CN210243829U - 一种激光雷达***及激光测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光雷达***及激光测距装置。该激光雷达***包括：激光发射模块，用于产生并发射第一激光光束；反射棱镜组，包括相对设置的第一反射棱镜和第二反射棱镜；第一反射棱镜用于接收并反射第一激光光束至目标物体；第二反射棱镜用于接收并反射第二激光光束；旋转模块，用于承载反射棱镜组，并带动反射棱镜组沿旋转中心轴旋转；光电探测模块，用于接收经第二反射棱镜反射后的第二激光光束，并根据第二激光光束生成探测信号。本实用新型实施例提供的激光雷达***，可以解决在旋转激光发射模块的过程中产生的耗电量大的问题，以及在旋转光电探测模块的过程中产生的数据传输受限的问题。

Description

一种激光雷达***及激光测距装置

技术领域

本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达***及激光测距装置。

背景技术

激光测距装置可以利用激光对目标的距离进行准确测定，与光电测距装置相比，激光测距装置具有重量轻、体积小、操作简单以及速度快而准确等优点，得到了广泛的应用。

现有技术中，为了提高激光测距装置的测量角度，实现360度测量，常需要通过旋转激光测距装置中的雷达。目前，常见的激光雷达包括机械外旋转式雷达或内旋转混合式雷达；其中，内旋转混合式雷达可以是同时旋转发射模块和接收模块的结构，也可以是发射模块不动仅旋转接收模块的结构。并且，这两种结构的雷达都需要利用无线传电模块来为旋转提供动力，并利用无线传信号模块传输信息。

但是，无线传电模块存在功耗高和传电效率低的问题，容易造成能量的浪费；而无线传信号模块的带宽有限，难以满足大量数据传输的需要；这严重制限制了激光测距装置的应用范围。

实用新型内容

本实用新型提供一种激光雷达***及激光测距装置，可以解决在旋转激光发射模块的过程中产生的耗电量大的问题，以及在旋转光电探测模块的过程中产生的数据传输受限的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种激光雷达***，包括：

激光发射模块，用于产生并发射第一激光光束；

反射棱镜组，包括相对设置的第一反射棱镜和第二反射棱镜；其中，所述第一反射棱镜用于接收所述第一激光光束，并将所述第一激光光束反射至目标物体；所述第二反射棱镜用于接收并反射第二激光光束；其中，所述第二激光光束是指，所述第一激光光束被所述目标物体反射后所形成的光束；

旋转模块，用于承载所述反射棱镜组，并带动所述反射棱镜组沿旋转中心轴旋转；其中，所述旋转中心轴的延伸方向与所述反射棱镜组指向所述旋转模块的方向平行；

光电探测模块，用于接收经所述第二反射棱镜反射后的第二反射激光光束，并根据所述第二反射激光光束生成探测信号。

进一步地，所述第一反射棱镜包括第一直角反射棱镜；所述第二反射棱镜包括第二直角反射棱镜。

进一步地，所述第一直角反射棱镜包括柱体结构，所述第二直角反射棱镜包括柱体结构；

所述第一直角反射棱镜的中心轴线的延伸方向和所述第二直角反射棱镜的中心轴线的延伸方向位于同一条直线上。

进一步地，所述旋转模块包括可升降旋转模块。

进一步地，所述激光雷达***还包括反射镜；

所述反射镜位于所述激光发射模块的出光侧，用于将所述第一激光光束反射至所述第一反射棱镜。

进一步地，所述激光发射模块包括光纤激光器、光纤和准直器，所述光纤分别与所述光纤激光器和所述准直器连接；

所述光纤激光器用于产生并发射第一激光光束；

所述光纤用于传输所述第一激光光束；

所述准直器用于准直所述第一激光光束。

进一步地，所述光电探测模块包括接收镜头和光电探测器；

所述接收镜头用于接收并会聚所述第二激光光束；

所述光电探测器位于所述接收镜头的出光侧，用于接收会聚后的第二激光光束，并将所述第二激光光束携带的光信号转换成所述探测信号。

进一步地，所述第二反射棱镜在所述接收镜头的接收面上的垂直投影位于所述接收面内。

进一步地，所述光电探测模块还包括滤光片；

所述接收镜头、所述滤光片和所述光电探测器沿光路依次排布；所述滤光片用于透过预设波长的光。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种激光测距装置，包括上述第一方面任一项所述的激光雷达***。

