CN212275968U - 一种激光雷达*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光雷达***，包括第一旋转结构、反射结构和至少一组激光收发组件；反射结构绕反射结构的旋转轴可旋转，且反射结构的旋转轴与第一旋转结构的旋转轴相交；反射结构至少一个侧面为反射面；激光收发组件中的多个激光发射器沿反射结构的旋转轴的延伸方向依次设置。通过多个激光发射器沿反射结构旋转轴的延伸方向依次设置，能够极大的增加在反射结构旋转轴延伸方向上的激光线数密度，提高激光雷达***在该方向上的分辨率；同时设置反射结构的旋转轴与第一旋转结构的旋转轴相交，反射结构绕其旋转轴可旋转，可以实现激光雷达***在第一旋转结构旋转轴延伸方向上的扫描，且保证激光雷达***结构小巧简单。

Description

一种激光雷达***

技术领域

本实用新型实施例涉及雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达***。

背景技术

随着激光技术的发展，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和移动机器人等领域。激光雷达***是一种通过激光来探测目标的位置、速度等特征量的雷达***，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等信息。

目前，最常用的激光雷达***包括单线激光雷达***光学***和多线激光雷达***光学***，其中，单线激光雷达***利用单光束扫描，扫描区域小；多线激光雷达***通过电机旋转对周围环境进行扫瞄，其缺陷是所需激光发射器太多，激光雷达***体积大成本高。并且，目前激光雷达***的水平分辨率受限于激光雷达***的扫描频率以及激光器的发射频率，通常为了确保激光雷达***的测量距离，需要牺牲一定的发射频率，同时也会牺牲相应的水平分辨率，从而无法在实现远距离探测的同时兼顾较高的水平分辨率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种激光雷达***，实现兼顾激光雷达***良好的水平分辨率以及较小的体积和成本。

本实用新型实施例提供了一种激光雷达***，包括第一旋转结构、反射结构和至少一组激光收发组件，所述反射结构和所述激光收发组件均设置于所述第一旋转结构上；

所述反射结构绕所述反射结构的旋转轴可旋转，且所述反射结构的旋转轴与所述第一旋转结构的旋转轴相交；所述反射结构包括至少三个侧面，至少一个所述侧面为反射面；

所述激光收发组件包括激光发射单元，所述激光发射单元包括多个激光发射器，多个所述激光发射器沿所述反射结构的旋转轴的延伸方向依次设置。

可选的，至少两个所述侧面为反射面；

至少两个所述反射面与所述反射结构的旋转轴成一夹角，且至少两个所述反射面与所述反射结构的旋转轴之间的夹角不同。

可选的，沿所述反射结构的旋转轴的延伸方向，至少一个所述反射面包括至少两个反射区域，至少两个所述反射区域与所述反射结构的旋转轴成一夹角，且至少两个所述反射区域与所述反射结构的旋转轴之间的夹角不同。

可选的，所述反射结构的至少三个侧面均为反射面。

可选的，所述反射结构和所述激光收发组件均固定设置于所述第一旋转结构上，所述第一旋转结构带动所述反射结构和所述激光收发组件绕所述第一旋转结构的旋转轴360°旋转。

可选的，所述激光雷达***还包括第二旋转结构，所述反射结构设置于所述第二旋转结构上，所述第二旋转结构设置于所述第一旋转结构上；

所述第二旋转结构带动所述反射结构绕所述反射结构的旋转轴360°旋转；

所述第一旋转结构带动所述第二旋转结构绕所述第一旋转结构的旋转轴360°旋转。

可选的，所述激光雷达***包括多组所述激光收发组件，任意两组所述激光收发组件与所述反射结构的相对位置不同。

可选的，所述激光收发组件还包括激光接收单元；

每个所述反射面包括发射区域和接收区域；

所述激光发射单元位于所述反射结构的一侧，用于发射激光光束，所述激光发射单元将发射的激光光束经所述反射面的发射区域反射后照射到目标物；

所述激光接收单元与同一组所述激光收发组件中的所述激光发射单元位于所述反射结构的同一侧，所述激光接收单元用于接收从所述目标物反射后经所述反射面的接收区域反射的激光光束。

