CN115480260A - 激光雷达及智能感应设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种激光雷达及智能感应设备。激光雷达包括：激光发射阵列，激光发射阵列包括多个激光发射单元，激光发射单元配置为发射探测光光束；激光接收阵列，激光接收阵列包括多个激光接收单元，多个激光发射单元的空间排列方式与多个激光接收单元的空间排列方式相同，每一激光接收单元配置为接收对应的一个激光发射单元所发射的探测光光束被目标物体反射后而形成的反射光光束；第一变焦镜头，第一变焦镜头设置在激光发射阵列的出光侧，第一变焦镜头的焦距可调；第二变焦镜头，第二变焦镜头设置在激光接收阵列的入光侧，第二变焦镜头的焦距可调，第一变焦镜头和第二变焦镜头配置为使两者的焦距同时变大，或使两者的焦距同时变小。

Description

激光雷达及智能感应设备

技术领域

本申请涉及激光测距技术领域，特别是涉及一种激光雷达及智能感应设备。

背景技术

随着技术的发展，激光雷达在自动驾驶、智能导航、无人机等智能装备领域得到广泛的应用。激光雷达是以发射激光光束来探测目标物体的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标物体发射探测激光束，再对从目标物体反射回来的反射信号进行接收，然后将反射信号与反射信号进行比较，经过处理后，获得目标物体的有关信息，例如目标距离、方位、速度、形状等参数信息。

激光雷达还可以用于获取环境当中的三维信息，目前，实现二维或三维探测的激光雷达主要分为扫描式和非扫描式。其中，非扫描式激光雷达通过激光器阵列发射激光并利用探测器阵列接收反射信号，通过单次发射和接收就能够覆盖目标视场。由于在发射和接收过程中无需像扫描式激光雷达一样转动部件，因此，具有较高的系统稳定性。

相关技术中，非扫描式激光雷达在对视场的大小进行调整时，探测能力也会随着调整的过程发生较为明显的变化，这会导致激光雷达的探测能力不稳定。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光雷达及智能感应设备，以提高视场调整过程中探测能力的稳定性。具体技术方案如下：

本申请第一方面的实施例提出了一种激光雷达，包括：

激光发射阵列，所述激光发射阵列包括多个激光发射单元，所述激光发射单元配置为发射探测光光束；

激光接收阵列，所述激光接收阵列包括多个激光接收单元，所述激光接收单元的数量等于所述激光发射单元的数量，所述多个激光发射单元的空间排列方式与所述多个激光接收单元的空间排列方式相同，每一所述激光接收单元配置为接收对应的一个激光发射单元所发射的探测光光束被目标物体反射后而形成的反射光光束；

第一变焦镜头，所述第一变焦镜头设置在所述激光发射阵列的出光侧，所述第一变焦镜头的焦距可调；

第二变焦镜头，所述第二变焦镜头设置在所述激光接收阵列的入光侧，所述第二变焦镜头的焦距可调，所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头配置为使两者的焦距同时变大以使所述激光发射阵列的视场和所述激光接收阵列的视场同时变小，或使两者的焦距同时变小以使所述激光发射阵列的视场和所述激光接收阵列的视场同时变大。

根据本申请实施例的激光雷达，其激光接收阵列中的激光接收单元的数量，与激光发射阵列中的激光发射单元的数量相等，并且，多个激光发射单元的空间排列方式与多个激光接收单元的空间排列方式相同，由此，可以建立起激光接收单元和激光发射单元的一一对应的关系，即，任一个激光发射单元所发射的探测光光束被物体反射后，其所形成的反射光光束被对应的一个激光接收单元所接收。这样就构建起一个收发一一对应的系统架构。基于该系统架构形式，本申请实施例中的激光雷达还设置有第一变焦镜头和第二变焦镜头，其中的第二变焦镜头设置在激光接收阵列的入光侧，通过对第二变焦镜头的焦距进行调整，可以改变激光雷达的探测视场的大小。第一变焦镜头设置在激光发射阵列的出光侧，并且第一变焦镜头和第二变焦镜头配置为使两者的焦距同时变大或同时变小，这样，当激光接收阵列的视场变大时，激光发射阵列的视场也变大，当激光接收阵列的视场变小时，激光发射阵列的视场也变小，由此，可以使激光雷达在改变探测视场的大小的过程中，对激光发射阵列的能量利用率不发生明显地改变，从而保证激光雷达的探测能力不会发生明显的变化，以提高激光雷达的探测能力的稳定性。

