CN116908813A - 光探测装置、光探测方法以及激光雷达器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光探测装置、光探测方法以及激光雷达器。其中，该光探测装置中，光发射模块与光探测模块沿转镜的转动平面并列设置，以及光发射模块包括多个具有M个光发射器的光发射线阵单元，光探测模块包括多个具有N个光探测器的光探测线阵单元，且光发射线阵单元和光探测线阵单元的数量相等、以相同的排列方式分别交错排列。本发明通过探测装置中的多阵列器件拼接以及光学设计，解决了高线数和高分辨率精度的激光雷达器体积太大的问题，进而降低了激光雷达器的高度和体积。

Description

光探测装置、光探测方法以及激光雷达器

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，特别是涉及光探测装置及光探测方法。

背景技术

采用飞行时间探测的激光雷达，为提高探测精度，在相关技术中通常采用叠加单线激光收发器件实现多线数扫描，随着收发器件的增多，激光雷达的高度增加，装调难度大，因而难以实现量产。在另一些相关技术中，采用线激光收发系统实现多线数扫描，可降低系统装调难度，但其发射系统与接收系统在竖直方向上同轴堆叠放置，高度难以降低，并且，随着激光雷达竖直视场角增大，激光雷达出光角度逐渐增大，雷达高度增加。随着要求的测量精度和水平测量角度越高，对激光雷达线数要求越高，雷达高度也越高、体积越大。

针对相关技术中高线数和高分辨率精度的激光雷达器的高度高、体积大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供的光探测装置、光探测方法以及激光雷达器，至少解决相关技术中高线数和高分辨率精度的激光雷达器的高度高、体积大的问题。

一种光探测装置，包括：光发射模块、光探测模块和转镜；所述光发射模块用于产生探测激光；所述转镜包括一个或多个旋转的平面镜，用于改变所述探测激光的方向；所述光探测模块用于接收从目标物体反射回来的激光回波；

所述光发射模块与所述光探测模块沿所述转镜的转动平面并列设置；以及

所述光发射模块包括多个具有M个光发射器的光发射线阵单元，所述光探测模块包括多个具有N个光探测器的光探测线阵单元，且所述光发射线阵单元和所述光探测线阵单元的数量相等、以相同的排列方式分别交错排列；其中，M和N均为大于1的正整数，且N不小于M。

在其中的一些实施例中，

所述多个光发射线阵单元在第一平面上的投影依次首尾相接且任一光发射器互不重叠；所述多个光发射线阵单元在第二平面上的投影中任一光发射器互不重叠；

所述多个光探测线阵单元在第一平面上的投影依次首尾相接，任一光探测器互不重叠或者相邻的两个光探测线阵单元中有且仅有两个光探测器相互重叠；所述多个光探测线阵单元在第二平面上的投影中任一光探测器互不重叠；

其中，所述第一平面和所述第二平面相互垂直，且均平行于所述光发射模块或所述光探测模块的延伸方向。

在其中的一些实施例中，N=M+2。

在其中的一些实施例中，M=8，N=8或10；M=12，N=12或14；M=16，N=16或18；M=20，N=20或22；或者M=24，N=24或26；或者M=28，N=28或30；或者M=32，N=32或34。

在其中的一些实施例中，所述光发射模块包括承载有多个光发射线阵单元的第一线路板、第一镜头组和第一镜头座；所述光探测模块包括承载有多个光探测线阵单元的第二线路板、第二镜头组和第二镜头座；其中，

所述第一镜头座的底部与所述第一线路板连接，所述第一镜头座形成有沿所述第一线路板的法线方向延伸的第一容纳腔，所述第一镜头组设置于所述第一容纳腔；所述第二镜头座的底部与所述第二线路板连接，所述第二镜头座形成有沿所述第二线路板的法线方向延伸的第二容纳腔，所述第二镜头组设置于所述第二容纳腔；以及

所述第一镜头座和所述第二镜头座沿所述转镜的转动平面并列设置。

在其中的一些实施例中，所述转镜设置于所述光发射模块和所述光探测模块的同侧；所述第一镜头组和所述第二镜头组均分别包括用于激光束准直或者汇聚的若干透镜，以及用于反射激光束的反射镜；

