CN212623082U - 用于激光雷达的扫描装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达，包括：扫描装置；该扫描装置包括：激光器阵列，用于发射光束；发射光学组件，对光束进行准直；多面转镜，将经由发射光学组件的发射光束反射形成扫描光束；其中，所述激光器阵列包括成多列排布的多个激光器，相邻列的激光器彼此交错设置；接收光学组件，会聚多面转镜反射的回波光束；接收器，将来自接收光学组件的回波光束转换为电信号。本申请在提高激光雷达垂直分辨率和点云数据质量的同时实现低成本和小型化。

Description

用于激光雷达的扫描装置及激光雷达

技术领域

本申请属于雷达技术领域，具体涉及用于激光雷达的扫描装置及激光雷达。

背景技术

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。激光雷达的工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对汽车、行人等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理***等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，信号传送到显示器进行显示。

激光雷达具有分辨率高，抗有源干扰能力强，体积小、质量轻，可三维成像等特点，适用于多种环境场景。目前提高激光雷达的垂直分辨率是普遍的需求，这就要求在激光雷达的垂直方向上的扫描和接收通道增多，而常见的机械旋转式激光雷达，通过增加竖直方向上的扫描和接收通道数量会增大元件的空间排布难度，并且使激光雷达的体积增大，成本变高，因此激光雷达在提高垂直分辨率的同时能够实现低成本和小型化是主要研究方向。

现有技术的技术方案一般是采用低线束的激光器阵列配合多面转镜旋转进行扩线，由于采用了低线束的激光器阵列，为提高扫描线束，往往会设置多面转镜的各反射面的倾角各不相同，通过上述设置虽然实现了提高激光雷达垂直分辨率的目的，但是各反射面的倾角不同在转镜旋转过程中，容易造成点云数据出现抖动、不规整等问题；同时为了提高出光效率，需要调整各激光器的角度，存在装调难度大等问题。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不代表本领域的现有技术。

实用新型内容

本申请涉及能够在提高垂直分辨率和点云数据质量的同时实现低成本和小型化的激光雷达。

根据本申请一个方面,所述用于激光雷达的扫描装置，包括：激光器阵列，用于产生发射光束；发射光学组件，设置在光束传播方向上所述激光器阵列的下游以接收所述发射光束，并对所述发射光束进行准直；多面转镜，设置在光束传播方向上所述发射光学组件的下游，配置成将经由所述发射光学组件准直的发射光束反射形成扫描光束；其中，所述激光器阵列包括成多列排布的多个激光器，相邻列的激光器彼此交错设置。

根据本申请一些实施例，所述多个激光器在所在列的中央区域处的相邻距离小于其在所在列的两端区域处的相邻距离。

根据本申请一些实施例，所述多个激光器形成非均匀分布的阵列，并且所述多个激光器在所在列中相邻间隔相同，所述非均匀分布的阵列中，在所述阵列的中央区域处，所述激光器的密度大于在所述阵列的两端区域处的所述激光器的密度。

根据本申请一些实施例，所述发射光学组件包括远心透镜***。

根据本申请一些实施例，所述远心透镜***包括：三片高斯型透镜，包括：第一透镜，包括：双凸透镜，平凸透镜或凹凸透镜中的一种；第二透镜，包括：平凹透镜，双凹透镜或凸凹透镜中的一种；第三透镜，包括：平凸透镜，双凸透镜或凹凸透镜中的一种。

根据本申请一些实施例，所述远心透镜***包括：光阑，设置在光束传播方向上所述第一透镜上游，所述光阑使所述发射光束通过。

根据本申请一些实施例，所述发射光学组件还包括镜筒，所述镜筒设置为部分切边。

根据本申请一些实施例，所述发射光学组件还包括：压圈，设置在所述镜筒的前后两端，用于压紧所述三片高斯型透镜；隔圈，设置在所述三片高斯型透镜之间，用于隔开各高斯型透镜的同时配合所述压圈来压紧所述三片高斯型透镜；其中压圈和隔圈选用钢材料制成。