另外，根据本申请实施例的激光雷达，还可具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些实施例中，所述第一变焦镜头配置为根据所述第二变焦镜头的焦距变化对自身焦距进行调节。

在本申请的一些实施例中，所述多个激光发射单元呈矩阵式排列，所述多个激光接收单元也呈矩阵式排列。

在本申请的一些实施例中，位于同一行中的任意相邻的两个所述激光发射单元之间的距离，等于位于同一行中的任意相邻的两个所述激光接收单元之间的距离；

位于同一列中的任意相邻的两个所述激光发射单元之间的距离，等于位于同一列中的任意相邻的两个所述激光接收单元之间的距离。

在本申请的一些实施例中，所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头为结构相同的变焦镜头。

在本申请的一些实施例中，所述第一变焦镜头配置为使自身焦距与所述第二变焦镜头的焦距相等

在本申请的一些实施例中，在所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头的焦距同时变大的情况下，所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头的视场均变小，所述探测光光束和所述反射光光束均的密集程度提高。

在本申请的一些实施例中，所述激光雷达还包括准直单元，所述准直单元配置为对所述多个激光发射单元的探测光光束进行准直，或所述第一变焦镜头为变焦准直镜头。

在本申请的一些实施例中，所述激光发射单元为垂直腔面发射激光器或边缘发射激光器，并且/或者，所述激光接收单元为光敏二极管、PIN二极管、雪崩光电二极管、硅光放大探测器或单光子雪崩二极管。

本申请第二方面的实施例提出了一种智能感应设备，包括上述任一实施例中的激光雷达。

根据本申请实施例的智能感应设备，其激光雷达的激光接收阵列中的激光接收单元的数量，与激光发射阵列中的激光发射单元的数量相等，并且，多个激光发射单元的空间排列方式与多个激光接收单元的空间排列方式相同，由此，可以建立起激光接收单元和激光发射单元的一一对应的关系，即，任一个激光发射单元所发射的探测光光束被物体反射后，其所形成的反射光光束被对应的一个激光接收单元所接收。这样就构建起一个收发一一对应的系统架构。基于该系统架构形式，本申请实施例中的激光雷达还设置有第一变焦镜头和第二变焦镜头，其中的第二变焦镜头设置在激光接收阵列的入光侧，通过对第二变焦镜头的焦距进行调整，可以改变激光雷达的探测视场的大小。第一变焦镜头设置在激光发射阵列的出光侧，并且第一变焦镜头和第二变焦镜头配置为使两者的焦距同时变大或同时变小，这样，当激光接收阵列的视场变大时，激光发射阵列的视场也变大，当激光接收阵列的视场变小时，激光发射阵列的视场也变小，由此，可以使激光雷达在改变探测视场的大小的过程中，对激光发射阵列的能量利用率不发生明显地改变，从而保证激光雷达的探测能力不会发生明显的变化，以提高激光雷达的探测能力的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本申请实施例的激光雷达的激光发射阵列和第一变焦镜头的位置关系示意图；

