CN111766586B - 激光雷达探测系统和激光雷达探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，其中所述激光雷达探测系统包括一扫描单元和一接收单元，所述扫描元件包括一光源和一第一反射元件，所述光源发出光束，所述第一反射元件被设置于所述光源的出射侧，所述第一反射元件被驱动而旋转地反射所述光源投射出的光束至一目标区域，光束被投射至所述目标区域，并随着所述第一反射元件的旋转而在所述目标区域移动，以对所述目标区域进行扫描，在所述扫描单元发射光束至所述目标区域后，所述接收单元接收所述扫描单元发射至所述目标区域后被所述目标区域反射的光束，对所述目标区域进行探测。

Description

激光雷达探测系统和激光雷达探测方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一激光雷达探测系统和一激光雷达探测方法。

背景技术

激光雷达系统，通过激光器发射激光至目标区域，目标区域反射光束，供探测器接收。目标区域反射的光束携带有图像信息，探测器接收光束和信息，实现对目标区域探测。

而多线式激光雷达系统相比单线式雷达能够获取更多的信息，探测更广的范围，且具有更高的精度。

如图1A所示的现有的一多线式激光雷达系统，所述多线式激光雷达系统包括一扫描单元10P和一接收单元20P，所述扫描单元10P包括一激光器11P，所述激光器11P发出光束。所述多线式激光雷达系统还包括一底座30P和一旋转机构40P，所述旋转机构40P被可旋转地设置于所述底座30P，所述底座30P支撑所述旋转机构40P于其上，所述旋转机构40P可以旋转。所述扫描单元10P和所述接收单元20P被设置于所述旋转机构40P，所述扫描单元10P和所述接收单元20P随着所述旋转机构40P的旋转而旋转。所述扫描单元10P的所述激光器11P发出光束，由于所述激光器11P随着所述旋转机构40P旋转，因此所述激光器11P发出的光束随着所述旋转机构40P的旋转被投射至所述多线式激光雷达系统为中心的圆周空间中不同的位置。当所述旋转机构40P带动所述激光器11P旋转360°，所述扫描单元10P实现对周围360度的扫描。

所述扫描单元10P发射出光束，光束投射至一目标区域。所述目标区域的物体将光束反射向所述多线式激光雷达系统，由所述接收单元20P接收光束，获取信息，实现对目标区域的探测。所述扫描元件10P和所述接收单元20P以同一轴为中心旋转，实现360°的圆周扫描。所述激光器11P投射出的光束随着所述激光器11P的旋转，投射至周围视场，实现扫描。周围视场的物体将光束反射，所述接收单元20P接收光束，获取物体的信息，实现探测。

所述激光器11P包括多个投射单元，所述投射单元线形分布或阵列分布，所述投射单元投射出的光束在所述目标区域随着所述旋转机构40P的旋转而产生一扫描轨迹100P，如图1B所示，各所述投射单元投射出的光束在所述目标区域分别产生圆周型的所述扫描轨迹100P。多个所述扫描单元10P在所述目标区域的扫描而产生的一扫描区域50P。图1C示出了图1B所示的扫描区域50P展开后的状态。各所述扫描轨迹100P线形分布，各所述扫描轨迹100P之间相互平行，互不干扰。

所述激光器11P的各所述投射单元被固定于相应的位置，使得所述激光器11P投射出的光束角度不能被调节，进而使得所述扫描单元10P扫描的范围不可被调节。所述扫描单元10P的扫描范围受到限制，尤其是旋转轴方向上的视场范围受到限制，无法被调节，各个所述扫描轨迹100P之间还存在空隙，无法全面覆盖所述目标区域。

在探测过程中，所述扫描元件10P和所述接收单元20P一同旋转，而所述扫描元件10P和所述接收单元20P还包括其他光学元件，比如准直透镜、汇聚透镜等用于调整投射出的光束和接收到的光束，使得旋转的部件数量较多，各个部件之间需要互相协调、配合，才能保障良好的扫描效果和探测的精度。多线式雷达中的发射模块与接收模块需要成对设置，安装各个部件时，位置、角度、距离等都需要调节，使得所述扫描元件10P投射出的光束能够在所述目标区域反射后被所述接收单元20P接收，并保证精度。因此各个部件的装配调节具有一定的难度，所述扫描元件10P和所述接收单元20P需要一同旋转，体积上就无法控制，需要保证一定的体积，以免探测受到影响。而所述扫描元件10P和所述接收单元20P共同旋转，给所述旋转机构40P的负担也很大，会带来更大的功耗。发射模块在单位高度上受限于元器件的高度无法做到很小，难以增大单位高度上的线数，因此难以获得更高的垂直分辨率。

