激光雷达系统的制作方法

1.本发明涉及3d成像系统，尤其涉及一种激光雷达系统。


背景技术：

2.随着电子技术的不断发展，市面上出现了各种电子技术产品。近两年特别是智能设备技术在自动驾驶车辆、无人机、机器人、安保应用等领域的普及，如何使得传感器对于设备感知周围环境情况即机器视觉变得尤为重要。
3.而现有机器视觉中的3d成像通常有两种方式：
4.一种方式通过将发射光源、接收传感器通过配置的3d宽视光学系统直接获取较大范围内的成像。如中国专利2022111248541，用于3d宽视的透镜及3d宽视成像系统就公开了一种朝上设置，通过配置专门适配3d成像的透镜，使得激光进、出后将周遭水平上、下角度的水平环状的视觉范围fov内所有信息一次性成像以供机器人场景视觉识别。
5.然而，这种方式虽成像实时性最高且可覆盖很广的成像范围(通常120－360度)。但由于需要对所有视觉范围fov进行激光发射、接收，因此其能耗也是最高的。而对于许多设备而言，并不能都工作在外接电源下，而是需要工作在电池驱动的环境中，因此设备的能耗显得十分重要。
6.因此另一种3d成像方式，如中国专利号：2023101313093，名称为“扫描激光雷达系统”以及pct/cn2020097435的“一种雷达系统、可以动设备与雷达探测方法”的专利，均是通过将发射光源、接收传感器借助机械器件，采用摆动方式进而扫描采集周遭的图像、距离等信息进而实现大范围场景识别的。而中国专利号：202122130896.3，名称为“测距模组、激光雷达及可移动平台”的专利，结合其图7，则提供了一种的将发射光源、接收传感器通过旋转方式扫描采集周遭的图像、距离的系统。
7.但对于上述3种专利的技术方案都面临一个问题，即整个成像过程势必是需要一次旋转/摆动后才能完成，因此实时性受到局限。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明的主要目的是提供一种实时性更高，更为适用于ai算法且功耗适中的激光雷达系统。
9.为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案为：一种激光雷达系统，包括，
10.光电接收组件、与其共轭设置的至少两个激光源组件及光源驱动器；
11.所述光电接收组件包括光电检测器及设置于其接收面的超广角透镜组；
12.所述至少两个激光源组件，设置于光电接收组件的超广角透镜组至光电检测器的接收视场之外，并配置由光源驱动器驱动下按时序照亮，其总体的照射光场与超广角透镜组至光电检测器的接收视场相对应。
13.进一步的，所述至少两个激光源组件中任何一组激光源组件的照射光场不全部覆盖光电检测器的接收视场。
14.进一步的，所述至少两个激光源组件的总体照射光场不小于光电检测器的接收视场。
15.进一步的，所述至少两个激光源组件配置由光源驱动器驱动下按预设或可控变化的时序照亮。
16.上述中，所述至少两个激光源组件中相邻时序照亮的激光源组件的照射光场有重叠部分。
17.进一步的，所述相邻时序照亮的激光源组件的照射光场有1－10
°
的重叠。
18.上述中，所述激光源组件为2n，n为自然数；2n组激光源组件平均的对应光电接收组件的光电检测器的短边两侧设置。
19.上述中，所述激光源组件为2n+1，n为自然数；2n组激光源组件平均的对应光电接收组件的光电检测器的短边两侧设置，另1组激光源组件对应光电接收组件的光电检测器的长边其中一侧设置。
20.进一步的，所述2n组激光源组件与光电接收组件的光轴平行；另一组激光源组件与光电接收组件的光轴不平行。
21.进一步的，所述另1组激光源组件的照射角度小于2n组激光源组件的照射角度。
22.本发明技术方案的有益效果在于通过将激光源组件设置在光电接收组件外围，并将激光源组件分为多个，多个激光源组件按时序照亮，每次只部分工作因此整体功耗大为节省。进一步的由超广角透镜组至光电检测器的接收视场中实现对应不同激光源组件的分区信息读取信息，而非整体的信息读取，每次的分区信息获取由于数据量较整体的少，可使得同样整体配备的ai算力更少，也加强了ai计算的实时性，同时还对于探测主体的隐私有更好的保护。而多组激光源组件时序照亮比同时照亮整体的功耗又有巨大降低，更合适智能设备的配备使用。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明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示出的结构获得其他的类似技术。
