CN110940960A - 激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***包括：一投射装置、一扫描元件和一角放大装置，其中所述投射装置射出线形光束，所述扫描元件被保持在所述投射装置射出线形光束的光线路径上，所述扫描元件折转所述投射装置投射出的线形光束以进行扫描，所述角放大装置被保持于所述扫描元件的出射侧，所述角放大装置放大线形光束沿着一扫描方向扫描的光束角度。

Description

激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法。

背景技术

激光雷达***，通过光源发射激光至目标区域，目标区域产生漫反射，探测器接收反射回来的激光。反射回来的激光携带幅值、相位等物理信息。探测器根据激光中的信息，获取距离、方位等信息，实现对周围环境的三维探测。

激光雷达***探测的信息越丰富、越精准，越有参考价值。激光雷达要有高精度和一定的范围广度。例如，在汽车或者舰船上的激光雷达，通常不仅是对行驶的前方，而且对侧方甚至是后方都需要进行探测。若激光雷达***的扫描角度受限，影响探测范围，使得激光雷达***能够获取的车辆或舰船周边环境的信息有限。人员无法通过激光雷达***获取足够的信息知悉周边的环境，不利于保障行驶安全。

现有的固态或准固态激光雷达受到扫描器件性能的限制，扫描角度有限。例如，MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电***)激光雷达受到MEMS器件限制，使得扫描角度受限，扫描范围的广度不足。再例如，旋转棱镜激光雷达***中，扫描角度受到旋转棱镜的反射面的角度限制，扫描范围也受限。

此外，激光雷达扫描对于扫描反馈的精度也具有很高要求，在保证广度的同时又要保证扫描反馈的高精度无疑是难上加难的，成本也高举不下。

增加激光照射源也是一种扩大扫描范围的方法，但是这会增加激光器的数量和激光雷达体积，提升激光器装调难度，同时多个激光照射源也需要消耗成倍增大的能量，这对于激光雷达的体积和成本的控制非常不利。而且，多个激光照射源之间的协同工作对控制***和控制算法有更高的要求。在后台反馈处理中，抗干扰能力也需要被加强才能应对复杂的运算。

因此，需要一种激光雷达扫描***解决上述问题。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***通过扩大扫描角度，实现雷达探测范围的扩大。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***通过至少一角放大元件放大扫描光线扫描角度，扩大激光雷达扫描范围。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***提供一扫描元件，所述角放大元件对所述扫描元件的出射光进行调整，放大所述扫描元件的出射光的扫描角度。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述角放大元件布置于扫描器件之后，所述激光雷达扫描***通过所述角放大元件放大所述扫描器件出射的光束的扫描角度，角度放大功能不受到所述扫描元件性能的限制。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***放大扫描角度，扩大探测范围，利于被应用于车载激光雷达扫描***，探测车辆周边的环境。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***的所述角放大装置被设置于所述扫描元件的出射侧，不影响所述扫描元件的入射侧的光学设计。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***的所述角放大装置为柱面角放大镜，放大光束在扫描方向的角度，扩大扫描范围。

发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***的所述角放大装置为超环面角放大镜。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***在扩大扫描角度时，并不牺牲精度。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***通过柱面角放大镜放大扫描角度，不影响光线的一致性，保障扫描精度和激光雷达角度分辨率。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描***的所述扫描元件出射的光束在一扫描角度内沿着一扫描方向扫描，所述扫描元件的具体实施方式不受限。

本发明的另一个优势在于提供一种激光雷达扫描***和激光雷达扫描方法，所述激光雷达***扩大扫描角度，使得在同样的扫描速率下，本发明提供的所述激光雷达扫描***的扫描范围会更广。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一激光雷达扫描***，包括：

一投射装置，其中所述投射装置射出线形光束；

一扫描元件，其中所述扫描元件被保持在所述投射装置射出线形光束的光线路径上，所述扫描元件折转所述投射装置投射出的线形光束以进行扫描；以及

一角放大装置，其中所述角放大装置被保持于所述扫描元件的出射侧，所述角放大装置放大线形光束沿着一扫描方向扫描的光束角度。

根据本发明的一个实施例，所述扫描元件沿着一扫描方向在一振动角度内振动，所述扫描元件出射的线形光束随着所述扫描元件的扫描在一扫描角度内沿着所述扫描方向扫描，其中线形光束沿着一发散方向发散，所述发散方向和所述扫描方向垂直。

