雷射雷達及雷射雷達控制方法與流程
2023-09-24 05:08:15
本發明涉及檢測領域，特別涉及一種雷射雷達及雷射雷達控制方法。
背景技術：
雷射雷達是以發射雷射光束來探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統，其工作原理是先向目標發射探測雷射光束，然後將接收到的從目標反射回來的信號與發射信號進行比較，作適當處理後，就可獲得目標的有關信息，例如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數。
現有技術中的雷射雷達，如果要實現三維掃描，即實現360範圍的掃描，需要多個雷射發射器。雷射雷達中使用的雷射發射器的成本較高，因此現有技術中的使用多個雷射發射器的雷射雷達的成本也很高。
技術實現要素：
本發明實施例中提供了一種雷射雷達，包括：
一個雷射發射器，用於發射出射雷射；
半透半反鏡，用於使所述來自雷射發射器的出射雷射透過至所述一維振鏡；
一維振鏡，用於在垂直方向上改變所述出射雷射的光路方向；
旋轉結構，用於在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
可選的，所述旋轉結構用於在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向，包括：
所述旋轉結構帶動雷射發射器、半透半反鏡及以為memes振鏡旋轉，在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向；或
所述旋轉結構自身轉動，在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
可選的，所述一維振鏡還用於在垂直方向上改變反射雷射的光路方向，其中，所述反射雷射為出射雷射經被測物體反射後的雷射。
可選的，所述半透半反鏡還用於使所述來自所述一維振鏡的反射雷射反射至接收器。
可選的，所述雷射雷達還包括接收器，用於接收來自半透半反鏡的反射雷射，所述反射雷射為被測物體反射後的雷射。
可選的，所述接收器為面陣式接收器。
可選的，所述雷射雷達還包括準直單元，設置於所述雷射發射器與所述半透半反鏡之間，用於準直所述雷射發射器發射的出射雷射。
可選的，所述雷射雷達還包括聚焦單元，設置於所述接收器與半透半反鏡之間，用於聚焦所述來自半透半反鏡的反射雷射，所述聚焦後的反射雷射由所述接收器接收。
第二方面，提供了一種雷射雷達控制方法，包括：
一個雷射發射器發射出射雷射；
半透半反鏡使所述來自雷射發射器的出射雷射透過至一維振鏡；
一維振鏡在垂直方向上改變所述出射雷射的光路方向；
旋轉結構在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
可選的，所述旋轉結構在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向，包括：
所述旋轉結構帶動雷射發射器、半透半反鏡及以為memes振鏡旋轉，以在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向；或
所述旋轉結構自身轉動，以在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
可選的，所述方法還包括：
所述一維振鏡在垂直方向上改變反射雷射的光路方向，其中，所述反射雷射為出射雷射經被測物體反射後的雷射。
可選的，所述方法還包括：
所述半透半反鏡使所述來自所述一維振鏡的反射雷射反射至接收器。
可選的，所述方法還包括：
接收器接收來自半透半反鏡的反射雷射，所述反射雷射為被測物體反射後的雷射。
可選的，所述方法還包括：
所述接收器為面陣式接收器。
可選的，所述方法還包括：
準直單元，準直所述雷射發射器發射的出射雷射，所述準直單元設置於所述雷射發射器與所述半透半反鏡之間。
可選的，所述方法還包括：
聚焦單元聚焦所述來自半透半反鏡的反射雷射，所述聚焦後的反射雷射由所述接收器接收，所述聚焦單元設置於所述接收器與半透半反鏡之間。
本發明的實施例中公開了一種雷射雷達，包括一個雷射發射器、一維振鏡、半透半反鏡和旋轉結構，由於本發明實施例只使用了一個雷射發射器，因為可以節約成本；同時，本發明雷射雷達採用一維振鏡使一個雷射發射器發射的一條出射雷射在垂直方向上改變光路，由於一維振鏡的扭轉速度極快，因此在垂直方向上分布的雷射光束可以很多，從而可以提高雷射雷達的垂直解析度；此外，旋轉結構可以在水平方向上改變出射雷射的光路方向，從而實現三百六十度的三維掃描。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1所示為本發明實施例的雷射雷達的結構示意圖；
圖2所示為單點雷射通過一維振鏡後的光斑圖；
圖3所示為本發明實施例的雷射雷達的結構示意圖；
圖4所示為本發明實施例的雷射雷達控制方法的流程圖。
具體實施方式
本發明如下實施例提供了一種雷射雷達，能降低雷射雷達的成本，提高雷射雷達的垂直解析度。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1所示為本發明實施例的雷射雷達的示意圖，如圖1所示，所述雷射雷達包括：
一個雷射發射器110，用於發射出射雷射；
半透半反鏡120，用於使所述來自雷射發射器的出射雷射透過至一維振鏡；
一維振鏡130，用於在垂直方向上改變所述出射雷射的光路方向；
旋轉結構140，用於在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
一維振鏡130在工作時需加載驅動，工作在諧振頻率下，一維振鏡130的鏡面在一個軸方向上高速扭轉，將雷射光束由點掃描成面。
常用的振鏡可以是mems振鏡(mems,micro-electro-mechanicalsystem)，或可以是機械式振鏡，或可以是具有相同或相似功能的其他功能單元。
圖2所示為雷射發射器110發射的出射雷射經過一維振鏡130之後的光斑圖，理論上，經過一維振鏡後130的出射雷射在垂直方向上可以有無數條，即在垂直方向上分布的雷射光束可以有很多條。垂直方向上的雷射光束的條數決定了雷射雷達的垂直解析度，條數越多，垂直解析度越高，因此，使用一維memes振鏡130的雷射雷達的垂直解析度可以很高。
本發明實施例中，所述旋轉結構用於在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向，包括：
所述旋轉結構帶動雷射發射器、半透半反鏡及一維memes振鏡旋轉，在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向；或
所述旋轉結構自身轉動，在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
圖1中的旋轉結構140僅為示例性地示出，並非旋轉結構140的具體結構。
本發明實施例中，雷射發射器110、半透半反鏡120及一維memes振鏡130可以設置於旋轉結構140上，旋轉結構帶動上述功能單元轉動，從而在水平面上改變出射雷射的光路方向。此類型的旋轉結構可以是轉動軸與轉動底盤的方式，也可以是磁環等結構，在此不再贅述。
本發明的實施例中，雷射發射器110、半透半反鏡120及一維memes振鏡130可以保持靜止，僅由旋轉結構140自身轉動以在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向，此時旋轉結構可以是旋轉反射鏡、旋轉透鏡等。
本發明實施例中，所述一維振鏡130還用於在垂直方向上改變反射雷射的光路方向，其中，所述反射雷射為出射雷射經被測物體反射後的雷射。
本發明實施例中，所述半透半反鏡還用於使所述來自所述一維振鏡的反射雷射反射至接收器。
由於雷射的傳播速度很快，因此本發明實施例中，發射雷射經被測物體100反射後在10us內反射雷射已從原路返回了，因此，對於一維mems透鏡130來說，出射雷射和該出射雷射對應的反射雷射的光路方向相反、路徑相同，所以反射雷射可以通過一維mems透鏡130到達半透半反鏡120，而半透半反鏡120可以將反射雷射反射至接收器。
圖1中，出射雷射用實線表示，反射雷射用虛線表示。為了更清楚的顯示出射雷射和反射雷射，兩條線之間拉開了一定的距離。實際中，出射雷射和反射雷射無限接近於重合，兩條線也應該是無限接近於重合的。
本發明的實施例中公開了一種雷射雷達，包括一個雷射發射器、一維振鏡、半透半反鏡和旋轉結構，由於本發明實施例只使用了一個雷射發射器，因為可以節約成本；同時，本發明雷射雷達採用一維振鏡使一個雷射發射器發射的一條出射雷射在垂直方向上改變光路，由於一維振鏡的扭轉速度極快，因此在垂直方向上分布的雷射光束可以很多，從而可以提高雷射雷達的垂直解析度；此外，旋轉結構可以在水平方向上改變出射雷射的光路方向，從而實現三百六十度的三維掃描。
圖3所示為本發明實施例的雷射雷達的示意圖，如圖3所示，所述雷射雷達還
本發明實施例中，一維振鏡120還用於在垂直方向和水平方向上改變反射雷射的光路方向，其中，所述反射雷射為出射雷射經被測物體100反射後的雷射。
所述半透半反鏡120還用於使所述來自所述一維振鏡的反射雷射反射至接收器。
由於雷射的傳播速度很快，因此本發明實施例中，發射雷射經被測物體100反射後在10us內反射雷射已從原路返回了，因此，對於一維mems透鏡130來說，出射雷射和該出射雷射對應的反射雷射的光路方向相反、路徑相同，所以反射雷射可以通過一維mems透鏡130到達半透半反鏡120，而半透半反鏡120可以將反射雷射反射至接收器。
圖1中，出射雷射用實線表示，反射雷射用虛線表示。為了更清楚的顯示出射雷射和反射雷射，兩條線之間拉開了一定的距離。實際中，出射雷射和反射雷射無限接近於重合，兩條線也應該是無限接近於重合的。
圖3所示為本發明實施例的雷射雷達的示意圖，如圖3所示，所述雷射雷達還包括：接收器150，準直單元160以及聚焦單元170。
接收器150，用於接收來自半透半反鏡120的反射雷射，所述反射雷射為被測物體100反射後的雷射。
