CN113970748A - 激光雷达及其探测方法 - Google Patents

激光雷达及其探测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113970748A
CN113970748A CN202010727862.XA CN202010727862A CN113970748A CN 113970748 A CN113970748 A CN 113970748A CN 202010727862 A CN202010727862 A CN 202010727862A CN 113970748 A CN113970748 A CN 113970748A
Authority
CN
China
Prior art keywords
visible light
lidar
light emitting
laser
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010727862.XA
Other languages
English (en)
Inventor
孙恺
孟颖
向少卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hesai Technology Co Ltd
Original Assignee
Hesai Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hesai Technology Co Ltd filed Critical Hesai Technology Co Ltd
Priority to CN202010727862.XA priority Critical patent/CN113970748A/zh
Priority to PCT/CN2021/082802 priority patent/WO2022016895A1/zh
Publication of CN113970748A publication Critical patent/CN113970748A/zh
Priority to US18/091,820 priority patent/US20230141753A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4911—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种激光雷达，包括测距模块、可见光发射模块和控制单元。所述测距模块包括：激光发射单元，配置成可发出探测激光束以探测目标物；接收单元，配置成接收探测激光束被目标物反射的回波并转换为电信号；处理单元，与所述接收单元连接以接收所述电信号，并根据所述电信号，计算所述目标物的距离和/或反射率。所述可见光发射模块配置成可向激光雷达外部发射可见光。控制单元与所述可见光发射模块耦接，并配置成可控制所述可见光发射模块在一定条件下发射可见光。

Description

激光雷达及其探测方法
技术领域
本发明大致涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种包括可见光发射模块的激光雷达，以及使用其进行探测的方法。
背景技术
随着车载激光雷达应用的推广，未来用户以及行人近距离的暴露在激光雷达的激光辐射下的可能性会越来越高，出于安全角度考虑，一般要求激光雷达产品满足一级人眼安全标准。激光雷达作为一种主动的测量方式，发射的光辐射越强则测距性能越优，为了获取更高的空间分辨率需要向空间发射更密集的激光。但激光安全标准中一级激光产品标准限定了激光产品能够发射的光辐射最大值，进而限制了激光雷达的探测性能，然而安全性是激光雷达产品必须满足的基本条件。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种激光雷达，包括：
测距模块，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元配置成可发出探测激光束以探测目标物；
接收单元，配置成接收探测激光束被目标物反射的回波并转换为电信号；和
处理单元，所述处理单元与所述接收单元连接以接收所述电信号，并根据所述电信号，计算所述目标物的距离和/或反射率；
可见光发射模块，配置成可向激光雷达外部发射可见光；和
控制单元，与所述可见光发射模块耦接，并配置成可控制所述可见光发射模块在一定条件下发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述控制单元配置成控制所述可见光发射模块在激光雷达工作过程中持续发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述控制单元配置成控制所述可见光发射模块在所述激光发射单元发出的探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述控制单元配置成控制所述可见光发射模块在环境光强低于预设光强时发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述控制单元配置成当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述特定距离范围可根据人眼实际接收到的激光能量或功率与人眼安全阈值相比较计算得到。
