CN207336754U - 激光雷达扫描系统和车辆 - Google Patents
激光雷达扫描系统和车辆 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207336754U CN207336754U CN201721355265.9U CN201721355265U CN207336754U CN 207336754 U CN207336754 U CN 207336754U CN 201721355265 U CN201721355265 U CN 201721355265U CN 207336754 U CN207336754 U CN 207336754U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- mems galvanometers
- unit
- scanning system
- processor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 2
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
Abstract
本实用新型提供了一种激光雷达扫描系统和车辆，激光雷达扫描系统包括处理器，以及分别与处理器连接的激光发射单元和激光接收单元；激光发射单元包括：光束整形单元，以及分别设置在光束整形单元两侧的激光发射器和第一MEMS振镜；激光接收单元包括：光束汇聚单元，以及分别设置在光束汇聚单元两侧的激光接收器和第二MEMS振镜，且第二MEMS振镜平行设置在第一MEMS振镜的一侧且远离被测物体的位置上；在激光雷达扫描系统的运行过程中，第一MEMS振镜和第二MEMS振镜的偏转角度保持同步。本实用新型能够实现对被测物体的准确且可靠的扫描，并能够准确针对被测物体进行疏密不均匀的扫描，广泛适用于不同的应用场合及被测物体。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达扫描系统和车辆。
背景技术
激光雷达技术作为无人驾驶汽车的关键核心技术之一，因测距精度高，方向性强，响应快，不受地面杂波影响等优势，且能有效提供车辆决策与控制系统所需之信息，成为目前无人驾驶环境感测最有效的方案。
近年来，扫描式激光雷达测距技术逐渐成熟，目前应用于激光雷达上的扫描测距方法和技术主要分为传统式和固态式。传统激光雷达扫描方法是基于电机等旋转部件实现，机械结构复杂，尺寸较大；而固态激光雷达所采用的扫描方法是通过振镜来改变光路，无需电机即可实现多线扫描；由于发射光路视场角较大，在现有的扫描系统中的接收部分主要采用两种方案，一种是采用一个APD阵列接收管实现；一种是采用多个独立的APD管实现。
但所述方案均因结构设置的限制而存在成本高、光路设计难度大且适用性低的问题。
实用新型内容
针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种激光雷达扫描系统和车辆，结构简单且灵活性高，能够实现对被测物体的准确且可靠的扫描，并能够准确针对被测物体进行疏密不均匀的扫描，广泛适用于不同的应用场合及被测物体。
为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供一种激光雷达扫描系统，所述激光雷达扫描系统包括：处理器，以及，分别与所述处理器连接的激光发射单元和激光接收单元；
所述激光发射单元包括：光束整形单元，以及分别设置在所述光束整形单元两侧的激光发射器和第一MEMS振镜，所述激光发射器发出的光线经由所述光束整形单元被第一MEMS振镜反射至被测物体；
所述激光接收单元包括：光束汇聚单元，以及分别设置在所述光束汇聚单元两侧的激光接收器和第二MEMS振镜，所述第二MEMS振镜平行设置在所述第一MEMS振镜的一侧且远离所述被测物体的位置上，以使被测物体反射的光线经过所述第二MEMS振镜和光束汇聚单元传输至所述激光接收器；
在所述激光雷达扫描系统的运行过程中，所述第一MEMS振镜和第二MEMS振镜的偏转角度保持同步。
进一步地，所述扫描系统还包括：两个分别设置在所述第一MEMS振镜和所述第二MEMS振镜上的驱动器；
设置在所述第一MEMS振镜的驱动器和设置在所述第二MEMS振镜上的驱动器均与所述处理器连接，使得所述第一MEMS振镜的驱动器根据接收自所述处理器的指令驱动所述第一MEMS振镜进行偏转，以及所述第二MEMS振镜的驱动器根据接收自所述处理器的指令驱动所述第二MEMS振镜进行与所述第一MEMS振镜同步偏转。
进一步地，所述激光发射器为LD激光管，且所述LD激光管与所述处理器连接，使得所述处理器控制所述LD激光管以任意频率进行激光发射。
进一步地，所述激光接收器为APD光电探测器，且所述APD光电探测器与所述处理器连接，使得所述APD光电探测器将接收的光线转化为电信号，并将该电信号发送至所述处理器。
进一步地，所述扫描系统包括多个所述激光发射单元和激光接收单元；
所述激光发射单元和激光接收单元的设置数量相同，且每一个所述激光发射单元均与一个所述激光接收单元配套使用；
各所述激光发射单元和激光接收单元均连接至所述处理器。
进一步地，所述光束整形单元包括：依次竖直且同轴设置的第一平凸透镜、平凹透镜和第二平凸透镜；
所述第一平凸透镜的平面与所述激光发射器相对设置，所述第一平凸透镜的凸面与所述平凹透镜的平面相对设置，且所述平凹透镜的凹面与所述第二平凸透镜的平面相对设置。
进一步地，所述光束整形单元包括：两个竖直且同轴设置的平凸非球面镜，且两个所述平凸非球面镜的非球面相对设置。
进一步地，所述光束整形单元包括：竖直且同轴设置的平凹非球面镜和平凸非球面镜，且所述平凹非球面镜的凹面与所述平凸非球面镜的凸面相对设置。
进一步地，所述光束汇聚单元包括：竖直且同轴设置的凸透镜和凹透镜，且所述凹透镜设置在所述凸透镜和所述激光接收器之间。
第二方面，本实用新型还提供一种车辆，所述车辆上设有所述的激光雷达扫描系统；
