CN109782299A

CN109782299A - 一种固态激光雷达装置

Info

Publication number: CN109782299A
Application number: CN201910115073.8A
Authority: CN
Inventors: 侴智; 王锐
Original assignee: SHENZHEN MILESEEY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN MILESEEY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2039-02-14
Also published as: CN109782299B; WO2020164171A1

Abstract

本申请实施例公开了一种固态激光雷达装置，所述装置包括：激光发射器，用于发射激光，其中，所述激光发射器包括至少一个相控阵芯片，所述相控阵芯片包括多个相控阵单元，所述多个相控阵单元排布为阵列；其中，所述相控阵芯片上的至少一个相控阵单元为非对称结构；激光接收器，用于接收由目标物体反射的回波信号，并基于所述回波信号得到电信号；控制器，用于对所述激光发射器和激光接收器的工作进行控制。

Description

一种固态激光雷达装置

技术领域

本申请涉及雷达领域，特别涉及一种固态激光雷达装置。

背景技术

随着雷达技术的快速发展，激光雷达在辅助驾驶、自动驾驶、智能机器人等领域的应用不断得到了拓展。在传统激光雷达中，普遍采用机械式的扫描方式，通过机械转动装置实现激光雷达的360度空间扫描。但是机械式的激光雷达由于具有机械转动装置，需要有一定的体积，使得机械式的激光雷达体积较大，扫描速度慢，机械转动装置一旦故障后很难继续正常使用，稳定性差。因此，有必要提出一种固态激光雷达，提高扫描速度、减少体积和提高工作的稳定性。

发明内容

本申请实施例之一提供一种固态激光雷达装置，该装置包括：激光发射器，用于发射激光，其中，所述激光发射器包括至少一个相控阵芯片，所述相控阵芯片包括多个相控阵单元，所述多个相控阵单元排布为阵列；其中，所述相控阵芯片上的至少一个相控阵单元为非对称结构；激光接收器，用于接收由目标物体反射的回波信号，并基于所述回波信号得到电信号；控制器，用于对所述激光发射器和激光接收器的工作进行控制。

在一些实施例中，所述装置还包括：相位调制电路，用于根据所述控制器的控制信号控制相控阵单元的调相处理。

在一些实施例中，所述阵列的行高与该阵列列宽不同。

在一些实施例中，所述相控阵芯片包括：光分配组件，用于将原始激光分配为至少一束激光；至少一个相控阵单元，用于接收所述光分配组件发送的激光，并根据所述相位调制电路的控制信号对所述激光进行调相处理，并将调相处理后的激光发射出去。

在一些实施例中，所述相控阵单元包括：振幅调制器，用于调节激光的强度；相位调制器，用于基于相位调制电路的控制信号调节所述激光的相位；发射天线，用于发射所述经过调幅和调相处理后的激光。

在一些实施例中，所述相控阵单元的长度和宽度不相同。

在一些实施例中，所述激光接收器包括：光学镜头，用于接收并汇聚回波信号；探测器，用于对所述回波信号进行光电转换处理得到电信号。

在一些实施例中，所述探测器为单点探测或者阵列探测器。

在一些实施例中，所述装置还包括处理器，用于根据接收到的电信号，获得目标物体的距离信息。

在一些实施例中，所述激光发射器还包括激光器，所述激光器为半导体激光器或光纤激光器。

在一些实施例中，所述激光器的工作波段在700纳米到980纳米范围内，或在1300纳米到1580纳米范围内。

本申请实施例之一提供一种相控阵，其特征在于，包括多个相控阵单元，所述多个相控阵单元排布为阵列；其中，所述至少一个相控阵单元具有为非对称结构。

在一些实施例中，所述阵列的行高与该阵列列宽不同。

在一些实施例中，所述相控阵单元的长度和宽度不相同。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1所示为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达系统100的应用场景示意图；

图2为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置200的模块图；

图3为根据本申请一些实施例所示的相控阵芯片上多个相控阵单元排布形成的相控阵300的模块图；

图4为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置400的正视图；

图5为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置400在一定角度下的示意图；

图6为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置400的侧视图；

图7是根据本申请一些实施例所示的由多个光学相控阵单元730组成的光学相控阵700的俯视图；

图8是根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置在无人驾驶和机器人环境感知领域的应用效果示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”、“器”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1所示为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达系统100的应用场景示意图。

