CN108761425A - 激光雷达及激光雷达控制方法 - Google Patents

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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，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括：发射器，用于发射出射激光；发射端准直单元，用于准直所述发射器发出的出射激光；中心圆孔反射镜，包括中心圆孔及边缘反射镜，用于使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出；振镜，用于改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。本发明能扩大激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率和精度。

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。
激光雷达通常包括发射器、发射端光学单元、接收端光学单元与接收器。根据发射端和接收端光轴的相对位置，激光雷达可以分为离轴和同轴两种。固态激光雷达是激光雷达的一种，现有的固态激光雷达主要采用离轴的方案，但是离轴方案也有较大的缺陷，例如接收视场范围太大，背景噪声大，因此对于接收器的要求较高，成本也比较高。此外，固态激光雷达的接收端通常采用单个振镜来改变出射激光的角度，由于单个振镜的扫描范围有限，因此现有技术中的固态激光雷达的扫描范围也受到了限制。
发明内容
本发明实施例中提供了一种激光雷达，能扩大激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率和精度。
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，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括：
发射器，用于发射出射激光；
发射端准直单元，用于准直所述发射器发出的出射激光；
中心圆孔反射镜，包括中心圆孔及边缘反射镜，用于使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出；
振镜，用于改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。
可选的，所述振镜还用于改变反射激光的方向，所述出射激光被检测物反射后的激光；
所述中心圆孔反射镜还用于从所述边缘反射镜反射来自所述振镜的反射激光；
所述每个检测单元还包括：
接收端聚焦单元，用于聚焦被所述中心圆孔反射镜反射的出射激光；
接收器，用于接收经所述接收端聚焦单元聚焦后的出射激光。
可选的，所述检测单元还包括滤光片，所述滤光片设置于所述中心圆孔反射镜与所述接收端聚焦单元之间，用于滤去干扰光。
可选的，所述不同检测单元的主光轴与所述振镜轴线之间的夹角不同。
可选的，所述任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围相接；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
可选的，所述任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围部分重合；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
第二方面，提供了一种激光雷达控制方法，应用于上述激光雷达，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括发射器、发射端准直单元、中心圆孔反射镜和振镜，所述方法包括：
所述发射器发射出射激光；
所述发射端准直单元准直所述发射器发出的出射激光；
所述中心圆孔反射镜使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出，中心圆孔反射镜包括中心圆孔及边缘反射镜，
所述振镜改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。
可选的，所述每个检测单元还包括接收端聚焦单元和接收器，所述方法还包括：
所述振镜改变反射激光的方向，所述出射激光被检测物反射后的激光；
所述中心圆孔反射镜从所述边缘反射镜反射来自所述振镜的反射激光；
所述接收端聚焦单元聚焦被所述中心圆孔反射镜反射的出射激光；
所述接收器接收经所述接收端聚焦单元聚焦后的出射激光。
可选的，所述检测单元还包括滤光片，所述方法还包括：
所述滤光片滤去干扰光，所述滤光片设置于所述中心圆孔反射镜与所述接收端聚焦单元之间，
可选的，其特征在于，所述不同检测单元的主光轴与所述振镜轴线之间的夹角不同。
本发明的实施例中公开了一种激光雷达，包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括：发射器，用于发射出射激光；发射端准直单元，用于准直所述发射器发出的出射激光；中心圆孔反射镜，包括中心圆孔及边缘反射镜，用于使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出；振镜，用于改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。本发明实施例中，采用了多个发射器，可以增加激光雷达的扫描范围，同时，本发明实施例中采用中心圆孔反射镜，出射激光通过中心圆孔，反射激光被边缘反射镜反射，使得反射光路和出射光路同轴，背景噪声较小，降低了对接收器的要求，可以提高激光雷达的信噪比。
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中心圆孔反射镜的原理图；
图2所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图；
图3所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图；
图4所示为摄远式结构示意图；
图5所示为本发明实施例的激光雷达检测范围的示意图；
图6所示为本发明实施例的激光雷达检测范围的示意图。
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，能扩大激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率和精度。
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。
在详细说明本发明实施例的激光雷达之前，先说明本发明中心圆孔反射镜的结构和原理。图1所示为本发明实施例的中心圆孔反射镜的原理图。
