CN110398724A

CN110398724A - 激光雷达

Info

Publication number: CN110398724A
Application number: CN201910793173.6A
Authority: CN
Inventors: 吴世祥; 向少卿
Original assignee: Hesai Photonics Technology Co Ltd
Current assignee: Hesai Photonics Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2019-11-01

Abstract

一种激光雷达，包括：激光发射模块、分光模块、扫描模块和接收模块；其中，所述接收模块的数量是多个，扫描模块分别与所述多个接收模块对应形成多个子扫描视场，上述多个子扫描视场通过视场拼接构成所述激光雷达的总视场；相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。本发明对于多个子扫描视场拼接的激光雷达，仅仅只需要对激光雷达的结构进行小幅度的改动，限制相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件，就能够在不影响激光雷达性能的情况下，避免/缓解因相邻的子扫描视场之间的交叠区域而大幅度的增大安全距离。

Description

激光雷达

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别是涉及一种激光雷达。

背景技术

在自动驾驶技术中，车辆可以借助于诸如激光雷达等设备来感知周围物体。激光雷达的工作原理是，向周围三维空间发射激光光束作为探测信号，激光光束照射到周围三维空间中的待测物体后被反射，成为回波信号，激光雷达将接收到的回波信号与发射信号进行比较，从而获得关于待测物体的相关信息，如距离、速度等。

众所周知，强烈的激光会对人眼造成损伤，为此，我国有相关的人眼安全标准来限制激光的滥用。激光雷达需要选择合适的工作波长，例如1550nm，其对人眼的伤害途径主要是热损伤。根据人眼安全标准，激光的人眼安全功率阈值与激光波长、光斑大小、脉冲个数等参数相关。

进入人眼瞳孔的激光功率会随着距离衰减，因此，基于激光的发射功率、以及人眼安全功率阈值，可以计算出安全距离。

可以理解的是，当人眼与激光光源之间的距离超过安全距离时，可以认为进入人眼瞳孔的激光功率在人眼可接受的范围内，因此，安全距离是越小越好。

现有技术中存在多种用于减小激光雷达对人眼的损伤、以及减小安全距离的方法，例如，增大出射光束的口径，从而使得激光进入人眼瞳孔的功率占比减小，又如，减少激光脉冲个数，但这同时也会导致激光雷达的分辨率或帧频降低。

视场是激光雷达的一项重要参数，现有技术中通过设置激光雷达的多条光路，对其采集的多个子扫描视场进行拼接，可以让激光雷达获得更大的视场。

相邻的子扫描视场之间通常会存在一定的交叠区域，如图1所示，打斜线的部分即为两个相邻的子扫描视场之间的交叠区域。

在相邻的子扫描视场之间的交叠区域，激光进入人眼瞳孔的功率，是两束激光光束分别进入人眼瞳孔的功率的线性叠加，由此会导致激光雷达的安全距离大幅度的增大(即人眼需要距离激光雷达的光源更远，才能避免受到激光的损伤)。

发明内容

本发明解决的技术问题是：对于多个子扫描视场拼接的激光雷达，如何避免/缓解因相邻的子扫描视场之间的交叠区域而大幅度的增大安全距离。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种激光雷达，包括：激光发射模块、分光模块、扫描模块和接收模块；其中：

所述激光发射模块，用于发射激光光束；

所述分光模块，用于将一个或多个激光发射模块发射的激光光束分为多束入射激光光束，并传送至所述扫描模块；

所述扫描模块，用于将多束入射激光光束反射至三维空间、以及用于接收并反射多束回波激光光束；

所述接收模块，用于接收并处理上述多束回波激光光束；

其中，所述接收模块的数量是多个，扫描模块分别与所述多个接收模块对应形成多个子扫描视场，上述多个子扫描视场通过视场拼接构成所述激光雷达的总视场；

相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。

可选的，相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件具体是：

d≥2l×tan(α/2)；

其中，d表示相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置之间的距离，l表示相邻的子扫描视场的交叠区域中距离扫描模块最近的点与扫描模块之间的距离，α表示相邻的子扫描视场的交叠区域的圆心角角度。

