申请/专利权人：上海禾赛光电科技有限公司

申请日：2019-03-08

公开（公告）日：2020-09-18

公开（公告）号：CN109839647B

主分类号：G01S17/931(20200101)

分类号：G01S17/931(20200101);G01S17/08(20060101);G01S7/481(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.18#授权;2019.06.28#实质审查的生效;2019.06.04#公开

摘要：本申请公开了一种激光雷达。本申请中的激光雷达包括主轴、雷达转子和光通信组件；光通信组件包括第一通信模块、光漫射扩散模块和第二通信模块，其中：第一通信模块相对于雷达转子固定设置；第二通信模块相对于主轴固定设置；光漫射扩散模块环绕主轴设置；且第一通信模块相对于光漫射扩散模块更靠近主轴的第一端部，第二通信模块相对于光漫射扩散模块更靠近主轴的第二端部。本申请中的方案可以简单的结构实现激光雷达的同轴光通信，同时有效避免通信组件中各元件之间的摩擦，延长通信组件的使用寿命。

主权项：1.一种激光雷达，其特征在于，包括主轴、雷达转子和光通信组件；所述光通信组件包括第一通信模块、光漫射扩散模块和第二通信模块，其中：所述第一通信模块相对于所述雷达转子固定设置；所述第二通信模块相对于所述主轴固定设置；所述光漫射扩散模块环绕所述主轴设置；且所述第一通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第一端部，所述第二通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第二端部；所述第一通信模块包括至少一个光发射元件，所述第二通信模块包括至少一个光电传感元件，其中，所述第二通信模块的所述至少一个光电传感元件的数量小于所述第一通信模块的所述至少一个光发射元件的数量，所述第一通信模块的光发射元件所发射的光束经由所述光漫射扩散模块漫射处理后，成为分布均匀的光斑，进而在所述第一通信模块随着所述雷达转子旋转的过程中，所述第二通信模块中至少有一个光电传感元件位于漫射处理后的至少一束漫射光的光路上，接收光发射元件所发射的光束，从而可以实现相对运动的所述第一通信模块与所述第二通信模块之间的通信；所述第一通信模块还包括至少一个光电传感元件，所述第二通信模块还包括至少一个光发射元件，其中，所述第一通信模块的所述至少一个光电传感元件的数量等于所述第二通信模块的所述至少一个光发射元件的数量；所述第一通信模块的所述至少一个光电传感元件的数量以及所述第二通信模块的所述至少一个光发射元件的数量均小于所述第二通信模块的所述至少一个光电传感元件的数量。