根据本申请一些实施例，所述多面转镜具有轴线并可绕其轴线转动，所述多面转镜包括围成多边形的偶数个反射面，用于反射所述发射光束以及所述扫描光束经目标物反射后形成的回波光束，所述扫描装置还包括电机，所述电机容纳于所述反射面围成的多边形空间内。

根据本申请一些实施例，所述偶数个反射面中，相对的两个反射面与所述轴线的夹角相同，相邻的两个反射面与所述轴线的夹角的绝对值相同，符号相反。

根据本申请一些实施例，其中所述多面转镜中所述反射面与所述轴线之间的夹角，可根据所述多个激光器在所在列中的间隔来确定。

根据本申请一些实施例，所述多个激光器在所在列中的间隔对应0.5°的所述发射光束的出射角，所述多面转镜具有四个反射面，其中两个反射面与所述轴线之间的夹角为0.09°，另外两个反射面与所述轴线的夹角为-0.09°，以在一定视场范围内实现最高为0.25°的分辨率。

根据本申请一些实施例，所述多面转镜还包括隔光部，用于隔离所述发射光束和所述回波光束。

根据本申请另一方面，还提供一种激光雷达，包括：如上所述的扫描装置，其中所述扫描装置的多面转镜的反射面同时用于接收激光雷达的回波光束；接收光学组件，接收并会聚所述多面转镜反射的回波光束；接收器，接收来自所述接收光学组件的回波光束并将其转换为电信号。

根据本申请一些实施例，所述接收器包括探测器阵列，所述探测器阵列包括成多列排布的多个探测器，相邻列的探测器彼此交错设置。

根据本申请一些实施例，每一列探测器中各个探测器与其中一列激光器中各个激光器的排布位置相对应，从而每个探测器用于接收与其相对应的激光器产生的回波光束。

根据本申请一些实施例，其中每个反射面包括分离的上部和下部，所述上部和下部中的一个用于接收并反射所述发射光束，所述上部和下部中的另一个用于接收并反射激光雷达的回波光束。

根据本申请一些实施例，所述探测器包括：APD、SPAD或SiPM。

根据本申请一些实施例，还包括：发射端折转镜，设置在所述激光器阵列与所述发射光学组件之间，用于对所述发射光束进行偏折；和接收端折转镜，设置在所述接收器与所述接收光学组件之间，沿竖直方向平行于所述发射端折转镜，用于对所述回波光束进行偏折。

根据本申请一些实施例，所述发射端转折镜与所述发射光学组件之间的距离小于所述接收端转折镜与所述接收光学组件之间的距离。

根据一些实施例，本申请提供的用于激光雷达的扫描装置，其中激光器阵列可以为2列共32个发光通道的激光器，能同时发射高线束激光；并且多列激光器在竖直方向上彼此交错排列，这样的排列方式增加了激光器空间排布密度，从而获取更密集的点云数据；利用远心透镜***配合交错排列的激光器阵列能够在不调整激光器角度的情况下有效提高发射光束的出光效率，容易装调，提升点云数据质量；同时利用具有不同倾角反射面的多面转镜在竖直方向上对发射光束进行扩线，并且根据多个激光器在所在列中的间隔来确定各反射面的倾角，以及提高倾角的精度，使激光雷达的点云数据更加规整、一致性更好，从而能够提高激光雷达的垂直分辨率和点云数据质量，另外，在发射端和接收端都设置折转镜，能够有效减小激光雷达的体积，从而在提高激光雷达的垂直分辨率和点云数据质量的同时实现低成本和小型化。本申请还提供了一种具有该扫描装置的激光雷达，提高激光雷达的垂直分辨率和点云数据质量的同时实现低成本和小型化。

