CN117492022B - 一种激光雷达装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光雷达装置，包括分别与主控模块连接的光源驱动模块、探测器驱动模块、数据处理模块和扫描模块，光源驱动模块连接光源控制光源向被测物体输出脉冲激光，探测器驱动模块连接探测器控制探测器接收来自被测物体返回的回波信号；数据处理模块，用于对探测器接收的回波信号进行数据处理并将处理结果输出至主控模块；扫描模块，用于对输出的脉冲激光和探测器接收视场进行扫描，并将扫描结果输出至主控模块；光源为单孔多结VCSEL激光器。本发明平衡了VCSEL激光器的出射激光功率及发散角，同时满足测距要求，实现了针对不同反射率和不同距离处的目标都可得到适当能量水平的回波信号，有效提升了测程，压缩了测距盲区和消隐距离。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体涉及一种激光雷达装置。
背景技术
扫描激光雷达能够提供实时并且精确的场景距离信息，具有对环境感知的先天优势，以测距范围大和精度高等优点，被广泛应用于无人驾驶、安防监测以及测绘勘探等领域。
应用在工业及商业领域的dTOF激光雷达，出于多方面的考量，通常选用具有高集成度且易操控的半导体器件作为激光收发的核心。
可用作光源的半导体器件为半导体激光器(LD)，半导体激光器使用半导体材料作为工作物质，采用半导体工艺实现激光输出。半导体激光器根据谐振腔制造工艺的不同，分为边发射激光器（Edge Emitting Laser，EEL）和垂直腔面发射激光器（Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL）。EEL激光器的激光发射方向平行于晶圆表面，在芯片的两侧镀光学膜形成谐振腔，激光平行于衬底表面发出。VCSEL激光器的激光发射方向垂直于晶圆表面，在芯片的上下两面镀光学膜形成谐振腔，激光垂直于衬底表面发出。
可用作接收探测的器件主要包括光电二极管PD（PIN Diode）、雪崩式光电二极管APD（Avalanche Photo Diode）、单光子雪崩二极管SPAD（Single Photon AvalancheDiode）和硅光电倍增管SiPM（Silicon Photo-Multiplier）。与普通二极管反向截止特性不同，光电二极管在反向电压作用下工作，无光照时存在微弱暗电流，有光照时迅速增大为光电流，将光信号转化为电信号。PD、APD、SPAD均是基于PN结的光电二极管，工作在不同的电压区间。APD工作在线性模式（Linear Mode），偏置电压较高，接近但低于反向击穿电压。通过施加反向电压产生内部增益，当光子进入后，二极管将产生较大电流，因此可以测量低水平的光信号，同时具备较好的线性。相较于PIN，APD具有更高信噪比、快速相应、低暗电流和高灵敏度的特点。SPAD工作在盖革模式（Geiger Mode），偏置电压高于击穿电压。即使仅一个光子进入后，二极管持续处于反向击穿状态，产生特定于元件的饱和输出电流，表现出无穷大的增益，因此具备单光子探测能力。
SiPM是由多个工作在盖革模式下的SPAD传感器阵列组成的新型光电探测器件。其作为一个像素的基本单元是盖革模式下的SPAD与淬灭电阻的组合，通过排列和连接进而形成大量的二维阵列。与只能检测单个光子的SPAD不同，SiPM通过基本单元阵列克服单光子限制，具有在高动态范围内的多光子检测能力。
在综合考虑激光频域特征（波长）、时域特征（功率、波形、重复频率）、空域特征（发射/接收视场、能量分布）、电学特征（驱动、封装）、环境特征（温度、振动冲击、EMC、噪声）的基础上，同时兼顾性能及成本需求等因素的前提下，以下两种光源与探测器的组合方案得到广泛采用：
1、EEL+APD