较大体积的所述多线式激光雷达探测系统无法良好适应车辆类小空间限制，旋转部件较多，在车辆上应用时，稳定性也会受到影响。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述激光雷达探测系统的旋转部件数量被减少，保证扫描范围的同时，增强所述激光雷达探测系统的稳定性。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述激光雷达探测系统包括一扫描元件和一接收元件，所述扫描元件对所述激光雷达探测系统的周围实现水平方向上360°扫描，所述接收元件接收扫描反馈的光束，实现对所述激光雷达探测系统周围的立体性探测，扫描范围全面，探测精度高。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述激光雷达探测系统的所述扫描元件包括至少一光源，所述光源包括多个投射单元，所述投射单元环形分布，安装便利，且便于调节排布的所述投射单元的数量，进而调节所述光源投射出的光束的密度，减少光束之间的空隙，增加所述投射单元的数量能够有效提高分辨率。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述扫描元件还包括一第一反射元件，所述第一反射元件倾斜地朝向所述光源，并被一驱动元件驱动旋转，所述第一反射元件旋转着反射所述光源出射的光束至一目标区域时，于目标区域形成一扫描区域，所述扫描区域呈网格状地覆盖，实现对目标更全面的区域扫描。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述激光雷达探测系统通过驱动所述第一反射元件的旋转即可实现对周围环境360°的扫描，旋转的部件数量少，功耗小，有利于保持整体结构的稳定性，使得扫描性能更为稳定。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述光源的所述投射单元环形分布，各所述投射单元投射出的光束可以汇聚于所述第一反射元件的一点，使得所述第一反射元件具有较小的体积也可以有效反射所述光源投射出的光束，所述第一反射元件的体积可以得到有效控制，进而控制旋转部件的体积，增强所述激光雷达探测系统整体的稳定性。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述第一反射元件的一反射面和所述光源的一中轴之间形成一夹角，所述夹角的大小可调，进而所述第一反射元件反射至所述目标区域的光束移动形成的所述扫描区域的移动范围可调，特别是所述扫描区域的一中轴方向上的移动范围可以调整。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达探测系统和激光雷达探测方法，所述激光雷达探测系统的各个部件安装便利，装调简单。

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探测系统，包括：

一扫描单元，所述扫描元件包括一光源和一第一反射元件，其中所述光源发出光束，所述第一反射元件被设置于所述光源的出射侧，其中所述第一反射元件被驱动而旋转地反射所述光源投射出的光束至一目标区域，光束被投射至所述目标区域，并随着所述第一反射元件的旋转而在所述目标区域移动，以对所述目标区域进行扫描；和

一接收单元，其中在所述扫描单元发射光束至所述目标区域后，所述接收单元接收所被所述目标区域反射的光束，对所述目标区域进行探测。

根据本发明的一个实施例，所述光源包括多个投射单元，所述投射单元环形分布，其中所述光源具有一中轴，各所述投射单元同所述中轴之间的夹角相同。

根据本发明的一个实施例，所述第一反射元件的一反射面同所述中轴之间形成一夹角，其中所述第一反射元件的所述反射面倾斜着朝向所述光源。

根据本发明的一个实施例，所述扫描单元还包括一驱动元件和一旋转轴，所述驱动元件连接所述旋转轴的一端，所述第一反射元件被设置于所述旋转轴的另一端，其中所述驱动元件驱动所述旋转轴旋转以使所述第一反射元件旋转。

根据本发明的一个实施例，所述旋转轴同所述光源的中轴同轴。

根据本发明的一个实施例，各所述投射单元投射出的光束汇聚于所述第一反射元件的一反射区，其中所述第一反射元件反射各所述投射单元投射出的光束至所述目标区域，于所述目标区域形成各所述投射单元投射出的光束的一投射区，其中随着所述第一反射元件的旋转，所述投射区在所述目标区域移动，各所述投射区的移动路径分别形成一扫描轨迹，其中各所述扫描轨迹相互交叉，形成一扫描区域，所述扫描区域网格状地覆盖于所述目标区域。

根据本发明的一个实施例，各所述投射单元分别包括一激光器和一准直单元，所述准直单元被设置于所述激光器投射出光束的一侧，对所述激光器投射出的光束进行准直，以使各所述投射单元投射出的光束具有高准直性。

