CN116338642A - 一种激光雷达光机结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光雷达光机结构，所述的激光雷达光机结构包括发射单元、第一光扫描器件、第二光扫描器件、接收单元；发射单元用于发射激光光束；第一光扫描器件相对发射单元摆动，用于将激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束；第二光扫描器件相对第一光扫描器件转动，用于将第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束并将第二扫描光束发射至待探测目标并接收回波光束；接收单元用于直接接收回波光束并将回波光束对应的光信号转换为电信号。

Description

一种激光雷达光机结构

技术领域

本申请属于激光探测技术领域，更具体地说，是涉及一种激光雷达光机结构。

背景技术

激光雷达是一种以发射激光束探测目标的距离、方位等特征量的雷达系统，其具体工作原理为：通过向待探测目标发射激光束并接收来自待探测目标所反射回的激光束，将所接收的激光信号与发射信号进行对比和判断，进以获得待探测目标距离发射位置的距离、方位等参数信息。

激光雷达因其具有的高分辨率和抗干扰能力，被广泛应用于测距、测绘、无人驾驶等领域。随着激光雷达应用领域的不断扩展，在技术层面上，需激光雷达的点云密度、目标分辨能力适配于多种领域的高要求，而多线激光雷达作为解决方案成为实现上述高技术要求的首选手段。现有技术中，多线激光雷达的解决方案是通过增加激光发射线数以提高雷达的点云密度和目标分辨能力。具体为：通过同步增设发射单元的数量和接收单元的数量，以实现增加激光发射线数的目的。

然而，基于设定体积的设计，雷达的有效利用空间是有限的，在有限空间内能够增设的发射单元和接收单元的数量是有限的，同时由于发射单元之间的空间高度受限而无法实现较小的垂直视场分辨率，因此采用现有多线激光雷达的解决方案，多数量的发射单元和接收单元导致雷达的制造成本高昂，同时多数量设计导致雷达的生产调试复杂化且周期被延长，且所能够实现的垂直视场分辨率较小，雷达的探测性能并无显著性地提高。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光雷达光机结构，以解决现有多线激光雷达的解决方案导致其结构和生产调试复杂化、调试周期长且探测性能不佳的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

提供一种激光雷达光机结构，所述激光雷达光机结构包括发射单元、第一光扫描器件、第二光扫描器件、接收单元；其中，

所述发射单元用于发射激光光束；

所述第一光扫描器件能够相对所述发射单元摆动，用于直接或间接地接收所述发射单元发射的激光光束并将该激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束，并用于将所述第一扫描光束反射至所述第二光扫描器件；

所述第二光扫描器件能够相对所述第一光扫描器件转动，用于接收所述第一光扫描器件反射的所述第一扫描光束，并将所述第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，还用于将所述第二扫描光束发射至待探测目标并接收来自待探测目标发射的回波光束，并将该回波光束发射至所述接收单元；

所述接收单元用于直接接收所述第二光扫描器件发射的所述回波光束并将所述回波光束对应的光信号转换为电信号。

一实施例中，所述激光雷达光机结构还包括反射单元；所述反射单元具有反射面，所述反射面用于接收所述发射单元发射的激光光束并将该激光光束反射至所述第一光扫描器件；

其中，所述第一光扫描器件、所述反射单元、所述接收单元位于所述第二光扫描器件的同一侧；沿所述第二光扫描器件的转动轴线方向，所述第一光扫描器件、所述反射单元、所述接收单元依次布列。

一实施例中，所述发射单元包括激光驱动电路和激光器，所述激光驱动电路和所述激光器电性连接，所述激光驱动电路用于驱动所述激光器以设定频率发射激光光束。

一实施例中，所述第一光扫描器件包括机电系统和振镜本体，所述振镜本体电性连接于所述机电系统；

所述振镜本体具有反射镜面；所述机电系统用于驱动所述振镜本体进行设定角度的往复摆动，以使所述反射镜面接收所述发射单元发射的激光光束并通过摆动将该激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束。

