CN111913165A - 探测系统及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统包括一发射端、一扫描器、一色散元件、以及一接收端。所述发射端发射一探测光束，其中所述扫描器一维地扫描所述探测光束，其中所述色散元件以色散的方式分散所述探测光束至各扫描角度，其中所述扫描器和所述色散元件二维地扫描所述探测光束，其中所述接收端接收所述探测光束被反射的一反射光束，和基于所述反射光束生成对应的电信号，以探测一目标探测物。

Description

探测系统及其探测方法

技术领域

本发明涉及雷达探测领域，尤其涉及一探测系统及其探测方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征的雷达系统。随着市场需求的增加，激光雷达系统被应用于多个领域，比如应用在汽车领域，从而推动了自动驾驶和无人驾驶汽车的发展。

激光雷达分为机械式激光雷达和固态激光雷达，常见的车载激光雷达大多是机械式激光雷达，但是现有技术的机械式激光雷达的光路调试、装配复杂，生产周期长，导致成本高。另外，机械式激光雷达在行车环境下的可靠性不高，难以符合车辆的行驶要求。固态激光雷达具有成本低、易装调、可靠性高等优点，因此在自动驾驶领域具有广泛应用前景。

常见的现有技术固态激光雷达有3D Flash激光雷达和OPA(optical phasedarray，相控阵激光雷达)等。所述3D Flash激光雷达属于非扫描式雷达，通过直接向探测区域发射出面阵激光，使用高灵敏度的接收器接收激光，进而得到周围的点云图像。可以理解的是，所述3D Flash激光雷达对于接收器的灵敏度要求较高，而使得这种激光雷达的制造成本较高。现有技术的OPA激光雷达使用相控阵器件，通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度，易形成旁瓣，影响光束作用距离和角分辨率，同时生产难度高。

因此，现有技术的固态激光雷达多采用非扫描式，或通过电信号对其相位进行严格的控制，而实现光束指向扫描。现有技术的固态激光雷达的探测距离近，在技术的可靠性方面还存在较大问题。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统的一发射端输出探测光束至一扫描器和至少一色散元件，其中所述扫描器和所述色散元件扫描所述探测光束，以使得所述探测光束以二维扫描的方式扫描一探测区域。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述发射端输出的探测光束投射至所述扫描器和所述色散元件，所述扫描器一维地扫描所述探测光束，所述色散元件在异于所述扫描器的方向分散所述探测光线至各扫描角度。换言之，所述扫描器和所述色散元件对所述发射端输出的探测光线在两个不同的方向上进行扫描，以实现所述探测光束的二维扫描。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统通过一维扫描和一维色散的方式扫描所述探测光束，以实现所述探测光束在三维空间中的二维扫描。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统的扫描器和所述色散元件的安装位置可被调换，提高了安装的灵活性。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统为收发共光路的方式，其中所述探测系统的发射端发射的扫描光线被目标物反射后，沿原光路方向返回，以便被所述探测系统的一接收端接收。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中当所述探测系统为收发共光路的方式，由光路可逆得知，各个角度返回的探测光束经过所述扫描器和所述色散元件后与光束传播方向相同，而所述接收端的接收镜头仅需单透镜，简化了所述接收端的镜片结构，从而降低了所述探测系统的制造成本。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中当所述探测系统为收发共光路的方式，由光路可逆得知，各个角度返回的探测光束经过所述扫描器和所述色散元件后与光束传播方向相同，探测器仅需要使用单元或者小面阵探测器，从而降低了所述接收端的成本。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统可采用收发非共光路的方式，当探测光束照射到目标后，返回到所述接收端的一色散元件上，然后被一接收镜头接收而汇聚到探测器。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中当所述探测系统为收发非共光路时，扫描区域内各个角度返回的探测光束经过接收端的色散元件和接收镜头后，所述扫描区域的像点为一条线，可以被一个线阵探测器接收，从而降低了所述接收端的接收器使用成本。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中当所述探测系统为收发非共光路时，目标反射的探测光束，经过接收端的接收镜头成像后汇聚于面阵探测器后完成探测，简化了所述探测系统的所述接收端的结构。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统的所述扫描器的扫描方向与所述色散元件的扫描方向垂直，以便所述探测系统的扫描更大的探测区域。

本发明的另一个优势在于提供一探测系统及其探测方法，其中所述探测系统适于被搭载于一车辆，其中所述探测系统基于所述车辆主体的位置探测所述车辆周围的所述目标探测物，有助于所述车辆主体基于所述探测系统的探测信息自动地驾驶。

