CN116243277A - 一种激光发射方法、装置、探测装置及移动平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光发射方法、装置、探测装置及移动平台，应用于自动驾驶或辅助驾驶。该激光发射装置包括：光束产生装置和光学组件；光束产生装置，用于产生第一光束和第二光束；第一光束入射光学组件且从所述光学组件出射，第二光束入射光学组件且从光学组件出射，且第一光束在空间所形成的第一光斑和第二光束在空间所形成的第二光斑在水平方向分离。由于激光发射装置发射出的两束光斑在水平方向上分离，相应的两束光斑的回波也会在水平方向产生分离，有助于避免产生对称鬼像的问题，从而有助于提供激光雷达的识别精度。可以应用于车联网，如车辆外联V2X、车间通信长期演进技术LTE‑V、车辆‑车辆V2V等。

Description

一种激光发射方法、装置、探测装置及移动平台

本申请是分案申请，原申请的申请号是202110336412.2，原申请日是2021年3月29日，原申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及光学探测技术领域，尤其涉及一种激光发射方法、装置、探测装置及移动平台。

背景技术

激光雷达通过发射激光信号探测目标物体的位置、形状、速度等特征量。扫锚式激光雷达是当前主流的激光雷达，常用的呈现方式有机械旋转式扫描、多边形(polygon)扫描、光学相控阵扫描等。

扫描式激光雷达通常是将线光斑扫描式射出，从而实现对一定区域内的目标物体进行探测。扫描式激光雷达通常包括发射系统、扫描系统和接收系统。然而，由于扫描系统结构件的反射以及接收系统构件的反射，接收系统的探测器上可能会存在与正常目标物体成像关于探测器中心对称轴线对称的“鬼像”。例如，在图1所示的场景中，经目标物体反射后的光斑，一部分光斑正常通过扫描系统被接收系统所接收，还有一部分被投射到扫描系统的基座上，由基座反射从而通过扫描系统被接收系统所接收，而这部分通过基座反射的光斑，在经过接收系统的反射后，与正常光斑的成像区域分离，从而形成了对称鬼像。

对称鬼像的存在将会影响激光雷达对目标物体的识别，因此，为了提高激光雷达识别的准确度，需要解决成像过程中对称鬼像的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种激光发射方法、装置、探测装置及移动平台，可以解决激光雷达成像过程中对称鬼像的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种激光发射装置，包括光束产生装置和光学组件；所述光束产生装置，用于产生第一光束和第二光束；所述第一光束入射所述光学组件且从所述光学组件出射，所述第二光束入射所述光学组件且从所述光学组件出射，且所述第一光束在空间所形成的第一光斑和所述第二光束在空间所形成的第二光斑在水平方向分离。由于激光发射装置发射出的第一光束和第二光束在水平方向上分离，相应的两束光束的回波也会在水平方向产生分离，在保证垂直方向上探测视角要求的同时，能够避免产生对称鬼像的问题，从而有助于提供激光雷达的识别精度。

在一种可能的实现方式中，所述第一光束和所述第二光束属于同一线束，即，第一光束和第二光束同时射出。传统的激光雷达射出一束光束，该光束在垂直方向上的视场即为该激光雷达的视场；而本申请实施例中的第一光束和第二光束在垂直方向上共同形成的视场即为该激光发射装置的视场，且由于第一光束和第二光束被同时射出，因此可以将第一光束和第二光束视为同一线束。由于同时射出的第一光束和第二光束在水平方向上分离，有利于避免产生对称鬼像的问题。

在一种可能的实现方式中，所述光束产生装置包括第一光束产生装置和第二光束产生装置；所述第一光束产生装置包括第一激光光源，所述第一激光光源包括至少一个激光器，生成所述第一光束；所述第二光束产生装置包括第二激光光源，所述第二激光光源包括至少一个激光器，生成所述第二光束。在该实现方式中，第一光束可以由至少一个激光器生成，第二光束也可以由至少一个激光器生成，且用于生成第一光束和第二光束的激光器不同，在这种情况下，第一光束和第二光束的光强度能够被有效保证，且采用不同的激光器生成第一光束和第二光束，不必再通过分光器件对相同激光器产生的光束进行分光，有助于降低光路设计的复杂度。

在一种可能的实现方式中，所述光学组件包括第一准直镜和第二准直镜；所述第一光束从第一位置入射所述第一准直镜，所述第一位置位于所述第一准直镜的焦平面上；所述第二光束从第二位置入射所述第二准直镜，所述第二位置位于所述第二准直镜的焦平面上；所述第一位置位于所述第一准直镜的焦点的上方或下方，和/或，所述位置位于所述第二准直镜的焦点的上方或下方。在该实现方式中，利用光束在不同的位置入射准直镜其在快轴方向上的出射角度不同的原理，改变第一光束和/或第二光束在水平方向上的指向角，从而实现了将第一波束和第二波束在水平方向上分离。

