CN115236639A - 用于激光雷达的光学组件检测系统及激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于激光雷达的光学组件检测系统，光学组件包括发射端光学组件和接收端光学组件，光学组件检测系统包括：检测激光器和检测探测器，其中检测激光器配置成发射检测激光束，检测激光束经过发射端光学组件和/或接收端光学组件，出射到激光雷达外部或者入射到检测探测器；检测探测器配置成接收检测激光束或检测激光束在目标物上反射后并经过接收端光学组件的回波，并转换为检测电信号；信号处理单元，与检测探测器通讯以接收检测电信号，并配置成根据检测电信号确定光学组件的工作状态。通过本发明设计的光学组件检测系统，可以在雷达工作期间检测发射端和/或接收端光学组件的工作状态和各光学器件的在位状态，提高雷达故障检测效率。

Description

用于激光雷达的光学组件检测系统及激光雷达
技术领域
本公开涉及光电探测领域，尤其涉及一种用于激光雷达的光学组件检测系统及一种激光雷达。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，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、资源勘探等领域。
光学器件(比如凸透镜、凹透镜、平面镜、凹面镜、凸面镜、半透镜等)作为激光雷达的核心器件，用于将激光器发出的光线以及目标物的反射光线进行准直、偏折、反射、会聚等，从而根据激光雷达的功能需求，实现不同的光路设计。每一个光学器件在激光雷达中都有其独特的作用，所有的光学器件均保持正常才能正确的引导光路，使激光雷达保持高性能的探测。
在激光雷达使用过程中，当因外界震动、固定胶水失效等原因，有可能导致光学器件异常，如碎裂、失位，任何一个光学器件异常都会使得光路发生偏移，使光学系统的原有功能降级或者丧失，影响雷达使用性能。如果光学系统应用在安全相关的系统中，光学器件的异常还有可能导致安全风险。因此有必要对激光雷达光学器件异常进行检测。
激光雷达在出厂前，会对各个光学器件进行标定，按照设计好的光路将光学器件固定在预定的位置上。如图1所示是一个基础的激光雷达示意图，当透镜(组)1和透镜(组)2都处在它们既定的位置上时，激光器发出的光经过透镜1准直，照射到目标物上，目标物对激光漫反射，其中一部分反射光经过透镜2汇聚到光探测元件上，经过飞行时间TOF(Timeof Flight)计算完成探测。
当激光雷达在使用过程中，一旦上述两个透镜(组)的任何一个/组失位、碎裂或者变形，都会影响激光雷达的探测性能。如图2a,2b所示，比如当发射端透镜1失位、碎裂或者变形后，激光器发出的激光经过透镜1偏折到其他方向，照射不到目标物上，那么激光雷达就无法探测到目标物。再比如，当接收端透镜2失位、碎裂或者变形后，目标物的反射光经过透镜2偏折到其他方向，无法照射到光探测元件上，那么激光雷达也无法探测到目标物。
实际上，随着激光雷达技术发展和商业上的成功，现在的激光雷达光机结构越来越复杂，除了使用透镜外，还可能会使用转镜、振镜、楔形棱镜、凹面镜等复杂的光学器件和光学器件组合，图3为典型的采用光学器件组合的激光雷达光学系统。
激光雷达对光学系统精度要求越来越高，其容错率也越来越低，而现有技术中尚没有对出厂后的激光雷达的光学系统进行有效检测的手段，往往是在激光雷达无法正常工作后，在检修过程中发现光学系统异常。
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
有鉴于现有技术的一个或多个缺陷，本发明设计一种光学组件检测系统，可以在激光雷达工作期间实时检测发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态以及每个光学器件的在位状态，提高激光雷达故障检测效率。
本发明提供一种用于激光雷达的光学组件检测系统，所述激光雷达的光学组件包括发射端光学组件和接收端光学组件，所述光学组件检测系统包括：
检测激光器和检测探测器，其中所述检测激光器配置成发射检测激光束，所述检测激光束经过所述发射端光学组件和/或接收端光学组件，出射到所述激光雷达外部或者入射到检测探测器；
所述检测探测器配置成接收所述检测激光束或所述检测激光束在目标物上反射后并经过所述接收端光学组件的回波，并转换为检测电信号；和
