CN110275177B - 固态激光雷达、结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及固态激光雷达、结构及其控制方法，该固态激光雷达包括：收发模组、振镜和扩束镜，收发模组包括发射模组、分束模组和接收模组，扩束镜用于将经过振镜反射的出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将反射激光会聚至振镜。在激光发射过程中，由于发射模组发射功率一定，通过扩束镜可减小出射激光的发散角，进而导致出射激光能量聚集，提高出射激光的能量密度，进而提高了激光雷达的测距能力；在激光接收过程中，大接收口径的扩束镜能够接收到更多反射激光，进而也提高了测距能力，如此，该固态激光雷达接收口径不再受到振镜的接收面尺寸的限制，在同等发射功率和探测器的情况下，提高了激光雷达的测距能力。

Description

固态激光雷达、结构及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种固态激光雷达、结构及其控制方法。

背景技术

激光雷达具有高精度、高分辨率等优势，同时能够获取周围三维点云信息，已经成为未来自动驾驶不可或缺的关键传感器，其工作原理是先向探测区域发射用于探测的出射激光，然后将接收到的从探测区域内的物体反射回来的反射激光与出射激光进行比较，获取物体的距离、速度、方位等的相关信息。

其中，基于MEMS的固态激光雷达作为激光雷达的一种，其由于接收口径受到MEMS的限制，因此在同等发射功率和探测器的情况下，会导致激光雷达的测距能力较差。

发明内容

基于此，有必要针对固态激光雷达测距能力较差的问题，提供一种测距能力较好的固态激光雷达、结构及其控制方法。

一方面，本申请实施例提供了一种固态激光雷达，包括：

收发模组，所述收发模组包括：

发射模组，用于发射出射激光；

分束模组，用于穿过上述出射激光并射向振镜，还用于将接收到的反射激光偏转至接收模组；上述反射激光为上述出射激光对探测区域内的物体响应后返回的携带物体相关信息的激光；

所述接收模组，用于接收上述分束模组偏转的反射激光；

所述固态激光雷达还包括：

所述振镜，用于反射从上述分束模组穿过的出射激光，使上述出射激光射向扩束镜，还用于接收上述反射激光，并将上述反射激光射向所述分束模组；

所述扩束镜，用于将经过上述振镜反射的上述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将上述反射激光会聚至上述振镜。

在其中一个实施例中，上述扩束镜的光轴对准上述振镜的中心。

在其中一个实施例中，上述振镜为MEMS微振镜。

在其中一个实施例中，上述扩束镜的扩束倍数为N(N＞1)，上述出射激光经过上述扩束镜后的发散角为经过所述扩束镜前的发散角的1/N。

在其中一个实施例中，上述扩束倍数N的范围为1.5～3。

在其中一个实施例中，上述扩束镜包括负透镜组和正透镜组；上述负透镜组位于上述出射激光的入射侧，上述正透镜组位于上述出射激光的出射侧。

在其中一个实施例中，上述正透镜组和上述负透镜组均包括至少一片透镜。

在其中一个实施例中，上述固态激光雷达包括M个所述收发模组，每个上述收发模组包括光路对应的1个上述发射模组、1个上述分束模组和1个上述接收模组，M个上述收发模组共用上述振镜进行扫描；M大于或等于1。

在其中一个实施例中，上述发射模组包括激光源和准直镜；上述接收模组包括探测器和聚焦镜；上述激光源，用于产生上述出射激光；上述准直镜，用于对上述出射激光进行准直处理，以使上述出射激光形成平行光束；上述聚焦镜，用于对上述反射激光进行会聚，形成聚焦的上述反射激光；上述探测器，用于接收聚焦的上述反射激光。

另一方面，本申请实施例提供了一种固态激光雷达控制方法，应用于上述实施例中任一项的固态激光雷达，上述固态激光雷达包括收发模组、振镜和扩束镜，所述收发模组包括发射模组、分束模组和接收模组，该方法包括：