如图1所示，固态激光雷达系统100可以检测目标物体的距离，可以进一步根据扫描方位角、俯仰角以及所述距离数据确定目标物体不同点在三维空间中的位置坐标，进而得到点云数据，并将数据以图像的形式进行显示，获得目标物体的三维图像。在一些实施例中，该固态激光雷达系统100还可以用于侦查成像、航路导引、障碍物探测、移动机器人三维视觉系统、巡航导弹、或航空导弹等应用领域。该固态激光雷达系统可以包括服务器110、网络120、一个或一个以上的固态激光雷达130、目标物体140、和存储设备150。服务器110可以包括显示设备112(附图中未示出)。

在一些实施例中，服务器110可以是一个单个的服务器或者一个服务器群组。所述服务器群可以是集中式的或分布式的。在一些实施例中，服务器110可以是本地的或远程的。例如，服务器110可以通过网络120访问存储在存储设备150、固态激光雷达130上的数据和/或信息。再例如，服务器110可以直接连接到存储设备150、固态激光雷达130以访问存储的信息和/或数据，例如扫描数据。在一些实施例中，服务器110可以在一个云平台上实现。例如，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、云之间、多重云等或上述举例的任意组合。以激光雷达测距操作为例，服务器110可以发送控制命令至固态激光雷达130，固态激光雷达130对目标物体140进行扫描，并将扫描结果发送至服务器110，服务器110可以对扫描结果进行处理，得到目标物体140距离信息。

在一些实施例中，目标物体140可以是待监测的物体，例如，可以是需要追踪或观察的物体，也可以是需要避开的障碍物体。在一些实施例中，目标物体140可以包括但不限于汽车140-1、飞行物体140-2、军事目标140-3等或其任意组合。在一些实施例中，汽车可以包括但不限于卡车、轿车、客车、货车等。在一些实施例中，飞行物体可以包括但不限于客机、直升机、运输机、气象机、航测机等。军事目标可以包括但不限于坦克、装甲车、架桥车、导弹平台等。在一些实施例中，目标物体140可以是障碍物。例如，带有固态激光雷达130的运动物体，可以借助固态激光雷达130探测其运动路径上的障碍物。在一些实施例中，激光雷达130可以对目标物体140进行监测扫描，服务器110通过网络120或存储设备150获取扫描结果。在一些实施例中，服务器110可以接收操作者输入的控制指令，根据该控制指令控制一个或多个激光雷达130对目标物体140进行监测扫描，并将扫描结果通过网络120发送至服务器110，服务器110通过该扫描结果获取目标物体的距离信息。

存储设备150可以存储数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备150可以存储从激光雷达130获得的数据。所述数据可以包括实时扫描获取的数据，或者包括过去一段时间获取的数据。在一些实施例中，存储设备130可以存储供服务器110执行或使用的数据和/或指令，服务器110可以通过执行或使用所述数据和/或指令以实现雷达扫描的操作。在一些实施例中，存储设备150可以包括大容量存储器、可移动存储器、挥发性读写存储器、只读存储器(ROM)等或上述举例的任意组合。示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态硬盘等。示例性的可移动存储器可以包括闪存盘、软盘、光盘、记忆卡、压缩硬盘、磁带等。示例性的挥发性只读存储器可以包括随机存储器(RAM)。示例性的随机存储器可以包括动态随机存储器(DRAM)、双数据率同步动态随机存储器(DDRSDRAM)、静态随机存储器(SRAM)、可控硅随机存储器(T-RAM)和零电容存储器(Z-RAM)等。示例性的只读存储器可以包括掩蔽型只读存储器(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、压缩硬盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能硬盘只读存储器等。在一些实施例中，存储设备150可以在一个云平台上实现。仅仅举个例子，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、云之间、多重云等或上述举例的任意组合。

在一些实施例中，存储设备150可以与网络120连接以实现与固态激光雷达系统100中的一个或多个部件(例如，服务器110、激光雷达130等)之间的通信。固态激光雷达系统100的一个或多个部件可以通过网络120访问存储在存储设备150中的数据或指令。在一些实施例中，存储设备150可以直接与固态激光雷达系统100的一个或多个部件(例如，服务器110、激光雷达130等)连接或通信。在一些实施例中，存储设备150可以是服务器110的一部分。

