本實用新型涉及激光雷達技術領域，尤其涉及一種基于光通信的360度掃描的激光雷達。

背景技術：

現(xiàn)有的激光雷達200如圖1所示具有：1、270°反射鏡方案中光通信如圖1所示激光器211發(fā)光通過非球面鏡205處的準直器204準直成細光束，該光束通過反射鏡208和導光筒210后，經(jīng)過濾光筒209射出，向周圍環(huán)境投射。編碼盤203附近的電機201帶動反射鏡208和導光筒210旋轉，受光電開關207控制，激光從濾光鏡209進入，接收單元212進行接收，從而實現(xiàn)激光束對周圍環(huán)境的掃描。因為該方案電機電源、速度控制信號是通過導線槽202中的導線傳輸?shù)模す怛寗有盘栍尚盘柼幚韱卧?06發(fā)出，因為導線槽202的遮擋，導致激光束無法實現(xiàn)對周圍環(huán)境的360°全角度掃描，實際掃描角度一般小于等于270°。此外，導電滑環(huán)方案，激光雷達旋轉測距部分和固定的雷達底座之間通過導電滑環(huán)進行電氣連接，電能和信號通過滑環(huán)內部的摩擦接觸部件實現(xiàn)導通。因此，現(xiàn)有技術就有了270°反射鏡方案，無法實現(xiàn)360°全角度掃描；2、滑環(huán)方案采用摩擦接觸的方案，產品壽命短。

綜上可知，現(xiàn)有技術在實際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于光通信的360度掃描的激光雷達，其目的在于覆蓋360°掃描測量，設計穩(wěn)定性、可靠性更好的結構、使用壽命得到提高。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種基于光通信的360度掃描的激光雷達，包括：

測距模塊、信號傳輸模塊、電能傳輸模塊、機械旋轉部件和殼體；所述信號傳輸模塊包括至少一對光通信發(fā)射端和光通信接收端的信號傳輸模塊、電能傳輸模塊通過磁環(huán)耦合無線輸電，所述機械旋轉部件帶動所述測距模塊繞軸向360度旋轉。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，在所述殼體上部設置所述測距模塊，所述測距模塊包括激光器、發(fā)射透鏡組、接收傳感器、接收透鏡，所述激光器設置在所述發(fā)射透鏡組的容置空間內，所述接收傳感器設置在所述接收透鏡的容置空間內，激光從所述激光器發(fā)出經(jīng)所述發(fā)射透鏡組到環(huán)境中的物體，反射后由所述接收透鏡再進入所述接收傳感器；在中部空間成對設置所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，光信號從所述光通信發(fā)射端傳輸?shù)剿龉馔ㄐ沤邮斩耍?/p>

所述機械旋轉部件設置有電機，所述電機通過皮帶與所述殼體的上部活動連接，所述電機通過皮帶帶動所述殼體的上部和中部旋轉，同時所述測距模塊對周圍環(huán)境繞軸向360度掃描探測，在底部的所述電能傳輸模塊包括電磁感應進行無線輸電的上半部分和下半部分，所述上半部分位于所述殼體的中部且繞軸向360度旋轉，所述下半部分固定在所述殼體的底部。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，所述電能傳輸模塊的所述上半部分和所述下半部分都是繞設導線線圈的所述磁環(huán)。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，所述測距模塊是基于飛行時間原理的激光測距模塊。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，基于光通信的360度掃描的激光雷達還包括一產生脈沖信號的信號處理板；

一接收所述脈沖信號作為起始信號、接收所述接收傳感器輸出的計時終止信號計算激光飛行時間的計時模塊。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，所述信號傳輸模塊包括兩對所述光通信接收端和所述光通信發(fā)射端，實現(xiàn)全雙工通信或半雙工通信工作模式。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，成對的所述光通信發(fā)射端發(fā)射的光信號和所述光通信接收端的接收的光信號是同一個波段，不同的兩對在不同波段。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，所述傳輸模塊僅設置一對所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，進行單工通信模式。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，所述電機采用內置的空軸電機。

