CN111638498B - 单层片式激光雷达设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单层片式激光雷达设备，包括：一发射模块、一接收模块以及一处理模块，其中所述发射模块向预定范围内提供激光光线，其中所述接收模块从预定范围内感应被反射回的激光光线供所述处理模块测算，其中所述发射模块包括一光源器和一发射透镜，其中所述发射透镜采用单层式，以使得所述光源器与所述发射透镜之间的距离决定所述单层片式激光雷达设备的长度。另外地，本发明提供一单层片式激光雷达设备的制造方法。

Description

单层片式激光雷达设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及雷达探测与激光雷达领域，尤其涉及一种单层片式的激光雷达设备以及制造装配方法。

背景技术

激光雷达为藉由激光发射与反射来探测范围内的目标物体。简单的、普通的激光发射与接收效率很低，需要复杂的光学系统来补充发射与接收的机能。而且，通常需要两端同时加强，否则很容易造成后期处理中的判断不准确。若对于光线的发射和接收都没有达到要求，那么再好的算法处理也无法准确地判断探测结果。

现有的激光雷达设备，如图1所示，其主要包括一发射端10P和一接收端20P。所述发射端10P又进一步包括一激光光源11P和一发射镜头12P。所述接收端20P进一步包括一感应器21P和一接收镜头22P。一般地，所述激光光源11P为LD激光，而所述感应器21P为APD探测器。也就是说，所述激光光源11P和所述感应器21P均为电子器件。所述发射镜头12P和所述接收镜头22P均为镜片组。为了实现高质量的激光雷达效果，除了使用优质的所述激光光源11P和所述感应器21P之外，复杂的所述发射镜头12P和所述接收镜头22P也是需要的。

众所周知地，越是高精度的激光雷达，所具有的所述发射镜头12P和所述接收镜头22P越是精度和复杂。如图1所示，现有的激光雷达设备在研发趋势上也着重于将所述发射镜头12P和所述接收镜头22P复杂化，以实现更高的发射与接收效率，方便更准确地将目标解析出来。但是，所述发射镜头12P和所述接收镜头22P的复杂必然地导致了镜片的数量增多。镜片组的多层化是设备大型化的主要原因。因为芯片技术的发展，所述激光光源11P和所述感应器21P的体积可能变得更小。但是，所述激光光源11P和所述感应器21P本身占据的空间而言，相较于所述发射镜头12P和所述接收镜头22P是非常小的一部分。不从所述发射镜头12P和所述接收镜头22P的体积上解决问题是不可能实现激光雷达整体体积的减小。

另外，复杂的镜片组无论在研发上，还是制造上都会带来高成本的投入。整体设备的良率也得不到有效地控制。而且，在所述发射端10P和所述接收端20P分别地被制造与安装中，相对地位置与配合度都需要额外地投入精力，对于生产和使用都是不方便的。

激光雷达设备体积的减小会带来很多好处。主要利于将激光雷达设备安装在多种不同的场合，使得目标探测得到更广阔的应用范围，促进激光雷达智能化发展。小型化并且高精度的激光雷达设备必将成为市场的主流。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中简化镜片组的形式，保证设备轻薄化的基础上提高探测精度。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中利用单层片式的方式的发射模块或者接收模块，从镜片组的角度上极大地减少整体的体积，进而保证整体设备的小型化。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中在不增加光源功率的基础上，利用单层式的光学系统，保证效率并降低能耗。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中减少在整体中所使用的镜片复杂情况，提高光学系统的制造良率，进而提升生产效率。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中单层片式的方式的发射模块或者接收模块能够被一体式地安装，避免分体安装所带来的不便。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中单层片式的方式的发射模块或者接收模块能够被封装，进一步地减少所占用的体积。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中单层片式的方式的发射模块进一步地矩阵式地被安排，以使各光束能够被光学系统整形而得到最优效果。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中对发射模块与接收模块的安装要求不用很高，即可实现高精度的雷达探测效果。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中发射模块的HFOV(水平方向角)与VFOV(竖直方向角)的点光源的数量及位置由实际的需求进行设计，适合多种应用场合。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中发射模块的视场角可以被设计排布，进而适应不同的探测要求需要。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中发射模块与接收模块的调试简单，降低生产难度，辅助提升普及应用范围。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中阵列式的单层式镜片距离不受限制，保证对应关系即可完整安装。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中单层式的镜片排列使得对应焦点的位置被统一地对应，只要保证镜片单层的水平，后续的发射模块或接收模块也只需保证水平即可被准确安装。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中每个发射模块均发射特定角度的光线，并且被特定接收模块进行接收有助于对光线进行定位分析，提高了系统对于待测物体的定位精度。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中在优选的方式中，光学系统被进一步缩减镜片数量，降低成本与安装难度。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中在优选的方式中，发射模块与接收模块能够被封装，方便快速地制造整体设备。