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探测系统，包括：

一发射端，其中所述发射端发射一探测光束；

一扫描器，其中所述扫描器一维地扫描所述探测光束；

一色散元件，其中所述色散元件以色散的方式分散所述探测光束至各扫描角度，其中所述扫描器和所述色散元件二维地扫描所述探测光束；以及

一接收端，其中所述接收端接收所述探测光束被反射的一反射光束，和基于所述反射光束生成对应的电信号，以探测一目标探测物。

根据本发明的一个实施例，所述扫描器位于所述色散元件的前方，其中所述发射端发射所述探测光束至所述扫描器，藉由所述扫描器一维地扫描所述探测光束至所述色散元件，其中所述色散元件以异于所述扫描器扫描方向的方式分散所述探测光束，以使得所述探测光束二维地扫描一探测区域。

根据本发明的一个实施例，所述扫描器位于所述色散元件的后方，其中所述发射端发射所述探测光束至所述色散元件，藉由所述色散元件以一维色散的方式分散所述探测光束至所述扫描器，其中所述扫描器以异于所述色散元件色散方向的方式一维地扫描所述探测光束，以使得所述探测光束二维地扫描一探测区域。

根据本发明的一个实施例，所述扫描器扫描方向垂直于所述色散元件的分散方向。

根据本发明的一个实施例，所述扫描器为一MEMS振镜和一维扫描棱镜至少其中的一个，以完成所述探测光束一方向维度的扫描。

根据本发明的一个实施例，所述色散元件为一色散光栅，其中所述色散元件根据所述探测光束的波长分散至各扫描角度，以完成所述探测光束另一方向维度的扫描。

根据本发明的一个实施例，所述发射端包括一光源和一发射镜头，其中所述光源发射脉冲式探测光束至所述发射镜头，其中所述发射镜头准直所述探测光束，以供所述扫描器和所述色散元件对所述探测光束扫描。

根据本发明的一个实施例，所述光源为可调谐激光器，所述光源发射一可调谐的偏振激光束。

根据本发明的一个实施例，所述接收端包括一接收镜头和一探测器，其中所述反射光束被所述接收镜头汇聚至所述探测器，以供所述探测器基于所述反射光束转化为探测电信号。

根据本发明的一个实施例，所述探测系统的接收端与所述发射端共光路，所述探测系统进一步包括一分光器，其中所述分光器被设置于所述发射镜头的后方，其中所述探测光束和所述反射光束被所述分光器转换，其中所述反射光束被所述分光器接收至所述接收端。

根据本发明的一个实施例，所述探测系统的接收端与所述发射端共光路，所述探测系统进一步包括一分光器，其中所述分光器被设置于所述发射镜头的前方，其中所述探测光束和所述反射光束被所述分光器转换，所述反射光束被所述分光器接收至所述接收端。

根据本发明的一个实施例，所述分光器包括一分光棱镜和一转换镜片，其中所述转换镜片转换所述探测光束为圆偏振光，和转换所述反射光束为S光，其中所述分光棱镜透射所述探测光束至所述转换镜片，和反射所述反射光束至所述接收端。

根据本发明的一个实施例，所述分光器包括一分光棱镜和一转换镜片，其中所述转换镜片转换所述探测光束为圆偏振光，和转换所述反射光束为P光，其中所述分光棱镜反射所述探测光束至所述转换镜片，和透射所述反射光束至所述接收端。

根据本发明的一个实施例，所述接收端的所述探测器选自由单元探测器和小面阵探测器组成的探测器组。

根据本发明的一个实施例，所述探测系统的接收端与所述发射端非共光路，其中所述接收端的所述探测器为面阵探测器。

根据本发明的一个实施例，所述探测系统的接收端与所述发射端非共光路，所述接收端进一步包括一接收端色散元件，其中所述接收端色散元件汇聚所述反射光束成线性像点，其中所述探测器为线阵探测器。

根据本发明的一个实施例，所述探测系统进一步包括一控制处理器，其中所述控制处理器通信地连接于所述接收端和所述发射端，所述控制处理器控制所述发射端发射所述探测光束，所述控制处理器基于所述接收端生成的电信号得到一目标探测物的探测信息。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一探测方法，其中所述探测方法包括如下步骤：

(I)发射一探测光束；

(II)基于一维方向扫描所述探测光束，和在另一方向以色散的方式分散所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描；以及

(III)接收所述探测光束的一反射光束，和基于所述反射光束得出一目标探测物的探测信息。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(I)进一步包括，发射可调谐的偏振激光束，和准直所述偏振激光束。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(II)中，扫描所述探测光束的一维扫描方向垂直于一维色散的方向，以使得所述探测光束以一维扫描和一维色散的方式实现二维扫描。

根据本发明的一个实施例，在本发明的上述探测方法中，所述步骤(III)：以共光路于所述探测光束的方式汇聚所述反射光束，和接收所述反射光束至一探测器，藉由所述探测器转化所述反射光束至电信号。

