本發(fā)明涉及一種全固態(tài)激光雷達(dá)的掃描方法，屬于光電探測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)由信號(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理及控制電路三部分組成，其中現(xiàn)有全固態(tài)激光雷達(dá)有兩種掃描方案，一種是在信號(hào)發(fā)射模塊中使用光束掃描式激光芯片進(jìn)行光束偏轉(zhuǎn)照射的光學(xué)掃描方法，另一種是在信號(hào)接收模塊里直接讓陣列式光電接收芯片上陣列排布的光電單元進(jìn)行電子掃描，這兩種方法都需要依賴上述特殊掃描芯片，這些特殊掃描芯片都存在制造工藝復(fù)雜、產(chǎn)量低、成本高的問(wèn)題。例如，quanergy公司的s3光學(xué)相控陣激光掃描芯片就是一種用于信號(hào)發(fā)射模塊中通過(guò)光束偏轉(zhuǎn)照射，進(jìn)行光學(xué)掃描的光束掃描式激光芯片，此類芯片制造工藝很復(fù)雜、生產(chǎn)成本很高，因此至今沒(méi)有在市面上大規(guī)模應(yīng)用。再如，hamamatsu公司的距離圖像傳感器系列芯片，是一種專為信號(hào)接收模塊進(jìn)行全固態(tài)掃描設(shè)計(jì)的陣列式光電接收芯片，它類似于ccd圖像傳感器，是利用芯片上陣列排布的眾多光電單元直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和電子掃描的器件，制造工藝也很復(fù)雜，僅該芯片采購(gòu)價(jià)格就超過(guò)100美元，顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)光電接收器件的價(jià)格水平。目前，用于普通激光雷達(dá)信號(hào)發(fā)射模塊的常規(guī)信號(hào)光源有各種激光器和紅外二極管，用于普通激光雷達(dá)信號(hào)接收模塊的常規(guī)光電接收器件有雪崩二極管、光電倍增管、光敏二極管等，它們都具有技術(shù)成熟、產(chǎn)量大、成本低的特點(diǎn)。如果能夠在使用常規(guī)信號(hào)光源和常規(guī)光電接收器件的條件下實(shí)現(xiàn)全固態(tài)掃描，那么這種新型全固態(tài)激光雷達(dá)成本將會(huì)顯著降低，將很快惠及社會(huì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種全固態(tài)激光雷達(dá)的掃描方法，能夠在使用常規(guī)信號(hào)光源和常規(guī)光電接收器件的條件下實(shí)現(xiàn)全固態(tài)掃描。

本發(fā)明描述了一種全固態(tài)激光雷達(dá)的掃描方法，具體如下：

步驟s1：信號(hào)發(fā)射模塊采用常規(guī)信號(hào)光源，并在信號(hào)處理及控制電路的控制下向探測(cè)場(chǎng)景照射帶有測(cè)量信號(hào)的光線；

步驟s2：信號(hào)接收模塊的光學(xué)鏡頭把探測(cè)場(chǎng)景的反射光線先照射到液晶光閥陣列上，液晶光閥陣列上排布的每個(gè)液晶光閥單元對(duì)射向自己的那部分反射光線進(jìn)行通斷控制；

步驟s3：液晶光閥陣列的各液晶光閥單元在信號(hào)處理及控制電路控制下每次只打開(kāi)一個(gè)液晶光閥單元，讓相應(yīng)反射光線能夠照射到光路下游的常規(guī)光電接收器件上，使常規(guī)光電接收器件產(chǎn)生相應(yīng)的回波信號(hào)，信號(hào)處理及控制電路接收到這個(gè)回波信號(hào)后即可關(guān)閉該液晶光閥單元并打開(kāi)下一個(gè)液晶光閥單元，然后信號(hào)處理及控制電路會(huì)控制常規(guī)信號(hào)光源發(fā)出新的測(cè)量信號(hào)，以此類推實(shí)現(xiàn)掃描；

步驟s4：信號(hào)處理及控制電路每次接收到一個(gè)回波信號(hào)后，都會(huì)與常規(guī)信號(hào)光源發(fā)射的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，求出信號(hào)差并計(jì)算出相應(yīng)的距離數(shù)據(jù)，該距離數(shù)據(jù)與相應(yīng)液晶光閥單元在液晶光閥陣列中的陣列位置數(shù)據(jù)相匹配就能夠得到一個(gè)有效的掃描數(shù)據(jù)；

