激光雷达及其探测装置的制作方法

本申请涉及测距领域，特别涉及一种激光雷达及其探测装置。

背景技术：

激光雷达lidar是激光主动探测传感器设备的一种统称，其工作原理大致如下：激光雷达的发射器发射出激光光束，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回并入射至激光接收器，雷达模块根据发送和接收激光光束的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出激光雷达与物体的距离。

目前的多线激光雷达为一对一的收发通道，例如，32线雷达需要32对发射光源与接收通道。并且，旋转扫描式激光雷达有着向纵向(垂直)视场越来越大，扫描线束越来越多的趋势不断发展。而该发展趋势，则要求激光雷达的通道数量越来越多。越来越多的通道数量可能会使激光雷达的成本变高，内部空间紧张，体积增大，并使发射端空间排布的难度增高。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种激光雷达及其激光雷达，在实现竖直方向上的多线束扫描的同时，通过振镜扫描的方式减少发射端激光器的数量，从而可以降低发射端空间排布的难度。

为解决上述技术问题，本申请的一方面公开了一种激光雷达的探测装置，包括多个激光发射器、发射透镜组件、一维振镜、接收透镜组件及光电探测器；所述发射透镜组件包括：第一反射镜及第二反射镜；

所述第一反射镜用于将所述多个激光发射器发出的探测光束反射到所述一维振镜；

所述一维振镜包括反射面，用于对所述第一反射镜反射后的探测光束进行反射，所述一维振镜的转轴垂直于竖直方向；

所述第二反射镜用于对所述一维振镜反射后的探测光束进行反射至待测空间；

所述接收透镜组件适于接收被所述待测空间中的障碍物所反射后的回波光束，其中，所述回波光束为经所述第二反射镜反射至待测空间的探测光束，在所述待测空间中遇到障碍物后被反射回来的光束；

所述光电探测器，适于处理所述回波光束。

可以理解，一维振镜可以调整探测光束在竖直方向上的出射角度，从而通过少量的激光发射器，便可实现多于激光器数量的多通道扫描线效果。从而降低激光雷达成本，减小体积，降低装校难度。

本申请的另一方面公开了一种激光雷达，包括上述探测装置、主轴、上仓板、顶盖、以及底座；

所述上仓板相对于所述探测装置固定设置所述上仓板相对于所述探测装置固定设置并位于所述探测装置的支撑平台的下方，且所述上仓板在所述探测装置的轴向上相对更靠近所述底座，更远离所述顶盖；

所述主轴垂直于所述底座设置，并且位于所述上仓板和所述底座之间；

所述探测装置能够绕所述主轴360°旋转，以实现在水平方向上的扫描。

该激光雷达采用非贯穿主轴结构，通过将上下仓板、发射和接收电路板、主轴等元器件压缩叠加设置于激光雷达的偏下方位置形成扁平化平台，减小了因主轴从上到下贯穿整个雷达所占用的空间，方便将本申请各方面公开的探测装置安装在扁平化平台的上方。这种设计有利于探测装置和扁平化平台中的器件的独立维护和独立升级。

附图说明

图1根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的剖面示意图；

图2根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的探测装置的结构示意图；

图3根据本申请的一些实施例，示出了探测装置的分解图；

图3a根据本申请的一些实施例，示出了一维振镜的结构图；

图4根据本申请的一些实施例，示出了探测装置的光路图；

图5根据本申请的一些实施例，示出了各激光发射器垂直方向的扫描视场。

图6根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的扁平化平台的结构示意图；

图7根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达扁平化平台的剖面示意图；

图8根据本申请的一些实施例，示出了旋转支架的结构示意图；

图9根据本申请的一些实施例，示出了主轴的结构示意图。

具体实施方式

本申请的说明性实施例包括但不限于一种激光雷达的探测装置及其激光雷达。

本申请将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以使用所描述方面的部分来实践一些可替代实施例。出于解释的目的，为提供对说明性实施例的透彻理解，对具体的数字、材料和配置进行阐述。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实现替代的实施例。在其他情况下，为了不对说明性实施例造成混淆，省略或简化了一些公知的特征。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。

根据本申请的一些实施例，公开了一种激光雷达。图1是该激光雷达的剖面结构示意图，图2和图3示出了该激光雷达的探测装置的结构示意图和分解图，图6和图7分别示出了该激光雷达的扁平化平台的结构示意图和剖面示意图。如图1所示，该激光雷达的主轴2位于整个雷达的下半部分，并非是轴向贯穿整个激光雷达，从而减小了因主轴从上到下贯穿整个雷达所占用的空间，方便并简化了主轴上方探测装置的结构的设置。

