CN220171239U - 一种旋转式激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光雷达技术领域，更具体地说，是涉及一种旋转式激光雷达，包括光学外罩、测距机芯和底座；光学外罩与底座固定连接并形成容纳腔，测距机芯设置于容纳腔内；测距机芯包括第一电路板、收发模组、旋转组件、第二电路板和编码盘组件；其中，旋转组件固定连接承载收发模组，第一电路板设置于收发模组上，第二电路板设置于旋转组件远离收发模组的一侧；编码盘组件包括环形反射元件和检测元件，环形反射元件设置于光学外罩的内顶壁；检测元件设置于第一电路板远离收发模组的一侧，且与环形反射元件相对设置。本实用新型提供的旋转式激光雷达，与现有技术相比，能够减小旋转式激光雷达的整体体积，减小旋转式激光雷达的制造成本。

Description

一种旋转式激光雷达

技术领域

本实用新型属于激光雷达技术领域，更具体地说，是涉及一种旋转式激光雷达。

背景技术

激光雷达通常包括激光发射系统和探测接收系统，发射激光遇到目标后反射并被探测系统所接收，通过测量激光往返的时间可测量相应目标点的距离，当对整个目标区域扫描探测后，则最终可实现三维成像。机械式激光雷达是指带有电机或者其他可带动旋转的部件的产品，可以通过360度旋转，对周边的物体进行探测。

为了实时地定位激光雷达旋转的角度，采用编码盘组件来进行角度的测量。编码盘组件包括编码盘、码齿和检测元件，通常编码盘与底座固定设置，码齿设置在编码盘背离底座的一侧，检测元件设置在旋转组件上，检测元件和编码盘相对设置以检测旋转的角度，但是在组装后，为保证旋转组件正常转动以及测量的准确性，码齿和检测元件之间需要一定的间隙，即旋转组件和底座安装时需要在高度上保留一定的间隙，这样会导致激光雷达的尺寸增大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种旋转式激光雷达，以解决现有旋转式激光雷达的码齿和检测元件之间需要一定的间隙，而导致激光雷达的尺寸增大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种旋转式激光雷达，包括光学外罩、测距机芯和底座；光学外罩与底座固定连接并形成容纳腔，测距机芯设置于容纳腔内；测距机芯包括第一电路板、收发模组、旋转组件、第二电路板和编码盘组件；其中，旋转组件固定连接承载收发模组，第一电路板设置于收发模组上，第二电路板设置于旋转组件远离收发模组的一侧；编码盘组件包括环形反射元件和检测元件，环形反射元件设置于光学外罩的内顶壁；检测元件设置于第一电路板远离收发模组的一侧，且与环形反射元件相对设置。

在一些实施例中，环形反射元件朝向检测元件的一侧形成呈圆周分布的多个齿纹，且具有起始标识。

在一些实施例中，环形反射元件由光学外罩的内顶壁上涂覆反射标识形成；或者，环形反射元件粘贴于光学外罩的内顶壁上。

在一些实施例中，测距机芯还包括光通信组件，光通信组件包括发射端、接收端和导光管，发射端设置于第一电路板上；接收端设置于第二电路板上且与发射端相对设置，导光管的两端分别与发射端和接收端正对设置。

在一些实施例中，第一电路板与收发模组通过排线连接。

在一些实施例中，旋转组件包括定子组件和转子组件，定子组件包括定子支架、定子以及中空柱，中空柱设置于定子支架的中心且向上延伸并贯通定子支架，定子套设于中空柱的外侧；转子组件包括转子支架、转子和转轴，转子固定于转子支架且套设于定子的外侧，转轴设置于转子支架的中心且向下延伸与中空柱转动连接。进一步地，收发模组包括测距电路板、发射芯片、接收芯片和封装壳体，封装壳体包括封装支架以及设置于封装支架上的发射组件和接收组件，发射组件用于传输发射芯片发射的信号，接收组件用于将信号传输至接收芯片；封装支架包括独立腔；发射芯片和接收芯片均设于测距电路板上，且位于独立腔内，测距电路板设于封装支架上且与第一电路板电连接，封装支架固定连接于旋转组件。进一步地，封装支架与转子支架一体成型形成一体式支架。进一步地，封装壳体设于转子支架上，转子支架承载封装壳体的一侧为风扇结构。