全文数据：激光雷达技术领域本申请涉及测距领域，特别涉及一种激光雷达。背景技术作为智能车环境感知硬件系统的重要一环，激光雷达LIDAR在自动驾驶中承担了路沿检测、障碍物识别以及实时定位与绘图SLAM等重要任务。在同轴转动条件下，雷达转子上的器件和其他固定器件之间的通信主要有以下途径：1.利用滑环来实现同轴数据传输。如，机械旋转激光雷达中，滑环的定子连接着激光雷达的定子，在输入端把信号传到一个转动的电刷-滑环连接器，然后再把信号在连接器输出端输出。滑环的转子连接着激光雷达的转子；在转动时，电信号通过滑环上的信号通道传递。该方式的主要不足在于：利用滑环来实现同轴数据传输时，滑环不可避免存在磨损问题，容易摩擦发热，使用寿命短。2.利用电磁感应线圈来实现同轴数据传输，该方式的主要不足在于：利用电磁感应线圈来实现同轴数据传输时，线圈产生电磁辐射，对于电磁敏感的其他器件会有影响；而且，若要实现多条数据线路传输时，需要考虑各线路间的电磁屏蔽问题，这将会导致信号传输较为复杂。发明内容本申请的目的在于提供一种激光雷达，可以降低激光雷达结构的复杂程度，以及延长通信组件的使用寿命。为解决上述技术问题，本申请的实施例公开了一种激光雷达，该激光雷达包括主轴、雷达转子和光通信组件；所述光通信组件包括第一通信模块、光漫射扩散模块和第二通信模块，其中：所述第一通信模块相对于所述雷达转子固定设置；所述第二通信模块相对于所述主轴固定设置；所述光漫射扩散模块环绕所述主轴设置；且所述第一通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第一端部，所述第二通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第二端部。可选地，所述第一通信模块包括至少一个光发射元件，所述第二通信模块包括至少一个光电传感元件。可选地，所述第二通信模块的所述至少一个光电传感元件位于所述光漫射扩散模块将所述第一通信模块的至少一个光发射元件所发射的光束进行漫射处理后，得到的至少一束漫射光的光路径上。可选地，所述第一通信模块包括3个所述光发射元件，所述第二通信模块包括2个所述光电传感元件。可选地，所述第一通信模块还包括至少一个光电传感元件，所述第二通信模块还包括至少一个光发射元件。可选地，所述第一通信模块的所述至少一个光电传感元件位于所述光漫射扩散模块将所述第二通信模块的至少一个光发射元件所发射的光束进行漫射处理后，得到的至少一束漫射光的光路径上。可选地，所述第二通信模块包括1个所述光发射元件，所述第一通信模块包括1个所述光电传感元件。可选地，所述第一通信模块的所述光发射元件与所述第二通信模块的光电传感元件一一对应，所述第一通信模块的所述光电传感元件与所述第二通信模块的光发射元件一一对应。可选地，还包括测距组件和控制组件；所述测距组件相对于所述雷达转子固定设置，并且所述测距组件与所述第一通信模块通信连接；所述控制组件相对于所述主轴固定设置，并且所述控制组件与所述第二通信模块通信连接。可选地，所述光漫射扩散模块为匀光片或扩散片。本申请实施例包括，但不限于，如下效果：在上述的方案中，激光雷达中包括光漫射扩散模块，以及设置于光漫射扩散模块上下两侧的第一通信模块和第二通信模块，光漫射扩散模块可以将输入的光束扩散为或者说处理为能量分布高度均匀的光斑，故可以协助实现相对运动的第一通信模块和第二通信模块之间的通信，因此可以通过采用较少的光电器件和以简单的结构，来实现激光雷达的同轴光通信，同时可以有效地避免通信组件中各元件之间的摩擦，可以延长通信组件的使用寿命。附图说明图1根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的结构示意图；图2根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达光通信组件的结构示意图；图3根据本申请的一些实施例，示出了激光雷达的结构示意图。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。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。可以理解，在本申请中，光漫射扩散模块指能够将输入光束转换为能量分布均匀的光斑的光学器件。具体到光漫射扩散模块的元件类型，光漫射扩散模块可以是匀光片或者扩散片。当然，本领域技术人员根据实际需要，也可以选择其他类型的元件用作光漫射扩散模块。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。需要说明的是，本申请实施例中均以匀光片作为光漫射扩散模块为例进行说明，但是这并不影响本申请的保护范围。根据本申请的一些实施例公开了一种激光雷达。图1和图2是该激光雷达的结构示意图。具体地，如图1-2所示，该激光雷达包括主轴1、雷达转子2、底座7、电机转子和电机定子未示出、测距组件未示出和控制组件未示出、第一通信模块3和第二通信模块4、匀光片5、连接电线6。其中：主轴1固定在底座7上。并且，第一通信模块3和测距组件固定设置在雷达转子2上，并且测距组件与第一通信模块3通信连接。