CN113075680A - 激光雷达和激光雷达的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达(1)，包括激光发射端(3)，其具有激光器，设置用于发射对目标物进行探测的激光光束；扫描模块(4)，其设置用于引导由激光器发射的激光光束对目标物进行扫描，并接收和引导由目标物反射回来的激光光束；激光接收端(5)，其具有探测器，设置用于接收通过扫描模块引导的从目标物反射回来的激光光束；其中扫描模块的扫描部件构造成可旋转的板状的双面反射镜。还提出一种激光雷达的制造方法。根据本发明的技术方案，不但实现激光雷达的高分辨率，而且具有紧凑的结构形式，同时制造成本更低，易于组装和维护。

Description

激光雷达和激光雷达的制造方法

技术领域

本发明涉及一种激光雷达和激光雷达的制造方法。

背景技术

这里的描述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

激光雷达以激光作光源，发射到目标物上。目标物产生漫反射，反射回来的激光(包含幅值、相位等物理信息)被探测器所接受，从而获取目标物的距离、方位等信息，实现对周围环境的三维探测。

传统的机械式激光雷达，通过马达带动机械轴，实现整个收发系统的转动。利用这种传统的机械式激光雷达对周围环境进行扫描，存在着收发系统转速慢、雷达体积大、工作不稳定、性能可靠性差等缺点。光机电系统包括发射系统和接收系统，但发射系统发射的光束是离散的，会造成探测的垂直角分辨率受到离散光束的限制。也有Lidar方案通过增加激光光束数来提高垂直角分辨率，但这会直接导致激光雷达的体积和成本增加，同时还需要增加探测器个数，进一步推高成本和系统复杂度。

MEMS激光雷达通常采用单点扫描的形式，以MEMS器件的高速转动来实现对目标范围的扫描。MEMS激光雷达虽然可部分解决体积大的问题，但由于发射系统发射的是单个光点，例如李萨茹等扫描形式，对MEMS的扫描频率要求极高。扫描频率越高，意味着MEMS成本越高。反之，如果MEMS的扫描频率不够，会限制激光雷达的垂直分辨率和水平分辨率。此外，在MEMS激光雷达中，通常需要两个单轴MEMS配合或双轴MEMS来实现整个范围的扫描，这会显著增加激光雷达的成本和系统控制复杂度。

因此，如何实现高分辨率、小体积的激光雷达，同时降低激光雷达的制造费用，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提出一种激光雷达和激光雷达的制造方法，其不但实现激光雷达的高分辨率，而且具有紧凑的结构形式，同时制造成本更低，易于组装和维护。

因此，根据本发明的第一方面，提出一种激光雷达，其特征在于，包括：

激光发射端，所述激光发射端具有激光器，所述激光器设置用于发射对目标物进行探测的激光光束；

扫描模块，所述扫描模块设置用于引导由所述激光器发射的激光光束对目标物进行扫描，并接收和引导由目标物反射回来的激光光束；

激光接收端，所述激光接收端具有探测器，所述探测器设置用于接收通过扫描模块引导的从目标物反射回来的激光光束；

其中所述扫描模块的扫描部件构造成可旋转的板状的双面反射镜。

根据本发明的技术方案，使用可旋转的板状的双面反射镜作为扫描模块的扫描部件，使得扫描部件质量更轻，而且出光口径和接收光束口径更大，因此可实现例如水平方向大范围的高速扫描。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，至少一个激光发射端和至少一个激光接收端集成为一个构造成单独的结构单元的激光收发模块组。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述激光雷达还包括隔离机构，所述隔离机构将所述板状的双面反射镜的反射面分隔为发射扫描区域和接收扫描区域。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述隔离机构将所述构造成单独的结构单元的激光收发模块组的激光发射端和激光接收端隔离。