可选的，所述激光雷达***还包括：

发射镜组，位于所述激光发射单元与所述反射结构之间，用于将所述激光发射单元发射的激光光束进行准直后照射到所述反射结构的发射区域上；

接收镜组，位于所述激光接收单元与所述反射结构之间，用于将所述反射结构的接收区域反射的激光光束进行聚焦后照射到所述激光接收单元上；

滤光镜，位于所述接收镜组与所述激光接收单元之间，用于滤除环境光。

可选的，所述反射结构包括棱镜、反射镜或者MEMS振镜。

本实用新型实施例提供的激光雷达***，包括第一旋转结构、反射结构和至少一组激光收发组件，反射结构绕反射结构的旋转轴可旋转，且反射结构的旋转轴与第一旋转结构的旋转轴相交；反射结构包括至少三个侧面，至少一个侧面为反射面；激光收发组件中的多个激光发射器沿反射结构的旋转轴的延伸方向依次设置。通过多个激光发射器沿反射结构旋转轴的延伸方向依次设置，能够极大的增加在反射结构旋转轴延伸方向上的激光线数密度，从而提高激光雷达***在该方向上的分辨率；同时设置反射结构的旋转轴与第一旋转结构的旋转轴相交，反射结构绕其旋转轴可旋转，并且，反射结构包括至少一个反射面，在反射结构绕其旋转轴旋转的过程中可以实现激光雷达***在第一旋转结构旋转轴延伸方向上的扫描，进而实现激光雷达***在整个三维空间内的扫描；且仅通过合理设置反射结构与多个激光发射器的设置方式即可实现在反射结构的旋转轴的延伸方向上的高分辨率以及在整个三维空间内的扫描，保证激光雷达***结构小巧简单成本低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型实施例提供的一种激光雷达***的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种反射结构的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种激光光路示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种反射结构的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种反射结构的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种反射结构的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种激光雷达***的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的另一种激光雷达***的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。

图1是本实用新型实施例提供的一种激光雷达***的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种反射结构的结构示意图，如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的激光雷达***10包括第一旋转结构11、反射结构12和至少一组激光收发组件13，反射结构12和激光收发组件13均设置于第一旋转结构11上；反射结构12绕反射结构的旋转轴BB可旋转，且反射结构12的旋转轴BB与第一旋转结构11的旋转轴AA相交，例如反射结构12的旋转轴BB与第一旋转结构11的旋转轴AA垂直；反射结构12包括至少三个侧面121，至少一个侧面121为反射面；激光收发组件13包括激光发射单元131，激光发射单元131包括多个激光发射器1311，多个激光发射器1311沿反射结构的旋转轴BB的延伸方向依次设置。

示例性的，图1以反射结构12的旋转轴BB水平设置，第一旋转结构11的旋转轴AA竖直放置，多个激光发射器1311沿水平方向依次设置为例进行说明；图2以反射结构12包括四个侧面121为例进行说明，图2中的四个侧面121分别为上表面、前表面、下表面和后表面。如图1所示，激光发射器1311可以为线阵激光发射器或者面阵激光发射器，本实用新型实施例对此不进行限定，通过设置多个激光发射器1311沿水平方向设置，可以极大的增加水平方向上的激光线数密度，从而提高激光雷达***10的水平分辨率。

进一步的，图3是本实用新型实施例提供的一种激光光路示例图，结合图2和图3所示，反射结构12绕反射结构的旋转轴BB可旋转，且反射结构12的旋转轴BB与第一旋转结构11的旋转轴AA相交，例如反射结构12的旋转轴BB水平设置，第一旋转结构11的旋转轴AA竖直放置，在激光探测过程中，反射结构12绕反射结构的旋转轴BB旋转，即反射面绕反射结构12的旋转轴BB旋转，激光发射器1311出射的激光入射至反射面的入射角发生变化，根据光线反射原理，经反射面反射的反射光线的反射角发生变化，因此，随着反射面绕反射结构12的旋转轴BB旋转，反射结构12的反射面可以将激光发射器1311发射出来的光线反射至不同的垂直角度上，从而实现对竖直方向的扫描，进而实现激光雷达***在整个三维空间内的扫描。