根据本发明的一个实施例，在本发明的上述探测方法中，所述步骤(III)：以非共光路于所述探测光束的方式汇聚所述反射光束至一探测器，藉由所述探测器转化所述反射光束至电信号。

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探测系统的整体示意图。

图2是根据本发明上述较佳实施例的所述探测系统的扫描光束分布示意图。

图3是根据本发明上述较佳实施例的所述探测系统的变形实施方式。

图4是根据本发明上述较佳实施例的所述探测系统的一接收端另一可选实施方式。

图5是根据本发明上述较佳实施例的所述探测系统的一接收端另一可选实施方式。

图6是根据本发明的第二较佳实施例的一探测系统的整体示意图。

图7是根据本发明上述较佳实施例的所述探测系统的变形实施方式。

图8是根据本发明上述较佳实施例的所述探测系统的一接收端的另一可选实施方式。

图9是跟就本发明上述较佳实施例的所述探测系统的一种应用方式，其中所述探测系统被搭载于一车辆。

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。

参考本发明说明书附图之图1至图3所示，依照本发明第一较佳实施例的一探测系统在接下来的描述中被阐明。所述探测系统包括至少一发射端10、一扫描器20、一色散元件30、至少一接收端40、以及一控制处理器50，其中所述发射端10发射探测光束至所述扫描器20和所述色散元件30，其中所述扫描器20和所述色散元件30扫描所述探测光束，以二维扫描的方式形成一探测区域100。所述探测区域100内的目标探测物反射所述探测光束至所述接收端40，其中所述控制处理器50控制所述发射端10向外发射所述探测光束，和基于所述接收端40接收到的所述反射探测光束，处理得到所述目标探测物的探测数据。

在本发明第一较佳实施例中，所述探测系统的所述发射端10发射一探测光束至所述扫描器20，其中所述扫描器20在一个方向扫描所述探测光束，以实现所述探测光束的一维扫描。所述扫描器20以一维扫描的方式扫描所述探测光束至所述色散元件30，其中所述色散元件30分散所述扫描器20发射的所述探测光束至各扫描角度。换言之，所述色散元件30通过色散的方式分散所述扫描器20扫描的所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描。

值得一提的是，所述色散元件30分散所述探测光束的方向不同于所述扫描器20扫描所述探测光束的方向。也就是说，所述扫描器20对所述发射端发射的探测光束扫描以实现一维地扫描，所述色散元件30以色散的方式分散所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描。所述扫描器20和色散元件30以二维扫描的方式形成所述探测区域100。

优选地，在本发明第一较佳实施例中，所述扫描器20被实施为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)振镜或扫描棱镜。可以理解的是，所述扫描器20的类型在此仅仅作为示例性质的，而非限制。优选地，所述色散元件30为一维色散元件，其中所述一维色散元件将宽谱的探测光束根据光束波长的不同分散到各扫描角度，以实现所述探测光束的二维扫描。更优选地，所述色散元件30的分散所述探测光束的方向垂直于所述扫描器20扫描所述探测光束的方向。示例性质的，在本发明第一较佳实施例中，所述扫描器20以水平扫描的方式扫描所述探测光束至所述色散元件30，其中所述色散元件30在竖直方向分散所述探测光束。可以理解的是，当所述扫描器20的扫描方向垂直于所述色散元件的分散方向时，所述探测光束以二维扫描的方式扫描形成矩形的探测区域100。简言之，所述扫描器20和所述色散元件30各自完成一个维度的目标探测区域的扫描。

可以理解的是，所述发射端10通过所述扫描器20和所述色散元件30以二维扫描的方式扫描所述探测区域100的3D空间，其中所述探测光束探测所述探测区域100的3D空间内的所述目标探测物。

参考本发明说明书附图之图1至图3所示，所述探测系统为收发共光路的探测方式，其中所述发射端10通过所述扫描器20和所述色散元件30以二维扫描的方式形成所述探测区域100。所述探测光束照射到所述探测区域100内的一目标探测物时，所述目标探测物反射所述探测光束沿原路返回至所述色散元件30和所述扫描器20，藉由所述色散元件30和所述扫描器20接收目标探测物的反射光束至所述接收端40。

所述探测系统进一步包括一分光器60，其中所述分光器60被设置于所述发射端10和所述扫描器20之间，其中所述发射端10发射的探测光束经由所述分光器60进入到所述扫描器20和所述色散元件30，实现对所述探测区域100的二维扫描。目标探测物的反射光束经由所述色散元件30和所述扫描器20返回至所述分光器60，其中所述分光器60接收所述反射光束至所述接收端40。

