CN109375192A - 自动驾驶系统、激光雷达及其激光发射结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动驾驶系统、激光雷达及其激光发射结构，激光驱动板控制激光器发出激光光束，光束射入电机轴内，由于电机轴为空心轴，准直整形组件设置于电机轴内，因此激光器发射出来的光束可以呈小角度，激光光束经过凹透镜后角度变大，再通过凸透镜后，使激光光束其变成平行光，平行光经过第一反射镜片反射至目标物上，可以有效压缩发散角以提高激光光束质量。转子带动镜片支撑架转动，以带动第一反射镜片转动，从而使激光光束随第一反射镜片的转动而转动，多角度扫描目标物。定子与电机轴固定连接，因此电机轴与光轴同轴，整机更平稳，电机轴为空心轴，准直整形组件位于电机轴内，可以节省空间。

Description

自动驾驶系统、激光雷达及其激光发射结构

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种自动驾驶系统、激光雷达及其激光发射结构。

背景技术

随着科学技术的不断发展，无人驾驶汽车逐渐受到人们的关注。无人驾驶汽车又称自动驾驶汽车或电脑驾驶汽车，是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。自动驾驶汽车拥有环境感知、路径规划和控制车辆动作的能力，让电脑自动地操作机动车辆。自动驾驶汽车在进行自主行驶的时候需要对周围环境进行感知，进而根据所得到的环境信息做出行为决策。环境感知能力是实现自动驾驶的前提，只有对汽车周围的环境进行准确和快速的感知，自动驾驶才可能得以实现。

自动驾驶汽车通过车上安装的各类传感器来获取周围环境信息，常用的传感器包括激光雷达。传统激光雷达的激光器发出的激光通常不可避免的存在发散角，且发散角较大，导致激光光束质量较差。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以有效压缩发散角以提高激光光束质量的自动驾驶系统、激光雷达及其激光发射结构。

一种激光雷达的激光发射结构，包括：

激光光源组件，包括激光器及激光驱动板，所述激光器与所述激光驱动板电连接；

电机组件，包括电机轴、定子及转子，所述定子与所述电机轴固定连接，所述转子相对于所述电机轴可转动，所述电机轴为两端开口的空心轴，所述激光器发出的光束能够射入所述空心轴内；

准直整形组件，包括凸透镜及凹透镜，所述凸透镜及所述凹透镜位于所述电机轴内，所述凸透镜与所述凹透镜沿远离所述激光器的方向间隔设置；及

反射组件，包括镜片支撑架及第一反射镜片，所述镜片支撑架与所述转子固定连接，所述第一反射镜片安装于所述镜片支撑架上，透过所述凸透镜的激光束由所述第一反射镜片反射至目标物上。

在其中一个实施例中，所述电机轴的内部形成有第一台阶，所述凸透镜设置在第一台阶上。

在其中一个实施例中，所述准直整形组件还包括隔圈，所述隔圈设置于所述电机轴内，所述隔圈搭在所述凸透镜上，所述隔圈的内壁形成有安置槽，所述凹透镜位于所述安置槽内。

在其中一个实施例中，所述隔圈的内壁包括直筒壁及斜壁，所述直筒壁位于所述凹透镜与所述斜壁之间，所述斜壁沿远离所述凹透镜的方向逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述准直整形组件还包括发射垫圈及发射压圈，所述发射垫圈与所述发射压圈均位于所述电机轴内，所述发射垫圈设置在所述凹透镜及所述隔圈上，且所述发射垫圈位于所述发射压圈与所述隔圈之间。

在其中一个实施例中，还包括上支架，所述激光光源组件包括调节座，所述上支架上开设有收容槽，所述收容槽的底部开设有通光孔，所述调节座设置于所述收容槽内，所述激光器设置于所述调节座上且伸入所述通光孔内。

在其中一个实施例中，所述激光光源组件还包括导热垫，所述导热垫罩设于所述激光器上，所述调节座上开设有容纳槽，所述导热垫收容于所述容纳槽内。

在其中一个实施例中，所述定子与所述电机轴一体成型。

一种激光雷达，包括：

外罩；

如上任一项所述的激光发射结构，设置于所述外罩内；及

激光接收结构，设置于所述外罩内，用于接收所述激光发射结构发出的光束。

一种自动驾驶系统，包括如上所述的激光雷达。

上述激光雷达的激光发射结构至少具有以下优点：

激光驱动板控制激光器发出激光光束，光束射入电机轴内，由于电机轴为空心轴，准直整形组件设置于电机轴内，因此激光器发射出来的光束可以呈小角度，激光光束经过凹透镜后角度变大，再通过凸透镜后，使激光光束其变成平行光，平行光经过第一反射镜片反射至目标物上，可以有效压缩发散角以提高激光光束质量。转子带动镜片支撑架转动，以带动第一反射镜片转动，从而使激光光束随第一反射镜片的转动而转动，多角度扫描目标物。定子与电机轴固定连接，因此电机轴与光轴同轴，整机更平稳，电机轴为空心轴，准直整形组件位于电机轴内，可以节省空间。

