CN117751306A - 一种激光雷达及终端设备 - Google Patents

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Abstract

一种激光雷达及终端设备，用于解决现有技术中激光雷达的动态范围较低的问题。应用于自动驾驶、智能驾驶、辅助驾驶或网联车等领域。激光雷达包括发射模组、接收光学模组及探测模组；发射模组用于发射信号光；接收光学模组用于接收经由探测区域中的目标反射的信号光得到的回波信号，将回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，将扩宽后的光斑投射至探测模组；探测模组用于对接收到的扩宽后的光斑进行光电转换，得到用于确定目标的关联信息的电信号。经接收光学模组的回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，扩宽方向上的光斑可覆盖探测模组较大面积的感光区域，故可提高激光雷达的动态范围，进而可提高激光雷达在强杂散光下的测距能力。

Description

一种激光雷达及终端设备 技术领域
本申请涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种激光雷达及终端设备。
背景技术
随着科学技术的发展，智能运输设备、智能家居设备、机器人、车辆等智能终端正在逐步进入人们的日常生活。激光雷达在智能终端上发挥着越来越重要的作用，安装在智能终端上的激光雷达，可感知周围的环境，收集数据，进行移动物体的辨识与追踪，以及静止场景如车道线、标示牌的识别，并可结合导航仪及地图数据等进行路径规划。其中，激光雷达发射信号光，并可接收经目标反射信号光后得到的回波信号，从而可根据回波信号确定目标的距离信息等。但是由于回波信号受发射功率、目标反射率、大气条件及目标与激光雷达的距离等的影响，只有较微弱的回波信号能够被激光雷达接收到。因此，激光雷达通常采用灵敏度较高的单光子探测器(即单光子探测器可以对单个光子进行探测和计数)，例如单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diode，SPAD)。
通常单光子探测器包括感光单元(cell)阵列，当射向感光单元的光子数量达到一定值时，感光单元会处于饱和状态。也就是说，对于已处于饱和状态的感光单元，即便有更多的光子打到该感光单元上，该感光单元输出的信号也不会再增大。基于此，会限制激光雷达的动态范围。
综上，如何有效提高激光雷达的动态范围，是当前亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请提供一种激光雷达及终端设备，用于尽可能的提高激光雷达的动态范围。
第一方面，本申请提供一种激光雷达，该激光雷达包括发射模组、接收光学模组及探测模组。其中，发射模组用于发射信号光。接收光学模组用于接收经由探测区域中的目标对信号光反射得到的回波信号，将回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，并将扩宽后的光斑投射至探测模组。探测模组用于对接收到的扩宽后的光斑进行光电转换，得到用于确定目标的关联信息的电信号。
其中，经接收光学模组传播后的回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，也可以理解为，经接收光学模组传播后的回波信号对应的光斑在水平方向是弥散或者在垂直方向是弥散的。换言之，经接收光学模组传播后的回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向的尺寸大于尺寸阈值，尺寸阈值可以是根据经接收光学模组传播后的回波信号聚焦时对应的光斑尺寸得到的。
基于该方案，来自探测区域的回波信号经接收光学模组后，对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，被扩宽的方向上的光斑可以覆盖探测模组较大面积的感光区域，因此，有助于降低探测模组的单位面积的感光区域上接收到的光子数，从而可提高探测模组的抗饱和能力，进而有助于提高激光雷达的动态范围。进一步，当该激光雷达应用于强背景杂散光的场景时，由于激光雷达的动态范围较高，强的背景杂散光也较难造成探测模组的饱和(即激光雷达接收杂散光的阈值提高)，从而有助于提高激光雷达抗背景杂散光的能力， 进而可提高激光雷达在强背景杂散光下的测距能力。
在一种可能的实现方式中，接收光学模组包括非等比例成像的光学组件。进一步，可选的，非等比例成像的光学组件用于将回波信号在水平方向对应的水平焦面和在垂直方向对应的垂直焦面分离。
若探测模组位于水平焦面，探测模组接收到的回波信号对应的光斑在水平方向上是扩宽的(即在水平方向上是弥散的)，在垂直方向上是聚焦的。若探测模组位于垂直焦面，探测模组接收到的回波信号对应的光斑在垂直方向是扩宽的(即垂直方向是弥散的)，在水平方向上是聚焦的。如此，通过非等比例成像的光学组件将回波信号的水平焦面和垂直焦面分离，从而可实现回波信号对应的光斑在水平方向或在垂直方向是扩宽的(即弥散的)。
示例性地，非等比例成像的光学组件例如光焦度元件，光焦度元件的水平方向的等效光焦度与垂直方向的等效光焦度不同。进一步，光焦度元件包括一维光焦度元件或二维光焦度元件。其中，一维光焦度元件包括一维柱面镜、一维光栅或一维光楔中的至少一项或多项的组合；二维光焦度元件包括环面镜、二维柱面镜、马鞍面镜、二维光栅、或二维光楔中的至少一项或多项的组合。
