CN110376567A - 激光雷达及其发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了激光雷达及其发射装置，所述发射装置包括：至少一个光发射器，所述光发射器沿垂直方向排布，每个所述光发射器发射的探测光束具有不同的垂直视场角；摆镜，用于偏折入射的所述探测光束至，所述摆镜能够在垂直方向上进行俯仰摆动且通过俯仰摆动将任意一束所述探测光束分成多束垂直视场方向不同的探测子光束，从而所述发射透镜组件的不同位置，从而使得所述探测光束经所述发射透镜组件后在所述发射透镜组件的焦平面上所成的像有位置平移；发射透镜组件，用于对被所述摆镜偏折后的探测光束进行准直；转子，具有沿垂直方向设置的转轴，所述转子能够绕所述转轴转动；转镜，设置于所述转子上且与所述摆镜同步，所述转镜具有M个反射面，其中M为大于等于2的正整数。

Description

激光雷达及其发射装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及激光雷达及其发射装置。

背景技术

无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。

车载传感器是实现无人驾驶汽车所必需的车载设备。其中，激光雷达具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，是无人驾驶汽车所不可或缺的车载设备。激光雷达的工作原理大致如下：激光雷达的发射器发射出一束激光，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回至激光接收器，雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出发射器与物体的距离。除了距离信息之外，激光雷达还可以获取目标物体的其它信息，例如，方位、速度、大小、形状、反射率等。

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成本高昂、能耗过大的问题。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术缺陷中的至少一个，本发明提出了一种激光雷达的发射装置，所述发射装置包括：

至少一个光发射器，用于发射探测光束；

摆镜，用于反射入射的所述探测光束至所述发射透镜组件的不同位置，从而使得所述探测光束经所述发射透镜组件后在所述发射透镜组件的焦平面上所成的像有位置平移，以改变所述探测光束的垂直视场角来实现所述探测光束在垂直方向上的扫描；

发射透镜组件，用于对被所述摆镜反射后的探测光束进行准直；

转镜，设置为与所述摆镜同步，所述转镜具有M个反射面，用于将经所述发射透镜组件准直后所述探测光束反射至待测空间，从而实现所述探测光束在水平方向上的扫描，其中M为大于等于2的正整数。

可选地，当存在多个光发射器时，多个所述光发射器沿垂直方向排布，每个所述光发射器发射的探测光束具有不同的垂直视场角。

可选地，所述激光雷达的发射装置还包括转子，所述转子，具有沿垂直方向设置的转轴，所述转子能够绕所述转轴转动；所述转镜，设置于所述转子上。

可选地，所述摆镜能够在垂直方向上进行俯仰摆动，具有N个摆动状态且能够在所述N个摆动状态之间依次进行切换；

处于不同摆动状态的摆镜分别具有不同的俯仰倾角，且适于将所述探测光束偏折至所述发射透镜组件的不同位置，从而将任意一束所述探测光束分成多束垂直视场方向不同的探测子光束；其中，N为大于等于2的正整数。

可选地，所述转镜可以设置在所述发射透镜组件的焦平面处。

可选地，所述摆镜与所述转镜之间的同步包括：在不大于所述转镜的相邻两个反射面先后进行两次水平方向上的扫描之间的间隔时间内，所述摆镜从一个摆动状态切换至下一个摆动状态。

可选地，所述光发射器发射的探测光束的垂直视场角在所述激光雷达的垂直方向上的扫描的视场范围内均匀分布。

可选地，设定相邻的两个所述光发射器发射的探测光束的垂直视场角之间的差值为α度，设定任意一束所述探测光束经处于相邻两个摆动状态的所述摆镜分别偏折后的垂直视场角之间的差值为β度，

其中α＝β*N。

可选地，所述转镜的M个反射面中的至少两个反射面相对于垂直方向分别具有不同的俯仰倾角。

可选地，所述摆镜包括：

壳体，所述壳体的顶部和底部的内侧分别设置有第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽和所述第二限位槽的延伸方向与所述摆镜的反射面相平行，且所述第一限位槽和所述第二限位槽中至少之一在所述壳体的前后方向上的行程宽度不为零；

片状摆动部件，所述片状摆动部件的顶端和底端分别卡接于所述第一限位槽和所述第二限位槽之内，所述片状摆动部件的前方表面具有反射面，所述反射面用于偏折所述入射光束；

驱动部件，适于驱动所述片状摆动部件在所述壳体内摆动。

可选地，所述第一限位槽和所述第二限位槽在所述壳体的前后方向上的行程宽度均不为零。

可选地，所述驱动部件包括：

第一磁性部件，设置于所述片状摆动部件上，且靠近所述片状摆动部件的顶端；

第二磁性部件，设置于所述片状摆动部件上，且靠近所述片状摆动部件的底端；

第一驱动装置，固定设置于所述壳体的内部，并与所述第一磁性部件相对且间隔设置，所述第一驱动装置被设置成在第一驱动信号的驱动下能够推拉所述第一磁性部件，以带动所述片状摆动部件的顶端在所述第一限位槽内摆动；

第二驱动装置，固定设置于所述壳体的内部，并与所述第二磁性部件相对且间隔设置，所述第二驱动装置被设置成在第二驱动信号的驱动下能够推拉所述第二磁性部件，以带动所述片状摆动部件的底端在所述第二限位槽内摆动。

可选地，所述第一限位槽的行程宽度与所述第二限位槽的行程宽度不相同。

可选地，所述片状摆动部件具有四个摆动状态，包括：

第一摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端推至与所述第一限位槽的前方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端推至与所述第二限位槽的前方突缘相抵接；

第二摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端推至与所述第一限位槽的前方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端拉至与所述第二限位槽的后方突缘相抵接；

第三摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端拉至与所述第一限位槽的后方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端拉至与所述第二限位槽的后方突缘相抵接；

第四摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端拉至与所述第一限位槽的后方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端推至与所述第二限位槽的前方突缘相抵接。

可选地，所述片状摆动部件按所述第一摆动状态、所述第二摆动状态、所述第三摆动状态、所述第四摆动状态、再回到所述第一摆动状态的顺序被依次循环驱动。

可选地，所述第一限位槽的行程宽度为所述第二限位槽的行程宽度的n倍，或者所述第二限位槽的行程宽度为所述第一限位槽的行程宽度的n倍，n为大于1的自然数。

本发明实施例提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：

以上任一种所述的发射装置；

至少一个光接收器，用于接收回波光束，所述回波光束为所述发射光束经所述待测空间内的目标反射后所形成的光束；

控制装置，具有至少一个处理器，用于控制所述摆镜与所述转镜之间的同步，并根据所述探测光束的发射时刻与所述回波光束的接收时刻之间的时间间隔，计算所述待测空间内的目标与激光雷达的距离。

可选地，控制所述摆镜与所述转镜之间的同步包括，利用所述转镜的相邻两个反射面先后进行两次水平方向上的扫描之间的间隔时间，控制所述摆镜从一个摆动状态切换至下一个摆动状态。

可选地，所述激光雷达还包括：

分光装置，用于反射或透射所述探测光束，且透射或反射所述回波光束；

接收透镜组件，用于收集所述回波光束；

其中，所述光发射器发射的探测光束经所述分光装置反射或透射后入射至所述摆镜，所述探测光束经所述摆镜偏折后入射至所述发射透镜组件进行准直，准直后的所述探测光束入射至所述转镜被反射至所述待测空间，所述探测光束经所待测空间的目标反射后形成所述回波光束，所述回波光束经所述转镜反射至所述接收透镜组件，所述回波光束经所述接收透镜组件收集而入射至所述摆镜，所述回波光束经所述摆镜偏折后入射至所述分光装置，所述回波光束经所述分光装置透射或反射后会聚到所述光接收器上。