所述处理器设置在所述车辆的车体内；
所述激光发射单元和激光接收单元配套设置在所述车辆的车体外部，且所述激光发射单元和激光接收单元均与所述处理器通信连接；
所述处理器分别与所述车辆的车体内的显示屏和报警装置通信连接。
由上述技术方案可知，本实用新型提供的一种激光雷达扫描系统和车辆，激光雷达扫描系统包括处理器，以及分别与处理器连接的激光发射单元和激光接收单元；激光发射单元包括：光束整形单元，以及分别设置在光束整形单元两侧的激光发射器和第一MEMS振镜；激光接收单元包括：光束汇聚单元，以及分别设置在光束汇聚单元两侧的激光接收器和第二MEMS振镜，且第二MEMS振镜平行设置在第一MEMS振镜的一侧且远离被测物体的位置上；在激光雷达扫描系统的运行过程中，第一MEMS振镜和第二MEMS振镜的偏转角度保持同步。本实用新型结构简单且灵活性高，能够实现对被测物体的准确且可靠的扫描，并能够准确针对被测物体进行疏密不均匀的扫描，广泛适用于不同的应用场合及被测物体，在保证了激光雷达扫描系统的结构紧凑的基础上，也提高了激光雷达扫描系统的适用性和使用寿命，解决了现有激光雷达扫描系统因发光频率过高而无法提高测量距离的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的一种激光雷达扫描系统的结构示意图；
图2为本实用新型的激光雷达扫描系统中驱动器的结构示意图；
图3为本实用新型的激光雷达扫描系统中激光发射器的结构示意图；
图4为本实用新型的激光雷达扫描系统中激光接收器的结构示意图；
图5为本实用新型的激光雷达扫描系统中多个所述激光发射单元和激光接收单元的结构示意图；
图6为本实用新型的应用实例中激光雷达扫描系统的结构示意图；
图7a为本实用新型的激光雷达扫描系统的应用实例中针对MEMS振镜的驱动信号的示意图；
图7b为本实用新型的激光雷达扫描系统的应用实例中MEMS振镜的振荡信号的示意图；
图8为本实用新型的一种无人车辆的结构示意图；
图9为本实用新型的一种激光雷达扫描方法的流程示意图；
图10为本实用新型的应用实例中激光雷达扫描方法的流程示意图；
图11为本实用新型的激光雷达扫描方法的应用实例中的激光接收单元侧的结构示意图。
其中，1-处理器；101-控制与信号处理模块；2-激光发射单元；3-激光接收单元；4-激光发射器；401-LD激光管；5-光束整形单元；6-第一MEMS振镜；7-激光接收器；701-APD光电探测器；8-光束汇聚单元；9-第二MEMS振镜；10-驱动器；11-显示屏；12-报警装置；501-入射光束；502-MEMS振镜偏转θ角度后的反射光束；503-MEMS振镜未偏转前的反射光束；504-反射光束经过光束汇聚单元汇聚后的光束；505-反射光束经过光束汇聚单元汇聚后的光束；506-APD光电探测器的光敏面；d-APD光电探测器的光敏面的直径。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的实施例一提供一种激光雷达扫描系统的具体实施方式，参见图1，所述激光雷达扫描系统具体包括如下内容包括：
处理器1，以及，分别与所述处理器1连接的激光发射单元2和激光接收单元3。
可以理解的是，所述处理器1可以为一种控制型的逻辑器件，例如FPGA；所述激光发射单元2用于向被测物体发射激光光束，所述激光接收单元3用于接收所述被测物体反射的光束并将该光束转化为电信号，而后，所述激光接收单元3将电信号发送至所述处理器1，使得所述处理器1能够根据该电信号计算得到所述激光雷达扫描系统所在位置与被测物体之间的距离。
所述激光发射单元2包括：光束整形单元5，以及分别设置在所述光束整形单元5两侧的激光发射器4和第一MEMS振镜6，以使所述激光发射器4发出的光线经由所述光束整形单元5被第一MEMS振镜6反射至被测物体。
在上述描述中，所述激光发射单元2包括依次设置的激光发射器4、光束整形单元5和第一MEMS振镜6，其中，所述激光发射器4、光束整形单元5和第一MEMS振镜6的设置顺序为固定的，但各器件之间的设置距离可以根据实际的应用情况进行设置，并且各器件之间的设置位置可以优选为：激光发射器4的激光束发射口与光束整形单元5的中心点处在同一直线上，且第一MEMS振镜6倾斜放置，使得光束整形单元5发射出的光束能够经由倾斜放置的第一MEMS振镜6准确反射发被测物体上。
可以理解的是，所述光束整形单元5又称为激光整形器，是衍射光学元件(DOE)中的最常用的透镜；在本实施例一中光束整形单元5的作用是把激光光束转化为一个能量均匀分布的平顶光斑，光斑形状可以是正方形、圆形或其它形状。所述第一MEMS振镜6与后述提及的第二MEMS振镜9可以采用相同的微机电系统MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)振镜，其中，MEMS振镜是扫描振镜中的一种，MEMS振镜是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，MEMS振镜是融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件，且MEMS振镜是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件。
在本实施例中，所述MEMS振镜优选采用一种片状的MEMS振镜，且该片状的MEMS振镜的镜片朝向所述光束整形单元5和被测物体倾斜设置，且具体的倾斜角度根据实际应用情形来设定。
所述激光接收单元3包括：光束汇聚单元8，以及分别设置在所述光束汇聚单元8两侧的激光接收器7和第二MEMS振镜9，且所述第二MEMS振镜9平行设置在所述第一MEMS振镜6的一侧且远离所述被测物体的位置上，以使被测物体反射的光线经第二MEMS振镜9和光束汇聚单元8传输至所述激光接收器7。