根据本发明，通过设置隔离机构使发射光路和接收光路最佳分区处理。与非共光路的激光雷达相比，例如可实现简单地共用一个扫描部件；与共光路的扫描系统相比，激光接收端不受激光发射激光光束以及扫描部件产生的杂散光的影响，可有效提高激光雷达的工作性能。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述隔离机构由能够阻隔杂散光的材料制成。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述隔离机构由圆形的旋转隔板和具有圆孔的固定隔板构成，其中所述固定隔板固定于激光雷达的壳体上，所述旋转隔板能够嵌入到所述固定隔板的圆孔中并在其中旋转。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述旋转隔板具有开口，所述板状的双面反射镜延伸穿过所述旋转隔板的开口与所述旋转隔板固定。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述旋转隔板由两个半圆形板组成，所述两个半圆形板连接在所述板状的双面反射镜两侧并一起拼接成整圆。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述固定于激光雷达的壳体上的固定隔板延伸横穿布置在激光雷达的壳体内部空间中的激光收发模块组，并将所述构造成单独的结构单元的激光收发模块组的激光发射端和激光接收端隔离。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述板状的双面反射镜能够带动所述旋转隔板一起旋转，其中在所述旋转隔板的两侧分别形成所述板状的双面反射镜的发射扫描区域和接收扫描区域。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述固定隔板和嵌入到所述固定隔板的圆孔中的旋转隔板形成一个隔板平面，该隔板平面将激光雷达的壳体的内部空间划分为两个腔室，其中所述板状的双面反射镜的发射扫描区域和所述激光收发模块组的激光发射端设置在其中一个腔室中，而所述板状的双面反射镜的接收扫描区域和所述激光收发模块组的激光接收端设置在另一个腔室中。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述隔板平面与所述板状的双面反射镜的反射面垂直。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述板状的双面反射镜固定在底座上，所述底座能够通过电动机驱动旋转。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述隔离机构还包括底板，所述底板将激光雷达的壳体的内部空间划分出单独的设备腔室，其中，用于驱动所述底座旋转的电动机设在所述单独的设备腔室中。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述激光发射端还具有激光整形模块，所述激光整形模块将由激光器发射的激光光束整形成线形扫描激光，所述板状的双面反射镜将所述线形扫描激光反射并扫描目标物。

根据本发明，将激光器发射的激光光束整形成线形扫描激光，并使用线形扫描激光扫描目标物，结合相应提出的光学、机械和电气改进措施，实现了在不增加激光雷达的激光器数量的前提下，以简单且低廉的成本显著提升激光雷达的垂直角分辨率。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，激光雷达配有控制模块，所述控制模块设置用于对激光发射和接收进行控制，并通过后期信号数据处理获取目标物的特征信息。

根据本发明的第一方面的一些实施方式，所述控制模块包括：

激光器驱动模块，用于控制激光发射端的激光器发射激光；

信号处理模块：用于处理由激光接收端的探测器接收的探测信号；

主控模块，用于控制所述激光器驱动模块和信号处理模块，并利用所述信号处理模块计算出目标物的特征信息。

根据本发明的第二方面，提出一种激光雷达的制造方法，其特征在于，所述激光雷达包括激光发射端、扫描模块和激光接收端，其中

设置激光发射端的激光器用于发射对目标物进行探测的激光光束；

设置扫描模块用于引导由所述激光器发射的激光光束对目标物进行扫描，并接收和引导由目标物反射回来的激光光束；

设置激光接收端的探测器用于接收通过扫描模块引导的从目标物反射回来的激光光束；

其中，将所述扫描模块的扫描部件构造成可旋转的板状的双面反射镜。

上述针对激光雷达及其相应改进技术措施所陈述的有益技术效果，同样适用于用于激光雷达的制造方法，具体请参见相应的描述部分。

根据本发明的第二方面的一些实施方式，设置隔离机构，将所述板状的双面反射镜的反射面分隔为发射扫描区域和接收扫描区域，并同时将构造成单独的结构单元的激光收发模块组的激光发射端和激光接收端隔离。

根据本发明的第二方面的一些实施方式，所述隔离机构由圆形的旋转隔板和具有圆孔的固定隔板构成，其中将固定隔板固定于激光雷达的壳体上，并在组装时使所述旋转隔板嵌入到所述固定隔板的圆孔中，并使旋转隔板能够在固定隔板的圆孔中旋转，其中使所述板状的双面反射镜能够带动所述旋转隔板一起旋转。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述。在附图中，除非另有说明，相同的附图标记用于表示相同的部件。其中：

图1是根据本发明的一些实施例的激光雷达的扫描示意图；

图2是根据本发明的一些实施例的激光雷达的原理框图；

图3是根据本发明的一些实施例的激光雷达的示意性的结构立体图；

图4是根据本发明的一些实施例的激光雷达的扫描模块的示意性的结构立体图。

具体实施方式

需要指出，附图示出的实施例仅作为示例用于具体和形象地解释和说明本发明的构思，其在尺寸结构方面既不必然按照比例绘制，也不构成对本发明构思的限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各个附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

在根据本发明的一些实施例中，激光雷达1主要包括激光发射端3、激光接收端5和扫描模块4。其中，激光发射端3具有激光器，该激光器设置用于发射对目标物进行探测的激光光束。激光接收端5具有探测器，该探测器设置用于接收通过扫描模块4引导的从目标物反射回来的激光光束。扫描模块4设置用于引导由所述激光器发射的激光光束对目标物进行扫描，和/或接收并引导由目标物反射回来的激光光束。

在根据本发明的一些实施例中，激光雷达还配有控制模块6，其设置用于对激光发射和接收进行控制，并通过后期信号数据处理获取目标物的特征信息。其中扫描模块4的扫描部件构造成可旋转的板状的双面反射镜41。