可选地，所述激光雷达还包括：

第二摆镜，所述第二摆镜设置于所述摆镜的正上方或正下方，所述第二摆镜被设置成与所述摆镜同步驱动。

可选地，所述激光雷达还包括：

分光装置，用于反射或透射所述探测光束，且透射或反射所述回波光束；

所述发射透镜组件，还用于收集所述回波光束；

其中，所述光发射器发射的探测光束经所述分光装置反射或透射后入射至所述摆镜，所述探测光束经所述摆镜偏折后入射至所述发射透镜组件进行准直，准直后的所述探测光束入射至所述转镜被反射至所述待测空间，所述探测光束经所待测空间的目标反射后形成所述回波光束，所述回波光束经所述转镜反射至所述接收透镜组件，所述回波光束经所述接收透镜组件收集而入射至所述第二摆镜，所述回波光束经所述第二摆镜偏折后入射至所述分光装置，所述回波光束经所述分光装置透射或反射后会聚到所述光接收器上。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

由于摆镜中的片状摆动部件能够在该第一限位槽和该第二限位槽之内摆动，第一限位槽和该第二限位槽的行程宽度不同，故片状摆动部件的顶端及底端摆动位置的不同组合对应形成多种不同的摆动状态，进而对应多种与垂直方向不同的倾角，从而可以将一束入射光束偏折至发射透镜组件上的不同位置，使得经发射透镜组件准直后的光束在发射透镜组件的焦平面上所成的像，在垂直方向维度上，有位置上的平移，故可以形成四束垂直视场角不同的探测光束，从而能够有效减少激光雷达中激光器的数量，达到降低成本、简化结构以及降低安装难度的目的。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例中一种摆镜的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中的另一种摆镜的结构示意图；

图3示出了本发明实施例中的另一种摆镜的结构示意图；

图3A-图3D分别示出了本发明实施例中的一种摆镜处于第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态以及第四摆动状态下的示意图；

图3a-图3d分别示出了本发明实施例中的一种摆镜处于第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态以及第四摆动状态下对应倾角的示意图；图4A示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图；

图4B示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的俯视图；

图4C示出了本发明实施例中的另一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图；

图4D示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图；

图4E示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图；

图4F示出了本发明实施例中的另一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图；

图5示出了本发明实施例中的一种激光雷达的结构示意图；

图6示出了本发明实施例中的另一种激光雷达的结构示意图；

图7示出了本发明实施例中的一种激光雷达的扫描轨迹示意图；

图8示出了本发明实施例中的一种激光雷达的扫描轨迹示意图；

图9示出了本发明实施例中的一种激光雷达的扫描轨迹示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

由背景技术可知，现有技术中的多线激光雷达存在成本高昂、能耗过大的问题。

现有的多线激光雷达是采用多个激光器和相应的探测器在垂直方向进行排列，以增加垂直方向上的探测范围及垂直视场角分辨率。但是由于每一个探测通道都需要一个激光器，而且，由于一个探测通道均包括一个激光器，即该激光雷达内包括的激光器数量相当多，因此这种激光雷达的成本较高,也造成了内部结构复杂、安装难度较大的问题。

为解决该技术问题，本发明实施例中提供了一种能够产生多种不同的摆动状态的摆镜，进而对应产生多种不同的偏折倾角，相应地，每个偏折倾角都能使激光覆盖不同的视场，从而能够有效减少激光雷达中激光器的数量，达到降低成本、简化结构以及降低安装难度的目的。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例中一种摆镜的结构示意图，该摆镜用于对入射光束进行偏折，参考图1可见，该摆镜包括：壳体10、片状摆动部件11及驱动部件14。为便于清楚描述，选择壳体10的相对较长的一侧边或者一侧面量度壳体10的高度，壳体10在高度的延伸方向称作为高度方向，图1中高度方向上的箭头的指向为高度方向的上部或者顶端或者顶部，箭头的反向为高度方向的下部或者底端或者底部；选择壳体10的相对尺寸最短的另一侧边或者侧面量度壳体10的深度或厚度，而壳体10在深度或厚度的延伸方向称作为前后方向，图1中前后方向上的箭头的指向为前后方向的前部或者前端或者前方，箭头的反向为前后方向的后部或者后端或者后方。当然，在具体实施中，本领域技术人员可以根据使用场景和装配的需要，调整上述方位指向的定义，此处的举例并不用以限定本申请的保护范围。

为了便于片状摆动部件11的安装，在该壳体10的顶部(高度方向的上部)和底部(高度方向的下部)的内侧分别设置有第一限位槽12和第二限位槽13，该第一限位槽12和该第二限位槽13的行程宽度的延伸方向与该摆镜的反射面110相互平行，相对应地，该片状摆动部件11的顶端111和底端112分别卡接于该第一限位槽12和该第二限位槽13之内。

在具体实施中，可以采用金属(比如高强度的合金)和非金属两种材料，或者只是采用非金属材料，来作为第一限位槽12和第二限位槽13的材质，因此可以提高限位槽的精度和长期稳定性。在生产中，可以采用铣削等工艺对原料进行加工，来制作得到第一限位槽12和第二限位槽13。

需要说明的是，由于若片状摆动部件11的端部(顶端111和/或底端112)可以在限位槽内沿着前后方向产生移动，则相应有行程的概念，故此处的行程宽度是以片状摆动部件11的端部(顶端111和/或底端112)的运动来进行的定义。

在具体实施中，该第一限位槽12和该第二限位槽13中至少之一在该壳体10的前后方向上的行程宽度不为零，具体包括以下三种情况：第一限位槽12在前后方向的行程宽度为零，第二限位槽13在前后方向的行程宽度不为零；第一限位槽12在前后方向的行程宽度不为零，第二限位槽13在前后方向的行程宽度为零；第一限位槽12在前后方向的行程宽度不为零，第二限位槽13在前后方向的行程宽度也不为零。而限位槽在该壳体10的前后方向上的行程宽度为零，则表示该片状摆动部件11的对应端无法在该限位槽内进行沿着壳体10的前后方向上的移动，也就说明该片状摆动部件11的对应端在前后方向呈现出的厚度大概等于对应限位槽在前后方向呈现出的深度。

举例而言，如图1中，第一限位槽12在该壳体10的前后方向上的行程宽度为零(片状摆动部件11的厚度大概等于第一限位槽12的深度)，则片状摆动部件11的顶端111直接固定地卡接于第一限位槽12内，片状摆动部件11的顶端111可以在第一限位槽12内摆动，但是无法在第一限位槽12内沿着前后方向有位置上的移动。而第二限位槽13在该壳体10的前后方向上的行程宽度不为零(片状摆动部件11的厚度小于第二限位槽13的深度)，第二限位槽13最左边为左端A，最右边为右端B，则片状摆动部件11的底端112虽卡接于第二限位槽13内，但片状摆动部件11的底端112可以在第二限位槽13内沿着前后方向有位置上的移动，比如片状摆动部件11的底端112可以从左端A移动至右端B。

为了实现该片状摆动部件11在该壳体10内的摆动，可以通过驱动部件14来驱动该片状摆动部件11的端部(顶端111和/或底端112)在限位槽(第一限位槽12和/或第二限位槽13)内沿着前后方向产生移动。

另外，在本发明一实施例中，该片状摆动部件11的前方的表面具有反射面110，该反射面110可以用于偏折该入射光束。当然在另一实施例中，也可以在该片状摆动部件11的前方表面贴合反射镜，采用该反射镜用于偏折该入射光束。可以理解的是，当摆镜中的片状摆动部件11在该第一限位槽12和/或该第二限位槽13之内摆动时，在不同的时刻，片状摆动部件11的顶端111及底端112会位于不同的位置，进而会产生摆动位置的不同组合，而片状摆动部件11会带动反射面110或者反射镜产生相对于雷达的垂直方向的不同倾角。比如，在t1时刻，片状摆动部件11的顶端111处于a1点(未示出)，底端112处于b1点(未示出)，反射面110或者反射镜与垂直方向的夹角为α1；在t2时刻，片状摆动部件11的顶端111处于a2点(未示出)，底端112处于b2点(未示出)，反射面110或者反射镜与激光雷达的垂直方向的夹角为α2≠α1。因此，本申请中的摆镜可以将一束入射光束偏折形成多束垂直视场角不同的探测光束，故能够有效减少激光雷达中激光器的数量，达到降低成本、简化结构以及降低安装难度的目的。