EEL激光器具有高发光功率密度和高脉冲峰值功率（百瓦量级），芯片输出功率及电光效率较高，结合APD的高灵敏度 (具有内部增益102～104)，可实现中远距离的目标探测（10%反射率目标对应约30m~50m的测程）。
缺点：①EEL出射光斑为非对称的椭圆或长条状，发光面尺寸和发散角在子午面和弧矢面两个维度都存在较大的差异，准直和整形难度高，且无法实现标准圆形光斑输出，准直后激光光束截面内能量分布不均，光晕较大。 ②APD的增益是其偏压V和温度T的函数，温度的变化严重影响其增益的稳定性，需稳定的外部温度环境及良好的补偿控制机制确保其工作稳定。
2、VCSEL+SPAD
VCSEL激光器具有低阈值电流、稳定单波长工作、可调频调制、波长漂移小等优点，生长结构更易于集成为芯片级二维阵列，制造成本低，适合大规模生产，结合SPAD灵敏度高、噪声低、时间分辨率高、易于片上集成等优势，可实现远距离目标探测（10%反射率目标对应200m～250m的测程）。
缺点：①VCSEL采用多发光点阵列实现高能量输出，发光面尺寸由单发光点的出射尺寸与阵列数量及间距共同决定，整体出射激光发散角与单发光点的发散角一致。多发光点的VCSEL光源准直输出光斑为单发光点准直光斑的阵列，光斑整体能量分布不均，相较于EEL准直光束的扫描效果，VCSEL光源准直光束的扫描效果更差。②SPAD进行光电转换，输出信号为触发概率信号，需多个测量周期产生的输出信号叠加统计方能实现目标距离信息的有效提取，确保距离解算的精准，雷达整体测量的实时性差。
鉴于SiPM和多结VCSEL制作工艺趋于成熟， VCSEL+SiPM方案得到了dTOF雷达研发及制造机构越来越多的关注。
VCSEL+SiPM方案虽可实现测程更远（基于VCSEL阵列的高功率水平及SiPM的高灵敏度）和测距的实时性高（SiPM的多SPAD基元同时探测统计），但仍存在角度分辨率低、对电噪声和光噪声抑制受限等缺点。
VCSEL的多发光孔在提升整体输出能量的同时牺牲了能量均匀性，造成测距激光光斑能量分布不均，由此导致扫描角度分辨率低。
SiPM探测器对于强回波信号，会有很高概率产生微秒以上的拖尾，影响下一次脉冲的接收。拖尾的形成原因为后脉冲和延时串扰脉冲，是器件本身产生的多个信号的叠加，由器件的基础结构决定，虽器件厂家已针对此做出改进及提升，但拖尾现象并未彻底消除，SiPM探测器实际工作中此现象不能忽略。
SiPM探测器对于弱回波信号，尤其是针对远程低反射率被测目标，基于探测器的超高灵敏度，回波信号极易湮没在背景光噪声中无法识别，信噪比低，制约了雷达系统的测程提升。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种激光雷达装置，平衡了VCSEL激光器的出射激光功率及发散角，同时满足测距要求，实现了针对不同反射率和不同距离处的目标都可得到适当能量水平的回波信号，有效提升了测程，压缩了测距盲区和消隐距离。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种激光雷达装置，包括分别与主控模块连接的光源驱动模块、探测器驱动模块、数据处理模块和扫描模块，光源驱动模块连接光源控制光源向被测物体输出脉冲激光，探测器驱动模块连接探测器控制探测器接收来自被测物体返回的回波信号；数据处理模块，用于对探测器接收的回波信号进行数据处理并将处理结果输出至主控模块；扫描模块，用于对输出的脉冲激光和探测器接收视场进行扫描，并将扫描结果输出至主控模块；光源为单孔多结VCSEL激光器,探测器为以硅、或非硅基（如铟镓砷）材料为基底材料的阵列SPAD探测器；其中，
主控模块通过光源驱动模块驱动光源实现脉冲激光输出，输出激光脉冲以n个脉冲为一簇，n个脉冲之间设置预设的第一时间间隔，脉冲簇之间设置预设的第二时间间隔；