在一个实施例中，转子组件还包括设于转子支架上的第一传电件，第一传电件与第一电路板电连接；定子组件还包括设于定子支架上的第二传电件，第二传电件与第二电路板电连接；第一传电件和第二传电件在轴向上相对设置；或者，第一传电件和第二传电件在径向上相对设置。

本实用新型提供的旋转式激光雷达，与现有技术相比，将环形反射元件设置于光学外罩的内顶壁，编码盘组件不会对旋转组件的安装造成影响，能够减小旋转式激光雷达的整体体积；将检测元件设置于离光学外罩的内顶壁的距离最近的第一电路板上，无需额外提供电路板对检测元件供电，从而可以减小旋转式激光雷达的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的旋转式激光雷达的测距机芯的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的旋转式激光雷达的测距机芯的爆炸图；

图3为本实用新型实施例一提供的旋转式激光雷达的测距机芯的剖视图；

图4为本实用新型实施例二提供的旋转式激光雷达的测距机芯的剖视图；

图5为本实用新型实施例提供的旋转式激光雷达的光学外罩和环形反射元件的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10-光学外罩；20-测距机芯；1-第一电路板；2-收发模组；21-测距电路板；22-封装壳体；221-封装支架；222-发射组件；2221-发射镜筒；2222-发射透镜；223-接收组件；2231-接收镜筒；2232-接收透镜；23-发射芯片；24-接收芯片；3-旋转组件；31-定子组件；311-定子支架；312-定子；313-中空柱；314-第二传电件；32-转子组件；321-转子支架；322-转子；323-转轴；324-第一传电件；4-第二电路板；51-环形反射元件；52-检测元件；6-光通信组件；61-发射端；62-接收端；63-导光管；30-排线；40-风扇结构。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1和图2所示，现对本实用新型提供的旋转式激光雷达进行说明，旋转式激光雷达包括光学外罩10、测距机芯20和底座(图未示)，光学外罩10与底座连接并形成容纳腔，测距机芯20设置于容纳腔内并固定在底座上，通过光学外罩10和底座可以对位于容纳腔内的测距机芯20进行防护。

测距机芯20包括第一电路板1、收发模组2、旋转组件3、第二电路板4和编码盘组件，旋转组件3固定连接承载收发模组2，第一电路板1设置于收发模组2上，第二电路板4设置于旋转组件3远离收发模组2的一侧，即测距机芯20包括自上而下依次设置的第一电路板1、收发模组2、旋转组件3和第二电路板4，第一电路板1离光学外罩10的内顶壁的距离最近。收发模组2用于朝向探测视场发射光信号并采集反射的回波，基于飞行时间原理测量与被测目标的距离，而在测距过程中，旋转组件3驱动收发模组2沿着旋转轴线转动，可以实现对激光雷达周围视场的二维扫描，获取周围环境的点云数据。

编码盘组件包括环形反射元件51和检测元件52，环形反射元件51设置于光学外罩10的内顶壁；检测元件52设置于第一电路板1远离收发模组2的一侧并与第一电路板1电连接，检测元件52与环形反射元件51相对设置。将环形反射元件51设置于光学外罩10的内顶壁，如此，编码盘组件不会对旋转组件3的结构造成影响，因此，能够减小旋转式激光雷达的整体体积；同时，将检测元件52设置于离光学外罩10的内顶壁的距离最近的第一电路板1上，能方便第一电路板1对检测元件52供电，无需额外提供电路板对检测元件52供电，从而可以减小旋转式激光雷达的制造成本。

