CN107664760A - 固态激光雷达及固态激光雷达控制方法 - Google Patents

固态激光雷达及固态激光雷达控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例中公开了一种固态激光雷达及固态激光雷达的控制方法，所述固态激光雷达包括：柱透镜，设置于聚焦单元与接收器之间，用于会聚反射激光；所述反射激光是固态激光雷达发射的出射激光由被测物体反射后的激光。本发明实施例可以使固态激光雷达具有较大的视场角。

Description

固态激光雷达及固态激光雷达控制方法
技术领域
本发明涉及检测领域，特别涉及一种固态激光雷达及固态激光雷达控制方法。
背景技术
激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
现有的激光雷达分为混合固态激光雷达以及固态激光雷达，混合固态激光雷达的体积大，垂直分辨率较低，无法满足越来越高的需求。固态激光雷达的垂直分辨率较高，且体积较小，因此应用领域越来越广泛。
固态激光雷达包括发射端以及接收端，且接收端通常采用阵列式APD，即阵列式接收器。由于工艺、技术等瓶颈，现有的固态激光雷达的接收端的APD以线阵APD为主。在固态激光雷达的接收端，线阵APD配合传统的接收镜头使用，在其中一个方向上能获得较大的视场角，但在与上述方向垂直的另一个方向上视场角则较小。视场角过小，会影响固态激光雷达探测的精确度和距离，现有的固态激光雷达还无法同时在两个垂直方向上同时获取较大的视场角。
发明内容
本发明实施例中提供了一种固态激光雷达及固态激光雷达控制方法，能使固态激光雷达具有较大的视场角。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
一方面，提供了一种固态激光雷达，所述固态激光雷达包括：
柱透镜，设置于聚焦单元与接收器之间，用于会聚反射激光；
所述反射激光是固态激光雷达发射的出射激光由被测物体反射后的激光。
优选的，所述柱透镜为平-凸型柱透镜。
优选的，所述柱透镜凸面朝向所述聚焦单元。
优选的，所述固态激光雷达的接收器为线阵APD，所述线阵APD水平放置。
优选的，若所述线阵APD的工作方式为同时并行，则所述柱透镜的会聚方向垂直于水平面。
优选的，若所述线阵APD的工作方式为按时序触发，则所述柱透镜的会聚方向平行于水平面。
优选的，所述线阵APD设置于所述柱透镜的焦平面上。
第二方面，提供了一种固态激光雷达的控制方法，所述方法包括：柱透镜会聚反射激光；
所述柱透镜设置于聚焦单元与接收器之间，所述反射激光是固态激光雷达发射的出射激光由被测物体反射后的激光。
优选的，若线阵APD的工作方式为同时并行，则所述柱透镜的会聚方向垂直于水平面。
优选的，若所述线阵APD的工作方式为按时序触发，则所述柱透镜的会聚方向平行于水平面。
本发明的实施例中公开了一种固态激光雷达，在聚焦单元与接收器之间设置了柱透镜，柱透镜可以会聚反射激光，相当于缩小了固态激光雷达接收端光学系统的焦距，因此可以扩大固态激光雷达的视场角，使固态激光雷达具有较大的视场角。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明实施例固态激光雷达的示意图；
图2所示为本发明实施例的柱透镜的示意图；
图3所示为现有技术中固态激光雷达视场角的示意图；
图4所示为本发明固态激光雷达视场角的示意图；
图5所示为本发明实施例的固态激光雷达的光斑示意图；
图6所示为现有技术中的固态激光雷达的光斑示意图；
图7所示为本发明实施例的固态激光雷达的光斑示意图；
图8所示为本发明实施例的固态激光雷达的光斑示意图。
具体实施方式
本发明如下实施例提供了一种固态激光雷达及固态激光雷达的控制方法，使固态激光雷达具有较大的视场角。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明实施例固态激光雷达的示意图，如图1所示，所述固态激光雷达包括：
柱透镜110，设置于聚焦单元120与接收器130之间，用于会聚反射激光；
所述反射激光是固态激光雷达发射的出射激光由被测物体反射后的激光。
图1所示的固态激光雷达中，还包括发射器140，准直单元150，振镜160，图1中还包括被测物体170。
图2所示为本发明实施例的柱透镜的示意图，如图2所示，本发明实施例的柱透镜为平-凸型柱透镜，即一面是平面，另一面是凸透镜的透镜。
本发明实施例中，所述柱透镜凸面朝向所述聚焦单元。
图2所示的柱透镜可以对一个方向的光线进行会聚，该方向称为会聚方向，图2中200即为会聚方向。
图3所示为现有技术中固态激光雷达视场角的示意图，如图3所示，θ为视场角，d为该方向上的像面宽度，即线阵APD的长度，f为固态激光雷达聚焦单元的焦距。
视场角与焦距f，像面宽度d之间满足
图4所示为本发明固态激光雷达视场角的示意图，如图3所示，在聚焦单元和接收器之间插入柱透镜，柱透镜对光线有会聚作用，相当于减小了固态激光雷达接收端光学系统的焦距，此时视场角为θ'，接收端光学系统焦距为f'，d为该方向上的像面宽度,则
由于f'＜f，因此，θ'＞θ。
可见，本发明实施例的固态激光雷达具有较大的视场角。
