激光雷达的制作方法

本发明属于雷达技术领域，更具体地说，是涉及一种激光雷达。

背景技术：

激光雷达在地图构建，避障，测距等领域有着优异的性能，广泛应用于机器人、agv(物流搬运)、无人驾驶等行业。目前，国内外激光雷达公司生产的脉冲tof(飞行时间测距法)测距激光雷达大部分使用平行轴和共轴的结构方式。在共轴式激光雷达中，当激光源的发散较大时，激光准直的结构复杂，导致难以在有限的空间内做好激光准直，激光准直结构的设计难度较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于引入一种激光雷达，以解决现有技术中存在的激光准直结构复杂，难以在有限的空间内设置准直效果较好的准直结构的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种激光雷达，包括包括用于准直激光的光纤准直结构，还包括用于接收并发出所述准直透镜出射的激光的激光发射结构、用于接收并传输经过外界物体反射后的激光的激光接收结构、以及用于旋转所述激光发射结构的驱动组件，所述光纤准直结构包括：

激光源，用于发出激光；

光纤，具有柔性且用于传输激光；

激光耦合透镜，其两端分别连接所述激光源和所述光纤；

准直透镜，设于所述光纤的出光端，且所述光纤的出光端与所述准直透镜共轴设置。

进一步地，所述光纤准直结构还包括光纤发射头，所述光纤的出光端插入所述光纤发射头中。

进一步地，所述光纤发射头为陶瓷头。

进一步地，所述光纤准直结构还包括发射管，所述发射管呈不透明状，所述光纤发射头伸入所述发射管的一端，所述准直透镜设于所述发射管的另一端。

进一步地，所述驱动组件、所述激光发射结构、所述光纤准直结构沿所述驱动组件的旋转输出轴的轴线方向依次设置。

进一步地，所述激光发射结构包括反射管以及用于反射激光的第一介质膜，且所述准直透镜设于所述反射管的一端，所述反射管呈l形，使所述反射管的出射光轴和所述准直透镜的出射光轴相垂直，所述第一介质膜倾斜设置且设于所述反射管的角部。

进一步地，所述激光接收结构包括用于接收经过外界物体反射后的激光的第二介质膜。

进一步地，所述激光雷达还包括支架，所述第一介质膜和所述第二介质膜固定于所述支架的同一表面，且所述第一介质膜和所述第二介质膜一体成型。

进一步地，所述激光接收结构还包括用于接收所述第二介质膜反射后的激光的接收透镜、与所述接收透镜共轴设置的滤光片和光检测器以及接收管，所述接收管呈不透明状，且所述接收透镜和所述光检测器分别设于所述接收管的两端。

进一步地，所述驱动组件包括码盘、用于驱动所述激光发射结构及所述码盘旋转的电机、以及用于检测所述码盘旋转角度的光耦。

本发明提供的激光雷达的有益效果在于：与现有技术相比，本发明激光雷达，其光纤准直结构包括激光源、光纤、激光耦合透镜和准直透镜，激光源发出的激光经过激光耦合透镜的耦合后进入光纤，从光纤发出的激光呈圆斑状，发散角度较小，更易经过准直透镜准直，简化了激光准直结构，而且光纤具有柔性、可弯曲，这样，激光源和准直透镜无需同轴设置，能够充分利用激光雷达内部的空间，从而减小准直结构所占用的空间，在有限的空间内达到较小的激光准直效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的光纤准直结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的激光雷达的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的激光雷达的内部结构图；

图4为本发明实施例提供的激光雷达的剖视图；

图5为本发明实施例提供的激光发射结构的立体结构图。

其中，图中各附图标记：

1-驱动组件；11-电机；12-码盘；13-光耦；2-激光发射结构；21-反射管；211-竖直管；212-水平管；22-第一介质膜；3-光纤准直结构；31-激光源；32-激光耦合透镜；33-光纤；34-光纤发射头；35-发射管；36-准直透镜；4-激光接收结构；41-第二介质膜；42-接收透镜；43-接收管；44-滤光片；45-光检测器；5-支架；6-红外罩；7-底座。