本发明的另一个优势在于提供一种单层片式激光雷达设备及其制造方法，其中因小体积和轻重量，整体设备适于被隐藏式地安装于不同场景，而不耽误整个场景外表装饰效果。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一单层片式激光雷达设备，包括：

一发射模块、一接收模块以及一处理模块，其中所述发射模块向预定范围内提供激光光线，其中所述接收模块从预定范围内感应被反射回的激光光线供所述处理模块测算，其中所述发射模块包括一光源器和一发射透镜，其中所述发射透镜采用单层式，以使得所述光源器与所述发射透镜之间的距离决定所述单层片式激光雷达设备的长度。

根据本发明的一个实施例，所述发射模块的所述光源器的光轴L和所述发射透镜的光轴L对齐。

根据本发明的一个实施例，所述光源器由多个小型光源排列组成。

根据本发明的一个实施例，所述接收模块包括一探测器和一接收透镜，其中被探测目标反射的激光经过所述接收透镜被所述探测器所感应，使得所述处理模块从所述探测器得到测算数据。

根据本发明的一个实施例，所述光源器采用矩阵型地排列。

根据本发明的一个实施例，所述光源器与所述发射透镜一一地对应设置。

根据本发明的一个实施例，所述发射模块的多个所述光源器被模块化地预制，其中所述发射模块的多个所述发射透镜被模块化地预制。

根据本发明的一个实施例，所述接收模块包括多个探测器，其中多个所述探测器采用矩阵型地排列。

根据本发明的一个实施例，所述探测器与所述接收透镜一一地对应设置。

根据本发明的一个实施例，所述接收模块的多个所述探测器被模块化地预制，其中所述接收模块的多个所述接收透镜被模块化地预制。

根据本发明的一个实施例，所述光源器和所述探测器相邻设置。

根据本发明的一个实施例，所述光源器和所述探测器交叉设置。

根据本发明的一个实施例，所述设备进一步地包括多个模块体，其中所述光源器和所述探测器被预先地封装于所述模块体。

根据本发明的一个实施例，所述模块体一一对应于所述发射透镜，使得所述发射透镜成为所述接收透镜。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一单层片式激光雷达设备的制造方法，包括步骤：

模块化地预制地排列多个光源器为矩阵型；

固定多个所述光源器一一对应于多个发射透镜的焦距附近；

连接所述光源器与一接收模块，使得从预定范围内感应被反射回的光线被所述接收模块感应，以供测算。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一单层片式激光雷达设备的制造方法，包括步骤：

模块化地预制地排列多个光源器为矩阵型；

固定多个所述光源器一一对应于多个发射透镜的焦距附近；

模块化地预制地排列多个探测器为矩阵型；

固定多个所述探测器一一对应于多个接收透镜的焦距附近；

连接所述光源器与所述探测器，使得从预定范围内感应被反射回的光线被所述接收模块感应，以供测算。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一单层片式激光雷达设备的制造方法，包括步骤：

模块化地预制地排列多个光源器与多个探测器为矩阵型；

固定多个光源器与多个探测器的模块一一对应于多个发射透镜的焦距附近；

连接所述光源器与所述探测器，使得从预定范围内感应被反射回的光线被所述接收模块感应，以供测算。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是一种现有的激光雷达设备光学原理图。

图2是根据本发明的一个优选实施例的单层片式激光雷达设备的立体示意图。

图3是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的光学原理图。

图4是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块放大示意图。

图5是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图6是根据本发明的第二优选实施例的单层片式激光雷达设备的立体示意图。

图7是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的光学原理图。

图8是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块放大示意图。

图9是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图10是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图11是根据本发明的第二优选实施例的一种可行模式的单层片式激光雷达设备的立体示意图。

图12是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块放大示意图。

图13A是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块放大示意图。

图13B是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图14是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图15是根据本发明的第三优选实施例的单层片式激光雷达设备的立体示意图。

图16是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的光学原理图。

图17是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块放大示意图。

图18是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图19是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图20是根据本发明的第四优选实施例的单层片式激光雷达设备的立体示意图。

