CN115685217A - 一种基于多面体结构的激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多面体结构的激光雷达，包括：激光发射模组，激光回波接收模组，扫描机构，准直和会聚光学系统，发射和接收隔离装置以及电路处理部分；所述激光发射模组用于发射激光光束；所述激光回波接收模组用于接收回波光子；所述扫描机构包括多个与多面体结构旋转轴倾斜不同角度反射面的多面体结构，以及驱动多面体旋转的旋转机构；准直和会聚光学系统用于准直发射激光器发射光束和会聚回波光束到所述激光回波接收模组接收探测器上；发射和接收隔离装置用于隔离发射光干扰接收探测器。本专利相较于目前主流的相同线数的激光雷达，具有结构简单，光路装调简易，较低生产成本特点。

Description

一种基于多面体结构的激光雷达

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体为一种基于多面体结构的激光雷达。

背景技术

激光雷达(简称Lidar)激光发射部分目前分为几种技术方案，常见的一种是采用微机电系 统方案(简称MEMS：Micro-Electro-Mechanical System)，MEMS是通过驱动反射镜面做高频率 振动，改变入射到反射面上的光束传播方向做往复扫描，体积小，可靠性高，但同时因为太高振 动频率，对于反射镜面的大小和重量限制极为严格，入射到反射镜面上的光斑就比较小，出射的 光束发散度较大，投射到远处目标物体上光斑能量分散，这样造成探测距离和分辨率降低；增加 反射镜面大小，重量增大，振动频率降低，扫描的线数和目标物体的分辨率降低。常见的另一种 方案是激光经过光学整形后的准直激光光束直接投射出去，在电机驱动下，配合旋转机构可以扫 描出一条线，在激光扫描所经过的区域内测试距离；如配合多个激光发射，各个激光发射的光束 以和水平方向以不同的发射角度发射，配合旋转机构可以扫描出多条线，如果激光发射的光束数 量足够多，相邻的激光发射的光束之间的夹角足够小，这样投射至远处物体上线数就越密集，物 体的三维轮廓显示的就越真实逼真，电机旋转技术方案见于诸多已公布的专利中，如专利：CN 114152933 A、CN110389355 A、CN 216209872 U。目前常见的例如64线或128线的发射端发射模 组需要有集成64个或128个发射激光器，以及与之相对应的64个或128个激光回波接收模组的接收 探测器，光路装调方面难度较大，成本较高，结构复杂。另外一种是激光发射和激光回波接收模 组探测器基于二维可寻址结构方案，如专利CN 112543875A，激光发射部分需要在水平和垂直方 向排布数量密集的发射激光器(例如VCSEL：Vertical-Cavity Surface-Emitting Lase的简称)， 激光回波接收模组需要具有和激光发射部分对应位置的接收探测器(例如SPAD：Single Photon Avalanche Diode的简称)，受驱动电路影响，在一个基板上的VCSEL集成的发射激光器数量有限， 为了扩展FOV，必须要多个模块拼接，结构复杂、体积较大，这对车载或其他应用场景的使用受 到较大限制。

发明内容

针对以上问题，本实施例提供一种可以将水平方向扫描的FOV视场角度折叠到垂直方向FOV 视场上的技术方案，在满足业界的标准(包括但不限于水平方向FOV为120度)范围内，在实现垂 直方向扫描FOV相同线数的条件下，降低激光发射模组所需要的发射激光器数量，同时也降低激 光回波接收模组接收探测器数量，即可降低结构复杂度，调装难度以及成本等。具体的，激光发 射模组和激光回波接收模组在扫描机构驱动下，能够以简易的方式实现激光雷达多线发射和多线 接收，在实现相同扫描线数下结构更简单，装调更简易，并能实现较低成本。

