CN112986956A - 一种激光雷达光波收发控制方法及激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光雷达光波收发控制方法及激光雷达，其中，激光雷达包括主控板、旋转棱镜以及分别位于旋转棱镜两侧的第一收发组件和第二收发组件，旋转棱镜正对激光雷达的出光窗口且其中轴线垂直于出光窗口，包括以下步骤:启动激光雷达：主控板控制旋转棱镜开始转动、以及发射器发射激光，激光经旋转棱镜的侧面反射并经出光窗口射出；检测出光窗口射出的激光所处的具体位置并反馈给主控板；通过检测出光窗口射出的激光所处的具体位置，控制左右侧发出的激光在经检测物反射回来的光由接收面大的反射面一侧的接收器接收，保证了水平扫描视场内测距距离，避免同侧或异侧收发因接收面积减少而出现测距距离随扫描角变大而减少的现象。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种激光雷达光波收发控制方法及激光雷达。
背景技术
激光雷达是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、交通通讯、无人机、智能机器人、能源安全检测、资源勘探等领域。
其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
为了能够在安装激光雷达的应用主体上实现两个方位的扫描探测，通常有两种做法，一种需要在应用主体的不同方位上分别安装一个激光雷达，这种成本和空间都要求很高，逐渐被市场所抛弃；另一种是通过设置两组收发组件于旋转棱镜两侧，每组收发组件中的激光发射单元通过旋转棱镜绕中心转轴转动时形成扫描视场，从而使得两组收发组件能够从不同的方位发射激光光束，并经过同一旋转棱镜的旋转扫描后投射至至少两个方位以形成相应的扫描视场，如公开号为CN111157975A的一种多线激光雷达及自移动车辆，其采用的是同侧收发方案，即同侧的激光器反射的激光由同侧的探测器接收，如图1a和图1b所示，这种方案会因为旋转棱镜转动时反射面在不断变化，进而反射面积也在变化，导致同侧收发会出现一侧收光面积减少的问题，即图1a的收光面积远小于图1b的受光面积，因此对测距距离影响很大，同理异侧收发会出现一侧收光面积减少的问题，如图2a和图2b所示，即图2a的收光面积远大于图2b的受光面积。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种激光雷达光波收发控制方法及激光雷达，以解决同侧收发和异侧收发导致的收光面积减少问题。
根据本发明第一方面实施例的一种激光雷达光波收发控制方法，其中，激光雷达包括主控板、旋转棱镜以及分别位于所述旋转棱镜两侧的第一收发组件和第二收发组件，所述旋转棱镜正对所述激光雷达的出光窗口且其中轴线垂直于所述出光窗口，所述激光雷达光波收发控制方法包括以下步骤:启动激光雷达：主控板控制旋转棱镜开始转动、以及第一收发组件和第二收发组件的发射器发射激光，所述激光经所述旋转棱镜的侧面反射并经所述出光窗口射出；检测所述出光窗口射出的激光所处的具体位置并反馈给所述主控板；所述主控板根据所述出光窗口射出的激光所处的具体位置作下列响应：所述出光窗口射出的激光位于所述第一收发组件所在一侧，则启动所述第一收发组件的接收器接收所述激光的反射光；所述出光窗口射出的激光位于所述第二收发组件所在一侧，则启动所述第二收发组件的接收器接收所述激光的反射光；所述出光窗口射出的激光与所述中轴线平行，则同时启动所述第一收发组件和第二收发组件的接收器接收各自发射器所发射激光的反射光。
根据本发明第一实施例的激光雷达光波收发控制方法，至少具有如下有益效果：通过检测出光窗口射出的激光所处的具体位置，控制左右侧发出的激光在经检测物反射回来的光由接收面大的反射面一侧的接收器接收，保证了水平扫描视场内测距距离，避免同侧或异侧收发因接收面积减少而出现测距距离随扫描角变大而减少的现象。
根据本发明第一方面的一些实施例，通过采集所述旋转棱镜的转动角度间接检测所述出光窗口射出的激光所处的具体位置。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述激光雷达还包括驱动所述旋转棱镜转动的电机，所述电机的转子与所述旋转棱镜固定连接且设置有码盘，所述电机设置有读码器读取所述码盘的刻度以采集所述旋转棱镜的转动角度。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一收发组件和第二收发组件对称布置于所述旋转棱镜两侧。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一收发组件和第二收发组件的发射器发射激光采用分组错开发射。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述旋转棱镜为四棱镜。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述四棱镜的四个侧面分别为第一反射面、第二反射面、第三反射面、第四反射面，所述第一反射面垂直于所述四棱镜的底面，倾角为90度，所述第二反射面、第三反射面、第四反射面相对于底面的倾角比所述第一反射面的倾角依次递减α度。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一收发组件和第二收发组件与所述旋转棱镜之间皆依次设置有滤光透镜、反射镜、准直透镜。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一收发组件和第二收发组件皆具有多个发射器和接收器，多个发射器和接收器沿着纵向或横向间隔排列。