由于收发模组2设置在旋转组件3上跟随旋转组件3一起转动，因此，旋转组件3的转速和转动角度就是收发模组2的转速和转动角度；同理，由于第一电路板1设置于收发模组2上，位于第一电路板1上的检测元件52会跟随旋转组件3一起转动。具体实施时，检测元件52包括位于环形反射元件51下方的发射元器件和接收元器件，发射元器件和接收元器件均与环形反射元件51相对设置，在旋转式激光雷达工作时，旋转组件3转动以带动检测元件52转动，发射元器件发射的光线经过环形反射元件51的不同区域后由接收元器件接收，接收元器件将接收到的信息传递给第一电路板1，经第一电路板1进行数据处理后，可得到旋转组件3和收发模组2的转速和转动角度。

本实用新型提供的旋转式激光雷达，与现有技术相比，将环形反射元件51设置于光学外罩10的内顶壁，编码盘组件不会对旋转组件3的安装造成影响，能够减小旋转式激光雷达的整体体积；将检测元件52设置于离光学外罩10的内顶壁的距离最近的第一电路板1上，无需额外提供电路板对检测元件52供电，从而可以减小旋转式激光雷达的制造成本。

如图1所示，环形反射元件51朝向检测元件52的一侧形成呈圆周分布的多个齿纹，且具有起始标识。设置起始标识位，可以方便准确的检测旋转组件3和收发模组2的转速和转动角度。具体实施时，多个齿纹可以包括多个等距齿和一个零位齿，零位齿作为起始标识，等距齿和零位齿的尺寸不同，这样能够使得接收元器件在经过零位齿和等距齿时产生变化的电平信号，再经过第一电路板1进行数据处理后，可得到旋转组件3和收发模组2的转速和转动角度；当然可以理解的是，还可以将等距齿和零位齿设置成具有不同的反射率，如此，接收元器件在经过零位齿和等距齿时也能产生变化的电平信号，具体可根据实际需要选择设置。

在实际应用中，环形反射元件51可以通过多种方式得到，例如，在一实施例中，环形反射元件51由光学外罩10的内顶壁上涂覆反射标识形成，这样，能减小旋转式激光雷达的整体体积；在另一实施例中，环形反射元件51粘贴于光学外罩10的内顶壁上。

如图2和3所示，收发模组2包括测距电路板21、发射芯片23、接收芯片24和封装壳体22，发射芯片23和接收芯片24设于测距电路板21上，测距电路板21设于封装壳体22上且与第一电路板1电连接，封装壳体22固定连接于旋转组件3。其中，封装壳体22包括封装支架221以及设于封装支架221上的发射组件222和接收组件223，封装支架221固定连接于旋转组件3。具体地，发射芯片23和接收芯片24并排设置于测距电路板21上并分别与测距电路板21电连接，封装支架221上设置有独立腔，独立腔包括并排的发射腔和接收腔，发射腔和接收腔均为通孔结构，使得当封装支架221固定连接于测距电路板21上时，发射芯片23和接收芯片24分别位于发射腔和接收腔内。发射组件222包括发射镜筒2221和发射透镜2222，发射镜筒2221设于封装支架221上，发射镜筒2221与发射腔对应设置，发射透镜2222设置于发射镜筒2221远离发射腔一侧的开口处，接收组件223包括接收镜筒2231和接收透镜2232，接收镜筒2231设于封装支架221上，接收镜筒2231与接收腔对应设置，接收透镜2232设置于接收镜筒2231远离接收腔一侧的开口处。在本实施例中，发射芯片23用于发射激光信号，激光信号经发射透镜2222传输到目标物体，经目标物体反射的激光信号经由接收透镜2232成像到接收芯片24上，测距电路板21用于计算光信号从发射到被采集的飞行时间并获得目标的距离信息。

