CN110632618A - 激光雷达及其控制方法以及自动驾驶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及激光探测技术领域，公开了一种激光雷达及其控制方法以及自动驾驶装置，该激光雷达包括：第一收发模组，用于发射第一出射激光和接收第一反射激光；第一扫描模组，用于偏转第一出射激光，还用于接收第一反射激光并偏转后射向第一收发模组；扩束模组，用于扩束准直经过第一扫描模组的第一出射激光并射向第一探测区域，还用于缩束会聚接收到的第一反射激光并射向第一扫描模组；第二收发模组，用于发射第二出射激光和接收第二反射激光；第二扫描模组，用于使第二出射激光射向第二探测区域，还用于接收第二反射激光并偏转后射向第二收发模组。通过上述方式，本发明实施例提高了激光雷达的测距能力。

Description

激光雷达及其控制方法以及自动驾驶装置
技术领域
本发明实施例涉及激光探测技术领域，具体涉及一种激光雷达及其控制方法以及自动驾驶装置。
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，激光雷达在探测过程中，对整个视场范围进行全面的探测。但在视场的中心位置，或者某些特定物体所在的区域，往往需要“看”的更清楚、更远，因此需要激光雷达有更高的分辨率和测距能力。现有的激光雷达无法满足实际应用中的探测需求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种激光雷达及其控制方法和自动驾驶装置，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种激光雷达，该激光雷达包括：第一收发模组，用于发射第一出射激光和接收第一反射激光；所述第一反射激光为所述第一出射激光被第一探测区域内的物体反射后返回的激光；第一扫描模组，用于偏转所述第一出射激光，还用于接收所述第一反射激光并偏转后射向所述第一收发模组；扩束模组，用于扩束准直经过所述第一扫描模组的所述第一出射激光并射向所述第一探测区域，还用于缩束会聚接收到的所述第一反射激光并射向所述第一扫描模组；第二收发模组，用于发射第二出射激光和接收第二反射激光；所述第二反射激光为所述第二出射激光被第二探测区域内的物体反射后返回的激光；第二扫描模组，用于使所述第二出射激光射向所述第二探测区域，还用于接收所述第二反射激光并偏转后射向所述第二收发模组；
所述第一探测区域为所述激光雷达整个视场范围中的部分区域，所述第二探测区域为所述激光雷达整个视场范围，所述第二探测区域的视场范围覆盖所述第一探测区域的视场范围。
在一种可选的方式中，所述第一扫描模组的中心光轴和所述第二扫描模组的中心光轴平行。
在一种可选的方式中，所述所述第一出射激光的能量密度大于所述第二出射激光的能量密度。
在一种可选的方式中，所述第一扫描模组的中心光轴和所述扩束模组的中心光轴共线。
在一种可选的方式中，所述第一扫描模组和所述第二扫描模组均为MEMS微振镜。
在一种可选的方式中，经过所述扩束模组后的所述第一出射激光的光斑尺寸变为进入所述扩束模组前的所述第一出射激光的N倍，经过所述扩束模组后的所述第一出射激光的发散角变为进入所述扩束模组前的所述第一出射激光的1/N，其中，N大于1。
在一种可选的方式中，经过所述扩束模组后的所述第一反射激光的光斑尺寸变为进入所述扩束模组前的所述第一反射激光的1/N，经过所述扩束模组后的所述第一反射激光的发散角变为进入所述扩束模组前的所述第一反射激光的N倍，其中，N大于1。
在一种可选的方式中，所述激光雷达还包括：第一反射模组，用于将所述第一收发模组发射的所述第一出射激光反射后射向所述第一扫描模组，同时还用于接收所述第一扫描模组偏转的所述第一反射激光并反射后射向所述第一收发模组。
在一种可选的方式中，所述第一收发模组的数量为至少两个，所述第一反射模组包括一个反射镜，至少两个所述第一收发模组发射的所述第一出射激光均射向所述反射镜。
在一种可选的方式中，至少两个所述第一收发模组发射的所述第一出射激光，在所述反射镜上的光斑部分重叠。
在一种可选的方式中，所述激光雷达还包括：微处理器，用于控制所述第一收发模组和所述第二收发模组的发射和接收，还用于控制所述第一扫描模组和所述第二扫描模组的扫描。
在一种可选的方式中，所述激光雷达还包括：第一扫描模组支架和第二扫描模组支架；所述第一扫描模组支架用于固定所述第一扫描模组，所述第二扫描模组支架用于固定所述第二扫描模组。
在一种可选的方式中，所述第一扫描模组和所述第二扫描模组的截面形状为菱形。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种激光雷达控制方法，所述控制方法应用上述的激光雷达，所述方法包括：