在一些实施例中，根据实际应用需求，控制模块6可以构造成相对激光雷达1独立的电子装置，在组成结构和布置位置上与激光雷达本体分离，由此例如实现单独设计、制造和安装控制模块6，或者实现对激光雷达1进行远程控制和数据分析。在另一些实施例中，也可以选择将控制模块6构造成激光雷达1的一个组成部分，例如布置在激光雷达壳体中或者与激光雷达1的光电装置相集成，由此例如在制造和安装激光雷达时，能够获得完整的激光雷达系统。

通过使用可旋转的板状的双面反射镜41作为扫描部件，不但有利于保持扫描部件的质量轻，而且能够显著增大出光口径和接收光束口径，简单地实现尤其水平方向大范围的高速扫描。此外，根据本发明的技术方案能够简便高效地利用线形扫描激光，这有助于在不增加激光器数量的前提下显著提升激光雷达1的垂直角分辨率。

图1是根据本发明的一些实施例的激光雷达1的扫描示意图。激光雷达1的激光整形模块将由激光发射端3的激光器发射的激光光束整形成线形扫描激光，因此激光光束以线形扫描激光的形式射到作为扫描模块4的扫描部件的板状的双面反射镜41的反射面上。在图1中，线形扫描激光经过反射面反射后，仍然以线形扫描激光的形式扫描代表目标物的人体。

如图1所示，通过激光雷达1的激光发射端3的整形模块将激光光束整形成线形扫描激光，即线状光斑，接着利用可旋转的板状的双面反射镜41作为扫描部件，使用一维扫描模块4即可实现三维扫描，因此显著减少对扫描部件的要求，降低整机成本，并可以实现高效地反射线形扫描激光并以线形扫描激光扫描目标物。

图2是根据本发明的一些实施例的激光雷达1的原理框图。

根据本发明的一些实施例，激光雷达1的激光发射端3包括激光器与激光整形模块，其中激光器设置用于发射对目标物进行探测的激光光束。激光器可以选自固体激光器或半导体激光器等类型，例如光纤激光器。但是，本发明提出的技术方案包括但不限于前述的激光器类型，而是可以使用任何能产生并发射激光的装置，本发明对此没有限制。

此外，激光发射端3还具有发射镜组，其构造成激光整形模块。激光整形模块透射由激光器发射的激光光束，并实现对激光光束的准直、匀化、整形等功能。根据不同设计功能和目的，可以使用准直、匀化、整形这三种功能的一种或多种，最终形成例如点状或线状光斑。

激光接收端5具有探测器，该探测器设置用于接收通过扫描模块4引导的从目标物反射回来的激光光束。例如图2所示，激光光束由激光雷达1的激光发射端3发射出来，经板状的双面反射镜41的反射面反射后，投向目标物并对其进行扫描。之后，由目标物反射回来的激光光束，首先射到板状的双面反射镜41的反射面上，经此反射后被激光雷达1的激光接收端5接收并检测。

在此，可以使用光电型探测器或光热型探测器探测激光信号，例如包括雪崩光电二极管、单光子探测器或者光电倍增管。但是，在根据本发明的技术方案中，探测器包括但不限于前述类型。任何能够将激光信号转换成电信号的探测器，均可以用在本发明提出的技术方案中，本发明对此没有限制。

根据本发明的一些实施例，激光接收端5还具有接收镜组。例如接收镜组沿着激光光束的传播方向设置在探测器之前，从而接收镜组能够接收并透射被目标物反射回来的激光光束和/或由扫描模块4反射回来的激光光束，并将反射回来的激光光束汇聚到所述激光接收端5的探测器上。当线形扫描光束照射到探测目标物上时，目标物产生漫反射光束，漫反射光束经旋转的双面反射镜41后被激光接收端5接收。漫反射的光束在通过激光接收端5的接收镜组收集后汇聚到探测器上，形成探测信号。

在此，板状的双面反射镜41一方面设置用于导向激光发射端3发射的激光光束，改变激光光束的传播方向和方式，以对目标物进行扫描；另一方面，板状的双面反射镜41设置用于改变由目标物反射回来的激光光束的传播方向和方式，将其引导到激光雷达1的激光接收端5的接收镜组。

