一种同轴式单线扫描激光雷达的制作方法

本实用新型涉及激光雷达术领域，尤其涉及一种同轴式单线扫描激光雷达。

背景技术：

在工业自动化、机器人以及无人驾驶等领域，激光雷达正在变得越来越重要，对其性能(包括测量距半径、测量频率、环境适应性等)也提出了越来越高的要求。现有的三角法测距存在测量距离短的问题，而基于脉冲式的激光，通过计算激光飞行时间，可以达到更大的测量半径；传统机械旋转式激光雷达存在刷新帧率低和环境适应性差等问题，不适于与工业领域及户外等复杂场景；而基于mems(micro-electro-mechanicalsystem，微机电系统)的固态激光雷达存在成本过高的问题，不利于应用普及。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种同轴式单线扫描激光雷达，以解决现有三角法测距存在测量距离短的问题。

本实用新型实施例提供一种同轴式单线扫描激光雷达，其包括固定底座、设置固定底座上的信息处理板和一体化激光收发模组、以及盖在固定底座上的防护面罩，所述防护面罩的顶部内侧固定有一体化电机，所述一体化激光收发模组的上方设置有导光管和旋转式的反光组件；

所述一体化电机连接反光组件和导光管，带动反光组件和导光管一起旋转进行水平扫描；所述一体化激光收发模组发射的激光通过反光组件和导光管后进行水平出射，一体化电机在旋转时输出角度给信息处理板；返回的激光通过反光组件传输给一体化激光收发模组，一体化激光收发模组将返回的激光转换为脉冲式的电信号并传输至信息处理板，所述信息处理板根据角度和所述脉冲式的电信号计算距离信息。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述一体化激光收发模组包括激光发射板、激光准直透镜、激光接收板和接收透镜；接收透镜固定在底座中心并在接收透镜的轴心开孔，激光发射板和激光准直透镜固定在所述轴心上，激光接收板经调焦后固定在接收透镜的支撑脚上；

所述激光发射板发射激光并通过激光准直透镜进行准直出射，准直后的激光沿轴线向上出射，经一体化电机上的导光管和反射镜作用，产生90度偏转并水平出射；反射回的激光经接收透镜聚焦到激光接收板上并转换为脉冲式的电信号、传输至信息处理板。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述激光发射板上设置有脉冲式的激光触发电路和脉冲激光管，所述激光触发电路连接脉冲激光管和信息处理板，激光触发电路根据接收的方波信号控制脉冲激光管产生对应的脉冲式激光。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述激光准直透镜的非球面镜的表面镀有增透膜。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述导光管为l型导光管，固定在一体化电机上。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述反射组件的镜面镀有增透膜，所述镜面的倾斜角度为45度、以控制光线90度偏转。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述一体化电机的外转子的预设部位设置有光栅。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述信息处理板上设置有控制芯片，所述控制芯片内集成了arm处理器内核和fpga可编程逻辑单元，所述fpga可编程逻辑单元连接激光发射板和激光接收板；

所述fpga可编程逻辑单元输出方波信号给激光发射板，并根据所述脉冲式的电信号进行tdc时间测量以得到距离信息；所述arm处理器内核用于进行以太网数据传输。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述固定底座和防护面罩之间通过卡扣紧固，并在固定底座和防护面罩之间设置密封垫圈来紧耦合。

可选地，所述的同轴式单线扫描激光雷达中，所述防护面罩的侧面为锥面。

本实用新型实施例提供的技术方案中，同轴式单线扫描激光雷达包括固定底座、设置固定底座上的信息处理板和一体化激光收发模组、以及盖在固定底座上的防护面罩，所述防护面罩的顶部内侧固定有一体化电机，所述一体化激光收发模组的上方设置有导光管和旋转式的反光组件；所述一体化电机连接反光组件和导光管，带动反光组件和导光管一起旋转进行水平扫描；所述一体化激光收发模组发射的激光通过反光组件和导光管后进行水平出射，一体化电机在旋转时输出角度给信息处理板；返回的激光通过反光组件传输给一体化激光收发模组，一体化激光收发模组将返回的激光转换为脉冲式的电信号并传输至信息处理板，所述信息处理板根据角度和所述脉冲式的电信号计算距离信息。通过脉冲式激光和信息处理板来进行高精度tdc计算获得激光的飞行时间，达到了更远的探测距离和更高的测量精度，从而解决了现有三角法测距存在测量距离短的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中同轴式单线扫描激光雷达的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中同轴式单线扫描激光雷达的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请一并参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的同轴式单线扫描激光雷达包括固定底座1、设置固定底座1上的信息处理板34和一体化激光收发模组37、以及盖在固定底座1上的防护面罩2，所述防护面罩2的顶部内侧固定有一体化电机59，所述一体化激光收发模组37的上方设置有导光管62和旋转式的反光组件57；所述一体化电机59连接反光组件57和导光管62，带动反光组件57和导光管62一起旋转进行水平扫描；所述一体化激光收发模组37发射的激光通过反光组件57和导光管62后进行水平出射，同时，一体化电机59在旋转时输出角度给信息处理板34；激光经过障碍物后返回，返回的激光通过反光组件57传输至一体化激光收发模组37，一体化激光收发模组37将返回的激光转换为脉冲式的电信号并传输至信息处理板34，所述信息处理板34根据角度和所述脉冲式的电信号计算距离信息。

