CN107703510A - 激光雷达及激光雷达控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例中公开了一种激光雷达及激光雷达控制方法，所述激光雷达包括：光纤激光器，用于发射出射激光；光纤环形器，用于从光纤环形器第一接口接收所述光纤激光器发射的出射激光，并将所述出射激光从光纤环形器第二接口输出；振镜，设置于光纤环形器之后，用于在垂直方向上改变出射激光的出射角度；旋转多面镜，用于在水平方向上改变来自振镜的出射激光的出射角度。本发明实施例的激光雷达体积小，成本低，垂直分辨率高。

Description

激光雷达及激光雷达控制方法

技术领域

本发明涉及检测领域，特别涉及一种激光雷达及激光雷达控制方法。

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。

现有技术中的激光雷达，如果要实现三维扫描，即实现360范围的扫描，需要多个激光发射器。激光雷达中使用的激光发射器的成本较高，因此现有技术中的使用多个激光发射器的激光雷达的成本也很高，体积也比较大。此外，现有的激光雷达的垂直分辨率是由单位长度上的激光发射器的个数决定的，由于激光发射器有一定的体积，单位长度上无法设置过多数量的激光发射器，因此现有激光雷达的垂直分辨率还不高。

发明内容

本发明实施例中提供了一种激光雷达及激光雷达控制方法，能降低激光雷达的成本，提高激光雷达的垂直分辨率。

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，提供了一种激光雷达，包括：

光纤激光器，用于发射出射激光；

光纤环形器，用于从光纤环形器第一接口接收所述光纤激光器发射的出射激光，并将所述出射激光从光纤环形器第二接口输出；

振镜，设置于光纤环形器之后，用于在垂直方向上改变出射激光的出射角度；

旋转多面镜，用于在水平方向上改变来自振镜的出射激光的出射角度。

可选的，所述激光雷达还包括：

光纤准直器，设置于光纤环形器与振镜之间，用于准直出射激光。

可选的，所述旋转多面镜还用于在水平方向上改变反射激光的角度，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

可选的，所述振镜还用于在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。

可选的，所述光纤准直器还用于聚焦来自振镜的反射激光。

可选的，所述光纤环形器还用于从所述光纤环形器第二接口接收反射激光，并将所述反射激光从光纤环形器第三接口输出。

可选的，所述激光雷达还包括：

接收器，用于接收来自所述光纤环形器第三接口的反射激光。

可选的，所述接收器为面阵式接收器。

第二方面，提供了一种激光雷达控制方法，包括：

光纤激光器发射出射激光；

光纤环形器从光纤环形器第一接口接收所述光纤激光器发射的出射激光，并将所述出射激光从光纤环形器第二接口输出；

振镜在垂直方向上改变出射激光的出射角度，所述振镜设置于光纤环形器之后；

旋转多面镜在水平方向上改变来自振镜的出射激光的出射角度。

可选的，所述方法还包括：

光纤准直器准直出射激光，所述光纤准直器设置于光纤环形器与振镜之间。

可选的，所述方法还包括：

旋转多面镜在水平方向上改变反射激光的角度，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

可选的，所述方法还包括：

振镜在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。

可选的，所述方法还包括：

光纤准直器聚焦来自振镜的反射激光。

可选的，所述方法还包括：

光纤环形器从所述光纤环形器第二接口接收反射激光，并将所述反射激光从光纤环形器第三接口输出。

可选的，所述方法还包括：

接收器接收来自所述光纤环形器第三接口的反射激光。

可选的，所述接收器为面阵式接收器。

所述振镜在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达，采用光纤激光器、光纤环形器和振镜，由于上述部件本身的体积小，可以减小激光雷达的体积，降低成本；此外，本发明实施例中，在实现三维扫描的时候，上述部件无需旋转结构的配合，可以进一步降低激光雷达的体积，且机械磨损少，延长了使用寿命，降低了成本；本发明实施例中使用了光纤激光器和振镜，由于振镜的扭转速度很快，使激光雷达的出射光在垂直方向上可以达到无限多，极大的提高了激光雷达的垂直分辨率。

