一种广角固态激光雷达系统的制作方法

1.本实用新型涉及雷达技术领域，特别涉及一种广角固态激光雷达系统。


背景技术：

2.激光雷达是一种各领域广泛应用的环境感知传感器，随着自动驾驶技术的发展，已成为自动驾驶车辆障碍物建模的核心部件。应用于自动驾驶的激光雷达通常需要较大的视场角，实现大角度的避障功能。
3.激光雷达系统通常包括单色性好、亮度高的激光器，发射与接收光学透镜，光电探测器件。大角度激光雷达系统受限于光学系统畸变较大的固有缺陷，视场角较大时，光斑形态会存在异常现象，导致测试精度降低。如何保证在大角度测试时，保证激光雷达的精度，是目前的技术瓶颈之一。常用的激光雷达系统，按照激光器扫描线数可分为单线激光雷达和多线激光雷达。单线激光雷达只具有单频点激光的单路发射器和单路接收器，且多用机械旋转式扫描，在应用中具有一定局限性，不适合复杂场景探测；如cn108445497a，cn110531369a使用了一维或二维机械式振镜，改变出光光束与光轴的夹角，实现大角度探测，但是机械振镜成本较高，信赖性试验后角度偏差较大，导致探测误差；cn106707297a，使用了机械式转台旋转，实现360
°
环形视场角探测，但仅可探测到与转台同一平面的障碍物，探测盲区过大；而多线激光雷达具有多激光光束，且多采用非机械扫描的固态相控阵扫描方式，具有更强的环境感知能力，但多线式激光雷达分辨率受限于激光器无法密集排布，且无法实现整体系统小型化。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供了一种广角固态激光雷达系统，旨在有效地改善了机械式激光雷达存在的缺点，使得广角激光雷达相比传统大角度激光雷达，具有大角度、光学畸变小、系统小型化、分辨率高、可靠性较好、探测盲区小等特点。
5.本实用新型提供一种广角固态激光雷达系统，包括多个激光收发模组；
6.每个所述激光收发模组包括对应设置的激光发射单元和激光接收单元，所述激光发射单元和所述激光接收单元呈沿着上下向排布设置；
7.多个所述激光收发模组呈沿着所述激光收发模组的水平视场的发散方向排布设置，以让多个所述激光收发模组的水平视场相互拼接。
8.在一具体实施例中，任意相邻两个所述激光收发模组的光轴的夹角等于所述激光收发模组的水平视场角。
9.在一具体实施例中，所述激光收发模组的水平视场角大于或者等于45
°
。
10.在一具体实施例中，任意相邻两个所述激光收发模组的光轴的夹角大于或者等于45
°
。
11.在一具体实施例中，所述激光收发模组的个数大于或者等于3个。
12.在一具体实施例中，所述激光发射单元包括线阵激光器。
13.在一具体实施例中，所述激光接收单元包括阵列光电接收器。
14.在一具体实施例中，所述激光收发模组还包括镜筒、发射光学透镜组和接收光学透镜组；所述镜筒设置有上下间隔的激光发射腔和激光接收腔，所述激光发射腔和所述激光接收腔均贯穿所述镜筒的第一端和第二端；所述激光发射单元、所述激光接收单元分别对应所述激光发射腔、所述激光接收腔设置于所述镜筒的第一端；所述发射光学透镜组、所述接收光学透镜组设置于所述镜筒的第二端，所述发射光学透镜组、所述接收光学透镜组分别设置于所述激光发射腔、所述激光接收腔内。
15.在一具体实施例中，所述发射光学透镜组和所述接收光学透镜组采用相同的镜片结构。
16.在一具体实施例中，所述发射光学透镜组包括光学第一透镜和光学第二透镜，所述光学第一透镜位于所述光学第二透镜远离所述镜筒的第一端的一侧。
17.在一具体实施例中，所述光学第一透镜为双凸透镜或者平凸透镜。
18.在一具体实施例中，所述光学第二透镜为弯月透镜或者平凸透镜。
19.相较于现有技术，本实用新型提供的广角固态激光雷达系统有效地改善了机械式激光雷达存在的缺点，并且相较于传统大角度激光雷达，本实用新型提供的广角固态激光雷达系统至少具有以下优点：
20.1、该广角固态激光雷达系统采用了多个激光收发模组进行拼接，拼接后的水平视场角大致为多个激光收发模组的水平视场角之和，既可保证大角度测试，又能实现较小的光学畸变；
21.2、该广角固态激光雷达系统通过采用vcsel激光器，能够实现50μm间隔的密集排布，优于传统激光雷达系统两个数量级，采样数量多，分辨率高，且整体系统小型化；
22.3、该广角固态激光雷达系统通过光学镜头实现大角度准直光线出射与汇聚，无需机械旋转，可靠性较好，探测精度高，探测盲区小。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型实施例提供的一种广角固态激光雷达系统的结构示意图；
25.图2为图1中激光发射单元处的结构示意图；
26.图3为图1中激光接收单元处的结构示意图；
27.附图标号说明：激光收发模组100、第一激光收发模组100a、第二激光收发模组100b、第三激光收发模组100c、激光发射单元1、激光接收单元2、镜筒3、激光发射腔31、激光接收腔32、发射光学透镜组4a、接收光学透镜组4b、光学第一透镜41、光学第二透镜42、待测面200。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
31.本实用新型提供了一种广角固态激光雷达系统，图1至图3为本实用新型提供的广角固态激光雷达系统的一实施例。
32.请参阅图1至图3，在本实施例中，广角固态激光雷达系统包括多个激光收发模组100；每个激光收发模组100包括对应设置的激光发射单元1和激光接收单元2，激光发射单元1和激光接收单元2呈沿着上下向排布设置；多个激光收发模组100呈沿着激光收发模组100的水平视场的发散方向排布设置，以让多个激光收发模组100的水平视场相互拼接。
33.具体而言，在每个激光收发模组100中，激光发射单元1能够产生激光光束，激光发射单元1产生的激光光束沿着水平方向发散，从而形成激光收发模组100的水平视场。激光发射单元1产生的激光光束可以是与水平面平行的线性光束，激光发射单元1产生的激光光束也可以是沿着水平面间隔排布的多束激光光束。激光发射单元1的激光光束被待测面200反射后，能够传输到对应的激光接收单元2，该对应的激光接收单元2能将光信号转化为电信号，从而完成距离测试。激光发射单元1发射激光光束的时间为t1，激光接收单元2接收到回波信号的时间为t2，光传播的速度为c，激光收发模组100与待测面200的距离s＝(t2-t1)*c/2。
34.多个激光收发模组100的水平视场相互拼接，即多个激光收发模组100的水平视场处于同一水平面内，并且沿着广角固态激光雷达系统的水平扫描方向相互拼接，从而形成广角固态激光雷达系统的水平视场。
35.在本实用新型的技术方案中，通过多个激光收发模组100拼接形成具有一定视场角的广角固态激光雷达系统，无需机械转动振动，即可实现大角度探测，相比传统大角度激光雷达，该广角固态激光雷达系统具有探测角度大、光学畸变小、系统小型化、分辨率高、精度高、探测盲区小等特点。
36.多个激光收发模组100的水平视场相互拼接形成广角固态激光雷达系统的水平视场，可以理解的是，单个激光收发模组100的水平视场角越大，拼接形成广角固态激光雷达系统的水平视场角也会越大。可选地，在本实施例中，每个激光收发模组100的水平视场角大于或者等于45
°
，这样能够用较少个数的激光收发模组100拼接形成水平视场角较大的广
角固态激光雷达系统。
37.多个激光收发模组100中任意两个的激光收发模组100的水平视场角可以是相等的，这样便于对多个激光收发模组100进行拼接调试，例如，在本实施例中，每个激光收发模组100的水平视场角均为45
°
。多个激光收发模组100的水平视场角也可以是不完全相等。
38.拼接形成广角固态激光雷达系统的水平视场角的大小除了跟单个激光收发模组100的水平视场角相关之外，拼接形成广角固态激光雷达系统的水平视场角的大小还跟激光收发模组100的具体个数相关，可以理解的是，激光收发模组100的个数越多，拼接形成广角固态激光雷达系统的水平视场角也会越大，可选地，在本实施例中，激光收发模组100的个数大于或者等于3个，例如，请参阅图1，激光收发模组100的个数可以为3个，该3个激光收发模组100分别为第一激光收发模组100a、第二激光收发模组100b、第三激光收发模组100c，并且第二激光收发模组100b位于第一激光收发模组100a与第三激光收发模组100c之间。
39.可选地，在本实施例中，任意相邻两个激光收发模组100的光轴的夹角大于或者等于45
°
。具体而言，每个激光收发模组100通常包括发射光学透镜组4a和接收光学透镜组4b，发射光学透镜组4a的光轴与接收光学透镜组4b的光轴通常为上下并行设置，激光收发模组100的光轴可以为发射光学透镜组4a的光轴或者接收光学透镜组4b的光轴。
40.多个激光收发模组100的水平视场相互拼接，相邻两个激光收发模组100的水平视场可以是相邻的部分区域重叠，相邻两个激光收发模组100的水平视场也可以是相邻的边界重叠，可选地，在本实施例中，任意相邻两个激光收发模组100的光轴的夹角等于激光收发模组100的水平视场角。
41.例如，第一激光收发模组100a、第二激光收发模组100b、第三激光收发模组100c的水平视场角均为45
°
，第一激光收发模组100a与第二激光收发模组100b的光轴的夹角为45
°
，第二激光收发模组100b与第三激光收发模组100c的光轴的夹角为45
°
，由第一激光收发模组100a、第二激光收发模组100b、第三激光收发模组100c拼接形成的广角固态激光雷达系统的水平视场角为135
°
。
42.可选地，在本实施例中，第一激光收发模组100a用于形成广角固态激光雷达系统的0
°
到45
°
视场，第二激光收发模组100b用于形成广角固态激光雷达系统的45