根据本发明的一些实施例，设置控制模块6用于对激光发射和接收进行控制，并通过后期信号数据处理获取目标物的特征信息。控制模块6可以构造成相对激光雷达1独立的电子装置，在组成结构和布置位置上与激光雷达本体分离；或者，也可以选择将控制模块6构造成激光雷达1的一个组成部分。在此，所述控制模块6例如包括激光器驱动模块62、信号处理模块63和主控模块61。其中，激光器驱动模块62用于控制激光发射端3的激光器发射激光，信号处理模块63用于处理由激光接收端5的探测器接收的探测信号，而主控模块61用于控制所述激光器驱动模块62和信号处理模块63，并利用所述信号处理模块63计算出目标物的特征信息，例如目标物的距离和位置等特征信息。可选地，主控模块61还可以根据信号处理模块63反馈的特征信息控制调整激光器驱动模块62和/或扫描模块4，从而能够以闭环控制的方式自动调节激光器驱动模块62和/或扫描模块4的工作状态或者工作模式，实现例如动态地自动调节激光雷达的性能，例如视场角、扫描分辨率等。

具体地，控制模块6可以对激光器进行控制，从而控制激光器发射激光光束的时机和方式等。例如，激光光束可以以连续方式或者以脉冲方式从激光器发出。需要指出，所述目标物的特征信息包括但不限于速度、位置和形状等特性参数，还包括可以由此推导或者计算出的其他参量。控制模块6还可以对扫描模块4的扫描部件进行控制，从而例如控制旋转扫描部件的旋转速度等参量。当然，控制模块6还可以对激光接收端5的探测器进行控制。

图3是根据本发明的一些实施例的激光雷达1的示意性的结构立体图。在此，使用附图标记7表示激光雷达1的壳体7，其限定激光雷达1的内部空间。激光雷达1的组成部件，包括但不限于激光发射端3、激光接收端5、扫描模块4和可选的控制模块6等光学元器件和电子元器件，都布置在激光雷达1的壳体7所限定的内部空间中。可以根据激光雷达1的安装和使用环境设计和改变壳体7的具体结构，本发明对此不做限制。

根据本发明的一些实施例，至少一个激光发射端3和至少一个激光接收端5集成为一个激光收发模块组2。每个激光收发模块组2构造成一个单独的结构单元。例如，在每个激光收发模块组2中，集成在激光收发模块组2中的激光发射端3和激光接收端5紧邻地并排设置在一个共同的结构单元壳体中。也就是说，可以通过将至少一个激光发射端3和至少一个激光接收端5集成到一个共同的激光收发模块组壳体中形成一个单独的结构单元。在图3中，一个激光发射端3和一个激光接收端5集成为一个构造成单独的结构单元的激光收发模块组2。在激光雷达1的壳体7中共设有两个激光收发模块组2。

此外，激光发射端3不限定激光器和整形模块的数量，可以是一个或者多个。同样，激光接收端5也不限定探测器和接收镜组的数量，可以是一个或者多个。可以按照需求和合理的排布方式对相应组成部件的数量进行增减，本发明的构思不限于作为示例描述的组成部件的数量和方式。

在本发明的一些实施例中，每个激光收发模块组2可以集成有不同数量的激光发射端3和激光接收端5，例如在一个激光收发模块组2中，多个激光发射端3对应一个激光接收端5，或者一个激光发射端3对应多个激光接收端5，或者一个激光发射端3对应一个激光接收端5，或者多个激光发射端3对应多个激光接收端5。通过合适地设置和匹配激光发射端3和激光接收端5的数量关系，以及合理地设置激光收发模块组2的数量，有利于灵活调整、尤其是增大激光雷达1的视场和扫描分辨率。

也可以考虑，通过机械连接方式，将单独的激光发射端3和激光接收端5彼此并排连接到一起形成一个单独的结构单元。还可以考虑，将激光发射端3和激光接收端5直接构造在一个公用的结构模块中，由此形成一个单独的结构单元。

在此需要指出，激光发射端3和激光接收端5可以彼此处于上下位置关系，或者左右位置关系，或者其他位置关系，都在本发明的构思范围内。在此重要的是，集成为结构单元或者说激光收发模块组2的激光发射端3和激光接收端5能够分别正常地发射和接收激光光束，而不会在一个激光收发模块组2的激光发射端3和激光接收端5之间或者在不同激光收发模块组2的激光发射端3和激光接收端5之间造成光路干扰。

在本发明的一些实施例中，激光雷达1包括多个激光收发模块组2，所述多个激光收发模块组2相对于板状的双面反射镜41分布布置。根据激光雷达1的具体结构和功能需求，可以选择特定数量的激光收发模块组2。例如，激光雷达1包括偶数个激光收发模块组2，例如2、4、6、8、10、12甚至更多个激光收发模块组2，这些激光收发模块组2可以分别作为单独的结构单元相对于扫描模块4在两侧大体对称或者不对称地分布。

