CN111090081A - 激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，其中所述激光雷达扫描系统包括至少一光源组件，一扫描器件，以及至少一角度扩束装置。所述光源组件产生至少一激光光束，其中所述扫描器件以一扫描角度反射所述激光光束，其中所述角度扩束装置放大所述激光光束的扫描角度，和向外投射所述激光光束。所述角度扩束装置包括至少一扩角装置和一聚光装置，其中所述扩角装置放大所述扫描器件反射的所述激光光束的扫描角度和保持所述激光光束的准直性，所述扩角装置向外投射放大扫描角度后的所述激光光束，以扩大所述激光雷达扫描系统的探测视场。

Description

激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用

技术领域

本发明涉及雷达领域，尤其涉及一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，利用角度扩束装置扩大扫描视场，提高目标区域扫描效率。

背景技术

激光雷达系统，以激光作光源，发射到目标物上，目标物产生漫反射，反射回来的激光(包含幅值、相位等物理信息)被探测器所接受，从而获取目标物的距离、方位等信息，实现对周围环境的三维探测。目前的较为成熟的激光雷达系统有机械式激光雷达系统和MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)激光雷达系统。前者利用了马达带动机械轴，通过所述发射单元的转动实现对于周围环境的扫描。后者通常采用了单点扫描的方式，以MEMS器件的高速偏转来实现对目标范围的扫描。

MEMS激光雷达是一种以MEMS微振镜作为扫描部件的激光雷达。与机械扫描式激光雷达相比，MEMS激光雷达能将扫描器件集成到单个芯片上，具有体积小、成本低、探测精度高等优点，在自动驾驶领域具有广泛的应用前景。现有技术的MEMS机械旋转角度在5～10°左右，受到扫描器件性能的限制，扫描角度有限，导致扫描视场较小。大旋转角度MEMS具有成本高、扫描速度较慢、使用寿命短等缺点，不利于应用于车载激光雷达。由于现有技术的MEMS激光雷达的扫描视场小导致无法探测到目标区域。目前为了达到激光雷达的实际使用效果，需要提高对MEMS的性能要求，这样增加了对激光雷达整机的成本。

此外，现有技术的激光雷达角度扩束镜存在扫描点分布不均匀的问题，导致部分点云数据偏离出预定的扫描区域，导致激光能量浪费。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，其中所述角度扩束装置放大所述激光雷达系统的扫描角度，增大了所述激光雷达系统的扫描范围。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，其中所述角度扩束装置放大激光雷达系统的扫描角度，提高了激光雷达系统的扫描效率。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，所述角度扩束装置将扫描器件反射的扫描光束的扫描角度进行放大，增大了激光雷达系统的扫描视场，提高了激光雷达系统的扫描效率。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，所述激光雷达系统通过所述角度扩束装置放大了扫描角度，在实现同等范围的扫描视场情况下降低了对扫描器件的性能要求，特别是对MEMS扫描镜的性能要求，从而降低了激光雷达系统整机的成本，增加了激光雷达系统的应用前景。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，所述激光雷达系统通过所述角度扩束装置在扫描区域的扫描点分布均匀，全面地对扫描区域进行扫描。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，其中所述角度扩束装置为非球面透镜，藉由所述非球面透镜降低所述激光光束的像差，维持所述扫描激光光束的一致性。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，其中所述角度扩束装置为非球面透镜，藉由所述非球面透镜保持出射激光光束的平行度，维持所述激光光束的准直性。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，其中所述角度扩束装置按照放大倍率扩大所述激光光束的水平扫描角度和扩大所述激光光束的垂轴扫描角度，形成合适的扫描视场。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，所述激光雷达系统通过所述角度扩束装置将扫描点均匀地布置在目标区域内，避免点云数据偏移出目标区域，从而避免激光能量浪费。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达扫描系统及其角度扩束装置和应用，其中所述激光雷达系统被应用于一车辆，其中所述激光雷达系统通过所述角度扩束装置放大所述激光雷达系统的扫描角度，增大了所述激光雷达系统的扫描范围。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一激光雷达扫描系统，包括：