本实用新型实施例提供的激光雷达***，包括激光发射模块、反射棱镜组模块、旋转模块和光电探测模块，通过利用旋转模块带动反射棱镜组旋转，无需采用无线传电模块和无线传信号模块即可实现360度检测，可以解决在旋转激光发射模块的过程中产生的耗电量大的问题，以及解决在旋转光电探测模块的过程中产生的数据传输受限制的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的激光雷达***的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一激光雷达***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的激光雷达***的结构示意图。具体地，请参考图1，该激光雷达***包括：激光发射模块11，用于产生并发射第一激光光束201；反射棱镜组12，包括相对设置的第一反射棱镜121和第二反射棱镜122；其中，第一反射棱镜121用于接收第一激光光束201，并将第一激光光束201反射至目标物体；第二反射棱镜122用于接收并反射第二激光光束202；其中，第二激光光束202是指，第一激光光束201被目标物体反射后所形成的光束；旋转模块13，用于承载反射棱镜组12，并带动反射棱镜组12沿旋转中心轴旋转；其中，旋转中心轴的延伸方向与反射棱镜组12指向旋转模块13的方向X平行；光电探测模块14，用于接收经第二反射棱镜122反射后的第二激光光束202，并根据第二激光光束202生成探测信号。

具体地，第一激光光束201由激光发射模块11发射，经第一反射棱镜121反射后，向目标物体出射，第一激光光束201到达目标物体后，可以被目标物体反射。被反射后的激光光束称之为第二激光光束202，第二激光光束202可以到达第二反射棱镜122，并被第二反射棱镜122反射至光电探测模块14，光电探测模块14可以根据接收到的第二激光光束202生成探测信号。示例性地，当本实施例提供的激光雷达***用于激光测距时，常常需要检测不同方向的目标物体。通过旋转第一反射棱镜121，可以使第一激光光束201向不同的方向出射；同时，通过同步旋转第二反射棱镜122，可以接收保证第二反射棱镜122接收来自不同方向的第二激光光束202，并将第二激光光束202反射至光电探测模块14。通过合理设置旋转模块14，可以实现反射棱镜组12在360度范围内进行任意角度的旋转，进而可以实现360度检测。

需要说明的是，在旋转激光发射模块11的过程中，需要无线传电模块为激光发射模块11无线传电；在旋转光电探测模块14的过程中，需要无线传信号模块进行数据传输。由于本实施例提供的激光雷达***通过旋转反射棱镜组实现360度旋转和检测，因此，既不需要旋转激光发射模块11，也无需旋转光电探测模块14。因此，本实施例提供的激光雷达***，既无需设置无线传电模块，也无需设置无线传信号模块。因而，可以避免无线传电模块功耗高、传电效率低的问题，也可以解决在传输数据时，尤其大量数据时，数据传输需受无线传信号模块的带宽的限制。此外，相比激光发射模块11和光电探测模块14，反射棱镜组12主要包括第一反射棱镜121和第二反射棱镜122，因此，旋转反射棱镜组12所需要的动力，远小于旋转激光发射模块11或光电探测模块14所需要的动力。

本实施例提供的激光雷达***，包括激光发射模块、反射棱镜组模块、旋转模块和光电探测模块，通过利用旋转模块带动反射棱镜组旋转，无需采用无线传电模块和无线传信号模块即可实现360度检测，可以解决在旋转激光发射模块的过程中产生的耗电量大的问题，以及解决在旋转光电探测模块的过程中产生的数据传输受限制的问题。

可选地，第一反射棱镜121包括第一直角反射棱镜；第二反射棱镜122包括第二直角反射棱镜。

具体地，第一直角反射棱镜是具有45度角的直角棱镜，当光束以45度入射至第一直角反射棱镜的反射面时，其出射光线从与第一直角反射棱镜呈45度夹角的方向出射。因此，竖直入射的光束，经过第一直角反射棱镜后，可以沿水平方向出射，因而可以减小光学调试的难度。同理，第二直角反射棱镜也具有类似的有益效果，不在赘述。此外，根据现有的光学器件的制备水平，可以制备出精度非常高的直角棱镜的45度角。