第一收发模组发射第一出射激光；
第一扫描模组使第一出射激光偏转后射向扩束模组，第一出射激光经过扩束模组后射向第一探测区域；
第一扫描模组接收经过扩束模组的第一反射激光，并将第一反射激光偏转后射向第一收发模组；第一反射激光为第一出射激光被第一探测区域内的物体反射后返回的激光；
第一收发模组接收第一反射激光；
第二收发模组发射第二出射激光；
第二扫描模组使第二出射激光偏转后射向第二探测区域；
第二扫描模组接收第二反射激光，使第二反射激光偏转后射向第二收发模组；第二反射激光为第二出射激光被第二探测区域内的物体反射后返回的激光；
第二收发模组接收第二反射激光；
所述第一探测区域为所述激光雷达整个视场范围中的部分区域，所述第二探测区域为所述激光雷达整个视场范围，所述第二探测区域的视场范围覆盖所述第一探测区域的视场范围。
在一种可选的方式中，所述第一收发模组接收第一反射激光之后，所述方法还包括：
根据第一收发模组接收到的第一反射激光解析处理后判断第一探测区域内是否有物体；
若判断结果为第一探测区域内有物体，调整第一扫描模组的视场范围使第一探测区域覆盖物体。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种自动驾驶装置，所述自动驾驶装置包括行驶装置以及上述的激光雷达，所述激光雷达安装于所述行驶装置。
本发明实施例的激光雷达使用两组收发模组和两组扫描模组，其中第二收发模组和第二扫描模组对第二探测区域进行全面覆盖的探测；第一收发模组和第一扫描模组对第一探测区域进行探测，还设置有扩束模组，用于扩束准直经过第一扫描模组的第一出射激光，同时还用于缩束会聚接收到的第一反射激光；经过扩束模组的第一出射激光发散角小，第一出射激光的能量密度增加，提高了对第一探测区域的测距距离和角分辨率；由于扩束模组的直径大，接收到的第一反射激光增加，经过扩束模组的第一反射激光缩束会聚后均能够由第一扫描模组接收，增加了接收口径进而也提高了测距距离；因此，第一收发模组和第一扫描模组对第一探测区域的测距距离增加、角分辨率提高；使得激光雷达对第二探测区域实现全面覆盖的探测，对第一探测区域实现更远距离、更高分辨率的深入探测，满足激光雷达的多样化探测需求。
上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明第一实施例提供的一种激光雷达100的结构框图；
图2示出了本发明实施例的一种激光雷达100中第一出射激光经过扩束镜的效果图；
图3示出了本发明实施例的一种激光雷达100中第一反射激光经过扩束镜的效果图；
图4示出了本发明实施例的一种激光雷达100结构示意图；
图5示出了本发明实施例的一种激光雷达100中收发模组的结构示意图；
图6示出了本发明实施例的一种激光雷达100的光路示意图；
图7示出了本发明实施例的一种激光雷达100的另一光路示意图；
图8示出了本发明实施例的一种激光雷达100中视窗901的俯视图；
图9示出了本发明实施例提供的一种激光雷达的控制方法的流程图；
图10示出了本发明另一实施例的一种激光雷达的控制方法的流程图；
图11示出了本发明实施例的一种自动驾驶装置300的结构示意图。
具体实施方式中的附图标号如下。
第一收发模组10 探测器130 扩束模组30 微处理器80
发射模组11 聚焦镜131 第二收发模组40 上壳90
激光源110 折返镜14 第二扫描模组50 视窗901
准直镜111 第一扫描模组20 第二扫描模组支架51 下壳91
分束模组12 第一扫描模组支架21 第一反射模组60 反射模组安装座911
接收模组13 扩束镜筒210 第二反射模组70 收发模组卡槽912
激光雷达100 自动驾驶装置300 行驶装置310 激光雷达320
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二” 等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明实施例中的激光雷达的应用环境是安装于车辆或其他平台上，以向探测区域发射激光，获取探测区域中物体的距离、速度等相关信息。激光雷达的视场范围中，对某些区域有更高的探测需求，如测距能力和角分辨率，该区域称为ROI（Region of Interest）区域；同时，激光雷达仍需对视场范围内的非ROI区域进行全面准确的探测。对于ROI区域，通过设置扩束模组使出射激光发散角减小、并增加接收口径，提高第一收发模组和第一扫描模组对ROI区域的探测距离和角分辨率；对于非ROI区域，第二收发模组和第二扫描模组对第二探测区域进行全面探测。下面对本发明各实施例进行具体说明。