本发明公开的固态激光雷达中，在聚焦单元与接收器之间设置了柱透镜，柱透镜可以会聚反射激光，相当于缩小了固态激光雷达接收端光学系统的焦距，因此可以扩大固态激光雷达的视场角，使固态激光雷达具有较大的视场角。此外，本发明实施例的固态激光雷达及固态激光雷达的控制方法中，扩大了视场角，但是无需减小接收镜头的焦距，无需减小接收镜头的口径，从而不会使激光雷达的探测距离减小。
下面详细说明本发明实施例的采用了柱透镜的固态激光雷达的结构图。
参考图1的，本发明实施例中，固态激光雷达的接收器为线阵APD，所述线阵APD水平放置。
线阵APD有两种工作方式，一种是同时并行，另一种是按时序触发。
本发明实施例中，若所述线阵APD的工作方式为同时并行，则所述柱透镜的会聚方向垂直于水平面。
同时并行的意思是，线阵APD中的所有APD单元在接收时同时开启接收，共同接收回波输出信号，即共同接收反射激光，在同一时间1*N个APD单元同时工作。在线阵APD同时并行时，由于采用了柱透镜，对于中心视场范围内的反射光线提前会聚，水平方向上的光斑为线状，如图5所示。光斑为线状依然能够被线阵APD所接收到，能量损失极小，所以固态激光雷达的探测距离得以保证。
本发明实施例中，若所述线阵APD的工作方式为同时并行，则所述柱透镜的会聚方向垂直于水平面。
按时序触发意思是线阵APD上的每个APD单元按照一定的时间顺序依次打开接收信号。线阵APD设置于接收端光学系统的水平方向焦面上，那么探测面上是一条垂直线。
现有技术中，若不使用柱透镜时探测面上是一个圆形光斑，如图6所示，那么随着视场角增大到一定程度，光斑会快速消失.
而采用了柱透镜之后，光斑的形状是一条线，如图7所示，即使图像中心已经离开了线阵APD的有效成像面，但是还是会有部分能量能够进入有效成像面，所以使用柱透镜的固态激光雷达在垂直方向上的视场角增大。
在线阵APD按时序触发时，柱透镜的会聚方向也可以是水平面，此时线阵APD上的光斑为垂直线状，如图8所示。
本发明实施例的固态激光雷达，采用了柱透镜，对反射激光提前会聚，可以增加固态激光雷达的视场角。
和上述固态激光雷达相对应，本发明实施例还提供了一种固态激光雷达的控制方法，所述方法包括：
柱透镜会聚反射激光；
所述柱透镜设置于聚焦单元与接收器之间，所述反射激光是固态激光雷达发射的出射激光由被测物体反射后的激光。
本发明实施例中，所述柱透镜为平-凸型柱透镜，且所述柱透镜凸面朝向所述聚焦单元。
本发明实施例中，所述固态激光雷达的接收器为线阵APD，所述线阵APD水平放置。
优选的，若线阵APD的工作方式为同时并行，则所述柱透镜的会聚方向垂直于水平面。
优选的，若所述线阵APD的工作方式为按时序触发，则所述柱透镜的会聚方向平行于水平面。
优选的，所述线阵APD设置于所述柱透镜的焦平面上。
本发明实施例的固态激光雷达的控制方法中，采用了柱透镜，对反射激光提前会聚，可以增加固态激光雷达的视场角。
本发明的实施例中公开了一种固态激光雷达及固态激光雷达的控制方法，在聚焦单元与接收器之间设置了柱透镜，柱透镜可以会聚反射激光，相当于缩小了固态激光雷达接收端光学系统的焦距，因此可以扩大固态激光雷达的视场角，使固态激光雷达具有较大的视场角。此外，本发明实施例的固态激光雷达及固态激光雷达的控制方法中，扩大了视场角，但是无需减小接收镜头的焦距，无需减小接收镜头的口径，从而不会使激光雷达的探测距离减小。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固态激光雷达，其特征在于，所述固态激光雷达包括：
柱透镜，设置于聚焦单元与接收器之间，用于会聚反射激光；
所述反射激光是固态激光雷达发射的出射激光由被测物体反射后的激光。
2.如权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，所述柱透镜为平-凸型柱透镜。
3.如权利要求2所述的固态激光雷达，其特征在于，所述柱透镜凸面朝向所述聚焦单元。
4.如权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，所述固态激光雷达的接收器为线阵APD，所述线阵APD水平放置。
5.如权利要求4所述的固态激光雷达，其特征在于，若所述线阵APD的工作方式为同时并行，则所述柱透镜的会聚方向垂直于水平面。
6.如权利要求4所述的固态激光雷达，其特征在于，若所述线阵APD的工作方式为按时序触发，则所述柱透镜的会聚方向平行于水平面。
7.如权利要求4至6任一项所述的固态激光雷达，其特征在于，所述线阵APD设置于所述柱透镜的焦平面上。
8.一种固态激光雷达的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
柱透镜会聚反射激光；
所述柱透镜设置于聚焦单元与接收器之间，所述反射激光是固态激光雷达发射的出射激光由被测物体反射后的激光。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，若线阵APD的工作方式为同时并行，则所述柱透镜的会聚方向垂直于水平面。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，若所述线阵APD的工作方式为按时序触发，则所述柱透镜的会聚方向平行于水平面。
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