可选的，相邻的子扫描视场的交叠区域中距离扫描模块最近的点与扫描模块之间的距离l>100mm。

可选的，当所述子扫描视场、入射激光光束、出射激光光束、回波激光光束、接收模块的数量为奇数时，最中间的子扫描视场所对应的出射激光光束在所述扫描模块上的出射位置位于扫描模块中间，其余子扫描视场所对应的出射激光光束在所述扫描模块上的出射位置在扫描模块中间的两侧对称布置。

可选的，所述子扫描视场、入射激光光束、出射激光光束、回波激光光束、接收模块的数量为3或者5。

可选的，所述激光发射模块为脉冲激光发射器；所述扫描模块为扫描镜。

可选的，所述扫描镜为振镜；激光发射模块为光纤激光器。

可选的，所述激光光束的波长为1550nm。

可选的，通过设置所述子扫描视场对应的分光模块的位置满足预设的距离，来使得所述相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。

可选的，通过设置所述子扫描视场对应的分光模块的倾斜角度满足预设的角度，来使得所述相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

对于多个子扫描视场拼接的激光雷达，仅仅只需要对激光雷达的结构进行小幅度的改动，限制相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件，通过合理的光束位置分布，避免相邻的子扫描视场所对应的激光光束在近距离交叠，远距离的交叠区域的总功率在人眼可接受的范围内，就能够在不影响激光雷达性能的情况下，避免/缓解因相邻的子扫描视场之间的交叠区域而大幅度的增大安全距离。

该方案一方面减小了安全距离，另一方面不会对系统性能带来明显的负面影响，且不会带来太大的改动成本，在理想情况下，能够使得采用多个子扫描视场拼接的激光雷达的安全距离、与未采用多个子扫描视场拼接的激光雷达的安全距离相同，理论上可以使得相邻的子扫描视场之间的交叠区域不会对激光雷达的安全距离构成影响。

附图说明

图1为相邻的子扫描视场之间的交叠区域示意图；

图2为本发明实施例中激光雷达结构示意图；

图3为本发明实施例中相邻的子扫描视场之间的交叠区域示意图；

图4为本发明实施例中激光光束在扫描模块上的出射位置示意图。

具体实施方式

根据背景技术部分的分析可知，通过设置激光雷达的多条光路，对其采集的多个子扫描视场进行拼接，可以让激光雷达获得更大的视场。相邻的子扫描视场之间通常会存在一定的交叠区域，如图1所示，打斜线的部分即为两个相邻的子扫描视场之间的交叠区域。

现有技术中，减小激光雷达对人眼的损伤的方法，往往是与系统的性能相互矛盾的，例如，增大出射光束的口径，则意味着系统的复杂度提高，往往受限于系统的提及，又如，减少激光脉冲个数，则意味着分辨率或帧频降低，对系统性能来说也往往是不可接受的。

采用本发明的方案，仅仅只需要对激光雷达的结构进行小幅度的改动，就能够避免/缓解因相邻的子扫描视场之间的交叠区域而大幅度的增大安全距离，该方案一方面减小了安全距离，另一方面不会对系统性能带来明显的负面影响，同时如前所述，仅仅只需要对激光雷达的结构进行小幅度的改动，即不会带来太大的改动成本。在理想情况下，能够使得采用多个子扫描视场拼接的激光雷达的安全距离、与未采用多个子扫描视场拼接的激光雷达的安全距离相同，理论上可以使得相邻的子扫描视场之间的交叠区域不会对激光雷达的安全距离构成影响。

为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明，以下参照附图，通过具体实施例进行详细说明。

如下所述，本发明实施例提供一种激光雷达。

参照图2所示的激光雷达结构示意图，激光雷达包括：激光发射模块201、分光模块202、扫描模块203和接收模块204；其中：

所述激光发射模块201，用于发射激光光束；

所述分光模块202，用于将一个或多个激光发射模块发射的激光光束分为多束入射激光光束，并传送至所述扫描模块；

所述扫描模块203，用于将多束入射激光光束反射至三维空间，被反射至三维空间的光束可以称为出射激光光束、当出射激光光束经三维空间中的待测目标反射后构成回波激光光束；该扫描模块203，还可以用于接收并反射多束回波激光光束至接收模块204；