为了将一束入射光束偏折形成更多束垂直视场角不同的探测光束，在具体实施中，所述第一限位槽和所述第二限位槽在所述壳体的前后方向上的行程宽度可以均不为零。图2示出了本发明实施例中的另一种摆镜的结构示意图，在图2中，第一限位槽22与第二限位槽23在壳体10的前后方向上的行程宽度相同且不为零，且驱动部件拆分为两个子部件，该两个子部件分别用以独立驱动片状摆动部件的顶端111和底端112。

参考图2可见，该驱动部件包括：第一磁性部件141、第二磁性部件142、第一驱动装置143及第二驱动装置144。详细地说，第一磁性部件141贴附于该片状摆动部件且相对更靠近该片状摆动部件的顶端111，第一驱动装置143固定设置于该壳体10的内部，与该第一磁性部件141相对且间隔设置，当施加第一驱动信号至第一驱动装置143后，该第一驱动装置143与该第一磁性部件141彼此之间产生作用力，并呈现为第一驱动装置143在壳体10的前后方向上推拉该第一磁性部件141，从而带动该片状摆动部件的顶端111在该第一限位槽22内摆动或者说移动。同理，第二磁性部件142设置于该片状摆动部件上相对更靠近底端112的位置，第二驱动装置144固定设置于该壳体10的内部，并与该第二磁性部件142相对且间隔设置，当在该第二驱动装置144上施加第二驱动信号之后，第二驱动装置144能够推拉该第二磁性部件142，并带动该片状摆动部件的底端112在该第二限位槽23内摆动。

在具体实施中，可以采用第一电磁线圈作为该第一驱动装置143，第一磁钢作为该第一磁性部件141，然后该第一电磁线圈被设置成能够通过电流驱动来推拉该磁钢；相对应地，采用第二电磁线圈为第二驱动装置144，第二磁钢作为该第二磁性部件142，该第二电磁线圈被设置成能够通过电流驱动来推拉该第二磁钢。

为了进一步提高摆镜对于入射光束偏折扩充线束的能力，在具体实施中，该第一限位槽的行程宽度与该第二限位槽的行程宽度可以设置为并不相同。图3示出了本发明实施例中的另一种摆镜的结构示意图，在图3中，第一限位槽32在壳体30的前后方向上的行程宽度为T1,第二限位槽33在壳体30的前后方向上的行程宽度为T2。

并且，为了降低器件的复杂度及雷达的成本，本发明实施例中的摆镜的片状摆动部件11可以具有四个摆动状态，且只有在该四个摆动状态下才会进行光束的偏转。具体地，四个摆动状态分别为：

第一摆动状态，该第一驱动装置143将该片状摆动部件11的顶端推至与该第一限位槽32的前方突缘D端相抵接，该第二驱动装置144将该片状摆动部件11的底端推至与该第二限位槽33的前方突缘B端相抵接，参考图3A所示。

第二摆动状态，该第一驱动装置143将该片状摆动部件11的顶端推至与该第一限位槽32的前方突缘D端相抵接，该第二驱动装置144将该片状摆动部件11的底端拉至与该第二限位槽33的后方突缘A端相抵接，参考图3B所示。

第三摆动状态，该第一驱动装置143将该片状摆动部件11的顶端拉至与该第一限位槽32的后方突缘C端相抵接，该第二驱动装置144将该片状摆动部件11的底端拉至与该第二限位槽33的后方突缘A端相抵接，参考图3C所示。

第四摆动状态，该第一驱动装置143将该片状摆动部件11的顶端拉至与该第一限位槽32的后方突缘C端相抵接，该第二驱动装置144将该片状摆动部件11的底端推至与该第二限位槽33的前方突缘B端相抵接，参考图3D所示。

为了降低摆动状态彼此间切换时对限位槽的损耗，且提高摆镜的可靠性，在本发明一实施例中，该第一限位槽32和/或该第二限位槽33的内部可以分别设置有缓冲衬套34，以对该片状摆动部件11的端部起到一定的缓冲作用。缓冲衬套34可以采用相对有弹性且柔软的材质，比如橡胶。在本发明另一实施例中，与上述实施例中将片状摆动部件11的端(顶端和/或底端)运动至与限位槽(第一限位槽32或第二限位槽33)的前后方的突缘处作为摆动状态的方案不同，可以将片状摆动部件11运动到限位槽的行程宽度的中途位置作为摆动状态，比如位置E处为第一限位槽32内且靠近前方突缘D端的一处，则可以设置在该片状摆动部件11的顶端位于位置E处，且该片状摆动部件11的底端与该第二限位槽33的前方突缘B端相抵接时，作为第一摆动状态。

在具体实施中，该片状摆动部件11按该第一摆动状态、该第二摆动状态、该第三摆动状态、该第四摆动状态、再回到该第一摆动状态的顺序被依次循环驱动，这样一来，相邻的两次摆动状态进行切换的时候，都只有单端(顶端或者底端)驱动，也就是或者驱动该片状摆动部件11的顶端运动，或者是驱动该片状摆动部件11的底端运动，因此可以降低运动的复杂性，提高雷达的测量精度。

在本发明一实施例中，可以设置第一限位槽32与第二限位槽33的行程宽度存在n倍的关系，n为大于1的自然数即可。具体而言，可以是该第一限位槽32的行程宽度为该第二限位槽33的行程宽度的n倍：T1＝n×T2，又或者可以是该第二限位槽33的行程宽度为该第一限位槽32的行程宽度的n倍：T2＝n×T1。可以理解的是，第一限位槽32及第二限位槽33的行程宽度的大小关系决定了位于摆动状态之下的片状摆动部件11与垂直方向的夹角，从而决定了反射镜或反射面对光束的偏折大小，进而影响雷达的垂直视场大小，故本领域技术人员可以根据实际需要，在考虑本发明实施例中的雷达的垂直视场的大小以及拆分需求下，具体设定n的大小。在本发明一实施例中，可以选取n＝2，且T1＝n×T2，此时对应片状摆动部件11也可以具备4种状态，并且当片状摆动部件11按所述第一摆动状态、所述第二摆动状态、所述第三摆动状态、所述第四摆动状态、再回到所述第一摆动状态的顺序依次循环切换时，相邻摆动状态彼此之间对光束的偏折角度差相同，因此可以相对均匀地偏折光束，从而达到均匀探测。

比如如图3a所示，片状摆动部件11在第一摆动状态时的反射面的延伸方向与竖直方向的夹角为γ1；如图3b所示，片状摆动部件11在第二摆动状态时的反射面的延伸方向与竖直方向的夹角为γ2；如图3c所示，片状摆动部件11在第三摆动状态时的反射面的延伸方向与竖直方向的夹角为γ3；如图3d所示，片状摆动部件11在第四摆动状态时的反射面的延伸方向与竖直方向的夹角为γ4，则|γ2-γ1|＝|γ4-γ3|，|γ3-γ2|＝|γ4-γ1|。需要说明的是，反射面的延伸方向与竖直方向的夹角与反射镜110的法线方向与水平方向的夹角相同，为示意方便，在图3a-图3d中，均以反射镜110的法线方向与水平方向的夹角示出。并且，定义若从反射镜110的法线方向至水平方向为顺时针旋转，则反射镜110的法线方向与水平方向的夹角的角度数值为正值，如图3c与图3d中，夹角的角度数值γ3与γ4均为正值。若从反射镜110的法线方向至水平方向为逆时针旋转，则反射镜110的法线方向与水平方向的夹角的角度数值为负值，如图3a与图3b中，夹角的角度数值γ1与γ2均为负值。

