CN111366909A - 激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光雷达。本申请中的激光雷达包括主轴和通信组件；通信组件包括至少一个发光元件和至少一个光接收元件；其中，发光元件与光接收元件相对运动，光接收元件位于发光元件所发出的至少一束光束的光路径上；发光元件以主轴为中心且环绕主轴设置，构成环状的发光元件。本申请中的方案可以以较低成本实现对光信号的稳定传输。

Description

激光雷达

本申请是2019年04月12日提交的，申请号为201910295987.7，发明名称为“激光雷达”的专利申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及测距领域，特别涉及一种激光雷达。

背景技术

作为智能车环境感知硬件系统的重要一环，激光雷达(LIDAR)在自动驾驶中承担了路沿检测、障碍物识别以及实时定位与绘图(SLAM)等重要任务。在同轴转动条件下，雷达转子上的器件和其他固定器件之间的通信主要有以下途径：

1.利用滑环来实现同轴数据传输。如，机械旋转激光雷达中，滑环的定子连接着激光雷达的定子，在输入端把信号传到一个转动的电刷-滑环连接器，然后再把信号在连接器输出端输出。滑环的转子连接着激光雷达的转子；在转动时，电信号通过滑环上的信号通道传递。该方式的主要不足在于：利用滑环来实现同轴数据传输时，滑环不可避免存在磨损问题，容易摩擦发热，使用寿命短。

2.利用电磁感应线圈来实现同轴数据传输，该方式的主要不足在于：

利用电磁感应线圈来实现同轴数据传输时，线圈产生电磁辐射，对于电磁敏感的其他器件会有影响；

而且，若要实现多条数据线路传输时，需要考虑各线路间的电磁屏蔽问题，这将会导致信号传输较为复杂；

另外，随着激光雷达探测线束的增加，对于通信带宽的要求随即提高，电磁感应线圈通信带宽无法满足高线束激光雷达的通信需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种激光雷达，可在转子旋转过程中确保对光信号的稳定接收，并提高下行光信号传输的传输量。

