CN214703971U - 一种扫描式激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扫描式激光雷达，包括：旋转组件，所述旋转组件上设有第一封闭腔体及第二封闭腔体；激光发射单元，安装在所述旋转组件上，且容置于所述第一封闭腔体内；以及，激光接收单元，安装在所述旋转组件上，且容置于所述第二封闭腔体内。通过将激光发射单元与激光接收单元分别置于相互独立的第一腔体和第二腔体内，一方面增强了回波信号的强度，另一方面，避免了发射管路漏光以及杂散光对接收光路的干扰，提高了测量精度。

Description

一种扫描式激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种扫描式激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种以发射激光束探测目标的距离、方位等特征量的雷达系统。因其可以得到目标的三维信息，其具有抗干扰能力强、分辨率高等优点，因此，在自动驾驶和机器人领域占据了重要的地位。

激光雷达工作时，激光发射单元发射激光，激光经目标反射后形成回波，探测器接收回波信号并进行处理，从而获得探测信息，实现对待测目标的探测、跟踪和识别。

传统的小型化激光雷达系统中，其通过对激光发射单元以及激光接收单元的位置进行调整，从而实现以发射光路和接收管路共轴的方式进行激光的发射与接收。这种激光雷达，由于发射光路对接收光路的遮光面积大，降低了信号的接受能力，并且共轴的方式会使得激光雷达内部出现杂散光的干扰，降低了雷达的测量精度。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的激光雷达信号接受能力弱、测量精度低的缺陷，从而提供一种扫描式激光雷达。

为解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案为：

一种扫描式激光雷达，包括：

旋转组件，所述旋转组件上设有第一封闭腔体及第二封闭腔体；

激光发射单元，安装在所述旋转组件上，且容置于所述第一封闭腔体内；

以及，激光接收单元，安装在所述旋转组件上，且容置于所述第二封闭腔体内。

可选的，还包括第一控制电路板和隔板；

所述旋转组件上设置有旋转轴；

所述第一控制电路板一端与所述旋转轴相装配，另一端为自由端，所述第一控制电路板与所述旋转组件相隔预定距离；

所述隔板安装在所述旋转组件上，与所述旋转组件及所述旋转轴、第一控制电路板配合围成第一封闭腔体及第二封闭腔体。

可选的，所述第一控制电路板用于产生激光驱动脉冲以及接收控制脉冲，所述扫描式激光雷达还包括转接板，所述转接板与所述旋转组件相装配，且与所述第一控制电路板电连接；

所述激光发射单元包括：激光发射驱动板，安装在所述转接板上，且与所述第一控制电路板电连接；激光发射二极管，安装在所述激光发射驱动板上，用于发射激光束；以及，激光发射透镜组，安装在所述旋转组件上，用于供所述激光束透射；和/或，

所述激光接收单元包括：激光接收放大板，安装在所述在转接板上，且与所述第一控制电路板电连接；激光接收二极管，安装在所述激光接收放大板的接收端，用于将接收到的回波信号转换为电信号；激光接收透镜组，安装在所述旋转组件上，用于供回波信号透过。

可选的，所述激光接收单元还包括贴设在所述激光接收透镜组上的窄带滤光片。

可选的，所述转接板一端与所述旋转组件相装配，另一端为自由端，且所述自由端向旋转轴一侧倾斜，所述转接板与所述旋转组件形成75°夹角；所述第一控制电路板自由端的延长线与所述旋转组件形成45°夹角。