本发明实施例的一个方面，提供了一种激光雷达结构，包括：

扫描机构包括具有n个反射面的多面体结构，一般n为三面或三面以上，每个面相对于多面体结 构的旋转轴线倾斜不同的角度；

扫描机构还包括旋转机构，一般为电机驱动所述具有n个反射面的多面体结构沿固定方向旋转， 扫描出FOV视场；

激光发射模组，发射模组包括m路发射激光器，或者可以视为m路发射激光器在内的发射模组， 一般m为一路或一路以上，所述的发射激光器包括面发射光源Vcsel，边发射光源EEL，光纤激 光器等，发射激光器类型不做限制；

激光回波接收模组，接收模组包括一个或多个接收探测器，探测器的数量和所述激光发射模组发 射激光器数量相同或者不相同，接收探测器和发射激光器在空间位置上具有一一对应关系，接收 探测器可以使用P型本征n型结构探测器(PIN)或雪崩光电检测器(APD)直接探测强度。此外 还可以使用硅光电倍增管(SiPM)或单光子雪崩二极管检测器(SPAD)阵列探测，该阵列基于同 时触发的像素数量提供强度。

准直和会聚光学系统，准直和会聚光学系统包括一个或多个透镜，位于所述激光发射模组光路中， 具有准直光束作用，也位于所述激光回波接收模组光路中，具有会聚作用；所述准直和会聚光学 系统位于所述激光回波接收模组光路中时，还包括额外的滤波光学元件；

所述的滤波光学元件位于所述激光回波接收模组光路中，可选的位置位于激光回波接收模组接收 探测器前面，可选的接近会聚光学系统的焦面位置；

电路处理系统，计算光子离开激光发射模组，到被远处目标物体漫反射回的光子被所述激光回波 接收模组接收探测器接收时间差值，计算目标物体的距离，本专利对所述电路处理系统不做讨论； 发射和接收隔离挡板，为可选的用于特定光学结构上的装置，一方面可以有效隔离发射部分因发 射光学元件光学表面质量因素导致的极个别光子直接进入镜头造成饱和，另外一方面起到承载光 学元件的作用。

本发明实施例的又一个方面，还提供了一种激光雷达，包括：

扫描机构包括具有n个反射面的多面体结构，一般n至少为三或三面以上，每个面相对于多面体 结构的旋转轴线倾斜不同的角度；

扫描机构还包括旋转机构，一般为电机驱动所述具有n个反射面的多面体结构沿固定方向旋转， 扫描出水平FOV视场；

激光发射模组，发射模组包括准直系统，MEMS转镜系统，以及可选的光束整形系统；

激光回波接收模组，接收模组包括一个或多个接收探测器和会聚光学系统；

所述的会聚光学系统包括滤波光学元件，滤波光学元件可选的位置位于所述接收探测器前面，接 近会聚光学系统的焦面位置；

所述准直系统，用于对光源发射的光束进行准直扩束，所述的光源包括面发射光源Vcsel，边发 射光源EEL，光纤激光器等，光源类型不做限制；

所述MEMS转镜系统，包括反射镜及外围驱动电路，转镜振动的频率直接受限于反射镜镜面的大 小和扫描的FOV，振动的频率直接决定扫描出的线数和点数，高质量高分辨率的点云需要高线数 扫描；

所述光束整形系统，在沿着入射到MEMS反射镜面光束的光轴方向上，置于MEMS前后的透镜系统， 所述的光束整形系统可以在保证入射到MEMS镜面光斑大小一定的情况下，扩大出射光束的束腰， 减少输出光束的发散角度；

电路处理系统，计算光子离开所述激光发射模组，到被远处目标物体漫反射回的光子到被所述激 光回波接收模组接收探测器接收时间差值，计算目标物体的距离，本专利对所述电路处理系统不 做讨论；

发射和接收隔离挡板，为可选的用于特定光学结构上的装置，一方面可以有效隔离发射部分因发 射光学元件光学表面质量因素导致的极个别光子直接进入镜头造成饱和，另外一方面起到承载光 学元件的作用。