如图1至图3所示，所述发射端10包括一光源11和一发射镜头12，其中所述光源11发射所述探测光束至所述发射镜头12，其中所述发射镜头12准直所述探测光束至所述分光器60。所述光源11输出脉冲式的所述探测光束，其中所述探测光束的光谱宽度集中在一谱段范围内。优选地，所述光源11为宽谱脉冲光源，其中所述宽谱脉冲光源输出所述谱段范围内的所述探测光束。更优选地，所述光源11输出的探测光束的波段集中在近红区域。也就是说，所述光源11输出一谱段范围内的近红外光。

更优选地，所述发射端10的所述光源11被实施为可调谐激光器，其中所述可调谐激光器发射可调谐的偏振激光束(P光)，其中所述光源11输出的所述探测光束的中心波长为885nm，其中所述探测光束波长的调谐范围在875～895nm。可以理解的是，在本发明第一较佳实施例中，所述光源11的类型在此仅仅作为示例性质的，而非限制。

值得一提的是，所述光源11发射的所述谱段范围内的所述探测光束的光强度一致性高，其中所述探测光束的光强一致性高于75％。

所述光源11发射所述谱段范围内的所述偏振激光束(P光)至所述发射镜头12，藉由所述发射镜头12准直所述探测光束至所述分光器60，其中所述分光器60转换所述偏振激光束(P光)为圆偏振光至所述扫描器20和所述色散元件30，其中所述扫描器20和所述色散元件30以二维扫描的方式扫描所述圆偏振光至所述探测区域100。所述目标探测物反射的反射光束经由所述色散元件30和所述扫描器20被所述分光器60接收，其中所述分光器60转换所述反射光束为S光，和反射所述光束至所述接收端40，以供所述接收端40接收所述目标探测物的反射光束。

示例性质地，在本发明第一较佳实施例中，所述扫描器20为MEMS振镜，其中所述扫描器20以扫描角度为60°的一维扫描方式扫描所述探测光束。示例性质地，所述色散元件30为一色散光栅元件，其中所述色散光栅将不同波长的激光束色散到与所述MEMS振镜扫描方向垂直的空间上，所述色散光栅元件与所述MEMS振镜组合，以完成所述探测光束的二维扫描。

参考本发明说明书附图之图2所示，所述探测系统的所述发射端10在一个探测周期内，所述控制处理器50控制所述发射端10的所述光源11周期性地发射脉冲式地所述探测光束至所述扫描器20。当所述扫描器20的扫描方向与所述色散元件30的色散方向垂直时，所述扫描器20和所述色散元件30在一个扫描周期得到沿所述扫描方向和所述色散方向的二维矩形的探测光束。

参考本发明说明书附图之图1所示，所述分光器60包括一分光棱镜61和一转换镜片62，其中所述分光棱镜61分开两个不同方向的偏振光，其中所述转换镜片62转反射光束为S光至所述分光棱镜61，以供所述分光棱镜61分开所述P光和所述S光。所述光源11发射的所述探测光线(P光)经由所述分光棱镜61发射至所述转换镜片62，其中所述转换镜片62转换所述探测光线(P光)为圆偏振光。所述目标探测物反射的所述反射光束经由所述色散元件30和所述扫描器20以原路返回的方式汇聚至所述转换镜片62，其中所述转换镜片62将所述反射光束转换为S光至所述分光棱镜61。所述分光棱镜61反射所述S光至所述接收端40，以供所述接收端40接收所述目标探测物的所述反射光束。

优选地，在本发明第一较佳实施例中，所述分光器60的所述分光棱镜61为一PBS(Polarizing Beam Splitter，偏振分光棱镜)，其中所述光源11发射的探测光束经过所述PBS，藉由所述PBS发射所述P光至所述转换镜片62；所述目标探测物的发射光束被所述转换镜片62转换为S光至所述分光棱镜61，其中所述分光棱镜61反射所述S光至所述接收端40。值得一提的是，在本发明中所述分光棱镜61的类型在此仅仅作为示例性质的，而非限制。

优选地，所述分光器60的所述转换镜片62被实施为一1/4玻片，其中所述光源11发射的探测光束经由所述分光棱镜61至所述1/4玻片，其中所述1/4玻片将所述P光转换为圆偏振光至所述扫描器20；所述目标探测物的反射光束经由所述1/4玻片转换为所述S光，藉由所述分光棱镜61反射所述S光至所述接收端40，以供所述接收端40接收所述目标探测物的反射光束。可以理解的是，所述转换镜片62的类型在此仅仅作为示例性质，因此，其他可转换光束的镜片也可应用于此。

参考本发明说明书附图之图1所示，所述探测系统的接收端40接收所述分光器60反射的所述反射光束，其中所述接收端40包括一接收镜头41和一探测器42，其中所述接收镜头41接收反射光束至所述探测器42。