所述第一镜头组的反射镜用于将所述光发射模块产生的探测激光反射至所述转镜；所述第二镜头组的反射镜用于将所述转镜反射回来的激光回波反射至所述光探测模块；

所述第一镜头座相对于所述第二镜头座靠前设置，以使所述第一镜头座的底部靠前于所述第二镜头座的底部，以及由所述第一镜头组出射的探测激光不受所述第二镜头座的阻挡。

在其中的一些实施例中，所述第一镜头座还包括挡光支架，所述挡光支架设置于所述第一镜头座的反射镜和所述第二镜头座的反射镜之间。

在其中的一些实施例中，所述第一镜头座和所述第二镜头座的尺寸相同。

在其中的一些实施例中，所述第一镜头座的至少一部分结构，与所述第二镜头座的至少一部分结构为一体成型结构。

在其中的一些实施例中，所述第一镜头组和所述第二镜头组的镜片及其排列方式均相同。

在其中的一些实施例中，所述光探测装置还包括滤光片，设置于所述第二镜头组的反射镜与透镜之间。

在其中的一些实施例中，所述光探测模块还包括遮光板，所述遮光板开设有与所述多个光探测线阵单元的位置和大小均一一对应的多条狭缝，所述遮光板覆盖于所述多个光探测线阵单元，以使所述多个光探测线阵单元四周遮蔽。

在其中的一些实施例中，所述光探测模块还包括承载于所述第二线路板的光信号处理单元，以及散热片；所述散热片覆盖于所述光信号处理单元表面。

在其中的一些实施例中，所述转镜包括多个旋转的平面镜，其中，每个平面镜与转动平面所形成的夹角各不相等。

在其中的一些实施例中，

所述转镜包括三个旋转的平面镜，其中，三个平面镜与转动平面所形成的夹角分别为90°-α，90°和90°+α；或者

所述转镜包括四个旋转的平面镜，其中，四个平面镜与转动平面所形成的夹角分别为90°-2β，90°-β，90°+β和90°+2β。

在其中的一些实施例中，所述光发射模块还包括光发射控制器，所述光发射控制器用于控制每个光发射线阵单元按照统一的节拍轮询发光 ，其中，每个光发射线阵单元中的光发射器按照顺序编号，在一个节拍中，每个光发射线阵单元中具有相同序号一个或者多个光发射器同时发光；所述光探测模块还包括光探测控制器，所述光探测控制器用于控制与当前节拍发光的光发射器对应的探测通道在当前节拍开启，以及控制其他的探测通道在当前节拍关闭。

在其中的一些实施例中，所述光探测控制器还用于控制与当前节拍发光的光发射器间隔若干通道的探测通道在当前节拍开启，以检测与当前节拍发光的光发射器对应的激光回波是否串扰到其他的探测通道 ；

所述光探测模块还用于在检测到当前节拍发光的光发射器产生的激光束串扰到其他的探测通道的情况下，进行串扰信号的滤除处理。

一种光探测方法，应用于上述的光探测装置，在其中的一些实施例中包括：

控制每个光发射线阵单元按照统一的节拍轮询发光，其中，每个光发射线阵单元中的光发射器按照顺序编号，在一个节拍中，每个光发射线阵单元中具有相同序号一个或者多个光发射器同时发光；

控制与当前节拍发光的光发射器对应的探测通道在当前节拍开启，以及控制其他的探测通道在当前节拍关闭。

在其中的一些实施例中，所述方法还包括：

控制与当前节拍发光的光发射器间隔若干通道的探测通道在当前节拍开启，以检测与当前节拍发光的光发射器对应的激光回波是否串扰到其他的探测通道；

在检测到当前节拍发光的光发射器产生的激光束串扰到其他的探测通道的情况下，进行串扰信号的滤除处理。

一种激光雷达器，包括上述的光探测装置。

本发明实施例提供的光探测装置、光探测方法以及激光雷达器，通过光发射模块与光探测模块沿转镜的转动平面并列设置，以及光发射模块包括多个具有M个光发射器的光发射线阵单元，光探测模块包括多个具有N个光探测器的光探测线阵单元，且光发射线阵单元和光探测线阵单元的数量相等、以相同的排列方式分别交错排列，解决了高线数和高分辨率精度的激光雷达器的高度高、体积大的问题，降低了激光雷达器的高度和体积。

本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本发明的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本实施例的光探测装置的结构示意图。

