本發(fā)明屬于激光雷達(dá)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)技術(shù)在導(dǎo)航、地圖測繪、衛(wèi)星定位等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在汽車無人駕駛領(lǐng)域中，激光雷達(dá)起著地圖測繪和場景定位的關(guān)鍵作用。

激光雷達(dá)可分為普通激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。普通激光雷達(dá)一般需要機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行空間旋轉(zhuǎn)掃描；固態(tài)激光雷達(dá)不需要機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，利用光學(xué)方式直接改變輸出激光的發(fā)射方向，達(dá)到對空間進(jìn)行掃描的目的。

現(xiàn)有的普通激光雷達(dá)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，一般體積比較大，不方便安裝，并且長期穩(wěn)定性差。同時(shí)，由于通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行掃描，為達(dá)到高的空間分辨率，獲得高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，一般需要多線測量，同時(shí)使用多個(gè)激光器和探測器，成本比較高。

現(xiàn)有的固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)，一般采用光學(xué)相控陣列技術(shù)對空間進(jìn)行掃描，這種技術(shù)對光學(xué)器件的要求比較高，目前在汽車無人駕駛等民用方面并沒有好的應(yīng)用方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題和缺陷的至少一個(gè)方面。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，通過采用光學(xué)激光振鏡來偏轉(zhuǎn)激光的傳輸方向，達(dá)到對待測物體進(jìn)行掃描測量的目的，不需要機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行掃描。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，通過采用光開關(guān)進(jìn)行光路選擇和時(shí)分復(fù)用，實(shí)現(xiàn)僅采用一對激光器和探測器，即可實(shí)現(xiàn)對待測物體的多線測量，獲得高的分辨率和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，包括：

激光器，發(fā)射激光；探測器，接收反射激光；發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，將激光器發(fā)射的激光以不同的角度向待測物體發(fā)射；接收光學(xué)系統(tǒng)，將待測物體表面的反射激光接收并傳輸?shù)教綔y器中；控制處理單元，控制激光器、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，根據(jù)激光器發(fā)射激光和探測器接收反射激光的時(shí)間差來計(jì)算待測物體的距離，根據(jù)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的工作狀態(tài)即發(fā)射激光的角度來獲得待測物體的方向信息，根據(jù)多次測量得到包含距離和方向信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)即可得到待測物體的空間三維信息。

其中，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)還包括第一光開關(guān)、第一光纖陣列、準(zhǔn)直透鏡和發(fā)射激光振鏡，第一光開關(guān)將激光器發(fā)射的激光在第一光纖陣列中不同的光纖之間進(jìn)行交替導(dǎo)通，導(dǎo)通的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，被發(fā)射激光振鏡以不同的角度向待測物體發(fā)射出去；

接收光學(xué)系統(tǒng)還包括第二光開關(guān)、第二光纖陣列、匯聚透鏡和接收激光振鏡，在待測物體表面反射回來的激光，經(jīng)接收激光振鏡偏轉(zhuǎn)方向后，被匯聚透鏡耦合進(jìn)第二光纖陣列中的光纖中，第二光開關(guān)將耦合有反射回來的激光的這根光纖與探測器導(dǎo)通。

