CN113227827A - 激光雷达及自动驾驶设备 - Google Patents

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CN113227827A
CN113227827A CN202080005842.XA CN202080005842A CN113227827A CN 113227827 A CN113227827 A CN 113227827A CN 202080005842 A CN202080005842 A CN 202080005842A CN 113227827 A CN113227827 A CN 113227827A
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马丁昽
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Suteng Innovation Technology Co Ltd
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Suteng Innovation Technology Co Ltd
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Abstract

一种激光雷达(100)及自动驾驶设备(200)，激光雷达(100)包括发射驱动系统(1)、激光收发系统(2)和控制与信号处理系统(3)；激光收发系统(2)包括发射模组(21)、偏转机构(23)和接收模组(22)；接收模组(22)包括阵列探测器(222)；发射模组(21)用于发射出射激光；偏转机构(23)用于接收出射激光并将出射激光反射后射向阵列探测器(222)的探测区域内，并使出射激光以扫描的方式遍历阵列探测器(222)的所有探测区域；偏转机构(23)还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组(22)，其中回波激光为出射激光被探测区域内的物体反射后返回的激光，单次扫描的回波激光在阵列探测器(222)上的成像的尺寸小于阵列探测器(222)的整体像元尺寸，其可以降低发射能量，在发射能量相同时可以提高探测距离。

Description

激光雷达及自动驾驶设备
技术领域
本发明实施例涉及雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达及自动驾驶设备。
背景技术
激光雷达是使用激光来探测目标物体的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是发射模组先向目标发射用于探测的出射激光，然后接收模组接收从目标物体反射回来的回波激光，处理接收到的回波激光后可获得目标物体的有关信息，例如距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
接收模组的一种实现形式为阵列探测器，由多个探测像元以阵列的方式排布组成阵列探测器。随着探测分辨率要求的提升，阵列探测器中单位面积像元上的像素尺寸越来越小。若接收镜头不变，则需要增加发射信号光源的功率，或者增加阵列探测器的接收面尺寸。而增加接收面尺寸将直接影响接收镜头的设计难度，增加阵列探测器的本身成本，以及增大激光雷达产品的整体尺寸。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的主要目的在于提供一种激光雷达及自动驾驶设备，可以在不增加阵列探测器的接收面尺寸且保证探测分辨率的基础上，降低所需光源的峰值功率，降低发射能量，在发射能量相同时可以提高探测距离。
本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种激光雷达，所述激光雷达包括发射驱动系统、激光收发系统和控制与信号处理系统；
所述激光收发系统包括发射模组、偏转机构和接收模组；所述接收模组包括阵列探测器；
所述发射模组用于发射出射激光；
所述偏转机构用于接收所述出射激光并将所述出射激光反射后射向所述阵列探测器的探测区域内，并使所述出射激光以扫描的方式遍历所述阵列探测器的所有探测区域；所述偏转机构还用于接收回波激光并将所述回波激光反射后射向所述接收模组，其中所述回波激光为所述出射激光被所述探测区域内的物体反射后返回的激光，单次扫描的所述回波激光在所述阵列探测器上的成像的尺寸小于所述阵列探测器的整体像元尺寸；
所述接收模组用于接收所述回波激光；
所述发射驱动系统用于驱动所述发射模组；
所述控制与信号处理系统用于控制所述发射驱动系统驱动所述发射模组，以及控制所述接收模组接收所述回波激光。
可选的，所述接收模组用于在所述出射激光扫描所述探测区域中的第一区域时，同步开启所述阵列探测器中对应于所述第一区域的所有像元以接收回波激光，对所述第一区域进行探测。
可选的，所述阵列探测器包括m*n个可单独控制开关的像元，所述m和n均为大于1的整数。
可选的，所述偏转机构为MEMS微镜、反射镜或透射棱镜。
可选的，所述偏转机构包括镜面、第一转轴和第二转轴；
所述镜面用于绕所述第一转轴转动，使所述出射激光沿水平方向扫描所述阵列探测器的探测区域；所述镜面还用于绕所述第二转轴转动，使所述出射激光沿竖直方向扫描所述阵列探测器的探测区域；所述镜面还用于接收所述回波激光并将所述回波激光反射后射向所述接收模组；
所述回波激光在所述阵列探测器上的成像在水平方向和竖直方向的尺寸均小于所述阵列探测器的整体像元在相应方向的尺寸。
可选的，所述偏转机构包括镜面和转轴；
所述镜面用于绕所述转轴转动，使所述出射激光沿第一方向扫描所述阵列探测器的探测区域；所述镜面还用于接收所述回波激光并将所述回波激光反射后射向所述接收模组；
所述回波激光在所述阵列探测器上的成像在第一方向的尺寸小于所述阵列探测器的整体像元在第一方向的尺寸，所述回波激光在所述阵列探测器上的成像在第二方向的尺寸等于或大于所述阵列探测器的整体像元在第二方向的尺寸；
所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向；或者，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。
可选的，所述偏转机构包括镜面和转轴；
所述发射模组包括至少两个发射组件，每个发射组件包括一个激光发射单元和一个发射光学单元，所述激光发射单元用于发射第一出射激光，所述发射光学单元用于准直所述第一出射激光，并将准直后的所述第一出射激光入射到所述二维MEMS微镜；所述出射激光由所有的所述第一出射激光组成，所述第一出射激光沿第一方向排布；所述镜面用于绕所述转轴转动，使所述出射激光沿第二方向扫描所述阵列探测器的探测区域；所述镜面还用于接收第一回波激光并将所述第一回波激光反射后射向所述接收模组，其中所述第一回波激光为所述第一出射激光被所述探测区域内的物体反射后返回的激光，所述回波激光由所有的所述第一回波激光组成；
所述第一回波激光在所述阵列探测器上的成像在第一方向和第二方向的尺寸均小于所述阵列探测器的整体像元在相应方向的尺寸；所述回波激光在所述阵列探测器上的成像在第一方向的尺寸等于或大于所述阵列探测器的整体像元在第一方向的尺寸；
所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向；或者，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。
可选的，所述至少两个发射组件按照先后顺序依次进行第一出射激光的发射。
可选的，所述发射模组包括三个发射组件。
可选的，所述回波激光为圆形光斑，所述回波激光在所述阵列探测器上的成像位于所述阵列探测器的单个像元内。
可选的，所述回波激光为圆形光斑，所述回波激光在所述阵列探测器上的成像超出所述阵列探测器的单个像元，但不超出与该单个像元相邻的像元。
可选的，所述回波激光在所述阵列探测器上的成像位于所述阵列探测器的1/2个像元内，所述阵列探测器的单个像元用于根据所述出射激光的扫描顺序在第一像元区和第二像元区分别接收所述回波激光。
可选的，所述回波激光在所述阵列探测器上的成像位于所述阵列探测器的1/4个像元内，所述阵列探测的单个像元用于根据所述出射激光的扫描顺序在第一像元区、第二像元区、第三像元区和第四像元区分别接收所述回波激光。
可选的，所述发射模组包括激光发射单元和发射光学单元；
激光发射单元用于发射出射激光；
发射光学单元用于准直出射激光，并将准直后的出射激光入射到偏转机构。
可选的，所述接收模组还包括接收光学单元；
所述接收光学单元用于会聚回波激光，并将会聚后的所述回波激光射向所述阵列探测器；
所述阵列探测器用于接收所述回波激光。
本发明实施例还提供了一种自动驾驶设备，包括驾驶设备本体以及如上所述的激光雷达，所述激光雷达安装于所述驾驶设备本体。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例在现有常规的探测器基础上，通过出射激光进行整形，使出射激光光斑为点光斑、块光斑或者线光斑，并增加偏转机构，采用遍历扫描的方式完成探测区域的探测。由于采用点光斑、块光斑或者线光斑，可以在不增加阵列探测器的接收面尺寸且保证探测分辨率的基础上，降低所需光源的峰值功率，降低发射能量，在发射能量相同时可以提高探测距离。相比现有技术需要增加阵列探测器的接收面尺寸才能满足高分辨率要求，本发明实施例减小了阵列探测器的像面尺寸，从而减小了阵列探测器的尺寸，在相同的像面尺寸的情况下可以提高其像元数量，提高探测分辨率。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1示出了本发明实施例提供的激光雷达的结构框图；
图2示出了本发明另一实施例提供的激光雷达的结构框图；
图3a示出了本发明实施例中块光斑的扫描示意图；
图3b示出了本发明实施例中线光斑的扫描示意图；
图3c示出了本发明实施例中点光斑的扫描示意图；
图4a示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、点光斑、先横向扫描的示意图；
图4b示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、点光斑、先竖向扫描的示意图；
图5a示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、1/2点光斑的示意图；
图5b示出了本发明实施例中阵列探测器的单个像元分为两个像元区的示意图；
图5c示出了本发明另一实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、1/2点光斑的示意图；
图6a示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、1/4点光斑的示意图；
图6b示出了本发明实施例中阵列探测器的单个像元分为四个像元区的示意图；
图7a示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、小区域光斑、先横向扫描的示意图；
图7b示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、小区域光斑、先竖向扫描的示意图；
图8a示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、短线光斑、先横向扫描的示意图；
图8b示出了本发明实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、短线光斑、先竖向扫描的示意图；
图8c示出了本发明另一实施例的激光收发系统采用二维MEMS微镜、1/4短线光斑、先横向扫描的示意图；
图9a示出了本发明实施例的激光收发系统采用一维MEMS微镜、长线光斑、先横向扫描的示意图；
图9b示出了本发明实施例的激光收发系统采用一维MEMS微镜、长线光斑、先竖向扫描的示意图；
图9c示出了本发明另一实施例的激光收发系统采用一维MEMS微镜、1/4长线光斑、先横向扫描的示意图；
图10a示出了本发明实施例的激光收发系统采用一维MEMS微镜、大区域光斑、先横向扫描的示意图；
图10b示出了本发明实施例的激光收发系统采用一维MEMS微镜、大区域光斑、先竖向扫描的示意图；
图11a示出了本发明实施例的激光收发系统采用一维MEMS微镜、线光斑、多个发射拼合、先横向扫描的示意图；
图11b示出了本发明实施例的激光收发系统采用一维MEMS微镜、线光斑、多个发射拼合、先竖向扫描的示意图；
图12a示出了本发明实施例的激光雷达采用光学偏转模块的局部光路示意图；
图12b示出了本发明另一实施例的激光雷达采用光学偏转模块的局部光路示意图；
图13a示出了本发明另一实施例的激光雷达的光路示意图；
图13b示出了本发明再一实施例的激光雷达的光路示意图；
图14示出了本发明又一实施例的激光雷达的局部光路示意图；
图15a示出了本发明实施例的激光雷达包括光学整形模块的局部光路示意图；
图15b示出了本发明另一实施例的激光雷达包括光学整形模块的局部光路示意图；
图15c示出了图15b中偏转机构和光学整形模块的示意图；
图16a示出了本发明实施例提供的自动驾驶设备的结构示意图；
图16b示出了本发明另一实施例提供的自动驾驶设备的结构示意图。
具体实施方式中的附图标号如下：
激光雷达100，发射驱动系统1，激光收发系统2，控制与信号处理系统3，发射模组21，发射组件210，激光发射单元211，发射光学单元212，透镜213，光学偏转模块214，光学整形模块215，反射镜216，接收模组22，接收光学单元221，阵列探测器222，偏转机构23，二维MEMS微镜23a，一维MEMS微镜23b，转轴x，第一转轴x1，第二转轴x2，自动驾驶设备200，驾驶设备本体201。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”、“若干”的含义是两个以上(含两个)，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
常规的阵列探测器中发射光源通过发射光束整形系统使照明视场覆盖整个探测视场，其对信号光源的峰值功率要求较高，单个像元接收的信号光有限，仅适合近距离场合的探测。随着探测角分辨率的要求越来越高，难以满足远距离探测的需求，因此探测距离受限。且整个阵列探测器的分辨率受限于阵列器件本身的像元分布和数量，而增加相应的像元数量将导致像面增大，在信号光源的峰值功率不变时，将降低单个像元的探测能量值，增加成本以及降低成品率，且不利于产品的小型化。
如图1所示，本发明实施例提供了一种激光雷达100，其包括发射驱动系统1、激光收发系统2和控制与信号处理系统3。其中，激光收发系统2包括发射模组21、接收模组22和偏转机构23。发射模组21用于发射出射激光。偏转机构23用于接收出射激光并将出射激光反射后射向接收模组22的探测区域内，并使出射激光以扫描的方式遍历接收模组22的所有探测区域，偏转机构23还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组22，回波激光为出射激光被探测区域内的物体反射后返回的激光。接收模组22用于接收回波激光。发射驱动系统1用于驱动发射模组21。控制与信号处理系统3用于控制发射驱动系统1驱动发射模组21，以及控制接收模组22接收回波激光。
如图2所示，发射模组21包括激光发射单元211和发射光学单元212，激光发射单元211用于发射出射激光，发射光学单元212用于对出射激光整形，并将整形后的出射激光入射到偏转机构23。整形后的光斑可以为点光斑、线光斑或块光斑，经偏转机构23反射后入射至局部探测区域，也即探测区域的一部分。激光发射单元211可以为各种类型的信号光源，例如激光二极管(Laser Diode，LD)、垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，VCSEL)、边发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)、发光二极管(LightEmitting Diode，LED)光纤等器件。
发射光学单元212可以采用透镜和透镜组、光纤和球透镜组、单独的球透镜组、柱面透镜组、慢轴准直器镜(Slow-Axis-Collimator LENS，SAC LENS)、快轴准直器镜(Fast-Axis-Collimator LENS)、微透镜阵列、衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)、扩散器(Diffuser)等。例如，若激光发射单元211采用EEL，则可以采用FAC和SAC分别对出射激光进行快慢轴准直整形。若激光发射单元211采用VCSEL阵列等阵列排布器件，则可以采用透镜进行整形。若激光发射单元211采用非阵列排布的信号光源，则可以采用准直透镜和微透镜(或微柱面镜)组合的方式进行出射激光的整形。
接收模组22包括接收光学单元221和阵列探测器222。接收光学单元221用于会聚回波激光，并将会聚后的回波激光射向阵列探测器222；阵列探测器222用于接收回波激光。接收光学单元221可以采用球透镜、球透镜组或柱透镜组等。阵列探测器222可以采用雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)阵列、硅光电倍增管(Siliconphotomultiplier，SiPM)、多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter，MPPC)阵列、光电倍增管(photomultiplier tube，PMT)阵列、单光子雪崩二极管(single-photonavalanche diode，SPAD)阵列、快速电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等可以组成阵列接收的器件。阵列探测器222可以采用面阵探测器，其具有m*n个可单独控制开关的像元，m和n均为大于1的整数。
控制与信号处理系统3可采用现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)，FPGA与发射驱动系统1连接，进行出射激光的发射控制。FPGA还分别与接收模组22的时钟引脚、数据引脚和控制引脚连接，进行回波激光的接收控制。
偏转机构23用于接收整形后的出射激光并将出射激光反射后射向阵列探测器222的局部探测区域内，并进行偏转使出射激光以扫描的方式遍历阵列探测器222的所有探测区域。偏转机构23还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组22，回波激光为出射激光被探测区域内的物体反射后返回的激光。其中，出射激光的光斑尺寸与回波激光的光斑尺寸相同。通过光束整形控制出射激光的光斑尺寸，使单次扫描的回波激光在阵列探测器222上的成像的尺寸小于阵列探测器222的整体像元尺寸，也即小于阵列探测器222的接收面。
接收模组22用于在出射激光扫描探测区域中的第一区域时，同步开启阵列探测器222中对应于第一区域的所有像元以接收回波激光，对第一区域进行探测。例如，出射激光入射至探测区域中第一个像元时，阵列探测器222开启第一个像元进行探测，此时其他像元处于关闭状态，随后，出射激光入射至第二个像元，则阵列探测器222开启第二个像元进行探测，此时将关闭第一个像元的探测……如此依次进行每个像元的动态探测。当然，当出射激光入射至探测区域的多个像元时，则阵列探测器222开启与之对应的多个像元进行探测。当然，阵列探测器也可以同时将所有像元均打开，但由于同一时刻有些像元对应的探测区域并未被出射激光扫描，因此该方式会增加耗电量和阵列探测器222的损耗。
如图3a所示，出射激光的光斑可以为小扩散角的块光斑(小区域光斑)；如图3b所示，还可以为线光斑；相应的，回波激光的光斑也为块光斑或线光斑，如图3c所示，还可以为点光斑(光斑位于单个像元内)。准直后的出射激光通过偏转机构23偏转到阵列探测器222探测区域内的某个或某些像元的探测范围之内，阵列探测器222同步开启其相应像元开始测距，即可得到相应位置的距离值。通过偏转机构23的扫描，遍历整个阵列探测器222的所有像元的探测区域，得到每个位置的距离值，从而获得整个探测区域的3D点云数据。
本发明实施例在现有常规的探测器基础上，通过对出射激光进行整形，使出射激光光斑为点光斑、块光斑或者线光斑，并增加偏转机构，采用遍历扫描的方式完成探测区域的探测。由于采用点光斑、块光斑或者线光斑，可以在不增加阵列探测器的接收面尺寸且保证探测分辨率的基础上，降低所需光源的峰值功率，降低发射能量，在发射能量相同时可以提高探测距离，相比现有技术需要增加阵列探测器的接收面尺寸才能满足高分辨率要求，本发明实施例减小了阵列探测器的像面尺寸，从而减小了阵列探测器的尺寸，在相同的像面尺寸的情况下可以提高其像元数量，提高探测分辨率。
偏转机构23可以采用MEMS微镜、反射镜或透射棱镜等，实现对探测区域的扫描。
下面对采用不同出射激光的光斑的几个实施例进行进一步说明：
(一)采用二维MEMS微镜、点光斑
本实施例中，出射激光和回波激光均为圆形的点光斑，回波激光在阵列探测器222上的成像位于阵列探测器222的单个像元内。
如图4a所示，偏转机构为二维MEMS微镜23a，二维MEMS微镜23a包括镜面、第一转轴x1和第二转轴x2。出射激光和回波激光的光斑为点光斑，通过控制出射激光的光斑尺寸(即控制出射激光的发散角)，从而控制回波激光的光斑尺寸，使回波激光在阵列探测器222上的成像位于阵列探测器222的单个像元内，且覆盖单个像元的大部分感应区域。镜面用于绕第一转轴x1转动，使出射激光沿水平方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于绕第二转轴x2转动，使出射激光沿竖直方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组22。
具体扫描过程为：镜面绕第一转轴x1向第一方向转动，使出射激光沿水平方向向右扫描阵列探测器222的探测区域；当出射激光完成横向的第一次扫描后，镜面绕第二转轴x2向第二方向转动，使出射激光沿竖直方向向下扫描阵列探测器222的探测区域，出射激光只需扫描到其光斑在竖直方向的第二行像元位置，即完成竖向的第一次扫描；随后，镜面绕第一转轴x1向第三方向转动，使出射激光沿水平方向向左扫描阵列探测器222的探测区域，第三方向为第一方向的相反方向；当出射激光完成横向的第二次扫描后，镜面绕第二转轴x2向第二方向转动，使出射激光沿竖直方向向下扫描阵列探测器222的探测区域，出射激光只需扫描到其光斑在竖直方向的第三行像元位置，即完成竖向的第二次扫描；完成竖向的第二次扫描后，镜面绕第一转轴x1向第一方向转动……如此往复扫描，直至遍历完整个阵列探测器222的探测区域。当然，出射激光最开始也可以沿水平方向向左扫描。
