CN110716206A - 激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光雷达系统。所述激光雷达系统包括发射系统，所述发射系统包括：激光发射部件，发射激光；第一反射镜，所述第一反射镜设置有通孔，所述激光通过所述通孔透过所述第一反射镜后形成第一光束，所述第一光束射向第二反射镜；所述第二反射镜，接收所述第一光束，所述第一光束经过所述第二反射镜后方向发生偏转形成第二光束，所述第二光束射向目标对象。本发明实施例的激光雷达系统，通过将激光雷达系统包括的发射系统和接收系统合置，从而降低对光探测部件的光敏面面积以及接收视场的需求，有利于降低背景光的引入，获取较高的响应速度，并且能够有效解决激光雷达近距离盲区的问题。

Description

激光雷达系统
技术领域
本发明主要涉及距离测量技术领域，特别是关于激光雷达系统。
背景技术
激光雷达的技术原理主要包括三角法、TOF(Time Of Flight，飞行时间)法和相位法。其中，应用TOF法的激光雷达通过给目标对象连续发射激光脉冲，然后通过传感器接收从目标对象返回的光，通过激光脉冲的往返飞行时间确定目标对象的距离。TOF法在单线激光雷达中的应用最为广泛。
相关技术中，单线激光雷达是指激光源发射的激光光束是单线的雷达。单线激光雷达能够追踪单个物体的运动轨迹。目前，单线激光雷达在军事、汽车、机器人和航海等领域广泛应用。例如，单线激光雷达能够用于AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)防撞和导航、服务机器人导航和汽车辅助驾驶等。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种激光雷达系统，以解决相关技术中的单线激光雷达存在近距离盲区、结构繁琐以及接收效率较低等问题。
根据本发明的一方面，提供了一种激光雷达系统，所述系统包括发射系统，所述发射系统包括：
激光发射部件，发射激光；
第一反射镜，所述第一反射镜设置有通孔，所述激光通过所述通孔透过所述第一反射镜后形成第一光束，所述第一光束射向第二反射镜；
所述第二反射镜，接收所述第一光束，所述第一光束经过所述第二反射镜后方向发生偏转形成第二光束，所述第二光束射向目标对象。
在一种可能的实现方式中，所述系统还包括接收系统，所述接收系统包括：
所述第二反射镜，接收第一返回光，所述第一返回光经过所述第二反射镜后方向发生偏转形成第二返回光，所述第二返回光射向所述第一反射镜；所述第一返回光包括所述第二光束照射所述目标对象而产生的漫反射光；
所述第一反射镜，接收所述第二返回光，所述第二返回光经过所述第一反射镜后方向发生偏转形成第三返回光，所述第三返回光射向光接收部件；
所述光接收部件，接收所述第三返回光，所述第三返回光经过所述光接收部件会聚形成第四返回光，所述第四返回光射向光探测部件；
所述光探测部件，接收所述第四返回光。
在一种可能的实现方式中，所述光探测部件，在接收到所述第四返回光时，将所述第四返回光转换为电信号，并向处理系统发送所述电信号。
在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：
处理系统，被配置为根据所述激光发射部件发射所述激光的时间和所述光探测部件接收所述第四返回光的时间，确定所述目标对象的距离。
在一种可能的实现方式中，所述发射系统还包括：
激光准直部件，将所述激光发射部件发射的激光变成准直的激光光束。
在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：
驱动系统，驱动所述第二反射镜旋转。
在一种可能的实现方式中，所述第二反射镜，在驱动系统的驱动下能够绕旋转轴旋转0～360度；其中，所述旋转轴平行于所述激光发射部件发射激光的方向。
在一种可能的实现方式中，所述第一反射镜的镜面区域背离所述激光发射部件，所述第一反射镜的镜面区域与所述激光发射部件发射激光的方向的夹角为45度。
在一种可能的实现方式中，所述第二反射镜的镜面区域朝向所述激光发射部件，所述第二反射镜的镜面区域与所述激光发射部件发射激光的方向的夹角为45度。
在一种可能的实现方式中，所述发射系统和所述接收系统共光路。
本发明实施例的激光雷达系统，通过将激光雷达系统包括的发射系统和接收系统合置，从而降低对光探测部件的光敏面面积以及接收视场的需求，有利于降低背景光的引入，获取较高的响应速度，并且能够有效解决激光雷达近距离盲区的问题。
另外，本发明实施例的激光雷达系统，在无需转动激光发射部件、光接收部件和其他部件的情况下，通过驱动系统驱动第二反射镜绕旋转轴旋转，即能够实现360度水平全角度范围扫描，从而简化激光雷达系统的结构，增强激光雷达系统的稳定性和可操作性。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的说明书附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的框图。
图2示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的示意图。
图3示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的局部示意图。
图4示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于预警，如在此所使用的词语“若”可以被理解成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”等。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面先对本发明实施例中涉及的部分技术术语进行简单说明。