如图1所示，中心圆孔反射镜包括中心圆孔110和边缘反射镜120，准直后的出射激光较为集中，可以从中心圆孔110中射出；调整激光雷达的振镜，可以使反射激光被边缘反射镜120反射。调整中心圆孔反射镜的法线与水平面的角度，可以调整反射激光与被边缘反射镜120反射后的激光之间的角度，如图1所示，中心圆孔反射镜的法线与水平面个成45度时，反射激光与被边缘反射镜120反射后的激光之间为90度。
为便于描述，反射激光被边缘反射镜120遮挡的部分用虚线表示。
下面结合图1来说明本发明实施例的激光雷达。图2所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图，如图2所示，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元200，图2中示出了3个检测单元。
所述每个检测单元200包括：
发射器210，用于发射出射激光；
发射端准直单元220，用于准直所述发射器发出的出射激光；
中心圆孔反射镜230，包括中心圆孔及边缘反射镜，用于使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出；
振镜240，用于改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。
发明实施例中，发射端准直单元220可以是透镜或多个透镜组成的透镜组。
本发明实施例中，发射器210发射出射激光，经发射端准直单元220之后，从中心圆孔反射镜230的中心圆孔透出，该出射激光被振镜140改变方向后用于检测被测物体。
本发明实施例中，振镜240可以是MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)振镜，或其他机械式、电子式振镜。
本发明实施例中，采用了多个发射器，可以增加激光雷达的扫描范围，同时，本发明实施例中采用从中心圆孔反射镜，反射光路和出射光路同轴，背景噪声较小，降低了对接收器的要求，可以提高激光雷达的信噪比，此外，本发明还可以增加透射的激光功率，提高激光雷达的分辨率和精度。
图3所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图，如图3所示，所述激光雷达包括包括两个或两个以上的检测单元200，所述每个检测单元200包括发射器210、发射端准直单元220、中心圆孔反射镜230和振镜240。
图3中与图2中标号相同的单元具有相同或相似的功能，在此不再赘述。
本发明实施例中，所述振镜240还用于改变反射激光的方向，所述出射激光被检测物反射后的激光；
所述中心圆孔反射镜230还用于从所述边缘反射镜反射来自所述振镜的反射激光；
所述每个检测单元200还包括：
接收端聚焦单元250，用于聚焦被所述中心圆孔反射镜反射的出射激光；
接收器260，用于接收经所述接收端聚焦单元聚焦后的出射激光。
检测单元200的发射端的主光轴可以认为是该检测单元对应的发射端准直单元220的主光轴，接收端的主光轴可以认为是接收端聚焦单元250的主光轴。
图3所示的激光雷达中，因为采用了中心圆孔反射镜230，导致如图2所示的发射端准直单元220的主光轴和接收端聚焦单元250的主光轴表面上是垂直的，但是以光学范畴来说，出射激光和入射激光是平行的，中心圆孔反射镜230仅是以折射的方式改变了反射射激光的方向，并不改变接收端聚焦单元250的主光轴与发射端准直单元220主光轴的平行状态，所以本发明的激光雷达的发射端和接收端是同轴的。
本发明实施例中，接收器260可以是APD、PIN、盖格模式下APD、单光子接收器，雪崩光电二极管APD、MPPC(Multi Pixel Photon Counters，硅光电倍增管)、SiPM等硅光电倍增器，或可以是上述功能器件的单个或者多个阵列组成的接收器。
本发明实施例中，反射激光被振镜240改变方向后，被中心圆孔反射镜230的边缘反射镜折射，折射激光被接收端聚焦单元250准直后，由接收器260接收。
本发明实施例中，出射激光被发射端准直单元220准直之后，光束直径比较小，可以认为全部出射激光都从中心圆孔反射镜230的中心圆孔透出；中心圆孔反射镜230的边缘反射镜面积大于中心圆孔，尽管反射激光光束较为发散，但是也可以被边缘反射镜反射。
本发明实施例的激光雷达中，由于采用了中心圆孔反射镜230，在发射端可以认为没有损耗，在接收端损耗也很小，因此对接收器的灵敏度等要求较小，提高了激光雷达的分辨率和精度。
本发明实施例中，所述检测单元还包括滤光片270，所述滤光片270设置于所述中心圆孔反射镜230与所述接收端聚焦单元250之间，用于滤去干扰光。干扰光可以是本发明实施例的发射器使用的波段以外的光，从而减少噪声。
本发明实施例中，所述接收端聚焦单元为透镜组，所述透镜组包括一个正透镜组和一个负透镜组。上述聚焦单元可以构成一个摄远型结构。
摄远式结构可以在总体焦距比较长的时候有效地减小系统总长。摄远式结构如图4所示。
本发明实施例中，所述不同检测单元的主光轴与所述振镜轴线之间的夹角不同。
本发明实施例中，所述任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围相接；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
所述任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围部分重合；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
图5所示为本发明实施例的激光雷达检测范围的示意图。
图5所示的实施例中，任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围相接；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
图5中示出了3个检测单元的检测范围，分别为501、502和503，如图5所示，501、和502相接，502和503相接。
任一检测范围与相邻检测范围相接，相当于扩大了激光雷达的总体检测范围。
图6所示为本发明实施例的激光雷达检测范围的示意图。
图6所示的实施例中，所述任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围部分重合；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
图6中示出了3个检测单元的检测范围，分别为501、502和503，如图5所示，501、和502部分重合，502和503部分重合。
理想状态下，激光雷达的任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围相接，可以尽可能地扩大激光雷达的整体检测范围，但是实际应用中，检测范围和相邻检测范围之间会有部分重叠，以保证一定的冗余量，保证整体检测范围中不会有空白无法被检测到的区域，而重叠的部分检测范围可以在后续数据处理中用算法进行补偿。
