CN115267726A - 激光雷达及激光雷达的探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达，包括：转镜单元，包括多面转镜部，所述多面转镜部可围绕旋转轴线转动，并具有多个反射面，用于改变入射到其上的光束的角度；发射单元，配置成可发射探测光束；接收单元，配置成可接收所述探测光束被目标物反射后的回波；其中，所述探测光束经由所述多面转镜部的反射面反射后出射；所述回波经该反射面反射后到达所述接收单元；并且，所述多面转镜部的各个反射面对应的扫描视场范围相同。通过本发明的实施例，明显抑制了激光雷达在测量时存在的运动模糊效应，提高了激光雷达的测量精度。

Description

激光雷达及激光雷达的探测方法

技术领域

本公开涉及雷达领域，尤其涉及一种激光雷达及激光雷达的探测方法。

背景技术

激光雷达是通过发射激光束来探测目标位置、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、体积小及重量轻等特点，被广泛应用于无人驾驶、无人机、智能机器人、交通通讯、能源安全检测、资源勘探等领域。随着近年来自动驾驶技术的迅猛发展，激光雷达作为自动驾驶领域中距离感知的核心传感器，已不可或缺。

在自动驾驶领域中，车载激光雷达作为自动驾驶汽车的“眼睛”，是最重要的传感器之一，对于保证自动驾驶汽车行车安全具有重要意义。激光雷达能够采用多束激光脉冲绕轴旋转一定的角度以对周围环境进行距离检测，并结合软件绘制点云图，从而为自动驾驶汽车提供足够多的环境信息。

转镜式车载激光雷达通常设置于车辆的前端或侧面，例如多面转镜式激光雷达。但是，多面转镜点云拼接会出现由于运动模糊效应而导致的点云畸变。当前采用多面转镜的方案中，往往需要采用多个镜面扫描得到的点云进行拼接后得到完整的视场区域的扫描信息。但是这种方式存在较为严重的运动模糊效应，即测量运动物体时会产生物体形状的畸变。

例如两面镜的两面有一个角度差，用这两面扫到的点合成一帧来提升垂直分辨率，如图1所示的通过拼帧进行扫描的拼帧示意图。当帧率为10Hz时，视场内某一物体上的点，采集的时间跨度会达到50ms。三面镜拼帧的时间跨度会达到66.6ms，四面镜拼帧的时间跨度会达到75ms，以此类推。

又例如，对于某些不拼帧的扫描方式中，如图2所示的单线束二维扫描为例，在但线束二维扫描中，通常采用固定光源结合扫描装置来实现。例如，两个以上的棱镜，利用棱镜的相对转动对光束出射位置进行调整，以实现扫描。在单线束二维扫描方式中，当帧率为10Hz时，视场内的某个物体上的点，采集的时间跨度可能接近100ms。因此，其整体覆盖一个区域需要花费一段较长的时间，从而可能导致扫描到的整个物体可能存在一定的运动模糊。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

本发明的激光雷达通过采用不拼帧的一维转镜扫描，明显抑制了激光雷达在测量时产生的运动模糊效应，解决了现有技术中通过拼帧得到扫描信息造成的点云畸变、以及不拼帧得到扫描信息造成的视场异形和视场内各处分辨率差异大等问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种激光雷达，包括：

转镜单元，包括多面转镜部，所述多面转镜部可围绕旋转轴线转动，并具有多个反射面，用于改变入射到其上的光束的角度；

发射单元，配置成可发射探测光束；

接收单元，配置成可接收所述探测光束被目标物反射后的回波；

其中，所述探测光束经由所述多面转镜部的反射面反射后出射；所述回波经该反射面反射后到达所述接收单元；并且，所述多面转镜部的各个反射面对应的扫描视场范围相同。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括处理单元，所述处理单元耦接到所述接收单元，并配置成通过获取所述接收单元基于任一个反射面所反射的回波产生的电信号，生成一帧点云，所述多面转镜部的多个反射面相对于所述旋转轴线旋转对称。