根据本发明第二方面实施例的一种激光雷达，包括主控板、旋转棱镜以及分别位于所述旋转棱镜两侧的第一收发组件和第二收发组件，并采用上述的激光雷达光波收发控制方法。
根据本发明第二方面实施例的一种激光雷达，至少具有如下有益效果：通过检测出光窗口射出的激光所处的具体位置，控制左右侧发出的激光在经检测物反射回来的光由接收面大的反射面一侧的接收器接收，保证了水平扫描视场内测距距离，避免同侧或异侧收发因接收面积减少而出现测距距离随扫描角变大而减少的现象。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1a为现有激光雷达光波同侧收发方案的第一状态示意图；
图1b为现有激光雷达光波同侧收发方案的第二状态示意图；
图2a为现有激光雷达光波异侧收发方案的第一状态示意图；
图2b为现有激光雷达光波异侧收发方案的第二状态示意图；
图3a为本发明第一方面实施例的双侧发射右侧接收示意图；
图3b为本发明第一方面实施例的双侧发射左侧接收示意图；
图3c为本发明第一方面实施例的双侧发射双侧接收示意图；
图4为本发明第一方面实施例的四棱锥四侧面倾角示意图；
图5a为本发明第一方面实施例的激光雷达立体图；
图5b为本发明第一方面实施例的激光雷达内部结构图；
图6a为本发明第二方面实施例的激光雷达立体图；
图6b为本发明第二方面实施例的激光雷达内部结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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。
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。
参考图3a至图3c、以及图5a和图5b所示，为本发明第一方面实施例的一种激光雷达光波收发控制方法，其中，激光雷达包括主控板(未示出)、旋转棱镜100以及分别位于所述旋转棱镜100两侧的第一收发组件200和第二收发组件300，所述旋转棱镜100正对所述激光雷达的出光窗口400且其中轴线垂直于所述出光窗口400，所述激光雷达光波收发控制方法包括以下步骤:
启动激光雷达：主控板控制旋转棱镜100开始转动、以及第一收发组件200和第二收发组件300的发射器231发射激光，所述激光经所述旋转棱镜100的侧面反射并经所述出光窗口400射出；
检测所述出光窗口400射出的激光所处的具体位置并反馈给所述主控板；
所述主控板根据所述出光窗口400射出的激光所处的具体位置作下列响应：所述出光窗口400射出的激光位于所述第一收发组件200所在一侧，则启动所述第一收发组件200的接收器232接收所述激光的反射光；所述出光窗口400射出的激光位于所述第二收发组件300所在一侧，则启动所述第二收发组件300的接收器232接收所述激光的反射光；所述出光窗口400射出的激光与所述中轴线平行，则同时启动所述第一收发组件200和第二收发组件300的接收器232接收各自发射器231所发射激光的反射光。
如上所述，通过检测出光窗口400射出的激光所处的具体位置，控制左右侧发出的激光在经检测物反射回来的光由接收面大的反射面一侧的接收器232接收，保证了水平扫描视场内测距距离，避免同侧或异侧收发因接收面积减少而出现测距距离随扫描角变大而减少的现象。
进一步，在本发明第一方面的一些实施例中，通过采集所述旋转棱镜100的转动角度间接检测所述出光窗口400射出的激光所处的具体位置。需要指出的是，此检测方式仅作为本方案的其中一个实施例，也可以采用定时控制或者采用光敏元件直接检测出光窗口400射出的激光所处的具体位置。
具体的，如图5b和图6b所示，在本发明第一方面的一些实施例中，所述激光雷达还包括驱动所述旋转棱镜100转动的电机500，所述电机500的转子510与所述旋转棱镜100固定连接且设置有码盘600，所述电机500设置有读码器700读取所述码盘的刻度以采集所述旋转棱镜100的转动角度。工作时，主控板控制电机500的定子线圈通电，产生磁场线使转子转动，由于旋转棱镜100和码盘600皆固定在转子510上，因此码盘600的转动角度等于旋转棱镜100的转动角度，再由读码器700读取码盘600的刻度并反馈给主控板便可间接检测出光窗口400射出的激光所处的具体位置。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一收发组件200和第二收发组件300对称布置于所述旋转棱镜100两侧，可以扩充一倍的出射与反射光线，且实现异侧收发。
为了节约接收器232的成本，在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一收发组件200和第二收发组件300的发射器231发射激光采用分组错开发射，即其中一个收发组件发射以后，间隔时间T再由另一组收发组件的发射器231发射，这样，接收侧的接收器232便可以共用，即一个接收器232接收两侧的发射器231探测以后反射的光线，从而节约了接收器232的数量和成本。
