一种激光雷达及无人驾驶系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 108594263 A(43)申请公布日 2018.09.28

(21)申请号 201810090515.3(22)申请日 2018.01.30

(71)申请人 北醒（北京）光子科技有限公司

地址 100084 北京市海淀区信息路甲28号

10层A座10A(72)发明人 张东虎　王海波　郑凯　疏达　

李远　(51)Int.Cl.

G01S 17/93(2006.01)G01S 7/481(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图3页

CN 108594263 A()发明名称

一种激光雷达及无人驾驶系统(57)摘要

本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种激光雷达及无人驾驶系统。一种激光雷达，包括：发射模块和接收模块，所述发射模块包括发射驱动电路、发射光源和发射透镜，所述接收模块包括光电传感器、与光电传感器相连接的中控板和接收透镜，所述光电传感器与发射驱动电路相连接，所述发射透镜和接收透镜分别设置在发射光路和接收光路上，且所述接收透镜和/或发射透镜上设置有光阑装置。还提供了一种无人驾驶系统，通过光阑装置的设置，使得入射到光电传感器上的光束中未被准直的杂散光和/或自发射光源发射并未被准直的杂散光经过多次反射后被损耗掉，减少了杂散光的干扰，提高接收光束的利用效率，降低了运算负荷，提高了测试准确率。

CN 108594263 A

权　利　要　求　书

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1.一种激光雷达，其特征在于，包括：发射模块和接收模块，所述发射模块包括发射驱动电路、发射光源和发射透镜，所述接收模块包括光电传感器、接收透镜和与光电传感器相连接的中控板，所述光电传感器与发射驱动电路相连接，所述发射透镜和接收透镜分别设置在发射光路和接收光路上，且所述接收模块和/或发射模块设置有光阑装置。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光阑装置设置在接收透镜和光电传感器之间；所述光阑装置包括沿自接收透镜到光电传感器方向上依次收缩的光阑本体，所述光阑本体内部排列有消杂散光结构，所述消杂散光结构为光学台阶或漫反射面。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述光阑装置设置在发射透镜和发射光源之间；所述光阑装置包括沿自发射透镜到发射光源方向上依次收缩的光阑本体，所述光阑本体内部排列有消杂散光结构，所述消杂散光结构为光学台阶或漫反射面。

4.根据权利要求2或3所述的激光雷达，其特征在于，所述光学台阶的表面设置有漫反射表层；进一步地，所述光阑本体为锥筒型结构，光学台阶垂直于锥筒型结构的中心轴，且分布在锥筒型结构的内壁上；进一步地，所述锥筒型结构上经其中心轴的切面的延长线与光电传感器相交于一条线段。

5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收透镜通过接收固定座和接收动筒的配合按设定的其与光电传感器的安装距离设置在接收动筒上，所述接收固定座的安装筒和接收动筒螺接。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述接收动筒的外部还螺接有接收锁定环，所述接收锁定环下端抵接在接收固定座的安装筒上，且接收锁定环内侧的螺纹方向与安装筒的螺纹方向相反。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射透镜通过发射固定座和发射动筒的配合按设定的其与发射光源的安装距离设置在发射动筒上，所述发射固定座的安装筒和发射动筒螺接。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述发射动筒的外部还螺接有发射锁定环，所述发射锁定环下端抵接在发射固定座的安装筒上，且发射锁定环内侧的螺纹方向与安装筒的螺纹方向相反。

9.根据权利要求5或7所述的激光雷达，其特征在于，所述接收动筒上还设置有接收压圈，所述接收压圈抵接在接收透镜上；和/或，所述发射动筒上还设置有发射压圈，所述发射压圈抵接在发射透镜上；进一步地，所述接收动筒或发射动筒上沿接收透镜或发射透镜还延伸有遮光罩。

10.一种无人驾驶系统，其特征在于，其安装有如权利要求1-9任一项所述的激光雷达。

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一种激光雷达及无人驾驶系统

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技术领域

[0001]本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种激光雷达及无人驾驶系统。背景技术

[0002]人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。[0003]人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。无人驾驶汽车是智能汽车的一种，也称为轮式移动机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的目标。无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。