图21是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的光学原理图。

图22是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的模块体放大示意图。

图23是根据本发明的第四优选实施例的一种可行模式的单层片式激光雷达设备的立体示意图。

图24是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的光学原理图。

图25是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的模块体放大示意图。

图26是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图27是根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的发射模块的视场角度示意图。

图28根据本发明的上述优选实施例的单层片式激光雷达设备的制造方法的示意图。

图29根据本发明的上述优选实施例的另一种可行模式的单层片式激光雷达设备的制造方法的示意图。

图30根据本发明的上述优选实施例的另一种可行模式的单层片式激光雷达设备的制造方法的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

本发明提供一单层片式激光雷达设备100及其制造方法，如图2至图30所示，采用单层式的光学透镜，使得整体的体积不再基于光学系统的长度而扩大。根据不同的使用需求，所述单层片式激光雷达设备100设计相应探测视角，以满足探测范围的需要。

本发明的第一优选实施例如图2至图5所示，所述单层片式激光雷达设备100包括一发射模块10、一接收模块20以及一处理模块30，其中所述发射模块10向预定范围内提供激光光线，其中所述接收模块20从预定范围内感应被反射回的激光光线，以供被反射回的激光光线经过所述处理模块30的测算后得到预定范围内的物体情况。值得一提的是，本优选实施例中的所述发射模块10为单层式的设计。也就是说，所述发射模块10使用一层设置的光学透镜，使得所述发射模块10的厚度基本由一层的光学透镜决定。所述发射模块10进一步地采用多光源的方式向预定范围发射激光。所述发射模块10的出射视角由多光源共同决定并根据不同的探测需要进行调整。换句话说，所述发射模块10虽然使用一层设置的光学透镜，所实现的扫描视角也是可以保证的，并且所述发射模块10占用的体积很轻薄。

值得一提的是，本优选实施例中，所述接收模块20包括一探测器21和一组接收透镜22。被探测目标反射的激光经过所述接收透镜22被所述探测器21所感应。所述处理模块30进一步地根据所述探测器21所感测到的数据进行测算，使得所述单层片式激光雷达设备100探测得到目标位置信息。

更多地，如图3至图5所示，本优选实施例的所述发射模块10采用单层式设计。所述发射模块10包括一光源器11和一发射透镜12，其中所述发射透镜12为单层的，所述光源器11被固定于所述发射透镜12的焦距f附近。需要说明的是，所述发射透镜12为单层式的意思为镜片的物侧镜面所对应的没有其余的镜片，镜片的像侧面所对应的为所述光源器11。采用单层式的所述发射模块10占用的长度大幅度地减小。

另外，所述光源器11采用多光源组合。也就是所述光源器11由多个小型光源构成。当然，每个小型光源的位置可以被设定，以满足所述发射透镜12的整形需要。而且，根据出射角度范围的要求，小型光源的数量被相应的设定。也就是说，HFOV(水平方向角)与VFOV(竖直方向角)的点光源的数量及位置由实际的需求进行设计，以实现不同的视场角度进行扫描探测。

在本优选实施例中，所述光源器11为矩阵型的多个光源所组成，如图4和图5所示。本领域的技术人员可以理解的是，所述光源器11也可以为一个大型的光源。为了降低功耗，所述光源器11的每个小型光源平均地分布以实现大范围的出射效果。而且，所述光源器11的矩阵型方便对应所述发射透镜12的焦距f。也就是说，所述光源器11如图5平行地对应于所述发射透镜12的话，每个小型光源便自动地对应于所述发射透镜12。对于安装所述发射模块10十分方便，无需多次的校准。

更具体地，在本优选实施例中所述光源器11的出射视角根据小型光源的数量而设定为30°。本领域的技术人员可以理解的是，若需要增加出射视角的范围，则在行列方向上增加小型光源的数量即可实现。

所述单层片式激光雷达设备100在制造过程中，所述接收模块20可以采用一般的技术，而所述发射模块10只需将所述光源器11的光轴L和所述发射透镜12的光轴L对齐，并且所述光源器11被固定于所述发射透镜12的焦距f附近即可。步骤较为简单，无需反复调整。

本发明的第二优选实施例的一单层片式激光雷达设备100A被阐述，如图6至图10，其中所述单层片式激光雷达设备100A包括一发射模块10A、一接收模块20A以及一处理模块30A，其中所述接收模块20A和所述处理模块30A的结构与第一优选实施例的所述单层片式激光雷达设备100的所述接收模块20和所述处理模块30类似，本发明不再赘述。

值得一提的是，本优选实施例中的所述发射模块10A采用单层式设计。但是与上述优选实施例不同的是，所述发射模块10A包括多个所述光源器11A和多个所述发射透镜12A，其中所述光源器11A与所述发射透镜12A一一地对应设置。也就是说，本优选实施例的所述光源器11A与所述发射透镜12A均为矩阵型。所述发射透镜12A为单层的，所述光源器11A被固定于所述发射透镜12A的焦距f附近。需要说明的是，所述发射透镜12A为单层式的意思为镜片的物侧镜面所对应的没有其余的镜片，镜片的像侧面所对应的为所述光源器11A。采用单层式的所述发射模块10A占用的长度大幅度地减小。

本优选实施例中的所述接收模块20A包括6枚接收透镜22A和所述探测器21A，其中所述探测器21A内集成若干个探测器单元，每个探测器单元接收一定角度的光线，使得所有探测器共同作用，共同完成水平视场×竖直视场＝30°×30°的光线的接收。

特别地，本优选实施例中所述光源器11A采用4×4的矩阵型。不同位置的所述光源器11A均处于所述发射透镜12A的不同位置，以发射不同角度的光线。如图7中的所述发射模块10A的放大部分和图8所示，所有所述光源器11A共同作用，发射一定视场的光线。如图9，每个光源器11A均发射约9°视场的光线，所有所述光源器11A共同作用，完成光线的发射。各个所述光源器11A的视场有一定的重叠，因此提高了所述发射模块10A边缘光线的探测精度。

也就是说，所述光源器11A的光轴L与对应的所述发射透镜12A的光轴L并不一定重合。所有的所述光源器11A集中性地设置在所述发射透镜12A焦距f附近的位置。当然，根据不同的视角需求，所述光源器11A的数量和位置可以被进一步地限定。以本优选实施例为举例，单个的所述光源器11A的视角如图9所示，整体的所述发射模块10A的视角如图10所示。所述光源器11A和所述发射透镜12A光轴水平方向的最大与最小夹角为15°与6°和8°与1°。所述发射模块10A的HFOV(水平方向角)与VFOV(竖直方向角)为30°与30°。

需要说明的是，所述发射模块10A水平方向的长度仅由所述光源器11A与所述发射透镜12A决定，远远小于现有技术的多片式镜头的长度。而且，所述发射透镜12A为相同的镜片，制造方便，组装简单，无需考虑排列与位置的问题。制造中也只需保持水平，需要进一步地调试。而且，所述光源器11A均发射特定角度的激光，有助于所述处理模块30A对光线进行定位分析，提高了所述单层片式激光雷达设备100A对于待测物体的定位精度。

更多地，为方便说明视角的调整，本优选实施例的一种可行模式的所述单层片式激光雷达设备100A如图11至图14所示。本优选实施例的所述发射模块10A采用6×4个圆形的所述发射透镜12A的阵列和6×4个所述光源器11A，其光学示意与图7相类似。

所有的所述光源器11A集中性地设置在所述发射透镜12A焦距f附近的位置。当然，根据不同的视角需求，所述光源器11A的数量和位置可以被进一步地限定。以本优选实施例为举例，单个的所述光源器11A的视角如图13A、13B所示，整体的所述发射模块10A的视角如图14所示。所述光源器11A和所述发射透镜12A光轴竖直方向的最大与最小夹角为15°与6°和8°与1°，水平方向的最大与最小夹角为20°与11°、15°与6°和8°与1°。所述发射模块10A的HFOV(水平方向角)与VFOV(竖直方向角)为30°与40°。

通过对于所述发射模块10A所述光源器11A和所述发射透镜12A的数量增加与排列，进而实现不同的出射视角范围。本可行模式的结构与上述实施例基本相同，所述发射模块10A包括多个所述光源器11A和多个所述发射透镜12A，其中所述光源器11A与所述发射透镜12A一一地对应设置。也就是说，本优选实施例的所述光源器11A与所述发射透镜12A均为矩阵型。所述发射透镜12A为单层的，所述光源器11A被固定于所述发射透镜12A的焦距f附近。

所述单层片式激光雷达设备100A在制造过程中，所述发射模块10A只需将所述光源器11A的光轴L和所述发射透镜12A的光轴L保持水平，并且所述光源器11A被固定于所述发射透镜12A的焦距f附近即可。步骤较为简单，无需反复调整。更多地，所述发射模块10A的多个所述光源器11A被模块化地预制，所述发射模块10A的多个所述发射透镜12A也被模块化地预制。两个模块相互水平地固定即可完成所述单层片式激光雷达设备100A的制造。

本发明的第三优选实施例的一单层片式激光雷达设备100B被阐述，如图15至图19，其中所述单层片式激光雷达设备100B包括一发射模块10B、一接收模块20B以及一处理模块30B，其中所述处理模块30B的结构与第一优选实施例的所述单层片式激光雷达设备100的所述处理模块30类似，本发明不再赘述。

值得一提的是，与上述优选实施例不同的是，本优选实施例中的所述发射模块10B和所述接收模块20B均采用单层式设计。所述发射模块10B包括多个所述光源器11B和多个所述发射透镜12B，其中所述光源器11B与所述发射透镜12B一一地对应设置。所述接收模块20B包括多个探测器21B和多个接收透镜22B，其中所述探测器21B和所述接收透镜22B一一地对应设置。

也就是说，本优选实施例的所述光源器11B与所述发射透镜12B均为矩阵型，所述探测器21B和所述接收透镜22B也为矩阵型。所述发射透镜12B和所述接收透镜22B均为单层的，所述光源器11B被固定于所述发射透镜12B的焦距f附近，所述探测器21B被固定于所述接收透镜22B的焦距f附近。需要说明的是，所述发射透镜12B和所述接收透镜22B为单层式的意思为镜片的物侧镜面所对应的没有其余的镜片，镜片的像侧面所对应的为所述光源器11B或所述探测器21B。采用单层式的所述发射模块10B和所述接收模块20B占用的长度大幅度地减小。

特别地，本优选实施例中采用两组4×4的矩阵型相邻地设置。不同位置的所述光源器11B均处于所述发射透镜12B的不同位置，以发射不同角度的光线。不同位置的所述探测器21B均处于所述接收透镜22B的不同位置，以接收不同角度的光线。

如图16中的所述发射模块10B的放大部分和图18所示，所有所述光源器11B共同作用，发射一定视场的光线。如图18，每个光源器11B均发射约9°视场的光线，所有所述光源器11B共同作用，完成光线的发射。各个所述光源器11B的视场有一定的重叠，因此提高了所述发射模块10B边缘光线的探测精度。类似地，所述探测器21B共同作用，感应一定视场的光线，每个探测器21B均感应约9°视场的光线，所有所述探测器21B共同作用，完成光线的发射。各个所述探测器21B的视场有一定的重叠，因此提高了所述接收模块20B边缘光线的探测精度。

所述发射模块10B和所述接收模块20B的正面示意图如图17所示。值得一提的是，为区别所述发射器11B和所述探测器21B，分别采用圆形和方形进行绘制，但是不代表所述发射器11B和所述探测器21B的芯片形状，本发明也不在发射器11B和所述探测器21B的形状上进行限定。以所述发射模块10B进行举例说明，所述光源器11B的光轴L与对应的所述发射透镜12B的光轴L并不一定重合。所有的所述光源器11B集中性地设置在所述发射透镜12B焦距f附近的位置。当然，根据不同的视角需求，所述光源器11B的数量和位置可以被进一步地限定。以本优选实施例为举例，单个的所述光源器11B的视角如图18所示，整体的所述发射模块10B的视角如图19所示。所述光源器11B和所述发射透镜12B光轴水平方向的最大与最小夹角为15°与6°和8°与1°。如图19所示，所述发射模块10B的HFOV(水平方向角)与VFOV(竖直方向角)为30°与30°。类似地，所述探测器21B与所述接收透镜22B也如图18和图19的角度相应地布置，这里不在赘述。

所述单层片式激光雷达设备100B在制造过程中，所述发射透镜12B和所述接收透镜22B可以被模块化地预制。所述发射器11B和所述探测器21B可以被模块化地预制。两个模块相互水平地固定即可完成所述单层片式激光雷达设备100B的制造。

本发明的第四优选实施例的一单层片式激光雷达设备100C被阐述，如图20至图30，其中所述单层片式激光雷达设备100C包括一发射模块10C、一接收模块20C以及一处理模块30C，其中所述处理模块30C的结构与第一优选实施例的所述单层片式激光雷达设备100的所述处理模块30类似，本发明不再赘述。