图1示出了本发明实施例的一种激光雷达100的结构框图，如图1所示，该激光雷达100包括：第一收发模组10，用于发射第一出射激光和接收第一反射激光，第一反射激光为第一出射激光被第一探测区域内的物体反射后返回的激光；第一扫描模组20，用于偏转第一出射激光，还用于接收第一反射激光并偏转后射向第一收发模组10；扩束模组30，用于扩束准直经过第一扫描模组20的第一出射激光并射向第一探测区域，还用于缩束会聚接收到的第一反射激光并射向第一扫描模组20；第二收发模组40，用于发射第二出射激光和接收第二反射激光，第二反射激光为第二出射激光被第二探测区域内的物体反射后返回的激光；第二扫描模组50，用于使第二出射激光射向第二探测区域，还用于接收第二反射激光并偏转后射向第二收发模组40。
其中，第一探测区域为第一收发模组10、第一扫描模组20和扩束模组30的探测视场角所覆盖的区域，第二探测区域为第二收发模组40和第二扫描模组50的探测视场角所覆盖的区域。激光雷达在应用中，需要对较大的视场范围进行全面准确的探测，因此第二探测区域的视场范围为激光雷达的整个视场范围；同时，对某些区域有更高的探测需求，如视场范围的中心区域，因此，第一探测区域为ROI区域，ROI区域通常为整个视场范围中的某些局部区域。第二探测区域的视场范围大于第一探测区域的视场范围，同时，第二探测区域覆盖第一探测区域。可选的，第二扫描模组50的振动角度大于第一扫描模组20的振动角度，以使第二探测区域的视场范围覆盖第一探测区域的视场范围。
当激光雷达100安装在车上时，ROI区域一般集中在装载激光雷达100的车正前方比较小的视场范围，例如水平20°，垂直10°。在实际应用时，可以根据需求适当调整ROI区域在整个探测区域中的位置。
本发明实施例的激光雷达100使用两组收发模组和两组扫描模组，其中第二收发模组40和第二扫描模组50对第二探测区域进行全面覆盖的探测；第一收发模组10和第一扫描模组20对第一探测区域进行探测，还设置有扩束模组30，用于扩束准直经过第一扫描模组20的第一出射激光，同时还用于缩束会聚接收到的第一反射激光；经过扩束模组30的第一出射激光发散角小，第一出射激光的能量密度增加，提高了对第一探测区域的测距距离和角分辨率；由于扩束模组30的直径大，接收到的第一反射激光增加，经过扩束模组30的第一反射激光缩束会聚后均能够由第一扫描模组20接收，增加了接收口径进而也提高了测距距离；激光雷达100的第一收发模组10和第一扫描模组20对第一探测区域的测距距离增加、角分辨率提高；因此，激光雷达100对第二探测区域实现全面覆盖的探测，对第一探测区域实现更远距离、更高分辨率的深入探测，满足激光雷达的多样化探测需求。
在一些实施例中，第一扫描模组20和第二扫描模组50的中心光轴相互平行。在实际应用中，第二扫描模组50的视场，即第二探测区域，沿中心0°均匀分布；同时，第一扫描模组20的视场，即第一探测区域，通常位于第二探测区域的中心位置，因此第一探测区域也沿中心0°均匀分布。第一扫描模组20和第二扫描模组50的中心光轴相互平行，能够使第一探测区域和第二探测区域均沿中心0°均匀分布。可选的，第一扫描模组20和第二扫描模组50的中心光轴相交；在某些特定场景的情况下，第一探测区域也可以不位于第二探测区域的中心位置，如转弯、上下坡等；此时，第一探测区域不沿中心0°均匀分布，而是偏离中心0°。
在一些实施例中，第一扫描模组20和第二扫描模组50可以沿竖直方向排列，也可以沿水平方向排列。优选的，第一扫描模组20和第二扫描模组50采用水平排列；能够有效降低激光雷达的整体高度，在实际应用中便于安装于车体外侧，匹配安装位置。
在一些实施例中，第一出射激光的能量密度大于第二出射激光的能量密度。由于ROI区域具有更高的探测需求，如测距能力和角分辨率，第一出射激光扫描第一探测区域的测距能力大于第二出射激光扫描第二探测区域的测距能力，实现对第一探测区域更远距离的探测。在一个具体的实施方式中，通过增加第一出射激光的发射点频提高第一出射激光的能量密度。在另一个具体的实施方式中，通过增加第一出射激光的发射功率提高第一出射激光的能量密度。
在一些实施例中，第一扫描模组20的尺寸大于第二扫描模组50的尺寸，第一收发模组10的接收灵敏度大于第二收发模组40的接收灵敏度，从而提高激光雷达100对第一探测区域的测距能力。