激光振鏡一般集成有角度傳感器，控制處理單元可根據(jù)角度傳感器測量的角度偏轉(zhuǎn)信息來計(jì)算照射在激光振鏡上的激光的偏轉(zhuǎn)方向?？刂铺幚韱卧部梢愿鶕?jù)激光振鏡的驅(qū)動(dòng)信號電路的偏置電壓以及激光振鏡的偏轉(zhuǎn)角度與偏置電壓的線型關(guān)系來測量照射在激光振鏡上的激光的偏轉(zhuǎn)方向。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述發(fā)射激光振鏡和接收激光振鏡的工作方式為鏡面周期性連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，本發(fā)明中采用的發(fā)射激光振鏡和接收激光振鏡是一維激光振鏡，鏡面旋轉(zhuǎn)的中心軸與準(zhǔn)直透鏡的主光軸垂直，與準(zhǔn)直透鏡的焦平面平行。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述接收激光振鏡為一維激光振鏡，鏡面旋轉(zhuǎn)的中心軸與匯聚透鏡的主光軸垂直，與匯聚透鏡的焦平面平行。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述發(fā)射激光振鏡和接收激光振鏡是同一種規(guī)格和型號的激光振鏡，且在任一時(shí)刻，處于相同的工作狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述第一光纖陣列和第二光纖陣列中的光纖是一一對應(yīng)的，第一光開關(guān)將激光器與第一光纖陣列中的某根光纖導(dǎo)通的同時(shí)，第二光開關(guān)將第二光纖陣列中與第一光纖陣列中導(dǎo)通的光纖對應(yīng)的那根光纖與探測器導(dǎo)通。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述第一光纖陣列中的光纖出射端面在準(zhǔn)直透鏡的第一焦平面上。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述第一光纖陣列中的光纖在出射端面成線型排列。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述第二光纖陣列中的光纖的入射端面在匯聚透鏡的第二焦平面上。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述第二光纖陣列中的光纖在入射端面成線型排列。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述第一光纖陣列中光纖在出射端面成線型排列所連成的直線與準(zhǔn)直透鏡的主光軸垂直。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例，所述第二光纖陣列中的光纖在入射端面成線型排列所連成的直線與匯聚透鏡的主光軸垂直。

本發(fā)明是基于脈沖探測法來進(jìn)行距離測量的，激光器發(fā)射的激光為脈沖激光。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于：

本發(fā)明采用光開關(guān)時(shí)分復(fù)用和激光振鏡相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對待測物體表面的二維掃描。利用第一光開關(guān)導(dǎo)通的第一光纖陣列中光纖出射端面處于準(zhǔn)直透鏡第一焦平面的不同位置，對應(yīng)的第二光纖陣列中光纖的入射端面處于匯聚透鏡第二焦平面的不同位置，實(shí)現(xiàn)對待測物體表面的一個(gè)維度進(jìn)行掃描；利用一維激光振鏡對激光的偏轉(zhuǎn)作用，實(shí)現(xiàn)對待測物體表面的另一個(gè)維度進(jìn)行掃描。

通過下文中參照附圖對本發(fā)明所作的描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，并可幫助對本發(fā)明有全面的理解。

附圖說明

圖1顯示本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示本發(fā)明中的第一光纖陣列與準(zhǔn)直透鏡相配合的工作原理圖。

圖3顯示本發(fā)明中的第二光纖陣列與匯聚透鏡相配合的工作原理圖。

圖4顯示本發(fā)明中的第一光纖陣列與第二光纖陣列的正視圖。

圖5顯示圖4中光纖陣列的右視圖。

圖6顯示圖5中光纖陣列的剖視圖。

圖7顯示本發(fā)明中發(fā)射激光振鏡和接收激光振鏡的工作原理圖。

圖8顯示本發(fā)明中作為一種優(yōu)選方案的準(zhǔn)直透鏡結(jié)構(gòu)圖。

圖9顯示本發(fā)明中作為一種優(yōu)選方案的匯聚透鏡的結(jié)構(gòu)圖。

圖10顯示本發(fā)明中準(zhǔn)直透鏡將其第一焦平面上的點(diǎn)光源發(fā)出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直并偏轉(zhuǎn)方向的示意圖。

圖11顯示本發(fā)明中匯聚透鏡將入射的平行光匯聚到其第二焦平面上一點(diǎn)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。

另外，在下面的詳細(xì)描述中，為便于解釋，闡述了許多具體的細(xì)節(jié)以提供對本披露的實(shí)施例的全面理解。然而明顯的，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例在沒有具體細(xì)節(jié)的情況下也可以被實(shí)施。在其它情況下，公知的結(jié)構(gòu)和裝置以圖示的方式體現(xiàn)以簡化附圖。

