CN113552578A - 激光雷达以及使用该激光雷达进行目标物探测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达，包括：激光发射单元，所述激光发射单元包括多个激光器的阵列，配置成可发射出探测激光束；回波探测单元，所述回波探测单元包括多个探测器的阵列，配置成可接收所述探测激光束被目标物反射后的回波；和多面转镜，所述多面转镜可围绕其转轴旋转，具有与所述转轴平行的多个反射面，其中所述多面转镜位于所述激光发射单元的光路下游，并位于所述回波探测单元的光路上游，其中一个反射面可接收所述探测激光束并反射到所述激光雷达外部，其中一个反射面可接收所述回波并将所述回波朝向所述回波探测单元反射。

Description

激光雷达以及使用该激光雷达进行目标物探测的方法

技术领域

本公开涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于多面转镜的异面收发的激光雷达以及使用该激光雷达进行目标物探测的方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***，是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、交通通讯、无人机、智能机器人、资源勘探等领域。

激光雷达通常由发射***、接收***、信息处理等部分组成，其中发射***通常包括各种形式的激光器和发射光学***，接收***通常包括采用各种形式的光电探测器和接收光学***。

如何优化激光雷达的机械和光路结构，从而提高收发效率、提高测程以及使得激光雷达更加小型化，是相关领域技术人员持续需要解决的问题。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

本发明提供一种激光雷达以及利用该激光雷达进行目标物探测的方法。

根据本发明的一个方面，激光雷达包括：

激光发射单元，所述激光发射单元包括多个激光器的阵列，其中所述激光器的阵列为非均匀分布的，配置成可发射出探测激光束；

回波探测单元，所述回波探测单元包括多个探测器的阵列，配置成可接收所述探测激光束被目标物反射后的回波；和

多面转镜，所述多面转镜可围绕其转轴旋转，具有与所述转轴平行的多个反射面，其中所述多面转镜位于所述激光发射单元的光路下游，并位于所述回波探测单元的光路上游，其中一个反射面可接收所述探测激光束并反射到所述激光雷达外部，其中另一个反射面可接收所述回波并将所述回波朝向所述回波探测单元反射。

根据本发明的另一个方面，所述激光器的阵列中，沿着所述激光雷达纵向在中间位置处，激光器阵列的密度相对更高，在两边的位置处，激光器的密度相对较低，所述多面转镜包括双面镜、正三面转镜、正方形转镜或正五边形转镜中的一种，所述多面转镜配置成围绕其转轴单向旋转。

根据本发明的另一个方面，所述多个激光器的阵列和多个探测器的阵列相对于所述多面转镜的转轴设置在基本相同的纵向位置上。

根据本发明的另一个方面，所述多面转镜还包括驱动机构，所述驱动机构基本位于所述第一反射面和第二反射面围成的空间内。

根据本发明的另一个方面，所述多个激光器的阵列沿着所述转轴方向包括多行激光器，每行包括至少一个激光器；所述多个探测器的阵列沿着所述转轴方向包括多行探测器，每行包括至少一个探测器。

根据本发明的另一个方面，入射到所述多面转镜的探测激光束与接收时被所述多面转镜反射后的回波之间的夹角是所述多面转镜外角的两倍。

根据本发明的另一个方面，所述激光雷达，还包括：

发射摆镜和发射透镜，依次设置在所述激光器的阵列与所述多面转镜之间，其中所述探测激光束入射到所述发射摆镜上，被反射到所述发射透镜，经所述发射透镜整形后入射到所述多面转镜；

接收透镜和接收摆镜，依次设置在所述多面转镜与所述探测器的阵列之间，其中所述多面转镜将所述回波反射到所述接收透镜，经所述接收透镜整形后入射到所述接收摆镜上，然后被反射到所述探测器的阵列。

根据本发明的另一个方面，所述激光器的阵列包括沿着垂直于所述转轴方向的第二方向分布的多列激光器，每列包括至少一个激光器，其中不同列的激光器沿着所述转轴方向相互错开。

