CN114114305A - 激光光路系统及激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种激光光路系统，包括：光源，用于发射光源激光；扫描振镜，位于所述光源激光的光路上，用于接收至少部分光源激光，并用于引导所述至少部分光源激光至目标物体，所述至少部分光源激光被所述目标物体以探测光反射，所述扫描振镜还用于接收所述探测光并出射，所述探测光和所述至少部分光源激光共光路；探测器，位于所述探测光的光路上，用于接收所述扫描振镜出射的所述探测光，根据所述探测光产生探测信号并输出所述探测信号；以及控制器，所述控制器电连接所述光源及所述探测器，用于接收所述探测器输出的所述探测信号，并用于根据所述探测信号获取所述目标物体的信息。本申请还提供一种激光雷达。

Description

激光光路系统及激光雷达
技术领域
本申请涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种激光光路系统及应用该激光光路系统的激光雷达。
背景技术
激光雷达作为一种新兴技术被广泛应用于无人驾驶、激光测距等领域。其通过出射光源激光并接收环境反射激光可精确获知环境信息。现有的激光雷达光路系统中，一方面，该光源激光的出射光路与该环境反射激光的接收光路相互独立，往往导致光路系统设计复杂；另一方面，长时间持续输出高功率的光源激光引起散热不佳；进一步的，当该激光雷达应用于车载环境时，该激光雷达中一些光学器件(例如激光扫描振镜)对于车辆振动的耐受性较差，易缩短所述激光雷达的使用寿命。
发明内容
本申请一方面提供一种激光光路系统，包括：
光源，用于发射光源激光；
扫描振镜，位于所述光源激光的光路上，用于接收至少部分光源激光，并用于引导所述至少部分光源激光至目标物体，所述至少部分光源激光被所述目标物体以探测光反射，所述扫描振镜还用于接收所述探测光并出射，所述探测光和所述至少部分光源激光共光路；
探测器，位于所述探测光的光路上，用于接收所述扫描振镜出射的所述探测光，根据所述探测光产生探测信号并输出所述探测信号；以及
控制器，所述控制器电连接所述光源及所述探测器，用于接收所述探测器输出的所述探测信号，并用于根据所述探测信号获取所述目标物体的信息。
本申请另一方面提供一种激光雷达，包括如上述的激光光路系统。
上述激光光路系统，扫描振镜既用于将光源出射的光源激光引导至目标物体，又用于接收目标物体反射的探测光，使得光源激光和探测光共光路，该光路结构有利于减小激光光路系统的整体体积。
附图说明
图1为本申请实施例提供的激光雷达的模块结构示意图。
图2为本申请实施例提供的激光光路系统的光路结构示意图。
主要元件符号说明
激光雷达 100
激光光路系统 10
光源 11
光引导元件 12
功率探测器 13
探测器 14
扫描振镜 15
透镜 16
控制器 17
光源激光 L1
探测光 L2
目标物体 200
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
请参阅图1，本实施例提供的激光雷达100，可用于探测目标物体200。激光雷达100例如可应用于自动驾驶、三维测绘、安防监控等各种场景。激光雷达100在上述应用场景下主要实现探测目标物体200的距离、形状等功能。
请参阅图2，激光雷达100包括激光光路系统10包括光源11，光源11用于发射光源激光L1。本实施例中，光源11为一激光器。于其他实施例中，光源11也可以为一包括多台激光器的激光器阵列。
激光光路系统还包括光引导元件12、功率探测器13及扫描振镜15。本实施例中，光引导元件12为一分光片，其用于反射部分光源激光L1至功率探测器13，并用于透射另一部分光源激光L1至扫描振镜15。于其他实施例中，光引导元件12也可不为分光片，光引导元件12例如可为区域镀膜片、透镜组合等。本申请不限制光引导元件12的具体结构或具体类型，只要可用于将部分光源激光L1引导至功率探测器13，并将另一部分光源激光L1引导至扫描振镜15即可。
功率探测器13用于根据接收到的光源激光L1进行光电转换，以生成反馈信号。该反馈信号为电信号，例如可为电流信号或电压信号。
扫描振镜15用于将接收到的部分光源激光L1引导至目标物体200。本实施例中，扫描振镜15可旋转。通过控制扫描振镜15旋转不同的角度，可将入射至扫描振镜15的光以不同角度反射出去。