可选地，第一直角反射棱镜包括柱体结构，第二直角反射棱镜包括柱体结构；第一直角反射棱镜的中心轴线和第二直角反射棱镜的中心轴线位于同一条直线上。

具体地，当第一直角反射棱镜和第二直角反射棱镜沿竖直方向堆叠放置时，如果第一直角反射棱镜的中心轴线和第二直角反射棱镜的中心轴线位于同一直线上，在两个反射棱镜沿竖直方向旋转时，可以做到几乎完全的力矩平衡。此时，旋转模块13可以用最小的能量带动第一直角反射棱镜和第二直角反射棱镜旋转。

可选地，旋转模块13包括可升降旋转模块。

具体地，可升降旋转模块在沿垂直于地面的方向升降，可以带动反射棱镜组12在沿垂直于地面的方向升降，进而使本实施例提供的激光雷达***可以用于检测不同高度的目标物体。需要说明的是，在满足升降反射棱镜组的情况下，本实施例对旋转模块13的具体结构不进行限制。

图2是本实用新型实施例提供的另一激光雷达***的结构示意图。具体地，请参考图1和图2，本实施例提供的激光雷达***还包括反射镜15；反射镜15位于激光发射模块11的出光侧，用于将第一激光光束201反射至第一反射棱镜121。

具体地，反射镜15可以改变光的传播方向，在设计激光雷达***时，可以在激光发射模块11的出光侧设置反射镜15，利用反射镜调整第一激光光束201的路径，可以使激光雷达***的结构布局更加科学合理。图2中示例性地给出了1个反射镜15，但是应该理解，这仅仅是一种实施例，不应该理解为对反射镜的数量的限制。

可选地，激光发射模块11包括光纤激光器111、光纤112和准直器113，光纤112分别与光纤激光器111和准直器113连接；光纤激光器111用于产生并发射第一激光光束201；光纤112用于传输第一激光光束201；准直器113用于准直第一激光光束201。

需要说明的是，如果光纤激光器111位于反射棱镜组12的下方，往往需要通过光纤112和反射镜15，才能使光纤激光器111产生的第一激光光束201入射至反射棱镜组12。此时，光纤112位于第一反射棱镜121的出光光路上，会在一定程度上阻挡第一激光光束201。但是，实际上，光纤112的直径很小，因此，光纤112对光束的阻挡作用相对较小。因此，相比360度的探测范围内，光纤112对第一激光光束201造成的阻挡很小，对探测角度的遮挡范围很小，几乎可以忽略。同理，光线112对第二激光光束的阻挡也很小，也几乎可以忽略。因此，本实施例提供的激光雷达***，可以实现360度范围内的探测。

具体地，光纤激光器111具有成本低、阈值低、能量转换效率高、输出波长可调性强等优点，是优良的激光器件，可以广泛用于激光测距等领域。示例性地，在本实施例中，光纤激光器111可以选用红外波段的高功率纳秒级脉冲激光器；当应用于激光测距时，该激光器可以对500米范围内的目标物体进行准确检测。光线激光器111产生的激光光束经光纤112后可以传输至准直器113，准直器113可以对光束进行准直，以得到准直性更强的第一激光光束201。

可选地，光电探测模块14包括接收镜头141和光电探测器142；接收镜头141用于接收并会聚第二激光光束202；光电探测器142位于接收镜头141的出光侧，用于接收会聚后的第二激光光束202，并将第二激光光束202携带的光信号转换成探测信号。

具体地，接收镜头141可以对第二激光光束202进行会聚处理，可以将较大范围内的第二激光光束202会聚起来，使第二激光光束202的能量更加集中。光电探测器142根据会聚后第二激光光束202，可以产生更强的探测信号。示例性地，当本实施例提供的激光雷达***用于激光测距时，第二激光光束202是由目标物体反射回来的，因此，第二激光光束202的强度相对较弱，利用接收镜头141的会聚作用，可以增强激光雷达***的灵敏度。