所述接收模块204，用于接收并处理上述多束回波激光光束。

其中，所述接收模块的数量是多个，扫描模块分别与所述多个接收模块对应形成多个子扫描视场，上述多个子扫描视场通过视场拼接构成所述激光雷达的总视场。

在一个实施例中，多个子扫描视场可以共用同一个扫描模块。

具体的，图2中以3个子扫描视场为例进行说明，接收模块的数量是3个，扫描模块分别与上述3个接收模块对应形成3个子扫描视场，上述3个子扫描视场通过视场拼接构成所述激光雷达的总视场。

在其它实施例中，也可以是2个、3个、5个子扫描视场，本发明对此不作限定。

激光雷达工作时，激光发射模块发射激光光束，例如可以是脉冲激光光束，传输至分光模块，分光模块将上述激光光束分为多束入射激光光束，例如3束入射激光光束，并反射至扫描模块，扫描模块将上述多束入射激光光束反射到三维空间进行探测，多束出射激光光束照射到三维空间中的待测目标后被反射回来，形成多束回波激光光束，上述多束回波激光光束经扫描模块反射后，由接收模块接收并处理。

激光雷达根据出射激光光束出射的时刻、和接收到回波激光光束的时刻，能够确定待测目标与激光雷达之间的距离。

激光雷达根据接收到的回波激光光束的角度，能够确定待测目标在视场中的位置。

在一个实施例中，所述激光发射模块为脉冲激光发射器；所述扫描模块为扫描镜。

在一个实施例中，激光发射模块具体可以是脉冲激光发射器，扫描模块可以是扫描镜，当然，也可以采用能够实现上述功能的其它组件，本发明对此不作限定。

激光光束的波长可以是常见的1550nm，当然也可以以其他波长，只要该波长的激光光束对人眼的损伤形式主要为热能损伤即可。

与现有技术的不同之处在于，本发明中，如图3所示，相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件，该预设的距离条件具体是：

d≥2l×tan(α/2)；

其中，d表示相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置之间的距离，l表示相邻的子扫描视场的交叠区域中距离扫描模块最近的点与扫描模块之间的距离，α表示相邻的子扫描视场的交叠区域的圆心角角度(已知)。

从图3中可以清楚的看到(同时结合图1进行对比)，相邻的子扫描视场在近距离处不存在交叠，具体即在距离小于l处不存在交叠，在距离大于等于l的远距离处则仍然存在交叠。

其中，l的取值应当使得在距离大于等于l的远距离处，即使相邻的2束激光光束同时进入人眼瞳孔，其功率仍然不超过人眼安全功率阈值。

也就是说，l的取值受出射功率、光斑大小、脉冲个数、人眼安全功率阈值等多个因素的影响。

在一个实施例中，各个子扫描视场所处对应的出射激光光束的功率相等，相邻的子扫描视场的交叠区域中距离扫描模块最近的点与扫描模块之间的距离l满足如下条件：

l²≈l²+d²≥(2k×P₀)/P_s；

其中，l表示相邻的子扫描视场的交叠区域中距离扫描模块最近的点与扫描模块之间的距离，d表示相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置之间的距离，k为已知常数，表示激光光束随距离平方的衰减率，P₀为已知常数，表示出射激光光束的功率，P_s为已知常数，表示激光光束对于人眼的安全功率(参考人眼安全功率阈值)。