附图说明

图1A为本申请示例性实施例中扫描装置的结构示意图；

图1B为本申请示例性实施例中扫描装置的激光器阵列排布示意图；

图1C为本申请另一示例性实施例中扫描装置的激光器阵列排布示意图；

图2A为本申请示例性实施例中扫描装置的发射光学组件示意图；

图2B为本申请示例性实施例中扫描装置的发射光学组件的镜筒结构示意图；

图3为本申请示例性实施例中扫描装置的多面转镜结构示意图；

图4A为本申请示例性实施例中激光雷达的结构示意图；

图4B为本申请另一示例性实施例中激光雷达的结构示意图；

图5A为本申请示例性实施例中激光雷达的接收光学组件示意图；

图5B为本申请示例性实施例中激光雷达的接收光学组件的镜筒结构示意图；

图6A为本申请示例性实施例中激光雷达的接收器排布示意图；

图6B为本申请示例性实施例中激光雷达的光路图。

附图标记列表

100 激光器阵列

200 发射光学组件

300 多面转镜

201 第一透镜

203 第二透镜

205 第三透镜

207 隔圈

209 隔圈

211 压圈

213 镜筒

301 隔光部

402 发射端折转镜

404 接收端折转镜

500 接收光学组件

501 第四透镜

503 第五透镜

505 第六透镜

507 压圈

509 隔圈

511 接收镜筒

600 接收器

601 探测器

605 障碍物

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本申请的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指同一实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

有鉴于此，本申请提出一种激光雷达及其扫描装置的技术方案，其中激光器阵列可以为2列共32个发光通道的激光器，能同时发射高线束激光；并且多列激光器在竖直方向上彼此交错排列，这样的排列方式增加了激光器空间排布密度，从而获取更密集的点云数据；利用远心透镜***配合交错排列的激光器阵列能够在不调整激光器角度的情况下有效提高发射光束的出光效率，容易装调，提升点云数据质量；同时利用具有不同倾角反射面的多面转镜在竖直方向上对发射光束进行扩线，并且根据多个激光器在所在列中的间隔来确定各反射面的倾角，以及提高倾角的精度，使激光雷达的点云数据更加规整、一致性更好，从而能够提高激光雷达的垂直分辨率和点云数据质量，另外，在发射端和接收端都设置折转镜，能够有效减小激光雷达的体积，从而在提高激光雷达的垂直分辨率和点云数据质量的同时实现低成本和小型化。

下面参考具体实施例，对本申请进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，不是意图限制本申请的保护范围。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法可为本行业常规的检测方法。

图1A为本申请示例性实施例中扫描装置的结构示意图。

如图1A所示，根据示例性实施例，用于激光雷达的扫描装置包括：激光器阵列100、发射光学组件200和多面转镜300。

激光器阵列100用于产生发射光束，从而对目标物进行扫描。激光器阵列100可包括多个激光器101。根据示例实施例，多个激光器101在所在的列中相邻间隔相同，相邻列的激光器彼此交错设置，如图1B中，多个激光器101沿第一方向等间距排列为第一列和第二列，第一列和第二列的激光器彼此交错设置。例如，第一方向可为图1A和1B中的竖直方向。另外，本实用新型不限于此，多个激光器101也可以排布成更多列，例如三列、四列或更多列，各列之间的激光器在第一方向上相互交错。

根据一些实施例，多个激光器101交错设置，其中第二列的各激光器101对应于第一列各激光器101之间的间隙位置。这样排列的方式增加了激光器的空间排布密度，从而获取更为密集的点云数据。

如图1A所示，发射光学组件200对接收的发射光束进行准直后使其入射到多面转镜300。发射光学组件200可以是远心透镜***，如后面参照图2A所详细描述的。

参见图1A，多面转镜300可将来自发射光学组件200的发射光束反射形成扫描光束，使之出射到激光雷达外部，用于探测目标物，如下文中图3所详细描述的。

根据一些实施例，激光器101包括半导体激光器，其中半导体激光器的发光效率高、体积小、重量轻且价格低。相较于光纤激光器，半导体激光器省去了光纤激光器中复杂的部件，例如光纤和透镜等，结构更为简单，成本更低。在本实施例中，激光器包括边发射半导体激光器或垂直腔面半导体激光器。根据实施例，各半导体激光器可发射同一波长的激光。当激光器阵列100中激光器101如上述多列交错设置时，利用单一波长的半导体激光器同时发射光束，降低扫描装置的制造成本。