步驟s5：信號(hào)處理及控制電路控制液晶光閥陣列中的所有液晶光閥單元全部開(kāi)關(guān)一次后，就可以得到一組掃描數(shù)據(jù)的集合，該掃描數(shù)據(jù)的集合就是這個(gè)探測(cè)場(chǎng)景的點(diǎn)云圖。

本發(fā)明的有益效果是這樣的：本發(fā)明由信號(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理及控制電路三部分組成，本發(fā)明的全固態(tài)掃描元件是安裝在信號(hào)接收模塊中的液晶光閥陣列，由步驟s2和步驟s3可知液晶光閥陣列位于光學(xué)鏡頭與常規(guī)光電接收器件之間。當(dāng)光學(xué)鏡頭把探測(cè)場(chǎng)景的反射光線聚焦到常規(guī)光電接收器件上之前，反射光線必須先通過(guò)該液晶光閥陣列，因此該液晶光閥陣列的各液晶光閥單元在信號(hào)處理及控制電路的控制下逐個(gè)開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，探測(cè)場(chǎng)景的反射光線就會(huì)被依次開(kāi)關(guān)的各液晶光閥單元分割為一個(gè)接一個(gè)的光信號(hào)，并依次照射到常規(guī)光電接收器件上產(chǎn)生一個(gè)接一個(gè)的回波信號(hào)，各液晶光閥單元全部開(kāi)關(guān)一遍就完成了對(duì)這個(gè)探測(cè)場(chǎng)景的一次掃描。由于液晶光閥單元的開(kāi)關(guān)原理是基于液晶對(duì)光線的光學(xué)調(diào)制特性，顯然該掃描過(guò)程是全固態(tài)的，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的工作流程圖。

圖2是本發(fā)明的原理示意圖。

圖中標(biāo)記如下：1.信號(hào)處理及控制電路，2.常規(guī)信號(hào)光源，3.光學(xué)鏡頭，4.常規(guī)光電接收器件，5.液晶光閥陣列，6.液晶光閥單元。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明。在下面的描述中將闡述很多具體細(xì)節(jié)，目的在于幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員更充分地理解本發(fā)明，但是顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的前提下以更多不同于本實(shí)施例具體描述的其它方式來(lái)修改和實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施方式的限制。例如，本發(fā)明雖然以液晶光閥陣列來(lái)描述本發(fā)明的原理，但并不是說(shuō)本發(fā)明僅限于使用液晶光閥陣列，如果換用具有同樣效果或作用的其它部件例如電致雙折射晶體陣列、克爾盒陣列、mems微振鏡芯片等亦屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明如圖1所示：

步驟s1：信號(hào)發(fā)射模塊采用常規(guī)信號(hào)光源2，并在信號(hào)處理及控制電路1的控制下向探測(cè)場(chǎng)景照射帶有測(cè)量信號(hào)的光線。

該步驟指的是：本發(fā)明的信號(hào)發(fā)射模塊不需要采用現(xiàn)有技術(shù)的光束掃描式激光芯片或其它掃描式信號(hào)光源，只需采用常規(guī)信號(hào)光源2對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行面照射即可，如圖2所示。所以該常規(guī)信號(hào)光源2可以直接采用紅外激光燈、led燈、紅外二極管、黃磷濾鏡激光照明燈、配激光勻化鏡的激光器等均可。由于是面照射，因此本發(fā)明即可以采用一個(gè)常規(guī)信號(hào)光源2直接對(duì)探測(cè)場(chǎng)景進(jìn)行整體照射，還可以采用多個(gè)串聯(lián)或者并聯(lián)的常規(guī)信號(hào)光源2分別照射探測(cè)場(chǎng)景中的不同區(qū)域或者集中照射整個(gè)探測(cè)場(chǎng)景，都可以進(jìn)一步提高測(cè)量信號(hào)照射強(qiáng)度，提高探測(cè)距離，這是使用現(xiàn)有光束掃描式激光芯片或者其它掃描式信號(hào)光源很難實(shí)現(xiàn)的。常規(guī)信號(hào)光源2發(fā)射的光線需要由信號(hào)處理及控制電路1進(jìn)行調(diào)制加載測(cè)量信號(hào)，該測(cè)量信號(hào)可以是光脈沖的上下沿信號(hào)、相位信號(hào)或脈沖個(gè)數(shù)信號(hào)等均可，這些也是現(xiàn)有激光雷達(dá)最常用的時(shí)差法、相位法、脈沖個(gè)數(shù)法等測(cè)量原理中的典型信號(hào)類型，本領(lǐng)域技術(shù)人員都非常熟悉，實(shí)施完全不需要再付出創(chuàng)造性勞動(dòng)，因此不再詳細(xì)贅述。本發(fā)明的信號(hào)發(fā)射模塊的常規(guī)信號(hào)光源2前的光學(xué)鏡頭3可以采用變焦鏡頭來(lái)調(diào)節(jié)射出光線的光束視場(chǎng)角，這樣就可以同時(shí)具備廣角搜索和集中照射兩種能力，例如首先通過(guò)調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭3增大光束視場(chǎng)角，擴(kuò)大照射范圍，提高探測(cè)效率；然后調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭3縮小光束視場(chǎng)角集中照射探測(cè)場(chǎng)景中的重要區(qū)域，增加光信號(hào)強(qiáng)度，從而為信號(hào)接收模塊對(duì)該重要區(qū)域?qū)嵤┚?xì)掃描提供更強(qiáng)的光信號(hào)，當(dāng)然此時(shí)需要在信號(hào)接收模塊上同時(shí)采用具備變焦能力的光學(xué)鏡頭3并實(shí)施同步變焦控制。