图6中，为了表达出检测范围部分重叠的效果，不同检测单元对应的检测范围的最远检测距离不同，实际上，在检测单元中相同功能单元基本参数相同的情况下，不同检测单元对应的检测范围的最远距离是基本相同的。在本发明其他实施例中，为了增加或减小特定区域的分辨率或精度，可能会调整检测单元中各功能单元的参数，使得不同检测单元对应的检测范围的最远距离不同。
本发明实施例的激光雷达能扩大激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率和精度。
和上述激光雷达相对应，本发明实施例提供了一种激光雷达控制方法，应用于上述激光雷达，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括发射器、发射端准直单元、中心圆孔反射镜和振镜，所述方法包括：
所述发射器发射出射激光；
所述发射端准直单元准直所述发射器发出的出射激光；
所述中心圆孔反射镜使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出，中心圆孔反射镜包括中心圆孔及边缘反射镜，
所述振镜改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。
可选的，所述每个检测单元还包括接收端聚焦单元和接收器，所述方法还包括：
所述振镜改变反射激光的方向，所述出射激光被检测物反射后的激光；
所述中心圆孔反射镜从所述边缘反射镜反射来自所述振镜的反射激光；
所述接收端聚焦单元聚焦被所述中心圆孔反射镜反射的出射激光；
所述接收器接收经所述接收端聚焦单元聚焦后的出射激光。
可选的，所述检测单元还包括滤光片，所述方法还包括：
所述滤光片滤去干扰光，所述滤光片设置于所述中心圆孔反射镜与所述接收端聚焦单元之间，
可选的，其特征在于，所述不同检测单元的主光轴与所述振镜轴线之间的夹角不同。
本发明实施例的激光雷达控制方法能扩大激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率和精度。
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，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元，包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括：发射器，用于发射出射激光；发射端准直单元，用于准直所述发射器发出的出射激光；中心圆孔反射镜，包括中心圆孔及边缘反射镜，用于使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出；振镜，用于改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。本发明实施例中，采用了多个发射器，可以增加激光雷达的扫描范围，同时，本发明实施例中采用中心圆孔反射镜，出射激光通过中心圆孔，反射激光被边缘反射镜反射，使得反射光路和出射光路同轴，背景噪声较小，降低了对接收器的要求，可以提高激光雷达的信噪比。
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，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括：
发射器，用于发射出射激光；
发射端准直单元，用于准直所述发射器发出的出射激光；
中心圆孔反射镜，包括中心圆孔及边缘反射镜，用于使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出；
振镜，用于改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。
2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述振镜还用于改变反射激光的方向，所述出射激光被检测物反射后的激光；
所述中心圆孔反射镜还用于从所述边缘反射镜反射来自所述振镜的反射激光；
所述每个检测单元还包括：
接收端聚焦单元，用于聚焦被所述中心圆孔反射镜反射的出射激光；
接收器，用于接收经所述接收端聚焦单元聚焦后的出射激光。
3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述检测单元还包括滤光片，所述滤光片设置于所述中心圆孔反射镜与所述接收端聚焦单元之间，用于滤去干扰光。
4.如权利要求1至3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述不同检测单元的主光轴与所述振镜轴线之间的夹角不同。
5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围相接；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
6.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述任一检测单元的检测范围与相邻检测单元的检测范围部分重合；
所述检测单元的检测范围为所述检测单元的出射激光经振镜改变方向后所覆盖的范围。
7.一种激光雷达控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项的激光雷达，所述激光雷达包括两个或两个以上的检测单元，所述每个检测单元包括发射器、发射端准直单元、中心圆孔反射镜和振镜，所述方法包括：
所述发射器发射出射激光；
所述发射端准直单元准直所述发射器发出的出射激光；
所述中心圆孔反射镜使所述准直后的出射激光从所述中心圆孔透出，中心圆孔反射镜包括中心圆孔及边缘反射镜，
所述振镜改变来自所述中心圆孔的出射激光的方向。
8.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述每个检测单元还包括接收端聚焦单元和接收器，所述方法还包括：
所述振镜改变反射激光的方向，所述出射激光被检测物反射后的激光；
所述中心圆孔反射镜从所述边缘反射镜反射来自所述振镜的反射激光；
所述接收端聚焦单元聚焦被所述中心圆孔反射镜反射的出射激光；
所述接收器接收经所述接收端聚焦单元聚焦后的出射激光。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测单元还包括滤光片，所述方法还包括：
所述滤光片滤去干扰光，所述滤光片设置于所述中心圆孔反射镜与所述接收端聚焦单元之间。
10.如权利要求7至9任一项所述的方法，其特征在于，所述不同检测单元的主光轴与所述振镜轴线之间的夹角不同。
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