综上，本实用新型实施例提供的激光雷达***，通过设置多个激光发射器沿反射结构旋转轴的延伸方向依次设置，能够极大的增加在反射结构旋转轴延伸方向上的激光线数密度，从而提高激光雷达***在该方向上的分辨率；同时设置反射结构的旋转轴与第一旋转结构的旋转轴相交，反射结构绕其旋转轴可旋转，并且，反射结构包括至少一个反射面，在反射结构绕其旋转轴旋转的过程中可以实现激光雷达***在第一旋转结构旋转轴延伸方向上的扫描，进而实现激光雷达***在整个三维空间内的扫描；且仅通过合理设置反射结构与多个激光发射器的设置方式即可实现在反射结构的旋转轴的延伸方向上的高分辨率以及在整个三维空间内的扫描，保证激光雷达***结构小巧简单成本低。

可选的，本实用新型实施例提供的技术方案，通过合理设置反射结构12的结构，还可以进一步提升激光雷达***10在反射结构12的旋转轴BB的延伸方向上的探测效果。下面以两种可行的实现方式为例具体说明如何通过合理设置反射结构12的结构，提升激光雷达***10在反射结构12的旋转轴BB的延伸方向上的探测效果。

作为本实用新型实施例一种可行的实现方式，图4是本实用新型实施例提供的另一种反射结构的结构示意图，如图4所示，本实用新型实施例提供的反射结构12中，至少两个侧面121为反射面；至少两个反射面与反射结构12的旋转轴BB成一夹角，且至少两个反射面与反射结构12的旋转轴BB之间的夹角不同。

示例性的，图4以反射结构12为四棱锥形状为例进行说明，其中，四棱锥结构的反射结构12中至少两个侧面121为反射面，且至少两个反射面与反射结构12的旋转轴BB之间的夹角不同，如此，当反射结构12绕反射结构12的旋转轴BB转动时，不仅可以将激光发射器1311发射出来的光线反射至不同的垂直角度上，实现对竖直方向的扫描；还可以使得各激光光束在经过不同的反射面的反射后，能够投射至不同的水平角度，从而改变水平上的激光光束的分布情况。进一步的，通过合理设置各个反射面与反射结构12的旋转轴BB之间的夹角，可以保证合理调节激光光束在水平方向上的分布情况，使其按照需要呈现疏密不同的分布，提升激光雷达***的探测效果。在其他的实施例中，如图5所示，反射结构12也可以为棱台结构，其中心线作为旋转轴垂直于旋转轴AA设置，且各侧面与中心轴的夹角不完全相同。

作为本实用新型实施例另一种可行的实现方式，图6是本实用新型实施例提供的另一种反射结构的结构示意图，如图6所示，本实用新型实施例提供的反射结构12中，沿反射结构12的旋转轴BB的延伸方向，至少一个反射面包括至少两个反射区域1211，至少两个反射区域1211与反射结构12的旋转轴B成一夹角，且至少两个反射区域1211与反射结构12的旋转轴BB之间的夹角不同。

示例性的，图6以反射结构12其中一个反射面包括五个反射区域1211为例进行说明，且至少两个反射区域与反射结构12的旋转轴BB之间的夹角不同，如此，激光入射至与反射结构12的旋转轴BB之间的夹角不同的反射区域1211时，可以使得各激光光束在经过不同的反射区域1211的反射后，能够投射至不同的水平角度，从而改变水平上的激光光束的分布情况。进一步的，通过合理设置各个反射区域1211与反射结构12的旋转轴BB之间的夹角，可以保证合理调节激光光束在水平方向上的分布情况，使其按照需要呈现疏密不同的分布，提升激光雷达***的探测效果。

综上，通过合理设置反射结构12的结构，保证可以合理调节激光光束在水平方向上的分布情况，使其按照需要呈现疏密不同的分布，提升激光雷达***的探测效果。

作为本实用新型实施例一种可行的实现方式，反射结构12可以包括棱镜、反射镜或者MEMS振镜，本实用新型实施例对此反射结构12的具体类型不进行限定，图1-图3仅以反射结构12为棱镜为例进行说明。进一步的，当反射结构12为棱镜时，棱镜可以为三棱镜、四棱镜、五棱镜或者六棱镜，本实用新型实施例对此同样不进行限定，图1和图2仅以棱镜为四棱镜，包含四个侧面为例进行说明。

进一步的，由于在反射结构12的一个转动周期内，激光雷达***完成垂直方向扫描的次数与反射面的数量相同，因此可以设置反射结构12的至少三个侧面均为反射面，当反射结构12为棱镜时，即棱镜的多个侧面可以均为反射面。如此随着反射结构12绕反射结构12的旋转轴BB转动，在反射结构12的一个转动周期内，可以提高激光雷达***在一个转动周期内完成垂直方向扫描的次数，有利于提高激光雷达***的重频，能够增加单位时间内可获取到的点云数据，提高测量精度。因此，反射结构12的侧面可以均设置为反射面，且侧面数量越多，越能够增加一个转动周期内可获取到的点云数据，提高测量精度。。