一实施例中，所述第二光扫描器件包括旋转驱动部和旋转棱镜本体，所述旋转驱动部电性连接于所述控制电路，所述旋转棱镜本体传动连接于所述旋转驱动部；

沿所述旋转棱镜本体的轴向，所述旋转棱镜本体的周面依次包括有发射镜面和接收镜面；所述旋转驱动部用于驱动所述旋转棱镜本体以其中心轴线进行自转，以使所述发射镜面接收所述第一光扫描器件反射的所述第一扫描光束并通过自转将所述第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，并将所述第二扫描光束发射至待探测目标；所述接收镜面用于接收来自待探测目标发射的回波光束，并将该回波光束发射至所述接收单元。

一实施例中，沿所述旋转棱镜本体的周向，所述旋转棱镜本体的周面包括依次布列的多个所述发射镜面，多个所述发射镜面与所述旋转棱镜本体的中心轴线之间的夹角各不相同或全部相同；

沿所述旋转棱镜本体的周向，所述旋转棱镜本体的周面包括依次布列的多个所述接收镜面，多个所述接收镜面与所述旋转棱镜本体的中心轴线之间的夹角各不相同或全部相同。

一实施例中，多个所述接收镜面所围设的圆周具有的径向尺寸位于多个所述发射镜面所围设的圆周具有的径向尺寸。

一实施例中，所述发射镜面的镜面尺寸小于所述接收镜面的镜面尺寸。

一实施例中，所述接收单元包括光电传感器和信号调理电路，所述光电传感器、所述信号调理电路电性连接；

所述光电传感器用于接收所述第二光扫描器件发射的所述回波光束并将所述回波光束对应的光信号发送至所述信号调理电路；所述信号调理电路用于接收所述回波光束对应的光信号并将所述光信号转换为电信号。

一实施例中，所述接收单元包括聚焦透镜和依次间隔布列的多个所述光电传感器，多个所述光电传感器均位于所述聚焦透镜的焦距上，所述聚焦透镜用于接收所述第二光扫描器件发射的所述回波光束并将所述回波光束发射至多个所述光电传感器。

一实施例中，所述发射单元包括依次间隔布列的多个准直透镜和依次间隔布列的多个所述激光器，多个所述准直透镜和多个所述激光器一一对应设置，每一所述激光器均位于与其对应的所述准直透镜的焦距上，多个所述准直透镜的光轴均落于所述反射面的中心区域。

本申请提供的激光雷达光机结构的有益效果在于：

与现有技术相比，本申请提供的激光雷达光机结构，结合第一光扫描器件和第二光扫描器件，将发射单元发射的激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束，再将第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，最后将第二扫描光束发射至待探测目标，并接收来自待探测目标发射的回波光束。

因此，本申请的激光雷达光机结构通过第一光扫描器件和第二光扫描器件将单点激光光束扩展成具有一定扫描视场和范围的面扫描光束，在不增设发射单元和接收单元的基础上，大幅增加了激光扫描的线数，实现目标区域高密度线数的扫描，有效解决了点云密度及目标清晰度不高的问题，同时降低了结构体积尺寸和制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的激光雷达光机结构的示意图；

图2为本发明优选实施例提供的激光雷达光机结构的示意图；

图3为本发明优选实施例提供的激光雷达光机结构的示意图；

图4为本发明优选实施例提供的激光雷达光机结构的示意图；

图5为本发明实施例提供的激光雷达光机结构的光斑扫描示意图。

其中，图中各附图标记：

100、发射单元；200、反射单元；300、第一光扫描器件；400、第二光扫描器件；500、接收单元；101、激光器；102、准直透镜；201、反射面；301、振镜本体；301a、反射镜面；401、旋转棱镜本体；401a、发射镜面；401b、接收镜面；501、光电传感器；502、聚焦透镜。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

