CN213843507U - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光雷达，包括光学模块、控制模块和驱动模块；光学模块包括激光发射单元和激光接收单元，激光发射单元和激光接收单元同轴设置；控制模块包括控制电路板，光学模块设置于控制电路板远离驱动模块的一侧且与控制电路板固定连接；驱动模块与控制电路板电连接，用于驱动控制电路板旋转，以带动光学模块旋转。本实用新型提供的激光雷达，激光发射单元与激光接收单元同轴设置保证激光接收单元接收到的激光回波信号强度大，激光雷达探测精度高；同时光学模块与控制电路板固定连接，在驱动模块的驱动下，控制电路板带动光学模块同步转动，确保在受到外力撞击时激光扫描面处于一个水平面。

Description

一种激光雷达

技术领域

本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达。

背景技术

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的回波信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而实现对探测目标的探测。

按光学结构划分，现有激光雷达包括同轴激光雷达与非同轴激光雷达。由于非同轴激光雷达对近距离的目标物体进行扫描时接收到的激光回波信号强度较弱，存在测距精度较低的问题，因此，在测距精度要求较高的应用场景下需采用同轴激光雷达。现有激光雷达多采用反射扫描元件实现收发同轴，以反射扫描元件包括反射镜为例，通过驱动反射镜旋转，从而实现激光雷达在目标区域内的扫描。然而，当上述同轴激光雷达受外力撞击时，反射镜的位置可能发生偏移，导致激光扫描面不是一个水平面。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种激光雷达，控制电路板与同轴光学模块固定连接，通过驱动模块控制驱动控制电路板旋转，进而带动同轴光学模块旋转，可以提高测距精度，同时可以确保在受到外力撞击时激光扫描面处于一个水平面。

本实用新型实施例提供的一种激光雷达，包括光学模块、控制模块和驱动模块；

所述光学模块包括激光发射单元和激光接收单元，所述激光发射单元和所述激光接收单元同轴设置；

所述控制模块包括控制电路板，所述光学模块设置于所述控制电路板远离所述驱动模块的一侧且与所述控制电路板固定连接；

所述驱动模块与所述控制电路板电连接，用于驱动所述控制电路板旋转，以带动所述光学模块旋转。

可选的，所述光学模块还包括第一支架和第二支架，所述第一支架和所述第二支架固定连接；

所述第一支架远离所述第二支架的一侧设置有第一开口，所述第一支架靠近所述第二支架的一侧设置有第二开口，所述第一开口和所述第二开口之间形成回波信号传输腔。

可选的，所述激光发射单元包括发射板和发射器，所述激光接收单元包括接收透镜、接收板和接收器；

所述接收透镜设置于所述第一开口处，且所述接收透镜中设置有安装通孔；

所述发射板设置于所述回波信号传输腔内且与所述接收透镜固定连接；

所述发射器穿过所述安装通孔并安装于所述发射板上；

所述接收板固定设置于所述第二支架上；

所述接收器与所述第二开口相对且安装于所述接收板上，所述接收器与所述发射器的中心轴线重合，用于接收所述接收透镜汇聚的激光回波信号。

可选的，沿所述光学模块的光轴方向，所述发射器的长度大于所述接收透镜的长度。

可选的，所述激光发射单元还包括遮光筒；

所述遮光筒套设于所述发射器外表面，所述遮光筒与所述接收透镜抵接。

可选的，所述接收透镜为凸透镜。

可选的，所述控制电路板包括第一无线通信单元和控制器，所述控制器分别与所述激光发射单元、所述激光接收单元以及所述第一无线通信单元电连接，所述控制器用于控制所述激光发射单元发射预设频率的激光光束，并且将所述激光接收单元接收的激光回波信号发送至所述第一无线通信单元；

所述控制模块还包括数据处理板；所述数据处理板，设置于所述驱动模块远离所述控制电路板的一侧，用于支撑所述驱动模块；所述数据处理板包括第二无线通信单元和微处理器，所述微处理器与所述第二无线通信单元电连接，所述第二无线通信单元还与所述第一无线通信单元通信连接，所述第二无线通信单元用于接收所述第一无线通信单元无线发送的所述激光回波信号并发送至所述微处理器，以使所述微处理器对所述激光回波信号进行处理，获取所述激光雷达的探测信息。

