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CN111308442B - 激光雷达 - Google Patents

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CN111308442B
CN111308442B CN201811518636.XA CN201811518636A CN111308442B CN 111308442 B CN111308442 B CN 111308442B CN 201811518636 A CN201811518636 A CN 201811518636A CN 111308442 B CN111308442 B CN 111308442B
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reflected
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曾理
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Shenzhen Yinwang Intelligent Technology Co ltd
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Huawei Technologies Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种激光雷达，可用于车联网、感知、智能驾驶等领域。所述激光雷达包括光源、扫描镜、探测器和反射镜组，其中：所述扫描镜包括发射反射面和接收反射面；反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜垂直于同一平面；第一反射镜和第二反射镜之间的夹角为第一夹角，发射反射面的入射激光束与接收反射面的出射激光束之间的夹角为第二夹角，第二夹角为第一夹角的二倍；所述发射反射面，用于对所述光源发射的激光束进行反射；所述接收反射面用于将物体反射回的激光束，反射至所述探测器；所述第一反射镜和所述第二反射镜，用于改变激光束的传播方向。采用本发明，可以解决现有的激光雷达对装调精度要求极高的技术问题。

Description

激光雷达
技术领域
本申请涉及探测技术领域，特别涉及激光雷达。
背景技术
激光雷达是以发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射激光束，然后将接收到的从目标反射回来的激光束与发射的激光束进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
相关技术中激光雷达包括光源、扫描镜、探测器和反射镜，扫描镜和反射镜均具有一个反射面，反射镜上开有一小孔。光源发射的激光束穿过反射镜上的小孔，照射到扫描镜上，经扫描镜反射输出。目标漫反射回来的激光束，经扫描镜反射到反射镜上，再经反射镜反射到探测器上，探测器接收反射回来的激光束。在激光雷达工作过程中，通过扫描镜的旋转，可以将固定出射的激光束射向不同方向，实现激光束的扫描发射。
在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：
相关技术中激光雷达的扫描镜只有一个反射面，发射的激光束与反射回的激光束均需要在该反射面上反射，各自占用了扫描镜的反射面的部分面积。使得发射的激光束的光路和反射回的激光束的光路间隔很近，发射的激光束与反射回的激光束之间容易产生串扰，对装调精度要求极高。
发明内容
为了解决相关技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了激光雷达。
本发明实施例提供了一种激光雷达，激光雷达包括光源、扫描镜、探测器和反射镜组，其中，扫描镜包括发射反射面和接收反射面；反射镜组至少包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜垂直于同一平面；第一反射镜和第二反射镜之间的夹角为第一夹角，发射反射面的入射激光束与接收反射面的出射激光束之间的夹角为第二夹角，第二夹角为第一夹角的二倍；发射反射面，用于对光源发射的所述入射激光束进行反射，其中，反射的激光束用于对物体进行扫描；接收反射面，用于将物体反射回的激光束，反射至探测器；第一反射镜和第二反射镜，用于改变激光束的传播方向。
本发明实施例提供了一种激光雷达，激光雷达包括光源、扫描镜、探测器和反射镜组，其中：扫描镜包括发射反射面和接收反射面，发射反射面和接收反射面之间的夹角为第三夹角；反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜垂直于同一平面；第一反射镜和第二反射镜之间的夹角为第一夹角，发射反射面的入射激光束与接收反射面的出射激光束之间的夹角为第二夹角；当入射到接收反射面的激光束和接收反射面之间的夹角，大于入射到接收反射面的激光束和发射反射面之间的夹角时，第一夹角与第三夹角的和的二倍，等于第二夹角；当入射到接收反射面的激光束和接收反射面之间的夹角，小于入射到接收反射面的激光束和发射反射面之间的夹角时，第一夹角与第三夹角的差的二倍，等于第二夹角；发射反射面，用于对光源发射的所述入射激光束进行反射，其中，反射的激光束用于对物体进行扫描；接收反射面，用于将物体反射回的激光束，反射至探测器；第一反射镜和第二反射镜，用于改变激光束的传播方向。
对于上述两种情况，其中，光源用于发射激光束，可以为905nm的半导体激光器，也可以为1550nm的光纤激光器或其他波长的激光器。
扫描镜的接收反射面和发射反射面可以平行，也可以呈一定角度设置。扫描镜可以是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)扫描镜，微机电系统扫描镜，是在微机电系统芯片上，设置有反射镜片，反射镜片的正反面均镀有高反射率膜层，均可对激光束进行扫描发射或接收。微机电系统芯片的类型，按驱动方式分，可以是静电驱动、电磁驱动、压电驱动或热电驱动等。微机电系统芯片扫描镜也可以由一个可旋转的反射镜来代替，如放置在一维或二维旋转平台上的反射镜片，该反射镜片的正反面也均镀有高反射率膜层。
探测器可以为雪崩二极管(Avalanche Photodiode，APD)、PIN型光电二极管(PINPhotodiode，PIN PD)、单光子雪崩二极管(Single Photo Avalanche photodiode，SPAD)或多像素光子计数器(Multi-pixel photo counter，MPPC)。探测器3的具体类型，依据探测灵敏度、探测距离和响应速度等来选定。
反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜可选取宽入射角范围的反射镜，这样可提高反射率，减少光路损耗。第一反射镜和第二反射镜可以做成一个整体元件，如在一个多边形棱镜上镀两个反射面分别作为第一反射镜和第二反射镜。也可以做成两个分离的元件。
在一种可能的实现方式中，第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。
在一种可能的实现方式中，第一反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于对第一反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射。
在一种可能的实现方式中，第一反射镜，用于对发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第二反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至接收反射面。
激光雷达发射的激光束和物体反射回的激光束一般可以近似认为是平行的，入射到扫描镜的发射反射面的激光束，与接收反射面反射出的激光束之间的第一夹角，与第一反射镜和第二反射镜之间的第二夹角满足特定的关系。因此，当第一反射镜和第二反射镜固定不动，且入射到扫描镜的发射反射面的激光束角度不变时，接收反射面反射出的激光束也保持角度不变，即在扫描镜以平行于第一反射镜和第二反射镜的轴转动时，接收反射面反射出的激光束的方向不会随着扫描镜的转动而变化。本发明实施例所示的激光雷达实现了同步扫描和接收，也即只要光源发射的激光束角度不变，无论扫描镜在一维方向上如何旋转，探测器接收的激光束的角度也保持不变。
