TWI802917B - 雷射光路系統及雷射雷達 - Google Patents

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Abstract

本申請提供一種雷射光路系統，包括：光源，用於發射光源雷射；掃描振鏡，用於接收至少部分光源雷射並引導至目標物體，以被所述目標物體以探測光反射，所述掃描振鏡用於接收所述探測光並出射，所述探測光和所述至少部分光源雷射共光路；探測器，位於所述探測光的光路上，用於接收所述掃描振鏡出射的所述探測光，根據所述探測光產生探測訊號並輸出所述探測訊號；以及控制器，所述控制器電連接所述光源及所述探測器，用於接收所述探測器輸出的所述探測訊號，並用於根據所述探測訊號獲取所述目標物體的信息。本申請還提供一種雷射雷達。

Description

雷射光路系統及雷射雷達
本申請涉及雷射探測技術領域，尤其涉及一種雷射光路系統及應用該雷射光路系統的雷射雷達。
雷射雷達作為一種新興技術被廣泛應用於無人駕駛、雷射測距等領域。其藉由出射光源雷射並接收環境反射雷射可精確獲知環境信息。現有的雷射雷達光路系統中，一方面，該光源雷射的出射光路與該環境反射雷射的接收光路相互獨立，往往導致光路系統設計複雜；另一方面，長時間持續輸出高功率的光源雷射引起散熱不佳；進一步的，當該雷射雷達應用於車載環境時，該雷射雷達中一些光學器件(例如雷射掃描振鏡)對於車輛振動的耐受性較差，易縮短所述雷射雷達的使用壽命。
本申請一方面提供一種雷射光路系統，包括：光源，用於發射光源雷射；掃描振鏡，位於所述光源雷射的光路上，用於接收至少部分光源雷射，並用於引導所述至少部分光源雷射至目標物體，所述至少部分光源雷射被所述目標物體以探測光反射，所述掃描振鏡還用於接收所述探測光並出射，所述探測光和所述至少部分光源雷射共光路；探測器，位於所述探測光的光路上，用於接收所述掃描振鏡出射的所述探測光，根據所述探測光產生探測訊號並輸出所述探測訊號；以及控制器，所述控制器電連接所述光源及所述探測器，用於接收所述探測器輸出的所述探測訊號，並用於根據所述探測訊號獲取所述目標物體的信息。
本申請另一方面提供一種雷射雷達，包括如上述的雷射光路系統。
上述雷射光路系統，掃描振鏡既用於將光源出射的光源雷射引導至目標物體，又用於接收目標物體反射的探測光，使得光源雷射和探測光共光路，該光路結構有利於減小雷射光路系統的整體體積。
100:雷射雷達
10:雷射光路系統
11:光源
12:光引導元件
13:功率探測器
14:探測器
15:掃描振鏡
16:透鏡
17:控制器
L1:光源雷射
L2:探測光
200:目標物體
圖1為本申請實施例提供的雷射雷達的模塊結構示意圖。
圖2為本申請實施例提供的雷射光路系統的光路結構示意圖。
請參閱圖1，本實施例提供的雷射雷達100，可用於探測目標物體200。雷射雷達100例如可應用於自動駕駛、三維測繪、安防監控等各種場景。雷射雷達100在上述應用場景下主要實現探測目標物體200的距離、形狀等功能。
請參閱圖2，雷射雷達100包括雷射光路系統10包括光源11，光源11用於發射光源雷射L1。本實施例中，光源11為一雷射器。於其他實施例中，光源11也可以為一包括多台雷射器的雷射器陣列。
雷射光路系統還包括光引導元件12、功率探測器13及掃描振鏡15。本實施例中，光引導元件12為一分光片，其用於反射部分光源雷射L1至功率探測器13，並用於透射另一部分光源雷射L1至掃描振鏡15。於其他實施例中，光引導元件12也可不為分光片，光引導元件12例如可為區域鍍膜片、透鏡組合等。本申請不限制光引導元件12的具體結構或具體類型，只要可用於將部分光源雷射L1引導至功率探測器13，並將另一部分光源雷射L1引導至掃描振鏡15即可。
功率探測器13用於根據接收到的光源雷射L1進行光電轉換，以生成反饋訊號。該反饋訊號為電訊號，例如可為電流訊號或電壓訊號。
掃描振鏡15用於將接收到的部分光源雷射L1引導至目標物體200。本實施例中，掃描振鏡15可旋轉。藉由控制掃描振鏡15旋轉不同的角度，可將入射至掃描振鏡15的光以不同角度反射出去。
在雷射光路系統10工作過程中，掃描振鏡15可在不同的工作時段旋轉不同的角度，以在不同的工作時段將光源雷射L1引導至目標物體200上的不同位置或將光源雷射L1引導至不同的目標物體200。
圖2中所示雷射光路系統10包括一掃描振鏡15，於其他實施例中，也可包括複數掃描振鏡15，每個掃描振鏡15設置為可在特定方向發生一定角度的旋轉，藉由控制複數掃描振鏡15的旋轉角度，使得複數掃描振鏡配合將接收到的光以特定的角度引導至目標物體200。
光源雷射L1照射至目標物體200時，目標物體200對光源雷射L1進行反射，本實施例中，將目標物體200反射的光定義為探測光L2。本實施例中，目標物體200為環境中需要被偵測的物體，例如當雷射雷達100應用於無人駕駛車輛時，目標物體200可為位於該車輛行進路徑上的一障礙物。
當雷射雷達100應用於無人駕駛車輛時，該無人駕駛車輛易發生顛簸導致掃描振鏡15發生振動，本實施例中，掃描振鏡15為電磁驅動式的掃描振鏡，其對振動的耐受性較強，故電磁驅動式的掃描振鏡15有利於提高雷射光路系統10整體的穩定性，進而延長雷射雷達100的使用壽命。
雷射光路系統10還包括透鏡16，本實施例中，透鏡16可用於將光源雷射聚焦至目標物體200，並用於接收目標物體200反射的探測光L2，將探測光L2聚焦至掃描振鏡15上。
雷射光路系統10還包括探測器14。掃描振鏡15還用於引導探測光L2至光引導元件12，光引導元件12用於反射探測光L2至探測器14，探測器14用於根據接收到的探測光L2進行光電轉換，以生成探測訊號。該探測訊號為電訊號，例如可為電流訊號或電壓訊號。
雷射光路系統10還包括控制器17。控制器17分別與光源11、掃描振鏡15、功率探測器13及探測器14電連接，用於控制光源11出射雷射，控制掃描振鏡15的旋轉角度，並用於接收探測器14產生的探測訊號和功率探測器13產生的反饋訊號，還用於根據該反饋訊號控制下一時刻光源11輸出光源雷射L1的功率，根據探測訊號獲取目標物體200的信息(距離信息、形狀信息等)。
以下對上述的雷射光路系統的工作過程進行闡述： 控制器17輸出第一控制訊號至光源11，控制光源11以一初始功率輸出光源雷射L1。光源雷射L1入射至光引導元件12。光引導元件12反射部分光源雷射L1至功率探測器13，並透射部分光源雷射L1至掃描振鏡15。
功率探測器13根據接收到的光源雷射L1，產生反饋訊號，該反饋訊號攜帶光源雷射L1的功率信息。功率探測器13回傳該反饋訊號至控制器17，控制器17可根據該反饋訊號獲取光源雷射L1的功率。也即，上述過程使得當光源11出射雷射時，控制器17即可獲知當前光源11出射的光源雷射L1的功率，從而實現對光源雷射L1的功率的實時監控。
藉由對光源雷射L1的功率的實時監控，可比對實際出射的光源雷射L1的功率與所述初始功率是否一致(實際工作過程中也可允許一定程度的誤差，而不必完全相同，也即，即便兩者之間存在一定的差異，然只要該差異在設定的範圍內，認定兩者是一致的)。若判斷一致，則表明光源11工作正常，若判斷不一致，則表明光源11工作異常。
故，本實施例中，藉由對光源雷射L1的功率進行實時監控，有利於對光源11的故障進行及時排查，可在光源11工作異常時及時修理或更換，有利於避免異常工作的光源導致雷射光路系統10獲得的信息的準確度下降。
掃描振鏡15接收到光源雷射L1後，配合透鏡16，將光源雷射L1引導至目標物體200。目標物體200反射探測光L2。透鏡16將探測光L2聚焦至掃描振鏡15，掃描振鏡15配合光引導元件12將探測光L2引導至探測器14。探測器14接收到探測光L2後，根據探測光L2生成探測訊號，並回傳該探測訊號至控制器17。控制器17根據該探測訊號，基於預設算法獲取目標物體200的信息。目標物體200的信息例如為目標物體200的距離信息、形狀信息等。
且根據上述描述並結合附圖可知，光源雷射L1與探測光L2在目標物體200至光引導元件12段共光路，該共光路的結構有利於縮減整個雷射光路系統10所占的體積，進而有利於降低光路複雜度。
進一步的，控制器17還可根據接收到的探測光L2獲取當前所處環境的環境光強度，根據該環境光強度調節下一時刻光源11輸出光源雷射L1的功率。
具體的，光源11輸出光源雷射L1的功率與環境光強度成正比：環境光強度越高，光源11輸出光源雷射L1的功率越大；反之越小。
該方式有利於使得控制器17根據環境光強度實時調節光源11輸出光源雷射L1的功率，也即在環境光強度較低時減小光源11輸出光源雷射L1的功率，並在環境光強度較高時增加光源11輸出光源雷射L1的功率，有利於避免長時間以高功率開啟光源11。從而一方面有利於減少光源11產生的熱量，改善光源11散熱不佳的問題；另一方面有利於降低雷射光路系統10整體的能耗。
本實施例提供的雷射光路系統10，第一方面，掃描振鏡15既用於將光源11出射的光源雷射L1引導至目標物體200，又用於接收目標物體200反射的探測光L2，使得光源雷射L1和探測光L2共光路，該光路結構有利於減小雷射光路系統10的整體體積。
第二方面，控制器17可根據功率探測器13輸出的反饋訊號實時監控光源11實際輸出光源雷射L1的功率，以判斷光源11是否正常工作，有利於及時檢測到光源11工作異常的情況。
第三方面，控制器17根據環境光強度實時調節光源11輸出光源雷射L1的功率，也即在環境光強度較低時減小光源11輸出光源雷射L1的功率，有利於減少光源11產生的熱量，改善光源11散熱不佳的問題；還有利於降低雷射光路系統10整體的能耗。
第四方面，掃描振鏡15設置為電磁驅動式掃描振鏡，對振動的耐受性更高，當雷射光路系統10應用於易發生振動的裝置(例如無人駕駛車輛)中時，有利於提升雷射光路系統10的穩定性，進而有利於延長雷射光路系統10的壽命。
本技術領域之普通技術人員應當認識到，以上之實施方式僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明之限定，只要於本發明之實質精神範圍之內，對以上實施例所作之適當改變及變化均落於本發明要求保護之範圍之內。
10:雷射光路系統
11:光源
12:光引導元件
13:功率探測器
14:探測器
15:掃描振鏡
16:透鏡
17:控制器
L1:光源雷射
L2:探測光
200:目標物體