附图说明

图1为本发明实施例一第一种多面体结构的激光雷达；

图2A为本发明实施例一第一种多面体结构的激光雷达激光发射模组图示；

图2B为本发明实施例一第一种多面体结构的激光雷达另外一种激光发射模组图示；

图2C为本发明实施例一第一种多面体结构的激光雷达包括激光发射模组和准直光学系统光 路图示；

图3为本发明实施例一第一种多面体结构的激光雷达为5个反射面时5个反射面倾斜图示；

图4A为本发明实施例一第一种多面体结构激光发射模组和激光回波接收模组对应关系图示；

图4B为本发明实施例一第一种多面体结构激光发射模组和激光回波接收模组另外一种对应 关系图示；

图5为本发明实施例一第一种多面体结构的激光雷达在Y方向旋转机构一个旋转周期内的光 路图示；

图6为本发明实施例一第一种多面体结构的激光雷达在Z方向旋转机构一个旋转周期内的光 路截图；；

图7为本发明实施例一第二种多面体结构的激光雷达；

图8为本发明实施例一第二种多面体结构的激光雷达为5个反射面时5个反射面倾斜图示；

图9为本发明实施例一第二种多面体结构的激光雷达在Y方向旋转机构一个旋转周期内的光 路图示；

图10为本发明实施例二多面体结构的激光雷达。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进 行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请， 如本领域内的技术人员将理解的是本发明包括的各种替代、修改和等同的形式都在本发明所述的 范围内。

应当理解的是，本发明专利实施例的激光发射模组和激光回波接收模组以及扫描机构等三部 分的组合方式，只要该发明保持可操作，即可理解本发明的装置和方法可以包括任何数量或全部 所描述的实施例，只要保持可操作性即可。

实施例一

如图1所示为本发明实施例一第一种结构：一种基于多面体结构的激光雷达，所述激光雷达 包括：激光发射模组10，准直和会聚光学系统30，具有n个反射面的多面体结构40，旋转机构旋 转轴线50，及激光回波接收模组20；其中，所述的具有n个反射面的多面体结构40，图1中以五个 面表述本实施例，实际上面数不做限制；所述旋转机构旋转轴线50表示旋转机构，驱动所述多面 体结构40旋转，可选的50为驱动电机，图1不做表述；所述准直和会聚光学系统30由透镜构成， 透镜包括准直透镜302，以及会聚透镜301，所述的准直透镜302位于所述激光发射模组10发射光 路中，所述会聚透镜301位于所述激光回波接收模组20光路中，准直透镜302位于会聚透镜301内， 图1中S和S’线表示所述的准直透镜302和会聚透镜301剖面分界线，准直透镜302和会聚透镜301 具有不同的光焦度；所述激光发射模组10包括一个或多个发射激光器，发射激光器可为面发射光 源Vcsel，边发射光源EEL，光纤激光器或其它光源类型。当发射激光器为面发射Vcsel光源时， 可为在一个维度上具有可寻址的功能，在一个时刻内可单独激发其中一个或一组激光器，在一个 周期内可以按预设定的时序同时激发多个激光器；当发射激光器为边发射光源EEL时，边发射光 源可排成一列，也可以通过例如耦合至光纤，通过光纤排成一列形成光纤阵列，在一个时刻内可单独驱动某一个发射光源或某些发射光源，在一个周期内可以按预设定的时序同时驱动多个激光 器，并通过光纤将发射光束投射至所述的准直透镜302。

图2A为激光发射模组10的一种结构放大图，以发射激光器101-121为示例说明激光发射模组 10，发射激光器以Y方向上间距相等或不相等方式排成一列。本实施例以发射激光器101为示例激 光器说明，发射激光器101发出的激光光束经过准直和会聚光学系统透镜302，光束被准直扩束后 入射至所述多面体结构40其中之一的反射面上，图1以反射面401为示例说明。发射激光器101发 射的激光光束经过准直透镜302及反射面401反射后出射，图1中Y方向上出射的光束分别以上下光 束边缘A和A’表示，出射后的激光光束束腰被放大，发散角减小；发射激光器101发射的激光光 束相对于其它发射激光器(图2A中发射激光器102-121的其中之一或全部)发射的激光光束经过 准直透镜302准直后的光束，所有发射激光器的准直后的激光光束之间以最大张角θ出射。