探测器接收到回波信号，根据回波信号的能量水平与设定阈值范围做比较判断，作为一次测距周期的结束；若回波信号的能量水平落在设定阈值范围内，则主控模块将反馈信息输出至光源驱动模块，控制光源继续发射同等能量水平的激光脉冲，进入下一测距周期；若回波信号能量水平高于设定阈值范围上限，则主控模块控制光源发射相比于本次激光脉冲更低能量水平的激光脉冲；若回波信号能量水平低于设定阈值范围下限，则主控模块控制光源发射相比于本次激光脉冲更高能量水平的激光脉冲；
对于一簇激光脉冲中，通过簇内脉冲能量的反馈控制，以回波信号的能量水平落在设定阈值范围内的回波信号解算距离信息，并将多个有效的距离信息做均值或中值处理，得到簇脉冲对应距离值；
对于脉冲簇之间的临近簇脉冲，通过主控模块控制下一簇发射的首脉冲等于上一簇发射的末脉冲能量水平。
主控模块包括相互电连接的第一主控模块和第二主控模块，其中，第一主控模块设置在激光雷达的雷达转子中，雷达转子内还设有光源驱动模块、光源、探测器模块、探测器和数据处理模块；第二主控模块设置在激光雷达的雷达定子中，雷达定子内还设有扫描模块，扫描模块和雷达转子电连接。
还包括与光源连接的准直模块，用于对光源输出的脉冲激光进行准直操作。
还包括与探测器连接的汇聚模块，用于对被测物体返回的回波信号进行汇聚操作。
多结VCSEL激光器的内部谐振腔由多PN结组成。
选用单发光孔多结的VCSEL激光器作为光源。
多结VCSEL激光器的开关光频率可调节范围大于或等于500kHz。
探测器为以硅材料为基底材料的阵列SPAD探测器SiPM或以非硅基材料（如铟镓砷）为基底材料的阵列SPAD探测器。
汇聚模块具体为接收透镜，通过探测器与接收透镜配合使用以实现回波信号的滤波、接收与光电转换。
汇聚模块的核心为接收透镜或接收透镜组，还可增加窄带滤光片和孔径光阑为可选器件，窄带滤光片的加入可有效抑制发射激光光谱波段以外的杂光进入探测器，光阑的加入是为了限制大视场角的回波光进入探测器。光阑、滤光片、接收透镜/透镜组三者可有多种连接关系供选择，a.接收透镜/透镜组、光阑和滤光片的顺次连接，b.接收透镜/透镜组、滤光片和光阑的顺次连接，c. 光阑、滤光片和接收透镜/透镜组的顺次连接，d.光阑、接收透镜/透镜组和滤光片的顺次连接，e.滤光片、光阑和接收透镜/透镜组的顺次连接，f.滤光片、接收透镜/透镜组和光阑的顺次连接都是可行方案，甚至可将g.光阑和滤光片，h.光阑和接收透镜/透镜组或i.滤光片和接收透镜/透镜组组合为一体件，具体效果和实现成本都会有不同。
准直操作后的脉冲激光的输出光斑为圆形，通过内置透镜或透镜组的配合使用，其准直后的脉冲激光能量水平均匀可控，使得扫描结果的拖尾点减少。
对探测器接收到的回波信号能量水平的评价实现方法为：
①基于探测器快速端口输出脉冲电压信号，在数据处理模块中设置放大器、比较器和计时芯片并配合使用，通过测量脉冲前后沿阈值时刻的时间差表征能量水平；
②基于ADC获取探测器快速端口输出脉冲电压信号放大后的波形，通过波形表征能量水平；
③基于探测器慢速端口输出的光子计数值表征能量水平。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.通过发射激光脉冲的反馈控制调节，可实现针对不同反射率和不同距离处的目标都可得到适当能量水平的回波信号，有效提升了测程（有效解决远距离低反射率目标回波信号弱测不到问题），压缩了测距盲区和消隐距离（有效解决近端高反射率目标回波信号强测不准问题）。
2.本发明中的回波信号能量水平和信噪比落在可控范围内，更有利于距离信息的提取，且基于可控范围内信号更易于实现高精度标校（有效抑制漂移误差），最终解算出的距离值精度水平更高。
3.本发明中单一位置簇激光脉冲测距方式，可实现单目标多次测距，多次测距值的均衡有助于消除噪声等因素造成的距离值抖动，降低测距标准差。