在现有的旋转式激光雷达中，通常直接将第一电路板1和测距电路板21进行焊接，但这种方式不仅工艺上不好操作，还容易发生短路，且长时间使用后信号传输效果不好。在本实施例中，如图3所示，第一电路板1和测距电路板21通过排线30连接，如此，不仅安装方便，安全性和可靠性也更好。

如图4和图5所示，旋转组件3包括定子组件31和转子组件32，转子组件32与定子组件31转动连接，定子组件31用于驱动转子组件32围绕旋转轴线旋转。定子组件31包括定子支架311、定子312以及中空柱313，定子支架311具有环形的安装槽，中空柱313设置于定子支架311的中心并与定子支架311一体成型，中空柱313向上延伸并贯通定子支架311，定子312套设于中空柱313的外侧。转子组件32包括转子支架321、转子322和转轴323，转子支架321位于定子支架311内侧且沿着旋转轴线方向上重合，转子支架321具有围绕旋转轴线的内表面和外表面，转子支架321的外表面与定子支架311的内侧面相邻，转子322固定于转子支架321的内表面且套设于定子312的外侧，转轴323设置于转子支架321的中心且向下延伸与中空柱313转动连接，转轴323的中心轴线和中空柱313的中心轴线重合。收发模组2设置于转子支架321背离定子支架311的一侧，具体地，收发模组2与转子支架321可以通过紧固件进行固定，也可以采用其他方式进行固定。

在本申请的实施方式中，转轴323和中空柱313通过轴承转动连接，轴承的内环套设在转轴323上，轴承的外环安装在中空柱313内，从而实现转轴323与定子支架311的转动连接。其中，定子312和转子322可以组成结构紧凑的无刷电机，定子312通过电磁力驱动转子322相对定子支架311转动，进而带动转子支架321和收发模组2一起转动，使得收发模组2可以实现不同区域的扫描和检测。转轴323、轴承和中空柱313三者的中心轴线重合，这样能使转轴323受力均匀，防止转轴323晃动和老化，保证转子支架321旋转的稳定性。

如图3-5所示，测距机芯20还包括光通信组件6，光通信组件6包括发射端61、接收端62和导光管63，发射端61设置于第一电路板1上；接收端62设置于第二电路板4上且与发射端61相对设置，导光管63的两端分别与发射端61和接收端62正对设置，发射端61发射的信号经导光管63传输至接收端62。由于测距机芯20包括自上而下依次设置的第一电路板1、收发模组2、旋转组件3和第二电路板4，在第一电路板1和第二电路板4之间具有一定的传输距离，通过导光管63的两端分别正对发射端61和接收端62，能提高发射端61和接收端62之间的信号传输质量。具体地，发射端61与第一电路板1电连接，接收端62与第二电路板4电连接，通过光通信组件6可以实现第一电路板1和第二电路板4的通信。

在一实施例中，如图5所示，转轴323为中空结构且贯通转子支架321，如此导光管63的一端正对发射端61，导光管63的另一端能够穿过转轴323后正对接收端62。

在一实施例中，如图2和图3所示，封装支架221与转子支架321一体成型形成一体式支架。如此，能够减小旋转式激光雷达的整体体积，使得旋转式激光雷达的结构更紧凑。

在一实施例中，如图2和图3所示，封装壳体22设于转子支架321上，转子支架321承载收发模组2的一侧还可以设置成风扇结构40，通过设置风扇结构40，能够加快测距机芯20的散热，提高测距机芯20的使用寿命。

在一实施例中，如图4和图5所示，转子组件32还包括设于转子支架321上的第一传电件324，第一传电件324与第一电路板1电连接；定子组件31还包括设于定子支架311上的第二传电件314，第二传电件314与第二电路板4电连接，第一传电件324和第二传电件314用于对第一电路板1和第二电路板4供电，第一传电件324和第二传电件314在轴向上相对设置。当然可以理解的是，第一传电件324和第二传电件314还可以在径向上相对设置，只要第一传电件324和第二传电件314相对设置并能够供电即可，具体设置位置不做具体限定。

