CN110174663A - 一种激光雷达的光功率分配方法及光功率分配装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种激光雷达的光功率分配方法及光功率分配装置和系统。所述光功率分配方法包括步骤：获取工作模式命令若为远程探测模式，将各光路通道的激光集中入射至少数的输出端中；若为中距离扫描模式，将各光路通道的激光分别入射至对应的输出端中。所述光功率分配装置包括激光源、分束器、通道选择模块和输出端，所述分束器将激光源发射的激光分束至不同的光路通道中；所述通道选择模块分别与光路通道和输出端连接。本发明“同时”实现精细测量和远距离测量，以实现激光功率的灵活分配，可有效提高激光雷达的环境适应性。

Description

一种激光雷达的光功率分配方法及光功率分配装置和系统

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种激光雷达的光功率分配方法及光功率分配装置和系统。

背景技术

为了实现精细的激光探测，激光雷达往往需要一路以上的激光探测通道。采用光纤出光激光器的激光雷达系统，内部可以方便的用光纤分光器件将原有的一路激光分成两路或者多路，用于实现多路同时探测。

特别是自动驾驶汽车领域，(Autonomous vehicles；Self-piloting automobile)又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、或轮式移动机器人，是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。自动驾驶等技术高速发展，其中一项重要配套传感器激光雷达，为了满足各种特定需求，涌现出各种类型的方案。

但是由于激光器发光功率有限，对出射激光进行分束后各光束功率会相应降低。激光雷达的距离探测能力与其探测过程中的出射光脉冲功率高度相关，所以分光后将影响激光雷达的最大距离探测能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光雷达的光功率分配方法及光功率分配装置和系统，解决激光器发光功率有限，难以兼顾远程探测和大面积扫描的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光雷达的光功率分配方法，激光源发射激光并分别入射至不同的光路通道，所述光功率分配方法包括步骤：获取工作模式命令，包括远程探测模式和中距离扫描模式；若为远程探测模式，将各光路通道的激光集中入射至少数的输出端中，实现远程探测；若为中距离扫描模式，将各光路通道的激光分别入射至对应的输出端中，实现中距离扫描。

其中，较佳方案是，激光源发射激光并分别入射至两个的光路通道，所述光功率分配方法包括步骤：若为远程探测模式，将光路信道的激光集中入射至一输出端中，实现远程探测；若为中距离扫描模式，将光路信道的激光分别入射至对应的输出端中，实现中距离扫描。

其中，较佳方案是，激光源发射激光并分别入射至多个的光路通道，所述光功率分配方法包括步骤：若为远程探测模式，将光路信道的激光集中入射至少数输出端中，实现远程探测；若为中距离扫描模式，将光路信道的激光分别入射至多个的输出端中，实现中距离扫描。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光雷达的光功率分配装置，所述光功率分配装置包括激光源、分束器、通道选择模块和输出端；其中，所述分束器将激光源发射的激光分束至不同的光路通道中；所述通道选择模块分别与光路通道和输出端连接，根据远程探测信号将各光路通道的激光集中入射至少数输出端，以进行远程探测，或者，根据中距离扫信号将各光路通道的激光分别入射至对应的输出端，以实现中距离扫描。

其中，较佳方案是：至少一所述光路通道直接与一输出端连通。

其中，较佳方案是：所述通道选择模块包括选通开关，每一所述选通开关分别与光路通道和至少两输出端连接，所述选通开关根据远程探测信号选择连通实现远程探测的输出端，以及，所述选通开关根据中距离扫描信号选择连通实现中距离扫描的输出端。

其中，较佳方案是：所述光功率分配装置还包括合束器，所述合束器分别与一输出端和至少与两通道选择模块连通的输出通道连通。

其中，较佳方案是：所述输出端包括准直器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光雷达的光功率分配系统，所述光功率分配系统包括光功率分配装置，以及与通道选择模块连接的主控单元，所述主控单元向通道选择模块发送控制信号，所述控制信号包括远程探测信号和中距离扫信号。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明为了分光实现多路同时探测，并且兼顾激光雷达的远距离探测能力，在激光雷达需要实现远距离探测时可以集中光功率进行远距离探测，当完成远距离测量后可继续进行多通道的精细探测，从而“同时”实现精细测量和远距离测量，以实现激光功率的灵活分配，可有效提高激光雷达的环境适应性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明激光雷达的光功率分配方法的流程示意图；

图2是本发明激光雷达的光功率分配装置的结构示意图；

图3是本发明光功率分配装置方案一的结构示意图；

图4是本发明光功率分配装置方案二的结构示意图；

图5是本发明光功率分配装置方案三的结构示意图；

图6是本发明激光雷达的光功率分配系统的结构示意图；

图7是基于图3的光功率分配系统的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本发明提供一种激光雷达的光功率分配方法的优选实施例。图1是本发明激光雷达的光功率分配方法的流程示意图。

一种激光雷达的光功率分配方法，激光源发射激光并分别入射至不同的光路通道，所述光功率分配方法包括步骤：

步骤S11、获取工作模式命令，包括远程探测模式和中距离扫描模式；

步骤S12、判断工作模式；以及，若为远程探测模式，进入步骤S131，若为中距离扫描模式，进入步骤S132；

步骤S131、将各光路通道的激光集中入射至少数的输出端中，实现远程探测；

步骤S132、将各光路通道的激光分别入射至对应的输出端中，实现中距离扫描；

步骤S14、完成步骤S131或步骤S132，等待下一次命令，若又获取工作模式命令，重新进入步骤S11。

具体地：

先对激光源发射的激光进行分束，分束至不同的光路通道中，每一光路通道至少与一对应的输出端连通，并从输出端向外射出。以及，通过在光路信道设置光路选择模块的方式，或采用其他方式，在远程探测模式中，将各光路通道的激光集中入射至少数的输出端中，在中距离扫描模式中，将各光路通道的激光分别入射至对应的输出端中。

所述远程探测模式是将提高激光射出的功率，并可探测较远距离的区域，以实现远程探测，具体方式为步骤S131，通过一个或少数输出端向外发射激光源的全部激光，使确保所述激光的功率较高，最大距离探测能力。以及，所述中距离扫描模式是将提高激光的覆盖面积，实现多通道的精细探测，以实现中距大面积离扫描，具体方式为步骤S132，分别通过多个或全部的输出端向外发射激光，使确保所述激光的扫描面积大。可以实现灵活的激光功率分配。

在本实施例中，提供两个较佳方案：

方案一、激光源发射激光并分别入射至两个的光路通道。

若为远程探测模式，将光路信道的激光集中入射至一输出端中，实现远程探测；若为中距离扫描模式，将光路信道的激光分别入射至对应的输出端中，实现中距离扫描。

方案二、激光源发射激光并分别入射至多个的光路通道。

若为远程探测模式，将光路信道的激光集中入射至少数输出端中，实现远程探测；若为中距离扫描模式，将光路信道的激光分别入射至多个的输出端中，实现中距离扫描。

具体地：

在方案一中，若只有两个的光路通道，所对应的输出端也应该为两个，每一个光路通道与对应的输出端连通，并且，其中一条光路通道还可以与另一输出端连通。若为远程探测模式，将光路信道的激光集中入射至一输出端中，若为中距离扫描模式，每一光路通道的激光分别入射至对应的输出端。

在方案二中，由于采用多光路通道和多输出端，具体与上述光功率分配方法的描述一致，在此不再一一描述。特别强调的是：1、在远程探测模式中，各光路通道的激光集中入射至一个输出端中，或者各光路通道的激光集中入射至少数输出端中，如几个，或者一半数量也行。2、在中距离扫描模式中，各光路通道的激光分别入射至对应的输出端中，可理解为，激光分别入射至全部输出端中，或者入射至大部分输出端中。

以及，若激光雷达输出端的数量为N，N为整数，那么，在远程探测模式中的少数输出端为X，X为整数，在中距离扫描模式中的对应的输出端为Y，Y为整数，其中，Y大于X。

进一步地，作为远程探测模式输出的输出端和作为中距离扫描模式的输出端可分别单独设置，也可以部分重叠，也可以全部重叠。

如图2所述，本发明提供激光雷达的光功率分配装置的优选实施例。图2是本发明激光雷达的光功率分配装置的结构示意图。

一种激光雷达的光功率分配装置，所述光功率分配装置包括激光源100、分束器200、通道选择模块300和多个输出端400；其中，所述分束器200将激光源100发射的激光分束至不同的光路通道10中；所述通道选择模块300分别与光路通道10和输出端400连接，根据远程探测信号将各光路通道10的激光集中入射至少数输出端400，以进行远程探测，或者，根据中距离扫信号将各光路通道10的激光分别入射至对应的输出端400，以实现中距离扫描。