[0004]无人驾驶系统是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。激光雷达作为车载传感器的重要的一种，相对于其他车载传感器，具有测量准确、刷新率高，受环境光影响小的特性。

[0005]现有的激光雷达在长距测量上存在接收光线的利用率低所导致的量程较短或功率过大的问题。

发明内容

[0006]本发明的目的在于提出一种激光雷达及无人驾驶系统，通过光阑装置的设置，使得入射到光电传感器上的光束中未被准直的杂散光经过多次反射后被损耗掉，减少了杂散光的干扰，提高接收光束的利用效率，降低了中控板的运算负荷，提高了测试准确率。[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种激光雷达，包括：发射模块和接收模块，所述发射模块包括发射驱动电路、发射光源和发射透镜，所述接收模块包括光电传感器、与光电传感器相连接的中控板和接收透镜，所述光电传感器与发射驱动电路相连接，所述发射透镜和接收透镜分别设置在发射光路和接收光路上，且所述接收透镜和/或发射透镜上设置有光阑装置。[0008]作为本技术方案的优选方案之一，所述光阑装置设置在接收透镜和光电传感器之间；所述光阑装置包括沿自接收透镜到光电传感器方向上依次收缩的光阑本体，所述光阑本体内部排列有光学台阶或漫反射面。

[0009]作为本技术方案的优选方案之一，所述光阑装置设置在发射透镜和发射光源之间；所述光阑装置包括沿自发射透镜到光电传感器方向上依次收缩的光阑本体，所述光阑本体内部排列有光学台阶或漫反射面。[0010]作为本技术方案的优选方案之一，所述光学台阶的表面设置有漫反射表层。[0011]作为本技术方案的优选方案之一，所述光阑本体为锥筒型结构，光学台阶垂直于锥筒型结构的中心轴，且分布在锥筒型结构的内壁上。

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作为本技术方案的优选方案之一，所述锥筒型结构上经其中心轴的切面的延长线

与光电传感器相交于一条线段。

[0013]作为本技术方案的优选方案之一，所述接收透镜通过接收固定座和接收动筒的配合按设定的其与光电传感器的安装距离设置在接收动筒上，所述接收固定座的安装筒和接收动筒螺接。

[0014]作为本技术方案的优选方案之一，所述接收动筒的外部还螺接有接收锁定环，所述接收锁定环下端抵接在接收固定座的安装筒上，且接收锁定环内侧的螺纹方向与安装筒的螺纹方向相反。

[0015]作为本技术方案的优选方案之一，所述发射透镜通过发射固定座和发射动筒的配合按设定的其与发射光源的安装距离设置在发射动筒上，所述发射固定座的安装筒和发射动筒螺接。

[0016]作为本技术方案的优选方案之一，所述发射动筒的外部还螺接有发射锁定环，所述发射锁定环下端抵接在发射固定座的安装筒上，且发射锁定环内侧的螺纹方向与安装筒的螺纹方向相反。

[0017]作为本技术方案的优选方案之一，所述接收动筒上还设置有接收压圈，所述接收压圈抵接在接收透镜上；和/或，所述发射动筒上还设置有发射压圈，所述发射压圈抵接在发射透镜上。

[0018]作为本技术方案的优选方案之一，所述接收动筒或发射动筒上沿接收透镜或发射透镜还延伸有遮光罩。

[0019]一种无人驾驶系统，其安装有所述的激光雷达。[0020]有益效果：通过光阑装置的设置，使得入射到光电传感器上的光束中未被准直的杂散光和/或自发射光源发射并未被准直的杂散光经过多次反射后被损耗掉，减少了杂散光的干扰，提高接收光束的利用效率，降低了中控板的运算负荷，提高了测试准确率。附图说明

