CN107918118B

CN107918118B - 一种激光雷达

Info

Publication number: CN107918118B
Application number: CN201711384689.2A
Authority: CN
Inventors: 杨昆; 胡攀攀; 古小枫
Original assignee: Wuhan Wanji Information Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan Wanji Information Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: CN107918118A

Abstract

本发明涉及激光雷达技术领域，提供一种激光雷达。该激光雷达包括激光发射器、准直单元、反射单元、滤光罩、激光接收器和主控板，其中激光发射器发出的光经过准直单元之后打在所述反射单元上，得到的反射光束透过所述滤光罩得到出射光，出射光反射后再次打在所述反射单元上，之后被所述激光接收器接收，所述主控板根据所述激光接收器接收的光束信息计算出目标物信息，在所述准直单元、反射单元和滤光罩之间设置有屏蔽罩，以使得所述准直单元、反射单元和滤光罩之间的光在所述屏蔽罩内传播。本发明的激光雷达，能够避免滤光罩回波对激光雷达的不利影响，准确判断出目标物的信息，进而提高外接设备的使用安全等级。

Description

一种激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种能够消除滤光罩回波影响的激光雷达。

背景技术

在AGV、工业机器人等领域，智能移动设备需保证自身安全及场内人员安全，因此需配备安全激光雷达。安全激光雷达是以发射激光光束来探测目标位置，其工作原理是向被探测物体发射探测激光光束，然后探测到障碍物反射回来的回波信号与出射激光信号进行时间比较，做适当处理后可获得目标物信息，如：距离、轮廓、方位。

安全激光雷达在智能移动设备上非常重要，确保应用安全。其检测结果将直接影响产品的使用情况及安全等级，其准确可靠性至关重要。

现有技术中的激光雷达，其滤光罩回波会对激光雷达造成影响，导致对目标物分析不够准确，从而降低智能移动设备的使用安全等级。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种激光雷达，解决现有技术中存在的滤光罩回波影响激光雷达从而降低外接设备使用安全等级的问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种激光雷达，包括激光发射器、准直单元、反射单元、滤光罩、激光接收器和主控板，其中激光发射器发出的光经过准直单元之后打在所述反射单元上，得到的反射光束透过所述滤光罩得到出射光，出射光反射后再次打在所述反射单元上，之后被所述激光接收器接收，所述主控板根据所述激光接收器接收的光束信息计算出目标物信息，在所述准直单元、反射单元和滤光罩之间设置有屏蔽罩，以使得所述准直单元、反射单元和滤光罩之间的光在所述屏蔽罩内传播。

优选的，所述反射单元以第一轴线为中心转动，所述第一轴线为所述准直单元发出的准直光束所在的轴线；所述屏蔽罩固定在所述反射单元上并随所述反射单元一起转动。

优选的，激光在所述准直单元、反射单元和滤光罩之间形成L形光路，所述屏蔽罩呈L形，包括互相连接的第一屏蔽段和第二屏蔽段，所述第一屏蔽段的端口和所述准直单元的出射端口同轴且可相对所述准直单元转动，所述第二屏蔽段的端口可沿着所述滤光罩的内表面转动。

优选的，所述激光雷达还包括码盘和读取单元，所述码盘以所述第一轴线为轴心，在所述码盘上设置有刻度，所述读取单元读取所述出射光出射方位对应的刻度并发送给所述主控板，所述主控板根据所述读取单元读取的信号和所述激光接收器接收的光束信息计算目标物的信息。

优选的，所述主控板根据所述读取单元读取的信号控制所述激光发射器的激光发射。

优选的，所述滤光罩包括光束经过的出光区域，所述出光区域包括扫描透光区和扫描盲区，所述扫描透光区和扫描盲区之间为临界区域，所述码盘上设置有与所述临界区域对应的临界刻度，当所述读取单元读取到所述临界刻度时，所述主控板发出信号提示所述激光雷达即将进入/离开扫描盲区。

优选的，所述滤光罩包括光束经过的出光区域，所述出光区域经过光学处理，以使得经过所述出光区域后的所述出射光互相平行并斜向上倾斜。

优选的，所述激光雷达还包括加热单元和温度传感器，所述温度传感器用于检测所述滤光罩的温度和环境温度，并将测得的数值发送给所述主控板，当滤光罩的温度低于所述环境温度时，所述主控板控制所述加热单元加热所述滤光罩，直到滤光罩温度不小于环境温度。