具体的，可以是l>100mm，更具体的，可以是l＝300mm，即相邻的子扫描视场在距离小于300mm处不存在交叠。

如前所述，l的取值应当使得在距离大于等于l的远距离处，即使相邻的2束激光光束同时进入人眼瞳孔，其功率仍然不超过人眼安全功率阈值。那么在此情况下，相邻的子扫描视场之间的交叠区域不会对激光雷达的安全距离构成影响，也就是说，在理想情况下，能够使得采用多个子扫描视场拼接的激光雷达的安全距离、与未采用多个子扫描视场拼接的激光雷达的安全距离相同，从而避免/缓解因相邻的子扫描视场之间的交叠区域而大幅度的增大安全距离。

如前所述，采用本发明的方案，仅仅只需要对激光雷达的结构进行小幅度的改动，就能够达到上述技术效果。

具体的，结合参考图3和图4所示，以前述的公式来限制相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置之间的距离，具体是增大了相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置之间的距离d(举例来说，例如可以是d≥4mm)。

在具体实施中，本发明通过调整分光模块的位置或者说减少分光模块彼此之间的距离，来增大相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置。继续参考图4所示，采用本发明实施例中的方案，左侧的其中一个分光模块设置在位置为11～，而采用现有技术中的方案的左侧的其中一个分光模块设置在位置为11，类似的，采用本发明实施例中的方案，右侧的其中一个分光模块设置在位置为21～，而采用现有技术中的方案的右侧的其中一个分光模块设置在位置为21。

在本发明一实施例中，还可以通过改变分光模块的倾斜角度，来相应增大相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置。

在一些实施例中，通过设置所述子扫描视场对应的分光模块的位置满足预设的距离，来使得所述相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。

在一些实施例中，通过设置所述子扫描视场对应的分光模块的倾斜角度满足预设的角度，来使得所述相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。

现有技术中，激光光束通常是从扫描镜的中间出射。而在本发明中，各个子扫描视场所对应的出射激光光束在所述扫描模块上的出射位置，在扫描模块中间的两侧对称布置。当子扫描视场、激光光束、接收模块的数量为奇数时，最中间的子扫描视场所对应的出射激光光束在所述扫描模块上的出射位置，可以位于扫描模块中间。

各路激光光束的出射角度可以维持不变，因而也就无需对激光雷达其它部分的结构作大幅度的改动，当然，这不构成对本发明保护范围的限制，在其它实施例中，各路激光的出射角度也可以发生改变，这并不影响本发明方案的实施。

通过以上对技术方案的描述可以看出：本实施例中，对于多个子扫描视场拼接的激光雷达，仅仅只需要对激光雷达的结构进行小幅度的改动，限制相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件，通过合理的光束位置分布，避免相邻的子扫描视场所对应的激光光束在近距离交叠，远距离的交叠区域的总功率在人眼可接受的范围内，就能够在不影响激光雷达性能的情况下，避免/缓解因相邻的子扫描视场之间的交叠区域而大幅度的增大安全距离。

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

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：激光发射模块、分光模块、扫描模块和接收模块；其中：

所述激光发射模块，用于发射激光光束；

所述接收模块，用于接收并处理上述多束回波激光光束；

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件具体是：

d≥2l×tan(α/2)；

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，相邻的子扫描视场的交叠区域中距离扫描模块最近的点与扫描模块之间的距离l>100mm。

4.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，当所述子扫描视场、入射激光光束、出射激光光束、回波激光光束、接收模块的数量为奇数时，最中间的子扫描视场所对应的出射激光光束在所述扫描模块上的出射位置位于扫描模块中间，其余子扫描视场所对应的出射激光光束在所述扫描模块上的出射位置在扫描模块中间的两侧对称布置。

5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述子扫描视场、入射激光光束、出射激光光束、回波激光光束、接收模块的数量为3或者5。

6.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块为脉冲激光发射器；所述扫描模块为扫描镜。

7.如权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描镜为振镜；激光发射模块为光纤激光器。

8.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光光束的波长为1550nm。

9.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，通过设置所述子扫描视场对应的分光模块的位置满足预设的距离，来使得所述相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。

10.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，通过设置所述子扫描视场对应的分光模块的倾斜角度满足预设的角度，来使得所述相邻的子扫描视场所对应的激光光束在所述扫描模块上的出射位置满足预设的距离条件。