由于所述探测系统为收发共光路的探测方式，其中所述探测系统的所述发射端经由所述扫描器20和所述色散元件30扫描的所述探测光束与所述目标探测物的反射光束光路相同。由光路可逆得知，所述探测区域100内的各角度返回的所述反射光束经过所述色散元件30和所述扫描器20与所述探测光束的传播方向平行且相反。所述分光器60反射的所述目标探测物的反射光束与所述发射端10发射的探测光束相仿，其中所述分光器60将汇聚的光束反射至所述接收镜头41，藉由所述接收镜头41汇聚光束至所述探测器。

优选地，所述接收端40的所述接收镜头41为单透镜。所述接收端40的所述探测器42接收所述接收镜头41汇聚的所述探测物的反射光束，和转化所述反射光束为电信号，以供所述控制处理器50基于所述电信号得到所述目标探测物的探测信息。由于光路可逆得知，各个角度返回的所述反射光束经过所述色散元件30和所述扫描器20后与所述探测光束发射方向相反且路径重合。因此，所述接收端40的所述探测器42可使用单元探测器或者小面阵探测器。优选地，所述探测器42为感光区域为φ500微米的单元APD，接收由所述接收镜头41汇聚的激光信号。

参考本发明说明书附图之图3所示，示出了本发明上述较佳实施例的所述探测系统的一变形实施方式，其中所述探测系统包括一发射端10、一扫描器20、一色散元件30、一接收端40、一控制处理器50、以及一分光器60，其中所述探测系统与上述第一较佳实施例中的所述探测系统的不同点在于所述扫描器20与所述色散元件30的位置。所述发射端10发射一探测光束至所述色散元件30，其中所述色散元件30在一维方向分散所述探测光束至所述扫描器20，其中所述扫描器20再扫描所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描。简言之，本发明的该变形实施方式中，与第一较佳实施例不同的是所述扫描器20与所述色散元件30的位置互换。可以理解的是，所述扫描器20扫描的方向和所述色散元件30分散所述探测光束的方向不同。

本发明说明书附图之图4，示出了本发明上述较佳实施例的所述探测系统的一变形实施方式，其中所述探测系统包括一发射端10、一扫描器20、一色散元件30、一接收端40、一控制处理器50、以及一分光器60，其中所述探测系统与上述第一较佳实施例中的所述探测系统的不同点在于所述发射端10发射的光线与所述接收端50的接收到的反射光的路径不同。值得一提的是，所述扫描器20、所述色散元件30、所述控制处理器50、以及所述分光器60的结构和功能与上述较佳实施例相同。

所述发射端10包括一光源11和一发射镜头12，其中所述光源11发射所述探测光束至所述发射镜头12，其中所述发射镜头12准直所述探测光束至所述分光器60。所述发射端10的所述光源11被实施为可调谐激光器，其中所述可调谐激光器发射可调谐的偏振激光束(S光)。可以理解的是，所述光源11发射的所述探测光束被所述分光器60的所述分光棱镜61反射至所述转换镜片62，藉由所述转换棱镜62转换所述偏振激光束(S光)为圆偏振激光。所述目标探测物的反射光束经由所述分光器60接收至所述接收端40。其中所述接收端40包括一接收镜头41和一探测器42，其中所述接收镜头41位于所述分光器60的所述分光棱镜61的后方，其中所述反射光束被所述转换镜头62转换为P光，其中所述反射光束经过所述分光棱镜61，藉由所述分光棱镜61接收至所述接收端40。

参考本发明说明书附图之图5所示，依照本发明上述第一较佳实施例的一探测系统在接下来的描述中被阐明。所述探测系统包括一发射端10a、一扫描器20a、一色散元件30a、一接收端40a、一控制处理器50a、以及一分光器60a，其中所述扫描器20a、所述色散元件30a、所述控制处理器50a以及所述分光器60a与上述第一较佳实施例相同，不同点在于所述发射端10a和所述接收端40a的结构。

所述发射端10a包括一光源11a和一发射镜头12a其中所述光源11a为宽谱脉冲光源，所述光源11a发射所述探测光束至所述分光器60a，其中所述发射镜头12a对发射的光线准直。优选地，所述光源11a为一可调谐激光器，其中所述可调谐激光器发射可调谐的偏振激光束(P光)，其中所述光源11输出的所述探测光束的中心波长为885nm，其中所述探测光束波长的调谐范围在875～895nm。所述接收端40a包括一接收镜头41a和一探测器42a，其中所述接收镜头41a将反射光束接收至所述分光器60a，其中所述探测器42a与上述较佳实施例的所述探测器42的结构和功能相同。值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述发射镜头12a与所述接收镜头41a为同一镜头装置，其中所述发射镜头12a(接收镜头41a)被设置于所述分光器60a和所述扫描器20a之间。所述接收镜头12a(接收镜头41a)准直所述分光器60a发射的所述探测光束至所述扫描器20a，和汇聚所述扫描器20a目标反射物的反射光束至所述分光器60a。也就是说，所述发射镜头12a(接收镜头41a)为一收发光束的镜头。

