CN109917351B - 激光雷达的发射系统及其控制方法、激光雷达 - Google Patents

Abstract

一种激光雷达的发射系统及其控制方法、激光雷达，包括：光源，所述光源包括至少一个激光器，用于向三维空间发射一系列激光；发射光学组件，所述发射光学组件对于所述光源所产生的激光准直为平行光；转轴，所述光源和所述发射光学组件绕所述转轴转动；所述光源被设置为，所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关。所述光源所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效控制所述激光雷达的发射功率，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题。

Description

激光雷达的发射系统及其控制方法、激光雷达

技术领域

本发明涉及激光探测领域，特别涉及一种激光雷达的发射系统及其控制方法、激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。激光雷达的工作原理与微米波雷达的工作原理类似，都是利用光波往返于雷达和目标之间所用的时间来评估距离的大小。

早期的激光雷达是单线激光雷达，也就是只有一个激光器和探测器，其扫描的目标范围有限，容易造成检测目标的缺失。为了弥补单线激光雷达的缺点，多线激光雷达越来越成为研究和商用的焦点。

但是现有多线激光雷达往往存在能耗过大的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种激光雷达的发射系统及其控制方法、激光雷达，所述转轴的转动角度设置所产生的激光的预设探测距离以获得更好的功率分配效果，从而改善激光雷达的能耗问题。

为解决上述问题，本发明提供一种激光雷达的发送系统，包括：

光源，所述光源包括至少一个激光器，用于向三维空间发射一系列激光；发射光学组件，所述发射光学组件对于所述光源所产生的激光准直为平行光；转轴，所述光源和所述发射光学组件绕所述转轴转动；所述光源被设置为，所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关。

可选的，所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离与所述水平视场内的视场方向角动态相关。

可选的，所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离被设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时，预设探测距离为F；所述水平视场内的视场方向角为180度时，预设探测距离为R；所述水平视场内的视场方向角为θ时，预设探测距离DH为：

可选的，所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离被设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为f点；所述水平视场内的视场方向角为180度时，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为r点；所述激光雷达的中心位置为o点；所产生的一系列激光在所述水平视场内的最远探测位置所形成的包络线为以o点为一个焦点，且经过f点和r点的椭圆，其中f点和r点位于所述椭圆的长轴上，且f点至o点的距离大于r点至o点的距离。

可选的，还包括：控制装置，所述控制装置获得所述水平视场内的视场方向角，并根据所述水平视场内的视场方向角调整所述光源产生激光的功率。

可选的，所述激光雷达的发射系统还包括：码盘，所述码盘用于获取所述水平视场内的视场方向角。

相应的，本发明还提供一种激光雷达，包括：发射系统，所述发射系统为本发明的发射系统；接收系统，所述接收系统接收所述发射系统所产生的一系列激光在三维空间内的反射光。

此外，本发明还提供一种激光雷达的发射系统的控制方法，包括：

所述激光雷达的发射系统包括：光源，所述光源包括至少一个激光器，用于向三维空间发射一系列激光；发射光学组件，所述发射光学组件对于所述光源所产生的激光准直为平行光；转轴，所述光源和所述发射光学组件绕所述转轴转动；所述控制方法包括：根据水平视场内的视场方向角调整所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离。

可选的，根据水平视场内的视场方向角动态调整所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离。

可选的，所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时，预设探测距离为F；所述水平视场内的视场方向角为180度时，预设探测距离为R；所述水平视场内的视场方向角为θ时，预设探测距离DL为：

可选的，所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为f点；所述水平视场内的视场方向角为180度时，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为r点；所述激光雷达的中心位置为o点；所产生的一系列激光在所述水平视场内的最远探测位置所形成的包络线为以o点为一个焦点，且经过f点和r点的椭圆，其中f点和r点位于所述椭圆的长轴上，且f点至o点的距离大于r点至o点的距离。

可选的，所述控制方法包括：获得所述水平视场内的视场方向角；根据所述水平视场内的视场方向角调整所述光源产生激光的功率。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明技术方案中，所述光源所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效控制所述激光雷达的发射功率，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题。