根据一些实施例，左右两列激光器101可以非均匀排布，例如每一列在垂直方向的中央区域相比于两端区域更为密集，或可理解为激光器在中央区域处相邻距离小于激光器在列的两端区域处的相邻距离。如此排布使中央区域相比于两端区域具有更好的垂直分辨率，如图1C所示。这种布置方式在实际探测中是非常有利的。激光雷达例如通常布置在车辆顶部，用于扫描车辆周围的环境和目标物。激光雷达视场的中央区域的点云和信息尤其重要，因为其对应于车辆正前方、正侧方以及正后方，是车辆驾驶者或者控制单元重点关注的区域。例如，假设水平面为0°，中央区域指在垂直方向上发射光束与水平面的夹角在±5°之间的区域，对于激光雷达视场角更大的上方和下方，例如天空和地面，可以相对设置较稀疏的激光器。通过在垂直方向上的中央区域设置更多的激光器，可以提高激光雷达视场范围内中央区域的探测精度。

根据本实用新型另一个实施例，在每一列激光器内，激光器可采用均匀排布的方式，即相邻激光器之间间隔相同；而相邻列的激光器，例如第一列和第二列激光器，第一列激光器中的间隔不同于第二列激光器中的间隔，使得所述激光器在所述阵列的中央区域处的密度大于其在所述阵列的两端区域处的密度。

根据一些实施例，该扫描装置通过激光垂直方向的交错排布，能够获得更密集的点云数据，进而通过多面转镜的扩线作用，提高激光雷达的垂直分辨率。

图2A为本申请示例性实施例中扫描装置的发射光学组件200的结构示意图。发射光学组件200用于对从激光器阵列接收的发射光束进行准直。

参见图2A，根据一些实施例，发射光学组件200包括远心透镜***，可以在水平方向上大角度发射光束，例如140°。上述远心透镜***可选用三片高斯型透镜，包括第一透镜201，第二透镜203，第三透镜205。其中第一透镜201包括双凸透镜，还可以选用平凸透镜或凹凸透镜。第二透镜203包括平凹透镜，也可以选用双凹透镜或凸凹透镜等。第三透镜205包括平凸透镜，也可以选用双凸透镜或凹凸透镜等。远心透镜***在光束传播方向上在第一透镜201上游设置光阑并使发射光束通过，其中光阑可以是孔径光阑，并且光阑可以设置在第一透镜201的前焦点位置，也可以不设置在第一透镜201的前焦点位置，比如在光束传播方向上第一透镜201上游间隔5mm处。透镜组的各透镜可选用玻璃材料制成，利用远心透镜***配合交错排列的激光器阵列能够在不调整激光器角度的情况下有效提高发射光束的出光效率，容易装调，提升点云数据质量。

此外，如图2A所示，发射光学组件采用隔圈和压圈的固定方式，避免胶水的粘接，其中压圈211设置在发射光学组件的前后两端，用于压紧第一透镜201和第三透镜205。隔圈207和209分别设置在第一透镜201和第二透镜203之间以及第二透镜203和第三透镜205之间。压圈211和隔圈207/209可以采用钢材料制成，钢材料的膨胀系数更接近玻璃，能够提高发射光学组件的热稳定性，也可以采用铝合金材料来降低激光雷达的制造成本。采用隔圈和压圈的固定方式，不仅能够保证发射光学组件的光学性能，还可以有效地降低高温情况下各透镜碎裂的风险，提高激光雷达的可靠性。另外镜筒213可设置为部分切边，如图2B示出，其侧壁被部分切除。具有部分切边结构的镜筒213能够提高激光雷达在部分发光角度上的出光效率。

根据本实施例的一个优选方案，扫描装置例如还可包括补强柱透镜，该补强柱透镜设置在发射光学组件的光路下游，使经过发射光学组件准直的部分发射光束发生偏折，用于补强照射近距离目标物的发射光束。具体地，发射光束从发射光学组件出射后经过补强柱透镜，然后发射至多面转镜，通过多面转镜不断旋转向周围环境发射光束进行扫描。通过采用补强柱透镜，可增强近距离如0-4m区域内的激光脉冲信号，以消除近距离盲区。