在本发明一实施例中，该第一限位槽32的中心线与该第二限位槽33的中心线所形成的面，平行于该摆镜的反射面110，因此摆镜整个的结构相对对称，可以降低雷达结构的复杂程度。

继续参考图3可见，本发明实施例中的摆镜还包括：弹性部件35，该弹性部件35的一端固定连接于该壳体30的内部，该弹性部件35的另一端通过悬挂梁，采用焊接的方式来抵接于该片状摆动部件11的后方表面，该弹性部件35可以选用弹簧，该弹性部件35用于将该片状摆动部件11在该壳体30的内部从后方推向前方，以确保该片状摆动部件11可以在该壳体30内部灵活摆动。在本发明另一实施例中，所述弹性部件35可以用于悬挂所述片状摆动部件11，使得所述片状摆动部件11前后平移或者俯仰方向旋转。

为了使得本领域技术人员更好地理解和实现本发明，本发明实施例还提供了一种摆镜的驱动方法，也即通过施加驱动信号至驱动部件，来驱动该片状摆动部件在该壳体内摆动。

还是继续参考图3中，用以控制摆镜的控制元件可以控制施加第一驱动信号至该第一驱动装置143，以推拉片状摆动部件11的顶端；控制施加第二驱动信号至第二驱动装置144，以推拉片状摆动部件11的底端，从而驱动该片状摆动部件11在该第一摆动状态、该第二摆动状态、该第三摆动状态及该第四摆动状态中切换。

在具体实施中，可以分时施加该第一驱动信号与该第二驱动信号，以驱动该片状摆动部件11按该第一摆动状态、该第二摆动状态、该第三摆动状态、该第四摆动状态、再回到该第一摆动状态的顺序依次循环切换，从而可以降低雷达的复杂度。

为了确保片状摆动部件11的端(顶端和/或底端)尽量较轻地从限位槽(第一限位槽32和/或第二限位槽33)的一侧突缘抵靠至限位槽的另外一侧突缘，而避免直接碰撞上去，且若推动片状摆动部件11时所采用的第一驱动信号为正向信号，拉动片状摆动部件11时所采用的第一驱动信号为负向信号，在具体实施中，可以调整该第一驱动信号，比如先采用正向的第一驱动信号，再采用负向的第一驱动信号，以驱动该片状摆动部件11的顶端先以加速、后以减速运动，最终相对较稳地运动至该第一限位槽32的前方或后方突缘。类似地，也可以调整该第二驱动信号，，比如先采用正向的第二驱动信号，再采用负向的第二驱动信号，以驱动该片状摆动部件11的底端先以加速、后以减速，并最终相对较稳地运动至该第二限位槽33的前方或后方突缘。换言之，当采用线圈143及144驱动摆镜做摆动状态切换的时候，因为是通过限位槽控制倾角，因此可以尽量避免反馈控制，而可以通过调节线圈143及144的电流方向和幅度，以及驱动的时长来对磁钢141及142做推拉动作，目的是要使得摆镜在切换时长Δt内切换到下一个摆动状态。

如果第一驱动信号为OUT1，第二驱动信号为OUT2，则每次摆动状态切换的时候，都存在如下三个时序。若某一端原来的位置为0(对应左边)，现在要切换到1(对应右边)，则先加速(OUT1＝1)达时长TA1，然后减速(OUT1＝0)达时长TD1，然后锁定于该摆动状态(OUT＝1)，直到下一次摆动状态的切换。整个切换过程中，摆镜的另一个端的线圈的驱动信号OUT2的状态不变。而下次摆动状态切换的时候，OUT1不变，OUT2重复上述过程。

在具体实施中，可以设置TA1>TD1，TA1+TD1<Δt，从而可以使得片状摆动部件11能轻轻地扣在另外一边，而不至于撞上去，可以降低损耗。每次摆镜状态切换的时候，所需要的加速时长和减速时长都可以独立控制，从而增加控制的灵活性。

为便于理解，图4A示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图，图4B示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的俯视图，参考图4A与图4B所示，发射装置包括：至少一个光发射器41、摆镜42、发射透镜组件43以及转镜44。其中，多个光发射器41，用于发射探测光束，多个光发射器41沿激光雷达的垂直方向排布，多个该光发射器41彼此发射的探测光束具有不同的垂直视场角。转镜44设置在发射透镜组件43的焦平面位置处，经发射透镜组件43准直后的探测光束在转镜44上所成的像也即为在其焦平面所成的像。摆镜42与转镜44的转轴相互垂直。

在具体实施中，摆镜42可以采用以上实施例中的任一种结构来实现，也可以采用其他的方式实现，包括但不限于比如采用一维振镜、旋转棱镜、液晶、使用电子信号来操纵的一个或多个光学相控阵列或者电机驱动的机械件，只要该摆镜42可以将入射后的任意一束探测光束偏折至发射透镜组件43上的不同的位置，进而在经过发射透镜组件43准直后，在该发射透镜组件43的焦平面上，一般也是转镜44上，所成的像在垂直方向上有不同的平移或者分散即可。

在本发明一实施例中，该摆镜42采用以上实施例中的任一种结构加以实现，也即一种能够在垂直方向上进行俯仰摆动，具备N个(比如为4个)摆动状态，且能够在该N个摆动状态或者选择N个中的部分(比如3个)摆动状态依次进行切换的结构。在此情况下，处于不同摆动状态下的摆镜42可以分别具有不同的俯仰倾角，进而对于任意某一束探测光束，处于不同摆动状态下的摆镜42可以将该某一束探测光束偏折至所述发射透镜组件43的不同位置，从而使得该探测光束经过该发射透镜组件43的准直后，在该发射透镜组件43的焦平面上，也可以是该转镜44上所成的像，有位置上的相对平移，从而可以将任意一束所述探测光束分成多束垂直视场方向不同的探测子光束。由于上述实施例已经对其原理及结构进行详细阐述，此处不再赘述。

发射透镜组件43，可以用于对被该摆镜42偏折后的探测光束进行准直。

转镜44，固定于转子上，并且绕该转子的沿垂直方向设置的转轴进行转动，用于将该探测光束反射至待测空间，以实现该探测光束在水平方向上的扫描。具体地，该转镜44具有M个反射面且M个反射面与该摆镜42配合着同步协调工作，其中M为大于等于2的正整数。并且，为了便于说明，在图4A中，转镜44具有2个反射面，分别为反射面M11及反射面M12，且二者平行相对设置。图4C示出了本发明实施例中的另一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图，其中M＝2，可以理解图4A为t1时刻的发射装置的示意图，图4C为(t1+Δt)时刻的发射装置的示意图，选择m方向作为参考的零度方向，或者说转镜44开始旋转的初始0°方向，则对比图4A与图4C可见，转镜44一直在绕转轴转动，在t1时刻，转镜44的其中一个发射面M11的镜面法线与m方向的夹角为在(t1+Δt)时刻，转镜44的其中一个发射面M11的镜面法线与m方向的夹角为

另外，图4D示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图，图4E示出了本发明实施例中的一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图，在图4D及图4E中，M均为4，转镜44的4个反射面分别为M11、M12、M13及M14，图4D为t3时刻的发射装置的示意图，图4E为(t3+Δt)时刻的发射装置的示意图，同样选择m方向作为参考的零度方向，或者说转镜44开始旋转的初始0°方向，则对比图4D与图4E也可见，转镜44一直在绕转轴转动，在t3时刻，转镜44的其中一个发射面M11的镜面法线与m方向的夹角为在(t3+Δt)时刻，发射面M11的镜面法线与m方向的夹角为

因此，本领域技术人员在实际应用中可以根据需要设置M的大小及反射面的相对位置，此处的示例并不限制本申请。

需要说明的是，在图4A、图4B、图4C、图4D及图4E中可见，转镜44顺时针旋转，只是一种示意，以方便本领域技术人员的理解，但该示意不构成对本申请的限制。在本发明另一实施例中，转镜44也可以逆时针旋转。