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的激光雷达的结构示意图；

图2所示为本发明实施例的旋转多面镜的示意图；

图3所示为本发明实施例的激光雷达的示意图；

图4所示为光纤准直器的示意图；

图5所示为本发明实施例的激光雷达控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了一种激光雷达及激光雷达控制方法，能降低激光雷达的成本，提高激光雷达的垂直分辨率。

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的激光雷达的结构示意图，如图1所示，所述激光雷达包括：

光纤激光器110，用于发射出射激光；

光纤环形器120，用于从光纤环形器第一接口接收所述光纤激光器发射的出射激光，并将所述出射激光从光纤环形器第二接口输出；

振镜130，设置于光纤环形器之后，用于在垂直方向上改变出射激光的出射角度；

旋转多面镜140，用于在水平方向上改变来自振镜的出射激光的出射角度。

本发明实施例的激光雷达，采用光纤激光器、光纤环形器和振镜，由于上述部件本身的体积小，可以减小激光雷达的体积，降低成本；此外，本发明实施例中，在实现三维扫描的时候，上述部件无需旋转结构的配合，可以进一步降低激光雷达的体积，且机械磨损少，延长了使用寿命，降低了成本；本发明实施例中使用了光纤激光器和振镜，由于振镜的扭转速度很快，使激光雷达的出射光在垂直方向上可以达到无限多，极大的提高了激光雷达的垂直分辨率。

本发明实施例中，光纤激光器110是激光发射器的一种，其体积较小，发出的激光也更容易耦合进入光纤。

光纤环形器120是一种三端口器件，光在光纤环形器120中只能沿一个方向传播。若激光从从光纤环形器第一接口输入，则从光纤环形器第二接口输出，若激光从光纤环形器第二接口输入，则将从光纤环形器第三接口输出。

本发明实施例中，使用光纤环形器120可以同时传输出射激光和反射激光，可以减小激光雷达的体积，此外，使用光纤环形器120可以保证出射激光和反射激光同轴性，有助于后续的安装、调试。

本发明实施例中的振镜120是一维MEMS振镜，即可以在一个方向上改变激光的方向。本发明实施例中，振镜130在垂直方向上改变出射光的出射方向。

振镜130在工作时需加载驱动，工作在谐振频率下，振镜130的镜面在一个轴方向上高速扭转，将激光光束由点扫描成面。

常用的振镜可以是MEMS振镜(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，或可以是机械式振镜，或可以是带反射镜的机电旋转系统，或可以是具有相同或相似功能的其他功能单元。

旋转多面镜140可以是多个面的反射镜，也可以是多个面的棱镜。本发明实施例中，旋转多面镜140有三到六个面。

多面镜的面数不同，可以产生的水平市场角也不同，根据多面镜的面数与水平视场角的对应关系，，三个面可以有240度的水平视场角，六个面可以有120度的水平视场角。

图2所示为本发明实施例的旋转多面镜的示意图，图2中的旋转多面镜为旋转多面棱镜，有六个面。

图3所示为本发明实施例的激光雷达的示意图，图3和图1中标号相同的单元具有相同或相似的功能，在此不再赘述。图3中，以实线箭头表示出射激光的传播方向，以虚线箭头表示反射激光的传播方向。

如图3所示，激光雷达还包括：

光纤准直器150，设置于光纤环形器与振镜之间，用于准直出射激光。

本发明实施例的光纤准直器150采用非球面的光纤准直器，准直效果好，发散角度可以地址0.95mrad。

图4所示为光纤准直器的示意图。

本发明实施例中，在反射光路中，所述旋转多面镜140还用于在水平方向上改变反射激光的角度，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

所述振镜130还用于在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。

所述光纤准直器150还用于聚焦来自振镜的反射激光。

所述光纤环形器120还用于从所述光纤环形器第二接口接收反射激光，并将所述反射激光从光纤环形器第三接口输出。

本发明实施例中，所述激光雷达还包括：

接收器160，用于接收来自所述光纤环形器第三接口的反射激光。

所述接收器160为面阵式接收器。

如图4所示，光纤激光器110发出出射激光，光纤环形器120从第一接口接收出射激光，从第二接口输出出射激光至光纤准直器150。光纤准直器150准直出射激光后，出射激光由振镜130在垂直方向上改变出射角度，然后由旋转多面镜140在水平方向上改变出射角度。