信号处理单元，与所述检测探测器通讯以接收所述检测电信号，并配置成根据所述检测电信号确定所述光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第一检测激光器，所述第一检测激光器配置为发射第一检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述发射端光学组件的光路下游的第一检测探测器，所述第一检测探测器配置为接收所述第一检测激光束并转换为第一检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第一检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第二检测激光器，所述第二检测激光器配置为发射第二检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第二检测探测器，所述第二检测探测器配置为接收所述第二检测激光束在目标物上反射后经过所述接收端光学组件的回波并转换为第二检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第二检测电信号，确定所述激光雷达的光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达为包括转镜或振镜的激光雷达，所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第三检测激光器，所述第三检测激光器配置为发射第三检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第三检测探测器，所述第三检测探测器配置为接收所述第三检测激光束并转换为第三检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第三检测电信号，确定所述激光雷达的光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，所述第三检测激光器配置为在所述激光雷达处于非测距状态时发射所述第三检测激光束。
根据本发明的一个方面，其中当所述检测电信号的信号强度大于预设阈值时，确定所述激光雷达的光学组件正常。
根据本发明的一个方面，其中所述检测激光器设置在所述激光雷达的激光器电路板上，所述检测探测器设置在所述激光雷达的探测器电路板上或者激光雷达的结构件上。
根据本发明的一个方面，所述光学组件还包括固定件，所述发射端光学组件和所述接收端光学组件通过所述固定件固定在激光雷达中。
根据本发明的一个方面，所述光学组件检测系统包括设置在所述固定件上的在位检测单元，所述在位检测单元配置成可检测所述光学组件的在位状态，所述信号处理单元与所述在位检测单元通讯以确定所述光学组件的在位状态。
根据本发明的一个方面，还包括无线通信单元，与所述信号处理单元耦接，配置为将所述光学组件的工作状态和/或所述光学组件的在位状态上报移动终端设备。
本发明还提供一种激光雷达，包括：
发射单元，包括激光器和发射端光学组件，所述激光器配置成发射探测激光束，所述探测激光束经由所述发射端光学组件出射到所述激光雷达外部；
接收单元，包括探测器和接收端光学组件，所述接收端光学组件配置成将所述探测激光束在目标物上反射的回波汇聚到所述探测器上，所述探测器将所述回波转换为电信号；和
光学组件检测系统，包括：
检测激光器和检测探测器，其中所述检测激光器配置成发射检测激光束，所述检测激光束经过所述发射端光学组件和/或接收端光学组件，出射到所述激光雷达外部或者入射到检测探测器；
所述检测探测器配置成接收所述检测激光束或所述检测激光束在目标物上反射后并经过所述接收端光学组件的回波，并转换为检测电信号；和
信号处理单元，与所述检测探测器通讯以接收所述检测电信号，并配置成根据所述检测电信号确定所述发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第一检测激光器，所述第一检测激光器配置为发射第一检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述发射端光学组件的光路下游的第一检测探测器，所述第一检测探测器配置为接收所述第一检测激光束并转换为第一检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第一检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第二检测激光器，所述第二检测激光器配置为发射第二检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第二检测探测器，所述第二检测探测器配置为接收所述第二检测激光束在目标物上反射后经过所述接收端光学组件的回波并转换为第二检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第二检