可以理解的是，所述第一MEMS振镜6将光线反射至所述被测物体的表面，又被所述被测物体的表面反射回所述第二MEMS振镜9，所述第二MEMS振镜9再将该光线反射至所述光束汇聚单元8，所述光束汇聚单元8接收并汇聚光线，然后将汇聚后的光线发送至所述激光接收器7，使得该激光接收器7将接收的光线转化为电信号，并将其发送至处理器1，使得处理器1能够根据该电信号计算得到所述激光雷达扫描系统所在位置与被测物体之间的距离。
在所述激光雷达扫描系统的运行过程中，所述第一MEMS振镜6和第二MEMS振镜9的偏转角度保持同步，能够实现对被测物体的准确且可靠的扫描。
可以理解的是，片状的所述第一MEMS振镜6的镜片朝向所述光束整形单元5和被测物体倾斜设置，同样为片状的所述第二MEMS振镜9的镜片也朝向所述光束整形单元5和被测物体倾斜设置，且与所述第一MEMS振镜6平行设置，其中，所述激光接收器7、光束汇聚单元8和第二MEMS振镜9的设置顺序为固定的，但各器件之间的设置距离可以根据实际的应用情况进行设置，并且各器件之间的设置位置可以优选为：激光接收器7的用于激光束接收的光敏面与光束汇聚单元8的中心点处在同一直线上，且第二MEMS振镜9倾斜放置，使得光束汇聚单元8能够准确接收经由倾斜放置的第二MEMS振镜9反射的光线。
从上述描述内容可知，本实用新型的实施例提供的激光雷达扫描系统，结构简单且灵活性高，能够实现对被测物体的准确且可靠的扫描，并能够准确针对被测物体进行疏密不均匀的扫描，广泛适用于不同的应用场合及被测物体。
在一种具体实施方式中，参见图2，所述激光雷达扫描系统还具体包括如下内容：
两个分别设置在所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9上的驱动器10；设置在所述第一MEMS振镜6的驱动器10和设置在所述第二MEMS振镜9上的驱动器10均与所述处理器1连接，使得所述第一MEMS振镜6的驱动器10根据接收自所述处理器1的指令驱动所述第一MEMS振镜6进行偏转，以及所述第二MEMS振镜9的驱动器10根据接收自所述处理器1的指令驱动所述第二MEMS振镜9进行与所述第一MEMS振镜6同步偏转。
可以理解的是，所述处理器1向所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9的驱动器10分别发送指令驱动，使得所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9的驱动器10分别控制所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9进行同步偏转。其中，所述同步偏转具体为在同一时刻所述的第一MMES振镜和所述的第二MEMS振镜9均处在相同的偏转角度上。
从上述描述内容可知，本实用新型的实施例提供的激光雷达扫描系统，对两个MMES振镜进行角度同步控制，并实现与发光同步，避免了因发光频率过高使得测量距离无法提高的弊端。
在一种具体实施方式中，参见图3，所述激光雷达扫描系统中的激光发射器4具体包括如下内容：
所述激光发射器4为LD(Laser Diode)激光管，且所述LD激光管401与所述处理器1连接，使得所述处理器1控制所述LD激光管401以任意频率进行激光发射。
可以理解的是，所述LD激光管401为是一种半导体激光管，所述处理器1控制所述LD激光管401以任意频率进行激光发射，所述LD激光管401的发光频率可以任意设定，在扫描过程中也可以按照不均匀频率进行发光，从而实现多线下的疏密不均匀扫描，在检测的重要部位将发光频率提高，数据量增大，更能准确识别被测物体的真实状态；在检测的次要部位将发光频率减小，以降低电学功耗和数据传输压力，从而使得应用场景更为广泛。
在一种具体实施方式中，参见图4，所述激光雷达扫描系统中的激光接收器7具体包括如下内容：
所述激光接收器7为APD光电探测器701，且所述APD光电探测器701与所述处理器1连接，使得所述APD光电探测器701将接收的光线转化为电信号，并将该电信号发送至所述处理器1。
在所述描述中，根据实际应用情况的所述激光雷达扫描系统所在位置与被测物体之间的最大距离和最小距离，以及，所述激光接收器7与所述第二MEMS振镜9之间的距离，来确定所述APD光电探测器701的光敏面，在本实施例的优选方案中，将所述APD光电探测器701的光敏面的直径设置为大于0.558mm，以满足所述激光雷达扫描系统所在位置与被测物体之间处于0.5m与200m之间的测量要求。
可以理解的是，所述雪崩光电二极管APD(Avalanche Photodiode)光电探测器用于将接收的光信号转化为电信号，使得所述处理器1能够根据该电信号计算得到所述激光雷达扫描系统所在位置与被测物体之间的距离，能够实现对被测物体的准确且可靠的扫描，广泛适用于不同的应用场合及被测物体。
在一种具体实施方式中，参见图5，所述激光雷达扫描系统包括多个所述激光发射单元2和激光接收单元3；且所述激光发射单元2和激光接收单元3的设置数量相同，且每一个所述激光发射单元2均与一个所述激光接收单元3配套使用；各所述激光发射单元2和激光接收单元3均连接至所述处理器1，以适用于不同的应用场合，进而提高了激光雷达扫描系统的应用广泛性。
在一种具体实施方式中，本实用新型还提供了所述激光雷达扫描系统中的光束整形单元5的三种不同的实现方式：
第一种：所述光束整形单元5包括：依次竖直且同轴设置的第一平凸透镜、平凹透镜和第二平凸透镜；所述第一平凸透镜的平面与所述激光发射器4相对设置，所述第一平凸透镜的凸面与所述平凹透镜的平面相对设置，且所述平凹透镜的凹面与所述第二平凸透镜的平面相对设置。
第二种：所述光束整形单元5包括：两个竖直且同轴设置的平凸非球面镜，且两个所述平凸非球面镜的非球面相对设置。
第三种：所述光束整形单元5包括：竖直且同轴设置的平凹非球面镜和平凸非球面镜，且所述平凹非球面镜的凹面与所述平凸非球面镜的凸面相对设置。
在一种具体实施方式中，本实用新型还提供了所述激光雷达扫描系统中的光束汇聚单元8的一种实现方式：
所述光束汇聚单元8包括：竖直且同轴设置的凸透镜和凹透镜，且所述凹透镜设置在所述凸透镜和所述激光接收器7之间。