图2是本实施例的转镜设置在光发射模块和光探测模块前方的光探测装置的结构示意图。

图3是本实施例的光发射模块和光探测模块的结构示意图。

图4是本实施例的光发射模块和光探测模块的局部爆炸图。

图5是本实施例的光探测模块的第二线路板的结构示意图。

图6是本实施例的三面转镜的角度设计的示意图。

图7是本实施例的三面镜点云扫描结果及其局部放大的示意图。

图8是本实施例的光发射线阵单元和光探测线阵单元交错排列的示意图。

图9是本实施例的光探测方法的流程图。

图10是本实施例的光探测方法的优选流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实施例的实施例。虽然附图中显示了本实施例的某些实施例，然而应当理解的是，本实施例可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本实施例。应当理解的是，本实施例的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本实施例的保护范围。

为解决相关技术中激光雷达器的高度高、体积大的问题，在本实施例中采用转镜式激光雷达器，并通过对转镜式激光雷达器的结构和光发射模块、光探测模块分别进行优化设计，从而降低高线数和高分辨率精度的激光雷达器的高度和体积，同时也降低了激光雷达器的装调成本和生产成本。

图1是本实施例的光探测装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的激光雷达器包括如图1所示的光探测装置：光发射模块11、光探测模块12和转镜13；此外，光探测装置还包括壳体10，壳体10包括上壳体14和下壳体15。光发射模块11、光探测模块12和转镜13均设置于上壳体14和下壳体15包围所形成的空间内；在图1所示的光探测装置中，上壳体14的前面板为光学面板16，作为激光束的出射和入射的窗口。光发射模块11用于产生探测激光。转镜13包括一个或多个旋转的平面镜（在图1中示出三个平面镜），用于改变探测激光的方向。光探测模块12用于接收从目标物体反射回来的激光回波。

在本实施例中，光发射模块11和光探测模块12沿转镜13的转动平面（图1中的转动平面为水平面）左右并列地设置。转镜13设置在适于将探测激光发射后从窗口向扫描视野发射，以及将目标物体反射回窗口的激光回波反射后入射至光探测模块12的位置，例如，如图2所示，转镜13设置于光发射模块11和光探测模块12的前方；或者如图1所示，在光发射模块11和光探测模块12的镜头组包括反射镜的情况下，可以通过反射镜改变激光路径，从而实现将转镜13设置于光发射模块11和光探测模块12的一侧。

通过上述的结构设计，光发射模块11和光探测模块12不再在竖直方向上同轴堆叠，而是沿转镜13的转动平面（即水平面）并列设置，相较于光发射模块11和光探测模块12同轴堆叠的激光雷达器而言，降低了高度。此外，在光发射模块11和光探测模块12并列设置的基础上，采用包括反射镜的镜头组改变激光路径后，将转镜13设置于光发射模块11和光探测模块12的一侧，有利于优化激光雷达器内部空间的结构设计，降低激光雷达器的宽度。由此可见，上述结构设计降低了激光雷达器的体积。

图3是本实施例的光发射模块和光探测模块的结构示意图，图4是本实施例的光发射模块和光探测模块的局部爆炸图。在图4中省略了第一镜头座和第二镜头座，以便展示第一镜头组和第二镜头组。

如图3和图4所示，光发射模块11包括承载有多个光发射线阵单元的第一线路板111、第一镜头组112和第一镜头座113；光探测模块12包括承载有多个光探测线阵单元的第二线路板121、第二镜头组122和第二镜头座123；其中，第一镜头座113的底部与第一线路板111通过销钉固定连接，第一镜头座113形成有沿第一线路板111的法线方向延伸的第一容纳腔，第一镜头组112设置于第一容纳腔；第二镜头座123的底部与第二线路板121通过销钉固定连接，第二镜头座123形成有沿第二线路板121的法线方向延伸的第二容纳腔，第二镜头组122设置于第二容纳腔；以及第一镜头座113和第二镜头座123沿转镜13的转动平面并列设置。

在图3和图4所示的光探测装置中，转镜13设置于光发射模块11和光探测模块12的同侧；第一镜头组112和第二镜头组122均分别包括用于激光束准直或者汇聚的若干透镜，即图中的透镜101a，102a和103a，以及101b，102b和103b。此外，为了改变激光束的方向，第一镜头组112和第二镜头组122还分别包括用于反射激光束的反射镜104a和104b。