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达为包括转镜或振镜的激光雷达，所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第三检测激光器，所述第三检测激光器配置为发射第三检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第三检测探测器，所述第三检测探测器配置为接收所述第三检测激光束并转换为第三检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第三检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态。
根据本发明的一个方面，其中所述第三检测激光器配置为在所述激光雷达处于非测距状态时发射所述第三检测激光束。
根据本发明的一个方面，其中当所述检测电信号的信号强度大于预设阈值时，确定所述激光雷达的发射端光学组件和/或接收端光学组件正常。
根据本发明的一个方面，其中所述检测激光器设置在所述激光雷达的激光器电路板上，所述检测探测器设置在所述激光雷达的探测器电路板上或者激光雷达的结构件上。
根据本发明的一个方面，所述光学组件还包括固定件，所述发射端光学组件和所述接收端光学组件通过所述固定件固定在激光雷达中。
根据本发明的一个方面，其中所述光路检测系统包括设置在所述固定件上的在位检测单元，所述在位检测单元配置成可检测所述光学组件的在位状态，所述信号处理单元与所述在位检测单元通讯以确定所述发射端光学组件和/或接收端光学组件的在位状态。
根据本发明的一个方面，还包括无线通信单元，与所述信号处理单元耦接，配置为将所述发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态和所述光学组件的在位状态上报移动终端设备。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示出了激光雷达示意图；
图2a示出了发射端光学器件异常的示意图；
图2b示出了接收端光学器件异常的示意图；
图3示出了典型光学器件组合的激光雷达示意图；
图4示出了本发明一个实施例的光学组件检测系统示意图；
图5示出了本发明实施例一的发射端光学组件检测——正常光路的示意图；
图6示出了本发明实施例一的发射端光学组件检测——异常光路的示意图；
图7示出了本发明实施例二的接收端光学组件检测——正常光路的示意图；
图8示出了本发明实施例二的接收端光学组件检测——异常光路的示意图；
图9示出了本发明实施例三的转镜激光雷达光学组件检测的示意图；
图10示出了本发明实施例四的光学器件在位状态检测的示意图；
图11示出了本发明实施例四的光学器件在位状态检测的模块图；
图12示出了本发明一个实施例的在位检测单元之短接开关的示意图；
图13示出了本发明一个实施例的在位检测单元之微动开关的示意图；
图14示出了本发明一个实施例的激光雷达模块图；
图15示出了本发明一个实施例的光学组件检测方法流程图。
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。
本发明设计一种用于激光雷达的光学组件检测系统，一方面可以对发射端光学组件和/或接收端光学组件进行实时的检测，另一方面可以对激光雷达中各个光学器件的在位状态进行实时的检测，并将检测结果传送到移动终端，提示用户激光雷达的使用状态。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图4示出了根据本发明一个实施例的光学组件检测系统示意图，激光雷达10包括发射端光学组件12、接收端光学组件13和光学组件检测系统11。
发射端光学组件12包括将激光束进行准直、偏折、反射、扫描或汇聚等功能的光学器件，例如透镜、半透半反镜、反射镜和转镜、振镜等中的一个或多个。
接收端光学组件13包括将激光束进行准直、偏折、反射、扫描或汇聚等功能的光学器件，例如透镜、半透半反镜、反射镜和转镜、振镜等中的一个或多个。
其中光学组件检测系统11包括检测激光器111、检测探测器112和信号处理单元113。
检测激光器111配置成发射检测激光束，检测激光束经过发射端光学组件12后可以被检测探测器112接收(如图4中虚线箭头所示)，或者在目标物上反射后经过接收端光学组件13后被检测探测器112接收(如图4中实线箭头所示)。