根据本发明的一个方面，其中所述控制单元与所述测距模块通讯以获取所述目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括距离传感器，所述距离传感器配置成可感测激光雷达周围目标物的距离，所述控制单元与所述距离传感器通讯以获取所述目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述控制单元从激光雷达外部的其他感知系统获得目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括第一扫描模块，配置成可将入射到其上的探测激光束和可见光偏折到激光雷达外部，其中所述可见光发射模块发射的可见光和所述测距模块的激光发射单元发射的激光采用相同光路出射。
根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括第二扫描模块，配置成可将入射到其上的探测激光束偏折到激光雷达外部，用于目标物探测，其中所述可见光发射模块发射的可见光和所述测距模块的激光发射单元发射的激光采用不同的光路出射。
根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达包括多个可见光发射模块，所述多个可见光发射模块的出射光对应于不同的垂直视场。
根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括第三扫描模块，配置成可将入射到其上的可见光偏折到激光雷达外部并在垂直视场范围进行扫描。
根据本发明的一个方面，其中所述可见光发射模块与所述测距模块可围绕激光雷达的转轴同步旋转。
根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达包括多个不可旋转地固设在激光雷达上的可见光发射模块，所述测距模块可围绕激光雷达的转轴旋转，所述多个可见光发射模块分别对应激光雷达不同的水平角度范围，所述控制单元配置成当所述测距模块旋转时，依次控制相应的可见光发射模块发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述可见光发射模块位于激光雷达窗口片或光罩的外部。
根据本发明的一个方面，其中所述可见光发射模块位于激光雷达内部，并通过窗口片或光罩向激光雷达外部发射可见光。
本发明还提供一种使用如上所述的激光雷达进行探测的方法，包括：
S101：通过激光雷达的测距模块发射探测激光束进行目标物探测；
S102：控制所述激光雷达的可见光发射模块在一定条件下发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S102包括：
控制所述可见光发射模块在激光雷达的工作过程中持续发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S102包括：
控制所述可见光发射模块在所述激光发射单元发出的探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S102包括：
控制所述可见光发射模块在环境光强低于预设光强时发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S102包括：
当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
根据本发明的一个方面，其中还包括以下步骤中的一个或多个：
从所述测距模块获取所述目标物的距离；
从距离传感器获取所述目标物的距离；和
从激光雷达外部的其他感知系统获得目标物的距离。
本发明的优选实施例提供了一种包括可见光发射模块的激光雷达，该可见光发射模块在控制单元的控制下，在持续发射、探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时、环境光强低于预设光强时、目标物在特定距离范围内的一种或几种条件的组合下发射可见光。通过发射可见光使观察者的瞳孔缩小、或触发应激躲避反应，保障了激光雷达人眼安全的情况下，提高了激光雷达的发射功率，进而提升了激光雷达的探测性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图3示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图5示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图6示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图7示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图8示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图9示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
图10A示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例可见光发射模块与窗口片的相对位置；
图10B示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例可见光发射模块与光罩的相对位置；
图11A示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例可见光发射模块与窗口片的相对位置；
图11B示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例可见光发射模块与光罩的相对位置；