上述第一准直镜和第二准直镜，能够对光束在水平方向上进行准直，还能够对光束在水平方向上的指向角进行调整。可选的，上述第一准直镜和第二准直镜可以为快轴准直镜。

在一种可能的实现方式中，所述光学组件包括反射棱镜，所述第二光束从所述反射棱镜的直角边入射，且所述第二光束与所述直角边不垂直。在该实现方式中，利用光束以不同角度入射反射棱镜其在快轴方向上的出射角度不同的原理，改变第二光束在水平方向上的指向角，从而实现了将第一波束和第二波束在水平方向上分离。

在一种可能的实现方式中，所述第一光学组件还包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜；所述第一楔形棱镜和所述第二楔形棱镜用于将所述第一光束和所述第二光束在垂直方向上进行拼接。碍于光路设计所受到的各种限制，产生的第一光束和第二光束在垂直方向上可能存在间隙，或者第一光束和第二光束的视场角已被调整至各自预设的视场角，但由于重叠部分过多导致第一光束和第二光束拼接后的视场角小于预设的拼接视场角。而楔形棱镜可以用于调节光束在垂直方向上的出射角度，根据第一光束和第二光束的入射位置设计楔形棱镜的倾斜角度，从而使得形成的第一光斑和第二光斑在垂直方向上没有间隙，避免对目标物体进行扫描时存在部分区域无法扫描到的情况发生，或避免由于重叠部分过多而无法满足所需的视场角。

在一种可能的实现方式中，所述光学组件还包括匀光器。所述第一光束入射所述匀光器且从所述匀光器出射，所述第二光束入射所述匀光器且从所述匀光器出射。激光器发射出的光波，在不同位置处的光强有所不同，通过匀光器能够使得光波在不同位置的光强近似相同，且有助于避免第一光斑和第二光斑在垂直方向超出预设视场角。

在一种可能的实现方式中，所述第一光斑和所述第二光斑在垂直方向上的拼接视场角为25～30度。

在一种可能的实现方式中，所述第一光斑和所述第二光斑在水平方向上的指向角相差0.3～0.6度。

第二方面，本申请实施例提供一种探测装置，所述探测装置包括如第一方面任一种实现方式所述的激光发射装置。

在一种可能实现方式中，所述探测装置还包括接收装置；所述接收装置包括探测器，所述探测器包括第一有效区域和第二有效区域，分别对应所述第一光斑和所述第二光斑的回波在所述探测器上的成像区域，所述第一有效区域和所述第二有效区域在水平方向分离。第一有效区域和第二有效区域分别对应第一光束和第二光束的回波成像区域，由于第一光束和第二光束在水平方向上分离，相应的第一有效区域和第二有效区域在水平方向上分离。而第一有效区域和第二有效区域在水平方向上分离，使得第一有效区域和第二有效区域避开了对称鬼像的成像区域，进一步的，根据第一有效区域和第二有效区域的采集数据进行目标物体的识别，有助于提高激光雷达的识别精度。

第三方面，本申请实施例提供一种移动平台，包括如第二方面及任一实现方式所述的探测装置。

第四方面，本申请实施例提供一种激光发射方法，应用于激光发射装置，所述激光发射装置包括光束产生装置和光学组件，所述方法包括：所述光束产生装置产生第一光束和第二光束；所述第一光束入射所述光学组件且从所述光学组件出射，所述第二光束入射所述光学组件且从所述光学组件出射，且所述第一光束在空间所形成的第一光斑和所述第二光束在空间所形成的第二光斑在水平方向分离。

在一种可能实现方式中，所述第一光束和所述第二光束属于同一线束。

在一种可能实现方式中，所述第一光束和所述第二光束由不同的激光器产生。

在一种可能实现方式中，所述光学组件包括第一准直镜和第二准直镜；所述第一光束入射所述光学组件，包括：所述第一光束从所述第一准直镜的焦点的上方或下方入射所述光学组件；和/或，所述第二光束入射所述光学组件，包括：所述第二光束从所述第二准直镜的焦点的上方或下方入射所述光学组件。

可选的，上述第一准直镜和第二准直镜可以为快轴准直镜。

在一种可能实现方式中，所述光学组件包括反射棱镜；所述第二光束入射所述光学组件，包括：所述第二光束不垂直于所述反射棱镜的直角边入射。

在一种可能实现方式中，所述光学组件还包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜；所述第一光束入射所述光学组件，包括：所述第一光束入射所述第一楔形棱镜；所述第二光束入射所述光学组件，包括：所述第二光束入射所述第二楔形棱镜。

在一种可能实现方式中，所述光学组件还包括匀光器。

在一种可能实现方式中，所述第一光斑和所述第二光斑在垂直方向上的拼接视场角为25～30度。

在一种可能实现方式中，所述第一光斑和所述第二光斑在水平方向上的指向角相差0.3～0.6度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的对称鬼像成像示意图；