步驟s2：信號(hào)接收模塊的光學(xué)鏡頭3把探測(cè)場(chǎng)景的反射光線先照射到液晶光閥陣列5上，液晶光閥陣列5上排布的每個(gè)液晶光閥單元6對(duì)射向自己的那部分反射光線進(jìn)行通斷控制。

該步驟指的是：當(dāng)光學(xué)鏡頭3把探測(cè)場(chǎng)景的反射光線聚焦到常規(guī)光電接收器件4上之前，反射光線都要先經(jīng)過(guò)液晶光閥陣列5如圖2所示。該液晶光閥陣列5是由多個(gè)液晶光閥單元6構(gòu)成的平面陣或者曲面陣，其中的每個(gè)液晶光閥單元6都能夠?qū)?lái)自探測(cè)場(chǎng)景的反射光線中照射到自己的那一小部分光線進(jìn)行通斷控制。顯然照射到每個(gè)液晶光閥單元6上的那一小部分反射光線一定是來(lái)自于探測(cè)場(chǎng)景中某一小塊局部場(chǎng)景的，所以液晶光閥陣列5上有多少個(gè)液晶光閥單元6，探測(cè)場(chǎng)景也就自然會(huì)被劃分為多少塊相對(duì)應(yīng)的局部場(chǎng)景，當(dāng)然這些局部場(chǎng)景組成的陣列就是整個(gè)探測(cè)場(chǎng)景，每個(gè)局部場(chǎng)景在整個(gè)探測(cè)場(chǎng)景中的陣列位置數(shù)據(jù)也就是它的地址數(shù)據(jù)，必然與對(duì)應(yīng)液晶光閥單元6在液晶光閥陣列5中的陣列位置數(shù)據(jù)相同或者鏡像，這樣后期得到的每個(gè)局部場(chǎng)景的距離數(shù)據(jù)都能夠通過(guò)對(duì)應(yīng)液晶光閥單元6在液晶光閥陣列5中的陣列位置數(shù)據(jù)換算出自己在探測(cè)場(chǎng)景中的地址數(shù)據(jù)，距離數(shù)據(jù)匹配地址數(shù)據(jù)后就能成為有效的掃描數(shù)據(jù)。該液晶光閥陣列5由多個(gè)液晶光閥單元6陣列排布構(gòu)成，可以是矩形陣列、圓形陣列、菱形陣列、線型陣列或者其它陣列構(gòu)型均可，與此相對(duì)應(yīng)各液晶光閥單元6的陣列位置數(shù)據(jù)可能是直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)或極坐標(biāo)數(shù)據(jù)等。各液晶光閥單元6可以通過(guò)機(jī)械連接組合在一起、也可以直接制造為一個(gè)整體式的液晶光閥陣列5。由于液晶光閥設(shè)計(jì)制造都是現(xiàn)有技術(shù)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的現(xiàn)有技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)上也有公開(kāi)資料，所以其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和加工工藝等具體不再贅述。信號(hào)接收模塊的光學(xué)鏡頭3可以是普通鏡頭也可以是變焦鏡頭，通過(guò)調(diào)節(jié)變焦鏡頭既能擴(kuò)大視場(chǎng)范圍提高搜索效率，也能對(duì)探測(cè)場(chǎng)景重點(diǎn)部位進(jìn)行局部放大實(shí)現(xiàn)精細(xì)掃描，當(dāng)然這時(shí)最好與信號(hào)發(fā)射模塊的光學(xué)鏡頭3進(jìn)行同步變焦，可以確保探測(cè)場(chǎng)景局部放大后反射光線仍然有足夠的光信號(hào)強(qiáng)度；如果信號(hào)發(fā)射模塊的光學(xué)鏡頭3不變焦也能提供足夠好的光信號(hào)強(qiáng)度，那么不實(shí)施同步變焦也是可以的，根據(jù)具體情況確定即可。