可选的，所述转接板通过软板与所述第一控制电路板电连接。

可选的，所述激光发射二极管设置有至少两个，且相邻的两个激光发射二极管之间形成6°的夹角。

可选的，所述激光雷达还包括：

底板支架；

驱动源，主体安装在所述底板支架上，输出端与所述旋转组件相装配，用于驱动所述旋转组件绕所述旋转轴转动；

第二控制电路板，安装在所述底板支架上，用于提供无线供电驱动信号以及差分信号；

无线通信单元，安装在所述旋转组件上，且与所述旋转组件同轴安装，与第二控制电路板电连接，用于进行通讯；

以及，无线供电单元，安装在所述旋转组件上，且与所述旋转组件同轴安装，与第二控制电路板电连接，用于为所述第一控制电路板进行供电。

可选的，所述旋转组件两侧设有疏密分布的限位槽。

可选的，所述激光发射驱动板和所述激光接收放大板通过所述限位槽设置在在所述转接板上。

本实用新型提供的扫描式激光雷达，通过利用旋转组件上设置两个相互独立且封闭的第一腔体以及第二腔体，并将激光发射单元与激光接收单元分别置于第一腔体和第二腔体内，一方面增强了回波信号的强度，另一方面，避免了发射管路漏光以及杂散光对接收光路的干扰，提高了测量精度；通过将第一控制电路板进行倾斜安装，减小了旋转轴的体积，减轻了雷达重量，有利于制备轻量化、体积小的雷达；通过将第一控制电路板与转接板通过软板直接连接，简化了激光雷达的内部走线，增强了电连接可靠性；并且通过设置无线供电单元和无线通信单元，从而避免了旋转的元器件与固定的元器件之间的机械接触，从而延长激光雷达的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型的实施例1中的扫描式激光雷达的剖视图；

图2为本实用新型的实施例1中的扫描式激光雷达的部分结构示意图；

图3为本实用新型的实施例1中的激光接收单元的结构示意图；

图4为本实用新型的实施例1中的无线供电单元的安装示意图；

图5为本实用新型的实施例1中的无线通信单元的安装示意图；

图6为本实用新型的实施例1中的四合一激光发射驱动板的结构示意图。

附图标记说明：

1、转接板；2、软板；3、第一控制电路板；4、无线供电单元；5、无线通信单元；6、电机固定件；7、滤光罩；8、第二控制电路板；9、电机轴；10、底板支架；11、电机转子；12、电机定子；13、旋转组件、110、普通激光发射驱动板；111、激光发射二极管；112、四合一激光发射驱动板；113、激光发射透镜组；120、激光接收放大板；121、激光接收透镜组；122、窄带滤光片；123、雪崩光电二极管；124、限位槽；41、无线供电接收线圈；42、无线供电发射线圈；51、无线通信接收线圈；52、无线通信发射线圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请一并参阅图1-6，本实施例涉及一种扫描式激光雷达，包括旋转组件13、激光发射单元以及激光接收单元，旋转组件13上设有第一封闭腔体及第二封闭腔体；激光发射单元安装在旋转组件13上，且容置于第一封闭腔体内，激光接收单元安装在旋转组件13上，且容置于第二封闭腔体内；激光发射单元和激光接收单元安装在旋转组件13上，并随旋转组件360°旋转，实现对目标的360°扫描。本实用新型通过利用旋转组件上设置两个相互独立且封闭的第一腔体以及第二腔体，并将激光发射单元与激光接收单元分别置于第一腔体和第二腔体内，一方面增强了回波信号的强度，另一方面，避免了发射管路漏光以及杂散光对接收光路的干扰，提高了测量精度。

在具体的实施例中，扫描式激光雷达还包括第一控制电路板3和隔板，旋转组件13上设置有旋转轴，第一控制电路板3一端与旋转轴相装配，另一端为自由端，第一控制电路板3与旋转组件13之间相隔预定距离，隔板设置有至少两块，隔板安装在旋转组件13上，隔板与旋转组件13、旋转轴以及第一控制电路板3配合围成第一封闭腔体以及第二封闭腔体，激光发射单元安装在旋转组件13上，且容置于第一封闭腔体内，激光接收单元安装在旋转组件13上，且容置于第二封闭腔体内。