在一些实施例中，第一扫描模组20的中心光轴与扩束模组30的中心光轴共线设置；第一出射激光经第一扫描模组20偏转后，沿第一扫描模组20的中心光轴对称分布，第一扫描模组20的中心光轴与扩束模组30的中心光轴共线，第一出射激光经过第一扫描模组20偏转后，也能沿扩束模组30的中心光轴对称分布的形式入射，经过扩束模组30的第一出射激光的光束均匀，且经过第一扫描模组20偏转的第一出射激光均能通过扩束模组30扩束准直后出射；第一反射激光经扩束模组30接收并缩束会聚后，沿扩束模组30的中心光轴对称分布，经过扩束模组30缩束会聚的第一反射激光射向第一扫描模组20，由于第一扫描模组20的收光面尺寸较小，扩束模组30和第一扫描模组20的中心光轴共线，能够使缩束会聚后的第一反射激光尽可能多的射向第一扫描模组20并偏转射向第一收发模组10。
在一些实施例中，第一扫描模组20可以是振镜，例如，机械振镜、MEMS微振镜。在一种具体的实施方式中，第一扫描模组20为MEMS微振镜，MEMS微振镜体积小，集成度高可靠性好，第一出射激光经过MEMS微振镜偏转后出射，可以使第一出射激光均匀射向第一探测区域进行扫描，并接收同轴返回的第一反射激光，提高探测分辨率，压缩激光雷达100的体积，提高激光雷达100的稳定性。第二扫描模组50与第一扫描模组20可以相同，示例性的，第二扫描模组50和第一扫描模组20同为MEMS微振镜。第一扫描模组20和第二扫描模组50也可以不同，示例性的，第一扫描模组20为MEMS微振镜，第二扫描模组50为机械振镜。
在一些实施例中，扩束模组30用于扩束准直第一出射激光，使第一出射激光的光束直径增大、发散角减小，同时还用于缩束会聚第一反射激光，使第一反射激光的光束直径减小、发散角增大。扩束模组30的扩束倍数为N，N＞1，经过扩束模组30后的第一出射激光的光斑尺寸变为进入扩束模组30前的第一出射激光的N倍，经过扩束模组30后的第一出射激光的发散角变为经过扩束镜前的发散角的1/N。以第一扫描模组20为MEMS微振镜，扩束模组30为扩束镜为例，如图2所示，MEMS微振镜振动至不同角度时偏转的不同角度的第一出射激光，任意角度的第一出射激光在经过扩束镜后，均增大了光束直径、减小了发散角，达到了良好的扩束准直效果。进一步的，在第一反射激光的接收过程中，经过扩束模组30后的第一反射激光的光斑尺寸变为进入扩束模组30前的第一反射激光的1/N，经过扩束模组30后的第一反射激光的发散角变为进入扩束模组30前的第一反射激光的N倍。如图3所示，第一反射激光以近似平行的光束射向扩束模组30，经过扩束模组30后，第一反射激光的光束直径减小、发散角增大，使得扩束模组30接收到的第一反射激光均能会聚后射向第一扫描模组20的收光面，第一反射激光被第一扫描模组20偏转后被第一收发模组10接收，增大了第一收发模组10和第一扫描模组20的接收口径，提高了第一收发模组10的测距能力。示例性的，扩束模组30的扩束倍数N的取值范围为1.5~3。
在第一出射激光发射过程中，利用扩束模组30，减少第一出射激光的发散角的效果；减小发散角，第一出射激光会聚，提高出射能量密度，提高测距能力；在第一反射激光接收过程中，可以减小第一反射激光的光斑尺寸，使得接收到的所有第一反射激光均能被第一扫描模组接收，接收到的第一反射激光增加，进而明显提高了激光雷达100的测距能力。
在一个具体的实施例中，扩束模组30为扩束镜组。扩束镜组包括负透镜组和正透镜组；负透镜组位于第一出射激光的入射侧，正透镜组位于第一出射激光的出射侧。可选地，正透镜组和负透镜组均包括至少一片透镜；正透镜组和负透镜组可以是共焦的；使得经过第一扫描模组20偏转的第一出射激光均位于正透镜组和负透镜组的焦平面上，第一出射激光穿过后准直效果好；经过正透镜组和负透镜组接收的第一反射激光，均会聚于相同的焦平面上，便于第一扫描模组20接收；光束的能量利用率高，且简化光路设计。
图4示出了本发明实施例的一种激光雷达100的结构示意图，如图4所示，该激光雷达100包括上述第一收发模组10、第一扫描模组20、扩束模组30、第二收发模组40和第二扫描模组50；此外，还包括微处理器80、上壳90、下壳91。微处理器80用于控制第一收发模组10和第二收发模组40发射出射激光以及接收处理反射激光，还用于控制第一扫描模组20和第二扫描模组50的扫描。上壳90和下壳91合装后形成密封的内部空腔，第一收发模组10、第一扫描模组20、扩束模组30、第二收发模组40、第二扫描模组50、微处理器80等均置于内部空腔内。
在一些实施例中，第一收发模组10和第二收发模组40可以相同，也可以不同。优选的，第一收发模组10和第二收发模组40结构相同。激光雷达100采用相同的第一收发模组10和第二收发模组40，能够简化系统的结构设计，便于生产制造，同时也便于微处理器80控制发射和接收，简化微处理器80的硬件设计。