第二通信模块4和控制组件相对于主轴1固定设置，并且控制组件与第二通信模块4通信连接；第一通信模块3更靠近主轴1的上端部即第一端部，第二通信模块4更靠近主轴的下端部即第二端部。匀光片5环绕主轴1设置，控制组件设置在底座7中。电机定子相对于主轴1固定设置，电机转子能够在工作时驱动雷达转子2旋转，而与雷达转子2相对固定设置的部件也随着雷达转子2旋转。此外，可以理解，第一通信模块3可以包括至少一个光发射元件，第二通信模块4可以包括至少一个光电传感元件，故可以实现自第一通信模块至第二通信模块的信息传输，也即实现了下行方向的通信。参考图3，第一通信模块3的光发射元件3A所发射的光束经由匀光片5漫射处理后，成为分布均匀的光斑，进而在第一通信模块3随着雷达转子2旋转的过程中，第二通信模块4中至少有一个光电传感元件4T位于漫射处理后的至少一束漫射光的光路上，接收光发射元件3A所发射的光束，从而可以实现相对运动的第一通信模块3与第二通信模块4之间的通信。为了提高下行通信的通信效率，在本发明一实施例中，第一通信模块包括3个光发射元件，第二通信模块包括2个光电传感元件。比如，3个光发射元件分别为光发射元件a1、光发射元件a2及光发射元件a3，2个光电传感元件分别为光电传感元件b1及光电传感元件b2，可以理解的是，在某一固定时刻，无论第一通信模块旋转至何位置，任意一个光发射元件，无论是光发射元件a1、光发射元件a2或光发射元件a3，其所能覆盖的有效接收区域均是有限的，也即通信存在一定的盲区，而为了降低出现盲区的概率，光发射元件a1、光发射元件a2或光发射元件a3可以在主轴的周向上均匀分布，也即光发射元件a1、光发射元件a2及光发射元件a3中任意两个之间彼此均成120度。相类似地，2个光电传感元件也可以相对设置，也即光电传感元件b1及光电传感元件b2的连线通过主轴轴心。另外，对于后续光电传感元件的处理方式，第二通信模块4所包括的2个光电传感元件可以分别对第一通信模块3所包括的3个光发射元件所发射的光信号进行处理，例如其中一个光电传感元件处理对应的两个光发射元件所发射的光信号，另外一个光电传感元件处理剩下的一个光发射元件所发射的光信号。或者，第二通信模块4所包括的2个光电传感元件可以均独自接收第一通信模块3所包括的3个光发射元件所发射的光信号，然后将2个光电传感元件的信号进行叠加后再进行后续处理，光发射元件和光电传感元件之间并没有固定的对应关系。又或者，可以对2个光电传感元件所接收到的信号分别单独处理，之后再将处理结果相互参考，最终输出通信信息。并且，关于多个光发射元件的工作时序上，也可以存在多种形式。比如光发射元件a1、光发射元件a2及光发射元件a3可以同时发光工作，也可以按照一定的时间间隔依次发光工作，或者某两个光发射元件同时发光工作，另外一个光发射元件在一定时间间隔后再发光工作。此外，为了实现自第二通信模块4至第一通信模块3的信息传输，也即是实现上行方向的通信，在本具体实施中，第一通信模块3还可以包括至少一个光电传感元件，第二通信模块4还可以包括至少一个光发射元件。继续参考图3，第二通信模块4的光发射元件4A所发射的光束经由匀光片5漫射处理后，成为分布均匀的光斑，而第一通信模块3中至少有一个光电传感元件3T位于漫射处理后的至少一束漫射光的光路上，接收光发射元件所发射的光束。由于下行通信相对于上行通信的需求更大，在本发明一实施例中，第二通信模块中可以设置1个光发射元件，对应的，第一通信模块3中也设置1个光电传感元件，因此可以在确保了上下行通信的同时，降低激光雷达结构的复杂度以及成本；其中，对于这种一对一的上行传输方式，由于第二通信模块4上的光发射元件位置相对于主轴固定，而第一通信模块3上的光电传感元件随雷达转子旋转，存在第一通信模块3上的光电传感元件在旋转过程中刚好错过第二通信模块4上的光发射元件所发射的光信号的情况，因此，可以通过设置第二通信模块4上的光发射元件多次发射同一光信号，来确保第一通信模块3上的光电传感元件在旋转过程中能够接收到该光信号，或者可以通过码盘来检测第一通信模块3上的光电传感元件的旋转角度，然后在第一通信模块3上的光电传感元件位于第二通信模块4的光发射元件的上方或者上方附近时，控制第二通信模块4的光发射元件发射光信号。此外，也可也采用其他方式的解决这种问题，在此不做限制。例如，在一示范例中，第一通信模块的光发射元件与第二通信模块的光电传感元件一一对应，第一通信模块的光电传感元件与第二通信模块的光发射元件一一对应。第一通信模块包括光发射元件A1、光发射元件A2、光电传感元件T1和光电传感元件T2，第二通信模块包括光电传感元件T3和T4、光发射元件A3和A4。其中，T3及T4均能够接收匀光片将A1发射的光漫射处理后发出的漫射光，T4及T3也能够接收匀光片将A2发射的光漫射处理后发出的漫射光。T1及T2能够接收匀光片将A3发射的光漫射处理后的漫射光，T2及T1也能够接收匀光片将A4发射的光漫射处理后发出的漫射光。此外，可以理解，此处第一通信模块和第二通信模块所包括的光发射元件和光电传感元件的数量以及数量的彼此对应关系均可以根据实际需要进行设置，此处仅仅是为了说明本申请的技术方案进行的示例性的解释，其数量完全可以是别的数值。