上述发射模组发射出射激光；

上述出射激光穿过所述分束模组并射向所述振镜；

上述振镜反射上述出射激光，使上述出射激光射向上述扩束镜；

上述扩束镜将上述出射激光进行扩束准直后射向探测区域；

上述出射激光对探测区域内的物体响应后返回携带物体相关信息的反射激光，上述扩束镜接收上述反射激光并将上述反射激光会聚至上述振镜；

上述振镜接收会聚的上述反射激光，并将上述反射激光射向上述分束模组；

上述分束模组将上述反射激光偏转至上述接收模组；

上述接收模组接收上述分束模组偏转的反射激光。

此外，本申请实施例提供了一种固态激光雷达结构，包括：收发模组、振镜和扩束镜；所述振镜设置于所述收发模组和所述扩束镜之间，所述收发模组的光轴对准所述振镜的中心，所述扩束镜的光轴对准所述振镜的中心；

所述收发模组用于发射出射激光，还用于接收反射激光；

所述振镜用于使所述出射激光射向扩束镜，还用于接收所述反射激光并将所述反射激光射向所述收发模组，所述反射激光为所述出射激光对探测区域内的物体响应后返回的携带物体相关信息的激光；

所述扩束镜用于将经过所述振镜反射的所述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将所述反射激光会聚至所述振镜。

在其中一个实施例中，所述扩束镜包括至少两片扩束透镜，相邻的所述扩束透镜之间设置有垫圈；所述扩束镜还包括镜筒，至少两片所述扩束透镜和所述垫圈均设置于所述镜筒内；所述扩束镜的一端通过所述镜筒的端面固定所述扩束透镜，另一端通过镜筒压圈固定所述扩束透镜。

在其中一个实施例中，所述扩束镜包括第一扩束透镜、第二扩束透镜、第三扩束透镜、第一垫圈、第二垫圈、镜筒压圈和镜筒；所述第一扩束透镜、所述第二扩束透镜和所述第三扩束透镜均固定于所述镜筒内；所述第一垫圈设置于所述第一扩束透镜和所述第二扩束透镜之间，所述第二垫圈设置于所述第二扩束透镜和所述第三扩束透镜之间；所述镜筒压圈设置于所述第三扩束透镜的端面进行固定。

上述固态激光雷达、结构及其控制方法，固态激光雷达包括：收发模组，收发模组包括：发射模组，用于发射出射激光；分束模组，用于穿过所述出射激光并射向振镜，还用于将接收到的反射激光偏转至接收模组；所述接收模组，用于接收所述分束模组偏转的反射激光；上述固态激光雷达还包括所述振镜，用于反射从所述分束模组穿过的出射激光，使所述出射激光射向扩束镜，还用于接收所述反射激光，并将所述反射激光射向所述分束模组；所述扩束镜，用于将经过所述振镜反射的所述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将所述反射激光会聚至所述振镜。在上述固态激光雷达中，通过扩束镜将出射激光进行扩束准直，在激光发射过程中，由于发射模组发射功率一定，通过扩束镜可减小出射激光的发散角，进而导致出射激光能量聚集，提高出射激光的能量密度，在一定程度上提高了激光雷达的测距能力，提高了测距距离；在激光接收过程中，经过扩束镜接收的反射激光，由于扩束镜的直径大，接收到的反射激光增加，且扩束镜接收到的反射激光会聚后均能够由振镜接收，并通过振镜和分束模组使反射激光由接收模组接收，即大接收口径的扩束镜能够接收到更多反射激光，进而也提高了测距能力，如此，该固态激光雷达接收口径不再受到振镜的接收面尺寸的限制，因此在同等发射功率和探测器的情况下，明显提高了激光雷达的测距能力。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种固态激光雷达的示意图；

图2为本申请实施例提供的扩束镜在MEMS微振镜不同扫描角度的效果图；

图3为本申请实施例提供的一种固态激光雷达的光路示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种固态激光雷达的光路示意图；

图5为本申请实施例提供的一种固态激光雷达的控制方法流程示意图；

图6为一个实施例提供的一种计算机设备内部结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种固态激光雷达结构示意图。