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该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本申请实施例提供的激光雷达光机结构进行说明。

请参阅图1至图5所示，本申请实施例提供的激光雷达光机结构包括发射单元100、第一光扫描器件300、第二光扫描器件400、接收单元500和控制电路(图中未示出)，发射单元100、第一光扫描器件300、第二光扫描器件400、接收单元500与控制电路分别电性连接。

其中，发射单元100用于发射激光光束；第一光扫描器件300能够相对发射单元100转动，用于直接或间接地接收发射单元100发射的激光光束并将该激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束，并用于将第一扫描光束反射至第二光扫描器件400；第二光扫描器件400能够相对第一光扫描器件300转动，用于接收第一光扫描器件300反射的第一扫描光束，并将第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，还用于将第二扫描光束发射至待探测目标并接收来自待探测目标发射的回波光束，并将该回波光束发射至接收单元500；接收单元500用于直接接收第二光扫描器件400发射的回波光束并将回波光束对应的光信号转换为电信号后发送至控制电路；控制电路用于获取并根据第一光扫描器件300的摆速和第二光扫描器件400的转速控制发射单元100发射激光光束的频率，还用于接收接收单元500发送的电信号并对电信号进行处理以获得探测结果。此处需说明的是，第一光扫描器件300的摆速由其自带的机电系统控制，优选控制电路对机电系统无主动控制关系，但是能够从机电系统获取第一光扫描器件300的摆速数据和其他相关数据。

与现有技术相比，本申请实施例提供的激光雷达光机结构，通过应用控制电路所设定的控制方法，结合第一光扫描器件300和第二光扫描器件400，将发射单元100发射的激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束，再将第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，最后将第二扫描光束发射至待探测目标，并接收来自待探测目标发射的回波光束。

因此，本申请的激光雷达光机结构通过第一光扫描器件300和第二光扫描器件400将单点激光光束扩展成具有一定扫描视场和范围的面扫描光束，在不增设发射单元100和接收单元500的基础上，大幅增加了激光扫描的线数，实现目标区域高密度线数的扫描，有效解决了点云密度及目标清晰度不高的问题，同时降低了结构体积尺寸和制造成本。

一实施例中，激光雷达光机结构还包括反射单元200；反射单元200具有反射面201，反射面201用于接收发射单元100发射的激光光束并将该激光光束反射至第一光扫描器件300。

具体地，发射单元100位于反射单元200的光路上游，反射单元200的反射面201为一个具有高反射率的镜面，该具有高反射率的镜面固定于发射单元100与第一光扫描器件300之间的光路上。

其中，第一光扫描器件300、反射单元200、接收单元500位于第二光扫描器件400的同一侧；沿第二光扫描器件400的转动轴线方向，第一光扫描器件300、反射单元200、接收单元500依次布列。按照如图1所示的方位示意，第一光扫描器件300位于反射单元200的上方，接收单元500位于反射单元200的上方，而第二光扫描器件400位于反射单元200和第一光扫描器件300的右侧方位，并紧挨着第一光扫描器件300和反射单元200，发射单元100位于反射单元200背离第二光扫描器件400的一侧。采用如图1所示的布局方式，使得发射单元100、反射单元200、第一光扫描器件300和第二光扫描器件400及接收单元500的布局更加合理且紧凑，所占用的空间小，继而达到使激光雷达的体积缩小化的目的。

其他实施例中，可取消反射单元200的设置，对发射单元100和第一光扫描器件300二者之间的位置进行恰当的适配，可使第一光扫描器件300能够直接接收来自发射单元100的激光光束并对其进行转换。

其中，发射单元100包括激光驱动电路(图中未示出)和激光器101，控制电路、激光驱动电路和激光器101依次电性连接，控制电路用于根据第一光扫描器件300的摆速和第二光扫描器件400的转速控制激光驱动电路驱动激光器101以设定频率发射激光光束。