图2为本申请实施例的激光雷达的激光接收阵列和第二变焦镜头的位置关系示意图；

图3为本申请实施例的激光发射阵列的俯视示意图；

图4为本申请实施例的激光接收阵列的俯视示意图；

图5为图1所示结构在视场变小时的示意图；

图6为图2所示结构在视场变小时的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1、图2所示，本申请第一方面的实施例提出了一种激光雷达10。激光雷达10包括激光发射阵列100、激光接收阵列200、第一变焦镜头300和第二变焦镜头400。其中，激光发射阵列100包括多个激光发射单元110，激光发射单元110配置为发射探测光光束。激光接收阵列200包括多个激光接收单元210，激光接收单元210的数量等于激光发射单元110的数量，激光发射阵列100中的所述多个激光发射单元110的空间排列方式，与激光接收阵列200中的所述多个激光接收单元210的空间排列方式相同。每一激光接收单元210配置为接收对应的一个激光发射单元110所发射探测光光束被目标物体反射后而形成的反射光光束。第一变焦镜头300设置在激光发射阵列100的出光侧，第一变焦镜头300的焦距可调。第二变焦镜头400设置在激光接收阵列200的入光侧，第二变焦镜头400的焦距可调，第一变焦镜头300和第二变焦镜头400配置为使两者的焦距同时变大以使激光发射阵列100的视场和激光接收阵列200的视场同时变小，或使两者的焦距同时变小以使激光发射阵列100的视场和激光接收阵列200的视场同时变大。

可以理解的是，第一变焦镜头300和第二变焦镜头400配置为使两者的焦距同时变大，具体是指，如果第一变焦镜头300的焦距变大，那么第二变焦镜头400的焦距也变大；同理，两者的焦距同时变小，具体是指，如果第一变焦镜头300的焦距变小，那么第二变焦镜头400的焦距也变小。

根据本申请实施例的激光雷达10，其激光接收阵列200中的激光接收单元210的数量，与激光发射阵列100中的激光发射单元110的数量相等，并且，多个激光发射单元110的空间排列方式与多个激光接收单元210的空间排列方式相同，由此，可以建立起激光接收单元210和激光发射单元110的一一对应的关系，即，任一个激光发射单元110所发射的探测光光束被物体反射后，其所形成的反射光光束被对应的一个激光接收单元210所接收。这样就构建起一个收发一一对应的系统架构。基于该系统架构形式，本申请实施例中的激光雷达10还设置有第一变焦镜头300和第二变焦镜头400，其中的第二变焦镜头400设置在激光接收阵列200的入光侧，通过对第二变焦镜头400的焦距进行调整，可以改变激光雷达10的探测视场的大小。第一变焦镜头300设置在激光发射阵列100的出光侧，并且第一变焦镜头300和第二变焦镜头400配置为使两者的焦距同时变大或同时变小，这样，当激光接收阵列200的视场变大时，激光发射阵列100的视场也变大，当激光接收阵列200的视场变小时，激光发射阵列100的视场也变小，由此，可以使激光雷达10在改变探测视场的大小的过程中，对激光发射阵列100的能量利用率不发生明显地改变，从而保证激光雷达10的探测能力不会发生明显的变化，以提高激光雷达10的探测能力的稳定性。

在本申请的一些实施例中，第一变焦镜头配置为根据第二变焦镜头的焦距变化对自身焦距进行调节。可以理解的是，激光雷达10的探测视场的大小主要决定于激光接收阵列200的视场的大小，因此，可以通过对第二变焦镜头400的焦距进行调节的方式来控制激光雷达10的探测视场的大小。而为了使激光雷达10在改变探测视场的大小的过程中，对激光发射阵列100的能量利用率不发生明显改变，第一变焦镜头可以配置为根据第二变焦镜头的焦距变化对自身焦距进行调节，从而达到使第一变焦镜头的焦距和第二变焦镜头的焦距同时变大或同时变小的效果。

在一个具体的示例中，如图3、图4所示，多个激光发射单元110可以呈矩阵式排列，相应地，多个激光接收单元210也呈矩阵式排列。例如，多个激光发射单元110分布于m行、n列，从而形成m行、n列的矩阵式的激光发射阵列100。相应地，多个激光接收单元210也分布于m行、n列，从而形成m行、n列的矩阵式的激光接收阵列200。其中，m≥2，n≥2。在本实施例中，多个激光发射单元110和多个激光接收单元210均呈矩阵式排列，使得各激光发射单元110处于同一平面内，并且各激光接收单元210也处于同一平面内，由此，有利于进一步降低构建收发一一对应的系统过程中的光路控制难度。可以理解的是，m的数值和n的数值可以根据实际的探测需求进行设置，其中，m、n的数值越大，激光发射单元110和激光接收单元210的数量越多，激光雷达10的探测的分辨率和解析度也就越高。可以理解的是，当m≠n时，多个激光发射单元110的排布区域为长方形；当m＝n时，多个激光发射单元110的排布区域为正方形。在其它的一些示例中，多个激光发射单元110的排布区域也可以是平行多边形、正多边形等规则形状，此时，也可以获得降低构建收发一一对应的系统过程中的光路控制难度的效果。