根据本发明的一个实施例，所述扫描元件为MEMS振镜。

根据本发明的一个实施例，所述扫描元件以一转轴旋转，所述扫描元件出射的线形光束随着所述扫描元件的旋转在一扫描角度内沿着一扫描方向扫描。

根据本发明的一个实施例，所述扫描元件选自扫描棱镜、夹持式振镜和旋转反射镜中的一种。

根据本发明的一个实施例，所述扫描元件为相控阵扫描器件，控制线形光束的折转。

根据本发明的一个实施例，所述扫描元件出射的线形光束经过所述角放大装置，线形光束在所述扫描方向上的光束角度被所述角放大装置自所述扫描角度放大至一放大角度。

根据本发明的一个实施例，所述角放大装置为柱面角放大镜，柱面角放大镜的母线方向和线形光束的所述发散方向一致。

根据本发明的一个实施例，所述角放大装置为超环面角放大镜。

根据本发明的一个实施例，所述投射装置包括至少一光源，所述光源被保持在所述扫描元件的入射侧，所述光源发出的光束为线形光束。

根据本发明的一个实施例，所述投射装置包括：

至少一光源，其中所述光源投射出光束；和

一整形元件，其中所述光源被保持在所述整形元件的入射侧，所述整形元件将所述光源发出的光束整形为线形光束。

根据本发明的一个实施例，所述整形元件被保持在所述扫描元件的入射侧，所述整形元件出射的线形光束辐射至所述扫描元件，被所述扫描元件反射。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一激光雷达扫描方法，包括以下步骤；

(a)以一定的扫描速度出射一线形光束；和

(b)在线形光束穿过一放大装置的情况下，放大线形光束沿着一扫描方向扫描的光束角度，进而利用线形光束进行扫描。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤(a)中，进一步包括步骤：

发出光束；和

将光束整形为线形光束。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤(a)和所述步骤(b)之间，进一步包括步骤：

在所述扫描元件沿着一振动扫描方向振动时折转线形光束。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤(a)和所述步骤(b)之间，进一步包括步骤：

在所述扫描元件以一转轴旋转时折转线形光束。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的激光雷达扫描***的光路示意图。

图2是根据本发明的另一个优选实施例的激光雷达扫描***的光路示意图。

图3是根据本发明的另一个优选实施例的激光雷达扫描***的光路示意图。

图4是根据本发明的另一个优选实施例的激光雷达扫描***的光路示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“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是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1所示的本发明的一个优选实施例，所述激光雷达扫描***包括一投射装置，所述投射装置投射出光束。其中所述投射装置包括一光源10，所述光源10发出光束。所述投射装置进一步包括一整形元件20，所述整形元件20被设置于所述光源10发出光束的一侧。所述整形元件20被保持在所述光源10的光线路径上，使得所述光源10发出的光束能够经过所述整形元件20。所述光源10发出的光束从所述整形元件20的一侧入射，从所述整形元件20的另一侧出射。所述整形元件20在接收到所述光源10发出的光束后，对光束进行整形。所述整形元件20将光束整形为线形光束。所述整形元件20的出射光为线形光束。所述激光雷达扫描***还包括一扫描元件30，所述扫描元件30被设置于所述整形元件20的出射侧。换句话说，所述扫描元件30被设置于所述投射装置投射出线形光束的一侧。所述整形元件20出射的线形光束向所述扫描元件30辐射。所述扫描元件30对所述整形元件20出射的线形光束进行折转，所述扫描元件30将线形光束折转向目标区域。也就是说，所述整形元件20出射的线形光束被所述扫描元件30折转向目标区域。所述扫描元件30的出射光为线形光束。

所述扫描元件30被驱动地沿着一振动方向在一振动角度内振动。线形光束沿着一发散方向发散。所述扫描元件30的所述扫描方向与线形光束的所述发散方向垂直。所述扫描元件30折转出的线形光束随着所述扫描元件30的振动而扫描，使得线形光束随着振动沿着一扫描方向进行扫描。

当所述扫描元件30振动时，所述扫描元件30的折转方向发生变化，所述扫描元件30折转出的线形光束的辐射方向随着所述扫描元件30的振动而变化。所述扫描元件30折转出的线形光束随着所述扫描元件30的振动在目标区域移动。线形光束随着所述扫描元件30的振动在目标区域沿着所述扫描方向进行扫描。线形光束的所述发散方向和线形光束的所述扫描方向垂直，所述发散方向上的线形光束沿着所述扫描方向对目标区域进行扫描。所述发散方向上的线形光束沿着所述扫描方向移动，形成扫描范围。

所述扫描元件30在所述振动角度内振动，当所述扫描元件30在所述振动角度内振动使得所述扫描元件30折转光的角度发生变化时，所述扫描元件30折转出的线形光束的在一扫描角度内移动，对目标区域进行扫描。

线形光束的所述扫描角度受限于所述扫描元件的所述振动角度，使得线形光束扫描的范围与所述扫描元件的所述振动角度相关联。

所述激光雷达扫描***进一步包括一角放大装置40，所述角放大装置40被设置于所述扫描元件30的出射侧。所述扫描元件30折转出的线形光束经过所述角放大装置40后辐射向目标区域，进行扫描。

也就是说，所述光源10发出的光束辐射向所述整形元件20，光束从所述整形元件20入射后，所述整形元件20将光束整形为线形光束。所述整形元件20的出射光为线形光。线形光束继续向所述扫描元件30辐射。所述扫描元件30对线形光束进行折转。所述扫描元件30将线形光束折转向所述角放大装置40。线形光束从所述角放大装置40的一侧入射，从所述角放大装置40的另一侧出射。线形光束从所述角放大装置40出射后，辐射向目标区域。

