CN220691095U - 激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种激光雷达，涉及雷达领域。激光雷达包括激光发射单元、激光探测单元、扫描反射镜、第一驱动装置和第二驱动装置，激光发射单元发射的激光经扫描反射镜反射后出射到外部进行扫描探测，激光探测单元用于接收激光反射回波光束。第一驱动装置用于驱动扫描反射镜绕第一轴线转动扫描以调整水平方向的扫描范围，第二驱动装置用于驱动扫描反射镜绕第二轴线摆动扫描以调整竖直方向的扫描范围。其能够利用扫描反射镜实现水平和竖直方向扫描的情况下，还可实现水平方向360°转动扫描的。

Description

激光雷达

技术领域

本实用新型涉及雷达领域，具体而言，涉及一种激光雷达。

背景技术

激光雷达能够用于检测目标位置、轮廓和速度，应用领域逐步拓展，精确测量、导航定位、安全避障、还应用于无人驾驶技术，激光扫描雷达是将发射的激光束通过扫描发射形成扫描截面，从而测试出待测物的特征信息。目前三维扫描激光雷达在垂直方向为多层扫描，能够很好的反应待测物的特征信息，适用于多个领域，例如无人驾驶的导航、形状轮廓检测。

目前激光雷达使用振镜和棱镜配合的方式来实现水平方向和竖直方向的扫描，会导致激光雷达的空间占用大，且不能实现360°水平扫描。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种激光雷达，其能够利用扫描反射镜实现水平和竖直方向扫描的情况下，还可实现水平方向360°转动扫描的。

本实用新型的实施例可以这样实现：

第一方面，本实施例提供一种激光雷达，包括激光发射单元、激光探测单元、扫描反射镜、第一驱动装置和第二驱动装置，所述激光发射单元发射的激光经所述扫描反射镜反射后出射到外部进行扫描探测，所述激光探测单元用于接收激光反射回波光束；所述第一驱动装置用于驱动所述扫描反射镜绕第一轴线转动扫描以调整水平方向的扫描范围，所述第二驱动装置用于驱动所述扫描反射镜绕第二轴线摆动扫描以调整竖直方向的扫描范围。

在可选的实施方式中，所述第一轴线与所述第二轴线垂直。

在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括支架和基座；

所述第一驱动装置包括第一定子和第一转子，所述第一转子与所述支架固定连接，所述第一定子与所述基座固定连接，所述支架具有所述第二轴线，所述扫描反射镜安装所述支架上，且可绕所述第二轴线摆动；

所述基座具有第一轴线，所述支架可转动地安装于所述基座上，所述第一定子具有线圈，所述第一转子具有多个磁体；

所述第一定子的所述线圈通电时，可驱动所述第一转子转动，以带动所述支架转动，并通过所述支架带动所述扫描反射镜绕所述第一轴线转动。

在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括轴承，所述第一转子通过所述轴承可转动地安装于所述基座。

在可选的实施方式中，所述第二驱动装置包括第二动子和第二定子；

所述第二定子固定设置于所述基座上；

所述第二动子固定设置于所述扫描反射镜；

所述第二定子具有线圈，所述第二动子具有磁体；

所述第二定子的所述线圈通电时，可使所述第二动子带动所述扫描反射镜绕所述第二轴线往复摆动。

在可选的实施方式中，所述支架包括相互连接的第一装配部和第二装配部；

所述第一装配部与所述第一转子固定连接；

所述扫描反射镜可绕所述第二轴线摆动地安装于所述第二装配部；

所述第二装配部向着所述第一轴线的方向延伸，所述扫描反射镜的几何中心位于所述第一轴线。

在可选的实施方式中，所述基座设置有通光孔，所述激光发射单元位于所述通光孔的一端，所述扫描反射镜位于所述通光孔的另一端；

所述通光孔的轴线与所述第一轴线重合或平行；

所述扫描反射镜与所述激光探测单元对应设置，所述扫描反射镜还可将激光反射回波光束通过所述通光孔反射至所述激光探测单元。

在可选的实施方式中，所述扫描反射镜在绕所述第二轴线的最大摆动角度和最小摆动角度时，所述扫描反射镜的反射面在所述基座顶面的投影均大于或等于所述通光孔的投影，且所述通光孔的投影包含于所述扫描反射镜的反射面在基座顶面的投影内。

