一种准直镜筒及激光雷达的制作方法

1.本实用新型实施例涉及激光雷达技术，尤其涉及一种准直镜筒及激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲光束，经目标反射后激光光束向各方向散射，部分散射光返回到激光传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上，其中，雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号，进而实现目标信息的获取。但由于激光发射二极管发出的光并不都是直线光，会因衍射而扩散发射，导致点云发生畸变，影响探测精度。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种准直镜筒及激光雷达，以解决点云畸变的问题，提高探测精度。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种准直镜筒，用于激光雷达，所述准直镜筒包括第一镜筒；
5.所述第一镜筒的内壁上设置有光吸收结构，所述光吸收结构用于吸收所述第一镜筒中的杂光。
6.可选的，所述光吸收结构的光反射率为r，其中，1％≤r≤15％。
7.可选的，所述光吸收结构包括遮光棉。
8.可选的，所述准直镜筒还包括胶层，所述胶层位于所述光吸收结构和所述第一镜筒的内壁之间。
9.可选的，所述胶层包括704硅胶层。
10.可选的，沿所述准直镜筒的长度方向，所述光吸收结构的长度为d1，其中，5mm≤d1≤8mm。
11.可选的，所述光吸收结构的厚度为h1，其中，0.5mm≤h1≤2mm。
12.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种激光雷达，包括第一方面所述的任一准直镜筒。
13.可选的，所述激光雷达包括激光发射单元，所述激光发射单元用于发射探测激光；
14.所述激光雷达还包括准直透镜，所述准直透镜和所述准直镜筒位于所述探测激光的传播路径上；
15.沿所述探测激光的传播方向，所述光吸收结构至少位于所述准直透镜的出光侧。
16.可选的，沿所述探测激光的传播方向，所述光吸收结构靠近所述准直透镜一侧的表面与所述准直透镜靠近所述光吸收结构一侧的表面之间的距离为d2，其中，d2＞0。
17.可选的，所述准直透镜设置于所述准直镜筒中；
18.或者，所述激光雷达还包括第二镜筒，所述第二镜筒位于所述探测激光的传播路
径上，所述准直透镜设置于所述第二镜筒中，所述准直镜筒与所述第二镜筒连接，且所述第二镜筒、所述准直透镜和所述准直镜筒同轴设置。
19.本实用新型实施例提供的准直镜筒及激光雷达，通过在第一镜筒的内壁上设置光吸收结构，以吸收过滤掉激光发射二极管因衍射而产生的杂光，保证了点云数据的稳定性，解决了点云畸变问题，提高了探测精度。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例提供的一种准直镜筒的结构示意图；
21.图2为图1沿a-a’方向的截面结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例提供的一种准直镜筒的截面结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的主视结构示意图；
24.图5为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的侧视结构示意图；
25.图6为本实用新型实施例提供的一种高反白板测试场景图；
26.图7为现有激光雷达的高反白板测试点云示意图；
27.图8为本实用新型实施例提供的激光雷达的高反白板测试点云示意图；
28.图9为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的局部截面结构示意图；
29.图10为本实用新型实施例提供的另一种激光雷达的侧视结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
31.图1为本实用新型实施例提供的一种准直镜筒的结构示意图，图2为图1沿a-a’方向的截面结构示意图，如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的准直镜筒用于激光雷达，该准直镜筒包括第一镜筒10，第一镜筒10的内壁上设置有光吸收结构11，光吸收结构11用于吸收第一镜筒10中的杂光。
32.具体的，准直镜筒包括第一镜筒10，第一镜筒10的尺寸可根据激光雷达的实际需求进行设置，例如，第一镜筒10的外径为6.55
±
0.05mm，第一镜筒10的内径为5mm，第一镜筒10的长度为11mm，本实用新型实施例对此不作限定。
33.继续参考图2，可选的，第一镜筒10的边缘还可以设置倒角101，去除毛刺，使之美观。其中，倒角101可采用45
°
倒角或者圆弧倒角，倒角101的尺寸可根据实际需求进行设置，例如，如图2所示，倒角101为45
°
倒角，45
°
倒角边长可设置为0.3mm，本实用新型实施例对此不作限定。