当对发射端光学组件12进行检测时，检测激光器111设置在发射端光学组件12的光路上游，检测探测器112设置在发射端光学组件12的光路下游。检测时，检测激光器111发射检测激光束，检测激光束经过发射端光学组件12后入射到检测探测器112，如图4中虚线箭头示出的光路，检测探测器112将检测激光束转换为检测电信号，信号处理单元113与检测探测器112通讯并接收检测电信号，根据检测电信号确定发射端光学组件12的工作状态。根据本发明的一个实施例，当发射端光学组件12正常工作时，检测探测器112能够正常接收到检测激光束并转换为检测电信号；当发射端光学组件12发生失位、碎裂或者变形时，检测探测器112无法接收到检测激光束，或者接收到的检测激光束的强度较低，产生的检测电信号的幅值较小。因此根据检测电信号，可以确定发射端光学组件12的工作状态是否正常。
当对接收端光学组件13进行检测时，检测激光器111设置在发射端光学组件12的光路上游，检测探测器112设置在接收端光学组件13的光路下游。检测时，检测激光器111发射检测激光束，检测激光束经过发射端光学组件12后出射到激光雷达10外部，在目标物反射后的回波经过接收端光学组件13后被检测探测器112接收，如图4中实线箭头示出的光路，检测探测器112将回波转换为检测电信号，信号处理单元113与检测探测器112通讯并接收检测电信号，根据检测电信号确定发射端光学组件12和接收端光学组件13的工作状态。当发射端光学组件12正常工作时，可以判断接收端光学组件13的工作状态。换句话说，对于接收端光学组件13检测结果的判断，需要基于发射端光学组件12正常工作的前提。
检测激光器111设置在光路上游，检测探测器112设置在光路下游，是对其粗略的位置描述，仅用于说明本发明设计的光学组件检测过程，关于检测激光器111和检测探测器112具体设置位置通过实施例进一步描述。
下面对实施例一和实施例二中涉及的术语进行定义。激光雷达包括测距激光器和测距探测器，其中测距激光器发射探测激光束，经发射端光学组件后出射到激光雷达外部用于探测目标物，探测激光束在目标物上发生漫反射，部分回波返回到激光雷达，经接收端光学组件13后入射到测距探测器上，由测距探测器接收并转换为电信号，用于计算探测激光束的飞行时间以及目标物的距离。本发明中，发射端光路是指测距激光器发出的探测激光束从激光器到激光雷达边界所经过的光通路，即发射端光路的始端是激光器，末端是激光雷达边界。激光雷达边界是将激光雷达内部和外部划分开的物理界限，例如激光雷达顶盖、底座或边框等结构件。接收端光路是指回波信号进入激光雷达边界后到达探测器时所经过的光通路，即接收端光路的始端是激光雷达边界，接收端光路的末端是探测器。
图5示出了本发明实施例一的光学组件检测系统的示意图，可用于检测发射端光学组件，其中发射端光学组件处于正常工作的状态，图6示出了发射端光学组件处于非正常工作状态时的情形。
如图5所述，在激光器电路板上，将第一检测激光器LD1设置在测距激光器旁边且不影响其正常工作时的位置；将第一检测探测器D1设置在发射端光路末端的部件上，例如激光雷达顶盖、底座或边框等不影响测距的位置上。更进一步地，第一检测激光器LD1和第一检测探测器D1的安装位置限定为：当发射端光学组件12正常(这里的正常包括位置正常和结构正常)时，第一检测激光器LD1发出的检测激光束L1经过发射端光学组件12后正好能照射到第一检测探测器D1上。
如图6所示，一旦发射端光学组件12中某个光学器件异常，例如透镜失位(偏离初始位置)，那么第一检测激光器LD1发出的检测激光束L1照射不到第一检测探测器D1上，这样信号处理单元113(例如通过FPGA(Field-Programmable Gate Array)实现)就可以获知异常信息。
根据本发明的一个优选实施例，第一检测探测器D1可以通过电线与信号处理单元连接传输检测电信号，也可以通过无线通信与信号处理单元传输检测电信号。
图7示出了本发明实施例二的光学组件检测系统的示意图，可用于检测发射端光学组件和接收端光学组件，其中发射端光学组件和接收端光学组件均处于正常工作的状态，图8示出了接收端光学组件处于非正常工作状态时的情形。
如图7所示，在测距激光器旁边，放置第二检测激光器LD2，同时在接收端光路末端的部件(例如探测器电路板或激光雷达10的结构件上)上放置第二检测探测器D2。更进一步地，第二检测激光器LD2和第二检测探测器D2的安装位置限定为：当发射端光学组件12和接收端光学组件13正常(这里的正常包括位置正常和结构正常)时，第二检测激光器LD2发出的检测激光束L2经过发射端光学组件12，在目标物上反射的回波L2'再经过接收端光学组件13后正好能照射到第二检测探测器D2上。
对接收端光学组件13检测的前提是，对发射端光学组件12检测是正常的。当接收端光学组件任何一个光学器件异常，如图8所示，那么第二检测激光器LD2发出的检测激光束L2经过发射端光学组件12，在目标物上反射的回波L2'再经过接收端光学组件13后照射不到第二检测探测器D2上，这样信号处理单元就可以获知异常信息。