从上述描述内容可知，本实用新型的实施例提供的激光雷达扫描系统，广泛适用于不同的应用场合及被测物体，在保证了激光雷达扫描系统的结构紧凑的基础上，也提高了激光雷达扫描系统的适用性和使用寿命。
为进一步的说明本方案，本实用新型还提供了所述激光雷达扫描系统的一种具体应用实例，参见图6，该应用实例具体包括如下内容：
所述激光雷达扫描系统包括激光发射器4、光束整形单元5、第一MEMS振镜模块、第二MEMS振镜模块、光束汇聚单元8、激光接收器7和处理器1中的一种优选：控制与信号处理模块101。
所述的第一MEMS振镜模块包括第一MEMS振镜6和第一MEMS振镜6的驱动器10；所述的第二MEMS振镜模块包括第二MEMS振镜9和第二MEMS振镜9的驱动器10。
所述的控制与信号处理模块101，用于控制所述的激光发射器4，以任意频率进行发光；控制所述的第一MEMS振镜6和所述的第二MEMS振镜9在偏转角度上进行同步；对所述的激光接收器7产生的电信号进行信息处理。
本应用实例中激光发射采用LD激光管401实现，光束整形单元5采用至少一片非球面镜和普通镜组实现。
LD激光管401发射出的激光经所述的光束整形单元5整形后入射至所述的第一MEMS振镜6上，在第一MEMS振镜6的偏转角度下分成扇形光束入射至被测物体。
所述的第二MEMS振镜9，接收来自被测物体通过漫反射返回的光束，在第二MEMS振镜9偏转角度下光束通过所述的接收光束汇聚单元8，返回到所述的APD光电探测器701。
在本应用实例中，设定LD激光管401发射激光的频率为500KHz，即相邻两次发光间隔为2us，第一MEMS振镜6和第二MEMS振镜9在谐振态下的振荡频率均为22KHz。
图7a是本应用实例提供的一种MEMS振镜的驱动信号的示意图，图7b是本应用实例提供的一种MEMS振镜的振荡信号的示意图，且MEMS振镜驱动信号的频率为22KHz，MEMS振镜的振荡频率也是22KHz，并且当MEMS振镜驱动信号的上升沿到来时，MEMS振镜刚好偏转到最大角度上。MEMS振镜处于谐振态时，其偏转角度与时间成正弦关系。本应用实例控制两个MEMS振镜同步的方法是所述的控制与信号处理模块101产生两个同样的驱动信号，频率一致，相位一致；因此只要检测MEMS振镜驱动信号的上升沿就可以跟踪MEMS振镜的偏转角度。
从上述描述内容可知，本实用新型的应用实例提供的激光雷达扫描系统，将两个MEMS振镜分别用在收发两端，使得光路设计更为简单；采用两片MEMS振镜代替了电机等旋转部件，简化了结构，缩小了尺寸，寿命增加；只采用一个激光发射管LD和一个激光接收管APD即可实现多线扫描，减少了APD光电探测器701的使用数量，或避免使用APD阵列来实现多线扫描，成本极大降低。
本实用新型的实施例二提供了设置有所述激光雷达扫描系统的一种车辆的具体实施方式，参见图8，所述车辆具体包括如下内容包括：
所述车辆上设有所述激光雷达扫描系统；所述处理器1设置在所述车辆的车体内；所述激光发射单元2和激光接收单元3配套设置在所述车辆的车体外部，且所述激光发射单元2和激光接收单元3均与所述处理器1通信连接；所述处理器1分别与所述车辆的车体内的显示屏11和报警装置12通信连接。
从上述描述内容可知，本实用新型的实施例提供的车辆，能够准确且可靠地实现车辆与被测物体之间的距离的测量，且应用的灵活性高，并解决了设置在车辆中的现有激光雷达扫描系统因发光频率过高而无法提高测量距离的问题。
本实用新型的实施例三提供了基于所述激光雷达扫描系统实现的一种激光雷达扫描方法的具体实施方式，参见图9，所述激光雷达扫描方法具体包括如下内容包括：
步骤100：所述处理器1控制所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9进行同步的偏转运动。
在步骤100中，所述处理器1产生使所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9进行同步的驱动信号，并将所述驱动信号分别发送至所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9；以及，所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9根据所述驱动信号进行同步的偏转运动。
步骤200：所述处理器1控制所述激光发射器4发出光线，且该光线经由所述光束整形单元5被处于第一角度的第一MEMS振镜6反射至被测物体。
在步骤200中，所述处理器1控制所述激光发射器4发出光线；所述光束整形单元5接收所述光线，并将该光线整形后发送至处于第一角度的所述第一MEMS振镜6光；以及，处于第一角度的所述第一MEMS振镜6光将整形后的光线反射至所述被测物体。
步骤300：处于第二角度的所述第二MEMS振镜9接收所述被测物体反射的光线，并将该光线经所述光束汇聚单元8传输至所述激光接收器7；
其中，所述第二角度为所述第一角度根据第三偏转角度进行偏转后得到的。
重复执行步骤200和步骤300，并在每次重复执行步骤200和步骤300时，均将当前的所述第一偏转角度的值设置为大于上一次重复执行步骤200和步骤300时的第三偏转角度的值，以实现对所述被测物体的多线扫描。
步骤400：所述激光接收器7将接收的光线转化为电信号，并将该电信号发送至所述处理器1。
步骤500：所述处理器1对所述电信号进行信号处理，得到所述激光雷达扫描系统与所述被测物体之间的距离。
从上述描述内容可知，本实用新型的实施例提供的激光雷达扫描方法，能够实现对被测物体的准确且可靠的扫描，并能够准确针对被测物体进行疏密不均匀的扫描，广泛适用于不同的应用场合及被测物体，在保证了激光雷达扫描系统的结构紧凑的基础上，也提高了激光雷达扫描系统的适用性和使用寿命，解决了现有激光雷达扫描系统因发光频率过高而无法提高测量距离的问题。
在一种具体实施方式中，在所述的激光雷达扫描方法中的所述步骤100之前，所述激光雷达扫描方法还具体包括如下内容：
(1)根据公式一确定所述激光接收器7的光敏面的直径d：