[0021]图1是本发明实施例1提供的激光雷达的结构爆炸图。

[0022]图2是本发明实施例1提供的激光雷达的接收模块的结构示意图。[0023]图3是图2的A-A剖视图。

[0024]图4是本发明实施例2提供的激光雷达的结构爆炸图。[0025]图5是本发明实施例2提供的激光雷达的结构示意图。[0026]图6是图5的A-A剖视图。[0027]图中：1、中控板；2、发射驱动电路；3、光学台阶；11、接收透镜；12、接收固定座；13、接收动筒；14、接收锁定环；15、接收压圈；21、发射透镜；22、发射固定座；23、发射动筒；24、发射锁定环；25、发射压圈。具体实施方式

[0028]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的

附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

[0031]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0032]实施例1

作为无人驾驶的重要的一种车载传感器的，怎样在提高激光雷达的长距量程，以及在保证人眼安全的情况下，减小激光雷达的功率，提高发射光束和/或接收光束的利用效率成为亟待的问题，本发明提供了一种激光雷达，如图1-3所示，包括：发射模块和接收模块，所述发射模块包括发射驱动电路2、发射光源和发射透镜21，所述接收模块包括光电传感器、与光电传感器相连接的中控板1和接收透镜11，所述光电传感器与发射驱动电路2相连接，所述发射透镜21和接收透镜11分别设置在发射光路和接收光路上，且所述接收透镜11上设置有光阑装置。本发明所提供的激光雷达可以是脉冲激光雷达、TOF相位法激光雷达、三角测量法激光雷达以及MEMS激光雷达等。

[0033]所述发射光源发出的光束经过发射透镜21准直后入射到周围环境，自测试区域内的障碍物反射，并经接收透镜11准直后进入到光电传感器，因为室外环境光的影响及接收光线在障碍物的上存在漫反射，虽然经接收透镜11的准直处理，依然存在为数不少的杂散光，通过光阑装置的设置，使得入射到光电传感器上的光束中未被准直的杂散光经过多次反射后被损耗掉，减少了杂散光的干扰，提高接收光束的利用效率，降低了光电传感器和中控板1的运算负荷，提高了测试准确率。

[0034]所述光阑装置设置在接收透镜11和光电传感器之间；所述光阑装置包括沿自接收透镜11到光电传感器方向上依次收缩的光阑本体，所述光阑本体内部排列有消杂散光结构，所述消杂散光结构为光学台阶3。所述光学台阶3可以依次排布在光阑本体内部，也可以间隔排列在光阑本体的内部。所述光学台阶3可以是横向，也可以是纵向，还可以是方向任意排列的组合，所述光学台阶3的阶梯夹角小于180°，优选的,所述光学台阶3的阶梯夹角为90°。所述光学台阶3的设置，使得未能被准直的杂散光在光学台阶3所构成的反射区域内经多次循环反射消耗其光能，使其无法到达光电传感器，降低了未准直的杂散光的干扰，提高了激光雷达的工作效率和测量精准度。[0035]或者，所述消杂散光结构为漫反射面，所述漫反射面的漫反射率可以保持一致也可以随机调整，所述漫反射面可以布满整个光阑本体的内部表面，也可以有随机分散在光阑本体的内部表面。所述漫反射面的设置，使得未被准直的杂散光在漫反射面发生多次反射并无法进入光电传感器。[0036]优选的，所述光学台阶3的表面设置有漫反射表层。所述漫反射表层可以是涂料涂

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上的，也可以是光阑本体的一体化的内部表面结构。设置有漫反射表层的所述光学台阶3的结构，对大入射角的杂散光进行反射，使其偏离入射光束的中心轴，最终被锁定在光学台阶3的阶梯角内部，无法入射到光电传感器，从而大大降低其进入光电传感器的几率；设置在光学台阶3表面的漫反射表层，对小入射角进行频繁多次的反射和散射，使其沿近似垂直于入射光束的中心轴的方向上多次反射和散射，消耗其光能，大大降低了其进入光电传感器的几率。光学台阶3和漫反射表层的设置，对于未能准直的杂散光按照入射角的不同通过多种结合的处理方式进行处理，大大降低了其进入光电传感器的几率，进一步降低了中控板1的运算负荷，提高了激光雷达的测量效率和准确率。[0037]优选的，所述光阑本体为锥筒型结构，所述光学台阶3呈环形分布，且所述光学台阶3垂直于锥筒型结构的中心轴，多个所述光学台阶3顺次排列满布在锥筒型结构的内壁上。所述光学台阶3与锥筒型结构的中心轴相垂直的结构，使得未能准直的杂散光在与中心轴相垂直的方向反射并被约束在远离光电传感器的区域，极大的防止了杂散光入射到光电传感器上。