至少一光源组件，其中所述光源组件产生至少一激光光束；

一扫描器件，其中所述扫描器件以一扫描角度反射所述激光光束；以及

至少一角度扩束装置，其中所述角度扩束装置放大所述激光光束的扫描角度，和向外投射所述激光光束。

根据本发明的一些实施例，所述角度扩束装置包括至少一扩角装置，其中所述扩角装置放大所述扫描器件反射的所述激光光束的扫描角度和保持所述激光光束的准直性，所述扩角装置向外投射放大扫描角度后的所述激光光束，以扩大所述激光雷达扫描系统的探测视场。

根据本发明的一些实施例，所述扩角装置按照水平放大倍率放大所述激光光束的水平扫描角度，所述扩角装置按照垂轴放大倍率放大所述激光光束的垂轴扫描角度。

根据本发明的一些实施例，所述扩角装置为非球面透镜。

根据本发明的一些实施例，所述角度扩束装置进一步包括一聚光装置，其中所述聚光装置汇聚所述扫描器件反射的所述激光光束，并将所述激光光束汇聚至所述扩角装置。

根据本发明的一些实施例，所述聚光装置为非球面透镜。

根据本发明的一些实施例，所述扫描器件选自MEMS扫描镜、或旋转棱镜。

根据本发明的一些实施例，所述扫描器件摆动地或转动地反射所述激光光束，以反射形成不同扫描角度的激光光束。

根据本发明的一些实施例，所述光源组件产生点光源激光光束，所述光源组件将准直后的点光源激光光束出射至所述扫描器件。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光雷达系统，其包括：

一激光雷达扫描系统，其包括：

至少一光源组件，其中所述光源组件产生至少一激光光束；

一扫描器件，其中所述扫描器件以一扫描角度反射所述激光光束；以及至少一角度扩束装置，其中所述角度扩束装置放大所述激光光束的扫描

角度，和向外投射所述激光光束；

至少一激光雷达接收组件，其中所述激光雷达接收组件接收所述目标探测物的反射激光光束，和生成相应的探测信号；以及

一雷达测算模块，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光雷达接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号得出所述目标探测物的位置信息。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一车辆，其包括：

一车辆本体；

一激光雷达扫描系统，其包括：

至少一光源组件，其中所述光源组件产生至少一激光光束；

一扫描器件，其中所述扫描器件以一扫描角度反射所述激光光束；以及至少一角度扩束装置，其中所述角度扩束装置放大所述激光光束的扫描

角度，和向外投射所述激光光束；

至少一激光雷达接收组件，其中所述激光雷达接收组件接收所述目标探测物的反射激光光束，和生成相应地探测信号；以及

一雷达测算模块，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光雷达接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号得出所述目标探测物的位置信息。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光雷达扫描系统的扫描方法，其中所述扫描方法包括如下步骤：

(a)形成至少一扫描激光光束；和

(b)扩大所述扫描激光光束的扫描角度，和投射所述扫描激光光束，以扫描一被探测物。

根据本发明的一些实施例，在上述方法步骤(a)中进一步包括以下步骤：

(a.1)生成并投射一激光光束；和

(a.2)摆动地或转动地反射所述激光光束，以形成所述扫描激光光束。

根据本发明的一些实施例，在上述方法步骤(b)中进一步包括以下步骤：

(b.1)汇聚所述扫描激光光束；和

(b.2)按照放大倍率放大所述扫描激光的扫描角度，以形成扩大的扫描视场。

根据本发明的一些实施例，上述方法步骤(b.2)进一步包括以下步骤：

在水平方向按照水平放大倍率放大所述扫描激光光束的水平扫描角度；和

在垂轴方向按照垂轴放大倍率放大所述扫描激光光束的垂轴扫描角度。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一角度扩束装置，适用扩大一激光雷达系统的激光光束的扫描角度，包括：