图7和图8的实施例中，除了包括第二检测激光器LD2和第二检测探测器D2，还包括了图5和图6实施例中的第一检测激光器LD1和第一检测探测器D1，从而可以分别用于检测发射端光学组件和接收端光学组件的工作状态。
本领域技术人员可以理解，第一检测探测器D1和第二检测探测器D2可以连接到不同信号处理单元，也可以连接到同一信号处理单元，都在本发明的保护范围内。另外，也可以构思出仅包括第二检测激光器LD2和第二检测探测器D2的实施例，而不包括第一检测激光器LD1和第一检测探测器D1，这些都在本发明的保护范围内。
实施例一和实施例二可以单独实施，也可以结合使用。如图7所示，第一检测激光器LD1和第一检测探测器D1相配合，用于检测发射端光学组件12的工作状态；第二检测激光器LD2和第二检测探测器D2相配合，用于检测发射端光学组件12和接收端光学组件13的工作状态，并且，当发射端光学组件12正常时，可以判断接收端光学组件13的工作状态。
实施例一和实施例二中的光学组件仅仅是透镜和反射镜的组合，实际上还有很多其他形式的光学器件，比如转镜或振镜。
图9示出了本发明实施例三的转镜激光雷达光学组件检测的示意图，转镜激光雷达包括测距激光器和测距探测器。探测光路是指测距激光器发出的探测激光束从激光器到探测器所经过的光通路，探测光路的始端是激光器，末端是探测器。
转镜激光雷达的视场FOV(Field of View)有限，只有当转镜转到探测窗口的角度范围时，发射单元和接收单元才开始工作；转镜在其他角度时发射单元和接收单元不工作。可以利用转镜的特点，在激光雷达10内部完成对光学组件的检测。具体地，在激光器电路板上，在测距激光器旁边，额外放置一个第三检测激光器LD3，同时在探测光路末端上放置一个第三检测探测器D3，第三检测激光器LD3和第三检测探测器D3的安装位置限定为：当光学组件正常、转镜转到特定角度(非测距角度)时，第三检测激光器LD3发出的检测激光束L3经过光学组件后正好能照射到第三检测探测器D3上。这样既可以在转镜激光雷达内部完成光学组件检测，优选地，也可以在非探测时间进行检测，从而避免测距激光器光线的干扰，提高了检测精度。
根据本发明的一个优选实施例，信号处理单元113接收检测探测器112的检测电信号，可以基于对检测电信号的一个或多个参数来判断被检测的光学组件是否处于正常工作状态。例如，当检测电信号的信号强度大于预设阈值时，确定对应的光学组件处于正常工作状态。
上述三个实施例都是对光学组件进行检测的方案，当某个光学器件失位时，第一检测探测器D1\第二检测探测器D2\第三检测探测器D3没有接收到第一检测激光器LD1\第二检测激光器LD2\第三检测激光器LD3发出的光，信号处理单元113只能判断出光学组件出现异常，但无法判断出光学组件中的具体哪一个光学器件失位。基于这个问题，本发明还设计了一种基于光学器件在位状态的检测方案。
图10示出了本发明实施例四的光学器件在位状态检测的示意图，发射端光学组件12中的各光学器件通过各自的固定件固定于激光雷达中，接收端光学组件13中的各光学器件也通过各自的固定件固定在激光雷达中。当光学器件装配时，在每个光学器件的固定件上安装至少一个在位检测单元，每个在位信号检测单元与信号处理单元113通讯以确定各光学器件的在位状态。当任何一个光学器件发生位移时，都会触发在位检测单元的检测信号，信号处理单元113通过检测信号判断各光学器件的在位状态。
图11示出了本发明实施例四的光学器件在位状态检测的模块图，在光学器件1的固定件上安装在位检测单元P1，在光学器件2的固定件上安装在位检测单元P2，依次类推；也可以在一个光学器件的固定件上安装两个在位检测单元，例如在光学器件n的固定件的两端安装在位检测单元Pn和在位检测单元Pn'；还可以在每个光学器件的固定件上安装多个在位检测单元，以提供冗余配置。
根据本发明的一个优选实施例，在位检测单元，例如可以是短接开关，也可以是微动开关。
图12示出了本发明一个实施例的在位检测单元的短接开关的示意图。以图中的I号光学器件为例，当Ⅰ号光学器件在位时，Ⅰ号光学器件贴合短接板并将短接板压在接口1和接口2上，短接开关处于闭合状态，开关电路中有持续的微电流通过；一旦Ⅰ号光学器件发生位移，Ⅰ号光学器件不再贴合短接板，短接板脱离接口1和接口2，短接开关开路，开关电路不再有电流通过，由此，信号处理单元就识别出Ⅰ号光学器件失位。
图13示出了本发明一个实施例的在位检测单元的微动开关的示意图。以Ⅱ号光学器件为例，当Ⅱ号光学器件在位时，Ⅱ号光学器件贴合微动开关按钮并将按钮压住，微动开关处于断开状态，开关电路中没有电流通过；一旦Ⅱ号光学器件发生位移，Ⅱ号光学器件不再贴合按钮，按钮弹起，微动开关闭路，开关电路中有持续的微电流通过，由此，信号处理单元就识别出Ⅱ号光学器件失位。