图2B为激光发射模组10另外一种结构形式的放大图，示意性的图2B中以9个发射激光器组成 一组，具体为发射激光器a-i组合成发射激光器组101，发射激光器组102-发射激光器组121均具 有相同的结构形式。9个发射激光器a-i示意的以3x3阵列分布，共用一个驱动电路，相对于单个 发射激光器，图2B结构单个组的发射激光峰值功率提高9倍。

图2C示出了激光发射模组10为图示2B结构形式下的实施例，发射激光器类型一般为Vcsel光 源，在Y方向上具有一维可寻址的工作模式，在某个时刻可以任意激发101-121发射激光器组其中 某一组或某些组。激光发射模组还包括微透镜阵列201，示意性的微透镜阵列之中的单个微透镜 覆盖9个发射激光器，本实施例以发射激光器组101说明，发射激光器组101包括a-i共9个发射激 光器，共用微透镜阵列201中微透镜10101，所述a-i共9个激光器在某一个时刻被激发发光，通过 微透镜10101会聚在焦面L上，示意性的发射激光器组102-121被激发的激光光束都被所述微透镜 阵列相对应的微透镜会聚于焦面P上，会聚于焦面上的光束经过焦面P后入射至准直和会聚光学系 统准直透镜302，发射激光器组101发射光被准直，和在Y方向相邻的发射激光器组102经过准直器 透镜302的准直光束存在一个角度θ’，越小的θ’可以降低在垂直方向FOV角分辨率。示意性的 Y方向最小位置的发射激光器组101和最大位置的发射激光器组121的准直光束的夹角为图1的θ。

图3为所述具有n个面的多面体结构40，相邻面之间存在相对于Y方向或所述旋转机构50 旋转轴线以不同的角度倾斜，图3以图1的五个面为示例说明倾斜角度分别以α、β、η、δ、 ω说明，α、β、η、δ、ω是在所述多面体结构40通过所述旋转机构50旋转轴线沿各个相对 应的中心线L和L’剖面后，旋转轴分别与多面体结构40的反射面401、402、403、404和405的倾斜的夹角；可选的五个角度差之间呈整数倍关系，这里引入一个角度ΔΡ，例如β＝α+ΔΡ，η＝α+2*ΔΡ，δ＝α+3*ΔΡ，ω＝α+4*ΔΡ；多面体结构40在旋转机构50沿旋转轴转线驱动下，发射激光器101发射的准直光束经过多面体结构40反射面401反射后沿Z出射方向 出射，在Y轴方向上的具有上下边缘A和A’的出射光束被扫描成一条线束，所述旋转机构50 旋转一周后，图1所示的具有五个倾斜角度α、β、η、δ、ω的反射面401、402、403、404 和405旋转一周，每个反射面经过沿Z轴出射方向，沿Y轴方向的上下边缘A和A’的出射光束 均被被扫描成一条线束，所述旋转机构50旋转一周内，发射激光器101发射的光束被扫描出五条线束，五条线束的夹角和对应的所述五个反射面401、402、403、404和405的倾斜角度α、β、η、δ、ω角度差值相等，以此类推，激光发射模组10具有m个发射激光器或m个发射激 光器组，经过所述n个面的多面体结构40，在旋转机构50一个旋转周期内，最多可以扫描出m*n个线束，在垂直方向或沿着Y方向上最大扫描角度为n*θ。

进一步的，特殊情况下，为增加某条线或某些线的扫描帧率，在该线上可以设定对应的所述 n个反射面的多面体结构40其中一个或几个反射面和所述旋转机构50旋转轴线倾斜相同的角度， 这种情况为该专利的一个特例，被包含进该专利的保护范围。