根据本发明的一个实施例，所述扫描单元还包括至少一准直透镜，所述准直透镜被设置于所述光源投射出光束的一侧，对所述光源投射出的光束进行准直。

根据本发明的一个实施例，所述第一反射元件同所述中轴之间的所述夹角被调整，所述扫描区域在所述中轴方向的覆盖范围随着所述夹角的变化而变化。

根据本发明的一个实施例，所述光源投射至所述第一反射元件的光束同所述旋转轴之间的夹角被调节，以调节所述第一反射元件出射光束的圆锥角大小。

根据本发明的一个实施例，所述接收单元包括至少一第二反射元件，所述第二反射元件被设置于所述第一反射元件的周边，其中被所述目标区域反射的光束反射至所述第二反射元件，其中被所述第二反射元件接收的光束携带所述目标区域的信息。

根据本发明的一个实施例，所述接收单元还包括至少一探测元件，所述探测元件被设置于所述第二反射元件的出射侧，所述探测元件接收所述第二反射元件出射的光束，获取光束中携带的信息，以对所述扫描区域进行探测。

根据本发明的一个实施例，所述接收单元还包括一汇聚元件，所述汇聚元件被设置于所述第二反射元件和所述探测元件之间，所述第二反射元件出射的光束从所述汇聚元件的一侧入射，使得从所述汇聚元件的另一侧出射而汇聚的光束被所述探测元件接收。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一激光雷达探测方法，包括以下步骤：

(A)环形排布多个投射单元至一光源；

(B)驱动一第一反射元件旋转地反射所述光源的所述投射单元出射的光束至一目标区域；以及

(C)接收所述目标区域反射的光束，以探测所述目标区域。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(B)进一步包括以下步骤：

形成一网格状的一扫描区域于所述目标区域。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(B)进一步包括以下步骤：

调整所述第一反射元件和所述光源的一中轴之间的夹角，以调整光束投射至所述目标区域形成的一扫描区域在所述中轴方向的覆盖范围。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(B)进一步包括以下步骤：

调整所述光源投射至所述第一反射元件的光束同所述第一反射元件旋转的一旋转轴之间的夹角，以调节所述第一反射元件出射光束的圆锥角大小。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(B)之前还包括一步骤：

调整所述投射单元的排布数量，以调整所述投射单元投射出的光束的密度。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(C)之前还包括以下步骤：

设置一第二反射元件于所述第一反射元件的周边；和

设置一探测元件于所述第二反射元件的光束出射的一侧。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(C)进一步包括以下步骤：

通过所述第二反射元件反射所述目标区域反射出的携带信息的光束；和

汇聚光束至所述探测元件，以对所述目标区域进行探测。

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1A是根据本发明的一现有技术的一多线式激光雷达系统的立体图。

图1B和图1C是根据本发明的一现有技术的所述多线式激光雷达系统的扫描范围的示意图。

图2是根据本发明的一较佳实施例的一激光雷达探测系统的示意图。

图3是根据本发明的一较佳实施例的所述激光雷达探测系统的一光源的示意图。

图4是根据本发明的一较佳实施例的所述激光雷达探测系统的扫描的光路的示意图。

图5是根据本发明的一较佳实施例的所述激光雷达探测系统的一投射单元发出的光束在单个圆形探测区域下的一扫描路径的示意图。

图6是根据本发明的一较佳实施例的所述激光雷达探测系统的一扫描区域的示意图。

图7是根据本发明的一较佳实施例的所述激光雷达探测系统的所述扫描区域的展开示意图。

图8是根据本发明的一较佳实施例的所述激光雷达探测系统的一调节所述扫描区域的示意图。

图9是根据本发明的一较佳实施例的一变形实施方式的所述激光雷达探测系统的一光源的示意图。

图10是根据本发明的一较佳实施例的一变形实施方式的所述激光雷达探测系统的一示意图。

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。

图2至图8示出了本发明的一较佳实施例的一激光雷达探测系统，所述激光雷达探测系统包括一扫描单元10和一接收单元20，所述扫描单元10投射出光束至一目标区域，所述目标区域的至少一物体反射光束，将光束折转方向投射向所述激光雷达探测系统，所述接收单元20接收所述目标区域反射的光束，获取光束中携带的所述目标区域的物体的相关信息，进而实现所述激光雷达探测系统对所述目标区域的探测。

所述扫描单元10包括一光源11，所述光源11投射出激光光束。参照图3，所述光源11包括多个投射单元111，各所述投射单元111以所述光源11的一中轴100为中心环形分布。换句话说，各所述投射单元111与所述中轴100之间的夹角大小相同。各所述投射单元111呈环形对称。各所述投射单元111排布方式简单，便于安装和调整。