图2为本申请实施例提供的激光发射装置结构示意图；

图3为本申请实施例提供的第一光斑和第二光斑在水平方向上分离的示意图；

图4(a)和图4(b)为本申请实施例提供的快轴准直镜的光路示意图；

图5(a)和图5(b)为本申请实施例提供的反射棱镜的光路示意图；

图6为本申请实施例提供的通过反射棱镜实现第一光斑和第二光斑在水平方向上分离的示意图；

图7为本申请实施例提供的第一光斑和第二光斑在垂直方向上的拼接示意图；

图8为本申请实施例提供的第一光斑和第二光斑在垂直方向上视场角的示意图；

图9为本申请实施例提供的匀光效果示意图；

图10为本申请实施例提供的一个具体实施例的光路示意图；

图11为本申请实施例提供的另一个具体实施例的光路示意图；

图12为本申请实施例提供的探测器第一有效区域和第二有效区域的示意图；

图13为本申请实施例提供的扫描光斑示意图；

图14为本申请实施例提供的移动平台结构示意图；

图15为本申请实施例提供的一种激光发射方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

本申请实施例提供一种激光发射装置、探测装置及移动平台，用于解决激光雷达成像过程中对称鬼像的问题。本申请实施例提供的激光发射装置可以应用于探测装置中，如激光雷达中，避免对称鬼像给目标识别带来的影响。

本申请实施例提供的激光发射装置20可以如图2所示，包括光束产生装置21和光学组件22。

具体的，光束产生装置21用于产生第一光束和第二光束，产生的第一光束和第二光束均入射光学组件22并射出。其中，第一光束射出光学组件22在空间形成第一光斑，第二光束射出光学组件在空间形成第二光斑，且第一光斑和第二光斑在水平方向分离。具体的，第一光束和第二光束形成的第一光斑和第二光斑可以如图3所示。

本申请实施例尤其适用于扫描式激光雷达中，第一光斑和第二光斑可以为线光斑，且相互平行。一般来说，用于扫描的线光斑为空间坐标中垂直方向上的线光斑，扫描时沿空间坐标中的水平方向进行扫描，故本申请实施例中的水平方向可以理解为扫描的方向，或者，也可以理解为与第一光斑、第二光斑相垂直的方向。又例如，以光学组件22为参考标准时，上述水平方向还可以理解为光学组件22的快轴方向。应当理解，本申请实施例中的“水平方向”，并不限定为空间坐标中的水平方向，例如，若第一光斑和第二光斑在空间坐标中为水平方向上的线光斑，沿空间坐标中垂直方向进行扫描，则第一光斑和第二光斑也可以在空间坐标中的垂直方向上分离。

进一步的，上述第一光束和第二光束属于同一线束，换句话说，激光发射装置20同时发射出第一光束和第二光束。在传统的扫描式激光雷达中，在某一时刻，将一条线光斑投射至目标物体上，该光斑在垂直方向上的视场即为该激光雷达的视场；在不同时刻，通过调节线光斑的出射角度(即光斑在空间中的指向角)，以改变线光斑投射至目标物体上位置，从而实现对目标物体的扫描。而在本申请实施例中，将一条连续的线光斑替换为两条线光斑，即，激光发射装置20可以在同一时刻同时射出两条光斑，由两条在水平方向上分离的光斑实现对目标物体的扫描，而第一光斑和第二光斑共同在垂直方向上形成的视场即为该激光发射装置的视场，因此可以将第一光束和第二光束视为同一线束。同时射出在水平方向上分离的两个光束，有助于避免产生对称鬼像的问题。

在一种可能的实现方式中，上述光学组件22可以包括第一准直镜221和第二准直镜222。准直镜能够起到将产生的光束变成一束准直光柱的作用，即，使得形成的光斑更加接近一条直线。而在本申请实施例中，第一准直镜221和第二准直镜222，除了使射出的光斑准直，还可以具有令形成的第一光斑和第二光斑在水平方向分离的作用，例如第一准直镜221和第二准直镜222可以采用快轴准直镜(fast axis collimator，FAC)。

具体的，如图4(a)所示，入射光束位于快轴准直镜的焦点位置，且光束与快轴准直镜的光轴平行入射快轴准直镜，则光束通过快轴准直镜射出后在水平方向与主光轴平行。在图4(a)的基础上，当上下移动快轴准直镜，或者在焦平面上移动入射光束的位置后，光束通过快轴准直镜射出后，在水平方向不再平行于主光轴，如图4(b)所示。在图4(a)和图4(b)中，水平方向为平行于纸面的方向，垂直方向为垂直于纸面的方向。

以第一准直镜221和第二准直镜222采用快轴准直镜为例，可以令第一光束从第一准直镜221的焦点位置处平行于光学组件主光轴入射第一准直镜221，令第二光束从第二准直镜222的焦平面上的焦点上方或下方平行主光轴入射第二准直镜222。由于第一光束在水平方向上的指向角没有变化，但第二光束在水平方向上的指向角发生变化，使得出射的第一光束和第二光束将在水平方向上分离一定角度，分离的具体角度与第二光束相对于第二准直镜222的入射位置相关。或者，也可以令第一光束从第一准直镜221的焦平面上的焦点上方或下方平行主光轴入射第一准直镜221，令第二光束从第二准直镜222的焦点位置处平行主光轴入射第二准直镜222，即第一光束在水平方向上的指向角发生变化，而第二光束在水平方向上的指向角不变，也可以实现第一光斑和第二光斑在水平方向上的分离。又或者，还可以令第一光束从第一准直镜221的焦平面上的焦点上方(或下方)入射第一准直镜221，令第二光束从第二准直镜222的焦平面上的焦点下方(或上方)入射第二准直镜222，从而使第一光束和第二光束在水平方向上的指向角均发生变化，也能够实现第一光斑和第二光斑在水平方向上的分离。