4.本发明中对光源VCSEL激光器和探测器SiPM特性的有机结合，充分利用了VCSEL和SiPM的时域、空域、频域、电学等方面的特性，有效规避了VCSEL和SiPM器件自身的缺陷，实现了VCSEL和SiPM在激光雷达系统中性能的有效发挥。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中雷达转子与雷达定子的连接结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的技术方案为：
实施例1：
如图1所示，一种激光雷达装置，包括分别与主控模块连接的光源驱动模块、探测器驱动模块、数据处理模块和扫描模块，光源驱动模块连接光源控制光源向被测物体输出脉冲激光，探测器驱动模块连接探测器控制探测器接收来自被测物体返回的回波信号；数据处理模块，用于对探测器接收的回波信号进行数据处理并将处理结果输出至主控模块；扫描模块，用于对输出的脉冲激光和探测器接收视场进行扫描，并将扫描结果输出至主控模块；光源为单孔多结VCSEL激光器,探测器为以硅、或非硅基（如铟镓砷）材料为基底材料的阵列SPAD探测器；其中，
主控模块通过光源驱动模块驱动光源实现脉冲激光输出，输出激光脉冲以n个脉冲为一簇，n个脉冲之间设置预设的第一时间间隔，脉冲簇之间设置预设的第二时间间隔；
探测器接收到回波信号，根据回波信号的能量水平与设定阈值范围做比较判断，作为一次测距周期的结束；若回波信号的能量水平落在设定阈值范围内，则主控模块将反馈信息输出至光源驱动模块，控制光源继续发射同等能量水平的激光脉冲，进入下一测距周期；若回波信号能量水平高于设定阈值范围上限，则主控模块控制光源发射相比于本次激光脉冲更低能量水平的激光脉冲；若回波信号能量水平低于设定阈值范围下限，则主控模块控制光源发射相比于本次激光脉冲更高能量水平的激光脉冲；
对于一簇激光脉冲中，通过簇内脉冲能量的反馈控制，以回波信号的能量水平落在设定阈值范围内的回波信号解算距离信息，并将多个有效的距离信息做均值或中值处理，得到簇脉冲对应距离值；
对于脉冲簇之间的临近簇脉冲，通过主控模块控制下一簇发射的首脉冲等于上一簇发射的末脉冲能量水平。
实施例2：
如图2所示，主控模块包括相互电连接的第一主控模块和第二主控模块，其中，第一主控模块设置在激光雷达的雷达转子中，雷达转子内还设有光源驱动模块、光源、探测器模块、探测器和数据处理模块；第二主控模块设置在激光雷达的雷达定子中，雷达定子内还设有扫描模块，扫描模块和雷达转子电连接。
还包括与光源连接的准直模块，用于对光源输出的脉冲激光进行准直操作。
还包括与探测器连接的汇聚模块，用于对被测物体返回的回波信号进行汇聚操作。
多结VCSEL激光器的内部谐振腔由多PN结组成。
选用单发光孔多结的VCSEL激光器作为光源。
多结VCSEL激光器的开关光频率可调节范围大于或等于500kHz。
探测器为以硅材料为基底材料的阵列SPAD探测器SiPM或以非硅基材料（如铟镓砷）为基底材料的阵列SPAD探测器。
汇聚模块具体为接收透镜，通过探测器与接收透镜配合使用以实现回波信号的滤波、接收与光电转换。
汇聚模块的核心为接收透镜或接收透镜组，还可增加窄带滤光片和孔径光阑为可选器件，窄带滤光片的加入可有效抑制发射激光光谱波段以外的杂光进入探测器，光阑的加入是为了限制大视场角的回波光进入探测器。光阑、滤光片、接收透镜/透镜组三者可有多种连接关系供选择，a.接收透镜/透镜组、光阑和滤光片的顺次连接，b.接收透镜/透镜组、滤光片和光阑的顺次连接，c. 光阑、滤光片和接收透镜/透镜组的顺次连接，d.光阑、接收透镜/透镜组和滤光片的顺次连接，e.滤光片、光阑和接收透镜/透镜组的顺次连接，f.滤光片、接收透镜/透镜组和光阑的顺次连接都是可行方案，甚至可将g.光阑和滤光片，h.光阑和接收透镜/透镜组或i.滤光片和接收透镜/透镜组组合为一体件，具体效果和实现成本都会有不同。
准直操作后的脉冲激光的输出光斑为圆形，通过内置透镜或透镜组的配合使用，其准直后的脉冲激光能量水平均匀可控，使得扫描结果的拖尾点减少。
对探测器接收到的回波信号能量水平的评价实现方法为：