根據(jù)本實用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達，所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端是二極管。

本實用新型通過改進機械旋轉結構，優(yōu)化光路上的零部件，避免使用摩擦接觸零件，穩(wěn)定性、可靠性、使用壽命得到提高，可以覆蓋360°角度的掃描測量。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術的激光雷達的結構示意圖；

圖2是本實用新型基于光通信的360度掃描的激光雷達的優(yōu)選實施例的測距相關的模塊結構示意圖；

圖3是本實用新型基于光通信的360度掃描的激光雷達結構示意圖；

圖4是本實用新型基于光通信的360度掃描的激光雷達使用流程示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

為了解決上述問題，結合圖示說明，如圖2～圖3所示，本實用新型提供的基于光通信的360度掃描的激光雷達100，包括：測距模塊、信號傳輸模塊、電能傳輸模塊、機械旋轉部件和殼體；所述信號傳輸模塊包括至少一對光通信發(fā)射端和光通信接收端的信號傳輸模塊、電能傳輸模塊通過磁環(huán)耦合無線輸電，所述機械旋轉部件帶動所述測距模塊繞軸向360度旋轉。無線輸電可以徹底使得殼體能分離進行全方位旋轉，同時改變了原有的線纜設置方式改為光通信進行收發(fā)，不會因為運動方式產生纏結，阻礙全方位運動。

更進一步地，在所述殼體50上部設置所述測距模塊，所述測距模塊包括激光器1、發(fā)射透鏡組2、接收傳感器5、接收透鏡4，所述激光器1設置在發(fā)射透鏡組2的容置空間內，所述接收傳感器5設置在接收透鏡4的容置空間內，激光從激光器1發(fā)出經(jīng)所述發(fā)射透鏡組2到環(huán)境中物體，反射后由接收透鏡4再進入接收傳感器5；在中部空間成對設置所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，如圖3所示，光信號從光通信發(fā)射端6傳輸?shù)焦馔ㄐ沤邮斩?；發(fā)射透鏡組2包括至少一片透鏡。

所述機械旋轉部件設置有電機，所述電機通過皮帶與所述殼體50的上部活動連接，所述電機10通過皮帶11帶動所述殼體50的上部和中部旋轉，同時所述測距模塊對周圍環(huán)境繞軸向360度掃描探測，在底部的所述電能傳輸模塊包括電磁感應進行無線輸電的上半部分和下半部分，所述上半部分位于所述殼體的中部且繞軸向360度旋轉，所述下半部分固定在所述殼體50的底部。

如圖4所示，所述電能傳輸模塊的所述上半部分和所述下半部分都是繞設導線線圈的所述磁環(huán)9，所述磁環(huán)9相互轉動連接，磁環(huán)9的結構可以不同，保證不接觸。電能傳輸通過耦合的磁環(huán)9傳輸，無線輸電采用普遍用于手機無線充電的電磁感應式方案。

優(yōu)選的是，所述測距模塊是基于飛行時間原理的激光測距模塊。測距核心是基于TOF(Time-of-Flight，飛行時間)原理的測距模塊，由激光器1發(fā)射調制脈沖激光信號，經(jīng)過發(fā)射鏡組2出射，物體反射回的激光通過接收透鏡4聚焦到接收傳感器5上。TDC芯片通過獲取發(fā)射和接收光信號的時間差得到光程，進而計算得到物體的距離值。TDC(Time-to-Digital Converter)是計算光飛行時間的一類芯片，也可以利用FPGA等芯片來代替實現(xiàn)計算時間差的作用。圖3中實例是外置電機通過皮帶11帶動測距模塊旋轉從而實現(xiàn)對周圍環(huán)境360°掃描探測，也可以替換內置的空軸電機實現(xiàn)旋轉掃描，信號通過全雙工光通信模塊來傳輸。