图12示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达的探测方法。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，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。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明的一个优选实施例，如图1所示，本发明提供一种激光雷达10，包括测距模块11、可见光发射模块12和控制单元13。其中测距模块11用于通过发射探测激光束以测量目标物的距离，包括激光发射单元110、接收单元111和处理单元112。激光发射单元110包括一个或多个激光器，配置成可发出探测激光束以探测目标物；接收单元111配置成接收探测激光束被目标物反射的回波并转换为电信号；处理单元112与接收单元111连接以接收电信号，并根据电信号计算目标物的距离和/或反射率。可见光发射模块12配置成可向激光雷达外部发射可见光。控制单元13与可见光发射模块12耦接，并配置成可控制可见光发射模块12在一定条件下发射可见光。
如前所述，随着激光雷达获得越来越广泛的应用，周围人群近距离暴露在激光雷达的激光辐射下的可能性会越来越高。而且激光雷达作为一种主动的测量方式，发射的光辐射越强、越密集则探测性能越优，因此为了获得更远的探测距离和更高的空间分辨率，需要发射更高功率更密集的激光。另外，激光雷达使用的激光往往为近红外光，对于人类的视觉是不可见的，不能够使人眼做出反馈调节。因此如果激光功率过高的话，很可能在激光雷达周围人未注意到的情况下，已经对人眼造成了一定的损害。因此激光安全标准中一级激光产品标准限定了激光产品能够发射的光辐射最大值，进而限制了激光雷达的探测性能。
本申请的发明人构思出，使用可见光激发眼睛的瞳孔调节或者触发躲避反应，利用人眼在受到环境光影响的情况下，虹膜上瞳孔括约肌能够控制瞳孔的收缩及舒张的特性，一定强度的可见光能够起到使观察者瞳孔缩小、或者产生应激躲避反应，进而避免激光安全风险，并且能够在保障使用者安全的前提下提高激光雷达的探测能力。当人突然暴露在较强的可见光下时，瞳孔会迅速收缩，直径变小。利用观察者瞳孔缩小、或者产生应激躲避反应的这一特点，可以实现在激光雷达测距的过程中，或者有物体存在于激光雷达安全风险的距离内时，使得观察者的瞳孔直径保持在较小的状态，那么进入到观察者眼睛的激光能量就会降低，从而保障激光雷达在可预见的使用场景中的安全性。换句话说，即使激光雷达的发射功率较高，但由于此时观察者的瞳孔直径较小，相比于正常瞳孔直径的情况，只有很少部分的激光能量进入到瞳孔中，因此能够确保人眼安全。
所述控制单元13可以按照多种策略控制所述可见光发射模块12发射可见光。以下详细描述。
根据本发明的一个优选实施例，控制单元13配置成控制可见光发射模块12在激光雷达10的工作过程中持续发射可见光。在激光雷达测距的过程中持续发射可见光，使得激光雷达周围的观察者瞳孔收缩，进入收缩后的瞳孔的激光近红外光在一级激光产品阈值之内，或者触发人的躲避反应把眼睛下意识移开。通过控制可见光发射模块12在激光雷达10的工作过程中持续发射可见光，能够确保激光雷达周围的人的瞳孔处于收缩状态。所述可见光发射模块12发射的可见光优选地为连续波，且优选地为不经过准直系统直接出射的光以覆盖更大的视场范围。
根据本发明的一个优选实施例，控制单元13配置成控制可见光发射模块12在激光发射单元110发出的探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时发射可见光。激光雷达的安全阈值可以预先计算并设置，例如依据激光安全标准(如IEC 60825-1:2014)可以计算出激光产品的安全阈值，计算过程中需要考虑激光产品自身的发光特性。激光产品的分类从Class 1到Class 4，Class 1等级的激光产品是安全无损害的。上述的人眼安全阈值即指Class1级的安全阈值。以脉冲式的激光雷达为例，安全阈值计算时不仅需要考虑光束在视网膜上成像的大小、光束进入到瞳孔的比例，还需要考虑激光脉冲在空间分布情况以及时序特性，这些都会在阈值计算中的不同参数上体现。此外，对于激光脉冲，重复出现的激光脉冲还受到修正因子的影响，阈值会随着一段时间内脉冲个数的增加而降低，即长时间的脉冲会产生叠加效应使得阈值降低。另外，激光雷达的不同激光器可能对应于不同的视场和探测距离，因而具有不同的发射功率或能量。在持续的探测过程中，根据当前发光的激光器的发光功率或者能量，将其与预设的人眼安全阈值进行比较，若高于人眼安全阈值，则控制单元13控制可见光发射模块12发射可见光，以刺激周围人眼瞳孔缩小，避免激光造成损伤；若低于人眼安全阈值，则控制单元13无需控制可见光发射模块12发射可见光，因为此时的发光强度是安全的，不会对人眼造成损伤。
根据本发明的一个优选实施例，控制单元13配置成控制可见光发射模块12在环境光强低于预设光强时发射可见光。当环境光强较高时，人眼瞳孔的直径通常较小，此时即使激光雷达的发光功率较高，也不会对人眼造成损伤。而当环境光强较低时，为了看清周围的环境，人眼瞳孔的直径通常较大，此时激光雷达发出的激光容易对人眼造成损伤。激光安全标准中规定的阈值是实际进入瞳孔的能量或功率，现行激光安全标准中往往假定瞳孔大小为7mm，此数值为人群中一般情况下黑暗中瞳孔能够达到的最大直径。在正常日间光照的条件下，瞳孔往往只有2-3mm。若瞳孔打开尺寸减小，进入到眼球并被眼部组织吸收的光能量或者功率减小，根据激光安全标准计算的激光能量或功率的安全阈值提升，因此激光雷达能够发射更强的激光从而达到更优的探测能力。例如瞳孔尺寸减小后计算得到的安全阈值为第一阈值，瞳孔大小为7mm计算得到的安全阈值为第二阈值，则第一阈值大于第二阈值。环境光强可以根据当前的日期、时刻、天气中的一项或多项进行计算。或者可替换的，可以直接测量环境光的强度。例如在激光雷达的激光发射单元110的发光间隙，此时接收单元111的输出即可表征环境光的强度。激光雷达可以预存环境光强度和瞳孔大小的关系，可以用实际的环境光强估算瞳孔大小，然后用估算的瞳孔大小作为判定激光功率是否超过安全阈值的因素。例如，在环境光强较高时，估算的瞳孔大小为2mm，激光雷达可以按照第一阈值发射激光，当环境光强变低时，瞳孔打开的尺寸增大，进入到眼球并被眼部组织吸收的光能量提高，此时发射可见光，使观察者的瞳孔收缩、或触发应激躲避反应，确保了激光雷达使用的安全性。