所述扫描单元10还包括一第一反射元件12，所述第一反射元件12被设置于所述光源11的出射侧，所述光源11发出的光束被投射至所述第一反射元件12。所述第一反射元件12的一反射面与所述中轴100之间形成一夹角。所述第一反射元件12的所述反射面倾斜地朝向所述光源11的出射侧。所述第一反射元件12以所述中轴100为转轴而旋转。所述第一反射元件12倾斜地朝向所述光源11的出射侧。

所述光源11发出的光束投射至所述第一反射元件12，所述第一反射元件12反射光束至所述目标区域。其中，所述第一反射元件12的所述反射面反射所述光源11投射出的光束至所述目标区域。所述扫描单元10还包括一驱动元件13，所述驱动元件13连接所述第一反射元件12，所述驱动元件13驱动所述第一反射元件12绕着所述光源11的所述中轴100旋转。所述光源11的各所述投射单元111将光束投射至所述第一反射元件12，所述第一反射元件12反射光束于所述目标区域，并于所述目标区域形成光束的一扫描区域300。也就是说，所述目标区域中被光束投射的部分可以被所述扫描单元10扫描，而成为所述扫描单元10的所述扫描区域300。

值得一提的是，各所述投射单元111呈环形分布，便于各所述投射单元111投射出的光束汇聚至所述第一反射元件12的一汇聚区，被所述第一反射元件12反射，汇聚的光束减小了光束投射至所述第一反射元件12的面积，使得具有较小体积的所述第一反射元件12也可以实现对各所述投射单元111投射出的各光束的有效反射。因此，环形分布的各所述投射单元111有利于减小所述第一反射元件12的体积。由于所述第一反射元件12需要旋转，所述第一反射元件12的体积减小，有利于所述第一反射元件12的稳定性，进而保障所述激光雷达探测系统的稳定性。光束汇聚至所述第一反射元件12的所述汇聚区可以为一点或具有一定大小的区域。光束汇聚至所述第一反射元件12的所述汇聚区较小，以保证光强。

值得一提的是，所述第一反射元件12的口径范围优选为0.8cm～1.2cm。在本发明的其他示例中，所述第一反射元件12的口径也可以小于0.8cm。所述第一反射元件12的口径大于所述光源11投射出的光束于所述第一反射元件12汇聚的所述汇聚区的大小。也就是说，所述第一反射元件12的口径最小需要大于所述光源11投射出的光束汇聚后的光斑的大小。所述第一反射元件12的形状不受限制，可以为圆形、方形等任意形状。

所述驱动元件13驱动所述第一反射元件12沿着所述中轴100旋转，所述第一反射元件12旋转着反射所述光源11投射出的光束。所述驱动元件13和所述第一反射元件12之间通过一旋转轴15连接，所述第一反射元件12被倾斜地设置于所述旋转轴15的一端。所述驱动元件13驱动所述旋转轴12一端，进而使得所述第一反射元件12旋转。所述第一反射元件12投射光束于所述目标区域形成的所述扫描区域300，随着所述第一反射元件12的旋转而沿着所述激光雷达探测系统的周边移动。各所述投射单元111经由所述第一反射元件12反射至所述扫描区域300的所述投射区110所述第一反射元件12的移动而移动。同时，所述第一反射元件12的所述反射面与所述中轴100之间具有所述夹角，所述第一反射元件12倾斜地绕着所述中轴100旋转，使得所述投射单元111投射出的光束经由所述第一反射元件12反射至所述目标区域形成的所述投射区110在移动中绕着所述扫描区域300的中心旋转。

优选地，所述旋转轴15同所述光源11的所述中轴100同轴。所述中轴100为各所述投射单元111投射出的光束的旋转对称轴。

其中，各所述投射单元111投射出的光束经由所述第一反射元件12反射后于所述扫描区域300形成所述投射区110。所述第一反射元件12被所述驱动元件13驱动而旋转着反射各所述投射单元111投射出的光束，因此各所述投射区110随着所述第一反射元件12的旋转而在所述目标区域移动。各所述投射区110移动分别形成一扫描轨迹1100。各所述扫描轨迹1100形成所述扫描区域300。

