CN208432726U - 激光雷达发射***及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光雷达发射***及激光雷达，属于激光雷达***技术领域。包括激光光源、固定在激光雷达壳体上的固定支架，激光光源的出射光路上设有用于改变激光光束投射方向的反射镜，反射镜下方设有用于驱动反射镜旋转的驱动组件，固定支架上还设有用于安装激光光源且用于使激光光源的出射光位于目标区域的可调支架。本实用新型提供的激光雷达发射***及激光雷达，可通过调节激光雷达的发射角度，抵消加工、装配误差带来的结构偏差，提高激光雷达测量精度，同时保障激光雷达在不同的测距方向上测距误差相同，提高激光雷达的测距精度可信度。

Description

激光雷达发射***及激光雷达

技术领域

本实用新型属于激光雷达***技术领域，更具体地说，是涉及一种激光雷达发射***。

背景技术

激光雷达作为一种高精度智能化传感器，具有测量精度高，测量速度快等优点。现有应用中，激光雷达的测距精度很大程度的依赖于器件的加工、装配误差，在测量距离为10m时，普通的激光雷达的测距误差为±30cm，如需提高激光雷达的测量精度，则需严格控制器件的加工、装配误差，极大的提高了制造成本，且由于加工和装配误差的偶然性，激光雷达在不同的测距方向上的误差大小不同，激光雷达的测距精度可信度低，不满足使用需求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种激光雷达发射***及激光雷达，旨在解决现有技术中激光雷达的测量精度受加工、装配误差的影响严重且激光雷达在不同的测距方向上测距误差不同的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种激光雷达发射***，包括用于发射激光光束的激光光源、固定在激光雷达壳体上的固定支架，所述激光光源的出射光路上设有用于改变所述激光光束投射方向的反射镜，所述反射镜下方设有用于驱动所述反射镜绕上下方向旋转的驱动组件，所述固定支架上还设有用于安装所述激光光源且用于使所述激光光源的出射光束位于目标区域的可调支架。

进一步地，所述固定支架上设有用于使所述激光光束穿过的透光孔，所述可调支架通过沿所述透光孔的轴线方向对称设置的调节螺钉的安装在所述固定支架上方。

进一步地，所述固定支架设有锥形部，所述可调支架设有用于与所述锥形部的底端环外周线接触的支撑部，所述支撑部设于所述激光光源的环周。

进一步地，所述支撑部为球面结构或者与所述锥形部斜率不同的锥面结构。

进一步地，还包括用于在被测物体上形成校准基线的标线器，和/或用于记录所述激光光束在被测物体上光斑位置的摄像机。

进一步地，所述标线器为激光水平仪，和/或所述摄像机为红外线检测相机。

进一步地，沿所述激光光束的光路方向，所述反射镜的投影面积大于所述激光光束光斑的投影面积。

进一步地，所述激光光源包括用于发射激光信号的激光发射器、设置在所述激光发射器的出射光路上用于形成准直光束的准直光学器件，所述准直光学器件通过第一压环和第二压环压合，所述第二压环分别与所述第一压环、所述可调支架螺纹连接，螺纹副方向平行于所述准直光束的光路方向。

进一步地，所述准直光学器件为单透镜或组合透镜。

本实用新型提供的激光雷达发射***有益效果在于，与现有技术相比，在激光光源的出射光路上设置可以绕上下方向旋转的反射镜，旋转反射镜可以改变激光光束的投射方向，在被测物体上形成的连续光斑。激光光源通过可调支架设置在固定支架上方，固定支架安装在激光雷达壳体上，可调支架可相对于固定支架摆转，通过调节可调支架相对于固定支架的摆转位置，使得激光光源的出射光位于目标区域。实际应用中，旋转反射镜，获取激光光束在被测物体上连续光斑，根据激光光束的实际投射的连续光斑和构成目标区域的基准线的偏差，实时调整可调支架相对于固定支架的摆转位置，将激光光束的光斑与基准线调平且调节至目标区域内，进而提高激光雷达的测量精度且保障激光雷达在不同的测距方向上误差均满足要求。本实用新型提供的激光雷达发射***，可通过激光雷达的发射角度的调节，抵消加工、装配误差带来的结构偏差，提高激光雷达测量精度，同时通过反射镜的设置保障激光雷达在不同的测距方向上测距误差均满足要求，提高激光雷达的测距精度可信度。

本实用新型还提供了一种激光雷达，包括上述任一项所述的激光雷达发射***。本实用新型提供的激光雷达，由于采取了上述的激光雷达发射***，在不显著增加加工、装配成本的前提下，提高了激光雷达的测量精度，保障了激光雷达测量精度的稳定性，适宜推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为激光雷达发射***的理想光路图；