图3为本申请示例性实施例中扫描装置的多面转镜结构示意图。多面转镜300用于将来自发射光学组件200的发射光束反射形成扫描光束。

参见图3，根据本申请示例性实施例，多面转镜300包括反射面，可以将入射在多面转镜300上的发射光束反射形成扫描光束，并且可以将目标物体在接收扫描光束后形成的回波光束反射至激光雷达的接收器中。图3中示出了靠近图面外侧的两个反射面301-1和301-2。此外，如图3所示，多面转镜至少包括两对反射面，该反射面用于对垂直方向的多线扫描光束进行扩线，并且反射面中相对的两反射面的倾角相同，相邻的两反射面的倾角不同，其中倾角指的是多面转镜的反射面与底面的夹角，通过多面转镜不断旋转来提高激光雷达的垂直分辨率。多面转镜300的中部还可以设置隔光部301，用于隔离发射光束和回波光束，从而可以减少扫描光束和回波光束之间的串扰。如图3所示，隔光部301可以为隔光板。另外的或者可替换的，隔光部301可以包括隔光涂料或其他类型的隔光带。

如图3所示，在本实施例中，多面转镜300为四面转镜，通过电机带动多面转镜300进行旋转扫描。多面转镜300中两个相对反射面的倾角相同，例如为90.09°，另两个相对反射面的倾角也相同，例如为89.91°。多面转镜300中反射面与轴线AX之间的夹角，可根据多个激光器在所在列中的间隔来确定，比如多个激光器在所在列中的间隔对应0.5°的发射光束的出射角，其中两个反射面与轴线之间的夹角为0.09°，另外两个反射面与轴线的夹角为-0.09°，以在一定视场范围内实现最高为0.25°的分辨率。

另外根据本实用新型的一个实施例，扫描装置还可包括电机，该电机配置成可驱动多面转镜300围绕其轴线AX旋转。电机例如被包含于多个反射面围成的多边形空间内，用于驱动多面转镜300转动。另外通过这样的布置方式，扫描装置的高度基本与反射面的高度相同，因此可以有效降低扫描装置的高度，从而缩小了激光雷达整体的体积，使激光雷达在结构上更小巧、紧凑。多面转镜300可以围绕其轴线AX进行360度的匀速转动，也可以在一定范围内来回摆动，另外其运动速度也可以为非匀速运动，而是遵循预设的运动曲线。

根据本实用新型的一个优选实施例，多面转镜300为四面转镜，其中相对的两个反射面与主轴AX的夹角相同，相邻两个反射面与主轴AX夹角的绝对值相同，但符号相反。优选地，四面转镜中相对的两个反射面与主轴AX的夹角为0.09°，另外两个反射面与主轴AX的夹角为-0.09°。如图3所示，其中示出了相邻的两个转镜反射面，分别为左侧的转镜反射面302-1以及右侧的转镜反射面302-2，其中左侧的转镜反射面302-1(以及与其相对的转镜反射面)与多面转镜300底面的夹角为89.91°，右侧的转镜反射面302-2(以及与其相对的转镜反射面)与多面转镜300底面的夹角为90.09°。

优选地，通过多次重复对比实验得知，设置转镜反射面与主轴之间的夹角具有合适的精度，例如精度±0.009°，可以使得激光雷达的点云数据更加规整，数据一致性更好。继续对前述实施例进行说明，左侧转镜反射面302-1与底面的实际夹角可以在89.901°至89.919°之间；右侧转镜反射面302-2与底面的实际夹角可以在90.081°至90.099°之间。通过这样的方式，当多面转镜300每绕轴线AX转过90°时，四面转镜的相邻两个反射面使激光雷达收发单元的扫描区域在垂直角度上错开。当拼接相邻的两个转镜反射面得到扫描区域时，可以得到一个垂直方向上扫描线加密的扫描图像，从而实现在不增加发射单元的情况下对部分区域扫描线加密，提高扫描效率。

利用具有不同倾角反射面的多面转镜在竖直方向上对发射光束进行扩线，并且根据多个激光器在所在列中的间隔来确定各反射面的倾角，以及提高倾角的精度，使激光雷达的点云数据更加规整、一致性更好，从而能够提高激光雷达的垂直分辨率和点云数据质量。

本领域技术人员应可理解，当在本方案中应用六边形、八边形或更多边形的转镜时，同样的，相对的两个反射面与底面的夹角相同，相邻两个反射面与底面夹角不同。

更优选地，本领域技术人员可根据实际情况和需要，确定相邻反射面之间的角度差。例如，对于六边形转镜，具有三对转镜反射面，其中设定一对反射面与主轴AX的夹角为0.09°，一对反射面与主轴AX的夹角为0°；一对反射面相对于主轴AX的夹角为-0.09°等。