步驟s3：液晶光閥陣列5的各液晶光閥單元6在信號(hào)處理及控制電路1控制下每次只打開(kāi)一個(gè)液晶光閥單元6，讓相應(yīng)反射光線能夠照射到光路下游的常規(guī)光電接收器件4上，使常規(guī)光電接收器件4產(chǎn)生相應(yīng)的回波信號(hào)，信號(hào)處理及控制電路1接收到這個(gè)回波信號(hào)后即可關(guān)閉該液晶光閥單元6并打開(kāi)下一個(gè)液晶光閥單元6，然后信號(hào)處理及控制電路1會(huì)控制常規(guī)信號(hào)光源2發(fā)出新的測(cè)量信號(hào)，以此類推實(shí)現(xiàn)掃描。

該步驟指的是：液晶光閥陣列5在信號(hào)處理及控制電路1的控制下每次只打開(kāi)一個(gè)液晶光閥單元6，使探測(cè)場(chǎng)景中只有相對(duì)應(yīng)的那個(gè)局部場(chǎng)景的反射光線能夠通過(guò)并照射到光路下游的常規(guī)光電接收器件4上，使常規(guī)光電接收器件4產(chǎn)生一個(gè)回波信號(hào)，信號(hào)處理及控制電路1接收到常規(guī)光電接收器件4傳來(lái)的這個(gè)回波信號(hào)后就會(huì)控制液晶光閥陣列5關(guān)閉該液晶光閥單元6并打開(kāi)下一個(gè)液晶光閥單元6，然后控制信號(hào)發(fā)射模塊的常規(guī)信號(hào)光源2發(fā)射新的測(cè)量信號(hào)，這樣就可以讓新打開(kāi)的那個(gè)液晶光閥單元6對(duì)應(yīng)的局部場(chǎng)景的反射光線照射到常規(guī)光電接收器件4上又產(chǎn)生一個(gè)新的回波信號(hào)，隨著該流程的連續(xù)執(zhí)行，探測(cè)場(chǎng)景中每個(gè)局部場(chǎng)景的反射光線都會(huì)依次照射到常規(guī)光電接收器件4上，并產(chǎn)生一個(gè)接一個(gè)的回波信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)探測(cè)場(chǎng)景的掃描。本發(fā)明在信號(hào)接收模塊僅使用普通的常規(guī)光電接收器件4和液晶光閥陣列5就可以實(shí)現(xiàn)全固態(tài)掃描，顯著降低了全固態(tài)激光雷達(dá)的成本，對(duì)家用服務(wù)機(jī)器人普及具有決定性作用。

步驟s4：信號(hào)處理及控制電路1每次接收到一個(gè)回波信號(hào)后，都會(huì)與常規(guī)信號(hào)光源2發(fā)射的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，求出信號(hào)差并計(jì)算出相應(yīng)的距離數(shù)據(jù)，該距離數(shù)據(jù)與相應(yīng)液晶光閥單元6在液晶光閥陣列5中的陣列位置數(shù)據(jù)相匹配就能夠得到一個(gè)有效的掃描數(shù)據(jù)。