作为本实用新型实施例一种可行的实现方式，反射结构12和激光收发组件13均固定设置于第一旋转结构11上，第一旋转结构11可以带动反射结构12和激光收发组件13绕第一旋转结构的旋转轴360°旋转，从而实现激光雷达***10的360°扫描，保证本实用新型实施例提供的激光雷达***10可以实现360°无死角扫描，提升激光雷达***的探测效果。

作为本实用新型实施例一种可行的实现方式，激光雷达***还可以包括第二旋转结构(图中未示出)，反射结构12设置于第二旋转结构上，第二旋转结构设置于第一旋转结构11上；第二旋转结构带动反射结构12绕反射结构12的旋转轴BB360°旋转；第一旋转结构11带动第二旋转结构绕第一旋转结构11的旋转轴AA 360°旋转，保证反射结构12自身旋转的同时还可以随着第一旋转结构11旋转，实现对垂直方向的扫描探测外，还可以对激光雷达***所处环境360°无死角扫描，保证激光雷达***扫描探测效果良好。可选的，第一旋转结构11可以为步进电机，第二旋转结构12同样可以为步进电机，本实用新型实施例对第一旋转结构11和第二旋转结构12的具体类型不进行限定。

作为本实用新型实施例一种可行的实现方式，图7是本实用新型实施例提供的另一种激光雷达***的结构示意图，如图7所示，本实用新型实施例提供的激光雷达***10可以包括多组激光收发组件13，任意两组激光收发组件13与所述反射结构12的相对位置不同。

示例性的，图7以激光雷达***10包括两组激光收发组件13为例进行说明，两组激光收发组件13分别位于反射结构12的不同方位，比如对称设置在反射结构12的两侧，此时同样能够进一步提高激光雷达***10的水平角度分辨率。

作为本实用新型实施例一种可行的实现方式，继续参考图1和图2所示，本实用新型实施例提供的激光收发组件13还可以包括激光接收单元132；相对应的，每个反射面包括发射区域121A和接收区域121B；激光发射单元131位于反射结构12的一侧，用于发射激光光束，激光发射单元131将发射的激光光束经反射面的发射区域121A反射后照射到目标物；激光接收单元132与同一组激光收发组件13中的激光发射单元131位于反射结构12的同一侧，激光接收单元132用于接收从目标物反射后经反射面的接收区域121B反射的激光光束。

通过在反射面设置发射区域121A和接收区域121B，发射区域121A可以将激光光束反射到目标物上，接收区域121B可以接收目标物反射的激光光束并将其反射到激光接收单元132上。由于同一反射面上既包括发射区域121A又包括接收区域121B，该反射面的发射区域121A反射到目标物上的激光光束，经过目标物反射后可以经该反射面的接收区域121B接收，然后反射到激光接收单元132，从而无需专门设置一个大光敏面的激光接收单元132来接收目标物反射回来的激光光束，以实现降低激光雷达***的制作成本和制作难度的效果。

在上述实施例的基础上，图8是本实用新型实施例提供的另一种激光雷达***的而机构示意图，如图8所示，本实施例提供的激光雷达***还可以包括发射镜组14，位于激光发射单元131与反射结构12之间，用于将激光发射单元131发射的激光光束进行准直后照射到反射结构12的发射区域121A上；接收镜组15，位于激光接收单元132与反射结构12之间，用于将反射结构12的接收区域121B反射的激光光束进行聚焦后照射到激光接收单元132上；滤光镜16位于接收镜组15与激光接收单元132之间，用于滤除环境光。

具体的，每个激光发射单元131中的各激光光束进过同一个发射透镜14进行聚焦准直后经过反射结构12的反射投射至环境，环境中的物体对激光光束进行反射后投射至反射结构12的接收区域121B，从而经过接收区域121B的反射经由同一个接收透镜15后聚焦经过滤光镜16的滤光后在入射至对应的激光接收单元132上。进一步的，发射镜组14和接收镜组15可以选用相同的透镜组，具体实施时根据可以根据实际光路设计，本实用新型实施例对此不作限定。滤光镜16用于透过激光发射单元131发射的激光光束，并过滤激光发射单元131发射的激光光束之外的光，激光发射单元131发射的激光光束之外的光例如环境光(太阳光和白炽灯光等)，从而提高目标物的识别精确度。