在具体实施中，该摆镜42可以绕着转轴摆动，摆动到不同的位置，可以呈现出N个摆动状态，处于不同摆动状态的摆镜42分别具有不同的俯仰倾角。图4F示出了本发明实施例中的另一种激光雷达的发射装置的结构的侧面示意图，对比图4A与图4F可见，摆镜42可以处于不同的摆动状态，在图4A中，摆镜42可处于第一摆动状态，俯仰倾角为γ1；在4F中，摆镜42可处于第二摆动状态，俯仰倾角为γ2。并且，该摆镜42能够在该N个摆动状态之间依次进行切换，其中N为大于等于2的正整数。可以理解的是，N的大小与第一定位槽及第二定位槽的设置有关。另外，所述摆镜42可以按所述第一摆动状态、所述第二摆动状态、所述第三摆动状态、所述第四摆动状态、再回到所述第一摆动状态的顺序依次循环切换，所述摆镜42也可以只是选取其中一部分状态切换，比如可以选取在所述第三摆动状态、所述第四摆动状态、再回到第三摆动状态的顺序切换。

由于摆镜具备多个摆动状态(N个)，转镜具有多个反射面(M个)，故为了更好的配合，该摆镜与该转镜需要进行一定的同步以及协调，并且整个激光雷达的帧频与摆镜及转镜的运动频率之间也可以存在不同的配合时序，以便于用户根据需求进行线束及帧率的切换。

在本发明的一些实施例中，可以不驱动摆镜，而只是驱动转镜，此时摆镜类似于一面反射镜。若垂直方向上依次排列的光发射器为16个，帧频为X1HZ，转镜的转动频率为2X1HZ，此时雷达可以对周边环境扫描得到16线的点云数据。而且，如果垂直方向上依次排列的光发射器为16个，帧频为X1HZ，转镜的转动频率为4X1HZ，此时雷达对周边环境扫描也是可以得到16线的点云数据，但相比于2X1HZ频率的转镜所获得的点云，该16线的点云更密。需要说明的是，一幅点云图像代表一帧，对应到激光雷达内部就是如电机类的旋转装置旋转一圈完成扫描。而帧频为一秒钟内激光雷达的旋转装置，比如转镜44或者电机所旋转的圈数，也就是每秒钟激光雷达完成一圈扫描的次数，帧频也代表了激光雷达所获取到的点云数据更新的频率。例如，某一激光雷达工作在10HZ的帧频，则表示该激光雷达的旋转装置每秒转10圈。

在本发明的另一些实施例中，可以在不大于该转镜的相邻两个反射面先后进行两次水平方向上的扫描之间的间隔时间内，该摆镜从一个摆动状态切换至下一个摆动状态，换言之，摆镜处于任一个摆动状态达一定的时长，在这段时长内，转镜的一个反射面进行一次水平方向或者水平角度上的扫描。

比如，当M＝2，N＝2，转镜的两个反射面M11及M12相对平行设置，而摆镜具备第一摆动状态及第二摆动状态。则摆镜与该转镜的同步以及协调可以参考表1，具体而言：

在t0时刻，摆镜进入第一摆动状态，在t1时刻(t1时刻可以为t0时刻，也可以是晚于t0时刻)至t2时刻段内，摆镜保持处于第一摆动状态，而t0至t1时刻，可以是转镜的反射面不开始工作，也可以是发射器不发射探测光束，总归此t0时刻至t1时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，而处于第一摆动状态的摆镜的反射面的延伸方向与垂直方向的夹角为γ1(参考图3a与图4A)，从t1时刻开始，摆镜的反射面将入射的光束偏转后，入射至转镜的M11面，而转镜的M11面在t1时刻至t2时刻这一时间段内在水平方向上绕着转轴从(参考图4A)旋转至(参考图4C)，完成一次水平方向上的扫描。接着，在t3时刻(t3时刻可以为t2时刻，也可以为晚于t2的时刻)至t4时刻这段时间内，摆镜从第一摆动状态切换至第二摆动状态，转镜继续旋转，但该段时间内转镜无反射面偏折入射光束和/或发射器不发射探测光束，甚至就是转镜的反射面不开始工作，总归此t3时刻至t4时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，处于第二摆动状态的摆镜的反射面的延伸方向与垂直方向的夹角为γ2(参考图3b以及图4F)，在t5时刻(t5时刻可以为t4时刻，也可以为晚于t4的时刻)，转镜的M12面旋转至可以接收到经处于第二摆动状态下的摆镜偏折后的入射光束且开始工作，并继续在接下来的t5时刻至t6时刻的时间段内，摆镜也一直保持第二摆动状态，而转镜的M12面绕着转轴从(未示出，由于M11与M12平行，故类似于亦可参考图4A理解)旋转至(未示出，类似于亦可参考图4C理解)，完成一次水平方向上的扫描。然后，不断重复循环上述过程，不再赘述。

表1

又比如，当M＝2，N＝4，转镜的两个反射面M11及M12相对平行设置，而摆镜具备第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态及第四摆动状态。整个雷达的帧频为X₂HZ，转镜为2X₂HZ，摆镜的动作频率为4X₂HZ，若垂直方向上依次排列的光发射器为16个，此时雷达可以对周边环境扫描得到64线的点云数据。则摆镜与该转镜的同步以及协调可以参考表2，具体而言：

在t0时刻，摆镜进入第一摆动状态，在t1时刻(t1时刻可以为t0时刻，也可以是晚于t0时刻)至t2时刻段内，摆镜保持处于第一摆动状态，而t0至t1时刻，可以是转镜的反射面不开始工作，也可以是发射器不发射探测光束，总归此t0时刻至t1时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，而处于第一摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ1(参考图3a与图4A)，从t1时刻开始，摆镜的反射面将入射的光束偏转后，入射至转镜的M11面，而转镜的M11面在t1时刻至t2时刻这一时间段内在水平方向上绕着转轴从(参考图4A)旋转至(参考图4C)，完成一次水平方向上的扫描。

接着，在t3时刻(t3时刻可以为t2时刻，也可以为晚于t2的时刻)至t4时刻这段时间内，摆镜从第一摆动状态切换至第二摆动状态，转镜继续旋转，但该段时间内转镜无反射面偏折入射光束和/或发射器不发射探测光束，甚至就是转镜的反射面不开始工作，总归此t3时刻至t4时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，而处于第二摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ2(参考图3b以及图4F)，在t5时刻(t5时刻可以为t4时刻，也可以为晚于t4的时刻)，转镜的M12面旋转至可以接收到经处于第二摆动状态下的摆镜偏折后的入射光束且开始工作，并继续在接下来的t5时刻至t6时刻的时间段内，摆镜也一直保持第二摆动状态，而转镜的M12面绕着转轴从(未示出，由于M11与M12平行，故类似于亦可参考图4A理解)旋转至(未示出，类似于亦可参考图4C理解)，完成一次水平方向上的扫描。

然后，在t7时刻(t7时刻可以为t6时刻，也可以为晚于t6的时刻)至t8时刻这段时间内，摆镜从第二摆动状态切换至第三摆动状态，转镜继续旋转，但该段时间内转镜无反射面偏折入射光束和/或发射器不发射探测光束，甚至是转镜的反射面不开始工作，总归此t7时刻至t8时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，处于第三摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ3(参考图3c)，在t9时刻(t9时刻可以为t8时刻，也可以为晚于t8的时刻)，转镜的M11面旋转至可以接收到经处于第三摆动状态下的摆镜偏折后的入射光束且开始工作，并继续在接下来的t9时刻至t10时刻的时间段内，摆镜也一直保持第三摆动状态，而转镜的M11面绕着转轴从(未示出，类似于可参考图4A理解)旋转至(未示出，类似于亦可参考图4C理解)，完成一次水平方向上的扫描。