具体实施方式

为了使本发明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，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，“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至图5，现对本发明提供的激光雷达进行说明。在其中一个实施例中，激光雷达包括用于准直激光的光纤准直结构3，还包括用于接收并发出准直透镜36出射的激光的激光发射结构2、用于接收并传输经过外界物体反射后的激光的激光接收结构4、以及用于旋转激光发射结构2的驱动组件1。具体地，激光经过光纤准直结构3发出后，再经过激光发射结构2反射后发出，发出的激光经外部物体反射后回到激光雷达的激光接收结构4中，并通过激光接收结构4分析计算外部物体的方位以及与雷达之间的距离。驱动组件1可驱动激光发射结构2旋转，调整激光的发射方向。光纤准直结构3包括激光源31、光纤33、激光耦合透镜32和准直透镜36。激光源31用于发出激光，激光源31可选为激光二极管。激光源31发出的激光经过激光耦合透镜32的耦合后进入光纤33中，并由光纤33的出光端发出圆形光斑，该种光斑的发散角较小，更易通过准直透镜36准直。光纤33具有柔性，即可弯曲，这样，激光源31的光轴和准直透镜36的光轴可不在同一条直线上，使激光源31和准直透镜36的位置分布更加灵活，能够充分利用激光雷达的内部空间，在有限的空间内达到更好的激光准直效果。其中，激光耦合透镜32的两端分别连接激光源31和光纤33，用于将激光源31发出的激光传输至光纤33内。光纤33的出光端远离激光耦合透镜32设置，且光纤33的出光端与准直透镜36共轴设置，便于对光纤33出光端发出的激光进行有效的准直。

本发明提供的激光雷达，与现有技术相比，本发明激光雷达，其光纤准直结构3包括激光源31、光纤33、激光耦合透镜32和准直透镜36，激光源31发出的激光经过激光耦合透镜32的耦合后进入光纤33，从光纤33发出的激光呈圆斑状，发散角度较小，更易经过准直透镜36准直，简化了激光准直结构，而且光纤33具有柔性、可弯曲，这样，激光源31和准直透镜36无需同轴设置，可灵活装配，能够充分利用激光雷达内部的空间，从而减小准直结构所占用的空间，在有限的空间内达到较小的激光准直效果。

请参阅图1，在其中一个实施例中，光纤准直结构3还包括光纤发射头34，光纤33的出光端插入光纤发射头34中，光纤发射头34用于固定光纤33，便于将光纤33装配至下述发射管35或者激光雷达内的其他部件上。光纤发射头34呈中空状，光纤33插入光纤发射头34的一端，激光可从光纤发射头34的中空孔中发出。可选地，光纤发射头34和光纤33可拆卸连接，方便光纤发射头34和光纤33的拆卸互换。光纤发射头34可选为陶瓷头。

请参阅图3及图4，在其中一个实施例中，光纤准直结构3还包括发射管35，发射管35呈不透明状，光纤发射头34伸入发射管35的一端，准直透镜36设于发射管35的另一端。发射管35呈不透明状，使穿过光纤发射头34的激光可在发射管35内传输至准直透镜36，避免发射管35内的激光漏出干扰雷达接收光路，保证雷达检测的准确性。更具体地，发射管35为管状，光纤发射头34直接插入发射管35的管内，而准直透镜36可根据其自身大小覆盖于发射管35的端部或者插入发射管35的内部。

可选地，光纤发射头34的外周设有卡扣，可卡设于发射管35的内部。

请参阅图2至图5，本发明还提供一种激光雷达，该激光雷达包括上述任一实施例中的光纤准直结构3，还包括用于接收并发出准直透镜36出射的激光的激光发射结构2、用于接收并传输经过外界物体反射后的激光的激光接收结构4、以及用于旋转激光发射结构2的驱动组件1。具体地，激光经过光纤准直结构3发出后，再经过激光发射结构2反射后发出，发出的激光经外部物体反射后回到激光雷达的激光接收结构4中，并通过激光接收结构4分析计算外部物体的方位以及与雷达之间的距离。驱动组件1可驱动激光发射结构2旋转，调整激光的发射方向。

可选地，激光雷达还包括红外罩6和底座7。红外罩6为透光材料，红外罩6罩设于驱动组件1及激光发射结构2的外周，可以保护驱动组件1及激光发射结构2，还能够使光透过红外罩6发射接收，同时能够过滤大部分干扰光。激光接收结构4部分安装于底座7内，红外罩6和底座7固定连接。

在其中一个实施例中，驱动组件1的旋转输出轴纵向设置，驱动组件1、激光发射结构2和光纤准直结构3自上而下依次设置，使激光雷达的底部具有足够的空间布局激光接收结构4。可选地，驱动组件1的旋转输出轴与光纤准直结构3的输出光轴重合，使得激光发射结构2沿驱动组件1的旋转输出轴旋转时，始终与光纤准直结构3相正对，接收光纤准直结构3发出的激光。