一聚光装置；和

至少一扩角装置，其中所述聚光装置将激光光束汇聚至所述扩角装置，藉由所述扩角装置放大所述激光光束的扫描角度，所述扩角装置向外投射扫描所述激光光束。

根据本发明的一些实施例，所述扩角装置保持所述激光光束的准直性，所述扩角装置向外投射放大扫描角度后的所述激光光束，以扩大所述激光雷达扫描系统的探测视场。

根据本发明的一些实施例，所述扩角装置按照水平放大倍率放大所述激光光束的水平扫描角度，所述扩角装置按照垂轴放大倍率放大所述激光光束的垂轴扫描角度。

根据本发明的一些实施例，所述扩角装置为非球面透镜。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的第一较佳实施例的一激光雷达扫描系统的平面示意图。

图2是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的立体示意图。

图3A是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的一角度扩束装置对激光光束角度放大的一个示例性的示意图。

图3B是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的所述角度扩束装置对激光光束角度放大的另一个示例性的示意图。

图4是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的目标区域扫描点分布示意图。

图5是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的探测目标所在平面的足迹图。

图6是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的一种应用示意图，其中所述激光雷达扫描系统被应用于一激光雷达系统。

图7是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的一种应用示意图，其中所述激光雷达扫描系统被应用于一车辆。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照本发明说明书附图之图1至图5所示，依照本发明第一较佳实施例的一激光雷达扫描系统在接下来的描述中被阐述。所述激光雷达扫描系统包括至少一光源组件10，一扫描器件20，以及至少一角度扩束装置30，其中所述光源组件10产生一激光光束，并将所述激光光束投射至所述扫描器件20。所述扫描器件20对所述光源组件10投射的激光光束反射至所述角度扩束装置30，其中所述角度扩束装置30汇聚所述扫描器件20反射的激光光束和扩大所述激光光束的扫描的角度，以形成更大的扫描范围。所述角度扩束装置30对所述扫描器件20反射的激光光束在水平方向和垂轴方向上进行角度的放大，以使所述激光雷达扫描系统发射的激光光束投射至更大的范围。

如图1和图2所示，所述光源组件10产生所述激光光束和将所述激光光束投射至所述扫描器件20，其中所述激光光束在所述光源组件10和所述扫描器件20之间形成一入射光路101。值得一提的是，所述光源组件10为一激光光源，产生激光光束，其中所述光源组件10产生的激光光束经准直后出射。经由所述入射光路101投射至所述扫描器件20的激光光束被所述扫描器件20反射。优选地，所述光源组件10产生的激光光束为近红外扫描激光。本领域技术人员可以理解的是，所述光源组件10产生的激光光束的类型在此仅仅作为示例性质的而非限制。更优选地，所述激光雷达扫描系统由所述角度扩束装置30投射扫描的方式为点扫描。也就是说，所述光源组件10为点光源，其中所述光源组件10产生的激光光束为点激光光束。可选地，所述光源组件10的激光光束还可以为线扫描光束。相应地，所述激光雷达扫描系统的扫描方式为一维线扫描。

所述光源组件10将产生的激光光束经由所述入射光路101入射至所述扫描器件20，所述扫描器件20反射所述激光光束，形成至少一反射光路201。所述反射光路201的激光光束以一定的扫描角度被投射至所述角度扩束装置30，藉由所述角度扩束装置30扩大所述激光光束的扫描角度，以扫描更大的范围。换言之，所述角度扩束装置30被保持在所述扫描器件20的所述反射光路201上。

所述扫描器件20为带有一反射镜的活动装置，所述扫描器件20通过所述反射镜转动或摆动反射所述入射光路101的激光光束，形成不同扫描角度的所述反射光路201。换句话说，所述扫描器件20将所述入射光路101的激光光束反射至不同方向，完成所述激光雷达扫描系统的扫描。优选地，所述扫描器件20为MEMS扫描镜。可选地，所述扫描器件20还可以被实施为其他形式的扫描器件，比如旋转棱镜。值得一提的是，所述扫描器件20的类型在此仅仅作为示例性质的，而非限制。因此，其他类型的扫描装置也可应用于此。