根据本发明的另一个方面，所述多面转镜配置成使得所述激光雷达最终出射的探测激光束的方向和激光雷达接收的回波的方向基本平行。

根据本发明的另一个方面，所述激光器的阵列采用按列出光、单列内间隔发光的方式被驱动发光。

本发明还涉及一种使用如上所述的激光雷达进行目标物探测的方法。

根据本发明实施例的一种垂直阵列收发单元水平多面转镜实现二维扫描的激光雷达***，其中垂直方向通过阵列的位置以及光学透镜组确定视场角，水平方向通过往复运动的摆镜将垂直的线阵或1.5维阵列进行水平扫描。本发明的实施例能够实现一个高度紧凑的激光雷达。相比于同轴多面转镜方式的激光雷达，本发明实施例的方案收发效率较高，从而有助于扩大绝对测程。相比于上下分层的旁轴多面转镜的激光雷达，上下分层的方式造成激光雷达高度较高，而本发明的方案能够有效降低激光雷达的高度，能够更方便地安装在车辆上。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的示意图；

图2-图4示出了根据本发明优选实施例的激光雷达的示意图，其中具有不同形状的多面转镜；

图5A和5B示出了根据本发明优选实施例的多面转镜，其中内部设置有驱动机构；

图6和图7示出了根据本发明优选实施例的激光器阵列的排布方式；

图8示出了激光器阵列的发光时序示意图；和

图9A和9B示出了在旋转过程中激光雷达的发射口径和接收口径的变化示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，因此不能理解为对本发明的限制。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所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明一个实施例的激光雷达10，下面参考图1详细描述。如图1所示，激光雷达10包括激光发射单元11、回波探测单元12以及多面转镜13。其中所述激光发射单元11包括多个激光器111构成的阵列，例如沿着图1中垂直纸面的方向排布。激光器111安装在电路板上，并且配置成可发射出探测激光束L1，用于探测目标物。所述激光器111的阵列可以是由单个激光器或线阵激光器或面阵激光器形成的激光器阵列，所述激光器包括边发射型激光器或垂直腔面发射激光器。探测激光束L1在目标物上发生漫反射，部分反射回波L2返回到激光雷达10。回波探测单元12包括多个探测器121构成的阵列，例如沿着图1中垂直纸面的方向排布，配置成可接收所述探测激光束被目标物反射后的回波。所述探测器141包括但不限于光电二极管、SiPM、SPAD等光电探测器，可以将回波L2转换成电信号，该电信号可以反映回波L2的强度。激光雷达的处理装置根据探测激光束的发射时间和回波的接收时间之间的时间差，即飞行时间TOF(Time of Flight)，就可以计算获得目标物的距离。

根据本发明的一个优选实施例，所述激光器的阵列中，激光器为非均匀分布的，例如沿着所述激光雷达纵向，在阵列的中间位置处，激光器的密度相对于两边的位置更高，在两边的位置处，激光器的排布密度相对较低。通过这样的方式，可以有效提高激光雷达在大约对应驾驶员眼睛平行方向的视场的探测精度，而驾驶员眼睛平行视场是激光雷达的视场中最为关键的部分，或者说是前向雷达很重要的视场，因此提高中间位置视场探测精度对于激光雷达有重要的意义。

所述多面转镜13可围绕其转轴135旋转，优选为沿着一个方向单向旋转，如图1中的箭头R所示。所述多面转镜13具有与所述转轴135平行的多个反射面。图1中示出了多面转镜13为正方形截面转镜的情形，其中正方形的四个边分别构成四个反射面，分别为131、132、133和134。所述多面转镜13位于所述激光发射单元11的光路下游，并位于所述回波探测单元12的光路上游，其中一个反射面可接收所述探测激光束L1并反射到所述激光雷达外部，用于探测目标物，其中另一个反射面可接收所述回波L2并将所述回波朝向所述回波探测单元12反射。如图1所示，在当前位置，探测激光束L1入射到反射面131上并被反射到激光雷达外部，回波L2入射到反射面132上，然后被朝着回波探测单元12反射。随着多面转镜13围绕其转轴135旋转，其多个反射面中不同的反射面分别用于反射探测激光束和反射雷达回波。并且优选的，同一个反射面不会同时用于反射探测激光束和反射雷达回波。