可選的，所述接收器150為面陣式接收器。
面陣式接收器可以是apd(avalanchephotodiode，雪崩二極體)陣列。apd在一個平面上均勻排列，當反射雷射被apd陣列接收後，經處理器運算後生成3d圖像。
準直單元160，設置於所述雷射發射器110與所述半透半反鏡120之間，用於準直所述雷射發射器110發射的出射雷射。
本發明實施例中，準直單元160可以是準直鏡，準直鏡可以是單透鏡，也可以是由多片透鏡組成的透鏡組。
聚焦單元170，設置於所述接110收器與半透半反鏡120之間，用於聚焦所述來自半透半反鏡120的反射雷射，所述聚焦後的反射雷射由所述接收器150接收。
本發明實施例中，聚焦單元170可以是聚焦鏡，聚焦鏡可以是單透鏡，也可以是由多片透鏡組成的透鏡組。
若雷射器110的發出的出射雷射經一維振鏡130的偏轉後再到準直單元160，由於一維振鏡會將單點雷射偏轉成一條線的雷射光束，相當於進入準直鏡的是大角度的入射光，要校正大角度入射光需要多片鏡片來校正，增加了產品成本，也增加了設計難度，還會造成出射雷射的衰減。因此本發明實施例中，發射雷射直接經準直單元160準直後在由一維振鏡130來偏轉，光的反射不引入像差等因素，簡化了設計難度，也無需引入多片鏡片來校正，可以節約成本。
本發明實施例的雷射雷達能降低雷射雷達的成本，提高雷射雷達的垂直解析度。
和上述雷射雷達相對應，本發明實施例還提供了一種雷射雷達控制方法。圖4所示為本發明實施例的雷射雷達控制方法的流程圖，如圖4所示，所述方法包括：
步驟410，一個雷射發射器發射出射雷射；
步驟420，半透半反鏡使所述來自雷射發射器的出射雷射透過至一維振鏡；
步驟430，一維振鏡在垂直方向上改變所述出射雷射的光路方向；
步驟440，旋轉結構在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
可選的，所述旋轉結構在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向，包括：
所述旋轉結構帶動雷射發射器、半透半反鏡及以為memes振鏡旋轉，以在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向；或
所述旋轉結構自身轉動，以在水平方向上改變所述出射雷射的光路方向。
可選的，所述方法還包括：
所述一維振鏡在垂直方向上改變反射雷射的光路方向，其中，所述反射雷射為出射雷射經被測物體反射後的雷射。
可選的，所述方法還包括：
所述半透半反鏡使所述來自所述一維振鏡的反射雷射反射至接收器。
可選的，所述方法還包括：
接收器接收來自半透半反鏡的反射雷射，所述反射雷射為被測物體反射後的雷射。
可選的，所述方法還包括：
所述接收器為面陣式接收器。
可選的，所述方法還包括：
準直單元，準直所述雷射發射器發射的出射雷射，所述準直單元設置於所述雷射發射器與所述半透半反鏡之間。
可選的，所述方法還包括：
聚焦單元聚焦所述來自半透半反鏡的反射雷射，所述聚焦後的反射雷射由所述接收器接收，所述聚焦單元設置於所述接收器與半透半反鏡之間。
本發明實施例的雷射雷達控制方法能降低雷射雷達的成本，提高雷射雷達的垂直解析度。
本發明的實施例公開了一種雷射雷達和雷射雷達控制方法，本發明的實施例中公開了一種雷射雷達，包括一個雷射發射器、一維振鏡、半透半反鏡和旋轉結構，由於本發明實施例只使用了一個雷射發射器，因為可以節約成本；同時，本發明雷射雷達採用一維振鏡使一個雷射發射器發射的一條出射雷射在垂直方向上改變光路，由於一維振鏡的扭轉速度極快，因此在垂直方向上分布的雷射光束可以很多，從而可以提高雷射雷達的垂直解析度；此外，旋轉結構可以在水平方向上改變出射雷射的光路方向，從而實現三百六十度的三維掃描。
本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明實施例中的技術可藉助軟體加必需的通用硬體的方式來實現，通用硬體包括通用集成電路、通用cpu、通用存儲器、通用元器件等，當然也可以通過專用硬體包括專用集成電路、專用cpu、專用存儲器、專用元器件等來實現，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基於這樣的理解，本發明實施例中的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品可以存儲在存儲介質中，如只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟、光碟等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。
本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對於系統實施例而言，由於其基本相似於方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。