值得一提的是，所述扫描器件20的扫描方向与扫描激光光束发散方向垂直。在本发明的第一较佳实施例中，所述扫描器件20的扫描方向为水平方向。也就是说，所述扫描器件20沿水平方向将扫描激光光束投射至外界。

如图1和图2所示，所述扫描器件20反射至所述反射光路201的激光光束被所述角度扩束装置30汇聚和放大扫描角度，以扫描更大范围的目标区域。所述角度扩束装置30进一步包括一聚光装置31和一扩角装置32，其中所述聚光装置31汇聚所述扫描器件20反射形成的所述反射光路201的激光光束，和将汇聚的激光光束投射至所述扩角装置32，其中所述扩角装置32扩大所述激光光束的扫描角度，以形成更大的扫描视场。

所述角度扩束装置30在水平方向和垂轴方向扩大所述激光光束的扫描角度。相应地，所述角度扩束装置30具有一扫描轴线L，其中所述激光光束与所述扫描轴线L的角度被定义为所述激光光束的扫描角度。

详细地说，所述聚光装置31汇聚所述发射光路201的扫描激光光束和将汇聚后的激光光束投射至所述扩角装置32，形成至少一聚光光路301。所述聚光光路301的激光光束被按照一定的扫描角度投射至所述扩角装置32，其中所述扩角装置32将所述激光光束的扫描角度扩大并向外投射，形成至少一扩角光路302。所述扩角装置32基于不同角度的所述聚光光路301的所述激光光束放大后形成不同扫描方向的所述扩角光路302。所述角度扩束装置30的所述扩角装置32通过不同扫描方向的所述扩角光路302形成一探测视场300。所述角度扩束装置30将所述扫描器件20反射的激光光束放大扫描角度后投射至所述探测视场300。

所述角度扩束装置30的所述聚光装置31为一透镜，其中所述聚光装置31汇聚所述反射光路201的激光光束。优选地，所述聚光装置31为一非球面透镜。可以理解的是，所述非球面透镜具有较小的像差，平行扫描的激光光束经过所述聚光装置31后，光束一致性不受到影响，出射光束仍保持较高的平行度。

优选地，所述扩角装置32为一透镜，其中所述扩角装置32扩大所述激光光束水平方向的扫描角度和垂轴方向的扫描角度，以形成更大的所述扫描视场。更优选地，所述扩角装置32为一非球面透镜，其中所述非球面透镜具有较小的像差，平行扫描激光光束通过所述扩角装置32后，所述激光光束的一致性不受到影响。所述扩角装置32扩大所述激光光束的扫描角度，均匀地将所述激光光束的扫描点投射在所述探测视场300内，避免所述激光光束投射至所述探测视场300外。

如图4和图5所示，所述角度扩束装置30将扫描的激光光束均匀地投射至所述探测视场300，其中所述探测视场300内的每一扫描点作为一点云数据被激光雷达系统的接收组件接收，以获取目标检测物的位置数据。可以理解的是，目标物处的扫描点不均匀，部分激光点云数据偏移出了目标区域，目标区域外的扫描点不能被激光雷达系统的接收组件接收，从而导致激光点云数据的浪费。

所述角度扩束装置30将扫描的激光光束均匀地投射至所述探测视场300，所述扫描点均匀地分布在所述目标区域内。所述角度扩束装置30扩大了所述激光光束的投射的覆盖范围，从而提高了所述激光雷达扫描系统的扫描效率。

如图1和图2所示，所述光源组件10发射出的所述激光光束经整形后具有高度准直性，由所述光源组件10产生的激光光束投射至所述扫描器件20。所述扫描器件20在小角度范围内转动，同时所述扫描器件20反射形成扫描激光光束完成小角度转动扫描。换句话说，所述扫描器件20小角度转动或摆动反射不同投射方向或不同扫描角度的所述激光光束。优选地，所述扫描器件20的转动或摆动角度不大于20°。更优选地，所述扫描器件20的转动或摆动角度小于10°。