附图标记说明：

10：收发模组

11：发射模组；

12：分束模组；

13：接收模组；

20：振镜；

30：扩束镜；

110：激光源；

111：准直镜；

130：探测器；

131：聚焦镜；

120：分束组件；

121：折返组件；

1210：第一折返镜；

1211：第二折返镜；

300：第一扩束透镜；

301：第二扩束透镜；

302：第三扩束透镜；

303：第一垫圈；

304：第二垫圈；

305：镜筒压圈；

306：镜筒。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本申请实施例提供的一种固态激光雷达的示意图，如图1所示，该固态激光雷达包括：收发模组10，上述收发模组10包括：发射模组11，用于发射出射激光；分束模组12，用于穿过上述出射激光并射向振镜20，还用于将接收到的反射激光偏转至接收模组13；上述反射激光为上述出射激光对探测区域内的物体响应后返回的携带物体相关信息的激光；所述接收模组13，用于接收上述分束模组12偏转的反射激光；所述固态激光雷达还包括：上述振镜20，用于反射从上述分束模组12穿过的出射激光，使上述出射激光射向扩束镜30，还用于接收上述反射激光，并将上述反射激光射向上述分束模组12；上述扩束镜30，用于将经过上述振镜20反射的上述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将上述反射激光会聚至上述振镜20。

本实施例中，固态激光雷达的收发模组10包括发射模组11、分束模组12和接收模组13，发射模组11的光路和接收模组13的光路设置可为同轴设置。可选地，发射模组11包括激光源，可用于发射出射激光。其中，激光源可以为一个，也可以为多个，多个激光源呈一维或二维排列，且在实际应用中，上述激光源可以选用连续发光光源，例如,发光二极管LED，也可以选用脉冲式发光光源，例如，激光二极管LD，对此本实施例不做具体限定。可选地，上述分束模组12包括分束组件，分束组件可以为带孔反射镜、偏振分光棱镜PBS、偏振分光片等中的一种或多种组合，本申请不做具体限定。可选地，接收模组13用于接收分束模组12偏转的反射激光，并对接收的反射激光进行处理，进而获取对探测区域内的物体的信息；接收模组13包括接收器，可用于接收反射激光，并将反射激光转化为电信号。其中，接收器可以为一个，也可以为多个，多个接收器排列成阵列；接收器可以为光电二极管、雪崩二极管APD、硅光电倍增管SiPM等中的一种或多种组合。振镜20可以为一维MEMS、二维MEMS或其组合，用于改变穿过分束模组12的出射激光的方向，使出射激光射向扩束镜30，还用于改变反射激光的方向，使反射激光射向分束模组12。扩束镜30是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件，其类型可以是固定型扩束镜或可调型扩束镜，本申请不做限定。

上述固态激光雷达包括：收发模组，收发模组包括：发射模组，用于发射出射激光；分束模组，用于穿过所述出射激光并射向振镜，还用于将接收到的反射激光偏转至接收模组；接收模组，用于接收分束模组偏转的反射激光；固态激光雷达还包括：振镜，用于反射从分束模组穿过的出射激光，使出射激光射向扩束镜，还用于接收反射激光，并将反射激光射向分束模组；扩束镜，用于将经过振镜反射的出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将反射激光会聚至振镜。在上述固态激光雷达中，通过扩束镜将出射激光进行扩束准直，在激光发射过程中，由于发射模组发射功率一定，通过扩束镜可减小出射激光的发散角，进而导致出射激光能量聚集，提高出射激光的能量密度，在一定程度上提高了激光雷达的测距能力，提高了测距距离；在激光接收过程中，经过扩束镜接收的反射激光，由于扩束镜的直径大，接收到的反射激光增加，且扩束镜接收到的反射激光会聚后均能够由振镜接收，并通过振镜和分束模组使反射激光由接收模组接收，即大接收口径的扩束镜能够接收到更多反射激光，进而也提高了测距能力，如此，该固态激光雷达接收口径不再受到振镜的接收面尺寸的限制，因此在同等发射功率和探测器的情况下，明显提高了激光雷达的测距能力。