实现上述方案的扫描式激光雷达，通过利用旋转组件13、旋转轴、第一控制电路板3以及隔板配合形成两个相互独立且封闭的第一腔体以及第二腔体，并将激光发射单元与激光接收单元分别置于第一腔体和第二腔体内，一方面增强了回波信号的强度，另一方面，避免了发射管路漏光以及杂散光对接收光路的干扰，提高了测量精度。

具体的，在本实施例中，旋转轴上安装有旋转板筋，第一控制电路板3具体安装在旋转板筋上，隔板是与旋转组件13、旋转板筋以及第一控制电路板3配合围成第一封闭腔体以及第二封闭腔体。

在本实施例中，第一控制电路板3通过螺钉固定在旋转板筋上，且转接板1的自由端的延长线与旋转组件13形成45°夹角。通过将第一控制电路板3进行倾斜安装，减小了旋转轴的体积，减轻了雷达重量，有利于制备轻量化、体积小的雷达。

在本实施例中，扫描式激光雷达还包括转接板1，转接板1与旋转组件13相装配，且转接板1所在平面与第一控制电路板3所在平面配合形成“V”字形，转接板1与第一控制电路板3电连接。

激光发射单元包括激光发射驱动板、激光发射二极管111以及激光发射透镜组113。激光发射驱动板安装在转接板1上，且与第一控制电路板3电连接，激光发射二极管111，安装在激光发射驱动板上，激光发射二极管111用于发射激光束，激光发射透镜组113安装在旋转组件13上，激光发射透镜组113用于供激光束透射。

在本实施例中，激光发射驱动板包括24块普通激光发射驱动板110和2块四合一激光发射驱动板112，激光发射二极管111有32个，32个激光发射二极管111分别安装在24块普通激光发射驱动板110和2块四合一激光发射驱动板112顶端，且激光发射二极管111两两之间存在固定夹角6°。

激光接收单元包括激光接收放大板120、激光接收二极管以及激光接收透镜组121，激光接收放大板120安装在转接板1上，且与第一控制电路电连接，激光接收二极管安装在激光接收放大板120的接收端，激光接收二极管用于将接收到的回波信号转换为电信号，激光接收透镜组121安装在旋转组件13上，激光接收透镜组121用于供回波信号透过。

在本实施例中，激光接收二极管为雪崩光电二极管123，激光接收二极管设置有32个，激光接收放大板120也设置有32块，32个激光接收二极管分别安装在32块激光接收放大板120的接收端。

在本实施例中，转接板1一端与旋转组件13相装配，另一端为自由端，且自由端向旋转轴一侧倾斜，转接板1与旋转组件13形成75°夹角。为简化激光雷达的内部走线，将转接板1设置为通过软板2与第一控制电路板3电连接，从而增强了电连接可靠性。旋转轴两侧的旋转板筋上设置有限位槽124，且限位槽124由上至下疏密分布，激光发射驱动板和激光接收放大板120通过限位槽124卡接固定设置在转接板1上，并用固化胶点辅助粘接，可有效保证激光发射驱动板和激光接收放大板的安装稳定性，并可保证激光的发射和接收更加稳定。

在本实施例中，激光接收单元还包括贴设在激光接收透镜组121上的窄带滤光片122。扫描式激光雷达还包括滤光罩7，滤光罩7罩设在激光发射单元以及激光接收单元外部，用于滤光。

其中，激光发射二极管111、普通激光发射驱动板110、四合一激光发射驱动板112、激光发射透镜组113和滤光罩7配合构成发射光路。滤光罩7、激光接收透镜组121、窄带滤光片122、雪崩光电二极管123和激光接收放大板120构成接收光路。

在具体的实施例中，激光发射二极管111产生激光束，激光发射透镜组113对激光束进行准直，准直后的激光束接近于一束平行光，减小了发散角。由于激光发射二极管111安装于激光发射驱动板顶端，而激光发射驱动板被固定在限位槽124中，使发射激光更加稳定。准直后的激光束进入滤光罩7，最终通过滤光罩7发射出去。激光发射透镜组113与垂直光轴方向呈15°夹角，激光发射二极管111两两之间存在固定夹角，32路激光束扫描范围为0至-37°。