在激光光路系统10工作过程中，扫描振镜15可在不同的工作时段旋转不同的角度，以在不同的工作时段将光源激光L1引导至目标物体200上的不同位置或将光源激光L1引导至不同的目标物体200。
图2中所示激光光路系统10包括一扫描振镜15，于其他实施例中，也可包括多个扫描振镜15，每个扫描振镜15设置为可在特定方向发生一定角度的旋转，通过控制多个扫描振镜15的旋转角度，使得多个扫描振镜配合将接收到的光以特定的角度引导至目标物体200。
光源激光L1照射至目标物体200时，目标物体200对光源激光L1进行反射，本实施例中，将目标物体200反射的光定义为探测光L2。本实施例中，目标物体200为环境中需要被侦测的物体，例如当激光雷达100应用于无人驾驶车辆时，目标物体200可为位于该车辆行进路径上的一障碍物。
当激光雷达100应用于无人驾驶车辆时，该无人驾驶车辆易发生颠簸导致扫描振镜15发生振动，本实施例中，扫描振镜15为电磁驱动式的扫描振镜，其对振动的耐受性较强，因此电磁驱动式的扫描振镜15有利于提高激光光路系统10整体的稳定性，进而延长激光雷达100的使用寿命。
激光光路系统10还包括透镜16，本实施例中，透镜16可用于将光源激光聚焦至目标物体200，并用于接收目标物体200反射的探测光L2，将探测光L2聚焦至扫描振镜15上。
激光光路系统10还包括探测器14。扫描振镜15还用于引导探测光L2至光引导元件12，光引导元件12用于反射探测光L2至探测器14，探测器14用于根据接收到的探测光L2进行光电转换，以生成探测信号。该探测信号为电信号，例如可为电流信号或电压信号。
激光光路系统10还包括控制器17。控制器17分别与光源11、扫描振镜15、功率探测器13及探测器14电连接，用于控制光源11出射激光，控制扫描振镜15的旋转角度，并用于接收探测器14产生的探测信号和功率探测器13产生的反馈信号，还用于根据该反馈信号控制下一时刻光源11输出光源激光L1的功率，根据探测信号获取目标物体200的信息(距离信息、形状信息等)。
以下对上述的激光光路系统的工作过程进行阐述：
控制器17输出第一控制信号至光源11，控制光源11以一初始功率输出光源激光L1。光源激光L1入射至光引导元件12。光引导元件12反射部分光源激光L1至功率探测器13，并透射部分光源激光L1至扫描振镜15。
功率探测器13根据接收到的光源激光L1，产生反馈信号，该反馈信号携带光源激光L1的功率信息。功率探测器13回传该反馈信号至控制器17，控制器17可根据该反馈信号获取光源激光L1的功率。也即，上述过程使得当光源11出射激光时，控制器17即可获知当前光源11出射的光源激光L1的功率，从而实现对光源激光L1的功率的实时监控。
通过对光源激光L1的功率的实时监控，可比对实际出射的光源激光L1的功率与所述初始功率是否一致(实际工作过程中也可允许一定程度的误差，而不必完全相同，也即，即便两者之间存在一定的差异，但只要该差异在设定的范围内，认定两者是一致的)。若判断一致，则表明光源11工作正常，若判断不一致，则表明光源11工作异常。
因此，本实施例中，通过对光源激光L1的功率进行实时监控，有利于对光源11的故障进行及时排查，可在光源11工作异常时及时修理或更换，有利于避免异常工作的光源导致激光光路系统10获得的信息的准确度下降。
扫描振镜15接收到光源激光L1后，配合透镜16，将光源激光L1引导至目标物体200。目标物体200反射探测光L2。透镜16将探测光L2聚焦至扫描振镜15，扫描振镜15配合光引导元件12将探测光L2引导至探测器14。探测器14接收到探测光L2后，根据探测光L2生成探测信号，并回传该探测信号至控制器17。控制器17根据该探测信号，基于预设算法获取目标物体200的信息。目标物体200的信息例如为目标物体200的距离信息、形状信息等。
且根据上述描述并结合附图可知，光源激光L1与探测光L2在目标物体200至光引导元件12段共光路，该共光路的结构有利于缩减整个激光光路系统10所占的体积，进而有利于降低光路复杂度。
进一步的，控制器17还可根据接收到的探测光L2获取当前所处环境的环境光强度，根据该环境光强度调节下一时刻光源11输出光源激光L1的功率。
具体的，光源11输出光源激光L1的功率与环境光强度成正比：环境光强度越高，光源11输出光源激光L1的功率越大；反之越小。
该方式有利于使得控制器17根据环境光强度实时调节光源11输出光源激光L1的功率，也即在环境光强度较低时减小光源11输出光源激光L1的功率，并在环境光强度较高时增加光源11输出光源激光L1的功率，有利于避免长时间以高功率开启光源11。从而一方面有利于减少光源11产生的热量，改善光源11散热不佳的问题；另一方面有利于降低激光光路系统10整体的能耗。