值得一提的是，在本法明的该可选实施方式中，与上述较佳实施例相同的是，所述扫描器20a与所述色散元件30a的位置可互换。

所述发射端10a发射的所述探测光束至所述分光器60a，其中所述分光器60a转换所述探测光束为圆偏振光至所述接收镜头12a(接收镜头41a)，藉由所述接收镜头12a(接收镜头41a)准直所述圆偏振光至所述扫描器20a(或色散元件30a)，以供所述扫描器20a和所述色散元件30a实现所述探测光束的二维扫描。目标探测物的反射光束经由所述色散元件30a和所述扫描器20a沿原光路返回至所述接收镜头12a(接收镜头41a)，其中所述接收镜头12a(接收镜头41a)汇聚所述目标探测物的反射光束至所述分光器60a，藉由所述分光器60a转换所述反射光束为S光至所述接收端40a。

可以理解的是，所述接收镜头12a(接收镜头41a)的作用与上述第一较佳实施例的所述发射端10的所述发射镜头12和所述接收端40的所述接收镜头41相同。

参照本发明说明书附图之图6和图7所示，依照本发明第二较佳实施例的一探测系统在接下来的描述中被阐明。所述探测系统包括一发射端10b、一扫描器20b、一色散元件30b、一接收端40b、以及一控制处理器50b，其中所述发射端10b发射探测光束至所述扫描器20b和所述色散元件30b，其中所述扫描器20b和所述色散元件30b扫描所述探测光束，以二维扫描的方式形成一探测区域100。所述探测区域100内的目标探测物反射所述探测光束至所述接收端40b，其中所述控制处理器50b控制所述发射端向外发射所述探测光束，和基于所述接收端40b接收到的所述反射探测光束，处理得到所述目标探测物的探测数据。

值得一提的是，在本发明的该较佳实施例中，所述探测系统与上述第一较佳实施例的所述探测系统不同点在于所述探测系统为收发非共光路的探测方式。在本发明第二较佳实施例中，所述探测系统的所述发射端10b发射一探测光束至所述扫描器20b，其中所述扫描器20b在一个方向扫描所述探测光束，以实现所述探测光束的一维扫描。所述扫描器20b以一维扫描的方式扫描所述探测光束至所述色散元件30b，其中所述色散元件30b分散所述扫描器20b发射的所述探测光束至各扫描角度。换言之，所述色散元件30b通过色散的方式分散所述扫描器20b扫描的所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描。

值得一提的是，所述色散元件30b分散所述探测光束的方向不同于所述扫描器20b扫描所述探测光束的方向。也就是说，所述扫描器20b对所述发射端发射的探测光束扫描以实现一维地扫描，所述色散元件30b以色散的方式分散所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描。所述色散元件30b以二维扫描的方式形成所述探测区域100。

与上述第一较佳实施例相同的是，所述扫描器20b和所述色散元件30b的位置可被调换，不同点在于所述探测区域100内的所述目标探测物的发射光束不经过所述扫描器20b和所述色散元件30b，而被汇聚至所述接收端40b。

如图6所示，所述发射端10b包括一光源11b和一发射镜头12b，其中所述光源11b发射所述探测光束至所述发射镜头12b，藉由所述发射镜头12b准直所述探测光束至所述扫描器20b或所述色散元件30b。

优选地，所述发射端10b的所述光源11b被实施为可调谐激光器，其中所述可调谐激光器发射可调谐的偏振激光束(P光)，其中所述光源11b输出的所述探测光束的中心波长为905nm，其中所述探测光束波长的调谐范围在895～915nm。可以理解的是，在本发明第二较佳实施例中，所述光源11b的类型在此仅仅作为示例性质的，而非限制。

值得一提的是，所述光源11b发射的所述谱段范围内的所述探测光束的光强度一致性高，其中所述探测光束的光强一致性高于75％。

优选地，所述扫描器20b为一维扫描棱镜，其中所述扫描器20b的扫描角度为120°。可以理解的是，所述扫描器20b的类型和种类在此仅仅作为示例性质的，而非限制。因此，所述扫描器20b还可被实施为其他类型的扫描装置，比如MEMS振镜。所述色散元件30b的结构与上述第一较佳实施例的所述色散元件30相同。示例性质地，所述色散元件30b被实施为一色散光栅，其中所述色散光栅将不同波长的激光探测光束色散到与所述扫描器20b不同方向的空间上，其中所述扫描器20b和所述色散元件30b组合完成二维扫描，以探测3D空间。