第一镜头组112的反射镜104a用于将光发射模块产生的探测激光反射至转镜13；第二镜头组122的反射镜104b用于将转镜13反射回来的激光回波反射至光探测模块12。第一镜头座113相对于第二镜头座123靠前设置，以使第一镜头座113的底部靠前于第二镜头座123的底部，以及第一镜头座113的探测激光不受第二镜头座123的阻挡。在光探测装置中，光发射模块11和光探测模块12的光轴间距通常较小，约为20mm。若两个模块并排对齐设置，则第一线路板111和第二线路板121所能够使用的空间面积很小，难以实现复杂的处理功能。在上述结构中，第一镜头座113和第二镜头座123并非并排对齐，而是并排前后设置，一方面，第一镜头座113靠前设置一定的距离，给光探测模块12的第二线路板121空出了足够的空间；另一方面，也为光发射模块11的第一线路板111预留了足够的空间。

另外，通过上述的包含反射镜的镜头组，使得由光发射模块11和光探测模块12组成的机芯的延伸方向垂直于光探测装置的窗口，相较于图2所示的结构，减小了激光雷达器在水平方向上的尺寸。

并且，为了降低成本，在本实施例中将第一镜头组112和第二镜头组122设置为完全相同的镜片和排列方式，从而使得一组镜头组能够被复用，减少结构件的种类。为此，第一镜头座113和第二镜头座123的尺寸也设置为相同的尺寸，即第一镜头座113和第二镜头座123的长度相同，且所形成的第一容纳腔和第二容纳腔的尺寸也基本上相同。

第一镜头座113的至少一部分结构，与第二镜头座123的至少一部分结构为一体成型结构，例如在图2中，第一镜头座113的侧板17与第二镜头座123的侧板为一体成型结构，这样加强了光发射模块11和光探测模块12的结构稳定性。

为了减少杂光信号的干扰，本实施例在第二镜头组122的反射镜104b与透镜103b之间还设置有滤光片105b。第一镜头座113还包括挡光支架114，挡光支架114设置于第一镜头座113的反射镜104a和第二镜头座123的反射镜104b之间，其遮蔽的高度基本与反射镜104a的底端齐平并完全遮挡反射镜104b，从而避免探测激光直接照射到反射镜104b上造成杂光对光探测模块12的干扰。

图5是本实施例的光探测模块的第二线路板的结构示意图，如图5所示，光探测模块12还包括遮光板124，遮光板124开设有与多个光探测线阵单元的位置和大小均一一对应的多条狭缝125，以允许反射激光束通过狭缝被光探测线阵单元接收到。遮光板124覆盖于多个光探测线阵单元，以使多个光探测线阵单元四周遮蔽，从而避免阳光对光探测线阵单元的干扰。此外，光发射模块11的光发射线阵单元通过精密打线、贴片能够精确地固定在设计位置。然而，光探测模块12使用SMT贴片方式时，在水平方向上难以确保精度，而收发水平方向对准对测距有较大的影响。采用上述的结构，在遮光板124上开设有与多个光探测线阵单元的位置和大小均一一对应的多条狭缝125，可以通过对狭缝的精密机加工方式，确保其相对位置与光发射线阵单元的相对位置完全一致，避免了光探测模块12在水平方向上精度低的缺陷。

光探测模块12还包括承载于第二线路板121的光信号处理单元126，以及散热片127a和127b；散热片127a和127b覆盖于光信号处理单元126表面，用于吸收光信号处理单元126的热量并实现散热。

本实施例图1示出的转镜13包括三个平面镜131、132和133，沿着电机径向均匀固定在镜座134上，绕电机轴135旋转。光发射模块11产生的发射激光束通过转镜13反射到目标物体上，目标物体本反射激光束再通过转镜13反射到光探测模块12中，通过转镜13的旋转扫掠，将单方向点云转变成空间点云。

为了实现多线叠加的效果，本实施例对转镜13结构进行了设计，使得每个平面镜与转动平面所形成的夹角各不相等。以转镜包括三个旋转的平面镜为例，如图6所示，三个平面镜与转动平面所形成的夹角在本实施例中分别为90°-α，90°和90°+α，其中α为锐角。采用上述的三面转镜进行扫描，仿真得到的点云如图7所示，三面平面镜产生的点云在扫描结果中穿插排布，使得点云的分辨率相较于一个平面镜或者三个相同夹角的平面镜而言，分辨率提升到三倍。

需要说明的是，本实施例的转镜13并不限于三面镜，还可以是双面镜或者四面镜。对双面镜或者四面镜进行夹角的差异化设计，可以将激光雷达器的分辨率分别提升到两倍或者四倍。以转镜包括四个旋转的平面镜为例，则四个平面镜与转动平面所形成的夹角可以分别为90°-2β，90°-β，90°+β和90°+2β，其中β为锐角。

还需要说明的是，转镜13的多个平面镜的角度可以以非等差数列的方式设计，例如，对于三面转镜而言，其平面镜与转动平面所形成的夹角可以为接近90°的任意三个不同的角度。

此外，高线数的光发射模块11和光探测模块12面临制造成本高的问题，目前相关技术中通常的光发射模块和光探测模块的线数在8~32左右的制造成本相对可接受，而线数再进一步增多，其制造难度愈发增大，制造成本也大幅增加。激光雷达器的线数与其分辨率关系密切，目前主流的激光雷达器的线数通常需要达到64以上，因此导致高线数的激光雷达器的生产成本高。为此，在本实施例中，采用低线数（小于32）的线阵单元，通过交错排列的方式，来实现高线数（大于64）的线阵单元的功能。由于低线数的线阵单元成本远远低于高线数的线阵单元的成本，得以实现了激光雷达器成本的降低。

其中，光发射模块11包括多个具有M个光发射器的光发射线阵单元，光探测模块包括多个具有N个光探测器的光探测线阵单元，且光发射线阵单元和光探测线阵单元的数量相等、以相同的排列方式分别交错排列；其中，M和N均为大于1的正整数，且N不小于M。其中，光发射线阵单元和光探测线阵单元分别交错排列，还提升了器件之间的隔离度，可以避免器件之间的相互串扰。

图8是本实施例的光发射线阵单元和光探测线阵单元交错排列的示意图，为了便于对照，将光发射线阵单元（左图）和光探测线阵单元（右图）展示在同一个图中，其中，左边三个光发射线阵单元均为1×24的线阵单元，即每个线阵单元都是具有24个光发射单元的一维阵列。右边三个光探测线阵单元均为1×26的线阵单元，即每个线阵单元都是具有26个光探测单元的一维阵列。

多个光发射线阵单元在第一平面上的投影依次首尾相接且任一光发射器互不重叠；多个光发射线阵单元在第二平面上的投影中任一光发射器互不重叠。即从图8中看，无论是横向还是纵向投影，均没有相互重叠的光发射器，从而避免器件之间的串扰。其中，在图8中示出的光发射器中，较宽的部分为光发射器本体，较窄的部分为光发射器的接线柱；为了能够尽量将光发射器在横向上紧凑堆叠同时考虑到器件之间串扰的影响，图8中光发射线阵单元的芯片尺寸为4mm×8mm，第一个单元中光发射器与第二个单元中光发射器的横向距离为4mm，第一个单元的芯片和第二个单元的芯片之间的横向距离为0.5mm，第一个单元中光发射器与第三个单元中光发射器的横向距离为1.6mm。由于光发射器在芯片上的排列受到引脚的影响并非完全居中排列的，因此为了能够横向上更为紧凑的堆叠，第一个单元相对于第二个单元或第三个单元而言，芯片旋转了180°。横向上更为紧凑的堆叠，可以使出光角度偏差越小，对转镜12的尺寸需求更小，使得激光雷达器更容易小型化。

多个光探测线阵单元在第一平面上的投影依次首尾相接，任一光探测器互不重叠或者相邻的两个光探测线阵单元中有且仅有两个光探测器相互重叠（如图8所示）；多个光探测线阵单元在第二平面上的投影中任一光探测器互不重叠。即从图8中看，纵向投影没有相互重叠的光发射器，横向投影有且仅有两个光探测器相互重叠，即N=M+2。为了与光发射线阵单元保持完全相同的排布，第一个单元中光探测器与第二个单元中光探测器的横向距离也为4mm，第一个单元中光探测器与第三个单元中光探测器的横向距离也为1.6mm。本实施例中，相邻的两个光探测线阵单元中有且仅有两个光探测器相互重叠。

在上述的光探测线阵单元和光发射线阵单元中，每个光探测器或光发射器均均匀排布，且光探测器之间的距离与光发射器之间的距离完全相等。

其中，上述的第一平面和第二平面相互垂直，且均平行于光发射模块或光探测模块的延伸方向。例如，光发射模块或光探测模块平行于水平面且向正前方（即窗口开口的方向）延伸，第一平面为沿光探测装置的高度方向延伸且平行于光发射模块或光探测模块的延伸方向的平面，第二平面为水平面。

此外，光发射线阵单元和光探测线阵单元的数量并不限于图8所示的24和26，例如还可以是：M=8，N=8或10；M=12，N=12或14；M=16，N=16或18；M=20，N=20或22；或者M=24，N=24或26；或者M=28，N=28或30；或者M=32，N=32或34。

在相关技术中采用单个高线数的光发射线阵单元和光探测线阵单元进行光探测时，采用轮询的方案时为了避免光串扰，每次一个光发射器发光，一个光探测器探测，即逐一轮询。这样，在对具有72个光发射器的光发射线阵单元，需要轮询72次才能完成一次72线数的扫描，导致扫描时间较长，甚至可能出现扫描时间不够的情形。如果同时多个光发射器发光，又会造成较大的串扰干扰，增加了信号处理复杂度。在上述实施例中采用了多个低线数的光发射线阵单元和光探测线阵单元交错拼接，实现高线数的光发射线阵单元和光探测线阵单元后，通过对轮询机制的改进，可以进一步提升扫描效率，减少扫描时间。

在其中的一些实施例中，光发射模块还包括光发射控制器，光发射控制器用于控制每个光发射线阵单元按照统一的节拍轮询发光，其中，每个光发射线阵单元中的光发射器按照顺序编号，在一个节拍中，每个光发射线阵单元中具有相同序号一个或者多个光发射器同时发光；光探测模块还包括光探测控制器，光探测控制器用于控制与当前节拍发光的光发射器对应的探测通道在当前节拍开启，以及控制其他的探测通道在当前节拍关闭。

以三组1×24的光发射线阵单元为例，一种可行的轮询方式为：

第1拍，三个光发射线阵单元的第1个通道同时发光，三个光探测线阵单元的第1个通道同时开启探测，第其他收发通道均关闭；

第2拍，三个光发射线阵单元的第2个通道同时发光，三个光探测线阵单元的第2个通道同时开启探测，其他收发通道均关闭；

……；

第24拍，三个光发射线阵单元的第24个通道同时发光，三个光探测线阵单元的第24个通道同时开启探测，其他收发通道均关闭。

这样，同样是72线数的扫描，扫描时间缩短到24次，仅为原有扫描时间的1/3。

在实际系统中，每一拍发光通道的数量和位置可以调整，例如，每一拍三个通道同时发光，如第1拍，三个光发射线阵单元的第1、9、17个通道同时发光，三个光探测线阵单元的第1、9、17个通道同时开启探测，其他收发通道均关闭。这样可以进一步将扫描时间缩短到8次，为原有扫描时间的1/9。

在另一些实施例中，光探测控制器还用于控制与当前节拍发光的光发射器间隔若干通道的探测通道在当前节拍开启，以检测与当前节拍发光的光发射器对应的激光回波是否串扰到其他的探测通道。其中，在间隔若干通道的探测通道上检测到回波信号，则可以认为激光回波串扰到了其他的探测通道。光探测模块还用于在检测到当前节拍发光的光发射器产生的激光束串扰到其他的探测通道的情况下，进行串扰信号的滤除处理。

仍然以三组1×24的光发射线阵单元为例，一种可行的轮询方式为：

第1拍，三个光发射线阵单元的第1通道同时发光，三个光探测线阵单元中第1通道，以及间隔3个通道的第5通道同时开启探测，其他收发通道均关闭；

第2拍，三个光发射线阵单元的第2通道同时发光，三个光探测线阵单元中第2通道，以及间隔3个通道的第6通道同时开启探测，其他收发通道均关闭；

……。

上述间隔3个通道的第5通道，用于校验第1通道发送的光是否串扰到了其他通道，若在第5通道接收到了光信号，则说明第1通道的回波串扰到了其他通道，此时可以调用算法针对串扰信号进行滤除。通过上述的轮询和校验功能，解决了高反串扰的问题，提高系统的鲁棒性。

同样地，在实际系统中，每一拍发光通道的数量和位置可以调整。

本实施例还提供了一种激光雷达器，包括上述的光探测装置。

本实施例还提供了一种光探测方法，应用于图1所示的光探测装置或包括图1所示的光探测装置的激光雷达器。图9是本实施例的光探测方法的流程图，如图9所示，该流程包括如下步骤：

步骤S901，控制每个光发射线阵单元按照统一的节拍轮询发光，其中，每个光发射线阵单元中的光发射器按照顺序编号，在一个节拍中，每个光发射线阵单元中具有相同序号一个或者多个光发射器同时发光。

