CN107918133A - 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：发射器，用于发射出射激光；发射端准直单元，用于准直所述出射激光；其中，所述发射端准直单元设置于发射端参考平面上，所述发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近，所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上移动。本发明能增加激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率。

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系统，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。此外，现有技术中的激光雷达的垂直分辨率由单位长度上的激光发射器的个数决定，由于激光发射器有一定的体积，对应的光学单元体积也有限，因此现有技术中的激光雷达的可探测范围有限，视场范围也较小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一方面，本发明实施例中提供了一种激光雷达及激光雷达控制方法，所述激光雷达包括：

发射器，用于发射出射激光；

发射端准直单元，用于准直所述出射激光；

其中，所述发射端准直单元设置于发射端参考平面上，所述发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近，所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上移动。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上做直线往复移动。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做平行于水平面的直线往复移动。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做垂直于水平面的直线往复移动。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上按照预设轨迹做移动。

可选的，所述激光雷达还包括：

接收端聚焦单元，用于聚焦反射激光，所述反射激光为所述出射激光经被测物体反射后的激光；

接收器，用于接收聚焦后的反射激光；

其中，所述接收端聚焦单元设置于接收端参考平面上，所述接收器的接收光口设置于所述接收端聚焦单元的焦平面附近，

所述接收端聚焦单元在所述接收端参考平面上移动，且与所述发射端准直单元之间保持相对位置不变。

第二方面，提供了一种激光雷达控制方法方法，所述方法包括：

发射器发射出射激光；

发射端准直单元准直所述出射激光；

所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动；

其中，所述发射端准直单元设置于所述发射端参考平面上，所述发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上做直线往复移动。

其中，发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做平行于水平面的直线往复移动。

其中，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做垂直于水平面的直线往复移动。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上按照预设轨迹做移动。

可选的，所述方法还包括：

接收端聚焦单元聚焦反射激光，所述反射激光为所述出射激光经被测物体反射后的激光；

接收器接收聚焦后的反射激光；

所述接收端聚焦单元在接收端参考平面上移动，且与所述发射端准直单元之间保持相对位置不变；

其中，所述接收端聚焦单元设置于所述接收端参考平面上，所述接收器的接收光口设置于所述接收端聚焦单元的焦平面附近。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达，所述激光雷达中，发射器发射出射激光，发射端准直单元，准直所述出射激光，发射端准直单元设置于发射端参考平面上，发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近，发射端准直单元在发射端参考平面上移动。由于发射端准直单元在发射端参考平面上移动，因此发射端准直单元与发射器之间的相对位置发生改变，即发射器与发射端准直单元光轴之间的位置发生了改变，发射激光可以检测的范围发生了改变，从而增加了激光雷达的检测范围，还可以提高激光雷达的分辨率。

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所示为本发明实施例的激光雷达的原理图；

图3所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了一种激光雷达及激光雷达控制方法，能增加激光雷达的检测范围。

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结构示意图，如图1所示，所述激光雷达包括：

发射器110，用于发射出射激光；

发射端准直单元120，用于准直所述出射激光；

其中，所述发射端准直单元120设置于发射端参考平面130上，所述发射器110的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面140附近，所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上移动。

理想状态下，发射器110的出光口应该设置于发射端准直单元焦平面140上，这样可以有最好的检测效果，但是实际应用中，由于工艺、安装进度、发射器本身工艺偏差、发射器排列空间有限等情况，发射器110的出光口无法准确的设置于发射端准直单元焦平面140上，可能有少许偏差，对激光雷达的检测结果有少许影响但是影响不大，因此，本发明实施例中，允许发射器110的出光口和发射端准直单元焦平面140有一定的距离。

本发明实施例中，发射器也可以为多个发射器。

图2所示为本发明实施例的激光雷达的原理图，如图2所示，发射器110的出光口设置于发射端准直单元120的焦平面140上，发射端准直单元120设置于参考平面130上，发射端准直单元120的光轴为150。

通常，发射端准直单元120为单个凸透镜，或者多个透镜组成的对出射光有准直作用的透镜组，发射器110的出光口设置于发射端准直单元120的焦平面140上，则发射器110发出的出射激光经发射端准直单元120后为平行光。

图2(a)可作为初始时刻光路图，扫描范围为100。

在图2(b)中，发射端准直单元120在发射端参考平面130上移动，图2(b)中示出的情况为垂直于水平面向上移动，光轴150相对于发射器110也相对移动了，发射器110发出的出射激光经发射端准直单元120后仍为平行光，但扫描范围变为了200。

从2(a)与图2(b)的对比可以看出，发射端准直单元120移动后，激光雷达的扫描范围发生了改变，从2(b)与图2(a)的扫描范围更偏离发射器一些。

图2(c)中，发射端准直单元120在发射端参考平面130上继续向上直线移动，直到发射器110位于发射端准直单元120的光轴之下，如图2(c)所示，激光雷达的扫描范围变为了300。

从图2中可见，使发射端准直单元在发射端参考平面上移动可以增加激光雷达的扫描范围。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达，所述激光雷达中，发射器发射出射激光，发射端准直单元，准直所述出射激光，发射端准直单元设置于发射端参考平面上，发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近，发射端准直单元在发射端参考平面上移动。由于发射端准直单元在发射端参考平面上移动，因此发射端准直单元与发射器之间的相对位置发生改变，即发射器与发射端准直单元光轴之间的位置发生了改变，发射激光可以检测的范围发生了改变，从而增加了激光雷达的检测范围。此外，发射端准直单元在参考平面上做移动时，出射激光的光斑也会随之移动，相当于增加了检测范围内垂直方向上的光斑数量，即可以增加激光雷达的分辨率。

本发明实施例中，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上做直线往复移动。

本发明实施例中，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做平行于水平面的直线往复移动。

本发明实施例中，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做垂直于水平面的直线往复移动。

本发明实施例中，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上按照预设轨迹做移动。

本发明实施例中，发射端准直单元的移动可以采用机械结构完成，可以是齿条、滑轨、导轨、皮带等。

图2所示的原理图中，发射端准直单元在发射端参考平面上做垂直于水平面的直线往复运动，可以增加激光雷达的检测范围，同理，由于发射端准直单元为单个凸透镜，或者多个透镜组成的对出射光有准直作用的透镜组，其横截面通常是圆形的，因此，在做平行于水平面的直线往复运动也可以增加激光雷达的检测范围，按照预设轨迹做移动，例如预设轨迹为正方形、菱形、圆形或其他不规则图形等，都可以增加激光雷达的检测范围，在此不再赘述。

本发明实施例的激光雷达，有较大的检测范围，且可以增加激光雷达的分辨率。

本发明实施例中，发射端准直单元在发射端参考平面上移动，检测范围较大，相应的接收端可以采用较大面积的接收器，以接收到尽可能多的反射激光。本发明还提供了一种接收端的实施例，如下所述：

图3所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图，如图3所示，所述激光雷达包括发射器110，发射端准直单元120，发射端准直单元120设置在发射端参考平面130上，发射器110设置于发射端准直单元120的焦平面140上，所述激光雷达还包括：

接收端聚焦单元310，用于聚焦反射激光，所述反射激光为所述出射激光经被测物体反射后的激光；

接收器320，用于接收聚焦后的反射激光；

其中，所述接收端聚焦单元320设置于接收端参考平面330上，所述接收器的接收光口设置于所述接收端聚焦单元的焦平面340上，

所述接收端聚焦单元310在所述接收端参考平面330上移动，且与所述发射端准直单元120之间保持相对位置不变。

本发明实施例中接收端聚焦单元310和发射端准直单元120之间相对位置不变可以是接收端聚焦单元310的光轴和发射端准直单元120的光轴相对位置不变。

本发明实施例中，发射端参考平面130和接收端参考平面330可以是同一个平面，或可以是不同的平面。

本发明实施例中，保持接收端聚焦单元310和发射端准直单元120之间相对位置不变，则发射端准直单元210在发射端参考平面上做直线往复移动，接收端聚焦单元310在接收端参考平面上做直线往复移动，同理，发射端准直单元210在发射端参考平面上按预设轨迹移动，接收端聚焦单元310在接收端参考平面上按照相同的预设轨迹移动，其他移动方式在此不再赘述。

本发明的实施例中，为保证接收端聚焦单元310和发射端准直单元120之间相对位置不变且同步移动，可以采用同步机械结构完成，可以是同步齿条、同步滑轨、同步导轨、同步皮带等，或可以将接收端聚焦单元310和发射端准直单元120固定于机械底座上然后再采用机械结构移动，或可以分别用机械结构移动，用控制器保证他们之间的同步。

图3中的虚线框用来示意接收端聚焦单元310和发射端准直单元120同步移动。

接收端聚焦单元310和发射端准直单元120之间相对位置不变进行移动，可以扩大激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率，同时也无需采用大面积的接收器或多个接收器组来接收反射激光，可以节约成本。

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，所述方法包括：

发射器发射出射激光；

发射端准直单元准直所述出射激光；

所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动；

其中，所述发射端准直单元设置于所述发射端参考平面上，所述发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上做直线往复移动。

其中，发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做平行于水平面的直线往复移动。

其中，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做垂直于水平面的直线往复移动。

可选的，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上按照预设轨迹做移动。

可选的，所述方法还包括：

接收端聚焦单元聚焦反射激光，所述反射激光为所述出射激光经被测物体反射后的激光；

接收器接收聚焦后的反射激光；

所述接收端聚焦单元在接收端参考平面上移动，且与所述发射端准直单元之间保持相对位置不变；

其中，所述接收端聚焦单元设置于所述接收端参考平面上，所述接收器的接收光口设置于所述接收端聚焦单元的焦平面附近。

可以扩大激光雷达的扫描范围，提高激光雷达的分辨率。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达，所述激光雷达中，发射器发射出射激光，发射端准直单元，准直所述出射激光，发射端准直单元设置于发射端参考平面上，发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近，发射端准直单元在发射端参考平面上移动。由于发射端准直单元在发射端参考平面上移动，因此发射端准直单元与发射器之间的相对位置发生改变，即发射器与发射端准直单元光轴之间的位置发生了改变，发射激光可以检测的范围发生了改变，从而增加了激光雷达的检测范围，还可以提高激光雷达的分辨率。

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，对于系统实施例而言，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，所述激光雷达包括：

发射器，用于发射出射激光；

发射端准直单元，用于准直所述出射激光；

其中，所述发射端准直单元设置于发射端参考平面上，所述发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近，所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上移动。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上做直线往复移动。

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做平行于水平面的直线往复移动。

4.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述发射端准直单元在发射端参考平面上做直线往复移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上做垂直于水平面的直线往复移动。

5.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上按照预设轨迹做移动。

6.如权利要求1至5任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：

接收端聚焦单元，用于聚焦反射激光，所述反射激光为所述出射激光经被测物体反射后的激光；

接收器，用于接收聚焦后的反射激光；

其中，所述接收端聚焦单元设置于接收端参考平面上，所述接收器的接收光口设置于所述接收端聚焦单元的焦平面附近，

所述接收端聚焦单元在所述接收端参考平面上移动，且与所述发射端准直单元之间保持相对位置不变。

7.一种激光雷达控制方法方法，其特征在于，所述方法包括：

发射器发射出射激光；

发射端准直单元准直所述出射激光；

所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动；

其中，所述发射端准直单元设置于所述发射端参考平面上，所述发射器的出光口设置于所述发射端准直单元的焦平面附近。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在所述发射端参考平面上做直线往复移动。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发射端准直单元在发射端参考平面上移动，包括：

所述发射端准直单元在发射端参考平面上按照预设轨迹做移动。

10.如权利要求7至9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收端聚焦单元聚焦反射激光，所述反射激光为所述出射激光经被测物体反射后的激光；

接收器接收聚焦后的反射激光；

所述接收端聚焦单元在接收端参考平面上移动，且与所述发射端准直单元之间保持相对位置不变；

其中，所述接收端聚焦单元设置于所述接收端参考平面上，所述接收器的接收光口设置于所述接收端聚焦单元的焦平面附近。