24.图1为单一组激光源组件照射光场覆盖光电检测器的接收视场示意图；
25.图2为所有激光源组件总体照射光场覆盖光电检测器的接收视场示意图；
26.图3为一实施例激光源组件总体照射光场覆盖光电检测器的接收视场示意图；
27.图4为可见光超广角透镜组应用示意图；
28.图5为实施示例1的结构侧视图；
29.图6为实施示例1的光场照射示意图；
30.图7为实施示例1的排布结构示意图；
31.图8为实施示例1的接收示意图；
32.图9为实施示例2的排布结构示意图；
33.图10为实施示例2的接收示意图；
34.图11为实施示例3的排布结构示意图；
35.图12为实施示例3的接收示意图；
36.图13为实施示例4的排布结构示意图；
37.图14为实施示例4的接收示意图。
38.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
39.100－光电接收组件；200－激光源组件；300－照射光场；
40.10－超广角透镜组；11－光电检测器；20－第一激光源组；21－第二激光源组；
41.101－总体照射光场；110－光电检测器的接收视场；a－超广角透镜组视场范围。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
43.需要说明，本发明中涉及“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，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，也不在本发明要求的保护范围之内。
44.一种激光雷达系统，包括：光电接收组件、至少两个激光源组件及光源驱动器；其中，光电接收组件包括光电检测器及设置于其接收面的超广角透镜组；
45.任何一组的激光源组件均配置为与光电接收组件共轭，且所有激光源组件设置在光电接收组件的超广角透镜组至光电检测器的接收视场之外，并由光源驱动器驱动下按时序照亮，且其总体的照射光场与超广角透镜组至光电检测器的接收视场相对应。
46.本发明技术方案的有益效果在于通过将激光源组件设置在光电接收组件外围，并将激光源组件分为多组，多组激光源组件按时序照亮，使得由超广角透镜组至光电检测器的接收视场中实现对应不同激光源组件的分区信息读取信息，而非整体的信息读取，每次的分区信息获取由于数据量较整体的少，可使得同样整体配备的ai(人工智能)算力更少，也加强了ai计算的实时性。而多组激光源组件时序照亮比同时照亮整体的功耗又有巨大降低，更合适智能设备的配备使用。
47.需要说明的是，上述系统特别适用于光电检测器为面接收光电检测器，或点阵接收光电检测器的应用。由此可一次性对覆盖多点，广面积的信息进行识别。
48.实施例1
49.参见图1，进一步的，所述至少两个激光源组件中任何一组激光源组件的照射光场300不全部覆盖光电检测器的接收视场110。这是由于，本专利最核心技术在于与激光源组件照射对应的进行分区数据采集。因此最优的是采用本实施例方式，即任何一组激光源组件只是承担照亮光电检测器的接收视场中一部分场景所用，从最大限度上保障每次的对应每次激光源组件照亮时的信息数据不至于过大，方便搭配后端更为低算力的ai系统，或者在同等算力下ai的计算更为快捷，实时性更高。
50.实施例2
51.如图2所示，进一步的，所述至少两个激光源组件的总体照射光场101不小于光电检测器的接收视场110。
52.参见图3所示就是一个由两个激光源组件照射的示例，两个激光源组件的照射光场300各自覆盖了光电检测器的接收视场110的左、右各一半，整体加起来覆盖了整个光电检测器的接收视场110。
53.由于对于整个系统而言，光电检测器是成本最关键器件。即使超广角透镜组视场范围可能很大(例如120－210
°
，甚至通过两套机构可接近覆盖到360
°
)，运用时应当优先配置将光电检测器的接收视场充分运用，因此不论多少个激光源组件，其总体照射光场通过超广角透镜组接收后往往大于光电检测器的接收视场，至少也应当不小于光电检测器的接收视场，最大限度的利用宝贵的光电检测器传感器，不要出现采集上的空洞或者说漏区现象出现。
54.而这点是与可见光运用截然不同的，可见光运用配置时首要目标并非是要超广角透镜组所有接收到的信息都投射在传感器上的，如图4就是一个经典的180
°
