CN111693965A - 一种激光雷达扫描方法及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达扫描方法，本发明还公开了一种激光雷达通过各激光发射器发出的激光经多面体棱镜以及由N个振镜组成的圆形结构体后形成水平方向和垂直方向的二维扫描光，振镜的振幅为M°，经组合形成M°×360°视场的三维扫描光，实现三维扫描，将N个激光发射器以圆周等分方式设置，对应多面体棱镜的N个面以及圆形结构体上的振镜进行反射，将水平360°视场分割为N个二维扫描光，在保持高水平分辨率及扫描刷新率不变情况下增加每个垂直角度扫描时长，从而降低圆形结构体上振镜的摆动频率，此激光雷达能够实现混合固态式360°的三维扫描。此发明用于检测领域。

Description

一种激光雷达扫描方法及激光雷达

技术领域

本发明涉及检测领域，特别是涉及一种激光雷达扫描方法及激光雷达。

背景技术

现有技术中的激光雷达，主要分为三大类，机械式车载激光雷达，混合固态式车载激光雷达，全固态车载激光雷达。

第一类机械式车载激光雷达优点是技术成熟，探测性能优越，分辨率高，360°视场，但由于在垂直方向上的分辨率和激光发射器及接收器数量成正比，量产过程中必须对每个发射器和接收器进行精密的光学对准装配及标定，工作量大，产品良率低，成本高。

第二类混合固态式车载激光雷达，通过镜子或多面体棱镜旋转来控制激光束方向完成扫描，主要技术是采用微型MEMS扫描镜来控制激光束方向完成扫描，优点是MEMS扫描镜比较成熟，可以降低成本，缺点是会受震动影响，且扫描镜偏转角度受限，扫描方向不是360°。

第三类，全固态激光雷达为两种，一为光学相控阵(OPA)方案，采用光学相控阵的技术来控制激光束，而无需任何运动部件；二为泛光(Flash)成像LiDAR，无需光束转向，只需一次闪光即可照明整个场景，再通过类似于数码相机的二维阵列图像传感器探测反射回来的光线。全固态激光雷达其内部没有任何运动部件，可芯片化，量产可大幅降低成本，但技术还不成熟，测距距离短，同样只能扫描一个方向，实现360°视场角需多个拼接。

激光雷达及激光雷达控制方法发明专利CN 107703510 A公开了一种激光雷达及激光雷达控制方法，采用垂直振镜和旋转多面镜配合完成三维扫描，采用一个发射器通过振镜实现垂直方向扫描，代替多个发射器以求降低成本及结构的复杂性，但由于无人驾驶对激光雷达水平分辨率要求0.1°及刷新频率10帧或以上，并且测量距离要达到200m，根据这技术要求水平方向每扫过0.1°的时间为27μs，而每一次测量时间至少2μs，在垂直方向上只能测量13次，即垂直分辨率只能做到2.2°，所以达不到第一类多发射器/接收器激光雷达的技术参数要求，无法完全替代。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现混合固态式的激光雷达扫描方法。

本发明还提供一种激光雷达。

本发明所采取的技术方案是：

根据本发明的第一方面实施例的激光雷达扫描方法，其包括：控制N个按圆周等分设置的激光发射器发射激光到对应N个面的多面体棱镜，经所述多面体棱镜反射后形成N个同步的、扫描角为360°/N扫描光，扫描光出射到由N个振镜组成的圆形结构体，所述振镜的振幅为M/2°，形成水平360°视场上N个360/N°X M°视场的二维扫描光，经组合后形成水平360°视场上M°X 360°视场的三维扫描光，实现360°的三维扫描。

此激光雷达扫描方法，通过各激光发射器发出的激光经多面体棱镜以及由N个振镜组成的圆形结构体后形成水平方向和垂直方向的二维扫描光，振镜的振幅为M/2°，经组合形成M°×360°视场的三维扫描光，实现三维扫描，将N个激光发射器以圆周等分方式设置，对应多面体棱镜的N个面以及圆形结构体上的振镜进行反射，将水平方向分割为N个二维扫描光，在保持高水平分辨率及扫描刷新率不变情况下增加每个垂直角度扫描时长，从而降低圆形结构体上振镜的摆动频率。