可选地，第二反射棱镜122在接收镜头141的接收面上的垂直投影位于接收面内。

具体地，第二反射棱镜122在接收镜头141的接收面上的垂直投影位于接收面内，意味着接收镜头141的接收面的面积较大，可以保证被第二反射棱镜122反射的第二激光光束202尽可能地都到达接收镜头141的接受面，进而可以提高光电探测模块14的探测灵敏度。此外，当第二反射棱镜122在接收镜头141的接收面上的垂直投影位于接收面时，第二激光光束202被第二反射棱镜122反射后，无需经过其他反射镜的反射，就可以直接到达光电探测器142，可以减少第二激光光束202在传输过程中的能量损耗。

可选地，光电探测模块14还包括滤光片143；接收镜头141、滤光片143和光电探测器142沿光路依次排布；滤光片143用于透过预设波长的光。

具体地，到达第二反射棱镜122的光束，不仅有来自目标物体的反射光束，还有可能包括其他杂光，杂光到达光电探测器142后，会产生干扰信号，影响探测信号的准确度。因此，通过设置滤光片143，可以选择性透过与第二激光光束202波长相等的光，降低其他波长的杂光对探测结果的干扰。因此，滤光片可以提高激光雷达***的信噪比，增加激光雷达***在强光下的探测距离。可以理解的是，激光发射模块10发出的激光经过目标物体反射后，其波长基本不变，因此，可以根据激光发射模块10发射的第一激光光束201的波长选择滤光片10。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种激光测距装置，该激光测距装置包括任意实施例所述的激光雷达***，未在本实施例详细描述的部分，请参考任意实施例所述的激光雷达***。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种激光雷达***，其特征在于，包括：

激光发射模块，用于产生并发射第一激光光束；

反射棱镜组，包括相对设置的第一反射棱镜和第二反射棱镜；其中，所述第一反射棱镜用于接收所述第一激光光束，并将所述第一激光光束反射至目标物体；所述第二反射棱镜用于接收并反射第二激光光束；所述第二激光光束是指，所述第一激光光束被所述目标物体反射后所形成的光束；

旋转模块，用于承载所述反射棱镜组，并带动所述反射棱镜组沿旋转中心轴旋转；其中，所述旋转中心轴的延伸方向与所述反射棱镜组指向所述旋转模块的方向平行；

光电探测模块，用于接收经所述第二反射棱镜反射后的第二激光光束，并根据所述第二激光光束生成探测信号。

2.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述第一反射棱镜包括第一直角反射棱镜；所述第二反射棱镜包括第二直角反射棱镜。

3.根据权利要求2所述的激光雷达***，其特征在于，所述第一直角反射棱镜包括柱体结构，所述第二直角反射棱镜包括柱体结构；

所述第一直角反射棱镜的中心轴线和所述第二直角反射棱镜的中心轴线位于同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述旋转模块包括可升降旋转模块。

5.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述激光雷达***还包括反射镜；

所述反射镜位于所述激光发射模块的出光侧，用于将所述第一激光光束反射至所述第一反射棱镜。

6.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述激光发射模块包括光纤激光器、光纤和准直器，所述光纤分别与所述光纤激光器和所述准直器连接；

所述光纤激光器用于产生并发射第一激光光束；

所述光纤用于传输所述第一激光光束；

所述准直器用于准直所述第一激光光束。

7.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述光电探测模块包括接收镜头和光电探测器；

所述接收镜头用于接收并会聚所述第二激光光束；

所述光电探测器位于所述接收镜头的出光侧，用于接收会聚后的第二激光光束，并将所述第二激光光束携带的光信号转换成所述探测信号。

8.根据权利要求7所述的激光雷达***，其特征在于，所述第二反射棱镜在所述接收镜头的接收面上的垂直投影位于所述接收面内。

9.根据权利要求7所述的激光雷达***，其特征在于，所述光电探测模块还包括滤光片；

所述接收镜头、所述滤光片和所述光电探测器沿光路依次排布；所述滤光片用于透过预设波长的光。

10.一种激光测距装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的激光雷达***。

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