本实施例中，通过控制电路获取第一光扫描器件300的摆速和第二光扫描器件400的转速，并根据第一光扫描器件300的摆速和第二光扫描器件400的转速，控制激光驱动电路驱动激光器101以设定频率发射激光光束，以使激光器101的发射频率和第一光扫描器件300的摆速、第二光扫描器件400的转速相适配，以发射最大利用率的光束。

本实施例中，控制电路可在设定时刻控制激光驱动电路，以使激光驱动电路在设定时刻驱动激光器101而产生激光光束，此处激光器101可为能够发射波长为905nm或1550nm的半导体激光器。

其中，第一光扫描器件300包括机电系统和振镜本体301，机电系统电性连接于控制电路，优选控制电路对机电系统无主动控制关系，但是能够从机电系统获取第一光扫描器件300的摆速，振镜本体301电性连接于机电系统。其中，本实施例中，振镜本体301可为MEMS振镜或分支器。其中，振镜本体301优选为MEMS振镜。

振镜本体301具有反射镜面301a；机电系统用于驱动振镜本体301以一穿过其自身的转动轴线为中心进行设定角度的往复转动，以使反射镜面301a接收发射单元100发射的激光光束并通过转动将该激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束。本实施例通过采用机电系统对振镜本体301实现便捷控制，再由控制电路获取机电系统的相关参数，例如振镜本体301的摆速，进以实现高精度的第一光扫描器件300和第二光扫描器件400与激光发射频率的控制关系。

其中，第二光扫描器件400包括旋转驱动部和旋转棱镜本体401，旋转驱动部电性连接于控制电路，旋转棱镜本体401传动连接于旋转驱动部；沿旋转棱镜本体401的轴向，旋转棱镜本体401的周面依次包括有发射镜面401a和接收镜面401b；控制电路用于控制旋转驱动部驱动旋转棱镜本体401以其中心轴线进行自转，以使发射镜面401a接收第一光扫描器件300反射的第一扫描光束并通过自转将第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，并将第二扫描光束发射至待探测目标；接收镜面401b用于接收来自待探测目标发射的回波光束，并将该回波光束发射至接收单元500。

如此，通过第一光扫描器件300的扫描和第二光扫描器件400的进一步扫描，将单点激光光束扩展成具有一定扫描视场和范围的面扫描光束，在不增设发射单元100和接收单元500的基础上，大幅增加了激光扫描的线数，实现目标区域高密度线数的扫描，有效解决了点云密度及目标清晰度不高的问题，同时降低了结构体积尺寸和制造成本。

具体地，发射单元100所发射的激光束指向反射单元200，反射单元200反射该激光光束至振镜本体301。按照光学理论，入射光的角度与出射光的角度相等，设置适当的反射单元200与入射光的角度，可以得到相同角度的出射光。如图1所示，振镜本体301上方的虚线箭头示出振镜本体301沿自身的中心轴可左右振动，入射光经振镜本体301扩展成如图1视角的垂直方向的多行扫描激光光束，亦即第一扫描光束。旋转棱镜本体401的发射镜面401a反射振镜本体301出射的第一扫描光束至待探测目标，其中旋转棱镜本体401其旋转驱动部驱动进行旋转，在目标区域扩展成如视图1视角的水平方向的多列扫描激光光束，亦即第二扫描光束。

更为具体地，通过控制电路控制发射单元100相对于旋转棱镜本体401的每个发射镜面401a的不同发光时刻，振镜本体301在如视图1视角的垂直方向扩展成n行激光光束，旋转棱镜本体401绕其中心轴线旋转产生水平方向分布排列的m列激光光束。例如，如视图1所示，旋转棱镜本体401具有4个发射镜面401a，其可产生4*n*m点激光光束，通过控制发射单元100的发光频率、发光时刻和振镜本体301及旋转棱镜本体401同步，在不增加发射单元100的前提下，有效解决了多线激光雷达扫描线数受限、点云密度较低、结构尺寸较大且成本较高的问题。