为解决上述技术问题，本申请的实施例公开了一种激光雷达，该激光雷达包括主轴和通信组件；

通信组件包括至少一个发光元件和至少一个光接收元件；

其中，发光元件与所述光接收元件相对运动，光接收元件位于发光元件所发出的至少一束光束的光路径上；

发光元件以主轴为中心且环绕主轴设置，构成环状的发光元件。

可选地，所述发光元件包括至少一个光源和环状光波导；

所述光源所发出的光束适于入射至所述环状光波导；

所述环状光波导能够允许轴向通过所述光波导传播的至少一部分光通过所述环状光波导的外壁表面到达所述光接收元件。

可选地，所述发光元件包括两个光源，所述两个光源的连线通过所述主轴的轴心。

可选地，所述发光元件还包括分光部件；

所述分光部件位于所述光源发射的光束入射至所述光波导的光路径上，并适于将接收自所述光源的光束均分为沿两个方向传输的光束。

可选地，所述发光元件还包括准直部件，所述准直部件位于所述光源和所述分光部件之间。

可选地，所述发光元件为环状的光发射元件。

可选地，该激光雷达还包括雷达转子；

所述通信组件包括第一通信模块和第二通信模块；

所述第一通信模块相对于所述雷达转子固定设置，所述第二通信模块相对于所述主轴固定设置；

所述第一通信模块包括至少一个所述环状发光元件；所述第二通信模块包括至少一个所述光接收元件。

可选地，所述第二通信模块还包括至少一个光发射元件，所述第一通信模块还包括至少一个与所述光发射元件对应的光接收元件。

可选地，所述第二通信模块还包括至少一个环状的发光元件；所述第一通信模块还包括至少一个光接收元件。

可选地，该激光雷达还包括测距组件和控制组件；

所述测距组件相对于所述雷达转子固定设置，所述控制组件相对于所述主轴固定设置；

所述第一通信模块与所述测距组件通信连接，所述第二通信模块与所述控制组件通信连接。

本申请实施例包括，但不限于，如下效果：

环形的发光元件能够在转子旋转过程中确保光接收元件对光信号的稳定接收，并提高下行光信号传输的传输量。

进一步地，环形的发光元件只需要一个如激光器的光源，其余的光学部件都是很便宜，成本低。

进一步地，环状光波导和光接收元件可以挨得非常近，从而使得整体结构像一个薄的环状体，占用体积小。

进一步地，利用分光部件对光源的光进行分光，使得光在环形光波导中双向传输，利用光波导的双向对称衰减，能够合成非常均匀的环形发光带。

进一步地，信号光都集中在光波导附近，采用反射板后光信号更加集中，从而降低了对如激光器的光源的发射功率的要求。

附图说明

图1根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的结构示意图；

图2根据本申请的一些实施例，示出了环状的发光元件的结构示意图；

图3根据本申请的一些实施例，示出了环状的发光元件中光强度的示意图；

图4根据本申请的一些实施例，示出了环状的发光元件中光传输的示意图。

具体实施方式

本申请的说明性实施例包括但不限于一种激光雷达。

本申请将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以使用所描述方面的部分来实践一些可替代实施例。出于解释的目的，为提供对说明性实施例的透彻理解，对具体的数字、材料和配置进行阐述。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实现替代的实施例。在其他情况下，为了不对说明性实施例造成混淆，省略或简化了一些公知的特征。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。

可以理解，在本申请实施例中所涉及的环状发光元件可以是环状光波导，也可以是环状的光发射元件。环状光波导可以是环状光纤或者环状光条等类似的发光体，其中光纤可以为塑料光纤，图2示出了根据本申请的一些实施例的环状的发光元件的结构示意图。

如图2所示，环状的发光元件6包括环状光纤6A、光源6B、准直器6C、棱镜6D和反射板6E。将光纤弯曲并对光纤外壁进行粗糙化处理之后得到的环状光纤6A，能够允许环状光纤6A沿光纤的轴向传输的光部分地通过光纤的外壁表面到达第一光接收元件7。另外，也可以不对光纤外壁进行粗糙化处理，而仅通过环状光纤的弯折所产生的漏光来实现光通信的目的。

光源6B可以是激光器或者类似的任何发光部件。激光器可以是任何类型的激光器，优选为激光二极管。光源6B也可是发光二极管。

如图4所示，棱镜6D能够将光源6B发射的光束分为沿两个方向传输的光束。例如，45°的棱镜能够将光等分到两个方向，此外，也可以采用其他棱镜或者分光器将光源发出的光束按其他比例分配，例如顺时针传输的光占比为30％，逆时针传输的光占比为70％。如图3所示，L1为分光部件将光源的光束分光后沿顺时针传输的光在环状光波导中的强度衰减线，L2为分光后沿逆时针传输的光在环状光波导中的强度衰减线，而L3是两者在环形光波导中两个方向传输的光合成的光在环状光波导各处的光强分布，如此利用分光部件对光源的光进行分光，使得光在环形光波导中双向传输，利用光波导的双向对称衰减，能够合成非常均匀的环形发光带。

虽然图2和3示出的发光元件只有一个光源，但是，在本申请的一些实施例中，可以包括两个或者更多光源，在发光元件包括两个光源时，两个光源的连线经过主轴的轴心或者经过环状光波导的圆心。

此外，在本申请的另外一些实施例中，环状的发光元件也可以只包括分光部件、准直部件和反射板中的任意一个或两个，或者都不包括。例如，环状的发光元件只包括光源和环状光波导，或者包括光源、环状光波导、分光部件，或者包括光源、环状光波导、分光部件、反射板。

