激光雷达的探测单元、激光雷达及其探测方法技术

本发明专利技术提供了一种激光雷达的探测单元，所述探测单元能够根据探测光束的飞行时间，预测反射回波在探测器阵列上的光斑位置，并读取与所述光斑相对应的部分光电探测器的电信号。本发明专利技术的优选实施例还提供了一种根据探测光束的飞行时间，预测反射回波在探测器阵列上的光斑位置，并依据此动态调节光敏区域的探测方法。本发明专利技术在不增加接收视场的前提下，实现了接收光的全部检测，抑制了环境光的干扰，并有效解决了光机结构中因机械形变导致的光路变形，从而产生的焦平面上光斑位置偏移的问题。从而产生的焦平面上光斑位置偏移的问题。从而产生的焦平面上光斑位置偏移的问题。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达的探测单元、激光雷达及其探测方法


[0001]本专利技术大致涉及激光探测
，尤其涉及一种可动态调节光敏面的探测单元、包括该探测单元的激光雷达及其探测方法。

技术介绍

[0002]激光雷达系统包括激光发射系统和探测接收系统，发射激光遇到目标后反射并被探测系统所接收，通过测量激光往返的时间可测量目标和雷达间的距离(飞行时间法)，当对整个目标区域扫描探测后，则最终可实现三维成像。激光雷达作为是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、抗有源干扰能力强、体积小、质量轻等优点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。
[0003]目前，在激光雷达的实际应用中，由于发射光路和接收光路不同轴的原因，导致在不同的反射距离下，探测器上的成像光斑位置不同。而对于同轴激光雷达(例如扫描振镜激光雷达或类似视场扫描雷达)，在飞行时间内，由于扫描振镜在激光发射和接收的过程中发生微小的转动，同样会导致光斑漂移。此外，由于雷达设备的硬件老化、胶水变形、热胀冷缩等原因，导致机械形变，也会使探测器上的光斑位置发生偏移。要解决这些问题，需要扩大探测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达的探测单元，包括：探测器阵列，所述探测器阵列包括多个可单独寻址的光电探测器，所述光电探测器配置成可接收激光雷达发出的探测光束被目标物反射的回波并将回波转换成电信号；控制单元，所述控制单元耦接到所述探测器阵列，并配置成根据激光雷达发出的探测光束的飞行时间，预测所述探测光束被目标物反射的回波在所述探测器阵列上的光斑位置，并读取所述多个光电探测器中与所述光斑相对应的部分光电探测器的电信号。2.如权利要求1所述的探测单元，其中所述光电探测器包括单光子探测器，所述探测单元还包括分别与所述多个光电探测器对应并连接的多条地址线，所述控制单元通过所述多条地址线与所述多个光电探测器电连接读取电信号。3.如权利要求1或2所述的探测单元，其中在所述激光雷达工作过程中，所述多个光电探测器保持开启。4.一种激光雷达的探测单元，包括：探测器阵列，所述探测器阵列包括多个可单独寻址的光电探测器，所述光电探测器配置成可接收激光雷达发出的探测光束被目标物反射的回波并将回波转换成电信号；控制单元，所述控制单元耦接到所述探测器阵列，并配置成根据激光雷达发出的探测光束的飞行时间，预测所述探测光束被目标物反射的回波在所述探测器阵列上的光斑位置，并仅使得所述多个光电探测器中与所述光斑相对应的部分光电探测器处于开启状态并读取其电信号。5.如权利要求4所述的探测单元，还包括用于每个光电探测器的驱动电路，所述驱动电路包括齐纳二极管，所述光电探测器通过所述齐纳二极管连接到驱动电压，所述驱动电路还包括耦接在所述齐纳二极管两端的开关器件，所述开关器件与所述控制单元耦接，并由所述控制单元控制导通和断开，其中当所述开关器件导通时，所述齐纳二极管被短路，所述光电探测器开启；当所述开关器件断开时，所述齐纳二极管未被短路，所述光电探测器关闭。6.如权利要求5所述的探测单元，其中所述光电探测器包括单光子探测器，所述探测单元还包括分别与所述多个光电探测器对应并连接的多条地址线，所述控制单元通过所述多条地址线与所述多个光电探测器电连接读取电信号。7.一种激光雷达，包括如权利要求1-6中任一项所述的探测单元。8.如权利要求7所述的激光雷达，还包括：激光器，配置成可发出激光束用于目标物探测；发射镜头，所述发射镜头位于所述激光器的光路下游，配置成可接收所述激光束，调制后发射到所述激光雷达的外部；接收镜头，配置成可接收所述激光器发出的激光束被目标物反射的回波并将回波会聚至所述探测器阵列，所述探测器阵列位于所述接收镜头的焦平面上。9.如权利要求8所述的激光雷达，其中所述控制单元根据以下公式确定所述探测光束被目标物反射的回波在所述探测器阵列上的光斑位置(x
t
,y
t
)：
其中(x0，y0)为光斑原点位置，所述光斑原点位置即目标物在无穷远处时反射的回波在所述探测器阵列上的光斑位置，f为所述接收镜头的焦距，C为光速，t为从所述激光器发出脉冲开始计算的飞行时间，θ为所述激光器出射的激光束与所述接收镜头的光轴的夹角，(h
x
，h
y
)为所述发射镜头与接收镜头之间沿着x轴和y轴的距离分量。10.如权利要求7所述的激光雷达，还包括：激光器，配置成可发出激光束用于目标物探测；视场扫描装置，所述视场扫描装置配置成可将所述激光束反射到激光雷达外部，并接收所述激光器发出的激光束被目标物反射的回波；接收镜头，所述接收镜头配置成将所述激光器发出的激光束被目标物反射的回波会聚至所述探测器阵列，所述探测器阵列位于所述接收镜头的焦平面上。11.如权利要求10所述的激光雷达，其中所述控制单元根据以下公式确定所述探测光束被目标物反射的回波在所述探测器阵列上的光斑位置(x
t
，y
t
)：x
t
＝f*tan{2θ
x
(t)}+x0y
t
＝f*tan{2θ
y
(t)}+y0其中(x0，y0)为光斑原点位置，所述光斑原点位置为所述接收镜头的光轴与所述探测器阵列的交点，f为所述接收镜头的焦距，t为从所述激光器发出脉冲开始计算的飞行时间，(θ
x
(t)，θ
y
(t))为所述视场扫描装置在t时间内在x方向和在y方向转过的角度分量。12.如权利要求9或11所述的激光雷达，其中所述探测单元的控制单元配置成可获取所述雷达回波在所述探测器阵列上的实际投射位置，并可计算根据所述公式获得的位置与实际投射位置之间的偏移(Δx，Δy)，并根据多次计算的偏移Δx，Δy计算平均偏移量利用所述平均偏移量修正所述光斑原点位置。13.如权利要求8-11中任一项所述的激光雷达，其中所述激光雷达包括多个所述激光器，所述探测器阵列包括多个独立的子面阵，每个子面阵与其中一个激光器对应，构成一探测通道。14.如权利要求8-11中任一项所述的激光雷达，其中所述激光器是边发射型激光器或者是垂直腔面发射型激光器。15.一种如权利要求7所述的激光雷达的探测方法，包括：向所述激光雷达外部发射探测光束；从发出所述探测光束开始计算飞行时间；根据所述飞行时间预测所述探测光束被目标物反射的回波在所述探测器阵列上的光斑位置；读取所述多个光电探测器中与所述光斑相对应的部分光电探测器的电信号。16.如权利要求15所述的探测方法，其中所述激光雷达还包括：激光器，配置成可发出激光束用于目标物探测；发射镜头，所述发射镜头位于所述激光器的光路下游，配置成可接收所述激光束，调制后发射到所述激光雷达的外部；接收镜头，配置成可接收所述激光器发出的激光束被目标物反射的回波并将回波会聚至所述探测器阵列，所述探测器阵列位于所
述接收镜头的焦平面上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶俊，朱雪洲，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：