单线激光雷达：是指激光源发射的激光光束是单线的雷达，其能够追踪单个物体的运动轨迹。
其中，单线激光雷达包括高同频脉冲激光测距仪和一维旋转扫描。单线激光雷达的特点：只有一路发射和一路接收，结构相对简单，使用方便；扫描速度高、角度分辨率高；体积、重量和功耗低；可靠性更高；成本低。
图1示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的框图。如图1所示，该激光雷达系统包括发射系统10和接收系统20。其中，发射系统10和接收系统20共光路，即发射系统10的光路和接收系统20的光路全部或部分重叠。
本发明实施例的激光雷达系统，通过将激光雷达系统包括的发射系统和接收系统合置，从而降低对光探测部件的光敏面面积以及接收视场的需求，有利于降低背景光的引入，获取较高的响应速度，并且能够有效解决激光雷达近距离盲区的问题。
图2示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的示意图。如图2所示：
在一种可能的实现方式中，如图2所示，该发射系统10包括：激光发射部件1，发射激光；第一反射镜2，第一反射镜2设置有通孔，激光通过通孔透过第一反射镜2后形成第一光束，第一光束射向第二反射镜3；第二反射镜3，接收第一光束，第一光束经过第二反射镜3后方向发生偏转形成第二光束，第二光束射向目标对象。
其中，激光发射部件1可以为脉冲激光光源。脉冲激光光源能够发射脉冲激光。脉冲激光具有单色性极好，发散度极小，亮度(功率)可以达到很高等特点。
需要说明的是，尽管以脉冲激光光源作为示例介绍了激光发射部件如上，但本领域技术人员能够理解，本发明实施例应不限于此。本领域技术人员可以根据实际应用场景灵活设定激光发射部件。
其中，第一反射镜2和第二反射镜3可以为平面反射镜、球面反射镜或非球面反射镜等全反反射镜，本发明实施例对此不作限制。第一反射镜2和第二反射镜3可以为全反反射镜，由此能够提高第一反射镜2和第二反射镜3对光束(例如激光光束或漫反射光光束)的反射。
其中，第一反射镜2设置有通孔。通孔的形状可以为圆形、方形或不规则形，本发明实施例应不限于此。通孔的尺寸可以经验设定。例如，通孔的形状为圆形，则通孔的半径可以设定为大于激光发射部件1发射的激光的半径，由此够保证激光发射部件1发射的激光能够通过通孔透过第一反射镜2。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，该发射系统还包括：激光准直部件4，将激光发射部件1发射的激光变成准直的激光光束。
其中，激光准直部件4可以为激光准直器。激光发射部件1发射的激光光束具有发散角，激光准直器能够将激光光束进行准直形成直径很细的(约为几毫米)、发散角很小的准平行光束。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，第一反射镜2的镜面区域背离激光发射部件1，第一反射镜2的镜面区域与激光发射部件1发射激光的方向的夹角约为45度。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，第二反射镜3的镜面区域朝向激光发射部件1，第二反射镜3的镜面区域与激光发射部件1发射激光的方向的夹角约为45度。
在一种可能的实现方式中，该激光雷达系统还包括：驱动系统，驱动第二反射镜3旋转。其中，驱动系统(图2中未示出)可以为电机。
在一种可能的实现方式中，第二反射镜3，在驱动系统的驱动下能够绕旋转轴旋转0～360度；其中，旋转轴平行于激光发射部件1发射激光的方向。
图3示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的局部示意图。如图3所示，第二反射镜3通过旋转轴31与驱动系统32连接。第二反射镜3的镜面区域背离旋转轴31。第二反射镜3的镜面区域相对的面与旋转轴31的夹角约为45度。
作为一个示例，第二反射镜3在驱动系统32的驱动下能够绕旋转轴31旋转360度。例如，驱动系统32可以采用无刷直流电机，驱动第二反射镜3在360度范围内同步匀速转动。激光光束经转动的第二反射镜3在水平方向进行360度全方位的扫描，以便探测各个方向的目标对象的信息。
本发明实施例的激光雷达系统，在无需转动激光发射部件、光接收部件和其他部件的情况下，通过驱动系统驱动第二反射镜绕旋转轴旋转，即能够实现360度水平全角度范围扫描，从而简化激光雷达系统的结构，增强激光雷达系统的稳定性和可操作性。
作为另一个示例，第二反射镜3在驱动系统32的驱动下能够绕旋转轴31旋转0～360度中任意一个角度。例如，驱动系统32可以采用往复直流电机，驱动第二反射镜3在180度范围内往复匀速转动。激光光束经转动的第二反射镜3在180度水平方向进行扫描，以便探测固定方向的目标对象的信息。
本发明实施例的激光雷达系统，在无需转动激光发射部件、光接收部件和其他部件的情况下，通过驱动系统驱动第二反射镜绕旋转轴旋转，即能够实现0～360度中任意一个水平角度范围的扫描，从而简化激光雷达系统的结构，增强激光雷达系统的稳定性和可操作性。