下面以一种收发模组的结构为例进行说明，如图5所示，收发模组包括发射模组11、分束模组12和接收模组13；发射模组11用于发射出射激光；分束模组12位于出射激光的光路上，使出射激光穿过后出射，同时，将接收到的反射激光偏转至接收模组13；接收模组13用于接收分束模组12偏转的反射激光。
在一些实施例中，发射模组11包括激光源。其中，发射模组11包括的激光源可以为一个，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，也可以选用脉冲发光光源；激光源可以为发光二极管LED，激光二极管LD，垂直腔面发射激光器VCSEL等中的一种或多种组合，本实施例并不以激光源的类型为限。在一些实施例中，分束模组12可以为中心开孔反射镜、偏振分光棱镜（Polarizing BeamSplitter，PBS）、偏振分光片、复合偏振片（中心开孔反射镜，其中心开孔处设置有偏振分光片）等中的一种或多种组合，本实施例不做具体限定。在一些实施例中，接收模组13用于接收分束模组12偏转的反射激光，并将接收到的反射激光转化为电信号；接收模组13包括接收器。其中，接收器可以为一个，也可以为多个；多个接收器呈阵列排列。接收器可以为雪崩二极管（Avalanche Photo Diode，APD）、硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）、复合硅光电倍增管(Multi-pixel Photon Counter，MPPC)等中的一种或多种组合。
如图5所示，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。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；探测器130用于接收会聚的反射激光。
在一些实施例中，如图5所示，上述收发模组还包括折返镜14。折返镜14设置于分束模组12和接收模组13之间的光路上，用于将分束模组12反射的反射激光反射后射向接收模组13；折返镜14还用于折叠光路，减少光路占用的空间，压缩收发模组的体积，进而压缩激光雷达100的体积。
在一些实施例中，上述收发模组还包括滤光片。滤光片设置于接收模组13之前，用于滤除射向接收模组13的第一反射激光中的干扰光；提高了接收模组13接收的信噪比，进而提高了获取的第一探测区域中目标物体的信息的准确度。
第一收发模组10采用前述收发模组结构，如图6所示，图中用带箭头的实线表示第一出射激光；带箭头的虚线表示第一反射激光。在激光雷达100测距过程中，激光源110发射第一出射激光，经准直镜111准直后射向分束模组12；分束模组12使第一出射激光穿过并射向第一扫描模组20，第一扫描模组20偏转第一出射激光后射向扩束模组30；扩束模组30将第一出射激光扩束准直后向外出射。第一出射激光被第一探测区域内的物体反射后返回第一反射激光。扩束模组30接收第一反射激光缩束会聚后会聚至第一扫描模组20，第一扫描模组20使第一反射激光偏转后射向分束模组12；分束模组12将接收到的第一反射激光反射至聚焦镜131；聚焦镜131会聚第一反射激光，探测器130接收会聚后第一反射激光。
第二收发模组40采用前述收发模组结构，第二出射激光穿过分束模组射向第二扫描模组50，并通过第二扫描模组50偏转后直接向外出射；第二反射激光被第二扫描模组50直接接收后，偏转射向第二收发模组40的分束模组。
在一些实施例中，如图4所示，下壳91的底板上设置有用于固定第一收发模组10和第二收发模组40的收发模组卡槽912；通过收发模组卡槽912限位固定第一收发模组10和第二收发模组40，穿过下壳91的底板从下向上锁紧第一收发模组10和第二收发模组40底部，不需要在下壳91的底板上设置固定结构，使收发模组之间排列更紧密，进而压缩了激光雷达100的体积。
在一些实施例中，第一收发模组10的具体数量可以根据实际需求而定，本实施例并不以此为限。每个第一收发模组10的视场范围有限，当激光雷达100在第一探测区域需要较大的水平视场角时，可以采用多个第一收发模组10在水平方向进行视场拼接。多个第一收发模组10对应的视场相连，或者部分重叠，从而扩大了可扫描的整个视场范围，且不会在视场间产生空隙造成漏检。同理，第二收发模组40的具体数量可以是一个，也可以是多个；通过多个第二收发模组40的视场拼接，能够扩大第二探测区域的水平视场角。