与相关技术中的技术方案相比，本方案中，激光雷达的扫描镜的两面均为反射面，即扫描镜具有接收反射面和发射反射面。发射的激光束和反射回的激光束，分别位于扫描镜的两侧，实现了完全分离，两激光束之间不会产生串扰，降低了装调要求。
同时，增加了发射激光束的有效发射面积和接收激光束的有效接收面积。对实现发射光束低发散角、增加接收光束信号的强度、提高探测距离和效率都非常有利。
在一种可能的实现方式中，第一反射镜和第二反射镜之间的夹角为90°。
本发明实施例所示的方案，第一反射镜和第二反射镜之间形成的夹角为90°时，激光雷达有较大的接收视场。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第三反射镜和第四反射镜；第三反射镜和第四反射镜之间形成的夹角，等于第一反射镜和第二反射镜之间形成的夹角；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜垂直于同一平面。
本发明实施例所示的方案，第三反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第四反射镜；第四反射镜，用于将第三反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。
反射镜组，通过两对组合的反射镜，将接收视场分割为两部分，分置于扫描镜两侧，有效的减少了边缘视场接收光束和发射光束之间的间隔距离，对提高接收信号的强度、减少近场的盲区和提高探测距离非常有利。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括第一透镜和第二透镜。第一透镜设置在光源的发射光路上，第一透镜，用于对从光源接收到的激光束，进行准直或聚焦；第二透镜设置在探测器的接收光路上，第二透镜，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到探测器。
第一透镜设置在光源的发射光路上，第二透镜设置在探测器的接收光路上。
其中，第一透镜，可以是单片准直透镜、多片准直柱透镜组合或多片透镜组成的透镜组。第二透镜为聚焦透镜。第一透镜和第二透镜分别与光源和探测器匹配设计和使用。
本发明实施例所示的方案，光源发射出的激光束，经第一透镜，准直到扫描镜的发射反射面上，然后，经发射反射面反射输出。接收反射面反射到探测器的激光束，经第二透镜，聚焦到探测器上。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括第三透镜和第四透镜。第三透镜设置在发射反射面的出射光路上，第三透镜，用于对从发射反射面接收到的激光束，进行准直；第四透镜设置在接收反射面的入射光路上，第四透镜，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到接收反射面。
其中，第三透镜和第四透镜是非球面透镜或多片透镜组成的透镜组，对不同方向入射的激光束都具有准直作用。第三透镜和第四透镜两者应选取相同或相似的型号，以实现收发射激光束和接收激光束的角度同步。
本发明实施例所示的方案，光源发射的激光束，以一定的发散角入射到扫描镜的发射反射面上，然后经第三透镜，准直后输出。反射镜组反射的激光束，经第四透镜聚焦后，发射到接收反射面上，经接收反射面反射聚焦到探测器上。基于第三透镜和第四透镜，增加了发射端光斑的面积，减少了发散角。同时，增加了探测器的有效接收面积，使探测距离提升。
上述实施例中所示的方案，用单个探测器，即可实现一维方向上的同步扫描和接收。如果需要实现二维方向上的同步扫描和接收，则必须依靠探测器阵列才能实现。下述实施例中的技术方案，通过在反射镜组中增加反射镜，只依靠单个探测器即可实现二维方向上的同步扫描和接收。从而，减少了激光雷达中光学元件的数目，实用性强。可选的，下述实施例中，第一反射镜和第二反射镜的夹角可以为在90°附近的一个角度范围内的任意一个值，该范围可以为90°±5°，该夹角优选为90°。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第五反射镜，第五反射镜垂直于第一反射镜和第二反射镜。
本发明实施例所示的一种方案，第五反射镜，用于对发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。在实际应用中，为了增加激光雷达的接收视场，反射镜组还可以包括第三反射镜和第四反射镜。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于对第一反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第五反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于对发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第五反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第五反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。
通过在反射镜组中增加第五反射镜，改变激光束的传播方向，最终，入射到接收反射面的激光束与发射反射面发射的激光束平行。从而，只需要一个探测器就可以完成二维方向的同步扫描和接收，而不再需要探测器阵列。激光雷达的光学元件少，光路结构简单，实用性强。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜；第六反射镜和第七反射镜之间形成的夹角，等于第一反射镜和第二反射镜之间形成的夹角；第一反射镜和第二反射镜垂直于第一平面，第六反射镜和第七反射镜垂直于第二平面，第二平面垂直于第一平面；第八反射镜垂直于第一平面和第二平面。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将扫描镜的发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第八反射镜；第八反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，是反射后的激光束对外发射。物体反射回的激光束，直接入射到扫描镜2的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第八反射镜；第八反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束，反射至扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将扫描镜的发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束反射至第八反射镜；第八反射镜，用于对第七反射镜反射的激光束进行反射，是反射后的激光束对外发射。物体反射回的激光束，直接入射到扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第八反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束，反射至第一反射镜；第一反射镜，用于将第七反射镜反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将扫描镜的发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，是反射后的激光束对外发射；第八反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第八反射镜，用于对扫描镜的发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束，反射至扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第六反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第八反射镜；第八反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第六反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第八反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第一反射镜；第一反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第八反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第六反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束，反射至第八反射镜；第八反射镜，用于对第七反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。在实际应用中，为了增加接收视场，反射镜组还可以包括第三反射镜和第四反射镜。
通过增加第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜，改变了激光束的传播方向，最终，入射到接收反射面的激光束，与发射反射面发射的的激光束平行。从而，只用一个探测器就实现了二维方向的同步扫描和接收，激光雷达的光学元件较少，实用性较强。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例中，与相关技术中的技术方案相比，本方案中，激光雷达的扫描镜的两面均为反射面，即扫描镜具有接收反射面和发射反射面。发射的激光束和反射回的激光束，分别位于扫描镜的两侧，实现了完全分离，两激光束之间不会产生串扰，降低了装调要求。
基于扫描镜的发射反射面和接收反射面的设置，通过几何关系可知，入射到扫描镜的发射反射面的激光束，与接收反射面反射出的激光束之间的第一夹角，与第一反射镜和第二反射镜之间的第二夹角满足特定的关系。因此，当第一反射镜和第二反射镜固定不动，且入射到扫描镜的发射反射面的激光束角度不变时，接收反射面反射出的激光束也保持角度不变，不会随着扫描镜的旋转而变化。本发明实施例所示的激光雷达实现了同步扫描和接收。
同时，增加了发射激光束的有效发射面积和接收激光束的有效接收面积。对实现发射光束低发散角、增加接收光束信号的强度、提高探测距离和效率都非常有利。
附图说明
图1是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图2是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图3是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图4是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图5是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图6是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图7是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图8是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图9是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图10是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图11是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图12是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图13是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图14是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图15是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图16是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图17是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图18是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图19是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图20是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图21是本实施例提供的一种激光雷达的结构示意图。
图例说明
1、光源，2、扫描镜，3、探测器，401、第一反射镜，402、第二反射镜，403、第三反射镜，404、第四反射镜，405、第五反射镜，406、第六反射镜，407、第七反射镜，408、第八反射镜，5、第一透镜，6、第二透镜，7、第三透镜，8、第四透镜，9、物体。
具体实施方式
本发明实施例提供了激光雷达。该激光雷达可以应用在汽车上，作为智能驾驶系统的辅助部件，用于探测周围的车辆、行人和障碍物等。还可以应用在军事领域，用于战场侦察、电子对抗和跟踪测量等。应用在环境科学领域，用于大气监测和风力预测等。此外，该激光雷达还可以应用在生物科学领域和遥感领域等。
激光雷达可以通过内部光源向某个方向发射激光束，激光束照射到光路上的某物体后，经过漫反射，会有部分激光束反射回激光雷达。此时，激光雷达可以通过探测器探测到物体反射回的激光束。然后，激光雷达将发射的激光束和反射回的激光束的相关信息，提供给某计算机设备，计算机设备可以基于这些信息，对物体的状态进行分析，得到物体的相关信息，并对物体的相关信息进行显示，或基于物体的相关信息进行智能控制处理。
本发明实施例提供了一种激光雷达，如图1、2、3和4所示，激光雷达包括光源1、扫描镜2、探测器3和反射镜组，其中，扫描镜2包括发射反射面和接收反射面，发射反射面和接收反射面平行；反射镜组至少包括第一反射镜401和第二反射镜402，第一反射镜401和第二反射镜402垂直于同一平面；第一反射镜401和第二反射镜402之间的夹角为第一夹角，发射反射面的入射激光束与接收反射面的出射激光束之间的夹角为第二夹角，第二夹角为第一夹角的二倍；发射反射面，用于对光源1发射的激光束进行反射；接收反射面，用于将物体反射回的激光束，反射至探测器3；第一反射镜401和第二反射镜402，用于改变激光束的传播方向。
其中，光源1用于发射激光束，可以为905nm的半导体激光器，也可以为1550nm的光纤激光器或其他波长的激光器。
扫描镜2可以是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)扫描镜，微机电系统扫描镜，是在微机电系统芯片上，设置有反射镜片，反射镜片的正反面均镀有高反射率膜层，均可对激光束进行扫描发射或接收。微机电系统芯片的类型，按驱动方式分，可以是静电驱动、电磁驱动、压电驱动或热电驱动等。微机电系统芯片扫描镜也可以由一个可旋转的反射镜来代替，如放置在一维或二维旋转平台上的反射镜片，该反射镜片的正反面也均镀有高反射率膜层。
探测器3可以为雪崩二极管(Avalanche Photodiode，APD)、PIN型光电二极管(PINPhotodiode，PIN PD)、单光子雪崩二极管(Single Photo Avalanche photodiode，SPAD)或多像素光子计数器(Multi-pixel photo counter，MPPC)。探测器3的具体类型，依据探测灵敏度、探测距离和响应速度等来选定。
反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜可选取宽入射角范围的反射镜，这样可提高反射率，减少光路损耗。第一反射镜和第二反射镜可以做成一个整体元件，如在一个多边形棱镜上镀两个反射面分别作为第一反射镜和第二反射镜。也可以做成两个分离的元件。
在实际应用中，第一反射镜和第二反射镜的具体位置，可以根据需要设置。下面给出三种具体的位置，来说明本发明。
本发明实施例所示的一种方案，如图1和2所示，第一反射镜401，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于将第一反射镜401反射的激光束，反射至接收反射面。
如图1和图2所示，反射镜组在接收端包括第一反射镜401和第二反射镜402，光源1发射的激光束，经扫描镜2的发射反射面对外发射。物体反射回的激光束，经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射至扫描镜2的接收反射面，然后经扫描镜2的接收反射面，反射至探测器3。
在实际应用中，反射镜组还可以包括第三反射镜和第四反射镜；第三反射镜和第四反射镜之间的夹角等于第一反射镜和第二反射镜之间的夹角；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜垂直于同一平面；第三反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第四反射镜；第四反射镜，用于将第三反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。在反射镜组中增加第三反射镜和第四反射镜，可以增加激光雷达的接收视场。
本发明实施例所示的一种方案，如图3所示，第一反射镜401，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于对第一反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射。
如图3所示，反射镜组在发射端包括第一反射镜401和第二反射镜402，光源1出射的激光束，经扫描镜2的发射反射面反射至第一反射镜401，然后经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402对外发射。物体反射回的激光束，经扫描镜2的接收反射面反射至探测器3。
本发明实施例所示的一种方案，如图4所示，第一反射镜401，用于对发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第二反射镜402，用于将物体反射回的激光束，反射至接收反射面。
如图4所示，反射镜组在发射端包括第一反射镜401，在接收端包括第二反射镜402。光源1出射的激光束，经扫描镜2的发射反射面反射至第一反射镜401，然后经第一反射镜401对外发射。物体反射回的激光束，经第二反射镜402反射至扫描镜2的接收反射面，然后经扫描镜2的接收反射面反射至探测器3。
本发明实施例所示的方案，如图1和2所示，激光雷达发射的激光束和物体反射回的激光束一般可以近似认为是平行的，入射到扫描镜2的发射反射面的激光束，与接收反射面反射出的激光束之间的夹角，为第一反射镜和第二反射镜之间夹角的两倍。因此，当第一反射镜和第二反射镜固定不动，且入射到扫描镜2的发射反射面的激光束角度不变时，接收反射面反射出的激光束也保持角度不变，即在扫描镜2以平行于第一反射镜和第二反射镜的轴转动时，接收反射面反射出的激光束的方向不会随着扫描镜2的转动而变化。本发明实施例所示的激光雷达实现了同步扫描和接收，同步扫描和接收即只要光源1发射的激光束角度不变，无论扫描镜2在一维方向上如何旋转，探测器3接收的激光束的角度也保持不变。
与相关技术中的技术方案相比，本方案中，激光雷达的扫描镜2的两面均为反射面，即扫描镜2具有接收反射面和发射反射面。发射的激光束和反射回的激光束，分别位于扫描镜2的两侧，实现了完全分离，两激光束之间不会产生串扰，降低了装调要求。
同时，增加了发射激光束的有效发射面积和接收激光束的有效接收面积。对实现发射光束低发散角、增加接收光束信号的强度、提高探测距离和效率都非常有利。
如果是实现一维方向上的同步扫描和接收，则只需一个探测器3，如图1所示。如果需要实现二维方向上的同步扫描和接收，则需要一维探测器阵列，针对图1的情况，即是在平行于反射镜1和反射镜2的方向上设置一维探测器阵列。
本发明实施例中，扫描镜2可以设置在光源1的发射光路上，扫描镜2和光源1之间没有其它光学器件，或者，也可以在光源1的发射光路上设置反射镜，将光源1发射的激光束反射至扫描镜2。另外，扫描镜2可以设置在探测器3的接收光路上，扫描镜2和探测器3之间没有其它光学器件，或者，也可以在探测器3的接收光路上设置反射镜，将扫描镜2反射的激光束反射至探测器3。
对于扫描镜2设置在光源1的发射光路上且设置在探测器3的接收光路上的情况，第一反射镜401和第二反射镜402之间的夹角为第一夹角，光源1的轴线与探测器3的轴线之间的夹角为第二夹角，第二夹角为第一夹角的二倍。在这种情况下，激光雷达没有包含额外的反射镜，因此，激光雷达含有的光学元件较少，光路结构比较简单，激光束经过反射镜反射的次数较少，激光束的损耗也较小。
其中，光源1的轴线是，光源1发射的激光束所在的轴线。探测器3的轴线是，探测器3的接收范围的轴线。
在实际应用中，考虑到探测器3有一个接收范围，所以第二夹角不一定严格的为第一夹角的二倍，第二夹角可以是第一夹角的二倍加减一个角度，即存在一个容差。例如，第一夹角为90°，则第二夹角可以为180°±10°。
在一种可能的实现方式中，第一反射镜401和第二反射镜402之间的夹角为90°。
本发明实施例所示的方案，如图5所示，第一反射镜401和第二反射镜402之间形成的夹角为90°，光源1的轴线与探测器3的轴线之间的夹角为180°。第一反射镜401和第二反射镜402之间形成的夹角为90°时，激光雷达有较大的接收视场。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第三反射镜403和第四反射镜404；第三反射镜403和第四反射镜404之间形成的夹角，等于第一反射镜401和第二反射镜402之间形成的夹角；第一反射镜401、第二反射镜402、第三反射镜403和第四反射镜404垂直于同一平面。
其中，第一反射镜401、第二反射镜402、第三反射镜403和第四反射镜404可以顺序排布，相邻的两个、三个或四个反射镜可以做成一个一体式的光学元件，也可以做成分离的光学元件。例如，第一反射镜401和第二反射镜402做成一个一体式的光学元件，第三反射镜403和第四反射镜404也做成一个一体式的光学元件。又例如，第二反射镜402和第三反射镜403可以做成一个一体式的光学元件，第一反射镜401和第四反射镜404与该光学元件分离。又例如，第一反射镜401和第二反射镜402做成一个一体式的光学元件，第三反射镜403和第四反射镜404做成两个分离的光学元件。又例如，第一反射镜401、第二反射镜402、第三反射镜403和第四反射镜404做成四个分离的光学元件。
本发明实施例所示的方案，如图6所示，第三反射镜403，用于将物体反射回的激光束，反射至第四反射镜404；第四反射镜404，用于将第三反射镜403反射的激光束，反射至接收反射面。
如图6所示，第二反射镜402和第三反射镜403可以做成一个直角棱镜。棱镜的上端反射面即相当于第二反射镜402，棱镜的下端反射面即相当于第三反射镜403。第一反射镜401和棱镜的上端反射面(即第二反射镜402)之间的夹角为90°，第四反射镜404和棱镜的下端反射面(即第三反射镜403)之间的夹角为90°，棱镜的上端反射面和下端反射面的夹角也为90°。光源1发射的激光束，经扫描镜2的发射反射面反射，对外发射。物体反射回的激光束，一部分经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射至扫描镜2的接收反射面，然后经扫描镜2的接收反射面反射至探测器3。还有一部分经第三反射镜403反射至第四反射镜404，然后经第四反射镜404反射至扫描镜2的接收反射面，然后经扫描镜2的接收反射面反射至探测器3。
反射镜组，通过两对组合的反射镜，将接收视场分割为两部分，分置于扫描镜两侧，有效的减少了边缘视场接收光束和发射光束之间的间隔距离，对提高接收信号的强度、减少近场的盲区和提高探测距离非常有利。
如图7所示，第一反射镜401、第二反射镜402、第三反射镜403和第四反射镜404还可以做成四个分离的光学元件。探测器3的位置可以根据需要灵活设置，如图8所示，探测器3可以设置在第一反射镜401和第二反射镜402之间。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括第一透镜5和第二透镜6。第一透镜5设置在光源1的发射光路上，第一透镜5，用于对从光源1接收到的激光束，进行准直或聚焦；第二透镜6设置在探测器3的接收光路上，第二透镜6，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到探测器3。
其中，第一透镜5，可以是单片准直透镜、多片准直柱透镜组合或多片透镜组成的透镜组。第二透镜6为聚焦透镜。第一透镜5和第二透镜6分别与光源1和探测器3匹配设计和使用。
本发明实施例所示的方案，如图9所示，光源1发射出的激光束，经第一透镜5，准直到扫描镜2的发射反射面上，然后，经发射反射面反射输出。接收反射面反射到探测器3的激光束，经第二透镜6，聚焦到探测器3上。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括第三透镜7和第四透镜8。第三透镜7设置在发射反射面的出射光路上，第三透镜7，用于对从发射反射面接收到的激光束，进行准直；第四透镜8设置在接收反射面的入射光路上，第四透镜8，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到接收反射面。
其中，第三透镜7和第四透镜8是非球面透镜或多片透镜组成的透镜组，对不同方向入射的激光束都具有准直作用。第三透镜7和第四透镜8两者应选取相同或相似的型号，以实现收发射激光束和接收激光束的角度同步。
本发明实施例所示的方案，如图10所示，光源1发射的激光束，以一定的发散角入射到扫描镜2的发射反射面上，然后经第三透镜7，准直后输出。反射镜组反射的激光束，经第四透镜8聚焦后，发射到接收反射面上，经接收反射面反射聚焦到探测器3上。基于第三透镜7和第四透镜8，增加了发射端光斑的面积，减少了发散角。同时，增加了探测器3的有效接收面积，使探测距离提升。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括第一透镜5、第二透镜6、第三透镜7和第四透镜8。第一透镜5设置在光源1前方，第二透镜6设置在探测器3前方。第三透镜7设置在发射反射面的反射光路上，第四透镜8设置在接收反射面的入射光路上。
本发明实施例所示的方案，如图11所示，光源1发射的激光束，经第一透镜5，聚焦到扫描镜2的发射反射面上，然后，经发射反射面发散，反射到第三透镜7上，经第三透镜7，准直后输出。反射镜组反射的激光束，经第四透镜8聚焦后，发射到接收反射面上，经接收反射面发散，反射到第二透镜6上，经第二透镜6聚焦到探测器3上。基于第一透镜5、第二透镜6、第三透镜7和第四透镜8，增加了发射端光斑的面积，减少了发散角。同时，增加了探测器3的有效接收面积，使探测距离提升。
上述实施例中所示的方案，用单个探测器3，即可实现一维方向上的同步扫描和接收。如果需要实现二维方向上的同步扫描和接收，则必须依靠探测器阵列才能实现。下述实施例中的技术方案，通过在反射镜组中增加反射镜，只依靠单个探测器3即可实现二维方向上的同步扫描和接收。从而，减少了激光雷达中光学元件的数目，实用性强。可选的，下述实施例中，第一反射镜和第二反射镜的夹角可以为在90°附近的一个角度范围内的任意一个值，该范围可以为90°±5°，该夹角优选为90°。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第五反射镜405，第五反射镜405垂直于第一反射镜401和第二反射镜402。
在实际应用中，第一反射镜401、第二反射镜402、第五反射镜405的具体位置，可以根据需要来设置。下面以两种具体的例子，来说明本发明。
本发明实施例所示的一种方案，如图12所示，第五反射镜405，用于对发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜401，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于将第一反射镜401反射的激光束，反射至接收反射面。
如图12所示，反射镜组在发射端包括第五反射镜405，在接收端包括第一反射镜401和第二反射镜402。光源1发射的激光束，经扫描镜2的发射反射面反射至第五反射镜405，然后经第五反射镜405反射，在垂直于第五反射镜405的方向对激光束镜像一次，并对外发射。物体反射回来的激光束，经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射至扫描镜2的接收反射面，并在第一反射镜401和第二反射镜402共同垂直的平面上，实现激光束转向，然后经扫描镜2的接收反射面反射至探测器3。最终，入射到接收反射面的激光束与发射反射面发射的激光束平行。从而，只需要一个探测器3就可以完成二维方向的同步扫描和接收，而不再需要探测器阵列。激光雷达的光学元件少，光路结构简单，实用性强。
同时，第五反射镜405的数量和位置可以根据需要来设置，如为了增加扫描视场，可以在扫描镜2的上下两侧各放置一片第五反射镜405，如图13所示。在实际应用中，为了增加接收视场，反射镜组还可以包括第三反射镜403和第四反射镜404，如图14所示。
本发明实施例所示的一种方案，如图15所示，第一反射镜401，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于对第一反射镜401反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第五反射镜405，用于将物体反射回的激光束，反射至接收反射面。
如图15所示，反射镜组在发射端包括第一反射镜401和第二反射镜402，在接收端包括第五反射镜405。光源1发射的激光束，经扫描镜2的发射反射面反射至第一反射镜401，然后经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射，对外发射，并在第一反射镜401和第二反射镜402共同垂直的平面上，实现激光束转向。物体反射回的激光束，经第五反射镜405反射至扫描镜2的接收反射面上，并在垂直于第五反射镜405的方向对对激光束镜像一次，然后经扫描镜2的接收反射面反射至探测器3上。最终，入射到接收反射面的激光束与发射反射面发射的激光束平行。从而，只需要一个探测器3就可以完成二维方向的同步扫描和接收，而不再需要探测器阵列。激光雷达的光学元件少，光路结构简单，实用性强。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于对发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第五反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第五反射镜反射的激光束，反射至接收反射面。
反射镜组在发射端包括第一反射镜，在接收端包括第二反射镜和第五反射镜。光源发射的激光束，经扫描镜的发射反射面，反射至第一反射镜，然后经第一反射镜反射，对外发射。物体反射回的激光束，经第五反射镜反射至第二反射镜，然后经第二反射镜反射至扫描镜的接收反射面。最终，入射到接收反射面的激光束与发射反射面发射的激光束平行。从而，只需要一个探测器就可以完成二维方向的同步扫描和接收，而不再需要探测器阵列。激光雷达的光学元件少，光路结构简单，实用性强。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第六反射镜406、第七反射镜407和第八反射镜408；第六反射镜406和第七反射镜407之间形成的夹角，等于第一反射镜401和第二反射镜402之间形成的夹角；第一反射镜401和第二反射镜402垂直于第一平面，第六反射镜406和第七反射镜407垂直于第二平面，第二平面垂直于第一平面；第八反射镜408垂直于第一平面和第二平面。
在实际应用中，第一反射镜401、第二反射镜402、第六反射镜406、第七反射镜407和第八反射镜408的具体位置，可以根据需要来设置。具体设置的位置，可以如下所述。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将扫描镜的发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第八反射镜；第八反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，是反射后的激光束对外发射。物体反射回的激光束，直接入射到扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第八反射镜；第八反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束，反射至扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将扫描镜的发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束反射至第八反射镜；第八反射镜，用于对第七反射镜反射的激光束进行反射，是反射后的激光束对外发射。物体反射回的激光束，直接入射到扫描镜的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，如图16所示，第八反射镜408，用于将物体反射回的激光束，反射至第六反射镜406；第六反射镜406，用于将第八反射镜408反射的激光束，反射至第七反射镜407；第七反射镜407，用于将第六反射镜406反射的激光束，反射至第一反射镜401；第一反射镜401，用于将第七反射镜407反射的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于将第一反射镜401反射的激光束，反射至接收反射面。
如图16所示，反射镜组在接收端包括第一反射镜401、第二反射镜402、第六反射镜406、第七反射镜407和第八反射镜408。光源1发射的激光束，经扫描镜2的发射反射面反射，对外发射。物体反射回来的激光束，首先在第八反射镜408上镜像一次，并反射至第六反射镜406，然后经第六反射镜406反射至第七反射镜407，然后经第七反射镜407反射至第一反射镜401，并在第二平面上实现了激光束转向，然后经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射至接收反射面，并在第一平面上实现了激光束转向，然后经接收反射面反射至探测器3。最终，入射到接收反射面的激光束与发射反射面发射的激光束平行。从而，只用一个探测器3就实现了二维方向的同步扫描和接收，激光雷达的光学元件较少，实用性较强。
本发明实施例所示的一种方案，第一反射镜，用于将扫描镜2的发射反射面反射的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，是反射后的激光束对外发射；第八反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至扫描镜2的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第八反射镜，用于对扫描镜2的发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于将第六反射镜反射的激光束，反射至扫描镜2的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，第六反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至第八反射镜；第八反射镜，用于将第二反射镜反射的激光束，反射至扫描镜2的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，如图17所示，第六反射镜406，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第七反射镜407；第七反射镜407，用于对第六反射镜406反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第八反射镜408，用于将物体反射回的激光束，反射至第一反射镜401；第一反射镜401，用于将第八反射镜408反射的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于将第一反射镜401反射的激光束，反射至接收反射面。
如图17所示，反射镜组在发射端包括第六反射镜406和第七反射镜407，在接收端包括第一反射镜401、第二反射镜402和第八反射镜408。光源1发射的激光束，经发射反射面反射至第六反射镜406，然后经第六反射镜406反射至第七反射镜407，然后经第七反射镜407反射，对外发射，并在第二平面上实现了激光束转向。物体反射回的激光束，经第八反射镜408镜像，并反射至第一反射镜401，然后经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射至接收反射面，并且在第一平面上实现了激光束转向，然后经接收反射面反射至探测器3。最终，入射到接收反射面的激光束与发射反射面出射的激光束平行。从而，只用一个探测器3就实现了二维方向的同步扫描和接收，激光雷达的光学元件较少，实用性较强。
本发明实施例所示的一种方案，第八反射镜，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第六反射镜；第六反射镜，用于将第八反射镜反射的激光束，反射至第七反射镜；第七反射镜，用于对第六反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光束，反射至扫描镜2的接收反射面。
本发明实施例所示的一种方案，如图18所示，第六反射镜406，用于将发射反射面反射的激光束，反射至第七反射镜407；第七反射镜407，用于将第六反射镜406反射的激光束，反射至第八反射镜408；第八反射镜408，用于对第七反射镜407反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；第一反射镜401，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于将第一反射镜401反射的激光束，反射至接收反射面。
如图18所示，反射镜组在发射端包括第六反射镜406、第七反射镜407和第八反射镜408，在接收端包括第一反射镜401和第二反射镜402。光源1发射的激光束，经发射反射面反射至第六反射镜406，然后经第六反射镜406反射至第七反射镜407，然后经第七反射镜407反射至第八反射镜408，然后经第八反射镜408镜像，对外发射，并实现了激光束在第二平面上的转向。物体反射回的激光束，经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射至接收反射面，并在第一平面上实现激光束转向，然后经接收反射面反射至探测器3。最终，入射到接收反射面的激光束与发射反射面发射的的激光束平行。从而，只用一个探测器3就实现了二维方向的同步扫描和接收，激光雷达的光学元件较少，实用性较强。
在实际应用中，反射镜组还可以包括第三反射镜和第四反射镜，来增加接收视场，还可以包括两个第八反射镜，来增加扫描视场，如图19所示。
本发明实施例提供了一种激光雷达，如图20和图21所示，激光雷达包括光源1、扫描镜2、探测器3和反射镜组，其中：扫描镜2包括发射反射面和接收反射面，发射反射面和接收反射面之间的夹角为第三夹角；反射镜组包括第一反射镜401和第二反射镜402，第一反射镜401和第二反射镜402垂直于同一平面；第一反射镜401和第二反射镜402之间的夹角为第一夹角，发射反射面的入射激光束与接收反射面的出射激光束之间的夹角为第二夹角；当入射到接收反射面的激光束和接收反射面之间的夹角，大于入射到接收反射面的激光束和发射反射面之间的夹角时，第一夹角与第三夹角的和的二倍，等于第二夹角；当入射到接收反射面的激光束和接收反射面之间的夹角，小于入射到接收反射面的激光束和发射反射面之间的夹角时，第一夹角与第三夹角的差的二倍，等于第二夹角；发射反射面，用于对光源发射的激光束进行反射；接收反射面，用于将物体反射回的激光束，反射至探测器3；第一反射镜401和第二反射镜402，用于改变激光束的传播方向。
其中，光源1、扫描镜2、探测器3和反射镜组和前面实施例所述的一致，在此不再赘述。
本发明实施例所示的一种方案，如图20和图21所示，第一反射镜401，用于将物体反射回的激光束，反射至第二反射镜402；第二反射镜402，用于将第一反射镜401反射的激光束，反射至接收反射面。
如图20和图21所示，反射镜组在接收端包括第一反射镜401和第二反射镜402，光源1发射的激光束，经扫描镜2的发射反射面对外发射。物体反射回的激光束，经第一反射镜401反射至第二反射镜402，然后经第二反射镜402反射至扫描镜2的接收反射面，然后经扫描镜2的接收反射面，反射至探测器3。
如图20所示，入射到接收反射面的激光束和接收反射面之间的夹角，大于入射到接收反射面的激光束和发射反射面之间的夹角，此时，第一夹角与第三夹角的和的二倍，等于第二夹角。
如图21所示，入射到接收反射面的激光束和接收反射面之间的夹角，小于入射到接收反射面的激光束和发射反射面之间的夹角，此时，第一夹角与第三夹角的差的二倍，等于第二夹角。
本发明实施例所示的方案，如图20和图21所示，激光雷达发射的激光束和物体反射回的激光束一般可以近似认为是平行的，入射到扫描镜2的发射反射面的激光束，与接收反射面反射出的激光束之间的第一夹角，与第一反射镜和第二反射镜之间的第二夹角满足特定的关系。因此，当第一反射镜和第二反射镜固定不动，且入射到扫描镜2的发射反射面的激光束角度不变时，接收反射面反射出的激光束也保持角度不变，即在扫描镜2以平行于第一反射镜和第二反射镜的轴转动时，接收反射面反射出的激光束的方向不会随着扫描镜2的转动而变化。本发明实施例所示的激光雷达实现了同步扫描和接收，同步扫描和接收即只要光源1发射的激光束角度不变，无论扫描镜2在一维方向上如何旋转，探测器3接收的激光束的角度也保持不变。
与相关技术中的技术方案相比，本方案中，激光雷达的扫描镜2的两面均为反射面，即扫描镜2具有接收反射面和发射反射面。发射的激光束和反射回的激光束，分别位于扫描镜2的两侧，实现了分离，两激光束之间不会产生串扰，降低了装调要求。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第五反射镜，第五反射镜垂直于第一反射镜和第二反射镜。第一反射镜、第二反射镜和第五反射镜的具体位置，与前面实施例中所述的位置一致，在此不再赘述。
在一种可能的实现方式中，反射镜组还包括第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜；第六反射镜和第七反射镜之间形成的夹角，等于第一反射镜和第二反射镜之间形成的夹角；第一反射镜和第二反射镜垂直于第一平面，第六反射镜和第七反射镜垂直于第二平面，第二平面垂直于第一平面；第八反射镜垂直于第一平面和第二平面。第一反射镜、第二反射镜、第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜的具体位置，与前面实施例所述的位置一致，在此不再赘述。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括第一透镜5和第二透镜6。第一透镜5设置在光源1的发射光路上，第一透镜5，用于对从光源1接收到的激光束，进行准直或聚焦；第二透镜6设置在探测器3的接收光路上，第二透镜6，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到探测器3。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括第三透镜7和第四透镜8。第三透镜7设置在发射反射面的出射光路上，第三透镜7，用于对从发射反射面接收到的激光束，进行准直；第四透镜8设置在接收反射面的入射光路上，第四透镜8，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到接收反射面。
本发明实施例中，与相关技术中的技术方案相比，本方案中，激光雷达的扫描镜2的两面均为反射面，即扫描镜2具有接收反射面和发射反射面。发射的激光束和反射回的激光束，分别位于扫描镜2的两侧，实现了完全分离，两激光束之间不会产生串扰，降低了装调要求。
基于扫描镜的发射反射面和接收反射面的设置，通过几何关系可知，入射到扫描镜2的发射反射面的激光束，与接收反射面反射出的激光束之间的第一夹角，与第一反射镜和第二反射镜之间的第二夹角满足特定的关系。因此，当第一反射镜和第二反射镜固定不动，且入射到扫描镜2的发射反射面的激光束角度不变时，接收反射面反射出的激光束也保持角度不变，不会随着扫描镜2的旋转而变化。本发明实施例所示的激光雷达实现了同步扫描和接收。
同时，增加了发射激光束的有效发射面积和接收激光束的有效接收面积。对实现发射光束低发散角、增加接收光束信号的强度、提高探测距离和效率都非常有利。
以上所述仅为本发明一个实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括光源、扫描镜、探测器和反射镜组，其中：
所述扫描镜包括发射反射面和接收反射面，所述发射反射面用于对所述光源发射的入射激光束进行反射，其中，反射的激光束用于对物体进行扫描，所述接收反射面用于将物体反射回的激光束反射至所述探测器，所述发射反射面和所述接收反射面之间的夹角为第三夹角，所述发射反射面的入射激光束与所述接收反射面的出射激光束之间的夹角为第二夹角；
所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜用于改变激光束的传播方向，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的夹角为第一夹角；
当入射到所述接收反射面的激光束和所述接收反射面之间的夹角，大于所述入射到所述接收反射面的激光束和所述发射反射面之间的夹角时，所述第一夹角与所述第三夹角的和的二倍，等于所述第二夹角；
当入射到所述接收反射面的激光束和所述接收反射面之间的夹角，小于所述入射到所述接收反射面的激光束和所述发射反射面之间的夹角时，所述第一夹角与所述第三夹角的差的二倍，等于所述第二夹角。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜的镜面垂直于同一个平面。
3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第三夹角为0°，所述第二夹角为所述第一夹角的二倍。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述第二反射镜；
所述第二反射镜，用于将所述第一反射镜反射的激光束，反射至所述接收反射面。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述反射镜组还包括第五反射镜，所述第五反射镜垂直于所述第一反射镜和所述第二反射镜；
所述第五反射镜，用于对所述发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜，用于将所述发射反射面反射的激光束，反射至所述第二反射镜；
所述第二反射镜，用于对所述第一反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述反射镜组还包括第五反射镜，所述第五反射镜垂直于所述第一反射镜和所述第二反射镜；
所述第五反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述接收反射面。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜，用于对所述发射反射面反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；
所述第二反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述接收反射面。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述反射镜组还包括第五反射镜，所述第五反射镜垂直于所述第一反射镜和所述第二反射镜；
所述第五反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述第二反射镜；
所述第二反射镜，用于将所述第五反射镜反射的激光束，反射至所述接收反射面。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的夹角为90°。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述反射镜组还包括第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜；
所述第六反射镜和所述第七反射镜之间的夹角，等于所述第一夹角；
所述第一反射镜和所述第二反射镜垂直于第一平面，所述第六反射镜和所述第七反射镜垂直于第二平面，所述第二平面垂直于所述第一平面；
所述第八反射镜垂直于所述第一平面和所述第二平面。
12.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述第八反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述第六反射镜；
所述第六反射镜，用于将所述第八反射镜反射的激光束，反射至所述第七反射镜；
所述第七反射镜，用于将所述第六反射镜反射的激光束，反射至所述第一反射镜；
所述第一反射镜，用于将所述第七反射镜反射的激光束，反射至所述第二反射镜；
所述第二反射镜，用于将所述第一反射镜反射的激光束，反射至所述接收反射面。
13.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述第六反射镜，用于将所述发射反射面反射的激光束，反射至所述第七反射镜；
所述第七反射镜，用于对所述第六反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；
所述第八反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述第一反射镜；
所述第一反射镜，用于将所述第八反射镜反射的激光束，反射至所述第二反射镜；
所述第二反射镜，用于将所述第一反射镜反射的激光束，反射至所述接收反射面。
14.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述第六反射镜，用于将所述发射反射面反射的激光束，反射至所述第七反射镜；
所述第七反射镜，用于将所述第六反射镜反射的激光束，反射至所述第八反射镜；
所述第八反射镜，用于对所述第七反射镜反射的激光束进行反射，使反射后的激光束对外发射；
所述第一反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述第二反射镜；
所述第二反射镜，用于将所述第一反射镜反射的激光束，反射至所述接收反射面。
15.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括第一透镜和第二透镜；
所述第一透镜设置在所述光源的发射光路上，所述第一透镜，用于对从所述光源接收到的激光束，进行准直或聚焦；
所述第二透镜设置在所述探测器的接收光路上，所述第二透镜，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到所述探测器。
16.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括第三透镜和第四透镜；
所述第三透镜设置在所述发射反射面的出射光路上，所述第三透镜，用于对从所述发射反射面接收到的激光束，进行准直；
所述第四透镜设置在所述接收反射面的入射光路上，所述第四透镜，用于对接收到的激光束进行聚焦并发送到所述接收反射面。
17.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述反射镜组还包括第三反射镜和第四反射镜；
所述第三反射镜和所述第四反射镜之间的夹角等于所述第一夹角；
所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜垂直于同一平面；
所述第三反射镜，用于将物体反射回的激光束，反射至所述第四反射镜；
所述第四反射镜，用于将所述第三反射镜反射的激光束，反射至所述接收反射面。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278809A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 中国科学院上海光学精密机械研究所 直视合成孔径激光成像雷达单棱镜旋转发射装置
CN107153200A (zh) * 2017-05-25 2017-09-12 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及激光雷达控制方法
CN107390200A (zh) * 2017-08-01 2017-11-24 宁波傲视智绘光电科技有限公司 一种机械扫描式激光雷达光机结构和探测方法
CN206920600U (zh) * 2017-08-01 2018-01-23 宁波傲视智绘光电科技有限公司 一种激光雷达光学系统
EP3290986A2 (en) * 2015-04-28 2018-03-07 Korea Electronics Technology Institute Multi-channel lidar scanner optical system using mirror rotation manner
CN208092233U (zh) * 2018-04-27 2018-11-13 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004361315A (ja) * 2003-06-06 2004-12-24 Nissan Motor Co Ltd レーダ装置
CN103744071A (zh) * 2014-01-03 2014-04-23 中国科学院上海光学精密机械研究所 直视合成孔径激光成像雷达等光程波面变换线性扫描装置
US10088557B2 (en) * 2015-03-20 2018-10-02 MSOTEK Co., Ltd LIDAR apparatus
EP3264135B1 (en) * 2016-06-28 2021-04-28 Leica Geosystems AG Long range lidar system and method for compensating the effect of scanner motion
CN207457508U (zh) * 2017-08-08 2018-06-05 上海禾赛光电科技有限公司 基于二维扫描振镜的激光雷达系统
CN108089174B (zh) * 2017-11-10 2021-12-03 无锡英菲感知技术有限公司 一种基于微镜的加倍扫描视场共享窗口激光雷达系统
CN108710134A (zh) * 2018-07-17 2018-10-26 苏州元联传感技术有限公司 基于收发组合镜头的二维扫描激光测距雷达

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278809A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 中国科学院上海光学精密机械研究所 直视合成孔径激光成像雷达单棱镜旋转发射装置
EP3290986A2 (en) * 2015-04-28 2018-03-07 Korea Electronics Technology Institute Multi-channel lidar scanner optical system using mirror rotation manner
CN107153200A (zh) * 2017-05-25 2017-09-12 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及激光雷达控制方法
CN107390200A (zh) * 2017-08-01 2017-11-24 宁波傲视智绘光电科技有限公司 一种机械扫描式激光雷达光机结构和探测方法
CN206920600U (zh) * 2017-08-01 2018-01-23 宁波傲视智绘光电科技有限公司 一种激光雷达光学系统
CN208092233U (zh) * 2018-04-27 2018-11-13 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种双面快速转向反射镜结构设计与分析;刘重飞等;《机械科学与技术》;20160831;第35卷(第8期);摘要，前言，正文第1-3小节，附图1-16 *

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