网络120可以促进信息和/或数据的交换。在一些实施例中，固态激光雷达系统100中的一个或多个部件(例如，服务器110、存储设备150、和激光雷达130等)可以通过网络120向固态激光雷达系统100中的其他部件发送信息和/或数据。例如，服务器110可以通过网络120从激光雷达130获取/得到数据信息。在一些实施例中，网络120可以是有线网络或无线网络中的任意一种，或其组合。例如，网络120可以包括电缆网络、有线网络、光纤网络、远程通信网络、内联网、互联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线局域网(WLAN)、城域网(MAN)、公共开关电话网络(PSTN)、蓝牙网络、ZigBee网络、近场通讯(NFC)网络等或上述举例的任意组合。在一些实施例中，网络120可以包括一个或多个网络接入点。例如，网络120可能包括有线或无线网络接入点，如基站和/或互联网交换点等等。通过接入点，固态激光雷达系统100的一个或多个部件可能连接到网络120以交换数据和/或信息。

根据本申请的一些实施例，服务器110可以通过显示设备112接收输入和/或显示输出信息。所述输入和/或输出信息可以包括程序、软件、算法、数据、文本、数字、图像、语音等的一种或几种的组合。例如，用户或操作者可以通过显示设备112输入一个或多个初始参数或条件启动激光雷达进行扫描。在一些实施例中，服务器110可以通过其他外部源接收输入和/或输出信息，所述外部源包括，例如，软盘、硬盘、无线终端等的一种或几种的组合。在本申请中，除非明确提示例外情形，用户和操作者可以互换使用。

图2是根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置200的结构框图。

如图2所示，本发明公开了一种固态激光雷达装置200，包括：

激光发射器210，用于发射激光，其中，所述激光发射器包括至少一个相控阵芯片，所述相控阵芯片包括多个相控阵单元，所述多个相控阵单元排布为阵列；其中，所述相控阵单元具有为非对称结构。

在一些实施例中，激光发射器210可以包括激光器，所述激光器可以为半导体激光器或光纤激光器。在一些实施例中，激光器可以作为固体激光雷达装置200的雷达辐射源，来产生原始激光，。在一些实施例中，激光器可以具有较高的功率，来满足远距离发射激光的要求。在一些实施例中，激光器可以为半导体激光器(例如，GaAlAs半导体二极管激光器)、固体激光器(例如，光纤激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、掺钕钒酸钇激光器等)、气体激光器(例如，二氧化碳激光器、氦-氖激光器等)、液体激光器、化学激光器、自由电子激光器等。

在一些实施例中，所述激光器的工作波段可以在700纳米到980纳米范围内，或在1300纳米到1580纳米范围内。在一些实施例中，可以根据实际的应用情况选取相应的波段的激光。例如，可以根据光传输介质的材料来选择相应的波段的激光。例如，当光传输介质的材料为硅基材料时，可以选择工作波段为1300纳米到1580纳米的激光。在一些实施例中，可以根据激光在空气中的传播特性来选择相应的波段的激光。例如，激光在传播过程中，由于激光会与大气中的粒子以及目标物体的表面产生吸收、散射、反射、漫射、折射和衍射等现象，导致激光发生光损失，因此，可以选择工作波段在700纳米到980纳米的激光。在一些实施例中，可以根据对人类视觉的安全性选择相应的波段的激光。例如，对于两种最为常用的激光波段905纳米和1550纳米，1550纳米的人类视觉安全度较高，所以在关注人类视觉安全的情况下优选1300纳米到1580纳米的激光。在一些实施例中，还可以根据工作温度范围、探测效率、响应速度等或其任意组合来选择相应的波段的激光。在一些实施例中，还可以根据上述多个因素的任意组合来选择相应的波段的激光。

在一些实施例中，激光发射器210可以包括至少一个相控阵芯片，所述相控阵芯片上具有包括多个相控阵单元排布的相控阵，所述相控阵芯片可以用于控制所述激光的光束形状、扫描方位以及扫描角度中的一个或多个参数，以获得满足设定需要的扫描结果。有关相控阵的具体描述可以参考图3中的内容，在此不再赘述。