在另一种可能的实现方式中，光学组件22也可以包括反射棱镜223，通过反射棱223实现第一光斑和第二光斑在水平方向上的分离。具体的，如图5(a)所示，若光束沿垂直于反射棱镜第一直角边的方向射入反射棱镜，则其出射光线将沿垂直于反射棱镜第二直角边的方向射出。如图5(b)所述，若入射光束与反射棱镜的第一直角边不垂直，则其出射光束也与反射棱镜的第二直角边不垂直。

在图6所示的一个具体实施例中，第一光束可以不经过反射棱镜平行于光学组件主光轴设置，第二光束垂直于主光轴设置。若反射棱镜223的第一直角边垂直于第二光束，则第二光束出射后平行于主光轴。而在图6中，由于反射棱镜223的第一直角边不垂直于第二光束，则第二光束经过反射棱镜223射出的光束也不垂直反射棱镜223的第二直角边，即第二光束经过反射棱镜223后在水平方向上的指向不平行于主光轴，从而实现与第一光束在水平方向上分离。

如图5(a)、图5(b)及图6所示，直角的反射棱镜能够改变光束的传播方向。因此，在不同的设计中，可以根据设计需求确定是否令第一光束也射入反射棱镜从而改变第一光束的传播方向。具体的，可以设置两个反射棱镜，令第一反射棱镜的第一直角边平行于光学组件主光轴，第二直角边垂直于主光轴，第一光束射入第一反射棱镜，且第一光束垂直射入第一反射棱镜的第一直角边，则第一光束垂直第一反射棱镜的第二直角边射出，即第一光束平行于主光轴射出；令第二光束垂直于主光轴设置，但反射棱镜的第一直角边与主光轴不平行，即第二光束射入第二反射棱镜且第二光束不垂直射入第二反射棱镜的第一直角边，则第二光束射出的方向也不垂直第二反射棱镜的第二直角边，即第二光束不平行于主光轴射出，在水平方向上的指向不平行于主光轴，从而使得射出的第一光束和第二光束在水平方向上分离。又或者，可以设置两个反射棱镜，且第一光束不垂直射入第一反射棱镜的第一直角边，第二光束也不垂直射入第二反射棱镜的第二直角边，使得第一光束经过第一反射棱镜、第二光束在经过第二反射棱镜后，第一光束和第二光束在水平方向上的指向均不平行于光学组件主光轴，从而使得射出的第一光束和第二光束在水平方向上分离。

在极坐标系中，若将上述激光发射装置20作为极坐标系的原点，第一光斑和第二光斑从该激光发射装置20射出的指向角有所不同。可选的，第一光斑和第二光斑在水平方向的指向角可以相差0.3～0.6度。例如，第一光斑在平行于主光轴，可以将其水平方向上的指向角设为0度，第二光斑的在水平方向上的指向角通过光学组件被改变为-0.5度，则第一光斑和第二光斑在水平方向上的指向角相差0.5度。若第一光斑和第二光斑的指向角差值过小，则第一光斑和第二光斑的回波的成像区域与鬼像的成像区域较为靠近，不利于避免对称鬼像的问题；若第一光斑和第二光斑的指向角差值过大，可能对后期数据处理产生不利影响。因此，可以根据激光发射装置20与目标物体的距离、目标物体的大小，或者用户的其他需求，相应设计合理的指向角差值，根据不同的场景、需求，第一光斑和第二光斑在水平方向上的指向角差值，也可以比0.6度更大，或者也可以比0.3度更小，本申请不做限制。

在一种可能的设计中，上述光学组件22还可以包括第一楔形棱镜224和第二楔形棱镜225，第一楔形棱镜224和第二楔形棱镜225用于实现将第一光斑和第二光斑在垂直方向上进行拼接。

如前所述，本申请实施例中的“垂直方向”为与本申请实施例中“水平方向”相垂直的方向，并不限定为空间坐标中的垂直方向，例如，若第一光斑和第二光斑在空间坐标中为水平方向上的线光斑，沿垂直方向进行扫描，则第一光斑和第二光斑也可以在空间坐标中的垂直方向上分离，在空间坐标中的水平方向通过楔形棱镜进行拼接。

本申请实施例中的“拼接”，指第一光斑和第二光斑在垂直方向上没有间隙，可以令第一光斑和第二光斑在垂直方向上存在重叠部分，如图3所示；也可以令第一光斑和第二光斑在垂直方向上恰好连接，如图7所示。

碍于光路设计所受到的各种限制，如受限于各种光学器件的摆放、整体激光发射装置的大小限制，产生的第一光束和第二光束在垂直方向上可能存在间隙，或者第一光束和第二光束的视场角已被调整至各自预设的视场角，但由于重叠部分过多导致第一光束和第二光束拼接后的视场角小于预设的拼接视场角。此时，可以通过楔形棱镜对第一光束和/或第二光束在垂直方向上的出射角度进行调整，即对第一光束和/或第二光束在垂直方向上进行平移，从而实现对第一光束和第二光束的拼接。而楔形棱镜对第一光束和第二光束在水平方向上的指向角并无影响。具体的，可以通过第一楔形棱镜224对第一光束在垂直方向上对出射角度进行调整，通过第二楔形棱镜225对第二光束在垂直方向上对出射角度进行调整，从而使得形成的第一光斑和第二光斑在垂直方向上没有间隙，也不会由于重叠部分较多使得第一光斑和第二光斑在垂直方向上共同形成是视场角达不到预设视场角，避免对目标物体进行扫描时存在部分区域无法扫描到的情况发生。又或者，也可以仅使用一个楔形棱镜对第一光束或第二光束进行调整，以实现形成的第一光斑和第二光斑的拼接。