[0038]为了保证入射光线均匀进入光电传感器，所述锥筒型结构上经其中心轴的切面的延长线与光电传感器相交于一条线段。所述线段的长度和光电传感器的感光区域保持一致，以保证单点光电传感器的充分接收到入射光线。

[0039]所述接收透镜11通过接收固定座12和接收动筒13的配合按设定的其与光电传感器的安装距离设置在接收动筒13上，所述接收固定座12的安装筒和接收动筒13螺接。所述接收固定座12的安装筒和接收动筒13相螺接的方式，保证了接收透镜11和光电传感器的距离在硬件组装有轻微误差的时候，一机一调，保证了激光雷达的算法模型的建立相对统一，避免了完全从算法基础上调整测量数据，建模较为复杂，输出测量数据差异性较大的问题。[0040]所述接收动筒13的外部还螺接有接收锁定环14，所述接收锁定环14下端抵接在接收固定座12的安装筒上，且接收锁定环14内侧的螺纹方向与安装筒的螺纹方向相反。所述接收锁定环14的设置，防止接收动筒13与接收固定座12因为晃动而脱落，影响激光雷达的使用，提高了激光雷达的稳定性和使用寿命。

[0041]所述发射透镜21通过发射固定座22和发射动筒23的配合按设定的其与发射光源的安装距离设置在发射动筒23上，所述发射固定座22的安装筒和发射动筒23螺接。所述发射固定座22的安装筒和发射动筒23相螺接的方式，保证了发射透镜21和发射光源的距离在硬件组装有轻微误差的时候，一机一调，保证了激光雷达的算法模型的建立相对统一，避免了完全从算法基础上调整测量数据，建模较为复杂，输出测量数据差异性较大的问题。[0042]所述发射动筒23的外部还螺接有发射锁定环24，所述发射锁定环24下端抵接在发射固定座22的安装筒上，且发射锁定环24内侧的螺纹方向与安装筒的螺纹方向相反。所述发射锁定环24的设置，防止发射动筒23与发射固定座22因为晃动而脱落，影响激光雷达的使用，提高了激光雷达的稳定性和使用寿命。[0043]为了固定接收透镜11防止其松动，所述接收动筒13上还设置有接收压圈15，所述接收透镜11采用粘接或卡接的方法连接在接收动筒13上，所述接收压圈15抵接在接收透镜11上。所述接收压圈15螺接或卡接在所述接收动筒13上，所述接收压圈15的顶部设置有便于螺丝刀抵紧或旋拧的固定槽。所述接收压圈15的设置使得即使接收透镜11因为外部撞击或连接结构老化发生松动时，无法移位或脱出，提高了激光雷达的稳定性和使用寿命。所述

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固定槽的设置，便于接收压圈15的安装操作，提高了产品组装效率并防止在组装时因着力不当对接收透镜11造成划伤。

[0044]为了固定发射透镜21防止其松动，所述发射透镜21采用粘接或卡接的方法连接在发射动筒23上，所述发射动筒23上还设置有发射压圈25，所述发射压圈25抵接在发射透镜21上。所述发射压圈25螺接或卡接在发射动筒23上，所述发射压圈25的顶部设置有便于螺丝刀抵紧或旋拧的固定槽。当受到外部撞击或连接结构老化发生松动时，所述发射压圈25的设置使得发射透镜21无法移位或脱出，提高了激光雷达的稳定性和使用寿命。所述固定槽的设置，便于发射压圈25的安装操作，提高了产品组装效率并防止在组装时因着力不当对发射透镜21造成划伤。