也可以考虑的是，激光雷达1包括多于一个的奇数个激光收发模块组2，例如3、5、7、9、11甚至更多个激光收发模块组2。这些激光收发模块组2可以分别作为单独的结构单元相对于扫描模块4在两侧对称或者不对称地分布。决定激光收发模块组2的布置方式的因素包括但不限于：加强扫描重点区域或者关键区域、应对特殊的扫描角度范围以及有针对性地改变特定区域的扫描频率/扫描角分辨率。

如图3所示，在此以可旋转的板状的双面反射镜41作为扫描模块4的扫描部件。所述板状的双面反射镜41固定在底座42上。在此，板状的双面反射镜41利用其矩形短边竖立地固定在底座42中，由此能够利用底座42将旋转运动传递给板状的双面反射镜41。所述底座42能够通过电动机43驱动绕旋转轴线旋转。从而，线形扫描激光由旋转的双面反射镜41的反射面反射，形成二维扫描，尤其是如图1在水平的扫描方向上。对此，控制模块6也可以设置用于控制电动机43的启动、停止和工作模式等，尤其是调控电动机43的旋转速度，进而调节板状的双面反射镜41的旋转运动。

所述激光雷达1还包括隔离机构，所述隔离机构将所述板状的双面反射镜41的反射面分隔为发射扫描区域和接收扫描区域。同时，所述隔离机构还将所述构造成单独的结构单元的激光收发模块组2的激光发射端3和激光接收端5相互隔离。所述隔离机构由能够消除、过滤或者阻隔杂散光的材料制成。所述杂散光例如由激光雷达的内外部环境、激光雷达本身结构、布置在激光雷达中的光学元器件或者与激光雷达有关的光学元器件等产生。例如，杂散光可能由激光雷达自身的扫描模块的扫描部件产生和/或由激光发射端的整形模块产生和/或由激光发射端的激光器等产生。由此，例如所述板状的双面反射镜41在反射激光光束时可能产生的杂散光对激光雷达1运行产生的不利影响能够通过所述隔离机构至少部分、甚至完全消除。

在图3中，所述隔离机构由圆形的旋转隔板81和具有圆孔的固定隔板82构成。固定隔板82例如固定于激光雷达1的壳体7上，由此除了起到隔离作用以外，也可以对整个激光雷达1的内部结构起到支撑作用，或者用于承载光电元器件或者其他电子装置。此外，固定于激光雷达1的壳体7上的固定隔板82还延伸横穿布置在激光雷达1的壳体7的内部空间中的构造成单独的结构单元的激光收发模块组2，并将所述激光收发模块组2的激光发射端3和激光接收端5相互隔离。

在固定隔板82中开设圆孔，所述旋转隔板81为圆形形状，并且其圆形直径与固定隔板82中开设的圆孔直径相互匹配，因此能够在组装激光雷达时嵌入到所述固定隔板82的圆孔中，并在激光雷达运行时能够在固定隔板82的圆孔中旋转。

为了使圆形形状的旋转隔板81能够在固定隔板82的圆孔中顺畅旋转，同时阻隔会对激光雷达1运行产生不利影响的例如由激光雷达的内外部环境、激光雷达本身结构、布置在激光雷达中的光学元器件或者与激光雷达有关的光学元器件等产生的杂散光，可以在旋转隔板81的外圆周与固定隔板82的圆孔之间设有滑动和密封涂层，其一方面可以改善旋转隔板81与固定隔板82之间的滑动性能，另一方面保持旋转隔板81与固定隔板82之间的无缝配合，以彻底阻隔会对激光雷达1运行产生不利的影响的杂散光。这里的涂层可以是材料表面的结构改性层，也可以是附着的润滑/密封材料层。

所述固定隔板82和嵌入到所述固定隔板82的圆孔中的旋转隔板81形成一个隔板平面，该隔板平面将激光雷达1的壳体7的内部空间划分为两个腔室，其中所述板状的双面反射镜41的发射扫描区域和各个激光收发模块组2的激光发射端3设置在其中一个腔室中，而所述板状的双面反射镜41的接收扫描区域和各个激光收发模块组2的激光接收端5设置在另一个腔室中。

在图3示出的实施例中，所述旋转隔板81具有开口811，所述板状的双面反射镜41延伸穿过所述旋转隔板81的开口811并与所述旋转隔板81固定。这里，旋转隔板81的所述开口811是狭长的矩形形状，从而与所述板状的双面反射镜41的矩形横截面形状相匹配。在一些实施例中，旋转隔板81的所述开口811的尺寸与所述板状的双面反射镜41的矩形横截面尺寸一方面能够形成紧密配合，避免杂散光通过旋转隔板81的所述开口811传播，另一方面能够形成力传递配合，由此在激光雷达运行时所述板状的双面反射镜41能够带动所述旋转隔板81一起旋转。在此，在所述旋转隔板81的两侧分别形成所述板状的双面反射镜41的发射扫描区域和接收扫描区域。