根据本发明的一个优选实施例，控制单元13配置成当目标物在特定距离范围内时控制可见光发射模块12发射可见光。激光在传播过程中会发生衰减，因此即使发光功率较高的激光器，所发出的激光传播经过一定距离后，其强度也会发生衰减，对于人眼基本不具有影响。因此，可以在观察者位于特定距离范围(特定距离大于等于风险距离)内的情况下，激光雷达主动发射可见光，使得观察者瞳孔收缩，在风险距离范围内进入收缩后的瞳孔的激光近红外光在一级激光产品阈值之内，或者触发人的应激躲避反应把眼睛下意识移开。由于激光脉冲的损伤叠加效应，在风险距离之内检测到物体时，迅速发射可见光，使得观察者瞳孔收缩，观察者在短时间以及长时间接受到的光辐射都在一级激光产品的安全阈值之内，或者激发人的躲避反应把眼睛下意识移开。风险距离是根据人眼实际接收到的激光能量或功率与人眼安全阈值相比较计算得到的。此处风险距离例如是根据激光安全标准中设定瞳孔大小为7mm计算得到的，在风险距离范围内，人眼实际接收到的激光能量或功率高于人眼安全阈值；在风险距离范围外，人眼实际接收到的激光能量或功率低于人眼安全阈值。特定距离例如与风险距离相同，或者根据系统要求大于风险距离。
本领域技术人员容易理解，控制单元13可以根据激光发射单元110发出的探测激光束的能量或功率、环境光强、特定距离范围因素中的一个或多个控制可见光发射模块12发射可见光。
关于目标物距离的探测，根据本发明的一个优选实施例，控制单元13与测距模块11通讯以获取目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制可见光发射模块12发射可见光。
另外的或者可替换的，根据本发明的一个优选实施例，如图2所示，激光雷达10还包括距离传感器14，距离传感器14配置成可感测激光雷达10周围目标物的距离，控制单元13与距离传感器14通讯以获取目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制可见光发射模块12发射可见光。距离传感器14例如包括超声波雷达、接近传感器中的一种或几种。
根据本发明的一个优选实施例，如图3所示，控制单元10从激光雷达10外部的其他感知系统15获得目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制可见光发射模块12发射可见光。其他感知系统15可以通过有线或无线的传输方式将距离信息传递给激光雷达10。
根据本发明的一个优选实施例，如图4所示，激光雷达10还包括第一扫描模块16，配置成可将入射到其上的探测激光束和可见光偏折到激光雷达外部，并通过第一扫描模块16的扫描动作覆盖一定范围的视场。可见光发射模块12发射的可见光和测距模块11的激光发射单元110发射的探测激光束采用相同的光路出射，在返回的光路中，例如在接收透镜上或探测器前通常会设置滤光片，可见光的波长在滤光片的通带之外，使得可见光不会返回到探测器上。图4示出了扫描式装置的一种实现结构，可见光发射模块12发射的可见光和测距模块11发射的红外激光通过第一扫描模块16进行一维/二维的视场扫描。第一扫描模块16可以是振镜、摆镜、多面转镜等。图5示出了一使用振镜16-1的扫描式装置的具体实现结构。该结构还包括分光模块17，分光模块17例如可以是半透半反镜。如图5所示，测距模块11的红外激光器110发射红外激光，可见光发射模块12受控制单元13控制在一定条件下发射可见光，共同经分光模块17和振镜16后向外界出射，经外界物体反射的回波经振镜16和分光模块17后被测距模块11的探测器111接收，其中可见光部分的回波在到达探测器111前被滤除。可见光发射模块12例如包括发光二极管(LED)、激光二极管(LD)中的一种或多种。
根据本发明的一个优选实施例，如图6所示，激光雷达10还包括第二扫描模块18，配置成可将入射到其上的探测激光束偏折到激光雷达外部，用于目标物探测，并通过第二扫描模块18的扫描动作覆盖一定范围的视场。优选的，如图6所示，可见光发射模块12发射的可见光和测距模块11的激光发射单元110发射的探测激光束采用不同的光路出射，以减小对测距的干扰。图6示出了扫描式装置的实现结构，测距模块11发射的红外激光通过第二扫描模块18进行一维/二维的视场扫描，可见光发射模块12发射的可见光不经过第二扫描模块18直接出射。
根据本发明的一个优选实施例，图7示出了另一使用振镜18-1的扫描式装置的具体实现结构，该结构还包括分光模块17，分光模块17例如可以是半透半反镜。如图7所示，测距模块11的红外激光器110发射红外激光，经分光模块17和振镜18-1后向外界出射，经外界物体反射的回波经振镜18-1和分光模块17后被测距模块11的探测器111接收。可见光发射模块12受控制单元13控制在一定条件下发射可见光，可见光发射模块12发射的可见光不经过振镜18-1直接出射。
另外根据本发明的一个优选实施例，激光雷达10包括多个可见光发射模块12，多个可见光发射模块12的出射光对应于不同的垂直和/或水平视场。设置多个可见光发射模块12，可以覆盖第二扫描模块18扫描的视场范围。