继而，在t11时刻(t11时刻可以为t10时刻，也可以为晚于t10的时刻)至t12时刻这段时间内，摆镜从第三摆动状态切换至第四摆动状态，转镜继续旋转，但该段时间内转镜无反射面偏折入射光束和/或发射器不发射探测光束，甚至是转镜的反射面不进行工作，总归此t11时刻至t12时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，处于第四摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ4(参考图3d)，在t13时刻(t13时刻可以为t12时刻，也可以为晚于t12的时刻)，转镜的M12面旋转至可以接收到经处于第四摆动状态下的摆镜偏折后的入射光束且开始工作，并继续在接下来的t13时刻至t14时刻的时间段内，摆镜也一直保持第四摆动状态，而转镜的M12面绕着转轴从(未示出，类似于亦可参考图4A理解)旋转至(未示出，类似于亦可参考图4C理解)，完成一次水平方向上的扫描。然后不断重复循环上述过程，不再赘述。

表2

还比如，当M＝4，N＝4时，转镜为正方体，且四个反射面M11、M12、M13及M14间隔设置，而摆镜具备第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态及第四摆动状态。整个雷达的帧频为X₃HZ，转镜为X₃HZ，摆镜的动作频率为4X₃HZ，摆镜与该转镜的同步以及协调可以参考表3，具体而言：

在t0时刻，摆镜进入第一摆动状态，在之后的t1时刻(t1时刻可以为t0时刻，也可以是晚于t0时刻)至t2时刻段内，摆镜保持处于第一摆动状态，处于第一摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ1(参考图3a与图4A)，从t1时刻开始，摆镜的反射面将入射的光束偏转后，入射至转镜的M11面，而转镜的M11面在t1时刻至t2时刻这一时间段内在水平方向上绕着转轴从(未示出，可参考图4D理解)旋转至(未示出，可参考图4E理解)，完成一次水平方向上的扫描。

接着，在t3时刻(t3时刻可以为t2时刻，也可以为晚于t2的时刻)至t4时刻这段时间内，摆镜从第一摆动状态切换至第二摆动状态，转镜继续旋转，但该段时间内转镜无反射面偏折入射光束和/或发射器不发射探测光束，或者就是转镜的反射面不开始工作，而处于第二摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ2(参考图3b以及图4F)，在t5时刻(t5时刻可以为t4时刻，也可以为晚于t4的时刻)，转镜的M12面旋转至可以接收到经处于第二摆动状态下的摆镜偏折后的入射光束且开始工作，并继续在接下来的t5时刻至t6时刻的时间段内，摆镜也一直保持第二摆动状态，而转镜的M12面绕着转轴从(参考图4D)旋转至(参考图4E)，完成一次水平方向上的扫描。

然后，在t7时刻(t7时刻可以为t6时刻，也可以为晚于t6的时刻)至t8时刻这段时间内，摆镜从第二摆动状态切换至第三摆动状态，转镜继续旋转，但该段时间内转镜无反射面偏折入射光束和/或发射器不发射探测光束，或者就是转镜的反射面不开始工作，总归此t7时刻至t8时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，处于第三摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ3(参考图3c)，在t9时刻(t9时刻可以为t8时刻，也可以为晚于t8的时刻)，转镜的M13面旋转至可以接收到经处于第三摆动状态下的摆镜偏折后的入射光束且开始工作，并继续在接下来的t9时刻至t10时刻的时间段内，摆镜也一直保持第三摆动状态，而转镜的M13面绕着转轴从(未示出，可参考图4D理解)旋转至(未示出，可参考图4E理解)，完成一次水平方向上的扫描。

继而，在t11时刻(t11时刻可以为t10时刻，也可以为晚于t10的时刻)至t12时刻这段时间内，摆镜从第三摆动状态切换至第四摆动状态，转镜继续旋转，但该段时间内转镜无反射面偏折入射光束和/或发射器不发射探测光束或者就是转镜的反射面不开始工作，总归此t11时刻至t12时刻这一时间段内转镜不进行水平方向的扫描，处于第四摆动状态的摆镜的反射面与垂直方向的夹角为γ4(参考图3d)，在t13时刻(t13时刻可以为t12时刻，也可以为晚于t12的时刻)，转镜的M14面旋转至可以接收到经处于第四摆动状态下的摆镜偏折后的入射光束且开始工作，并继续在接下来的t13时刻至t14时刻的时间段内，摆镜也一直保持第四摆动状态，而转镜的M14面绕着转轴从(未示出，可参考图4D理解)旋转至(未示出，可参考图4E理解)，完成一次水平方向上的扫描。然后不断重复循环上述过程，不再赘述。

表3

在具体实施中，该光发射器发射的探测光束的垂直视场角在该激光雷达的垂直方向上的扫描的视场范围内均匀分布，从而可以在垂直视场上实现均匀的扫描。

在具体实施中，若设定相邻的两个该光发射器发射的探测光束的垂直视场角之间的差值为α度，设定任意一束该探测光束经处于相邻两个摆动状态的该摆镜分别偏折后的垂直视场角之间的差值为β度，则差值角度α与差值角度β之间存在如下的比例关系：

其中α＝β*N；

其中N为摆镜具有的摆动状态的个数，因此可以看到，经过处于N种不同摆动状态的摆镜的偏折，对任意一束经准直后的探测光束，均可以被分成且是等分成N束垂直视场方向不同的探测子光束，并且这N束垂直视场方向不同的探测子光束并非同一时间点产生，而是在摆镜静止处于N种摆动状态中的之一时，相继一一产生的。另外，经过控制定位槽的相对大小关系及摆动状态之间的切换时序，可以确保N束垂直视场方向不同的探测子光束彼此之间的垂直视场夹角相同。因此，通过采用本发明实施例的雷达的发射端，可以在不改变激光发射器数量的前提下提高垂直扫描的线束，故可以降低雷达的成本及复杂度。

为了进一步提高激光雷达的垂直视场的线束，在本发明一实施例中，该转镜的M个反射面中的至少两个反射面可以相对于垂直方向分别设置有不同的俯仰倾角。详细地说，即对M面转镜增加设置俯仰倾角，这一俯仰倾角就是与转镜的转轴(也就是垂直方向)的夹角。由于转镜的M面反射面会对入射的探测光束产生镜面效应，当M面反射面均平行于垂直方向，也即M面反射面的俯仰倾角均为零时，则入射的探测光束经过转镜的反射面的反射后，可以由相对于水平面对称的方向反射出去。而对M面中任一反射面而言，当反射面存在一个轻微的不为零的俯仰倾角时，就会使得反射出去的探测光束也发生不同的偏转。而若每一发射面的俯仰倾角不同，就产生垂直视场方向不同的探测光束，当配合着，转镜绕转轴旋转时，就会产生垂直视场方向不同的线束的扫描轨迹。当然，当M面转镜绕转轴旋转时，从面对入射的探测光束的方向，到逐渐远离并与入射的光束接近平行时，转镜的俯仰倾角效应会逐渐消失。因此，扫描线在仿真结果的左侧很均匀的分布，到了右侧，每相邻的M条扫描线会汇聚在一起。

图5示出了本发明实施例中的一种激光雷达的结构示意图，为加以区分，图5中的实线箭头表示出射的探测光束的走向，虚线箭头表示回波光束的走向，如图5所示，该激光雷达可以包括：上述实施例中的任一种发射装置、至少一个光接收器及控制装置。另外，为了实现光束的偏转或者准直等功能，该激光雷达还可以包括相对应的光学器件。比如激光雷达还可以包括分光装置及接收透镜组件，该分光装置用于反射或透射该探测光束，且透射或反射该回波光束；该接收透镜组件，用于收集该回波光束。