具体地，激光源100产生激光，并通过激光输出光纤入射至分束器200，对激光进行分束，分束为至少两束激光光束，通过通道选择模块300将激光光束入射至对应的输出端400中。通道选择模块300获取外部控制信号，识别解析所述控制信号，若为远程探测信号，则通道选择模块300将所述光路通道10和少数输出端400连接，如一个或少数，实现远程监控；若为中距离扫描信号，则通道选择模块300将所述光路通道10和对应的输出端400连接，如全部或大部分，实现中距离扫描。

同理，若输出端400的数量为N，N为整数，那么，在远程探测模式中的少数输出端400为X，X为整数，在中距离扫描模式中的对应的输出端400为Y，Y为整数，其中，Y大于X。

优选地，至少一所述光路通道10直接与一输出端400连通。当然，可根据实际情况将一光路通道10再分束至不同的输出端400，或者，将不同的光路通道10合束至一输出端400。

在本实施例中，提供三个优选方案。

方案一、并参考图3，所述光功率分配装置包括激光源100、分束器200、通道选择模块300和两个输出端400，所述通道选择模块300包括一选通开关310，所述选通开关310分别与分束器200的一光路通道10、第一输出端410和第二输出端420连接，进一步地，分束器200还与第一输出端410直接连通，合束器500将从分束器200发射的激光光束和从选通开关310发射的激光光束合束后，入射至所述第一输出端410。

具体地，根据远程探测信号，所述选通开关310开启与合束器500的连通通道，关闭与第二输出端420的连通通道，分束器200的两激光光束均通过合束器500合束至第一输出端410，并集中输出；根据中距离扫信号，所述选通开关310关闭与合束器500的连通通道，开启与第二输出端420的连通通道，分束器200的两激光光束分别入射至第一输出端410和第二输出端420，并各自输出。

当然，此方案可以设有三个输出端400，分束器200的两个光路通道10分别均与一选通开关310连接，所述选通开关310分别与一输出端400连通，还合束至第三个输出端400，当远程探测时，集中在第三个输出端400射出，当中距离扫描时，分别通过两个输出端400输出，并可根据具体出光情况调整不同“类型(远程探测输出端和中距离扫描输出端)”的输出端400结构。

方案二、并参考图4，所述光功率分配装置包括激光源100、分束器200、通道选择模块300和多个输出端400，优选为，所述通道选择模块300包括第一选通开关311、第二选通开关312和第三选通开关313，所述输出端400包括第一输出端410、第二输出端420、第三输出端430和第四输出端440，首先，分束器200分束成四个光路通道10，分别与合束器500、第一选通开关311、第二选通开关312和第三选通开关313连接，所述第一选通开关311分别与合束器500和第二输出端420连接，所述第二选通开关312分别与合束器500和第三输出端430连接，所述第三选通开关313分别与合束器500和第四输出端440连接，合束器500与第一输出端410连接。

具体地，根据远程探测信号，第一选通开关311开启与合束器500的连通通道，关闭与第二输出端420的连通通道，第二选通开关312开启与合束器500的连通通道，关闭与第三输出端430的连通通道，第三选通开关313开启与合束器500的连通通道，关闭与第四输出端440的连通通道，所述合束器500将四个光束合束后入射至第一输出端410，并集中输出；根据中距离扫信号，第一选通开关311关闭与合束器500的连通通道，开启与第二输出端420的连通通道，第二选通开关312关闭与合束器500的连通通道，开启与第三输出端430的连通通道，第三选通开关313关闭与合束器500的连通通道，开启与第四输出端440的连通通道，分束器200的每一光路通道10分别入射至第一输出端410、第二输出端420、第三输出端430和第四输出端440，并各自输出。

当然，此方案不限于选通开关和输出端400的数量，以及每一个光路通道10后均设置有选通开关。进一步地，所述合束器500的数量也不限定，例如有多个输出端400的前端设有合束器500，用于几束激光光束合束。