多面转镜300包括的反射面的数目可以为两个、三个、五个或更多。其中根据本实用新型一个优选实施例，多面转镜300具有围成多边形的偶数个反射面，用于改变入射到其上的发射光束的角度，其中每个反射面包括由隔光部301分开的上部SU和下部SL。图3中示意性示出了多面转镜300具有四个反射面，围成正方形。本领域技术人员容易理解，本实用新型不限于此，反射面111的数目可以为6、8以及更多，另外多边形可以为正多边形，也可以为非正多边形，这些都在本实用新型的范围内。

另外，如图3所示，根据本实用新型的一个实施例，多面转镜300的各个反射面的上部SU和下部SL可以分别用于单独地发射光束，或者接受回波光束。图3中示出了下部SL用于发射光束，上部SU用于接收回波光束，本实用新型不限于此，也可以设置成下部SL用于接收回波光束，上部SU用于发射光束。这些都在本实用新型的保护范围内。

图4A示出本申请示例性实施例的激光雷达。根据该实施例的激光雷达可包括前面描述的扫描装置，接收光学组件500和接收器600。

如图4A所示，根据一些实施例，接收光学组件500会聚多面转镜反射的回波光束，可包括三片高斯型透镜。经过多面转镜300其中一个反射面反射后，入射到接收光学组件500上，接收器600位于接收光学组件500的焦平面上，因此接收光学组件500可以将回波汇聚到接收器600。在本实施例中，激光雷达光学***采用上下式旁轴结构，上半部分为接收端布置接收器600，下半部分为发射端布置激光器100。在另一些实施例中，激光雷达的上半部分为发射端布置激光器100，下半部分对应布置接收器600，如图4B所示。

参见图4A，根据一些实施例，接收器600将来自接收光学组件500的回波光束转换为电信号。

此外，如图4A所示，上述激光雷达还包括发射端折转镜402及接收端折转镜404。发射端折转镜402设置在激光器阵列100与发射光学组件200之间，用于对发射光束进行偏折。接收端折转镜404设置在接收器600与接收光学组件500之间，用于对回波光束进行偏折。上述折转镜的设置能够增加空间利用率，减小体积，实现激光雷达的小型化，同时能够减小杂散光影响。另外，为简单起见，图4A中省略了隔光板301，但本领域技术人员容易理解，其中也可包括隔光板301。

图5A为本申请示例性实施例中激光雷达的接收光学组件结构示意图。

参见图5A，根据本申请示例性实施例，接收光学组件500用于对目标反射的多束回波光束进行会聚，同样可以选用三片高斯型透镜，包括第四透镜501，第五透镜503和第六透镜505。其中，第四透镜可选同平凸透镜，也可以选用双凸透镜或凹凸透镜等，第五透镜选用双凹透镜，也可选用平凹透镜或凸凹透镜等，第六透镜选用平凸透镜，也可选用双凸透镜或凹凸透镜等。透镜的材质可以选用玻璃材料制成。

参见图5A，与发射光学组件同理，接收光学组件500的结构同样采用压圈507和隔圈509的固定方式。其中压圈507设置在接收光学组件的前后两端，用于压紧第四透镜、第五透镜和第六透镜，各隔圈509分别设置在第四和第五透镜之间，压圈和隔圈都采用钢材料制成，其膨胀系数更接近玻璃，提高发射光学组件的热稳定性，也可以采用铝合金材料，降低使用成本；采用隔圈和压圈的固定方式不仅能够保证接收光学组件的光学性能，还能有效降低高低温情况下各透镜碎裂的风险，提高激光雷达的整体可靠性，镜筒511可设置为部分切边，如图5B所示，其侧壁被部分切除。具有部分切边结构的镜筒511能够提高激光雷达在部分角度的接收效率。