34.继续参考图1和图2，第一镜筒10的内壁上设置有光吸收结构11，光吸收结构11的长度可与第一镜筒10的长度相同，也可以不同。其中，光吸收结构11可吸收准直镜筒中绝大部分杂光，从而保证点云数据的稳定性，可有效避免点云畸变的情况发生，有助于提高探测精度。
35.具体的，现有激光雷达中的准直镜筒并未设置有光吸收结构11，而激光雷达的激光发射二极管发出的光并不都是直线光，再因衍射而导致光扩散发射，使得光束变宽，并存
在大量杂光，杂光经现有准直镜筒的内壁反射出去，会出现点云数据畸变的情况，影响探测精度。
36.而本实施例提供的准直镜筒，通过在第一镜筒10的内壁上设置光吸收结构11，以吸收过滤掉激光发射二极管因衍射而产生的杂光，可以保证点云数据的稳定性，从而有效的避免点云畸变的发生，提高探测精度。
37.综上所述，本实用新型实施例提供的准直镜筒，通过在第一镜筒10的内壁上设置光吸收结构11，以吸收过滤掉激光发射二极管因衍射而产生的杂光，保证了点云数据的稳定性，解决了点云畸变问题，提高了探测精度。
38.继续参考图1和图2，可选的，光吸收结构11的光反射率为r，其中，1％≤r≤15％。
39.其中，通过设置光吸收结构11的光反射率设置为1％-15％，以吸收准直镜筒中绝大部分杂光，从而保证点云数据的稳定性，可有效避免点云畸变的情况发生，有助于提高探测精度。
40.需要说明的是，光吸收结构11的光反射率可以是指对所有波长光线的光反射率，也可以是指对激光雷达的激光发射二极管所发射的特定波长的探测激光的反射率。光吸收结构11的光反射率可根据实际需求进行设置，例如，进一步设置光吸收结构11的光反射率为1％-10％甚至1％-8％，比如光反射率设置为1.8％、3％、5％、7％等，本实用新型实施例对此不作限定。
41.可以理解的是，基于上述光吸收结构11吸收准直镜筒中杂光的原理，光吸收结构11光反射率越低，越能减少杂光在第一镜筒10内的反射次数，能够消耗更多杂光的能量，吸收杂光的效果越好，但随着光反射率的减小，相应的光吸收结构11的制备难度会逐渐增加，在本实施例中，通过设置光吸收结构11的光反射率为1％-15％，能够避免点云畸变的同时，容易实现，降低了制造成本。
42.继续参考图1和图2，可选的，光吸收结构11包括遮光棉111。
43.具体的，遮光棉111内部具有很多微小的通孔，这些通孔能够消耗杂光能量，达到良好的吸收及过滤杂光的效果。
44.其中，遮光棉111的材质和颜色可根据实际需求进行设置，例如，遮光棉111可采用黑色聚乙烯发泡棉(epe)，以实现较低的光反射率，在其他实施例中，遮光棉111的颜色还可根据激光雷达的激光发射二极管所发射的探测激光的波长设置为其他颜色，本实用新型实施例对此不作限定。
45.图3为本实用新型实施例提供的一种准直镜筒的截面结构示意图，如图3所示，可选的，本实用新型实施例提供的准直镜筒还包括胶层12，胶层12位于光吸收结构11和第一镜筒10的内壁之间。
46.其中，胶层12用于将光吸收结构11固定于第一镜筒10的内壁上，以保证准直镜筒的可靠性。
47.示例性的，如图3所示，以光吸收结构11为遮光棉111为例，通过胶层12将遮光棉111固定于第一镜筒10的内壁上，保证准直镜筒的可靠性的同时，工艺简单，容易实现。
48.继续参考图3，可选的，胶层12包括704硅胶层。
49.其中，704硅胶层粘接性好、强度高、无腐蚀性，并具有优良的耐老化性能，可在-50℃-+250℃的范围内长期使用，从而提高准直镜筒的寿命。
50.可选的，704硅胶层可采用704黑色硅胶，从而有助于更多的吸收和过滤杂光，进一步提高点云数据的稳定性，改善点云畸变问题，提高探测精度。
51.需要说明的是，在其他实施例中，胶层12也可采用其他胶水形成，以实现对遮光棉111的固定，只要保证工业级应用即可，本实用新型实施例对此不作限定。
52.继续参考图2和图3，可选的，沿准直镜筒的长度方向，光吸收结构11的长度为d1，其中，5mm≤d1≤8mm。
53.其中，通过设置光吸收结构11的长度d1满足5mm≤d1≤8mm，保证吸收和过滤杂光效果的同时，不会使得准直镜筒过长，从而降低准直镜筒的占用空间，有助于实现小型化的激光雷达。
54.继续参考图1-3，可选的，光吸收结构11的厚度为h1，其中，0.5mm≤h1≤2mm。
55.具体的，在本实施例中，通过设置光吸收结构11的厚度h1满足0.5mm≤h1≤2mm，保证吸收和过滤杂光效果的同时，使得光吸收结构11不会占用过多空间，有助于减小准直镜筒的体积，同时还能够避免光吸收结构11主光束产生影响，保证点云数据的稳定性。
56.其中，光吸收结构11的厚度h1可根据光学仿真分析出来光斑进行设置，例如，光吸收结构11的厚度h1设置为1mm，以使通过准直镜筒时能量最强的部分不能被光吸收结构11遮挡，即保证光吸收结构11不会遮挡主光斑，进而保证点云数据的稳定性。
57.基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种激光雷达，图4为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的主视结构示意图，图5为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的侧视结构示意图，如图4和图5所示，该激光雷达13包括本实用新型任意实施例所述的准直镜筒14，因此，本实用新型实施例提供的激光雷达13具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。