附图说明

图1是本发明激光雷达的发射系统一实施例的三维结构示意图；

图2是图1所示激光雷达的发射系统的实施例的水平视场的示意图；

图3是本发明激光雷达的发射系统的控制方法中调整所述水平视场内的预设探测距离步骤的流程示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中的多线激光雷达存在能耗过大的问题。

现有的多线激光雷达发射的激光的输出功率是恒定的，即在激光雷达进行水平方向360度扫描周边环境过程中是不变的，也即在水平方向360度范围内的预设探测距离都是相同的。然而在具体的应用场景中，例如应用于无人自动驾驶汽车的激光雷达，对于汽车前方的探测距离的要求要远高于对于汽车左右及后方的探测距离的要求。因此，现有的多线激光雷达的激光发射方式造成了激光器功耗过大，能量浪费较大的问题。

为解决所述技术问题，本发明提供一种激光雷达的发射系统，包括：

光源，所述光源包括至少一个激光器，用于向三维空间发射一系列激光；发射光学组件，所述发射光学组件对于所述光源所产生的激光准直为平行光；转轴，所述光源和所述发射光学组件绕所述转轴转动；所述光源被设置为，所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关。

本发明技术方案中，所述光源所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效控制所述激光雷达的发射功率，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图1，示出了本发明激光雷达的发射系统一实施例的三维结构示意图。

所述激光雷达的发射系统包括：

光源110，所述光源110包括至少一个激光器111，用于向三维空间发射一系列激光；发射光学组件120，所述发射光学组件120对于所述光源110所产生的激光准直为平行光；转轴130，所述光源110和所述发射光学组件120绕所述转轴130转动；所述光源110被设置为，所产生的一系列激光在垂直所述转轴130的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关。

所述光源110所产生的一系列激光在垂直所述转轴130的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效控制所述激光雷达的发射功率，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题。

所述光源110用于产生用以进行探测的激光。

本实施例中，所述光源110包括多个激光器111，且所述激光器111为脉冲激光器；因此，所述激光雷达的发射系统多线发射系统，即所述激光雷达为多线激光雷达，而且所述光源110向三维空间发射的是一系列脉冲激光。具体的，所述多个激光器111可以为半导体激光器，例如边发射半导体激光器或垂直腔面发射半导体激光器。

发射光学组件120用于准直所述光源110所产生的激光。

具体的，所述发射光学组件120包括至少一个光学透镜以实现准直的功能。本实施例中，所述发射光学组件120包括至少一个准直透镜。

转轴130，所述光源110和所述发射光学组件120能够绕所述转轴130转动。

本实施例中，包括至少一个激光器111的光源110和包括至少一个光学透镜的发射光学组件120能够整体绕所述转轴130呈360°旋转。

具体的，所述激光雷达包括转子(图中未示出)，所述转子通过轴承由电机驱动绕所述转轴130呈360°转动。所述光源110和所述发射光学组件120固定于一个或多个承载体上(图中未示出)；所述多个承载体固定装配于所述转子中。

需要说明的是，本实施例中，所述激光雷达的发射系统还包括：码盘(图中未示出)，所述码盘能够获得所述转子的转动角度。

结合参考图2，示出了如图1所示激光雷达的发射系统的实施例的水平视场的示意图。

所述激光雷达的光源110被设置为：所产生的一系列激光在垂直所述转轴130的水平视场内的预设探测距离DH与水平视场内的视场方向角相关。

由于激光的探测距离与激光的发射功率相关，从而与激光雷达的能耗相关；因此使光源110所产生的激光在水平视场内的预设探测距离DH与水平视场内的视场方向角相关的做法，在不对称的探测区域的要求下，能够针对探测区域的分布分配激光雷达的资源，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效降低所述激光雷达的能耗，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题，使得激光雷达的性能达到最佳状态。

由于所述水平视场垂直所述转轴130，而所述光源110和所述发射光学组件120绕所述转轴130转动，因此所述转子的转过角度与所述光源110所产生的一系列激光在所述水平视场内的视场方向角相关。

需要说明的是，本实施例中，通过所述码盘能够获得所述转子的转动角度，因此所述码盘能够用于获得水平视场内的视场方向角。

还需要说明的是，如图2所示，所述激光雷达设置于o点，即所述激光雷达的中心位置为o点。而且，所述转轴130位于所述激光雷达的中心，因此所述转轴130也位于o点。此外，所述水平视场垂直所述转轴130，所以图2中，所述转轴130垂直纸面，即所述转轴130在所述水平视场内的投影为一个点。

本实施例中，所述激光雷达的探测区域的设置具有前后不对称的特点，所述光源110所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离被设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时(即激光雷达的正前方，也是装载激光雷达的车辆的正前方)，预设探测距离为F；所述水平视场内的视场方向角为180度时(即激光雷达的正后方，也是装载激光雷达的车辆的正后方)，预设探测距离为R；所述水平视场内的视场方向角为θ时，预设探测距离DH为：

将光源110如此设置的做法，能够使所述激光雷达在水平视场内的正前方具有较大的探测距离，使所述激光雷达在水平视场内的后方和左右两侧具有相对较小的探测距离，从而能够有效减小所述激光雷达在水平视场内的后方和左右两侧的资源浪费，当所述激光雷达应用于无人驾驶领域使，所述水平视场的正前方即为无人汽车的前进方向，能够使得激光雷达的探测区域更贴近于无人驾驶领域的探测需求，实现能耗和探测需求的兼顾。

具体的，如图2所示，所述光源110所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离被设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时，所述光源110所产生的一系列激光的最远探测位置为f点；所述水平视场内的视场方向角为180度时，所述光源110所产生的一系列激光的最远探测位置为r点；所述激光雷达的中心位置为o点；所产生的一系列激光在所述水平视场内的最远探测位置所形成的包络线为以o点为一个焦点，且经过f点和r点的椭圆，其中f点和r点位于所述椭圆的长轴上，且f点至o点的距离大于r点至o点的距离。

本实施例中，所述光源110所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离DH与所述水平视场内的视场方向角动态相关，从而能够针对不同探测要求合理分配激光雷达资源，进一步优化激光雷达的资源分配，以达到兼顾探测距离和能耗控制的目的。

需要说明的是，本实施例中，所述激光雷达的发射系统还包括：控制装置(图中未示出)，所述控制装置获得所述水平视场内的视场方向角，并根据所述水平视场内的视场方向角调整所述光源110产生激光的功率。

具体的，所述控制装置与所述码盘相连，所述控制装置通过所述码盘获得所述转子的转动角度进而获得所述水平视场内的视场方向角；所述控制装置还与所述光源110相连，所述控制装置向所述光源110提供控制信号以控制所述光源110产生激光并控制所述光源110产生激光的输出功率；所述控制装置根据所获得的所述水平视场内的视场方向角调整所述控制信号，从而调整所述光源110所产生的激光的功率，以使所产生的激光满足预设探测距离。

相应的，本发明还提供一种激光雷达。

所述激光雷达包括：发射系统，所述发射系统为本发明的发射系统；接收系统，所述接收系统接收所述发射系统所产生的一系列激光在三维空间内的反射光。

参考图1，示出了本发明激光雷达一实施例的结构示意图。

所述激光雷达的发射系统为本发明的发射系统。所述激光雷达的发射系统的具体技术方案参考前述激光雷达的发射系统的实施例。本发明在此不再赘述。

结合参考图2，示出了如图1所示激光雷达的实施例的水平视场的示意图。

如图2所示，所述激光雷达的发射系统中，所述光源110所产生的一系列激光在垂直所述转轴130的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效控制所述激光雷达的发射功率，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题。

继续参考图1，所述激光雷达还包括：接收系统，所述接收系统接收所述发射系统所产生的一系列激光在三维空间内的反射光。

如图1所示，本实施例中，所述接收系统包括：接收光学组件140，所述接收光学组件140用于接收并会聚所述反射光；探测装置150，所述探测装置包括至少一个探测器151，所述探测器151用于对所接收的反射光进行光电转换。

需要说明的是，图1所示激光雷达的接收系统的具体结构仅为一示例，本发明其他实施例中，所述激光雷达还可以包括其他元件，本发明对此并不限定。

此外，本发明还提供一种激光雷达的发射系统的控制方法。

参考图1，示出了本发明激光雷达的发射系统的控制方法一实施例中，所述激光雷达的发射系统的结构示意图。

如图1所示，所述激光雷达的发射系统包括：光源110，所述光源110包括至少一个激光器111，用于向三维空间发射一系列激光；发射光学组件120，所述发射光学组件120对于所述光源110所产生的激光准直为平行光；转轴130，所述光源110和所述发射光学组件120绕所述转轴130转动。

所述光源110所产生的一系列激光在垂直所述转轴130的水平视场内的预设探测距离与激光雷达转子的转动角度相关，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效控制所述激光雷达的发射功率，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题。

所述光源110用于产生用以进行探测的激光。

本实施例中，所述光源110包括多个激光器111，且所述激光器111为脉冲激光器；因此，所述激光雷达的发射系统多线发射系统，即所述激光雷达为多线激光雷达，而且所述光源110向三维空间发射的是一系列脉冲激光。具体的，所述多个激光器111可以为半导体激光器，例如边发射半导体激光器或垂直腔面发射半导体激光器。

发射光学组件120用于准直所述光源110所产生的激光。

具体的，所述发射光学组件120包括至少一个光学透镜以实现准直的功能。本实施例中，所述发射光学组件120包括至少一个准直透镜。

转轴130，所述光源110和所述发射光学组件120能够绕所述转轴130转动。

本实施例中，包括至少一个激光器111的光源110和包括至少一个光学透镜的发射光学组件120能够整体绕所述转轴130呈360°旋转。

具体的，所述激光雷达包括转子(图中未示出)，所述转子通过轴承由电机驱动绕所述转轴130呈360°转动。所述光源110和所述发射光学组件120固定于一个或多个承载体上(图中未示出)；所述多个承载体固定装配于所述转子中。

需要说明的是，本实施例中，所述激光雷达的发射系统还包括：码盘(图中未示出)，所述码盘能够获得所述转子的转动角度。

所述控制方法包括：根据水平视场内的视场方向角调整所述光源110所产生的一系列激光在垂直所述转轴130的水平视场内的预设探测距离。

结合参考图2，示出了如图1所示激光雷达的发射系统的实施例的水平视场的示意图。

由于激光的探测距离与激光的发射功率相关，从而与激光雷达的能耗相关；因此所述控制方法使光源110所产生的激光在水平视场内的预设探测距离DH与水平视场内的视场方向角相关的做法，在不对称的探测区域的要求下，能够针对探测区域的分布分配激光雷达的资源，从而能够在保证预设探测距离的前提下，有效降低所述激光雷达的能耗，有利于实现探测距离和能耗控制的兼顾，有利于改善激光雷达的能耗问题，使得激光雷达的性能得到最佳状态。

结合参考图3，示出了图1和图2所示激光雷达的发射系统的控制方法中调整所述水平视场内的预设探测距离步骤的流程示意图。

具体的，所述控制方法包括：首先执行步骤S210，获得所述水平视场内的视场方向角。

本实施例中，由于所述水平视场垂直所述转轴130，而所述光源110和所述发射光学组件120绕所述转轴130转动，因此所述转子的转动角度与所述光源110所产生的一系列激光在所述水平视场内的视场方向角相关，所以获得所述水平视场内的视场方向角的步骤包括：获得所述转子的转动角度以获得所述水平视场内的视场方向角。

需要说明的是，本实施例中，所述控制方法中，通过所述码盘能够获得所述转子的转动角度，因此所述码盘还能够用于获得水平视场内的视场方向角。

获得所述视场方向角之后，所述控制方法还包括：执行步骤S220，根据所述水平视场内的视场方向角调整所述光源110产生激光的功率，以使所产生的激光满足预设探测距离的要求。

具体的，调整实施水平视场内的预设探测距离的步骤包括：根据水平视场内的视场方向角动态调整所产生的一系列激光在垂直所述转轴130的水平视场内的预设探测距离。所以本实施例中，调整所述光源110产生激光的功率的步骤中，根据水平视场内的视场方向角动态调整所述光源110产生激光的功率，从而能够针对不同探测要求合理分配激光雷达资源，进一步优化激光雷达的资源分配，以达到兼顾探测距离和能耗控制的目的。

本实施例中，所述激光雷达的探测区域的设置具有前后不对称、上下不对称的特点，所以调整所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离的步骤中，所述水平视场内的视场方向角为0度时，使预设探测距离为F；所述水平视场内的视场方向角为180度时，使预设探测距离为R；所述水平视场内的视场方向角为θ时，使预设探测距离DH为：

这种控制方法，能够使所述激光雷达在水平视场内的正前方具有较大的探测距离，使所述激光雷达在水平视场内的后方和两侧具有相对较小的探测距离，从而能够有效减小所述激光雷达在水平视场内的后方和两侧的资源浪费，当所述激光雷达应用于无人驾驶领域使，所述水平视场的正前方即为无人汽车的前进方向，能够使得激光雷达的探测区域更贴近于无人驾驶领域的探测需求，实现能耗和探测需求的兼顾。

具体的，如图2所示，所述激光雷达设置于o点，即所述激光雷达的中心位置为o点。而且，所述转轴130位于所述激光雷达的中心，因此所述转轴130也位于o点。此外，所述水平视场垂直所述转轴130，所以图2中，所述转轴130垂直纸面，即所述转轴130在所述水平视场内的投影为一个点。

由此可见，所述水平视场内的视场方向角为0度时，所述光源110所产生的一系列激光的最远探测位置为f点；所述水平视场内的视场方向角为180度时，所述光源110所产生的一系列激光的最远探测位置为r点；所述激光雷达的中心位置为o点；所产生的一系列激光在所述水平视场内的最远探测位置所形成的包络线为以o点为一个焦点，且经过f点和r点的椭圆，其中f点和r点位于所述椭圆的长轴上，且f点至o点的距离大于r点至o点的距离。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种激光雷达的发射系统，其特征在于，包括：

光源，所述光源包括至少一个激光器，用于向三维空间发射一系列激光；

发射光学组件，所述发射光学组件对于所述光源所产生的激光准直为平行光；

转轴，所述光源和所述发射光学组件绕所述转轴转动；

所述光源被设置为，所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离与水平视场内的视场方向角相关；

所述所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离被设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时，预设探测距离为F，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为f点；所述水平视场内的视场方向角为180度时，预设探测距离为R，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为r点；所述水平视场内的视场方向角为θ时，预设探测距离DH为：

所述激光雷达的中心位置为o点，所产生的一系列激光在所述水平视场内的最远探测位置所形成的包络线为以o点为一个焦点，且经过f点和r点的椭圆，其中f点和r点位于所述椭圆的长轴上，且f点至o点的距离大于r点至o点的距离。

2.如权利要求1所述的发射系统，其特征在于，所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离与所述水平视场内的视场方向角动态相关。

3.如权利要求1所述的发射系统，其特征在于，还包括：控制装置，所述控制装置获得所述水平视场内的视场方向角，并根据所述水平视场内的视场方向角调整所述光源产生激光的功率。

4.如权利要求1所述的发射系统，其特征在于，所述激光雷达的发射系统还包括：码盘，所述码盘用于获取所述水平视场内的视场方向角。

5.一种激光雷达，其特征在于，包括：

发射系统，所述发射系统如权利要求1～4任意一项所述；

接收系统，所述接收系统接收所述发射系统所产生的一系列激光在三维空间内的反射光。

6.一种激光雷达的发射系统的控制方法，其特征在于，所述激光雷达的发射系统包括：光源，所述光源包括至少一个激光器，用于向三维空间发射一系列激光；发射光学组件，所述发射光学组件对于所述光源所产生的激光准直为平行光；转轴，所述光源和所述发射光学组件绕所述转轴转动；

所述控制方法包括：根据水平视场内的视场方向角调整所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离；所述所产生的一系列激光在所述水平视场内的预设探测距离被设置为：所述水平视场内的视场方向角为0度时，预设探测距离为F，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为f点；所述水平视场内的视场方向角为180度时，预设探测距离为R，所述光源所产生的一系列激光的最远探测位置为r点；所述水平视场内的视场方向角为θ时，预设探测距离DH为：

所述激光雷达的中心位置为o点，所产生的一系列激光在所述水平视场内的最远探测位置所形成的包络线为以o点为一个焦点，且经过f点和r点的椭圆，其中f点和r点位于所述椭圆的长轴上，且f点至o点的距离大于r点至o点的距离。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，根据水平视场内的视场方向角动态调整所产生的一系列激光在垂直所述转轴的水平视场内的预设探测距离。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获得所述水平视场内的视场方向角；

根据所述水平视场内的视场方向角调整所述光源产生激光的功率。

Images