一种车载无人机激光雷达、车载无人机探测系统和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种车载无人机激光雷达、车载无人机探测系统和车辆。


背景技术：

2.目前，由于探测全面和使用方便，在汽车上使用车载无人机进行照明和对目标物体进行探测正在成为一个趋势。要实现广角探测，车载无人机中使用的激光雷达常使用的是机械式旋转结构或基于mems的半固态结构，导致激光雷达重量重且规格大，不利于车载无人机的小型化和轻量化。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种车载无人机激光雷达、车载无人机探测系统和车辆。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种车载无人机激光雷达，用于探测车辆周围出现的目标物体，所述车载无人机激光雷达，包括：发射模组和接收模组；
5.所述发射模组，包括：激光器和超透镜模块；
6.所述超透镜模块，将所述激光器发出的光线准直后辐射到所述车载无人机激光雷达所属的车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云；
7.所述接收模组，对所述目标物体反射的回波信号进行接收。
8.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种车载无人机探测系统，用于探测车辆周围出现的目标物体以及照明；所述车载无人机探测系统，包括：照明模组和上述第一方面所述的车载无人机激光雷达；
9.所述照明模组，包括：光源和可调超透镜阵列；
10.所述光源位于所述可调超透镜阵列的焦平面上；
11.当所述车载无人机激光雷达探测到所述车辆周围出现目标物体时，可调超透镜阵列对所述光源发出的光线的出射方向进行相位调制，相位调制后的所述光线能够照射到偏离所述目标物体的位置的区域。
12.第三方面，本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括：上述第二方面所述的车载无人机探测系统。
13.本实用新型实施例上述第一方面至第三方面提供的方案中，通过具有超透镜模块的发射模组将发射模组中激光器发出的光线准直后辐射到车载无人机激光雷达所属的车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云，与相关技术中车载无人机激光雷达使用机械式旋转结构或基于mems的半固态结构实现广角探测的方式相比，将超透镜应用到车载无人机激光雷达的发射模组中，在避免使用机械式旋转结构以及基于mems的半固态结构的情况下，就可以使车载无人机激光雷达能探测车辆四周的路况信息，确保车辆在行驶过程中没有盲区；而且，超透镜具备“轻”、“薄”、“简”、“廉”以及产能高的优势，那么使用超透镜模块
的车载无人机激光雷达就具有体积(规格)小和重量轻的特点，不仅实现了车载无人机的小型化和轻量化的目的，还减轻了车载无人机的自身负重，增加了车载无人机的续航能力。
14.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1示出了本实用新型实施例所提供的一种车载无人机激光雷达的结构示意图；
17.图2示出了本实用新型实施例所提供的一种车载无人机激光雷达中，超透镜中正六边形、正方形和扇形的纳米结构在基底上的排布图；
18.图3示出了本实用新型实施例所提供的一种车载无人机激光雷达中，接收模组的结构示意图；
19.图4示出了本实用新型实施例所提供的一种车载无人机激光雷达中，照明模组的结构示意图。
具体实施方式
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
21.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。
22.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.目前，由于探测全面和使用方便，在汽车上使用车载无人机进行照明和对目标物体进行探测正在成为一个趋势。要实现广角探测，车载无人机中使用的激光雷达常使用的是机械式旋转结构或基于mems的半固态结构，导致激光雷达重量重且规格大，不利于车载无人机的小型化和轻量化。