具体地，参考图1、图2、图3、图6及图7，该激光雷达可以包括底座1、主轴2、旋转支架3、探测装置17、顶盖15、外壳16、上仓板7、下仓板8、轴承6、无线供电组件(11及12)、直流电机、通信组件(未示出)、码盘13以及电缆接口14。

主轴2位于上仓板8和底座1之间并与底座1相垂直。探测装置17位于上仓板8、顶盖15以及外壳16组成的空间中。在直流电机的驱动下，上仓板7、探测装置17以及外壳16相对于主轴2在水平方向上360°旋转。可以理解，在本申请中，水平方向是指与主轴2相垂直的方向，竖直方向或者纵向是指与主轴相平行的方向。

如图2和图3所示，探测装置17包括接收模组1705、发射模组以及支撑平台18。接收模组1705和发射模组固定设置在支撑平台18上方，并能随着支撑平台18相对于主轴2的旋转而旋转。发射模组包括6个激光发射器1701、6个快轴准直器(未示出)、6个准直透镜1710、反射折转镜组、一维振镜1703。反射折转镜组包括第一反射镜1702和第二反射镜1704。接收模组1705包括接收镜头1705a和接收透镜组件，接收透镜组件包括汇聚透镜1705b和1705e、第三反射镜1705c及光电探测器1705d。可以理解，此处激光发射器的数量仅仅是出于说明的目的，并不是限制性的，在实际应用中，可以根据具体情况进行设置。

如图2或3所示，激光发射器1701被设置在支撑架1706上，并且6个激光发射器1701沿竖直方向分布为相互平行的两列，这两列激光发射器并排设置，并且两列激光发射器是交错设置的。为了确保6个激光发射器发射的探测光束经过第一反射镜1702反射后均可以入射到一维振镜1703的中心，6个激光发射器出射探测光束的方向并不完全相同。每个激光发射器1701设置有一个准直透镜1707和一个快轴准直器(未示出)，如此，每个激光光源均有单独的快轴准直(fac)透镜进行准直，在被fac透镜准直后，再经过准直透镜进行二次准直。入射到第一反射镜1702。其中，快轴准直器1707能够将激光发射器1701出射的探测光束近似椭圆形的光斑截面调整为近似圆形，同时为激光发射器1701提供准直功能。

参考图3a，一维振镜1703外形为长方体，具体可以包括反射面、转轴、支架结构、线圈以及线圈的接口，支架结构、转轴以及反射面为一体化结构，材质可以为铍铜，反射镜贴附于反射面之上，反射面的背面设置有磁铁(未示出)，转轴垂直于主轴或者竖直方向，激光雷达的控制部件可以通过接口输入驱动信号或者交变电流信号至线圈，线圈与磁铁相互作用产生驱动力驱动反射面，反射面能够在转轴带动下绕转轴往复摆动，进而带动反射镜往复摆动，从而可以将第一反射镜1702反射后的探测光束以不同的出射角进行反射，实现在竖直方向上对待测空间的扫描。如图5所示，图2所示的6个激光发射器1701各自实现的扫描视场在竖直方向上依次相接或部分重叠，以满足在竖直方向上的扫描范围要求，并且整个垂直扫描视场范围为90°～120°。可以理解，一维振镜1703可以自身包括反射面，也可以是在一维振镜1703上贴附反射镜，以实现对光束的反射。

图4示出了本申请探测装置的光路图。如图4所示，激光发射器1701发射的探测光束a经快轴准直器1707准直后入射到折转镜组的第一反射镜1702，第一反射镜1702将各激光发射器1701发射的探测光束a反射至一维振镜1703的中心，然后经一维振镜1703反射后入射到折转镜组的第二反射镜1704，由第二反射镜1704反射至待测空间。经待测空间的物体反射回的回波光束i通过接收镜头1705a入射到接收模组1705中，由汇聚透镜1705e、汇聚透镜1705b汇聚后通过第三反射镜1705c反射到光电探测器1705d，光电探测器1705d对回波光束i进行处理。其中，光电探测器1705d由线阵或面阵探测器组成。可以看出，发射模组和接收模组相互独立设置，可以独立装校，最后再联合装校于支撑平台18上。

下面结合图6至图9说明本申请的扁平化平台。如图所示，主轴2在穿透下仓板8后，下端部2b固定在主轴座1a上，故可以提高激光雷达的稳定性。另外，主轴2的上端部2a可以套设于旋转支架3的中空的第一部分3a。此外，可以理解，在本发明的其他实施例中，也可以不设置主轴2穿过下仓板8，而是位于下仓板8之上，即将下仓板8设置于主轴座1a的下端。

