光扫描系统和扫描方法与流程

光扫描系统和扫描方法
1.本技术要求申请日为2020年8月6日的专利申请202010784632.7的优先权。
技术领域
2.本技术涉及光学探测领域，且更具体地涉及一种光扫描系统和方法。


背景技术：

3.激光雷达(lidar)是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。
4.激光雷达通常基于飞行时间(time of flight,tof)来进行测距，通过在一发射方向上向外界的场景发射激光脉冲，接收激光脉冲从外界场景中的物体反射产生的回波。通过测量回波的延时，能够计算出在该发射方向上物体与激光雷达之间的距离。通过动态地调整激光的出射方向，能够测量不同方位的物体与激光雷达的距离信息，从而实现对三维空间的建模。
5.在激光雷达中，如何实现对激光雷达激光出射方向的动态调整，影响到系统能够探测到的空间范围(视场)、获得的空间信息的细密程度(分辨率)、抗干扰能力等等。


技术实现要素：

6.根据本公开的一方面，提供了一种光扫描系统，包括：光发射部件，包括至少一个光发射器，向各自扫描视角内的场景发射至少一个发射光束；光扫描部件，其包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件与场景之间的以下元件的组合：至少一个第一光学扫描元件，每个第一光学扫描元件使得入射到第一光学扫描元件的第一入射光束发生第一偏转，并且其中，通过使第一光学扫描元件相对于与第一入射光束的传播方向小于180度角的第一截面进行第一摆动或第一转动、或者通过对第一光学扫描元件施加预定电信号，使得从第一光学扫描元件离开的第一出射光束以各自的预定规律出射；至少一个第二光学扫描元件，每个第二光学扫描元件使得入射到第二光学扫描元件的第二入射光束发生第二偏转，并且其中，第二光学扫描元件在与第二入射光束的传播方向小于180度角的第二截面内进行第一摆动或第一转动，使得从第二光学扫描元件离开的第二出射光束以预定转速摆动或转动；光接收部件，包括至少一个探测器，分别探测从场景反射的至少一个反射光束。
7.在一些实施例中，通过使第一光学扫描元件相对于与第一入射光束的传播方向小于180度角的第一截面进行第一摆动或第一转动，使得从第一光学扫描元件离开的第一出射光束以各自的预定规律出射，包括：通过使第一光学扫描元件相对于与第一入射光束的传播方向小于180度角的第一截面进行第一摆动或第一转动，使得从第一光学扫描元件离开的第一出射光束以各自的预定规律摆动或转动。
8.在一些实施例中，通过对第一光学扫描元件施加预定电信号，使得从第一光学扫描元件离开的第一出射光束以各自的预定规律出射，包括：通过对第一光学扫描元件施加预定电信号，使得第一出射光束的光学相位以各自预定规律被改变，或者使得第一出射光
束以各自的预定规律、按不同的空间位置和/或空间角度出射。
9.在一些实施例中，从光发射部件发射的至少一个发射光束经过光扫描部件到达场景，以实现对场景的二维空间扫描，并且，从场景反射的至少一个反射光束经过光扫描部件到达光接收部件。
10.在一些实施例中，第一摆动不同于第二摆动，并且第一转动不同于第二转动。
11.在一些实施例中，第二偏转的偏转角度的最大幅度与第一偏转的偏转角度的最大幅度满足预定倍数关系，在0.01倍到100倍之间。
12.在一些实施例中，第一偏转的偏转角度的最大幅度大于第二偏转的偏转角度的最大幅度。
13.在一些实施例中，由于第二光学扫描元件的第二转动或第二摆动引起的第二偏转的偏转角度大小的改变的幅度小于预定阈值。
14.在一些实施例中，第一光学扫描元件包括振镜、转镜、波导、光学开关、或者光学相位阵列opa中的至少一种。
15.在一些实施例中，第一光学扫描元件包括振镜，振镜是反射式和透射式中的至少一种，振镜以预定点或一个或多个预定振动轴为中心振动。
16.在一些实施例中，振镜是mems振镜和机械振镜中的一种。
17.在一些实施例中，振镜在至少一个维度方向上振动的频率范围为1到20000赫兹。
18.在一些实施例中，振镜在两个维度方向上各自的振动频率频率范围为1到20000赫兹。
19.在一些实施例中，第一光学扫描元件包括转镜，转镜是反射式和透射式中的至少一种，转镜以预定点或一个或多个预定转动轴为中心转动。
20.在一些实施例中，转镜包括平面反射转镜。
21.在一些实施例中，转镜包括透射楔形转镜。
22.在一些实施例中，第一光学扫描元件包括光学相位阵列opa、波导或光学开关中的至少一种，其中光学相位阵列、波导、或者光学开关基于电信号在至少一个一维方向上以各自的预定频率引导入射到第一光学扫描元件的第一入射光束。
23.在一个实施例中，第二光学扫描元件包括或棱镜，所述透射楔镜或棱镜按预定旋转轴旋转。预定旋转轴与第一光学扫描元件的预定转动轴的方向不同。
24.在一些实施例中，透射楔镜或棱镜的旋转频率的范围为0.1hz到2000hz之间。
25.在一些实施例中，透射楔镜包括第一表面以及和第一表面相对且非平行的第二表面，且第一表面和预定旋转轴之间的夹角为预设角，其中，预设角的范围为1
°
到179
°
之间。
26.在一些实施例中，棱镜包括至少两个侧表面，所述至少两个侧表面中的每一个包括平面和曲面之一，所述发射光束入射到所述棱镜内至少反射一次后从其中一个侧表面出射。
27.在一些实施例中，棱镜包括双折射晶体、硅晶体、单一晶体、复合晶体、液晶或高分子材料中的至少一个。
28.在一些实施例中，来自至少一个光发射器的发射光束入射到第一表面，从第二表面出射，且透射楔镜的第二表面上设置光栅。
29.在一些实施例中，光发射部件中的至少两个光发射器发射的发射光束的波长不
同。
30.在一些实施例中，至少一个光发射器的每个按第一预设规律发射至少两个不同波长的发射光束。
31.在一些实施例中，在一个预定时间段内，从至少一个光发射器发射的一对波长的组合与从至少一个光发射器发射的另一对波长的组合不同。
32.在一些实施例中，至少一个光发射器按预定的时间间隔规律发射光束，以使得按该预定的时间间隔规律发射的两个相邻光束的两个扫描角度之间的差不大于预设值。
33.在一些实施例中，至少一个光发射器的每个向各自对应的最终扫描场景同时发射光束，至少一个探测器与至少一个光发射器一一对应，且探测至少一个光发射器发射的至少一个发射光束最终从扫描视角内的场景反射的至少一个反射光束，其中至少一个反射光束相互独立或相互叠加。
34.在一些实施例中，从光发射部件发射的至少一个发射光束按顺序经过光扫描部件中的至少一个第一光学扫描元件和至少一个第二光学扫描元件到达场景。
35.在一些实施例中，光扫描系统还包括：至少一个第一光学元件，通过透射或反射以扩束或准直至少一个光发射器发射的至少一个发射光束按预设的散射角度、初始光束尺寸、光束分布形状发射向各自的场景；以及至少一个第二光学元件，通过透射或反射以会聚至少一个反射光束被至少一个探测器接收，其中，至少一个第一光学元件和至少一个第二光学元件是同一元件或不同的元件，且至少一个第一光学元件或至少一个第二光学元件被布置在第一光学扫描元件和光发射部件之间、或在第一光学扫描元件和第二光学扫描元件之间、或在第二光学扫描元件和场景之间、或在第一光学扫描元件和光接收部件之间。
36.在一些实施例中，第一光学元件和/或第二光学元件包括至少一个光学波导器件，光学波导器件包括光纤、波导管中的至少一个。
37.在一些实施例中，光扫描系统还包含至少一个滤波器件，位于第二光学元件和光接收部件之间，以按预设波段或按第二预设规律过滤至少一个反射光束以使得光接收部件接收到期望的反射光束。
38.在一些实施例中，光扫描系统还包括计算部件，其根据光接收部件接收到的反射光束，传输和/或计算光接收部件与场景之间的距离和反射光束的强度中的至少一个。
39.在一些实施例中，光接收部件是雪崩光电二极管(apd)和/或单光子雪崩二极管(spad)，或者光接收部件是互补金属氧化物半导体(cmos)或电荷耦合器件(ccd)的图像芯片。
40.在一些实施例中，至少一个光发射器发射的至少一个发射光束是光脉冲，且光脉冲包括如下光学特性中的至少一种：波形、波长、波长随时间变化函数、偏振性、峰值强度或总能量、空间光强分布，且光脉冲包括光信息，其包括如下中的至少一种：光脉冲在其所属的脉冲连串内的顺序、相对时间、相对能量。
41.在一些实施例中，光扫描系统与场景之间的探测距离在[0.01m,300m]之间，或者在[0.01m,50m]之间，或者在[0.01m,10m]之间；并且，光发射器发射光束的脉冲宽度在[0.1ns-10ns]、或[3ns-3us]、或[1us-10ms]之间。
[0042]
在一些实施例中，光扫描系统可以用于激光雷达上，实现3维测距。
[0043]
在一些实施例中，光扫描部件还包括电光晶体。
[0044]
在一些实施例中，光发射部件被进一步设置为包括相对于光扫描部件固定、并且以不同的空间角度和/或空间位置发射至少两个发射光束的至少一个光发射器，并且通过光扫描部件向至少两个彼此不同的扫描视角内的场景发射至少两个发射光束。
[0045]
根据本公开的一方面，提供了另一种光扫描系统，包括：光扫描部件，其包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件与场景之间的以下元件的组合：至少两个光学扫描元件，每个光学扫描元件使得入射到所述光学扫描元件的入射光束发生偏转，并且其中，所述光学扫描元件在与所述入射光束的传播方向小于180度角的截面内摆动或转动，使得从所述光学扫描元件离开的出射光束以预定转速摆动或转动；光发射部件，包括相对所述光扫描部件固定的、并且以不同的空间角度和/或空间位置发射至少两个发射光束的至少两个光发射器，并且通过所述光扫描部件向至少两个彼此不同的扫描视角内的场景发射至少两个发射光束；光接收部件，包括至少一个探测器，分别探测从所述场景反射的至少一个反射光束。
[0046]
根据本公开的一方面，提供了一种光扫描系统的扫描方法，其中，光扫描系统包括：光发射部件，包括至少一个光发射器，向各自扫描视角内的场景发射至少一个发射光束；光扫描部件，其包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件与场景之间的以下元件的组合：至少一个第一光学扫描元件，每个第一光学扫描元件使得入射到第一光学扫描元件的第一入射光束发生第一偏转；至少一个第二光学扫描元件，每个第二光学扫描元件使得入射到第二光学扫描元件的第二入射光束发生第二偏转；光接收部件，包括至少一个探测器，分别探测从场景反射的至少一个反射光束；方法包括：使得每个第一光学扫描元件相对于与第一入射光束的传播方向小于180度角的第一截面进行第一摆动或第一转动、或者对第一光学扫描元件施加预定电信号，使得从第一光学扫描元件离开的第一出射光束以各自的预定规律出射；使得第二光学扫描元件在与第二入射光束的传播方向小于180度角的第二截面内进行第二摆动或第二转动，使得从第二光学扫描元件离开的第二出射光束以预定转速摆动或转动。
