三维激光雷达的制作方法

本实用新型属于雷达技术领域，更具体地说，是涉及一种三维激光雷达。

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激光束，然后将接收到的从目标反射回来的回波与发射的激光束进行比较，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，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达主要包括激光发射器、激光探测器、和信息处理系统，激光发射器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，从而被识别和计算。

目前的三维激光雷达中，由于激光探测器和激光发射器之间存在间距，激光在返回到激光探测器时，激光的回波可能会偏移出探测器的感光区域中心甚至探测范围，导致信噪比低甚至探测不到回波，导致测距存在的盲区较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种三维激光雷达，以解决现有技术中激光的回波可能会偏移出探测器的感光区域甚至探测范围，导致信噪比低甚至探测不到回波，造成测距盲区较大技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种三维激光雷达，包括底座，盖封于所述底座并与所述底座围合形成有容置空腔的透光保护罩，转动连接于所述底座并位于所述容置空腔内的转动组件，设于所述转动组件上的用于发射激光的激光发射组件，设于所述转动组件上并位于所述激光发射组件一侧的用于接收激光回波的激光探测组件，以及设于激光探测组件上的用于汇聚激光回波于所述激光探测组件的感光区域的导光镜组。

进一步地，所述导光镜组包括多个导光镜，所述导光镜呈空心圆锥状体，所述导光镜的相对两端分别开设有第一开口和口径小于所述第一开口的第二开口，所述导光镜的开设有所述第二开口的一端与所述激光探测组件连接，且所述激光探测组件的感光区域位于所述第二开口内。

进一步地，所述转动组件包括转动连接于所述地锁的转盘，固设于所述转盘的相对两端的第一支架和第二支架所述激光发射组件和所述激光探测组件分别设于所述第一支架上。

进一步地，所述三维激光雷达还包括设于所述第二支架上的用于汇聚光束的发射透镜和接收透镜，所述发射透镜与所述激光发射组件正对，所述接收透镜与所述导光镜组正对。

进一步地，所述激光发射组件包括多个激光发射器，所述激光探测组件包括与所述激光发射器数量相同的激光探测器，所述导光镜的开设有第二开口的一端与所述激光探测器连接。

进一步地，所述转动组件还包括相对两端分别连接于所述第一支架和第二支架的不透光的第三支架，所述第三支架的一端位于所述激光探测组件和所述激光发射组件之间，另一端位于所述发射透镜和所述接收透镜之间。

进一步地，所述三维激光雷达还包括设于所述底座下方的用于驱动所述转盘转动的电机。

本实用新型提供的三维激光雷达的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型三维激光雷达，通过在激光探测组件上加设导光镜组，该导光镜组用于将激光遭遇目标物体反射回来的回波汇聚于激光探测组件的感光区域上，从而在激光的回波产生一定程度偏移的情况下，也能够接收到回波信号，进而减小了三维激光雷达的盲区，同时，导光镜的加入使得激光回波有更大机率落在激光探测组件的感光区域的中心，从而得到更高的信噪比；通过将激光发射组件、激光探测组件设于转动组件上，该转动组件转动连接于底座上，使得激光探测组件和激光发射组件能够随转动组件转动，从而可以探测到三维空间里各个方位的目标；通过在底座上盖封一透光保护罩，使得在不影响激光或回波通过的前提下能够防水防尘，亦可防止撞击。

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三维激光雷达的装配结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的三维激光雷达的结构分解示意图；

图3为本实用新型实施例提供的导光镜的结构示意图；

图4为图1所示的三维激光雷达的俯视结构示意图；

图5为未加入导光镜时激光回波的偏移示意图；

图6为本实用新型提供的三位激光雷达的激光回波的偏移示意图。

其中，图中各附图标记：

10-底座；11-转轴；20-透光保护罩；30-转动组件；31-转盘；32-第一支架；33-第二支架；34-第三支架；40-激光发射组件；41-激光发射器；50-激光探测组件；51-激光探测器；60-导光镜组；61-导光镜；70-发射透镜；80-接收透镜；H-容置空腔；H1-第一开口；H2-第二开口；H3-第一区；H4-第二区。

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”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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1及图6，现对本实用新型提供的三维激光雷达进行说明。所述三维激光雷达，包括底座10，罩设于底座10并与底座10围合形成有容置空腔H的透光保护罩20，转动连接于底座10并位于容置空腔H内的转动组件30，设于转动组件30上的用于发射激光的激光发射组件40，设于转动组件30上并位于激光发射组件40一侧的用于接收激光的回波的激光探测组件50，以及设于激光探测组件50上的用于汇聚回波于激光探测组件50的感光区域上的导光镜组60。具体地，本实用新型提供的三维激光雷达，主要包括底座10、透光保护罩20、转动组件30、激光发射组件40、激光探测组件50、以及导光镜组60，这里，在底座10的中央设有一转轴11，该转动组件30套设于该转轴11上并可绕该转轴11转动，可以理解地，该转动组件30通过轴承套(图未示)设于该转轴11上，且不限定为某一种特定轴承，以能够实现转动组件30绕转轴11转动为准，此处不作唯一限定；激光发射组件40用于发射激光，激光探测组件50用于接收激光发射组件40发射的激光在遭遇目标物体之后反射的回波，并且将该回波通过信号转接电路(图未示)转化成计算机可识别的电脉冲信号，在此过程中，由于激光发射组件40和激光探测组件50之间始终存在距离，造成三维激光雷达在探测距离时始终存在盲区，即一部分回波会偏离激光探测组件的感光区域，甚至无法被激光探测组件接收到，从而造成误差，于是本实用新型在激光探测组件50上加设导光镜组60，该导光镜组60对激光回波具有汇聚作用，即能够将分散于更大区域的更多回波汇聚于激光探测组件50的感光区域上，从而使得分散于更大区域内的回波能够被激光探测组件50接收到，使三维激光雷达的盲区减小、精度增高。

本实用新型提供的三维激光雷达，与现有技术相比，通过在激光探测组件50上加设导光镜组60，该导光镜组60用于将激光遭遇目标躯体反射回来的回波汇聚于激光探测组件50的感光区域上，从而在激光的回波产生一定程度偏移的情况下，也能够接收到回波信号，进而减小了三维激光雷达的盲区，同时，导光镜组60的加入使得激光回波有更大机率落在激光探测组件50的感光区域的中心，从而得到更高的信噪比；通过将激光发射组件40、激光探测组件50设于转动组件30上，该转动组件30转动连接于底座10上，使得激光探测组件50和激光发射组件40能够随转动组件30转动，从而可以探测到三维空间里各个方位的目标；通过在底座10上罩设一透光保护罩20，使得在不影响激光或回波通过的前提下能够防水防尘，亦可防止撞击。

进一步地，请参阅图3，作为本实用新型提供的三维激光雷达的一种具体实施方式，导光镜组60包括多个导光镜61，导光镜61呈空心圆锥状，导光镜的相对两端分别开设有第一开口H1和口径小于第一开口H1的第二开口H2，导光镜61的开设有第二开口H2的一端与激光探测组件50连接，且激光探测组件50的感光区域位于第二开口H2内。这里，导光镜61由反光性能优良的材料制成，或者在该导光镜61的内壁涂覆有反光性能优良的材料层；该导光镜61呈空心圆锥状，毫无疑义地，呈空心圆锥状的导光镜61具有尺寸较大的一端(在本实用新型中被称为“大端”)和尺寸较小的一端(在本实用新型中被称为“小端”)，在其大端和小端分别设有第一开口H1和第二开口H2，第一开口H1的直径大于第二开口H2的直径，且该导光镜61的小端与激光探测组件连接，并且使得设于第二开口H2与该激光探测组件60的感光区域正对，即，激光探测组件50的感光区域位于第二开口H2内的中间区域，以使得激光回波能够在导光镜61内壁的反射和折射作用下从导光镜61的大端来到小端，最终进入到激光探测组件60的感光区域内。

图5和图6分别为三维激光雷达没有加入导光镜61和加入导光镜51之后的激光回波偏移示意图，可以看到在未加入导光镜61时，能够探测到的距离为A2与C1之间的距离，加入了导光镜61之后，能够探测到的距离从A2到C1之间的距离扩大到了从A1到C2的距离，从而减小了探测盲区。