当所述驱动元件13驱动所述第一反射元件12旋转一周，所述第一反射元件12出射的光束对所述激光雷达探测系统的周边实现360°圆周扫描。

因此，参照图4至图7，所述第一反射元件12旋转着反射所述投射单元111投射出的光束，使得光束投射至所述目标区域形成的所述扫描区域300随着所述第一反射元件12的旋转而移动。具体地，各所述投射单元111投射出的光束于所述目标区域形成相应的所述投射区110，所述投射区110形成于所述第一反射元件12的圆周，并在移动过程中，绕着所述扫描区域300的中心旋转，产生所述投射区110的所述扫描轨迹1100。

图5示出的是所述第一反射元件12从0°旋转至90°过程中，所述光源11的单个所述投射单元111投射出的光束经由所述第一反射元件12反射至单个圆形扫描区域形成的所述投射区110的移动路线，由于各所述投射单元111投射出的光束同所述第一反射元件12的所述入射角不同，且扫描过程中各所述投射单元111投射出的光束随着扫描角度而变化，因此，各所述投射单元110投射出的光束在圆形扫描区域内自转。

各所述投射单元110于所述扫描区域300形成的各所述投射区110产生各自的所述扫描轨迹1100。各所述投射区110在所述第一反射元件12的旋转过程中，倾斜着移动，使得各所述扫描轨迹1100产生交叉，所述扫描区域300网格状地覆盖于所述目标区域。也就是说，各所述投射单元11投射出的光束随着所述第一反射元件12的反射和旋转，而在所述目标区域形成网格状的所述扫描区域300。所述扫描区域300展开后呈网格状。所述扫描元件10通过网格状的所述扫描区域300实现对所述激光雷达探测系统周围区域的全面扫描，减少所述目标区域中未被扫描的区域。

值得一提的是，通过增加所述投射单元111的个数，可以提高投射出的光束的密度，进而获取所述目标区域更多的信息，提高探测精度。

所述投射单元111为环形分布，排布方式简单，使得增加所述投射单元111的数量也较为简单，可以有效提升扫描精度和成像的分辨率。在增加所述投射单元111的数量后，所述扫描单元10投射出的光束密度增大，所述第一反射元件12反射至所述目标区域的光束密度增大，有助于在所述目标区域扫描到更多物体和物体的更多细节，使得反射至所述接收单元20的光束携带更多信息，提高所述接收单元20接收的光量和信息量，实现对所述目标区域的更高质量和精度的探测。

所述第一反射元件12旋转360°，将所述光源11投射出的光束反射至所述激光雷达探测系统的周围区域，实现水平方向上的360°扫描。

所述第一反射元件12的所述反射面和所述中轴100之间形成的夹角大小可以被调节，进而调节第一反射元件12反射所述光源11投射出的光束的反射角度，使得所述第一反射元件12反射出的光束与所述第一反射元件的轴的夹角被改变。

所述第一反射元件12的所述反射面和所述中轴100之间形成的所述夹角的大小确定所述第一反射元件12的所述反射面朝向所述光源11出射侧的倾斜程度。所述第一反射元件的所述反射面12同所述中轴100之间的所述夹角大小被改变，使得所述光源11投射出的光束入射至所述第一反射元件12的一入射角的大小被改变，进而使得第一反射元件12反射光束的一出射角的大小被改变。

若所述第一反射元件12的所述反射面同所述中轴100之间的所述夹角大小变大，所述光源11投射出的光束入射至所述第一反射元件12的所述入射角变小，进而使得所述第一反射元件12投射出的光束的所述出射角变小，所述第一反射元件12出射的光束投射在所述目标区域的位置被向下移动，使得所述扫描区域300被整体向下移动。所述扫描区域300在所述中轴100方向上的扫描范围被调整。

在本发明的一个示例中，所述扫描元件11还包括至少一准直透镜14，所述准直透镜14被设置于所述光源11投射出光束的一侧。所述光源11投射出的光束自所述准直透镜14的一侧入射，自所述准直透镜14的另一侧出射。光束自所述准直透镜14出射后，投射向所述第一反射元件12，所述第一反射元件12反射光束至所述目标区域。

所述光源11投射出的光束通过所述准直透镜14汇聚于所述第一反射元件12的中心点，所述第一反射元件12将光束反射至所述目标区域。所述接收单元20包括至少一第二反射元件21和一探测元件22，所述第二反射元件21被设置于所述第一反射元件12的周边。所述第一反射元件12从所述第二反射元件21的一端露出，以避免所述第二反射元件21对所述第一反射元件12的遮挡。所述探测元件22被设置于所述第二反射元件21光束出射的一侧。