随着所述扫描元件30在所述振动角度内的振动，所述扫描元件30出射的线形光束在所述扫描角度内移动。线形光束从所述角放大装置40入射，所述角放大装置40对线形光束在所述扫描方向上的光束角度进行放大。所述扫描元件30出射的在所述扫描角度内扫描的线形光束，在所述角放大装置40入射后，所述角放大装置40对线形光束在所述扫描方向的角度进行放大，使得自所述角放大装置40出射的线形光束在一放大角度内扫描。所述放大角度大于所述扫描角度。值得一提的是，根据设计需求调整所述角放大装置40放大所述放大角度的程度。

所述角放大装置40被设置于所述扫描元件30的出射侧，对光束角度进行放大，使得自所述角放大装置40出射的线形光束在所述扫描方向上具有比入射所述角放大装置40的线形光束更大的光束角度。经过所述角放大装置40的放大，自所述角放大装置40出射的线形光束的扫描范围被扩大。

所述角放大装置40包括一第一角放大元件41和一第二角放大元件42，所述第一角放大元件41被设置于所述扫描元件30的出射侧。所述第二角放大元件42被设置于所述第一角放大元件41的出射侧。也就是说，所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件42被依次设置于所述扫描元件30的出射光的光线路径上，使得所述扫描元件30出射的线形光束依次通过所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件42。

所述扫描元件30出射的线形光束从所述第一角放大元件41的一侧入射，从所述第一角放大元件42的另一侧出射。所述第一角放大元件42出射的光为线形光束。线形光束自所述第一角放大元件42出射后，辐射向所述第二角放大元件42。线形光束从所述第二角放大元件42的一侧入射，从所述第二角放大元件42的另一侧出射。所述第二角放大元件42出射的线形光束辐射向目标区域，进行扫描。

所述第一角放大元件41在接收到所述扫描元件30出射的线形光束后，对线形光束在所述扫描方向上的光束角度进行放大。所述第一角放大元件41出射的线形光束的角度大于所述扫描元件出射的线形光束的所述扫描角度。

所述第一角放大元件41出射的线形光束继续向所述第二角放大元件42辐射，所述第二角放大元件42在接收到所述第一角放大元件42出射的线形光束后，对线形光束在所述扫描方向上的光束角度进行放大，使得光束角度被放大至所述放大角度。所述第二角放大元件42出射的线形光束在所述放大角度内沿着所述扫描方向移动，进行扫描。同时，所述第二角放大元件42会对所述第一角放大元件41出射的线形光束的光束质量进行补偿，保持扫描光束的光束质量。

所述扫描元件30出射的线形光束依次经过所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件42的放大，将线形光束在所述扫描方向上的光束角度从所述扫描角度被放大至所述放大角度。

所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件41分别被实施为柱面角放大镜。柱面角放大镜的母线方向和线形光束的发散方向一致。也就是说，所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件42的母线方向和所述扫描元件30出射的线形光束的所述发散方向一致。

所述扫描元件30被实施为MEMS振镜，MEMS振镜在所述振动角度内振动。MEMS振镜的所述振动方向和线形光束的所述发散方向。MEMS振镜出射的线形光束的所述扫描角度优选地为±5°。

优选地，所述光源10被实施为LD(Laser diode，激光二极管)光源，发射出的光为近红外扫描激光。所述整形元件20被实施为激光整形镜头，将入射的近红外扫描激光整形为线形光束。

LD激光光源发射的近红外扫描激光入射激光整形镜头，被激光整形镜头整形为线形光束。激光整形镜头出射的线形光束辐射向MEMS振镜，被MEMS振镜反射。MEMS振镜反射出的线形光束依次经过两片柱面角放大镜，被柱面角放大镜放大在所述扫描方向上移动的光束角度。优选地，自两片柱面角放大镜出射的线形光束在所述扫描方向上的光束角度从±5°被放大至±20°。线形光束在±20°的所述放大角度内移动，对目标区域进行扫描。两片柱面角放大镜扩大线形光束的扫描范围。

依据本发明的另一个方面，本发明进一步提供一激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描方法包括以下步骤：

S1：以一定的速度出射光束；

S2：将光束整形为线形光束；

S3：驱动所述扫描元件30在所述整形元件20的出射侧以一定频率振动；

S4：在所述扫描元件30沿着一振动方向振动时折转线形光束；以及

S5：放大线形光束在一扫描方向上的光束角度。

所述光源10发出的光束自所述整形元件20的入射侧入射，自所述整形元件20的出射侧出射。所述整形元件20在接收到所述光源10发出的光束后，将光束整形为线形光束。所述整形元件20的出射光为线形光束。所述整形元件20出射的线形光束向所述扫描元件30辐射。线形光束在辐射至所述扫描元件30后被所述扫描元件30折转。所述扫描元件30在所述振动角度内振动，使得所述扫描元件30折转出的线形光束在所述扫描角度内移动。