根据本发明的一个优选实施例，如图8所示，激光雷达10还包括第三扫描模块19，配置成可将入射到其上的可见光偏折到激光雷达外部并在垂直和/或水平视场范围进行扫描。第三扫描模块19例如在垂直方向上扫描可见光发射模块12发出的可见光，从而能够保证高矮不同的观察者的眼睛都能被可见光照射到。第三扫描模块19例如也可以在水平方向上扫描可见光发射模块12发出的可见光，从而能够保证在一定水平视场范围的观察者的眼睛都能被可见光照射到。第三扫描模块19扫描的视场范围例如可以与第二扫描模块18扫描的视场范围相重叠，或者有部分相重叠。另外，可见光的扫描角度和激光的扫描角度优选具有预定的偏差。
根据本发明的一个优选实施例，如图9所示，可见光发射模块12与测距模块11可围绕激光雷达10的转轴O-O同步旋转。测距模块11的激光发射单元110和接收单元111绕转轴O-O进行360°旋转，可见光发射模块12和测距模块11同步绕转轴O-O进行360°旋转(即保持指向相同的水平视场角)，可见光发射模块12受控制单元13控制在一定条件下发射可见光，从而保证在激光雷达当前探测视场范围内的人眼安全。
根据本发明的一个优选实施例，测距模块11可围绕激光雷达的转轴O-O旋转，而多个可见光发射模块12不可旋转地固设在激光雷达上，分别对应激光雷达不同的水平角度视场范围，控制单元13配置成当测距模块11旋转时，依次控制相应的可见光发射模块12发射可见光。如图10B和11B所示，多个可见光发射模块12设置在激光雷达的底座上，并且不可旋转。测距模块11的激光发射单元110和接收单元111绕转轴360°旋转，多个可见光发射模块12沿激光雷达10 360°分布(不旋转)，在测距模块11工作过程中，可见光发射模块12受控制单元13控制在一定条件下发射可见光。例如在测距模块11旋转到某一角度时，控制与当前水平角度相对应的可见光发射模块12在一定条件下发出可见光。在该角度上，可见光发射模块12可(根据距离传感器或其他感知系统的数据)早于测距模块11发光，起到预警作用，使观察者瞳孔缩小或触发应激躲避反应。
根据本发明的一个优选实施例，如图10A和10B所示，可见光发射模块12可位于激光雷达10的外部，例如位于窗口片21或光罩20的外部。可替换的，根据本发明的一个优选实施例，如图11A和11B所示，可见光发射模块12可位于激光雷达10的内部，并通过窗口片21或光罩20向激光雷达10的外部发射可见光。当可见光发射模块12位于激光雷达10内部时，需要选择与之匹配的窗口片21/光罩20出射。
与上述可见光发射模块12的设置方式类似的，前述距离传感器14也可以按照可旋转的方式或者不可旋转的方式设置。例如对于扫描式激光雷达，距离传感器14设置于激光雷达前面板上；对于旋转式激光雷达，距离传感器14可以以不可旋转的方式设置于雷达的顶部或者基座上，或者可以随测距模块11同步旋转。
根据本发明的一个优选实施例，如图12所示，本发明还提供一种使用如上所述的激光雷达10进行探测的方法100，包括：
在步骤S101中，通过激光雷达的测距模块发射探测激光束进行目标物探测。
在步骤S102中，控制所述激光雷达的可见光发射模块在一定条件下发射可见光。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤S102包括以下步骤中的一个或多个：
控制所述可见光发射模块在激光雷达的工作过程中持续发射可见光；
控制所述可见光发射模块在所述激光发射单元发出的探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时发射可见光；
控制所述可见光发射模块在环境光强低于预设光强时发射可见光；和
当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
根据本发明的一个优选实施例，探测方法100还包括以下步骤中的一个或多个：
从所述测距模块获取所述目标物的距离；
从距离传感器获取所述目标物的距离；和
从激光雷达外部的其他感知系统获得目标物的距离。
本发明的优选实施例提供了一种包括可见光发射模块的激光雷达，该可见光发射模块在控制单元的控制下，在持续发射、探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时、环境光强低于预设光强时、目标物在特定距离范围内的一种或几种条件的组合下发射可见光。通过发射可见光使观察者的瞳孔缩小、或触发应激躲避反应，保障了激光雷达在人眼安全的情况下，提高了激光雷达的发射功率，进而提升了激光雷达的探测性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种激光雷达，包括：
测距模块，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元配置成可发出探测激光束以探测目标物；
接收单元，配置成接收探测激光束被目标物反射的回波并转换为电信号；和
处理单元，所述处理单元与所述接收单元连接以接收所述电信号，并根据所述电信号，计算所述目标物的距离和/或反射率；
可见光发射模块，配置成可向激光雷达外部发射可见光；和
控制单元，与所述可见光发射模块耦接，并配置成可控制所述可见光发射模块在一定条件下发射可见光。
2.如权利要求1所述的激光雷达，其中所述控制单元配置成控制所述可见光发射模块在激光雷达工作过程中持续发射可见光。
3.如权利要求1所述的激光雷达，其中所述控制单元配置成控制所述可见光发射模块在所述激光发射单元发出的探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时发射可见光。
4.如权利要求1所述的激光雷达，其中所述控制单元配置成控制所述可见光发射模块在环境光强低于预设光强时发射可见光。
5.如权利要求1所述的激光雷达，其中所述控制单元配置成当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