根据本发明的一个方面，其发射光轴和接收光轴部分共轴。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括分光组件，所述探测光束经所述分光组件反射到所述转镜单元，并且相应的回波经所述分光组件透射并被所述接收单元接收；或者所述探测光束经所述分光组件透射到所述转镜单元，并且，相应的回波经所述分光组件反射并被所述接收单元接收。

根据本发明的一个方面，所述发射单元发射的所述探测光束到达所述多面转镜部的反射面反射后出射的发射光轴和所述回波经该反射面反射后到达所述接收单元的接收光轴互相独立。

根据本发明的一个方面，所述转镜单元还包括电机和用于容纳所述多个反射面的转镜架，所述电机被包含于所述反射面围成的多边形空间内，以驱动所述多面转镜部围绕其旋转轴线旋转，其中，所述多个反射面中的至少一个反射面的角度可调，以实现转镜单元的多个反射面相对中心轴的旋转对称。

根据本发明的一个方面，所述发射单元包括发射模块和发射透镜组；所述发射模块配置成发射探测光束，所述探测光束经过所述发射透镜组和所述分光组件出射到所述转镜单元的反射面。

根据本发明的一个方面，所述发射单元还包括至少一个第一折转反射镜，所述发射透镜组包括设置在所述发射模块和第一折转反射镜之间、所述第一折转反射镜和所述分光组件之间的多个发射透镜。

根据本发明的一个方面，所述接收单元包括接收透镜组和接收模块；所述回波经过所述转镜单元的任一反射面反射后，经过所述分光组件和所述接收透镜组入射到所述接收模块。

根据本发明的一个方面，所述接收单元还包括至少一个第二折转反射镜，所述接收透镜组包括设置在所述分光组件和第二折转反射镜之间、所述第二折转反射镜和所述接收模块之间的多个接收透镜。

根据本发明的一个方面，所述多面转镜部包括两个、三个或四个反射面。

根据本发明的一个方面，所述发射模块包括呈线阵或面阵排布的多个激光器，所述接收单元包括与所述激光器数目相同、排布方式相对应的多个光电探测器，其中每个光电探测器与其中一个激光器相对应，并配置成接收相对应的激光器发射的探测光束在目标物上反射的回波。

根据本发明的一个方面，所述多个激光器至少包括一个设有微透镜的激光器。

根据本发明的一个方面，设有微透镜的激光器包括多个发光点，且每个发光点分别具有对应的微透镜结构。

根据本发明的一个方面，多个所述微透镜结构与多个所述发光点的排布模式相对应设置。

根据本发明的一个方面，发射单元整体的在水平方向的视场角跨度不大于10度。

根据本发明的一个方面，所述多面转镜部的所述多个反射面在竖直方向上的镜面角度配置为可调节的。

本发明还提供一种激光雷达的探测方法，所述探测方法使用如上所述的激光雷达进行探测。

根据本发明的一个方面，所述发射模块包括呈线阵或面阵排布的多个激光器，所述多个激光器被分为多组，在每个探测角度一次或多次激发各组激光器，获得呈线阵或面阵排布的点云组合，并根据所述点云组合生成一帧点云。

根据本发明的一个方面，在部分探测角度采用不同的能量多次激发一组或多组激光器，从而获得近距离和远距离的点云信息，并根据所述点云信息生成一帧点云。

在上述实施例中，通过采用不拼帧的一维扫描转镜式激光雷达，将转镜式激光雷达的每个镜面上获得的点云信息生成一帧完整的点云以完成整个视场区域的扫描，明显抑制了激光雷达在测量时存在的运动模糊效应，提高了激光雷达的测量精度。

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示出了现有技术中通过拼帧进行扫描的拼帧示意图；

图2示出了不拼帧的二维扫描的示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的框图；

图5示出了根据本发明一个实施例的转镜单元的示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的转镜单元的爆炸图；