在一些实施例中，如图4所示，激光雷达100还包括第一反射模组60和第二反射模组70。第一反射模组60设置于第一收发模组10和第一扫描模组20之间的光路上，用于将第一收发模组10发射的第一出射激光反射后射向第一扫描模组20，还用于将第一扫描模组20偏转的第一反射激光反射后射向第一收发模组10；用于折叠光路，减少光路占用的空间，压缩激光雷达100的体积。进一步的，如图7所示，当第一收发模组10的数量为多个时，多个第一收发模组10共用一个第一反射模组60；多个第一收发模组10发射的多束第一出射激光均对准第一反射模组60，由于第一反射模组60的反射面尺寸较小，多个第一出射激光的光斑在第一反射模组60的反射面上至少部分重叠，重叠部分的光束能量密度增加，提高第一出射激光对第一探测区域的测距能力；同时，多个第一收发模组10共用第一反射模组60，内部结构紧凑，减少占用的体积。如图4所示，激光雷达100包括一个第一反射模组60和两个第一收发模组10。
第二反射模组70设置于第二收发模组40和第二扫描模组50之间的光路上，用于反射第二出射激光和第二反射激光。进一步的，当第二收发模组40的数量为多个时，每个第二收发模组40对应一个第二反射模组70，每个第二反射模组70反射对应的第二收发模组40发射的第二出射激光和接收的第二反射激光；第二收发模组40和第二反射模组70一一对应，使每个第二收发模组40对应的视场沿水平方向排列，尽可能扩大整体视场。如图4所示，激光雷达100包括四个第二收发模组40和对应设置的四个第二反射模组70。
在一些实施例中，如图4所示，下壳91的底板上设置有用于固定第一反射模组60和第二反射模组70的反射模组安装座911；通过反射模组安装座911限位固定第一反射模组60和第二反射模组70，使反射模组之间排列更紧密，进而压缩了激光雷达100的体积。
在一些实施例中，如图4所示，激光雷达100还包括第一扫描模组支架21和第二扫描模组支架51，第一扫描模组支架21用于固定第一扫描模组20，第二扫描模组支架51用于固定第二扫描模组50。其中，第一扫描模组支架21包括扩束镜筒210，用于固定扩束模组30。通过第一扫描模组支架21和第二扫描模组支架51固定，使第一扫描模组20和第二扫描模组50固定后朝向视场方向反射出射激光和接收回波的反射激光，且不会阻挡其下方的发射和接收光路，固定可靠。第一扫描模组支架21与扩束镜筒210为一体结构，能够限位扩束模组和第一扫描模组之间的相对位置，便于组装和调校。
在一些实施例中，第一扫描模组20和第二扫描模组50的截面形状均为菱形。如图4所示，为了使出射激光经过第一扫描模组20和第二扫描模组50偏转后向外出射、并接收同轴返回的反射激光偏转后射向第一反射模组60和第二反射模组70，第一扫描模组20和第二扫描模组50的受光面为朝向斜向下安装；第一扫描模组20和第二扫描模组50的下端会遮挡光路，上端会影响上壳的高度压缩，造成空间浪费；将其截面形状设置为菱形，能够有效避免对第一出射激光和第二出射激光造成的遮挡，同时也能使上壳的高度降低，压缩激光雷达100的整体体积。
在一些实施例中，如图4所示，上壳90上设置有视窗901，视窗901用于使第一出射激光和第二出射激光穿透视窗901向外出射，还用于使第一反射激光和第二反射激光穿透视窗901后射向激光雷达100内部。视窗901为柱面结构，相较于平面结构，在不遮挡出射激光和回波的反射激光、满足相同的视场角的情况下，能够减小激光雷达100在块宽度方向的尺寸，进而压缩整体体积。如图8所示，以实线表示柱面结构的视窗宽度，以虚线表示平面结构的视窗宽度，带箭头的实线表示出射激光；在相同的出射激光视场角下，第一扫描模组20和第二扫描模组50与视窗901的距离不变，柱面结构的视窗压缩了激光雷达100在宽度方向上的尺寸。
图9是本发明实施例的一种激光雷达的控制方法的流程图，该激光雷达采用上述实施例中的激光雷达100。如图9所示，该方法包括以下步骤。
步骤910：第一收发模组发射第一出射激光。
步骤920：第一扫描模组使第一出射激光偏转后射向扩束模组，第一出射激光经过扩束模组后射向第一探测区域。
步骤930：第一扫描模组接收经过扩束模组的第一反射激光，并将第一反射激光偏转后射向第一收发模组，第一反射激光为第一出射激光被第一探测区域内的物体反射后返回的激光。
步骤940：第一收发模组接收第一反射激光。
步骤950：第二收发模组发射第二出射激光。
步骤960：第二扫描模组使第二出射激光偏转后射向第二探测区域。
步骤970：第二扫描模组接收第二反射激光，使第二反射激光偏转后射向第二收发模组，第二反射激光为第二出射激光被第二探测区域内的物体反射后返回的激光。
步骤980：第二收发模组接收第二反射激光。
其中，第一探测区域为激光雷达100整个视场范围中的部分区域，第二探测区域为激光雷达100整个视场范围，第二探测区域的视场范围覆盖第一探测区域的视场范围。步骤910和步骤950可以同时进行，即第一出射激光和第二出射激光同时发射；示例性的，激光雷达100开启时，第一收发模组和第二收发模组便同时开始工作，同时发射第一出射激光和第二出射激光。可选的，步骤910和步骤950也可以不同时进行，即第一出射激光和第二出射激光不是同时发射；示例性的，激光雷达100安装在车辆上，开启时，仅第二收发模组开始工作对第二探测区域进行全面均匀的探测，当进入人流密集路段、转弯路口等特定场景时，开启第一收发模组对第一探测区域进行加强探测。