所述激光雷达扫描系统的所述角度扩束装置30在水平方向和垂轴方向分别扩大所述扫描器件20反射形成的所述反射光路201的激光光束的扫描角度。所述扩角装置32按照一放大倍率对所述聚光装置31通过所述聚光光路301投射的所述激光光束的扫描角度进行放大。值得一提的是，所述扩角装置32对所述激光光束的扫描角度的放大倍率具有方向异性。换句话说，所述扩角装置32对所述激光光束的水平方向的放大倍率与垂轴方向的放大倍率不同，以适应扫描目标区域。

更值得一提的是，所述扩角装置32对所述扫描激光光束的水平方向和/或垂轴方向的放大倍率分别被设定为一定值。也就是说，在水平方向和垂轴方向所述激光光束被所述扩角装置32按照一定的倍率放大后扫描，以均匀地将所述激光点投射至所述探测视场。可选地，扫描激光光束的水平方向和/或垂轴方向的放大倍率被实施为一变化值，其中所述扫描激光光束的扫描角度被所述扩角装置32基于渐变的放大倍率进行放大，以适应不同的探测视场。

可以理解的是，所述角度扩束装置30的所述扩角装置32的水平放大倍率越大，所述扩角装置32的所述扩角光路302在水平方向形成的所述扫描视场300的宽度越大。所述扩角装置32的垂轴放大倍率越大，由所述扩角光路302在垂轴方向形成的所述扫描视场300的跨度越大。

如图3A所示，所述聚光装置31投射至所述扩角装置32的所述聚光光路301的所述激光光束与所述扫描轴线L的水平方向的夹角被定义为水平扫描角α1。所述扩角装置32放大所述聚光光路301的所述激光光束的水平扫描角至角α2。也就是说，所述扩角装置32出射的所述扩角光路302的所述激光光束与所述扫描轴线L的夹角被所述扩角装置32按照水平放大倍率扩大至角α2。

可以理解的是，所述激光雷达扫描系统的所述扫描器件20投射至所述角度扩束装置30的最大水平扫描角度为α，藉由所述角度扩束装置30的所述扩角装置32按照水平放大倍率扩大所述激光扫描系统的水平扫描角度。

值得一提的是，所述角度扩束装置30的所述扩角装置32的水平放大倍率大于1。在本发明的第一较佳实施例中，作为示例性地，所述角度扩束装置30的所述扩角装置32的水平放大倍率为13.33。也就是说，所述扩角装置32将所述扫描器件20的水平扫描角度α放大至13.33α。比如，当前所述扫描器件20的水平扫描角度为6°，藉由所述角度扩束装置30扩大后的形成的扫描角度至80°。

值得一提的是，在本发明中，所述角度扩束装置30的水平放大倍率和所述扫描器件20的水平扫描角度在此仅仅作为示例性的，而非限制。

如图3B所示，所述聚光装置31投射至所述扩角装置32的所述聚光光路301的所述激光光束与所述扫描轴线L的垂轴方向的夹角被定义为垂轴扫描角β1。所述扩角装置32放大所述聚光光路301的所述激光光束的垂轴扫描角至角β2。也就是说，所述扩角装置32出射的所述扩角光路302的所述激光光束与所述扫描轴线L的夹角被所述扩角装置32按照垂轴放大倍率扩大至角β2。

可以理解的是，所述激光雷达扫描系统的所述扫描器件20投射至所述角度扩束装置30的最大垂轴扫描角度为β，藉由所述角度扩束装置30的所述扩角装置32按照垂轴放大倍率扩大所述激光扫描系统的垂轴扫描角度。

值得一提的是，所述角度扩束装置30的所述扩角装置32的垂轴放大倍率大于1。在本发明的第一较佳实施例中，作为示例性地，所述角度扩束装置30的所述扩角装置32的垂轴放大倍率为10。也就是说，所述扩角装置32将所述扫描器件20的垂轴扫描角度β放大至10β。比如，当前所述扫描器件20的垂轴扫描角度为4°，藉由所述角度扩束装置30扩大后的形成的扫描角度至40°。