图1所述发射激光器101发射的激光光束(以在Y方向上的边缘光线AA’表示该束发射光) 经过所述多面体结构40反射面401、402、403、404和405同一个相对位置，AA’出射的角度差 与反射面401、402、403、404和405的倾斜角度α、β、η、δ、ω角度差值相等(图1经过反射面401后，AA’为水平出射，其它反射面未标示)，AA’光束投射至远处目标物体表面漫反射，漫反射光子沿着和AA’相同方向的反方向经过准直和会聚光学系统30会聚透镜301会聚并 渐晕后，被激光回波接收模组20接收探测器201捕获，捕获的光子(以在Y方向上的边缘光线 AA和AA’表示所捕获的回波光子)，在所述旋转机构50旋转一周后，反射面401、402、403、 404和405将所述AA-AA’回波光子沿着同一个方向反射至会聚透镜301会聚至接收探测器201， 在所述旋转机构50的一个旋转周期内，出射光AA’的漫反射的回波光子AA-AA’全部会聚至 所述探测器201。在旋转机构50的一个旋转周期内，m个发射激光器或发射激光器组的m条扫描 线经过n个反射面的多面体机构40，可以扫描出m*n个线束，m个发射激光器m条扫描线的最大 扫描角θ经过所述n个面的多面体机构40，在Y方向上可以扫描出最大n*θ的扫描角度，激光 回波接收模组20每个接收探测器可以分时接收n个线束的光子。

图4A示出了所述激光发射模组10发射激光器和所述激光回波接收模组20接收探测器位置对 应关系图，示意性的以发射激光器或发射激光器组101-121说明，在某一个时刻，只有发射激光 器或发射激光器组101、105、109、113、117、121发射激光，在此时序控制下，激光回波接收模 组接收探测器101、105、109、113、117、121打开以分别接收所对应的发射激光器发射的激光经 过远处目标物体后反射的回波信号，在下一个时序控制下，发射激光器102、106、110、114、118 发射激光，激光回波接收模组接收探测器可以仍然以所述101、105、109、113、117接收机制接 收所述发射激光器回波，也可以按接收探测器102、106、110、114、118接收机制接收所述发射 激光器回波避免接收探测器之间串扰。

图4B示出了另一种发射激光器和激光接收探测器位置对应形式的关系图，发射激光器和接 收探测器对应的关系也可以从像素级别阐述，示意性的接收探测器可为SPAD单光子检测器，在纵 横两个方向上包括多个SPAD，控制SPAD有一维线列寻址和二维面阵寻址工作模式，所述的二维面 阵寻址模式可以配合任意的发射激光器或发射激光器组时序控制方式。

图5是在Y方向观察图1在所述旋转机构50的一个旋转周期内的光路图，图5中受光线采 样密度影响，后面的光线均省略，角度

为旋转机构50的一个旋转周期内扫描出的最多m*n线 束在X方向内的最大夹角，

受所述多面体结构40的面数n影响，具体满足如下关系式：

图6是在Z方向观察图1中m*n出射线束在截面60上扫描的轮廓形状，图6仅仅示意性的 显示。受采样密度影响，只截取部分光线，进一步的，图6上部弯曲的部分是受所述激光发射模 组10多个发射激光器发射的光束经过n个反射面后，因光束入射角度的差异导致的弯曲，可以 经过算法尽量作平直化处理。