此外，除了楔形棱镜，还可以采用其他能够对光束具有平移作用的器件，以实现对光束在垂直方向进行调节。

第一光斑和第二光斑在垂直方向上的宽度可以通过极坐标系中的视场角表示。如图8所示，若将上述激光发射装置20作为极坐标系的原点，第一光束和第二光束从原点射出，形成的第一光斑在垂直方向上的视场角为θ度，第二光斑在垂直方向上的视场角为-θ度，即第一光斑在空间能够覆盖0～θ度的视场，第二光斑在空间能够覆盖0～-θ度的视场，则第一光斑和第二光斑在垂直方向上拼接后的视场角为2θ度。上述举例以第一光斑和第二光斑的视场角大小一致且第一光斑和第二光斑在垂直方向上无重叠为例，但本申请对此并不限定，第一光斑和第二光斑的视场角大小也可以不同，第一光斑和第二光斑也可以在垂直方向上存在重叠部分，则第一光斑和第二光斑拼接后形成的视场角，即为第一光斑的视场角与第二光斑的视场角之和减去重叠部分的视场角。在实际应用时，可以根据实际需求设计相应的拼接视场角，例如，可以令第一光斑和第二光斑在垂直方向上的拼接视场角设置为25～30度。当然，根据不同的场景、需求，第一光斑和第二光斑在垂直方向上的拼接视场角也可以大于30度，或小于25度，本申请不做限制。

可选的，上述光学组件22还可以包括匀光器，令第一光束和第二光束均入射该匀光器且从该匀光器出射。由于光波的特性，使得产生的光束在不同位置处的能量分布可能有所不同，匀光器能够将光束转换为能量分布均匀的光斑，即，光斑上不同位置的光强近似相等，从而避免光斑本身能量分布不均对扫描结果产生的影响。此外，匀光器还能够将第一光斑、第二光斑在垂直方向上控制在各自预设的视场角内，例如，若第一光斑和第二光斑在垂直方向上预设的视场角均为14度，其拼接后的预设视场角为26度，但产生的第一光束和第二光束在垂直方向上的视场角可能大于14度，可以通过匀光器令第一光束和第二光束形成的光斑在垂直方向上的视场角变为14度。

上述匀光器可以包括慢轴准直镜(slow axis collimator，SAC)和匀光光学元件。第一光束、第二光束可以先经过慢轴准直镜进行准直后再经过匀光元件，有助于减小预设视场以外的光强度，如图9所示。匀光光学元件可以是匀光微透镜阵列或者匀光衍射光学元件(DOE)。

当光学组件22中包括准直镜(即前述实施例中的第一准直镜221和第二准直镜222)和匀光器时，可以将匀光器设置在准直镜之后。仍以第一光斑和第二光斑在垂直方向上预设的视场角均为14度为例，若令第一光束和第二光束在未经过准直镜时先经过匀光器，则第一光束和第二光束在经过匀光器后其各自的视场角已经被调整至14度，但经过匀光后的第一光束和第二光束又分别经过了第一准直镜221和第二准直镜222，可能使得第一光束和第二光束被延伸，超过预设的视场角。若实际第一光束和第二光束在垂直方向上的视场角超过预设的视场角，则对称鬼像的成像区域可能不再是预计的成像区域，则在获取成像数据时可能仍会读取到对称鬼像的数据，进而不利于目标物体的识别。

在一种可能的实现方式中，上述光束产生装置21可以包括第一光束产生装置和第二光束产生装置，其中，第一光束产生装置包括第一激光光源，第一激光光源包括至少一个激光器，用于产生第一光束；第二光束产生装置包括第二激光光源，第二激光光源包括至少一个激光器，用于产生第二光束。在该实现方式中，第一光束可以由至少一个激光器生成，第二光束也可以由至少一个激光器生成，且用于生成第一光束和第二光束的激光器不同，在这种情况下，第一光束和第二光束的光强度能够被有效保证，且采用不同的激光器生成第一光束和第二光束，不必再通过分光器件对相同激光器产生的光束进行分光，有助于降低光路设计的复杂度。

当然，也可以仅采用一个激光光源，即，第一激光光源和第二激光光源为同一激光光源，通过分光装置将一个激光光源产生的光束分成两个光束。在该实现方式中，由于仅采用了一个激光光源，能够节省激光光源，即，有利于降低激光发射装置的成本。