在可选的实施方式中，所述扫描反射镜可绕所述第二轴线在第一预设位置和第二预设位置之间摆动；

在所述第一预设位置时，所述扫描反射镜与所述第一轴线的之间夹角的取值范围为20°-40°；

在所述第二预设位置时，所述扫描反射镜与所述第一轴线之间的夹角的取值范围为50°-70°。

在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括控制单元，所述控制单元用于控制第一驱动装置和所述第二驱动装置的驱动频率，以调整所述扫描反射镜的转动频率和摆动频率，以使所述扫描反射镜绕所述第二轴线的摆动频率是所述扫描反射镜绕所述第一轴线的转动频率的整数倍，以让激光雷达实现重复扫描。

在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括控制单元，所述控制单元用于控制第一驱动装置和所述第二驱动装置的驱动频率，以调整所述扫描反射镜的摆动频率和转动频率，使所述扫描反射镜绕所述第二轴线的摆动频率是所述扫描反射镜绕所述第一轴线的转动频率的非整数倍，以让所述激光雷达实现非重复扫描。

在可选的实施方式中，所述控制单元还用于控制第一驱动装置和所述第二驱动装置的驱动频率，以使所述扫描反射镜绕所述第二轴线的摆动频率与所述扫描反射镜绕所述第一轴线的转动频率没有公倍数。

在可选的实施方式中，所述激光雷达还包括控制单元，所述控制单元还用于控制第一驱动装置的驱动频率，以调整所述扫描反射镜的转速，以使所述扫描反射镜绕所述第一轴线在ROI区域和非ROI区域时转速不同。

本实用新型实施例提供的激光雷达的有益效果包括，例如：

本申请通过第一驱动装置驱动扫描反射镜绕第一轴线转动扫描以调整水平方向的扫描范围，利用第二驱动装置驱动扫描反射镜绕第二轴线摆动扫描以调整竖直方向的扫描范围，这样既可以实现激光雷达即可实现周向旋转探测的同时还可进行俯仰摆动探测，从而提高激光雷达的视角和线数。最重要的是本申请通过一个扫描反射镜就可实现水平方向和竖直方向的扫描，这样可以让激光雷达的结构更加紧凑，能更容易的实现激光雷达的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的激光雷达的剖视结构示意图。

图标：100-激光雷达；111-激光发射单元；113-激光探测单元；115-扫描反射镜；117-第一轴线；119-第二轴线；130-第一驱动装置；131-第一定子；133-第一转子；135-轴承；150-第二驱动装置；151-第二定子；153-第二动子；170-支架；171-第一装配部；173-第二装配部；190-基座；191-通光孔；193-第一安装部；195-第二安装部。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种激光雷达100，该激光雷达100可用于自动驾驶或辅助驾驶的车辆。该激光雷达100可实现水平方向的转动扫描，还可实现竖直方向上的摆动俯仰扫描，从而可以增大该激光雷达100的扫描视场。

在本实施例中，激光雷达100包括激光发射单元111、激光探测单元113、扫描反射镜115、第一驱动装置130和第二驱动装置150，激光发射单元111发射的激光经扫描反射镜115反射后出射到外部进行扫描探测，激光探测单元113用于接收激光反射回波光束。第一驱动装置130用于驱动扫描反射镜115绕第一轴线117转动扫描以调整水平方向的扫描范围，第二驱动装置150用于驱动扫描反射镜115绕第二轴线119摆动扫描以调整竖直方向的扫描范围。

本实施例通过设置第一驱动装置130驱动扫描反射镜115绕第一轴线117转动扫描以调整水平方向的扫描范围，利用第二驱动装置150驱动扫描反射镜115绕第二轴线119摆动扫描以调整竖直方向的扫描范围，这样既可以实现激光雷达100即可实现周向旋转探测的同时还可进行俯仰摆动探测，从而提高激光雷达100的视角和线数。最重要的是本申请通过一个扫描反射镜115就可实现水平方向和竖直方向的扫描，这样可以让激光雷达100的结构更加紧凑，能更容易的实现激光雷达100的小型化。

请参照图1，在本实施例中，第一轴线117与第二轴线119垂直。从而可以使得扫描反射镜115可以在垂直的两个方向上转动和摆动，且能方便第一驱动装置130和第二驱动装置150与扫描反射镜115传动连接。

