CN107153184A - 激光雷达及激光雷达控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例中公开了一种激光雷达及激光雷达控制方法，所述激光雷达包括：一个激光发射器，用于发射出射激光；半透半反镜，用于使所述来自激光发射器的出射激光透过至所述一维振镜；一维振镜，用于在垂直方向上改变所述出射激光的光路方向；旋转结构，用于在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。本发明能降低激光雷达的成本，提高激光雷达的垂直分辨率。

Description

激光雷达及激光雷达控制方法

技术领域

本发明涉及检测领域，特别涉及一种激光雷达及激光雷达控制方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达***，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

现有技术中的激光雷达，如果要实现三维扫描，即实现360范围的扫描，需要多个激光发射器。激光雷达中使用的激光发射器的成本较高，因此现有技术中的使用多个激光发射器的激光雷达的成本也很高。

发明内容

本发明实施例中提供了一种激光雷达，包括：

一个激光发射器，用于发射出射激光；

半透半反镜，用于使所述来自激光发射器的出射激光透过至所述一维振镜；

一维振镜，用于在垂直方向上改变所述出射激光的光路方向；

旋转结构，用于在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

可选的，所述旋转结构用于在水平方向上改变所述出射激光的光路方向，包括：

所述旋转结构带动激光发射器、半透半反镜及以为MEMES振镜旋转，在水平方向上改变所述出射激光的光路方向；或

所述旋转结构自身转动，在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

可选的，所述一维振镜还用于在垂直方向上改变反射激光的光路方向，其中，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

可选的，所述半透半反镜还用于使所述来自所述一维振镜的反射激光反射至接收器。

可选的，所述激光雷达还包括接收器，用于接收来自半透半反镜的反射激光，所述反射激光为被测物体反射后的激光。

可选的，所述接收器为面阵式接收器。

可选的，所述激光雷达还包括准直单元，设置于所述激光发射器与所述半透半反镜之间，用于准直所述激光发射器发射的出射激光。

可选的，所述激光雷达还包括聚焦单元，设置于所述接收器与半透半反镜之间，用于聚焦所述来自半透半反镜的反射激光，所述聚焦后的反射激光由所述接收器接收。

第二方面，提供了一种激光雷达控制方法，包括：

一个激光发射器发射出射激光；

半透半反镜使所述来自激光发射器的出射激光透过至一维振镜；

一维振镜在垂直方向上改变所述出射激光的光路方向；

旋转结构在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

可选的，所述旋转结构在水平方向上改变所述出射激光的光路方向，包括：

所述旋转结构带动激光发射器、半透半反镜及以为MEMES振镜旋转，以在水平方向上改变所述出射激光的光路方向；或

所述旋转结构自身转动，以在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

可选的，所述方法还包括：

所述一维振镜在垂直方向上改变反射激光的光路方向，其中，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

可选的，所述方法还包括：

所述半透半反镜使所述来自所述一维振镜的反射激光反射至接收器。

可选的，所述方法还包括：

接收器接收来自半透半反镜的反射激光，所述反射激光为被测物体反射后的激光。

可选的，所述方法还包括：

所述接收器为面阵式接收器。

可选的，所述方法还包括：

准直单元，准直所述激光发射器发射的出射激光，所述准直单元设置于所述激光发射器与所述半透半反镜之间。

可选的，所述方法还包括：

聚焦单元聚焦所述来自半透半反镜的反射激光，所述聚焦后的反射激光由所述接收器接收，所述聚焦单元设置于所述接收器与半透半反镜之间。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达，包括一个激光发射器、一维振镜、半透半反镜和旋转结构，由于本发明实施例只使用了一个激光发射器，因为可以节约成本；同时，本发明激光雷达采用一维振镜使一个激光发射器发射的一条出射激光在垂直方向上改变光路，由于一维振镜的扭转速度极快，因此在垂直方向上分布的激光光束可以很多，从而可以提高激光雷达的垂直分辨率；此外，旋转结构可以在水平方向上改变出射激光的光路方向，从而实现三百六十度的三维扫描。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图；

图2所示为单点激光通过一维振镜后的光斑图；

图3所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图；

图4所示为本发明实施例的激光雷达控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了一种激光雷达，能降低激光雷达的成本，提高激光雷达的垂直分辨率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例的激光雷达的示意图，如图1所示，所述激光雷达包括：

一个激光发射器110，用于发射出射激光；

半透半反镜120，用于使所述来自激光发射器的出射激光透过至一维振镜；

一维振镜130，用于在垂直方向上改变所述出射激光的光路方向；

旋转结构140，用于在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

一维振镜130在工作时需加载驱动，工作在谐振频率下，一维振镜130的镜面在一个轴方向上高速扭转，将激光光束由点扫描成面。

常用的振镜可以是MEMS振镜(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，或可以是机械式振镜，或可以是具有相同或相似功能的其他功能单元。