在此需要说明的是，本申请所涉及的“轴向”是指转轴323的中心轴线方向，也是本申请中所指的“上下方向”，其中定子支架311在下侧，转子支架321在上侧；本申请所涉及的“径向”是指转轴323的径向。

示例性的，如图3和图4所示，第一传电件324和第二传电件314在轴向上相对设置，第一传电件324包括设置于转子支架321外表面的第一线圈，第一线圈与第一电路板1电连接。第二传电件314包括设置于定子支架311内侧面的第二线圈，第二线圈与第一线圈相对设置，且与第二电路板4电连接。在转轴323带动转子支架321转动时，第一线圈第二线圈之间产生相对运动而产生电流，从而对第一电路板1供电。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转式激光雷达，其特征在于，包括光学外罩、测距机芯和底座；

所述光学外罩与所述底座固定连接并形成容纳腔，所述测距机芯设置于所述容纳腔内；

所述测距机芯包括第一电路板、收发模组、旋转组件、第二电路板和编码盘组件；

其中，所述旋转组件固定连接承载所述收发模组，所述第一电路板设置于所述收发模组上，第二电路板设置于所述旋转组件远离所述收发模组的一侧；

所述编码盘组件包括环形反射元件和检测元件，所述环形反射元件设置于所述光学外罩的内顶壁；

所述检测元件设置于所述第一电路板远离所述收发模组的一侧，且与所述环形反射元件相对设置。

2.如权利要求1所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述环形反射元件朝向所述检测元件的一侧形成呈圆周分布的多个齿纹，且具有起始标识。

3.如权利要求1所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述环形反射元件由所述光学外罩的内顶壁上涂覆反射标识形成；

或者，所述环形反射元件粘贴于所述光学外罩的内顶壁上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述测距机芯还包括光通信组件，所述光通信组件包括发射端、接收端和导光管，所述发射端设置于所述第一电路板上；所述接收端设置于所述第二电路板上且与所述发射端相对设置，所述导光管的两端分别与所述发射端和所述接收端正对设置。

5.如权利要求1至3中任一项所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述第一电路板与所述收发模组通过排线连接。

6.如权利要求1至3中任一项所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述旋转组件包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子支架、定子以及中空柱，所述中空柱设置于所述定子支架的中心且向上延伸并贯通所述定子支架，所述定子套设于所述中空柱的外侧；

所述转子组件包括转子支架、转子和转轴，所述转子固定于所述转子支架且套设于所述定子的外侧，所述转轴设置于所述转子支架的中心且向下延伸与所述中空柱转动连接。

7.如权利要求6所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述收发模组包括测距电路板、发射芯片、接收芯片和封装壳体，所述封装壳体包括封装支架以及设置于所述封装支架上的发射组件和接收组件，所述发射组件用于传输所述发射芯片发射的信号，所述接收组件用于将信号传输至所述接收芯片；所述封装支架包括独立腔；所述发射芯片和所述接收芯片均设于所述测距电路板上，且位于所述独立腔内，所述测距电路板设于所述封装支架上且与所述第一电路板电连接，所述封装支架固定连接于所述旋转组件。

8.如权利要求7所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述封装支架与所述转子支架一体成型形成一体式支架。

9.如权利要求7所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述封装壳体设于所述转子支架上，所述转子支架承载所述封装壳体的一侧为风扇结构。

10.如权利要求6所述的旋转式激光雷达，其特征在于，所述转子组件还包括设于所述转子支架上的第一传电件，所述第一传电件与所述第一电路板电连接；

所述定子组件还包括设于所述定子支架上的第二传电件，所述第二传电件与所述第二电路板电连接；

所述第一传电件和所述第二传电件在轴向上相对设置；

或者，所述第一传电件和所述第二传电件在径向上相对设置。