进一步地，基于多个激光发射单元110和多个激光接收单元210均呈矩阵式排列的情况。位于同一行中的任意相邻的两个激光发射单元110之间的距离，可以等于位于同一行中的任意相邻的两个激光接收单元210之间的距离。相应地，位于同一列中的任意相邻的两个激光发射单元110之间的距离，可以等于位于同一列中的任意相邻的两个激光接收单元210之间的距离。由此，使得激光发射阵列100和激光接收阵列200，不仅排布方式相同，两者在尺寸上也相等或大体相当，这样，可以进一步降低构建收发一一对应的系统过程中的光路控制难度。

具体地，第一变焦镜头300和第二变焦镜头400可以为结构相同的变焦镜头。也就是说，第一变焦镜头300和第二变焦镜头400，具有数量相同的透镜，并且，第一变焦镜头300中的每一透镜，与第二变焦镜头400中的对应的透镜，在尺寸、形状和材质等方面均相同。这样，多个激光发射单元110和多个激光接收单元210均呈矩阵式排列，位于同一行中的任意相邻的两个激光发射单元110之间的距离，等于位于同一行中的任意相邻的两个激光接收单元210之间的距离。位于同一列中的任意相邻的两个激光发射单元110之间的距离，等于位于同一列中的任意相邻的两个激光接收单元210之间的距离，加之第一变焦镜头300和第二变焦镜头400为结构相同的变焦镜头，由此，即可构建出收发一一对应的系统架构。

在本申请的一些实施例中，第一变焦镜头300和第二变焦镜头400配置为使自身焦距与第二变焦镜头的焦距相等。也就是说，第一变焦镜头300的焦距和第二变焦镜头400的焦距不仅同时变大或同时变小，而且时刻相等。由于多个激光发射单元110和多个激光接收单元210不仅在空间排列上一致，而且还具有收发一一对应的关系，那么，使第一变焦镜头300的焦距变第二变焦镜头400的焦距相等，就可以保证激光发射阵列100所发射的能量，始终位于激光接收阵列200的视场内，这样，在结构雷达的探测视场发生变化时，就可以保证对激光发射阵列100的能量利用率保持不变，从而进一步提高激光雷达10的探测能力的稳定性。

可以理解的是，如图1、图2、图5和图6所示，对激光雷达10来说，当第一变焦镜头300的焦距和第二变焦镜头400的焦距同时变大时，第一变焦镜头300和第二变焦镜头400的视场均变小，激光雷达10的探测视场相应变小，探测光光束和反射光光束的密集程度提高，激光雷达10的探测能力较强。反之，当第一变焦镜头300的焦距和第二变焦镜头400的焦距同时变小时，第一变焦镜头300和第二变焦镜头400的视场均变大，激光雷达10的探测视场相应变大，探测光光束和反射光光束的密集程度降低，激光雷达10的探测能力相对较弱，但是不会出现较明显的下降。

在本申请的一些实施例中，激光雷达10还包括准直单元(图中未示出)，准直单元配置为对所述多个激光发射单元110的探测光光束进行准直。在本实施例中，经过准直单元的准直，激光发射阵列100中的每一个激光发射单元110，均成为一个准直的点源出射，从而可以使激光的能量集中度得到提升，从而提高激光发射阵列100的能量利用率。在本申请的其它一些实施例中，第一变焦镜头300为变焦准直镜头，也可以获得相同的准直效果，从而提高激光发射阵列100的能量利用率。

在本申请的一些实施例中，激光发射单元110可以为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)或边缘发射激光器(Edge EmittingLaster,EEL)等。