应该理解的是，虽然图9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9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。
本发明实施例的使用两组收发模组和两组扫描模组，其中第二收发模组和第二扫描模组对第二探测区域进行全面覆盖的探测；第一收发模组和第一扫描模组对第一探测区域进行探测，还设置有扩束模组，用于扩束准直经过第一扫描模组的第一出射激光，同时还用于缩束会聚接收到的第一反射激光；经过扩束模组的第一出射激光发散角小，第一出射激光的能量密度增加，提高了对第一探测区域的测距距离和角分辨率；由于扩束模组的直径大，接收到的第一反射激光增加，经过扩束模组的第一反射激光缩束会聚后均能够由第一扫描模组接收，增加了接收口径进而也提高了测距距离；因此，第一收发模组和第一扫描模组对第一探测区域的测距距离增加、角分辨率提高；使得激光雷达对第二探测区域实现全面覆盖的探测，对第一探测区域实现更远距离、更高分辨率的深入探测，满足激光雷达的多样化探测需求。
图10示出了本发明另一实施例的一种激光雷达的控制方法的流程图，该激光雷达采用上述实施例中的激光雷达100。如图10所示，该方法与图9对应实施例的控制方法的不同之处在于，在步骤940之后，本发明实施例还包括以下步骤。
步骤110：根据第一收发模组接收到第一反射激光解析处理后判断第一探测区域内是否有物体。
在本步骤中，根据第一反射激光确定探测区域的点云图像，对激光雷达采集到的前几帧点云图像进行分析和跟踪，可以确定第一探测区域内是否有物体，以及该物体所处的位置和运动趋势。具体点云数据的分析方法可以采用现有技术中的任意方法，本发明实施例并不对该方法做限定，例如，将获取到的第一探测区域的点云数据与预设点云地图进行对比，确定第一探测区域内是否有物体，以及物体所处的位置。
步骤120：在第一探测区域内有物体的情况下，调整第一扫描模组的视场范围使第一探测区域覆盖物体。
当第一探测区域内有物体时，调整第一扫描模组的视场范围，从而使第一探测区域完全覆盖物体，以对该物体进行有效扫描。可选的，在使第一探测区域覆盖物体后，还可以增加第一扫描模组的扫描频率，和/或减小第一扫描模组的扫描角度，以使第一探测区域的角分辨率进一步提高。
当第一探测区域内没有物体时，保持第一扫描模组的视场范围不变。
本发明实施例通过控制第一收发模组10向第一探测区域发射第一出射激光，提高了第一探测区域的数据采集的有效性，同时，控制第二收发模组40向第二探测区域发射第二出射激光，实现了对于第二探测区域的数据采集。此外，通过调整第一扫描模组20的视场范围使物体落在第一探测区域，保证了对第一探测区域中的物体的有效和准确的识别。
图11示出了本发明实施例的一种自动驾驶装置的结构示意图。如图11所示，该自动驾驶装置300包括：行驶装置310以及激光雷达320，激光雷达320安装于行驶装置310。
其中，本实施例中的激光雷达320与上述实施例中的激光雷达100的结构和功能均相同，对于激光雷达320的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。
其中，自动驾驶装置300能够探测周边物体的方位和距离，并且基于周边物体的方位和距离进行决策，从而实现自动驾驶。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：
第一收发模组，用于发射第一出射激光和接收第一反射激光；所述第一反射激光为所述第一出射激光被第一探测区域内的物体反射后返回的激光；
第一扫描模组，用于偏转所述第一出射激光，还用于接收所述第一反射激光并偏转后射向所述第一收发模组；
扩束模组，用于扩束准直经过所述第一扫描模组的所述第一出射激光并射向所述第一探测区域，还用于缩束会聚接收到的所述第一反射激光并射向所述第一扫描模组；
第二收发模组，用于发射第二出射激光和接收第二反射激光；所述第二反射激光为所述第二出射激光被第二探测区域内的物体反射后返回的激光；
第二扫描模组，用于使所述第二出射激光射向所述第二探测区域，还用于接收所述第二反射激光并偏转后射向所述第二收发模组；