[0047]
根据本公开的一方面，提供了另一种光扫描系统的扫描方法，其中，光扫描系统包括：光扫描部件，其包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件与场景之间的以下元件的组合：至少两个第二光学扫描元件，每个第二光学扫描元件使得入射到第二光学扫描元件的第二入射光束发生第二偏转；光发射部件，包括相对于光扫描部件固定、并且以不同的空间角度和/或空间位置发射至少两个发射光束的至少两个光发射器；光接收部件，包括至少一个探测器，分别探测从场景反射的至少一个反射光束；方法包括：由光发射部件通过光扫描部件向至少两个彼此不同的扫描视角内的场景发射至少两个发射光束；以及使得每个第二光学扫描元件分别在与第二入射光束的传播方向小于180度角的第二截面内摆动或转动，使得从每个第二光学扫描元件离开的第二出射光束以预定转速摆动或转动。
附图说明
[0048]
图1示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的一个示例的示意图；
[0049]
图2a示出了根据本公开的实施例的光入射到第一光学扫描元件的光路示意图；
[0050]
图2b示出了根据本公开的实施例的光入射到第二光学扫描元件的光路示意图；
[0051]
图3示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的另一示例的示意图；
[0052]
图4a和4b示出了根据本公开的实施例的光扫描部件的运动示例的示意图；
[0053]
图5a和5b示出了根据本公开的实施例的第一光学扫描元件的示例的示意图；
[0054]
图6a-6d示出了根据本公开的实施例的第一光学扫描元件的示例的示意图；
[0055]
图7a-7d示出了根据本公开的实施例的第二光学扫描元件的示例的示意图；
[0056]
图8a-8c示出了根据本公开的实施例的第一光学元件、第二光学元件和第三光学元件的示例的示意图；
[0057]
图9示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的另一示例的示意图；
[0058]
图10示出了根据本公开的实施例的光脉冲的示意图；
[0059]
图11示出了根据本公开的实施例的光扫描部件的又一示例的示意图；
[0060]
图12示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图；
[0061]
图13示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图；
[0062]
图14示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图；
[0063]
图15示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图；
[0064]
图16示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的扫描方法；以及
[0065]
图17示出了根据本公开的实施例的另一光扫描系统的扫描方法。
具体实施方式
[0066]
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
[0067]
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0068]
注意，接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为示出和描述的具体的外形、硬件、连接关系、步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
[0069]
图1示出根据本公开的实施例的光扫描系统100的示意图。
[0070]
如图1所示，光扫描系统100包括光发射部件101、光扫描部件102和光接收部件104。光发射部件101包括至少一个光发射器(未示出)，向各自扫描视角内的场景发射至少一个发射光束。至少一个发射光束可以包括第一入射光束或者第二入射光束。
[0071]
光扫描部件102包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件101与场景103之间的以下元件的组合：至少一个第一光学扫描元件1021和至少一个第二光学扫描元件1022。
[0072]
每个第一光学扫描元件1021使得入射到第一光学扫描元件1021的第一入射光束发生第一偏转。通过使得每个第一光学扫描元件1021相对于与第一入射光束的传播方向小于180度角的第一截面进行第一摆动或第二转动，或者通过对第一光学扫描元件1021施加
预定电信号，使得从第一光学扫描元件1021离开的第一出射光束以各自的预定规律出射。
[0073]
每个第二光学扫描元件1022使得入射到第二光学扫描元件1022的第二入射光束发生第二偏转。通过使得第二光学扫描元件1022在与第二入射光束的传播方向小于180度角的第二截面内进行第二摆动或第二转动，以使得从第二光学扫描元件1022离开的第二出射光束以预定转速摆动或转动。光接收部件104包括至少一个探测器，分别探测从场景103反射的至少一个反射光束。
[0074]
如此，从光发射部件101发射的至少一个发射光束经过光扫描部件102到达场景103，以实现对场景的二维空间扫描，并且，从场景103反射的至少一个反射光束经过光扫描部件102到达光接收部件104。
[0075]
在本实施例中，第一截面不与第二截面垂直。
[0076]
在一些实施例中，第一光学扫描元件1021的第一摆动不同于第二光学扫描元件1022的第二摆动，并且第一光学扫描元件1021的第一转动不同于第二光学扫描元件1022的第二转动。例如，第一摆动或转动的速度可以与第二摆动或转动的速度不同，第一摆动或转动的幅度可以与第二摆动或转动的幅度不同。另外，第一摆动或转动所围绕的轴与第一摆动或转动所围绕的轴不平行。
[0077]
在本文中，一维是指沿着线，并且二维是指沿着面。
[0078]
图2a示出了根据本公开的实施例的光入射到第一光学扫描元件1021的光路示意图。
[0079]
如图2a所示，为了便于说明，以反射式第一光学扫描元件1021为例进行说明。当入射光沿着y方向入射到第一光学扫描元件1021时，被第一光学扫描元件1021反射。应当理解，以y方向入射仅仅是为了便于说明，入射光可以以任何合适的方向入射到第一光学扫描元件1021。这种反射使得入射到第一光学扫描元件1021的第一入射光束发生第一偏转。在扫描期间，第一光学扫描元件1021相对于第一截面201(如图中虚线所形成的xoz平面)进行第一摆动或第一转动(如实线箭头所示)，其中如图2a所示，该第一截面201与入射光束的传播方向呈小于180度的夹角a。通过使第一光学扫描元件1021相对于第一截面201的进行第一摆动或第一转动，相应地，出射光束以预定规律摆动或转动(如虚线箭头所示)。在一个实施例中，通过使第一光学扫描元件1021相对于第一截面201的进行第一摆动或者第一转动，相应地，出射光束可以以预定规律(例如，预定频率和/或预定幅度等等)在xoy平面内摆动或转动。当然，这仅仅是一个具体实施例，从第一光学扫描元件1021出射的光束可以根据实际应用在任何平面内转动或摆动。
[0080]
应当理解，透射式第一光学扫描元件1021也可以相对于第一截面201的进行第一摆动或第一转动，使得从透射式第一光学扫描元件1021出射的光束预定规律摆动或转动。
[0081]
在本实施例中，第一光学扫描元件1021相对于第一截面201进行第一摆动或第一转动意味着，第一光学扫描元件1021围绕第一截面201内任意点或者线进行第一摆动或第一转动。
[0082]
图2b示出了根据本公开的实施例的光入射到第二光学扫描元件1022的光路示意图。
[0083]
如图2b所示，当入射光沿着y方向入射到第二光学扫描元件1022时，被第二光学扫描元件1022折射而从第二光学扫描元件1022射出。应当理解，以y方向入射仅仅是为了便于
说明，入射光可以以任何合适的方向入射到第二光学扫描元件1022。这种折射使得入射到第二光学扫描元件1022的第二入射光束发生第二偏转。在扫描期间，第二光学扫描元件1022在第二截面202(如图中虚线所形成的xoz平面)内进行第二摆动或第二转动(如实线箭头所示)，其中如图2b所示，该第二截面202与入射光束的传播方向呈小于180度的夹角b。通过使第二光学扫描元件102在第二截面202内进行第二摆动或第二转动，相应地，出射光束以预定转速摆动或转动(如虚线箭头所示)。在一个实施例中，通过使第二光学扫描元件1022在第二截面202内进行第二摆动或第二转动，相应地，出射光束可以以预定规律(例如，预定频率和/或预定幅度等等)在xoz平面内摆动或转动。当然，这仅仅是一个具体实施例，从第二光学扫描元件1022出射的光束可以根据实际应用在任何平面内转动或摆动。
[0084]
在本实施例中，第二光学扫描元件1022在第二截面202内进行第二摆动或第二转动意味着，第二光学扫描元件1022围绕与第二截面202垂直的任意线进行第二摆动或第二转动。
[0085]
在该实施例中，通过相对于第一截面201摆动或转动第一光学扫描元件使得第一出射光束摆动以及在第二截面202内摆动或转动第二光学扫描元件使得第二出射光束旋转，进而可以使得来自一个或多个光发射器的光投射到不同的方向，从而实现对场景内物体的二维扫描，而不是对物体的一维扫描。而且，添加第一光学扫描元件的摆动或转动能够弥补第二光学扫描元件的摆动或转动的范围、角度、频率、或速度的不足，以获得比单独第二光学扫描元件的摆动或转动更大的扫描范围、角度、频率、或速度。另外，由于第二光学扫描元件的转动的转速或频率可能受到硬件结构和性能的约束而无法过大，则添加第一光学扫描元件的摆动或转动能够使得在第二光学扫描元件的转动速度不必过大的情况下还能保证较大的扫描范围，从而也可以延长第二光学扫描元件的寿命等。
[0086]
在一个实施例中，光发射部件101可以发射波长范围为100-1600纳米、或大于1600纳米的光束。在一个实施例中，光发射部件101可以包括一个或多个光发射器，这些光发射器分别在各自的扫描视角内发射一个或多个光束。这些光发射器的各自的扫描视角可重叠，也可以不重叠。在一个替代实施例中，这些光发射器可以分别发射具有多个不同波长范围(诸如，100-400纳米、400-700纳米、700-1600纳米、或大于1600纳米等等)的光束。例如，光发射器可以发射红外光束。另一方面，结合用于分光的光学器件(例如光栅)使用时，可以使得不同波长的光束以不同的角度范围进行扫描从而扩大了扫描范围。
[0087]
当然，本技术不限于此，光发射部件101可以发射波长范围为其他范围的光束。在一个实施例中，光发射部件101可以包括激光器，例如，固体激光器(诸如，nd-yag激光器、红宝石激光器等)、气体激光器(诸如，氦氖激光器、二氧化碳激光器等)、液体激光器(诸如，染料激光器等)、光纤激光器、或者半导体二极管激光器等等。
[0088]
在一个实施例中，光接收部件104包括一个或多个探测器(未示出)，用于接收从场景103反射回的一个或多个发射光束。在一个实施例中，从场景103反射的一个或多个反射光束经过光扫描部件102到达光接收部件104。基于一个或多个反射光束，可以获取场景103中的物体的信息，例如反射光束的光强、距离、位置、图像、纹理等。例如，基于飞行时间(time of flight，tof))来进行测距。在一个实施例中，探测器可以包括雪崩光电二极管(apd)和/或单光子雪崩二极管(spad)；在另一个实施例中，探测器可以包括互补金属氧化物半导体(cmos)或电荷耦合器件(ccd)等图像芯片。通常，每个光发射器对应于一个探测
器，从而使得所有发出去的光都能被适当地接收。
[0089]
在一个实施例中，从光发射部件101发射的至少一个发射光束或者从场景103反射的至少一个反射光束按顺序经过光扫描部件102中的至少一个第一光学扫描元件1021和至少一个第二光学扫描元件1022到达场景103。在另一个实施例中，从光发射部件101发射的至少一个发射光束或者从场景103反射的至少一个反射光束也可以按顺序经过光扫描部件102中的至少一个第二光学扫描元件1022和至少一个第一光学扫描元件1021到达场景103。
[0090]
在一个实施例中，第一光学扫描元件1021偏转入射到其上的光束，并且在扫描期间，第一光学扫描元件1021被配置为以预定频率相对于与该光束的传播方向小于180度角的第一截面摆动201或转动。通过相对于第一截面201摆动或转动第一光学扫描元件1021，可以使得从第一光学扫描元件1021出射的光束以预定规律摆动。
[0091]
根据设计需求、例如结构和空间紧凑的考虑，可以将第一光学扫描元件1021配置为以预定频率相对于与该光束的传播方向的夹角在一定范围内的第一截面摆动或转动。摆动或转动的范围小，则第一光学扫描元件摆动或转动所需的空间小，但可能导致出射的光束的摆动幅度也小，从而光扫描的场景范围也小，反之亦然。因此该范围的设置可以基于结构需求、场景扫描范围需求、硬件性能等各方面来考虑。
[0092]
在一个实施例中，第二光学扫描元件1022偏转入射到其上的光束，并且在扫描期间，第二光学扫描元件1022被配置为以预定转速在与光束的传播方向小于180度角的第二截面202内摆动/转动。通过在第二截面202内摆动/转动第二光学扫描元件1022，可以使得从第二光学扫描元件1022出射的光束以预定转速旋转。在另一个实施例中，第二光学扫描元件1022偏转入射到其上的光束，并且在扫描期间，第二光学扫描元件1022被配置为以预定转速在与光束的传播方向小于90度角的第二截面202内摆动/转动。
[0093]
根据设计需求、例如结构和空间紧凑的考虑，可以将第二光学扫描元件1022配置为以预定转速在与光束的传播方向的夹角在一定范围内的第二截面内摆动/转动。摆动或转动的范围小，则第二光学扫描元件摆动或转动所需的空间小，但可能导致出射的光束的旋转幅度也小，从而光扫描的场景范围也小，反之亦然。因此该范围的设置可以基于结构需求、场景扫描范围需求、硬件性能等各方面来考虑。
[0094]
在一个实施例中，从光发射部件101发射的发射光束可以顺序经过第一光学扫描元件1021和第二光学扫描元件1022到达场景103。第二光学扫描元件1022接收来自第一光学扫描元件1021的出射光束并对该光束进行偏转，通过在第二截面内以预定转速摆动/转动第二光学扫描元件1022，使得从第一光学扫描元件1021出射的、以预定的频率摆动的光束以预定的转速旋转，以形成二维扫描视场，进而实现对场景103的二维扫描。
[0095]
在一个实施例中，从光发射部件101发射的发射光束可以顺序经过第二光学扫描元件1022和第一光学扫描元件1021到达场景103。第一光学扫描元件1021可以接收来自第二光学扫描元件1022的出射光束并对该光束进行偏转，通过相对于第一截面以预定频率摆动/转动第一光学扫描元件1021，使得出射光束在空间形成二维扫描视场，进而实现对场景103的二维扫描。
[0096]
在一个实施例中，通过第二光学扫描元件1022的第二偏转的偏转角度的最大幅度与通过第一光学扫描元件1021的第一偏转的偏转角度的最大幅度可以满足预定倍数关系，在0.01倍到100倍之间。
[0097]
在此，偏转角度是指出射光束的方向与入射光束的方向之间的夹角。如果第二光学扫描元件1022或第一光学扫描元件1021是例如，透射楔镜。透射楔镜包括两条不平行的边和两条不平行的边夹成的顶角。当入射光束是从透射楔镜的一条边入射时，则第二偏转的偏转角度或第一偏转的偏转角度与透射楔镜的顶角有关，顶角越大，第二偏转的偏转角度或第一偏转的偏转角度越大。如果第一光学扫描元件1021是例如平面反射镜，则第一偏转的偏转角度与入射光与反射镜的相对位置有关，入射光越垂直于反射镜，第一偏转的偏转角度越大。
[0098]
此外，在第二光学扫描元件1022或第一光学扫描元件1021摆动或转动时，入射光经过第二光学扫描元件1022或第一光学扫描元件1021时的第二偏转的偏转角度或第一偏转的偏转角度也可能发生变化。例如，第一光学扫描元件1021摆动或转动是为了使得第一偏转的偏转角度发生变化，从而使得出射光束以预定规律摆动或转动。而第二光学扫描元件1022摆动或转动不一定使得第二偏转的偏转角度发生变化，例如当第二光学扫描元件1022是透射楔镜、且入射光束是垂直于透射楔镜的一条边从其入射时，第二光学扫描元件1022以该入射光束的入射方向为中心轴转动的动作则不会使得第二偏转的偏转角度发生变化。
[0099]
在一个实施例中，第一偏转的偏转角度的最大幅度可以大于第二偏转的偏转角度的最大幅度。例如，第一偏转的偏转角度的最大幅度可以是第二偏转的偏转角度的最大幅度的1-100倍，即第二偏转的偏转角度的最大幅度可以是第一偏转的偏转角度的最大幅度的0.01-1倍。在实施例中，可以避免扫描视场出现空缺，从而获得更加均匀的扫描视场。另一方面，还可以避免第二光学扫描元件1022的摆动/转动幅度过大、频率过高等，以延长第二光学扫描元件的寿命或降低其成本。
[0100]
在一个实施例中，第二偏转的偏转角度的最大幅度可以大于第一偏转的偏转角度的最大幅度。例如，第二偏转的偏转角度的最大幅度可以是第一偏转的偏转角度的最大幅度的1-100倍。在实施例中，可以对扫描视场的期望区域进行加密处理，使得扫描更精细，且分辨率更高。
[0101]
第二偏转的偏转角度的最大幅度和第一偏转的偏转角度的最大幅度之间的关系可以根据具体的应用场景进行设置，本公开不限于此。
[0102]
在一个实施例中第二偏转的偏转角度大小的改变幅度小于预定阈值。其中预定阈值可以根据实际应用场景提前设置。如前所述，当第二光学扫描元件1022是透射楔镜、且入射光束是垂直于透射楔镜的一条边从其入射时，第二光学扫描元件1022以该入射光束的入射方向为中心轴转动的动作则不会使得第二偏转的偏转角度发生变化。但是，如果该入射光束不是完全垂直于透射楔镜的一条边从其入射，则第二光学扫描元件1022的转动的动作会使得第二偏转的偏转角度在出射光的旋转过程中发生变化，这可能使得第二光学扫描元件1022的出射光在场景中的光斑是环形而不是圆形。因此，设置第二偏转的偏转角度大小的改变幅度小于预定阈值可以保证第二光学扫描元件1022的出射光能够尽可能覆盖场景，而不会出现扫描空洞或漏掉扫描场景中的某些物体。
[0103]
在一个实施例中，第一光学扫描元件摆动或转动的频率可以高于第二光学扫描元件的旋转频率。当然，本技术并不限于此，第一光学扫描元件摆动或转动的频率也可以低于或等于第二光学扫描元件的旋转频率。当然，在第一光学扫描元件是平面反射镜，且第二光
学扫描元件是如上举例的旋转的透射楔镜的情况下，由于旋转第二光学扫描元件所需的马达的功率较大，因此旋转的频率和速度无法过高，因此第一光学扫描元件摆动或转动的频率高于第二光学扫描元件的旋转频率可以在保护第二光学扫描元件的旋转速度以及硬件寿命的情况下，也能保证扫描场景的覆盖范围。
[0104]
通过根据本公开的实施例的两种不同的光学扫描元件的组合可以在保证高的扫描分辨率、以及大且均匀的空间覆盖的同时，提高光学扫描元件的使用寿命，降低成本。并且，这样的组合扫描方式不要求第一光学扫描元件和第二光学扫描元件同向或同轴旋转，只要第二光学扫描元件能接收到来自第一光学扫描元件的至少部分光束，或者第一光学扫描元件能接收到来自第二光学扫描元件的至少部分光束即可，因此，具有更简洁且稳定的结构和组合方式，操作更加简单和稳定。
[0105]
特别是，在需要高扫描分辨率和大空间覆盖的情况下，如果单一类型第二光学扫描元件的旋转的转速就需要很大，这会导致第二光学扫描元件容易移位或改变结构，甚至脱落，且需要更大的驱动功率。而本领域技术人员还没有意识到在激光测距中的旋转的光学扫描元件的这类问题，也没有提出改进这类问题的动机和设想。而根据本公开的各个实施例，如果第二光学扫描元件的旋转的转速可能受到硬件结构和性能的约束而无法过大，则可以添加第一光学扫描元件的摆动或转动能够使得在第二光学扫描元件的旋转不必过大的情况下还能保证较大的扫描范围和扫描分辨率，也可以延长第二光学扫描元件的寿命等等。
[0106]
如前所述，在第一光学扫描元件摆动或转动的频率可以高于第二光学扫描元件的旋转频率的情况下，通过本公开的实施例的组合扫描结构，与第一光学扫描元件相比，第二光学扫描元件可以更低的转速进行旋转，从而极大地增加了第二光学扫描元件的使用寿命，而不会降低扫描系统的空间分辨率和空间覆盖范围。与采用两个第一光学扫描元件来实现二维扫描的实施方式相比，通过本公开的实施例的组合扫描结构具有更低的成本和更长的使用寿命。与采用两个第二光学扫描元件来实现二维扫描的实施方式相比，通过本公开的实施例的组合扫描结构可以具有更高的空间分辨率、更大的空间覆盖范围和更快的扫描频率。
[0107]
图3示出了根据本公开的另一实施例的光扫描系统100’的示例的示意图。
[0108]
如图3所示，根据本公开的光扫描系统100’除了包括与图1的光扫描系统100相同的部件之外，还包括至少一个第一光学元件106、至少一个第二光学元件107、至少一个滤波器件109和计算部件105。
[0109]
至少一个第一光学元件106可以通过透射或反射以扩束或准直光发射部件101包括的至少一个光发射器发射的至少一个发射光束按预设的散射角度、初始光束尺寸、光束分布形状发射向各自的场景。至少一个第二光学元件107可以通过透射或反射以会聚至少一个反射光束被光接收部件104的至少一个探测器接收。在一个实施例中，至少一个第一光学元件106或至少一个第二光学元件107可以被布置在第一光学扫描元件1021和光发射部件101之间、或在第一光学扫描元件1021和第二光学扫描元件1022之间、或在第二光学扫描元件1022和场景103之间、或在第一光学扫描元件1021和光接收部件104之间。又例如，如图3所示，至少一个第一光学元件106被布置在在第一光学扫描元件1021和光发射部件101之间，且至少一个第二光学元件107被布置在第一光学扫描元件1021和光接收部件104之间。
[0110]
在一个实施例中，通过使用同一第三光学元件来执行扩束或准直、以及会聚的功能。
[0111]
例如，第三光学元件可以被布置在第一光学扫描元件1021和光发射部件101之间、或在第一光学扫描元件1021和第二光学扫描元件1022之间、或在第二光学扫描元件1022和场景103之间、或在第一光学扫描元件1021和光接收部件104之间。这样的布置方式可以提供关于尺寸、成本和/或复杂性的优点。
[0112]
在一个实施例中，第一光学元件106和第二光学元件107可以包括凹透镜、凸透镜或者这些透镜的组合。在一个实施例中，第一光学元件106和第二光学元件107可以包括会聚透镜、会聚反射镜、准直透镜、准直反射镜中的一个或多个。
[0113]
第一光学元件和/或第二光学元件包括至少一个光学波导器件，光学波导器件包括但不限于光纤、波导管。这些光学波导器件可以用于将光从一个位置传到另外一个位置，或者将一束光分成多束光，或者将多束光会聚成一束光等等，从而实现对光束的控制。当然，附图3所示的结构仅是示例，该第一光学元件106和第二光学元件107可以设置在其它地方，以用于实际的应用场合。
[0114]
至少一个滤波器件109可以位于第二光学元件107和光接收部件104之间，以按预设的波段或按预设的规律过滤至少一个反射光束以使得光接收部件104接收到期望的反射光束。
[0115]
计算部件105根据光接收部件104接收到的反射光束，计算光接收部件104与场景103之间的距离和反射光束的强度中的至少一个。可替换地，计算部件105可以将光接收部件104与场景103之间的距离和反射光束的强度中的至少一个传输到云端。
[0116]
当然，上述部件并非一定必需，在其他实施例中，可以去除上述部件中的一个或多个。
[0117]
图4a和4b示出了根据本公开的实施例的第一光学扫描元件1021运动的俯视图和第二光学扫描元件1022的运动的侧视图的示例的示意图。
[0118]
第一光学扫描元件1021相对于与入射到其的光束的传播方向小于180度角的第一截面(参考图2a的第一截面201)进行第一摆动或第一转动。第二光学扫描元件1020在与入射到其的光束的传播方向小于180度角的第二截面(参考图2b的第二截面202)内进行第二摆动或第二转动。其中，第一摆动不同于第二摆动，第一转动不同于第二转动。例如，第一摆动或转动的速度可以与第二摆动或转动的速度不同，第一摆动或转动的幅度可以与第二摆动或转动的幅度不同。另外，第一摆动或转动所围绕的轴与第一摆动或转动所围绕的轴不平行。第一截面201不与第二截面202垂直。
[0119]
在一个实施例中，第一光学扫描元件1021可以以预定点或一个或多个预定振动轴为中心振动或摆动、或者以一定角度振动或摆动(以下统称为振动)(如图4a所示)，例如，第一光学扫描元件1021包括一种振镜。在一个实施例中，振动的预定点或一个或多个预定振动轴位于第一截面201中(如图4a左侧的实心点所示)。
[0120]
在另一个实施例中，，第一光学扫描元件1021可以以预定点或一个或多个预定振动轴为中心转动(如图4b所示)，例如第一光学扫描元件1021包括一种转镜。在一个实施例中，预定点或一个或多个预定振动轴位于第一截面201中(如图4b左侧的实心点所示)。
[0121]
第二光学扫描元件1022在第二截面(参考图2b的第二截面202)内摆动或转动。在
一个实施例中，第二光学扫描元件1022可围绕预定旋转轴(如图4a或4b所示的水平实线)转动，其中，该预定旋转轴与第二截面垂直，并且该预定旋转轴与入射到该第二光学扫描元件1022的光束传播方向呈0到90度的夹角。在一个实施例中，第二光学扫描元件1022包括透射楔镜。
[0122]
在一个实施例中，第一光学扫描元件1021振动所基于的第一截面可以与第二光学扫描元件1022旋转所基于的第二截面平行，这样的布置方式更易于操作，有利于光学扫描系统的结构稳定性。
[0123]
在一个实施例中，第一光学扫描元件1021振动频率范围可以为1到20000赫兹。当然，本技术不限于此。在一个实施例中，第一光学扫描元件1021可以在一个或多个方向上相对于与光束的传播方向小于180度角的第一截面进行第一摆动或第一转动(统称为振动)。在一个实施例中，第一光学扫描元件1021可以在一个或多个方向上振动。在一个实施例中，第一光学扫描元件1021振动所围绕的预定点可以被设置在第一光学扫描元件1021上、或者在第一光学扫描元件1021外。在一个实施例中，第一光学扫描元件1021振动的一个或多个振动轴可以穿过第一光学扫描元件1021、或者在第一光学扫描元件1021外。本技术对此不做限制，而是可以根据实际情况(例如需要扫描的场景的位置、方向、范围等)而设置具体的振动点或振动轴。
[0124]
在一个实施例中，第二光学扫描元件1022旋转频率的范围可以为0.1到2000赫兹。当然，本技术不限于此。在一个实施例中，第二光学扫描元件1022旋转的旋转轴可以穿过第二光学扫描元件1022、或者在第二光学扫描元件1022之外。
[0125]
当然，本技术中第一和第二截面的设置、光学扫描元件的旋转轴/点或振动轴/点-的布置不限于上述实施例，而是可以根据实际情况(例如需要扫描的场景的位置、方向、范围等)而设置具体的振动点或振动轴和旋转轴，只要第二光学扫描元件1022能接收到来自第一光学扫描元件1021的至少部分光束，或者第一光学扫描元件1021能接收到来自第二光学扫描元件1022的至少部分光束即可。
[0126]
图5a-5b和图6a-6d示出了根据本公开的实施例的第一光学扫描元件1021的示例的示意图。在一些实施例中，第一光学扫描元件1021可以包括振镜(如图5a-5b)、转镜(如图6a-6c)、波导(如图6d)、光学开关(如图6d)、或者光学相位阵列opa(如图6d)中的至少一种。
[0127]
如图5a-5b所示，第一光学扫描元件1021可以包括转镜，转镜可以是反射式和透射式中的至少一种，转镜相对于如图中虚线所示的、与入射到其的光束的传播方向小于180度角的第一截面(参见图2a的第一截面201)转动或摆动。例如，转镜以第一截面内的预定点或一个或多个预定转动轴为中心进行第一转动或第一摆动。
[0128]
如图5a所示，振镜可以是平面反射振镜。平面反射振镜使得其入射光束发生第一偏转。平面反射振镜可以相对于如图5a所示的第一截面内的预定点或者振动轴(也称为，摆动轴或转动轴)为中心、以预定角度和频率在一个或多个方向上振动。平面反射振镜的这种振动使得以预定的角度和/或频率改变该第一偏转的偏转角度大小。
[0129]
如图5a所示的平面反射振镜的扫描示意图，在振镜按如图5a的实线箭头方向逆时针转动时，该振镜所反射的光束的反射方向(即第一偏转的偏转角度)也按如图5a的虚线箭头方向逆时针转动(改变该第一偏转的偏转角度大小)。在振镜按如图5a的实线箭头方向顺时针转动时，该振镜所反射的光束的反射方向(即第一偏转的偏转角度)也按如图5a的虚线
箭头方向顺时针转动(改变该第一偏转的偏转角度大小)。如此，随着振镜的往复(顺时针或逆时针)振动，该振镜所反射的光束的反射方向也在往复(顺时针或逆时针)振动。
[0130]
在一个实施例中，平面反射振镜可以在一个维度方向上振动频率范围为1到20000赫兹。在一个实施例中，平面反射振镜可以在两个维度方向上各自振动频率范围为1到20000赫兹。在此，平面反射振镜可以按轮流的顺序在两个维度方向上振动，例如在一个维度方向上振动预定次数，同时或者不同时在另一个维度方向上振动预定次数，然后反复。例如，在一个实施例中，平面反射振镜可以按轮流的顺序在水平方向上振动预定次数，然后在垂直方向上振动预定次数，然后反复。当然，本技术不限于此，平面反射振镜可以在多于两个维度方向上按各自的顺序和振动频率振动。
[0131]
在一个实施例中，平面反射振镜表面可以镀有增反膜，以增加光束的反射率。
[0132]
在一个实施例中，平面反射振镜振动所围绕的预定点可以设置在平面反射振镜上、或者在平面反射振镜外(未示出)。在一个实施例中，平面反射振镜振动所围绕的振动轴可以穿过平面反射振镜、或者在平面反射振镜外(未示出)。在一个实施例中，平面反射振镜振动的预定角度可以被调整以将出射光的光路偏转，使得出射光向扫描场景或扫描场景中的特定对象投射。在一个实施例中，当平面反射振镜在一个维度方向上振动时，可以使得出射光在以预定的频率在一维方向上摆动。在一个实施例中，可以布置多个平面反射振镜，使得入射到多个平面反射振镜的光束分别以各自相对应的频率在各自对应的方向上摆动。
[0133]
如图5b所示，振镜可以是透射楔形振镜。透射楔形振镜使得其入射光束发生第一偏转。透射楔形振镜可以相对于如图中虚线所示的、与入射到其的光束的传播方向小于180度角的第一截面(参见图2a的第一截面201)进行第一转动或第一摆动。例如，透射楔形振镜可以以如图所示的第一截面内的预定点或者振动轴为中心、以预定角度和频率在一个或多个方向上振动。透射楔形振镜的这种振动可以以预定角度和/或频率改变第一偏转的偏转角度大小。
[0134]
如图5b所示的透射楔形振镜的扫描示意图，在透射楔形振镜按如图5b的实线箭头方向逆时针转动时，该振镜所反射的光束的反射方向(即第一偏转的偏转角度)也按如图5b的虚线箭头方向逆时针转动(改变该第一偏转的偏转角度大小)。在透射楔形振镜按如图5b的实线箭头方向顺时针转动时，该振镜所反射的光束的反射方向(即第一偏转的偏转角度)也按如图5b的虚线箭头方向顺时针转动(改变该第一偏转的偏转角度大小)。如此，随着透射楔形振镜的往复(顺时针或逆时针)振动，该透射楔形振镜所反射的光束的反射方向也在往复(顺时针或逆时针)振动。
[0135]
在一个实施例中，透射楔形振镜在一个维度方向上振动频率范围为1到20000赫兹。在一个实施例中，振镜在两个维度方向上各自的振动频率范围为1到20000赫兹。
[0136]
在一个实施例中，透射楔形振镜表面镀有增透膜，增加光束的透过率。
[0137]
在一个实施例中，透射楔形振镜振动所围绕的预定点可以在透射楔形振镜上、或者在透射楔形振镜外。在一个实施例中，透射楔形振镜振动所围绕的振动轴可以穿过透射楔形振镜、或者在透射楔形振镜外。在一个实施例中，透射楔形振镜振动的预定角度可以被调整以将出射光的光路偏转，使得出射光向扫描场景或扫描场景中的特定对象投射。在一个实施例中，当透射楔形振镜在一个维度方向上振动时，可以使得出射光在以预定的频率在一维方向上摆动。在一个实施例中，可以布置多个透射楔形振镜，使得入射到多个平面反
射振镜的光束分别以各自相对应的频率在各自对应的方向上摆动。
[0138]
当然，本技术不限于此，实际上，只要随着振镜的振动，该振镜出射的光束以预定的频率在一维方向上摆动，或者例如，振镜使得其入射光束发生第一偏转，且随着振镜的振动，以预定的频率改变该第一偏转的偏转角度大小，这样的振镜都是可行的。
[0139]
在一些实施例中，振镜可以用光学玻璃、石英玻璃、单晶硅、多晶硅等材料制成。
[0140]
如图6a-6c所示，第一光学扫描元件1021可以包括转镜，转镜可以是反射式和透射式中的至少一种。转镜相对于如图中虚线所示的、与入射到其的光束的传播方向小于180度角的第一截面(参见图2a的第一截面201)进行第一转动。例如，在一个实施例中，转镜以第一截面内的预定点或一个或多个预定转动轴为中心、以转速转动，使得从转镜出射的光束在预定方向上转动或摆动。
[0141]
如图6a-6c所示，第一光学扫描元件1021可以包括反射或透射式转镜。反射或透射式转镜使得其入射光束发生第一偏转。平面反射振镜转动以使得以预定的频率改变该第一偏转的偏转角度大小。
[0142]
如图6a所示，转镜可以是平面反射转镜。平面反射转镜可以以如图6a所示的第一截面(如竖直虚线所示)内的预定点或转动轴、以预定角度和频率在一个或多个方向上转动。在一个实施例中，平面反射转镜表面可以镀有增反膜。
[0143]
如图6a所示的平面反射转镜的扫描示意图，在平面反射转镜按如图6a的实线箭头方向顺时针转动时，该平面反射转镜所反射的光束的反射方向(即第一偏转的偏转角度)也按如图6a的虚线箭头方向顺时针转动(改变该第一偏转的偏转角度大小)。如此，随着平面反射转镜的持续转动，该转镜所反射的光束的反射方向也以转镜的转动周期而周期性一次又一次地从一侧转动到另一侧(可看做一种振动)。
[0144]
如图6b所示，转镜可以是透射楔形转镜。透射楔形转镜可以以如图6b所示的第一截面(如竖直虚线所示)内的预定点或转动轴、以预定角度和频率在一个或多个方向上进行第一转动。
[0145]
在一个实施例中，透射楔形转镜表面可以镀有增透膜。透射楔镜包括第一表面以及和与第一表面相对且非平行的第二表面。入射光从例如第一表面进入，且从例如第二表面射出。
[0146]
如图6b所示的透射楔形转镜的扫描示意图，在该透射楔形转镜按如图6b的实线箭头方向顺时针转动时，从该透射楔形转镜透射的光束的出射方向(即第一偏转的偏转角度)也按如图6b的虚线箭头方向顺时针转动(改变该第一偏转的偏转角度大小)。如此，随着透射楔形转镜的持续转动，该透射楔形转镜所透射的光束的透射方向也以透射楔形转镜的转动周期而周期性一次又一次地从一侧转动到另一侧(可看做一种振动)。
[0147]
图6c还示出了转镜的其他可能的实施例。
[0148]
如图6c所示，根据本公开的实施例还包括如图所示的长方体转镜(左图)、棱柱体转镜(总共图)、和棱锥体转镜(右图)。上述转镜可以围绕穿过其的一个固定转动轴转动，使得从其出射的光束在一维方向上振动。当然，本技术不限于此，实际上，只要随着转镜的转动，该转镜出射的光束以预定的频率在一维方向上摆动，或者例如，转镜使得其入射光束发生第一偏转，且随着转镜的转动，以预定的频率改变该第一偏转的偏转角度大小，这样的转镜都是可行的。
[0149]
在一些实施例中，通过转动如图6a-6c所示的转镜，可以使得出射光在以预定的频率在一维方向上摆动。在一个实施例中，可以布置多个转镜，使得入射到多个转镜的光束分别以各自相对应的频率在各自对应的方向上摆动。
[0150]
在一个实施例中，转镜可以用光学玻璃、石英玻璃、单晶硅、多晶硅等材料制成。
[0151]
在一些实施例中，如图6d中的(a)所示，第一光学扫描元件1021可以包括光学相位阵列opa 10211。通过在控制器的控制下，对光学相位阵列10211施加预定电信号，光学相位阵列10211可以基于该预定信号在至少一个一维方向上以各自的预定频率引导入射到光学相位阵列的第一入射光束。在本实施例中，不需要使得第一光学扫描元件进行机械运动，就可以对入射到其的光束的相位进行调节，进而使得光束偏转。这种包括光学相位阵列opa的光扫描部件可以对光束进行光束控制(beam steering)，并且可以实现更快的控制速度，更高的稳定性和可靠性。
[0152]
在一些实施例中，如图6d中的示例(b)所示，第一光学扫描元件1021可以包括光学开关10212。在一些实施例中，通过在控制器的控制下，对光学开关10212施加预定电信号，光学开关10212可以基于该预定信号以预定规律、按不同的空间角度和/或空间位置来调整入射光束的传播方向。例如，光学开关通过其输入端口阵列接收入射的光束(例如，阵列激光束)，并出通过其输出端口阵列出射经偏转的光光。输入端口阵列与输出端口阵列均为光纤阵列。例如，可以利用光学开关调整阵列激发光中的每束激发光的传播方向并得到偏转光。这样以阵列的偏转方式更加精准。
[0153]
在一些实施例中，如图6d中的实例(c)所示，第一光学扫描元件1021可以包括波导10213。在一些实施例中，通过在控制器的控制下，对波导10213施加预定电信号，波导10213可以基于该预定信号以预定规律、按不同的空间角度和/或空间位置来调整入射光束的传播方向。
[0154]
图7a示出了根据本公开的实施例的第二光学扫描元件1022的示例的示意图。
[0155]
在一个实施例中，第二光学扫描元件1022包括透射楔镜。透射楔镜包括第一表面10221以及和与第一表面10221相对且非平行的第二表面10222，且第一表面10221和某一预定旋转轴之间的夹角c为预设角，其中，预设角的范围为1
°
到179
°
之间。透射楔镜可以是圆柱体，具有作为光入射面的第一表面10221和作为光出射面的第二表面10222、以及连接第一表面10221和第二表面10222的圆柱形侧表面10223。其中，该第一表面10221和第二表面10222可以不接触(例如，如图7a所示)，但第一表面10221和第二表面10222的延长线相交成顶角e，也可以在某个点接触(例如，如图7c所示)，直接形成顶角。根据本公开的实施例。圆柱体的设计有助于旋转时的结构稳定。
[0156]
在扫描期间，当一束光入射到透射楔镜的第一表面10221时，光束发生偏转。并且，透射楔镜在与入射光束的传播方向成度角d(小于180度)的第二截面202内旋转，例如，透射楔镜绕着与第二截面垂直的旋转轴l旋转(如实线箭头所示)，相应地，经透射楔镜偏转的的出射光也绕着旋转轴l旋转。
[0157]
在一个实施例中，入射到透射楔镜的入射光可以为从第一扫描元件出射的、在一维方向上振动的光束，进一步地，该振动光束通过透射楔镜的旋转作用，进而实现对场景的二维扫描。
[0158]
在另一实施例中，入射到透射楔镜的入射光可以为从光发射部件发射的光束，通
过透射楔镜的旋转作用，可以形成围绕旋转轴l旋转的环状光点，进一步地，该环状光点可以通过第一光学扫描元件的振动作用，进而实现对场景的二维扫描。
[0159]
在一个实施例中，透射楔镜的旋转频率的范围为0.1到2000赫兹之间。在一个实施例中，透射楔镜的旋转轴可以穿过透射楔镜、或者在透射楔镜之外。当然，本技术不限于此。
[0160]
在一个实施例中，透射楔镜接收来自第一光学扫描元件1021的出射光束并对该光束进行偏转(第二偏转)，并且在扫描期间，透射楔镜被配置为以预定转速旋转(见实线箭头)。通过旋转透射楔镜，可以使得从第一光学扫描元件1021出射的、以预定的频率在一维方向上摆动的光束以预定的转速旋转(见实线箭头)，进而实现对场景的二维扫描。
[0161]
在此，该透射楔镜接收来自第一光学扫描元件1021的出射光束，且使得其入射光束发生第二偏转，且该透射楔镜旋转以形成二维扫描视场。也就是说，作为第二光学扫描元件1022的该透射楔镜旋转得到的光束的偏转和旋转与第一光学扫描元件1021的透射楔镜转动得到的光束的偏转和振动是不同的。
[0162]
在一个实施例中，透射楔镜可以用光学玻璃、石英玻璃、单晶硅、多晶硅以及高折射率的光学材料如zns，znse等材料制成。
[0163]
图7b示出了根据本公开的实施例的第二光学扫描元件1022的示例的示意图。
[0164]
如图7b所示，第二光学扫描元件可已包括多个透射楔镜，多个透射楔镜中的每一个接收不同的入射光束，并对其进行偏转与旋转，从而以不同的扫描视场对扫描场景中的不同物体进行扫描。例如，通过合理设置透射楔镜的转速与转动幅度，可以使得光扫描系统有针对性的扫描场景。例如，透射楔镜10222可以负责远场扫描，例如探测距离在[0.01m,300m]之间的物体，而透射楔镜10222’可以负责近场扫描，例如探测距离在[0.01m,10m]或[0.01m,50m]之间的物体。通常，对于远场扫描，并不要求非常能量十分均匀的光束，而相对地，对于近场扫描的，往往要求能量均匀和密集的光束，从而获得感兴趣的物体的足够多的细节。在本本实例中，透射楔镜10222可以以较大的转动幅度和相对较低的转速转动，形成相对稀疏的扫描光束，来对远距离的场景进行扫描，而透射楔镜10222’可以以较小的转动幅度和较高的转速转动，形成相对密集的而没有空缺的扫描光束，来对近距离的感兴趣的物体进行扫描。透射楔镜10222的上述布置方式可以实现更长的稳定工作时间。这样的布置方式可以提高扫描系统的使用寿命与稳定性。
[0165]
在一些实施例中，透射楔镜10222’可以不一定与透射楔镜10222同步的扫描，例如通过透射楔镜10222的粗略扫描，当发现需要格外专注的物体或场景时，在控制器的控制作用下，可以启动透射楔镜10222’的扫描，以对感兴趣的物体或场景进行更加精细的扫描。这样的布置方式，进一步降低了扫描的功耗，节约了成本。
[0166]
图7c示出了根据本公开的实施例的第二光学扫描元件1022的另一示例的示意图。
[0167]
如图7c所示，可以在作为第二光学扫描元件1022的透射楔镜的第二表面10222(即从光发射器发射的光的出射表面)上设置光栅10224。
[0168]
利用光栅10224，可以对入射到透射楔镜的光束进行分离，使得不同波长的光束以各自不同的角度出射，例如，如图所示，实线的光束具有第一波长，虚线的光束具有第二波长。则实线的光束在经过光栅10224时，与虚线的光束相比，以不同的角度出射。光栅10224的设置增大了扫描范围，并且可以对扫描视场用不同波长的光束进行区域划分。即，一个波长的光束可以负责一部分区域的场景的扫描视场，而另一个波长的光束可以负责另一部分
区域的场景的扫描视场。
[0169]
图7d示出了根据本公开的实施例的第二光学扫描元件1022的另一示例的示意图。
[0170]
在一些实施例中，第二光学扫描元件1022可以包括棱镜。棱镜可以包括包括双折射晶体、硅晶体、其它单一晶体、复合晶体、液晶或高分子材料等，本技术不限于此。
[0171]
在一个实施例中，如图7d中的图(a)所示，第二光学扫描元件1022可以是三棱镜。三棱镜包括呈三角形的顶面和底面，并且包括两两相交的三个侧表面，即s1、s2和s3，入射光束被s1折射后到达s2，在s2经历至少一次反射到达s3，最后被s3折射而从s3出射。在本实施例，三角形可以为等腰三角形、直角三角形、等腰直角三角形、等边三角形等等，本技术不限于此。在扫描期间，三棱镜在第二截面内旋转，即在yoz平面内旋转以实现对场景的扫描。
[0172]
在另一实施例中，如图7d中的图(b)所示，棱镜的顶面和底面可以为梯形。棱镜包括四个侧表面，即s4、s5、s6和s7。入射光束被s4折射后到达s5，在被s5反射到达s6，最后被s6折射而从s6出射。在一个实施例中，棱镜为达夫(dove)棱镜。在扫描期间，棱镜在第二截面内旋转，即在yoz平面内旋转以实现对场景的扫描。
[0173]
在一些实施例中，根据本公开的实施例的棱镜的侧表面可以包括平面和/或曲面，本领域技术人员可以根据扫描需求对棱镜进行具体设置，本技术不限于此。
[0174]
图8a-8c示出了根据本公开的实施例的第一光学元件106和第二光学元件107的示例。
[0175]
如图8a-8c所示，光扫描系统100还可以包括至少一个第一光学元件106和至少一个第二光学元件107或第三光学元件108。
[0176]
至少一个第一光学元件106可以通过透射或反射以扩束或准直光发射部件101包括的至少一个光发射器发射的至少一个发射光束按预设的散射角度、初始光束尺寸、光束分布形状发射向各自的场景。至少一个第二光学元件107可以通过透射或反射以会聚至少一个反射光束被光接收部件104的至少一个探测器接收。
[0177]
例如，在一个实施例中，至少一个第一光学元件106可以被布置在第一光学扫描元件1021和第二光学扫描元件1022之间，其接收经第二光学扫描元件1022偏转的出射光。通过至少第一光学元件106的扩束或会聚或准直的作用，使得经扩束或会聚或准直的二维扫描光场以期望的散射角度、光束尺寸、光束分布形状沿着光扫描系统100的指向方向(即，图8a-8c所示的前方)照向场景103。例如，对于扫描较远的对象，期望更大的散射角度和更大的光束尺寸；对于扫描较近的对象，期望较小的散射角度和能量更集中的光束。至少一个第二光学元件107可以被布置在第一光学扫描元件1021和光接收部件104之间。当反射光束沿着与前方相对的后方从场景返回时，通过至少一个第二光学元件107的会聚作用，可以对该反射光束进行会聚，从而使得反射光束的光束尺寸减小，光斑能量更集中，有利于光接收部件104的探测。
[0178]
可替代地，在一个实施例中，至少一个第一光学元件106或至少一个第二光学元件107可以被布置在第一光学扫描元件1021和光发射部件101之间、或在第一光学扫描元件1021和第二光学扫描元件1022之间、或在第二光学扫描元件1022和场景103之间、或在第一光学扫描元件1021和光接收部件104之间。又例如，至少一个第一光学元件106被布置在在第二光学扫描元件1022和场景103之间，且至少一个第二光学元件107被布置在第一光学扫描元件1021和光接收部件104之间。
[0179]
可替代地，在一个实施例中，可以使用同一第三光学元件108来实现扩束或准直、以及会聚的功能。
[0180]
例如，第三光学元件108可以被布置在第一光学扫描元件1021和光发射部件101之间、或在第一光学扫描元件1021和第二光学扫描元件1022之间、或在第二光学扫描元件1022和场景103之间、或在第一光学扫描元件1021和光接收部件104之间。这样的布置方式可以提供关于尺寸、成本和/或复杂性的优点。
[0181]
在一个实施例中，第一光学元件106、第二光学元件107或第三光学元件108可以包括凹透镜、凸透镜或者这些透镜的组合。在一个实施例中，第一光学元件106、第二光学元件107或第三光学元件108可以包括会聚透镜、会聚反射镜、准直透镜、准直反射镜中的一个或多个，或上述的组合。
[0182]
通过第一光学元件106和第二光学元件107或第三光学元件108对入射到场景的光束或从场景反射的光束进行扩束或准直，可以实现期望的扫描角度和扫描视场。。当然，附图8a-8c所示的结构仅是示例，该第一光学元件106和第二光学元件107可以设置在其它地方，以用于实际的应用场合。
[0183]
需要说明的是，图8a-8c仅仅是光学元件106,107和108的布置的一些示例，可以以任何合适的方式对图8a-8c进行组合。
[0184]
图9示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的另一示例的示意图。
[0185]
如图9所示，光扫描系统包括光发射部件101，光发射部件101中的光发射器发射1到光发射器发射n(n≥2)发射波长不同的至少n个光束。
[0186]
在一个实施例中，至少一个光发射器的每个光发射器按预定规律发射具有不同波长的至少两个发射光束。在一个实施例中，光发射器可以在同一时间或者以一定的时间间隔、以相同或多个不同的入射角分别发射波长不同的多个光束，使得不同波长范围的光束以各自不同的出射角照向场景的不同区域，例如，一个波长范围的光束可以负责一部分区域的场景的扫描视场，而另一个波长范围的光束可以负责另一部分区域的场景的扫描视场。
[0187]
在一个实施例中，在一个预定时间段内，从至少一个光发射器发射的一对波长的组合与从该至少一个光发射器发射的另一对波长的组合不同。例如，在某一时间段内，光发射器可以在t1时间发射波长组合为λ1和λ2的光束，在t2时间发射波长组合为λ3和λ4的光束，在t3时间发射波长组合为λ1和λ2的光束，其中，λ1、λ2、λ3和λ4彼此不同。由于第一组λ1和λ2和第二组λ3和λ4光束的波长组合不同，在上述两组入射光从场景返回时，可以准确的确定入射光束与反射光束的对应关系，不会在飞行时间的计算上出现混淆，因此可能更准确的计算到场景距离。例如，在发射相同波长组合的情况下，在t1时间发射波长组合为λ1和λ2的光束，在t2时间发射波长组合为λ1和λ2的光束，在t3时间发射波长组合为λ1和λ2的光束，则可能出现误将接收到的t2时间发射波长组合为λ1和λ2的光束的反射光束认为是在t1时间发射波长组合为λ1和λ2的光束的反射光束，从而进行错误的飞行时间和距离计算。而根据本实施例，接收到的t2时间发射波长组合为λ3和λ4的光束的反射光束不会被认为是在t1时间发射波长组合为λ1和λ2的光束的反射光束，因此可以实现抗干扰和更准确计算距离的目的。
[0188]
在一个实施例中，至少一个光发射器按预定的时间间隔规律发射光束，以使得按该预定的时间间隔规律发射的两个相邻光束的两个扫描角度之间的差不大于预设值。在一
些实施例中，该预定的时间间隔规律包括周期性的和/或非周期性的时间间隔。在时间上相邻的两束出射的扫描光束以各自的角度扫描场景，这两个角度之间的差不大于预设值可以保证扫描视场间的空缺不会过大或没有空缺，以满足实际应用场景。当然，本技术不限于此，该预设值可以根据光扫描系统的实际应用场景来设置。
[0189]
在一个实施例中，至少一个光发射器中的每个光发射器向各自对应的最终扫描场景同时发射光束，至少一个探测器与至少一个光发射器一一对应，且探测至少一个光发射器发射的至少一个发射光束最终从扫描视角内的场景反射的至少一个反射光束，其中至少一个反射光束相互独立或相互叠加。在一个实施例中，探测器包括雪崩光电二极管(apd)和/或单光子雪崩二极管(spad)；在另一个实施例中，探测器包括互补金属氧化物半导体(cmos)或电荷耦合器件(ccd)等图像芯片。
[0190]
在此，光发射器与光接收器的位置不同。
[0191]
图9中的第一光学扫描元件1021和第二光学扫描元件1022的布置与扫描的方式参考前述实施例所述，再次不再赘述。
[0192]
图10示出了根据本公开的实施例的光脉冲的示意图。
[0193]
在一些实施例中，至少一个光发射器发射的至少一个发射光束是光脉冲。光脉冲包括如下光学特性中的至少一种：波形、波长、波长随时间变化函数、偏振性、散射的空间角度(包括水平方向、垂直方向或各个方向上的角度)、峰值强度或总能量、空间光强分布。上述光学特性可以根据实际应用场景来进行设置。光脉冲还包括光信息，该光信息包括如下中的至少一种：光脉冲在其所属的脉冲连串内的顺序、相对时间、相对能量。在一个实施例中，控制系统可以利用随机数、光扫描系统的序号、所属运载工具序列号、使用人的身份证号、gps地址中的至少一个值、当前的时间、扫描光连串序号、二维扫描的码表多数的集合数的一个值来调制/控制当前将要产生的光脉冲所包含的信息。
[0194]
如图10所示，(a)和(b)示出了光脉冲的波形的示意图。其中，(a)示出了利用以下参数确定的脉冲中的一个波形的示意图：阈值v1、阈值v2、阈值v3、阈值v1的上升沿时间点t1、阈值v1的下降沿时间点t3、阈值v2的时间点t2、阈值v3的上升沿时间点t4和阈值v3的上升沿时间点t5。阈值v1和阈值v3可以统一表示为形状阈值，即，用于确定光脉冲的波形的阈值。(b)示出了光脉冲的其他波形的示例。在一个实施例中，如(b)所示，光束可以为任意形状的短脉冲，波形包括但不限于，方波、三角波，正弦，脉冲宽窄、上升下降宽窄等等。另外，还可以生成伪随机二进制序列(prbs)。prbs可以用于通道的测试，用于测试通道的误码率(ber)等。图(c)示出了光脉冲所形成的光斑的空间分布图，其中v表示纵向方向，h表示横向方向，当然，这仅仅是一个示例，本技术不限于此。
[0195]
在一个实施例中，在扫描期间，光发射器可以向场景发射多个包括上述预定的光学特性和/或光信息的光脉冲，随后，探测器探测到从场景返回的光脉冲。计算部件根据接收到的至少一个光脉冲的光强、接收时间、接收时入射光的方向、和解析出来的光信息，决定该光脉冲的取舍。例如，通过将从反射光脉冲得到上述信息与预定的光学特性和/或光信息进行比较，进而确定反射光脉冲的有效性。通过这样的取舍处理可以有效的去除来自从其他场景反射的光束或者背景光的干扰。
[0196]
在本实施例中，这种基于光信息的判断过程可以减少其他光束对探测结果的干扰，提高了对场景进行测量的准确度和可靠性。
[0197]
在一些实施例中，光发射器发射光束的脉冲宽度在[0.1ns-10ns]、或[3ns-3us]、或[1us-10ms]之间或上述任意组合，具体脉冲宽度可根据实际使用场景来选择，本技术不限于此。
[0198]
在一些实施例中，根据本公开的光扫描系统与场景之间的探测距离在[0.01m,300m]之间，或者在[0.01m,50m]之间，或者在[0.1m,10m]之间。当然本技术不限于此。
[0199]
图11示出了根据本公开的实施例的光扫描部件1202的又一示例的示意图。
[0200]
如图所示，光扫描部件1202包括被配置为预定频率、方向和振幅摆动或转动的第一光学扫描元件12021、被配置为以预定频率旋转的第二光学扫描元件12022以及第三光学扫描元件12023。
[0201]
第一光学扫描元件12021对其入射光束进行第一偏转，且摆动或转动以使得其出射光束在至少一个一维方向上以各自的预定频率摆动扫描。第二光学扫描元件12022接收来自第一光学扫描元件12021的出射光束，且对其入射光束进行第二偏转。并且，第二光学扫描元件10022旋转以使得其出射光束以预定转速旋转扫描，以获得场景的二维空间扫描。在一个实施例中，第三光学扫描元件12023可以为电光晶体。第三扫描元件12023可以基于电光效应使透射的光束的传播方向的第三偏转，从而实现延迟角的补偿，有效缩短单次探测的时间，有效提高扫描频率，有利于实现高扫描频率和高相干效率的兼顾。第三偏转的偏转角度大小与单次探测过程中所产生延迟角的大小相等，偏转方向相反，因此光束的第三偏转能够在单次探测过程中使延迟角得以补偿。
[0202]
该第三扫描元件12023可以是静态的楔镜，以使得出射光束发生一偏转，但其可以不是动态可旋转的，而是静态设置的，例如为了使得出射光束发生怎样的偏转，则进行怎样的设置。该第三扫描元件12023也可以是旋转的楔镜，以与第二光学扫描元件12022的旋转效果进行叠加。
[0203]
第一偏转、第二偏转和第三偏转能够使入射光束偏转至出射光束的光路维持不变，进而保证所述扫描系统接收的光束的光路与自扫描系统出射的光束的光路维持不变；而且，由于电光效应对电信号的变化具有较高的响应速率，因此第三偏转中，光束传播方向的改变对电信号具有较高的响应速率，第三扫描元件能够以更快的速度实现延迟角补偿。
[0204]
如此通过根据本公开的实施例的两种不同的光学扫描元件的组合可以在保证高的扫描分辨率、以及大且均匀的空间覆盖的同时，提高光学扫描元件的使用寿命，降低成本。并且，这样的组合扫描方式不要求第一光学扫描元件和第二光学扫描元件同向或同轴旋转，因此，具有更简洁且稳定的结构和组合方式，操作更加简单和稳定。
[0205]
图12示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图。
[0206]
如图12所示，光扫描系统包括光发射部件101，光发射部件101向第一光学扫描元件1021发射入射光束，该光束通过第一光学扫描元件1021，到达第二光学扫描元件的组合，并且进一步通过第二光学扫描元件到达场景，以实现对场景的二维扫描。
[0207]
在本实施例中，可以包括第二光学扫描元件1022和1022’中的任意一个，可替代地，也可包括第二光学扫描元件1022和1022’的组合。
[0208]
在本实施例中，第一光学扫描元件1021为光学开关和波导的中的任意一个。
[0209]
在只有一个第二光学扫描元件1022或1022’的情况下，在扫描期间，光发射部件101向光学开关和波导的中的任意一个发射一个或多个光束，通过向光学开关/波导1021施
加预定电信号，光学开关/波导1021以与预定电信号相对应的预定规律改变光束的相位，或者以与预定电信号相对应的预定规律、按不同的空间角度和/或空间位置出射光束，从而得到在一维方向上摆动的扫描光线。在此，光学开关/波导1021不需要相对于光扫描系统进行机械运动。
[0210]
从光学开关/波导1021出射的一维扫描光线入射到第二光学扫描元件1022’。第二光学扫描元件1022在截面202内以预定频率和/或预定幅度摆动或转动。其中，截面202与入射到第二光学扫描元件1022的光束的传播方向呈小于180度的夹角。通过第二光学扫描元件1022的摆动或转动，从光学开关/波导1021出射一维扫描光线以预定规律(例如，预定频率和/或预定幅度等等)转动，从而形成分布均匀的扫描光束，以实现对场景的二维扫描。这种光学开关/波导和第二光学扫描元件的组合方式，需要使得光学开关/波导进行机械运动，就可以对入射到其的光束进行偏转，可以实现更快的控制速度，更高的稳定性和可靠性。
[0211]
在一些实施例中，在包括两个第二光学扫描元件1022和1022’的组合的情况下，在扫描期间，光发射部件101向光学开关和波导的中的任意一个发射一个或多个光束，通过向光学开关/波导1021施加预定电信号，光学开关/波导1021以与预定电信号相对应的预定规律改变光束的相位，或者以与预定电信号相对应的预定规律、按不同的空间角度和/或空间位置出射光束，从而得到在一维方向上摆动的扫描光线。在此，光学开关/波导1021不需要相对于光扫描系统进行机械运动。
[0212]
从光学开关/波导1021出射的一维扫描光线入射到两个第二光学扫描元件1022和1022’的组合。通过分别在截面202和202’内旋转两个第二光学扫描元件1022和1022’，从光学开关/波导1021出射一维扫描光线以预定规律(例如，预定频率和/或预定幅度等等)转动，从而形成分布均匀的扫描光束，以实现对场景的二维扫描。与上述实施例相比，附件的第二光学扫描元件1022’可以对从第二光学扫描元件1022出射的面光进行进一步的旋转，从而进一步获得更大的扫描范围。
[0213]
接下来，以预定规律摆动或转动的两束环状光点分别入射到第二光学扫描元件1022’，通过第二光学扫描元件1022’摆动或转动，形成两个分布均匀的光束，即两个不同的、均匀的扫描视场，从而实现对场景不同物体的二维扫描，这样获得了更大的扫描视场。
[0214]
在一些实施中，第二光学扫描元件1022和1022’可以同步转动，从而实现更大、更均匀的扫描范围。在一些实施中，当1022和1022’对入射光束的偏转幅度与频率相匹配时，可以获得范围更大的、没有空缺的、分布均匀的扫描视场。
[0215]
在一些实施中，第二光学扫描元件1022和1022’可以不同步转动。例如在一些实施例中，第二光学扫描元件1022可以以较大的转动幅度和相对较低的转速转动，形成相对稀疏的扫描光束，来对远距离的场景进行粗略的扫描，而第二光学扫描元件1022’可以以较小的转动幅度和较高的转速转动，形成相对密集的而没有空缺的扫描光束，来对近距离的感兴趣的物体进行扫描。通过第二光学扫描元件1022的对场景粗略扫描，当发现需要格外专注的物体或场景时，在控制器的控制作用下，可以启动第二光学扫描元件1022’的扫描，以对感兴趣的物体或场景进行更加精细的扫描。这样的布置方式，进一步降低了扫描的功耗，节约了成本。
[0216]
图13示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图。
[0217]
根据本公开的实施例的光扫描系统包括：光扫描部件，其包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件与场景之间的以下元件的组合：至少两个光学扫描元件，每个光学扫描元件使得入射到光学扫描元件的入射光束发生偏转，并且其中，光学扫描元件在与入射光束的传播方向小于180度角的截面内摆动或转动，使得从光学扫描元件离开的出射光束以预定转速摆动或转动；光发射部件，包括相对光扫描部件固定、并且以不同的空间角度和/或空间位置发射至少两个发射光束的至少两个光发射器，并且通过光扫描部件向至少两个彼此不同的扫描视角内的场景发射至少两个发射光束；光接收部件，包括至少一个探测器，分别探测从场景反射的至少一个反射光束。
[0218]
例如，如图13所示，光扫描系统包括光发射器1011和光发射器1012，该光发射器1011和光发射器1012相对第二光学扫描元件1022和1022’的组合固定。
[0219]
光扫描部件包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件1041和1042与场景之间的至少两个第二光学扫描元件1022和1022’的组合。
[0220]
光发射器1011和1012通过第二光学扫描元件1022和1022’的组合，以不同的空间角度和/或不同的空间位置向至少两个向各不同的扫描视角内的场景发射至少两个发射光束。
[0221]
光发射器1011和光发射器1012分别以不同的空间角度和/或不同的空间位置向第二光学扫描元件1022和1022’发射入射光束(如图，较粗的实线和较细的实线)，两个光束首先分别到达第二光学扫描元件1022，第二光学扫描元件1022分别对两个光束进行第一次偏转。通过第二光学扫描元件1022在截面202内转动，从1022出射的两束光束也相应地以各自的规律、按照不同的空间位置和/或空间角度出射，并进一步到达第二光学扫描元件1022’。第二光学扫描元件1022’分别对这两个光束进行第二次偏转。通过第二光学扫描元件1022’在截面202’内转动，从1022出射的两束环状光点也相应地以各自的规律、按照不同的空间位置和/或空间角度出射，进一步形成两束以不同的空间位置和/或空间角度出射的、均匀的光束，从而实现对场景内的不同视场的二维扫描。在一些实施例中，可以同步发射以不同的空间角度和/或空间位置入射到光扫描部件的两束入射光束，从而实现对场景内的不同视场的同步的二维扫描。
[0222]
图14示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图。
[0223]
在一个实施例中，第二光学元件1022为棱镜，棱镜至少可以包括两个侧表面，该至少两个侧表面中的每一个可以包括平面和曲面之一，发射光束入射到棱镜内至少反射一次后从其中一个侧表面出射。
[0224]
在一个实施例中，第一光学扫描元件1021对其入射光束进行第一偏转。在扫描期间，相对于第一截面201摆动或转动第一光学扫描元件1021以使得其出射光束在至少一个一维方向上以各自的预定频率摆动扫描(如图所示的、从第一光学扫描元件1021出射的实线光束和虚线光束)。接下来，棱镜1022接收来自第一光学扫描元件1021的出射光束，并且对其入射光束进行第二偏转。并且，光束在棱镜1022内经历至少一次反射后，从棱镜1022的侧表面之一出射，棱镜1022在第二截面202旋转以使得从其出射的光束以预定转速旋转扫描，从而获得场景的二维空间扫描。
[0225]
图15示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的又一示例的示意图。
[0226]
在本实施例中，第二光学扫描元件包括双折射晶体和/或硅晶体。在一些实施方式
中，双折射晶体可由以下材料制成：包括但不限于铌酸锂(linbo3)、钒酸钇(yvo4)、石英、tio2、方解石(calcite)等等。
[0227]
第一光学扫描元件和第二光学扫描元件的扫描方式如前所述，在此不再赘述。
[0228]
在本实施例中，来自第一光学扫描元件1021的光束(如图中实线箭头所示)和从场景反射的光束(如图中虚线箭头所示)均可以从第二光学扫描元件1022中穿过。具有双折射晶体的第二光学扫描元件1022可以对来自第一光学扫描元件1021的光束和从场景反射的光束表现出不同的折射能力。因此，从接收侧来看，通过这种布置使得从光发射部件101出射的光束和从场景反射的光束在空间方向上分离，并且聚焦在不同的焦距上，从而最大可能的提高了接收效率并且有效地避免发射光和反射光的相互干扰。此外，通过这样的布置，即便在光发射部件101和光接收部件104被设置在相对于第二光学扫描元件1022的相同方位处的情形下，也可以有效地避免光发射部件101和光接收部件104在空间上的干扰，进而有效地提高测量精度。
[0229]
图16示出了根据本公开的实施例的光扫描系统的扫描方法。
[0230]
根据本公开的实施例的光扫描系统包括光发射部件、光扫描部件和光接收部件。光发射部件包括至少一个光发射器，向各自扫描视角内的场景发射至少一个发射光束，并且，至少一个发射光束包括第一入射光束或者第二入射光束。光扫描部件包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件与场景之间的以下元件的组合：至少一个第一光学扫描元件，每个第一光学扫描元件使得入射到第一光学扫描元件的第一入射光束发生第一偏转；至少一个第二光学扫描元件，每个第二光学扫描元件使得入射到第二光学扫描元件的第二入射光束发生第二偏转。光接收部件包括至少一个探测器，分别探测从场景反射的至少一个反射光束；
[0231]
如图16所示，根据本公开的实施例的光扫描系统的扫描方法1400包括以下步骤。
[0232]
在步骤1401处，使得每个第一光学扫描元件相对于与第一入射光束的传播方向小于180度角的第一截面进行第一摆动或第一转动、或者对第一光学扫描元件施加预定电信号，使得从第一光学扫描元件离开的第一出射光束以各自的预定规律出射。
[0233]
在步骤1402处，使得第二光学扫描元件在与第二入射光束的传播方向小于180度角的第二截面内摆动或转动，使得从第二光学扫描元件离开的第二出射光束以预定转速摆动或转动。
[0234]
光扫描系统中的光发射部件、第一光学扫描元件、第二光学扫描元件和光接收部件的工作方式详细参考上述实施例，在此不再赘述。
[0235]
需要说明的是，上述说明和图示并不意图限制步骤1401和1402的执行顺序，在一些实施例中，可以先执行1402，再执行1401，也可以同时执行1401和1402。
[0236]
图17示出了根据本公开的实施例的另一光扫描系统的扫描方法。
[0237]
根据本公开的实施例的光扫描系统包括光发射部件、光扫描部件和光接收部件。光扫描部件包括沿至少一个发射光束的传播路径而位于光发射部件与场景之间的以下元件的组合：至少第二光学扫描元件，每个光学扫描元件使得入射到光学扫描元件的入射光束发生偏转。光发射部件，包括相对光扫描部件固定、并且以不同的空间角度和/或空间位置发射至少两个发射光束的至少两个光发射器。光接收部件包括至少一个探测器，分别探测从场景反射的至少一个反射光束。
[0238]
如图17所示，根据本公开的实施例的光扫描系统的扫描方法1500包括以下步骤。
[0239]
在步骤1501处，由光发射部件通过光扫描部件向至少两个彼此不同的扫描视角内的场景发射至少两个发射光束。
[0240]
在步骤1502处，使得每个光学扫描元件分别在与入射光束的传播方向小于180度角的截面内摆动或转动，使得从每个光学扫描元件离开的出射光束以预定转速摆动或转动。
[0241]
光扫描系统中的光发射部件、第二光学扫描元件和光接收部件的工作方式详细参考上述实施例，在此不再赘述。
[0242]
需要说明的是，上述说明和图示并不意图限制步骤1501和1502的执行顺序，在一些实施例中，可以先执行1502，再执行1501，也可以同时执行1501和1502。
[0243]
当然，上述的具体实施例仅是例子而非限制，且本领域技术人员可以根据本公开的构思从上述分开描述的各个实施例中合并和组合一些步骤和装置来实现本发明的效果，这种合并和组合而成的实施例也被包括在本发明中，在此不一一描述这种合并和组合。
[0244]
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以对实施例进行各种修改和变化，而不脱离本公开的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本公开的方面旨在覆盖这些修改和变化。
[0245]
注意，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。
[0246]
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0247]
本公开中的步骤流程图以及以上方法描述仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照给出的顺序进行各个实施例的步骤。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意顺序进行以上实施例中的步骤的顺序。诸如“其后”、“然后”、“接下来”等等的词语不意图限制步骤的顺序；这些词语仅用于引导读者通读这些方法的描述。此外，例如使用冠词“一个”、“一”或者“该”对于单数的要素的任何引用不被解释为将该要素限制为单数。例如，使用“第一”、“第二”、“第三”等只是为了区分的作用，而不是限定其所指代的内容具有某种顺序、或一定相互不同、或一定相同。
[0248]
另外，本文中的各个实施例中的步骤和装置并非仅限定于某个实施例中实行，事实上，可以根据本公开的概念来结合本文中的各个实施例中相关的部分步骤和部分装置以构思新的实施例，而这些新的实施例也包括在本发明的范围内。
[0249]
以上所述的方法的各个操作可以通过能够进行相应的功能的任何适当的手段而进行。该手段可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于硬件的电路、专用
集成电路(asic)或处理器。
[0250]
可以利用被设计用于进行在此所述的功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、asic、场可编程门阵列信号(fpga)或其他可编程逻辑器件(pld)、离散门或晶体管逻辑、离散的硬件组件或者其任意组合而实现或进行所述的各个例示的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是作为替换，该处理器可以是任何商业上可获得的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如dsp和微处理器的组合，多个微处理器、与dsp核协作的一个或多个微处理器或任何其他这样的配置。
[0251]
结合本公开描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入在硬件中、处理器执行的软件模块中或者这两种的组合中。软件模块可以存在于任何形式的有形存储介质中。可以使用的存储介质的一些例子包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、快闪存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬碟、可移动碟、cd-rom等。存储介质可以耦接到处理器以便该处理器可以从该存储介质读取信息以及向该存储介质写信息。在替换方式中，存储介质可以与处理器是整体的。软件模块可以是单个指令或者许多指令，并且可以分布在几个不同的代码段上、不同的程序之间以及跨过多个存储介质。
[0252]
在此公开的方法包括用于实现所述的方法的一个或多个动作。方法和/或动作可以彼此互换而不脱离权利要求的范围。换句话说，除非指定了动作的具体顺序，否则可以修改具体动作的顺序和/或使用而不脱离权利要求的范围。
[0253]
所述的功能可以按硬件、软件、固件或其任意组合而实现。如果以软件实现，功能可以作为一个或多个指令存储在切实的计算机可读介质上。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用的切实介质。通过例子而不是限制，这样的计算机可读介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光碟存储、磁碟存储或其他磁存储器件或者可以用于携带或存储指令或数据结构形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他切实介质。如在此使用的，碟(disk)和盘(disc)包括紧凑盘(cd)、激光盘、光盘、数字通用盘(dvd)、软碟和蓝光盘，其中碟通常磁地再现数据，而盘利用激光光学地再现数据。
[0254]
因此，计算机程序产品可以进行在此给出的操作。例如，这样的计算机程序产品可以是具有有形存储(和/或编码)在其上的指令的计算机可读的有形介质，该指令可由一个或多个处理器执行以进行在此所述的操作。计算机程序产品可以包括包装的材料。
[0255]
软件或指令也可以通过传输介质而传输。例如，可以使用诸如同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(dsl)或诸如红外、无线电或微波的无线技术的传输介质从网站、服务器或者其他远程源传输软件。
[0256]
此外，用于进行在此所述的方法和技术的模块和/或其他适当的手段可以在适当时由用户终端和/或基站下载和/或其他方式获得。例如，这样的设备可以耦接到服务器以促进用于进行在此所述的方法的手段的传送。或者，在此所述的各种方法可以经由存储部件(例如ram、rom、诸如cd或软碟等的物理存储介质)提供，以便用户终端和/或基站可以在耦接到该设备或者向该设备提供存储部件时获得各种方法。此外，可以利用用于将在此所述的方法和技术提供给设备的任何其他适当的技术。
[0257]
其他例子和实现方式在本公开和所附权利要求的范围和精神内。例如，由于软件的本质，以上所述的功能可以使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些的任意的组合执行的软件实现。实现功能的特征也可以物理地位于各个位置，包括被分发以便功能的部分在
不同的物理位置处实现。而且，如在此使用的，包括在权利要求中使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc(即a和b和c)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
[0258]
可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
[0259]
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0260]
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。