环状的光发射元件可以是环状的发光二极管、环状有机发光二极管等光发射元件。

如下根据本申请的一些实施例，描述利用本申请的环状的发光元件的一种激光雷达。图1是该激光雷达的结构示意图。具体地，如图1所示，该激光雷达包括主轴1、底座2、第一主板3、第二主板4、雷达转子5、测距组件(未示出)、控制组件(未示出)、第一通信模块、第二通信模块、码盘10、光发射和接收元件11、无线发射线圈14和无线接收线圈15。第一通信模块包括环状的发光元件6、第二光接收元件9，第二通信模块包括第一光发射元件8、第一光接收元件7。其中，雷达转子5在电机(未示出)的驱动下绕主轴1转动，第一主板3、测距组件、第一通信模块(包括环状的发光元件、第二光接收元件9)、码盘10、无线接收线圈15相对于雷达转子5固定设置，并且环状的发光元件、码盘10和无线接收线圈15以主轴为中心且环绕主轴设置。第二主板4、第二通信模块(包括第一光接收元件7、第一光发射元件8)和无线发射线圈14相对于主轴固定设置。

可以理解，在图1所示的激光雷达中，为了减少走线，方便维护，将环状的发光元件、第二光接收元件9、码盘10、无线接收线圈15、第一光接收元件7、第一光发射元件8和无线发射线圈14设置在第一主板3和第二主板4之间，并利用板间接插件等方式将环状的发光元件、第二光接收元件9、码盘10、无线接收线圈15设置在第一主板3上，而将第一光接收元件7、第一光发射元件8和无线发射线圈14设置在第二主板4上。同时，为了减少无线发射线圈14和无线接收线圈15的磁泄露，在两者外部还设置了不完全封闭的磁屏蔽盒，该磁屏蔽盒包括由导磁材料制成的相对于主轴固定设置的L型部件12、相对于雷达定子固定设置的L型部件13以及导磁条16组成，其中，导磁条16可以是相对于雷达转子固定设置，也可以是相对于底座或者主轴固定设置。

图1所示的激光雷达的工作过程如下：

第二通信模块的第一光发射元件8将控制组件发出的测距指令信息发送给第一通信模块的第二光接收元件9，即所谓上行光信号传输，第二光接收元件9将该测距指令信息发送给测距组件，测距组件接收到测距指令信息后开始进行测距任务；

测距组件执行测距任务产生的测距结果信息由第一通信模块的环状发光元件6发送给第二通信模块的第一光接收元件7，即有谓下行光信号传输，控制组件接收到第一光接收元件7发送的测距结果信息后对其进行相关分析和处理。

此外，在上述激光雷达工作的过程中，第二主板4向无线发射线圈14提供电力，无线发射线圈14将电力传送给无线接收线圈15，无线接收线圈15向雷达转子上的测距组件供电，以使得测距组件执行测距任务。同时，对于测量角度的码盘10，在激光雷达的工作过程中，光发射和接收元件11中的光发射器发射光束至码盘10，被码盘反射回来的光束由光发射和接收元件11中的光接收器接收，由于码盘上有刻度及无刻度的地方的反射率不同，接收器从而得到码盘上的刻度值，进一步获得激光雷达旋转的角度或者目前的方向。

此外，可以理解，在本申请的另外一些实施例中，包含有本申请的环状发光元件的激光雷达也可以采用其他结构，例如，无需将环状的发光元件、第二光接收元件9、码盘10、无线接收线圈15、第一光接收元件7、第一光发射元件8和无线发射线圈14都设置在第一主板3和第二主板4之间，或者将环状的发光元件、第二光接收元件9、码盘10、无线接收线圈15、第一光接收元件7、第一光发射元件8和无线发射线圈14设置在第一主板3和第二主板4之间，但是三者的排列位置做出相应的调整。例如，在激光雷达中将第一光发射元件8替换为环状的发光元件，如此，上下行的光信号传输都是采用环状的发光元件发出光信号。或者激光雷达中下行或者上行的光信号传输采用多个环状的发光元件。或者激光雷达中，供电组件中的无线发射线圈和无线接收线圈环绕主轴并位于第一主板3上方的位置处。