所述扫描元件30出射的线形光束依次经过所述角放大装置40的所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件42。所述扫描元件30出射的线形光束自所述第一元件41的一侧入射，自所述第一角放大元件41的另一侧出射。所述第一角放大元件41出射的线形光束在所述第二角放大元件42的一侧入射，自所述第二角放大元件42的另一侧出射。所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件42分别对接收到的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度进行放大。所述角放大装置40放大所述扫描元件30出射的线形光束的扫描范围。所述角放大装置40出射的线形光束在所述放大角度内移动。通过所述角放大装置40的放大，自所述角放大装置40出射的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度大于自所述扫描元件30出射的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度。

其中，所述光源10被实施为LD激光光源。所述整形元件20被实施为激光整形镜头。所述扫描元件30被实施为MEMS振镜。所述第一角放大元件41和所述第二角放大元件42被实施为柱面角放大镜。

值得一提的是，所述扫描元件30也可以被实施为相控阵扫描器件，相控阵扫描器件通过控制相控单元的相位，折转线形光束的出射角度，将线形光束投射向目标区域，进行扫描。

如图2所示的本发明的另一个优选实施例，所述激光雷达扫描***包括一投射装置。所述投射装置投射出光束。其中所述投射装置包括一光源10A，所述光源10A发出光束。所述投射装置进一步包括一整形元件20A，所述整形元件20A被设置于所述光源10A发出光束的一侧。所述整形元件20A被保持在所述光源10A的光线路径上，使得所述光源10A发出的光束能够经过所述整形元件20A。所述光源10A发出的光束向所述整形元件20A辐射。所述光源10A发出的光束从所述整形元件20A的一侧入射，从所述整形元件20A的另一侧出射。所述整形元件20A在接收到所述光源10A发出的光束后，对光束进行整形。所述整形元件20A将光束整形为线形光束。所述整形元件20A的出射光为线形光束。所述投射装置投射出线形光束。

所述激光雷达扫描***还包括一扫描元件30A，所述扫描元件30A被设置于所述整形元件20A的出射侧。换句话说，所述扫描元件30被设置于所述投射装置投射出线形光束的一侧。所述整形元件20A出射的线形光束向所述扫描元件30A辐射。所述扫描元件30A对所述整形元件20A出射的线形光束进行折转，所述扫描元件30A将线形光束折转向目标区域。也就是说，所述投射装置出射的线形光束被所述扫描元件30A折转向目标区域。所述扫描元件30A的出射光为线形光束。

所述扫描元件30A被驱动地以所述扫描元件30A的一转轴为中心进行旋转。所述整形元件20A出射的线形光束辐射到所述扫描元件30A，随着所述扫描元件30A的旋转被所述扫描元件30A折转。所述整形元件20A出射的线形光束沿着一发散方向发散。所述扫描元件30A沿着一扫描方向旋转。所述扫描元件30A的所述扫描方向和线形光束的发散方向垂直。所述扫描元件30A折转的线形光束随着所述扫描元件30A的旋转而在一扫描角度内沿着所述扫描方向移动。

当所述扫描元件30A旋转时，所述扫描元件30A的折转方向发生变化。所述扫描元件30A折转出的线形光束的辐射方向随着所述扫描元件30A的旋转而变化。所述扫描元件30A折转出的线形光束随着所述扫描元件30A的旋转在目标区域移动。线形光束随着所述扫描元件30A的旋转在目标区域沿着所述扫描方向进行扫描。线形光束的所述发散方向和线形光束的所述扫描方向垂直，所述发散方向上的线形光束沿着所述扫描方向对目标区域进行扫描。所述发散方向上的线形光束沿着所述扫描方向移动，形成扫描范围。

值得一提的是，所述扫描元件30A通过反射线形光束，折转线形光束自所述扫描元件30A的出射方向。所述扫描元件30A也可以通过线形光束的透射，折转线形光束自所述扫描元件30A的出射方向。

所述激光雷达扫描***进一步包括一角放大装置40A，所述角放大装置40A被设置于所述扫描元件30A的出射侧。所述扫描元件30A折转出的线形光束经过所述角放大装置40A后辐射向目标区域，进行扫描。

也就是说，所述光源10A发出的光束辐射向所述整形元件20A，光束从所述整形元件20A入射后，所述整形元件20A将光束整形为线形光束。所述整形元件20A的出射光为线形光。线形光束继续向所述扫描元件30A辐射。所述扫描元件30A对线形光束进行折转。所述扫描元件30A将线形光束折转向所述角放大装置40A。线形光束从所述角放大装置40A的一侧入射，从所述角放大装置40A的另一侧出射。线形光束从所述角放大装置40A出射后，辐射向目标区域。

随着所述扫描元件30A的旋转，所述扫描元件30A出射的线形光束在所述扫描角度内移动。线形光束从所述角放大装置40A入射，所述角放大装置40A对线形光束在所述扫描方向的光束角度进行放大。所述扫描元件30A出射的在所述扫描角度内移动的线形光束，在所述角放大装置40A入射后，所述角放大装置40A对线形光束在所述扫描方向的角度进行放大，使得自所述角放大装置40A出射的线形光束在一放大角度内移动。所述放大角度大于所述扫描角度。