优选实施例中，沿旋转棱镜本体401的周向，旋转棱镜本体401的周面包括依次布列的多个发射镜面401a，多个发射镜面401a与旋转棱镜本体401的中心轴线之间的夹角各不相同或全部相同。例如，本申请实施例中，旋转棱镜本体401的周面包括依次布列的4个发射镜面401a，多个发射镜面401a与旋转棱镜本体401的中心轴线之间的夹角各不相同或全部相同。旋转棱镜本体401的周面还包括依次布列的4个接收镜面401b，多个接收镜面401b与旋转棱镜本体401的中心轴线之间的夹角各不相同或全部相同，通过夹角各不相同或全部相同的多个发射镜面401a实现扫描光束的发射，而通过夹角各不相同或全部相同的多个接收镜面401b实现回波光束的接收。

进一步优选地，多个发射镜面401a与旋转棱镜本体401的中心轴线之间的夹角全部相同，且多个接收镜面401b与旋转棱镜本体401的中心轴线之间的夹角全部相同，以使旋转棱镜本体401的结构更加规则化，进以降低其制造难度和成本。如图4所示，旋转棱镜本体401的发射镜面401a和接收镜面401b均与旋转棱镜本体401的中心轴线之间的夹角全部相同，激光光束通过发射镜面401a反射至待探测目标；同时，待探测目标反射激光经接收镜面401b反射至接收单元500。

其中，多个接收镜面401b所围设的圆周具有的径向尺寸位于多个发射镜面401a所围设的圆周具有的径向尺寸，亦即如图1中所述的旋转棱镜本体401呈下大上小的结构，以提供旋转棱镜本体401的动平衡。

进一步优选实施例中，发射镜面401a的镜面尺寸小于接收镜面401b的镜面尺寸。同时振镜本体301紧挨着发射镜面401a设置,以减小光学结构的尺寸。

一实施例中，接收单元500包括光电传感器501和信号调理电路，光电传感器501、信号调理电路和控制电路依次电性连接；光电传感器501用于接收第二光扫描器件400发射的回波光束并将回波光束对应的光信号发送至信号调理电路；信号调理电路用于接收回波光束对应的光信号并将光信号转换为电信号后发送至控制电路。

具体地，如图2所示，激光器101位于准直透镜102的焦距范围内，反射单元200的反射面201位于准直透镜102的光路下游，反射面201与视图中的水平方向呈一定夹角，振镜本体301位于反射面201的上方。

激光器101产生的激光光束具有一定的发散角，通过在焦距范围设置准直透镜102，将发散的激光光束变成直径为d的平行光，该平行光入射到反射面201，反射面201反射该平行光至振镜本体301的反射镜面301a，由机电系统控制该反射镜面301a，使其具备高反射率，并以固定的谐振频率带动振镜本体301在如图2所示的视图中左右振动。其中，激光器101在不同时刻发射的激光对应振镜本体301的不同角度，单点激光器101扩展成如图2视角中垂直方向的多条激光光束，振镜本体301的周期内，设定激光器101发射频率为f，则即，如视图中垂直方向的激光线数数量为n。本实施例中，振镜本体301的光学角度范围优选为6-20度，单个激光器101的最大扫描范围等于振镜本体301的光学振动角。

一实施例中，接收单元500包括聚焦透镜502和依次间隔布列的多个光电传感器501，多个光电传感器501均位于聚焦透镜502的焦距上，聚焦透镜502用于接收第二光扫描器件400发射的回波光束并将回波光束发射至多个光电传感器501，通过采用聚焦透镜502，以更好地接收和汇聚待探测目标的回波光束，进以提高探测精度。