图7示出了根据本发明另一个实施例的转镜单元的示意图；

图8A示出了根据本发明一个实施例的双面转镜部在开始扫描位置时的探测光束的示意图；

图8B示出了图8A的双面转镜部在开始扫描位置时的回波的示意图；

图9A示出了根据本发明一个实施例的双面转镜部在结束扫描位置时的探测光束的示意图；

图9B示出了图9A的双面转镜部在结束扫描位置时的回波的示意图；

图10A和图10B示出了根据本发明一个实施例的激光器上设置微透镜的示意图；

图11A示出了根据本发明一个实施例的激光器发光点上设置微透镜结构的示意图，图11B示出了图11A实施例的优选尺寸关系；

图12示出了根据本发明另一个实施例的激光器发光点上设置微透镜结构的示意图；

图13示出了采用单线束二维扫描时产生的运动畸变情况的示意图；和

图14示出了采用多线束一维扫描时产生的运动畸变情况的示意图。

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。

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3示出了根据本发明一个实施例的激光雷达100的示意图。如图3所示，所述激光雷达100包括转镜单元200、发射单元300和接收单元400。其中所述转镜单元200包括多面转镜部210，所述多面转镜部210具有旋转轴线OO'(参见图3)，可围绕旋转轴线OO'转动，并具有多个反射面211(参见图3)。图3中，多面转镜部210示例性示出为具有两个反射面211，本发明不限于此，也可以具有其他数量的反射面，例如3、4、5或者更多的。

所述多个反射面211用于改变入射到其上的光束的角度，其中多面转镜部210的多个反射面211优选地相对于所述旋转轴线旋转对称。本发明中，“多面转镜部210的多个反射面211相对于所述旋转轴线旋转对称”，是指多面转镜部210围绕其旋转轴线OO'旋转一定角度之后，多面转镜部210的多个反射面211仍然能够与旋转该角度之前的多个反射面211相重合。以多面转镜部21包括两个反射面211(例如180度对置)为例，多面转镜部210每旋转180度，两个反射面211将重合一次；以多面转镜部21为正方形并包括四个反射面211为例，多面转镜部210每旋转90度，四个反射面211将重合一次；以多面转镜部21为长方形并包括四个反射面211为例，多面转镜部210每旋转180度，四个反射面211将重合一次。

所述发射单元300配置成可发射探测光束L1；所述接收单元400配置成可接收所述探测光束L1被目标物OB反射后的回波L1’并转换为电信号，后续的处理单元可以根据该电信号计算目标物的距离和/或反射率等信息。其中所述探测光束L1经由所述多面转镜部210的反射面211反射后出射，所述回波L1’经该反射面211反射后到达所述接收单元400；并且，所述多面转镜部210的各个反射面211对应的扫描视场范围相同，也就是在多面转镜部210旋转过程中，对于每个反射面211，其工作的角度范围是相同的，在此范围内，探测光束L1被该反射面反射到激光雷达外部，并且回波L1’由该反射面反射后入射到接收单元400；而在该范围外，发射单元300不发射探测光束L1，接收单元400也停止接收回波；或者可替换的，在该范围外，处理单元不会根据电信号计算目标物的距离和/或反射率等信息。

图4示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的框图。如图4所示，所述激光雷达100还包括处理单元500，所述处理单元500耦接到所述接收单元400，并配置成获取接收单元400基于转镜单元200的任一反射面211所反射的回波产生的电信号，生成一帧点云。因此根据本发明的优选实施例，通过将转镜的每个反射面获得的回波单独构成一帧点云，无需通过多个反射面的回波进行拼帧。具体地，所述激光雷达100在工作时，所述发射单元300经所述转镜单元200的反射向周围环境发射探测光束L1，所述射出的探测光束L1投射在目标物OB上，引起散射，一部分探测光束被反射回来并经过会聚形成回波L1’。所述接收单元400接收经所述转镜单元200反射后的该回波L1’，并将其转换为电信号。所述处理单元500对所述电信号进行分析计算，得出目标物OB与所述激光雷达100之间的距离。