本实施例提供的激光光路系统10，第一方面，扫描振镜15既用于将光源11出射的光源激光L1引导至目标物体200，又用于接收目标物体200反射的探测光L2，使得光源激光L1和探测光L2共光路，该光路结构有利于减小激光光路系统10的整体体积。
第二方面，控制器17可根据功率探测器13输出的反馈信号实时监控光源11实际输出光源激光L1的功率，以判断光源11是否正常工作，有利于及时检测到光源11工作异常的情况。
第三方面，控制器17根据环境光强度实时调节光源11输出光源激光L1的功率，也即在环境光强度较低时减小光源11输出光源激光L1的功率，有利于减少光源11产生的热量，改善光源11散热不佳的问题；还有利于降低激光光路系统10整体的能耗。
第四方面，扫描振镜15设置为电磁驱动式扫描振镜，对振动的耐受性更高，当激光光路系统10应用于易发生振动的装置(例如无人驾驶车辆)中时，有利于提升激光光路系统10的稳定性，进而有利于延长激光光路系统10的寿命。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种激光光路系统，其特征在于，包括：
光源，用于发射光源激光；
扫描振镜，位于所述光源激光的光路上，用于接收至少部分光源激光，并用于引导所述至少部分光源激光至目标物体，所述至少部分光源激光被所述目标物体以探测光反射，所述扫描振镜还用于接收所述探测光并出射，所述探测光和所述至少部分光源激光共光路；
探测器，位于所述探测光的光路上，用于接收所述扫描振镜出射的所述探测光，根据所述探测光产生探测信号并输出所述探测信号；以及
控制器，所述控制器电连接所述光源及所述探测器，用于接收所述探测器输出的所述探测信号，并用于根据所述探测信号获取所述目标物体的信息。
2.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，所述控制器还用于根据环境光的强度调节所述光源出射的所述光源激光的功率，所述光源激光的功率与所述环境光的强度成正比。
3.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，所述扫描振镜为电磁驱动式扫描振镜。
4.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，所述扫描振镜可旋转，所述控制器通过控制所述扫描振镜旋转不同的角度以控制所述扫描振镜将所述光源激光以不同的角度引导至所述目标物体。
5.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，还包括功率探测器；
所述功率探测器位于所述光源激光的光路上，用于接收部分光源激光，根据所述部分光源激光产生反馈信号并输出所述反馈信号；
所述控制器电连接所述功率探测器，用于根据所述反馈信号监控所述光源的工作状态。
6.如权利要求5所述的激光光路系统，其特征在于，还包括光引导元件，所述光引导元件用于将所述部分光源激光引导至所述功率探测器，并用于将另一部分光源激光引导至所述扫描振镜。
7.如权利要求6所述的激光光路系统，其特征在于，所述光引导元件用于将所述部分光源激光反射至所述功率探测器，并用于将所述另一部分光源激光透射至所述扫描振镜。
8.如权利要求5所述的激光光路系统，其特征在于，所述控制器用于根据所述功率探测器输出的反馈信号，获取所述光源输出的光源激光的实际功率，当所述实际功率与所述光源的初始功率一致时，判断所述光源工作正常，当所述实际功率与所述光源的初始功率不一致时，判断所述光源工作异常。
9.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，所述目标物体的信息至少包括所述目标物体的距离信息或所述目标物体的形状信息。
10.如权利要求1所述的激光光路系统，其特征在于，包括多个所述扫描振镜，每个所述扫描振镜为可旋转的，所述控制器用于控制多个扫描振镜旋转不同的角度，使得所述多个扫描振镜配合将接收到的所述光源激光以不同的角度引导至所述目标物体。
11.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1～10任一项所述的激光光路系统。
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