在一个具体实施例中，该激光发射装置20的光路图可以如图10所示，图10的视角用于示意在慢轴方向上的光路。激光器1产生第一光束11，第一光束11从第一准直镜221的焦点射入第一准直镜221，出射后的第一光束11在快轴方向(垂直于纸面的方向)和慢轴方向(平行于纸面的方向)无变化，出射后的第一光束11射入通过匀光器226，从匀光器226射出的第一光束11输入第一楔形棱镜224，从第一楔形棱镜224出射的第一光束11在慢轴上发生偏移；激光器2产生第二光束22，第二光束22射入第二准直镜222，但第二光束22没有位于第二准直镜222的主光轴上，出射后的第二光束22在慢轴方向无变化，在快轴方向(垂直于纸面的方向)上发生偏移，第二光束22射入匀光器226，从匀光器226射出的光线射入第二楔形棱镜225，从第二楔形棱镜225出射的第二光束22在慢轴上发生偏移，从而使得第一光束11形成的第一光斑和第二光束22形成的第二光斑在快轴方向上分离，但在慢轴方向上拼接没有间隙。

在图10所示的具体实施例中，第一光束和第二光束先经过准直镜，然后经过匀光器，再经过楔形棱镜，应当理解，其中准直镜、匀光器以及楔形棱镜的位置关系仅为举例，本申请实施例对此并不限定，也可以根据设计需求对三者的位置关系进行调整，例如，可以令第一光束和第二光束先经过准直镜，然后经过楔形棱镜，再经过匀光器。

在另一个具体实施例中，该激光发射装置20的光路图可以如图11所示，图11的视角用于示意在快轴方向上的光路。激光器1产生第一光束11，其光路与图10所示类似，故图11未示出。激光器2产生第二光束22，第二光束22从第二准直镜222的焦点射入第二准直镜222，出射后的第二光束22在快轴方向(平行于纸面的方向)和慢轴方向(垂直于纸面的方向)无变化；第二光束22射出后输入反射棱镜223的第一直角边，但第二光束22与反射棱镜223的第一直角边不垂直，使得出射后的第二光束22在快轴方向发生偏移；第二光束22射入匀光器226，从匀光器226射出的光线输入第二楔形棱镜225，从第二楔形棱镜225出射的第二光束22在快轴方向不变，在慢轴方向(垂直于纸面的方向)上发生偏移。第一光束11形成的第一光斑和第二光束22形成的第二光斑在快轴方向上分离，但在慢轴方向上拼接没有间隙。

在图11所示的具体实施例中，第二光束依次经过准直镜、反射棱镜、匀光器以及楔形棱镜，应当理解，这四种光学器件的位置关系仅为举例，本申请实施例对此并不限定，也可以根据设计需求对各光学器件的位置关系进行调整，例如，可以令第二光束依次经过反射棱镜、准直镜、楔形棱镜以及匀光器。

在本申请上述实施例提供的激光发射装置中，由于激光发射装置发射出的两束光斑在水平方向上分离，相应的两束光斑的回波也会在水平方向产生分离，有助于避免产生对称鬼像的问题，从而有助于提供激光雷达的识别精度。如图13所示，采用该种激光发射装置后，虽然在同一时刻第一光斑和第二光斑并没有投射在目标物体的同一直线上，但是，在Ta时刻的第二光斑，与在Tb时刻的第一光斑位于目标物体的同一直线上，可以通过后期算法实现对目标物体上该直线位置的探测。

本申请实施例还提供了一种探测装置，该探测装置可以包括上述任一种实现方式所述的激光发射装置20，以解决对称鬼像的问题，有助于提高探测装置的识别精度。

此外，上述探测装置还可以包括接收装置。该接收装置包括探测器，用于采集第一光斑和第二光斑的回波数据。探测器包含有第一有效区域和第二有效区域，分别对应第一光斑的回波的成像区域和第二光斑的回波的成像区域。在传统的激光雷达接收装置中，探测器的数据读取区域可以如图1所示，为一条线光斑对应的回波的成像区域，该成像区域在水平方向上不分离，对称鬼像的成像区域在该数据读取区域中，因此，若有对称鬼像产生，则对称鬼像的数据也会被读取并用于物体的探测、识别，对后续的目标物体的识别产生不利影响。而在本申请实施例中，第一有效区域和第二有效区域，分别对应第一光斑和第二光斑的回波在所述探测器上的成像区域。如图12所示，由于第一光斑和第二光斑在水平方向上分离，故其对应的第一有效区域和第二有效区域也在水平方向上分离。由于第一光斑和第二光斑在垂直方向上共同形成激光发射装置的视场角，第一光斑和第二光斑仅存在小部分重叠区域，故其对应的第一有效区域和第二有效区域在垂直方向上也共同形成激光发射装置的接收区域，第一有效区域和第二有效区域在垂直方向上仅存在小部分重叠区域或恰好连接无重叠区域，因此第一有效区域和第二有效区域避开了对称鬼像的成像区域。仅读取第一有效区域和第二有效区域上的数据，则能够避免对称鬼像的问题，进而提高后续目标物体识别的精度。

