CN208224485U - 一种多线激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光雷达技术领域，公开了一种多线激光雷达，包括光学单元组，所述光学单元组包括激光发射器、耦合微透镜、光开关、准直光学单元、接收透镜及接收探测器，所述光开关共有N个输出端；所述激光发射器的发出的光束通过所述耦合微透镜耦合至所述光开关的输入端；所述光开关的N个输出端发出的激光通过所述准直光学单元准直发射到探测目标上；探测目标反射的两束以上的激光通过所述接收透镜耦合至接收探测器。本实用新型的多线激光雷达可在不增加激光发射器数量的前提下，将激光雷达的线数增加N倍数，可极大地提升激光雷达的空间扫描线数，解决激光雷达目前存在的空间扫描线数不够的问题。

Description

一种多线激光雷达

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，具体涉及一种多线激光雷达。

背景技术

激光雷达是用于探测周围环境的传感器，广泛应用于自动驾驶、环境监测或地理测绘等各种行业。激光雷达的原理是向探测目标发射激光光束，经目标反射回来的光信号被激光雷达接收***接收，并与发射信号进行比较，经处理器处理之后，分析计算出目标的距离、速度、方位、角度等空间参量。激光雷达分为单线和多线两种。单线激光雷达有一个发射光源，通过电机或其它扫描方式，可获取一个平面内的空间信息。多线激光雷达有多个发射光源，在纵向排开，也通过电机或其它扫描方式，获取目标空间三维立体信息。对多线激光雷达而言，发射光源的数目越多，所获取的空间信息越多，空间分辨率也越高。

目前，多线激光雷达均采用多个激光发射器，一个发射器对应一个扫描线数。激光发射器的成本较高，当扫描线数增加过多时，多线激光雷达光源部分的成本会迅速增加，且各个激光发射器的控制、串扰、封装也会随着线数增加而变得更加复杂。因此，随着激光雷达线数增加到一定数量，仅靠增加激光发射器的数目来提高激光雷达的扫描线数，工艺会越来越难，成本也会越来越高。

如专利名称为一种光纤激光雷达***(公告号为CN206114901U)的实用新型专利，该光纤激光雷达***包括激光器，发射激光；探测器，探测反射回来的激光，并将探测到的信号输入控制处理单元；光开关，进行激光光路选择和复用；接收装置，接收反射回来的激光；耦合器一，将激光器发射的激光耦合进光开关的输入端；耦合器二，将接收装置接收到的反射光耦合进探测器中；测量探头组，包含多个测量探头，对光开关中传输过来的发射激光进行准直并向待测物体进行照射；光纤束，包含多根光纤，连接光开关和测量探头组，每根光纤将测量探头组中的一个测量探头与光开关的一个输出端口相连；旋转扫描机构，通过旋转带动测量探头组发射激光对待测物体的各个位置进行旋转扫描。由于每根光纤将测量探头组中的一个测量探头与光开关的一个输出端口相连，一个测量探头由光纤和微型透镜组成，这样通过微型透镜准直，透镜出射处的光斑尺寸太小，光斑远场发散角太大，不能满足远距离测试的要求。而且，光开关各出射光纤的距离过近，使用微透镜阵列进行准直，各准直光束之间的距离也过近，且没有方位角的分布，其探测效果类似于单线激光雷达，不能满足空间三维探测的要求，需要额外设置旋转扫描机构，控制旋转扫描机构带动测量探头进行旋转，可以得到大量的点对点测量数据，从而得到待测物体的大小、形状和距离等三维信息。该多线激光雷达***结构复杂，成本较高。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种多线激光雷达。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种多线激光雷达包括光学单元组，所述光学单元组包括激光发射器、耦合微透镜、光开关、准直光学单元、接收透镜及接收探测器，所述光开关共有N个输出端；

所述激光发射器的发出的光束通过所述耦合微透镜耦合至所述光开关的输入端；

所述光开关的N个输出端发出的激光通过所述准直光学单元准直发射到探测目标上；

探测目标反射的两束以上的激光通过所述接收透镜耦合至接收探测器。

进一步地，所述准直光学单元为发射透镜。

进一步地，所述光学单元组的数量为多组，多组光学单元组平行排列。

进一步地，多组光学单元组的多个耦合微透镜替换为耦合微透镜阵列。

进一步地，多组光学单元组的多个准直光学单元替换为一个准直光学单元。

进一步地，所述接收探测器面阵探测器。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的多线激光雷达，在现有激光雷达激光发射器后面级联1×N光开关，可将单线激光雷达扩展成为N线激光雷达，将多线激光雷达扩展成N倍数多线激光雷达，因此，本实用新型的多线激光雷达可在不增加激光发射器数量的前提下，将激光雷达的线数增加N倍数，可极大地提升激光雷达的空间扫描线数，解决激光雷达目前存在的空间扫描线数不够的问题。

(2)通过准直光学单元将所述光开关的N个输出端发出的激光准直发射到探测目标上，光开关输出光纤阵列通过一个准直光学单元(如采用一个大尺寸的发射透镜)进行准直，大尺寸的透镜焦距较大，在透镜出射处的光斑尺寸也较大，光斑远场发散角较小，可实现远距离探测的目标，且单个大尺寸透镜耦合，可以将不同光开关的输出端发射的光信号沿着不同的方位角发射，可实现多线数激光雷达，也可满足环境三维探测的要求。