6.如权利要求5所述的激光雷达，其中所述特定距离范围可根据人眼实际接收到的激光能量或功率与人眼安全阈值相比较计算得到。
7.如权利要求5或6所述的激光雷达，其中所述控制单元与所述测距模块通讯以获取所述目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
8.如权利要求5或6所述的激光雷达，还包括距离传感器，所述距离传感器配置成可感测激光雷达周围目标物的距离，所述控制单元与所述距离传感器通讯以获取所述目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
9.如权利要求5或6所述的激光雷达，其中所述控制单元从激光雷达外部的其他感知系统获得目标物的距离，以当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
10.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达，还包括第一扫描模块，配置成可将入射到其上的探测激光束和可见光偏折到激光雷达外部，其中所述可见光发射模块发射的可见光和所述测距模块的激光发射单元发射的激光采用相同光路出射。
11.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达，还包括第二扫描模块，配置成可将入射到其上的探测激光束偏折到激光雷达外部，用于目标物探测，其中所述可见光发射模块发射的可见光和所述测距模块的激光发射单元发射的激光采用不同的光路出射。
12.如权利要求11所述的激光雷达，其中所述激光雷达包括多个可见光发射模块，所述多个可见光发射模块的出射光对应于不同的垂直视场。
13.如权利要求11所述的激光雷达，还包括第三扫描模块，配置成可将入射到其上的可见光偏折到激光雷达外部并在垂直视场范围进行扫描。
14.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达，其中所述可见光发射模块与所述测距模块可围绕激光雷达的转轴同步旋转。
15.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达，其中所述激光雷达包括多个不可旋转地固设在激光雷达上的可见光发射模块，所述测距模块可围绕激光雷达的转轴旋转，所述多个可见光发射模块分别对应激光雷达不同的水平角度范围，所述控制单元配置成当所述测距模块旋转时，依次控制相应的可见光发射模块发射可见光。
16.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达，其中所述可见光发射模块位于激光雷达窗口片或光罩的外部。
17.如权利要求1-6中任一项所述的激光雷达，其中所述可见光发射模块位于激光雷达内部，并通过窗口片或光罩向激光雷达外部发射可见光。
18.一种使用如权利要求1-17中任一项所述的激光雷达进行探测的方法，包括：
S101：通过激光雷达的测距模块发射探测激光束进行目标物探测；
S102：控制所述激光雷达的可见光发射模块在一定条件下发射可见光。
19.如权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤S102包括：
控制所述可见光发射模块在激光雷达的工作过程中持续发射可见光。
20.如权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤S102包括：
控制所述可见光发射模块在所述激光发射单元发出的探测激光束的能量或功率高于人眼安全阈值时发射可见光。
21.如权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤S102包括：
控制所述可见光发射模块在环境光强低于预设光强时发射可见光。
22.如权利要求18所述的探测方法，其中所述步骤S102包括：
当目标物在特定距离范围内时控制所述可见光发射模块发射可见光。
23.如权利要求22所述的探测方法，其中还包括以下步骤中的一个或多个：
从所述测距模块获取所述目标物的距离；
从距离传感器获取所述目标物的距离；和
从激光雷达外部的其他感知系统获得目标物的距离。
CN202010727862.XA 2020-07-23 2020-07-23 激光雷达及其探测方法 Pending CN113970748A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010727862.XA CN113970748A (zh) 2020-07-23 2020-07-23 激光雷达及其探测方法
PCT/CN2021/082802 WO2022016895A1 (zh) 2020-07-23 2021-03-24 激光雷达及其探测方法
US18/091,820 US20230141753A1 (en) 2020-07-23 2022-12-30 Lidar and detection method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010727862.XA CN113970748A (zh) 2020-07-23 2020-07-23 激光雷达及其探测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113970748A true CN113970748A (zh) 2022-01-25

Family