与上述实施例不同的是，本优选实施例中采用两组4×4的矩阵型交叉地设置。不同位置的所述光源器11C均处于所述发射透镜12C的不同位置，以发射不同角度的光线。不同位置的所述探测器21C均处于所述接收透镜22C的不同位置，以接收不同角度的光线。

本优选实施例中的所述发射模块10C和所述接收模块20C均采用单层式设计。所述发射模块10C包括多个所述光源器11C和多个所述发射透镜12C，其中所述光源器11C与所述发射透镜12C一一地对应设置。所述接收模块20C包括多个探测器21C和多个接收透镜22C，其中所述探测器21C和所述接收透镜22C一一地对应设置。而且，本优选实施例中，使用第1、3、5、7列为所述发射模块10C，使用第2、4、6、8列为所述接收模块20C。

也就是说，本优选实施例的所述光源器11C与所述发射透镜12C分别地为矩阵型，所述探测器21C和所述接收透镜22C分别地也为矩阵型。所述发射透镜12C和所述接收透镜22C均为单层的，所述光源器11C被固定于所述发射透镜12C的焦距f附近，所述探测器21C被固定于所述接收透镜22C的焦距f附近。需要说明的是，所述发射透镜12C和所述接收透镜22C为单层式的意思为镜片的物侧镜面所对应的没有其余的镜片，镜片的像侧面所对应的为所述光源器11C或所述探测器21C。采用单层式的所述发射模块10C和所述接收模块20C占用的长度大幅度地减小。

所述发射模块10C和所述接收模块20C的正面示意图如图22所示。值得一提的是，为区别所述发射器11C和所述探测器21C，分别采用圆形和方形进行绘制，但是不代表所述发射器11C和所述探测器21C的芯片形状，本发明也不在发射器11C和所述探测器21C的形状上进行限定。以所述发射模块10C进行举例说明，所述光源器11C的光轴L与对应的所述发射透镜12C的光轴L并不一定重合。所有的所述光源器11C集中性地设置在所述发射透镜12C焦距f附近的位置。当然，根据不同的视角需求，所述光源器11C的数量和位置可以被进一步地限定。以本优选实施例为举例，单个的所述光源器11C的视角如图21所示，整体的所述发射模块10C的视角与上述实施例相同，如图19所示。所述光源器11C和所述发射透镜12C光轴水平方向的最大与最小夹角为15°与6°和8°与1°。如图19所示，所述发射模块10C的HFOV(水平方向角)与VFOV(竖直方向角)为30°与30°。类似地，所述探测器21C与所述接收透镜22C也如图18和图19的角度相应地布置，这里不在赘述。

所述单层片式激光雷达设备100C在制造过程中，所述发射透镜12C和所述接收透镜22C可以被模块化地预制为4×8个圆形透镜单元构成的单片透镜阵列。所述发射器11C和所述探测器21C可以被模块化地预制。两个模块相互水平地固定即可完成所述单层片式激光雷达设备100C的制造。所述单层片式激光雷达设备100C的长度仅由两个预制模块之间的距离决定，十分轻薄。

本发明的第四优选实施例的一种可行模式的一单层片式激光雷达设备100C被阐述，如图23至图30，其中所述单层片式激光雷达设备100C包括一发射模块10C、一接收模块20C以及一处理模块30C，其中所述处理模块30C的结构与第一优选实施例的所述单层片式激光雷达设备100的所述处理模块30类似，本发明不再赘述。

本优选实施例中的所述发射模块10C和所述接收模块20C均采用单层式设计。本优选实施例中采用两组4×4的矩阵型交叉地设置。不同位置的所述光源器11C均处于所述发射透镜12C的不同位置，以发射不同角度的光线。不同位置的所述探测器21C均处于所述接收透镜22C的不同位置，以接收不同角度的光线。与上述实施例不同的是，所述光源器11C和所探测器21C与一个所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)一一地对应设置。也就是说，两个电子器件与一个镜片相对应地设置，例如一个芯片与一个光源器件共同使用一个镜片。比上述实施例在宽度上节省了一半长度与体积。

值得一提的是，所述光源器11C和所探测器21C被预先地封装于一模块体40。根据探测视场的需求，布置相应数量的所述模块体40与所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)，以构成所述发射模块10C或者所述接收模块20C。本优选实施例于上述相类似地，使用芯片的第1、4、5、8列为所述发射模块10C的所述光源器11C，使用芯片的第2、3、6、7列为所述接收模块20C的所述探测器21C。

所述发射模块10C和所述接收模块20C的正面示意图如图25所示。值得一提的是，为区别所述发射器11C和所述探测器21C，分别采用圆形和方形进行绘制，但是不代表所述发射器11C和所述探测器21C的芯片形状，本发明也不在发射器11C和所述探测器21C的形状上进行限定。以所述发射模块10C进行举例说明，所述光源器11C的光轴L与对应的所述发射透镜12C的光轴L并不一定重合。所有的所述光源器11C集中性地设置在所述发射透镜12C焦距f附近的位置。当然，根据不同的视角需求，所述光源器11C的数量和位置可以被进一步地限定。

为了方便说明，如图25所示，这里以镜片所在表明行列，以4×4的镜片标明。也就是说，所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)为4×4的矩阵，所述模块体40也为4×4的矩阵。所述模块体40的所述光源器11C发射出光线后，由与其相同位置的所述探测器21C接收。如图25，行4列1的所述光源器11C发出光线后，由行4列4的所述探测器21C接收。优选地，所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)为一片复眼透镜，在本优选实施例中既是发射端镜片也是接收端镜片。

具体地，所述模块体40中所述发射器11C和所述探测器21C之间的距离也预先设定。优选地，本优选实施例中的列1和列4的所述发射器11C和所述探测器21C具有相同的距离，列2和列3的所述发射器11C和所述探测器21C具有相同的距离。也就是说，本优选实施例中，所述模块体40具有两种类型。也就是说，第1、3列的所述模块体40为左侧所述光源器11C，右侧所述探测器21C；第2、4列的所述模块体40为左侧所述探测器21C，右侧所述光源器11C。

值得一提的是，本优选实施例的所述光源器11C与所述探测器21C分别地为矩阵型，所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)也为矩阵型，使得所述发射模块10C和所述接收模块20C分别地为矩阵型。所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)为单层的，所述光源器11C被固定于所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)的焦距f附近，所述探测器21C被固定于所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)的焦距f附近。需要说明的是，所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)为单层式的意思为镜片的物侧镜面所对应的没有其余的镜片，镜片的像侧面所对应的为所述光源器11C或所述探测器21C。采用单层式的所述发射模块10C和所述接收模块20C占用的长度大幅度地减小。

以本优选实施例为举例，单个的所述光源器11C的视角如图26所示，整体的所述发射模块10C的视角与上述实施例相同，如图27所示。所述光源器11C和所述发射透镜12C光轴水平方向的最大与最小夹角为15°与6°和8°与1°。所述发射模块10C的HFOV(水平方向角)与VFOV(竖直方向角)为30°与30°。类似地，所述探测器21C与所述接收透镜22C也如图26和图27的角度相应地布置，这里不在赘述。

所述单层片式激光雷达设备100C在制造过程中，所述发射透镜12C(所述接收透镜22C)被模块化地预制为4×4个圆形透镜单元构成的单片透镜阵列。所述模块体40带着所述发射器11C和所述探测器21C被模块化地预制。两个模块相互水平地固定即可完成所述单层片式激光雷达设备100C的制造。所述单层片式激光雷达设备100C的长度仅由两个预制模块之间的距离决定，十分轻薄。

更多地，所述模块体40的形状如图28至图30所示的为举例。

如图28，所述发射器11C和所述探测器21C被平面地封装于所述模块体40，简化封装的难度。所述模块体40为立方体的形状。如图29，所述发射器11C和所述探测器21C被曲面地封装与所述模块体40A，减小像差。所述模块体40A为类似于具有缺口的立方体的形状。如图30，所述发射器11C和所述探测器21C被凹凸地封装与所述模块体40B，减小杂光。所述模块体40B为类似台阶的立方体的形状。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (23)

1.一单层片式激光雷达设备，其特征在于，包括：

一发射模块、一接收模块以及一处理模块，其中所述发射模块向预定范围内提供激光光线，其中所述接收模块从预定范围内感应被反射回的激光光线供所述处理模块测算，其中，

所述发射模块包括多个光源器和多个发射透镜，所述多个光源器分别处于所述发射透镜的不同位置，以发射不同角度的光线；

所述接收模块包括多个探测器和多个接收透镜，所述多个探测器分别处于所述接收透镜的不同位置，以接收不同角度的光线；

所述发射透镜与所述接收透镜是共用的；

所述光源器发射的光线由与其相同位置的探测器接收；

其中所述发射透镜采用单层式，以使得所述光源器与所述发射透镜之间的距离决定所述单层片式激光雷达设备的长度。

2.根据权利要求1所述的单层片式激光雷达设备，其中所述发射模块的所述光源器的光轴和所述发射透镜的光轴对齐。

3.根据权利要求1所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器由多个小型光源排列组成。

4.根据权利要求3所述的单层片式激光雷达设备，其中被探测目标反射的激光经过所述接收透镜被所述探测器所感应，使得所述处理模块从所述探测器得到测算数据。

5.根据权利要求4所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器采用矩阵型地排列。

6.根据权利要求4所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器与所述发射透镜一一地对应设置。

7.根据权利要求5所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器与所述发射透镜一一地对应设置。

8.根据权利要求7所述的单层片式激光雷达设备，其中所述发射模块的多个所述光源器被模块化地预制，其中所述发射模块的多个所述发射透镜被模块化地预制。

9.根据权利要求7所述的单层片式激光雷达设备，其中多个所述探测器采用矩阵型地排列。

10.根据权利要求8所述的单层片式激光雷达设备，其中多个所述探测器采用矩阵型地排列。

11.根据权利要求9所述的单层片式激光雷达设备，其中所述探测器与所述接收透镜一一地对应设置。

12.根据权利要求10所述的单层片式激光雷达设备，其中所述探测器与所述接收透镜一一地对应设置。

13.根据权利要求11所述的单层片式激光雷达设备，其中所述接收模块的多个所述探测器被模块化地预制，其中所述接收模块的多个所述接收透镜被模块化地预制。

14.根据权利要求12所述的单层片式激光雷达设备，其中所述接收模块的多个所述探测器被模块化地预制，其中所述接收模块的多个所述接收透镜被模块化地预制。

15.根据权利要求9所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器和所述探测器相邻设置。

16.根据权利要求10所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器和所述探测器相邻设置。

17.根据权利要求9所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器和所述探测器交叉设置。

18.根据权利要求10所述的单层片式激光雷达设备，其中所述光源器和所述探测器交叉设置。

19.根据权利要求17或18所述的单层片式激光雷达设备，进一步地包括多个模块体，其中所述光源器和所探测器被预先地封装于所述模块体。

20.根据权利要求19所述的单层片式激光雷达设备，其中所述模块体一一对应于所述发射透镜。

21.一单层片式激光雷达设备的制造方法，其特征在于，包括步骤：

模块化地预制地排列多个光源器为矩阵型；

固定多个所述光源器一一对应于多个发射透镜的焦距附近；

连接所述光源器与一接收模块，使得从预定范围内感应被反射回的光线被所述接收模块感应，以供测算；其中

所述多个光源器分别处于所述发射透镜的不同位置，以发射不同角度的光线；

所述接收模块包括多个探测器和多个接收透镜，所述探测器分别处于所述接收透镜的不同位置，以接收不同角度的光线；

所述发射透镜与所述接收透镜是共用的；

所述光源器发射的光线由与其相同位置的探测器接收。

22.一单层片式激光雷达设备的制造方法，其特征在于，包括步骤：

模块化地预制地排列多个光源器为矩阵型；

固定多个所述光源器一一对应于多个发射透镜的焦距附近；

模块化地预制地排列多个探测器为矩阵型；

固定多个所述探测器一一对应于多个接收透镜的焦距附近；

连接所述光源器与所述探测器，使得从预定范围内感应被反射回的光线被所述探测器感应，以供测算；

其中，所述多个光源器分别处于所述发射透镜的不同位置，以发射不同角度的光线；

所述多个探测器分别处于所述接收透镜的不同位置，以接收不同角度的光线；

所述发射透镜与所述接收透镜是共用的；

所述光源器发射的光线由与其相同位置的探测器接收。

23.一单层片式激光雷达设备的制造方法，其特征在于，包括步骤：

模块化地预制地排列多个光源器与多个探测器为矩阵型；

固定多个光源器与多个探测器的模块一一对应于多个发射透镜的焦距附近；

连接所述光源器与所述探测器，使得从预定范围内感应被反射回的光线被所述探测器感应，以供测算；

其中，所述多个光源器分别处于所述发射透镜的不同位置，以发射不同角度的光线；

所述多个探测器分别处于所述发射透镜的不同位置，以接收不同角度的光线；

所述光源器发射的光线由与其相同位置的探测器接收。