通过在底座中心固定的一体化激光收发模组37和防护面罩2，以及内部旋转式反光组件57组成了半固态二维激光雷达，既能实现远距离和频率的测量，又满足了环境适应性强和低成本的需求。

本实施例中，所述信息处理板34由控制芯片(xilinxzynq7000)组成，该控制芯片集成了arm处理器内核和fpga可编程逻辑单元，所述fpga可编程逻辑单元激光发射板和激光接收板；其中arm处理器内核实现以太网数据传输，fpga可编程逻辑单元实现高精度tdc时间测量功能，即根据所述脉冲式的电信号进行tdc时间测量以得到距离信息，这样单个控制芯片即可完成整个数据处理和传输。

所述一体化激光收发模组37包括激光发射板5、激光准直透镜(6和7)、激光接收板4和接收透镜32；其中，接收透镜32固定在底座中心并在接收透镜的轴心开孔，激光发射板5和激光准直透镜(6和7)通过在接收透镜轴心开孔，固定在轴心，激光接收板4经调焦后固定在接收透镜的支撑脚上。所述激光发射板发射激光并通过激光准直透镜进行准直出射，准直后的激光沿轴线向上出射，经一体化电机上的l型的导光管和反射镜作用，产生90度偏转并水平出射；反射回的激光经接收透镜聚焦到激光接收板的apd(avalanchephotodiode，雪崩光电二极管)上，通过apd将反射回的激光转换为脉冲式的电信号并传输至信息处理板34。

其中，所述导光管62为l型导光管，固定在一体化电机59上，同时保持在转动过程中轴心位置不动，并与激光发射板耦合，形成密闭的出射光路。

所述激光发射板5包括脉冲式的激光触发电路和脉冲激光管(75w、905nm)，所述激光触发电路连接脉冲激光管和信息处理板，所述激光触发电路根据接收的方波信号(由信息处理板输出)控制脉冲激光管产生对应的脉冲式激光。

所述激光准直透镜由调焦铜件6和非球面镜7(直径6mm、焦距15mm)组成，所述非球面镜7固定在调焦铜件6的一端并在非球面镜7的表面镀905nm的增透膜。

所述反光组件57(即反光镜)的镜面镀有905nm的增透膜，反光组件57的镜面以45度角倾斜，以控制光线90度偏转。

所述固定底座1和防护面罩2之间采用卡扣式设计进行紧固，并用密封垫圈紧耦合，达到防尘防水要求。所述防护面罩采用905nm红外材料加工，并加工成锥面，以减少光线经面罩反射。

所述激光接收板包括apd光电传感器、高带宽的tia放大电路和高速的比较器；所述apd光电传感器接收光信号并转成电信号，通过tia放大电路进行放大后输出到比较器，比较器将放大后的电信号与阈值进行比较后，将前端模拟信号转成数字信号后输出到fpga进行处理。通过在接收透镜轴心内嵌激光准直透镜实现同轴收发。

所述一体化电机59将电机和光栅一体化成型，即所述一体化电机的外转子的预设部位自带光栅，与光耦8配合，输出周期脉冲信号给信息处理板，生成电机转动角度信息，在转动过程中实现角度输出，既保证了电机稳定性，又实现了角度测量功能。

所述同轴式单线扫描激光雷达的工作原理为：激光经激光准直透镜出射后，经由导光管62和反光组件57(如反射镜)实现水平出射。

水平出射的光经由障碍物返回后，通过反光组件和接收透镜传输至接收电路中，将光信号转换为脉冲式的电信号并传输至信息处理板34，信息处理板上的控制芯片根据电信号实现tdc(time-to-digitalconverter)功能，从而得到距离信息。

综上所述，本实用新型提供的同轴式单线扫描激光雷达，通过脉冲式激光和fpga来进行高精度tdc计算获得激光的飞行时间，达到更远的探测距离和更高的测量精度；以接收透镜为依托的一体化激光收发模组，简化了光路调试和装配难度，同时将一体化激光收发模组固定在底座上，不随一体化电机转动，减轻了电机负载，可以达到更高的刷新频率，通过固定式同轴光路，转动部件仅有反射镜和导光管，实现了半固态激光雷达，实现了环境适应性和成本的最优。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。