在本申请的一些实施例中，激光接收单元210可以为光敏二极管、PIN二极管、雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode,APD)、硅光放大探测器(silicon photomultiplier，SiPM)或单光子雪崩二极管(Single Avalanche Photo Diode,APD)等。

本申请第二方面的实施例提出了一种智能感应设备，智能感应设备包括上述任一实施例中的激光雷达10。其中，智能感应设备为能够探测周边物体的方位和距离，并且基于周边物体的方位和距离进行决策的设备，例如智能机器人、智能交通工具等。

根据本申请实施例的智能感应设备，其激光雷达10的激光接收阵列200中的激光接收单元210的数量，与激光发射阵列100中的激光发射单元110的数量相等，并且，多个激光发射单元110的空间排列方式与多个激光接收单元210的空间排列方式相同，由此，可以建立起激光接收单元210和激光发射单元110的一一对应的关系，即，任一个激光发射单元110所发射的探测光光束被物体反射后，其所形成的反射光光束被对应的一个激光接收单元210所接收。这样就构建起一个收发一一对应的系统架构。基于该系统架构形式，本申请实施例中的激光雷达10还设置有第一变焦镜头300和第二变焦镜头400，其中的第二变焦镜头400设置在激光接收阵列200的入光侧，通过对第二变焦镜头400的焦距进行调整，可以改变激光雷达10的探测视场的大小。第一变焦镜头300设置在激光发射阵列100的出光侧，并且第一变焦镜头300和第二变焦镜头400配置为使两者的焦距同时变大或同时变小，这样，当激光接收阵列200的视场变大时，激光发射阵列100的视场也变大，当激光接收阵列200的视场变小时，激光发射阵列100的视场也变小，由此，可以使激光雷达10在改变探测视场的大小的过程中，对激光发射阵列100的能量利用率不发生明显地改变，从而保证激光雷达10的探测能力不会发生明显的变化，以提高激光雷达10的探测能力的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

激光发射阵列，所述激光发射阵列包括多个激光发射单元，所述激光发射单元配置为发射探测光光束；

激光接收阵列，所述激光接收阵列包括多个激光接收单元，所述激光接收单元的数量等于所述激光发射单元的数量，所述多个激光发射单元的空间排列方式与所述多个激光接收单元的空间排列方式相同，每一所述激光接收单元配置为接收对应的一个激光发射单元所发射的探测光光束被目标物体反射后而形成的反射光光束；

第一变焦镜头，所述第一变焦镜头设置在所述激光发射阵列的出光侧，所述第一变焦镜头的焦距可调；

第二变焦镜头，所述第二变焦镜头设置在所述激光接收阵列的入光侧，所述第二变焦镜头的焦距可调，所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头配置为使两者的焦距同时变大以使所述激光发射阵列的视场和所述激光接收阵列的视场同时变小，或使两者的焦距同时变小以使所述激光发射阵列的视场和所述激光接收阵列的视场同时变大。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一变焦镜头配置为根据所述第二变焦镜头的焦距变化对自身焦距进行调节。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述多个激光发射单元呈矩阵式排列，所述多个激光接收单元也呈矩阵式排列。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，位于同一行中的任意相邻的两个所述激光发射单元之间的距离，等于位于同一行中的任意相的两个所述激光接收单元之间的距离；

位于同一列中的任意相邻的两个所述激光发射单元之间的距离，等于位于同一列中的任意相邻的两个所述激光接收单元之间的距离。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头为结构相同的变焦镜头。

6.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述第一变焦镜头配置为使自身焦距与所述第二变焦镜头的焦距相等。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，在所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头的焦距同时变大的情况下，所述第一变焦镜头和所述第二变焦镜头的视场均变小，所述探测光光束和所述反射光光束均的密集程度提高。

8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括准直单元，所述准直单元配置为对所述多个激光发射单元的探测光光束进行准直，或所述第一变焦镜头为变焦准直镜头。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射单元为垂直腔面发射激光器或边缘发射激光器，并且/或者，所述激光接收单元为光敏二极管、PIN二极管、雪崩光电二极管、硅光放大探测器或单光子雪崩二极管。

10.一种智能感应设备，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一项所述的激光雷达。

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