值得一提的是，在本发明中，所述角度扩束装置30的垂轴放大倍率和所述扫描器件20的垂轴扫描角度在此仅仅作为示例性的，而非限制。

如图2和图5所示，所述激光雷达扫描系统由所述角度扩束装置30将所述扫描器件20反射的扫描光束经过角度放大后向外投射至所述探测视场300，完成所述探测视场300的扫描。所述激光雷达扫描系统将扫描光线以点光束的形式投射至所述探测视场300内的一目标探测平面310，其中所述扫描光线在所述目标探测平面310中形成一系列激光点311。

如图5所示，所述激光雷达扫描系统投射至所述目标探测平面310的所述激光点311的光斑尺寸基本一致。所述角度扩束装置30扩大扫描角度后的所述扫描激光光束仍然具有较高的准直性，使得所述激光点311均匀地分布在所述目标探测区域内。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光雷达扫描系统的扫描方法，其中所述扫描方法包括以下步骤：

(a)形成至少一扫描激光光束；和

(b)扩大所述扫描激光光束的扫描角度，和投射所述扫描激光光束，以扫描一被探测物100。

可以理解的是，在上述扫描方法中，由所述激光雷达扫描系统的一光源组件10产生至少一激光光束，和将产生的激光光束投射至一扫描器件20。所述扫描器件20摆动地或转动地反射形成所述扫描激光光束。相应地，在上述方法步骤(a)中进一步包括以下步骤：

(a.1)生成并投射一激光光束；和

(a.2)摆动地或转动地反射所述激光光束，以形成所述扫描激光光束。

可以理解的是，所述扫描器件20反射形成的所述扫描激光光束被投射至一角度扩束装置30，藉由所述角度扩束装置30扩大所述扫描激光光束的扫描角度，和向外投射所述扩角后的所述扫描激光光束。

相应地，在上述方法步骤(b)中进一步包括以下步骤：

(b.1)汇聚所述扫描激光光束；和

(b.2)按照放大倍率放大所述扫描激光的扫描角度，以形成扩大的扫描视场。

可以理解的是，所述角度扩束装置30的一聚光装置31汇聚所述扫描器件20反射的所述扫描激光光束，并将汇聚的所述扫描激光光束投射至所述角度扩束装置30的一扩角装置32。所述扩角装置32按照扩大倍率扩大所述扫描激光光束的扫描角度。

相应地，上述方法步骤(b.2)进一步包括以下步骤：

在水平方向按照水平放大倍率放大所述扫描激光光束的水平扫描角度；和

在垂轴方向按照垂轴放大倍率放大所述扫描激光光束的垂轴扫描角度。

参照本发明说明书附图之图6所示，应用本发明上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统的一激光雷达系统在接下来描述中被阐述。所述激光雷达系统包括一激光雷达扫描系统400，至少一激光雷达接收组件500，以及一雷达测算模块600。所述激光雷达扫描系统400产生激光光束，并将产生的激光光束扫描向外投射，形成所述探测视场300。所述探测视场300内的目标探测物100被所述激光雷达扫描系统400投射的激光光线照射扫描后的反射激光光束被所述激光雷达接收组件500接收，藉由所述雷达测算模块600得出所述目标探测物100的位置信息。

详细地说，所述激光雷达系统的所述激光雷达扫描系统400与上述较佳实施例的所述激光雷达扫描系统相同。相应地，所述激光雷达扫描系统400包括至少一光源组件10，一扫描器件20，一角度扩束装置30，其中所述光源组件10产生一激光光束，并将所述激光光束投射至所述扫描器件20。所述扫描器件20对所述光源组件10投射的激光光束反射至所述角度扩束装置30，其中所述角度扩束装置30汇聚所述扫描器件20反射的激光光束和扩大所述激光光束的扫描的角度，以形成更大的扫描范围。所述角度扩束装置30对所述扫描器件20反射的激光光束在水平方向和垂轴方向上进行角度的放大，以使所述激光雷达扫描系统发射的激光光束投射至更大的范围。相应地，所述激光雷达接收组件500接收所述目标探测物的反射激光光束，和生成相应的探测信号。