如图所示，在本发明第一方面的一些实施例中，所述旋转棱镜100为四棱镜，但仅作为本技术方案的优选实施方式，也可以采用三棱镜、五棱镜、六棱镜等等，在此不做唯一限定。
如图4所示，在本发明第一方面的一些实施例中，所述四棱镜的四个侧面分别为第一反射面①、第二反射面②、第三反射面③、第四反射面④，所述第一反射面垂直于所述四棱镜的底面，倾角为90度，所述第二反射面、第三反射面、第四反射面相对于底面的倾角比所述第一反射面的倾角依次递减α度，本实施例中α度为2度。相邻两面设置固定的角度差α，能够形成不同视角的扫描视场，因而可以再次扩充一倍的出射与反射光。
相适应的，在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一收发组件200和第二收发组件300与所述旋转棱镜100之间皆依次设置有滤光透镜233、反射镜234、准直透镜235，分别用于接收反射光时滤除环境光的干扰以及出射激光时的准直聚焦。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一收发组件200和第二收发组件300皆具有多个发射器231和接收器232，多个发射器231和接收器232沿着纵向或横向间隔排列,如图5b和图6b所示，调整发射器231和接收器232的高度和深度比便可适应不同位置的收发组件及透镜组。
本发明第二方面实施例的一种激光雷达，包括主控板、旋转棱镜100以及分别位于所述旋转棱镜100两侧的第一收发组件200和第二收发组件300，并采用上述的激光雷达光波收发控制方法。通过检测出光窗口400射出的激光所处的具体位置，控制左右侧发出的激光在经检测物反射回来的光由接收面大的反射面一侧的接收器232接收，保证了水平扫描视场内测距距离，避免同侧或异侧收发因接收面积减少而出现测距距离随扫描角变大而减少的现象。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种激光雷达光波收发控制方法，其中，激光雷达包括主控板、旋转棱镜以及分别位于所述旋转棱镜两侧的第一收发组件和第二收发组件，所述旋转棱镜正对所述激光雷达的出光窗口且其中轴线垂直于所述出光窗口，其特征在于：所述激光雷达光波收发控制方法包括以下步骤
启动激光雷达：主控板控制旋转棱镜开始转动、以及第一收发组件和第二收发组件的发射器发射激光，所述激光经所述旋转棱镜的侧面反射并经所述出光窗口射出；
检测所述出光窗口射出的激光所处的具体位置并反馈给所述主控板；
所述主控板根据所述出光窗口射出的激光所处的具体位置作下列响应：所述出光窗口射出的激光位于所述第一收发组件所在一侧，则启动所述第一收发组件的接收器接收所述激光的反射光；所述出光窗口射出的激光位于所述第二收发组件所在一侧，则启动所述第二收发组件的接收器接收所述激光的反射光；所述出光窗口射出的激光与所述中轴线平行，则同时启动所述第一收发组件和第二收发组件的接收器接收各自发射器所发射激光的反射光。
2.根据权利要求1所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：通过采集所述旋转棱镜的转动角度间接检测所述出光窗口射出的激光所处的具体位置。
3.根据权利要求2所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：所述激光雷达还包括驱动所述旋转棱镜转动的电机，所述电机的转子与所述旋转棱镜固定连接且设置有码盘，所述电机设置有读码器读取所述码盘的刻度以采集所述旋转棱镜的转动角度。
4.根据权利要求1所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：所述第一收发组件和第二收发组件对称布置于所述旋转棱镜两侧。
5.根据权利要求1或4所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：所述第一收发组件和第二收发组件的发射器发射激光采用分组错开发射。
6.根据权利要求1所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：所述旋转棱镜为四棱镜。
7.根据权利要求6所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：所述四棱镜的四个侧面分别为第一反射面、第二反射面、第三反射面、第四反射面，所述第一反射面垂直于所述四棱镜的底面，倾角为90度，所述第二反射面、第三反射面、第四反射面相对于底面的倾角比所述第一反射面的倾角依次递减α度。
8.根据权利要求1所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：所述第一收发组件和第二收发组件与所述旋转棱镜之间皆依次设置有滤光透镜、反射镜、准直透镜。
9.根据权利要求1所述的激光雷达光波收发控制方法，其特征在于：所述第一收发组件和第二收发组件皆具有多个发射器和接收器，多个发射器和接收器沿着纵向或横向间隔排列。
10.一种激光雷达，其特征在于：包括主控板、旋转棱镜以及分别位于所述旋转棱镜两侧的第一收发组件和第二收发组件，并采用如权利要求1至9所述的激光雷达光波收发控制方法。
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