在本实施例中，激光雷达100还包括支架170和基座190。第一驱动装置130包括第一定子131和第一转子133，第一转子133与支架170固定连接，第一定子131与基座190固定连接，支架170具有第二轴线119，扫描反射镜115安装支架170上，且可绕第二轴线119摆动。基座190具有第一轴线117，支架170可转动地安装于基座190上，第一定子131具有线圈，第一转子133具有多个磁体。第一定子131的线圈通电时，可驱动第一转子133转动，以带动支架170转动，并通过支架170带动扫描反射镜115绕第一轴线117转动。

本实施例将线圈的第一定子131与安装在基座190，这样第一定子131为固定的不会转动，接线更加方便。而将第一转子133可转动地安装在基座190，这样可以让第一转子133可以稳定的绕第一轴线117转动，使得驱动装置的布局更简单和紧凑。支架170可转动地安装于基座190这样可方便的带动支架170绕第一轴线117转动，从而带动扫描反射镜115绕第一轴线117转动，实现激光雷达100的水平方向的扫描，这样设置可以让扫描反射镜115在水平方向可实现360°的扫描范围。

当然，在一些实施例中，也可让第一驱动装置的具有线圈的部分转动。

请参照图1，在本实施例中，激光雷达100还包括轴承135，第一转子133通过轴承135可转动地安装于基座190。这样可以让第一转子133的转动更加顺滑。

在本实施例中，基座190包括相互连接的第一安装部193和第二安装部195。第一定子131固定安装于第一安装部193，轴承135的内圈套设于第二安装部195，且与第二安装部195固定连接，第一转子133套设于轴承135的内圈，且与轴承135的外圈固定连接。

在本实施例中，支架170安装在转子的顶部与第一转子133固定连接。这样在第一转子133和支架170之间就不需设置传动结构，从而可以让传动更简单。

当然，在本申请的一些实施例中，也可不需要基座190，直接将第一定子131作为基座190也可。

其次，在本申请的一些实施例中，还可将支架170可转动地安装在基座190，再设置传动组件使第一转子133带动基座190在水平面的转动。

在本实施例中，第二驱动装置150包括第二动子153和第二定子151。第二定子151固定设置于基座190上。第二动子153固定设置于扫描反射镜115。第二定子151具有线圈，第二动子153具有磁体。第二定子151的线圈通电时，可使第二动子153带动扫描反射镜115绕第二轴线119往复摆动。

本实施例将第二定子151固定在基座190上，这样第二定子151为固定的，这样设置便于给第二定子151的线圈接线。将第二动子153的磁体直接安装在扫描反射镜115上，其与第二转子形成摆动型音圈电机，结构简单。

当然，在本实施例中，还可直接将第二驱动装置150安装在第一驱动装置130，第一驱动装置130驱动第二驱动装置150整体在水平面内转动，而扫描反射镜115安装在第二驱动装置，来驱动扫描反射镜115俯仰运动。

请参照图1，在本实施例中，支架170包括相互连接的第一装配部171和第二装配部173。第一装配部171与第一转子133固定连接。扫描反射镜115可绕第二轴线119摆动地安装于第二装配部173。第二装配部173向着第一轴线117的方向延伸，扫描反射镜115的几何中心位于第一轴线117。基座190设置有通光孔191，通光孔191的轴线与第一轴线117重合。激光发射单元111位于通光孔191的一端，扫描反射镜115位于通光孔191的另一端。通光孔191的轴线与第一轴线117重合或平行。扫描反射镜115与激光探测单元113对应设置，扫描反射镜115还可将激光反射回波光束通过通光孔191反射至激光探测单元113。这样方便扫描反射镜115的安装。

应尽可能的满足支架170呈轴对称图像，这样支架170在转动过程中可相对平衡和温度。

具体的，扫描反射镜115通过转轴安装在第二装配部173。第二轴线119与转轴的轴线重合。这样扫描反射镜115就可绕转轴转动。一般情况下，第二动子153的磁体通过粘接或可拆卸地安装在扫描反射镜115上。扫描反射镜115的反射面可以通过镀膜或者贴反光膜的方式实现反光。第二定子151安装在第二安装部195的顶部，且第二定子151中心形成有贯穿孔，贯穿孔与通光孔191对应，这样设置第二定子151就不会影响光束。

一般情况，可根据第二定子151的安装位置，适应性地调整第二安装部195的高度，从而让第二定子151与第二动子153之间保持在合适的距离范围内。

当然，在本申请的另外一些实施例中，扫描反射镜115的摆动还可通过其他的传动机构实现，例如连杆传动机构，齿轮传动机构等。

在本实施例中，扫描反射镜115在绕第二轴线119的最大摆动角度和最小摆动角度时，扫描反射镜115的反射面在基座190顶面的投影均大于或等于通光孔191的投影，且通光孔191的投影包含于扫描反射镜115的反射面在基座190顶面的投影内。这样可保证扫描反射镜115均可接收到激光探测单元113发射的光束。