如图8所示，旋转支架的第一部分3a垂直于圆盘面结构的第二部分3b，第一部分3a套设于主轴2上。第二部分3b与外壳16耦接，并且，在一示范例中，第二部分3b包括三个旋转子支架3c，每个旋转子支架3c的第一端耦接于第一部分3a，每个旋转子支架3c的第二端耦接于第二部分3b的圆盘面的边缘。每个旋转子支架3c的第二端与圆盘面的边缘的耦接处还设置有支撑凸缘3d，支撑凸缘3d的凸起方向背离底座1，外壳16可以通过支撑凸缘3d上的通孔与旋转支架3耦接，从而提高主轴2上方外壳16、和探测装置17部分转动的稳定性，减少转动对整机寿命和雷达成像质量的影响。可以理解，旋转子支架的数量可以不仅仅是三个，也可以是大于三的任何数目，并且，支撑凸缘的个数也可以是大于三的任何数目。此外，旋转支架也可以采用其他的适合套于主轴上并承接外壳16以及上仓板7的结构，在此不做限制。

上仓板7设置在激光雷达轴向上更靠近底座1的部分，并位于旋转支架3的圆盘面上方，并且上仓板7相对于旋转支架3固定设置，即上仓板7可随旋转支架3旋转，主要用于对从探测装置17上各器件输出以及传输给探测装置17上的各器件的各种信号进行处理。可以理解，上仓板7也可以具有其他功能，也可以有其他的名称，并不限于此。下仓板8主要用于对从探测装置17上各器件接收到的以及要发送给探测装置17上的各器件的各种信号进行处理。可以理解，下仓板8也可以具有其他功能或者具备其他名称，并不限于此。

在具体实施中，通信组件可以包括第一通信模块和第二通信模块，第一通信模块相对于旋转支架3固定设置并与上仓板7电连接，第二通信模块相对于主轴2固定设置并与下仓板8电连接。

在本发明一实施例中，无线供电组件可以位于上仓板7和下仓板8之间，具体可以包括无线发射线圈12、无线接收线圈11、发射电路板10和接收电路板9，无线发射线圈12、无线接收线圈11、发射电路板10和接收电路板9均环绕主轴2设置，无线发射线圈12和发射电路板10相对于主轴2固定设置，无线接收线圈11和接收电路板9相对于旋转支架3固定设置，无线发射线圈12与无线接收线圈11相对运动，并用于向驱动电机及探测装置17供电。

驱动电机环绕主轴2设置，并通过带动旋转支架3旋转而带动旋转支架3上套有的外壳16、探测装置17、及上仓板7相对于主轴2或者底座1旋转。此处驱动电机可以采用直流电机，而该直流电机包括磁铁5和电枢4，且都环绕主轴2设置的磁铁5和电枢4在作为定转子的功能角色上可以互换。比如可以设置磁铁5为转子，电枢4为定子。磁铁5套在电枢4的外侧，相对与主轴2的距离更远，由于磁铁5无需供电，下仓板8与电枢4电连接以有线连接形式向所述电枢4供电，故可以降低无线供电组件的供电压力。可以理解，在本发明其他实施例中，直流电机的磁铁5和电枢4也可以采用另外的功能角色设置，例如，磁铁5作为电机定子与发射电路板10耦接，电枢4作为电机转子，可以通过无线供电组件供电。此外，本申请中的驱动电机也可以采用其他类型的驱动电机，不限定为直流电机。现有的的激光雷达多采用盘式电机，盘式电机的结构复杂，而本申请的激光雷达采用直流电机，直流电机具有结构简单低成本的特点，故可以降低激光雷达的复杂度。

在具体实施中，可以采用码盘13作为角度测量组件，码盘13环绕主轴2设置，并且相对于无线供电组件与主轴2的距离更远，即将码盘13设置在距离主轴2最远处，靠近底座1的外壳的周壁。通过将码盘设置在最外侧靠近外壳，能提高码盘测量角度的准确性。

另外，电缆接口14用于将激光雷达与其他的电子器件，比如其他的激光雷达或者电子设备进行连接，从而可以将当前激光雷达内部的信号传输到当前激光雷达的外部，而电缆接口14可以防水，能防止激光雷达进水时对信号传输的影响，从而可以提高雷达的防水能力。

上述激光雷达的工作过程如下：

第二通信模块将下仓板8发出的检测指令信息发送给第一通信模块，例如，以光信号的形式发送，即所谓的上行光信号传输，第一通信模块通过上仓板7将该检测指令信息发送给探测装置17，探测装置17接收到检测指令信息后开始进行检测任务；具体地，探测装置17的多个激光发射器1701发射由一维振镜1703调整的探测光束至待测空间，接收模组1705由接收镜头1705a接收到回波光束后，经过汇聚透镜1705b汇聚和第三反射镜1705c反射后由光电探测器1705d接收进行处理，生成检测结果信息，在此过程中，探测装置17在水平方向上360度连续旋转，实现水平方向的连续扫描，而振镜在转轴的带动下，绕轴旋转，实现在纵向的连续振动，使得探测光束可以在纵向上实现连续扫描。