替代在旋转隔板81中开设开口811，也可以采用其他的结构形式将板状的双面反射镜41与旋转隔板81固定。例如，使旋转隔板81由两个半圆形板组成，所述两个半圆形板，例如通过粘接、焊接或者整体成形，连接在所述板状的双面反射镜41两侧并一起拼接成整圆。

在图3中，所述固定隔板82和旋转隔板81形成的隔板平面将激光雷达1的壳体7的内部空间划分为上腔室和下腔室，其中上腔室布置与激光发射相关的组件，包括但不限于各个激光收发模块组2的激光发射端3和板状的双面反射镜41的发射扫描区域，而下腔室布置与激光接收相关的组件，包括但不限于各个激光收发模块组2的激光接收端5和板状的双面反射镜41的接收扫描区域。

根据本发明，通过由圆形的旋转隔板81和具有圆孔的固定隔板82构成的隔离机构，使发射的线形扫描光束和目标物的反射光束在可旋转的板状的双面反射镜41的不同区域反射，从而有效隔离收发光路，规避杂光风险。

需要指出，每个激光收发模块组2的激光发射端3和激光接收端5在单独的结构单元中的位置关系可以根据需要设定，例如可以是上下摆放，也可以是左右摆放。同时，激光发射端3和激光接收端5又可以位于激光雷达1的壳体7的内部空间的不同腔室中，而不受激光发射端3与激光接收端5之间的相互位置关系的影响。也就是说，所述固定隔板82和旋转隔板81形成的隔板平面也可以将激光雷达1的壳体7的内部空间划分为左右两个腔室，或者任何可能的处于其他位置关系的两个腔室。

同样，可以利用隔离机构将激光雷达1的壳体7的内部空间分隔成更多功能腔室。例如可以将激光收发模块组2的结构单元壳体与激光雷达1的壳体7一体成形，从而形成单独的激光收发模块组腔室。在这种情况下，可以预先精确确定激光收发模块组2与扫描模块4的扫描部件之间的相对位置关系，简化在组装激光雷达1过程中必须进行的光学校准步骤，并使得激光雷达1本身易于实现模块化结构。

需要指出，无论旋转隔板81本身采用何种结构形式，或者以何种方式划分激光雷达1的壳体7的内部空间，所述固定隔板82和旋转隔板81形成的隔板平面与所述板状的双面反射镜41的反射面都形成角度，尤其是相互垂直。在垂直的情况下，激光雷达1在结构上容易实现板状的双面反射镜41的旋转轴线与驱动电动机43的输出轴的旋转轴线重合，这不但利于激光雷达1的简化结构设计，而且有利于实现使用线形扫描激光在水平方向上进行高效扫描。

当然，也可以考虑的是，所述固定隔板82和旋转隔板81形成的隔板平面与所述板状的双面反射镜41的反射面形成其他角度，例如30°或60°。这意味着由各个激光收发模块组2的激光发射端3发出的激光光束与板状的双面反射镜41的反射面可以形成不同的夹角，因此可根据需求实现激光雷达1的特殊视场角、扫描范围或者其他扫描特性。

所述隔离机构还可以包括底板83，所述底板83将激光雷达1的壳体7的内部空间附加地划分出单独的设备腔室。在图3中，底板83在激光雷达1的壳体7中在固定隔板82和旋转隔板81形成的隔板平面下方分隔出单独的设备腔室，用于驱动所述底座42旋转的电动机43可以设在这个单独的设备腔室中。当然，也可以在这个设备腔室安置其他机电组件，例如控制模块6本身或者与其相关联的电子装置等。

在本发明的一些实施例中，激光雷达1的壳体7的内部空间在整体上通过隔离机构，包括固定隔板82、旋转隔板81和底板83，形成了三个腔室的结构。由此通过简单有效的措施，实现在光学、电气和机械三个层面的功能优化和结构分区，既在光学上避免了不利的杂散光，又屏蔽了有害的电磁干扰，并在机械结构上可以实现模块化制造和组装。

激光整形模块可以将由激光发射端3的激光器发射的激光光束整形成线形扫描激光，所述板状的双面反射镜41将所述线形扫描激光反射并扫描目标物。具体地，激光发射端3发射的是一条线光，其可以看成在垂直方向为很多个连续的点，通过旋转板状的双面反射镜41来实现对目标区域/目标物的扫描。同时，通过将激光光束整形成线形扫描激光，结合本发明提出的关于激光雷达1的其他改进措施，能够获得激光雷达1的改进的视场，显著提高激光雷达1的工作灵活性、可靠性以及工作性能。