在一些实施例中，激光发射器210可以包括多个相控阵芯片。多个相控阵芯片可以排布成一维或二维相控阵芯片阵列。例如n个相控阵芯片可以排布成1×n的一维相控阵芯片阵列，或者可以排布成的二维相控阵芯片方阵，又或者可以排布成a×b(a×b＝n)的相控阵芯片矩阵，再或者可以排布成圆形、椭圆形、菱形等任意形状的二维相控阵芯片阵列。相控阵芯片的排布方式在一定程度上可以影响光束的形状或者光束的发散角。在一些实施例中，可以根据实际的应用情况选择相控阵尺寸，例如，当需要进行密集扫描时，需要的发散角比较小，可以将相控阵尺寸设置比较大，当需要进行稀疏扫描时，需要的发散角比较大，可以将相控阵尺寸设置较小。需要说明的是，相控阵是指多个相控阵单元排布形成的阵列，其尺寸为阵列的长和/或宽，或者为其包含的相控阵单元个数。

在一些实施例中，所述相控阵芯片上的至少一个相控阵单元可以为非对称结构。在一些实施例中，非对称结构可以指相控阵具有彼此不相同的至少两个尺寸。例如，所述相控阵可以在一个方向具有第一尺寸，在第二方向上具有第二尺寸，第一尺寸不同于第二尺寸。仅作为示例，相控阵单元具有不相同的长度和宽度。如图7所示，相控阵单元的长度可以是相控阵单元纵向上的尺寸，即振幅调制器731最高点到发射天线733最低点之间的距离。或者，相控阵单元的长度可以是直线m与直线n之间的距离。其中，直线n为过振幅调制器731最高点的直线，直线m为过发射天线733最低点的直线，且直线m与直线n平行。相控阵单元的宽度可以是相控阵单元横向上的尺寸，即发射天线733、相位调制器732和振幅调制器731三者各自在横向上的尺寸中的的最大值。或者，相控阵单元的宽度可以是直线q与直线p之间的距离。其中，直线q为图7所示相控阵单元最左点的直线，直线p为相控阵单元最右点的直线，且直线q与直线p平行。所述相控阵单元的长度的范围可以在5至15微米，例如，相控阵单元的优选长度范围优选为6至13微米；更优选的，7至11微米；更优选的，8至9.5微米；更优选的，8.5至9微米。所述相控阵单元的宽度的范围优选为2至8微米；更优选的，2至7微米；更优选的，3至6微米；更优选的，4至5微米；更优选的，4.5至5微米。作为一种可选的示例，所述相控阵单元的尺寸可以为9微米×6微米。在一些实施例中，所述相控阵芯片可以包括多个相控阵单元；所述多个相控阵单元可以排布为一维或二维非对称阵列，所述阵列的行高与该阵列列宽不同。在一些实施例中，所述阵列的行高是指过阵列中一行相控阵单元最高(低)点的直线与过其下一行相控阵单元最高(低)点直线之间的距离。在一些实施例中，当阵列中的相控阵单元紧密排列时，所述行高也可以等同于直线m到直线n之间的距离，所述阵列的列宽是指过阵列中一列相控阵单元最左(右)点的直线与过其下一列相控阵单元最左(右)点直线之间的距离。在一些实施例中，当阵列中的相控阵单元紧密排列时，所述列宽也即直线q与直线p的距离。在一些实施例中，当多个相控阵单元紧密平行排布后，可以得到二维非对称对阵列。例如，当所述相控阵单元的尺寸为9微米×6微米时，在行方向(即横向)上排布8行相控阵单元，在列方向(即纵向)上排布8列相控阵单元，得到9微米×6微米×64的相控阵阵列，所述相控阵阵列的行高为9微米×8，所述相控阵阵列的列宽为6微米×8，基于上述描述得到的相控阵阵列为非对称阵列。

需要说明的是，可以根据实际应用情况和相控阵单元的尺寸来设置所需要的相控阵芯片。

在一些实施例中，激光发射器210的激光器可以产生原始激光，该原始激光通过光传输介质传输至相控阵芯片，由相控阵芯片进行调幅及调相处理后得到激光，并将所述激光发射出去，以完成激光发射器210的发射激光的功能。在一些实施例中，光传输介质可以是利用硅光子技术制造得到，例如，光传输介质为光波导器件。