另外，本发明的激光雷达在工作时，并非每个反射面都用于产生一帧点云，例如可以仅使用其中一部分反射面来产生点云。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，所述激光雷达100的发射光轴和接收光轴部分共轴。可选地，所述发射光轴和接收光轴中经由所述转镜单元200射出或入射的光轴部分共用同一光轴，即探测光束L1被其中一个反射面211反射后的光路与回到该反射面211上的回波L1’的光路是相同的或者平行的。或者根据本发明的一个替换实施例，所述发射光轴和所述接收光轴不共轴，即所述发射单元300发射的所述探测光束L1到达所述多面转镜部210的反射面211反射后出射的发射光轴和所述回波L1’经该反射面反射后到达所述接收单元400的接收光轴互相独立。例如，可以利用反射面211上不同的区域，分别用于发射探测光束L1和接收回波L1’。优选的，设置发射镜筒和接收镜筒，二者均延伸至转镜单元200，分别用于发射探测光束L1和接收回波L1’，发射镜筒和接收镜筒的轴线是相互独立的。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，所述激光雷达100还包括分光组件600，所述探测光束L1经所述分光组件600反射到所述转镜单元200，并且相应的回波L1’经所述分光组件600透射并被所述接收单元400接收；或者所述探测光束L1经所述分光组件600透射到所述转镜单元200，并且，相应的回波L1’经所述分光组件600反射并被所述接收单元400接收。

根据本发明的一个实施例，所述分光组件600为半透半反镜，例如中间带有开孔的反射镜，入射到开孔以外的部分上的光束将被反射，入射到开孔上的光束将被透射。或者可替换的，所述分光组件600包括偏振分光结构，使得出射入射的光束相差为半个波长，并对不同波长的光束分别进行透射/反射。

根据一个优选实施例，通过调节多面转镜210的各个镜面211的相对角度，来实现多面转镜210的整体相对中心轴的旋转对称结构。图5示出了根据本发明一个实施例的转镜单元的示意图，图6示出了根据本发明一个实施例的转镜单元的爆炸图。如图5和图6所示，所述转镜单元200还包括电机220和用于容纳所述多个反射面211的转镜架230，所述电机220被包含于所述反射面211围成的多边形空间内，配置成可驱动所述多面转镜部210围绕其旋转轴线O1旋转，所述转镜架230与所述电机220的转子连接，并由所述电机220的转子带动。可选地，所述电机220为一体式电机，所述转镜单元200的多面转镜部210通过弹性部件231与所述电机220连接，其中所述弹性部件231例如是碟形弹簧，所述多个反射面211在竖直方向上的镜面角度设置为可通过所述碟形弹簧进行调节。

图7示出了根据本发明另一个实施例的转镜单元的示意图。如图7所示，所述转镜单元200包括电机220、多面转镜部210和转镜架230。其中所述电机220为分体式电机，通过固定螺栓232将所述转镜架230与所述电机220连接，通过偏心螺栓233调节图中左侧的反射面211在竖直方向上的镜面角度。图7的实施例中，多面转镜部210包括成180度对置的两个反射面211，实现旋转对称。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，所述发射单元300包括发射模块310和发射透镜组320，其中所述发射模块310配置成发射探测光束L1，所述探测光束L1经过所述发射透镜组320和所述分光组件600出射到所述转镜单元200的反射面211。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，所述发射单元300还包括至少一个第一折转反射镜330。所述至少一个第一折转反射镜330用于改变由所述发射模块310出射的探测光束L1的方向，使所述探测光束L1经过至少一次反射后能入射到所述反射面211上并向周围环境出射。

根据本发明的一个实施例，所述发射透镜组320包括设置在所述发射模块310和第一折转反射镜330之间的一个或多个透镜，另外的或者可选的，也可以包括设置在所述第一折转反射镜330和所述分光组件600之间的一个或多个发射透镜。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，所述接收单元400包括接收透镜组420和接收模块410；所述回波L1’经过所述转镜单元200的任一反射面211反射后，经过所述分光组件600和所述接收透镜组420入射到所述接收模块410。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，所述接收单元400还包括至少一个第二折转反射镜430。所述至少一个第二折转反射镜430用于改变所述回波L1’经过所述反射面211反射之后的传输方向，使所述回波L1’经过至少一次反射后能被所述接收模块410接收。通过设置所述第一折转反射镜330和第二折转反射镜430，有助于将发射单元和接收单元的结构设计的更加紧凑，节省空间。

根据本发明的一个实施例，所述接收透镜组420包括设置在所述分光组件600和第二折转反射镜430之间的一个或多个接收透镜，另外的或者可替换的，也可以包括所述第二折转反射镜430和所述接收模块410之间的一个或多个接收透镜。