图4是根据本发明的一些实施例的激光雷达1的扫描模块4的示意性的结构立体图。如图所示，板状的双面反射镜41以竖立的方式安装在例如圆形的底座42上。底座42能够通过下方的电动机43驱动绕着竖直的旋转轴线旋转，并因此带动板状的双面反射镜41一起旋转。在此，一方面板状的双面反射镜41的反射面与底座42的旋转平面垂直，另一方面两者的旋转轴线彼此重合。

可以利用轴承等结构，将底座42直接布置在激光雷达1的壳体7上，或者也可以如图3所示，将底座42布置在底板83上，该底板83从激光雷达1的壳体7的内部空间划分出单独的设备腔室。在存在单独的设备腔室的情况下，用于驱动底座42旋转的电动机43，或者其他驱动/传动机构，可以方便地布置在设备腔室中。电动机43的输出轴可以穿过所述底板83连接到承载着板状的双面反射镜41的底座42上。通过这种设计方案，不但实现光学和机械功能的分区，同时有利于屏蔽电动机43在运行时产生的电磁辐射，进一步提高激光雷达1的工作稳定性和可靠性。

在图4示出的实施例中，板状的双面反射镜41穿过圆形的旋转隔板81的狭长的矩形开口811，并与所述旋转隔板81无缝隙地固定。在此，可以使旋转隔板81的开口811与板状的双面反射镜41形成压配合，避免杂散光通过旋转隔板81与板状的双面反射镜41之间的缝隙传播。或者也可以考虑其他密封和固定措施，例如在旋转隔板81的开口811与板状的双面反射镜41之间填充其他填缝材料和/或粘接剂。由此，一方面避免在旋转隔板81的开口811与板状的双面反射镜41之间留有可能传播杂散光的缝隙，另一方面确保旋转隔板81与板状的双面反射镜41之间形成牢固的传力连接，使板状的双面反射镜41也能够带动旋转隔板81一起旋转。

如图4所示，旋转隔板81与底板83彼此平行，并且都垂直于板状的双面反射镜41的反射面。在此，用于驱动底座42旋转的电动机43的输出轴的旋转轴线穿过圆形的底座42和旋转隔板81的圆心，并与板状的双面反射镜41的旋转轴线重合。

根据本发明的扫描模块4，包括但不限于板状的双面反射镜41、旋转隔板81、底座42以及电动机43，可以构造成单独的预装配模块，从而大大简化激光雷达1的制造和组装工序，并能够在需要时容易地更换和维修。

在根据本发明的激光雷达1的制造方法的一些实施例中，将所述扫描模块4的扫描部件构造成可旋转的板状的双面反射镜41。此外，设置隔离机构，将所述板状的双面反射镜41的反射面分隔为发射扫描区域和接收扫描区域，并同时将构造成单独的结构单元的激光收发模块组2的激光发射端3和激光接收端5隔离。隔离机构由圆形的旋转隔板81和具有圆孔的固定隔板82构成，其中将固定隔板82固定于激光雷达1的壳体7上，并在组装时使旋转隔板81嵌入到所述固定隔板82的圆孔中，并使旋转隔板81能在固定隔板82的圆孔中旋转。其中使所述板状的双面反射镜41能够带动所述旋转隔板81一起旋转。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种激光雷达(1)，其特征在于，包括：

激光发射端(3)，所述激光发射端(3)具有激光器，所述激光器设置用于发射对目标物进行探测的激光光束；

扫描模块(4)，所述扫描模块(4)设置用于引导由所述激光器发射的激光光束对目标物进行扫描，并接收和引导由目标物反射回来的激光光束；

激光接收端(5)，所述激光接收端(5)具有探测器，所述探测器设置用于接收通过扫描模块(4)引导的从目标物反射回来的激光光束；

其中所述扫描模块(4)的扫描部件构造成可旋转的板状的双面反射镜(41)。

2.根据权利要求1所述的激光雷达(1)，其中，至少一个激光发射端(3)和至少一个激光接收端(5)集成为一个构造成单独的结构单元的激光收发模块组(2)。

3.根据权利要求2所述的激光雷达(1)，其中，所述激光雷达(1)还包括隔离机构，所述隔离机构将所述板状的双面反射镜(41)的反射面分隔为发射扫描区域和接收扫描区域。

4.根据权利要求3所述的激光雷达(1)，其中，所述隔离机构将所述构造成单独的结构单元的激光收发模块组(2)的激光发射端(3)和激光接收端(5)隔离。

5.根据权利要求4所述的激光雷达(1)，其中，所述隔离机构由能够阻隔杂散光的材料制成。

6.根据权利要求3到5中任一项所述的激光雷达(1)，其中，所述隔离机构由圆形的旋转隔板(81)和具有圆孔的固定隔板(82)构成，其中所述固定隔板(82)固定于激光雷达(1)的壳体(7)上，所述旋转隔板(81)能够嵌入到所述固定隔板(82)的圆孔中并在其中旋转。