图6A为本申请示例性实施例中激光雷达的接收器排布示意图。

参见图6A，根据示例性实施例，接收器600将来自接收光学组件的回波光束转换为电信号。接收器600至少包括沿第二方向排列的第一列探测器和第二列探测器，例如两列共32个发光通道的探测器601。并且两列探测器彼此交错设置。第二方向例如与第一方向平行。

图6B为本申请示例性实施例中激光雷达的光路图。

参见图6B，在一些实施例中，一列探测器601与一列激光器101排布位置一一对应，分别用于接收该列激光器发射的激光束经过目标物漫反射后产生的回波光束。例如，激光器阵列中的一个激光器发出光束1，经由发射光学组件和多面转镜出射至障碍物605，再漫反射回接收光学组件，被图6B中的探测器601接收。同理，其它列探测器分别与相应列的激光器排布位置一一对应，用于接收该列激光器产生的回波光束。探测器可为APD或SPAD或SiPM。

以下将详细描述本申请示例性实施例中激光雷达的工作原理。

根据本申请示例性实施例，激光雷达的光学***中下半部分的发射端布置激光器阵列100，上半部分的接收端布置接收器600，并且激光器阵列100和接收器600一体地固定在光收发模块中，如图4A所示。在另一些实施例中，发射端激光器100置于激光雷达光学***中上半部分，下半部分的接收端布置接收器600，如图4B所示。

激光器阵列100产生多条发射光束，通过发射端折转镜402对多发射光束进行偏折，发射光学组件200将多发射光束进行准直后入射到多面转镜300上，通过电机带动多面转镜300内部的转子旋转，从而实现多面转镜沿水平方向上的扫描。扫描光束达到目标后形成漫反射，回波光束经过接收光学组件500，接收端折转镜404入射到接收器600上，信号处理后得到目标的各项信息。其中接收端折转镜404设置在沿第一方向平行于发射端折转镜，用于对回波光束进行偏折。

发射端折转镜402和接收端折转镜404的设置能够增加空间利用率，减小体积，实现小型化，同时能够减小杂散光影响；发射端折转镜和接收端折转镜固定成上下交错设置，其中发射端折转镜设置在接收端折转镜的下端，发射端折转镜与发射光学组件之间的距离比接收端折转镜与接收光学组件之间的距离更小，这样能够使发射光束的能量最大化。

从上述实施例可知，本申请所提供的用于激光雷达的扫描装置和激光雷达具有以下优点中的一个或多个。

根据一些实施例，本申请所提供的扫面装置的激光器阵列可以为2列共32个发光通道的激光器，实现高线束，左右两列的各个激光器在垂直方向相互交错设置，其中第二列各激光器对应于第一列各激光器的间隔位置。这样的排列方式增加了激光器空间排布密度，从而获取更密集的点云数据。

根据一些实施例，扫描装置中的发射光学组件交错排布的激光器配合远心透镜***发光，以及配合设置的切边镜筒，能够提高出光效率，保证垂直分辨率的同时，提升点云数据质量。另外，用于固定的压圈和隔圈，能够有效降低高低温情况下各透镜碎裂的风险，实现在确保上述光学性能的同时提高激光雷达扫描装置的整体可靠性。

根据一些实施例，激光雷达的发射光束摄入的多面转镜中相邻两反射面的倾角不同，具有不同倾角的反射面的多面转镜进行旋转扫描时可以起到扩线的作用，提高激光雷达的垂直分辨率。通过设置更高精度的倾角，使激光雷达的点云数据更加规整，各点数据一致性更好。于此同时，取代通过对各激光器的角度调节提高点云数据质量，即解决装调复杂、技术难度高及成本高昂等问题，实现激光雷达的低成本和小型化。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (20)

1.一种用于激光雷达的扫描装置，其特征在于，包括：

激光器阵列，用于产生发射光束；

发射光学组件，设置在光束传播方向上所述激光器阵列的下游以接收所述发射光束，并对所述发射光束进行准直；

多面转镜，设置在光束传播方向上所述发射光学组件的下游，配置成将经由所述发射光学组件准直的所述发射光束反射形成扫描光束；

其中，所述激光器阵列包括成多列排布的多个激光器，相邻列的激光器彼此交错设置。

2.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述多个激光器在所在列的中央区域处的相邻距离小于其在所在列的两端区域处的相邻距离。