在上述实施例的基础上，作为在一种可选地实施方式，上述振镜20为MEMS微振镜。

具体地，振镜20可以为一维MEMS微振镜、二维MEMS微振镜或其组合，本申请不做具体限定。MEMS微振镜可改变从分束模组穿过的出射激光的方向，使出射激光射向扩束镜，还可用于改变反射激光的方向，使反射激光射向分束模组。图2为扩束镜在MEMS微振镜不同扫描角度的效果图，从图2可以看出，扩束镜在MEMS微振镜不同扫描角度的情况下，均能进行良好的扩束准直效果。

在上述实施例的基础上，作为在一种可选地实施方式，扩束镜30的光轴对准振镜20的中心。

其中，扩束镜30放置于振镜20的后端，扩束镜30具体用于改变出射激光的发散角，使得出射激光射向探测区域内的物体。其中，扩束镜的扩束倍数与出射激光的发散角的角度成反比。具体地，若扩束倍数为N(N>1)，则出射激光经过扩束镜后的发散角为原来的1/N，接收模组的接收口径为振镜的接收面尺寸的N倍。

可选地，扩束镜的扩束倍数N的范围可以为1.5～3。在激光发射过程中，通过利用扩束镜，可以实现增大出射激光光斑尺寸，且减少出射激光的发散角的效果；同时，在激光接收过程中，由于扩束镜的直径大，使得接收到的反射激光增加，进而明显提高了激光雷达的测距能力。

在其中一个实施例中，扩束镜包括负透镜组和正透镜组；上述负透镜组位于上述出射激光的入射侧，上述正透镜组位于上述出射激光的出射侧。可选地，上述正透镜组和上述负透镜组均包括至少一片透镜；上述正透镜组和负透镜组可以是共焦的。

图3为本申请实施例提供的一种固态激光雷达的光路示意图，如图3所示，上述发射模组11包括激光源110和准直镜111，激光源110用于产生出射激光，准直镜111用于对出射激光进行准直处理，以使上述出射激光形成平行光束；上述接收模组13包括探测器130和聚焦镜131，聚焦镜131用于对反射激光进行会聚，形成聚焦的上述反射激光；探测器130用于接收聚集的上述反射激光。其中，上述探测器可以是光电二极管、雪崩二极管APD或硅光电倍增管SIPM等中的一种或几种组合。

需要说明的是，接收模组13可以包括一个接收器，也可以包括多个接收器，多个接收器可以呈一维或二维排列，探测器的类型可以包括多种，例如，硅光电倍增管SPIM和时间数据转换电路、CCD相机、CMOS器件、TOF芯片等。另外，探测器的探测原理可以包括多种，例如，基于直接(脉冲)飞行时间(DTOF)或脉冲积分(iTOF)的测距原理，连续波飞行时间(cwTOF)的测距原理等，本申请实施例也不做具体限定。

继续参照图3，用实线带箭头表示出射激光；虚线带箭头表示反射激光。本实施例涉及上述固态激光雷达的具体工作原理。在固态激光雷达测距时，激光源110产生出射激光，经准直镜111准直后入射至分束模组12；分束模组12使出射激光穿过并射向振镜20，振镜20反射从分束模组12穿过的出射激光，使出射激光射向扩束镜30；扩束镜30将经过振镜20反射的出射激光进行扩束准直后射向探测区域。随后，出射激光对探测区域内的物体响应，将携带物体相关信息的反射激光从探测区域内的物体返回固态激光雷达，在反射激光返回过程中，反射激光会经过扩束镜30会聚后缩小光束直径并会聚至振镜20，振镜20改变反射激光的方向，使反射激光射向分束模组12；分束模组12将接收到的反射激光反射至聚焦镜131，聚焦镜131对反射激光进行聚焦，形成聚焦的反射激光，进而探测器130接收反射激光。