具体地，如图4所示，振镜本体301靠近发射镜面401a设置，聚焦透镜502位于接收镜面401b的光路下游，光电传感器501位于聚焦透镜502焦距上。

优选实施例中，发射单元100、反射单元200、第一光扫描器件300、接收单元500均设于第二光扫描器件400的同一侧；第二光扫描器件400包括旋转棱镜本体401；沿旋转棱镜本体401的轴向，旋转棱镜本体401的周面依次包括有发射镜面401a和接收镜面401b，第一光扫描器件300、发射单元100和接收单元500沿该轴向依次间隔布列，且第一光扫描器件300临近发射镜面401a；发射单元100间隔布列于反射单元200背离旋转棱镜本体401的一侧；发射镜面401a用于接收第一光扫描器件300反射的第一扫描光束，并将第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，还用于将第二扫描光束发射至待探测目标；接收镜面401b用于接收来自待探测目标发射的回波光束，并将该回波光束发射至接收单元500。

如图4所示，光电传感器501按如图示的垂直于纸面的方向排列，其可以是APIN、APD、SPAD、SiPM或InGaAs阵列。振镜本体301以谐振频率沿如图4所示的垂直于纸面的方向摆动，其出射光在发射镜面401a垂直于纸面分布，在振镜本体301的不同角度所对应的不同时刻，在发射镜面401a垂直于纸面的方向分布有多条入射光线，通过发射镜面401a反射至待探测目标，从而在待探测目标上得到垂直于纸面且具有一定间隔的多条垂直视场的扫描线，激光器101的入射光经振镜本体301至发射镜面401a，因此其发光频率决定了在待探测目标上的扫描线数。

发射镜面401a和接收镜面401b由旋转驱动部驱动沿如图4所示的顺时针方向旋转，振镜本体301在某一个角度时刻的光束通过发射镜面401a的的顺时针扩展，得到如图所示的垂直方向的多条扫描光束，该扫描光束的角度范围为2倍的发射镜面401a的旋转角度，即发射镜面401a的旋转为θ角度，则目标物的水平扫描视角为2θ角度。

设定发射镜面401a的转速为n，振镜本体301的谐振频率为f2，激光器101的发光频率为f1，水平视场的扫描角度为α，则目标垂直视场行的扫描线数为f1，目标水平视场列扫描线数为α*f2/n+1。即通过振镜本体301反射镜面301a的组合，可实现单面反射镜面301af1*(α*f2/n+1)扫描点阵，如图1所示的4个发射镜面401a，则可实现4*f1*(α*f2/n+1)扫描点阵，该激光扫描点阵可实现激光发射频率4倍的垂直扫描角度分辨率。因此发射镜面401a和接收镜面401b的每一时刻的旋转角度须与振镜本体301的角度同步，同时发射镜面401a和接收镜面401b的转速与振镜本体301的谐振频率同步并保持固定比列，实现目标区域的激光光束准确、稳定的扫描。

一实施例中，激光雷达光机结构还包括反射单元200；反射单元200具有反射面201，反射面201用于接收发射单元100发射的激光光束并将该激光光束反射至第一光扫描器件300；发射单元100包括依次间隔布列的多个准直透镜102和依次间隔布列的多个激光器101，多个准直透镜102和多个激光器101一一对应设置，每一激光器101均位于与其对应的准直透镜102的焦距上，多个准直透镜102的光轴均落于反射面201的中心区域。

如图3所示，优选实施例中，发射单元100包括包括3个激光器101和3个准直透镜102。如图3所示，3个激光器101和3个准直透镜102均按垂直方向以一定角度纵向排列，其每一准直透镜102的光轴均落于反射面201的中心区域。

3个激光器101所对应的驱动电路均与控制电路电性连接。控制电路控制3个激光器101发射激光频率与振镜本体301的角度同步，实现3倍的振镜本体301的光学角度扫描范围，同时在振镜本体301的周期内，实现3倍的单个激光器101产生的激光光束，实现垂直视场角度和激光扫描线数的增加。