如图6所示，所述接收端40b包括一接收镜头41b和一探测器42b，其中所述接收镜头41b汇聚所述目标探测物的反射探测光束至所述探测器42b。所述接收端40b的所述探测器42b为一面阵APD，其中所述接收端40b接收所述接收镜头41b汇聚的所述反射光束，和转化所述反射光束为电信号。所述控制处理器50b通信地连接于所述发射端10b和所述接收端40b，其中所述控制处理器50b控制所述发射端10b发射所述探测光束，和基于所述接收端40b接收的所述目标探测物的反射光束，得出所述目标探测物的探测信息。优选地，所述接收端40b的所述探测器42b为128*100像素的面阵APD，其中所述探测器42b接收目标反射的光束信号，和转化所述光束信号至对应的电信号。

参照本发明说明书附图之图8所示，依照本发明上述较佳实施例的一探测系统的另一可选实施方式在接下来的描述中被阐明。所述探测系统与上述第二较佳实施例相同的是，所述探测系统为收发非共光路的探测方式。所述探测系统包括一发射端10c、一扫描器20c、一色散元件30c、一接收端40c、以及一控制处理器50c，其中所述发射端10c、所述扫描器20c、所述色散元件30c、以及一控制处理器50c与上述第二较佳实施例的结合和功能相同，不同点在于所述探测系统的所述接收端40c。

详细地说，所述接收端40c包括一接收镜头41c、一探测器42c、以及一接收端色散元件43c，其中所述接收端色散元件43c汇聚所述目标探测物反射的所述反射光束至所述接收镜头41c。当所述探测光束照射到所述目标探测物后反射形成所述反射光束，其中所述反射光束被所述接收端40c的所述接收端色散元件43汇聚至所述接收镜头41c。所述反射光束被所述接收镜头41c和所述接收端色散元件43汇聚成一条线的像点至所述探测器42c。优选地，所述接收端色散元件43c与所述色散元件30c为相同的一维色散元件。

所述接收端40c的所述探测器42c接收所述接收镜头41c和所述接收端色散元件43c汇聚的一维线性的光束，和基于所述光束得到对应的电信号。优选地，所述接收端40c的所述探测器42c为线阵探测器，其中所述探测器42c接收所述接收镜头41c和所述接收端色散元件43c汇聚的线性反射光束。

优选地，上述第一较佳实施例和上述第二较佳实施例的所述探测系统为固态激光雷达的探测系统。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一探测方法，其中所述探测方法包括如下步骤：

(I)发射一探测光束；

(II)基于一维方向扫描所述探测光束，和在另一方向以色散的方式分散所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描；以及

(III)接收所述探测光束的一反射光束，和基于所述反射光束得出一目标探测物的探测信息。

在本发明的上述探测方法中，所述步骤(I)进一步包括，发射可调谐的偏振激光束(P光或S光)，和准直所述偏振激光束。所述步骤(II)中，扫描所述探测光束的一维扫描方向垂直于一维色散的方向，以使得所述探测光束以一维扫描和一维色散的方式实现二维扫描。

在本发明的上述探测方法中，所述步骤(III)：以共光路于所述探测光束的方式汇聚所述反射光束，和转化所述反射光束为S光(或P光)至一探测器，藉由所述探测器转化所述反射光束至电信号。

在本发明的上述探测方法中，所述步骤(III)：以非共光路于所述探测光束的方式汇聚所述反射光束至一探测器，藉由所述探测器转化所述反射光束至电信号。

参照本法发明说明书附图之图9所示，依照本发明上述较佳实施例的所述探测系统的一种应用方式在接下来的描述中被阐明，其中所述探测系统被搭载于一车辆。所述车辆包括一车辆主体200和搭载于所述车辆主体200的至少一探测系统300，其中所述探测系统300为上述第一较佳实施例或上述第二较佳实施例的任一所述的探测系统。优选地，所述车辆包括多个所述探测系统300，其中所述探测系统300被固定地安装于所述车辆主体200的前方、后方、左侧或右侧，其中不同方向的所述探测系统300基于所述车辆主体200不同方位，形成不同的探测区域。

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 (22)

1.一探测系统，其特征在于，包括：

一发射端，其中所述发射端发射一探测光束；

一扫描器，其中所述扫描器一维地扫描所述探测光束；

一色散元件，其中所述色散元件以色散的方式分散所述探测光束至各扫描角度，其中所述扫描器和所述色散元件二维地扫描所述探测光束；以及

一接收端，其中所述接收端接收所述探测光束被反射的一反射光束，和基于所述反射光束生成对应的电信号，以探测一目标探测物。

2.根据权利要求1所述的探测系统，其中所述扫描器位于所述色散元件的前方，其中所述发射端发射所述探测光束至所述扫描器，藉由所述扫描器一维地扫描所述探测光束至所述色散元件，其中所述色散元件以异于所述扫描器扫描方向的方式分散所述探测光束，以使得所述探测光束二维地扫描一探测区域。