在上述实施例的基础上，作为一种可选地实施方式，图4提供的一种固态激光雷达的另一种光路示意图，如图4所示，上述分束模组12包括分束组件120和折返组件121，可选地，所述分束组件120为带孔反射镜或偏振分光棱镜PBS，折返组件121可以包括第一折返镜1210和第二折返镜1211；第一折返镜1210用于将出射激光反射到第二折返镜1211，第二折返镜1211用于将出射激光进一步反射到振镜20。其中，第一折返镜1210和第二折返镜1211可以是平面镜、球面镜、非球面镜等，可选地，第一折返镜1210与第二折返镜1211可平行设置，本申请实施提供的固态激光雷达的具体工作原理，与图2所示的固态激光雷达工作原理类似，在此不再赘述。

由于发射激光通过扩束镜后，视场角也会变为原来的1/N，所以在需要更大视场角时，可利用若干路收发模组进行视场拼接。在其中一个实施例中，上述固态激光雷达包括M个收发模组，每个上述收发模组包括光路对应的1个上述发射模组、1个上述分束模组和1个上述接收模组，M个上述收发模组共用上述振镜进行扫描；M大于或等于1。

具体地，在固态激光雷达实际应用环境中，对于需要更大视场角的场景，可通过设置多个收发模组，实现探测视场角的拼接，进而提高探测视场范围。

在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，上述固态激光雷达还包括滤光片，滤光片设置于上述分束模组和接收模组之间，用于滤除分束模组反射后射向接收模组的反射激光中的干扰光，进而提高了接收模组接收的反射激光的准确度，进而提高了获取的目标物体的信息的准确度。

在一个实施例中，提供了本发明实施例中的一种固态激光雷达的控制方法，应用于上述实施例中任一项的固态激光雷达，所述固态激光雷达包括收发模组、振镜和扩束镜，所述收发模组包括发射模组、分束模组和接收模组，所述方法包括：

S501，发射模组发射出射激光。

S502，上述出射激光穿过上述分束模组并射向上述振镜。

S503，上述振镜反射上述出射激光，使上述出射激光射向上述扩束镜。

S504，上述扩束镜将上述出射激光进行扩束准直后射向探测区域。

S505，上述出射激光对探测区域内的物体响应后返回携带物体相关信息的反射激光，上述扩束镜接收上述反射激光并将上述反射激光会聚至上述振镜。

S506，上述振镜接收会聚的上述反射激光，并将上述反射激光射向上述分束模组。

S507，上述分束模组将上述反射激光偏转至上述接收模组。

S508，上述接收模组接收上述分束模组偏转的反射激光。

关于固态激光雷达的控制方法的具体限定可以参见上文中对于固态激光雷达的限定，在此不再赘述。

应该理解的是，虽然图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行。

本申请提供的固态激光雷达的控制方法，可以应用于如图6所示的计算机设备中。该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种激光雷达系统的控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述图5所示步骤。

上述实施例提供的一种计算机设备，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时还实现上述图5所示步骤。

上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

在其中一个实施例中，如图7所示，提供了一种固态激光雷达结构示意图，上述固态激光雷达结构包括：收发模组10、振镜20和扩束镜30；上述振镜20设置于上述收发模组10和上述扩束镜30之间，上述收发模组10的光轴对准上述振镜20的中心，上述扩束镜30的光轴对准上述振镜20的中心；上述收发模组10用于发射出射激光，还用于接收反射激光；上述振镜20用于使上述出射激光射向扩束镜30，还用于接收上述反射激光并将上述反射激光射向上述收发模组10，上述反射激光为上述出射激光对探测区域内的物体响应后返回的携带物体相关信息的激光；上述扩束镜30用于将经过上述振镜20反射的所述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将上述反射激光会聚至上述振镜20。

具体地，收发模组10、振镜20和扩束镜30均可通过支架固定设置在固态激光雷达的底座上，扩束镜30的光轴对准振镜20的中心，扩束镜30设置在上述振镜20的后端，振镜20可以为一维MEMS微振镜、二维MEMS微振镜或其组合，本申请不做具体限定；扩束镜30是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件，其类型可以是固定型扩束镜或可调型扩束镜，本申请也不做具体限定。