同時，基于光通信的360度掃描的激光雷達100還包括一產生脈沖信號的信號處理板20；

一接收所述脈沖信號作為起始信號、接收所述接收傳感器5輸出的計時終止信號計算激光飛行時間的計時模塊30。

實際運用時，信號處理板20產生脈沖信號，此信號作為計時模塊的計時起始信號，該脈沖信號驅動激光器1發(fā)光，激光透過發(fā)射透鏡組2向外界照射，回光信號通過接收透鏡4在接收傳感器5上產生電信號，此信號作為計時模塊的計時終止信號。計時模塊30得到激光飛行時間，信號處理板20根據(jù)計時模塊30得到的時間差換算成距離數(shù)據(jù)，再結合光電開關產生的方位信息，得到激光雷達數(shù)據(jù)(一組激光雷達數(shù)據(jù)包含方位信息和距離信息)，在一個發(fā)射到接收的周期內，不限定接收傳感器5的方位和朝向，以便接收足夠寬的角度的反射光，由系統(tǒng)設置的旋轉速度和旋轉方式?jīng)Q定。

進一步地，所述信號傳輸模塊包括兩對所述光通信接收端和所述光通信發(fā)射端，如圖3所示的光通信接收端7和光通信發(fā)射端8，光通信接收端3和光通信發(fā)射端6，實現(xiàn)全雙工通信或半雙工通信工作模式，當然可以設置更多對進行雙工通信；優(yōu)選的是，成對的所述光通信發(fā)射端發(fā)射的光信號和所述光通信接收端的接收的光信號是同一個波段，不同的兩對在不同波段。此處的方案可以替換為，采用半雙工通信方式，半雙工通信工作模式可以采用兩對相同波段的收發(fā)端。

另外，對于上述實施例中，可以替選的是，所述傳輸模塊僅設置一對所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，進行單工通信模式，光通信部分只采用一對收發(fā)模塊，采用單工通信方式，只需要將所述測距模塊的測量信息單方向下發(fā)。

激光雷達100上，電機1與皮帶11和傳動輪12帶動殼體50的上部和中部運動，軸承14起到輔助作用。也可以替選為，所述電機1采用內置的空軸電機。

本實施例中優(yōu)選的是，所述光通信發(fā)射端6、8和所述光通信接收端3、7是二極管。

更進一步地，為了使得本實用新型360度掃描方法闡述更清楚，基于基于光通信的360度掃描的激光雷達100實現(xiàn)，上電之后如圖4所示的流程圖，步驟包括：

步驟S401，發(fā)出脈沖激光驅動信號；這一步由信號處理板6實現(xiàn)，同時還以此作為計時起始信號；

步驟S402，激光器1發(fā)出窄脈沖激光；

步驟S403，接收物體反射光信號；這一步激光從物體反射進入殼體50，該殼體50為透鏡形式，反射光進入接收傳感器5；

步驟S404，產生接收脈沖作為計時終止信號；接收傳感器5輸出終止信號到計時模塊；

步驟S405，計時模塊30得到激光飛行時間；

步驟S406，結合方位信息得到雷達測量數(shù)據(jù)。對獲取到的數(shù)據(jù)進行綜合運算處理，最終輸出數(shù)據(jù)。

雖然上述實施例中列出一部分更好的實施方式，但是改變激光器和接收傳感器相對位置，如從并排水平擺放，變成垂直擺放，或者呈一定角度擺放；

無線輸電可以替換采用其他耦合方式，相比現(xiàn)有技術只能進行270度左右的掃描探測，本專利可實現(xiàn)360度掃描。相比上述現(xiàn)有技術中的靠導電滑環(huán)傳輸電能和信號，本實用新型沒有摩擦傳導部件，能大大提高激光雷達的使用壽命。

綜上所述，本實用新型通過優(yōu)化光路上的零部件，避免使用摩擦接觸零件，穩(wěn)定性、可靠性、使用壽命得到提高，可以覆蓋360°角掃描測量。

當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。