一种多线激光雷达及其驱动方法与流程

1.本发明实施例涉及激光雷达技术，尤其涉及一种多线激光雷达及其驱动方法。


背景技术：

2.多线激光雷达是激光雷达的一种，是通过多个激光器发射激光来探测目标的位置、速度等特征量，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后接收从目标物体反射回来的信号并与发射信号进行比较，就可以获得目标的有关信息。
3.在自动驾驶领域中，激光雷达由于应用广泛成为人们的关注热点。对于多线激光雷达，线数越高探测精度就越高，但线束的数量会受到体积限制。具体地，现有的多线激光雷达，当需要增加线数时，一般都是增加发射板上的激光发射器的数量或者增加发射板的数量，这样产品的体积不好控制；同时激光发射器数量增加，激光发射器的摆放会变得密集，这样会增加发射板的设计难度，激光发射器的角度调试难度也会相应增加；并且，包括透镜在内的光学结构的口径也需要相应地扩大，从而增大了整个激光雷达的体积。


技术实现要素：

4.本发明提供一种多线激光雷达及其驱动方法，以保证多线激光雷达具备较小的体积，同时降低多线激光雷达中激光发射器和激光探测器的角度调试难度。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种多线激光雷达，包括至少一个旋转台和位于所述旋转台上的至少一组激光收发单元，所述激光收发单元包括：两个阵列激光发射器，每个所述阵列激光发射器包括阵列排布的多个激光发射器；一个阵列激光探测器，所述阵列激光探测器包括阵列排布的多个激光探测器；光学出射结构，位于多个所述激光发射器的出射光路上，多个所述激光发射器出射的多个激光光束经所述光学出射结构照射到外界；光学接收结构，位于多个所述激光探测器的接收光路上，每个所述阵列激光发射器中的多个所述激光发射器出射的多个激光光束，经外界反射后形成多个反射光束，多个所述反射光束经所述光学接收结构一一对应入射至多个所述激光探测器中。
6.可选地，每组所述激光收发单元中，所述激光探测器的数量与每个所述阵列激光发射器中的所述激光发射器的数量相等，或者，所述激光探测器的数量等于两个所述阵列激光发射器中的所述激光发射器的数量的和。
7.可选地，包括一个所述旋转台和位于所述旋转台上的一组所述激光收发单元；每个所述阵列激光发射器还包括一个发射板，阵列排布的多个所述激光发射器设置于所述发射板上；所述阵列激光探测器还包括一个接收板，阵列排布的多个所述激光探测器设置于所述接收板上；所述光学出射结构包括两个发射反射镜组和两个发射准直透镜组，每个所述阵列激光发射器的多个所述激光发射器出射的激光光束通过一个所述发射反射镜组和一个发
射准直透镜组照射到外界；光学接收结构包括一个接收准直透镜组，每个所述阵列激光发射器中的多个所述激光发射器出射的多个激光光束，经外界反射后形成多个反射光束，多个所述反射光束经所述接收准直透镜组一一对应入射至多个所述激光探测器中。
8.可选地，包括一个所述旋转台和位于所述旋转台上的两组所述激光收发单元；两组所述激光收发单元的激光发射方向相互背离。
9.可选地，所述阵列激光发射器还包括发射板，阵列排布的多个所述激光发射器设置于所述发射板上；所述阵列激光探测器还包括接收板，阵列排布的多个所述激光探测器设置于所述接收板上。
10.可选地，每个所述阵列激光发射器包括一个所述发射板，两组所述激光收发单元中的四个所述发射板相互平行设置，且同一组所述激光收发单元中的两个所述阵列激光发射器，分别位于两个所述发射板背离另一组所述激光收发单元中的所述发射板的一侧；所述阵列激光探测器包括一个所述接收板，两组所述激光收发单元中的两个所述接收板，位于所述旋转台的旋转轴相互背离的两侧。
11.可选地，还包括两个所述发射板，每个所述阵列激光发射器与另一组所述激光收发单元中的一个所述阵列激光发射器共用一个所述发射板，且共用一个所述发射板的两个所述阵列激光发射器分别设置于所述发射板相互背离的两侧表面；每个所述阵列激光探测器包括一个所述接收板，两组所述激光收发单元中的两个所述接收板位于所述旋转台的旋转轴相互背离的两侧。
12.可选地，同一所述激光收发单元中的多个所述激光发射器分布在垂直所述旋转台的方向上，且在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光发射器一一交替错位或者按组交替错位；同一所述激光收发单元中的多个所述激光探测器分布在垂直于所述旋转台的方向上，且在垂直所述旋转台的方向上，不同所述激光收发单元中的多个所述激光探测器一一交替错位或者按组交替错位。
13.第二方面，本发明实施例还提供了一种多线激光雷达的驱动方法，用于驱动如第一方面任一项所述的多线激光雷达，该驱动方法包括：驱动每组激光收发单元中的两个阵列激光发射器，使每个所述阵列激光发射器中阵列排布的多个激光发射器通过光学出射结构发射激光光束；通过对应所述激光收发单元中的光学接收结构，接收所述激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，并将多个所述反射光束一一对应入射至阵列激光探测器中的多个激光探测器中。
14.可选地，每组所述激光收发单元中，所述激光探测器的数量与每个所述阵列激光发射器中的所述激光发射器的数量相等；所述驱动每组激光收发单元中的两个阵列激光发射器，使每个所述阵列激光发射器中阵列排布的多个激光发射器通过光学出射结构发射激光光束，包括：驱动每组所述激光收发单元中的两个所述阵列激光发射器，使每个所述阵列激光发射器中阵列排布的多个所述激光发射器依次通过所述光学出射结构依次发射所述激光光束；
所述通过对应所述激光收发单元中的光学接收结构，接收所述激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，并将多个所述反射光束一一对应入射至阵列激光探测器中的多个激光探测器中，包括：通过对应所述激光收发单元中的光学接收结构，依次接收所述激光光束经外界反射后形成的多个所述反射光束，并将多个所述反射光束一一对应入射至所述阵列激光探测器中的多个所述激光探测器中。
15.本发明实施例提供的多线激光雷达及其驱动方法，通过设置至少一个旋转台，并且在旋转台上设置至少一组激光收发单元，其中，每组激光收发单元均设置有两个阵列激光发射器、一个阵列激光探测器、光学出射结构和光学接收结构，利用两个阵列激光发射器和阵列激光探测器进行激光光束的收发，实现了对环境的探测。同时，由于两个阵列激光发射器均设置有多个激光发射器，故而每组激光收发单元均可以实现多线激光探测，通过两个阵列激光发射器以及多组激光收发单元的组合，可以增加多线激光雷达的探测精度；进一步由于每组激光收发单元中的激光发射器的设置密度可相对较小，从而降低了激光发射器的角度调试难度。本发明实施例提供的多线激光雷达可以在增加激光线数即改善激光探测精度的同时，保证多线激光雷达具备较小的体积，降低多线激光雷达中激光发射器和激光探测器的角度调试难度。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的结构示意图；图2是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的结构示意图；图3是图2所示的多线激光雷达的一种激光探测器的排布示意图；图4是图2所示的多线激光雷达的一种激光发射器的排布示意图；图5是图2所示的多线激光雷达的一种激光探测器的排布示意图；图6是图2所示的多线激光雷达的一种激光发射器的排布示意图；图7是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的结构示意图；图8是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的驱动方法的流程图；图9是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的驱动方法的流程图。
17.其中，10-旋转台，20-激光收发单元，21-阵列激光发射器，210-发射板，211-激光发射器，22-阵列激光探测器，220-接收板，221-激光探测器，23-光学出射结构，231-发射反射镜组，232-发射准直透镜组，24-光学接收结构，241-接收准直透镜组。
实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
19.现有多线激光雷达通常是在发射板和接收板上分别设置多个激光发射器和多个激光探测器，利用多个激光发射器发射的激光光束进行探测，从而实现多线激光探测。而多线激光雷达的线数决定了激光雷达的探测精度，增加线数的方式通常只是在发射板上增加激光发射器的数量，而增加激光发射器的数量会增加发射板以及对应的光学结构的体积，
从而使激光雷达的体积增加，或者，会增加激光发射器的设置密度，从而增加激光发射器的角度调试难度。因此，单纯地增加激光发射器数量来增加线数的方式，会受整个激光雷达的体积以及激光雷达角度调试难度的限制，激光雷达的探测精度难以改善。
20.针对于此，本发明实施例提供一种多线激光雷达，该多线激光雷达包括至少一个旋转台和位于旋转台上的至少一组激光收发单元，激光收发单元包括：两个阵列激光发射器，每个阵列激光发射器包括阵列排布的多个激光发射器；一个阵列激光探测器，阵列激光探测器包括阵列排布的多个激光探测器；光学出射结构，位于多个激光发射器的出射光路上，多个激光发射器出射的多个激光光束经光学出射结构照射到外界；光学接收结构，位于多个激光探测器的接收光路上，每个阵列激光发射器中的多个激光发射器出射的多个激光光束，经外界反射后形成多个反射光束，多个反射光束经光学接收结构一一对应入射至多个激光探测器中。
21.其中，至少一组的激光收发单元中，由于设置了两个阵列激光发射器、一个阵列激光探测器以及光学出射结构和光学接收结构，每个阵列激光发射器可以利用其上阵列排布的多个激光发射器发出多线探测激光光束，并且通过光学出射结构可以实现多线探测激光光束的出射，阵列激光探测器则可以利用其上阵列排布的多个激光探测器，通过光学接收结构一一对应地接收外界通过反射激光探测光束而形成的反射光束，从而进行环境探测。旋转台则用于承载激光收发单元，并且驱动激光收发单元在水平方向上旋转，从而使每组激光收发单元实现在水平方向上的扫描探测。需要说明的是，每个激光收发单元中阵列排布的多个激光发射器会分布于竖直方向上的不同位置，因此每个激光收发单元中的多个激光发射器发出的探测激光光束可以在一个竖直平面上发散传播，也即每个激光收发单元在固定时刻的探测面为一竖直平面，同时通过旋转台的驱动实现每组激光收发单元在水平面上的旋转，从而实现激光雷达对空间的三维探测。
22.由于每个阵列激光发射器中的多个激光发射器可以在竖直平面上进行扫描，故而整个激光收发单元可以增加对竖直平面的探测精度。而由单个阵列激光探测器接收两个阵列激光发射器发出的激光光束的反射光束，可以减少阵列激光探测器的占据空间，通过合理设置每组激光收发单元中各阵列激光发射器、阵列激光探测器以及光学出射结构和光学接收结构，可以充分利用旋转台的空间，从而减少整个多线激光雷达的体积。另外，由于每个阵列激光发射器中的激光发射器的数量可以设置的相对较少，激光发射器和激光探测器的设置密度较小，故而每个激光发射器的发射角度的调试难度可大大降低。
23.本发明实施例提供的多线激光雷达，通过设置至少一个旋转台，并且在旋转台上设置至少一组激光收发单元，其中，每组激光收发单元均设置有两个阵列激光发射器、一个阵列激光探测器、光学出射结构和光学接收结构，利用两个阵列激光发射器和阵列激光探测器进行激光光束的收发，实现了对环境的探测。同时，由于两个阵列激光发射器均设置有多个激光发射器，故而每组激光收发单元均可以实现多线激光探测，通过两个阵列激光发射器以及多组激光收发单元的组合，可以增加多线激光雷达的探测精度；进一步由于每组激光收发单元中的激光发射器的设置密度可相对较小，从而降低了激光发射器的角度调试难度。本发明实施例提供的多线激光雷达可以在增加激光线数即改善激光探测精度的同时，保证多线激光雷达具备较小的体积，降低多线激光雷达中激光发射器和激光探测器的角度调试难度。
24.以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.图1是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的结构示意图，参考图1，该多线激光雷达包括一个旋转台10和位于旋转台10上的一组激光收发单元20；激光收发单元20包括：两个阵列激光发射器21，每个阵列激光发射器21包括阵列排布的多个激光发射器211；一个阵列激光探测器22，阵列激光探测器22包括阵列排布的多个激光探测器221；光学出射结构23，位于多个激光发射器211的出射光路上，多个激光发射器211出射的多个激光光束经光学出射结构23照射到外界；光学接收结构24，位于多个激光探测器221的接收光路上，每个阵列激光发射器21中的多个激光发射器211出射的多个激光光束，经外界反射后形成多个反射光束，多个反射光束经光学接收结构24一一对应入射至多个激光探测器221中。
26.其中，每个阵列激光发射器21还包括一个发射板210，阵列排布的多个激光发射器211设置于发射板210上；阵列激光探测器22还包括一个接收板220，阵列排布的多个激光探测器221设置于接收板220上；光学出射结构23包括两个发射反射镜组231和两个发射准直透镜组232，每个阵列激光发射器21的多个激光发射器211出射的激光光束通过一个发射反射镜组231和一个发射准直透镜组232照射到外界；光学接收结构24包括一个接收准直透镜组241，每个阵列激光发射器22中的多个激光发射器211出射的多个激光光束，经外界反射后形成多个反射光束，多个反射光束经接收准直透镜组241一一对应入射至多个激光探测器221中。
27.具体地，在设置阵列激光发射器的激光发射器以及阵列激光探测器中激光探测器的数量时，需要考虑和设计激光探测器实际接收的反射光束的来源。可选地，每组激光收发单元中，可以设置激光探测器的数量等于两个阵列激光发射器中的激光发射器的数量的和，也即阵列激光探测器中的激光探测器一一对应于两个阵列激光发射器中的所有激光发射器，用于一一对应地接收激光发射器出射的激光光束反射回的反射光束，从而实现激光探测。此处需要说明的是，尽管所有激光发射器和所有激光探测器一一对应，而在实际的驱动过程中，激光发射器并非同时发出激光光束，而是每一对应的激光发射器和激光探测器在一个探测周期内发射激光光束和接收反射光束，此时可以避免同时探测时相邻的激光探测器的干扰。
28.或者，也可设置激光探测器的数量与每个阵列激光发射器中的激光发射器的数量相等，也即每个激光探测器分别可接收两个阵列激光发射器中各一个激光发射器发出的激光光束反射回的反射光束，即采用激光探测器共用的方式，进行激光探测。当然，激光探测器的共用方式多采用分时探测或分波长探测，其中分时探测指共用同一激光探测器的两个激光发射器在不同时间发出的激光光束，且在不同时间被对应的激光探测器接收，激光探测器根据接收的反射光束的时间以及相位等，来判断外界物体位置信息，分波长探测则是指共用同一激光探测器的两个激光发射器发出的激光光束的波长不同，激光探测器通过分析波长确定对应的激光发射器，并根据反射光束的时间以及相位等，判断外界物体的位置信息。
29.图2是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的结构示意图，参考图2，该多线激光雷达包括一个旋转台10和位于旋转台10上的两组激光收发单元20；两组激光收发单元
20的激光发射方向相互背离。
30.在多线激光雷达中设置相背对的两组激光收发单元20，可以充分利用旋转台10上的空间，避免设置单组激光收发单元时的空间浪费。同时通过两组激光收发单元的激光发射方向相互背离，可以同时探测扫描水平面上两个相互背离方向上的物体，保证了单一时刻的探测面积，增加了整体的探测频率。
31.进一步地，参考图2，阵列激光发射器21还包括发射板210，阵列排布的多个激光发射器211设置于发射板210上；阵列激光探测器22还包括接收板220，阵列排布的多个激光探测器221设置于接收板220上。可选地，每个阵列激光发射器21包括一个发射板210，两组激光收发单元20中的四个发射板210相互平行设置，且同一组激光收发单元20中的两个阵列激光发射器21，分别位于两个发射板210背离另一组激光收发单元20中的发射板210的一侧；阵列激光探测器22包括一个接收板220，两组激光收发单元20中的两个接收板220，位于旋转台10的旋转轴相互背离的两侧。
32.图3是图2所示的多线激光雷达的一种激光探测器的排布示意图，图4是图2所示的多线激光雷达的一种激光发射器的排布示意图，参考图2和图3，其中，同一激光收发单元20中的多个激光发射器211分布在垂直旋转台10的方向上，且在垂直旋转台10的方向上，不同激光收发单元20中的多个激光发射器211一一交替错位。参考图2和图4，同一激光收发单元20中的多个激光探测器221分布在垂直于旋转台10的方向上，且在垂直旋转台10的方向上，不同激光收发单元20中的多个激光探测器221一一交替错位。
33.图5是图2所示的多线激光雷达的一种激光探测器的排布示意图，图6是图2所示的多线激光雷达的一种激光发射器的排布示意图，参考图2和图5，可选地，同一激光收发单元20中的多个激光发射器211分布在垂直旋转台10的方向上，且在垂直旋转台10的方向上，不同激光收发单元20中的多个激光发射器211按组交替错位。参考图2和图6，同一激光收发单元20中的多个激光探测器221分布在垂直于旋转台10的方向上，且在垂直旋转台10的方向上，不同激光收发单元20中的多个激光探测器221按组交替错位。
34.需要说明的是，该多线激光雷达中，通过一一交替错位或按组交替错位的设置方式，可以保证同一组激光收发单元中的激光发射器211在垂直旋转台10的方向上处于不同位置，同时不同组激光收发单元中的激光发射器211在垂直旋转台10的方向上也处于不同位置，从而保证了该多线激光雷达中的激光发射器可以获得探测面竖直方向上更多的探测点，增加探测的精度。
35.图7是本发明实施例提供的又一种多线激光雷达的结构示意图，参考图7，可选地，该多线激光雷达中还包括两个发射板210，每个阵列激光发射器21与另一组激光收发单元20中的一个阵列激光发射器21共用一个发射板210，且共用一个发射板210的两个阵列激光发射器21分别设置于发射板210相互背离的两侧表面；每个阵列激光探测器22包括一个接收板220，两组激光收发单元20中的两个接收板220位于旋转台10的旋转轴相互背离的两侧。
36.此时，每组激光收发单元20中的激光发射器211在竖直方向上的位置均不同，并且在调试好每个激光发射器211的发射角度后，可以保证每个激光发射器211出射的激光发射方向不同。在旋转台10的旋转过程中，每组激光收发单元20中的多个激光发射器在扫描面上的投影点位置均不同，由此可以增加扫描面上的扫描点，更精密地获取扫描面上物体信
息，即可以增加探测的精度。
37.与图2所示的多线激光雷达类似，图7所示的多线激光雷达也可以设置在同一激光收发单元中的多个激光发射器分布在垂直旋转台的方向上，且在垂直旋转台的方向上，不同激光收发单元中的多个激光发射器一一交替错位或者按组交替错位；同一激光收发单元中的多个激光探测器分布在垂直于旋转台的方向上，且在垂直旋转台的方向上，不同激光收发单元中的多个激光探测器一一交替错位或者按组交替错位，此处不再赘述。
38.本发明实时还提供了一种多线激光雷达的驱动方法，该方法用于驱动本发明实施例提供的任意一种多线激光雷达。图8是本发明实施例提供的一种多线激光雷达的驱动方法的流程图，参考图1和图8，该驱动方法包括：s110、驱动每组激光收发单元中的两个阵列激光发射器，使每个阵列激光发射器中阵列排布的多个激光发射器通过光学出射结构发射激光光束；其中，两个阵列激光发射器中的激光发射器由于采用阵列排布，其在垂直旋转台的方向上分布于不同位置，此时每个激光发射器出射的激光发射方向不同，从而可以对一个竖直面上的物体进行扫描探测。
39.s120、通过对应激光收发单元中的光学接收结构，接收激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，并将多个反射光束一一对应入射至阵列激光探测器中的多个激光探测器中。
40.在激光光束发射至外界物体上时会产生反射，此时形成的反射光束经光学接收结构入射至该多线激光雷达中。并且，通过合理设置光学接收结构，可以使得多个反射光束对应入射至多个激光探测器中，由激光探测器获取探测物体的信息。同时，通过对比分析出射激光光束和反射光束，可以判定探测物体的位置及距离等信息，实现环境的探测。本发明实施例由于采用了上述实施例提供的多线激光雷达，因此具备上述多线激光雷达的有益效果。
41.在实际的多线雷达驱动过程中，需要根据每组激光收发单元中激光发射器和激光探测器的数量比例，适应调整驱动方法。当每组激光收发单元中，激光探测器的数量与每个阵列激光发射器中的激光发射器的数量相等时，需要两个激光发射器共用一个激光探测器。针对于此，本发明实施例还提供了一种多线激光雷达的驱动方法。图9是本发明实施例提供的另一种多线激光雷达的驱动方法的流程图，参考图1和图9，该驱动方法包括：s210、驱动每组激光收发单元中的两个阵列激光发射器，使每个阵列激光发射器中阵列排布的多个激光发射器通过光学出射结构依次发射所述激光光束；该过程中，每组激光收发单元中的所有激光发射器在各自的探测周期内发射激光光束，因而相互之间不会存在干扰。此处需要说明的是，实际驱动的过程中，两个阵列激光发射器可采用交替发射激光光束的方式进行探测，并且，在同一阵列激光发射器中的激光发射器也并非按照位置顺序依次发射激光光束，可选地，在同一阵列激光发射器中的激光发射器依次发射激光光束时，优选不相邻位置的激光发射器依次发射。示例性地，对于第一阵列激光发射器包括四个激光发射器（以a1、a2、a3、a4编号），第二阵列激光发射器中包括四个激光发射器（以b1、b2、b3、b4编号），具体可采用a1-b4-a3-b2-a4-b1-a2-b3的顺序依次发射激光光束。此时，对应接收的激光探测器依次变换，因而不会发生在相邻的两个探测周期内由同一激光探测器进行反射光束接收的情况，从而保证了探测的准确性。
42.s220、通过对应激光收发单元中的光学接收结构，依次接收激光光束经外界反射后形成的多个反射光束，并将多个反射光束一一对应入射至阵列激光探测器中的多个激光探测器中。
43.如上示例，在每一探测周期内，激光发射器发射激光光束，对应地，激光探测器则接收外界的反射光束。并且由于同一组的两个阵列激光发射器可设置为探测点不同，因而经激光探测器探测到的物体精度提高，同时配合旋转台的旋转，可以实现环境的三维扫描探测。
44.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。