图2所示为激光发射器110发射的出射激光经过一维振镜130之后的光斑图，理论上，经过一维振镜后130的出射激光在垂直方向上可以有无数条，即在垂直方向上分布的激光光束可以有很多条。垂直方向上的激光光束的条数决定了激光雷达的垂直分辨率，条数越多，垂直分辨率越高，因此，使用一维MEMES振镜130的激光雷达的垂直分辨率可以很高。

本发明实施例中，所述旋转结构用于在水平方向上改变所述出射激光的光路方向，包括：

所述旋转结构带动激光发射器、半透半反镜及一维MEMES振镜旋转，在水平方向上改变所述出射激光的光路方向；或

所述旋转结构自身转动，在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

图1中的旋转结构140仅为示例性地示出，并非旋转结构140的具体结构。

本发明实施例中，激光发射器110、半透半反镜120及一维MEMES振镜130可以设置于旋转结构140上，旋转结构带动上述功能单元转动，从而在水平面上改变出射激光的光路方向。此类型的旋转结构可以是转动轴与转动底盘的方式，也可以是磁环等结构，在此不再赘述。

本发明的实施例中，激光发射器110、半透半反镜120及一维MEMES振镜130可以保持静止，仅由旋转结构140自身转动以在水平方向上改变所述出射激光的光路方向，此时旋转结构可以是旋转反射镜、旋转透镜等。

本发明实施例中，所述一维振镜130还用于在垂直方向上改变反射激光的光路方向，其中，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

本发明实施例中，所述半透半反镜还用于使所述来自所述一维振镜的反射激光反射至接收器。

由于激光的传播速度很快，因此本发明实施例中，发射激光经被测物体100反射后在10us内反射激光已从原路返回了，因此，对于一维MEMS透镜130来说，出射激光和该出射激光对应的反射激光的光路方向相反、路径相同，所以反射激光可以通过一维MEMS透镜130到达半透半反镜120，而半透半反镜120可以将反射激光反射至接收器。

图1中，出射激光用实线表示，反射激光用虚线表示。为了更清楚的显示出射激光和反射激光，两条线之间拉开了一定的距离。实际中，出射激光和反射激光无限接近于重合，两条线也应该是无限接近于重合的。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达，包括一个激光发射器、一维振镜、半透半反镜和旋转结构，由于本发明实施例只使用了一个激光发射器，因为可以节约成本；同时，本发明激光雷达采用一维振镜使一个激光发射器发射的一条出射激光在垂直方向上改变光路，由于一维振镜的扭转速度极快，因此在垂直方向上分布的激光光束可以很多，从而可以提高激光雷达的垂直分辨率；此外，旋转结构可以在水平方向上改变出射激光的光路方向，从而实现三百六十度的三维扫描。

图3所示为本发明实施例的激光雷达的示意图，如图3所示，所述激光雷达还

本发明实施例中，一维振镜120还用于在垂直方向和水平方向上改变反射激光的光路方向，其中，所述反射激光为出射激光经被测物体100反射后的激光。

所述半透半反镜120还用于使所述来自所述一维振镜的反射激光反射至接收器。

由于激光的传播速度很快，因此本发明实施例中，发射激光经被测物体100反射后在10us内反射激光已从原路返回了，因此，对于一维MEMS透镜130来说，出射激光和该出射激光对应的反射激光的光路方向相反、路径相同，所以反射激光可以通过一维MEMS透镜130到达半透半反镜120，而半透半反镜120可以将反射激光反射至接收器。

图1中，出射激光用实线表示，反射激光用虚线表示。为了更清楚的显示出射激光和反射激光，两条线之间拉开了一定的距离。实际中，出射激光和反射激光无限接近于重合，两条线也应该是无限接近于重合的。

图3所示为本发明实施例的激光雷达的示意图，如图3所示，所述激光雷达还包括：接收器150，准直单元160以及聚焦单元170。

接收器150，用于接收来自半透半反镜120的反射激光，所述反射激光为被测物体100反射后的激光。

可选的，所述接收器150为面阵式接收器。

面阵式接收器可以是APD(Avalanche Photo Diode，雪崩二极管)阵列。APD在一个平面上均匀排列，当反射激光被APD阵列接收后，经处理器运算后生成3D图像。