同时，一通信模块上的光发射元件所发射的光束经匀光片扩散后，可以在不同时间由另一通信模块上的不同的光电传感元件接收，并非一定要设置为有固定的发射和接收的对应关系。例如，第一通信模块只包括A1，第二通信模块只包括对应的T3，或者第一通信模块包括3个光发射元件，第二通信模块包括2个光电传感元件。再例如，第一通信模块包括3个光发射元件，第二通信模块包括3个光电传感元件。再例如，第二通信模块包括1个光发射元件，第一通信模块包括1个光电传感元件。此外，可以理解，在本申请其他实施例中，光漫射扩散模块还可以是扩散片，或者能够将光束扩散为或者说漫射处理为分布均匀光斑源的任意光学器件。此外，可以理解，在本申请中各实施例中，光发射元件可以位于光漫射扩散模块的正上方，发出直接垂直入射至光漫射扩散模块的光束，光发射元件也可以发出相对于光漫射扩散模块倾斜的入射光束。即光发射元件相对于光漫射扩散模块的入射方向不限，只要光发射元件发出的光束能够入射到光漫射扩散模块上即可。假设图1和图2所示的激光雷达的第一通信模块3包括光发射元件A1和光电传感元件T1，第二通信模块4包括光发射元件A2和光电传感元件T2，其工作过程如下：第二通信模块4通过连接线6接收控制组件产生的测距指令信息，并将其转换为光信号后通过第二通信模块4上光发射元件A2以光信号的方式发送给匀光片5，第一通信模块3上对应的光电传感元件T1接收匀光片5漫射处理后的漫射光，并将其转换为电信号发送给测距组件，测距组件接收到测距指令信息后开始进行测距任务，从而实现上行的通信过程。另外，测距组件将执行测距任务产生的测距结果信息发送给第一通信模块3，第一通信模块3接收到测距结果信息转换为光信号后通过第一通信模块3上的光发射元件A1以光信号的形式入射到匀光片5，第二通信模块4上的光电传感元件T2接收匀光片5漫射处理后的漫射光，并将其转换为电信号后通过连接线6发送给控制组件进行相应的分析，从而可以实现下行的通信过程。此外，可以理解，在本申请的中，控制组件是指能够发送测距指令信息和对测距结果信息进行分析处理的处理组件，其具体实现方式可以是一个具有实体形状的物理实体。例如，是一块PCB电路板。可以理解，在本申请中，可以理解，在本申请中，光发射元件可以是能够发光的任何器件，包括但不限于激光二极管、发光二极管、有机发光二极管、激光发射器等。光电传感元件是指能够进行光电信息互转的任何传感器，包括但不限于有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、雪崩二极管等。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1.一种激光雷达，其中，包括主轴、雷达转子和光通信组件；所述光通信组件包括第一通信模块、光漫射扩散模块和第二通信模块，其中：所述第一通信模块相对于所述雷达转子固定设置；所述第二通信模块相对于所述主轴固定设置；所述光漫射扩散模块环绕所述主轴设置；且所述第一通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第一端部，所述第二通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第二端部。实施例2.根据实施例1所述的激光雷达，其中，所述第一通信模块包括至少一个光发射元件，所述第二通信模块包括至少一个光电传感元件。实施例3.根据实施例1或2所述的激光雷达，其中，所述第二通信模块的所述至少一个光电传感元件位于所述光漫射扩散模块将所述第一通信模块的至少一个光发射元件所发射的光束进行漫射处理后，得到的至少一束漫射光的光路径上。实施例4.根据实施例1至3中任一项所述的激光雷达，其中，所述第一通信模块包括3个所述光发射元件，所述第二通信模块包括2个所述光电传感元件。实施例5.根据实施例1至4中任一项所述的激光雷达，其中，所述第一通信模块还包括至少一个光电传感元件，所述第二通信模块还包括至少一个光发射元件。实施例6.根据实施例1至5中任一项所述的激光雷达，其中，所述第一通信模块的所述至少一个光电传感元件位于所述光漫射扩散模块将所述第二通信模块的至少一个光发射元件所发射的光束进行漫射处理后，得到的至少一束漫射光的光路径上。实施例7.根据实施例1至6中任一项所述的激光雷达，其中，所述第二通信模块包括1个所述光发射元件，所述第一通信模块包括1个所述光电传感元件。实施例8.根据实施例1至7中任一项所述的激光雷达，其中，所述第一通信模块的所述光发射元件与所述第二通信模块的光电传感元件一一对应，所述第一通信模块的所述光电传感元件与所述第二通信模块的光发射元件一一对应。实施例9.根据实施例1至8中任一项所述的激光雷达，其中，还包括测距组件和控制组件；所述测距组件相对于所述雷达转子固定设置，并且所述测距组件与所述第一通信模块通信连接；所述控制组件相对于所述主轴固定设置，并且所述控制组件与所述第二通信模块通信连接。实施例10.根据实施例1至9中任一项所述的激光雷达，其中，所述光漫射扩散模块为匀光片或扩散片。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。