7.根据权利要求6所述的激光雷达(1)，其中，所述旋转隔板(81)具有开口(811)，所述板状的双面反射镜(41)延伸穿过所述旋转隔板(81)的开口(811)与所述旋转隔板(81)固定。

8.根据权利要求6所述的激光雷达(1)，其中，所述旋转隔板(81)由两个半圆形板组成，所述两个半圆形板连接在所述板状的双面反射镜(41)两侧并一起拼接成整圆。

9.根据权利要求7或8所述的激光雷达(1)，其中，所述固定于激光雷达(1)的壳体(7)上的固定隔板(82)延伸横穿布置在激光雷达(1)的壳体(7)内部空间中的激光收发模块组(2)，并将所述构造成单独的结构单元的激光收发模块组(2)的激光发射端(3)和激光接收端(5)隔离。

10.根据权利要求7或8所述的激光雷达(1)，其中，所述板状的双面反射镜(41)能够带动所述旋转隔板(81)一起旋转，其中在所述旋转隔板(81)的两侧分别形成所述板状的双面反射镜(41)的发射扫描区域和接收扫描区域。

11.根据权利要求10所述的激光雷达(1)，其中，所述固定隔板(82)和嵌入到所述固定隔板(82)的圆孔中的旋转隔板(81)形成一个隔板平面，该隔板平面将激光雷达(1)的壳体(7)的内部空间划分为两个腔室，其中所述板状的双面反射镜(41)的发射扫描区域和所述激光收发模块组(2)的激光发射端(3)设置在其中一个腔室中，而所述板状的双面反射镜(41)的接收扫描区域和所述激光收发模块组(2)的激光接收端(5)设置在另一个腔室中。

12.根据权利要求11所述的激光雷达(1)，其中，所述隔板平面与所述板状的双面反射镜(41)的反射面垂直。

13.根据权利要求11所述的激光雷达(1)，其中，所述板状的双面反射镜(41)固定在底座(42)上，所述底座(42)能够通过电动机(43)驱动旋转。

14.根据权利要求13所述的激光雷达(1)，其中，所述隔离机构还包括底板(83)，所述底板(83)将激光雷达(1)的壳体(7)的内部空间划分出单独的设备腔室，其中，用于驱动所述底座(42)旋转的电动机(43)设在所述单独的设备腔室中。

15.根据权利要求1到5中任一项所述的激光雷达(1)，其中，所述激光发射端(3)还具有激光整形模块，所述激光整形模块将由激光器发射的激光光束整形成线形扫描激光，所述板状的双面反射镜(41)将所述线形扫描激光反射并扫描目标物。

16.根据权利要求1到5中任一项所述的激光雷达(1)，其中，所述激光雷达(1)配有控制模块(6)，所述控制模块(6)设置用于对激光发射和接收进行控制，并通过后期信号数据处理获取目标物的特征信息。

17.根据权利要求16所述的激光雷达(1)，其中，所述控制模块(6)包括：

激光器驱动模块(62)，用于控制激光发射端(3)的激光器发射激光；

信号处理模块(63)：用于处理由激光接收端(5)的探测器接收的探测信号；

主控模块(61)，用于控制所述激光器驱动模块(62)和信号处理模块(63)，并利用所述信号处理模块(63)计算出目标物的特征信息。

18.一种激光雷达(1)的制造方法，其特征在于，所述激光雷达(1)包括激光发射端(3)、扫描模块(4)和激光接收端(5)，其中

设置激光发射端(3)的激光器用于发射对目标物进行探测的激光光束；

设置扫描模块(4)用于引导由所述激光器发射的激光光束对目标物进行扫描，并接收和引导由目标物反射回来的激光光束；

设置激光接收端(5)的探测器用于接收通过扫描模块(4)引导的从目标物反射回来的激光光束；

其中，将所述扫描模块(4)的扫描部件构造成可旋转的板状的双面反射镜(41)。

19.根据权利要求18所述的制造方法，其中，设置隔离机构，将所述板状的双面反射镜(41)的反射面分隔为发射扫描区域和接收扫描区域，并同时将构造成单独的结构单元的激光收发模块组(2)的激光发射端(3)和激光接收端(5)隔离。

20.根据权利要求19所述的制造方法，其中，所述隔离机构由圆形的旋转隔板(81)和具有圆孔的固定隔板(82)构成，其中将固定隔板(82)固定于激光雷达(1)的壳体(7)上，并在组装时使所述旋转隔板(81)嵌入到所述固定隔板(82)的圆孔中，并使旋转隔板(81)能够在固定隔板(82)的圆孔中旋转，其中使所述板状的双面反射镜(41)能够带动所述旋转隔板(81)一起旋转。

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