所述角放大装置40A被设置于所述扫描元件30A的出射侧，对光束角度进行放大，使得自所述角放大装置40A出射的线形光束具有比入射所述角放大装置40A的线形光束更大的光束角度。经过所述角放大装置40A的放大，自所述角放大装置40A出射的线形光束的扫描范围被扩大。

所述角放大装置40A包括一第一角放大元件41A和一第二角放大元件42A，所述第一角放大元件41A被设置于所述扫描元件30A的出射侧。所述第二角放大元件42A被设置于所述第一角放大元件41A的出射侧。也就是说，所述第一角放大元件41A和所述第二角放大元件42A被依次设置于所述扫描元件30A的出射光的光线路径上，使得所述扫描元件30A出射的线形光束依次通过所述第一角放大元件41A和所述第二角放大元件42A。

所述扫描元件30A出射的线形光束从所述第一角放大元件41A的一侧入射，从所述第一角放大元件42A的另一侧出射。所述第一角放大元件42A出射的光为线形光束。线形光束自所述第一角放大元件42A出射后，辐射向所述第二角放大元件42A。线形光束从所述第二角放大元件42A的一侧入射，从所述第二角放大元件42A的另一侧出射。所述第二角放大元件42A出射的线形光束辐射向目标区域，进行扫描。

所述第一角放大元件41A在接收到所述扫描元件30A出射的线形光束后，对线形光束在所述扫描方向上的光束角度进行放大。所述第一角放大元件41A出射的线形光束的角度大于所述扫描元件出射的线形光束的所述扫描角度。

所述第一角放大元件41A出射的线形光束继续向所述第二角放大元件42A辐射，所述第二角放大元件42A在接收到所述第一角放大元件42A出射的线形光束后，对线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度进行放大，使得光束角度被放大至所述放大角度。所述第二角放大元件42A出射的线形光束在所述放大角度内沿着所述扫描方向移动，进行扫描。

所述扫描元件30A出射的线形光束依次经过所述第一角放大元件41A和所述第二角放大元件42A的放大，将线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度从所述扫描角度被放大至所述放大角度。

所述第一角放大元件41A和所述第二角放大元件41A分别被实施为超环面角放大镜。值得一提的是，超环面角放大镜像差小，线形光束被超环面角放大镜放大后，线形光束的一致性不受到影响。

所述光源10A被实施为LD(Laser diode，激光二极管)光源，发射出的光为近红外扫描激光。所述整形元件20A被实施为激光整形镜头，将入射的近红外扫描激光整形为线形光束。所述扫描元件30A被实施扫描棱镜、夹持式振镜和旋转反射镜，所述扫描元件30A沿着转轴旋转，并将线形光束反射向所述角放大装置40A。其中，旋转反射镜在电机的驱动下以转轴为中心旋转，反射镜将线形光束反射向所述角放大装置40A。

LD光源发射的近红外扫描激光入射激光整形镜头，被激光整形镜头整形为线形光束。激光整形镜头出射的线形光束辐射向旋转棱镜，被旋转棱镜反射。旋转棱镜反射出的线形光束依次经过两片超环面角放大镜，被超环面角放大镜放大在所述扫描方向上移动的光束角度。

如图3所示的本发明的另一个优选实施例，所述激光雷达扫描***包括一投射装置，所述投射装置包括一光源10B，所述光源10B发出光束。优选地，所述光源10B发出的光束为线形光束。所述投射装置投射出线形光束。

所述激光雷达扫描***还包括一扫描元件30B，所述扫描元件30B被设置于所述光源10B发出光束的一侧。换句话说，所述扫描元件30B被设置于所述投射装置投射出线形光束的一侧。所述扫描元件30B被设置于所述光源发出的光束的光线路径上，以使所述光源10B发出的光束辐射向所述扫描元件30B。光束向所述扫描元件30B辐射。所述扫描元件30B对所述光源10B发出的线形光束进行折转。所述扫描元件30B将线形光束折转向目标区域。所述扫描元件30B的出射光为线形光束。

所述扫描元件30B沿着所述扫描元件30B的一转轴进行旋转。所述光源10B发出的线形光束辐射到所述扫描元件30B，随着所述扫描元件30B的旋转被折转。所述光源10B发出的线形光束沿着一发散方向发散。所述扫描元件30B沿着一扫描方向旋转。所述扫描元件30B的所述扫描方向和线形光束的发散方向垂直。所述扫描元件30B折转的线形光束随着所述扫描元件30B的旋转而在一扫描角度内沿着所述扫描方向移动。

当所述扫描元件30B旋转时，所述扫描元件30B的折转方向发生变化。所述扫描元件30B折转出的线形光束的辐射方向随着所述扫描元件30B的旋转而变化。所述扫描元件30B折转出的线形光束随着所述扫描元件30B的旋转在目标区域移动。线形光束随着所述扫描元件30B的旋转在目标区域沿着所述扫描方向进行扫描。线形光束的所述发散方向和线形光束的所述扫描方向垂直，沿着所述发散方向发散的线形光束沿着所述扫描方向移动对目标区域进行扫描。所述发散方向上的线形光束沿着所述扫描方向移动，形成扫描范围。