所述第二反射元件21优选为凸面反射镜，凸面反射镜关于所述第一反射元件12的所述中轴对称。

所述探测元件22优选为面阵探测器，以简化所述接收单元20的构造，利于装调。

所述第二反射元件21朝向所述激光雷达探测系统的外侧。所述扫描单元10将光束投射至所述目标区域，对所述目标区域进行扫描，所述目标区域中的物体反射光束，将光束反射向所述激光雷达探测系统。具体地，所述目标区域的物体反射的光束自所述第二反射元件21的一侧入射，被所述第二反射元件21反射，光束自所述第二反射元件21的同一侧另一方向出射。所述第二反射元件21将光束反射向所述探测元件22。所述探测元件22接收光束。光束自所述目标区域的物体离开，携带着信息被所述第二反射元件21反射向所述探测元件22，所述探测元件22接收光束和信息，实现对所述目标区域的探测。

值得一提的是，所述探测元件22同所述扫描单元10位于同一平面，也可以不在同一平面，有利于简化装调难度。

所述接收单元20还包括一汇聚元件23，所述汇聚元件23被设置于所述探测元件22和所述第二反射元件21之间，所述汇聚元件23被保持于所述第二反射元件21的出射侧，和所述探测元件22的入射侧。优选地，所述汇聚元件23的光轴同所述旋转轴15同轴。所述第二反射元件21反射出的光束从所述汇聚元件23的一侧入射，从所述汇聚元件23的另一侧出射。所述汇聚元件23汇聚所述第二反射元件21反射出的光束。经由所述汇聚元件23汇聚的光束被所述探测元件22接收，以对所述目标区域进行探测。所述探测元件22获取所述目标区域被扫描的所述扫描区域300的信息，实现对所述扫描区域300的探测。

所述扫描单元10发射出的光束对所述扫描区域300进行扫描，所述扫描区域300反射出回波信号光束。

所述接收单元20还包括一处理元件24，所述处理元件24连接所述探测元件22。所述第二反射元件21将所述扫描区域300反射的回波信号反射至所述汇聚元件23，所述汇聚元件23将光束聚焦于所述探测元件22，所述探测元件22在所述汇聚元件23的焦平面出接收回波信号光束。所述处理元件24从所述探测元件24获取回波信号光束，进行处理，以获取所述扫描区域300的信息。

所述激光雷达探测系统还包括一罩体30，所述罩体30罩于所述扫描单元10和所述接收单元20，形成一整体，对所述扫描单元10和所述接收单元20进行保护。

所述驱动元件13驱动所述第一反射元件12旋转，使得所述光源11投射出的光束随着所述第一反射元件12的旋转而被反射至不同的位置。当所述第一反射元件12沿着所述中轴360°旋转，所述第一反射元件12反射出的光束对所述激光雷达探测系统的周围区域实现扫描。

各所述投射单元111投射出的光束按照一定的所述入射角自所述第一反射元件12的一侧入射，各所述投射单元111投射出的光束被所述第一反射元件12反射，按照一定的所述出射角被投射至所述目标区域。由于所述光源11具有一定的大小，各所述投射单元111环形分布，各所述投射单元111的所述入射角根据所述投射单元111的位置而产生不同，各所述投射单元111的所述入射角的最大值和最小值确定所述第一反射元件12反射出的光束投射的角度，进而确定光束投射至所述目标区域形成所述扫描区域300在所述中轴100方向上的宽度。

在本发明的一个示例中，通过调整所述光源11投射至所述第一反射元件12的光束同所述中轴之间的夹角大小，进而调整所述中轴100方向上的所述第一反射元件12的出射光束的圆锥角大小，实现对所述扫描区域300的垂直视场的范围调整，以一定程度地消除视场范围受到的限制。也就是说，各所述投射单元11投射出的光束自所述第一反射元件12入射的所述入射角的大小被调整，各所述投射单元11投射出的光束被所述第二反射元件12反射的所述出射角的大小也改变，进而调整光束投射至所述目标区域形成的所述扫描区域300的所述中轴100方向所覆盖的范围，

其中，所述第一反射元件12同所述中轴100之间的夹角即所述第一反射元件12同所述旋转轴15之间的夹角的大小范围优选为40°～50°，所述光源11投射至所述第一反射元件12的光束同所述旋转轴15之间的所述夹角大小范围优选为14°～22°。