图1中示出了正方形转镜的实施例，本发明不限于此，所述多面转镜13可以是双面镜、正三角形转镜、正五边形转镜、或边数更多(大于5)的正多边形中的任一种，所述多面转镜13配置成围绕其转轴单向旋转。图2中示出了双面转镜的实施例。如图2所示，其中多面转镜13为双面转镜，包括相反的两个反射面131和132。并且为了适应激光雷达10中的光路布置需求，其中还可包括第一折转镜136和第二折转镜137，其中第一折转镜136用于改变经所述多面转镜13反射后的探测激光束L1的方向，第二折转镜136用于改变激光雷达接收的回波L2的方向，使其入射到所述多面转镜13的反射面132上。第一折转镜136和第二折转镜137通常是固定的，从而沿着固定的方向反射入射的光线。当然，第一折转镜136和第二折转镜137也可以设置为振动或者可旋转，通过与多面转镜13配合，从而可以进一步提高点云的分辨率。通过设置第一折转镜136和第二折转镜137，可以使得激光雷达10的结构更加紧凑。图5中示出了正五边形转镜的示意图。如图所示，正五边形转镜13的相邻两个侧面构成的反射镜分别用于反射探测激光束L1和回波L2。

图4示出了根据本发明的一个优选实施例，其中所述多面转镜13是正三角形转镜，具有反射面131、132和133。另外，所述激光雷达10还包括发射摆镜14、发射透镜15、接收透镜16和接收摆镜17。其中所述发射摆镜14和发射透镜15依次设置在所述激光器11的阵列与所述多面转镜13之间，其中所述探测激光束L1入射到所述发射摆镜14上，被反射到所述发射透镜15，经所述发射透镜15整形后入射到所述多面转镜。激光器111发出的探测光束通常带有一定发散角，通过发射透镜15可以被整形为平行光束并出射，用于探测目标物。所述接收透镜17和接收摆镜17依次设置在所述多面转镜13与所述探测器121的阵列之间，其中所述多面转镜13将所述回波反射到所述接收透镜16，经所述接收透镜16整形后入射到所述接收摆镜17上，然后被反射到所述探测器121的阵列。所述激光器111通常设置在所述发射透镜15的焦平面上，探测器121通常设置在所述接收透镜16的焦平面上。另外本领域技术人员理解，图4中，图示的两根共同出射或接收的光线仅指代光束的发散(从点逐渐变成一个大光斑)或者汇聚(从一个光斑逐渐缩小为一个点)，并不是指代水平扫描范围。

发射摆镜14和接收摆镜17在一些实施例中是特别优选的。发明人发现，随着多面转镜镜面数量的增加，实际可使用的视场FOV逐渐减小，但是通过摆镜加密等手段，可以实现的垂直方向的线束以及角分辨率逐渐增加。

根据本发明的一个优选实施例，激光雷达10的激光器111的阵列和探测器121的阵列是沿着竖直方向(即图中多面转镜13的转轴135的方向)的一维线阵或者1.5维线阵，线阵中每一个激光器的出光方向对应于竖直平面内的一个角度，从而实现竖直方向上的扫描；而在水平方向上，通过多面转镜13的单向旋转实现扫描，从而实现了竖直方向和水平方向上的二维扫描。本发明中，1.5维线阵是指这样的阵列，其中线阵一个维度的长度要远远大于另一个维度的长度，例如大于等于另一个维度长度的10倍。举例来说，例如64*2或者40*2的激光器阵列，可认为是本发明意义下的1.5维线阵。

图5A和5B示出了根据本发明的一个优选实施例，如图所示，所述正三角形的多面转镜13还包括位于其内部的驱动机构138，驱动机构138例如为旋转电机，其包括轴承140，轴承140与转镜13的转轴135相互配合，从而围绕多面转镜13的转轴135旋转，带动所述多面转镜13外周上的多个反射面进行转动。所述驱动机构138基本位于所述反射面围成的空间内，从而有助于进一步减小激光雷达的高度，并且上端和下端不超出所述反射面的轴向范围。另外如图5A所示，所述多面转镜13还包括编码盘139，编码盘139设置于所述转镜13的底部，用于对所述转镜13的转动运动进行测量和编码，从而激光雷达10的控制***可以获知转镜13当前的位置和角度。