所述激光雷达扫描***进一步包括一角放大装置40B，所述角放大装置40B被设置于所述扫描元件30B的出射侧。所述扫描元件30B折转出的线形光束经过所述角放大装置40B后辐射向目标区域，进行扫描。

也就是说，所述光源10B发出的光束辐射向所述整形元件20B，光束从所述整形元件20B入射后，所述整形元件20B将光束整形为线形光束。所述整形元件20B的出射光为线形光。线形光束继续向所述扫描元件30B辐射。所述扫描元件30B对线形光束进行折转。所述扫描元件30B将线形光束折转向所述角放大装置40B。线形光束从所述角放大装置40B的一侧入射，从所述角放大装置40B的另一侧出射。线形光束从所述角放大装置40B出射后，辐射向目标区域。

随着所述扫描元件30B的旋转，所述扫描元件30B出射的线形光束在所述扫描角度内移动。线形光束从所述角放大装置40B入射，所述角放大装置40B对线形光束在所述扫描放大的光束角度进行放大。所述扫描元件30B出射的在所述扫描角度内移动的线形光束，在所述角放大装置40B入射后，所述角放大装置40B对线形光束在所述扫描方向的角度进行放大，使得自所述角放大装置40B出射的线形光束在一放大角度内移动。所述放大角度大于所述扫描角度。

所述角放大装置40B被设置于所述扫描元件30B的出射侧，对光束角度进行放大，使得自所述角放大装置40B出射的线形光束具有比入射所述角放大装置40B的线形光束更大的光束角度。经过所述角放大装置40B的放大，自所述角放大装置40B出射的线形光束的扫描范围被扩大。

所述角放大装置40B包括一第一角放大元件41B和一第二角放大元件42B，所述第一角放大元件41B被设置于所述扫描元件30B的出射侧。所述第二角放大元件42B被设置于所述第一角放大元件41B的出射侧。也就是说，所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B被依次设置于所述扫描元件30B的出射光的光线路径上，使得所述扫描元件30B出射的线形光束依次通过所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B。

所述扫描元件30B出射的线形光束从所述第一角放大元件41B的一侧入射，从所述第一角放大元件42B的另一侧出射。所述第一角放大元件42B出射的光为线形光束。线形光束自所述第一角放大元件42B出射后，辐射向所述第二角放大元件42B。线形光束从所述第二角放大元件42B的一侧入射，从所述第二角放大元件42B的另一侧出射。所述第二角放大元件42B出射的线形光束辐射向目标区域，进行扫描。

所述第一角放大元件41B在接收到所述扫描元件30B出射的线形光束后，对线形光束在扫描方向的光束角度进行放大。所述第一角放大元件41B出射的线形光束的角度大于所述扫描元件出射的线形光束的所述扫描角度。

所述第一角放大元件41B出射的线形光束继续向所述第二角放大元件42B辐射，所述第二角放大元件42B在接收到所述第一角放大元件42B出射的线形光束后，对线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度进行放大，使得光束角度被放大至所述放大角度。所述第二角放大元件42B出射的线形光束在所述放大角度内沿着所述扫描方向移动，进行扫描。

所述扫描元件30B出射的线形光束依次经过所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B的放大，将线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度从所述扫描角度被放大至所述放大角度。

所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B分别被实施为柱面角放大镜。柱面角放大镜的母线方向和线形光束的发散方向一致。也就是说，所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B的母线方向和所述扫描元件30B出射的线形光束的所述发散方向一致。

值得一提的是，所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B也可以被实施为超环面角放大镜。

所述扫描元件30B被实施为所述扫描元件选自扫描棱镜、夹持式振镜和旋转反射镜中的一种。所述扫描元件30B以一转轴为中心旋转，并将线形光束反射向所述角放大装置40B。所述扫描元件30B反射出的线形光束依次经过两片柱面角放大镜，被柱面角放大镜放大在所述扫描方向上移动的光束角度。

值得一提的是，所述扫描元件30B也被实施为MEMS振镜。所述扫描元件30B在一振动角度内振动，使得所述扫描元件30B反射出的线形光束在一振动角度内移动。所述角放大装置40B对所述扫描元件30B反射出的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度进行放大，以扩大线形光束的扫描范围。

所述扫描元件30B也可以被实施为相控阵扫描器件，通过控制相控单位的相位，折转线形光束，将线形光束出射向目标区域，进行扫描。

与上述两个优选实施例不同的是，所述光源10B发出的光为线形光束，直接辐射向所述扫描元件30B，由所述扫描元件30B折转向所述角放大装置40B。

依据本发明的另一个方面，本发明进一步提供一激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描方法包括以下步骤：

S1：以一定的速度出射线形光束；

S2：驱动所述扫描元件30B旋转；

S3：在所述扫描元件30B以一转轴旋转时折转线形光束；以及

S4：放大线形光束在一扫描方向上的光束角度。

所述光源10B发出线形光束。所述光源10B发出的线形光束向所述扫描元件30B辐射。线形光束在辐射至所述扫描元件30B后被所述扫描元件30B折转。所述扫描元件30B折转出的线形光束在所述扫描角度内移动。