24.基于此，本实施例提出一种车载无人机激光雷达、车载无人机探测系统和车辆，通过具有超透镜模块的发射模组将发射模组中激光器发出的光线准直后辐射到车载无人机
激光雷达所属的车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云，将超透镜应用到车载无人机激光雷达的发射模组中，在避免使用机械式旋转结构以及基于mems的半固态结构的情况下，就可以使车载无人机激光雷达能探测车辆四周的路况信息，确保车辆在行驶过程中没有盲区；而且，超透镜具备“轻”、“薄”、“简”、“廉”以及产能高的优势，那么使用超透镜模块的车载无人机激光雷达就具有体积(规格)小和重量轻的特点。
25.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步详细的说明。
26.实施例
27.参见图1所示的一种车载无人机激光雷达的结构示意图，本实施例提出一种车载无人机激光雷达，用于探测车辆周围出现的目标物体，所述车载无人机激光雷达，包括：发射模组和接收模组。
28.所述发射模组，包括：激光器100和超透镜模块。
29.所述超透镜模块，将所述激光器发出的光线准直后辐射到所述车载无人机激光雷达所属的车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云；
30.所述接收模组，对所述目标物体反射的回波信号进行接收。
31.所述激光器，采用单个激光器，能够发出一个激光光束。
32.所述目标物体，可以是但不限于：车载无人机激光雷达所属的车辆周围出现的行人、建筑物、所述车辆所在道路上的障碍以及其他车辆。
33.所述其他车辆，可以是但不限于：与车载无人机激光雷达所属的车辆会车的车辆，在车载无人机激光雷达所属的车辆同向行驶的车辆。
34.所述超透镜模块中使用的超透镜是一层亚波长的人工纳米结构膜，可根据基底上的纳米结构来调制入射光。其中纳米结构包含全介质或等离子的纳米天线，可直接调控光的相位、幅度和偏振等特性。纳米结构可以采用全介质结构单元，在可见光波段具有高透过率，可选的材料包括但不限于：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓和氢化非晶硅。纳米结构在基底上呈阵列排布，所述超透镜的基底的截面形状为正六边形和/或正方形和/或扇形，每个基底的中心位置，或者每个基底的中心位置和顶点位置分别设有一个纳米结构。参见图2所示的超透镜中正六边形、正方形和扇形的纳米结构在基底上的排布图。超透镜的工作波段为红外波段。纳米结构之间可用空气填充或者其他透明的填充材料，需要注意的是，此填充材料的折射率与纳米结构的折射率差值的绝对值需大于等于0.5。纳米结构可为偏振相关的结构，如纳米鳍和纳米椭圆柱等结构，此类结构对入射光施加一个几何相位；纳米结构也可以是偏振无关结构，如纳米圆柱和纳米方柱等结构，此类结构对入射光施加一个传播相位。
35.在一个实施方式中，所述超透镜模块，包括：准直超透镜102和点云生成器104。
36.所述激光器发出的光线，经过所述准直超透镜准直后入射到所述点云生成器中，所述点云生成器将准直后的光线辐射到所述车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云。
37.可选地，所述点云生成器的功能，可以采用超透镜实现。
38.所述点云生成器将准直后的光线辐射到所述车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云的具体方式，不在本技术的讨论范围之列，可以认为是现有技术。
39.在一个实施方式中，所述超透镜模块，包括：复用超透镜(图中未示出)。
40.所述复用超透镜靠近所述激光器的一侧设置光线准直单元；所述复用超透镜远离所述激光器的一侧设置点云生成单元。
41.就是说，所述复用超透镜的两面均具有纳米机构；其中，一面的纳米机构能够进行光线准直，另一面的纳米机构能够利用入射光线生成探测点云。
42.所述激光器发出的光线，经过所述复用超透镜的所述光线准直单元准直后入射到所述复用超透镜的所述点云生成单元中，所述点云生成器将准直后的光线辐射到所述车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云。
43.在一个实施方式中，所述超透镜模块，包括：复合超透镜(图中未示出)。
44.所述复合超透镜对所述激光器发出的光线进行准直的同时，将准直的光线辐射到所述车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云。