请参照图1，在本实施例中，扫描反射镜115可绕第二轴线119在第一预设位置和第二预设位置之间摆动。在第一预设位置时，扫描反射镜115与第一轴线117的之间夹角的取值范围为20°-40°。在第二预设位置时，扫描反射镜115与第一轴线117之间的夹角的取值范围为50°-70°。这样可实现扫描反射镜115更好的摆动。

在本实施例中，支架170设置有扭簧，扭簧的一端与支架170固定连接，另一端与扫描反射镜115连接，这样在通过扭簧可让扫描反射镜115在初始位置。

在本实施例中，支架170上设置有两个限位凸台，从而限定扫描反射镜115的摆动角度。

在本实施例中，激光雷达100还包括控制单元，控制单元用于控制第一驱动装置130和第二驱动装置150的驱动频率，以调整扫描反射镜115的转动频率和摆动频率，以使扫描反射镜115绕第二轴线119的摆动频率是扫描反射镜115绕第一轴线117的转动频率的整数倍，以让激光雷达100实现重复扫描。控制单元还可以控制第一驱动装置130和第二驱动装置150的驱动频率，以调整扫描反射镜115的摆动频率和转动频率，使扫描反射镜115绕第二轴线119的摆动频率是扫描反射镜115绕第一轴线117的转动频率的非整数倍，以让激光雷达100实现非重复扫描。控制单元还可以控制第一驱动装置130和第二驱动装置150的驱动频率，以使扫描反射镜115绕第二轴线119的摆动频率与扫描反射镜115绕第一轴线117的转动频率没有公倍数。控制单元还可以控制第一驱动装置130的驱动频率，以调整扫描反射镜115的转速，以使扫描反射镜115绕第一轴线117在ROI区域和非ROI区域时转速不同。

通过控制单元从而可以控制激光雷达100以不同的方式扫描运行。

需要说明的是ROI区域和非ROI区域指感兴趣区域和其他区域，在扫描时可对RO I区域进行精细扫描，而在非RO I区域可快速扫描。

其次，本实施例还提供一种激光雷达100的控制方法，用于上述实施例提供的激光雷达100的控制。

请参照图1，在本实施例中，激光雷达100还包括遮光罩，遮光罩呈半球状，与基座190固定连接，从而围合形成安装空间。第一驱动装置130、第二驱动装置150、扫描反射镜115等都设置在该安装空间内。