参考图5，该激光雷达的工作过程如下：

该光发射器发射的探测光束，经该分光装置反射或透射后入射至该摆镜，该探测光束经处于N个摆动状态之一摆镜偏折后，入射至该发射透镜组件进行准直，准直后的该探测光束入射至与之同步的转镜，被转镜的某一面反射面反射至待测空间，该探测光束经所待测空间的目标反射后形成回波光束，该回波光束经该转镜反射至该接收透镜组件，该回波光束经该接收透镜组件收集而入射至摆镜，该回波光束经摆镜偏折后，再次入射至该分光装置，该回波光束经该分光装置透射或反射后，会聚到光接收器上。在控制方面，具有至少一个处理器的控制装置可以控制该摆镜与该转镜之间的同步，并根据该探测光束的发射时刻与该回波光束的接收时刻之间的时间间隔，来相应计算该待测空间内的目标与激光雷达的距离。

图6示出了本发明实施例中的另一种激光雷达的结构示意图，为加以区分，图6中的实线箭头表示出射的探测光束的走向，虚线箭头表示回波光束的走向。与图5不同的是，除了图5中示出的部件外，该实施例中的激光雷达还可以额外包括：第二摆镜，该第二摆镜设置于该摆镜的正上方或正下方均可，只要第二摆镜与摆镜在水平面上的投影相重合即可，该第二摆镜被设置成与该摆镜同步驱动，确保该第二摆镜与该摆镜处于相同的摆动状态。而与图5类似地，为了实现光束的偏转或者准直等功能，该激光雷达也是包括分光装置及接收透镜组件，该分光装置用于反射或透射该探测光束，且透射或反射该回波光束；该接收透镜组件，用于收集该回波光束。

参考图6，该激光雷达的工作过程如下：

该光发射器发射的探测光束，经该分光装置反射或透射后，入射至该摆镜，该探测光束经该摆镜偏折后，入射至该发射透镜组件进行准直，准直后的该探测光束入射至与摆镜同步配合的转镜，进而被反射至该待测空间，该探测光束经所待测空间的目标反射后，形成该回波光束，该回波光束经该转镜反射至该接收透镜组件，该回波光束经该接收透镜组件收集，而入射至该第二摆镜，该回波光束经该第二摆镜偏折后入射至该分光装置，该回波光束经该分光装置透射或反射后会聚到该光接收器上。在后台控制中，控制装置也是控制该摆镜、第二摆镜与该转镜之间的同步，并根据该探测光束的发射时刻与该回波光束的接收时刻之间的时间间隔，来相应计算该待测空间内的目标与激光雷达的距离。

需要说明的是，关于摆镜与转镜的同步等控制，在上述实施例中已经详细阐述，在此不再赘述。

为更好地说明本发明实施例中的激光雷达的扫描效果，图7示出了本发明实施例中的一种激光雷达的扫描轨迹示意图，光发射器为4个LD，该4个LD沿垂直方向均匀地依次排布，摆镜具有N＝2个摆动状态：第一摆动状态及第二摆动状态，对应反射面或者反射镜具有2种与垂直方向的倾角：γ1(参考图3a)及γ2(参考图3b)，转镜具有2个反射面，且2个反射面均平行于垂直方向，图7的横轴为水平方向扫描视场，纵轴为垂直方向扫描视场。如图7所示，可以看到8条在垂直视场上比较均匀的扫描线，这是由于每个LD发射出的一束探测光束可以分别被处于第一摆动状态或第二摆动状态的摆镜所偏折，以等分地形成两束垂直扫描方向不同的探测光束，摆镜对线束进行了扩充，再借助转镜绕转轴的旋转达到水平方向的扫描，可以得到8条扫描线。可以理解的是，上述的扫描线即为探测光束扫描所形成的。另外，在图7中，分别标出了γ1以及γ2分别对应的扫描线。

图8示出了本发明实施例中的一种激光雷达的扫描轨迹示意图，光发射器为4个LD，该4个LD沿垂直方向均匀地依次排布，摆镜具有N＝4个摆动状态：第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态及第四摆动状态，对应反射面或者反射镜具有4种与激光雷达的垂直方向的倾角：γ1(参考图3a)、γ2(参考图3b)、γ3(参考图3c)及γ4(参考图3d)，转镜具有2个反射面，且2个反射面均可以平行于垂直方向，图8的横轴表征激光雷达的水平方向扫描角度，纵轴表征激光雷达的垂直方向扫描角度。如图8所示，可以看到16条在垂直视场上比较均匀的扫描线，这是由于每个LD发射出的一束探测光束可以分别被处于第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态或第四摆动状态的摆镜所偏折，以在垂直视场上，均分地形成四束垂直扫描方向不同的探测光束，摆镜对线束进行了扩充，再借助转镜绕转轴的旋转达到水平方向的扫描，可以得到16条扫描线。另外，在图8中，分别标出了γ1、γ2、γ3以及γ4分别对应的扫描线。

图9示出了本发明实施例中的一种激光雷达的扫描轨迹示意图，光发射器为4个LD，分别为LD1、L,2、LD3及LD4，该4个LD沿垂直方向均匀地依次排布，摆镜具有N＝4个摆动状态：第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态及第四摆动状态，对应反射面或者反射镜具有4种与垂直方向的倾角：γ1(参考图3a)、γ2(参考图3b)、γ3(参考图3c)及γ4(参考图3d)，转镜的2个反射面(分别为M11与M12)与垂直方向均具有不为零的夹角，夹角可以为δ1及δ2。图9的横轴为水平方向扫描角度，纵轴为垂直方向扫描角度。如图9所示，可以看到32条在垂直视场上的扫描线，一部分原因是与图8中对应的实施例类似地，每个LD发射出的一束探测光束可以分别被处于第一摆动状态、第二摆动状态、第三摆动状态或第四摆动状态的摆镜所偏折，以在垂直视场上，均分地形成四束垂直扫描方向不同的探测光束，摆镜对线束进行了扩充，另一部分的原因是由于带有倾角的转镜的反射面也对线束在垂直方向上进行了扩充，转镜绕转轴的旋转又达到水平方向的扫描，因此共形成了32条扫描线。另外，可以看到扫描线在左侧还是较均匀的分布，但是到了右侧，每相邻的两条扫描线则近乎汇聚到了一起。这个左右侧的不均匀产生的原因则是如之前所述，当多面转镜绕转轴旋转时，从面对入射的探测光束的方向，到逐渐远离并与入射的光束接近平行时，转镜的俯仰倾角效应会逐渐消失。因此，扫描线在仿真结果的左侧很均匀的分布，到了右侧，每相邻的多条扫描线会汇聚在一起。

并且，由于在图9中线束太多，为便于说明，在图9中，按照光发射器-摆镜倾角-转镜倾角的规则对扫描线束进行了编号，比如1-1-1表示LD1-γ1-δ1，也即该扫描线束是第一个光发射器LD1，在摆镜处于第一个摆动状态(倾角为γ1)，反射面M11(夹角为δ1)绕转轴旋转后扫描所得到的线束；又比如2-1-1表示LD2-γ1-δ1，也即该扫描线束是第二个光发射器LD2，在摆镜处于第一个摆动状态(倾角为γ1)，反射面M11(夹角为δ1)绕转轴旋转后扫描所得到的线束；又比如2-2-1表示LD2-γ2-δ1，也即该扫描线束是第二个光发射器LD2，在摆镜处于第二个摆动状态(倾角为γ2)，反射面M11(夹角为δ1)绕转轴旋转后扫描所得到的线束；又比如2-2-2表示LD2-γ2-δ2，也即该扫描线束是第二个光发射器LD2，在摆镜处于第二个摆动状态(倾角为γ2)，反射面M12(夹角为δ2)绕转轴旋转后扫描所得到的线束。

对比图8及图9也可知，相对于对转镜的反射面设置与垂直方向的不为零的倾角，通过采用本发明实施例中的摆镜，既可以在不增多光发射器的基础上，得到多线束扫描线，又可以得到相对均匀的扫描线。

需要说明的是，本申请中的光发射器可以是任何合适类型的发射元件。例如，光发射器可以是LED、LD或者VCSEL等，并且该发射器可以根据探测需求进行参数上的调整，比如可以调整发光强度，可以调整发光频率，也可以调整发光的波长。光接收器可以是任何合适类型的能将光转换成电信号的检测器件，例如APD、SPAD或SiPM等。