请参阅图3及图4，在其中一个实施例中，激光发射结构2包括反射管21以及用于反射激光的第一介质膜22，反射管21呈l形，且准直透镜36设于反射管21的一端，使反射管21的出射光轴和准直透镜36的出射光轴相垂直，第一介质膜22倾斜设置且设于反射管21的角部。准直透镜36发出的光进入反射管21一端中，并经过第一介质膜22的反射，光线从反射管21的另一端发出，穿过红外罩6至外界物体。更具体地，反射管21包括竖直管211和水平管212，准直透镜36的出射光轴与竖直管211的长度方向相同，第一介质膜22所在的平面与竖直管211及水平管212的长度方向均呈45度夹角设置，使得准直透镜36发出的光进入竖直管211后，经过第一介质膜22的反射，将光线的传播方向翻转90度，以朝向水平方向发出。竖直管211和水平管212的连接处具有切口，第一介质膜22设于该切口处，使第一介质膜22面向反射管21一侧成为连通竖直管211和水平管212的侧壁。驱动组件1的旋转输出轴的轴线也与竖直管211的长度方向相同，这样，驱动组件1带动反射管21及第一介质膜22旋转时，反射管21的光线出射方向也可在水平面内360度转动，以检测各个方向的障碍物。可选地，准直透镜36设于反射管21内，或者正对反射管21的端部设置。

可选地，激光雷达还包括支架5，支架5用于固定反射管21及第一介质膜22。更具体地，驱动组件1的旋转输出轴，即电机11的旋转输出轴伸入支架5中，并与支架5固定连接，反射管21及第一介质膜22均固定于支架5上，这样，驱动组件1通过支架5带动整个激光发射结构2旋转。

请参阅图3至图5，在其中一个实施例中，激光接收结构4包括用于接收经过外界物体反射后的激光的第二介质膜41。在激光经过激光发射结构2发出后至外界物体，并经过外界物体反射后，回到该激光雷达，第二介质膜41接收激光，并将激光反射至下述光检测器45，根据激光的飞行往返时间计算出外界物体离该激光雷达的距离。第二介质膜41与第一介质膜22的作用相同，均为改变激光的路径，便于适应激光雷达的内部结构。

可选地，第一介质膜22和第二介质膜41设于同一平面上，且第一介质膜22和第二介质膜41一体成型。第一介质膜22和第二介质膜41的材料亦可相同。第一介质膜22和第二介质膜41构成整块的介质膜。在该实施例中，第一介质膜22位于中心部位，第二介质膜41环设于第一介质膜22的外周，使得光纤准直结构3位于激光雷达的中心部位，便于光纤准直结构3及激光发射结构2的布局。

可选地，以玻璃、塑料等材料为基材，第一介质膜22和第二介质膜41镀设于该基材的表面，具有反射光线的作用。第一介质膜22、第二介质膜41可为镀金层、镀银层、镀铝层等反射率较大的金属层。

请参阅图3至图5，在其中一个实施例中，激光接收结构4还包括用于接收第二介质膜41反射后的激光的接收透镜42、与接收透镜42共轴设置的滤光片44和光检测器45以及接收管43，接收管43呈不透明状，且接收透镜42和光检测器45分别设于接收管43的两端。接收管43可遮挡外部光线，防止外部光线干扰，保证光检测器45检测结果的准确性。滤光片44的作用在于过滤干扰波段的光线，提高检测结果的准确性。

在其中一个实施例中，发射管35穿过接收透镜42的中心设置，使发射光路和接收光路均能竖直设置，纵向布置于激光雷达中。更具体地，接收透镜42固定于接收管43的一端，使接收透镜42和接收管43同轴设置，且能够封堵接收管43的该端，这样，接收管43内的光线只能通过接收透镜42进入。

可选地，穿过接收透镜42、接收管43、滤光片44和光检测器45的光轴纵向设置，与驱动组件1的旋转输出轴的轴向相同。光纤准直结构3可设于接收管43内。接收管43、滤光片44和光检测器45可固定于底座7中。

请参阅图3及图4，在其中一个实施例中，驱动组件1包括码盘12、用于驱动激光发射结构2及码盘12旋转的电机11、以及用于检测码盘12旋转角度的光耦13。激光发射结构2和码盘12均与电机11的输出轴固定连接。光耦13竖直设置，与码盘12所在的平面相垂直。码盘12上具有原点标记部，当原点标记部与光耦13相正对时，光耦13能够识别出激光发射结构2及码盘12处于初始位置；当激光发射结构2旋转时，光耦13配合码盘12上的计数孔可判断激光发射结构2目前的发射方向。光耦13和码盘12的结构能够辅助激光雷达识别电机11旋转角度，进而识别障碍物的方位。

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