一种360的制作方法

一种360
°
扫描单线激光雷达结构
技术领域
1.本发明属于单线激光雷达结构技术领域，具体涉及一种360
°
扫描单线激光雷达结构。


背景技术：

2.激光雷达是一种以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达作为一种有效的距离测量手段，具有测量速度快、获取的数据精度高、实时性强等优点，能适应光照、雨雪等天气复杂的环境，被广泛用于各个领域中。此外，激光雷达与普通微波雷达还具有分辨率高的特点，通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3千米距离上相距0.3米的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的)，并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.1米；速度分辨率能达到10米/s以内。距离和速度分辨率高，意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。同时，由于激光直线传播、方向性好、光束非常窄，只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小，可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强，适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。
3.由于激光雷达存在的诸多优点，激光雷达的应用领域也非常多，而激光雷达按照线束可分为单线激光雷达以及多线激光雷达，单线激光雷达是目前成本最低的激光雷达，成本低，也意味着最接近量产，因此单线激光雷达的往往应用性也较好。这种单束激光的工作原理是发射器在激光雷达内部进行匀速的旋转，每旋转一个小角度即发射一次激光，轮巡一定的角度后，就生成了一帧完整的数据。由于激光雷达在测距因为其优异的特性，在智能运动领域的感知环节中起着不可或缺的作用；而由于成本原因，在测距时多选用单线激光雷达的产品。
4.目前，一些已有的单线激光雷达的内部结构中，用于旋转机构往往是位于扫描激光的上方的，因此就需要供电线从激光的下方延伸至激光的上方，从而实现对旋转机构的供电，而当激光照射到供电线上时，就会产生回波信号并被接收器感知到，因此当这种扫描结构在供电线所在区域进行扫描时，所扫描到的目标是供电线而不是远处的目标，同时，也正是由于这种原因，造成了激光雷达的扫描结构的其扫描角度范围在280
°
左右，而无法实现360
°
扫描。
5.针对这一问题，部分单线激光雷达所采用的方式，是利用无线传输的方式来控制旋转机旋转，从而规避带供电线这种扫描结构带来的扫描角度限制的问题，但是这种方式的缺陷在于需要将整个测距模块都放置在转动部件上，如此则增加了旋转电机的负载，导致整体扫描速率的下降；同时由于需要采用无线供电技术、无线信号传输技术，大大增加整体技术的复杂度和生产成本，严重的限制了单线激光雷达的适用场景和量产化进程；为此，有必要设计一种能够结构简单并且能够实现360
°
扫描的单线激光雷达。


技术实现要素：

6.为了解决现有单线激光雷达部分扫描范围被供电线遮挡的问题，本方案提供了一种360
°
扫描单线激光雷达结构。
7.本发明所采用的技术方案为：
8.一种360
°
扫描单线激光雷达结构，包括：
9.激光器，能够朝上发射激光；
10.透镜组件，设置于激光器的上方，并能够将激光变为一束平行且竖向朝上的准直光柱；
11.旋转反射镜，设置在透镜组件的上方并能够将所述准直光柱反射为平行的水平光柱，并且，该旋转反射镜能够在旋转电机控制下进行360
°
转动；
12.遮光筒，设置于旋转反射镜的下方并能够与其同步转动；该遮光筒具有进光口和出光口，所述进光口与准直光柱相对，水平光柱从该遮光筒的出光口处射出；
13.接收器，设置于激光器的下方并用于接收激光的回波信号；该回波信号经过遮光筒，并由透镜组件聚焦至该接收器上；
14.以及供电线，从遮光筒的下方伸至遮光筒的上方并为旋转电机供电；该供电线包括有外包层和线芯；所述线芯呈扁平状并设置在外包层内，线芯的厚度方向垂直于所述水平光柱；所述外包层采用可透过水平光柱和回波信号的透明材质。
15.该单线激光雷达结构在扫描时，由于供电线采用可透过激光的外包层，因此，在出光口对准供电线时，外包层仅会产生较少的激光回波信号，同时又由于线芯采用扁平的结构，该线芯在水平光柱所产生个激光光斑区域的投影或遮挡较少，线芯也仅仅产生较少的激光回波信号，因此，在单线激光雷达结构扫描供电线所在的方向时，激光和目标所产生的回波信号能够穿过供电线并传递至接收器处，从而保证对目标的扫描，进而达到360