激光接收器220，用于接收由目标物体反射的回波信号，并基于所述回波信号得到电信号。

在一些实施例中，所述回波信号是指由激光发射器210发射的激光经目标物体反射后的光信号。在一些实施例中，目标物体是待监测的物体，可以包括但不限于不限于汽车、飞行物体、军事目标。，汽车可以包括但不限于卡车、轿车、客车、货车等。在一些实施例中，飞行物体可以包括但不限于客机、直升机、运输机、气象机、航测机等。军事目标可以包括但不限于坦克、装甲车、架桥车、导弹平台等。在一些实施例中，激光接收器220可以包括光学镜头，用于接收并汇聚回波信号。在一些实施例中，光学镜头可以为普通镜头(例如，平凸透镜)、定焦镜头(例如，标准镜头、广角镜头、鱼眼镜头、远摄镜头等)、变焦镜头(例如，标准变焦镜头、广角变焦镜头、中原变焦镜头、远摄变焦镜头等)等。在一些实施例中，可以通过调节变焦镜头来扩大视场范围提高搜索效率，或者针对目标物体所在的场景重点部位进行局部放大实现精细扫描。需要说明的是，本申请对光学镜头的类型不做具体限定，可以根据实际应用情况选择相应的光学镜头。

在一些实施例中，激光接收器220还可以包括探测器，用于对所述回波信号进行光电转换处理得到电信号，具体的，用于对经过光学镜头后的回波信号进行处理。

在一些实施例中，所述探测器可以为单点探测或者阵列探测器。在一些实施例中，可以使得所述探测器形成的探测范围为点探测或者面探测。在一些实施例中，可以将多个探测器排布得到探测器阵列，例如，探测器阵列包含有3个探测器。在一些实施例中，可以将所述探测器阵列设置为中心对称结构。在一些实施例中，探测器可以为单点APD探测器、线阵APD探测器、面阵APD探测器、PIN管(例如，PIN光电二极管)、单点GMAPD探测器、线阵GMAPD探测器、面阵GMAPD探测器、增益调制CCD/CMOS探测器、单行载流子探测器、雪崩探测器等或其任意组合。需要说明的是，本申请对探测器的数量和类型不做具体限定，可以根据实际应用需求选择相应的探测器。

在一些实施例中，激光接收器220中的光学镜头用于接收并汇聚由目标物体反射的回波信号，并利用激光接收器220中的探测器对所述回波信号进行光电转换处理得到电信号。

控制器230，用于对所述激光发射器210和激光接收器220的工作进行控制。

在一些实施例中，控制器230可以和激光发射器210、激光接收器220连接，用于对激光发射器210和激光接收器220的工作进行控制。在一些实施例中，控制器230可以根据预设的程序，按照获取到的指令或控制信号控制激光发射器210和激光接收器220进行相应的工作。在一些实施例中，该控制信号可以是电信号。例如，当所述固态激光雷达装置应用于汽车导航领域时，控制器230可以在接收到车速传感器发送的车辆开始起步的信息后，自动向激光发射器210和激光接收器220发送控制信号，使激光发射器210开始扫描当前视场，且激光接收器220相应地开始接收当前视场内的目标物体的回波信号。在一些实施例中，控制器230也可以在接收到司机手动打开车载雷达装置的操作后，向激光发射器210和激光接收器220发送控制信号。在一些实施例中，控制器230可以控制激光器发射激光，该激光传输至相控阵芯片，相控阵芯片对该激光进行调制，从而可以实现对当前视场的二维非对称扫描。在一些实施例中，当发射出去的激光在遇到目标物体后被反射回来，即回波信号，由光学镜头接收汇聚后传输给探测器，探测器可以对回波信号进行光电转换处理后将电信号传输给处理器。

在一些实施例中，所述装置还包括：相位调制电路，用于根据所述控制器230的控制信号控制相控阵单元320的调相处理。

在一些实施例中，相位调制电路可以分别控制每个相控阵单元的相位调制器。例如，相位调制电路可以分别向每个相控阵单元320的相位调制器传输控制信号，以控制每个相控阵单元对应的相位调制器的调制处理。在一些实施例中，相位调制电路可以是单独的控制系统，或集成在控制器230内。

在一些实施例中，所述雷达装置还可以包括：处理器，用于根据接收到的电信号，获得目标物体的距离信息。

在一些实施例中，该处理器可以包括存储设备，用于存储激光接收器220获取到的信息。在一些实施例中，所述处理器可以内置于所述控制器230中。在一些实施例中，处理器可以对接收到的信息进行处理，得到三维图像、目标物体的距离信息。在一些实施例中，处理器可以接收探测器传输的电信号，并对所述电信号进行采样得到采样数据流。采样的方式可以包括时分复用、频分复用等。通过时分复用的采样方式对电信号进行采样，可以有效提高采样效率，有利于提高扫描过程的实时性。在一些实施例中，所述处理器可以包括采样装置，进行电信号的采样处理。采样装置可以为ADC采样装置(模数转换采样装置)。采样的频率可以为GSPS(Gigabit Samples Per Second)级。从而使得采样后得到的采样数据流为GSPS级数据流。例如，电信号为6X10⁵次/秒的高速数据流，经过采样处理后得到8bitADC处理后的采样数据流。