图8A和8B以及图9A和9B分别示出了根据本发明一个实施例的双面转镜部在开始扫描和结束扫描位置时的光路示意图，其中图8A和图8B分别示出了多面转镜部处于开始扫描位置时探测光束与回波的示意图，图9A和图9B分别示出了多面转镜部处于结束扫描位置时探测光束与回波的示意图。

如图8A、8B和图9A、9B所示的，所述多面转镜部210包括两个反射面211(亦即图中矩形的多面反射部210的长边)，多面转镜部210可围绕旋转轴线OO'沿着箭头R所示的方向旋转。所述多面转镜部210从图8A和8B所示的开始扫描位置以顺时针方向围绕所述旋转轴线OO'旋转至图9A和9B所示的结束扫描位置。其中，光束可扫描角度为多面转镜部210旋转角度的两倍，也就是说，从图8A和8B所示的开始扫描位置到图9A和9B所示的结束扫描位置，所述多面转镜部210水平旋转了60°，于此相对应的，出射的探测光束L1转动过了120°的水平视场范围。

根据本发明的一个实施例，其中所述多面转镜部210包括三个或四个反射面211。本领域技术人员可以理解，所述反射面211的数量还可以根据需要设置更多。且在相同帧率的情况下，设置的反射面211的数量越多，所述转镜单元200需要旋转的转速越慢，因此可以具有更多的飞行时间的优势。例如激光雷达100在1s出10帧点云的情况下，具有两个反射面211的多面转镜部210需要旋转5圈；具有四个反射面211的多面转镜部210仅需要旋转2.5圈。显然，在相同条件下，具有四个反射面211的多面转镜部210的旋转速度可以选择的更慢，从而在每个反射面211上分配更多的测量时间，因此具有更多的飞行时间优势，从而能够具有更好的测远性能。

根据本发明的一个实施例，其中所述发射模块310包括呈线阵或面阵排布的多个激光器311，所述接收单元400包括与所述激光器311数目相同、排布方式相对应的多个光电探测器，其中每个光电探测器与其中一个激光器311相对应，并配置成接收相对应的激光器311发射的探测光束在目标物OB上反射的回波L1’。可选地，所述多个激光器311可以按照多种方式排布，例如单列、双列、锯齿状交错排布等等，所述光电探测器按照所述激光器311的排布方式相适应排布。其中，线束数量可根据实际所需的扫描精度不同而不同。例如，采用32线、64线、128线的多线束收发模式，从而达到更高的测量精度。

图10A和图10B示出了根据本发明一个实施例的激光器上设置微透镜的示意图。如图10A和10B所示，其中所述多个激光器311至少包括一个设有微透镜312的激光器311。通过在所述至少一个激光器311上设置所述微透镜312，可以提高所述探测光束L1的准直效果，实现了对水平角度的约束，并能提高出光能量利用率。

根据本发明的一个实施例，其中设有微透镜的激光器311包括多个发光点313，且每个发光点313分别具有对应的微透镜结构314。可选地，所述激光器311为垂直腔面发射激光器(VCSEL)。相比于目前激光雷达中广泛使用的边发射激光器(EEL)，垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有发散角空间对称分布的优点。VCSEL在激光雷达中应用，激光雷达对高峰值功率的要求使得越来越多的VCSEL采用三层结、五层结的量子阱结构来增加发射功率。但由于VCSEL发散角较大，发射功率密度仍不能大幅提高。现有的VCSEL准直方案大多采用单个大口径透镜对整个VCSEL进行准直，这会导致等效发光面变大，功率密度降低。本发明的实施例中，在VCSEL的发光面上外加分离式或者直接压印微透镜阵列(micro-lens array，简称MLA)，不同于通过一个透镜对整个VCSEL进行准直的方案，本实施例中的微透镜结构314里每个透镜单元分别对每个发光点313发出的激光束进行准直，并且根据发光点313的排布设计微透镜的形状。图11A示出了根据本发明一个实施例的激光器发光点上设置微透镜结构的示意图，图11B示出了图11A实施例的优选尺寸关系。如图11A所示，所述激光器311包括多个呈六边形分布的发光点313，与此对应地，每个所述微透镜结构314也设置为六边形结构。相对于通常使用的圆形透镜，圆形透镜单元很难实现密排，一部分探测光束会从间隙穿过，这部分光无法实现准直，会损失一部分功率密度。如图11A和11B所示，六边形微透镜结构314匹配发光点313排布，六边形微透镜结构314的内接圆直径d2的长度为相邻发光点313的中心间距d1(即VCSEL的发光单元的中心间距)，即d1＝d2，实现密布，提高了VCSEL光能利用率。可选地，透镜面型根据准直要求可以设计为平凸，其凸侧为球面或非球面。另外可选地，还可以在MLA的平面和凸面或任一面镀VCSEL波长的增透膜来提高透过率。