附图说明

图1为一实施例中的激光雷达的结构示意图；

图2为图1所示激光雷达省去外罩的结构示意图；

图3为图1所示激光雷达的立体剖视图；

图4为图1所示激光雷达的另一视角的立体剖视图；

图5为图4的局部示意图；

图6为一实施例中激光器、凹透镜及凸透镜的光线示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

一实施例中的自动驾驶系统，包括激光雷达，可以实现无人驾驶的目的。请参阅图1及图2，一实施例中的激光雷达10，包括外罩100、激光发射结构200及激光接收结构300。激光发射结构200及激光接收结构300设置于外罩100内，激光发射结构200用于发射激光光束，激光接收结构300用于接收激光光束。

外罩100形成有收容腔，外罩100包括上壳体110、中壳体120及下壳体130，中壳体120位于上壳体110与下壳体130之间，上壳体110、中壳体120及下壳体130共同围成收容腔，激光发射结构200及激光接收结构300位于收容腔内。其中，上壳体110可以为深色亚克力罩，具有能透过激光发射相同波长的光线，且能屏蔽除此波长以外的光的特点，激光能从亚克力罩射出，打到目标物上反射回亚克力罩内，而外界其它杂光无法进入亚克力罩内，能够有效避免杂光干扰。

请参阅图3至图5，激光发射结构200包括激光光源组件210、电机组件220、准直整形组件230及反射组件240。激光光源组件210主要用于发出激光光束，具体地，激光光源组件210包括激光器211及激光驱动板212，激光器211与激光驱动板212电连接，激光驱动板212用于控制激光器211发出激光光束。

具体到本实施例中，激光发射结构200还包括上支架250，激光光源组件210设置于上支架250上。激光光源组件210还包括调节座213及导热垫214。上支架250上开设有收容槽，收容槽的底部开设有通光孔，调节座213设置于收容槽内，激光器211设置于调节座213上且伸入通光孔内。导热垫214罩设于激光器211上，调节座213上开设有容纳槽，导热垫214收容于容纳槽内，导热垫214与激光器211通过粘胶胶合。导热垫214的材质可以为聚四氟乙烯，具有耐热，导热好，绝缘的特点，能够将激光器211产生的热量有效地传递出去，防止激光器211被烧坏，延长激光器211的使用寿命。

胶合好后的导热垫214与激光器211放置于调节座213上，在组装的过程中，导热垫214及激光器211与调节座213之间的相对位置可以前后、左右调整，使激光器211位于最佳位置后将导热垫214及激光器211与调节座213之间通过粘胶固定。调节座213设置于上支架250上。例如，可以在调节座213上设置外螺纹，上支架250上设置内螺纹，将调节座213通过螺纹的方式设置在上支架250上。因此，在组装的过程中，调节座213可以相对于上支架250上下移动。

电机组件220包括电机轴221、定子222及转子223，定子222与电机轴221固定连接，转子223相对于电机轴221可转动，电机轴221为两端开口的空心轴，激光器211发出的光束能够射入空心轴内。具体地，定子222可以与电机轴221一体成型，定子222上绕设有线圈224，转子223上设置有磁铁225，线圈224通电后产生旋转磁场，磁铁225切割旋转磁场产生电动势及电流，并形成电磁转矩使转子223相较于定子222转动，电机轴221与定子222一体成型，且电机轴221内部安装光束整形结构，能够确保电机轴221的平稳性，提高电机的抗冲击性能。当然，在其他的实施例中，电子还可以通过其他方式实现与电机轴221固定连接的目的，例如定位与电机轴221通过紧固件固定连接。

准直整形组件230包括凸透镜231及凹透镜232，凸透镜231及凹透镜232位于电机轴221内，凸透镜231与凹透镜232沿远离激光器211的方向间隔设置。请参阅图6，因此，从激光器211发出的激光光束首先通过凹透镜232扩大角度，然后再经过凸透镜231整形后射出平行光。

具体到本实施方式中，电机轴221的内部形成有第一台阶221a，凸透镜231设置在第一台阶221a上。因此只有凸透镜231的边缘部分搭在第一台阶221a上，凸透镜231的中部供光束穿过，不会对光束过多的遮挡。

准直整形组件230还包括隔圈233，隔圈233设置于电机轴221内，隔圈233搭在凸透镜231上，隔圈233的内壁形成有安置槽，凹透镜232位于安置槽内。隔圈233远离激光器211的一端搭在凸透镜231上，隔圈233靠近激光器211的一端的内壁上形成有安置槽，因此隔圈233既能够起到压紧凸透镜231的作用，也能起到承载凹透镜232的作用。