可选的，所述控制电路板与所述激光发射单元和所述激光接收单元分别通过软排线电连接。

可选的，所述激光雷达还包括电源；

所述电源分别与所述控制模块和所述驱动模块电连接，用于为所述控制模块和所述驱动模块供电。

可选的，所述驱动模块包括驱动电机，所述驱动电机与所述控制电路板电连接，用于根据所述控制电路板发送的驱动指令驱动所述控制电路板旋转，以带动所述光学模块旋转。

本实用新型实施例提供的激光雷达，包括光学模块、控制模块和驱动模块，光学模块的激光发射单元和激光接收单元采用同轴设置，如此激光发射单元出射的激光信号经被测物体反射后，大部分的激光回波信号可以返回至激光接收单元，避免了由于近距离的被测物体漫反射导致的测量盲区，进而可以提高测距精度。同时，控制模块包括控制电路板，光学模块设置于控制电路板的一侧并与控制电路板固定连接，通过驱动模块控制驱动控制电路板旋转，进而带动同轴光学模块旋转，确保在受到外力撞击时激光扫描面处于一个水平面。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的结构图；

图2是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的正视图；

图3是本实用新型实施例提供的图2沿剖面线C-C’的剖面图；

图4是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的侧视图；

图5是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的后视图；

图6是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的俯视图；

图7是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的结构框图；

图8是本实用新型实施例提供的另一种激光雷达的结构框图；

图9是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的仰视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。

图1是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的结构图，图2是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的正视图，图3本实用新型实施例提供的图2沿剖面线C-C’的剖面图。结合图1至图3所示，该激光雷达包括：光学模块10、控制模块20和驱动模块40；光学模块10包括激光发射单元11和激光接收单元12，激光发射单元11和激光接收单元12同轴设置；控制模块20包括控制电路板21，光学模块10设置于控制电路板21一侧且与控制电路板21固定连接；驱动模块40与控制电路板21电连接，用于驱动控制电路板21旋转，以带动光学模块10旋转。

本实用新型实施例提供的激光雷达，光学模块10包括激光发射单元11和激光接收单元12，激光发射单元11和激光接收单元12同轴设置，尤其对于近距离的被测物体来说，激光发射单元11出射的激光信号经被测物体反射后，绝大部分的激光回波信号可以沿着激光信号的出射方向返回至激光接收单元12，避免了由于近距离的被测物体漫反射导致的测量盲区，从而提升激光雷达的激光探测精度。同时，控制模块20包括控制电路板21，光学模块10固定设置于控制电路板21上，通过驱动模块40控制驱动控制电路板21旋转，进而带动光学模块10旋转，确保在受到外力撞击时激光扫描面处于一个水平面。区别于现有技术中通过驱动反射镜旋转的方案，本实用新型实施例的技术方案，一方面避免使用反射镜，降低激光雷达的成本，另一方面可以确保在受到外力撞击时激光扫描面处于一个水平面。

图4是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的侧视图，可选的，继续参考图1和图4所示，光学模块10还可以包括第一支架13和第二支架14，第一支架13和第二支架14固定连接；第一支架13远离第二支架14的一侧设置有第一开口，第一支架13靠近第二支架14的一侧设置有第二开口，第一开口和第二开口之间形成回波信号传输腔。

图5是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的后视图。可选的，参考图3和图5所示，激光发射单元11可以包括发射板111、发射器112；激光接收单元12可以包括接收透镜123、接收板121和接收器122；接收透镜123设置于第一开口处，且接收透镜123中设置有安装通孔；发射板111设置于回波信号传输腔内且与接收透镜123固定连接；发射器112穿过所述安装通孔并安装于发射板111上；接收板121与第二开口相对且固定设置于第二支架14上；接收器122安装于接收板121上；接收器122与发射器112的中心轴线重合，用于接收接收透镜123汇聚的激光回波信号。

具体的，光学模块10的激光发射单元11和激光接收单元12采用同轴设置，并通过第一支架13和第二支架14固定。第一支架13沿激光光束的发射光路方向设置有第一开口，第二支架14设置于远离第一开口的第一支架13的另一侧(即第一支架13靠近第二支架14的一侧)设置有第二开口，第一开口和第二开口之间形成以回波信号传输腔，回波信号传输腔用于传输激光回波信号。接收透镜123设置于第一开口处，并且在接收透镜123沿同轴方向设置有安装通孔，示例性的，安装通孔的孔径大小与发射器112的孔径大小适配设置。发射板111沿竖直方向设置在回波信号传输腔内，且与接收透镜123固定连接。发射器112可以为一发射模组，该发射模组包括发射元件和准直透镜，发射元件和准直透镜集成在发射模组内，发射元件可以是任何能够发射激光的激光发射元件，例如激光二极管和激光发射器等，发射元件发出的激光光束经过准直透镜准直后射出。发射器112穿过安装通孔并固定在发射板111上，可选的，发射器112的前表面，可以设置在接收透镜123内，也可以设置在接收透镜123外，还可以与接收透镜123齐平。接收板121设置在第二支架14上且固定位置不动，接收器122固定在接收板121上，从目标物体上反射至接收透镜123的激光回波信号经回波信号传输腔以及第二开口能够入射至接收器122。