优选的，当所述滤光罩包括光束经过的出光区域，且所述出光区域包括扫描透光区和扫描盲区时，所述加热单元为印制在所述扫描盲区上的加热线。

优选的，所述激光雷达还包括安装座，所述滤光罩的底部通过卡扣固定在所述安装座上，且所述滤光罩呈圆台壳状。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的激光雷达，由于在所述准直单元、反射单元和滤光罩之间设置有屏蔽罩，使得所述准直单元、反射单元和滤光罩之间的光在所述屏蔽罩内传播。从而，本发明的激光雷达，能够避免滤光罩回波对激光雷达的不利影响，准确判断出目标物的信息，进而提高外接设备的使用安全等级。

附图说明

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获得其他的附图。

图1是实施例的激光雷达的结构示意图；

图2是扫描光束对障碍物表面轮廓识别的示意图；

图3是码盘上与滤光罩对应设置临界刻度的结构示意图；

图4是经过光学处理的滤光罩出光区域后出射光的传播示意图；

图5是实施例的激光雷达的工作原理示意图；

图中：101、旋转电机；102、编码器；103、码盘；104、反射镜；105、准直透镜；106、激光二极管；107、屏蔽罩；108、接收透镜；109、光电倍增管；110、主控板；111、轴承；112、滤光罩；113、临界刻度；114、扫描盲区；115、障碍物表面轮廓。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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发明中的具体含义。

请参见图1，本实施例的激光雷达，包括激光发射器、准直单元、反射单元、滤光罩112、激光接收器和主控板110，其中激光发射器发出的光经过准直单元之后打在所述反射单元上，得到的反射光束透过所述滤光罩112得到出射光，出射光反射后再次打在所述反射单元上，之后被所述激光接收器接收，所述主控板110根据所述激光接收器接收的光束信息计算出目标物信息，在所述准直单元、反射单元和滤光罩112之间设置有屏蔽罩107，以使得所述准直单元、反射单元和滤光罩112之间的光在所述屏蔽罩107内传播

本实施例的激光雷达，由于在所述准直单元、反射单元和滤光罩112之间设置有屏蔽罩107，使得所述准直单元、反射单元和滤光罩112之间的光在所述屏蔽罩107内传播。从而，本发明的激光雷达，能够避免滤光罩112回波对激光雷达的不利影响，准确判断出目标物的信息，进而提高外接设备的使用安全等级。

其中外接设备不仅仅为AGV、工业机器人等领域的智能移动设备，其可以是任何需要判断目标物信息的设备。

本实施例的激光雷达，其中激光发射器、准直单元、反射单元、滤光罩112、激光接收器和主控板110的类型以及位置关系不受限制，只要能够满足激光发射器发出的光经过准直单元之后打在所述反射单元上，得到的反射光束透过所述滤光罩112得到出射光，出射光反射后再次打在所述反射单元上，之后被所述激光接收器接收，并且激光接收器能够将接收到的光束信息发送给主控板110即可。

图1中，激光发射器的类型采用激光二极管106，准直单元采用准直透镜105，反射单元采用反射镜104，激光接收器也即回波聚焦单元采用接收透镜108，很显然图1中的这些组成部分不构成对激光雷达的限制。

并且，通过图1发现，激光二极管106近似竖直摆放，其发出的光带有一定的发散角，经过准直透镜105准直后基本接近为一束平行光。准直后的光束竖直摄入反射镜104，反射镜104与竖直光轴的夹角为45度，从而将光束水平的反射出去。经过滤光罩112之后得到的出射光，其一旦探测到障碍物后发会反射并经过滤光罩112再次打到反射镜104上，之后光束近似竖直并进入接收透镜108。

本实施例中，优选但是不必须在接收透镜108上开孔，将准直透镜105安装在该接收透镜108的开孔处。

从图1中发现，在接收透镜108的下方设置有光电检测单元，从而光束经过接收透镜108打在该光电检测单元上，将光信号转换为电信号，经过主控板110处理之后就可以确定回波时间。其中，优选但是不必须光电检测单元为光电倍增管109。

本实施例的激光雷达可以为旋转扫描雷达，从而所述反射单元以第一轴线为中心转动，所述第一轴线为所述准直单元发出的准直光束所在的轴线；并且所述屏蔽罩107固定在所述反射单元上并随所述反射单元一起转动。