根据本发明的一个实施例，其中所述微透镜结构314与所述每个发光点313的排布模式相对应设置。图12示出了根据本发明另一个实施例的激光器发光点上设置微透镜结构的示意图。如图12所示，所述激光器311包括多个呈四边形分布的发光点313，与此对应地，每个所述微透镜结构314也设置为四边形结构。同理，对于五边形分布的发光点设置与其对应的五边形的微透镜结构，以此类推，在此不再赘述。

根据本发明的一个实施例，其中发射单元300整体的在水平方向的视场角跨度小于或等于10度。可选地，通过将收发线列在水平方向上设计得尽可能窄、焦距尽可能长，来控制收发通道在水平方向的视场角跨度，以避免水平角度过大影响跨码盘旋转角度，从而影响下一次扫描。

本发明还涉及一种激光雷达的探测方法，所述探测方法使用所述激光雷达100进行探测。根据本发明的一个实施例，其中所述发射模块310包括呈线阵或面阵排布的多个激光器311，所述多个激光器311被分为多组，在每个探测角度一次或多次激发各组激光器，通过在水平角度范围内的多次探测，获得呈线阵或面阵排布的点云组合，并根据所述点云组合生成视场范围内的一帧点云。

根据本发明的一个实施例，在探测时采用分为多组线阵排布的激光器，在每个探测角度依次激发各组探测器，从而获得线阵点云，并根据每个探测角度的线阵点云组合生成一帧点云。

根据本发明的一个实施例，探测时在部分探测角度采用不同的能量多次激发一组或多组激光器，从而获得近距离和远距离的点云信息，并根据所述点云信息生成一帧点云。

以下采用举例的方式具体说明本发明的实施例的优势。以距离所述激光雷达100为50m处的大小为2m*2m*2m的障碍物为例，所述障碍物相对所述激光雷达100的运动时速为100km/h。

图13示出了采用单线束二维扫描时产生的运动畸变情况的示意图。如图14所示，当采用单线束二维扫描时，以10Hz的帧率、累积100ms得到一帧图像为例，在单帧内最早打到障碍物上的点和最晚打到障碍物上的点的时间差最大可相差100ms。结合障碍物的移动距离100km/h，障碍物在100ms内的移动距离则为2.8米，也就是说，在该扫描方式下，障碍物畸变达到2.8米。

图14示出了采用多线束一维扫描时产生的运动畸变情况的示意图。如图14所示，在同样的情况下，采用多线束一维扫描的方式，障碍物的2m宽度在50m距离上占据水平视场角约2.3°，在水平扫描视场角范围为120°，在10HZ帧率的情况下，扫描该角度的时间为33ms*(2.3/120)＝0.63ms,此时该障碍物的移动距离为0.0175m。

通过上述的对比，很明显地，采用多线束一维扫描的方式能够更好的减少激光雷达在测量时存在的运动畸变情况。

综上所述，本发明通过采用不拼帧的一维扫描转镜式激光雷达，将转镜式激光雷达的每个镜面上获得的点云信息生成一帧完整的点云，从而完成整个视场区域的扫描，明显抑制了激光雷达在测量时存在的运动模糊效应，明显减少了测量时运动物体产生的物体形状畸变，提高了激光雷达的测量精度。

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)