图2为激光雷达发射***的实际光路图；

图3为本实用新型实施例提供的激光雷达发射***的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的激光雷达发射***的工作原理图；

图5为本实用新型实施例提供的激光雷达发射***的剖视图；

图6为本实用新型实施例提供的调节螺钉的布置方式图。

其中，各附图标记：

1—激光光源；2-准直光学器件；201-透镜；3—可调支架；301-支撑部；4 —固定支架；401-锥形部；6—激光二极管；7-电路板；8-第一压环；9-第二压环；10-调节螺钉；101-第一螺钉组；102-第二螺钉组；11-反射镜；12-驱动组件；13-标线器；14-限位台；15-激光雷达壳体；16-目标光路；17-实际光路； 18-连续光斑；19-基准线；20-被测物。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图4，现对本实用新型提供的激光雷达发射***进行说明。图3中A向、B向和C向构成直角坐标系，其中C向竖直向下，为本实施例中的上下方向，A向为水平方向的前后方向，B向为水平方向的左右方向。激光雷达发射***，包括用于发射激光光束的激光光源1、固定在激光雷达壳体15上的固定支架4，激光光源1的出射光路上设有用于改变激光光束投射方向的反射镜11，反射镜11下方设有用于驱动反射镜11绕上下方向(C向)旋转的驱动组件12，固定支架4上还设有用于安装激光光源1且用于使激光光源 1的出射光束位于目标区域的可调支架3。

参阅图1和图2，激光光源1用于发射准直后的激光光束，激光光源1一般包括激光发射器和准直光学器件，激光光束在反射镜11上形成的光斑中心点为a，激光光束经反射镜11反射后形成水平投射的线性理想光路16，b点位于被测物20上，a和b之间的距离即为测量距离，由于加工、安装误差以及准直光学器件2和激光发射器本身的误差，实际光路17会相对水平方向有一定倾斜角度，实际光路17和理想光路16在目标的测量位置的距离偏差即为激光雷达的在相应的测量距离下的测量误差，由于加工、安装误差不可避免，故该测量误差也不可避免，通过调整实际光路17的投射方向，减少实际光路17和理想光路16在目标测量位置的距离偏差，可有效降低对***加工、装配误差的要求，提高激光雷达测量精度。目标区域为由基准线构成的参考区域，激光光斑位于目标区域内表示激光雷达的测量精度满足要求。

请参阅图3和图4，具体地，激光光源1用于发射准直后的线性激光光束，将激光光源1固定安装到可调支架3上，向下投射激光光束，理想工况下，激光光束的光路沿竖直方向(C向)向下投射，图4中L1为调节前准直光路，L2 为调节后的准直光路。优选地，通过设置可调支架3与固定支架4的连接方式，实现可调支架3相对于固定支架4绕A向和B向实现两轴摆转。反射镜11位于激光光源1正下方，与水平面成45度角度设置，驱动组件12优选为电机驱动，驱动组件12位于反射镜11下方，用于驱动反射镜11绕竖直方向旋转，改变激光光束的投射方向。具体应用中，打开驱动组件12，则激光光束投射方向变化，在被测物上形成连续光斑线18，由于误差的存在，连续光斑18不是一条水平线，通过调节可调支架3相对于固定支架4的摆转位置，使得激光光源的出射光即连续光斑线18位于目标区域内。应理解的是，在本实施例中，激光光源1 竖直布置，故上下方向即为竖直方向，反射镜11绕竖直方向旋转，上述布置方式仅为一个示例型实施例；同样，反射镜的布置角度仅为一个示例型实施例，方便形成水平的反射光路，也可以采用其他的安装角度。

本实用新型提供的激光雷达发射***有益效果在于，与现有技术相比，在激光光源的出射光路上设置可以绕上下方向旋转的反射镜，旋转反射镜可以改变激光光束的投射方向，在被测物体上形成的连续光斑。激光光源通过可调支架设置在固定支架上方，固定支架安装在激光雷达壳体上，可调支架可相对于固定支架摆转，通过调节可调支架相对于固定支架的摆转位置，使得激光光源的出射光位于目标区域。实际应用中，旋转反射镜，获取激光光束在被测物体上连续光斑，根据激光光束的实际投射的连续光斑和构成目标区域的基准线的偏差，实时调整可调支架相对于固定支架的摆转位置，将激光光束的光斑与基准线调平且调节至目标区域内，进而提高激光雷达的测量精度且保障激光雷达在不同的测距方向上误差均满足要求。本实用新型提供的激光雷达发射***，可通过激光雷达的发射角度的调节，抵消加工、装配误差带来的结构偏差，提高激光雷达测量精度，同时通过反射镜的设置保障激光雷达在不同的测距方向上测距误差均满足要求，提高激光雷达的测距精度可信度。