发射激光束经过目标的漫反射后，返回回波信号，该回波信号通过滤光罩7到达激光接收透镜组121，并穿透紧贴接收透镜组的窄带滤光片122，被雪崩光电二极管123接收。激光接收透镜组121与垂直光轴方向呈15°夹角，由于雪崩光电二极管123安装于32块激光接收放大板120接收端，而激光接收放大板120被固定在限位槽124中，使雪崩光电二极管123更加稳定的接收回波信号，进行光电转换处理。

在本实施例中，扫描式激光雷达还包括底板支架10、驱动源、第二控制电路板8，无线通信单元5以及无线供电单元4。

驱动源主体安装在底板支架10上，输出端与旋转组件13相装配，驱动源用于驱动旋转组件13绕旋转轴转动从而实现对目标的360°扫描。第二控制电路板8安装在底板支架10上，用于提供无线供电驱动信号以及差分信号。无线通信单元5安装在旋转组件13上，且与旋转组件13同轴安装，用于进行通讯。无线供电单元4安装在旋转组件13上，且与旋转组件13同轴安装，用于为第一控制电路板3供电。无线通信单元5与无线供电单元4均与第二控制电路板8电连接。

在本实施例中，遮光罩是与底板支架10相装配的，驱动源为电机。在本实施例中，第一控制电路板3产生32路激光驱动脉冲和32路接收控制脉冲，使得激光发射驱动板和激光接收放大板120分时工作，接收并放大与之对应的回波信号。第一控制电路板3记录每次激光发出时刻和与之对应的回波时刻，经过计算后得到目标距离，同时读取电机旋转角度值并计算目标方位信息。根据控制打在目标上的多路激光光束发射时刻及回波信号的处理，可实现对多个目标进行360度3D扫描，得到目标的方位角和距离信息，判断目标尺寸及轮廓。多路激光发射二极管111分时发光和多路接收放大电路的分时工作方式，有效的减小了各路激光回波信号的相互干扰。

在本实施例中，无线供电单元4由无线供电发射线圈42以及无线供电接收线圈41构成。无线通信单元5由无线通信接收下线圈和无线通信发射线圈52构成。旋转轴为空心轴，无线供电接收线圈41和无线通信接收线圈51分别安装于旋转轴内，由上至下依次设置。

第二控制电路板8通过自举电路和LC谐振电路产生无线供电驱动信号，并作用于无线供电发射线圈42上，无线供电发射线圈42和无线供电接收线圈41通过磁耦合共振原理将电力传送至第一控制电路板3的无线供电接收电路，第一控制电路板3通过自耦变压器和整流电路将交流电压转换为直流输出，实现第一控制电路板3各模块系统的供电。第二控制电路板8将差分信号输送至无线通信发射线圈52两端，该信号通过无线通信发射线圈52和无线通信接收线圈51磁耦合输出到第一控制电路板3的无线通信接收电路，实现第一控制电路板3与第二控制电路板8和上位机之间的通信。

通过设置无线供电单元4和无线通信单元5，从而避免了旋转的元器件与固定的元器件之间的机械接触，从而延长激光雷达的使用寿命。

在本实施例中，第二控制电路板8通过安装孔固定在底板支架10上，电机的固定件安装在第二控制电路板8上，电机的定子固定在电机的固定件上。

具体的，第二控制电路板8中心区域镂空，电机轴9穿过第二控制电路板8中心区域，且与电机固定件6和电机定子12同轴，第二控制电路板8产生无线供电驱动信号和无线通信信号，通过电机驱动电路控制电机旋转，并通过网络驱动电路实现与上位机网络通信。

