一种混合固态激光雷达及其扫描方法技术

本发明专利技术公开了一种混合固态激光雷达及其扫描方法，其中，激光雷达包括：N组激光发射器和激光接收器；第一多面体棱镜，第一多面体棱镜具有N个反射面，且N个反射面具有相同或不同倾角差，倾角差合计为M1

【技术实现步骤摘要】
一种混合固态激光雷达及其扫描方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达领域，特别涉及一种混合固态激光雷达及其扫描方法。

技术介绍

[0002]现有技术中的激光雷达，主要分为三大类，机械式车载激光雷达，混合固态式车载激光雷达，全固态车载激光雷达。
[0003]第一类机械式车载激光雷达优点是技术成熟，探测性能优越，分辨率高，360
°
视场，但由于在垂直方向上的分辨率和激光发射器及接收器数量成正比，量产过程中必须对每个发射器和接收器进行精密的光学对准装配及标定，工作量大，产品良率低，成本高。
[0004]第二类混合固态式车载激光雷达，通过镜子或多面体棱镜旋转来控制激光束方向完成扫描，主要技术是采用微型MEMS扫描镜来控制激光束方向完成扫描，优点是MEMS扫描镜比较成熟，可以降低成本，缺点是会受震动影响，且扫描镜偏转角度受限，扫描方向不是360
°
。
[0005]第三类，全固态激光雷达为两种，一为光学相控阵(OPA)方案，采用光学相控阵的技术来控制激光束，而无需任何运动部件；二为泛光(Flash)成像LiDAR，无需光束转向，只需一次闪光即可照明整个场景，再通过类似于数码相机的二维阵列图像传感器探测反射回来的光线。全固态激光雷达其内部没有任何运动部件，可芯片化，量产可大幅降低成本，但技术还不成熟，测距距离短，同样只能扫描一个方向，实现360
°
视场角需多个拼接。
[0006]激光雷达及激光雷达控制方法专利技术专利CN107703510A公开了一种激光雷达及激光雷达控制方法，采用垂直振镜和旋转多面镜配合完成三维扫描，采用一个发射器通过振镜实现垂直方向扫描，代替多个发射器以求降低成本及结构的复杂性，但由于无人驾驶对激光雷达水平分辨率要求0.1
°
及刷新频率10帧或以上，并且测量距离要达到200m，根据这技术要求水平方向每扫过0.1
°
的时间为27μs，而每一次测量时间至少2μs，在垂直方向上只能测量13次，即垂直分辨率只能做到2.2
°
，所以达不到第一类多发射器/接收器激光雷达的技术参数要求，无法完全替代。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种混合固态激光雷达及其扫描方法，以解决高成本、低分辨率等问题。
[0008]根据本专利技术第一方面实施例的一种混合固态激光雷达，包括：N组激光发射器和激光接收器，分别用于发射、接收探测激光，所述N≥2；第一多面体棱镜，所述第一多面体棱镜具有N个反射面或折射面，N个所述反射面或折射面与所述N组激光发射器和激光接收器的位置一一对应，用于将所述激光发射器发射的探测激光反射或折射至第二多面体棱镜、以及将所述第二多面体棱镜回传的探测激光反射或折射至所述激光接收器，且N个所述反射面或折射面具有相同或不同倾角差，倾角差合计为M1
°
；第二多面体棱镜，与所述第一多面体棱镜结构相同，倾角差合计为M2
°
，且镜像对称设置于所述第一多面体棱镜上方，用于将
所述第一多面体棱镜反射或折射的探测激光反射或折射至被探测区域、以及将被探测区域反射回传的探测激光反射给所述第一多面体棱镜；电机控制模组，用于控制所述第一多面体棱镜与所述第二多面体棱镜实施不同的旋转模式。
[0009]根据本专利技术第一实施例的混合固态激光雷达，至少具有如下有益效果：通过各激光发射器发出的激光经两个转镜不同旋转方式及不同倾斜度反射面组合两次反射在一个周期后形成N个具有水平视场360/N度、垂直视场场2*M1
°
的二维扫描光，经组合后在一个周期内形成水平视场360度、垂直视场2(M1
°
+M2
°
)的三维扫描光。且整机只有两个水平旋转棱镜，结构简单，通过水平转镜分为N个不同倾斜角度的反射面及不同旋转方式组合后形成N个方向的二维扫描光，代替N个MEMS振镜，大幅降低成本。
[0010]根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述电机控制模组包括第一电机控制模组和第二电机控制模组，分别用于控制所述第一多面体棱镜和第二多面体棱镜的连续式旋转和间歇式旋转。
[0011]根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述N组激光发射器和激光接收器以圆周等分方式设置于所述第一多面体棱镜的周侧。
[0012]根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述激光发射器的出射方向设置有准直透镜。
[0013]根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述激光接收器的入射方向设置有聚焦透镜。
[0014]根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述激光接收器的入射方向设置有聚焦透镜，且该聚焦透镜与所述准直透镜为同一透镜。
[0015]根据本专利技术第一方面的一些实施例，所述激光发射器与所述第一多面体棱镜的对应反射面之间设置有第一反射镜，所述第一反射镜倾斜布置以用于将水平发射的探测激光垂直反射给所述第一多面体棱镜。
[0016]根据本专利技术第二方面实施例的一种混合固态激光雷达的扫描方法，应用于所述的一种混合固态激光雷达，包括以下步骤：
[0017]N个激光发射器发射探测激光；
[0018]控制第一多面体棱镜每旋转一周、第二多面体棱镜对应旋转360/N度和停留，实施交替间歇式旋转；
[0019]第一多面体棱镜将所述激光发射器发射的探测激光反射或折射，形成N个具有水平视场360/N度、垂直视场2*M1
°
的二维扫描光并发送至所述第二多面体棱镜；
[0020]第二多面体棱镜将所述第一多面体棱镜发送的探测激光反射或折射，当第二多面体棱镜转动一周，形成水平视场360度、垂直视场2(M1
°
+M2
°
)
°
的三维扫描光；
[0021]三维扫描光照射至被探测区域，然后探测激光反射回传依次经过所述第二多面体棱镜、第一多面体棱镜至所述激光接收器来接收。
[0022]根据本专利技术第三方面实施例的一种混合固态激光雷达的扫描方法，应用于所述的一种混合固态激光雷达，包括以下步骤：
[0023]N个激光发射器发射探测激光；
[0024]控制第一多面体棱镜和第二多面体棱镜同步旋转一转后，第一多面体棱镜继续原速度旋转，第二多面体棱镜在360
°
/N角度内完成减速并加速回到原来转速，第二多面体棱
镜与第一多面体棱镜形成错位360
°
/N位置后继续同速度旋转，循环N转之后第一多面体棱镜和第二多面体棱镜复位；
[0025]激光发射器发射的探测激光通过第一多面体棱镜反射或折射到第二多面体棱镜再次反射或折射，形成在水平视场360/N度上N个不同角度的二维扫描光；
[0026]通过第二多面体棱镜和第一多面体棱镜错位变化组合在N转后形成水平视场360度、垂直视场2(M1
°
+M2
°
)的三维扫描光；
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合固态激光雷达，其特征在于：包括N组激光发射器和激光接收器，分别用于发射、接收探测激光，所述N≥2；第一多面体棱镜，所述第一多面体棱镜具有N个反射面或折射面，N个所述反射面或折射面与所述N组激光发射器和激光接收器的位置一一对应，用于将所述激光发射器发射的探测激光反射或折射至第二多面体棱镜、以及将所述第二多面体棱镜回传的探测激光反射或折射至所述激光接收器，且N个所述反射面或折射面具有相同或不同倾角差，倾角差合计为M1
°
；第二多面体棱镜，与所述第一多面体棱镜结构相同，倾角差合计为M2
°
，且镜像对称设置于所述第一多面体棱镜上方，用于将所述第一多面体棱镜反射或折射的探测激光反射或折射至被探测区域、以及将被探测区域反射回传的探测激光反射或折射给所述第一多面体棱镜；电机控制模组，用于控制所述第一多面体棱镜与所述第二多面体棱镜实施不同的旋转模式。2.根据权利要求1所述的混合固态激光雷达，其特征在于：所述电机控制模组包括第一电机控制模组和第二电机控制模组，分别用于控制所述第一多面体棱镜和第二多面体棱镜的连续式旋转和间歇式旋转。3.根据权利要求1所述的混合固态激光雷达，其特征在于：所述N组激光发射器和激光接收器以圆周等分方式设置于所述第一多面体棱镜的周侧。4.根据权利要求1所述的混合固态激光雷达，其特征在于：所述激光发射器的出射方向设置有准直透镜。5.根据权利要求1所述的混合固态激光雷达，其特征在于：所述激光接收器的入射方向设置有聚焦透镜。6.根据权利要求4所述的混合固态激光雷达，其特征在于：所述激光接收器的入射方向设置有聚焦透镜，且该聚焦透镜与所述准直透镜为同一透镜。7.根据权利要求1或4或6所述的混合固态激光雷达，其特征在于：所述激光发射器与所述第一多面体棱镜的对应反射面之间设置有第一反射镜，所述第一反射镜倾斜布置以用于将水平发射的探测激光垂直反射给所述第一多面体棱镜。8.一种混合固态激光雷达的扫描方法，应用于权利要求1至7任一所述的一种混合固态激光雷达，其特征在于：包括以下步骤N个激光发射器发射探测激光；控制第一多面体棱镜每旋转一周、第二多面体棱镜对应旋转360/N度和停留，实施交替间歇式旋转；第一多面体棱镜将所述激光发射器发射的探测激光反射，形成N个具有水平视场360/...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泽雄，
申请(专利权)人：陈泽雄，
类型：发明
国别省市：