°
到90
°
视场，第三激光收发模组100c用于形成广角固态激光雷达系统的90
°
到135
°
视场。
43.激光发射单元1包括阵列激光光源，阵列激光光源用于发射阵列激光，可选地，请参阅图2，在本实施例中，激光发射单元1包括线阵激光器，激光光源11可以为垂直腔面发射激光器vcsel等。
44.激光接收单元2包括能够将光信号转换为电信号的光电接收器件，可选地，请参阅图3，在本实施例中，激光接收单元2包括阵列光电接收器。
45.可选地，请参阅图1，在本实施例中，在每个激光收发模组100中，激光发射单元1位于激光接收单元2的上方。
46.可选地，请参阅图1，在本实施例中，多个激光收发模组100中的激光发射单元1上下齐平，即多个激光收发模组100中的激光发射单元1的安装高度相等。
47.可选地，请参阅图1，在本实施例中，多个激光收发模组100中的激光接收单元2上下齐平，即多个激光收发模组100中的激光接收单元2的安装高度相等。
48.可选地，请参阅图1至图3，在本实施例中，激光收发模组100还包括镜筒3、发射光学透镜组4a和接收光学透镜组4b；镜筒3设置有上下间隔的激光发射腔31和激光接收腔32，激光发射腔31和激光接收腔32均贯穿镜筒3的第一端和第二端；激光发射单元1、激光接收单元2分别对应激光发射腔31、激光接收腔32设置于镜筒3的第一端；发射光学透镜组4a、接收光学透镜组4b设置于镜筒3的第二端，发射光学透镜组4a、接收光学透镜组4b分别设置于激光发射腔31、激光接收腔32内。
49.具体而言，发射光学透镜组4a用于准直不同视场激光发射单元1发射的阵列激光，接收光学透镜组4b用于汇聚不同视场的回波光束。镜筒3用于约束和固定发射光学透镜组4a和接收光学透镜组4b，多个激光收发模组100中的镜筒3的第一端相互靠拢。
50.在每个激光收发模组100中，发射光学透镜组4a的光轴和接收光学透镜组4b的光轴上下并行，例如，发射光学透镜组4a位于接收光学透镜组4b的上方。镜筒3的第一端和第二端为镜筒3在发射光学透镜组4a的光轴方向上的两端。发射光学透镜组4a与激光发射单元1同轴设置，激光发射腔31在发射光学透镜组4a的光轴方向上贯穿镜筒3，发射光学透镜组4a设置于激光发射腔31的第二端，激光发射单元1封盖地设置于激光发射腔31的第一端。接收光学透镜组4b与激光接收单元2同轴设置，激光接收腔32在接收光学透镜组4b的光轴方向上贯穿镜筒3，接收光学透镜组4b设置于激光接收腔32的第二端，激光接收单元2封盖地设置于激光接收腔32的第一端。
51.在每个激光收发模组100中，激光发射单元1产生激光光束，经过发射光学透镜组4a准直、整形，向45
°
内的视场输出准直光线，光线被待测面200反射后，经过接收光学透镜组4b汇聚后传输到激光接收单元2，激光接收单元2将光信号转化为电信号，完成距离测试。
52.发射光学透镜组4a和接收光学透镜组4b可以是采用不同的镜片结构，发射光学透镜组4a和接收光学透镜组4b也可以是采用相同的镜片结构，例如，请参阅图2和图3，发射光学透镜组4a和接收光学透镜组4b可以是均采用两片式镜组结构。
53.具体地，请参阅图2和图3，在本实施例中，发射光学透镜组4a包括光学第一透镜41和光学第二透镜42，光学第一透镜41位于光学第二透镜42远离镜筒3的第一端的一侧，发射光学透镜组4a中的光学第二透镜42位于光学第一透镜41与激光发射单元1之间，接收光学透镜组4b中的光学第二透镜42位于光学第一透镜41与激光接收单元2之间。
54.可选地，请参阅图2和图3，在本实施例中，光学第一透镜41可以为双凸透镜或者平凸透镜等。
55.可选地，请参阅图2和图3，在本实施例中，光学第二透镜42可以为弯月透镜或者平凸透镜等。
56.可选地，在本实施例中，广角固态激光雷达系统还包括底座(未在图中示出)和滤光罩(未在图中示出)，多个激光收发模组100设置于底座上，滤光罩连接底座且罩设于多个激光收发模组100外。
57.相较于现有技术，本实用新型提供的广角固态激光雷达系统有效地改善了机械式激光雷达存在的缺点，并且相较于传统大角度激光雷达，本实用新型提供的广角固态激光雷达系统至少具有以下优点：
58.1、该广角固态激光雷达系统采用了多个激光收发模组进行拼接，拼接后的水平视场角大致为多个激光收发模组的水平视场角之和，既可保证大角度测试，又能实现较小的
光学畸变；
59.2、该广角固态激光雷达系统通过采用vcsel激光器，能够实现50μm间隔的密集排布，优于传统激光雷达系统两个数量级，采样数量多，分辨率高，且整体系统小型化；
60.3、该广角固态激光雷达系统通过光学镜头实现大角度准直光线出射与汇聚，无需机械旋转，可靠性较好，探测精度高，探测盲区小。
61.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。