方法包括以下步骤：

S100、控制第一驱动装置130运行，以带动扫描反射镜115绕第一轴线117转动，并控制第二驱动装置150运行，以带动扫描反射镜115绕第二轴线119摆动。

在本实施例中，步骤S100还包括以下子步骤：

S111、控制第二驱动装置150带动扫描反射镜115绕第二轴线119以第一预设频率摆动；

S1113、控制第一驱动装置130带动扫描反射镜115的绕第一轴线117以第二预设频率转动；

其中，第一预设频率是第二预设频率的整数倍。

在本实施例中，步骤S100还包括以下子步骤：

S131、控制第二驱动装置150带动扫描反射镜115绕第二轴线119以第三预设频率摆动；

S131、控制第一驱动装置130带动扫描反射镜115绕第一轴线117以第四预设频率转动；

其中，第三预设频率是第四预设频率的非整数倍。

在本实施例中，第三预设频率与第四预设频率没有公倍数。

在本实施例中，步骤S100还包括以下子步骤：

S151、控制第二驱动装置150运行，带动扫描反射镜115绕第二轴线119以预设频率摆动；

S153、控制第一驱动装置130在预设RO I区域，以第一预设转速带动扫描反射镜115绕第一轴线117转动；

S155、控制第一驱动装置130在预设非RO I区域，以第二预设转速带动扫描反射镜115绕第一轴线117转动；

其中，第一预设转速小于第二预设转速。

综上，本实用新型实施例提供的激光雷达100及其控制方法的有益效果包括，例如：

本实施例通过第一驱动装置130驱动扫描反射镜115绕第一轴线117转动扫描以调整水平方向的扫描范围，利用第二驱动装置150驱动扫描反射镜115绕第二轴线119摆动扫描以调整竖直方向的扫描范围，这样既可以实现激光雷达100即可实现周向旋转探测的同时还可进行俯仰摆动探测，从而提高激光雷达100的视角和线数。最重要的是本申请通过一个扫描反射镜115就可实现水平方向和竖直方向的扫描，这样可以让激光雷达100的结构更加紧凑，能更容易的实现激光雷达100的小型化。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种激光雷达，包括激光发射单元、激光探测单元、扫描反射镜、第一驱动装置和第二驱动装置，所述激光发射单元发射的激光经所述扫描反射镜反射后出射到外部进行扫描探测，所述激光探测单元用于接收激光反射回波光束；其特征在于，所述第一驱动装置用于驱动所述扫描反射镜绕第一轴线转动扫描以调整水平方向的扫描范围，所述第二驱动装置用于驱动所述扫描反射镜绕第二轴线摆动扫描以调整竖直方向的扫描范围。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一轴线与所述第二轴线垂直。

3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括支架和基座；

所述第一驱动装置包括第一定子和第一转子，所述第一转子与所述支架固定连接，所述第一定子与所述基座固定连接，所述支架具有所述第二轴线，所述扫描反射镜安装所述支架上，且可绕所述第二轴线摆动；

所述基座具有第一轴线，所述支架可转动地安装于所述基座上，所述第一定子具有线圈，所述第一转子具有多个磁体；

所述第一定子的线圈通电时，可驱动所述第一转子转动，以带动所述支架转动，并通过所述支架带动所述扫描反射镜绕所述第一轴线转动。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括轴承，所述第一转子通过所述轴承可转动地安装于所述基座。

5.根据权利要求3或4所述的激光雷达，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二动子和第二定子；

所述第二定子固定设置于所述基座上；

所述第二动子固定设置于所述扫描反射镜；

所述第二定子具有线圈，所述第二动子具有磁体；

所述第二定子的所述线圈通电时，可使所述第二动子带动所述扫描反射镜绕所述第二轴线往复摆动。

6.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述支架包括相互连接的第一装配部和第二装配部；

所述第一装配部与所述第一转子固定连接；

所述扫描反射镜可绕所述第二轴线摆动地安装于所述第二装配部；

所述第二装配部向着所述第一轴线的方向延伸，所述扫描反射镜的几何中心位于所述第一轴线。

7.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述基座设置有通光孔，所述激光发射单元位于所述通光孔的一端，所述扫描反射镜位于所述通光孔的另一端；

所述通光孔的轴线与所述第一轴线重合或平行；

所述扫描反射镜与所述激光探测单元对应设置，所述扫描反射镜还可将激光反射回波光束通过所述通光孔反射至所述激光探测单元。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描反射镜在绕所述第二轴线的最大摆动角度和最小摆动角度时，所述扫描反射镜的反射面在所述基座顶面的投影均大于或等于所述通光孔的投影，且所述通光孔的投影包含于所述扫描反射镜的反射面在基座顶面的投影内。

9.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描反射镜可绕所述第二轴线在第一预设位置和第二预设位置之间摆动；

在所述第一预设位置时，所述扫描反射镜与所述第一轴线的之间夹角的取值范围为20°-40°；

在所述第二预设位置时，所述扫描反射镜与所述第一轴线之间的夹角的取值范围为50°-70°。

10.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括控制单元，

所述控制单元用于控制第一驱动装置和所述第二驱动装置的驱动频率，以调整所述扫描反射镜的转动频率和摆动频率，以使所述扫描反射镜绕所述第二轴线的摆动频率是所述扫描反射镜绕所述第一轴线的转动频率的整数倍，以让激光雷达实现重复扫描。

11.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括控制单元，所述控制单元用于控制第一驱动装置和所述第二驱动装置的驱动频率，以调整所述扫描反射镜的摆动频率和转动频率，使所述扫描反射镜绕所述第二轴线的摆动频率是所述扫描反射镜绕所述第一轴线的转动频率的非整数倍，以让所述激光雷达实现非重复扫描。

12.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述控制单元还用于控制第一驱动装置和所述第二驱动装置的驱动频率，以使所述扫描反射镜绕所述第二轴线的摆动频率与所述扫描反射镜绕所述第一轴线的转动频率没有公倍数。

13.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括控制单元，所述控制单元还用于控制第一驱动装置的驱动频率，以调整所述扫描反射镜的转速，以使所述扫描反射镜绕所述第一轴线在ROI区域和非ROI区域时转速不同。