可选的，继续参考图3所示，沿光学模块10的光轴方向，发射器112的长度可以大于接收透镜123的长度。

具体地，设置发射器112的长度大于接收透镜123的长度，即发射器112的前表面可以设置在接收透镜123外，在装配方面便于发射器112安装，且可以避免发射器112发射的激光光束直接输入接收透镜123。

图6是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的俯视图。可选的，继续参考图3和图6所示，激光发射单元11还可以包括遮光筒113，遮光筒113套设于发射器112外表面，遮光筒113与接收透镜123可以抵接。

具体的，遮光筒113套在发射器112的外表面，遮光筒113用于将发射器112发出的激光光束限制在遮光筒113内传输至激光雷达的透明罩外面的目标物体上，避免发射器112发射的激光光束打在透明罩后直接发射至接收透镜123上，进而避免造成探测误差。遮光筒113与接收透镜123抵接，可以避免激光回波信号再次进入发射器112，造成对发射器112的干扰。

可选的，继续参考图3和图4所示，第一支架13可以包括相互连接的第一台阶分部和第二台阶分部，第一台阶分部的延伸方向与第二台阶分部的延伸方向平行且第一台阶分部位于远离控制模块20的一侧；第二支架14可以包括相互连接的顶部和支撑部，顶部的延伸方向与支撑部的延伸方向垂直；顶部的延伸与第一台阶分部的延伸方向平行并与第一台阶分部抵接；支撑部与第二台阶分部抵接。

具体的，如图3所示，第一支架13呈Z字设置，第一台阶分部与第二台阶分部均沿光轴方向延伸。第二支架14呈T字设置，顶部与第一台阶分部平行并抵接与第一台阶分部，支撑部与第二台阶分部垂直并抵接与第二台阶分部。接收板121沿竖直方向安装在支撑部上，接收器122固定在接收板121上，确保从目标物体上反射至接收透镜123的激光回波信号经回波信号传输腔以及第二开口能够入射至接收器122，并且保证接收器122与发射器112的中心轴线重合。

可选的，接收透镜123可以为凸透镜。

接收透镜123，可以为具有一定厚度的凸透镜，用于接收激光回波信号，并将激光回波信号经过回波信号传输腔聚焦在接收器122上。

通过上述对光学模块详细描述可以知道，本实用新型实施例提供的激光雷达，采用同轴的光学模块，避免了由于近距离的被测物体漫反射导致的测量盲区，从而提升激光雷达的激光探测精度。同时，由于接收器的中心轴线与发射器的中心轴线重合，使得同轴光学模块的结构更加紧凑，更利于激光雷达的小型化设计。进一步的，通过合理设置发射器、接收透镜、遮光筒、第一支架和第二支架的具体结构以及相对位置关系，保证光学模块整体性能优越。

图7是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的结构框图。可选的，参考图7所示，控制电路板21可以包括第一无线通信单元211和控制器212，控制器212分别与激光发射单元11、激光接收单元12以及第一无线通信单元211电连接，控制器212用于控制激光发射单元11发射预设频率的激光光束，并且将激光接收单元12接收的激光回波信号发送至第一无线通信单元211；控制模块20还可以包括数据处理板22；数据处理板22，设置于驱动模块40远离控制电路板21的一侧，用于支撑驱动模块40；数据处理板22包括第二无线通信单元221和微处理器222，微处理器222与第二无线通信单元221电连接，第二无线通信单元221还与第一无线通信单元211通信连接，第二无线通信单元221用于接收第一无线通信单元211无线发送的激光回波信号并发送至微处理器222，以使微处理器222对激光回波信号进行处理，获取激光雷达的探测信息。

具体的，控制器212可以是任何通过发出控制、接收等指令来控制其他电气元件、光学元件的主令装置，用于控制激光发射单元11发出预设频率激光光束，控制激光接收单元12接收激光回波信号，并控制第一无线通信单元211将该激光回波信号进行传输。第一无线通信单元211和第二无线通信单元221可以是任何进行信息传输通讯的设备，用于将控制电路板21接收到的激光回波信号传输至数据处理板22。微处理器222可以是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器，能够实现数据读取、分析、计算和处理的功能，例如单片机等。

控制器212向激光发射单元11发出控制信号，控制激光光束的出射频率和强度等，将激光接收单元12发送的激光回波信号传输至第一无线通信单元211；第一无线通信单元211将该激光回波信号通过无线通信的方式传输至第二无线通信单元221；微处理器222接收第二无线通信单元221传输的激光回波信号，并对该激光回波信号进行分析处理，获得相关探测信息，如目标物体的位置信息、运动状态和形状信息等，以实现激光雷达的探测、识别、分辨和跟踪目标物体等功能。

