一种激光雷达系统和激光测距方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种激光雷达系统和激光测距方法。该激光雷达系统包括：激光扫描部件和旋转部件；上述激光扫描部件包含发射组件、发射透镜、接收透镜和接收组件。其中，上述发射组件包含多个发射器模组、多个多芯光纤连接器和第一光纤阵列，上述接收组件包含多个接收器模组、多个多芯光纤连接器和第二光纤阵列。本发明专利技术实施例提供的激光雷达系统，通过将光纤阵列作为发射组件的激光发射端和接收组件的反射光入射端，可减小激光雷达的体积，降低生产成本；另外，通过多芯光纤连接器将激光发射器和接收器分组连接到光纤阵列，可实现激光雷达结构的模块化，从而降低激光雷达的维护成本。

A lidar system and laser ranging method

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达系统和激光测距方法
本专利技术涉及激光探测和测距
，尤其涉及一种激光雷达系统和激光测距方法。
技术介绍
激光探测和测距(LightDetectionAndRanging，LiDAR)系统通常被称为激光雷达系统。激光雷达的基本工作原理是激光发射器发射激光到目标物体，接收器接收目标物体的发射光，激光雷达根据激光测距原理计算从激光雷达到目标物体的距离。其中，一个激光发射器和一个接收器组成一个激光测距通道。当激光对目标物体不断地扫描，可获得该目标物体上全部目标点的数据，对该数据进行成像处理后可得到该目标物体的三维立体图像。常见的三维激光雷达是机械旋转式激光雷达，其包含多对激光发射器和接收器，每对激光发射器和接收器朝向不同的空间角度位置，形成扇面覆盖，然后用单轴旋转机构，驱动上述多对激光发射器和接收器整体旋转，实现三维激光扫描。由于上述机械旋转式激光雷达的激光发射器和接收器的数量多、尺寸大，因此相邻激光测距通道间存在较大的物理间距，从而导致整个激光雷达的尺寸较大、角分辨率较低。同时，由于每个激光测距通道的激光发射器和接收器都需要进行精确校准，以保证对焦准确、发射和接收光轴精确平行，且需要保证相邻激光测距通道之间微小而精确的角度间隔，使得这类激光雷达组装和调校的工作量大、生产效率低，从而导致很高的生产成本。另外，当各激光测距通道的调校工作完成后，需要将所有激光发射器和接收器胶合固定，因此，一旦出现某个或某几个激光测距通道损坏时，需要对所有激光测距通道重新进行组装和调校，维修成本极大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种激光雷达系统，包含：激光扫描部件和旋转部件，上述旋转部件用于旋转上述激光扫描部件；上述激光扫描部件包含：发射组件、发射透镜、接收组件和接收透镜，上述发射组件包含多个发射器模组、多个多芯光纤连接器和第一光纤阵列，上述多个发射器模组中的每个发射器模组包含多个激光发射器，其中每个激光发射器对应一条光纤，并通过该光纤进行光传导，上述多个激光发射器对应的多条光纤通过一个多芯光纤连接器连接到上述第一光纤阵列；上述发射透镜用于将来自上述第一光纤阵列的激光准直后发射；上述接收组件包含多个接收器模组、多个多芯光纤连接器和第二光纤阵列，上述多个接收器模组中的每个接收器模组包含多个接收器，其中每个接收器对应一条光纤，并接收该光纤传导的反射光，上述多个接收器对应的多条光纤通过一个多芯光纤连接器连接到上述第二光纤阵列；和接收透镜，用于接收上述激光的反射光，并将该反射光汇聚到上述第二光纤阵列。进一步地，上述每个发射器模组还包含多个光束整形器，上述多个光束整形器与上述发射器模组中的多个激光发射器一一对应，上述光束整形器用于将激光发射器发射的激光耦合到对应的光纤中。可选地，上述光束整形器可以是双柱面透镜，该双柱面透镜的两个柱面的母线相互正交。或者，上述光束整形器可以是一种基于光学衍射的光束整形器，包括：准直透镜，用于将激光发射器发射的光束在快轴方向进行准直，变成细长条形光束；第一衍射元件，用于将上述细长条形光束分成若干光束，除中心光束外，其余各光束分别偏转向不同的空间方位；和第二衍射元件，用于对上述其余各光束进行校正，使上述其余各光束与上述中心光束重叠，并聚焦到对应光纤的端面。