进一步地，请参阅图3、图5和图6，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，固定支架4上设有用于激光光束穿过的透光孔，可调支架3通过沿透光孔的轴线方向对称设置的调节螺钉10的安装在固定支架4 上方。

具体地，激光雷达壳体15包括用于安装有固定支架4的支撑板1501和用于固定支撑板1501的支撑座1502，固定支架4为带有透光孔的环状结构，支撑板1501上开设有用于放入固定支架4的通孔，可调支架3位于固定支架4 的上方，可调支架穿过透光孔，可以在透光孔内部摆转。

优选的，调节螺钉10有四个，四个调节螺钉10两两对称分布，两个调节螺钉10平行于B向构成第二螺钉组102，两个调节螺钉平行于A向构成第一螺钉组101，调节螺钉10贯穿可调支架3与固定支架4螺纹配合，四个调节螺钉 10相互垂直设置且均平行于透光孔的轴线方向，四个螺钉10距离透光孔的轴线的距离相同，如需可调支架3相对于固定支架4绕A向摆转，首先拧松平行于A向的第一螺钉组101，然后旋转第二螺钉组102的两个螺钉至目标位置，实现可调支架3绕A向的摆转，同样，可以更调节螺钉的旋拧顺序实现可调支架3相对于固定支架4绕B向旋转，通过A向和B向的两轴可调，实现可调支架3相对于固定支架4的多方位摆转，进而实现激光光束的发射角度可调。

进一步地，请参阅图5，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，固定支架4设有锥形部401，可调支架3设有用于与锥形部401 的底端环外周线接触的支撑部301，支撑部301设于激光光源1的环周。

具体地，固定支架4为带有透光孔的环状凸台结构，透光孔上设有锥形部 401，可调支架3位于固定支架4的上方，可调支架3包括环形支撑部301，不考虑安装误差，透光孔的轴向、锥形部401的轴线、环形支撑部301的轴向与激光光源1的轴线方向平行且共线，可调支架3通过支撑部301与锥形部401 线接触，形成圆形接触线，支撑部301和与其线接触的锥形部401均设于激光光源1的环周，圆形接触线位于激光光源1和准直光学器件2的环周，且垂直于激光光束的轴线方向，通过支撑部和锥形部的环周线接触，形成环形接触线，则可调支架可以放置在固定支架上，且可以绕固定支架摆转，调节螺钉连接可调支架和固定支架，通过调节调节螺钉可实现可调支架绕垂直于环形接触线轴线方向摆转。

进一步地，请参阅图5，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，支撑部301为球面结构或者与锥形部401斜率不同的锥面结构。支撑部301与锥形部401的轴线的角度小于锥形部401与锥形部401的轴线的角度，则支撑部301可在锥形部401上摆转。具体的，支撑部301与水平面的角度为45°，锥形部401与水平面的角度为30°。应理解的是，在本实施例中，支撑部和锥形部的角度仅为一个具体的实施例，也可以采取其他的倾斜角度。

进一步地，请参阅图3和图4，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，还包括用于在被测物体上形成校准基线的标线器13，和 /或用于记录激光光束在被测物体上光斑位置的摄像机。

具体地，标线器13位于激光雷达壳体15一侧，标线器13打出的光线与激光光束不产生遮挡和干扰，则可以在被测物20上同时观测到标线器13在物体上呈现的基准线19和激光雷达在物体上形成的连续光斑18。本实施例中基准线19为一条水平线，则目标区域为以该水平基准线19为中心，上下峰值为二分之一测量误差的环形带，优选的，可以设置两个标线器13，两个标线器13 沿竖直方向上的距离为允许的测量误差，则两条水平基准线构成目标区域。实际应用中可调节调节螺钉10直到激光雷达打到被测物20上上光斑中心位于目标区域内。

进一步地，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，标线器13为激光水平仪，和/或摄像机为红外线检测相机。激光水平仪可以在被测物20上形成水平的基准线19，实际应用中，激光光束多为肉眼不可见的红外线，采用红外线检测相机，实时对激光光束的连续光斑18位置进行记录，便于调节。

进一步地，请参阅图3，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，沿激光光束的光路方向，反射镜11的投影面积大于激光光束光斑的投影面积。

具体地，反射镜11与水平面成45度布置，则理论工况下，竖直设置的激光光源1出射的竖直向下的激光光束经由反射镜11反射后变为水平光束，沿准激光光束的光路方向，反射镜的投影面积大于激光光束的光斑的投影面积，则光线通过透镜后全部打到反射镜上，不会产生效率损失。