所述激光雷达扫描系统400将放大扫描角度的激光光线投射至所述探测视场300，其中所述探测视场300内的所述目标探测物100被所述激光光束扫描后形成反射，并形成一反射激光。所述目标探测物100的反射激光被所述激光雷达接收组件500接收，藉由所述雷达测算模块600基于所述激光雷达接收组件500接收到的反射激光反演计算出所述目标探测物100的空间位置信息。

所述雷达测算模块600通信地连接于所述激光雷达接收组件500，其中所述激光雷达接收组件500生成的所述探测信号被传输至所述雷达测算模块600，藉由所述雷达测算模块600基于所述探测信号测算出所述目标探测物的空间位置信息。

可以理解的是，所述雷达测算模块600根据所述激光雷达接收组件500接收到的反射激光的时间信息、激光相位信息、或者激光幅值信息等反演计算出所述目标探测物100的空间位置信息。相应地，所述雷达测算模块600通信地连接于所述激光雷达扫描系统400和所述激光雷达接收组件500，其中所述雷达测算模块600接收所述激光雷达扫描系统400投射的扫描激光的信号和接收所述激光雷达接收组件500的反射激光光束信号，以反演计算出所述目标探测物100的空间位置信息。

参照本发明说明书附图之图7所示，应用本发明上述较佳实施例的所述激光雷达系统的一车辆在接下来的描述中被阐述。所述车辆包括一车辆本体1000和至少一激光雷达系统2000，其中所述激光雷达系统2000被用于探测所述车辆本体1000邻近范围内的目标探测物的空间位置信息。

详细地说，所述激光雷达系统2000被装载于所述车辆本体1000，其中所述车辆本体1000承载所述激光雷达系统2000。所述车辆本体1000被通信地连接于所述激光雷达系统2000，其中所述激光雷达系统2000测量的目标探测视场300内的所述目标探测物100的空间位置信息被传输至所述车辆本体1000，以供所述车辆本体1000基于所述激光雷达系统2000的探测信息提示驾驶人员或者自动地调整控制所述车辆的驾驶状态。

值得一提的是，所述激光雷达系统2000与上述较佳实施例的所述激光雷达系统相同。所述激光雷达系统2000包括一激光雷达扫描系统400，至少一激光雷达接收组件500，以及一雷达测算模块600。所述激光雷达扫描系统400产生激光光束，并将产生的激光光束扫描向外投射，形成所述探测视场300。所述探测视场300内的目标探测物100被所述激光雷达扫描系统400投射的激光光线照射扫描后的反射激光光束被所述激光雷达接收组件500接收，藉由所述雷达测算模块600得出所述目标探测物100的位置信息。

相应地，所述激光雷达扫描系统400包括至少一光源组件10，一扫描器件20，一角度扩束装置30，其中所述光源组件10产生一激光光束，并将所述激光光束投射至所述扫描器件20。所述扫描器件20对所述光源组件10投射的激光光束反射至所述角度扩束装置30，其中所述角度扩束装置30汇聚所述扫描器件20反射的激光光束和扩大所述激光光束的扫描的角度，以形成更大的扫描范围。所述角度扩束装置30对所述扫描器件20反射的激光光束在水平方向和垂轴方向上进行角度的放大，以使所述激光雷达扫描系统发射的激光光束投射至更大的范围。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (19)

1.一激光雷达扫描系统，其特征在于，包括：

至少一光源组件，其中所述光源组件产生至少一激光光束；

一扫描器件，其中所述扫描器件以一扫描角度反射所述激光光束；以及

至少一角度扩束装置，其中所述角度扩束装置放大所述激光光束的扫描角度，和向外投射所述激光光束。

2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描系统，其中所述角度扩束装置包括至少一扩角装置，其中所述扩角装置放大所述扫描器件反射的所述激光光束的扫描角度和保持所述激光光束的准直性，所述扩角装置向外投射放大扫描角度后的所述激光光束，以扩大所述激光雷达扫描系统的探测视场。