其中，优选但是不必须将反射单元安装在旋转电机101的输出端，从而使得反射单元随着旋转电机101做360度的转动。当然，为了使得反射单元转动，旋转驱动单元不一定要是旋转电机101，任何可以驱动反射单元转动的旋转驱动单元都可以包含在本申请的保护范围之内。

上面已经提到过，激光雷达中所有组成部分的位置关系并非特定的，此处以准直单元、反射单元和滤光罩112之间形成L形光路的情况为例。此时所述屏蔽罩107呈L形，包括互相连接的第一屏蔽段和第二屏蔽段，所述第一屏蔽段的端口和所述准直单元的出射端口同轴且可相对所述准直单元转动，所述第二屏蔽段的端口可沿着所述滤光罩112的内表面转动。

通过图1发现，第一屏蔽段的底端端口和准直透镜105的上端端口之间通过轴承111连接，从而保证屏蔽罩107作为一个整体可以相对准直透镜105转动。其中，优选但是不必须轴承111内圈与准直透镜105的上端端口紧配合，外圈与屏第一屏蔽段的底端端口做紧配合，保证第一屏蔽段可以沿着竖直方向屏蔽光路。第二屏蔽段沿着水平方向延伸至滤光罩112内壁，从而保证第二屏蔽段可以沿着水平方向屏蔽光路。

在以上基础上，所述激光雷达还包括码盘103和读取单元，所述码盘103以所述第一轴线为轴心，在所述码盘103上设置有刻度，所述读取单元读取所述出射光出射方位对应的刻度并发送给所述主控板110，所述主控板110根据所述读取单元读取的信号和所述激光接收器接收的光束信息计算目标物的信息。具体的，主控板110根据方位信息(通过刻度表示)计算出目标物的方位。此外，主控板110根据时间信息计算目标物的距离，其中时间信息包括发光时间和接收光束的时间。其中，可以将码盘103固定在旋转电机101输出端并使其和反射镜104同步转动。从而使得出射光初设方位(对应反射镜104方位)可以与码盘103当前的刻度对应起来。

具体的，可以在码盘103一侧固定编码器102。该编码器102读取当前刻度对应的刻度信号之后，将其转换成可向主控板110发送并被能被主控板110识别的信号。其中，刻度信号可以反映出出射光的信息，也即激光发射器发射出的激光光束的信息。主控板110将激光发射器发射出的激光光束的信息和激光接收器接收的光束信息进行处理分析，就可以得到目标物的距离、轮廓和方位等。其中，图2为扫描光束对障碍物表面轮廓115识别的示意图。

其中，还可以通过读取单元读取的信号控制所述激光发射器的激光发射。假设刻度信号以脉冲形式发出(当然其不构成对读取单元的限制)，那么读取单元每读取到一次脉冲刻度信号之后，将读取的脉冲刻度信号传输给主控板110，主控板110接收到脉冲刻度信号后驱动激光二极管106发光，并且将主控板110接收到脉冲刻度信号的时间作为激光二极管106发光的起始时间t₁。并且，主控板110还可以根据读取到的脉冲刻度信号控制反射镜104的转动。例如当反射镜104通过旋转电机101控制转动时，那么主控板110可以通过控制旋转电机101的转速来控制反射镜104的转动。

进一步的，所述出射光经障碍物反射后再次打在反射镜104上，并垂直摄入接收透镜108，光束经过准直透镜105聚焦后打在光电倍增管109上，将光信号转换为电信号，经过主控板110处理之后定为回波时间t₂。将发光时间t₁和回波时间t₂，以及出射光与水平面夹角，经过光速换算可得出障碍物的距离。同时根据码盘103刻度辨别障碍物方位。并根据连续打在障碍物上的光束数目以及测试距离值，可以大致判断障碍物尺寸及轮廓。

在此基础上，本实施例的控制单元还包括预警子单元，并在预警子单元中提前写入预设安全距离。一旦计算出障碍物的距离值小于或等于预设安全距离，则输出预警信号给激光雷达的外接设备。

假设滤光罩112上光束经过的区域为出光区域。由于激光雷达内部的结构会导致出光区域包括扫描透光区和扫描盲区114。滤光罩112的扫描透光区和扫描盲区114有所区别，扫描透光区发射激光和回波可以较高的通过率通过，扫描盲区114呈黑色且不透光。

请参见图3，所述扫描透光区和扫描盲区114之间为临界区域。在所述码盘103上设置与所述临界区域对应的临界刻度113，从而当所述读取单元读取到所述临界刻度113时，所述主控板110发出信号提示所述激光雷达即将进入或者即将离开扫描盲区114。当然，在滤光罩112的临界区域出可以设置用于识别的分界标志。