以上该仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上该仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种激光雷达的发射装置，其特征在于，包括：至少一个光发射器、摆镜、发射透镜组件以及转镜，其中：

所述至少一个光发射器，用于发射探测光束；

所述摆镜，用于反射入射的所述探测光束至所述发射透镜组件的不同位置，从而使得所述探测光束经所述发射透镜组件后在所述发射透镜组件的焦平面上所成的像有位置平移，以改变所述探测光束的垂直视场角来实现所述探测光束在垂直方向上的扫描；

所述发射透镜组件，用于对被所述摆镜反射后的探测光束进行准直；

所述转镜，设置为与所述摆镜同步，所述转镜具有M个反射面，用于将经所述发射透镜组件准直后所述探测光束反射至待测空间，从而实现所述探测光束在水平方向上的扫描，其中M为大于等于2的正整数。

2.如权利要求1所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述摆镜能够在垂直方向上进行俯仰摆动，具有N个摆动状态且能够在所述N个摆动状态之间依次进行切换；

处于不同摆动状态的摆镜分别具有不同的俯仰倾角，且适于将所述探测光束偏折至所述发射透镜组件的不同位置，从而将任意一束所述探测光束分成多束垂直视场方向不同的探测子光束；

其中，N为大于等于2的正整数。

3.如权利要求2所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述摆镜与所述转镜之间的同步包括：在不大于所述转镜的相邻两个反射面先后进行两次水平方向上的扫描之间的间隔时间内，所述摆镜从一个摆动状态切换至下一个摆动状态。

4.如权利要求3所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述光发射器发射的探测光束的垂直视场角在所述激光雷达的垂直方向上的扫描的视场范围内均匀分布。

5.如权利要求4所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

设定相邻的两个所述光发射器发射的探测光束的垂直视场角之间的差值为α度，

设定任意一束所述探测光束经处于相邻两个摆动状态的所述摆镜分别偏折后的垂直视场角之间的差值为β度，

其中α＝β*N。

6.如权利要求1所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述转镜的M个反射面中的至少两个反射面相对于垂直方向分别具有不同的俯仰倾角。

7.如权利要求1所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述摆镜包括：

壳体，所述壳体的顶部和底部的内侧分别设置有第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽和所述第二限位槽的延伸方向与所述摆镜的反射面相平行，且所述第一限位槽和所述第二限位槽中至少之一在所述壳体的前后方向上的行程宽度不为零；

片状摆动部件，所述片状摆动部件的顶端和底端分别卡接于所述第一限位槽和所述第二限位槽之内，所述片状摆动部件的前方表面具有反射面，所述反射面用于偏折所述入射光束；

驱动部件，适于驱动所述片状摆动部件在所述壳体内摆动。

8.如权利要求7所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述第一限位槽和所述第二限位槽在所述壳体的前后方向上的行程宽度均不为零。

9.如权利要求7所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述驱动部件包括：

第一磁性部件，设置于所述片状摆动部件上，且靠近所述片状摆动部件的顶端；

第二磁性部件，设置于所述片状摆动部件上，且靠近所述片状摆动部件的底端；

第一驱动装置，固定设置于所述壳体的内部，并与所述第一磁性部件相对且间隔设置，所述第一驱动装置被设置成在第一驱动信号的驱动下能够推拉所述第一磁性部件，以带动所述片状摆动部件的顶端在所述第一限位槽内摆动；

第二驱动装置，固定设置于所述壳体的内部，并与所述第二磁性部件相对且间隔设置，所述第二驱动装置被设置成在第二驱动信号的驱动下能够推拉所述第二磁性部件，以带动所述片状摆动部件的底端在所述第二限位槽内摆动。

10.如权利要求7所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述第一限位槽的行程宽度与所述第二限位槽的行程宽度不相同。

11.如权利要求10所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述片状摆动部件具有四个摆动状态，包括：

第一摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端推至与所述第一限位槽的前方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端推至与所述第二限位槽的前方突缘相抵接；

第二摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端推至与所述第一限位槽的前方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端拉至与所述第二限位槽的后方突缘相抵接；

第三摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端拉至与所述第一限位槽的后方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端拉至与所述第二限位槽的后方突缘相抵接；

第四摆动状态，所述第一驱动装置将所述片状摆动部件的顶端拉至与所述第一限位槽的后方突缘相抵接，所述第二驱动装置将所述片状摆动部件的底端推至与所述第二限位槽的前方突缘相抵接。

12.如权利要求11所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述片状摆动部件按所述第一摆动状态、所述第二摆动状态、所述第三摆动状态、所述第四摆动状态、再回到所述第一摆动状态的顺序被依次循环驱动。

13.如权利要求10所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

所述第一限位槽的行程宽度为所述第二限位槽的行程宽度的n倍，或者所述第二限位槽的行程宽度为所述第一限位槽的行程宽度的n倍，n为大于1的自然数。

14.如权利要求1所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

当存在多个光发射器时，多个所述光发射器沿垂直方向排布，每个所述光发射器发射的探测光束具有不同的垂直视场角。

15.如权利要求1所述的激光雷达的发射装置，其特征在于，

还包括转子，所述转子，具有沿垂直方向设置的转轴，所述转子能够绕所述转轴转动；

所述转镜，设置于所述转子上。

16.一种激光雷达，其特征在于，包括：

如权利要求1-15任意一项所述的发射装置；

至少一个光接收器，用于接收回波光束，所述回波光束为所述发射光束经所述待测空间内的目标反射后所形成的光束；

控制装置，具有至少一个处理器，用于控制所述摆镜与所述转镜之间的同步，并根据所述探测光束的发射时刻与所述回波光束的接收时刻之间的时间间隔，计算所述待测空间内的目标与激光雷达的距离。

17.如权利要求16所述的激光雷达，其特征在于，

控制所述摆镜与所述转镜之间的同步包括，利用所述转镜的相邻两个反射面先后进行两次水平方向上的扫描之间的间隔时间，控制所述摆镜从一个摆动状态切换至下一个摆动状态。

18.如权利要求16所述的激光雷达，其特征在于，

所述激光雷达还包括：

分光装置，用于反射或透射所述探测光束，且透射或反射所述回波光束；

接收透镜组件，用于收集所述回波光束；

其中，所述光发射器发射的探测光束经所述分光装置反射或透射后入射至所述摆镜，所述探测光束经所述摆镜偏折后入射至所述发射透镜组件进行准直，准直后的所述探测光束入射至所述转镜被反射至所述待测空间，所述探测光束经所待测空间的目标反射后形成所述回波光束，所述回波光束经所述转镜反射至所述接收透镜组件，所述回波光束经所述接收透镜组件收集而入射至所述摆镜，所述回波光束经所述摆镜偏折后入射至所述分光装置，所述回波光束经所述分光装置透射或反射后会聚到所述光接收器上。

19.如权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，

所述激光雷达还包括：

第二摆镜，所述第二摆镜设置于所述摆镜的正上方或正下方，所述第二摆镜被设置成与所述摆镜同步驱动。

20.如权利要求16所述的激光雷达，其特征在于，

所述激光雷达还包括：

分光装置，用于反射或透射所述探测光束，且透射或反射所述回波光束；

所述发射透镜组件，还用于收集所述回波光束；

其中，所述光发射器发射的探测光束经所述分光装置反射或透射后入射至所述摆镜，所述探测光束经所述摆镜偏折后入射至所述发射透镜组件进行准直，准直后的所述探测光束入射至所述转镜被反射至所述待测空间，所述探测光束经所待测空间的目标反射后形成所述回波光束，所述回波光束经所述转镜反射至所述接收透镜组件，所述回波光束经所述接收透镜组件收集而入射至所述第二摆镜，所述回波光束经所述第二摆镜偏折后入射至所述分光装置，所述回波光束经所述分光装置透射或反射后会聚到所述光接收器上。