出射激光从旋转多面镜140之后，可以对周围360度的被测物体进行扫描。

出射激光经被测物体反射后变为反射激光。反射激光经旋转多面镜140在水平方向上改变角度，然后由振镜130在垂直方向上改变出射角度，进入光纤准直器150。光纤准直器150 对反射激光聚焦，聚焦后的反射激光从光纤环形器120的第二接口进入，从光纤环形器120 的第三接口输出，被接收器160接收。

本发明实施例的激光雷达的体积小，寿命长，成本低。

和上述激光雷达相对应，本发明实施例还提供了一种激光雷达控制方法，图5所示为本发明激光雷达控制方法的流程图，如图5所示，所述方法包括：

步骤510，光纤激光器发射出射激光；

步骤520，光纤环形器从光纤环形器第一接口接收所述光纤激光器发射的出射激光，并将所述出射激光从光纤环形器第二接口输出；

步骤530，振镜在垂直方向上改变出射激光的出射角度，所述振镜设置于光纤环形器之后；

步骤540，旋转多面镜在水平方向上改变来自振镜的出射激光的出射角度。

本发明实施例中，所述方法还包括：

光纤准直器准直出射激光，所述光纤准直器设置于光纤环形器与振镜之间。

本发明实施例中，所述方法还包括：

旋转多面镜在水平方向上改变反射激光的角度，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

本发明实施例中，所述方法还包括：

振镜在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。

本发明实施例中，所述方法还包括：

光纤准直器聚焦来自振镜的反射激光。

本发明实施例中，所述方法还包括：

光纤环形器从所述光纤环形器第二接口接收反射激光，并将所述反射激光从光纤环形器第三接口输出。

本发明实施例中，所述方法还包括：

接收器接收来自所述光纤环形器第三接口的反射激光。

本发明实施例中，所述接收器为面阵式接收器。

所述振镜在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。

本发明实施例的激光雷达的体积小，寿命长，成本低。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达及激光雷达控制方法，本发明实施例的激光雷达，采用光纤激光器、光纤环形器和振镜，由于上述部件本身的体积小，可以减小激光雷达的体积，降低成本；此外，本发明实施例中，在实现三维扫描的时候，上述部件无需旋转结构的配合，可以进一步降低激光雷达的体积，且机械磨损少，延长了使用寿命，降低了成本；本发明实施例中使用了光纤激光器和振镜，由于振镜的扭转速度很快，使激光雷达的出射光在垂直方向上可以达到无限多，极大的提高了激光雷达的垂直分辨率。

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)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

光纤激光器，用于发射出射激光；

光纤环形器，用于从光纤环形器第一接口接收所述光纤激光器发射的出射激光，并将所述出射激光从光纤环形器第二接口输出；

振镜，设置于光纤环形器之后，用于在垂直方向上改变出射激光的出射角度；

旋转多面镜，用于在水平方向上改变来自振镜的出射激光的出射角度。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：

光纤准直器，设置于光纤环形器与振镜之间，用于准直出射激光。

3.如权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转多面镜还用于在水平方向上改变反射激光的角度，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

4.如权利要求1至3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述振镜还用于在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。

5.如权利要求2至4任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述光纤准直器还用于聚焦来自振镜的反射激光。

6.如权利要求1至6任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述光纤环形器还用于从所述光纤环形器第二接口接收反射激光，并将所述反射激光从光纤环形器第三接口输出。

7.如权利要求1至7任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：

接收器，用于接收来自所述光纤环形器第三接口的反射激光。

8.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述接收器为面阵式接收器。

9.一种激光雷达控制方法，其特征在于，包括：

光纤激光器发射出射激光；

光纤环形器从光纤环形器第一接口接收所述光纤激光器发射的出射激光，并将所述出射激光从光纤环形器第二接口输出；

振镜在垂直方向上改变出射激光的出射角度，所述振镜设置于光纤环形器之后；

旋转多面镜在水平方向上改变来自振镜的出射激光的出射角度。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括：

所述振镜在垂直方向上改变来自所述旋转多面镜的反射激光的角度。