可以理解的是，如图4b所示，扫描时也可以先进行竖直方向的扫描，然后通过水平方向的扫描使光斑移动到第二个竖直扫描位置后，再进行第二次的竖直方向的扫描。
可以理解的是，在另一些实施例中，出射激光准直后的发散角可以略大于阵列探测器222的角度分辨率，也即回波激光在阵列探测器222上的成像略超出阵列探测器(222)的单个像元，但不超出与该单个像元相邻的像元。但是该方式将影响系统的光电效率，影响因子约为发散角/角度分辨率。
上述实施例中，准直后的出射激光通过二维MEMS微镜23a偏转到阵列探测器222探测区域内的某个像元的探测范围之内，信号光源整形光束的发散角(也即准直后的出射激光的发散角)小于单个像元的角度分辨率，实现较大的光能利用率。阵列探测器222同步开启其相应像元开始测距，即可得到相应位置的距离值。通过二维MEMS微镜23a的扫描，遍历整个阵列探测器222的所有像元的探测区域，得到每个位置的距离值，从而获得整个探测区域的3D点云数据。
现在的阵列探测器222大约为10万像素量级，通过上述实施例，采用同样的接收光学单元221和阵列探测器222，在测试相同的距离时，所需的激光能量可以下降105数量级，降低了信号光源的成本，提高了可靠性。采用上述实施例，可以压缩阵列探测器222的像面尺寸，满足产品的微型化要求。
如图5a所示，在另一实施例中，回波激光在阵列探测器222上的成像位于阵列探测器222的1/2个像元内，阵列探测器222的单个像元用于根据出射激光的扫描顺序在第一像元区和第二像元区(请参考图5b)分别接收回波激光。扫描方式和上述图4a实施例的扫描方式类似，与之区别之处在于，如图5a所示，当回波激光在阵列探测器222上的成像位于阵列探测器222的竖直方向上的半个像元内且首先进行水平方向的扫描时，完成每一行像元的扫描，需要横向扫描一次，竖向扫描一次，再横向扫描一次。也即水平方向需要扫描两次才能完成每一行像元的扫描。再如图5c所示，当回波激光在阵列探测器222上的成像位于阵列探测器222的水平方向上的半个像元内且首先进行水平方向的扫描时，完成每一行像元的扫描，和上述图4a实施例类似仅需横向扫描一次。
上述实施例中，在单个像元区域内，激光发射单元211需要发射两次，相应的阵列探测器222的像元同步进行两次的协同工作，最终可以达到分辨率提高两倍的效果。以单个像元为例：在t1时刻，回波激光的光斑成像在该像元的左半部分(或上半部分)，此时二维MEMS微镜23a的角度为α1；在t2时刻，回波激光的光斑成像在该像元的右半部分(或下半部分)，二维MEMS微镜23a的角度为α2；则t1时刻和t2时刻探测的物体的方位角可分别由α1、α2确定。其中，二维MEMS微镜23a的角度可以直接从MEMS中读取，当回波激光的光斑成像在像元的左右两部分时，读取的二维MEMS微镜23a的角度为绕第一转轴x1的偏转角度，当回波激光的光斑成像在像元的上下两部分时，读取的二维MEMS微镜23a的角度为绕第二转轴x2的偏转角度。相比单个像元仅扫描一次的情况，本实施例可以探测出目标物体位于像元的第一像元区还是第二像元区，角分辨率提高了一倍。可以理解的是，回波激光在阵列探测器222上的成像的尺寸还可以进一步减小，相应的单个像元的探测次数进一步增加，从而进一步提高探测的角分辨率。
如图6a所示，在另一实施例中，回波激光在阵列探测器222上的成像位于阵列探测器222的1/4个像元内，阵列探测器222的单个像元用于根据出射激光的扫描顺序在第一像元区、第二像元区、第三像元区和第四像元区(请参考图6b)分别接收回波激光。扫描方式和上述图4a实施例扫描方式类似，与之区别之处在于，完成每一行像元的扫描，需要横向扫描一次，竖向扫描一次，再横向扫描一次。也即水平方向需要扫描两次才能完成每一行像元的扫描。在单个像元区域内，激光发射单元211需要发射四次，相应的阵列探测器222的像元同步进行四次的协同工作，可以探测出目标物体位于像元的第一像元区、第二像元区、第三像元区还是第四像元区，最终可以达到分辨率提高四倍的效果。
在上述回波激光在阵列探测器222上的成像位于阵列探测器222的1/2个像元内或者位于阵列探测器222的1/4个像元内的实施例中，由于单个像元进行了两次或四次探测，因此，在采用同样的接收光学单元221和阵列探测器222的情况下，上述方式可以有效的提升阵列探测器222的角度分辨率，达到识别更小物体的目的，而不用增加其他的成本。例如，单个像元的对应的水平视场角在0～0.2°之间，竖直视场角也在0～0.2°之间；对单个像元进行水平方向的两次扫描后，加入了偏转机构的角度，即二维MEMS微镜23a的角度，从而可以得知探测物体位于0～0.1°的视场角还是0.1～0.2°的视场角内，因此分辨率提高了两倍；对单个像元进行水平方向和竖直方向共四次扫描后，加入了偏转机构的角度，即二维MEMS微镜23a的角度，从而可以得知探测物体位于水平视场角0～0.1°、竖直视场角0～0.1°，还是水平视场角0.1～0.2°、竖直视场角0～0.1°，还是水平视场角0～0.1°、竖直视场角0.1～0.2°，还是水平视场角0.1～0.2°、竖直视场角0.1～0.2°内，因此分辨率提高了四倍。在分辨率要求不变的情况下，选择使用分辨率更低的阵列器件，增加单像元的感光面积，能提高测距性能，降低成本。上述分辨率提升的倍数不限于四倍，还可以实现更高的分辨率，当满足出射激光的发散角小于相应倍率的阵列器件的原始分辨率时，回波激光在阵列探测器222上的成像越小，单像素可以提升的倍率越高。
(二)采用二维MEMS微镜和小区域光斑扫描
如图7a所示，本实施例中，偏转机构为二维MEMS微镜23a，二维MEMS微镜23a包括镜面、第一转轴x1和第二转轴x2。出射激光的光斑为小区域光斑，也即回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向和竖直方向的尺寸均小于阵列探测器222的整体像元在相应方向的尺寸，但均大于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸。镜面用于绕第一转轴x1转动，使出射激光沿水平方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于绕第二转轴x2转动，使出射激光沿竖直方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组22。
具体扫描过程为：镜面绕第一转轴x1向第一方向转动，使出射激光沿水平方向向右扫描阵列探测器222的探测区域；当出射激光完成横向的第一次扫描后，镜面绕第二转轴x2向第二方向转动，使出射激光沿竖直方向向下移动到第二次横向扫描的位置，则完成竖向的第一次扫描；镜面绕第一转轴x1向第三方向转动，使出射激光沿水平方向向左扫描阵列探测器222的探测区域，第三方向为第一方向的相反方向；当出射激光完成横向的第二次扫描后，镜面绕第二转轴x2向第二方向转动，使出射激光沿竖直方向向下移动到第三次横向扫描的位置，则完成竖向的第二次扫描；镜面绕第一转轴x1向第一方向转动……如此往复扫描，直至遍历完整个阵列探测器222的探测区域。
可以理解的是，如图7b所示，扫描时也可以先进行竖直方向的扫描，然后通过水平方向的扫描使光斑移动到第二个竖直扫描位置后，再进行第二次的竖直方向的扫描。
(三)采用二维MEMS微镜和短线光斑扫描
如图8a所示，本实施例中，偏转机构为二维MEMS微镜23a，二维MEMS微镜23a包括镜面、第一转轴x1和第二转轴x2。出射激光的光斑为竖向的短线光斑，也即回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸小于或等于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸(该图中为等于)，在回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸大于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，但是回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸小于阵列探测器222的整体像元在竖直方向的尺寸。镜面用于绕第一转轴x1转动，使出射激光沿水平方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于绕第二转轴x2转动，使出射激光沿竖直方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组22。
具体扫描过程为：镜面绕第一转轴x1向第一方向转动，使出射激光沿水平方向向右扫描阵列探测器222的探测区域；当出射激光完成横向的第一次扫描后，镜面绕第二转轴x2向第二方向转动，使出射激光沿竖直方向向下移动到第二次横向扫描的位置，则完成竖向的第一次扫描；镜面绕第一转轴x1向第三方向转动，使出射激光沿水平方向向左扫描阵列探测器222的探测区域，第三方向为第一方向的相反方向；当出射激光完成横向的第二次扫描后，镜面绕第二转轴x2向第二方向转动，使出射激光沿竖直方向向下移动到第三次横向扫描的位置扫描阵列探测器222的探测区域，则完成竖向的第二次扫描；镜面绕第一转轴x1向第一方向转动……如此往复扫描，直至遍历完整个阵列探测器222的探测区域。
在另一实施例中，如图8b所示，光斑还可以是横向的短线光斑，也即回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸小于或等于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，在回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸大于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，但是回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸小于阵列探测器222的整体像元在水平方向的尺寸。横向线光斑在扫描时可以先进行第一个竖直方向的扫描，然后通过水平方向的扫描使光斑移动到第二个竖直扫描位置后，再进行第二次的竖直方向的扫描。
与上述实施例(二)的区别在于，本实施例中采用线光斑，单次探测的区域较实施例(二)窄，可以降低发射能量，从而降低激光发射单元211的功率。需要的总探测时间较实施例(二)长，若合理设置线光斑在水平方向或者竖直方向的长度，可以使总探测时间保持在可以接受的范围内。
如图8c所示，在另一实施例中，与图8a中不同的是，回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸小于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，例如回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸仅为阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸的1/4。根据对图6的描述可知，由于单个像元进行了四次探测，因此，在采用同样的接收光学单元221和阵列探测器222的情况下，与图8a的实施例相比，该方式可以有效的提升阵列探测器222的角度分辨率，最终可以达到分辨率提高四倍的效果，达到识别更小物体的目的，而不用增加其他的成本。
(四)采用一维MEMS微镜和长线光斑扫描
如图9a所示，偏转机构为一维MEMS微镜23b，一维MEMS微镜23b包括镜面和转轴x。出射激光的光斑为竖向的长线光斑，也即回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸小于或等于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸大于或等于阵列探测器222的整体像元在竖直方向的尺寸。镜面用于绕转轴x转动，使出射激光沿水平方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组22。
具体扫描过程为：镜面绕转轴x向第一方向转动，使出射激光沿水平方向向右扫描阵列探测器222的探测区域，直至遍历完整个阵列探测器222的探测区域。由于出射激光的光斑为长线光斑，回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸覆盖整个阵列探测器222的接收面，因此水平方向的一次扫描即可完成整个阵列探测器222探测区域的遍历。
在另一实施例中，如图9b所示，光斑还可以是横向的长线光斑，也即回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸小于或等于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸大于或等于阵列探测器222的整体像元在水平方向的尺寸。横向线光斑在扫描时是进行竖直方向的扫描。
如图9c所示，在另一实施例中，与图9a中不同的是，回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸小于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，例如回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸仅为阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸的1/4。根据对图6a的描述可知，由于单个像元进行了四次探测，因此，在采用同样的接收光学单元221和阵列探测器222的情况下，与图9a的实施例相比，该方式可以有效的提升阵列探测器222的角度分辨率，最终可以达到分辨率提高四倍的效果，达到识别更小物体的目的，而不用增加其他的成本。
(五)采用一维MEMS微镜和大区域光斑扫描
如图10a所示，偏转机构为一维MEMS微镜23b，一维MEMS微镜23b包括镜面和转轴x。出射激光的光斑为竖向的大区域光斑，也即回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸小于阵列探测器222的整体像元在水平方向的尺寸，但是大于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸大于或等于阵列探测器222的整体像元在竖直方向的尺寸。镜面用于绕转轴x转动，使出射激光沿水平方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于接收回波激光并将回波激光反射后射向接收模组22。
具体扫描过程为：镜面绕转轴x向第一方向转动，使出射激光沿水平方向向右扫描阵列探测器222的探测区域，直至遍历完整个阵列探测器222的探测区域。由于出射激光的光斑为大区域光斑，回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸覆盖整个阵列探测器222的接收面，因此水平方向的一次扫描即可完成整个阵列探测器222探测区域的遍历。
与上述实施例(四)的区别在于，本实施例中采用大区域光斑，单次探测的区域较实施例(四)宽，发射能量较大，提高了激光发射单元211的功率。
在另一实施例中，如图10b所示，光斑还可以是横向的大区域光斑，也即也即回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸小于阵列探测器222的整体像元在竖直方向的尺寸，但是大于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸大于或等于阵列探测器222的整体像元在水平方向的尺寸。横向线光斑在扫描时是进行竖直方向的扫描。
(六)采用一维MEMS微镜、线光斑、多个发射拼合扫描
如图11a所示，偏转机构为一维MEMS微镜23b，一维MEMS微镜23b包括镜面和转轴x。发射模组包括三个发射组件210，每个发射组件210包括一个激光发射单元211和一个发射光学单元212，激光发射单元211用于发射第一出射激光，发射光学单元212用于准直第一出射激光，并将准直后的第一出射激光入射到一维MEMS微镜23b。出射激光由所有的第一出射激光组成，第一出射激光沿竖直方向排布。准直后的第一出射激光的光斑尺寸小于阵列探测器222的接收面，所有第一出射激光的光斑拼合后为长线光斑，也即第一回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向和竖直方向的尺寸均小于阵列探测器222的整体像元在相应方向的尺寸；回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸等于或大于阵列探测器222的整体像元在竖直方向的尺寸。镜面用于绕转轴转动，使出射激光沿为水平方向扫描阵列探测器222的探测区域。镜面还用于接收第一回波激光并将第一回波激光反射后射向接收模组22，其中第一回波激光为第一出射激光被探测区域内的物体反射后返回的激光，回波激光由所有的第一回波激光组成。
具体扫描过程为：镜面绕转轴x向第一方向转动，使出射激光沿水平方向向右扫描阵列探测器222的探测区域，直至遍历完整个阵列探测器222的探测区域。由于出射激光的光斑为长线光斑，回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向尺寸覆盖整个阵列探测器222的接收面，因此水平方向的一次扫描即可完成整个阵列探测器222探测区域的遍历。
为了降低三个发射组件210同时发射出射激光时互相之间的串扰，可以采用三个发射组件210轮询发射的方式。例如，首先第一个发射组件210发射，然后第二个发射组件210发射，最后第三个发射组件210发射，再次轮到第一个发射组件210发射……如此依次进行，直至遍历完整个阵列探测器222的探测区域。
在另一实施例中，如图11b所示，拼合后的光斑还可以是横向的长线光斑，也即拼合后的回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸小于或等于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，拼合后的回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸大于或等于阵列探测器222的整体像元在水平方向的尺寸。横向线光斑在扫描时是进行竖直方向的扫描。
在其他实施例中，发射模组还可以包括两个、四个、五个、六个等多个发射组件210，回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向或水平方向的尺寸等于或大于阵列探测器222的整体像元在相应方向的尺寸。
在其他实施例中，所有第一出射激光的光斑拼合后还可以为大区域光斑，也即回波激光在阵列探测器222上的成像在水平方向的尺寸大于阵列探测器222的接收面的单个像元在相应方向的尺寸，但是小于阵列探测器222的整体像元在水平方向的尺寸，回波激光在阵列探测器222上的成像在竖直方向的尺寸之和大于或等于阵列探测器222的整体像元在竖直方向的尺寸。
以上实施例通过发射光学单元212对出射激光整形，形成点光斑、线光斑或块光斑。当需要使出射激光的光斑为线光斑时，还可以通过以下方式：
在图9a的基础上，请参考图12a，在一些实施例中，发射模组21包括激光发射单元211、发射光学单元212和光学偏转模块214，光学偏转模块214包括多个沿第一方向排列的偏转单元。激光发射单元211用于沿第一方向发射出射激光至发射光学单元212，发射光学单元212对出射激光进行准直后入射至光学偏转模块214，光学偏转模块214中的每个偏转单元用于使预设比例的出射激光偏转后出射。激光雷达100还包括偏转机构23，偏转机构23用于接收出射激光并将出射激光反射后射向阵列探测器222的探测区域内，使出射激光扫描遍历整个探测区域。偏转机构23可以采用MEMS微镜、反射镜或透射棱镜等可以实现光扫描的器件。本实施例中入射至探测区域的线光斑覆盖了第二方向的整个探测区域，因此偏转机构23可采用一维MEMS微镜23b，通过一维MEMS微镜23b完成一个方向上的扫描。若线光斑仅覆盖第二方向的部分探测区域，需采用二维MEMS微镜完成两个方向上的扫描。
偏转单元采用平面镜，每个平面镜用于使预设比例的出射激光偏转后出射。由每个平面镜反射的出射激光的预设比例可以相同也可以不同。
具体的，每个平面镜具有相同或不同的透射/反射比，从而使出射激光按照预设的固定比例从每个平面镜反射出去。制备好的平面镜具有固定不变的透射/反射比。在一些实施例中，根据实际应用需求预先计算好每个平面镜的透射/反射比，按照确定的透射/反射比选择或制备相应的平面镜，从而使每个平面镜反射的出射激光的能量相同或大致相同。例如，总共有5个平面镜；第一个平面镜的透射率为80％，反射率为20％，则通过第一个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的20％；第二个平面镜的透射率为75％，反射率为25％，则通过第二个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的80％*25％＝20％；第三个平面镜的透射率为67％，反射率为33％，则通过第三个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的80％*75％*33％＝19.8％，约为20％；第四个平面镜的透射率为50％，反射率为50％，则通过第四个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的80％*75％*67％*50％＝20.1％，约为20％；第五个平面镜的透射率接近0％，反射率接近100％，则通过第五个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的80％*75％*67％*50％*100％＝20.1％，约为20％。通过选择上述平面镜，使每个平面镜反射的出射激光能量均约为出射激光总能量的20％。
在其他实施例中，为了满足对感兴趣的高分辨率探测需求，将出射激光偏转后入射至探测区域中的感兴趣区域的平面镜反射的出射激光的能量还可以大于其他平面镜反射的出射激光的能量。例如，总共有5个平面镜，中心区域为感兴趣区域，探测中心区域的3个平面镜反射的出射激光能量需要大于其余两个平面镜反射的出射激光的能量；第一个平面镜的透射率为90％，反射率为10％，则通过第一个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的10％；第二个平面镜的透射率为71％，反射率为29％，则通过第二个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的90％*29％＝26.1％；第三个平面镜的透射率为58％，反射率为42％，则通过第三个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的90％*71％*42％＝26.8％；第四个平面镜的透射率为28％，反射率为72％，则通过第四个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的90％*71％*58％*72％＝26.7％；第五个平面镜的透射率为0％，反射率接近100％，则通过第五个平面镜反射的出射激光的能量为出射激光总能量的90％*71％*58％*28％*100％＝10.4％。通过选择上述平面镜，使探测中心区域的3个平面镜反射的出射激光能量需要大于其余两个平面镜反射的出射激光的能量。平面镜的透过率/反射比可以根据实际情况更改，确定好每个平面镜的透射/反射比后，再选择或制备相应的平面镜，以满足实际的探测需求。
关于平面镜的角度，可以是所有的平面镜均呈45度，使出射激光均匀条形分布。但此种情况下降需要设置面积较大的偏转机构23，才能接收所有平面镜反射的出射激光。因此，平面镜的放置角度可以进行更改，以改变偏转方向，使经过平面镜的出射激光可以会聚到一起，从而减小偏转机构23的尺寸。例如，如图12b所示，多个平面镜与激光发射单元211发射的出射激光的夹角沿第一方向依次减小，使经过每个平面镜的出射激光朝中心方向会聚。
如图13a所示，偏转机构23刚好位于出射激光会聚的焦点位置。当偏转机构23位于该位置时，可以使偏转机构23的尺寸做到最小化。当然，偏转机构23还可以位于非焦点位置，例如图13b所示的位置，此时偏转机构23的尺寸比图13a中的尺寸大。
如图14所示，在另一实施例中，除了采用发射光学单元212对激光发射单元211发射的出射激光进行准直以外，还采用透镜213会聚每个平面镜偏转后的出射激光并使其入射至偏转机构23。经过发射光学单元212准直后的出射激光光束之间具有光路间隙，将导致经过偏转机构23反射后的光斑并非为连续的线光斑，探测存在盲区。通过在平面镜反射的出射激光光路上设置透镜213对光束进行会聚，使入射至偏转机构23的光斑为连续无间隙的线光斑，因此经过偏转机构23反射后的光斑也为连续无间隙的线光斑，避免探测盲区。
下面，对上述实施例中出射激光的光斑为线光斑时，对该线光斑进行整形的情况进行说明：
经激光发射单元211准直后的出射激光光束之间具有光路间隙，将导致经过偏转机构23反射后的光斑并非为连续的线光斑，探测存在盲区。因此，如图15a所示，在一些实施例中，该激光雷达100还可以在发射光学单元212和偏转机构23之间设置光学整形模块215。激光发射单元211采用激光器2112，激光发射单元211用于发射出射激光至发射光学单元212，经发射光学单元212准直为线光斑后入射至光学整形模块215，光学整形模块215用于会聚出射激光并使其入射至偏转机构23。偏转机构23用于接收出射激光并将出射激光反射后射向阵列探测器222的探测区域内，偏转机构23还用于使呈线光斑的出射激光扫描遍历整个探测区域。光学整形模块215可以采用柱面镜或微柱面镜阵列。偏转机构23可以采用MEMS微镜、反射镜或透射棱镜等可以实现光扫描的器件。本实施例中线光斑覆盖了竖直方向的整个探测区域，因此偏转机构23可采用一维MEMS微镜23b，通过一维MEMS微镜23b完成一个方向的扫描。若线光斑仅覆盖竖直方向的部分探测区域，需采用二维MEMS微镜。为了缩小产品尺寸，还可以在光路中设置反射模块，例如本实施例在发射光学单元212和光学整形模块215之间设置了反射镜216。
本实施例通过在发射光学单元212和偏转机构23之间设置光学整形模块215，光学整形模块215会聚出射激光后入射至偏转机构23，使经过偏转机构23反射的出射激光的光斑为连续的无间隙的线光斑，避免探测盲区。
光学整形模块215的位置还可以进行调整。如图15b所示，在另一实施例中，光学整形模块215设置于偏转机构23反射的出射激光光路上。激光发射单元211用于发射出射激光至发射光学单元212，经发射光学单元212准直为线光斑后入射至偏转机构23；偏转机构23用于接收出射激光并将其反射至光学整形模块215；光学整形模块215用于将出射激光整形为连续的无间隙的线光斑后射向阵列探测器222的探测区域内；偏转机构23还用于使线光斑扫描遍历整个探测区域。光学整形模块215为柱面镜或微柱面镜阵列，例如光学整形模块215在偏转机构23的旋转平面内的横截面呈弧形且绕偏转机构23对称，如图15c所示。偏转机构23可以采用MEMS微镜、反射镜或透射棱镜等可以实现光扫描的器件。本实施例中线光斑覆盖了竖直方向的整个探测区域，因此偏转机构23可采用一维MEMS微镜23b，通过一维MEMS微镜23b完成一个方向的扫描。若线光斑仅覆盖竖直方向的部分探测区域，需采用二维MEMS微镜。
本实施例将光学整形模块215设置于偏转机构23反射的出射激光光路上，光学整形模块215将偏转机构23反射的出射激光整形为连续的无间隙的线光斑后射向阵列探测器222的探测区域，最终出射的出射激光的光斑为连续的无间隙的线光斑，避免探测盲区。
基于上述激光雷达100，本发明实施例提出了一种包含上述实施例中的激光雷达100的自动驾驶设备200，该自动驾驶设备200可以是汽车、飞机、船以及其他涉及到使用激光雷达进行智能感应和探测的设备，该自动驾驶设备200包括驾驶设备本体201以及如上实施例的激光雷达100，激光雷达100安装于驾驶设备本体201。
如图16a所示，该自动驾驶设备200为无人驾驶汽车，激光雷达100安装于汽车的车身侧面。如图16b所示，该自动驾驶设备200同样为无人驾驶汽车，激光雷达100安装于汽车的车顶。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种激光雷达(100)，其特征在于，所述激光雷达(100)包括发射驱动系统(1)、激光收发系统(2)和控制与信号处理系统(3)；
所述激光收发系统(2)包括发射模组(21)、偏转机构(23)和接收模组(22)；所述接收模组(22)包括阵列探测器(222)；
所述发射模组(21)包括激光发射单元(211)和发射光学单元(212)，所述激光发射单元(211)用于发射出射激光，所述发射光学单元(212)用于对所述出射激光整形，并将整形后的所述出射激光入射到所述偏转机构(23)；
所述偏转机构(23)用于接收整形后的所述出射激光并将所述出射激光反射后射向所述阵列探测器(222)的局部探测区域内，并进行偏转使所述出射激光以扫描的方式遍历所述阵列探测器(222)的所有探测区域；所述偏转机构(23)还用于接收回波激光并将所述回波激光反射后射向所述接收模组(22)，其中所述回波激光为所述出射激光被所述探测区域内的物体反射后返回的激光；
所述接收模组(22)用于接收所述回波激光；
所述发射驱动系统(1)用于驱动所述发射模组(21)；
所述控制与信号处理系统(3)用于控制所述发射驱动系统(1)驱动所述发射模组(21)，以及控制所述接收模组(22)接收所述回波激光。
2.如权利要求1所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述接收模组(22)用于在所述出射激光扫描所述探测区域中的第一区域时，同步开启所述阵列探测器(222)中对应于所述第一区域的所有像元以接收回波激光，对所述第一区域进行探测。
3.如权利要求2所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述阵列探测器(222)包括m*n个可单独控制开关的像元，所述m和n均为大于1的整数。
4.如权利要求1-3任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述偏转机构(23)为MEMS微镜、反射镜或透射棱镜。
5.如权利要求1-3任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述偏转机构(23)包括镜面、第一转轴(x1)和第二转轴(x2)；
所述镜面用于绕所述第一转轴(x1)转动，使所述出射激光沿水平方向扫描所述阵列探测器(222)的探测区域；所述镜面还用于绕所述第二转轴(x2)转动，使所述出射激光沿竖直方向扫描所述阵列探测器(222)的探测区域；所述镜面还用于接收所述回波激光并将所述回波激光反射后射向所述接收模组(22)；
所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像在水平方向和竖直方向的尺寸均小于所述阵列探测器(222)的整体像元在相应方向的尺寸。
6.如权利要求1-3任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述偏转机构(23)包括镜面和转轴(x)；
所述镜面用于绕所述转轴(x)转动，使所述出射激光沿第一方向扫描所述阵列探测器(222)的探测区域；所述镜面还用于接收所述回波激光并将所述回波激光反射后射向所述接收模组(22)；
所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像在第一方向的尺寸小于所述阵列探测器(222)的整体像元在第一方向的尺寸，所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像在第二方向的尺寸等于或大于所述阵列探测器(222)的整体像元在第二方向的尺寸；
所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向；或者，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。
7.如权利要求1-3任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述偏转机构(23)包括镜面和转轴(x)；
所述发射模组(21)包括至少两个发射组件(210)，每个发射组件(210)包括一个激光发射单元(211)和一个发射光学单元(212)，所述激光发射单元(211)用于发射第一出射激光，所述发射光学单元(212)用于准直所述第一出射激光，并将准直后的所述第一出射激光入射到所述二维MEMS微镜(23a)；所述出射激光由所有的所述第一出射激光组成，所述第一出射激光沿第一方向排布；所述镜面用于绕所述转轴(x)转动，使所述出射激光沿第二方向扫描所述阵列探测器(222)的探测区域；所述镜面还用于接收第一回波激光并将所述第一回波激光反射后射向所述接收模组(22)，其中所述第一回波激光为所述第一出射激光被所述探测区域内的物体反射后返回的激光，所述回波激光由所有的所述第一回波激光组成；
所述第一回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像在第一方向和第二方向的尺寸均小于所述阵列探测器(222)的整体像元在相应方向的尺寸；所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像在第一方向的尺寸等于或大于所述阵列探测器(222)的整体像元在第一方向的尺寸；
所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向；或者，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。
8.如权利要求7所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述至少两个发射组件(210)按照先后顺序依次进行第一出射激光的发射。
9.如权利要求7或8所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述发射模组(21)包括三个发射组件(210)。
10.如权利要求1-3任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述回波激光为圆形光斑，所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像位于所述阵列探测器(222)的单个像元内。
11.如权利要求1-3任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述回波激光为圆形光斑，所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像超出所述阵列探测器(222)的单个像元，但不超出与该单个像元相邻的像元。
12.如权利要求10所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像位于所述阵列探测器(222)的1/2个像元内，所述阵列探测器(222)的单个像元用于根据所述出射激光的扫描顺序在第一像元区和第二像元区分别接收所述回波激光。
13.如权利要求10所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述回波激光在所述阵列探测器(222)上的成像位于所述阵列探测器(222)的1/4个像元内，所述阵列探测器(222)的单个像元用于根据所述出射激光的扫描顺序在第一像元区、第二像元区、第三像元区和第四像元区分别接收所述回波激光。
14.如权利要求1-13任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述发射模组(21)包括激光发射单元(211)和发射光学单元(212)；
激光发射单元(211)用于发射出射激光；
发射光学单元(212)用于准直出射激光，并将准直后的出射激光入射到偏转机构(23)。
15.如权利要求1-13任一项所述的激光雷达(100)，其特征在于，所述接收模组(22)还包括接收光学单元(221)；
所述接收光学单元(221)用于会聚回波激光，并将会聚后的所述回波激光射向所述阵列探测器(222)；
所述阵列探测器(222)用于接收所述回波激光。
16.一种自动驾驶设备(200)，其特征在于，包括驾驶设备本体(201)以及如权利要求1-15任一项所述的激光雷达(100)，所述激光雷达(100)安装于所述驾驶设备本体(201)。
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