如图14所示，本申请实施例还提供了一种移动平台30，包括信息处理系统31和上述探测装置32。该探测装置32用于确定被照射物体的信息，该探测装置32的具体实施参见上述实施例，重复之处不再赘述。信息处理系统31用于根据探测装置32中探测器接收到的反射光束，以及激光光源产生的发射光束，确定所述被照射物体的特征信息，特征信息包括但不限于目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等信息。例如，信息处理系统31可以通过准确测量激光光源产生的光脉冲从发射到被照射物体反射回探测器的传播时间，由于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量，从而确定探测装置32到被照射物体的距离。

在具体实施时，信息处理系统31可以是处理器、微处理器(如digital signalprocessor，DSP)、AI芯片(如field programmable gate array，FPGA)、专用集成电路(如application specific integrated circuit，ASIC)等各种形式的硬件装置。

进一步地，如果激光光源采用脉冲激光不断地扫描被照射物体，就可以得到被照射物体上全部目标点的数据，接收装置中的信息处理装置用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。

该移动平台30还包括与上述信息处理系统31耦合的电子控制系统311，该电子控制系统311包括通讯接口，利用该通讯接口与信息处理系统31实现通讯，电子控制系统311用于根据被照射物体的特征信息，对所述移动平台30的运动状态进行控制。

以上述移动平台30为自动驾驶汽车为例，该自动驾驶汽车包括上述探测装置32、信息处理系统31和电子控制系统311，该电子控制系统311可以为(electronic controlunit，ECU)，即车载电脑。当探测装置32识别出前方存在障碍物、信息处理系统31计算出障碍物的特征信息时，电子控制系统311则可以根据上述障碍物的特征信息，结合导航信息(如地图)，控制自动驾驶汽车的驱动装置进行减速、停止或者转弯绕行；或者，当探测装置32和信息处理系统31确定无障碍物时，电子控制系统311则可以根据上述无障碍物的信息，控制自动驾驶汽车的驱动装置进行匀速行驶或者加速行驶。

可选的实施例中，上述移动平台30的具体类型不做限制，例如可以为汽车、船舶、飞机、火车、航天器、无人机等移动平台，均适用本申请技术方案。

另外，移动平台30中还可以包括全球定位系统(global positioning system，GPS)装置和惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)装置，探测装置32、信息处理系统31可以结合GPS装置和IMU装置的测量数据进而得到被照射物体的位置、速度等特征信息。例如，信息处理系统31可以通过移动平台30中的GPS装置提供移动平台的地理位置信息，通过IMU装置记录移动平台的姿态和转向信息。在根据探测装置32的发射光束和反射光束确定与被照射物体之间的距离后，可以通过GPS装置提供的地理位置信息或IMU装置提供的姿态和转向信息中的至少一种，将被照射物体的测量点由相对坐标系转换为绝对坐标系上的位置点，得到被照射物体的地理位置信息，从而探测装置32可以应用于移动平台中。

本申请实施例还提供一种激光发射方法，该方法可以应用于激光发射装置，激光发射装置包括光束产生装置和光学组件。如图15所示，该激光发射方法可以包括以下步骤：

步骤1501、光束产生装置产生第一光束和第二光束。

步骤1502、第一光束入射所述光学组件且从光学组件出射，第二光束入射光学组件且从光学组件出射，且第一光束在空间所形成的第一光斑和第二光束在空间所形成的第二光斑在水平方向分离。

在一种可能实现方式中，所述第一光束和所述第二光束属于同一线束。

在一种可能实现方式中，所述第一光束和所述第二光束由不同的激光器产生。

在一种可能实现方式中，所述光学组件包括第一准直镜和第二准直镜；所述第一光束入射所述光学组件，包括：所述第一光束从所述第一准直镜的焦点的上方或下方入射所述光学组件；和/或，所述第二光束入射所述光学组件，包括：所述第二光束从所述第二准直镜的焦点的上方或下方入射所述光学组件。

可选的，上述第一准直镜和第二准直镜可以为快轴准直镜。

在一种可能实现方式中，所述光学组件包括反射棱镜；所述第二光束入射所述光学组件，包括：所述第二光束不垂直于所述反射棱镜的直角边入射。

在一种可能实现方式中，所述光学组件还包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜；所述第一光束入射所述光学组件，包括：所述第一光束入射所述第一楔形棱镜；所述第二光束入射所述光学组件，包括：所述第二光束入射所述第二楔形棱镜。

在一种可能实现方式中，所述光学组件还包括匀光器。

在一种可能实现方式中，所述第一光斑和所述第二光斑在垂直方向上的拼接视场角为25～30度。

在一种可能实现方式中，所述第一光斑和所述第二光斑在水平方向上的指向角相差0.3～0.6度。

另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”、“第三”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，基于本申请技术方案想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (24)

1.一种激光发射装置，其特征在于，包括：光束产生装置和光学组件；

所述光束产生装置，用于产生第一光束和第二光束；

所述第一光束入射所述光学组件且从所述光学组件出射，所述第二光束入射所述光学组件且从所述光学组件出射，且所述第一光束在空间所形成的第一光斑和所述第二光束在空间所形成的第二光斑在水平方向分离。