如图8所示，在本发明的另一个示例中，所述第一反射元件12的所述反射面和所述中轴100之间形成的所述夹角α的大小被调节，所述夹角α也为所述第一反射元件12同所述旋转轴15之间的夹角。当α变小，所述第一反射元件21被向上抬起一定角度。所述第一反射元件21反射出的光束投射至所述目标区域形成的所述扫描区域300的范围被改变。所述扫描区域300的范围随着所述第一反射元件21的上抬而向上移动一定的距离，若α变大，所述第一反射元件21被向下调节一定的角度，所述扫描区域300进而向下移动一定的距离。也就是说，所述扫描区域300在所述中轴100方向上的扫描范围随着所述夹角α的调整而调整。只需调节所述第一反射元件12和所述中轴100之间的角度，即可调节所述扫描区域300在所述中轴100方向上的扫描范围，而无需对所述光源11进行调整。所述扫描单元10的扫描范围可以被调整，尤其是在所述中轴100方向上的扫描范围，进而使得所述接收单元20接受的光束和信息的范围被调整，实现对不同范围的所述目标区域的探测。

在所述激光雷达探测系统中，需要旋转的部件仅为所述第一反射元件12，不需要旋转其他的部件，有效保障所述激光雷达探测系统的整体稳定性。

如图9和图10所示的本发明的上述较佳实施例的一变形实施方式，所述光源11具有一变形实施方式。所述光源11包括多个所述投射单元111，各所述投射单元111分别包括一激光器1112和一准直单元1111，各所述准直单元1111被分别设置于各所述激光器1112的出射端，所述激光器1112投射出的光束经过所述准直单元1111准直后投射向所述第一反射元件12。所述激光器1112可以被实施为半导体激光器。各所述投射单元111投射出的光束已经由所述准直单元1111进行准直，具有高准直性，可以不必在所述光源11投射出光束的一侧设置准直透镜对所述光源11投射出的光束进行准直。

由于各所述投射单元111投射出的光束具有高准直性，通过调节所述投射单元111的俯仰角，即可实现所述光源11投射出的光束汇聚至所述第一反射元件12的所述汇聚区的目标。光束汇聚有利于减小所述第一反射元件12的尺寸，进而降低所述第一反射元件12这一旋转部件的体积，减小功耗。

本发明进一步提供一激光雷达探测方法，所述激光雷达探测方法包括以下步骤：

(A)驱动所述第一反射元件12旋转地反射所述光源11出射的光束至所述目标区域

(B)接收所述目标区域反射的光束，以探测所述目标区域。

其中所述步骤(A)之前还包括一步骤：保持所述第一反射元件12倾斜地朝向所述光源11的出射侧；

其中所述步骤(A)之前进一步包括一步骤：环形分布所述投射单元111至所述光源11。所述投射单元111投射出的光束汇聚于所述第一反射元件12的一汇聚区，所述第一反射元件12有效反射所述投射单元111投射的光束。

在本发明的一个示例中，所述步骤(A)之前还包括以下步骤：调整所述第一反射元12件的所述反射面和所述光源11的所述中轴100之间的夹角，以调整光束投射至所述目标区域形成的所述扫描区域300在所述中轴100方向上的扫描范围。

在本发明的一个示例中，所述步骤(A)之前还包括一步骤：调整所述投射单元111的排布数量，以调整所述投射单元111投射出的光束的密度。

其中所述步骤(A)之前还包括以下步骤：

设置所述第二反射元21件于所述第一反射元件12的周边；和

设置所述探测元件于所述第二反射元件21的光束出射的一侧。

其中所述步骤(B)进一步包括以下步骤：

通过所述第二反射元件21反射所述目标区域反射出的携带信息的光束；和

汇聚光束至所述探测元件22，以对所述目标区域进行探测。

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 (16)

1.一激光雷达探测系统，其特征在于，包括：

一扫描单元，所述扫描单元包括一光源和一第一反射元件，其中所述光源发出光束，所述第一反射元件被设置于所述光源的出射侧，其中所述第一反射元件被驱动而旋转地反射所述光源投射出的光束至一目标区域，光束被投射至所述目标区域，并随着所述第一反射元件的旋转而在所述目标区域移动，以对所述目标区域进行扫描，其中所述光源包括多个投射单元，所述投射单元环形分布，所述投射单元投射出的光束汇聚至所述第一反射元件的一汇聚区，被所述第一反射元件反射，所述扫描单元还包括一旋转轴，所述光源投射至所述第一反射元件的光束同所述旋转轴之间的夹角能够被调节，以调节所述第一反射元件出射光束的圆锥角大小；和

一接收单元，其中在所述扫描单元发射光束至所述目标区域后，所述接收单元接收所被所述目标区域反射的光束，对所述目标区域进行探测，所述接收单元包括至少一第二反射元件，所述第二反射元件被设置于所述第一反射元件的周边，其中被所述目标区域反射的光束反射至所述第二反射元件，其中被所述第二反射元件接收的光束携带所述目标区域的信息。