在一些实施例中，处理器可以根据飞行时间测距原理(TOF)，基于激光从激光发射器210发出的时间和测得的激光的往返时间，确定目标物体与车载雷达装置的距离，即目标物体与车辆之间的距离。在一些实施例中，激光发射器210不断发出脉冲激光扫描目标物体，且每次发出光束角度都不同，处理器可以基于从探测器获得的电信号，利用飞行时间测距原理(TOF)获得对应角度下目标物体的多个目标点的距离信息。在一些实施例中，处理器可以基于对应角度和对应角度下目标物体的多个目标点的距离信息获得目标物体上的所有目标点的三维空间坐标，这些三维空间坐标数据即可组成该目标物体的三维点云数据。然后基于该三维点云数据，处理器还可以通过表面模型重建、集合模型重建等点云重建方法得到该目标物体的三维图像。

在一些实施例中，所述雷达装置还可以包括：供电单元，用于提供所述雷达装置正常工作需要的电能。供电单元可以为高压稳压电源(例如，开关型电源、线性串联型电源、线性并联型电源、初级稳压型电源)、汽油发电机组、柴油发电机组、燃气轮机发电机组、市电、化学电池、太阳能电池、热电变换器和蓄能器等。需要说明的是，本申请对供电单元不做具体的限定，可以根据实际应用需求选择相应的供电单元。

应当理解，图2所示的装置及其模块可以利用各种方式来实现。例如，在一些实施例中，装置及其模块可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。其中，硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分则可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域技术人员可以理解上述的方法和系统可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本申请的系统及其模块不仅可以有诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用例如由各种类型的处理器所执行的软件实现，还可以由上述硬件电路和软件的结合(例如，固件)来实现。

需要注意的是，以上对于固态激光雷达装置描述，仅为描述方便，并不能把本申请限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该装置的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子装置与其他模块连接。诸如此类的变形，均在本申请的保护范围之内。

图4为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置400的正视图。

图5为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置400在一定角度下的示意图。

图6为根据本申请一些实施例所示的固态激光雷达装置400的侧视图。

在一些实施例中，基于图2所示的固态激光雷达装置200可以通过激光雷达装置400实现。该激光雷达装置400可以包括激光发射器410、光学镜头420、探测器430、控制器440和处理器450。激光发射器210可以由激光发射器410实现，激光接收器220可以由光学镜头420和探测器430的组合实现，控制器230可以由控制器440实现，处理器可以由处理器450实现。在一些实施例中，所述激光雷达装置400可以包括一个或多个激光发射器410，一个或多个探测器430，一个或多个光学镜头420。所述控制器440和处理器450可以同时控制多个激光发射器410、光学镜头420、探测器430，或，所述激光雷达装置400可以包括多个控制器440和处理器450，来分别控制对应的光发射器410、光学镜头420、探测器430。在一些实施例中，激光发射器410可以用于发射激光，以扫描视场；光学镜头420可以用于接收并汇聚回波信号；探测器430可以用于对所述回波信号进行光电转换处理得到电信号；控制器440可以用于对激光发射器410、光学镜头420和探测器430的工作进行控制；处理器450可以用于根据接收到的电信号，获得目标物体的距离信息和/或目标物体的点云数据，并基于目标物体的点云数据通过数据重构得到该目标物体的三维图像。

图3为根据本申请一些实施例所示的相控阵芯片上多个相控阵单元排布形成的相控阵300的结构框图。

如图3所示，本发明公开了一种相控阵300，所述相控阵300可以通过相控阵芯片的形式进行封装。所述相控阵300可以包括：

光分配组件310，用于将原始激光分配为至少一束激光。

在一些实施例中，光分配组件310可以包括光传输介质和至少一个光分配单元。在一些实施例中，所述光传输介质用于将激光器发出的原始激光传输至光分配单元，所述光分配单元用于将所述原始激光分配为至少一束激光。例如，通过光分配组件310将由激光器发出的原始激光分配为2束激光。在一些实施例中，光传输介质可以为光纤，光分配单元可以为光耦合器或光分束器。所述光耦合器可以包括光纤和波导器件。在一些实施例中，可以利用过直接耦合和透镜耦合来实现将原始激光耦合为至少一束激光。例如，通过直接耦合使激光器的光发射层对准波导的波导层，完成激光器与波导对接耦合。又例如，通过单透镜耦合将激光器发射的原始激光聚焦在光波导的端面上波导层的范围内，以将原始激光分配为至少一束激光，使其在波导层内传输。在一些实施例中，可以通过将原始激光导入到不同的光纤传播通道，来将原始激光传输给不同的相控阵单元330。在一些实施例中，可以按照一定比例的功率来分配传输给不同的相控阵单元330的激光。

至少一个相控阵单元320，用于接收所述光分配组件发送的激光，并根据所述相位调制电路的控制信号对所述光激光进行调相处理，并将调相处理后的激光发射出去。

在一些实施例中，至少一个相控阵单元320可以用于接收光分配组件310发送的激光号，并根据该相位调制电路320的控制信号对该激光进行调相处理，然后将调相处理后的激光发射出去。

在一些实施例中，相控阵单元320的长度和宽度可以不相同。即相控阵单元320可以为非对称结构，非对称的相控阵单元320排布成的相控阵可以实现方位和俯仰两个方向上的扫描范围不同，且尺寸较小的方向上的扫描范围更广。

在一些实施例中，可以通过设置相控阵单元320的尺寸，使得最终排布成的相控阵在列宽或行高的较小的方向上可以实现较大的扫描视场范围。例如，对相控阵单元320进行二维排布时，设置该相控阵单元320的尺寸为9微米×6微米，，从而可以使得最终形成的二维非对称相控阵，实现较大的方位视场(行方向)扫描和较小的俯仰视场(列方向)扫描。

在一些实施例中，相控阵单元320可以包括振幅调制器、相位调制器和发射天线。

在一些实施例中，相控阵单元320可以包括振幅调制器，用于调节光信号的强度。在一些实施例中，振幅调制器可以为电光调制器、热光调制器、磁光调制器、声光调制器等。在一些实施例中，可以通过调整振幅调制器的长度来调整光信号的强度。例如，可以通过调整至少两个相控阵单元320中每个相控阵单元320的振幅调制器长度来调制每个相控阵单元320接收的光信号的强度。在一些实施例中，至少两个相控阵单元320中每个相控阵单元320的振幅调制器的长度可以不等，也可以相等，又因为光分配组件310分配给每个相控阵单元320的光信号强度可以不同，故至少两个相控阵单元320中每个相控阵单元320上的激光的强度可以是不等的，也可以是相等的。在一些实施例中，可以将振幅调制器的长度设置为固定长度。

在一些实施例中，相控阵单元320还可以包括相位调制器，用于基于相位调制电路320的控制信号调节所述激光的相位。在一些实施例中，相位调制器可以对激光进行电光调制和/或热光调制等。在一些实施例中，通过给相位调制器施加电压，使得相位调制器的折射率发生变化，来引起相位调制器的光波特性发生变化，以实现对激光的相位调制，改变激光的出射角。在一些实施例中，还可以通过热电效应来对改变相位调制器的折射率，以实现对激光的相位调制。在一些实施例中，为了提高电光调制效率，可以对相位调制器的材料进行掺杂处理。通过对每个相控阵单元320的激光进行相位调制，从而可以实现在视场范围内各个角度的扫描。

在一些实施例中，相控阵单元320还可以包括发射天线，用于发射所述经过调幅和调相处理后的激光。在一些实施例中，天线可以为电扫描天线(例如，有源电扫描天线)、波导缝隙天线、收发合置光学天线、收发分置光学天线等。

应当理解，图3所示的装置及其模块可以利用各种方式来实现。以上对于候选项显示、确定装置及其模块的描述，仅为描述方便，并不能把本申请限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该装置的原理后，可能在不背离这一原理的情况下，对各个模块进行任意组合，或者构成子装置与其他模块连接。诸如此类的变形，均在本申请的保护范围之内。

需要注意的是，以上描述，仅为描述方便，并不能把本申请限制在所举实施例范围之内。可以理解，对于本领域的技术人员来说，在了解该系统的原理后，可以在不背离这一原理的情况下，对实施上述方法和系统的应用领域进行形式和细节上的各种修正和改变。