①基于探测器快速端口输出脉冲电压信号，在数据处理模块中设置放大器、比较器和计时芯片并配合使用，通过测量脉冲前后沿阈值时刻的时间差表征能量水平；
②基于ADC获取探测器快速端口输出脉冲电压信号放大后的波形，通过波形表征能量水平；
③基于探测器慢速端口输出的光子计数值表征能量水平。
本实施例提供了一种基于垂直腔面发射激光器和硅光电倍增管的激光雷达装置和激光雷达系统。
本发明实施例所述激光雷达装置包括：光源、光源驱动模块、准直模块、汇聚模块、探测器、探测器驱动模块、扫描模块、数据处理模块、主控模块。其中，光源采用单发光孔多结VCSEL，探测器采用SiPM或非硅基材料（如铟镓砷）为基底材料的阵列SPAD探测器。
本发明解决上述技术问题的技术方案的实现步骤如下：
1、主控模块通过光源驱动模块驱动VCSEL光源实现脉冲激光输出，输出激光脉冲以n个脉冲为一簇，n个脉冲具有固定的时间间隔Ta，脉冲簇之间有固定的时间间隔Tb。
2、探测器接收到回波信号，根据回波信号的能量水平与设定阈值范围做比较判断，作为一次测距周期的结束，若回波信号的能量水平落在设定阈值范围内，则主控模块将反馈信息传至光源驱动模块，控制VCSEL光源继续发射同等能量水平的激光脉冲，进入下一测距周期；若回波信号能量水平高于设定阈值范围上限，则主控模块控制VCSEL光源发射相比于本次激光脉冲更低能量水平的激光脉冲；若回波信号能量水平低于设定阈值范围下限，则主控模块控制VCSEL光源发射相比于本次激光脉冲更高能量水平的激光脉冲。
3、对应于一簇激光脉冲，通过簇内脉冲能量的反馈控制，以回波信号的能量水平落在设定阈值范围内的回波信号解算距离信息，并将多个有效距离信息做均值或中值处理，得到簇脉冲对应距离值。
4、对于临近簇脉冲，通过主控模块控制下一簇发射的首脉冲与上一簇发射的末脉冲能量水平相同。
扩展说明：在本实施例中，
1、激光光源选用的是单孔多结VCSEL，单孔VCSEL只有一个发光孔，通过限定发光孔尺寸在适当范围，可平衡VCSEL的出射激光功率及发散角同时满足测距要求。
2、多结VCSEL对应其内部谐振腔由多PN结组成，其发光效率高，仅需超低的正向脉冲电流即可达到与单节VCSEL相同的光功率，在不增加芯片面积的情况下,多结级联VCSEL的光输出功率相对于同孔径单结VCSEL的输出功率呈倍数提升,不仅可以获得较高的功率密度,而且能够大大地提高VCSEL器件的功率转换效率。
3、VCSEL的阈值电流低（亚毫安），可实现高速调制，对dToF激光雷达来说，VCSEL的开关光频率可达到500kHz甚至更高，这为本发明的光源功率输出脉冲激光能量反馈调制提供了良好的先决条件，高开关频率也为一簇激光脉冲内脉冲数量的选取提供了足够的冗余，最终可通过多脉冲测距结果平均的方式实现测距精度和扫描角度分辨率的均衡。
4、单发光孔VCSEL出射的激光模式优（易实现单纵模输出），输出光斑为圆形，通过内置透镜/透镜组的简单设计，其准直后激光光束能量相对均匀可控，可实现良好的扫描效果（拖尾点少）
5、因SiPM仅指代以硅材料为基底材料阵列SPAD，其应用波长范围受限（300nm-1000nm），本发明中所用探测器不仅限于SiPM（硅光电倍增管），其他如铟镓砷材料的阵列SPAD也同样适用于本专利（配合1400nm以上波长的VCSEL光源使用）。
6、孔径光阑、窄带滤光片和接收透镜/透镜组共同构成汇聚模块，SiPM探测器配合汇聚模块实现回波激光的接收及光电转换。光阑孔径尺寸、接收透镜/透镜组焦距尺寸、SiPM探测器与光阑相对距离，窄带滤光片带宽等都需配合设计，才能令SiPM探测器的性能得到有效发挥。
7、探测器接收到的回波信号能量水平的评价实现方法可从如下具体方案中任选或组合：①基于SiPM模块快速端口输出脉冲电压信号+放大器+比较器+计时芯片（TDC），通过测量脉冲前后沿阈值时刻的时间差表征能量水平；②基于ADC获取SiPM模块快速端口输出脉冲电压信号放大后波形，通过波形表征能量水平；③基于SiPM模块的慢速端口输出光子计数值表征能量水平。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括分别与主控模块连接的光源驱动模块、探测器驱动模块、数据处理模块和扫描模块，光源驱动模块连接光源控制光源向被测物体输出脉冲激光，探测器驱动模块连接探测器控制探测器接收来自被测物体返回的回波信号；数据处理模块，用于对探测器接收的回波信号进行数据处理并将处理结果输出至主控模块；扫描模块，用于对输出的脉冲激光和探测器接收视场进行扫描，并将扫描结果输出至主控模块；光源为单孔多结VCSEL激光器,探测器为以硅或非硅基材料为基底材料的阵列SPAD探测器；其中，
主控模块通过光源驱动模块驱动光源实现脉冲激光输出，输出激光脉冲以n个脉冲为一簇，n个脉冲之间设置预设的第一时间间隔，脉冲簇之间设置预设的第二时间间隔；
探测器接收到回波信号，根据回波信号的能量水平与设定阈值范围做比较判断，作为一次测距周期的结束；若回波信号的能量水平落在设定阈值范围内，则主控模块将反馈信息输出至光源驱动模块，控制光源继续发射同等能量水平的激光脉冲，进入下一测距周期；若回波信号能量水平高于设定阈值范围上限，则主控模块控制光源发射相比于本次激光脉冲更低能量水平的激光脉冲；若回波信号能量水平低于设定阈值范围下限，则主控模块控制光源发射相比于本次激光脉冲更高能量水平的激光脉冲；
对于一簇激光脉冲中，通过簇内脉冲能量的反馈控制，以回波信号的能量水平落在设定阈值范围内的回波信号解算距离信息，并将多个有效的距离信息做均值或中值处理，得到簇脉冲对应距离值；
对于脉冲簇之间的临近簇脉冲，通过主控模块控制下一簇发射的首脉冲等于上一簇发射的末脉冲能量水平。
2.根据权利要求1所述的一种激光雷达装置，其特征在于，主控模块包括相互电连接的第一主控模块和第二主控模块，其中，第一主控模块设置在激光雷达的雷达转子中，雷达转子内还设有光源驱动模块、光源、探测器模块、探测器和数据处理模块；第二主控模块设置在激光雷达的雷达定子中，雷达定子内还设有扫描模块，扫描模块和雷达转子电连接。
3.根据权利要求1所述的一种激光雷达装置，其特征在于，还包括与光源连接的准直模块，用于对光源输出的脉冲激光进行准直操作。
4.根据权利要求3所述的一种激光雷达装置，其特征在于，还包括与探测器连接的汇聚模块，用于对被测物体返回的回波信号进行汇聚操作。
5.根据权利要求1所述的一种激光雷达装置，其特征在于，多结VCSEL激光器的内部谐振腔由多PN结组成。
6.根据权利要求1所述的一种激光雷达装置，其特征在于，多结VCSEL激光器的开关光频率可调节范围大于或等于500kHz。
7.根据权利要求1所述的一种激光雷达装置，其特征在于，探测器为以硅材料为基底材料的阵列SPAD探测器SiPM或以非硅基材料为基底材料的阵列SPAD探测器。
8.根据权利要求4所述的一种激光雷达装置，其特征在于，汇聚模块具体为接收透镜，通过探测器与接收透镜配合使用以实现回波信号的滤波、接收与光电转换。
9.根据权利要求8所述的一种激光雷达装置，其特征在于，准直操作后的脉冲激光的输出光斑为圆形，通过内置透镜或透镜组的配合使用，其准直后的脉冲激光能量水平均匀可控，使得扫描结果的拖尾点减少。
10.根据权利要求1所述的一种激光雷达装置，其特征在于，对探测器接收到的回波信号能量水平的评价实现方法为：
①基于探测器快速端口输出脉冲电压信号，在数据处理模块中设置放大器、比较器和计时芯片并配合使用，通过测量脉冲前后沿阈值时刻的时间差表征能量水平；
②基于ADC获取探测器快速端口输出脉冲电压信号放大后的波形，通过波形表征能量水平；
③基于探测器慢速端口输出的光子计数值表征能量水平。
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