上述四个实施例不限于单独实施，也可以组合起来实施，既可以检测光学组件是否正常，也可以检测各光学器件是否在位。
根据本发明的一个优选实施例，激光雷达10还包括无线通信单元114，如图4所示，与信号处理单元113耦接，配置为将光学组件的工作状态和/或光学组件的在位状态上报给移动终端，以提示用户。移动终端包括但不限于汽车中控屏、电脑、手机。优选地，信号处理单元113与移动终端的数据传输方式为无线通信。
如图14所示，本发明还提供一种激光雷达20，包括：
发射单元21，包括激光器211和发射端光学组件212，所述激光器211配置成发射探测激光束，所述探测激光束经由所述发射端光学组件212出射到所述激光雷达20外部；
接收单元22，包括探测器221和接收端光学组件222，所述接收端光学组件222配置成将所述探测激光束在目标物上反射的回波汇聚到所述探测器221上，所述探测器221将所述回波转换为电信号；和
光学组件检测系统11，包括：
检测激光器111和检测探测器112，其中所述检测激光器111配置成发射检测激光束，所述检测激光束经过所述发射端光学组件212和/或接收端光学组件222，出射到所述激光雷达20外部或者入射到检测探测器112；
所述检测探测器112配置成接收所述检测激光束或所述检测激光束在目标物上反射后并经过所述接收端光学组件222的回波，并转换为检测电信号；和
信号处理单元113，与所述检测探测器112通讯以接收所述检测电信号，并配置成根据所述检测电信号确定所述发射端光学组件212和/或接收端光学组件222的工作状态。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述检测激光器111包括设置在所述发射端光学组件212的光路上游的第一检测激光器LD1，所述第一检测激光器LD1配置为发射第一检测激光束；所述检测探测器112包括设置在所述发射端光学组件212的光路下游的第一检测探测器D1，所述第一检测探测器D1配置为接收所述第一检测激光束并转换为第一检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第一检测电信号，确定所述激光雷达20的发射端光学组件212的工作状态。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述检测激光器111包括设置在所述发射端光学组件212的光路上游的第二检测激光器LD2，所述第二检测激光器LD2配置为发射第二检测激光束；所述检测探测器112包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第二检测探测器D2，所述第二检测探测器D2配置为接收所述第二检测激光束在目标物上反射后经过所述接收端光学组件222的回波并转换为第二检测电信号，所述信号处理单元113配置成可根据所述第二检测电信号，确定所述激光雷达20的发射端光学组件212和/或接收端光学组件222的工作状态。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述激光雷达20为包括转镜或振镜的激光雷达，所述检测激光器111包括设置在所述发射端光学组件212的光路上游的第三检测激光器LD3，所述第三检测激光器LD3配置为发射第三检测激光束；所述检测探测器112包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第三检测探测器D3，所述第三检测探测器D3配置为接收所述第三检测激光束并转换为第三检测电信号，所述信号处理单元113配置成可根据所述第三检测电信号，确定所述激光雷达20的发射端光学组件212和/或接收端光学组件222的工作状态。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述第三检测激光器LD3配置为在所述激光雷达20处于非测距状态时发射所述第三检测激光束。
根据本发明的一个优选实施例，其中当所述检测电信号的信号强度大于预设阈值时，确定所述激光雷达20的发射端光学组件212和/或接收端光学组件222正常。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述检测激光器111设置在所述激光雷达20的激光器电路板上，所述检测探测器112设置在所述激光雷达20的探测器电路板上或者激光雷达的结构件上。