根据上述实施例，多面转镜10的高度基本约束了激光雷达的总高，同时在保持较大口径的前提下，仍能实现一个非常扁平的激光雷达***，多面转镜的高度基本就是激光雷达的高度，高度大概可以为数个厘米级。激光雷达可根据其功能划分为多种类型，包括用于自动驾驶的激光雷达、用于扫地机器人的激光雷达、以及用于自动引导车的激光雷达。另外，激光雷达可能安装在不同的位置处。以车辆上安装的激光雷达为例，其可能安装在车顶上作为主雷达，也可能安装在车辆前部(例如集成在车灯内)作为前向雷达，或者安装在车辆侧部作为侧向雷达。通过实现扁平化的激光雷达，可以方便地将激光雷达集成在车辆的各个位置，例如集成在车灯内或者车身内，减少对于车辆外观的改变和影响。

根据本发明的一个优选实施例，入射到所述多面转镜13的探测激光束L1与接收时被所述多面转镜反射后的回波L2之间的夹角是所述多面转镜13的外角的两倍，或者可描述为激光器111的出光方向与探测器121的探测方向之间的夹角是所述多面转镜13的外角的两倍。如图1所示，对于正方形的转镜13，入射到所述多面转镜13的探测激光束L1与接收时被所述多面转镜反射后的回波L2之间的夹角为180度，多面转镜13的各个外角为90度，二者为二倍的关系。本发明中，多面转镜的外角是与多面转镜的内角成互补关系的角。对于图3的正五边形的转镜13，入射到所述多面转镜13的探测激光束L1与接收时被所述多面转镜反射后的回波L2之间的夹角为144度，多面转镜13的外角为72度，二者为二倍的关系。对于图4的正三角形的转镜13，入射到所述多面转镜13的探测激光束L1与接收时被所述多面转镜反射后的回波L2之间的夹角为240度，多面转镜13的各个外角为120度，二者为二倍的关系。通过以上角度关系，有助于使得激光雷达最终出射的探测光束的方向和雷达接收的回波的方向基本是平行的，包括在摆动过程中仍然保持平行。另外，可以使得激光雷达的发射和接收能够对准，也就是激光器发射出的探测激光束被目标物反射后的回波，经过多面转镜反射后，能够入射到所对应的探测器121中。当光束为扩散或者汇聚的光束时，光束的方向是指光束中心所在的方向。对于回波也是如此。而对于双面转镜，如图2所示，入射到所述多面转镜13的探测激光束L1与接收时被另一个反射面反射后的回波L2可以是同向的。

图6示出了根据本发明一个优选实施例的激光器111的排布，其中所述激光器111的阵列包括沿着垂直于所述转轴方向的第二方向分布的多列激光器，图中示出为两列，每列包括至少一个激光器，其中不同列的激光器沿着所述转轴方向相互错开。通过在垂直方向上错位排布加密，能够减少垂直方向排布高度，提升垂直方向分辨率。另外，虽然在图6中未示出，但本领域技术人员容易理解，图6中两组激光器在垂直于图面的方向上优选相互错开，从而便于布置激光器。

可替换的，如图7所示，所述激光器111的阵列也可以沿着所述转轴方向成单列构造，通过图4所示的发射摆镜14来进行加密。假设发射摆镜14具有三个位置，在三个位置处分别可以反射探测激光束，那么对于同一个激光器，其发出的探测激光束将被加密为三束，如图7中的“面1”、“面2”和“面3”所示的。另外根据本发明的一个实施例，在通过摆镜的方式进行加密过程中，多面转镜13每切换一个反射面，摆镜垂直摆动一个固定的小角度；因此减少了垂直发射和接收阵列所需的通道数，或者在使用相同通道数时实现了超分辨率效果。

另外，根据本发明的一个优选实施例，所述多个激光器111的阵列和多个探测器121的阵列相对于所述多面转镜13的转轴135设置在基本相同的纵向位置上，从而有助于实现一个非常扁平的激光雷达。仍然以图6和图7为例进行说明，在沿着多面转轴13的转轴135的方向上，所述激光器111的阵列与探测器121的阵列在轴向位置上是相对应的，均不超出所述多个反射面的轴向范围，从而能够显著降低激光雷达的高度。