在公式一中，△θ20max为第三偏转角度的最大值，△θ20min为第三偏转角度的最小值，D为所述激光接收器7与所述第二MEMS振镜9之间的距离；
(2)根据所述光敏面的直径设置所述激光接收器7的光敏面；
(3)将设置光敏面后的所述激光接收器7设置在所述激光雷达扫描系统中所述光束汇聚单元8的一侧且远离所述第二MEMS振镜9的位置上。
从上述描述内容可知，本实用新型的实施例提供的激光雷达扫描方法，广泛适用于不同的应用场合及被测物体，在保证了激光雷达扫描系统的结构紧凑的基础上，也提高了激光雷达扫描系统的适用性和使用寿命。
为进一步的说明本方案，本实用新型还提供了所述激光雷达扫描方法的一种具体应用实例，参见图10，该应用实例具体包括如下内容：
S1：所述的控制与信号处理模块101产生使所述第一MEMS振镜6和所述第二MEMS振镜9偏转角度同步的驱动信号，为22KHz，占空比为50％的方波信号；
S2：在时刻为零时，所述的第一MEMS振镜6偏转到最大角度θ10，所述的LD激光管401进行第一次发光，此时所述第二MEMS振镜9偏转角度为θ20，由于所述第二MEMS振镜9与所述第一MEMS振镜6同步，因此θ10＝θ20；
S3：经过时间差△t0后，光束通过所述被测物体漫反射入射到所述的第二MEMS振镜9上，此时第二MEMS振镜9偏转了角度△θ20，所述第一MEMS振镜6偏转了角度△θ10，具体地有，△θ10＝△θ20；
S4：光束经过所述的第二MEMS振镜9反射后通过所述的光束汇聚单元8返回至所述的APD光电探测器，完成第一次扫描测距；
S5：在时刻为t1时，所述的第一MEMS振镜6偏转角度为θ11，所述的LD激光管401进行第二次发光，此时所述第二MEMS振镜9偏转角度为θ21，具体地有，θ11＝θ21；
S6：经过时间差△t1后，光束通过所述被测物体漫反射入射到所述的第二MEMS振镜9上，此时第二MEMS振镜9偏转了角度△θ21，所述第一MEMS振镜6偏转了角度△θ11，具体地有，△θ11＝△θ21；
S7：光束经过所述的第二MEMS振镜9反射后通过所述的光束汇聚单元8返回至所述的APD光电探测器，完成第二次扫描测距；
S8：循环执行步骤S5至S7，实现多线扫描。
图11为本应用实例提供的基于双MEMS振镜的激光雷达扫描系统接收一侧的结构示意图。光线501为入射光束，503为MEMS振镜未偏转前的反射光束，504为所述反射光束503经过光束汇聚单元汇聚后的光束，502为MEMS振镜偏转θ角度后的反射光束，505为所述反射光束502经过光束汇聚单元汇聚后的光束，506为APD光电探测器的光敏面，d为所述APD光电探测器506的光敏面尺寸。
进一步地，本应用实例中按照500KHz的发光频率，步骤S5中所述的时刻t1即为2us，在2us的时间里，根据MEMS振镜偏转角度和时间成正弦关系，得出在开始的2us时间里，MEMS振镜偏转了0.5°，由激光TOF测量原理和距离公式：
(c为光速，t为光传输时间)
得到2us能够测量的最大距离为300m。为避免两次发光的回波信号产生干扰，本应用实例中设定最大测量距离为200m，最小测量距离为0.5m，从而可以计算出当被测物体距离发光点0.5m时，激光从所述的LD激光管401发出到入射到所述的第二MEMS振镜9上经历的时间为3.3ns，而在3.3ns的时间里，根据MEMS振镜扫描轨迹成正弦关系，所述的第二MEMS振镜9偏转角度小于0.001°，近似地认为在3.3ns时间里MEMS振镜偏转角度为0°；当被测物体距离发光点为200m时，激光从所述的LD激光管401发出到入射到第二MEMS振镜9上经历的时间为1.3us，在1.3us的时间里，MEMS振镜偏转角度为0.2°，由反射定律得出两次反射光束之间的夹角为0.4°，在本应用实例中将所述的APD光电探测器的位置与所述的第二MEMS振镜9的距离设置为80mm。由于事先无法得知被测物体距离发光点的准确距离，因此，所述APD光电探测器的光敏面尺寸、即直径d最小应为：
d＝2×D×tan(△θ20max-△θ20min)＝2×80×0.279≈0.558mm
由以上计算，可知只要将APD光电探测器的光敏面尺寸设置为大于0.558mm，就能收到被测物体在0.5m至200m内的任意距离下返回的激光光束，从而实现本应用实例所提出的基于双MEMS振镜的激光雷达扫描方法。
进一步地，接收一侧光学装置可根据实际需要选择设计，实际使用中，APD光电探测器的光敏面一般为一固定值，因此所述APD光电探测器与所述第二MEMS振镜9之间的距离，可根据接收光束汇聚单元8的焦长等参数进行合理设置，灵活性较高。
特别地，所述LD激光管401的发光频率可以任意设定，在扫描过程中也可以按照不均匀频率进行发光，从而实现多线下的疏密不均匀扫描，在检测的重要部位将发光频率提高，数据量增大，更能准确识别被测物体的真实状态；在检测的次要部位将发光频率减小，以降低电学功耗和数据传输压力，从而使得应用场景更为广泛。
还需要说明的是，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、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、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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种激光雷达扫描系统，其特征在于，所述激光雷达扫描系统包括：处理器，以及，分别与所述处理器连接的激光发射单元和激光接收单元；
所述激光发射单元包括：光束整形单元，以及分别设置在所述光束整形单元两侧的激光发射器和第一MEMS振镜，所述激光发射器发出的光线经由所述光束整形单元被第一MEMS振镜反射至被测物体；
所述激光接收单元包括：光束汇聚单元，以及分别设置在所述光束汇聚单元两侧的激光接收器和第二MEMS振镜，所述第二MEMS振镜平行设置在所述第一MEMS振镜的一侧且远离所述被测物体的位置上，以使被测物体反射的光线经过所述第二MEMS振镜和光束汇聚单元传输至所述激光接收器；