鱼眼镜成像在传感器上的图像，可见图里黑色的区域就是没有图像信息的。而如果以可见光的运用在本专利激光雷达系统中，则黑色区域没有信息就会被极大的浪费。其通常对于长矩形的光电检测器，其长边对应采集水平宽视场最实用，而如果如图4的运用方式，黑色区域无数据，则实际视场等于大量损失，因此应该当如图2的运用方式。即使鱼眼的成像上下会浪费，但应当确保整体将光电检测器的市场接收视场包裹其中，充分利用面积。且实际应用中，在长边对应水平宽视场时，上下则对应垂直视场，对于机器视觉来说特别是上部通常对应是天空信息，通常不需要使用到，因此即使浪费也没有什么影响。
55.实施例3
56.进一步的，所述至少两个激光源组件配置由光源驱动器驱动下按预设或可控变化的时序照亮。
57.多个激光源组件的照亮顺序，既可以是有实现写好的一个逻辑，而后预设写死后执行。也可以有一个主控器件根据实际需求试试的控制变化照亮实现。前者成本更低但照射方式相对固定，而后者则适用于更为复杂的识别环境，
58.实施例4
59.上述中，所述至少两个激光源组件中相邻时序照亮的激光源组件的照射光场有重叠部分。
60.同参见图3所示就是一个由两个激光源组件照射的示例，两个激光源组件的照射光场300各自覆盖了光电检测器的接收视场110的左、右各一半，且有部分重叠。相邻时序照亮的激光源组件的照射光场有重叠可更有利于后续算法对图像的对齐，快速的对轮序照亮场景的拼接工作。
61.实施例5
62.进一步的，所述相邻时序照亮的激光源组件的照射光场有1－10
°
的重叠。
63.相邻时序照亮的激光源组件的视场角重叠越大理论上对于后续数据对齐越有利，但也势必导致光场、能量的浪费。因此经过反复试验，相邻时序照亮的激光源组件之间有1－10
°
的照射角度的重叠最佳，小于1
°
，则图像重叠率太低，较难对齐误差大。而大于10
°
则
由于现行ai足以完成对齐，多重叠的部分会造成浪费。
64.实施例6
65.所述激光源组件为2n，n为自然数；2n组激光源组件平均的对应光电接收组件的光电检测器的短边两侧设置。
66.本实施例中，在配置激光源组件时，其数量配置为偶数组(即2的倍数个组)，从而在设置时可从数量上平均的设置在光电检测器的两侧，使得光电检测器的接收视场接收到的激光源组件的分区信号从数量上是一致的，便于后续的数据处理。
67.最优的，在上述基础上，两侧设置的激光源组件还对应光电检测器的长边呈轴对称关系。这么做的最大好处是可以采用光学一致的激光源组件即可组成整个系统。而非轴对称情况，由于需要满足共轭要求，会导致每个激光源组件的光学特性需要不同，会导致装配、调试及成本提高等一系列问题。且不同光学性能的激光源组件，其综合能耗也一定高于由光学一致的激光源组件组成的系统。
68.此外，考虑到通常光电检测器均为长方形，而激光雷达系统用于智能设备时大多时候水平视野较垂直视野更为重要，因此为最高效的运用其水平的接受视野，将2n组激光源组件设置在光电检测器的短边两侧更优。
69.实施例7
70.本实施例在实施例6的基础上，增加1组激光源组件，由此，2n组激光源组件平均的对应光电接收组件的光电检测器的短边两侧设置，而另1组激光源组件对应光电接收组件的光电检测器的长边其中一侧设置。
71.从而通过2n组激光源组件来实现对超广角透镜组至光电检测器的接收视场的覆盖照射，而通过另1组激光源组件则对光电检测器的接收视场内特定区域进行单独照射，以满足需要对特定区域采集的需求(例如应用于汽车行驶时，正前方马路信息更为重要且实时性需要更高)。
72.最优的，该1组激光源组件尽量设置在靠近光电检测器长边的中间位置。这是由于对于光电检测器上的超广角透镜组的边缘分辨率低，且会存在畸变。因此其中心的分辨率最高，将该1组激光源组件尽量靠近这个位置设置可提高光电检测器的接收效果。
73.实施例8
74.在实施例7的基础上，进一步的2n组激光源组件与光电接收组件的光轴平行；另一组激光源组件与光电接收组件的光轴不平行。
75.另一组激光源组件与光电接收组件的光轴不平行就可以直接以倾斜的角度照射向所需要的方位，从而比均平行的结构使得整个雷达系统的配置更为灵活。
76.实施例9
77.在实施例7的基础上，进一步的所述另1组激光源组件的照射角度小于2n组激光源组件的照射角度。
78.角度更小的另1组激光源组件可在同样照射距离下更为省电，或者是同样的耗能下照射的更远，实现更长距离的检测。配合2n组激光源组件可实现诸如汽车的远光灯、近光灯的作用，即行车过程主要通过2n组激光源组件对周围短距检测，而对特定区域(如车头、车位)，如车头部分通过窄角度另1组对诸如车头部分低功耗、高频工作，或者是远距离长距的照射感知等应用。
79.实施例10