步骤S902，控制与当前节拍发光的光发射器对应的探测通道在当前节拍开启，以及控制其他的探测通道在当前节拍关闭。

图10是本实施例的光探测方法的优选流程图，如图10所示，该流程包括如下步骤：

步骤S1001，控制每个光发射线阵单元按照统一的节拍轮询发光，其中，每个光发射线阵单元中的光发射器按照顺序编号，在一个节拍中，每个光发射线阵单元中具有相同序号一个或者多个光发射器同时发光。

步骤S1002，控制与当前节拍发光的光发射器对应的探测通道，以及与当前节拍发光的光发射器间隔若干通道的探测通道在当前节拍开启，控制其他的探测通道在当前节拍关闭，以检测与当前节拍发光的光发射器对应的激光回波是否串扰到其他的探测通道。

步骤S1003，在检测到当前节拍发光的光发射器产生的激光束串扰到其他的探测通道的情况下，进行串扰信号的滤除处理。

通过上述的步骤，对每个光发射线阵单元都按照统一的节拍轮询发光，在同一时间多个光发射器同时发光且相互之间不受干扰，相较于相关技术中每次只有一个光发射器发光的轮询方式而言，提高了探测效率。通过在间隔若干通道的探测通道上对光串扰的校验，并在存在串扰信号时进行滤除处理，提高了系统的鲁棒性。

综上所述，采用上述实施例提供的光探测装置、光探测方法以及激光雷达器，具有以下有益效果：

1、通过将光发射模块和光探测模块的镜头组的结构复用，降低了光学系统成本。

2、采用多个低线数的收发线阵单元组合实现高线数点云效果，降低了成本；同时还能够提高探测通道之间的隔离度降低通道之间相互的串扰。

3、将光发射模块和光探测模块并列设置并部分结构一体化，实现集成的机芯设计，以及将转镜设置在一侧的方式，提升了集成度，减少了尺寸，降低了激光雷达器整机的高度、宽度等维度的尺寸。

4、采用夹角不相等的多面转镜，实现了多面体斜棱柱扫描系统，通过多面拼接的方式实现了更高线数点云。

需要说明的是，本发明实施例使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。本发明实施例中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明实施例所提供的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的保护范围在此方面不受限制。

“实施例”一词在本说明书中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见。尤其，对于装置、设备、系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1. 一种光探测装置，包括：光发射模块、光探测模块和转镜；所述光发射模块用于产生探测激光；所述转镜包括一个或多个旋转的平面镜，用于改变所述探测激光的方向；所述光探测模块用于接收从目标物体反射回来的激光回波；其特征在于，

所述光发射模块与所述光探测模块沿所述转镜的转动平面并列设置；以及

所述光发射模块包括多个具有M个光发射器的光发射线阵单元，所述光探测模块包括多个具有N个光探测器的光探测线阵单元，且所述光发射线阵单元和所述光探测线阵单元的数量相等、以相同的排列方式分别交错排列；其中，M和N均为大于1的正整数，且N不小于M。

2.根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，

所述多个光发射线阵单元在第一平面上的投影依次首尾相接且任一所述光发射器互不重叠；所述多个光发射线阵单元在第二平面上的投影中任一所述光发射器互不重叠；

所述多个光探测线阵单元在第一平面上的投影依次首尾相接，任一所述光探测器互不重叠或者相邻的两个光探测线阵单元中有且仅有两个所述光探测器相互重叠；所述多个光探测线阵单元在第二平面上的投影中任一所述光探测器互不重叠；

其中，所述第一平面和所述第二平面相互垂直，且均平行于所述光发射模块或所述光探测模块的延伸方向。

3.根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，N=M+2。

4.根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，M=8，N=8或10；M=12，N=12或14；M=16，N=16或18；M=20，N=20或22；或者M=24，N=24或26；或者M=28，N=28或30；或者M=32，N=32或34。

5. 根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，所述光发射模块包括承载有多个光发射线阵单元的第一线路板、第一镜头组和第一镜头座；所述光探测模块包括承载有多个光探测线阵单元的第二线路板、第二镜头组和第二镜头座；其中，

所述第一镜头座的底部与所述第一线路板连接，所述第一镜头座形成有沿所述第一线路板的法线方向延伸的第一容纳腔，所述第一镜头组设置于所述第一容纳腔；所述第二镜头座的底部与所述第二线路板连接，所述第二镜头座形成有沿所述第二线路板的法线方向延伸的第二容纳腔，所述第二镜头组设置于所述第二容纳腔；以及

所述第一镜头座和所述第二镜头座沿所述转镜的转动平面并列设置。

6.根据权利要求5所述的光探测装置，其特征在于，所述转镜设置于所述光发射模块和所述光探测模块的同侧；所述第一镜头组和所述第二镜头组均分别包括用于激光束准直或者汇聚的若干透镜，以及用于反射激光束的反射镜；

所述第一镜头组的反射镜用于将所述光发射模块产生的探测激光反射至所述转镜；所述第二镜头组的反射镜用于将所述转镜反射回来的激光回波反射至所述光探测模块；

所述第一镜头座相对于所述第二镜头座靠前设置，以使所述第一镜头座的底部靠前于所述第二镜头座的底部，以及由所述第一镜头组出射的探测激光不受所述第二镜头座的阻挡。

7.根据权利要求6所述的光探测装置，其特征在于，所述第一镜头座还包括挡光支架，所述挡光支架设置于所述第一镜头座的反射镜和所述第二镜头座的反射镜之间。

8.根据权利要求5所述的光探测装置，其特征在于，所述第一镜头座和所述第二镜头座的尺寸相同。

9.根据权利要求5所述的光探测装置，其特征在于，所述第一镜头座的至少一部分结构，与所述第二镜头座的至少一部分结构为一体成型结构。

10.根据权利要求5所述的光探测装置，其特征在于，所述第一镜头组和所述第二镜头组的镜片及其排列方式均相同。

11.根据权利要求5所述的光探测装置，其特征在于，所述光探测装置还包括滤光片，设置于所述第二镜头组的反射镜与透镜之间。

12.根据权利要求5所述的光探测装置，其特征在于，所述光探测模块还包括遮光板，所述遮光板开设有与所述多个光探测线阵单元的位置和大小均一一对应的多条狭缝，所述遮光板覆盖于所述多个光探测线阵单元，以使所述多个光探测线阵单元四周遮蔽。

13.根据权利要求5所述的光探测装置，其特征在于，所述光探测模块还包括承载于所述第二线路板的光信号处理单元，以及散热片；所述散热片覆盖于所述光信号处理单元表面。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的光探测装置，其特征在于，所述转镜包括多个旋转的平面镜，其中，每个平面镜与转动平面所形成的夹角各不相等。

15. 根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，

所述转镜包括三个旋转的平面镜，其中，三个平面镜与转动平面所形成的夹角分别为90°-α，90°和90°+α；或者

所述转镜包括四个旋转的平面镜，其中，四个平面镜与转动平面所形成的夹角分别为90°-2β，90°-β，90°+β和90°+2β。

16.根据权利要求1至13中任一项所述的光探测装置，其特征在于，所述光发射模块还包括光发射控制器，所述光发射控制器用于控制每个光发射线阵单元按照统一的节拍轮询发光，其中，每个光发射线阵单元中的光发射器按照顺序编号，在一个节拍中，每个光发射线阵单元中具有相同序号一个或者多个光发射器同时发光；所述光探测模块还包括光探测控制器，所述光探测控制器用于控制与当前节拍发光的光发射器对应的探测通道在当前节拍开启，以及控制其他的探测通道在当前节拍关闭。

17.根据权利要求16所述的光探测装置，其特征在于，所述光探测控制器还用于控制与当前节拍发光的光发射器间隔若干通道的探测通道在当前节拍开启，以检测与当前节拍发光的光发射器对应的激光回波是否串扰到其他的探测通道；

所述光探测模块还用于在检测到当前节拍发光的光发射器产生的激光束串扰到其他的探测通道的情况下，进行串扰信号的滤除处理。

18.一种光探测方法，应用于权利要求1至17中任一项所述的光探测装置，其特征在于包括：

控制每个光发射线阵单元按照统一的节拍轮询发光，其中，每个光发射线阵单元中的光发射器按照顺序编号，在一个节拍中，每个光发射线阵单元中具有相同序号一个或者多个光发射器同时发光；

控制与当前节拍发光的光发射器对应的探测通道在当前节拍开启，以及控制其他的探测通道在当前节拍关闭。

19.根据权利要求18所述的光探测方法，其特征在于，所述方法还包括：

控制与当前节拍发光的光发射器间隔若干通道的探测通道在当前节拍开启，以检测与当前节拍发光的光发射器对应的激光回波是否串扰到其他的探测通道；

在检测到当前节拍发光的光发射器产生的激光束串扰到其他的探测通道的情况下，进行串扰信号的滤除处理。

20.一种激光雷达器，其特征在于包括如权利要求1至17中任一项所述的光探测装置。