图7a是根据本申请一些实施例所示的由多个光学相控阵单元730组成的光学相控阵700俯视图。

图7b是根据本申请一些实施例所示的光学相控阵单元730的俯视图。

如图7中(a)所示，光学相控阵700由若干个光学相控阵单元730、总线波导710、行波导720组成。在一些实施例中，基于图3所示的光学相控阵300可以由光学相控阵700实现。需要说明的是，光学相控阵的排列方式可以包括一维或二维的排列方式，例如，将若干个光学相控阵单元730进行二维排布得到二维的相控阵。(a)所示的仅是一种可选的示例，本申请对相控阵单元的排列方式不做具体限定。在一些实施例中，基于图3所示的光学相控阵单元320可以由如图7中(b)所示的光学相控阵单元730实现。该光学相控阵单元730可以包括：振幅调制器731、相位调制器732和发射天线733。在一些实施例中，总线波导710接收激光，然后将该激光分别耦合到每个行波导710中，每个行波导710中的激光通过振幅调制器731调节信号强度，并通过相位调制器732实现相位调制，最终，经由发送天线733将经过调幅和调相处理后的激光发射出去。如图7所示，多个光学相控阵阵单元700排列可以获得一维的光学相控阵芯片。

在一些实施例中，可以将固态激光雷达装置安装在车辆的头灯和尾灯中，如图8所示，使得车辆的方位扫描范围更广，车载固态激光雷达系统可以检测道路上的障碍物、前后方车辆的行驶状况等。在一些实施例中，可以将固态激光雷达装置安装在机器人上，以实现机器人运动时的路径规划和躲避障碍物等功能。

本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过采用相控阵芯片对激光进行相位调制，获得远场激光角度的扫描，实现固态雷达电子扫描，摒弃了机械转动装置，减小了激光雷达的体积。(2)相控阵芯片中的相控阵单元采用非对称结构，从而可以控制在激光扫描中实现方位角度的较大视场的扫描，俯仰角度的中小视场的扫描，更加适合在无人驾驶、智能机器人等领域的应用。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims

1.一种固态激光雷达装置，其特征在于，所述装置包括：

激光发射器，用于发射激光，其中，所述激光发射器包括至少一个相控阵芯片，所述相控阵芯片包括多个相控阵单元，所述多个相控阵单元排布为阵列；其中，所述相控阵芯片上的至少一个相控阵单元为非对称结构；

激光接收器，用于接收由目标物体反射的回波信号，并基于所述回波信号得到电信号；

控制器，用于对所述激光发射器和激光接收器的工作进行控制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

相位调制电路，用于根据所述控制器的控制信号控制相控阵单元的调相处理。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阵列的行高与该阵列列宽不同。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述相控阵芯片包括：

光分配组件，用于将原始激光分配为至少一束激光；

至少一个相控阵单元，用于接收所述光分配组件发送的激光，并根据所述相位调制电路的控制信号对所述激光进行调相处理，并将调相处理后的激光发射出去。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述相控阵单元包括：

振幅调制器，用于调节激光的强度；

相位调制器，用于基于相位调制电路的控制信号调节所述激光的相位；

发射天线，用于发射所述经过调幅和调相处理后的激光。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相控阵单元的长度和宽度不相同。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光接收器包括：

光学镜头，用于接收并汇聚回波信号；

探测器，用于对所述回波信号进行光电转换处理得到电信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述探测器为单点探测或者阵列探测器。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括处理器，用于根据接收到的电信号，获得目标物体的距离信息。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光发射器还包括激光器，所述激光器为半导体激光器或光纤激光器。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述激光器的工作波段在700纳米到980纳米范围内，或在1300纳米到1580纳米范围内。

12.一种相控阵，其特征在于，包括多个相控阵单元，所述多个相控阵单元排布为阵列；其中，所述至少一个相控阵单元具有为非对称结构。

13.如权利要求12所述的相控阵，其特征在于，所述阵列的行高与该阵列列宽不同。

14.如权利要求12所述的相控阵，其特征在于，所述相控阵单元包括：

振幅调制器，用于调节激光的强度；

发射天线，用于发射所述经过调幅和调相处理后的激光。

15.如权利要求12所述的相控阵，其特征在于，所述相控阵单元的长度和宽度不相同。