在本实施例中，发射光路和接收光路独立于两个密闭腔体内，既增强了回波信号强度，也避免了发射光路漏光和杂散光的干扰；多路激光发射二极管111分时发光和多路接收放大电路的分时工作方式，有效的减小了各路激光回波信号的相互干扰；第一控制电路板3和转接板1通过软板2直接连接，简化了激光雷达内部走线，增强了第一控制电路板3和转接板1之间电连接的可靠性；第一控制电路板3的倾斜安装，减小了旋转体板筋体积，使雷达重量更轻；四合一激光发射模组和滤光片的设置，降低了雷达高度，节约了调试作业空间；激光发射模组和激光接收模组的限位槽124设置和固化胶点辅助粘接便于安装固定，并有利于激光的稳定发射和回波信号的稳定接收；第一控制电路板3和第二控制电路板8的无线供电和无线通信避免了旋转组件件和固定部件之间的机械接触，延长激光雷达使用寿命；多路激光发射二极管111分时发光和多路接收放大电路的分时工作方式，有效的减小了各路激光回波信号的相互干扰。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种扫描式激光雷达，其特征在于，包括：

旋转组件，所述旋转组件上设有第一封闭腔体及第二封闭腔体；

激光发射单元，安装在所述旋转组件上，且容置于所述第一封闭腔体内；

以及，激光接收单元，安装在所述旋转组件上，且容置于所述第二封闭腔体内。

2.根据权利要求1所述的扫描式激光雷达，其特征在于，还包括第一控制电路板和隔板；

所述旋转组件上设置有旋转轴；

所述第一控制电路板一端与所述旋转轴相装配，另一端为自由端，所述第一控制电路板与所述旋转组件相隔预定距离；

所述隔板安装在所述旋转组件上，与所述旋转组件及所述旋转轴、第一控制电路板配合围成第一封闭腔体及第二封闭腔体。

3.根据权利要求2所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述第一控制电路板用于产生激光驱动脉冲以及接收控制脉冲，所述扫描式激光雷达还包括转接板，所述转接板与所述旋转组件相装配，且与所述第一控制电路板电连接；

所述激光发射单元包括：激光发射驱动板，安装在所述转接板上，且与所述第一控制电路板电连接；激光发射二极管，安装在所述激光发射驱动板上，用于发射激光束；以及，激光发射透镜组，安装在所述旋转组件上，用于供所述激光束透射；和/或，

所述激光接收单元包括：激光接收放大板，安装在所述在转接板上，且与所述第一控制电路板电连接；激光接收二极管，安装在所述激光接收放大板的接收端，用于将接收到的回波信号转换为电信号；激光接收透镜组，安装在所述旋转组件上，用于供回波信号透过。

4.根据权利要求3所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述激光接收单元还包括贴设在所述激光接收透镜组上的窄带滤光片。

5.根据权利要求3所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述转接板一端与所述旋转组件相装配，另一端为自由端，且所述自由端向旋转轴一侧倾斜，所述转接板与所述旋转组件形成75°夹角；

所述第一控制电路板自由端的延长线与所述旋转组件形成45°夹角。

6.根据权利要求3所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述转接板通过软板与所述第一控制电路板电连接。

7.根据权利要求3所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述激光发射二极管设置有至少两个，且相邻的两个激光发射二极管之间形成6°的夹角。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：

底板支架；

驱动源，主体安装在所述底板支架上，输出端与所述旋转组件相装配，用于驱动所述旋转组件绕所述旋转轴转动；

第二控制电路板，安装在所述底板支架上，用于提供无线供电驱动信号以及差分信号；

无线通信单元，安装在所述旋转组件上，且与所述旋转组件同轴安装，与第二控制电路板电连接，用于进行通讯；

以及，无线供电单元，安装在所述旋转组件上，且与所述旋转组件同轴安装，与第二控制电路板电连接，用于为所述第一控制电路板进行供电。

9.根据权利要求3所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述旋转组件两侧设有疏密分布的限位槽。

10.根据权利要求9所述的扫描式激光雷达，其特征在于，所述激光发射驱动板和所述激光接收放大板通过所述限位槽设置在所述转接板上。

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