ID=79585904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010727862.XA Pending CN113970748A (zh) 2020-07-23 2020-07-23 激光雷达及其探测方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230141753A1 (zh)
CN (1) CN113970748A (zh)
WO (1) WO2022016895A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9383753B1 (en) * 2012-09-26 2016-07-05 Google Inc. Wide-view LIDAR with areas of special attention
CN105487082B (zh) * 2015-11-19 2018-04-10 中国空间技术研究院 一种用于远距离目标探测的激光雷达
KR102547651B1 (ko) * 2016-09-20 2023-06-26 이노비즈 테크놀로지스 엘티디 Lidar 시스템 및 방법
CN110537103A (zh) * 2017-03-16 2019-12-03 法斯特里3D公司 主动式遥感应用中优化发射器和检测器使用的方法和装置
CN112285669B (zh) * 2018-04-16 2023-01-20 上海禾赛科技有限公司 激光雷达及其制造方法
CN110456372A (zh) * 2019-08-30 2019-11-15 上海禾赛光电科技有限公司 激光雷达系统的测距方法以及激光雷达系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022016895A1 (zh) 2022-01-27
US20230141753A1 (en) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7321553B2 (ja) 眼安全性走査ｌｉｄａｒシステム
US20190064353A1 (en) Remote power safety system
US8203698B2 (en) Control modules for laser systems having auto-ranging and control capability
US20090002644A1 (en) Invisible scanning safety system
WO2009031094A1 (en) Laser scanning projection device with eye detection unit
JP7146069B2 (ja) 調節可能な走査範囲を有するアイセーフライダーシステム
US11768274B2 (en) Preamble pulse based LiDAR systems and methods
CN113970748A (zh) 激光雷达及其探测方法
CN213934211U (zh) 一种mems一维激光雷达和数码相机测绘装置
US20170373454A1 (en) Laser Safety Device
US20230028749A1 (en) Lidar with multi-range channels
US9006629B2 (en) Controlling laser power
US20220050202A1 (en) Flight time sensor and surveillance system comprising such a sensor
CN216118025U (zh) 用于自动驾驶的激光雷达盲区探测系统及车辆
US20220299762A1 (en) Optical device, line-of-sight detection device, retinal projection display device, head-mounted display, optometric device, user-condition estimation apparatus, driver-assistance system, method of detecting degree of inclination of three-dimensional object, and line-of-sight detection method
KR102628751B1 (ko) 변형 거울을 이용하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법
KR20240033500A (ko) 수신 광섬유 블록을 이용하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법
WO2021126082A1 (en) Eye-safe operation of lidar scanner
CN117970368A (zh) 激光雷达系统和车辆
ITPD20130123A1 (it) Dispositivo per il rilevamento e la neutralizzazione di insetti volanti
CN117890919A (zh) 测距设备、发射模组、发射光学组件和车辆
CN111342831A (zh) 一种激光反射式触发装置
US20100107859A1 (en) Remote explosion of improvised explosive devices

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination