％和40％，所述第二分光镜的透射率和反射率分别为25％和75％，所述第三分光镜的透射率和反射率分别为50％和50％。
可选地，所述第一接收电路以及所述第二接收电路均包括：
光电二极管；
电流转电压电路，连接于所述光电二极管；
放大电路，连接于所述电流转电压电路；以及
时刻鉴别电路，连接于所述放大电路。
可选地，还包括：时间数字转换器，连接于所述控制单元、所述第一接收电路以及所述第二接收电路，所述控制单元根据所述第一电信号和所述第二电信号到达所述时间数字转换器的时间差，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。
可选地，还包括：激光驱动器，用于在所述控制单元发射脉冲信号时，驱动所述激光发生器发射所述第一激光光束。
可选地，所述激光发生器为红外线发生器，所述激光驱动器为MOSFET驱动器。
本公开还提供一种车辆，包括上述的车载激光雷达。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
一方面，通过设置准直扩束***和分束光学***，将所述激光发生器发射的第一激光光束进行准直扩束后，再对激光光束进行分束，从而减小了激光光束的发散角，进而大幅度提高了激光雷达的测量距离；
另一方面，由于准直扩束***和分束光学***可以采用市场上的光学元件进行组合得到，进而，在一定程度上降低了***的设计成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是相关技术中衍射光学元件的分束原理示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的框图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的分束光学***的框图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的第一接收电路的框图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的第二接收电路的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图2是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的框图。如图2所示，所述激光雷达包括第一接收电路11、第二接收电路12、控制单元10、激光发生器15、准直扩束***14、以及分束光学***15。
所述激光发生器15用于发射第一激光光束。所述激光发生器15可以是单独的一个激光光束发射器，比如通过用户控制发射第一激光光束。所述激光发生器15也可以是接受控制单元10的控制而发射第一激光光束。
可选地，所述激光雷达还包括：连接于所述控制单元10和所述激光发生器15的激光驱动器150。所述控制单元10向所述激光驱动器150发出脉冲后，所述激光驱动器150驱动所述激光发生器15发射第一激光光束。
可选地，所述激光发生器15为红外线激光发生器15，所述激光驱动器150为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；金属-氧化物半导体场效应晶体管)驱动器。所述控制单元10向所述MOSFET驱动器发出预设宽度的脉冲，比如发送30ns至40ns宽度的脉冲后，所述MOSFET驱动器驱动所述红外线激光发生器15发射红外激光脉冲。
所述准直扩束***14用于将所述激光发生器15发射的第一激光光束准直扩束，得到第二激光光束。本公开的准直扩束***14可以是采用非球面透镜对所述第一激光光束进行准直扩束，通过对所述第一激光光束进行准直扩束减小了原光束的发散角，从而使激光的能量均匀分布，保证了所述激光雷达的测量距离更远。
所述分束光学***15用于将所述第二激光光束分为一路参考光束和多路平行的测距光束后，将所述参考光束发送给所述第一接收电路11，以及向被测物发射所述测距光束，从而保证了多束平行光照射到所述被测物表面。
可选地，如图3所示，图3是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的分束光学***的框图，所述分束光学***15包括第一分光镜161、以及至少一个第二分光镜162和/或至少一组分束子***。
所述第一分光镜161用于将所述第二激光光束分成一路参考光束以及一路测距光束。如图2所示，所述第二分光镜162设置于所述参考光束的光路上。所述第二分光镜162可以是一个，也可以是多个，所述第二分光镜162将所述参考光束多分出一路测距光束，进而增加了所述测距光束的数量。
如图2所示，所述分束子***设置于所述测距光束的光路上，所述分束子***用于将一路所述测距光束分成多路平行的测距光束。所述分束子***可以是一组，也可以是多组。所述分束子***一路测距光束变成多路测距光束，进一步地增加了所述测距光束的数量。如图2所示，所述分束子***包括第二分光镜162和反射镜164。所述第二分光镜162用于将所述测距光束透射为一路所述测距光束以及反射为一路反射光束。所述反射镜164用于将所述反射光束反射为所述测距光束。
可选地，如图2所示，所述分束光学***15包括一个所述第二分光镜162和一组所述分束子***。即所述分束光学***15包括一个第一分光镜161、一个第二分光镜162、一个第二分光镜162、以及一个反射镜164。可选地，所述第一分光镜161的透射率和反射率分别为60％和40％，所述第二分光镜162的透射率和反射率分别为25％和75％，所述第二分光镜162的透射率和反射率分别为50％和50％。当功率为100％的第二激光光束经过图2所示的分束光学***15后，则被分成一路功率为10％参考光束和三路功率均为30％的测距光束。
所述参考光束发送给所述第一接收电路11后，所述第一接收电路11用于将所述参考光束转变为第一电信号。图4是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的第一接收电路的框图，如图4所示，所述第一接收电路11包括接收参考光束的光电二极管111、连接于光电二极管111的电流转电压电路112、连接于电流转电压电路112的放大电路113、以及连接于放大电路113的时刻鉴别电路114。
所述测距光束照射到前方的被测物后，反射回来被第二接收电路12接收，所述第二接收电路12用于将所述测距光束转换为第二电信号。图5是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的第二接收电路的框图，如图5所示，所述第二接收电路12包括接收第二测距光束的光电二极管121、连接于光电二极管121的电流转电压电路122、连接于电流转电压电路122的放大电路123、连接于放大电路123的时刻鉴别电路124。其中，时刻鉴别电路114、124为波形整形电路，用于将放大电路113、123传输过来的波形进行整形。
可选地，如图2所示，所述激光雷达还包括时间数字转换器13。所述控制单元10连接于所述时间数字转换器13，所述时间数字转换器13连接于所述第一接收电路11和所述第二接收电路12。时刻鉴别电路114、124将放大电路113、123传输过来的波形进行整形后发送给所述时间数字转换器13。
所述时间数字转换器13根据接收到的所述第一电信号和所述第二电信号确定飞行时间，所述飞行时间为所述第一电信号和所述第二电信号到达所述时间数字转换器13的时间差，所述控制单元10根据所述飞行时间，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。
假设所述激光雷达与所述被测物之间的距离为L，所述飞行时间为T，则：L＝C*T/2；其中，C为光速。
本公开还提供了一种车辆，包括上述的激光雷达。所述车辆可以是电动汽车，也可以是其它类型的车辆，对此，本公开不做具体限定。所述车辆所包括的激光雷达，已经在上文中的激光雷达的实施例中进行了详细描述，为了说明书的简洁，此处将不做详细阐述说明。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
一方面，通过设置准直扩束***和分束光学***，将所述激光发生器发射的第一激光光束进行准直扩束后，再对激光光束进行分束，从而减小了激光光束的发散角，进而大幅度提高了激光雷达的测量距离；
另一方面，由于准直扩束***和分束光学***可以采用市场上的光学元件进行组合得到，进而，在一定程度上降低了***的设计成本。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括控制单元、激光发生器、第一接收电路、以及第二接收电路，其特征在于，所述激光雷达还包括：
准直扩束***，用于将所述激光发生器发射的第一激光光束准直扩束，得到第二激光光束；
分束光学***，用于将所述第二激光光束分为一路参考光束和多路平行的测距光束后，将所述参考光束发送给所述第一接收电路，以及向被测物发射所述测距光束；
其中，所述第一接收电路用于将所述参考光束转变为第一电信号，所述第二接收电路将遇到所述被测物反射回来的所述测距光束转变为第二电信号，所述控制单元根据接收到所述第一电信号和所述第二电信号的时间差，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述分束光学***包括：
第一分光镜，用于将所述第二激光光束分成一路参考光束以及一路测距光束；以及
至少一个第二分光镜和/或至少一组分束子***，所述第二分光镜设置于所述参考光束的光路上，所述分束子***设置于所述测距光束的光路上，所述分束子***用于将一路所述测距光束分成多路平行的测距光束。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述分束子***包括：
第三分光镜，用于将所述测距光束透射为一路所述测距光束以及反射为一路反射光束；
反射镜，用于将所述反射光束反射为所述测距光束。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述分束光学***包括一个所述第二分光镜和一组所述分束子***。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述第一分光镜的透射率和反射率分别为60％和40％，所述第二分光镜的透射率和反射率分别为25％和75％，所述第三分光镜的透射率和反射率分别为50％和50％。
6.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一接收电路以及所述第二接收电路均包括：
光电二极管；
电流转电压电路，连接于所述光电二极管；
放大电路，连接于所述电流转电压电路；以及
时刻鉴别电路，连接于所述放大电路。
7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括：
时间数字转换器，连接于所述控制单元、所述第一接收电路以及所述第二接收电路，所述控制单元根据所述第一电信号和所述第二电信号到达所述时间数字转换器的时间差，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括：
激光驱动器，用于在所述控制单元发射脉冲信号时，驱动所述激光发生器发射所述第一激光光束。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发生器为红外线发生器，所述激光驱动器为MOSFET驱动器。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的激光雷达。
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Effective date of registration: 20180702 Address after: 518118 3001 and 3007 BYD Road, Pingshan street, Pingshan New District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: BYD AUTOMOBILE INDUSTRY CO., LTD. Address before: 518118 BYD Road, Pingshan New District, Shenzhen, Guangdong 3009 Patentee before: Biyadi Co., Ltd. |
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