本发明还涉及一种使用如上所述的激光雷达10进行目标物探测的方法。

图8示出了根据本发明一个优选实施例的发光策略：按列出光，单列内间隔发光。图8中示意性示出了激光器阵列的排布，例如分为四列，每列9个激光器。在发射探测光束时，采取按列出光、单列内间隔发光的模式。具体的，首先驱动第一列激光器内部分激光器发光，在第一列激光器发光完毕后，驱动第二列激光器发光，并以此驱动第三列和第四列激光器发光。其中对于第一列激光器，优选地避免相邻的激光器同时发光，从而保证人眼安全。为此，可以按照一定的间隔进行发光，例如首先驱动其中A序列的多个激光器进行发光(位置为1、4、7)，在该激光器发光完毕并完成相应通道的探测和接收后，驱动B序列的多个激光器进行发光(位置为2、5、8)，最后驱动C序列的激光器进行发光(位置为3、6、9)。相邻列序列之间的时间间隔与多面转镜面数和***的水平分辨率有关。该扫描方式对于提高人眼安全阈值是有显著作用的，另一方面，即使在非常高的横向角分辨率下，横向的最小的列出光时间间隔Δt₂仍会远大于行出光时间间隔Δt₁；那么，在一个给定的人眼安全计算窗口(比如典型的5毫弧度视场内)，激光雷达的人眼安全会受限于单列内相邻的出光单元。在扫描序列从ⅰ切换到ⅱ的过程中，通过错位发光能够增加两个前后发光激光器的物理距离，进一步有效提高人眼安全阈值；其中同一列中，把最相邻单元的发光间隔拉到最大为原则，比如图示中A序列先发光，然后C序列，最后B序列。另外，本领域技术人员容易理解，本发明中A序列的多个激光器同时发光，并非是指A序列的多个激光器严格意义上被同时驱动发光，可以间隔微小的时间差，只要该时间差远小于相邻列之间的时间差即可，例如小于等于相邻列之间的时间差的10％，或者1％。在这种情况下，可以认为A序列的多个激光器是同时发光的。

本发明实施例的一种显著特征是收发具有能量互补特性。如图9A和9B所示。图9A和9B中以正三角形的多面转镜为例进行说明，其中实线的三角形A指示处于初始居中位置的多面转镜，三角形A’指示多面转镜旋转为朝向发射端的情形，三角形A”多面转镜旋转为朝向接收端的情形。

如图9A和9B所示的，当多面转镜初始居中时，发射口径和接收口径正好完全对应多面镜的反射面宽度。而当多面镜往发射端旋转时，如三角形A’所示，有效的出射光能量增加，但是有效接收口径在减小；反之，在多面镜往接收端旋转时，如三角形A”所示的，有效的出射光能量减少，但是有效接收口径在增加。这种方式的显著优点主要在于可以使用一个反射面较小的多面转镜实现一个较大的水平视场，反射面较小的多面转镜运动部件的尺寸以及惯量较小，减小了***体积并且提高了***的可靠性，但是仍然能够保证较远的测程。

以上描述了根据本发明实施例的一种垂直阵列收发单元水平多面转镜实现二维扫描的激光雷达***，其中垂直方向通过阵列的位置以及光学透镜组确定视场角，水平方向通过往复运动的摆镜将垂直的线阵或1.5维阵列进行水平扫描。本发明的实施例能够实现一个高度紧凑的激光雷达。相比于同轴多面转镜方式的激光雷达，本发明实施例的方案收发效率较高，从而有助于扩大绝对测程。相比于上下分层的旁轴多面转镜的激光雷达，上下分层的方式造成激光雷达高度较高，而本发明的方案能够有效降低激光雷达的高度，能够更好地安装在车辆上。另外，由于上下分层方式中发射和接收光学***存在物理的隔离，因此不可避免地存在比较可观的近距离盲区，而异面收发方案的发射和接收光斑之间理论上存在交叠，因此即使距离很近时必然能有一部分能量能够被接收端光学***所接收，所以异面收发方案的近距离盲区会比上下分层的方案小。

另外，本发明实施例中，激光的收发可以接近理论的收发效率极限，从而利于测远。另外，低速转动的多面转镜反射口径可以做到很大，测程可以很远。由于该雷达架构不管是***收发效率以及人眼安全角度都十分高效有利，因此可以减少激光器出光能量降低***功耗或提供发射单元可靠性，并且有利于人眼安全，或者可以在使用和其他同类***相当能量下获得更远的测程。