可以理解，在本申请中，光发射元件可以是能够发光的任何器件，包括但不限于激光二极管、发光二极管、有机发光二极管、激光发射器等。光接收元件是指能够探测接收光信号的任何器件，例如，包括但不限于有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、雪崩二极管等。

在以下实施例中总结了进一步的本申请的技术方案：

实施例1：一种激光雷达，其中，包括主轴和通信组件；

所述通信组件包括至少一个发光元件和至少一个光接收元件；

其中，所述发光元件与所述光接收元件相对运动，所述光接收元件位于所述发光元件所发出的至少一束光束的光路径上；

所述发光元件以所述主轴为中心且环绕所述主轴设置，构成环状的发光元件。

实施例2：根据实施例1所述的激光雷达，其中，所述发光元件包括至少一个光源和环状光波导；

所述光源所发出的光束适于入射至所述环状光波导；

所述环状光波导能够允许轴向通过所述光波导传播的至少一部分光通过所述环状光波导的外壁表面到达所述光接收元件。

实施例3：根据实施例2所述的激光雷达，其中，所述发光元件包括两个光源，所述两个光源的连线通过所述主轴的轴心。

实施例4.根据实施例2或3所述的激光雷达，其中，所述发光元件还包括分光部件；

所述分光部件位于所述光源发射的光束入射至所述光波导的光路径上，并适于将接收自所述光源的光束均分为沿两个方向传输的光束。

实施例5.根据实施例2至4中任一项所述的激光雷达，其中，所述发光元件还包括准直部件，所述准直部件位于所述光源和所述分光部件之间。

实施例6.根据实施例1所述的激光雷达，其中，所述发光元件为环状的光发射元件。

实施例7.根据实施例1至6中任一项所述的激光雷达，其中，还包括雷达转子；

所述通信组件包括第一通信模块和第二通信模块；

所述第一通信模块相对于所述雷达转子固定设置，所述第二通信模块相对于所述主轴固定设置；

所述第一通信模块包括至少一个所述环状发光元件；所述第二通信模块包括至少一个所述光接收元件。

实施例8.根据实施例1至7中任一项所述的激光雷达，其中，所述第二通信模块还包括至少一个光发射元件，所述第一通信模块还包括至少一个与所述光发射元件对应的光接收元件。

实施例9.根据实施例1至8中任一项所述的激光雷达，其中，所述第二通信模块还包括至少一个环状的发光元件；所述第一通信模块还包括至少一个光接收元件。

实施例10.根据实施例1至9中任一项所述的激光雷达，其中，还包括测距组件和控制组件；

所述测距组件相对于所述雷达转子固定设置，所述控制组件相对于所述主轴固定设置；

所述第一通信模块与所述测距组件通信连接，所述第二通信模块与所述控制组件通信连接。

在附图中，可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。

需要说明的是，在本专利的示例和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (5)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括主轴和通信组件；

所述通信组件包括至少一个发光元件和至少一个光接收元件；

其中，所述发光元件与所述光接收元件相对运动，所述光接收元件位于所述发光元件所发出的至少一束光束的光路径上；

所述发光元件以所述主轴为中心且环绕所述主轴设置，构成环状的发光元件；

所述发光元件为环状的光发射元件。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，还包括雷达转子；

所述通信组件包括第一通信模块和第二通信模块；

所述第一通信模块相对于所述雷达转子固定设置，所述第二通信模块相对于所述主轴固定设置；

所述第一通信模块包括至少一个所述环状发光元件；所述第二通信模块包括至少一个所述光接收元件。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第二通信模块还包括至少一个光发射元件，所述第一通信模块还包括至少一个与所述光发射元件对应的光接收元件。

4.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第二通信模块还包括至少一个环状的发光元件；所述第一通信模块还包括至少一个光接收元件。

5.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，还包括测距组件和控制组件；

所述测距组件相对于所述雷达转子固定设置，所述控制组件相对于所述主轴固定设置；

所述第一通信模块与所述测距组件通信连接，所述第二通信模块与所述控制组件通信连接。

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