Claims (9)

  1. 一種雷射光路系統，其改良在於，包括：光源，用於發射光源雷射；掃描振鏡，位於所述光源雷射的光路上，用於接收至少部分光源雷射，並用於引導所述至少部分光源雷射至目標物體，所述至少部分光源雷射被所述目標物體以探測光反射，所述掃描振鏡還用於接收所述探測光並出射，所述探測光和所述至少部分光源雷射共光路；探測器，位於所述探測光的光路上，用於接收所述掃描振鏡出射的所述探測光，根據所述探測光產生探測訊號並輸出所述探測訊號；控制器，所述控制器電連接所述光源及所述探測器，用於接收所述探測器輸出的所述探測訊號，根據所述探測訊號獲取所述目標物體的信息，還用於根據環境光的強度調節所述光源出射的所述光源雷射的功率，所述光源雷射的功率與所述環境光的強度；以及功率探測器，位於所述光源雷射的光路上並電連接所述控制器，所述功率探測器用於接收部分光源雷射，根據所述部分光源雷射產生反饋訊號並輸出所述反饋訊號，所述反饋訊號攜帶有所述光源出射的所述光源雷射的功率信息，所述控制器還用於根據所述反饋訊號監控所述光源的工作狀態。
  2. 如請求項1所述的雷射光路系統，其中，所述掃描振鏡為電磁驅動式掃描振鏡。
  3. 如請求項1所述的雷射光路系統，其中，所述掃描振鏡可旋轉，所述控制器藉由控制所述掃描振鏡旋轉不同的角度以控制所述掃描振鏡將所述光源雷射以不同的角度引導至所述目標物體。
  4. 如請求項1所述的雷射光路系統，其中，還包括光引導元件，所述光引導元件用於將所述部分光源雷射引導至所述功率探測器，並用於將另一部分光源雷射引導至所述掃描振鏡。
  5. 如請求項4所述的雷射光路系統，其中，所述光引導元件用於將所述部分光源雷射反射至所述功率探測器，並用於將所述另一部分光源雷射透射至所述掃描振鏡。
  6. 如請求項1所述的雷射光路系統，其中，所述控制器用於根據所述功率探測器輸出的反饋訊號，獲取所述光源輸出的光源雷射的實際功率， 當所述實際功率與所述光源的初始功率一致時，判斷所述光源工作正常，當所述實際功率與所述光源的初始功率不一致時，判斷所述光源工作異常。
  7. 如請求項1所述的雷射光路系統，其中，所述目標物體的信息至少包括所述目標物體的距離信息或所述目標物體的形狀信息。
  8. 如請求項1所述的雷射光路系統，其中，包括複數所述掃描振鏡，每個所述掃描振鏡為可旋轉的，所述控制器用於控制複數掃描振鏡旋轉不同的角度，使得所述複數掃描振鏡配合將接收到的所述光源雷射以不同的角度引導至所述目標物體。
  9. 一種雷射雷達，其改良在於，包括如請求項1至8任一項所述的雷射光路系統。
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