3.根据权利要求2所述的激光雷达扫描系统，其中所述扩角装置按照水平放大倍率放大所述激光光束的水平扫描角度，所述扩角装置按照垂轴放大倍率放大所述激光光束的垂轴扫描角度。

4.根据权利要求3所述的激光雷达扫描系统，其中所述扩角装置为非球面透镜。

5.根据权利要求2至4任一所述的激光雷达扫描系统，其中所述角度扩束装置进一步包括一聚光装置，其中所述聚光装置汇聚所述扫描器件反射的所述激光光束，并将所述激光光束汇聚至所述扩角装置。

6.根据权利要求5所述的激光雷达扫描系统，其中所述聚光装置为非球面透镜。

7.根据权利要求1、4或6所述的激光雷达扫描系统，其中所述扫描器件选自MEMS扫描镜、或旋转棱镜。

8.根据权利要求7所述的激光雷达扫描系统，其中所述扫描器件摆动地或转动地反射所述激光光束，以反射形成不同扫描角度的激光光束。

9.根据权利要求1所述的激光雷达扫描系统，其中所述光源组件产生点光源激光光束，所述光源组件将准直后的点光源激光光束出射至所述扫描器件。

10.一激光雷达系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一所述的激光雷达扫描系统，其中所述激光雷达扫描系统向外投射扫描激光光束，以扫描一目标探测物；

至少一激光雷达接收组件，其中所述激光雷达接收组件接收所述目标探测物的反射激光光束，和生成相应地探测信号；以及

一雷达测算模块，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光雷达接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号得出所述目标探测物的位置信息。

11.一车辆，其特征在于，包括：

一车辆本体；

如权利要求1至9任一所述的激光雷达扫描系统，其中所述激光雷达扫描系统向外投射扫描激光光束，以扫描一目标探测物；

至少一激光雷达接收组件，其中所述激光雷达接收组件接收所述目标探测物的反射激光光束，和生成相应地探测信号；以及

一雷达测算模块，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光雷达接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号得出所述目标探测物的位置信息。

12.一激光雷达扫描系统的扫描方法，其特征在于，其中所述扫描方法包括如下步骤：

(a)投射至少一扫描激光光束；和

(b)扩大所述扫描激光光束的扫描角度，和投射所述扫描激光光束，以扫描一被探测物。

13.根据权利要求11所述的扫描方法，其中在上述方法步骤(a)中进一步包括以下步骤：

(a.1)生成并投射一激光光束；和

(a.2)摆动地或转动地反射所述激光光束，以形成所述扫描激光光束。

14.根据权利要求13所述的扫描方法，其中在上述方法步骤(b)中进一步包括以下步骤：

(b.1)汇聚所述扫描激光光束；和

(b.2)按照放大倍率放大所述扫描激光的扫描角度，以形成扩大的扫描视场。

15.根据权利要求14所述的扫描方法，其中上述方法步骤(b.2)进一步包括以下步骤：

在水平方向按照水平放大倍率放大所述扫描激光光束的水平扫描角度；和

在垂轴方向按照垂轴放大倍率放大所述扫描激光光束的垂轴扫描角度。

16.一角度扩束装置，适用扩大一激光雷达系统的激光光束的扫描角度，其特征在于，包括：

一聚光装置；和

至少一扩角装置，其中所述聚光装置将激光光束汇聚至所述扩角装置，藉由所述扩角装置放大所述激光光束的扫描角度，所述扩角装置向外投射扫描所述激光光束。

17.根据权利要求16所述的角度扩束装置，其中所述扩角装置保持所述激光光束的准直性，所述扩角装置向外投射放大扫描角度后的所述激光光束，以扩大所述激光雷达扫描系统的探测视场。

18.根据权利要求17所述的角度扩束装置，其中所述扩角装置按照水平放大倍率放大所述激光光束的水平扫描角度，所述扩角装置按照垂轴放大倍率放大所述激光光束的垂轴扫描角度。

19.根据权利要求18所述的角度扩束装置，其中所述扩角装置为非球面透镜。

Images