本申请实施例的另一目的还在于提供一种如上的激光雷达光机结构的控制方法，控制方法包括：

S101.控制电路获取第一光扫描器件300的扫描信息作为同步参考源；

S102.控制电路根据同步参考源锁定第一光扫描器件300的摆动角度，并使第一光扫描器件300和第二光扫描器件400的转动角度同步；

S103.控制电路根据第一光扫描器件300的摆速和第二光扫描器件400的转速控制发射单元100发射激光光束的频率；

S104.控制电路接收接收单元500发送的电信号并对电信号进行处理以获得探测结果。

一实施例中，控制电路根据同步参考源锁定第一光扫描器件300的转动角度，并使第一光扫描器件300和第二光扫描器件400的转动角度同步，包括：

S1021.控制电路根据预先设定的第一光扫描器件300的扫描角度、扫描分辨率、谐振频率计算得到第二光扫描器件400的转速；

S1022.控制电路根据第一光扫描器件300的零角度信号对应锁定第二光扫描器件400的转动角度，并使第一光扫描器件300和第二光扫描器件400的转动角度保持同步。

为了让激光光束在目标区域达到设定扫描视场角度、垂直及水平扫描线数，目标的同一位置要保证光斑稳定可重复。如图1、图2、图3、图4所示，控制电路通过振镜本体301的角度信息控制调节旋转棱镜本体401的转速和旋转角度，同时控制电路获取振镜本体301的垂直视场角度信息、旋转棱镜本体401的旋转角度信息，进以控制发射单元100驱动激光器101发光，同时控制电路可根据设定的水平角度分辨率、垂直角度分辨设置发射单元100的发光频率。

图5为本申请实施例提供的雷达光斑扫描示意图，为一种根据本申请实施例的单个激光器101扫描光斑的示意图。其中，光斑扫描示意图中每一行黑色实心点表示第一个发射镜面401a在水平方向扫描点，每一行细空心点表示第二发射镜面401a在水平方向扫描点，每一行粗空心点表示第三个发射镜面401a在水平方向扫描点，每一行灰色填充点表示第四个发射镜面401a在水平方向扫描点，每一列黑色实心点、细空心点、粗空心点、灰色填充点为振镜本体301分别对应不同发射镜面401a，每列同一种类型点间隔为旋转棱镜本体401其中一面对应的振镜本体301扫描点。如图5所示，m为水平角度分辨率，n为垂直角度分辨率，该水平、垂直角度分辨率可作为参数设置输入控制电路中，用于控制旋转棱镜本体401转速及发射单元100发光频率、发光时间。

本申请提供的激光雷达光机结构的控制方法相比于现有技术的有益效果，同于本申请提供的激光雷达光机结构相比于现有技术的有益效果，此处不再赘述。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种激光雷达光机结构，其特征在于：

包括发射单元(100)、第一光扫描器件(300)、第二光扫描器件(400)、接收单元(500)；其中，

所述发射单元(100)用于发射激光光束；

所述第一光扫描器件(300)能够相对所述发射单元(100)摆动，用于直接或间接地接收所述发射单元(100)发射的激光光束并将该激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束，并用于将所述第一扫描光束反射至所述第二光扫描器件(400)；

所述第二光扫描器件(400)能够相对所述第一光扫描器件(300)转动，用于接收所述第一光扫描器件(300)反射的所述第一扫描光束，并将所述第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，还用于将所述第二扫描光束发射至待探测目标并接收来自待探测目标发射的回波光束，并将该回波光束发射至所述接收单元(500)；

所述接收单元(500)用于直接接收所述第二光扫描器件(400)发射的所述回波光束并将所述回波光束对应的光信号转换为电信号。

2.如权利要求1所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述激光雷达光机结构还包括反射单元(200)；所述反射单元(200)具有反射面(201)，所述反射面(201)用于接收所述发射单元(100)发射的激光光束并将该激光光束反射至所述第一光扫描器件(300)；