检测结果信息经由上仓板7处理后通过第一通信模块发送给第二通信模块，例如，以光信号的形式发送，即所谓的下行光信号传输，下仓板通过第二通信模块控制组件接收到检测结果信息后对其进行相关分析和处理。

此外，在上述激光雷达工作的过程中，无线发射线圈12与无线接收线圈11相对转动，无线供电组件可以向探测装置17供电，以使得探测装置17执行检测任务。同时，对于测量角度的码盘10，在激光雷达的工作过程中，对雷达的旋转角度进行测量。

在以下实施例中总结了进一步的本申请的技术方案：

实施例1可以包括一种激光雷达的探测装置，包括多个激光发射器、发射透镜组件、一维振镜、接收透镜组件及光电探测器；所述发射透镜组件包括：第一反射镜及第二反射镜；

所述第一反射镜用于将所述多个激光发射器发出的探测光束反射到所述一维振镜；

所述一维振镜包括反射面，用于对所述第一反射镜反射后的探测光束进行反射，所述一维振镜的转轴垂直于竖直方向；

所述第二反射镜用于对所述一维振镜反射后的探测光束进行反射至待测空间；

所述接收透镜组件适于接收被所述待测空间中的障碍物所反射后的回波光束，其中，所述回波光束为经所述第二反射镜反射至待测空间的探测光束，在所述待测空间中遇到障碍物后被反射回来的光束；

所述光电探测器，适于处理所述回波光束。

实施例2可以包括实施例1所述的激光雷达的探测装置，所述多个激光发射器沿竖直方向分布。

实施例3可以包括实施例2所述的激光雷达的探测装置，所述多个激光发射器沿竖直方向分布为相互平行的两列，并且所述两列激光发射器交错设置。

实施例4可以包括实施例2或3所述的激光雷达的探测装置，所述多个激光发射器在竖直方向的扫描视场依次相接或部分重叠。

实施例5可以包括实施例1至4中任一项所述的激光雷达的探测装置，其中，所述多个激光发射器适于以不同的发射角发射探测光束，以使得所述第一反射镜能够将所述多个激光发射器发出的探测光束均反射到所述一维振镜的中心处。

实施例6可以包括实施例1至5中任一项所述的激光雷达的探测装置，其中，还包括多个快轴准直器和多个准直透镜，所述多个激光发射器中的每一个具有一个对应的所述快轴准直器和一个所述准直透镜对应，所述激光发射器所发射的光束经对应的快轴准直器和准直透镜准直后被反射到所述第一反射镜。

实施例7可以包括实施例1至6中任一项所述的激光雷达的探测装置，其中，所述接收透镜组件包括：汇聚透镜及第三反射镜；

所述汇聚透镜适于接收并汇聚所述回波光束至所述第三反射镜；

所述第三反射镜适于偏转所述回波光束至所述光电探测器。

实施例8可以包括实施例1所述的激光雷达的探测装置，该探测装置还包括支撑平台，所述多个激光发射器、发射透镜组件、一维振镜、接收透镜组件及光电探测器位于所述支撑平台的上方并相对于所述支撑平台固定设置。

实施例9可以包括一种激光雷达，该激光雷达包括：如实施例8所述的探测装置、上仓板、顶盖、以及底座；

所述上仓板相对于所述探测装置固定设置并位于所述探测装置的支撑平台的下方，且所述上仓板在所述探测装置的轴向上相对更靠近所述底座，更远离所述顶盖；

所述主轴垂直于所述底座设置，并且位于所述上仓板和所述底座之间；

所述探测装置能够绕所述主轴360°旋转，以实现在水平方向上的扫描。

实施例10可以包括实施例9所述的激光雷达，还包括驱动电和旋转支架；

所述旋转支架包括第一部分及第二部分，所述第一部分为中空结构且适于套设于所述主轴上，所述第二部分为竖直于所述第一部分的圆盘面结构且适于支撑所述探测装置，所述第二部分包括至少三个旋转子支架，每个所述旋转子支架的第一端耦接于所述第一部分，每个所述旋转子支架的第二端耦接于所述第二部分的圆盘面的边缘，所述驱动电机适于通过所述旋转支架驱动所述探测装置旋转。

实施例10可以包括实施例8或9所述的激光雷达，还包括外壳，所述外壳位于所述底座上方，并与所述探测装置的所述支撑平台的周边相接。

在附图中，可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。

需要说明的是，在本专利的示例和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。