在其中一个实施例中，扩束镜包括至少两片扩束透镜，相邻的扩束透镜之间设置有垫圈；上述扩束镜还包括镜筒，至少两片上述扩束透镜和上述垫圈均设置于所述镜筒内；上述扩束镜的一端通过所述镜筒的端面固定，另一端通过镜筒压圈固定。

其中，扩束透镜主要采用镜筒内壁开设台阶面、垫圈压紧限位等方式中的一种或几种组合进行固定。

可选地，继续参照图7，上述扩束镜包括第一扩束透镜300、第二扩束透镜301、第三扩束透镜302、第一垫圈303、第二垫圈304、镜筒压圈305和镜筒306；上述第一扩束透镜300、上述第二扩束透镜301和上述第三扩束透镜302均固定于所述镜筒306内；上述第一垫圈303设置于上述第一扩束透镜300和上述第二扩束透镜301之间，上述第二垫圈304设置于上述第二扩束透镜301和上述第三扩束透镜302之间；上述镜筒压圈305设置于上述第三扩束透镜301的端面进行固定。

具体地，第一扩束透镜300的一端与镜筒306的端面上开设的台阶面进行配合，使第一扩束透镜300限位固定，另一端再采用第一垫圈303压紧；第二扩束透镜301的一端与第一垫圈303相抵接，使第二扩束透镜301与第一扩束透镜300之间按设计的距离进行限位固定，另一端在镜筒306的内壁开设有台阶面，使第二垫圈304与台阶面相配合将第二扩束透镜301压紧；第三扩束透镜302的一端与第二垫圈304相抵接，使第三扩束透镜302与所述第二扩束透镜301之间按设计的距离进行限位固定，另一端通过镜筒压圈305固定；通过将第一扩束透镜300、第二扩束透镜镜301和第三扩束透镜302固定在设计的位置，进而准确实现扩束镜的扩束准直功能。

上述实施例提供的固态激光雷达结构，包括：收发模组、振镜和扩束镜；上述振镜设置于上述收发模组和上述扩束镜之间，上述收发模组的光轴对准上述振镜的中心，上述扩束镜的光轴对准上述振镜的中心；上述收发模组用于发射出射激光，还用于接收反射激光；上述振镜用于使上述出射激光射向扩束镜，还用于接收上述反射激光并将上述反射激光射向上述收发模组，上述反射激光为上述出射激光对探测区域内的物体响应后返回的携带物体相关信息的激光；上述扩束镜用于将经过上述振镜反射的所述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将上述反射激光会聚至上述振镜；在激光发射过程中，通过扩束镜可减小出射激光的发散角，进而导致出射激光能量聚集，提高出射激光的能量密度，在一定程度上提高了激光雷达的测距能力，提高了测距距离；在激光接收过程中，经过扩束镜接收的反射激光，由于扩束镜的直径大，接收到的反射激光增加，且扩束镜接收到的反射激光会聚后均能够由振镜接收，即大接收口径的扩束镜能够接收到更多反射激光，进而也提高了测距能力，如此，通过该固态激光雷达结构的设置，使得接收口径不再受到振镜的接收面尺寸的限制，因此在同等发射功率和探测器的情况下，明显提高了激光雷达的测距能力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种固态激光雷达，其特征在于，包括：

收发模组，所述收发模组包括：

发射模组，用于发射出射激光；

分束模组，用于穿过所述出射激光并射向振镜，还用于将接收到的反射激光偏转至接收模组；所述反射激光为所述出射激光对探测区域内的物体响应后返回的携带物体相关信息的激光；

所述接收模组，用于接收所述分束模组偏转的反射激光；

所述固态激光雷达还包括：

所述振镜，用于反射从所述分束模组穿过的出射激光，使所述出射激光射向扩束镜，还用于接收所述反射激光，并将所述反射激光射向所述分束模组；

所述扩束镜，包括负透镜组和正透镜组，所述负透镜组位于所述出射激光的入射侧，所述正透镜组位于所述出射激光的出射侧，所述负透镜组和所述正透镜组共焦，用于将经过所述振镜反射的所述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将所述反射激光会聚至所述振镜，其中，所述扩束镜的扩束倍数与所述出射激光的发散角的角度成反比，所述扩束镜的光轴对准所述振镜的中心。