根据本发明的一个优选实施例，所述光学组件还包括固定件，所述发射端光学组件212和所述接收端光学组件222通过所述固定件固定在激光雷达中。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述光路检测系统包括设置在所述固定件上的在位检测单元，所述在位检测单元配置成可检测所述光学组件的在位状态，所述信号处理单元113与所述在位检测单元通讯以确定所述发射端光学组件212和/或接收端光学组件222的在位状态。
根据本发明的一个优选实施例，还包括无线通信单元23，与所述信号处理单元113耦接，配置为将所述发射端光学组件212和/或接收端光学组件222的工作状态和所述光学组件的在位状态上报移动终端设备。
本发明还提供一种可用于激光雷达的光学组件检测方法100，如图15所示，通过如上所述的光学组件检测系统实施，所述激光雷达的光学组件包括发射端光学组件和接收端光学组件，所述光学组件检测方法包括：
S101：发射检测激光束；
S102：所述检测激光束经过所述发射端光学组件和/或接收端光学组件，出射到所述激光雷达外部或者入射到检测探测器；
S103：所述检测探测器接收所述检测激光束或所述检测激光束在目标物上反射后经由所述光学组件的回波，并转换为检测电信号；和
S104：根据所述检测电信号，确定所述激光雷达的光学组件的状态。
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 (20)

1.一种用于激光雷达的光学组件检测系统，所述激光雷达的光学组件包括发射端光学组件和接收端光学组件，所述光学组件检测系统包括：
检测激光器和检测探测器，其中所述检测激光器配置成发射检测激光束，所述检测激光束经过所述发射端光学组件和/或接收端光学组件，出射到所述激光雷达外部或者入射到检测探测器；
所述检测探测器配置成接收所述检测激光束或所述检测激光束在目标物上反射后并经过所述接收端光学组件的回波，并转换为检测电信号；和
信号处理单元，与所述检测探测器通讯以接收所述检测电信号，并配置成根据所述检测电信号确定所述光学组件的工作状态。
2.如权利要求1所述的光学组件检测系统，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第一检测激光器，所述第一检测激光器配置为发射第一检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述发射端光学组件的光路下游的第一检测探测器，所述第一检测探测器配置为接收所述第一检测激光束并转换为第一检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第一检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件的工作状态。
3.如权利要求1或2所述的光学组件检测系统，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第二检测激光器，所述第二检测激光器配置为发射第二检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第二检测探测器，所述第二检测探测器配置为接收所述第二检测激光束在目标物上反射后经过所述接收端光学组件的回波并转换为第二检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第二检测电信号，确定所述激光雷达的光学组件的工作状态。
4.如权利要求1或2所述的光学组件检测系统，其中所述激光雷达为包括转镜或振镜的激光雷达，所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第三检测激光器，所述第三检测激光器配置为发射第三检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第三检测探测器，所述第三检测探测器配置为接收所述第三检测激光束并转换为第三检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第三检测电信号，确定所述激光雷达的光学组件的工作状态。
5.如权利要求4所述的光学组件检测系统，所述第三检测激光器配置为在所述激光雷达处于非测距状态时发射所述第三检测激光束。
6.如权利要求1所述的光学组件检测系统，其中当所述检测电信号的信号强度大于预设阈值时，确定所述激光雷达的光学组件正常。
7.如权利要求6所述的光学组件检测系统，其中所述检测激光器设置在所述激光雷达的激光器电路板上，所述检测探测器设置在所述激光雷达的探测器电路板上或者激光雷达的结构件上。
8.如权利要求7所述的光学组件检测系统，所述光学组件还包括固定件，所述发射端光学组件和所述接收端光学组件通过所述固定件固定在激光雷达中。
9.如权利要求8所述的光学组件检测系统，所述光学组件检测系统包括设置在所述固定件上的在位检测单元，所述在位检测单元配置成可检测所述光学组件的在位状态，所述信号处理单元与所述在位检测单元通讯以确定所述光学组件的在位状态。
10.如权利要求9所述的光学组件检测系统，还包括无线通信单元，与所述信号处理单元耦接，配置为将所述光学组件的工作状态和/或所述光学组件的在位状态上报移动终端设备。
11.一种激光雷达，包括：
发射单元，包括激光器和发射端光学组件，所述激光器配置成发射探测激光束，所述探测激光束经由所述发射端光学组件出射到所述激光雷达外部；
接收单元，包括探测器和接收端光学组件，所述接收端光学组件配置成将所述探测激光束在目标物上反射的回波汇聚到所述探测器上，所述探测器将所述回波转换为电信号；和
光学组件检测系统，包括：
检测激光器和检测探测器，其中所述检测激光器配置成发射检测激光束，所述检测激光束经过所述发射端光学组件和/或接收端光学组件，出射到所述激光雷达外部或者入射到检测探测器；
所述检测探测器配置成接收所述检测激光束或所述检测激光束在目标物上反射后并经过所述接收端光学组件的回波，并转换为检测电信号；和
信号处理单元，与所述检测探测器通讯以接收所述检测电信号，并配置成根据所述检测电信号确定所述发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态。
12.如权利要求11所述的激光雷达，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第一检测激光器，所述第一检测激光器配置为发射第一检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述发射端光学组件的光路下游的第一检测探测器，所述第一检测探测器配置为接收所述第一检测激光束并转换为第一检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第一检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件的工作状态。
13.如权利要求11或12所述的激光雷达，其中所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第二检测激光器，所述第二检测激光器配置为发射第二检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第二检测探测器，所述第二检测探测器配置为接收所述第二检测激光束在目标物上反射后经过所述接收端光学组件的回波并转换为第二检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第二检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态。
14.如权利要求11或12所述的激光雷达，其中所述激光雷达为包括转镜或振镜的激光雷达，所述检测激光器包括设置在所述发射端光学组件的光路上游的第三检测激光器，所述第三检测激光器配置为发射第三检测激光束；所述检测探测器包括设置在所述接收端光学组件的光路下游的第三检测探测器，所述第三检测探测器配置为接收所述第三检测激光束并转换为第三检测电信号，所述信号处理单元配置成可根据所述第三检测电信号，确定所述激光雷达的发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态。
15.如权利要求14所述的激光雷达，其中所述第三检测激光器配置为在所述激光雷达处于非测距状态时发射所述第三检测激光束。
16.如权利要求11所述的激光雷达，其中当所述检测电信号的信号强度大于预设阈值时，确定所述激光雷达的发射端光学组件和/或接收端光学组件正常。
17.如权利要求16所述的激光雷达，其中所述检测激光器设置在所述激光雷达的激光器电路板上，所述检测探测器设置在所述激光雷达的探测器电路板上或者激光雷达的结构件上。
18.如权利要求17所述的激光雷达，所述光学组件还包括固定件，所述发射端光学组件和所述接收端光学组件通过所述固定件固定在激光雷达中。
19.如权利要求18所述的激光雷达，其中所述光路检测系统包括设置在所述固定件上的在位检测单元，所述在位检测单元配置成可检测所述光学组件的在位状态，所述信号处理单元与所述在位检测单元通讯以确定所述发射端光学组件和/或接收端光学组件的在位状态。
20.如权利要求19所述的激光雷达，还包括无线通信单元，与所述信号处理单元耦接，配置为将所述发射端光学组件和/或接收端光学组件的工作状态和所述光学组件的在位状态上报移动终端设备。
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