方案三，并参考图5，是在方案二的基础上，所述选通开关部分或全部为三选一开关，当然也可以为多选一开关。

例如，通过三选一的第四选通开关314、第六选通开关316，和二选一的第五选通开关315，实现分别光路通道10分别进入第一输出端410、第二输出端420、第三输出端430和第四输出端440中，或者，通过两合束器500，分别集中入射至两输出端，如第一输出端410和第三输出端430。

提供多种组合方式，以便满足不同环境的应用，以及满足不同要求。例如需要某些输出端必须为远程输出端时，通过不同的光学器件配置，从而达到预想目的。

在本发明中，所述输出端包括准直器。以及，所述光路通道10为光纤，以及，通过光纤将选通开关310和合束器500连通，通过光纤将合束器500和输出端400连通。

如图6和图7所述，本发明提供激光雷达的光功率分配装置的优选实施例。图5是本发明激光雷达的光功率分配系统的结构示意图，图6是基于图3的光功率分配系统的结构示意图。

一种激光雷达的光功率分配系统，所述光功率分配系统包括光功率分配装置，以及与通道选择模块300连接的主控单元600，所述主控单元600向通道选择模块300发送控制信号，所述控制信号包括远程探测信号和中距离扫信号。

进一步地，并参考图7，主控单元600发送控制信号至各选通开关310中，以实现控制选通开关310的通道选择。

可以实现灵活的激光功率分配，保障激光雷达在实现中近距离多通道精细探测的同时，兼顾远距离的低通道数探测，可有效提高激光雷达的环境适应性。多通道激光雷达产品，主要应用于无人驾驶传感、3-D测绘、AGV导航等领域。

以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (9)

1.一种激光雷达的光功率分配方法，其特征在于，激光源发射激光并分别入射至不同的光路通道，所述光功率分配方法包括步骤：

获取工作模式命令，包括远程探测模式和中距离扫描模式；

若为远程探测模式，将各光路通道的激光集中入射至少数的输出端中，实现远程探测；

若为中距离扫描模式，将各光路通道的激光分别入射至对应的输出端中，实现中距离扫描。

2.根据权利要求1所述的光功率分配方法，其特征在于，激光源发射激光并分别入射至两个的光路通道，所述光功率分配方法包括步骤：

若为远程探测模式，将光路通道的激光集中入射至一输出端中，实现远程探测；若为中距离扫描模式，将光路通道的激光分别入射至对应的输出端中，实现中距离扫描。

3.根据权利要求1所述的光功率分配方法，其特征在于，激光源发射激光并分别入射至多个的光路通道，所述光功率分配方法包括步骤：

若为远程探测模式，将光路通道的激光集中入射至少数输出端中，实现远程探测；若为中距离扫描模式，将光路通道的激光分别入射至多个的输出端中，实现中距离扫描。

4.一种激光雷达的光功率分配装置，其特征在于：所述光功率分配装置包括激光源、分束器、通道选择模块和输出端；其中，

所述分束器将激光源发射的激光分束至不同的光路通道中；

所述通道选择模块分别与光路通道和输出端连接，根据远程探测信号将各光路通道的激光集中入射至少数输出端，以进行远程探测，或者，根据中距离扫信号将各光路通道的激光分别入射至对应的输出端，以实现中距离扫描。

5.根据权利要求4所述的光功率分配装置，其特征在于：至少一所述光路通道直接与一输出端连通。

6.根据权利要求4或5所述的光功率分配装置，其特征在于：所述通道选择模块包括选通开关，每一所述选通开关分别与光路通道和至少两输出端连接，所述选通开关根据远程探测信号选择连通实现远程探测的输出端，以及，所述选通开关根据中距离扫描信号选择连通实现中距离扫描的输出端。

7.根据权利要求4所述的光功率分配装置，其特征在于：所述光功率分配装置还包括合束器，所述合束器分别与一输出端和至少与两通道选择模块连通的输出通道连通。

8.根据权利要求4所述的光功率分配装置，其特征在于：所述输出端包括准直器。

9.一种激光雷达的光功率分配系统，其特征在于：所述光功率分配系统包括如权利要求4-8任一所述的光功率分配装置，以及与通道选择模块连接的主控单元，所述主控单元向通道选择模块发送控制信号，所述控制信号包括远程探测信号和中距离扫信号。