圖1顯示的是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

激光器102，發(fā)射激光；探測器114，接收反射激光；發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)115，將激光器102發(fā)射的激光以不同的角度向待測物體108發(fā)射；接收光學(xué)系統(tǒng)116，將待測物體108表面的反射激光109接收并傳輸?shù)教綔y器114中；控制處理單元101，控制激光器102、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)115和接收光學(xué)系統(tǒng)116的工作狀態(tài)，根據(jù)激光器102發(fā)射激光和探測器114接收反射激光109的時(shí)間差來計(jì)算待測物體108的距離，根據(jù)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)115的工作狀態(tài)即發(fā)射激光107的角度來獲得待測物體108的方向信息，根據(jù)多次測量得到包含距離和方向信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)即可得到待測物體108的空間三維信息。

其中，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)115還包括第一光開關(guān)103、第一光纖陣列104、準(zhǔn)直透鏡105和發(fā)射激光振鏡106，第一光開關(guān)103將激光器102發(fā)射的激光在第一光纖陣列104中不同的光纖之間進(jìn)行交替導(dǎo)通，導(dǎo)通的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡105準(zhǔn)直后，被發(fā)射激光振鏡106以不同的角度向待測物體發(fā)射出去，發(fā)射激光振鏡106將此時(shí)鏡面的偏轉(zhuǎn)角信息傳送給控制處理單元101。

接收光學(xué)系統(tǒng)116還包括第二光開關(guān)113、第二光纖陣列112、匯聚透鏡111和接收激光振鏡110，在待測物體108表面反射回來的反射激光109，經(jīng)接收激光振鏡110偏轉(zhuǎn)方向后，被匯聚透鏡111耦合進(jìn)第二光纖陣列112中的光纖中，第二光開關(guān)113將耦合有反射激光109的這根光纖與探測器114導(dǎo)通，探測器114將探測到的信號傳送給控制處理單元101。

圖2顯示本發(fā)明中第一光纖陣列104和準(zhǔn)直透鏡105共同作用，改變第一光纖陣列104中光纖出射激光的傳輸方向示意圖。圖中第一光纖陣列104中光纖的出射端面202處于準(zhǔn)直透鏡105的第一焦平面上，由于光纖體積微小，以普通單模光纖為例，其出射端面的有效發(fā)光面直徑小于10微米，可視為點(diǎn)光源。由基本物理光學(xué)知識可知，處于準(zhǔn)直透鏡第一焦平面上的點(diǎn)光源發(fā)出的光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后，會(huì)變成平行光，平行光的傳輸方向與準(zhǔn)直透鏡的焦距以及點(diǎn)光源在第一焦平面的位置有關(guān)。如圖10所示，準(zhǔn)直透鏡105的第一焦平面上的點(diǎn)光源301發(fā)出的激光是發(fā)散的，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡105后，變成了平行光，由于通過準(zhǔn)直透鏡105光心的激光仍沿原方向傳輸，因此點(diǎn)光源301發(fā)出的激光準(zhǔn)直后的平行光的傳輸方向，與通過點(diǎn)光源301和準(zhǔn)直透鏡105光心的連線平行。令點(diǎn)光源301與準(zhǔn)直透鏡105的主光軸的距離為d₁,準(zhǔn)直透鏡105的焦距為f₁,則點(diǎn)光源301發(fā)出的激光通過準(zhǔn)直透鏡后的平行光，其與準(zhǔn)直透鏡105主光軸的夾角302為

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例中，如圖4、圖5和圖6所示，第一光纖陣列104和第二光纖陣列112中的光纖呈一維線型排列的。如圖4所示為光纖陣列的正視圖，光纖陣列由光纖205和附件206組成。附件206為一種常用結(jié)構(gòu)件，將各光纖安裝在光纖陣列的不同位置固定，可由模具注塑或機(jī)械加工而成。一般附件206中有安裝光纖205的小孔，將光纖205插入小孔后，用膠水固定。光纖205為通信中常用的單模光纖或多模光纖，包含外圍保護(hù)層207和內(nèi)部的纖芯208，激光信號在纖芯208中傳輸。圖5為光纖陣列的右視圖，圖6為圖5中A-A方向的剖視圖。

由于第一光纖陣列104中的光纖都是線型排列的，作為一種優(yōu)選方案，線型排列的方向與準(zhǔn)直透鏡105的主光軸垂直，由于第一光纖陣列104中光纖的位置不同，各光纖出射的激光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡105后發(fā)射方向也不同。

由于第二光纖陣列112中的光纖都是線型排列的，作為一種優(yōu)選方案，線型排列的方向與匯聚透鏡111的主光軸垂直，不同方向的反射激光109經(jīng)過匯聚透鏡111后匯聚方向也不同，進(jìn)入第二光纖陣列112的不同光纖中。

圖3顯示本發(fā)明中的第二光纖陣列112和匯聚透鏡111共同作用，將待測物體108表面反射回來的反射激光109匯聚進(jìn)第二光纖陣列112中的光纖的示意圖。圖中第二光纖陣列112中光纖的入射端面203處于匯聚透鏡111的第二焦平面上，基本物理光學(xué)知識可知，對匯聚透鏡入射的平行光，經(jīng)過匯聚透鏡后，會(huì)匯聚于匯聚透鏡第二焦平面上的一點(diǎn)，此點(diǎn)的位置與入射的平行光的入射方向有關(guān)。如圖11所示，對匯聚透鏡111入射的平行光109，將匯聚于處于匯聚透鏡111的第二焦平面203上的一點(diǎn)303，匯聚點(diǎn)303與匯聚透鏡111的連線，與入射的平行光109的入射方向相同，若入射平行光109與匯聚透鏡111的主光軸的夾角304為α，則匯聚點(diǎn)303于匯聚透鏡111的主光軸的距離d₂為d₂＝f₂×tanα，其中f₂為匯聚透鏡111的焦距。

由于第一光纖陣列104中的光纖經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡105后，變成不同發(fā)射方向的平行光向待測物體108發(fā)射，在待測物體108表面反射回來的反射激光109照射在匯聚透鏡111上的角度也不同，反射激光109經(jīng)過匯聚透鏡111后，被耦合進(jìn)在匯聚透鏡111第二焦平面上的第二光纖陣列112的不同光纖中。

激光振鏡又稱為高速掃描振鏡，是激光工業(yè)中常用的一種掃描器件，如應(yīng)用于激光打標(biāo)機(jī)上的掃描探頭。激光振鏡的基本工作原理是，激光振鏡的驅(qū)動(dòng)信號電路提供正反偏置電壓，即可帶動(dòng)激光振鏡的鏡面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度與偏置電壓的大小成正比。若對激光振鏡提供周期性驅(qū)動(dòng)信號，則激光振鏡的鏡面會(huì)發(fā)生周期性偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)入射在鏡面的激光發(fā)生周期性偏轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例性的實(shí)施例中，激光振鏡為一維激光振鏡。

圖7顯示一維激光振鏡的工作原理圖，在初始狀態(tài)，第一束激光401照射在激光振鏡的鏡面406上，根據(jù)光的反射定律，激光401被反射出去，反射光線為403；一定時(shí)間間隔后，第二束激光404照射在激光振鏡的鏡面406上，激光404的入射方向與激光401相同，但此時(shí)激光振鏡的鏡面406與初始狀態(tài)比偏轉(zhuǎn)了角，則第二束激光404經(jīng)過激光振鏡后的反射光線405與第一束激光401經(jīng)過激光振鏡后的反射光線403的夾角為β，即激光振鏡由于自身鏡面的偏轉(zhuǎn)帶動(dòng)了照射在激光振鏡上的激光的反射方向的偏轉(zhuǎn)。

激光振鏡一般集成有角度傳感器，控制處理單元101可根據(jù)角度傳感器測量的角度偏轉(zhuǎn)信息來計(jì)算照射在激光振鏡上的激光的偏轉(zhuǎn)方向?？刂铺幚韱卧?01也可以根據(jù)激光振鏡的驅(qū)動(dòng)信號電路的偏置電壓以及激光振鏡的偏轉(zhuǎn)角度與偏置電壓的線型關(guān)系來測量照射在激光振鏡上的激光的偏轉(zhuǎn)方向。

如前所述，第一光纖陣列104中的光纖的出射端面202，處于準(zhǔn)直透鏡105的第一焦平面上。作為一種實(shí)例性的實(shí)施例，為表述方便，令準(zhǔn)直透鏡105的主光軸方向?yàn)閆軸，且z軸在水平面內(nèi)，第一光纖陣列104中的光纖出射端面202所處的平面與與水平面垂直。由于第一光纖陣列104中的光纖的連線與主光軸Z軸及水平面垂直，則可令第一光纖陣列104中的光纖沿X軸排列。由圖2和圖10可知，第一光纖陣列104中不同的光纖輸出的激光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡105后，會(huì)在包含X軸并與水平面垂直的平面內(nèi)以與水平面成不同的夾角發(fā)射出去，即隨著第一光開關(guān)103在不同時(shí)刻對第一光纖陣列104中的不同光纖的導(dǎo)通，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對待測物體108的X軸方向上的掃描。將發(fā)射激光振鏡106的鏡面偏轉(zhuǎn)方向設(shè)置為圍繞X軸旋轉(zhuǎn)，則自準(zhǔn)直透鏡105出射的激光，經(jīng)過發(fā)射激光振鏡106后，出射方向會(huì)圍繞X軸旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，由于在第一光開關(guān)103和第一光纖陣列104的作用下，準(zhǔn)直透鏡105出射的激光，還具有在X軸方向上掃描的能力，則經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡105和發(fā)射激光振鏡106后的發(fā)射激光107，具有在X、Y兩個(gè)方向上進(jìn)行二維掃描的能力。

第一光纖陣列104和第二光纖陣列112中的光纖是一一對應(yīng)的，在某時(shí)刻第一光開關(guān)103將激光器102發(fā)射的激光與第一光纖陣列104中的某根光纖導(dǎo)通，導(dǎo)通的光纖出射的激光通過準(zhǔn)直透鏡105和發(fā)射激光振鏡106發(fā)射后，在待測物體108表面反射的反射激光109經(jīng)接收激光振鏡110和匯聚透鏡111，被耦合進(jìn)與第一光纖陣列104中此時(shí)導(dǎo)通的光纖對應(yīng)的第二光纖陣列112中的那根光纖。同時(shí)，第二光開關(guān)113將第二光纖陣列中耦合有反射激光109的那根光纖與探測器114導(dǎo)通，反射激光109在探測器114中轉(zhuǎn)換為電信號后被送入控制處理單元101，控制處理單元101根據(jù)發(fā)射激光和接收反射激光的時(shí)間差來計(jì)算待測物體的距離，根據(jù)第一光纖陣列104中此時(shí)導(dǎo)通的光纖的位置來計(jì)算待測物體在X方向上的方向角，根據(jù)發(fā)射激光振鏡106此時(shí)鏡面的偏轉(zhuǎn)信息來計(jì)算待測物體在Y方向上的方向角，根據(jù)距離和X、Y方向上的方向角，即可得出待測物體108的三維空間位置。

為便于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對本發(fā)明有一個(gè)更深入的理解，以下對本發(fā)明中的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)的具體工作方式做一個(gè)更具體的說明，在說明中，為便于表述和理解，相關(guān)部件采用了具體的參數(shù)。應(yīng)知道，所采用的具體參數(shù)只是一種示例性說明，而不應(yīng)成為本發(fā)明實(shí)施例的一種限制。

在t₀時(shí)刻，控制處理單元101控制激光器102發(fā)射激光，同時(shí)將第一光開關(guān)103中與第一光纖陣列104中的第一根光纖相連的端口導(dǎo)通，使得激光器102發(fā)射的激光通過第一光纖陣列104中的第一根光纖向準(zhǔn)直透鏡105發(fā)射，準(zhǔn)直透鏡105根據(jù)第一根光纖的位置，將發(fā)射的激光在X軸方向上以固定的偏轉(zhuǎn)角度向發(fā)射激光振鏡106傳輸。

在控制處理單元101控制激光器102發(fā)射激光的同時(shí)，控制處理單元101驅(qū)動(dòng)發(fā)射激光振鏡106工作，發(fā)射激光振鏡106鏡面的偏轉(zhuǎn)方向?yàn)閲@X軸旋轉(zhuǎn)。作為一種優(yōu)選方案，發(fā)射激光振鏡106的驅(qū)動(dòng)信號是周期性連續(xù)信號，即發(fā)射激光振鏡106的鏡面是以周期性連續(xù)的方式圍繞X軸旋轉(zhuǎn)的。

激光器102發(fā)射的激光為脈沖激光，激光雷達(dá)對空間距離的測量精度與脈沖寬度有關(guān)，一般來說，脈沖寬度越寬，測量精度越低。同時(shí)，由于激光雷達(dá)的測量距離與脈沖寬度也有關(guān)系，由于脈沖寬度越寬，激光能量越大，則測量距離越大。因此，一般脈沖寬度要綜合考慮。作為一種示例性說明，令脈沖激光的脈沖寬度為10納秒。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，脈沖寬度為10納秒不應(yīng)成為本實(shí)施例的一種限制。

激光器102是周期性發(fā)射脈沖激光的，其周期根據(jù)待測物體或者激光雷達(dá)的測量距離決定，周期應(yīng)該大于激光在測量距離內(nèi)傳播一個(gè)來回所需要的時(shí)間。作為一種示例性的說明，當(dāng)待測物體108的距離為150米時(shí)，自激光器102發(fā)射激光，激光到達(dá)待測物體108的表面后，反射激光109被探測器114接收的時(shí)間約為1微秒，則激光器102發(fā)射脈沖激光的周期要大于1微妙。作為一種示例性說明，可選定激光器102發(fā)射脈沖激光的周期為2微秒，即每2微秒發(fā)射一次脈沖寬度為10納秒的激光。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，激光器102的周期為2微秒只是一種示例性說明，不應(yīng)成為本實(shí)施例的一種限制。

由公知知識，當(dāng)前一維激光振鏡的掃描范圍大于50°，掃描頻率大于5kHz。為便于表述，本發(fā)明選擇掃描范圍為50°，掃描頻率為5KHz的發(fā)射激光振鏡106和接收激光振鏡110來進(jìn)行示例性說明，即本實(shí)施例中的激光振鏡的鏡面工作一個(gè)周期的時(shí)間為200微秒。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，具有其它掃描范圍和掃描頻率的一維激光振鏡也可應(yīng)用于本實(shí)施例。

目前市場上已經(jīng)有通道切換速度在納秒甚至皮秒的高速光開關(guān)成熟產(chǎn)品，同時(shí)光開關(guān)的通道數(shù)可達(dá)數(shù)百個(gè)，本實(shí)施例中的第一光開關(guān)103和第二光開關(guān)113的輸出端口數(shù)選擇為16個(gè)來進(jìn)行示例性說明，每相鄰端口間的切換時(shí)間間隔為100微秒。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，具有其它端口數(shù)和切換時(shí)間間隔的光開關(guān)也可應(yīng)用于本實(shí)施例。

在t₀時(shí)刻，第一光開關(guān)103將激光器102與第一光纖陣列104中的第一根光纖導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間為100微秒。由于激光器102的工作周期為2微秒，因此在100微秒內(nèi)，將有50個(gè)脈沖激光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡105，以在X方向與第一光纖陣列104的第一根光纖的位置所決定的偏轉(zhuǎn)角度向發(fā)射激光振鏡106傳輸。在t₀時(shí)刻，發(fā)射激光振鏡106開始以時(shí)間200微秒為周期進(jìn)行工作，且在t₀時(shí)，發(fā)射激光振鏡106的鏡面的偏轉(zhuǎn)方向-25°，則100微秒后，發(fā)射激光振鏡106的鏡面的偏轉(zhuǎn)方向?yàn)?5°，則在激光器102發(fā)出的激光通過第一光纖陣列104中的第一根光纖發(fā)射的100微秒內(nèi)，有50個(gè)脈沖激光信號通過準(zhǔn)直透鏡105并經(jīng)發(fā)射激光振鏡106偏轉(zhuǎn)發(fā)射出去，即本發(fā)明的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)生了50次測量。在這50次測量中，在X方向上的發(fā)射角是固定的，角度值與第一光纖陣列104中第一根光纖在準(zhǔn)直透鏡105的第一焦平面上位置有關(guān)，為此根光纖與準(zhǔn)直透鏡105的主光軸的距離和準(zhǔn)直透鏡105的焦距的比值的反正切，為表述方便，記為θ₁。這50次測量中，在Y方向上的發(fā)射角是由發(fā)射激光振鏡106的偏轉(zhuǎn)決定的，即從-25°到24°，每隔1°測量一次。由此可得，在t₀時(shí)刻之后的100微秒內(nèi),本發(fā)明中的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)以在X方向上的固定角度對待測物體108進(jìn)行了50次掃描，這50次掃描形成了Y方向上的一條直線，且50次掃描在Y方向上的角度為從-25°到24°均勻排列，0°為水平面上的主光軸方向。

在控制處理單元101將激光器102與第一光纖陣列104中的第一根光纖導(dǎo)通的同時(shí)，將探測器114與第二光纖陣列112中的第一根光纖導(dǎo)通，因此反射激光109通過第二光纖陣列112中的第一根光纖以及光開關(guān)113進(jìn)入探測器114，探測器114將反射激光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，將信號傳輸?shù)娇刂铺幚韱卧?01。

由上可知，在t₀時(shí)刻，激光器102與第一光纖陣列104中的第一根光纖導(dǎo)通，探測器114與第二光纖陣列112中的第一根光纖導(dǎo)通，并且兩個(gè)光開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間持續(xù)100微秒。激光器102發(fā)射激光，激光通過準(zhǔn)直透鏡105和發(fā)射激光振鏡106后，以在X方向上與水平面成角度為θ₁的夾角，在Y方向上與準(zhǔn)直透鏡105主光軸成-25°夾角向待測物體發(fā)射，反射回來的激光被探測器114探測，控制處理單元101記錄此時(shí)的時(shí)刻t₁。記t₁時(shí)刻和t₀時(shí)刻的時(shí)間差為ΔT₁，根據(jù)脈沖探測法的測量原理，本次測量中測得的待測物體108上某點(diǎn)與激光器102的距離L為其中C為激光在空氣中的傳輸速度。本次測量中測得待測物體108上某點(diǎn)的方向角為在X方向上與水平面成角度為θ₁的夾角，在Y方向上與準(zhǔn)直透鏡105主光軸成-25°夾角。

應(yīng)知道，本實(shí)施例中，待測物體的距離小于150米，則ΔT₁應(yīng)小于1微秒。

激光器102的工作周期為2微秒，在t₀+2微秒時(shí)刻，激光器102發(fā)射激光，激光通過準(zhǔn)直透鏡105和發(fā)射激光振鏡106后，以在X方向上與水平面成角度為θ₁的夾角，在Y方向上與準(zhǔn)直透鏡105主光軸成-24°夾角向待測物體發(fā)射，反射回來的激光被探測器114探測，控制處理單元101記錄此時(shí)的時(shí)刻t₂。記t₂時(shí)刻和t₀+2時(shí)刻的時(shí)間差為ΔT₂，根據(jù)脈沖探測法的測量原理，本次測量中測得的待測物體108上某點(diǎn)與激光器102的距離L為其中C為激光在空氣中的傳輸速度。本次測量中測得待測物體108上某點(diǎn)的方向角為在X方向上與水平面成角度為θ₁的夾角，在Y方向上與準(zhǔn)直透鏡105主光軸成-24°夾角。

如上所述，在激光器102與第一光纖陣列104中的第一根光纖導(dǎo)通的100微秒內(nèi)，本發(fā)明的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)以2微秒為一個(gè)周期，在X方向上與水平面成角度為θ₁的夾角，在Y方向上與準(zhǔn)直透鏡105主光軸的夾角成-25°至24°之間，每隔1°測量一次，測量了50次。

在t₀+100微秒時(shí)，第一光開關(guān)103將第一光纖陣列104中的第二根光纖與激光器102導(dǎo)通，此時(shí)第一根光纖與激光器102關(guān)閉；第二光開關(guān)113將第二光纖陣列112中的第二根光纖與激光器114導(dǎo)通，此時(shí)第二根光纖與探測器114關(guān)閉；此時(shí)發(fā)射激光振鏡106在Y方向上與準(zhǔn)直透鏡105的主光軸的偏轉(zhuǎn)角度為25°。記第一光纖陣列104中的第二根光纖發(fā)射的激光通過準(zhǔn)直透鏡105和發(fā)射激光振鏡106后，在X方向上與水平面的夾角為θ₂，則在從t₀+100微秒到t₀+200微秒時(shí)刻內(nèi)，本發(fā)明的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)以2微秒為一個(gè)周期，在X方向上與水平面成角度為θ₂的夾角，在Y方向上與準(zhǔn)直透鏡105主光軸的夾角成25°至-24°之間，每隔1°測量一次，測量了50次。

本實(shí)施例中的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，以100微秒為周期，激光器102發(fā)射的激光，在第一光纖陣列104中的16根光纖之間切換導(dǎo)通，第三根光纖至第16根光纖的具體實(shí)施方式，與第一根光纖相同。

因此，在從t₀到t₀+1600微秒內(nèi)，本實(shí)施例中的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，在X方向上以與水平面成16個(gè)不同的角度，分別進(jìn)行了測量；X方向上16個(gè)角度中的每個(gè)角度，在Y方向上分別測量了50次，Y方向上的角度在與準(zhǔn)直透鏡105的主光軸偏移-25°至25°之間，每隔1°測量一次。因此，在從t₀到t₀+1600微秒內(nèi)，本實(shí)施例中的固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，測量了800次，獲得了待測物體108表面的800個(gè)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

在t₀+1600微秒時(shí)刻，控制處理單元101將系統(tǒng)重置，恢復(fù)到t₀時(shí)的狀態(tài)，系統(tǒng)重新以1600微秒為一個(gè)周期，進(jìn)行測量。

需要說明的是，為便于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員的理解，本發(fā)明具體實(shí)施例中對所用到的部件的參數(shù)作了示例性的限定。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)知道，這種限定只是為了更清楚的闡述本發(fā)明的總體技術(shù)構(gòu)思，而不應(yīng)作為本發(fā)明技術(shù)方案上的一種限定。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，上面所描述的實(shí)施例都是示例性的，并且本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對其進(jìn)行改進(jìn)，各種實(shí)施例中所描述的結(jié)構(gòu)在不發(fā)生結(jié)構(gòu)或者原理方面的沖突的情況下可以進(jìn)行自由組合。

雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是附圖中公開的實(shí)施例旨在對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行示例性說明，而不能理解為對本發(fā)明的一種限制。

雖然闡述本發(fā)明的構(gòu)思的一些實(shí)施例已經(jīng)被顯示和說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離本發(fā)明構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對這些實(shí)施例做出改變，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求和它們的等同物限定。