°
扫描的效果，并避免了供电线对激光扫描的遮挡。
16.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述线芯包括有两个扁平的导电层和设置于两者之间的绝缘隔层。该结构中的两个导电层可以分别是第一导电层和第二导电层，两个导电层均可以采用铜箔，该绝缘隔层的厚度也较低，厚度与铜箔的厚度相当，从而使得线芯的厚度较低，从而使得减少激光照射到线芯上产生的回波信号；同时，在水平光柱与线芯斜向相对时，其线芯的宽度将会决定其在水平光柱所产生的激光光斑上的投影宽度，因此，应当在保证导电层满足供电电流输送要求的基础上，尽量的降低线芯的宽度。同时利用在绝缘隔层的两侧布置导电层的方式，实现双线路布置。
17.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述供电线的外包层内间隔设置有多个线芯；各个线芯相互平行。若旋转电机所需要的供电线路大于2，则需要多个线芯进行供电，而采用多个线芯间隔平行排列的方式，能够更有效的降低线芯所产生的回波信号。
18.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述遮光筒旋转至供电线处时，所述遮光筒的出光口与供电线之间的距离低于1mm。当供电线与出光口之间的距离较低时，激光照射到供电线上所产生的漫反射将会大部分被遮光筒的内壁吸收，而即使少量漫反射作为回波信号被接收器接受到，也可以根据这些回波信号的特性进行筛除，从而有效的保证对目标所产生的回波信号的筛选。
19.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述出光口的内径小于等于9mm；所述供电线的宽度小于等于2.7mm。出光口的距离较小时，激光的聚焦性就更高，使得回波信号由目标上近似于一个点的位置产生，从而有效的降低干扰。此外，虽然供电线的所产生的回波信号较少，但是如果目标所产生的回波信号较少时，也会对检测结果产生影响，供电线和目标所产生的回波信号的比例是一个较为关键的要素，需要明确的是目标所产生的回波信号与供电线所产生的回波信号的比例值越大越好；目前，本技术所开发的产品采用了内径为9mm的出光口和宽度为2.7mm的供电线，已经能够满足需要。
20.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述遮光筒呈l形，所述旋转反射镜的反射面设置于遮光筒转角处。
21.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述单线激光雷达结构还包括有光学外罩；所述光学外罩呈倒置的桶状，并具有弧形的内壁；所述供电线远离遮光筒的侧面呈凸弧状，以贴合光学外罩的内壁。该光学外罩由于模具加工的需要，往往被设计为圆锥形结构，本方案中为了将供电线与光学外罩的内壁贴合，避免两者之间存在的气隙或堆积的灰尘影响扫描，将供电线的一侧面设计为凸弧状，从而匹配于光学外罩内壁的凹弧形状，同时也提高了供电线位置的稳定性。
22.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述光学外罩的内顶部设置有电机安装座，旋转电机安装在该电机安装座上，旋转反射镜的背侧连接固定到旋转电机的转轴上。
23.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述透镜组件包括有准直镜、透光筒和收光镜；所述收光镜呈锥形，在收光镜中部设置有用于透光筒安装的孔；所述透光筒呈管状，准直镜安装在透光筒内。
24.作为上述360
°
扫描单线激光雷达结构的备选结构或补充设计：所述激光器发射的激光由准直镜折射为准直光柱；从遮光筒进光口返回的回波信号先后经过准直镜、透光筒和收光镜的折射，并由接收器进行接收。
25.本发明的有益效果为：
26.1.本方案中的供电线的外包层采用透明材质，从而减少了供电线激光的遮挡，同时由于线芯采用叠层设计的扁平结构，能够有效的减少激光扫描线芯时产生的回波信号，从而使得激光能够穿过供电线对目标进行雷达扫描，从而使得带供电线的单线激光雷达获得360
°
的扫描范围；
27.2.本方案中通过对供电线宽度尺寸和遮光筒的出光口尺寸的设计，使得目标所产生的回波信号与供电线所产生的回波信号的比例值越大越好，同时为了满足于360
°
扫描的需要，可以采用内径为9mm的出光口和宽度为2.7mm的供电线；
28.3.本方案中将所述遮光筒的出光口与供电线之间的距离设计为低于1mm，从而使得激光照射到供电线上所产生的漫反射将会大部分被遮光筒的内壁吸收，而即使少量漫反射作为回波信号被接收器接受，也能够方便的实现筛除，保证了目标的有效扫描。
附图说明