本实施例中，优选对出光区域经过光学处理，以使得经过所述出光区域后的所述出射光互相平行并斜向上倾斜，图4中倾斜角度为a。该种情况下，可以防止一个环境内多台激光雷达同时工作时出现串扰。当然，出射光也可以上倾斜，只是向下倾斜的情况下可能会由于地面或者其它支撑面的反射造成干扰。

通过图4发现，本实施例的滤光罩112优选对外壁做凸起处理，以使得出射光进一步准直成接近平行光束并斜向上射出。并且，通过图1也可以发现，滤光罩112对应出光区域的外壁形成一圈凸起。

进一步的，所述激光雷达还包括加热单元和温度传感器，所述温度传感器用于检测所述滤光罩112的温度和环境温度，并将测得的数值发送给所述主控板110，当滤光罩112的温度低于所述环境温度时，所述主控板110控制所述加热单元加热所述滤光罩112，直到滤光罩112温度不小于环境温度。其中，最好保证滤光罩112的温度稍微高于环境温度，从而防止滤光罩112表面凝雾结霜导致回波减少，影响主控板110对障碍物的判断。

当所述出光区域包括扫描透光区和扫描盲区114时，所述加热单元为印制在所述扫描盲区114上的加热线。当然，加热单元的形式和安装位置不受实施例的限制。任何可以实现滤光罩112加热的加热单元，都应当包含在本申请的保护范围之内。

通过图1发现，所述激光雷达还包括安装座，所述滤光罩112的底部通过卡扣固定在所述安装座上，且所述滤光罩112呈圆台壳状。

以上激光发射器、光电检测单元、读取单元均和主控板110之间存在电气连接。并且，本实施例的激光雷达判断障碍物的远离请参见图5。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种激光雷达，包括激光发射器、准直单元、反射单元、滤光罩、激光接收器和主控板，其中激光发射器发出的光经过准直单元之后打在所述反射单元上，得到的反射光束透过所述滤光罩得到出射光，出射光反射后再次打在所述反射单元上，之后被所述激光接收器接收，所述主控板根据所述激光接收器接收的光束信息计算出目标物信息，其特征在于，在所述准直单元、反射单元和滤光罩之间设置有屏蔽罩，以使得所述准直单元、反射单元和滤光罩之间的光在所述屏蔽罩内传播；激光在所述准直单元、反射单元和滤光罩之间形成L形光路，所述屏蔽罩呈L形；所述激光雷达还包括加热单元和温度传感器，所述温度传感器用于检测所述滤光罩的温度和环境温度，并将测得的数值发送给所述主控板，当滤光罩的温度低于所述环境温度时，所述主控板控制所述加热单元加热所述滤光罩，直到滤光罩温度不小于环境温度；所述反射单元以第一轴线为中心转动，所述滤光罩包括光束经过的出光区域，所述出光区域包括扫描透光区和扫描盲区，所述加热单元为印制在所述扫描盲区上的加热线。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一轴线为所述准直单元发出的准直光束所在的轴线；所述屏蔽罩固定在所述反射单元上并随所述反射单元一起转动。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述屏蔽罩包括互相连接的第一屏蔽段和第二屏蔽段，所述第一屏蔽段的端口和所述准直单元的出射端口同轴且可相对所述准直单元转动，所述第二屏蔽段的端口可沿着所述滤光罩的内表面转动。

4.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括码盘和读取单元，所述码盘以所述第一轴线为轴心，在所述码盘上设置有刻度，所述读取单元读取所述出射光出射方位对应的刻度并发送给所述主控板，所述主控板根据所述读取单元读取的信号和所述激光接收器接收的光束信息计算目标物的信息。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述主控板根据所述读取单元读取的信号控制所述激光发射器的激光发射。

6.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描透光区和扫描盲区之间为临界区域，所述码盘上设置有与所述临界区域对应的临界刻度，当所述读取单元读取到所述临界刻度时，所述主控板发出信号提示所述激光雷达即将进入/离开扫描盲区。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的激光雷达，其特征在于，所述出光区域经过光学处理，以使得经过所述出光区域后的所述出射光互相平行并斜向上倾斜。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括安装座，所述滤光罩的底部通过卡扣固定在所述安装座上，且所述滤光罩呈圆台壳状。