进一步地，请参阅图1至图2，作为本实用新型提供的三维激光雷达的一种具体实施方式，转动组件30包括转动连接于10底座的转盘31，固设于转盘31一端的第一支架32，激光发射组件40和激光探测组件50分别设于第一支架32上。具体地，转盘31呈圆盘状，在其底面开设有与设于底座10上的转轴11相适配的安装孔(图未示)，该转轴11通过轴承安装于该安装孔内，实现转盘31与底座10的转动连接；该第一支架32主要起到承载和支撑激光发射组件40和激光探测组件50的作用。

进一步地，请参阅图1至图2，作为本实用新型提供的三维激光雷达的一种具体实施方式，三维激光雷达还包括固设于转盘31另一端的第二支架，三维激光雷达还包括设于第二支架32上的用于汇聚光束的发射透镜70和接收透镜80，发射透镜70与激光发射组件40正对，接收透镜80与导光镜组60正对。激光发射组件40发射脉冲激光，发射透镜70与激光发射组件40正对，使激光发射组件40发射的脉冲激光直接到达发射透镜70，发射透镜70将脉冲激光汇聚成直径很小的激光束，脉冲激光经过发射透镜70后，照射在前方的目标物体上，产生漫反射回波，该回波经过接收透镜80后，将回波激光汇聚到与之正对的导光镜60上，再被该导光镜60进行反射或折射后进一步汇聚到激光探测组件50的感光区域。该第二支架33主要起到承载和支撑发射透镜70和接收透镜80的作用；该第二支架33还起到与第一支架33配重的作用，即，使得转盘31的相对两端的重量平衡，能够在转盘31绕转轴11转动的时候不发生晃动，从而影响测量效果。

进一步地，请参阅图4，作为本实用新型提供的三维激光雷达的一种具体实施方式，激光发射组件40包括多个激光发射器41，激光探测组件50包括与激光发射器41数量相同的激光探测器51，导光镜61的开设有第二开口H2的一端与激光探测器51连接。具体地，多个激光发射器41按照需求排成特定形状的阵列，在本实施例中，各激光发射器41排成一字阵列，相应的，每个激光发射器41一侧设有一激光探测器51，各激光探测器51相应地排成一字阵列，并且在每一激光探测器51上均设有导光镜61，该导光镜61的开设有第二开口H2的一端与激光探测器51相连，可以理解的是，激光探测器51的感光区域位于导光镜61的第二开口H2的中间区域，即，当激光束的回波可以直接进入到激光探测器51的感光区域，也可以经由导光镜61的大端内壁、小端内壁反射和折射后到达该激光探测器51的感光区域。

进一步地，请参阅图1至图2，作为本实用新型提供的三维激光雷达的一种具体实施方式，转动组件30还包括相对两端分别连接于第一支架32和第二支架33的不透光的第三支架34，第三支架34的一端位于激光探测组件50和激光发射组件40之间，另一端位于发射透镜70和接收透镜80之间。具体地，这里的第一支架32、第二支架33以及第三支架33大致组成一工字型结构架，其中，第三支架34将第一支架32和第二支架33围合形成的区域隔断为第一区H3和第二区H4，且激光发射组件40和发射透镜70位于该第一区H3内，相应地，激光探测组件50和接收透镜80位于第二区H4，由于第三支架34为不可透光件，从而避免了激光探测器41发出的激光与反射回来的激光束的回波相互干扰，影响测量和计算精度。

进一步地，作为本实用新型提供的三维激光雷达的一种具体实施方式，三维激光雷达还包括设于底座10下方的用于驱动转盘31转动的电机(图未示)。这里，电机主要用于驱动转盘31绕转轴11转动，同时，本实用新型提供的三维激光雷达将电机布设于底座10下方，避免了传统三维雷达将电机布设于转盘31上方，使其不得不加设反射镜等光路辅助元件将激光束从发射透镜送出，或是将经过接收透镜的回波反射向激光探测器的感光区域，进而造成的光路复杂的问题；本实用新型三维激光雷达使激光从激光发射器41直接来到发射透镜70，遇到目标物体反射后，经过接收透镜80直接到达导光镜61，最终来到激光探测器51的感光区域，大大简化了三维激光雷达的光路和结构，减少了物料成本、时间成本，也间接提高了测量精度。

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。