图7为本实施例一第二种结构示意图，示意图所展示的仅仅为说明光学原理的一种图示，不 涉及角度、位置及各个光学结构的比例关系。本光学结构包括激光发射模组100，准直光学系统 3002，激光回波接收模组200，会聚光学系统3001，具有n个反射面的多面体结构400，旋转机 构旋转轴线500，以及发射和接收隔离装置700。所述激光发射模组包括多个发射激光器或发射 激光器组，所述激光回波接收模组包括多个接收探测器，所述具有n个反射面的多面体结构400， 图7以五个反射面4001、4002、4003、4004和4005表述本实施例，实际上面数不做限制，所述 的反射面4001、4002、4003、4004和4005和旋转机构旋转轴线500倾斜相异的角度；可选的 500为驱动电机的旋转轴线，图7不做表述；所述准直光学系统3002由一组或多组光学透镜组 成，位于所述激光发射模组光路中，用于准直发射激光器发射的激光光束，并在沿着Y方向上处 于最小和最大位置上的发射激光器或发射激光器组发射的激光光束经过准直后在Y方向上形成 夹角θ，所述会聚光学系统3001由一组或多组光学透镜组成，位于所述激光回波模组接收光路 中，所述发射和接收隔离装置位于激光发射模组和激光回波接收模组光路之间，以阻止发射模组 发射光在偶然条件下直接进入激光回波接收模组接收探测器，避免探测器饱和或者点云异常。

图8是第二种光学结构所述具有n个反射面的多面体结构400以5个反射面示例说明，实际 上本专利本光学结构多面体面数不受任何限制，五个反射面分别以4004、4005、4001、4002以 及4003表示，与旋转机构旋转轴线500夹角分别以α’、β’、η’、δ’和ω’表述，α’- β’＝β’-η’＝η’-δ’＝δ’-ω’是α’、β’、η’、δ’和ω’之间关系的一个特例， 也可以为了增加某些角度扫描的帧率，某两个或某些角度相等，η’＝0也是一个特例，均在本 专利的保护范围内。

图7中所述激光发射模组100包括多个发射激光器或发射激光器组，本实施例结构以在Y 方向上最小位置的发射激光器或发射激光器组1001表示，最大位置的发射激光器或发射激光器 组100m表示，1001和100m发射的激光光束经过准直光学系统准直后，准直光束分别以1001’ 和100m’表示，1001’和100m’的夹角以θ表示，准直光束投射到具有5个反射面的多面体结 构4001反射面上，准直光束1001’和100m’与反射面4001的交线只占用反射面4001在沿着Y 方向上靠下较小部分区域，以图8中反射面4001中Q表示(实际上其余所有反射面都存在这个 区域，其它面就不做标识)，经过反射面4001后准直光束1001和100m’被投射到远处目标物 体上(需要说明的是在1001和100m发射激光器之间还有其它若干数量的发射激光器或发射激光 器组和1001或100m同时或分时发射激光，经过准直光学系统后的光束都位于夹角θ内，图7 未做全部标识)，投射的光束被远处目标物体漫反射，漫反射的光子无方向性，各个方向都有可 能存在，但能被所述会聚光学系统3001接收到的光子可视作沿着光束投射方向的反方向被多面 体反射面4001的有效区域反射到会聚光学系统，以图8中反射面4001在沿着Y方向靠上部Q’ 表示有效区域。所有的多个发射激光器或发射激光器组投射到目标物体的光束漫反射回的光子都 能被所述激光回波接收模组的对应位置的探测器接收，发射激光器或发射激光器组1001和100m 漫反射的回波光子经过会聚光学系统以及对应位置的探测器渐晕后，进入反射面4001之前的光 束界面分别为1001s和100ms。在旋转机构旋转轴一个旋转周期内，每个反射面在水平XZ方向 及垂直XY方向均能扫描出具有FOV的视场，XY方向总的FOV视场是所述反射面4001、4002、4003、 4004和4005垂直XY方向FOV视场叠加，对于具有n个反射面的多面体结构，在垂直方向可扫 描出最大n*θ的FOV视场，对于具有从1001-100m编号的m个发射激光器或发射激光器组，可 以在垂直XY方向最大扫描m*n条线束。