进一步地，请参阅图4和图5，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，激光光源1包括用于发射激光信号的激光发射器、设置在激光发射器的出射光路上用于形成准直光束的准直光学器件2，准直光学器件2通过第一压环8和第二压环9压合，第二压环9分别与第一压环8、可调支架3螺纹连接，螺纹副方向平行于准直光束的光路方向。

具体地，激光光源1包括用于发射激光信号的激光发射器、设置在激光发射器的出射光路上的准直光学器件2，激光发射器和准直光学器件2共轴线竖直布置，激光光束通过准直光学器件2后形成准直光束，反射镜11位于准直光学器件2的下方。优选地，激光发射器为激光发射器为设有激光二极管6的电路板7，激光二极管6焊接在电路板7上。

具体地，第一压环8和第二压环9均为环形套筒结构，第二压环9下方设有用于放置准直光学器件2的凸台，通过第一压环8将准直光学器件2压合到第二压环9的凸台上，通过螺钉固定连接第一压环8和第二压环9，第二压环9 远离凸台端部内壁上环周设有螺纹，可调支架3上设有用于与第二压环9连接的环形连接部，第二压环9套设在连接部环周与环形连接部螺纹配合，第二压环9与第一压环8和准直光学器件2共轴线，旋转第二压环9可以调节准直光学器件2相对于激光发射器沿激光光路出射光路上的距离，第一压环8、第二压环9和可调支架3的环形连接部均为环形中空结构，第二压环保证其不会对光路产生遮挡。本方案中，可以通过旋转第二压环9调整准直光学器件2与激光发射器沿激光光路出射光路上的距离，满足焦距要求，提高准直光束的透射率。

进一步地，请参阅图5，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，固定支架4上设有用于限制所述可调支架摆转角度的限位台。具体地，限位台14为环周设于固定支架4上的半圆形凸台，限位台14位于固定支架4和可调支架3之间，限位台14有四个，四个限位台14均布，与四个调节螺钉共线，优选地，限位台14采用非金属弹性材料，避免对电路板7造成损伤。

进一步地，请参阅图5，作为本实用新型提供的激光雷达发射***的一种具体实施方式，准直光学器件2为单透镜或组合透镜。准直光学器件2用于形成准直光束，可以为可调光纤准直镜、透镜201、带有弧度的反射镜，本实施例中优选为透镜201，具体的，透镜可以为单透镜或透镜组。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.激光雷达发射***，其特征在于：包括用于发射激光光束的激光光源、固定在激光雷达壳体上的固定支架，所述激光光源的出射光路上设有用于改变所述激光光束投射方向的反射镜，所述反射镜下方设有用于驱动所述反射镜绕上下方向旋转的驱动组件，所述固定支架上还设有用于安装所述激光光源且用于使所述激光光源的出射光束位于目标区域的可调支架。

2.如权利要求1所述的激光雷达发射***，其特征在于：所述固定支架上设有用于使所述激光光束穿过的透光孔，所述可调支架通过沿所述透光孔的轴线方向对称设置的调节螺钉的安装在所述固定支架上方。

3.如权利要求2所述的激光雷达发射***，其特征在于：所述固定支架设有锥形部，所述可调支架设有用于与所述锥形部的底端环外周线接触的支撑部，所述支撑部设于所述激光光源的环周。

4.如权利要求3所述的激光雷达发射***，其特征在于：所述支撑部为球面结构或者与所述锥形部斜率不同的锥面结构。

5.如权利要求1所述的激光雷达发射***，其特征在于：还包括用于在被测物体上形成校准基线的标线器，和/或用于记录所述激光光束在被测物体上光斑位置的摄像机。

6.如权利要求5所述的激光雷达发射***，其特征在于：所述标线器为激光水平仪，和/或所述摄像机为红外线检测相机。

7.如权利要求1所述的激光雷达发射***，其特征在于：沿所述激光光束的光路方向，所述反射镜的投影面积大于所述激光光束光斑的投影面积。

8.如权利要求1所述的激光雷达发射***，其特征在于：所述激光光源包括用于发射激光信号的激光发射器、设置在所述激光发射器的出射光路上用于形成准直光束的准直光学器件，所述准直光学器件通过第一压环和第二压环压合，所述第二压环分别与所述第一压环、所述可调支架螺纹连接，螺纹副方向平行于所述准直光束的光路方向。

9.如权利要求8所述的激光雷达发射***，其特征在于：所述准直光学器件为单透镜或组合透镜。

10.激光雷达，其特征在于：包括权利要求1～9任一项所述的激光雷达发射***。