所述扫描元件30B出射的线形光束依次经过所述角放大装置40B的所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B。所述扫描元件30B出射的线形光束自所述第一元件41B的一侧入射，自所述第一角放大元件41B的另一侧出射。所述第一角放大元件41B出射的线形光束在所述第二角放大元件42B的一侧入射，自所述第二角放大元件42B的另一侧出射。所述第一角放大元件41B和所述第二角放大元件42B分别对接收到的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度进行放大。所述角放大装置40B放大所述扫描元件30B出射的线形光束的扫描范围。所述角放大装置40B出射的线形光束在所述放大角度内移动。通过所述角放大装置40B的放大，自所述角放大装置40B出射的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度大于自所述扫描元件30B出射的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度。

如图4所示的本发明的另一个优选实施例，所述激光雷达扫描***包括一投射装置，所述投射装置投射出线形光束。其中所述投射装置包括一光源10C，所述光源10C发出光束。所述投射装置进一步包括一整形元件20C，所述整形元件20C被设置于所述光源10C发出光束的一侧。所述整形元件20C被保持在所述光源10C的光线路径上，使得所述光源10C发出的光束能够经过所述整形元件20C。所述光源10C发出的光束向所述整形元件20C辐射。所述光源10C发出的光束从所述整形元件20C的一侧入射，从所述整形元件20C的另一侧出射。所述整形元件20C在接收到所述光源10C发出的光束后，对光束进行整形。所述整形元件20C将光束整形为线形光束。所述整形元件20C的出射光为线形光束。

所述激光雷达扫描***还包括一扫描元件30C，所述扫描元件30C被设置于所述整形元件20C的出射侧。换句话说，所述扫描元件30C被设置于所述投射装置投射出线形光束的一侧。所述整形元件20C出射的线形光束向所述扫描元件30C辐射。所述扫描元件30C对所述整形元件20C出射的线形光束进行折转，所述扫描元件30C将线形光束折转向目标区域。也就是说，所述整形元件20C出射的线形光束被所述扫描元件30C折转向目标区域。所述扫描元件30C的出射光为线形光束。

所述扫描元件30C沿着一振动方向在一振动角度内振动。线形光束沿着一发散方向发散。线形光束沿着所述发散方向发散。所述扫描元件30C的所述振动方向与线形光束的所述发散方向垂直。所述扫描元件30C折转出的线形光束随着所述扫描元件30C的振动而振动，使得线形光束随着振动沿着一扫描方向进行扫描。

当所述扫描元件30C振动时，所述扫描元件30C的折转方向发生变化，所述扫描元件30C折转出的线形光束的辐射方向随着所述扫描元件30C的振动而变化。所述扫描元件30C折转出的线形光束随着所述扫描元件30C的振动在目标区域移动。线形光束随着所述扫描元件30C的振动在目标区域沿着所述扫描方向进行扫描。线形光束的所述发散方向和线形光束的所述扫描方向垂直，所述发散方向上的线形光束沿着所述扫描方向对目标区域进行扫描。所述发散方向上的线形光束沿着所述扫描方向移动，形成扫描范围。

所述扫描元件30C在所述振动角度内振动，当所述扫描元件30C在所述振动角度内振动使得所述扫描元件30C折转光的角度发生变化时，所述扫描元件30C折转出的线形光束的在一扫描角度内移动，对目标区域进行扫描。

线形光束的所述扫描角度受限于所述扫描元件的所述振动角度，使得线形光束扫描的范围被所述扫描元件的所述振动角度限制。

所述激光雷达扫描***进一步包括一角放大装置40C，所述角放大装置40C被设置于所述扫描元件30C的出射侧。所述扫描元件30C折转出的线形光束经过所述角放大装置40C后辐射向目标区域，进行扫描。

也就是说，所述光源10C发出的光束辐射向所述整形元件20C，光束从所述整形元件20C入射后，所述整形元件20C将光束整形为线形光束。所述整形元件20C的出射光为线形光。线形光束继续向所述扫描元件30C辐射。所述扫描元件30C对线形光束进行折转。所述扫描元件30C将线形光束折转向所述角放大装置40C。线形光束从所述角放大装置40C的一侧入射，从所述角放大装置40C的另一侧出射。线形光束从所述角放大装置40C出射后，辐射向目标区域。

随着所述扫描元件30C在所述振动角度内的振动，所述扫描元件30C出射的线形光束在所述扫描角度内移动。线形光束从所述角放大装置40C入射，所述角放大装置40C对线形光束在所述扫描放大的光束角度进行放大。所述扫描元件30C出射的在所述扫描角度内移动的线形光束，在所述角放大装置40C入射后，所述角放大装置40C对线形光束在所述扫描方向的角度进行放大，使得自所述角放大装置40C出射的线形光束在一放大角度内移动。所述放大角度大于所述扫描角度。