可选地，上述光束整形器还可以是另一种基于光学衍射的光束整形器，包括：第一透镜，用于将上述激光发射器发射的光束在快轴方向进行准直，变成细长条形光束；第一衍射元件，用于将上述细长条形光束分成若干光束，除中心光束外，其余各光束分别偏转向不同的空间方位；第二衍射元件，用于对上述其余各光束进行校正，使上述其余各光束与上述中心光束平行；和第二透镜，用于将来自上述第二衍射元件的上述其余各光束和上述中心光束重叠并聚焦到对应光纤的端面。进一步地，上述每个接收器模组还包含多个微透镜，上述多个微透镜与该接收器模组中的多个接收器一一对应，用于将光纤传导的反射光汇聚到对应的接收器。进一步地，上述第一光纤阵列的端面在上述发射透镜的焦平面上，上述第二光纤阵列的端面在上述接收透镜的焦平面上。上述第一光纤阵列和上述第二光纤阵列是一维光纤阵列或二维光纤阵列。可选地，上述发射组件的多个发射器模组安装在一个电路板上，或者每个发射器模组安装在一个电路板上，或者上述多个发射器模组分组安装在多个电路板上。可选地，上述接收组件的多个接收器模组安装在一个电路板上，或者每个接收器模组安装在一个电路板上，或者上述多个接收器模组分组安装在多个电路板上。本专利技术实施例还提供一种激光测距方法，使用激光雷达系统进行激光测距，该激光雷达系统的结构同上述激光雷达系统的结构。其中，上述激光雷达系统的旋转部件旋转上述激光雷达系统的激光扫描部件；上述激光雷达系统的每个激光发射器发射激光，上述激光通过对应的光纤进行光传导，并从上述第一光纤阵列发射；上述激光雷达系统的发射透镜将来自上述第一光纤阵列的激光准直后发射；上述激光雷达系统的接收透镜接收上述激光的反射光，并将该反射光汇聚到上述第二光纤阵列；上述激光雷达系统的每个接收器接收对应光纤传导的反射光。进一步地，上述激光测距方法还包括：上述激光雷达系统的每个发射器模组包含多个光束整形器，上述多个光束整形器与该发射器模组中的多个激光发射器一一对应，上述光束整形器将激光发射器发射的激光耦合到对应的光纤中。可选地，上述光束整形器是双柱面透镜，该双柱面透镜的两个柱面的母线相互正交。可选地，上述光束整形器是一种基于光学衍射的光束整形器，包括：准直透镜，第一衍射元件和第二衍射元件；上述光束整形器将激光发射器发射的激光耦合到对应的光纤中，包含：上述准直透镜将上述激光发射器发射的光束在快轴方向进行准直，变成细长条形光束；上述第一衍射元件将上述细长条形光束分成若干光束，除中心光束外，其余各光束分别偏转向不同的空间方位；上述第二衍射元件对上述其余各光束进行校正，使上述其余各光束与上述中心光束重叠，并聚焦到对应光纤的端面。可选地，上述光束整形器是另一种基于光学衍射的光束整形器，包括：第一透镜，第一衍射元件、第二衍射元件和第二透镜；上述光束整形器将激光发射器发射的激光耦合到对应的光纤中，包含：上述第一透镜将上述激光发射器发射的光束在快轴方向进行准直，变成细长条形光束；上述第一衍射元件将上述细长条形光束分成若干光束，除中心光束外，其余各光束分别偏转向不同的空间方位；上述第二衍射元件对上述其余各光束进行校正，使上述其余各光束与上述中心光束平行；上述第二透镜将来自上述第二衍射元件的上述其余各光束和上述中心光束重叠并聚焦到对应光纤的端面。进一步地，上述激光雷达系统的每个接收器模组还包含多个微透镜，上述多个微透镜与该接收器模组中的多个接收器一一对应，上述微透镜将光纤传导的反射光汇聚到对应的接收器。进一步地，上述第一光纤阵列的端面在上述发射透镜的焦平面上，上述第二光纤阵列的端面在上述接收透镜的焦平面上。可选地，上述第一光纤阵列是一维光纤阵列或二维光纤阵列；上述第二光纤阵列是一维光纤阵列或二维光纤阵列。本专利技术实施例提供的激光雷达系统，通过使用光纤阵列作为发射组件的激光发射端和接收组件的反射光入射端，可以减小激光雷达的体积，降低生产成本；另外，通过多芯光纤连接器将激光发射器和接收器分组连接到光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包含：激光扫描部件和旋转部件；所述旋转部件，用于旋转所述激光扫描部件；所述激光扫描部件，进一步包含：发射组件，包含多个发射器模组、多个多芯光纤连接器和第一光纤阵列，所述多个发射器模组中的每个发射器模组包含多个激光发射器，其中每个激光发射器对应一条光纤，并通过所述光纤进行光传导，所述多个激光发射器对应的多条光纤通过一个多芯光纤连接器连接到所述第一光纤阵列；发射透镜，用于将来自所述第一光纤阵列的激光准直后发射；接收组件，包含多个接收器模组、多个多芯光纤连接器和第二光纤阵列，所述多个接收器模组中的每个接收器模组包含多个接收器，其中每个接收器对应一条光纤，并接收所述光纤传导的反射光，所述多个接收器对应的多条光纤通过一个多芯光纤连接器连接到所述第二光纤阵列；和接收透镜，用于接收所述激光的反射光，并将所述反射光汇聚到所述第二光纤阵列。