58.继续参考图4和图5，可选的，本实用新型实施例提供的激光雷达13包括激光发射单元15，激光发射单元15用于发射探测激光，激光雷达13还包括准直透镜16，准直透镜16和准直镜筒14位于探测激光的传播路径上，沿探测激光的传播方向x，光吸收结构11至少位于准直透镜16的出光侧。
59.示例性的，如图4和图5所示，激光发射单元15可以包括电路板(图中未示出)和设置于电路板上的激光发射二极管(图中未示出)，激光发射二极管发射探测激光，激光雷达13还包括位于探测激光光路上的准直透镜16，以对探测激光进行准直，准直镜筒14与准直透镜16同轴设置，且光吸收结构11至少位于准直透镜16的出光侧，以吸收过滤掉激光发射二极管因衍射而产生的杂光，保证了点云数据的稳定性，解决了点云畸变问题，提高探测精度。
60.图6为本实用新型实施例提供的一种高反白板测试场景图，图7为现有激光雷达的高反白板测试点云示意图，图8为本实用新型实施例提供的激光雷达的高反白板测试点云示意图，如图6-8所示，示例性的，在高反白板测试场景中放置第一高反白板17和第二高反白板18，令待测激光雷达19对第一高反白板17和第二高反白板18进行扫描探测，以获取点云数据，通过对点云数据进行评估，以完成对待测激光雷达19的测试。
61.继续参考图7，将现有激光雷达作为待测激光雷达19，对第一高反白板17和第二高反白板18进行扫描，获取第一高反白板17的点云数据171和第二高反白板18的点云数据
181，其中，如图7所示，现有激光雷达采用普通的准直透镜，其获取到的第二高反白板18的点云数据181出现畸变，无法精确获取第二高反白板18的距离、形状等信息。
62.继续参考图8，将本实用新型实施例提供的激光雷达作为待测激光雷达19，对第一高反白板17和第二高反白板18进行扫描，获取第一高反白板17的点云数据171和第二高反白板18的点云数据181，其中，如图8所示，本实用新型实施例提供的激光雷达采用本实用新型实施例所提供的准直透镜，其获取到的第一高反白板17的点云数据171和第二高反白板18的点云数据181均未发生畸变，探测精度较高。
63.图9为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的局部截面结构示意图，如图9所示，可选的，沿探测激光的传播方向x，光吸收结构11靠近准直透镜16一侧的表面与准直透镜16靠近光吸收结构11一侧的表面之间的距离为d2，其中，d2＞0。
64.其中，如图9所示，通过设置光吸收结构11靠近准直透镜16一侧的表面与准直透镜16靠近光吸收结构11一侧的表面之间的距离d2满足d2＞0，使得光吸收结构11靠近准直透镜16之间存在间隙，以避免光吸收结构11影响准直透镜16的安装固定。
65.继续参考图4、图5和图9，可选的，准直透镜16设置于准直镜筒14中。
66.具体的，如图4、图5和图9所示，准直透镜16可直接设置于准直镜筒14的第一镜筒10中，集成度高，有助于降低激光雷达的体积，实现小型化的激光雷达。
67.图10为本实用新型实施例提供的另一种激光雷达的侧视结构示意图，如图10所示，可选的，激光雷达还包括第二镜筒20，第二镜筒20位于探测激光的传播路径上，准直透镜16设置于第二镜筒20中，准直镜筒14与第二镜筒20连接，且第二镜筒20、准直透镜16和准直镜筒14同轴设置。
68.具体的，如图10所示，还可将准直透镜16设置于第二镜筒20中，将准直镜筒14的第一镜筒10套设在第二镜筒20上，从而可单独制造准直镜筒14，工艺简单，设置灵活。
69.可选的，本实用新型实施例提供的激光雷达13可以为单线激光雷达，其中，单线激光雷达是指激光源发出的线束是单线的雷达，主要以机器人领域应用居多，其扫描速度快、分辨率强、可靠性高，与多线激光雷达相比，单线激光雷达在角频率及灵敏度上反应更快捷，所以在障碍物的测距距离和精度上也更加精准。
70.继续参考图4和图5，可选的，激光雷达13可采用同轴激光雷达，即激光雷达13的激光接收单元(图中未示出)与激光发射单元15同轴设置，激光发射单元15出射的探测激光和激光接收单元的入射光束具有相同的光轴，通过设置激光发射单元15和激光接收单元同轴设置，可以提高激光雷达13的集成度，有助于实现激光雷达的小型化。
71.在其他实施例中，激光雷达13也可采用离轴激光雷达，即激光雷达13的激光接收单元与激光发射单元离轴设置，激光发射单元出射的探测激光和激光接收单元的入射光束具有不同的光轴，这样设置结构简单、容易实现、且成本较低。
72.可选的，离轴激光雷达可采用近焦激光雷达，近焦激光雷达采用本实用新型实施例提供的准直镜筒14能够更好地改善点云畸变问题，提高探测精度。
73.可选的，离轴激光雷达的激光发射单元和激光接收单元中均可设置本实用新型实施例提供的准直镜筒14，以达到更好的吸收及过滤杂光的效果，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。
74.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会
理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。