图9是第二种光学结构在Z方向观察图7中m*n出射线束扫描的轮廓形状，图9仅仅示意性 的显示，受采样密度影响，只截取部分光线。

需要说明的是，本实施例中第一种结构所述的准直和会聚光学系统，以及第二种结构所述的 准直光学系统和会聚光学系统还包括反射镜，以进一步减小光路长度，以及其它光学发射和光学 接收的组合形式，只要符合本实施例的结构范围，均在本发明的保护范围内。

实施例二

本发明实施例二提供另外一种结构的激光雷达，图10所示激光发射模组10为单个发射激光器， 所述的单个发射激光器包括面发射光源Vcsel，边发射光源EEL，光纤激光器等不做限制；激光 发射模组还包括一维MEMS转镜系统之振镜103，所述振镜103振动方向在YZ平面内；所述激光 发射模组10发射的激光光束在入射到所述振镜103的反射镜之前，可选的通过第一透镜102整 形，光束经过所述一维MEMS转镜系统之振镜103扫描后，初始扫描角度为Ω，扫描光束经过第 二透镜104整形后，出射光束束腰增加，扫描角度被压缩至θ后入射至实施例一所述n个面的多 面体结构40反射面401上被投射出去，可选的第一透镜102、振镜103和第二透镜104的组合 关系在专利CN202110244488.2中详细说明。40为实施例一所述的具有n个面的多面体结构，所 述的具有n个面的多面体结构每个反射面相对于Y轴倾斜不同的角度，本实施例以五面体结构说 明。图5为旋转机构50在一个旋转周期內的扫描光束沿Y轴方向的光线图；图6是沿Z轴方向 在截面60上的光线分布轮廓。本实施例以扫描中心光束B说明激光回波接收模组。激光回波接 收模组包括会聚透镜30和接收探测器20，所述扫描的光束经过所述多面体结构40的反射面401 投射出去后，入射到远处需要观察的目标物体上，漫反射的回光在Y方面上的光斑上下边缘为B’ 和B”(经过所述会聚透镜30会聚渐晕后的光线，以B’B”表示回波的光子光束)，经过 所述多面体结构40的反射面401反射至会聚透镜30(B’B”经过所述多面体结构40的反射 面401反射后，有小部分光线可能会被结构遮挡，但不影响结论)，会聚至接收探测器20；会 聚透镜30至少包括一片透镜。

本实施例中，所述激光发射模组10中可选的第一透镜102、MEMS转镜系统之振镜103及第 二透镜104可以对入射至MEMS转镜系统之振镜上的光束束腰扩束，这对于具有较小反射镜面的 振镜可以实现较远距离探测，光束束腰扩大，发散度降低，远处的光斑能量更为集中，目标漫反 射回来的光子就越多。所述MEMS转镜系统之振镜初始扫描角度Ω经过所述第二透镜104后，扫 描角最终被压缩至θ，扫描角度降低，降低的扫描角度可以通过所述多面体结构40四个不同倾 斜角度的反射面通过所述旋转机构50旋转放大；在激光回波接收模组中，因经过所述第二透镜 104后扫描角被压缩至θ，相对于初始扫描角度Ω，FOV的压缩减小极大简化了所述激光回波接 收模组中会聚透镜30的结构及设计难度。

进一步的，本实施例中，所述激光发射模组10中，可以具有在Y方向上的多路发射激光器 发射多路入射光束，多路发射激光器之间可以在Y方向平行放置，通过可选的第一透镜102后， 所述的多路发射激光器共同会聚至MEMS转镜系统之振镜103反射镜面上；多路激光发射器可以 在Y方向上独自倾斜不同角度，经过可选的第一透镜102后，发射光束共同入射至振镜103的反 射镜面上。所述的多路发射激光器发射的多路发射光束可以增加线数，投射到目标物体上的点更 密集，更能显示目标物体的细节。图11为具有5路发射激光器的回波点云图，图11以示意性的 显示这种结构方案对点云的提升效果，每个框代表一个点，实际上这种结构的点数据量非常庞大。