45.就是说，所述复合超透镜，只有一面具有纳米机构，该纳米结构不仅可以对光线进行准直，而且可以利用光线生成点云，那么所述复合超透镜对入射光线的调制相位满足如下公式：
[0046][0047]
其中，δ表示复合超透镜对入射光线的调制相位；表示复合超透镜对入射光线进行准直的调制相位；表示复合超透镜利用入射光线产生点云的调制相位。即所述复合超透镜对入射光线的调制相位既满足进行准直的调制相位，又满足生成点云的调制相位。
[0048]
为了对所述目标物体反射的回波信号进行接收，参见图3所示的接收模组的结构示意图，所述接收模组，包括：汇聚超透镜阵列106和光电探测器阵列108。
[0049]
所述光电探测器阵列，包括：并列设置的多个光电传感器；所述汇聚超透镜阵列，包括：并列设置的多个汇聚超透镜。
[0050]
所述目标反射回的回波信号，入射到所述多个汇聚超透镜中的各汇聚超透镜上，各所述汇聚超透镜分别将入射的回波信号汇聚到所述多个光电传感器中与各所述超透镜相对设置的光电传感器上。
[0051]
所述光电传感器，将入射的回波信号转化为电信号。
[0052]
所述光电传感器，对回波信号作为光信号进行光电转换为电信号，具体过程是现有技术，这里不再赘述。
[0053]
所述光电探测器，可以采用但不限于：雪崩二极管(apd，avalanche photodiode)或是单光子雪崩二极管(spad，single photon avalanche diode)。
[0054]
进一步地，为了滤除回波信号中的杂光，提高探测效率，在本实施例提出的车载无人机激光雷达中，所述接收模组，还包括：滤光罩110。
[0055]
所述滤光罩，覆盖在所述汇聚超透镜阵列上。
[0056]
所述滤光罩，能够透过具有预设波长的信号，并能够对除具有预设波长的信号之外的其他波长的信号进行反射。
[0057]
在一个实施方式中，所述具有预设波长的信号为具有预设波长的回波信号的情况下，被滤光罩透过的具有预设波长的回波信号入射到所述汇聚超透镜阵列上，然后被汇聚超透镜阵列汇聚到光电探测器阵列上。
[0058]
这里，所述具有预设波长的回波信号，与激光器发出的光线的波长一致。
[0059]
在一个实施方式中，当激光器发出的光线是红外光时，所述具有预设波长的回波信号可以是红外光所在波段的光信号。
[0060]
优选地，所述滤光罩，可以采用窄带滤光片。当然，所述滤光罩还可以采用现有技术中任何能够实现窄带滤波功能的光学器件，这里不再一一赘述。
[0061]
若不考虑接收模组的规格和重量，可以用微透镜阵列替代上述的汇聚超透镜阵列。
[0062]
相比于传统透镜，超透镜具备“轻”、“薄”、“简”、“廉”以及产能高的优势。
[0063]
本实施例提出的使用超透镜的车载无人机激光雷达，体积小，重量轻，减轻了车载无人机的负重，增加其续航能力。传统安装在车辆前方的车载激光雷达，只能对汽车前方路况进行探测，要实现两侧或后方的探测要加入额外的激光雷达，而本实施例提出的车载无人机激光雷达使用一个就能对所述车辆的四周路况进行探测，实现了全方位探测，消除了车辆行驶过程中的盲区。
[0064]
本实施例继续提出一种车载无人机探测系统，用于探测车辆周围出现的目标物体以及照明；参见图4所示的照明模组的结构示意图，本实施例提出的所述车载无人机探测系统，包括：照明模组和上述的车载无人机激光雷达。
[0065]
所述照明模组，包括：光源112和可调超透镜阵列114。
[0066]
所述可调超透镜阵列，包括：并排设置的多个可调超透镜。其中，可调超透镜的两侧含有电极，可调超透镜的基底为电控相变材料。
[0067]
所述光源位于所述可调超透镜阵列的焦平面上。
[0068]
多个所述可调超透镜中各可调超透镜分别对所述光源发出的光线的出射方向进行调制。
[0069]
当各可调超透镜分别接收到输入电压时，各可调超透镜对所述光源发出的光线的出射方向进行相位调制，相位调制后的所述光线能够按照偏离出射方向的方向进行照射。从而完成对所述光源发出的光线的出射方向进行调制。
[0070]
各可调超透镜对所述光源发出的光线的出射方向进行相位调制，相位调制后的所述光线能够按照偏离出射方向的方向进行照射的具体过程是现有技术，这里不再赘述。而且，也不在本实施例的讨论范围内。
[0071]
可选地，所述偏离所述目标物体的位置的区域，可以是目标物体附近的区域。
[0072]