(3)本实用新型的多线激光雷达结构简单，无需通过电机或其它扫描方式而达到三维探测的目的，无形中降低了***的整体成本。

附图说明

图1为现有单线激光雷达扩展成多线激光雷达的示意图。

图2为现有多线激光雷达扩展成N倍数多线激光雷达的示意图(省略接收部分)。

图中：1-激光发射器；2-耦合微透镜；3-光开关；4-准直光学单元；5-探测目标；6-接收透镜；7-接收探测器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种多线激光雷达包括光学单元组，所述光学单元组包括激光发射器1、耦合微透镜2、光开关3、准直光学单元4、探测目标5、接收透镜6及接收探测器7，所述光开关共有N个输出端；可在不增加激光发射器数量的前提下，将激光雷达的线数增加N倍数，可极大地提升激光雷达的空间扫描线数。其中，准直光学单元4具体为发射透镜，接收探测器采用面阵探测器。

所述耦合微透镜2用于将所述激光发射器1的发出的光束耦合至所述光开关的输入端；激光发射器发出的激光依次通过所述耦合微透镜及所述光开关的输入端，再通过光开关3形成N个输出光源，然后通过准直光学单元4将所述光开关3的N个输出端发出的激光准直发射到探测目标5上，最后由所述接收透镜6将探测目标反射的两束以上的激光耦合至接收探测器7。

图1为现有单线激光雷达扩展成多线激光雷达示意图。激光发射器1发出的激光经耦合微透镜2耦合进光开关3的输入端，光开关3共有N个输出端，通过控制光开关3，可将激光发射器1发出的激光依次从光开关3的输出端输出，形成N个输出光源，再经准直光学单元4准直(准直光学单元具体为发射透镜，该发射透镜的尺寸较大，可同时将光开关的N个输出端发出的激光准直)，不同的输出端口的光源沿着不同的发射角度出射，可探测不同方位的空间信息。多路信号光发射至探测目标5，再经探测目标5反射回接收部分，接收透镜6将不同方位的空间探测反射光信号耦合至接收探测器7上，完成各信号光的空间探测。目前，1×N光开关的响应时间非常快，一般都在毫秒(ms)级别以下，基于硅光集成技术的光开关响应时间在微秒(μs)级别以下。因此，本实用新型推出的级联光开关技术方案，不会影响多线激光雷达的探测效率，可满足实际使用需求。

实施例2：

图2为现有多线激光雷达扩展成N倍数多线激光雷达示意图，为简略起见，且接收部分的结构和图1类似，因此，略去图2中的接收部分。在图2中，激光发射器1扩展成了激光发射器阵列，需针对每个激光发射器，可各自使用独立的耦合微透镜2进行耦合，也可使用耦合微透镜阵列完成激光发射器阵列的同时耦合。在每个激光发射器后面，各自级联一个独立的1×N光开关3，每个光开关的输出端可作为一个独立的输出光源，经准直光学单元4(准直光学单元具体为发射透镜，激光发射器阵列可采用一个准直光学单元如采用一个大透镜进行同时准直)准直输出，沿不同角度输出进行多方位探测。相对于图1所示的结构，图2的激光发射器数量增加，进行空间探测的激光线数也增加了。图2所示的结构适合用于现有多线激光雷达进行探测线数扩展，在不过多增加***复杂度和成本的前提下，将探测线数增加N倍数。

本实用新型推出的多线激光雷达，其核心设计思路是将1×N光开关3级联在现有激光发射器1后面，可将单线激光雷达扩展成N线激光雷达，将多线激光雷达的探测线数增加N倍数。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间的相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

总之，本实用新型的多线激光雷达，在现有激光雷达激光发射器后面级联1×N光开关，可将单线激光雷达扩展成为N线激光雷达，将多线激光雷达扩展成N倍数多线激光雷达，因此，本实用新型的多线激光雷达可在不增加激光发射器数量的前提下，将激光雷达的线数增加N倍数，可极大地提升激光雷达的空间扫描线数，解决激光雷达目前存在的空间扫描线数不够的问题；通过准直光学单元将所述光开关的N个输出端发出的激光准直发射到探测目标5上，光开关输出光纤阵列通过一个准直光学单元(如采用一个大尺寸的发射透镜)进行准直，大尺寸的透镜焦距较大，在透镜出射处的光斑尺寸也较大，光斑远场发散角较小，可实现远距离探测的目标，且单个大尺寸透镜耦合，可以将不同光开关的输出端发射的光信号沿着不同的方位角发射，可实现多线数激光雷达，也可满足环境三维探测的要求。

通过多个光开关同时并联，可实现更大线数的激光雷达，满足更为精细的三维探测；而且，多个光开关可直接并联在现有多激光器激光雷达的后面，可在现有多线激光雷达的基础上，直接扩展成更大线数的激光雷达。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多线激光雷达，其特征在于：包括光学单元组，所述光学单元组包括激光发射器、耦合微透镜、光开关、准直光学单元、接收透镜及接收探测器，所述光开关共有N个输出端；

所述激光发射器的发出的光束通过所述耦合微透镜耦合至所述光开关的输入端；

所述光开关的N个输出端发出的激光通过所述准直光学单元准直发射到探测目标上；

探测目标反射的两束以上的激光通过所述接收透镜耦合至接收探测器。

2.根据权利要求1所述的多线激光雷达，其特征在于：所述准直光学单元为发射透镜。

3.根据权利要求2所述的多线激光雷达，其特征在于：所述光学单元组的数量为多组，多组光学单元组平行排列。

4.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于：多组光学单元组的多个耦合微透镜替换为耦合微透镜阵列。

5.根据权利要求3所述的多线激光雷达，其特征在于：多组光学单元组的多个准直光学单元替换为一个准直光学单元。

6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的多线激光雷达，其特征在于：所述接收探测器面阵探测器。