在所述激光雷达扫描系统的运行过程中，所述第一MEMS振镜和第二MEMS振镜的偏转角度保持同步。
2.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述扫描系统还包括：两个分别设置在所述第一MEMS振镜和所述第二MEMS振镜上的驱动器；
设置在所述第一MEMS振镜的驱动器和设置在所述第二MEMS振镜上的驱动器均与所述处理器连接，使得所述第一MEMS振镜的驱动器根据接收自所述处理器的指令驱动所述第一MEMS振镜进行偏转，以及所述第二MEMS振镜的驱动器根据接收自所述处理器的指令驱动所述第二MEMS振镜进行与所述第一MEMS振镜同步偏转。
3.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述激光发射器为LD激光管，且所述LD激光管与所述处理器连接，使得所述处理器控制所述LD激光管以任意频率进行激光发射。
4.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述激光接收器为APD光电探测器，且所述APD光电探测器与所述处理器连接，使得所述APD光电探测器将接收的光线转化为电信号，并将该电信号发送至所述处理器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的扫描系统，其特征在于，所述扫描系统包括多个所述激光发射单元和激光接收单元；
所述激光发射单元和激光接收单元的设置数量相同，且每一个所述激光发射单元均与一个所述激光接收单元配套使用；
各所述激光发射单元和激光接收单元均连接至所述处理器。
6.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述光束整形单元包括：依次竖直且同轴设置的第一平凸透镜、平凹透镜和第二平凸透镜；
所述第一平凸透镜的平面与所述激光发射器相对设置，所述第一平凸透镜的凸面与所述平凹透镜的平面相对设置，且所述平凹透镜的凹面与所述第二平凸透镜的平面相对设置。
7.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述光束整形单元包括：两个竖直且同轴设置的平凸非球面镜，且两个所述平凸非球面镜的非球面相对设置。
8.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述光束整形单元包括：竖直且同轴设置的平凹非球面镜和平凸非球面镜，且所述平凹非球面镜的凹面与所述平凸非球面镜的凸面相对设置。
9.根据权利要求1所述的扫描系统，其特征在于，所述光束汇聚单元包括：竖直且同轴设置的凸透镜和凹透镜，且所述凹透镜设置在所述凸透镜和所述激光接收器之间。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆上设有如权利要求1至9任一项所述的激光雷达扫描系统；
所述处理器设置在所述车辆的车体内；
所述激光发射单元和激光接收单元配套设置在所述车辆的车体外部，且所述激光发射单元和激光接收单元均与所述处理器通信连接；
所述处理器分别与所述车辆的车体内的显示屏和报警装置通信连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721355265.9U CN207336754U (zh) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 激光雷达扫描系统和车辆 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721355265.9U CN207336754U (zh) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 激光雷达扫描系统和车辆 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207336754U true CN207336754U (zh) | 2018-05-08 |
Family
ID=62366095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201721355265.9U Active CN207336754U (zh) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 激光雷达扫描系统和车辆 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207336754U (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108594251A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-09-28 | 北京大汉正源科技有限公司 | 一种高速的三维激光雷达 |
| CN109444848A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-08 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 扫描装置及其扫描方法、激光雷达 |
| CN109683174A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 北京万集科技股份有限公司 | 激光雷达扫描系统和方法、车辆 |
| CN110007312A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-12 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达系统及其控制方法 |