2.根据权利要求1所述的激光发射装置，其特征在于，所述第一光束在所述光学组件经第一光路出射，所述第二光束在所述光学组件经第二光路出射。

3.根据权利要求2所述的激光发射装置，其特征在于，所述光学组件包括第一准直镜和第二准直镜，其中所述第一光路包括所述第一准直镜，所述第二光路包括所述第二准直镜。

4.根据权利要求3所述的激光发射装置，其特征在于，所述第一光束在所述第一准直镜的焦点位置入射所述第一准直镜，且所述第二光束在所述第二准直镜的焦平面上的焦点上方或下方的位置入射所述第一准直镜；或者，

所述第一光束在所述第一准直镜的焦平面上的焦点上方或下方的位置入射所述第一准直镜，且所述第二光束在所述第二准直镜的焦平面上的焦点上方或下方的位置入射所述第二准直镜。

5.根据权利要求3所述的激光发射装置，其特征在于，所述光学组件的所述第二光路还包括反射棱镜，所述第二光束从所述反射棱镜的第一直角边入射，且所述第二光束与所述第一直角边不垂直。

6.根据权利要求5所述的激光发射装置，其特征在于，所述第二光束从所述第二准直镜入射并从所述所述第二准直镜出射后，入射所述反射棱镜的所述第一直角边，并从所述第二直角边出射。

7.根据权利要求6所述的激光发射装置，其特征在于，所述光学组件还包括匀光器，所述第一光路和所述第二光路包括所述匀光器，且从所述第一准直镜出射的所述第一光束经过所述匀光器后出射，从所述反射棱镜出射的所述第二光束经过所述匀光器后出射。

8.根据权利要求7所述的激光发射装置，其特征在于，所述光学组件还包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，所述第一光路包括所述第一楔形棱镜，所述第二光路包括所述第二楔形棱镜，从所述匀光器出射后的第一光束经过所述第一楔形棱镜，从所述匀光器出射后的第二光束经过所述第二楔形棱镜。

9.根据权利要求8所述的激光发射装置，其特征在于，所述第一楔形棱镜和所述第二楔形棱镜为同一楔形棱镜。

10.根据权利要求1-9任一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述第一光束和所述第二光束属于同一线束。

11.根据权利要求1-10任一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述光束产生装置包括第一光束产生装置和第二光束产生装置；

所述第一光束产生装置包括第一激光光源，所述第一激光光源包括至少一个激光器，生成所述第一光束；

所述第二光束产生装置包括第二激光光源，所述第二激光光源包括至少一个激光器，生成所述第二光束。

12.根据权利要求3-11所述的激光发射装置，其特征在于，

所述第一准直镜和所述第二准直镜为快轴准直镜。

13.根据权利要求3-12任一项所述的激光发射装置，其特征在于，

所述光学组件还包括楔形棱镜，所述楔形棱镜用于对所述第一光束和所述第二光束在垂直方向上进行拼接。

14.根据权利要求3-13中任一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述光学组件还包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜；

所述第一楔形棱镜和所述第二楔形棱镜用于将所述第一光束和所述第二光束在垂直方向上进行拼接。

15.根据权利要求3-14中任一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述光学组件还包括匀光器。

16.根据权利要求1-15任一项所述的激光发射装置，其特征在于，

所述第一光斑和所述第二光斑为线光斑。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述第一光斑和所述第二光斑在垂直方向上的拼接视场角为25～30度。

18.根据权利要求1-17中任一项所述的激光发射装置，其特征在于，所述第一光斑和所述第二光斑在水平方向上的指向角相差0.3～0.6度。

19.一种光学组件，其特征在于，包括：

第一准直镜，用于接收第一光束，并将所述第一光束准直后出射；

第二准直镜，用于接收第二光束，并将所述第二光束准直后出射；

匀光器，用于接收从所述第一准直镜和所述第二准直镜出射的所述第一光束和所述第二光束，并进行匀光后出射；

第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，分别用于接收从所述匀光器出射的所述第一光束和所述第二光束，并对所述第一光束和所述第二光束在垂直方向上进行拼接后出射。

20.一种光学组件，其特征在于，包括：

第一准直镜，用于接收第一光束，并将所述第一光束准直后出射；

第二准直镜，用于接收第二光束，并将所述第二光束准直后出射；

第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，分别用于接收从所述第一准直镜出射的所述第一光束和从所述第二准直镜出射的所述第二光束，并对所述第一光束和所述第二光束在垂直方向上进行拼接后出射；

匀光器，用于接收从所述第一楔形棱镜和所述第二楔形棱镜出射的所述第一光束和所述第二光束，并进行匀光后出射。

21.根据权利要求19或20所述的光学组件，其特征在于，还包括：

反射棱镜，包括第一直角边和第二直角边，所述第一直角边用于接收从所述第二准直镜出射的第二光束，并从所述第二直角边出射，其中所述第二光束与所述第一直角边不垂直。

22.一种探测装置，其特征在于，所述探测装置包括如权利要求1-18中任一项所述的激光发射装置。

23.根据权利要求22所述的探测装置，其特征在于，所述探测装置还包括接收装置；

所述接收装置包括探测器，所述探测器包括第一有效区域和第二有效区域，分别对应所述第一光斑和所述第二光斑的回波在所述探测器上的成像区域，所述第一有效区域和所述第二有效区域在水平方向分离。

24.一种移动平台，其特征在于，包括如权利要求22或23所述的探测装置。

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