80.最佳的，激光源组件的光场成矩形或近似矩形。即激光源组件的光场不使用寻常如图1、3所示的圆形光锥，而是与常见光电传感器的方形或长方形对应。通过将激光源组件的光场的视场锥设计为金字塔形。相比圆形，其在同等体积的视场锥下，矩形光场较圆形光场的能量密度高20％。反之，在同样能量密度需求下，矩形视场锥光场的激光源组件的能耗更低。
81.实施例11
82.所述光电接收组件的超广角透镜组视场范围为120－210
°
。
83.本专利方案适用的超广角透镜组很多，包括普通的超广角范围至鱼眼镜范围。单个本专利系统可达到最大覆盖210
°
视场的采集需求。极端情况下，通过配备两个本专利系统，采用背靠背情况，每个采用180－210
°
的超广角透镜组，甚至可以组成一个接近360度可视范围的激光雷达系统。
84.实施示例1
85.如图5－7所示，本实施示例提供的是包括8个激光源组件，分成两组，每组4个呈一字排开的第一激光源组20组成的一种激光雷达系统。其光电接收组件100采用了一个视场范围a接近210
°
的超广角透镜组，两组共8个激光源组件均平均且对应光电检测器11对称的平均分布在光电接收组件100的左右两侧，并在超广角透镜组的视场范围a之外，避免经由超广角透镜组后进入光电检测器的接收视场形成遮挡，同时8个激光源组件200均与光电检测器共轭。
86.参见图8，上面的每个第一激光源组20，可包括一个或者多个激光源。每个第一激光源组20射出的均为矩形光锥。其根据排布关系，结合光电检测器的接收视场110的形成分区的从左到右8个长条形的照射光场300，由此可以使得每个第一激光源组20的角度很窄，在同等距离下单个照亮能耗更低，或者在同等能耗下照的更远。进一步的，每个第一激光源组20照射光场300相互有部分叠加，方便后续ai的整合计算。而整体照射光场基本与光电检测器的接收视场110重合，从而最大限度避免激光源的浪费。
87.连接到光源驱动器并配置在光源驱动器驱动下按时序照亮，照亮方式可采用从左到右或者从右到左依次时序照亮或根据需要随时控制照亮相邻的方式驱动。
88.实施示例2
89.如图9所示，本实施示例同样提供的是一个由两组共8个激光源组件的激光雷达系统，不同的是每组激光源组件由4个呈田字排开的第一激光源组20组成，两组激光源组件200对称且平均的分布在光电接收组件100的左右两侧。每个第一激光源组20，可包括一个或者多个激光源，并与光电接收组件100共轭。
90.光电接收组件100包括光电检测器11及设置于其接收面的超广角透镜组10。
91.参见图10，同样每个第一激光源组20，可包括一个或者多个激光源。每个第一激光源组20射出的均为矩形光锥。其根据排布关系，结合光电检测器的接收视场110的形成分区的从上到下、从左到右2＊4个长条形的照射光场300，由此每个第一激光源组20比示例1的角度在水平方向略宽，但在垂直方向更窄，根据水平时序照亮或垂直时序照亮的机制可交替更快的获知水平或垂直方向的信息。同样的，每个第一激光源组20照射光场300相互有部分叠加，方便后续ai的整合计算。而整体照射光场基本与光电检测器的接收视场110重合，
从而最大限度避免激光源的浪费。
92.连接到光源驱动器并配置在光源驱动器驱动下按时序照亮，照亮方式可采用诸如按行或者按列轮寻或根据需要随时控制照亮相邻的方式驱动。
93.实施示例3
94.如图11所示，本实施示例是一个由3组一共9个激光源组件的激光雷达系统，其中2组，每组4个共8个的激光源组件与实施示例1相同为4个呈一字排开的第一激光源组20组成，平均对称的分布在光电接收组件100的短边的左右两侧，而第二激光源组21则设置在光电接收组件100的长边的上侧。
95.参见图12，本实例中，每个第一激光源组20、第二激光源组21均包括一个或者多个激光源，且第一激光源组20、第二激光源组21射出的也为矩形光锥。其中8个第一激光源组20根据排布关系，结合光电检测器的接收视场110形成分区的从左到右8个长条形的照射光场300，由此可以使得每个第一激光源组20的角度很窄，在同等距离下单个照亮能耗更低，或者在同等能耗下照的更远。而第二激光源组21则对光电检测器的接收视场110中局部进一步照射以满足特定区域实时性不同的采集需求。进一步的，每个第一激光源组20照射光场300相互有部分叠加，方便后续ai的整合计算。而整体照射光场基本与光电检测器的接收视场110重合，从而最大限度避免激光源的浪费。
96.连接到光源驱动器并配置在光源驱动器驱动下按时序照亮，照亮方式可采用从左到右或者从右到左依次时序照亮或根据需要随时控制照亮相邻的方式驱动。