29.为了更清楚地说明本方案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。
30.图1是单线激光雷达结构的爆炸结构图；
31.图2是单线激光雷达结构的剖面结构图；
32.图3是供电线的安装位置图；
33.图4是供电线的剖面结构图；
34.图5是单线激光雷达结构的立体结构图。
35.图中：1-光学外罩；2-电机安装座；3-旋转电机；4-旋转反射镜；5-遮光筒；6-准直镜；7-透光筒；8-收光镜；9-激光器；10-接收器；11-供电线；111-外包层；112-线芯；1121-第一导电层；1122-绝缘隔层；1123-第二导电层；12-环套。
具体实施方式
36.下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。
37.目前，一些单线激光雷达的内部结构中，用于旋转机构往往是位于扫描激光的上方的，因此就需要供电线11从激光的下方延伸至激光的上方，从而实现对旋转机构进行供电，而当激光照射到供电线11上时，就会产生回波信号并被接收器10感知到，此时接收器10将会将扫描线误认为是扫描目标，因此当这种扫描结构在供电线11所在区域进行扫描时，所扫描到的目标是供电线11而不是远处的目标，同时，也正是由于这种原因，造成了激光雷达的扫描结构的其扫描角度范围在280
°
左右，而无法实现360
°
扫描。
38.针对这一问题，部分单线激光雷达所采用的方式，是利用无线传输的方式来控制旋转机旋转，从而规避带供电线11这种扫描结构带来的扫描角度限制的问题，但是这种方式的缺陷在于需要将整个测距模块都放置在转动部件上，如此则增加了旋转电机3的负载，导致整体扫描速率的下降；同时由于需要采用无线供电技术、无线信号传输技术，大大增加整体技术的复杂度和生产成本，严重的限制了单线激光雷达的适用场景和量产化进程。
39.实施例1
40.为了避免供电线11对激光的遮挡，并减少供电线11所产生的回波信号，本实施例中设计了一种可透过激光的供电线11，如图3和图4所示。
41.该供电线11在使用时，会从单线激光雷达的出光口的下方延伸至出光口的上方；且该供电线11包括有该供电线11包括有外包层111和线芯112；所述线芯112呈扁平状并设置在外包层111内，线芯112的厚度方向垂直于所述水平光柱，该水平光柱由激光产生并从出光口处射出，当线芯112具有多个时，各个线芯112相互平行。若旋转电机3所需要的供电线11路大于2，则需要多个线芯112进行供电，每个线芯112能够提供两路供电，而采用多个线芯112间隔平行排列的方式，能够更有效的降低线芯112所产生的回波信号。
42.所述外包层111为透明材质且能够透过由激光所产生的水平光柱及其回波信号。该外包层111的材料可以根据对激光光线的透光率进行选择，需要说明的是，本实施例中的外包层111的透明是指对激光光线的透光率高，而非对自然光的透明。
43.所述线芯112包括有两个扁平的导电层和设置于两者之间的绝缘隔层1122。该结构中的两个导电层可以分别是第一导电层1121和第二导电层1123，两个导电层均可以采用铜箔，该绝缘隔层1122的厚度也较低，厚度与铜箔的厚度相当，从而使得线芯112的厚度较
低，从而使得减少激光照射到线芯112上产生的回波信号。当水平光柱与线芯112正对时，线芯112厚度的总和即为线芯112在水平光柱所产生的激光光斑的遮挡范围，同时也是线芯112产生回波信号的区域，因为需要减少该回波信号，因此线芯112的厚度总和越低越好。此外，在水平光柱与线芯112斜向相对时，其线芯112的宽度也会折算为厚度方向的尺寸，因此该线芯112的宽度将会决定其在水平光柱所产生的激光光斑上的投影宽度。因此，应当在保证导电层满足供电电流输送要求的基础上，尽量的降低线芯112的宽度和厚度。
44.本实施例中通过一个线芯112双路供电的方式，有效的降低了线芯112厚度的总和，同时利用在绝缘隔层1122的两侧布置导电层的方式，实现双线路布置，有效的降低了线芯112对激光的遮挡以及产生的回波信号。
45.此外，当单线激光雷达采用光学外罩1作为保护罩时，供电线11往往需要贴合安装到光学外罩1的内壁上的，当所述光学外罩1呈倒置的桶状时，光学外罩1具有弧形的内壁；所述供电线11远离遮光筒5的侧面呈凸弧状，以贴合光学外罩1的内壁。该光学外罩1由于模具加工的需要，往往被设计为圆锥形结构，为了将供电线11与光学外罩1的内壁贴合，避免两者之间存在的气隙或堆积的灰尘影响激光的扫描，将供电线11的一侧面设计为凸弧状，从而匹配于光学外罩1内壁的凹弧形状，同时也保证了供电线11安装位置的稳定性。
46.实施例2
47.为了实现单线激光雷达的360
°
扫描，本实施例设计了一种360
°
扫描单线激光雷达结构，如图1至图5所示。