需要说明的是，尽管以第二反射镜3旋转360度或180度作为示例介绍了第二反射镜3如上，但本领域技术人员能够理解，本发明实施例应不限于此。本领域技术人员可以根据实际应用场景灵活采用各种类型的电机，控制第二反射镜3在一定角度范围内转动。第二反射镜3转动的速度也可以根据实际应用场景灵活设定。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，该接收系统20包括：第二反射镜3，接收第一返回光，第一返回光经过第二反射镜3后方向发生偏转形成第二返回光，第二返回光射向第一反射镜2；第一返回光包括第二光束照射目标对象而产生的漫反射光；第一反射镜2，接收第二返回光，第二返回光经过第一反射镜2后方向发生偏转形成第三返回光，第三返回光射向光接收部件5；光接收部件5，接收第三返回光，第三返回光经过光接收部件5会聚形成第四返回光，第四返回光射向光探测部件6；光探测部件6，接收第四返回光。
其中，光接收部件5包括一个或多个透镜。
在一种可能的实现方式中，光探测部件6，在接收到第四返回光时，将第四返回光转换为电信号，并向处理系统发送该电信号。
其中，光探测部件6可以为光电探测器。光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。具体地，第四返回光射向光电探测器的光敏面，光敏面将第四返回光转换为电信号。
本发明实施例的激光雷达系统，通过在第一反射镜设置通孔，实现激光雷达系统包括的发射系统和接收系统合置，工艺简单，能够有效的节约成本。
本发明实施例的激光雷达系统，通过将激光雷达系统包括的发射系统和接收系统合置，从而降低对光探测部件的光敏面面积以及接收视场的需求，有利于降低背景光的引入，获取较高的响应速度，并且能够有效解决激光雷达近距离盲区的问题。
图4示出根据本发明一实施例的激光雷达系统的框图。如图4所示，在图1的基础上，该激光雷达系统包括发射系统10、接收系统20和处理系统30。其中，处理系统30被配置为根据激光发射部件1发射激光的时间和光探测部件6接收第四返回光的时间，确定目标对象的距离。
本领域普通技术人员可以意识到，本文所描述的实施例中的各示例性单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件形式来实现，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以针对特定的应用选择不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
如果以计算机软件的形式来实现所述功能并作为独立的产品销售或使用时，则在一定程度上可认为本发明的技术方案的全部或部分(例如对现有技术做出贡献的部分)是以计算机软件产品的形式体现的。该计算机软件产品通常存储在计算机可读取的存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括发射系统，所述发射系统包括：
激光发射部件，发射激光；
第一反射镜，所述第一反射镜设置有通孔，所述激光通过所述通孔透过所述第一反射镜后形成第一光束，所述第一光束射向第二反射镜；
所述第二反射镜，接收所述第一光束，所述第一光束经过所述第二反射镜后方向发生偏转形成第二光束，所述第二光束射向目标对象。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括接收系统，所述接收系统包括：
所述第二反射镜，接收第一返回光，所述第一返回光经过所述第二反射镜后方向发生偏转形成第二返回光，所述第二返回光射向所述第一反射镜；所述第一返回光包括所述第二光束照射所述目标对象而产生的漫反射光；
所述第一反射镜，接收所述第二返回光，所述第二返回光经过所述第一反射镜后方向发生偏转形成第三返回光，所述第三返回光射向光接收部件；
所述光接收部件，接收所述第三返回光，所述第三返回光经过所述光接收部件会聚形成第四返回光，所述第四返回光射向光探测部件；
所述光探测部件，接收所述第四返回光。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述光探测部件，在接收到所述第四返回光时，将所述第四返回光转换为电信号，并向处理系统发送所述电信号。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
处理系统，被配置为根据所述激光发射部件发射所述激光的时间和所述光探测部件接收所述第四返回光的时间，确定所述目标对象的距离。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，所述发射系统还包括：
激光准直部件，将所述激光发射部件发射的激光变成准直的激光光束。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
驱动系统，驱动所述第二反射镜旋转。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述第二反射镜，在驱动系统的驱动下能够绕旋转轴旋转0～360度；其中，所述旋转轴平行于所述激光发射部件发射激光的方向。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述第一反射镜的镜面区域背离所述激光发射部件，所述第一反射镜的镜面区域与所述激光发射部件发射激光的方向的夹角为45度。
9.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述第二反射镜的镜面区域朝向所述激光发射部件，所述第二反射镜的镜面区域与所述激光发射部件发射激光的方向的夹角为45度。
10.根据权利要求1至4中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述发射系统和所述接收系统共光路。
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