本实施例二的第二种结构可以在实施例一第二种结构基础上改进，具体说是图7中激光发射 模组100和准直光学系统3002换用本实施例所述的单个激光发射器和一维MEMS转镜系统，图7 中的激光回波接收模组换用本实施例所述的接收探测器。如本实施例第二种结构，无论如何更换 和组合，均在本发明的保护范围。

本发明实施例一和实施例二描述的光学发射和接收系统，以及多面体结构反射面的组合形式 的目的是为了减小光学发射和接收的结构复杂度，相较于目前的其它方案结构，本发明的结构无 论在光学调装工艺难易程度上，成本控制上，可扩展性以及可生产性等方面都做了较多的改进， 可以预见的是将来随着自动驾驶等对环境感知能力的要求越来越高，这些改进都将得到进一步的 运用。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本专利的技术方案而非对其限制，尽管参照上述 实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说 明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本 发明专利申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多面体结构的激光雷达，其特征在于，该激光雷达包括：

一激光发射模组，用于发射测量目标物体距离的激光光束；

一激光回波接收模组，与所述激光发射模组同光路设置，用于接收所述的激光发射模组发射的激光光束经过目标物体漫反射回的回波光子；

一扫描机构，设置于所述激光发射模组发射光路上，用于将所述的激光发射模组发射的激光光束投射到目标物体上；以及

一电路处理部分，与所述激光发射模组、激光回波接收模组电性连接，用于从激光发射模组发射激光器开始发射激光，计时到激光回波接收模组接收探测器接收回波光子，计算目标物体的距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于多面体结构的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模组为至少一路的发射激光器、或者至少一路的发射激光器组、或者一维激光器阵列、或者二维激光器阵列、或者至少一路入射到MEMS转镜系统的入射光束中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种基于多面体结构的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模组包括垂直腔表面发射激光器阵列(VCSEL)。

4.根据权利要求1所述的一种基于多面体结构的激光雷达，其特征在于，所述激光回波接收模组包括一个或多个接收探测器。

5.根据权利要求1所述的一种基于多面体结构的激光雷达，其特征在于，所述扫描机构包括具有三个或三个以上反射面的多面体结构，所述多面体结构的每个反射面相对于多面体结构轴线倾斜相异的角度，或者其中两个或两个以上反射面相对于多面体机构轴线倾斜相同的角度。

6.根据权利要求4所述的一种基于多面体结构的激光雷达，其特征在于，所述一个或多个接收探测器所接收对应的激光发射模组中所述发射激光器或发射激光器组在空间上具有一一对应的位置关系。

7.根据权利要求1所述的一种基于多面体结构的激光雷达，所述激光发射模组为单路发射激光器或发射激光器组发射光束入射到所述多面体结构的反射面，发射光束被投射至远处目标物体上，每个反射面和所述多面体结构轴线倾斜相异的角度，在多面体结构围绕轴线旋转一个周期内，发射光束被扫描出的最大线数和所述多面体结构的反射面数相等。

8.根据权利要求7所述的一种基于多面体结构的激光雷达，所述投射到远处目标物体上的发射光束被目标物体漫反射的回波光子能被所述激光回波接收模组的至少一个接收探测器接收。

9.根据权利要求1所述的一种基于多面体结构的激光雷达，所述激光发射模组为多路发射激光器或发射激光器组的多路发射光束入射到所述多面体结构的反射面上，多路发射光束被投射至远处目标物体上，所述多面体结构的每个反射面和多面体结构轴线倾斜相异的角度，在多面体结构围绕轴线旋转一个周期内，多路发射光束被扫描出的最大线数是多路发射光束的数量与多面体结构反射面数的乘积。

10.根据权利要求9所述的一种基于多面体结构的激光雷达，所述投射到远处目标物体上的发射光束被目标物体漫反射的回波光子能被所述激光回波接收模组接收探测器接收到的探测器数量至少和所述多路发射光束的数量相等。

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