其中，所述第一光扫描器件(300)、所述反射单元(200)、所述接收单元(500)位于所述第二光扫描器件(400)的同一侧；沿所述第二光扫描器件(400)的转动轴线方向，所述第一光扫描器件(300)、所述反射单元(200)、所述接收单元(500)依次布列。

3.如权利要求1或2任一项所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述发射单元(100)包括激光驱动电路和激光器(101)，所述激光驱动电路和所述激光器(101)电性连接，所述激光驱动电路用于驱动所述激光器(101)以设定频率发射激光光束。

4.如权利要求1或2任一项所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述第一光扫描器件(300)包括机电系统和振镜本体(301)，所述振镜本体(301)电性连接于所述机电系统；

所述振镜本体(301)具有反射镜面(301a)；所述机电系统用于驱动所述振镜本体(301)进行设定角度的往复摆动，以使所述反射镜面(301a)接收所述发射单元(100)发射的激光光束并通过摆动将该激光光束转换为具有一维视场的第一扫描光束。

5.如权利要求1或2任一项所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述第二光扫描器件(400)包括旋转驱动部和旋转棱镜本体(401)，所述旋转棱镜本体(401)传动连接于所述旋转驱动部；

沿所述旋转棱镜本体(401)的轴向，所述旋转棱镜本体(401)的周面依次包括有发射镜面(401a)和接收镜面(401b)；所述旋转驱动部用于驱动所述旋转棱镜本体(401)以其中心轴线进行自转，以使所述发射镜面(401a)接收所述第一光扫描器件(300)反射的所述第一扫描光束并通过自转将所述第一扫描光束转换为具有二维视场的第二扫描光束，并将所述第二扫描光束发射至待探测目标；所述接收镜面(401b)用于接收来自待探测目标发射的回波光束，并将该回波光束发射至所述接收单元(500)。

6.如权利要求5所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

沿所述旋转棱镜本体(401)的周向，所述旋转棱镜本体(401)的周面包括依次布列的多个所述发射镜面(401a)，多个所述发射镜面(401a)与所述旋转棱镜本体(401)的中心轴线之间的夹角各不相同或全部相同；

沿所述旋转棱镜本体(401)的周向，所述旋转棱镜本体(401)的周面包括依次布列的多个所述接收镜面(401b)，多个所述接收镜面(401b)与所述旋转棱镜本体(401)的中心轴线之间的夹角各不相同或全部相同。

7.如权利要求6所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

多个所述接收镜面(401b)所围设的圆周具有的径向尺寸位于多个所述发射镜面(401a)所围设的圆周具有的径向尺寸。

8.如权利要求5所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述发射镜面(401a)的镜面尺寸小于所述接收镜面(401b)的镜面尺寸。

9.如权利要求1或2任一项所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述接收单元(500)包括光电传感器(501)和信号调理电路，所述光电传感器(501)、所述信号调理电路电性连接；

所述光电传感器(501)用于接收所述第二光扫描器件(400)发射的所述回波光束并将所述回波光束对应的光信号发送至所述信号调理电路；所述信号调理电路用于接收所述回波光束对应的光信号并将所述光信号转换为电信号。

10.如权利要求9所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述接收单元(500)包括聚焦透镜(502)和依次间隔布列的多个所述光电传感器(501)，多个所述光电传感器(501)均位于所述聚焦透镜(502)的焦距上，所述聚焦透镜(502)用于接收所述第二光扫描器件(400)发射的所述回波光束并将所述回波光束发射至多个所述光电传感器(501)。

11.如权利要求2所述的激光雷达光机结构，其特征在于：

所述发射单元(100)包括依次间隔布列的多个准直透镜(102)和依次间隔布列的多个所述激光器(101)，多个所述准直透镜(102)和多个所述激光器(101)一一对应设置，每一所述激光器(101)均位于与其对应的所述准直透镜(102)的焦距上，多个所述准直透镜(102)的光轴均落于所述反射面(201)的中心区域。

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