3.根据权利要求1所述的探测系统，其中所述扫描器位于所述色散元件的后方，其中所述发射端发射所述探测光束至所述色散元件，藉由所述色散元件以一维色散的方式分散所述探测光束至所述扫描器，其中所述扫描器以异于所述色散元件色散方向的方式一维地扫描所述探测光束，以使得所述探测光束二维地扫描一探测区域。

4.根据权利要求2或3所述的探测系统，其中所述扫描器扫描方向垂直于所述色散元件的分散方向。

5.根据权利要求4所述的探测系统，其中所述扫描器为一MEMS振镜和一维扫描棱镜至少其中的一个，以完成所述探测光束一方向维度的扫描。

6.根据权利要求5所述的探测系统，其中所述色散元件为一色散光栅，其中所述色散元件根据所述探测光束的波长分散至各扫描角度，以完成所述探测光束另一方向维度的扫描。

7.根据权利要求4所述的探测系统，其中所述发射端包括一光源和一发射镜头，其中所述光源发射脉冲式探测光束至所述发射镜头，其中所述发射镜头准直所述探测光束，以供所述扫描器和所述色散元件对所述探测光束扫描。

8.根据权利要求7所述的探测系统，其中所述光源为可调谐激光器，所述光源发射一可调谐的偏振激光束。

9.根据权利要求8所述的探测系统，其中所述接收端包括一接收镜头和一探测器，其中所述反射光束被所述接收镜头汇聚至所述探测器，以供所述探测器基于所述反射光束转化为探测电信号。

10.根据权利要求9所述的探测系统，其中所述探测系统进一步包括一分光器，其中所述分光器被设置于所述发射镜头的后方，其中所述探测光束和所述反射光束被所述分光器转换，其中所述反射光束被所述分光器接收至所述接收端。

11.根据权利要求9所述的探测系统，其中所述探测系统进一步包括一分光器，其中所述分光器被设置于所述发射镜头的前方，其中所述探测光束和所述反射光束被所述分光器转换，所述反射光束被所述分光器接收至所述接收端。

12.根据权利要求10或11所述的探测系统，其中所述分光器包括一分光棱镜和一转换镜片，其中所述转换镜片转换所述探测光束为圆偏振光，和转换所述反射光束为S光，其中所述分光棱镜透射所述探测光束至所述转换镜片，和反射所述反射光束至所述接收端。

13.根据权利要求10或11所述的探测系统，其中所述分光器包括一分光棱镜和一转换镜片，其中所述转换镜片转换所述探测光束为圆偏振光，和转换所述反射光束为P光，其中所述分光棱镜反射所述探测光束至所述转换镜片，和透射所述反射光束至所述接收端。

14.根据权利要求10或11所述的探测系统，其中所述接收端的所述探测器选自由单元探测器和小面阵探测器组成的探测器组。

15.根据权利要求9所述的探测系统，其中所述探测系统的接收端与所述发射端非共光路，其中所述接收端的所述探测器为面阵探测器。

16.根据权利要求9所述的探测系统，其中所述探测系统的接收端与所述发射端非共光路，所述接收端进一步包括一接收端色散元件，其中所述接收端色散元件汇聚所述反射光束成线性像点，其中所述探测器为线阵探测器。

17.根据权利要求4所述的探测系统，其中所述探测系统进一步包括一控制处理器，其中所述控制处理器通信地连接于所述接收端和所述发射端，所述控制处理器控制所述发射端发射所述探测光束，所述控制处理器基于所述接收端生成的电信号得到一目标探测物的探测信息。

18.一探测方法，其特征在于，其中所述探测方法包括如下步骤：

(I)发射一探测光束；

(II)基于一维方向扫描所述探测光束，和在另一方向以色散的方式分散所述探测光束，以实现所述探测光束的二维扫描；以及

(III)接收所述探测光束的一反射光束，和基于所述反射光束得出一目标探测物的探测信息。

19.根据权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤(I)进一步包括：发射可调谐的偏振激光束，和准直所述偏振激光束。

20.根据权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤(II)中，扫描所述探测光束的一维扫描方向垂直于一维色散的方向，以使得所述探测光束以一维扫描和一维色散的方式实现二维扫描。

21.根据权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤(III)：以共光路于所述探测光束的方式汇聚所述反射光束，和接收所述反射光束至一探测器，藉由所述探测器转化所述反射光束至电信号。

22.根据权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤(III)：以非共光路于所述探测光束的方式汇聚所述反射光束至一探测器，藉由所述探测器转化所述反射光束至电信号。

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