本发明的实施例中，垂直方向可通过阵列实现通道数，整个阵列通过水平多面转镜旋转扫描实现二维扫描，但是发射和接收使用多面转镜的相邻面，从而实现收发的分离。本发明实施例中，激光雷达的垂直视场可以达到几十度(取决于阵列垂直方向的长度、焦距等)，水平视场可以从几度、几十度到一百多度。垂直方向通过探测器通道数保证雷达线束，发射端的激光器阵列可以是与探测器数目一一对应的独立光源，也可以是同时照亮几个单元的分段线光源。

另外，水平扫描的频率可以与激光雷达的帧频相匹配，比如雷达帧频10赫兹，多面转镜的一组收发反射面为一帧时，多面转镜的转动频率为10/N赫兹，如果多面转镜的N个反射面合为一帧，那么多面转镜转动频率等同为10赫兹。

另外，本发明的***高度最终基本取决于反射镜的高度(整个电机可以嵌入反射镜模组内)，因此，该方案有可能实现高度非常紧凑扁平的激光雷达***，从而满足大规模量产乘用车的需求。多面转镜异面收发时，通过使用较大的发射和接收光学口径，在多面转镜转动时发射和接收的有效光学口径是不相等的，从而异面收发可以具有能量的互补特性：当发射端有效的出射能量减小时，接收端的有效接收口径增大，从而弥补了发射能量减小的测程损失，反之亦然，那么实际的多面转镜外接圆半径可以较小，便于减小体积和提高可靠性

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、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，包括：

激光发射单元，所述激光发射单元包括多个激光器的阵列，其中所述激光器的阵列为非均匀分布的，配置成可发射出探测激光束用于探测目标物；

回波探测单元，所述回波探测单元包括多个探测器的阵列，配置成可接收所述探测激光束被目标物反射后的回波；和

多面转镜，所述多面转镜可围绕其转轴旋转，具有与所述转轴平行的多个反射面，其中所述多面转镜位于所述激光发射单元的光路下游，并位于所述回波探测单元的光路上游，其中一个反射面可接收所述探测激光束并反射到所述激光雷达外部，其中另一个反射面可接收所述回波并将所述回波朝向所述回波探测单元反射。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其中所述激光器的阵列中，沿着所述激光雷达纵向在中间位置处，激光器的排布密度相对更高，在两边的位置处，激光器的排布密度相对更低，所述多面转镜包括双面镜、正三面转镜、正方形转镜、正五边形转镜或边数大于5的正多边形中的一种，所述多面转镜配置成围绕其转轴单向旋转。

3.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中所述多个激光器的阵列和多个探测器的阵列相对于所述多面转镜的转轴设置在基本相同的轴向位置上。

4.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中所述多面转镜还包括驱动机构，所述驱动机构基本位于所述其中一个反射面和另一个反射面围成的空间内。

5.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中所述多面转镜是正多边形转镜，入射到所述多面转镜的探测激光束与被所述多面转镜反射后的回波之间的夹角是所述多面转镜外角的两倍。

6.根据权利要求1或2所述的激光雷达，还包括：

发射摆镜和发射透镜，依次设置在所述激光器的阵列与所述多面转镜之间，其中所述探测激光束入射到所述发射摆镜上，被反射到所述发射透镜，经所述发射透镜整形后入射到所述多面转镜；

接收透镜和接收摆镜，依次设置在所述多面转镜与所述探测器的阵列之间，其中所述多面转镜将所述回波反射到所述接收透镜，经所述接收透镜汇聚后入射到所述接收摆镜上，然后被反射到所述探测器的阵列。

7.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中所述激光器的阵列包括沿着垂直于所述转轴方向的第二方向分布的多列激光器，每列包括至少一个激光器，其中不同列的激光器沿着所述转轴方向相互错开。

8.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中所述多面转镜配置成使得所述激光雷达最终出射的探测激光束的方向和激光雷达接收的回波的方向基本平行。

9.根据权利要求7所述的激光雷达，其中所述激光器的阵列采用按列出光、单列内间隔发光的方式被驱动发光。

10.使用如权利要求1-9中任一项所述的激光雷达进行目标物探测的方法。

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