图8是本实用新型实施例提供的另一种激光雷达的结构框图。可选的，参考图8所示，控制器212可以包括控制信号输出端Q1，激光发射单元11可以包括控制信号接收端Q2，控制信号输出端Q1与控制信号接收端Q2电连接；控制电路板21用于控制激光发射单元11发射激光光束并控制激光光束的发射频率；激光接收单元12可以包括回波信号输出端Q3，第一无线通信单元211可以包括第一回波信号传输端Q4和第二回波信号传输端Q5，第二无线通信单元221可以包括回波信号接收端Q6，回波信号输出端Q3与第一回波信号传输端Q4电连接，第二回波信号传输端Q5与回波信号接收端Q6通信连接。

可选的，控制电路板21与激光发射单元11和激光接收单元12分别通过软排线电连接。

软排线(Flexible Flat Cable，FFC)，可以任意选择导线数目及间距，使联线更方便，减少激光雷达的体积。

图9是本实用新型实施例提供的一种激光雷达的仰视图。可选的，继续参考图7和图9所示，激光雷达还可以包括电源50；电源50分别与控制模块20和驱动模块40电连接，用于为控制模块20和驱动模块40供电。

可选的，继续参考图7所示，驱动模块40可以包括驱动电机41，驱动电机41与控制电路板21电连接，用于根据控制电路板21发送的驱动指令驱动控制电路板21旋转，以带动光学模块10旋转。

具体的，控制电路板21发送给驱动电机41的控制驱动指令可以包括转速大小、转动方向和驱动方式等，可以由控制器212发出。驱动电机41与控制电路板21电连接，光学模块10设置于控制电路板21远离驱动模块20的一侧且与控制电路板21固定连接，通过驱动电机41控制控制电路板21旋转，进而带动整个光学模块10旋转，确保在受到外力撞击时激光扫描面处于一个水平面。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，本实用新型的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：光学模块、控制模块和驱动模块；

所述光学模块包括激光发射单元和激光接收单元，所述激光发射单元和所述激光接收单元同轴设置；

所述控制模块包括控制电路板，所述光学模块设置于所述控制电路板远离所述驱动模块的一侧，且与所述控制电路板固定连接；

所述驱动模块与所述控制电路板电连接，用于驱动所述控制电路板旋转，以带动所述光学模块旋转。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光学模块还包括第一支架和第二支架，所述第一支架和所述第二支架固定连接；

所述第一支架远离所述第二支架的一侧设置有第一开口，所述第一支架靠近所述第二支架的一侧设置有第二开口，所述第一开口和所述第二开口之间形成回波信号传输腔。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射单元包括发射板和发射器，所述激光接收单元包括接收透镜、接收板和接收器；

所述接收透镜设置于所述第一开口处，且所述接收透镜中设置有安装通孔；

所述发射板设置于所述回波信号传输腔内且与所述接收透镜固定连接；

所述发射器穿过所述安装通孔并安装于所述发射板上；

所述接收板固定设置于所述第二支架上；

所述接收器与所述第二开口相对且安装于所述接收板上，所述接收器与所述发射器的中心轴线重合，用于接收所述接收透镜汇聚的激光回波信号。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，沿所述光学模块的光轴方向，所述发射器的长度大于所述接收透镜的长度。

5.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射单元还包括遮光筒；

所述遮光筒套设于所述发射器外表面，所述遮光筒与所述接收透镜抵接。

6.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述接收透镜为凸透镜。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，

所述控制电路板包括第一无线通信单元和控制器，所述控制器分别与所述激光发射单元、所述激光接收单元以及所述第一无线通信单元电连接，所述控制器用于控制所述激光发射单元发射预设频率的激光光束，并且将所述激光接收单元接收的激光回波信号发送至所述第一无线通信单元；

所述控制模块还包括数据处理板；所述数据处理板，设置于所述驱动模块远离所述控制电路板的一侧，用于支撑所述驱动模块；所述数据处理板包括第二无线通信单元和微处理器，所述微处理器与所述第二无线通信单元电连接，所述第二无线通信单元还与所述第一无线通信单元通信连接，所述第二无线通信单元用于接收所述第一无线通信单元无线发送的所述激光回波信号并发送至所述微处理器，以使所述微处理器对所述激光回波信号进行处理，获取所述激光雷达的探测信息。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述控制电路板与所述激光发射单元和所述激光接收单元分别通过软排线电连接。

9.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括电源；

所述电源分别与所述控制模块和所述驱动模块电连接，用于为所述控制模块和所述驱动模块供电。

10.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述驱动模块包括驱动电机，所述驱动电机与所述控制电路板电连接，用于根据所述控制电路板发送的驱动指令驱动所述控制电路板旋转，以带动所述光学模块旋转。

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