根据本发明第二方面实施例的激光雷达，其包括：

至少两个用于反射探测激光的激光发射器，所述激光发射器的数量为N；

多面体棱镜，所述多面体棱镜有N个面，所述多面体棱镜可旋转设置，所述多面体棱镜用于将点光源经折射形成扫描角为360°/N的扫描光；

圆形结构体，所述圆形结构体由N个振镜组成，所述振镜的振幅为M/2°，各所述振镜经震动反射，将所述多面体棱镜的扫描光变为N个M°×360°/N视场的二维扫描光；

电机控制模组，所述电机控制模组包括一号电机控制模组和二号电机控制模组，所述一号电机控制模组驱动所述多面体棱镜旋转，所述二号电机控制模组驱动所述圆形结构体的N个振镜进行同步摆动。

此激光雷达，包括N个激光发射器、多面体棱镜、由N个振镜组成的圆形结构体、电机控制模组，通过各激光发射器发出的激光经旋转的多面体棱镜以及圆形结构体的振镜后形成360°视场上N个360/N°X M°二维扫描光，从而实现混合固态式的360°的三维扫描。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述激光发射器以圆周等分方式设置。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述多面体棱镜的N个面以圆周等分方式设置并对应N个激光发射器。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述多面体棱镜为反射型多面体棱镜或折射型多面体棱镜。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述圆形结构体上的N个振镜以圆周方式设置并对应所述多面体棱镜的N个面并同步同振幅进行摆动。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述一号电机控制模组和所述二号电机控制模组上均安装有用于确定激光在水平及垂直方向上的发射角度的码盘。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括与所述激光发射器等数量的接收器，所述接收器等间隔安装在一壳体内。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括聚焦单元，所述聚焦单元设置在所述接收器之前，所述聚焦单元聚焦反射激光到所述接收器。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括准直单元，所述准直单元设置在所述激光发射器和所述多面体棱镜之间，所述准直单元用于准直所述激光发射器发射的出射激光。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例1的光路系统示意图；

图2为本发明实施例1的激光雷达俯视图；

图3为本发明实施例1的激光雷达主视图；

图4为本发明实施例2的光路系统示意图；

图5为本发明实施例2的激光雷达俯视图；

图6为本发明实施例2的激光雷达主视图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

一种激光雷达的扫描方法，通过控制N个按圆周等分设置的激光发射器100发射激光到对应N个面的多面体棱镜，经多面体棱镜反射或折射后形成N个同步的、扫描角为360°/N扫描光，扫描光出射到由N个振镜(M/2°振幅)组成的圆形结构体后形成水平360°视场上N个360/N°X M°视场的二维扫描光，经组合后形成水平360°视场上M°X 360°视场的三维扫描光，实现360°的三维扫描。

一种激光雷达，其包括至少两个用于反射探测激光的激光发射器100、多面体棱镜、圆形结构体300、电机控制模组400。其中，激光发射器100的数量为N，多面体棱镜有N个面，多面体棱镜可旋转设置，多面体棱镜用于将点光源经反射或折射形成扫描角为360°/N的扫描光，圆形结构体300由N个振镜(M/2°振幅)组成，经各振镜震动反射，将经多面体棱镜后的扫描光变为水平360°视场上N个360/N°X M°视场的二维扫描光，电机控制模组400包括一号电机控制模组410和二号电机控制模组420，一号电机控制模组410驱动多面体棱镜旋转，二号电机控制模组420驱动所述圆形结构体300的N个振镜以M/2°振幅进行同步摆动。

进一步地，激光发射器100以圆周等分方式设置。多面体棱镜的N个面以圆周等分方式设置并对应N个激光发射器100。圆形结构体300上的N个振镜以圆周方式设置并对应多面体棱镜的N个面并同步同振幅进行摆动。

参照图1-图3，根据实施例1的激光雷达，其包括上下两层各20个激光发射器100、40个反射面组成的旋转式反射型多面体棱镜210、20个上下两面的机械式振镜组成的圆形结构体300电机控制模组400以及接收器600。其中，40个激光发射器100同时发射探测激光，经过旋转中的旋转式反射型多面体棱镜210反射后形成两层各20个同步、扫描角18°组成的环形扫描光，再经过圆形结构体300上的20个机械式振镜(垂直方向9°振幅)后形成两层各20个18°×18°视场的二维扫描光，组成36°×360°的三维扫描光，实现混合固态式360°的三维扫描。

参照图4-图6，根据实施例2的激光雷达，其包括上下两层各20个激光发射器100，40个折射面组成的旋转式折射型多面体棱镜220、20个上下两面的机械式振镜组成的圆形结构体300、电机控制模组400以及接收器600。40个激光发射器100同时发射探测激光，经过旋转式折射型多面体棱镜220后形成两层各20个同步、18°扫描角的扫描光，再经过圆形结构体上的20个振镜(9°振幅)，后形成两层各20个18°×18°视场的二维扫描光，组合成36°×360°的三维扫描光，实现混合固态式360°的三维扫描。

在实施例1和实施例2中，将40个激光发射器100,分两层以圆周等分方式设置，对应多面体棱镜的各个面以及圆形结构体300上的振镜进行反射，将360°视场上分隔为两层20个18°×18°的二维扫描光，在保持高水平分辨率及扫描刷新率不变的情况下大幅增加每个垂直角度扫描时长，从而提高垂直分辨率，并降低圆形结构体300上振镜的摆动频率，使圆形结构体300上控制振镜摆动的二号电机控制模组420的电机转速不会超出现有电机的最高转速而无法使用，同时在本实施例中，采用20个机械式振镜组成的圆形结构体300通过一个电机旋转控制20个上下两面的机械式振镜进行同步摆动，代替40个MEMS振镜，大幅降低成本。

可以理解地，一号电机控制模组410和二号电机控制模组420上均安装有用于确定激光在水平及垂直方向上的发射角度的码盘500。

在一个具体实施例中，还设置有接收器600，接收器600与激光发射器100的数量相等，接收器600等间隔安装在一壳体内，接收器600可以采用APD或SIPM传感器。为了更好地接收信号。在接收器600之前设置聚焦单元，聚焦单元聚焦反射激光到接收器600。在激光发射器100和多面体棱镜之间设置准直单元，准直单元用于准直激光发射器100发射的出射激光。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种激光雷达扫描方法，其特征在于，包括：

控制N个按圆周等分设置的激光发射器发射激光到对应N个面的多面体棱镜，经所述多面体棱镜反射或折射后形成N个同步的、扫描角为360°/N扫描光，扫描光出射到由N个振镜组成的圆形结构体，所述振镜的振幅为M/2°，形成水平360°视场上N个360/N°X M°视场的二维扫描光，经组合后形成水平360°视场上M°X 360°视场的三维扫描光，实现360°的三维扫描。

2.一种激光雷达，其特征在于，包括：

至少两个用于反射探测激光的激光发射器，所述激光发射器的数量为N；

多面体棱镜，所述多面体棱镜有N个面，所述多面体棱镜可旋转设置，所述多面体棱镜用于将点光源经反射或折射形成扫描角为360°/N的扫描光；

圆形结构体，所述圆形结构体由N个振镜组成，各所述振镜的振幅为M/2°，各所述振镜经震动反射，将所述多面体棱镜的扫描光变为水平360°视场上N个水平360/N°X垂直M°视场的二维扫描光；

电机控制模组，所述电机控制模组包括一号电机控制模组和二号电机控制模组，所述一号电机控制模组驱动所述多面体棱镜旋转，所述二号电机控制模组驱动所述圆形结构体的N个振镜进行同步摆动。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于：所述激光发射器以圆周等分方式设置。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于：所述多面体棱镜的N个面以圆周等分方式设置并对应N个激光发射器。

5.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于：所述多面体棱镜为反射型多面体棱镜或折射型多面体棱镜。

6.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于：所述圆形结构体上的N个振镜以圆周方式设置并对应所述多面体棱镜的N个面并同步同振幅进行摆动。

7.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于：所述一号电机控制模组和所述二号电机控制模组上均安装有用于确定激光在水平及垂直方向上的发射角度的码盘。

8.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于：还包括与所述激光发射器等数量的接收器，所述接收器等间隔安装在一壳体内。

9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于：还包括聚焦单元，所述聚焦单元设置在所述接收器之前，所述聚焦单元聚焦反射激光到所述接收器。

10.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于：还包括准直单元，所述准直单元设置在所述激光发射器和所述多面体棱镜之间，所述准直单元用于准直所述激光发射器发射的出射激光。

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