[0045]本发明还提供了一种无人驾驶系统，其安装有所述的激光雷达。[0046]实施例2

与实施例1不同的是，本实施例提供了一种激光雷达，如图4-6所示，所述发射透镜21上设置有光阑装置。所述发射光源发出的光束经过发射透镜21准直后入射到周围环境，自测试区域内的障碍物反射，并经接收透镜11准直后进入到光电传感器，因为室外环境光的影响及接收光线在障碍物的上存在漫反射，虽然经发射透镜21的准直处理，依然存在少量的杂散光，经障碍物反射后进入光电传感器，对光电传感器和中控板1形成了干扰，通过光阑装置的设置，使得发射光源发出的光束中未经准直的部分经过多次反射和散射后被损耗掉，减少了杂散光的干扰，降低了光电传感器和中控板1的运算负荷，提高了测试准确率。[0047]所述光阑装置设置在发射透镜21和发射光源之间；所述光阑装置包括沿自发射透镜21到发射光源方向上依次收缩的光阑本体，所述光阑本体内部排列有消杂散光结构，所述消杂散光结构为光学台阶3。所述光学台阶3可以依次排布在光阑本体内部，也可以间隔排列在光阑本体的内部。所述光学台阶3可以是横向，也可以是纵向，还可以是方向任意排列的组合，所述光学台阶3的阶梯夹角小于180°，优选的,所述光学台阶3的阶梯夹角为90°。所述光学台阶3的设置，使得未能被准直的杂散光在光学台阶3所构成的反射区域内经多次循环反射消耗光能，使前述杂散光无法自激光雷达出射，降低了未准直的杂散光的干扰，提高了激光雷达的工作效率和测量精准度。[0048]或者，所述消杂散光结构为漫反射面，所述漫反射面的漫反射率可以保持一致也可以随机调整，所述漫反射面可以布满整个光阑本体的内部表面，也可以有随机分散在光阑本体的内部表面。所述漫反射面的设置，使得未被准直的杂散光在漫反射面发生多次反射、散射后无法自激光雷达射出。

[0049]作为本技术优选方案之一的，所述光学台阶3的表面设置有漫反射表层。所述漫反射表层可以是涂料涂上的，也可以是光阑本体的一体化的内部表面结构。设置有漫反射表层的所述光学台阶3的结构，对大入射角的杂散光进行反射，使其偏离发射光束的中心轴，最终被锁定在光学台阶3的阶梯角内部，无法自激光雷达出射，从而大大降低其经过外部障碍物反射进入光电传感器的几率；设置在光学台阶3表面的漫反射表层，对小入射角进行频繁多次的反射和散射，使其沿近似垂直于发射光束的中心轴的方向上多次反射和散射，消耗其光能，大大降低了其进入光电传感器的几率。光学台阶3和漫反射表层的设置，对于未能准直的杂散光按照入射角的不同通过多种结合的处理方式进行处理，大大降低了其自激光雷达出射的几率，进一步降低了中控板1的运算负荷，提高了激光雷达的测量效率和准确

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作为本技术优选方案之一，所述光阑本体为锥筒型结构，所述光学台阶3呈环形分

布，且所述光学台阶3垂直于锥筒型结构的中心轴，多个所述光学台阶3顺次排列满布在锥筒型结构的内壁上。所述光学台阶3与锥筒型结构的中心轴相垂直的结构，使得未能准直的杂散光在与中心轴相垂直的方向反射并被约束在远离发射透镜21的区域，极大的防止了杂散光自发射透镜21出射。[0051]优选的，所述锥筒型结构上经其中心轴的切面的延长线与发射光源相交于一点。[0052]综上所述，通过光阑装置的设置，使得入射到光电传感器上的光束中未被准直的杂散光和/或自发射光源发射并未被准直的杂散光经过多次反射后被损耗掉，减少了杂散光的干扰，提高接收光束的利用效率，降低了中控板1的运算负荷，提高了测试准确率。[0053]以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

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