准直单元160，设置于所述激光发射器110与所述半透半反镜120之间，用于准直所述激光发射器110发射的出射激光。

本发明实施例中，准直单元160可以是准直镜，准直镜可以是单透镜，也可以是由多片透镜组成的透镜组。

聚焦单元170，设置于所述接110收器与半透半反镜120之间，用于聚焦所述来自半透半反镜120的反射激光，所述聚焦后的反射激光由所述接收器150接收。

本发明实施例中，聚焦单元170可以是聚焦镜，聚焦镜可以是单透镜，也可以是由多片透镜组成的透镜组。

若激光器110的发出的出射激光经一维振镜130的偏转后再到准直单元160，由于一维振镜会将单点激光偏转成一条线的激光光束，相当于进入准直镜的是大角度的入射光，要校正大角度入射光需要多片镜片来校正，增加了产品成本，也增加了设计难度，还会造成出射激光的衰减。因此本发明实施例中，发射激光直接经准直单元160准直后在由一维振镜130来偏转，光的反射不引入像差等因素，简化了设计难度，也无需引入多片镜片来校正，可以节约成本。

本发明实施例的激光雷达能降低激光雷达的成本，提高激光雷达的垂直分辨率。

和上述激光雷达相对应，本发明实施例还提供了一种激光雷达控制方法。图4所示为本发明实施例的激光雷达控制方法的流程图，如图4所示，所述方法包括：

步骤410，一个激光发射器发射出射激光；

步骤420，半透半反镜使所述来自激光发射器的出射激光透过至一维振镜；

步骤430，一维振镜在垂直方向上改变所述出射激光的光路方向；

步骤440，旋转结构在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

可选的，所述旋转结构在水平方向上改变所述出射激光的光路方向，包括：

所述旋转结构带动激光发射器、半透半反镜及以为MEMES振镜旋转，以在水平方向上改变所述出射激光的光路方向；或

所述旋转结构自身转动，以在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

可选的，所述方法还包括：

所述一维振镜在垂直方向上改变反射激光的光路方向，其中，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

可选的，所述方法还包括：

所述半透半反镜使所述来自所述一维振镜的反射激光反射至接收器。

可选的，所述方法还包括：

接收器接收来自半透半反镜的反射激光，所述反射激光为被测物体反射后的激光。

可选的，所述方法还包括：

所述接收器为面阵式接收器。

可选的，所述方法还包括：

准直单元，准直所述激光发射器发射的出射激光，所述准直单元设置于所述激光发射器与所述半透半反镜之间。

可选的，所述方法还包括：

聚焦单元聚焦所述来自半透半反镜的反射激光，所述聚焦后的反射激光由所述接收器接收，所述聚焦单元设置于所述接收器与半透半反镜之间。

本发明实施例的激光雷达控制方法能降低激光雷达的成本，提高激光雷达的垂直分辨率。

本发明的实施例公开了一种激光雷达和激光雷达控制方法，本发明的实施例中公开了一种激光雷达，包括一个激光发射器、一维振镜、半透半反镜和旋转结构，由于本发明实施例只使用了一个激光发射器，因为可以节约成本；同时，本发明激光雷达采用一维振镜使一个激光发射器发射的一条出射激光在垂直方向上改变光路，由于一维振镜的扭转速度极快，因此在垂直方向上分布的激光光束可以很多，从而可以提高激光雷达的垂直分辨率；此外，旋转结构可以在水平方向上改变出射激光的光路方向，从而实现三百六十度的三维扫描。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，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。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

一个激光发射器，用于发射出射激光；

半透半反镜，用于使所述来自激光发射器的出射激光透过至一维振镜；

一维振镜，用于在垂直方向上改变所述出射激光的光路方向；

旋转结构，用于在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转结构用于在水平方向上改变所述出射激光的光路方向，包括：

所述旋转结构带动激光发射器、半透半反镜及一维MEMES振镜旋转，在水平方向上改变所述出射激光的光路方向；或

所述旋转结构自身转动，在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

3.如权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述一维振镜还用于在垂直方向上改变反射激光的光路方向，其中，所述反射激光为出射激光经被测物体反射后的激光。

4.如权利要求1至3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述半透半反镜还用于使所述来自所述一维振镜的反射激光反射至接收器。

5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括接收器，用于接收来自半透半反镜的反射激光，所述反射激光为被测物体反射后的激光。

6.如权利要求4或5所述的激光雷达，其特征在于，所述接收器为面阵式接收器。

7.如权利要求1至6任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括准直单元，设置于所述激光发射器与所述半透半反镜之间，用于准直所述激光发射器发射的出射激光。

8.如权利要求2至7任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括聚焦单元，设置于所述接收器与半透半反镜之间，用于聚焦所述来自半透半反镜的反射激光，所述聚焦后的反射激光由所述接收器接收。

9.一种激光雷达控制方法，其特征在于，包括：

一个激光发射器发射出射激光；

半透半反镜使所述来自激光发射器的出射激光透过至一维振镜；

一维振镜在垂直方向上改变所述出射激光的光路方向；

旋转结构在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述旋转结构在水平方向上改变所述出射激光的光路方向，包括：

所述旋转结构带动激光发射器、半透半反镜及以为MEMES振镜旋转，以在水平方向上改变所述出射激光的光路方向；或

所述旋转结构自身转动，以在水平方向上改变所述出射激光的光路方向。