权利要求：1.一种激光雷达，其特征在于，包括主轴、雷达转子和光通信组件；所述光通信组件包括第一通信模块、光漫射扩散模块和第二通信模块，其中：所述第一通信模块相对于所述雷达转子固定设置；所述第二通信模块相对于所述主轴固定设置；所述光漫射扩散模块环绕所述主轴设置；且所述第一通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第一端部，所述第二通信模块相对于所述光漫射扩散模块更靠近所述主轴的第二端部。2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一通信模块包括至少一个光发射元件，所述第二通信模块包括至少一个光电传感元件。3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第二通信模块的所述至少一个光电传感元件位于所述光漫射扩散模块将所述第一通信模块的至少一个光发射元件所发射的光束进行漫射处理后，得到的至少一束漫射光的光路径上。4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述第一通信模块包括3个所述光发射元件，所述第二通信模块包括2个所述光电传感元件。5.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第一通信模块还包括至少一个光电传感元件，所述第二通信模块还包括至少一个光发射元件。6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述第一通信模块的所述至少一个光电传感元件位于所述光漫射扩散模块将所述第二通信模块的至少一个光发射元件所发射的光束进行漫射处理后，得到的至少一束漫射光的光路径上。7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述第二通信模块包括1个所述光发射元件，所述第一通信模块包括1个所述光电传感元件。8.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述第一通信模块的所述光发射元件与所述第二通信模块的光电传感元件一一对应，所述第一通信模块的所述光电传感元件与所述第二通信模块的光发射元件一一对应。9.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光漫射扩散模块为匀光片或扩散片。10.根据权利要求1至9中任一项所述的激光雷达，其特征在于，还包括测距组件和控制组件；所述测距组件相对于所述雷达转子固定设置，并且所述测距组件与所述第一通信模块通信连接；所述控制组件相对于所述主轴固定设置，并且所述控制组件与所述第二通信模块通信连接。

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