該步驟指的是：當(dāng)步驟s3使常規(guī)光電接收器件4產(chǎn)生一個(gè)接一個(gè)的回波信號(hào)后，這些回波信號(hào)都會(huì)逐個(gè)傳輸給信號(hào)處理及控制電路1，信號(hào)處理及控制電路1通過(guò)對(duì)每個(gè)回波信號(hào)和常規(guī)信號(hào)光源2發(fā)射的對(duì)應(yīng)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算后就可以求出信號(hào)差，通過(guò)這個(gè)信號(hào)差就可以計(jì)算出每個(gè)局部場(chǎng)景的距離數(shù)據(jù)，其具體的算法包括信號(hào)差計(jì)算、距離計(jì)算等均與現(xiàn)有技術(shù)的激光雷達(dá)和激光測(cè)距儀的算法完全相同，例如經(jīng)典的時(shí)差法、相位法、脈沖個(gè)數(shù)法等等同樣適用于本發(fā)明，這都是本領(lǐng)域技術(shù)人員非常熟悉的，不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可用于本發(fā)明的實(shí)施，因此不再具體贅述；并且本發(fā)明目的是要提出新的全固態(tài)掃描方法，解決在使用常規(guī)信號(hào)光源2和常規(guī)光電接收器件4的情況下實(shí)現(xiàn)全固態(tài)掃描的難題，而不是要提出計(jì)算信號(hào)差和距離的新算法，因?yàn)椴捎矛F(xiàn)有技術(shù)的算法已經(jīng)完全可以滿足實(shí)施本發(fā)明的需要了。在本步驟中得到的每個(gè)局部場(chǎng)景的距離數(shù)據(jù)都需要匹配地址數(shù)據(jù)，該地址數(shù)據(jù)與該局部場(chǎng)景所對(duì)應(yīng)的液晶光閥單元6在液晶光閥陣列5中的陣列位置數(shù)據(jù)相同或者鏡像，此點(diǎn)在步驟s2中也有講解。具體來(lái)說(shuō)，如果信號(hào)接收模塊的光學(xué)鏡頭3成像為正像則地址數(shù)據(jù)與液晶光閥單元6在液晶光閥陣列5中的陣列位置數(shù)據(jù)相同、如果光學(xué)鏡頭3成像為倒像則地址數(shù)據(jù)與該陣列位置數(shù)據(jù)鏡像，總之該地址數(shù)據(jù)一定與光學(xué)鏡頭3成像和液晶光閥單元6在液晶光閥陣列5中的陣列位置數(shù)據(jù)有可以推導(dǎo)和計(jì)算的幾何關(guān)系，本領(lǐng)域技術(shù)人員都可以實(shí)施相關(guān)推導(dǎo)和計(jì)算。當(dāng)距離數(shù)據(jù)匹配地址數(shù)據(jù)后就能夠表達(dá)探測(cè)場(chǎng)景中某個(gè)點(diǎn)的掃描結(jié)果，這就是一個(gè)有效的掃描數(shù)據(jù)。該掃描數(shù)據(jù)的距離數(shù)據(jù)和地址數(shù)據(jù)在信號(hào)處理及控制電路1中匹配并且編碼輸出。

步驟s5：信號(hào)處理及控制電路1控制液晶光閥陣列5中的所有液晶光閥單元6全部開(kāi)關(guān)一次后，就可以得到一組掃描數(shù)據(jù)的集合，該掃描數(shù)據(jù)的集合就是這個(gè)探測(cè)場(chǎng)景的點(diǎn)云圖。

該步驟指的是：由步驟s3可知，只有當(dāng)信號(hào)處理及控制電路1接收到回波信號(hào)后才會(huì)關(guān)閉這個(gè)液晶光閥單元6，并打開(kāi)下一個(gè)液晶光閥單元6；由步驟s4可知，回波信號(hào)輸入信號(hào)處理及控制電路1后會(huì)計(jì)算出距離數(shù)據(jù)、匹配地址數(shù)據(jù)并編碼后輸出；所以當(dāng)信號(hào)處理及控制電路1控制液晶光閥陣列5中的所有液晶光閥單元6全部開(kāi)關(guān)一次后，就意味著對(duì)探測(cè)場(chǎng)景中所有局部場(chǎng)景都掃描了一遍、也得到了所有局部場(chǎng)景的距離數(shù)據(jù)并匹配了位置數(shù)據(jù)、完成了掃描數(shù)據(jù)的編碼輸出，顯然這些掃描數(shù)據(jù)的集合就是這個(gè)探測(cè)場(chǎng)景的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而且根據(jù)需要還可以再掃描第二遍、第三遍。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理的講解，其描述較為具體和通俗易懂，但不能因此理解為是對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制；并且，雖然本發(fā)明名稱為“一種全固態(tài)激光雷達(dá)的掃描方法”，但該名稱不能解釋為本發(fā)明只能采用激光作為信號(hào)光源，因?yàn)楸景l(fā)明的掃描方法除了可以采用主流的激光作為信號(hào)光源外，還可以采用led燈、紅外二極管等作為信號(hào)光源。