2.根据权利要求1所述的激光雷达探测系统，其中所述光源具有一中轴，各所述投射单元同所述中轴之间的夹角相同。

3.根据权利要求2所述的激光雷达探测系统，其中所述第一反射元件的一反射面同所述中轴之间形成一夹角，其中所述第一反射元件的所述反射面倾斜着朝向所述光源。

4.根据权利要求3所述的激光雷达探测系统，其中所述扫描单元还包括一驱动元件，所述驱动元件连接所述旋转轴的一端，所述第一反射元件被设置于所述旋转轴的另一端，其中所述驱动元件驱动所述旋转轴旋转以使所述第一反射元件旋转。

5.根据权利要求4所述的激光雷达探测系统，其中所述旋转轴同所述光源的中轴同轴。

6.根据权利要求5所述的激光雷达探测系统，其中各所述投射单元投射出的光束汇聚于所述第一反射元件的一反射区，其中所述第一反射元件反射各所述投射单元投射出的光束至所述目标区域，于所述目标区域形成各所述投射单元投射出的光束的一投射区，其中随着所述第一反射元件的旋转，所述投射区在所述目标区域移动，各所述投射区的移动路径分别形成一扫描轨迹，其中各所述扫描轨迹相互交叉，形成一扫描区域，所述扫描区域网格状地覆盖于所述目标区域。

7.根据权利要求2所述的激光雷达探测系统，其中各所述投射单元分别包括一激光器和一准直单元，所述准直单元被设置于所述激光器投射出光束的一侧，对所述激光器投射出的光束进行准直，以使各所述投射单元投射出的光束具有高准直性。

8.根据权利要求2所述的激光雷达探测系统，其中所述扫描单元还包括至少一准直透镜，所述准直透镜被设置于所述光源投射出光束的一侧，对所述光源投射出的光束进行准直。

9.根据权利要求6所述的激光雷达探测系统，其中所述第一反射元件同所述中轴之间的所述夹角被调整，所述扫描区域在所述中轴方向的覆盖范围随着所述夹角的变化而变化。

10.根据权利要求6所述的激光雷达探测系统，其中所述接收单元还包括至少一探测元件，所述探测元件被设置于所述第二反射元件的出射侧，所述探测元件接收所述第二反射元件出射的光束，获取光束中携带的信息，以对所述扫描区域进行探测。

11.根据权利要求10所述激光雷达探测系统，其中所述接收单元还包括一汇聚元件，所述汇聚元件被设置于所述第二反射元件和所述探测元件之间，所述第二反射元件出射的光束从所述汇聚元件的一侧入射，使得从所述汇聚元件的另一侧出射而汇聚的光束被所述探测元件接收。

12.一激光雷达探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（A）环形排布多个投射单元至一光源；

（B）驱动一第一反射元件旋转地反射所述光源的所述投射单元出射的光束至一目标区域，其中所述投射单元投射出的光束汇聚至所述第一反射元件的一汇聚区，被所述第一反射元件反射，其中所述步骤（B）进一步包括以下步骤：调整所述第一反射元件和所述光源的一中轴之间的夹角，以调整光束投射至所述目标区域形成的一扫描区域的在所述中轴方向上的扫描范围；调整所述光源投射至所述第一反射元件的光束同所述第一反射元件旋转的一旋转轴之间的夹角，以调节所述第一反射元件出射光束的圆锥角大小；以及

（C）接收所述目标区域反射的光束，以探测所述目标区域；其中，所述步骤（C）之前还包括以下步骤：设置一第二反射元件于所述第一反射元件的周边；所述步骤（C）进一步包括以下步骤：通过所述第二反射元件反射所述目标区域反射出的携带信息的光束。

13.根据权利要求12所述的激光雷达探测方法，其中所述步骤（B）进一步包括以下步骤：

形成一网格状的一扫描区域于所述目标区域。

14.根据权利要求12所述的激光雷达探测方法，其中所述步骤（B）之前还包括一步骤：

调整所述投射单元的排布数量，以调整所述投射单元投射出的光束的密度。

15.根据权利要求12所述的激光雷达探测方法，其中所述步骤（C）之前还包括以下步骤：

设置一探测元件于所述第二反射元件的光束出射的一侧。

16.根据权利要求15所述的激光雷达探测方法，其中所述步骤（C）进一步包括以下步骤：

汇聚光束至所述探测元件，以对所述目标区域进行探测。