| CN110068831A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-07-30 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 闪光雷达及其发射装置和探测方法 |
| CN110850387A (zh) * | 2018-08-20 | 2020-02-28 | 宁波舜宇车载光学技术有限公司 | 线扫描激光雷达系统及其应用 |
| WO2020113475A1 (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 测距装置及其扫描视场的均衡方法、移动平台 |
| WO2020178703A1 (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Mems device with integrated mirror position sensor |
| WO2021042301A1 (zh) * | 2019-09-04 | 2021-03-11 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达 |
| CN112630748A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-09 | 中国空空导弹研究院 | 一种激光脉冲时间间隔处理方法及激光雷达探测系统 |
| US10983197B1 (en) | 2020-02-10 | 2021-04-20 | Hesai Technology Co., Ltd. | Adaptive emitter and receiver for Lidar systems |
| CN113030912A (zh) * | 2019-12-09 | 2021-06-25 | 觉芯电子(无锡)有限公司 | 一种基于扫描振镜的激光雷达系统 |
| US11262575B2 (en) | 2019-03-01 | 2022-03-01 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | MEMS package with double-sided mirror |
| WO2023019442A1 (zh) * | 2021-08-17 | 2023-02-23 | 华为技术有限公司 | 一种探测系统、终端设备及探测控制方法 |
-
2017
- 2017-10-19 CN CN201721355265.9U patent/CN207336754U/zh active Active
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109683174A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 北京万集科技股份有限公司 | 激光雷达扫描系统和方法、车辆 |
| CN108594251A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-09-28 | 北京大汉正源科技有限公司 | 一种高速的三维激光雷达 |
| CN110850387A (zh) * | 2018-08-20 | 2020-02-28 | 宁波舜宇车载光学技术有限公司 | 线扫描激光雷达系统及其应用 |
| CN109444848A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-08 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 扫描装置及其扫描方法、激光雷达 |
| WO2020113475A1 (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 测距装置及其扫描视场的均衡方法、移动平台 |
| CN111566510A (zh) * | 2018-12-05 | 2020-08-21 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 测距装置及其扫描视场的均衡方法、移动平台 |
| US11262575B2 (en) | 2019-03-01 | 2022-03-01 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | MEMS package with double-sided mirror |
| US11493609B2 (en) | 2019-03-01 | 2022-11-08 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | MEMS device with integrated mirror position sensor |
| WO2020178703A1 (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Mems device with integrated mirror position sensor |
| CN110068831A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-07-30 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 闪光雷达及其发射装置和探测方法 |
| US11782144B2 (en) | 2019-04-04 | 2023-10-10 | Suteng Innovation Technology Co., Ltd. | Lidar and adjustment method thereof |