1.一种激光雷达，包括：

转镜单元，包括多面转镜部，所述多面转镜部可围绕旋转轴线转动，并具有多个反射面，用于改变入射到其上的光束的角度；

发射单元，配置成可发射探测光束；

接收单元，配置成可接收所述探测光束被目标物反射后的回波；

其中，所述探测光束经由所述多面转镜部的反射面反射后出射；所述回波经该反射面反射后到达所述接收单元；并且，所述多面转镜部的各个反射面对应的扫描视场范围相同。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，还包括处理单元，所述处理单元耦接到所述接收单元，并配置成通过获取所述接收单元基于任一个反射面所反射的回波产生的电信号，生成一帧点云，所述多面转镜部的多个反射面相对于所述旋转轴线旋转对称。

3.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，其发射光轴和接收光轴部分共轴。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，还包括分光组件，所述探测光束经所述分光组件反射到所述转镜单元，并且相应的回波经所述分光组件透射并被所述接收单元接收；或者所述探测光束经所述分光组件透射到所述转镜单元，并且，相应的回波经所述分光组件反射并被所述接收单元接收。

5.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，所述发射单元发射的所述探测光束到达所述多面转镜部的反射面反射后出射的发射光轴和所述回波经该反射面反射后到达所述接收单元的接收光轴互相独立。

6.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，所述转镜单元还包括电机和用于容纳所述多个反射面的转镜架，所述电机被包含于所述反射面围成的多边形空间内，以驱动所述多面转镜部围绕其旋转轴线旋转，其中，所述多个反射面中的至少一个反射面的角度可调，以实现转镜单元的多个反射面相对中心轴的旋转对称。

7.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中所述多面转镜部的所述多个反射面在竖直方向上的镜面角度配置为可调节的。

8.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中所述发射单元包括发射模块和发射透镜组；所述发射模块配置成发射探测光束，所述探测光束经过所述发射透镜组和所述分光组件出射到所述转镜单元的反射面。

9.根据权利要求8所述的激光雷达，其中，所述发射单元还包括至少一个第一折转反射镜，所述发射透镜组包括设置在所述发射模块和第一折转反射镜之间、所述第一折转反射镜和所述分光组件之间的多个发射透镜。

10.根据权利要求8所述的激光雷达，其中，所述接收单元包括接收透镜组和接收模块；所述回波经过所述转镜单元的任一反射面反射后，经过所述分光组件和所述接收透镜组入射到所述接收模块。

11.根据权利要求10所述的激光雷达，其中，所述接收单元还包括至少一个第二折转反射镜，所述接收透镜组包括设置在所述分光组件和第二折转反射镜之间、所述第二折转反射镜和所述接收模块之间的多个接收透镜。

12.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，所述多面转镜部包括两个、三个或四个反射面。

13.根据权利要求10所述的激光雷达，其中，所述发射模块包括呈线阵或面阵排布的多个激光器，所述接收单元包括与所述激光器数目相同、排布方式相对应的多个光电探测器，其中每个光电探测器与其中一个激光器相对应，并配置成接收相对应的激光器发射的探测光束在目标物上反射的回波。

14.根据权利要求13所述的激光雷达，其中，所述多个激光器至少包括一个设有微透镜的激光器。

15.根据权利要求13所述的激光雷达，其中，设有微透镜的激光器包括多个发光点，且每个发光点分别具有对应的微透镜结构。

16.根据权利要求15所述的激光雷达，其中，多个所述微透镜结构与多个所述发光点的排布模式相对应设置。

17.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中发射单元整体的在水平方向的视场角跨度不大于10度。

18.一种激光雷达的探测方法，所述探测方法使用如权利要求1-17中任一项所述的激光雷达进行探测。

19.根据权利要求18所述的探测方法，其中所述发射模块包括呈线阵或面阵排布的多个激光器，所述多个激光器被分为多组，在每个探测角度一次或多次激发各组激光器，获得呈线阵或面阵排布的点云组合，并根据所述点云组合生成一帧点云。

20.根据权利要求19所述的探测方法，其中在部分探测角度采用不同的能量多次激发一组或多组激光器，从而获得近距离和远距离的点云信息，并根据所述点云信息生成一帧点云。

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