48.本实施例的单线激光雷达结构包括激光器9、透镜组件、旋转反射镜4、遮光筒5、接收器10、光学外罩1、旋转电机3、供电线11以及电机安装座2等部件。
49.所述光学外罩1呈倒置的桶状，并具有弧形的内壁，从而满足于模具加工的需要。所述供电线11远离遮光筒5的侧面呈凸弧状，以贴合光学外罩1的内壁。本方案中为了将供电线11与光学外罩1的内壁贴合，避免两者之间存在的气隙或堆积的灰尘影响扫描，将供电线11的一侧面设计为凸弧状，从而匹配于光学外罩1内壁的凹弧形状，同时也提高了供电线11位置的稳定性。
50.激光器9能够朝上发射激光；激光器9为市购的激光发生器件，属于现有技术，此处不再赘述。
51.该透镜组件的作用是将激光变为一束平行且竖向朝上的准直光柱；该透镜组件还可以具有回波信号折射的功能，即是将激光的回波信号进行聚焦，使回波信号能够聚焦到接收器10上，以便于被接收器10接受到，而目前市面上具有上述两种功能的任一种即可认为是本实施例所述的透镜组件。为了实现激光的准直以及回波信号的聚焦，本实施例设计了一种具体的透镜组件，该透镜组件包括有准直镜6、透光筒7和收光镜8等部件；所述收光镜8呈锥形，在收光镜8中部设置有用于透光筒7安装的孔；所述透光筒7呈管状，准直镜6安装在透光筒7内。
52.该透镜组件使用时设置于激光器9的上方，激光器9发射的激光由准直镜6折射为准直光柱；而从遮光筒5进光口返回的回波信号先后经过准直镜6、透光筒7和收光镜8的折射，并由接收器10进行接收。
53.旋转反射镜4设置在透镜组件的上方并能够将所述准直光柱反射为平行的水平光柱，并且，该旋转反射镜4能够在旋转电机3控制下进行360
°
转动。
54.遮光筒5设置于旋转反射镜4的下方并能够与其同步转动；该遮光筒5具有进光口和出光口，所述进光口与准直光柱相对，水平光柱从该遮光筒5的出光口处射出。所述遮光筒5呈l形，所述旋转反射镜4的反射面设置于遮光筒5转角处。遮光筒5的出光口外套设有环套12。
55.接收器10设置于激光器9的下方并用于接收激光的回波信号；该回波信号经过遮光筒5，并由透镜组件聚焦至该接收器10上。
56.所述光学外罩1的内顶部设置有电机安装座2，旋转电机3安装在该电机安装座2上，旋转反射镜4的背侧连接固定到旋转电机3的转轴上。
57.供电线11的主要作用是对旋转电机3进行供电，而由于旋转电机3是位于遮光筒5的上方的，因此，供电线11在安装时从遮光筒5的下方伸至遮光筒5的上方，如此的布置方式，将会对单线激光雷达的扫描造成影响，即是在供电线11处于激光雷达的扫描区域时，接收器10容易将扫描到供电线11而不是扫描到实际目标，如此，就限制了单线激光雷达的实现360
°
扫描的效果。
58.因此，本实施例中采用了一种新的供电线11结构，该供电线11结构包括有外包层111和线芯112；所述线芯112呈扁平状并设置在外包层111内，线芯112的厚度方向垂直于所述水平光柱；所述外包层111采用可透过水平光柱和回波信号的透明材质。在出光口对准供电线11时，外包层111仅会产生较少的激光回波信号，同时又由于线芯112采用扁平的结构，该线芯112在水平光柱所产生个激光光斑区域的投影或遮挡较少，线芯112也仅仅产生较少的激光回波信号，因此，在单线激光雷达结构扫描供电线11所在的方向时，激光和目标所产生的回波信号能够穿过供电线11并传递至接收器10处，进而达到360
°
扫描的效果。
59.所述线芯112包括有两个扁平的导电层和设置于两者之间的绝缘隔层1122，两个导电层和绝缘隔层1122形成叠层结构。该结构中的两个导电层可以分别是第一导电层1121和第二导电层1123，两个导电层均可以采用铜箔，该绝缘隔层1122的厚度也较低，厚度与铜箔的厚度相当，从而使得线芯112的厚度较低，从而使得减少激光照射到线芯112上产生的回波信号；同时，在水平光柱与线芯112斜向相对时，其线芯112的宽度将会决定其在水平光柱所产生的激光光斑上的投影宽度，因此，应当在保证导电层满足供电电流输送要求的基础上，尽量的降低线芯112的宽度。
60.所述遮光筒5旋转至供电线11处时，所述遮光筒5的出光口与供电线11之间的距离d1低于1mm。所述出光口的内径d2小于等于9mm；所述供电线11的宽度d3小于等于2.7mm。当供电线11与出光口之间的距离较低时，激光照射到供电线11上所产生的漫反射将会大部分被遮光筒5的内壁吸收，而即使少量漫反射作为回波信号被接收器10接受到，也可以根据这些回波信号的特性进行筛除，从而有效的保证对目标所产生的回波信号的筛选。需要明确的是目标所产生的回波信号与供电线11所产生的回波信号的比例值越大越好，本技术所开发的产品采用了内径为9mm的出光口和宽度为2.7mm的供电线11，已经能够满足需要。
61.上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。