当各可调超透镜未接收到输入电压时，各可调超透镜分别对所述光源发出的光线进行准直。
[0073]
就是说，当激光雷达未检测到前方有来驶车辆时，可调超透镜阵列中各可调超透镜对光线进行准直，使得准直后的光线照向前方道路。
[0074]
示例地，通过以下示例对会车时照明模组的具体实现进行如下说明：在有车辆与车载无人机探测系统所属车辆会车时，为了使照明模组发出的光线照射到会车车辆上驾驶员的眼睛且使述车载无人机激光雷达能够提前探测到会车车辆，照明模组对光源发出光线进行相应的相位调制，防止照明范围小于上述激光雷达探测范围。当有会车车辆时，车载无人机激光雷达会根据会车车辆的回波信号确定会车车辆的位置，而可调超透镜可以根据车载无人机激发雷达反馈的车辆位置，将射向该车辆位置的可调超透镜的出射光线进行相位
调制，使原本该发射到车辆位置上的光线发生偏转，使会车车辆处于无照明区域，而偏转后的光线照射在地面(即上述目标物体附近的区域)上，照射在地面上的光线产生的漫反射光使车载无人机探测系统所属车辆的驾驶员能够观察到会车车辆。而在会车过程中，电极根据会车车辆的车辆位置实时调整可调整超透镜对光源发出光线的调制相位，使会车车辆一直处于无照明区域，直至完成会车。
[0075]
基于可调超透镜的照明模组能够根据会车方向的会车车辆的位置调整光线的照射区域，使会车车辆处于无照明区域，在保证车载无人机探测系统所属车辆的驾驶员的行驶视野的同时不会干扰到会车车辆的驾驶员，保障了双方的驾驶安全。
[0076]
进一步地，可调超透镜可以用其他相位调控器件，如：空间光调制器(slm)或者数字微反射镜(dmd)进行替代。
[0077]
本实施例还提出一种车辆，包括：上述的车载无人机探测系统。
[0078]
当使用车载无人机探测系统的车辆行驶在路况复杂、崎岖，事故多发，拥挤的道路上时，车载无人机从车辆顶部的起飞到一定高度，车载无人机位于汽车顶部，通过车载无人机自身携带的车载无人机探测系统中的车载无人机激光雷达对四周路况进行探测和对目标物体进行识别，并通过通讯模组实时反馈给汽车。同时，车载无人机激光雷达将会车方向路况信息反馈给照明模组，若检测到有会车车辆，则在会车车辆进入照明模组的照明范围后通过调制可调超透镜阵列中可调超透镜的相位改变出射光线的出射方向，使使用车载无人机探测系统的车辆的会车车辆一直处于无照明区域直至完成会车。
[0079]
进一步地，使用车载无人机探测系统的车辆通过车载无人机探测系统获取的路况信息可通过通讯模组实现局域共享，在一定范围内的车辆都可以获得该车载无人机探测系统探测到的路况信息，从而使获取到该路况信息的驾驶员选择更好的路况的道路出行，避开拥挤的道路，提高车辆的通行效率。
[0080]
本实施例上述使用的所述可调超透镜、所述复合超透镜、所述复用超透镜、所述准直超透镜和所述点云生成器，均是不同类型的超透镜。那么，所述可调超透镜、所述复合超透镜、所述复用超透镜、所述准直超透镜和所述点云生成器，分别包括：基底和设置在所述基底上的多个纳米结构。
[0081]
尺寸、周期以及所选的材料上有所不同的超透镜，在分别满足所述可调超透镜、所述复合超透镜、所述复用超透镜、所述准直超透镜和所述点云生成器所实现的功能的秋霞，才能分别作为所述可调超透镜、所述复合超透镜、所述复用超透镜、所述准直超透镜或者所述点云生成器进行使用。
[0082]
本实施例中所涉及的探测和照明过程中所涉及的软件内容不在本实施例的讨论范围内，且均为现有技术。
[0083]
综上所述，本实施例提出一种车载无人机激光雷达、车载无人机探测系统和车辆，通过具有超透镜模块的发射模组将发射模组中激光器发出的光线准直后辐射到车载无人机激光雷达所属的车辆周围，形成对目标物体进行探测的点云，与相关技术中车载无人机激光雷达使用机械式旋转结构或基于mems的半固态结构实现广角探测的方式相比，将超透镜应用到车载无人机激光雷达的发射模组中，在避免使用机械式旋转结构以及基于mems的半固态结构的情况下，就可以使车载无人机激光雷达能探测车辆四周的路况信息，确保车辆在行驶过程中没有盲区；而且，超透镜具备“轻”、“薄”、“简”、“廉”以及产能高的优势，那
么使用超透镜模块的车载无人机激光雷达就具有体积(规格)小和重量轻的特点，不仅实现了车载无人机的小型化和轻量化的目的，还减轻了车载无人机的自身负重，增加了车载无人机的续航能力。
[0084]
以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。