所述角放大装置40C具有一入射端401C和一出射端402C，所述入射端401C朝向所述扫描元件30C。所述扫描元件30C出射的线形光束辐射向所述角放大装置40C，自所述角放大装置40C的所述入射端401C入射，自所述出射端402C出射。自所述入射端401C入射所述角放大装置40C的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度为所述扫描角度。所述角放大装置40C在接收到所述扫描元件30C出射的线形光束后，对线形光束在所述扫描方向上的所述扫描角度进行放大。所述角放大装置40C自所述出射端402C出射的线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度被放大至所述放大角度。也就是说，所述角放大装置40C将线形光束在所述扫描方向上移动的光束角度从所述扫描角度被放大至所述放大角度，以扩大扫描范围。优选地，所述入射端401C的入射面小于所述出射端402C的出射面。

值得一提的是，本发明提供的所述激光雷达扫描***能够被应用于车载激光雷达扫描***。通过所述角放大装置40的设置，放大对车辆周边环境的探测范围，获取信息，保障行车安全。

依据本发明的另一个方面，本发明进一步提供一激光雷达扫描方法，所述激光雷达扫描方法，包括以下步骤：

(a)以一定的速度出射线形光束；和

(b)在线形光束穿过一角放大装置的情况下，放大线形光束沿着一扫描方向移动的光束角度，进而利用线形光束进行扫描。

在本发明的一些实施例中，所述步骤(a)进一步包括步骤：

以一定的速度投射出光束；和

将光束整形为线形光束。

在本发明的一些实施例中，所述步骤(a)和所述步骤(b)之间进一步包括以下步骤：

在所述扫描元件沿着一振动方向振动时折转线形光束。

在本发明的另一些实施例中，所述步骤(a)和所述步骤(b)之间进一步包括以下步骤：

在所述扫描元件以一转轴旋转时折转线形光束。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (16)

1.激光雷达扫描***，其特征在于，包括：

一投射装置，其中所述投射装置射出线形光束；

一扫描元件，其中所述扫描元件被保持在所述投射装置射出线形光束的光线路径上，所述扫描元件折转所述投射装置投射出的线形光束以进行扫描；以及

一角放大装置，其中所述角放大装置被保持于所述扫描元件的出射侧，所述角放大装置放大线形光束沿着一扫描方向扫描的光束角度。

2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描***，其中所述扫描元件沿着一振动方向在一振动角度内振动，所述扫描元件出射的线形光束随着所述扫描元件的振动在一扫描角度内沿着一扫描方向扫描，其中线形光束沿着一发散方向发散，所述发散方向和所述扫描方向垂直。

3.根据权利要求2所述的激光雷达扫描***，其中所述扫描元件为MEMS振镜。

4.根据权利要求1所述的激光雷达扫描***，其中所述扫描元件以一转轴旋转，所述扫描元件出射的线形光束随着所述扫描元件的旋转在一扫描角度内沿着一扫描方向扫描。

5.根据权利要求4所述的激光雷达扫描***，其中所述扫描元件选自扫描棱镜、夹持式振镜和旋转反射镜中的一种。

6.根据权利要求1所述的激光雷达扫描***，其中所述扫描元件为相控阵扫描器件，控制线形光束的折转。

7.根据权利要求1至6任一所述的激光雷达扫描***，其中所述扫描元件出射的线形光束经过所述角放大装置，线形光束在所述扫描方向上的光束角度被所述角放大装置自所述扫描角度放大至一放大角度。

8.根据权利要求1至7任一所述的激光雷达扫描***，其中所述角放大装置为柱面角放大镜，柱面角放大镜的母线方向和线形光束的所述发散方向一致。

9.根据权利要求1至7任一所述的激光雷达扫描***，其中所述角放大装置为超环面角放大镜。

10.根据权利要求1至9任一所述的激光雷达扫描***，其中所述投射装置包括一光源，所述光源被保持在所述扫描元件的入射侧，所述光源投射出线形光束。

11.根据权利要求1至9任一所述的激光雷达扫描***，所述投射装置包括：

至少一光源，所述光源投射出光束；和

一整形元件，其中所述光源被保持在所述整形元件的入射侧，所述整形元件将所述光源发出的光束整形为线形光束。

12.根据权利要求11所述的激光雷达扫描***，其中所述整形元件被保持在所述扫描元件的入射侧，所述整形元件出射的线形光束辐射至所述扫描元件，被所述扫描元件折转。

13.一激光雷达扫描方法，其特征在于，所述激光雷达扫描方法包括以下步骤；

(a)以一定的速度出射一线形光束；和

(b)在线形光束穿过一角放大装置的情况下，放大线形光束沿着一扫描方向扫描的光束角度，进而利用线形光束进行扫描。

14.根据权利要求13所述的激光雷达扫描方法，其中在所述步骤(a)中，进一步包括步骤：

发出光束；和

将光束整形为线形光束。

15.根据权利要求13所述的激光雷达扫描方法，其中所述步骤(a)和所述步骤(b)之间，进一步包括步骤：

在所述扫描元件沿着一振动方向振动时折转线形光束。

16.根据权利要求13所述的激光雷达扫描方法，其中所述步骤(a)和所述步骤(b)之间，进一步包括步骤：

在所述扫描元件以一转轴旋转时折转线形光束。

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