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包含：激光扫描部件和旋转部件；所述旋转部件，用于旋转所述激光扫描部件；所述激光扫描部件，进一步包含：发射组件，包含多个发射器模组、多个多芯光纤连接器和第一光纤阵列，所述多个发射器模组中的每个发射器模组包含多个激光发射器，其中每个激光发射器对应一条光纤，并通过所述光纤进行光传导，所述多个激光发射器对应的多条光纤通过一个多芯光纤连接器连接到所述第一光纤阵列；发射透镜，用于将来自所述第一光纤阵列的激光准直后发射；接收组件，包含多个接收器模组、多个多芯光纤连接器和第二光纤阵列，所述多个接收器模组中的每个接收器模组包含多个接收器，其中每个接收器对应一条光纤，并接收所述光纤传导的反射光，所述多个接收器对应的多条光纤通过一个多芯光纤连接器连接到所述第二光纤阵列；和接收透镜，用于接收所述激光的反射光，并将所述反射光汇聚到所述第二光纤阵列。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述每个发射器模组还包含多个光束整形器，所述多个光束整形器与所述发射器模组中的多个激光发射器一一对应，所述光束整形器用于将激光发射器发射的激光耦合到对应的光纤中。3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光束整形器是双柱面透镜，所述双柱面透镜的两个柱面的母线相互正交。4.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光束整形器是基于光学衍射的光束整形器，包括：准直透镜，第一衍射元件和第二衍射元件；所述准直透镜，用于将所述激光发射器发射的光束在快轴方向进行准直，变成细长条形光束；所述第一衍射元件，用于将所述细长条形光束分成若干光束，除中心光束外，其余各光束分别偏转向不同的空间方位；所述第二衍射元件，用于对所述其余各光束进行校正，使所述其余各光束与所述中心光束重叠，并聚焦到对应光纤的端面。5.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光束整形器是基于光学衍射的光束整形器，包括：第一透镜，第一衍射元件、第二衍射元件和第二透镜；所述第一透镜，用于将所述激光发射器发射的光束在快轴方向进行准直，变成细长条形光束；所述第一衍射元件，用于将所述细长条形光束分成若干光束，除中心光束外，其余各光束分别偏转向不同的空间方位；所述第二衍射元件，用于对所述其余各光束进行校正，使所述其余各光束与所述中心光束平行；所述第二透镜，用于将来自所述第二衍射元件的所述其余各光束和所述中心光束重叠并聚焦到对应光纤的端面。6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述每个接收器模组还包含多个微透镜，所述多个微透镜与所述接收器模组中的多个接收器一一对应，用于将光纤传导的反射光汇聚到对应的接收器。7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一光纤阵列的端面在所述发射透镜的焦平面上，所述第二光纤阵列的端面在所述接收透镜的焦平面上。8.根据权利要求1-7任一所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一光纤阵列是一维光纤阵列或二维光纤阵列；所述第二光纤阵列是一维光纤阵列或二维光纤阵列。9.根据权利要求1-5任一所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射组件的多个发射器模组安装在一个电路板上，或者每个发射器模组安装在一个电路板上，或者所述多个发射器模组分组安装在多个电路板上。10.根据权利要求1或6所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收组件的多个接收器模组安装在一个电路板上，或者每个接收器模组安装在一个电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟伟，王海瑛，
申请(专利权)人：无锡流深光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32