所述第一探测区域为所述激光雷达整个视场范围中的部分区域，所述第二探测区域为所述激光雷达整个视场范围，所述第二探测区域的视场范围覆盖所述第一探测区域的视场范围。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一扫描模组的中心光轴和所述第二扫描模组的中心光轴平行。
3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一出射激光的能量密度大于所述第二出射激光的能量密度。
4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一扫描模组的中心光轴和所述扩束模组的中心光轴共线。
5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一扫描模组和所述第二扫描模组均为MEMS微振镜。
6.根据权利要求1-5任一项所述的激光雷达，其特征在于，经过所述扩束模组后的所述第一出射激光的光斑尺寸变为进入所述扩束模组前的所述第一出射激光的N倍，经过所述扩束模组后的所述第一出射激光的发散角变为进入所述扩束模组前的所述第一出射激光的1/N，其中，N大于1。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，经过所述扩束模组后的所述第一反射激光的光斑尺寸变为进入所述扩束模组前的所述第一反射激光的1/N，经过所述扩束模组后的所述第一反射激光的发散角变为进入所述扩束模组前的所述第一反射激光的N倍，其中，N大于1。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：第一反射模组，用于将所述第一收发模组发射的所述第一出射激光反射后射向所述第一扫描模组，还用于接收所述第一扫描模组偏转的所述第一反射激光并反射后射向所述第一收发模组。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述第一收发模组的数量为至少两个，至少两个所述第一收发模组发射的所述第一出射激光均射向所述第一反射模组。
10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，至少两个所述第一收发模组发射的所述第一出射激光在所述第一反射模组上的光斑部分重叠。
11.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：微处理器，用于控制所述第一收发模组和所述第二收发模组的发射和接收，还用于控制所述第一扫描模组和所述第二扫描模组的扫描。
12.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：第一扫描模组支架和第二扫描模组支架；所述第一扫描模组支架用于固定所述第一扫描模组，所述第二扫描模组支架用于固定所述第二扫描模组。
13.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一扫描模组和所述第二扫描模组的截面形状为菱形。
14.一种激光雷达控制方法，所述控制方法应用于如权利要求1-13任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述方法包括：
第一收发模组发射第一出射激光；
第一扫描模组使第一出射激光偏转后射向扩束模组，第一出射激光经过扩束模组后射向第一探测区域；
第一扫描模组接收经过扩束模组的第一反射激光，并将第一反射激光偏转后射向第一收发模组；第一反射激光为第一出射激光被第一探测区域内的物体反射后返回的激光；
第一收发模组接收第一反射激光；
第二收发模组发射第二出射激光；
第二扫描模组使第二出射激光偏转后射向第二探测区域；
第二扫描模组接收第二反射激光，使第二反射激光偏转后射向第二收发模组；第二反射激光为第二出射激光被第二探测区域内的物体反射后返回的激光；
第二收发模组接收第二反射激光；
所述第一探测区域为所述激光雷达整个视场范围中的部分区域，所述第二探测区域为所述激光雷达整个视场范围，所述第二探测区域的视场范围覆盖所述第一探测区域的视场范围。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述第一收发模组接收第一反射激光之后还包括：
根据第一收发模组接收到的第一反射激光解析处理后判断第一探测区域内是否有物体；
若判断结果为第一探测区域内有物体，调整第一扫描模组的视场范围使第一探测区域覆盖物体。
16.一种自动驾驶装置，其特征在于，包括行驶装置以及如权利要求1-13任一项所述的激光雷达，所述激光雷达安装于所述行驶装置。
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