| CN110007312A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-12 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达系统及其控制方法 |
| WO2021042301A1 (zh) * | 2019-09-04 | 2021-03-11 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达 |
| CN113030912A (zh) * | 2019-12-09 | 2021-06-25 | 觉芯电子(无锡)有限公司 | 一种基于扫描振镜的激光雷达系统 |
| US10983197B1 (en) | 2020-02-10 | 2021-04-20 | Hesai Technology Co., Ltd. | Adaptive emitter and receiver for Lidar systems |
| US11899137B2 (en) | 2020-02-10 | 2024-02-13 | Hesai Technology Co., Ltd. | Adaptive emitter and receiver for Lidar systems |
| CN112630748A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-09 | 中国空空导弹研究院 | 一种激光脉冲时间间隔处理方法及激光雷达探测系统 |
| CN112630748B (zh) * | 2020-12-11 | 2023-05-23 | 中国空空导弹研究院 | 一种激光脉冲时间间隔处理方法及激光雷达探测系统 |
| WO2023019442A1 (zh) * | 2021-08-17 | 2023-02-23 | 华为技术有限公司 | 一种探测系统、终端设备及探测控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207336754U (zh) | 激光雷达扫描系统和车辆 | |
| CN109683174A (zh) | 激光雷达扫描系统和方法、车辆 | |
| US11703569B2 (en) | LIDAR data acquisition and control | |
| CN204044359U (zh) | 一种二维扫描式激光测距装置 | |
| CN101449181B (zh) | 测距方法和用于确定目标的空间维度的测距仪 | |
| CN206960658U (zh) | 一种固态的二维扫描激光雷达 | |
| KR20200103832A (ko) | 계층형 전력 제어를 이용한 lidar 기반의 거리 측정 | |
| EP3460521A1 (en) | Laser measuring method and laser measuring instrument | |
| CN105548988A (zh) | 一种具有多传感器的光探测与测量雷达 | |
| CN103608696A (zh) | 3d扫描系统和获得3d图像的方法 | |
| CN1657972A (zh) | Raman－Mie散射激光大气信号的探测方法及激光雷达 | |
| CN206411262U (zh) | 多光束扫描装置 | |
| CN109581323B (zh) | 一种微机电激光雷达系统 | |
| CN104360350A (zh) | 用于大比例尺测图的脉冲激光雷达及其方法 | |
| KR102350621B1 (ko) | 라이다 장치 | |
| CN112394363B (zh) | 一种多线扫描距离测量系统 | |
| CN110873867A (zh) | 基于mems扫描镜的激光雷达系统 | |
| CN110873868A (zh) | 基于mems扫描镜的激光雷达系统 | |
| CN108572369A (zh) | 一种微镜扫描探测装置及探测方法 | |
| CN103050010A (zh) | 一体式激光扫描交通情况调查装置及方法 | |
| CN211505895U (zh) | 激光发射装置、峰值保持电路、测距装置和移动平台 | |
| JP2020536245A (ja) | 全波形マルチパルス光学式距離計器 | |
| US20230221437A1 (en) | Application specific integrated circuits for lidar sensor and multi-type sensor systems | |
| CN207833020U (zh) | 一种激光雷达扫描成像系统 | |
| CN206546432U (zh) | 一种基于时间飞行法的激光雷达光学系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231205 Address after: 430200, 7th floor, Building 3, Phase II, Modern Service Industry Demonstration Base, Huazhong University of Science and Technology Science Park, Guandong Street, Wuhan Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Wuhan Wanji Photoelectric Technology Co.,Ltd. Address before: 100085 No. 5, building 1, East Road, Haidian District, Beijing, 601 Patentee before: BEIJING WANJI TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |