激光雷达的调整方法及其系统、激光雷达与流程

1.本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光雷达的调整方法及其系统、激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达(lidar)，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，在自动驾驶中承担了路沿检测、障碍物识别以及实时定位与绘图(slam)等重要任务。激光雷达因其具有分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、探测性能好、体积小及重量轻等特点，被应用于自动驾驶技术领域，激光雷达作为自动驾驶领域中距离感知的核心传感器，已不可或缺。
3.测远性能是激光雷达的一项重要技术指标，其主要取决于系统的信噪比水平，而环境光作为其中的一项重要噪声来源，减小环境光一直是激光雷达系统设计中的一项重要环节。
4.单光子雪崩二极管(spad)等新型探测器件被引入到激光雷达系统中，其具有更灵敏的光子探测能力，而环境光噪声将成为主要噪声来源，环境光抑制变得更为重要。为减小环境光，往往需要采用尽可能小的感光区域进行探测。
5.激光雷达在长期工作过程中，由于高低温、电路板或机械件变形导致光路对准偏差，从而造成收发失配，使得激光雷达测远能力下降，因此为了避免上述情况，则往往需要尽可能大的感光区域冗余。因此，为了降低环境光噪声需要小的感光区域，与为了收发对准需要大的感光区域之间存在矛盾。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是提供一种激光雷达的调整方法及其系统、激光雷达，降低环境光噪声，保证激光雷达系统可靠性的同时，提高系统的测距能力。
7.本发明技术方案提供一种激光雷达的调整方法，用于激光雷达的发射单元和接收单元的对准，所述激光雷达包括：发射单元，用于提供发射光束；多面转镜，用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜不对发射光束进行反射；接收单元，与所述发射单元相对设置，用于在所述多面转镜位于探测位置时，从所述多面转镜接收回波光束，在所述多面转镜位于所述非探测位置时接收所述发射光束，所述接收单元包括多个感光单元，用于感测接收到的光束形成感光区域；所述激光雷达的调整方法包括：使所述多面转镜转动至所述非探测位置，以所述发射光束在所述接收单元上形成的光斑区域为实际光斑区域；调整所述接收单元，使所述接收单元的所述感光区域与所述实际光斑区域相匹配。
8.相应地，本发明技术方案还提供一种激光雷达的调整系统，用于激光雷达发射单元和接收单元的对准，所述激光雷达包括：发射单元，用于提供发射光束；多面转镜，用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜不对发射光束进行反射；接收单元，与所述发射单元相对设置，用于在所述多面转镜位于探测位置时，从所述多面转镜接收回波光束，在所述多面
转镜位于所述非探测位置时接收所述发射光束，所述接收单元包括多个感光单元，用于感测接收到的光束形成感光区域；所述激光雷达的调整系统包括：控制模块，用于使所述多面转镜转动至所述非探测位置，以发射光束在接收单元上形成的光斑区域为实际光斑区域；调整模块，用于调整所述接收单元，使所述接收单元的所述感光区域与所述实际光斑区域相匹配。
9.相应的，本发明技术方案还提供一种激光雷达，包括前述激光雷达的调整系统。
10.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
11.本发明实施例所提供的激光雷达包括：发射单元，用于提供发射光束；多面转镜，用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜不对发射光束进行反射；接收单元，与所述发射单元相对设置，用于在所述多面转镜位于探测位置时，从所述多面转镜接收回波光束，在所述多面转镜位于所述非探测位置时接收所述发射光束，所述接收单元包括多个感光单元，用于感测接收到的光束形成感光区域。本发明实施例，在激光雷达工作时，使所述多面转镜转动至所述非探测位置，以发射光束在接收单元上形成的光斑区域为实际光斑区域，调整所述接收单元，使所述接收单元的所述感光区域与所述实际光斑区域相匹配，从而在多面转镜转动至探测位置时，预先使接收单元调整后的感光区域处于感测状态，有利于在激光雷达探测目标时，不增大接收单元中预先开启的感光区域的情况下，降低环境光噪声对激光雷达的影响，使得发射单元提供的发射光束对应的回波光束能够准确的落入预先开启的感光区域中。综上，本发明通过多面转镜在非探测位置时，使实际光斑区域与调整后的感光区域相匹配，降低环境光噪声对激光雷达的影响，保证激光雷达系统可靠性的同时，提高激光雷达的测距能力。
附图说明
12.图1是一种基于多面转镜的激光雷达的功能框图；
13.图2是图1中激光雷达探测过程中接收单元上形成的回波光斑的结构示意图；
14.图3是本发明第一实施例中基于多面转镜的激光雷达处于探测过程的光路示意图；
15.图4是本发明第一实施例接收单元的感光面中感光单元的排布结构示意图；
16.图5是图4中感光单元中探测器的排布结构示意图；
17.图6是本发明实施例基于多面转镜的激光雷达的调整方法的流程图；
18.图7本发明第一实施例中基于多面转镜的激光雷达处于非探测过程的光路示意图；
19.图8是本发明第一实施例激光雷达的调整方法中接收单元上感光区域和实际光斑区域的位置示意图；
20.图9是本发明第一实施例激光雷达的调整方法中调整所述接收单元后感光区域和实际光斑区域相匹配的一种示意图；
21.图10是本发明第一实施例激光雷达的调整方法中调整所述接收单元后感光区域和实际光斑区域相匹配的又一示意图；
22.图11是本发明第二实施例中基于多面转镜的激光雷达处于探测过程的光路示意图；
23.图12是本发明基于多面转镜的激光雷达的调整系统的功能框图。
具体实施方式
24.如背景技术所述，为减小环境光往往需要采用尽可能小的感光区域进行探测；而为了便于收发对准以及激光雷达长期工作的稳定性，则往往需要尽可能大的感光区域冗余。因此，为了降低环境光噪声需要小的感光区域，与为了收发对准需要大的感光区域之间存在矛盾。
25.下面参考图1和图2，对一种基于多面转镜的激光雷达工作原理进行说明书。具体的，图1是一种基于多面转镜的激光雷达的功能框图，图2是图1中激光雷达探测过程中接收单元上形成的回波光斑的结构示意图。
26.所述激光雷达包括：发射单元1，用于提供发射光束；多面转镜2，设置在所述发射单元1的光路下游，用于在转动至探测位置时反射所述发射光束，使发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射面还用于接收所述回波光束，使激光雷达处于探测阶段；还用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜2不对发射光束进行反射，处于激光雷达的非探测阶段；接收单元3，与所述发射单元1相对设置，所述接收单元3具有感光面6，所述感光面6上具有多个感光单元，所述一个感光单元包括几个至几万个探测器，用于在探测阶段接收所述回波光束，还用于在非探测阶段接收所述发射光束。
27.所述激光雷达还包括：发射透镜组4，位于所述发射单元1和多面转镜2之间；接收透镜组5，位于所述多面转镜2和接收单元3之间。
28.在激光雷达工作过程中，发射单元1提供的发射光束经发射透镜组4准直后，通过多面转镜2的某一面反射至目标物，发射光束被目标物反射形成回波光束；回波光束通过多面转镜2的另一转镜面反射后，经接收透镜组5会聚被接收单元3接收，回波光束会投影在接收单元3的感光面6上，形成回波光斑7，回波光斑7小于感光面6且周边留有足够的余量，以保证系统工作时，即使发射单元1和接收单元3的光轴间发生变化，回波光斑仍能落在感光面6中。
29.随着激光雷达系统的发展，单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，spad)等作为探测器被引入，其具有更灵敏的光子探测能力，而环境光噪声将成为主要噪声来源，环境光抑制变得更为重要。一方面为减小环境光噪声的影响，需要感光面6中开启尽可能小的感光区域(也就是开启部分感光单元)进行探测；另一方面，激光雷达在长期工作过程中，由于温度影响、电路板和机械件的变形会导致回波光斑7落在感光面6中的位置存在对准偏差，易造成收发失配，降低激光雷达测远能力，因此为了便于收发对准以及激光雷达长期工作的稳定性，则往往需要尽可能大的感光区域冗余。
30.为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种激光雷达的调整方法，用于激光雷达的发射单元和接收单元的对准，所述激光雷达包括：发射单元，用于提供发射光束；多面转镜，用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜不对发射光束进行反射；接收单元，与所述发射单元相对设置，用于在所述多面转镜位于探测位置时，从所述多面转镜接收回波光束，在所述多面转镜位于所述非探测位置时接收所述发射光束，所述接收单元包括多个感光单元，用于感测接收到的光束形成感光区域；所述激光雷达的调整方法包括：使所述多面转镜转动至所述非探测位置，以发射光束在接收单元上形成的光斑区域为实际光斑区
域；调整所述接收单元，使所述接收单元的所述感光区域与所述实际光斑区域相匹配。
31.本发明实施例，在激光雷达工作时，使所述多面转镜转动至所述非探测位置，以发射光束在接收单元上形成的光斑区域为实际光斑区域，调整所述接收单元，使所述接收单元的所述感光区域与所述实际光斑区域相匹配，从而在多面转镜转动至探测位置时，预先使接收单元调整后的感光区域处于感测状态，有利于在激光雷达探测目标时，不增大接收单元中预先开启的感光区域的情况下，降低环境光噪声对激光雷达的影响，使得发射单元提供的发射光束对应的回波光束能够准确的落入预先开启的感光区域中。综上，本发明通过多面转镜在非探测位置时，使实际光斑区域与调整后的感光区域相匹配，降低环境光噪声对激光雷达的影响，保证激光雷达系统可靠性的同时，提高激光雷达的测距能力。
32.参考图3至图5，对本发明实施例基于多面转镜的激光雷达进行说明。
33.所述激光雷达包括：发射单元100，用于提供发射光束；多面转镜101，用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜101不对发射光束进行反射；接收单元102，与所述发射单元100相对设置，用于在所述多面转镜101位于探测位置时，从所述多面转镜101接收回波光束，在所述多面转镜101位于所述非探测位置时接收所述发射光束，所述接收单元102包括多个感光单元106，用于感测接收到的光束形成感光区域107。
34.在激光雷达工作时，发射单元100提供发射光束，当多面转镜101位于探测位置时，发射光束通过多面转镜101的某一面反射至目标物，发射光束被目标物反射形成回波光束；回波光束通过多面转镜101的另一面反射后，被接收单元102接收，实现目标测距；当所述多面转镜101位于非探测位置时，发射光束并不能投射向目标物，而是直接投射向接收单元102。
35.所述发射单元100包括：多个激光器。本实施例中，多个所述激光器呈矩阵式排布，且矩阵式排布的激光器被划分成多个发射通道，在激光雷达工作时，不同发射通道中的激光器采用轮巡方式依次开启。其他实施例中，所述发射单元具有多个激光器阵列，且相邻激光器阵列的激光器在竖直方向上呈交错排布，这样排列的方式增加了激光器的空间排布密度，从而获取更为密集的点云数据。
36.本实施例中，所述激光器包括垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel)。其他实施例中，所述激光器还可以包括边缘发射激光器(edge-emitting laser，eel)。
37.需要说明的是，激光雷达还包括：发射透镜组103(如图3所示)，在光路上位于所述发射单元100和多面转镜101之间。
38.所述发射透镜组103用于对发射单元100提供的发射光束进行准直后，投射向多面转镜101。
39.本实施例中，发射透镜组103包括凸透镜，其凸侧为球面或者非球面。
40.所述多面转镜101处于探测位置时，用于反射发射光束和回波光束；所述多面转镜101处于非探测位置时，发射光束不经多面转镜101反射，而是穿过多面转镜101的侧部直接到达接收单元102。
41.本实施例中，所述多面转镜101为四面转镜。其他实施例中，所述多面转镜还可也为六面转镜、八面转镜或更多面的转镜。
42.需要说明的是，以所述多面转镜101顺时针转动为例。其他实施例中，多面转镜还
可逆时针转动。
43.需要说明的是，所述激光雷达包括：电机，所述多面转镜101通过电机带动进行旋转。作为一种示例，电机位于多个反射面围成的多边形空间内，使得激光雷达在结构上更小巧、紧凑。
44.在激光雷达工作时，电机可以驱动多面转镜101进行匀速转动，另外电机也可以驱动多面转镜101进行非匀速运动，例如遵循预设的运动模式。作为一种示例，所述多面转镜101在非探测位置时电机的转速小于多面转镜101在探测位置时所述电机的转速。
45.需要说明的是，所述激光雷达还包括：码盘，位于所述多面转镜101下方，码盘配置成可随着电机的转子一起旋转，用于测量多面转镜101的角度位置。码盘具有环形码道，其上分布有规则的码孔。此外，当码盘与光电编码器配合使用时，通过码道区域上透射或者不透射区域的周期性变化给出相对准确的角度信息。
46.多面转镜处于探测位置时，所述接收单元102用于接收回波光束；多面转镜处于非探测位置时，所述接收单元102用于接收发射单元提供的发射光束形成感光区域107。
47.本实施例中，如图4所示，所述接收单元102具有多个感光面111，多个感光面111呈矩阵式排布，或者，在行向或列向呈交错排布，每个所述感光面111具有多个所述感光单元106。
48.每个所述感光面111作为一个接收通道，每个所述接收通道分别与激光器构成的发射通道一一对应。本实施例中，所述感光面111示意为正方形，其他实施例中，感光面还可以为长方形。
49.每个所述感光面111上用于感测接收到的光束的区域作为感光区域107，所述感光区域107包括多个感光单元106。作为一种示例，如图4中，粗实线所示，所述感光区域107为长方形。在一些情况下还可以为正方形。
50.作为一种示例，所述接收单元102中的感光单元106的数量为16个，且所述感光单元106呈四行*四列排布。
51.其他实施例中，所述接收单元的多个所述感光单元呈矩阵式排布，多个所述感光单元构成所述接收单元的感光面。矩阵式排布的感光单元被划分成多个接收通道，所述接收通道的数量与发射通道的数量相同，且所述接收通道与所述发射通道一一对应。
52.在激光雷达工作时，不同发射通道中的激光器采用轮巡方式依次开启时，不同接收通道中的感光单元也轮巡依次开启。
53.需要说明的是，本实施例中，所述一个感光单元106指代一个像素单元(pixel)。
54.需要说明的是，一个感光单元106包括几个至几万个探测器105。其中，感光单元106中的多个探测器105可以根据需要进行排布设置。感光单元106中所有探测器105同时工作，探测器105接收发射光束或回波光束并产生数字信号，所有探测器105产生的数字信号累加后的信号大小表示光束的强弱。
55.本实施例中，多个所述探测器105呈矩阵式排布。如图5所示，感光单元106中的单光子雪崩二极管的数量为16个，且所述单光子雪崩二极管呈四行*四列排布。
56.本实施例中，所述探测器105包括单光子雪崩二极管(spad)。单光子雪崩二极管具有更灵敏的光子探测能力。其他实施例中，所数据探测器105还可以包括apd(avalanche photo diode)、硅光电倍增管(sipm)。
57.所述接收单元102包括：光阑(图中未示出)，位于所述多面转镜101和所述探测器105之间。
58.所述光阑用于使发射光束或回波光束透过。本实施例中，所述光阑为正方形。其他实施例中，所述光阑还可以为圆形。
59.所述接收单元102还包括：接收透镜组104(如图3所示)，位于所述多面转镜101和所述探测器105之间，用于对回波光束进行会聚，便于投射到接收单元102。
60.本实施例中，所述接收透镜组104包括凸透镜。
61.本实施例中，所述发射单元和接收单元位于所述多面转镜的两侧。从而在所述多面转镜位于非探测位置时，发射单元提供的发射光束经发射透镜组103和接收透镜组104能够直接到达接收单元102。
62.参考6至图12，来对本发明第一实施例基于多面转镜的激光雷达的调整方法进行说明。
63.如图6至图8所示，图6是本发明实施例基于多面转镜的激光雷达的调整方法的流程图，图7是本发明第一实施例中基于多面转镜的激光雷达处于非探测过程的光路示意图；图8是接收单元上感光区域和实际光斑区域的位置示意图。
64.如图6至图8所示，步骤s1，使所述多面转镜101转动至所述非探测位置，以发射光束在接收单元102上形成的光斑区域为实际光斑区域108(如图8所示)。
65.具体的，所述实际光斑区域108形成在所述接收单元102中作为接收通道的感光面111上。
66.所述实际光斑区域108用于与所述感光区域107进行比较，判断所述实际光斑区域是否完全落入感光区域107中，从而判断是否需要对接收单元102进行调整。
67.本实施例中，多面转镜101处于所述非探测位置时，发射单元100提供的部分发射光束经发射透镜组103准直后，从所述多面转镜101的一侧通过，不被多面转镜101反射而直接投射到接收透镜组104，经接收透镜组104会聚后，在接收单元102上形成实际光斑区域108。
68.需要说明的是，在激光雷达工作时，多面转镜101转动，所述多面转镜101交替的位于所述非探测位置和所述探测位置。
69.本实施例中，以发射光束在感光面111上形成的光斑区域为实际光斑区域108的步骤中，在所述探测位置之间的任一非探测位置，使发射光束在所述接收单元102上形成所述实际光斑区域108。
70.需要说明的是，在探测位置之间的任一非探测位置，使发射光束在接收单元102上形成实际光斑区域108的步骤包括：所述发射单元100中的发射通道采用轮巡方式依次开启，依次提供发射光束，所述接收单元102中对应的接收通道也采用轮巡方式依次开启接收所述发射光束，所述接收单元102中接收相对应所述发射光束的感光单元106的位置作为实际光斑区域108。
71.本实施例中，所述激光雷达包括：感光位置单元，与接收单元102中的各个感光单元106电连接，用于在接收单元102上形成所述实际光斑区域108时，获取接收单元102中产生电信号的感光单元106的位置。
72.具体的，所述感光位置单元包括：数据采集系统(比如时间数字转换器tdc)，用于
采集各个接收单元102产生的电信号，并将接收到的各个接收单元102产生的电信号转化成数字信号；现场可编程逻辑门阵列(fpga)，用于接收数据采集系统提供的数字信号，并根据所述数字信号获得所述接收单元102中产生电信号的感光单元106的位置。
73.在非探测位置中，发射光束在感光面111上形成的光斑区域为实际光斑区域108的步骤中，感光位置单元依据实际光斑区域108对应的产生电信号，获取产生电信号的感光单元的位置。
74.后续将所述实际光斑区域108中的感光单元的位置与感光区域107中的感光单元的位置进行比较，判断实际光斑区域108是否超出所述感光区域107。
75.本实施例中，发射光束在所述接收单元102上形成实际光斑区域108的步骤中，使所述接收单元102的全部感光单元106处于感测状态，具体的，使感光面111上的全部感光单元106处于感测状态。
76.在激光雷达工作时，感光面111上的全部感光单元106处于感测状态，即使所述激光雷达受温度影响、电路板和机械变形影响，或者受激光雷达本身振动影响，实际光斑区域108仍然会位于全部感光单元106中，可以保证实际光斑区域108能够完全被接收单元102接收，能够获得实际光斑区域108的位置。
77.其他实施例中，还可以使所述接收单元中部分感光单元处于感测状态，所述部分感光单元的边缘为所述感光区域中所处感光单元的边缘向外延伸一个或多个感光单元。即使所述激光雷达受温度影响、电路板和机械变形影响，或者受激光雷达本身振动影响，所述实际光斑区域相对于感光区域的偏差较小，不会超出预留的一个或多个感光单元的缓冲区域，可以保证实际光斑能够完全被接收单元的感光区域接收。
78.本实施例中，通过电机驱动所述多面转镜101转动至所述非探测位置，所述非探测位置为发射光束能够不经多面转镜101反射，直接到达接收单元102的任一位置。
79.在多面转镜101转动至所述非探测位置的步骤中，电机驱动所述多面转镜101匀速转动。其他实施例中，电机还可以输出非匀速的转速。作为一种示例，所述多面转镜在非探测位置时电机的转速小于多面转镜在探测位置时所述电机的转速。
80.需要说明的是，所述多面转镜101的转速是毫秒(ms)级别的，所述发射单元100中激光器轮巡发光的速度是微秒(μs)级别的，因此，多面转镜转动的速度相对于激光器轮巡发光的速度较慢，从所述激光器提供发射光投射到目标物，目标物反射形成的回波光束被所述接收单元102接收的整个阶段的时间内，激光雷达有足够的时间间隙来进行收发对准；此外，电机在非探测位置的转速小于在所述探测位置的转速，有利于基于实际光斑区域108来调整感光区域107。
81.步骤s2，判断实际光斑区域108中的感光单元106的位置超出所述感光区域107中的感光单元106的位置。
82.实际光斑区域108中的感光单元106的位置超出所述感光区域107中感光单元106的位置，即说明实际光斑区域108超出所述感光区域107，需要调整所述接收单元102，使所述接收单元102的所述感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配。
83.所述激光雷达还包括：信号比对单元，用于将实际光斑区域108对应的感光单元的位置与感光区域107对应的感光单元的位置进行比较。
84.步骤s3，参考图9，为调整所述接收单元102后所述感光区域107和所述实际光斑区
域108的一种示意图，图9中虚线框表示调整前感光区域的位置。调整所述接收单元102，使所述接收单元102的所述感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配。
85.在激光雷达工作时，使所述多面转镜101转动至所述非探测位置，以发射光束在感光面111上形成的光斑区域为实际光斑区域108，调整所述接收单元102，使所述接收单元102的所述感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配，从而在多面转镜101转动至探测位置时，预先使接收单元102调整后的感光区域107处于感测状态，有利于在激光雷达探测目标时，不增大接收单元102中预先开启的感光区域107的情况下，降低环境光噪声对激光雷达的影响，使得发射单元100提供的发射光束对应的回波光束能够准确的落入预先开启的感光区域107中。综上，本发明通过多面转镜101在非探测位置时，使实际光斑区域与调整后的感光区域107相匹配，降低环境光噪声对激光雷达的影响，保证激光雷达系统可靠性的同时，提高激光雷达的测距能力。
86.从而在激光雷达进入探测位置时，预先使所述接收单元102上调整后的感光区域107处于感测状态，有利于在不增大接收单元102中预先开启的感光区域107的情况下，即降低环境光噪声的情况下，使得发射单元100提供的发射光束对应的回波光束能够准确的落入预先开启的感光区域107中。综上，本发明通过多面转镜101在非探测位置时，进行收发对准，降低环境光噪声，保证激光雷达系统可靠性的同时，提高系统的测距能力。
87.本实施例中，调整所述接收单元102使所述接收单元102的感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配的步骤包括：调整所述接收单元102中的感光区域107的位置。
88.调整所述接收单元102中的感光区域107的位置，从而使多面转镜101位于非探测位置时，发射光束在接收单元102中形成的实际光斑区域108位于所述感光区域107中。
89.作为一种示例，调整所述接收单元102中的感光区域107的位置的步骤包括：使处于实际光斑区域108的感光单元106处于感测状态，且使处于非实际光斑区域108的感光单元106处于非感测状态。
90.本实施例中，如图9所示，调整所述接收单元102中感光区域107的位置，使所述感光区域107的位置跟随所述实际光斑区域108的位置而变动，也就是说，与调整前相比，感光区域107的面积并未增大。相应的，当多面转镜101转动到探测位置时，所述接收单元102中开启的感光区域107的面积也并未增大，有利于降低环境光噪声对探测的影响，提高激光雷达系统可靠性，提高系统的测距能力。
91.作为另一种示例，如图10所示，调整所述接收单元后感光区域和实际光斑区域相匹配的又一示意图，图10的感光面111中的实线框表示实际的感光区域107的位置，虚线框表示调整前感光区域的位置，调整所述接收单元102中的感光区域107的位置的步骤中，保持调整接收单元前的感光单元106继续处于感测状态，并使实际光斑区域108超出所述感光区域107的相对应的感光单元106处于感测状态。与调整前相比，感光区域107的面积增大，且增大的部分对应为，非探测阶段中实际光斑区域108超出所述初始非探测阶段中感光区域107的区域，因此感光区域107增大的部分较小，相应的当多面转镜101转动到探测位置时，所述接收单元102中开启的感光区域107的面积较小，有利于降低环境光噪声对探测的影响，提高激光雷达系统可靠性，提高系统的测距能力。
92.所述感光区域107的位置跟随所述实际感光区域108的位置变动，当多面转镜101位于探测位置时，利用位置变动后的感光区域107接收回波光束进行探测。
93.参考图11，本发明第二实施例中基于多面转镜的激光雷达处于探测过程的光路示意图。
94.激光雷达的调整方法与第一实施例的相同之处在此不再赘述，不同之处在于：
95.调整所述接收单元102使所述接收单元102的感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配的步骤包括：调整所述接收单元102的空间位置，使所述接收单元102的感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配。
96.调整所述接收单元102的空间位置的目的在于，物理性的移动所述接收单元102的位置，使得接收单元102的感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配，与调整前相比，感光区域107的面积并未增大。相应的，当多面转镜101转动到探测位置时，所述接收单元中开启的感光区域107的面积也并未增大，有利于降低环境光噪声对探测的影响，提高激光雷达系统可靠性，提高系统的测距能力。
97.本实施例中，所述激光雷达还包括：微动马达109。通过微动马达109物理性的移动所述接收单元102的位置，使所述接收单元102的感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配。
98.具体的，调整所述接收单元102的空间位置的步骤中，采用所述微动马达109调整所述探测器105、光阑、接收透镜组中至少一种的空间位置。
99.参考图12，是本发明第一实施例基于多面转镜的激光雷达的调整系统的功能框图。
100.所述激光雷达包括：发射单元100(参考图3)，用于提供发射光束；多面转镜101，用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜101不对发射光束进行反射；接收单元102，与所述发射单元100相对设置，用于在所述多面转镜101位于探测位置时，从所述多面转镜101接收回波光束，在所述多面转镜101位于所述非探测位置时接收所述发射光束，所述接收单元102包括多个感光单元106，用于感测接收到的光束形成感光区域107。
101.所述发射单元100包括：多个激光器。本实施例中，多个所述激光器呈矩阵式排布，且矩阵式排布的激光器被划分成多个发射通道，在激光雷达工作时，不同发射通道中的激光器采用轮巡方式依次开启。其他实施例中，所述发射单元具有多个激光器阵列，且相邻激光器阵列的激光器在竖直方向上呈交错排布，这样排列的方式增加了激光器的空间排布密度，从而获取更为密集的点云数据。
102.本实施例中，所述激光器包括垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel)。其他实施例中，所述激光器还可以包括边缘发射激光器(edge-emitting laser，eel)。
103.需要说明的是，激光雷达还包括：发射透镜组103(如图3所示)，在光路上位于所述发射单元100和多面转镜101之间。
104.所述发射透镜组103用于对发射单元100提供的发射光束进行准直后，投射向多面转镜101。
105.本实施例中，发射透镜组103包括凸透镜，其凸侧为球面或者非球面。
106.本实施例中，所述多面转镜101为四面转镜。其他实施例中，所述多面转镜还可也为六面转镜、八面转镜或更多面的转镜。
107.需要说明的是，以所述多面转镜101顺时针转动为例。其他实施例中，多面转镜还
photo diode)、硅光电倍增管(sipm)。
122.所述接收单元102包括：光阑(图中未示出)，位于所述多面转镜101和所述探测器105之间。
123.所述光阑用于使发射光束或回波光束透过。本实施例中，所述光阑为正方形。其他实施例中，所述光阑还可以为圆形。
124.所述接收单元102还包括：接收透镜组104(如图3所示)，位于所述多面转镜101和所述探测器105之间，用于对回波光束进行会聚，便于投射到接收单元102。
125.本实施例中，所述接收透镜组104包括凸透镜。
126.本实施例中，所述发射单元和接收单元位于所述多面转镜的两侧。从而在所述多面转镜位于非探测位置时，发射单元提供的发射光束经发射透镜组103和接收透镜组104能够直接到达接收单元102。
127.所述感光区域107用于与控制模块10获得的实际光斑区域108进行比较，判断是否需要对接收单元进行调整。
128.作为一种示例，所述感光区域107为长方形。
129.本实施例中，所述发射单元100和接收单元102位于所述多面转镜101的两侧。从而所述多面转镜101位于非探测位置时，发射光束不经多面转镜101反射，而是穿过多面转镜101的侧部直接到达接收单元102。
130.调整系统，用于激光雷达发射单元和接收单元的对准，所述调整系统包括：控制模块10，用于使所述多面转镜101转动至所述非探测位置，以发射光束在接收单元102上形成的光斑区域为实际光斑区域108；调整模块20，用于调整所述接收单元102，使所述接收单元102的所述感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配。
131.具体的，所述实际光斑区域108形成在所述接收单元102中作为接收通道的感光面111上。
132.在激光雷达工作时，控制模块10用于在所述多面转镜101转动至所述非探测位置时，以发射光束在感光面111上形成的光斑区域为实际光斑区域108，调整模块20用于调整所述接收单元102，使所述接收单元102的所述感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配，从而在多面转镜101转动至探测位置时，预先使接收单元102调整后的感光区域107处于感测状态，有利于在激光雷达探测目标时，不增大接收单元102中预先开启的感光区域107的情况下，降低环境光噪声对激光雷达的影响，使得发射单元100提供的发射光束对应的回波光束能够准确的落入预先开启的感光区域107中。综上，本发明通过多面转镜101在非探测位置时，使实际光斑区域与调整后的感光区域107相匹配，降低环境光噪声对激光雷达的影响，保证激光雷达系统可靠性的同时，提高激光雷达的测距能力。
133.本实施例中，所述多面转镜101为四面转镜。其他实施例中，所述多面转镜还可也为六面转镜、八面转镜或更多面的转镜。
134.需要说明的是，以所述多面转镜101顺时针转动为例。其他实施例中，多面转镜还可逆时针转动。
135.本实施例中，通过电机驱动所述多面转镜101转动至所述非探测位置。电机可以驱动多面转镜101匀速转动；其他实施例中，电机还可以输出非匀速的转速。作为一种示例，所述多面转镜在非探测位置时电机的转速小于多面转镜在探测位置时所述电机的转速。
136.需要说明的是，所述多面转镜101的转速是毫秒(ms)级别的，所述发射单元100中激光器轮巡发光的速度是微秒(μs)级别的，因此，多面转镜转动的速度相对于激光器轮巡发光的速度较慢，从所述激光器提供发射光投射到目标物，目标物反射形成的回波光束被所述接收单元102接收的整个阶段的时间内，激光雷达有足够的时间间隙来进行收发对准；此外，若电机在非探测位置的转速小于所述探测位置的电机的转速，更有利于基于实际光斑区域108来调整感光区域107。
137.本实施例中，所述控制模块10，用于在所述探测位置之间的任一非探测位置，使发射光束在所述接收单元102上形成所述实际光斑区域108。
138.所述控制模块10，用于使所述发射单元100中的发射通道采用轮巡方式依次开启，依次提供发射光束，用于所述接收单元102中对应的接收通道也采用轮巡方式依次开启接收所述发射光束，所述接收单元102中接收相对应所述发射光束的感光单元106的位置作为实际光斑区域108。具体的，所述实际光斑区域108形成在所述接收单元102中感光面111上。
139.具体的，多面转镜101处于所述非探测位置时，发射单元100提供的部分发射光束经发射透镜组103准直后，能够直接到达接收透镜组104，经接收透镜组104会聚后，在接收单元102上形成实际光斑区域108。
140.本实施例中，通过电机驱动所述多面转镜101转动至所述非探测位置，所述非探测位置为发射光束能够不经多面转镜101反射，直接到达接收单元102的任一位置。
141.激光雷达工作时，多面转镜101位于非探测位置，发射光束在所述接收单元102的感光面111上形成实际光斑区域108。
142.所述控制模块10包括：实际光斑开启单元11，用于在非探测位置中，使所述接收单元102的全部感光单元处于感测状态，具体的，使作为接收通道的感光面111上的全部感光单元106处于感测状态。
143.在激光雷达工作时，所述接收单元102的全部感光单元106处于感测状态，具体的，使感光面111上的全部感光单元106处于感测状态。即使所述激光雷达受温度影响、电路板和机械变形影响，或者受激光雷达本身振动影响，实际光斑区域108仍然会位于全部感光单元106中，可以保证实际光斑区域108能够完全被接收单元102接收，能够获得实际光斑区域108的位置。
144.其他实施例中，实际光斑开启单元，用于使所述感光面中部分感光单元处于感测状态，所述部分感光单元的边缘为所述感光区域中所处感光单元的边缘向外延伸一个或多个感光单元。即使所述激光雷达受温度影响、电路板和机械变形影响，或者受激光雷达本身振动影响，所述实际光斑区域相对于感光区域的偏差较小，不会超出预留的一个或多个感光单元的缓冲区域，可以保证实际光斑能够完全被接收单元的感光区域接收。
145.需要说明的是，所述实际光斑区域108作为下一次收发对准的感光区域。
146.控制模块10还包括：感光位置单元12，与接收单元102中的各个感光单元106电连接，用于在接收单元102上形成所述感光区域107时，获得接收单元102中产生电信号的感光单元106的位置；用于在接收单元102上形成实际光斑区域108时，获得接收单元102中产生电信号的感光单元106的位置。
147.所述感光位置单元12用于提供实际光斑区域108中的感光单元的位置信息和感光区域107中的感光单元的位置信息。
148.具体的，所述感光位置单元12包括：数据采集系统(比如时间数字转换器tdc)，用于采集各个接收单元102产生的电信号，并将接收到的各个接收单元102产生的电信号转化成数字信号；现场可编程逻辑门阵列(fpga)，用于接收数据采集系统提供的数字信号，并根据所述数字信号获得所述接收单元102中产生电信号的感光单元106的位置。
149.控制模块10还包括：信号比对单元13，用于将实际光斑区域108中的感光单元的位置与所述感光区域107中的感光单元的位置进行比较。
150.实际光斑区域108中的感光单元106的位置超出所述感光区域107中感光单元106的位置，即说明实际光斑区域108超出所述感光区域107，需要调整所述接收单元102，使所述接收单元102的所述感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配。
151.调整模块20，用于调整所述接收单元102中的感光区域107的位置。
152.调整所述接收单元102中的感光区域107的位置，从而使多面镜位于非探测位置时，发射光束在接收单元102中形成的实际光斑区域108位于所述感光区域107中。
153.作为一种示例，所述调整模块20，与所述接收单元102中的各个感光单元电连接，所述调整模块20用于使处于实际光斑区域108的感光单元处于感测状态，且使处于非实际光斑区域的感光单元处于非感测状态。
154.本实施例中，如图9所示，调整所述接收单元102中感光区域107的位置，使所述感光区域107的位置跟随所述实际光斑区域108的位置而变动，也就是说，与调整前相比，感光区域107的面积并未增大。相应的，当多面转镜101转动到探测位置时，所述接收单元102中开启的感光区域107的面积也并未增大，有利于降低环境光噪声对探测的影响，提高激光雷达系统可靠性，提高系统的测距能力。
155.作为另一种示例，如图10所示，所述调整模块20，与所述接收单元102中的各个感光单元电连接，所述调整模块20用于保持调整接收单元前的感光单元继续处于感测状态，并使实际光斑区域108超出所述感光区域的相对应的感光单元处于感测状态。与调整前相比，感光区域107的面积增大，且增大的部分对应为，实际光斑区域108超出感光区域107的区域，因此感光区域107增大的部分较小，相应的当多面转镜101转动到探测位置时，所述接收单元102中开启的感光区域107的面积较小，有利于降低环境光噪声对探测的影响，提高激光雷达系统可靠性，提高系统的测距能力。
156.继续参考图12，对本发明第二实施例基于多面转镜的激光雷达的调整系统进行说明。
157.调整系统与第一实施例的相同之处在此不再赘述，不同之处在于：
158.所述调整模块20，用于调整所述接收单元的空间位置，使所述接收单元的感光区域与所述实际光斑区域相匹配。
159.所述调整模块20，调整所述接收单元102的空间位置的目的在于，物理性的移动所述接收单元102的位置，使得接收单元102的感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配，与调整前相比，感光区域107的面积并未增大。相应的，当多面转镜101转动到探测位置时，所述接收单元中开启的感光区域107的面积也并未增大，有利于降低环境光噪声对探测的影响，提高激光雷达系统可靠性，提高系统的测距能力。
160.本实施例中，所述调整模块20包括微动马达109。通过微动马达109物理性的移动所述接收单元102的位置，使所述接收单元102的感光区域107与所述实际光斑区域108相匹
配。
161.本实施例中，所述接收单元102包括：探测器105、位于所述多面转镜101和所述探测器105之间的光阑、位于所述多面转镜101和所述探测器105之间的接收透镜组104。
162.具体的，所述调整模块20，用于采用所述微动马达109调整所述探测器105、光阑、接收透镜组104中至少一种的空间位置。
163.本发明还提出一种所述激光雷达，包括前述调整系统。
164.具体的，所述激光雷达包括：发射单元100，用于提供发射光束；多面转镜101，用于在转动至非探测位置时，所述多面转镜101不对发射光束进行反射；接收单元102，与所述发射单元100相对设置，用于在所述多面转镜101位于探测位置时，从所述多面转镜101接收回波光束，在所述多面转镜101位于所述非探测位置时接收所述发射光束，所述接收单元102包括多个感光单元106，用于感测接收到的光束形成感光区域；调整系统。
165.所述调整系统的控制模块10包括：实际光斑开启单元11，用于在非探测位置中，使所述接收单元102的全部感光单元处于感测状态；感光位置单元12，与接收单元102中的各个感光单元106电连接，用于在接收单元102上形成所述感光区域107时，获得接收单元102中产生电信号的感光单元106的位置；用于在接收单元102上形成实际光斑区域108时，获得接收单元102中产生电信号的感光单元106的位置；信号比对单元13，用于将实际光斑区域108中的感光单元的位置与所述感光区域107中的感光单元的位置进行比较；调整模块20，用于调整所述接收单元102中的感光区域107的位置。
166.所述激光雷达包括所述调整系统，控制模块10用于在所述多面转镜101转动至所述非探测位置时，以发射光束在接收单元102上形成的光斑区域为实际光斑区域108，调整模块20用于调整所述接收单元102，使所述接收单元102的所述感光区域107与所述实际光斑区域108相匹配，从而在多面转镜101转动至探测位置时，预先使接收单元102调整后的感光区域107处于感测状态，有利于在激光雷达探测目标时，不增大接收单元102中预先开启的感光区域107的情况下，降低环境光噪声对激光雷达的影响，使得发射单元100提供的发射光束对应的回波光束能够准确的落入预先开启的感光区域107中。综上，本实施例通过多面转镜101在非探测位置时，使实际光斑区域与调整后的感光区域107相匹配，降低环境光噪声对激光雷达的影响，保证激光雷达系统可靠性的同时，提高激光雷达的测距能力。
167.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。