2.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，所述振镜为MEMS微振镜。

3.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，所述扩束镜的扩束倍数为N(N＞1)，所述出射激光经过所述扩束镜后的发散角为经过所述扩束镜前的发散角的1/N。

4.根据权利要求3所述的固态激光雷达，其特征在于，所述扩束倍数N的范围为1.5～3。

5.根据权利要求1所述的固态激光雷达，其特征在于，所述固态激光雷达包括M个所述收发模组，每个所述收发模组包括光路对应的1个所述发射模组、1个所述分束模组和1个所述接收模组，M个所述收发模组共用所述振镜进行扫描；M大于或等于1。

6.一种固态激光雷达控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项的固态激光雷达，所述固态激光雷达包括收发模组、振镜和扩束镜，所述收发模组包括发射模组、分束模组和接收模组，其中，所述扩束镜的光轴对准所述振镜的中心，所述方法包括：

所述发射模组发射出射激光；

所述出射激光穿过所述分束模组并射向所述振镜；

所述振镜反射所述出射激光，使所述出射激光射向所述扩束镜；

所述扩束镜包括负透镜组和正透镜组，所述负透镜组位于所述出射激光的入射侧，所述正透镜组位于所述出射激光的出射侧，所述负透镜组和所述正透镜组共焦，将所述出射激光进行扩束准直后射向探测区域；其中，所述扩束镜的扩束倍数与所述出射激光的发散角的角度成反比；

所述出射激光对探测区域内的物体响应后返回携带物体相关信息的反射激光，所述扩束镜接收所述反射激光并将所述反射激光会聚至所述振镜；

所述振镜接收会聚的所述反射激光，并将所述反射激光射向所述分束模组；

所述分束模组将所述反射激光偏转至所述接收模组；

所述接收模组接收所述分束模组偏转的反射激光。

7.一种固态激光雷达结构，其特征在于，包括：收发模组、振镜和扩束镜；所述振镜设置于所述收发模组和所述扩束镜之间，所述收发模组的光轴对准所述振镜的中心，所述扩束镜的光轴对准所述振镜的中心；

所述收发模组用于发射出射激光，还用于接收反射激光；

所述振镜用于使所述出射激光射向扩束镜，还用于接收所述反射激光并将所述反射激光射向所述收发模组，所述反射激光为所述出射激光对探测区域内的物体响应后返回的携带物体相关信息的激光；

所述扩束镜包括负透镜组和正透镜组，所述负透镜组位于所述出射激光的入射侧，所述正透镜组位于所述出射激光的出射侧，所述负透镜组和所述正透镜组共焦，用于将经过所述振镜反射的所述出射激光进行扩束准直后射向探测区域，还用于将所述反射激光会聚至所述振镜，其中，所述扩束镜的扩束倍数与所述出射激光的发散角的角度成反比。

8.根据权利要求7所述的固态激光雷达结构，其特征在于，所述扩束镜包括至少两片扩束透镜，相邻的所述扩束透镜之间设置有垫圈；所述扩束镜还包括镜筒，至少两片所述扩束透镜和所述垫圈均设置于所述镜筒内；所述扩束镜的一端通过所述镜筒的端面固定所述扩束透镜，另一端通过镜筒压圈固定所述扩束透镜。

9.根据权利要求7所述的固态激光雷达结构，其特征在于，所述扩束镜包括第一扩束透镜、第二扩束透镜、第三扩束透镜、第一垫圈、第二垫圈、镜筒压圈和镜筒；所述第一扩束透镜、所述第二扩束透镜和所述第三扩束透镜均固定于所述镜筒内；所述第一垫圈设置于所述第一扩束透镜和所述第二扩束透镜之间，所述第二垫圈设置于所述第二扩束透镜和所述第三扩束透镜之间；所述镜筒压圈设置于所述第三扩束透镜的端面进行固定。

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