隔圈233的内壁包括直筒壁234及斜壁235，直筒壁234位于凹透镜232与斜壁235之间，斜壁235沿远离凹透镜232的方向逐渐增大。因此，当凹透镜232将激光光束的发射角度扩大时，斜壁235能够尽可能减小对激光光束的遮挡，从而提高激光光束的通过量。

准直整形组件230还包括发射垫圈236及发射压圈237，发射垫圈236与发射压圈237均位于电机轴221内。发射垫圈236设置在凹透镜232及隔圈233上，且发射垫圈236位于发射压圈237与隔圈233之间，因此发射垫圈236起到一定缓冲作用，防止发射压圈237直接压在凹透镜232及隔圈233上。发射压圈237压在发射垫圈236上，发射压圈237与第一台阶221a共同作用，将凹透镜232与凸透镜231牢固地限制在电机轴221内。

反射组件240包括镜片支撑架241及第一反射镜片242，镜片支撑架241与转子223固定连接，第一反射镜片242安装于镜片支撑架241上，透过凸透镜231的激光束由第一反射镜片242反射至目标物上。第一反射镜片242的反射面与透过凸透镜231的激光束所成的角度为45°，因此，当透过凸透镜231的激光束被反射面反射时，水平射出外罩打在目标物上。

上述自动驾驶系统、激光雷达10及其激光发射结构200至少具有以下优点：

激光驱动板212控制激光器211发出激光光束，光束射入电机轴221内，由于电机轴221为空心轴，准直整形组件230设置于电机轴221内，因此激光器211发射出来的光束可以呈小角度，激光光束经过凹透镜232后角度变大，再通过凸透镜231后，使激光光束其变成平行光(如图6中的虚线箭头方向)，平行光经过第一反射镜片242反射至目标物上，可以有效压缩发散角以提高激光光束质量。转子223带动镜片支撑架241转动，以带动第一反射镜片242转动，从而使激光光束随第一反射镜片242的转动而转动，多角度扫描目标物。定子222与电机轴221固定连接，因此电机轴221与光轴同轴，整机更平稳，电机轴221为空心轴，准直整形组件230位于电机轴221内，可以节省空间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达的激光发射结构，其特征在于，包括：

激光光源组件，包括激光器及激光驱动板，所述激光器与所述激光驱动板电连接；

电机组件，包括电机轴、定子及转子，所述定子与所述电机轴固定连接，所述转子相对于所述电机轴可转动，所述电机轴为两端开口的空心轴，所述激光器发出的光束能够射入所述空心轴内；

准直整形组件，包括凸透镜及凹透镜，所述凸透镜及所述凹透镜位于所述电机轴内，所述凸透镜与所述凹透镜沿远离所述激光器的方向间隔设置；及

反射组件，包括镜片支撑架及第一反射镜片，所述镜片支撑架与所述转子固定连接，所述第一反射镜片安装于所述镜片支撑架上，透过所述凸透镜的激光束由所述第一反射镜片反射至目标物上。

2.根据权利要求1所述的激光发射结构，其特征在于，所述电机轴的内部形成有第一台阶，所述凸透镜设置在第一台阶上。

3.根据权利要求2所述的激光发射结构，其特征在于，所述准直整形组件还包括隔圈，所述隔圈设置于所述电机轴内，所述隔圈搭在所述凸透镜上，所述隔圈的内壁形成有安置槽，所述凹透镜位于所述安置槽内。

4.根据权利要求3所述的激光发射结构，其特征在于，所述隔圈的内壁包括直筒壁及斜壁，所述直筒壁位于所述凹透镜与所述斜壁之间，所述斜壁沿远离所述凹透镜的方向逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的激光发射结构，其特征在于，所述准直整形组件还包括发射垫圈及发射压圈，所述发射垫圈与所述发射压圈均位于所述电机轴内，所述发射垫圈设置在所述凹透镜及所述隔圈上，且所述发射垫圈位于所述发射压圈与所述隔圈之间。

6.根据权利要求1所述的激光发射结构，其特征在于，还包括上支架，所述激光光源组件包括调节座，所述上支架上开设有收容槽，所述收容槽的底部开设有通光孔，所述调节座设置于所述收容槽内，所述激光器设置于所述调节座上且伸入所述通光孔内。

7.根据权利要求6所述的激光发射结构，其特征在于，所述激光光源组件还包括导热垫，所述导热垫罩设于所述激光器上，所述调节座上开设有容纳槽，所述导热垫收容于所述容纳槽内。

8.根据权利要求1所述的激光发射结构，其特征在于，所述定子与所述电机轴一体成型。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括：

外罩；

如权利要求1至8任一项所述的激光发射结构，设置于所述外罩内；及

激光接收结构，设置于所述外罩内，用于接收所述激光发射结构发出的光束。

10.一种自动驾驶系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的激光雷达。