进一步的，激光发射单元131中的多个激光发射器1311可以为光纤激光器、半导体激光器(比如激光二极管LD或垂直腔面发射激光器VCSEL)、气体激光器或固体激光器等，本实用新型实施例对此不进行限定。激光接收单元132中的光电探测器可以为多个阵列排布的雪崩二极管(Avalanche Photo Diode，APD)，也可以为单个大面元APD、焦平面阵列探测器、硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM，部分也称之为MPPC探测器(multi-pixelphoton counter))或本领域技术人员可知的其他类型的阵列探测器。进一步的，激光发射单元131中的激光发射器1311的数量与激光接收单元132中的光电探测器的数量可以相同，例如本实用新型实施例提供的激光发射单元131中可以包括16个激光发射器1311，对应的，激光接收单元132中包括16个光电探测器。进一步的，本实用新型实施例提供的激光雷达***还可以包括16通道互阻放大器(图中未示出)，16通道互阻放大器与激光接收单元132电连接，用于将激光接收单元132输出的光电流信号放大并转化为电压信号。

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，本实用新型的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。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、相互结合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，包括第一旋转结构、反射结构和至少一组激光收发组件，所述反射结构和所述激光收发组件均设置于所述第一旋转结构上；

所述反射结构绕所述反射结构的旋转轴可旋转，且所述反射结构的旋转轴与所述第一旋转结构的旋转轴相交；所述反射结构包括至少三个侧面，至少一个所述侧面为反射面；

所述激光收发组件包括激光发射单元，所述激光发射单元包括多个激光发射器，多个所述激光发射器沿所述反射结构的旋转轴的延伸方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，至少两个所述侧面为反射面；

至少两个所述反射面与所述反射结构的旋转轴成一夹角，且至少两个所述反射面与所述反射结构的旋转轴之间的夹角不同。

3.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，沿所述反射结构的旋转轴的延伸方向，至少一个所述反射面包括至少两个反射区域，至少两个所述反射区域与所述反射结构的旋转轴成一夹角，且至少两个所述反射区域与所述反射结构的旋转轴之间的夹角不同。

4.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述反射结构的至少三个侧面均为反射面。

5.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述反射结构和所述激光收发组件均固定设置于所述第一旋转结构上，所述第一旋转结构带动所述反射结构和所述激光收发组件绕所述第一旋转结构的旋转轴360°旋转。

6.根据权利要求5所述的激光雷达***，其特征在于，所述激光雷达***还包括第二旋转结构，所述反射结构设置于所述第二旋转结构上，所述第二旋转结构设置于所述第一旋转结构上；

所述第二旋转结构带动所述反射结构绕所述反射结构的旋转轴360°旋转；

所述第一旋转结构带动所述第二旋转结构绕所述第一旋转结构的旋转轴360°旋转。

7.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***包括多组所述激光收发组件，任意两组所述激光收发组件与所述反射结构的相对位置不同。

8.根据权利要求1所述的激光雷达***，其特征在于，所述激光收发组件还包括激光接收单元；

每个所述反射面包括发射区域和接收区域；

所述激光发射单元位于所述反射结构的一侧，用于发射激光光束，所述激光发射单元将发射的激光光束经所述反射面的发射区域反射后照射到目标物；

所述激光接收单元与同一组所述激光收发组件中的所述激光发射单元位于所述反射结构的同一侧，所述激光接收单元用于接收从所述目标物反射后经所述反射面的接收区域反射的激光光束。

9.根据权利要求8所述的激光雷达***，其特征在于，所述激光雷达***还包括：

发射镜组，位于所述激光发射单元与所述反射结构之间，用于将所述激光发射单元发射的激光光束进行准直后照射到所述反射结构的发射区域上；

接收镜组，位于所述激光接收单元与所述反射结构之间，用于将所述反射结构的接收区域反射的激光光束进行聚焦后照射到所述激光接收单元上；

滤光镜，位于所述接收镜组与所述激光接收单元之间，用于滤除环境光。

10.根据权利要求1-9任一项所述的激光雷达***，其特征在于，所述反射结构包括棱镜、反射镜或者MEMS振镜。

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