一种激光雷达发射装置及激光雷达系统的制作方法

1.本发明涉及激光雷达扫描系统领域，具体是涉及一种激光雷达发射装置及激光雷达系统。


背景技术：

2.激光雷达系统是由激光器发射一束激光，经过准直系统将光束准直成平行光出射，与目标物作用后被接收系统接收，最后经过光电转换，信息处理，获得探测目标的有关信息。激光雷达系统一般包括激光发射系统、扫描系统、接收系统以及数据处理系统等部分。目前激光雷达在使用过程中，需要对激光器进行实时监测，判断其是否正常运行。
3.当前，具有激光监测功能的激光雷达系统，一般其光路为共光路系统，发射与接收一体，通过分光镜将发射的激光分成两束，分别用于扫描和监测，对激光器工作状态监测的准确性较低。


技术实现要素：

4.本技术提供一种激光雷达发射装置及激光雷达系统，该激光雷达发射装置能够提高对激光器工作状态监测的准确性。
5.为解决上述问题，本技术采用的一个技术方式是：提供一种激光雷达发射装置。该激光雷达发射装置包括底壳、激光器、探测器、反射镜、电机和控制器；其中，激光器设置于底壳上，用于在第一时间发射第一激光以及在第二时间发射第二激光；探测器设置于底壳上，用于接收所述第一激光；反射镜，旋转设置于激光的光路上，用于将第一激光反射至探测器以对激光器进行监测，并允许第二激光发射出去，以对目标物进行扫描；电机设置于底壳上且与反射镜连接，用于驱动反射镜旋转；控制器分别与激光器和电机电连接，用于控制激光器在第一时间发射第一激光以及在第二时间发射第二激光；其中，第一时间为反射镜运动至激光的光路上的时间，第二时间为反射镜运动至激光的光路外的时间。
6.其中，反射镜旋转设置于激光的光路上；电机用于驱动反射镜旋转；第一时间为反射镜运动至第一预定角度或第三预定角度的时间，第二时间为反射镜旋转至第二预定角度的时间。
7.其中，该激光雷达发射装置进一步包括激光反射板，设置于底壳上，与反射镜配合将第一激光反射至所述探测器，且使得从激光器发出的第一激光的出射光与进入探测器的第一激光的反射光相互平行。
8.其中，激光雷达发射装置进一步包括隔离板，设置于底壳上；反射镜具有第一反射面，第一反射面的第一部分反射面和第二部分反射面分别设置于隔离板的相对两侧；激光反射板具相对的第一端和第二端，分别设置于隔离板的相对两侧；第一端设置有第一反射斜面，第二端设置有第二反射斜面；第一反射面旋转至第一预定角度时，第一激光依次经过第一部分反射面、第一反射斜面、第二反射斜面以及第二部分反射面反射之后到达探测器，且使得第一激光的出射光与第一激光的反射光分别位于隔离板的相对两侧。
9.其中，隔离板包括第一隔离板与第二隔离板；其中第一隔离板具有第一通孔；第二隔离板设置于第一通孔内，且能够相对于第一隔离板旋转；反射镜设置于第二隔离板上，且与第二隔离板一起旋转；反射镜的第一部分和第二部分分别设置于第二隔离板的相对两侧，反射镜的第一部分具有第一部分反射面，反射镜的第二部分具有所述第二部分反射面。
10.其中，第二隔离板具有第二通孔，反射镜穿过第二通孔；反射镜包括第一反射镜与第二反射镜，分别固定于第二隔离板的相对两侧且共面设置。
11.其中，第一通孔与第二隔离板的形状均为圆形且大小相互匹配。
12.其中，隔离板具有第三通孔，反射镜包括第一反射镜与第二反射镜，第一反射镜具有第一部分反射面，第二反射镜具有第二部分反射面；第一反射镜与第二反射镜分别位于隔离板的相对两侧，共面设置，且通过穿设于第三通孔内的转轴固定连接，使得反射镜能够相对于隔离板旋转。
13.其中，反射镜还具有第一反射面相背的第二反射面，第二反射面的第三部分反射面和第四部分反射面分别设置于隔离板的相对两侧；第二反射面旋转至第一预定角度时，第一激光依次经过第三部分反射面、第一反射斜面、第二反射斜面以及第四部分反射面反射之后到达所述探测器。
14.其中，第一激光反射板设置于反射镜靠近底壳的一侧或远离底壳的一侧。
15.其中，激光雷达发射装置还包括第二激光反射板，具相对的第三端和第四端，分别设置于隔离板的相对两侧；第三端设置有第三反射斜面，第四端设置有第四反射斜面；第一激光反射板与第二激光反射板分别设置于反射镜的靠近底壳的一侧和远离底壳的一侧；其中，第一反射面或第二反射面旋转至第一预定角度时，第一反射面或第二反射面、第一反射斜面以及第二反射斜面配合将第一激光反射至探测器；第一反射面或第二反射面旋转至第三预定角度时，所述第一反射面或所述第二反射面、所述第三反射斜面以及所述第四反射斜面配合将所述第一激光反射至所述探测器。
16.其中，第一时间为反射镜旋转至第一预定角度和第三预定角度的时间；第一预定角度为第一反射面或第二反射面与第一激光的出射光呈45度的角度，第三预定角度为第一反射面或第二反射面与第一激光的出射光呈135度的角度，第二预定角度为反射镜允许第二激光发射出去的角度范围。
17.为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种激光雷达系统。该激光雷达系统包括激光雷达发射装置、扫描装置、接收装置以及数据处理装置；其中，激光雷达发射装置用于发射激光及对激光器工作状态进行监测。
18.本技术提供的激光雷达发射装置及激光雷达系统，该激光雷达发射装置在第一时间发射第一激光以及在第二时间发射第二激光，第一激光用于监测激光器，第二激光用于扫描目标物，提高了激光器工作状态监测的准确性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图，其中：
20.图1是本技术一实施例提供的激光雷达发射装置的结构示意图；
21.图2是图1的激光雷达发射装置部件分解后的结构示意图；
22.图3a是本技术一实施例提供的隔离板的结构示意图；
23.图3b是本技术另一实施例提供的隔离板的结构示意图；
24.图4a是本技术一实施例提供的隔离板与反射镜组装后的结构示意图；
25.图4b是本技术另一实施例提供的隔离板与反射镜组装后的结构示意图；
26.图5是本技术一实施例提供的激光反射板的结构示意图；
27.图6是本技术另一实施例提供的激光反射板的结构示意图；
28.图7是本技术一实施例提供的光路轨迹示意图；
29.图8a是本技术一实施例提供的激光雷达发射装置在监测时的工作原理示意图；
30.图8b是本技术一实施例提供的激光雷达发射装置在扫描时的工作原理示意图；
31.图9a是本技术第二实施例中提供的激光雷达发射装置机构示意图；
32.图9b是本技术第三实施例中提供的激光雷达发射装置机构示意图；
33.图10a是本技术第四实施例提供的激光雷达发射装置在监测时的工作原理示意图；
34.图10b是本技术第四实施例提供的激光雷达发射装置在扫描时的工作原理示意图；
35.图11是本技术一实施例提供的激光雷达系统的结构示意方框图。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
37.本技术中的术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)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。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、系统、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。
38.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技术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相同的实施例，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。
39.下面结合附图和实施例对本技术进行详细的说明。
40.请参见图1和图2，图1是本技术一实施例提供的激光雷达发射装置的结构示意图，图2是图1的激光雷达发射装置部件分解后的结构示意图。在本实施例中，提供一种激光雷达发射装置10，该激光雷达发射装置10在第一时间发射第一激光l1用来监测激光器工作状态，在第二时间发射第二激光l2用来扫描目标物。该激光雷达发射装置10可用于不同领域，比如，光学探测技术领域。具体的，该激光雷达发射装置10包括底壳12、激光器19、探测器18、反射镜15、激光反射板14、电机17和控制器。
41.其中，激光器19、探测器18、反射镜15、激光反射板14和电机17均设置在底壳12上。具体的，激光器19与探测器18安装在光学镜筒11内，并与光学镜筒11一起设置于底壳上。在该实施例中，激光器19与探测器18在光学镜筒11内相互平行且高度一致，以保证激光器19发射的第一激光l1经过反射镜15和激光反射板14的配合能够反射至探测器18，且请参见图7，第一激光l1的出射光l11与经反射镜15和激光反射板14反射后的反射光l12保持平行。其中，激光器19在第一时间发射第一激光l1用以监测该激光器19的工作状态；参见图8b，激光器19在第二时间发射第二激光l2用以扫描目标物。探测器18用以接收激光器19发射的第一激光l1经反射镜15和激光反射板14反射后的反射光，以监测该激光器19的工作状态。电机17安装在电机固定架16上，并与电机固定架16一起设置于底壳12上；电机17与反射镜15和控制器100连接，使得激光雷达发射装置10工作时，控制器能够控制电机17旋转，并通过电机17驱动反射镜15一起旋转。
42.进一步，该激光雷达发射装置10还包括隔离板13，该隔离板13设置于底壳12上，用于将第一激光l1的出射光与经反射镜15和激光反射板14反射后的反射光进行隔离。隔离板13的形状和尺寸不限，可以根据需要设计。隔离板13可以与光学镜筒11间隔设置或抵接，例如，使激光器19与探测器18分别位于隔离板13的相对两侧。
43.请参见图3a,图3a为本技术一实施例提供的隔离板的结构图，该隔离板13包括第一隔离板131和第二隔离板132。第一隔离板131具有第一通孔1311，第一通孔1311为圆形通孔；第二隔离板132位于第一隔离板131的第一通孔1311内，第二隔离板132的形状与第一通孔1311一致，并且可以在第一通孔1311内相对第一通孔1311旋转。第二隔离板132具有第二通孔1322。参见图4a，图4a为本技术一实施例提供的隔离板与反射镜组装后的结构示意图，在该实施例中，反射镜15包括一体成型的第一反射镜151和第二反射镜152，反射镜15穿过第二通孔1322使得反射镜15的第一反射镜151与第二反射镜152分别固定于第二隔离板132的相对两侧且共面设置。优选，第二通孔1322与反射镜15的横截面的形状和尺寸相同且是过盈配合，以保证第二隔离板132与反射镜15的位置相对固定。
44.请参见图3b,图3b是本技术另一实施例提供的隔离板的结构示意图，该隔离板13包括第三通孔133。参见图4b，图4b为本技术另一实施例提供的隔离板与反射镜组装后的结构示意图，在该实施例中，反射镜15的第一反射镜151与第二反射镜152为分体结构且分别位于隔离板13的两侧，且共面设置。转轴134穿设于第三通孔133内，第一反射镜151与第二反射镜152通过穿设于第三通孔133的转轴固定连接，使得反射镜15能够相对于隔离板13旋转。
45.在本技术的任一实施例中，隔离板13为不透光板，隔离板的材质可以是金属合金或亚克力等材质，在本技术中不做限定。反射镜15的第一反射镜151与第二反射镜152设置于所述隔离板13的相对两侧。参见图5，激光反射板14具相对的第一端141和第二端142，分
别设置于隔离板13的相对两侧；第一端141设置有第一反射斜面1411，第二端142设置有第二反射斜面1422；反射镜15旋转至第一预定角度α时，第一激光l1依次经过第一反射镜151、第一反射斜面1411、第二反射斜面1422以及第二反射镜152反射之后到达探测器18，且使得第一激光l1的出射光l11与第一激光l1的反射光l12分别位于隔离板13的相对两侧；其中，第一预定角度α为反射镜15与第一激光l1呈45
°
的角度，且在本技术其他具体实施例中，第一预定角度α均为此角度。在该过程中，隔离板位于激光器19的出射光l11与反射光l12之间，能够避免产生杂散光，保证激光雷达系统接收数据的质量。
46.请参见图4a，图4a为本技术一实施例提供的隔离板与反射镜组装后的结构示意图，该反射镜15具有第一反射面15a，反射镜15包括第一反射镜151与第二反射镜152；第一反射面15a包括第一部分反射面15a1与第二部分反射面15a2。具体的，第一反射镜151与第二反射镜152分别固定于隔离板13的相对两侧，并且共面设置；其中，第一反射镜151具有第一部分反射面15a1，第二反射镜152具有第二部分反射面15a2。
47.在该实施例中，当反射镜15旋转至第一预定角度α时，第一反射面15a的第一部分反射面15a1将第一激光l1的出射光l11反射至激光反射板14，激光反射板14配合将第一部分反射面15a1反射后的反射光反射至第一反射面15a的第二部分反射面15a2，第二部分反射面15a2再将反射光反射至探测器18。
48.请参见图4b，图4b为本技术另一实施例提供的隔离板与反射镜组装后的结构示意图，与上述实施例类似的，反射镜15进一步还具有与第一反射面15a相背的第二反射面15b，即反射镜15设置为双面反射镜；第二反射面15b包括第三部分反射面15b3与第四部分反射面15b4，第三部分反射面15b3与第四部分15b4分别设置于隔离板13的相对两侧。具体的，第一反射镜151具有第一反射面15a的第一部分反射面15a1和第二反射面15b的第三部分反射面15b3，第二反射镜152具有第一反射面15a的第二部分反射面15a2和第二反射面15b的第四部分反射面15b4。
49.在该实施例中，当反射镜15旋转至第一预定角度α时，第一反射面15a的第一部分反射面15a1或第二反射面15b的第三部分反射面15b3将第一激光l1的出射光l11反射至激光反射板14，激光反射板14配合将第一部分反射面15b1或第三部分反射面15b3反射后的反射光反射至第一反射面15a的第二部分反射面15a2或第二反射面15b的第四部分反射面15b4，第二部分反射面15a2或第四部分反射面15b4再将反射光反射至探测器18。
50.请参阅图5，图5是本技术一实施例提供的激光反射板的结构示意图，该激光反射板14设置于底壳12上，激光反射板14具有相对的第一端141和第二端142，第一端141与第二端142分别设置于隔离板13的相对两侧。其中，第一端141具有第一反射斜面1411，第二端142具有第二反射斜面1422；第一反射斜面1411和第二反射斜面1422的倾斜角均为θ，在该实施例中，优选θ为45
°
。容易理解的是，该激光反射板14的第一端141与第二端142为关于激光反射板14中心线对称的斜面结构，且斜面的倾斜角θ优选为45
°
。激光反射板14可以为一体结构，也可以为分体结构。
51.在一具体实施例中，激光反射板14设置于底壳12上，位于隔离板13与底壳12之间且与隔离板13间隔设置，激光反射板14的第一端141与第二端142分别设置于隔离板13的相对两侧。优选地，隔离板13下方开有缺口136，缺口136正好允许激光反射板14穿入并与激光反射板14卡合。而且，激光反射板14与缺口136的底壁间隔设置，能够使得反射镜15的第一
部分反射面15a1或第三部分反射面15b3反射至激光反射板14第一反射斜面1411的光线反射后从缺口136中穿过并到达第二反射斜面1422。在该实施例中，第一激光l1的光路轨迹可参见图7，当反射镜15旋转至第一预定角度α时，第一激光l1依次经过第一部分反射面15a1或第三部分反射面15b3、第一反射斜面1411、第二反射斜面1422以及第二部分反射面14a2或第四部分反射面14b4反射之后到达所述探测器18，且使得所述第一激光l1的出射光l11与所述第一激光l1的反射光l12分别位于所述隔离板13的相对两侧。参见图7，可以理解的是，在该实施例中，由于只有一个激光反射板14，若反射镜15仅具有第一反射面15a时，反射镜旋转一周，探测器18可接收到1次第一激光l1的反射光l12；若反射镜15具有第一反射面15a和第二反射面15b，反射镜旋转一周，探测器18可接收到2次第一激光l1的反射光l12。该实施例中，通过设置反射镜15与激光反射板14，并通过其配合，使得第一激光l1的出射光l11与反射光l12相互平行，即通过反射镜15及激光反射板14改变第一激光l1的光路方向实现发射与接收不共路，为发射端与接收端隔离创造了条件，从而设置隔离板13，在实时监测激光器19工作状态的同时，还能够避免产生杂散光，保证激光雷达系统接收数据的质量。
52.参见图6，在另一实施例中，激光雷达发射装置10包括两个激光反射板14，分别为第一激光反射板14a和第二激光反射板14b。与上述实施例中类似的，激光反射板14a具有相对的第一端14a1和第二端14a2，第一端14a1与第二端14a2分别设置于隔离板13的相对两侧；其中第一端14a1具有第一反射斜面14a11，第二端14a2具有第二反射斜面14a22；第二激光反射板14b具有相对的第三端14b3和第四端14b4，分别设置于隔离板13的相对两侧；其中第三端14b3设置有第三反射斜面14b33，第四端14b4设置有第四反射斜面14b44。第一激光反射板14a与第二激光反射板14b分别设置于反射镜15的靠近底壳12的一侧和远离底壳12的一侧。
53.在该实施例中，当第一反射面15a或第二反射面15b旋转至第一预定角度α时，第一激光l1的光路轨迹与上述实施例中相同；当当第一反射面15a或第二反射面15b旋转至第三预定角度γ时，其中γ＝α+90度，第一激光l1依次经过第一部分反射面15a1或第三部分反射面15b3、第三反射斜面14b33、第四反射斜面14b44以及第二部分反射面14a2或第四部分反射面14b4反射之后到达所述探测器，且使得所述第一激光的出射光与所述第一激光的反射光分别位于所述隔离板的相对两侧。其中，第一预定角度α为45度，第三预定角度γ为反射镜15与第一激光l1呈135
°
的角度。可以理解的是，在该实施例中，由于具有两个激光反射板14，若反射镜15仅具有第一反射面15a，反射镜旋转一周，探测器18可接收到2次第一激光l1的反射光l12；若反射镜15具有第一反射面15a和第二反射面15b，反射镜旋转一周，探测器18可接收到4次第一激光l1的反射光l12；由此，该激光雷达发射装置中对激光器19的工作状态的监测频率要高于上述实施例，提升监测效率。
54.控制器分别与电机17和激光器19电连接。请参见图8a，当反射镜15旋转至第一预定角度α或第三预定角度γ时，即在第一时间，控制器控制激光器19发射第一激光l1。请参见图8b，当反射镜15旋转至第二预定角度β时，即在第二时间，控制器控制激光器19发射第二激光l2。本技术中，第一预定角度α为45度，第三预定角度γ为135度，第二预定角度β为一定的角度范围且与反射镜15的宽度w(标号)有关，第二预定角度β可以根据反射镜15的宽度调整。
55.可以理解，在另一实施例中，参见图9a,第一激光l1的出射光l11与经反射镜15和
激光反射板14反射后的反射光l12保持平行但位于垂直于底壳12的平面内。该实施例中，激光反射板14只需要一个反射斜面。
56.可以理解，在又一实施例中，参见图9b，第一激光l1的出射光l11与经反射镜15和激光反射板14反射后的反射光l12保持垂直，探测器18设置于光学镜筒11上，探测器18直接设置于底壳12。该实施例中，无需激光反射板。
57.可以理解，在又一实施例中，参见图10a和图10b，反射镜15也可以不是相对于底壳12旋转，而是相对于底壳12滑动，例如沿着与激光器19发射的激光的出射光成第一预定角度α的方向滑动。当反射镜15滑动至激光器19发射的激光的出射光的光路上，激光的出射光被反射镜15和激光反射板14反射后到达探测器18，即此时激光器19发射的激光为第一激光l1。当反射镜15滑动至激光器19发射的激光的出射光的光路之外，激光的出射光出射并到达目标物，即此时激光器19发射的激光为第二激光l2。所述第一时间为所述反射镜移动至所述激光的光路上的时间，所述第二时间为所述反射镜移动至所述激光的光路外的时间。
58.请参见图11，图11是本技术一实施例提供的激光雷达系统的结构示意方框图；在本实施例中，提供一种激光雷达系统1000，该激光雷达系统1000的构造包括上述实施例提供的激光雷达发射装置10、扫描装置20、接收装置30以及数据处理装置40。激光雷达发射装置10、扫描装置20、接收装置30以及数据处理装置40相互电连接。在该实施例中，系统采用分时工作模式进行激光器19工作状态的监测和激光扫描工作，即当反射镜15旋转至第一预定角度α或第三预定角度γ时，激光雷达系统1000进行激光器19工作状态监测；当反射镜15旋转至第二预定角度β时，激光雷达系统1000进行扫描工作。其中第二预定角度β为反射镜15允许第二激光l2发射出去的角度范围，该角度范围可通过改变反射镜15的尺寸及反射镜15与激光器19之间的距离而变化；其中第二激光l2为扫描目标物的激光。
59.该实施例中，激光雷达系统采用分时工作模式，在对激光器19工作状态进行监测的同时不影响其正常扫描工作，并且通过设置隔离板13可对系统发射端和接收端进行有效隔离，避免了杂散光，提高了探测器18接收到的数据质量。
60.以上仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。