97.进一步的2＊4一共8个的第一激光源组20与光电检测器11的垂直光轴平行，而另外1个第二激光源组21则与光电检测器11的水平光轴平行。由此参见图12，可见通过第二激光源组21的加入针对光电检测器的接收视场110中平行于水平方向的特定区域进行照射，以满足该区域的信息读取需要。
98.实施示例4
99.如图13所示，与实施示例3不同的是，其中第二激光源组21则设置在光电接收组件100的长边的中央，由此可以充分利用超广角透镜组的中心分辨率和小畸变的优势对特定区域加强采集。
100.此外，本事实例中，另外1个第二激光源组21则与光电检测器11的水平光轴不平行。由此参见图14，可通过第二激光源组21的加入与光电检测器的接收视场110中水平方向不平行的特定区域进行照射，以满足该区域的信息读取需要。
101.需要说明，本发明中涉及“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，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，也不在本发明要求的保护范围之内。
102.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术方案构思下，利用本发明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发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种激光雷达系统，其特征在于：包括，光电接收组件、与其共轭设置的至少两个激光源组件及光源驱动器；所述光电接收组件包括光电检测器及设置于其接收面的超广角透镜组；所述至少两个激光源组件，设置于光电接收组件的超广角透镜组至光电检测器的接收视场之外，并配置由光源驱动器驱动下按时序照亮，其总体的照射光场与超广角透镜组至光电检测器的接收视场相对应。2.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述至少两个激光源组件中任何一组激光源组件的照射光场不全部覆盖光电检测器的接收视场。3.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述至少两个激光源组件的总体照射光场不小于光电检测器的接收视场。4.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述至少两个激光源组件配置由光源驱动器驱动下按预设或可控变化的时序照亮。5.如权利要求1任意一项所述的激光雷达系统，其特征在于：所述至少两个激光源组件中相邻时序照亮的激光源组件的照射光场有重叠部分。6.如权利要求5所述的激光雷达系统，其特征在于：所述相邻时序照亮的激光源组件的照射光场有1－10
°
的重叠。7.如权利要求1－6任意一项所述的激光雷达系统，其特征在于：所述激光源组件为2n，n为自然数；2n组激光源组件平均的对应光电接收组件的光电检测器的短边两侧设置。8.如权利要求1－6任意一项所述的激光雷达系统，其特征在于：所述激光源组件为2n+1，n为自然数；2n组激光源组件平均的对应光电接收组件的光电检测器的短边两侧设置，另1组激光源组件对应光电接收组件的光电检测器的长边其中一侧设置。9.如权利要求8所述的激光雷达系统，其特征在于：所述2n组激光源组件与光电接收组件的光轴平行；另一组激光源组件与光电接收组件的光轴不平行。10.如权利要求9所述的激光雷达系统，其特征在于：所述另1组激光源组件的照射角度小于2n组激光源组件的照射角度。

技术总结
本发明公开了一种激光雷达系统，包括：光电接收组件、至少两个激光源组件及光源驱动器；其中，光电接收组件包括光电检测器及设置于其接收面的超广角透镜组；任何一组的激光源组件均配置为与光电接收组件共轭，且所有激光源组件设置在光电接收组件的超广角透镜组至光电检测器的接收视场之外，并由光源驱动器驱动下按时序照亮，且其总体的照射光场与超广角透镜组至光电检测器的接收视场相对应。本发明技术方案的最大有益效果在于将照射所需的激光源分为多个，每次只部分工作因此整体功耗大为节省。此外，由于接收也对应转为对应激光源的分区，单次信息变少，与之配合的AI算力要求就更低，处理实时性更高。处理实时性更高。处理实时性更高。


技术研发人员：孙勤
受保护的技术使用者：深圳信通智能系统技术有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/25