3.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述多个激光器形成非均匀分布的阵列，并且所述多个激光器在所在列中相邻距离相同，在所述非均匀分布的阵列中，所述激光器在所述阵列的中央区域处的密度大于其在所述阵列的两端区域处的密度。

4.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述发射光学组件包括远心透镜***。

5.根据权利要求4所述的扫描装置，其特征在于，所述远心透镜***包括：三片高斯型透镜，其包括：

第一透镜，包括：双凸透镜，平凸透镜或凹凸透镜中的一种；

第二透镜，包括：平凹透镜，双凹透镜或凸凹透镜中的一种；

第三透镜，包括：平凸透镜，双凸透镜或凹凸透镜中的一种。

6.根据权利要求5所述的扫描装置，其特征在于，所述远心透镜***包括：光阑，设置在光束传播方向上所述第一透镜的上游，所述光阑使所述发射光束通过。

7.根据权利要求5所述的扫描装置，其特征在于，

所述发射光学组件还包括镜筒，所述镜筒设置为部分切边。

8.根据权利要求7所述的扫描装置，其特征在于，所述发射光学组件还包括：

压圈，设置在所述镜筒的前后两端，用于压紧所述三片高斯型透镜；

隔圈，设置在所述三片高斯型透镜之间，用于隔开各高斯型透镜的同时配合所述压圈来压紧所述三片高斯型透镜。

9.根据权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，所述多面转镜具有轴线并可绕其轴线转动，所述多面转镜包括围成多边形的偶数个反射面，用于反射所述发射光束以及所述扫描光束经目标物反射后形成的回波光束，所述扫描装置还包括电机，所述电机容纳于所述反射面围成的多边形空间内。

10.根据权利要求9所述的扫描装置，其特征在于，所述偶数个反射面中，相对的两个反射面与所述轴线的夹角相同，相邻的两个反射面与所述轴线夹角的绝对值相同，符号相反。

11.根据权利要求9所述的扫描装置，其特征在于，其中所述多面转镜中所述反射面与所述轴线之间的夹角，可根据所述多个激光器在所在列中的间隔来确定。

12.根据权利要求11所述的扫描装置，其特征在于，所述多个激光器在所在列中的间隔对应0.5°的所述发射光束的出射角，所述多面转镜具有四个反射面，其中两个反射面与所述轴线之间的夹角为0.09°，另外两个反射面与所述轴线的夹角为-0.09°，以在一定视场范围内实现最高为0.25°的分辨率。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的扫描装置，其特征在于，所述多面转镜还包括隔光部，用于隔离所述发射光束和所述回波光束。

14.一种激光雷达，其特征在于，包括：

如权利要求1-13中任一项所述的扫描装置，其中所述扫描装置的多面转镜的反射面同时用于接收激光雷达的回波光束；

接收光学组件，接收并会聚所述多面转镜反射的回波光束；

接收器，接收来自所述接收光学组件的回波光束并将其转换为电信号。

15.根据权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述接收器包括探测器阵列，所述探测器阵列包括成多列排布的多个探测器，相邻列的探测器彼此交错设置。

16.根据权利要求15所述的激光雷达，其特征在于，每一列探测器中各个探测器与其中一列激光器中各个激光器的排布位置相对应，从而每个探测器用于接收与其相对应的激光器产生的回波光束。

17.根据权利要求16所述的激光雷达，其特征在于，其中每个反射面包括分离的上部和下部，所述上部和下部中的一个用于接收并反射所述发射光束，所述上部和下部中的另一个用于接收并反射所述回波光束。

18.根据权利要求15所述的激光雷达，其特征在于，所述探测器包括：APD、SPAD或SiPM。

19.根据权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，还包括：

发射端折转镜，设置在所述激光器阵列与所述发射光学组件之间，用于对所述发射光束进行偏折；和

接收端折转镜，设置在所述接收器与所述接收光学组件之间，沿竖直方向平行于所述发射端折转镜，用于对所述回波光束进行偏折。

20.根据权利要求19所述的激光雷达，其特征在于，所述发射端转折镜与所述发射光学组件之间的距离小于所述接收端转折镜与所述接收光学组件之间的距离。

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