在一种可能的实现方式中，信号光为线光束。
通过发射模组发射线光束的信号光，激光雷达可以实现线扫模式。当激光雷达采用线扫模式时，既能满足较远测距范围且光学设计简单。
在一种可能的实现方式中，发射模组包括光源阵列，光源阵列可以按行分时或按列分时选通光源，按行选通的光源行或按列选通的光源列用于发射线光束的信号光。
通过按行分时选通或按列分时选通的方式选通光源阵列中的光源，可以使得发射模组发射线光束的信号光，进而激光雷达可以实现线扫模式。
在一种可能的实现方式中，发射模组包括第一激光器和第一光束调整组件。其中，第一激光器用于发射第一信号光，第一光束调整组件用于将第一信号光调整为线光束的信号光。
通过第一光束调整组件可以将第一激光器发射的第一信号光调整为线光束，从而可使得激光雷达实现线扫模式。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括扫描模组，该扫描模组用于将来自发射模组的信号光反射至探测区域，其中，信号光为线光束。
通过扫描模组，可以将发射模组发射的线光束按不同的扫描角反射至探测区域，以实现对探测区域的扫描，从而实现对探测区域的探测。
示例性地，扫描模组包含转镜、摆镜、微机电系统(micro electro-mechanical system，MEMS)镜的至少一种。
在一种可能的实现方式中，探测模组包括像素阵列，像素阵列按行分时或按列分时选通像素。
通过按行分时选通或按列分时选通像素阵列中的像素，可以使得探测模组实现线收。通常，光源阵列按行分时选通光源，相应地，像素阵列也按行分时选通像素；光源阵列按列分时选通光源，相应地，像素阵列也按列分时选通像素。基于光源阵列发射线光束的信号光，及像素阵列按行分时或按列分时接收回波信号，可以使得激光雷达实现线扫线收模式。
在一种可能的实现方式中，信号光为面光束。
通过发射模组发射面光束的信号光，激光雷达可以实现对探测区域的面发光。激光雷达采用面发光模式时，扫描效率较高。
在一种可能的实现方式中，发射模组包括光源阵列，光源阵列按面选通光源，按面选通的光源用于发射面光束的信号光。其中，按面选通光源阵列中的光源是指一次选通光源阵列中的行和列均大于1。
通过按面选通光源阵列中的光源，可以使得发射模组发射面光束的信号光，从而可使得激光雷达实现对探测区域的面发光。
在一种可能的实现方式中，发射模组包括第二激光器和第二光束调整组件，第二激光器用于发射第二信号光，第二光束调整组件用于将第二信号光调整为面光束的信号光。
通过第二光束调整组件可以将第二激光器发射的第二信号光调整为面光束，从而可使得激光雷达实现面发光模式。
在一种可能的实现方式中，探测模组包括像素阵列，像素阵列按面选通像素。其中，像素阵列按面选通像素是指一次选通像素阵列中的行和列均大于1。
通过按面选通像素阵列中的像素，可以使得激光雷达实现面收模式。进一步，基于发射模组发射的面光束的信号光，可以使得激光雷达实现面发面收。
在一种可能的实现方式中，像素阵列中的像素包括至少两个合并的感光单元。
通过将至少两个感光单元合并为一个像素，至少两个合并的感光单元中的各个感光单元感应到的回波信号(即光子)叠加在一起以一个像素的方式被读出，有助于减小单个感光单元感应到的光子的数量，从而可使得激光雷达具备了实现高动态范围的能力。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还包括处理控制模组，该处理控制模组用于接收来自探测模组的电信号，并根据电信号确定目标的关联信息。
第二方面，本申请提供一种终端设备，该终端设备可包括上述第一方面或第一方面中的任意一种包括激光雷达。
进一步，可选的，该终端设备还可包括处理控制模组，该处理控制模组用于接收来自探测模组的电信号，并根据电信号确定目标的关联信息；进一步，还可根据目标的关联信息，进行路径规划等。
上述第二方面中任一方面可以达到的技术效果可以参照上述第一方面中有益效果的描述，此处不再重复赘述。
附图说明
图1a为本申请提供的一种等比例成像的原理示意图；
图1b为本申请提供的一种非等比例成像的原理示意图；
图1c为本申请提供的一种探测模组的结构示意图；
图1d为本申请提供的一种子午面和弧矢面的位置关系示意图；
图2为本申请提供的一种应用场景的示意图；
图3为本申请提供的一种激光雷达的架构示意图；
图4a为本申请提供的一种光源阵列的结构示意图；
图4b为本申请提供的另一种光源阵列的结构示意图；
图4c为本申请提供的又一种光源阵列的结构示意图；
图5为本申请提供的一种发射光学模组的结构示意图；
图6a为本申请提供的一种发射模组的结构示意图；
图6b为本申请提供的一种发射模组的结构示意图；
图7为本申请提供的一种透镜组的结构示意图；
图8为本申请示例性的示出了一种非等比例成像的光学组件与透镜组的位置关系示意图；
图9a为本申请提供的一种回波信号经第一光阑及非等比例成像的光学组件后对应的光斑在像素阵列的覆盖范围示意图；
图9b为本申请提供的一种回波信号经不经非等比例成像的光学组件后对应的光斑在像素阵列覆盖范围示意图；
图9c为本申请提供的另一种回波信号经第一光阑及非等比例成像的光学组件后对应的光斑在像素阵列的覆盖范围示意图；
图9d为本申请提供的另一种回波信号经不经非等比例成像的光学组件后对应的光斑在像素阵列的覆盖范围示意图；
图10为本申请提供的一种激光雷达的架构示意图；
图11为本申请提供的一种回波信号对应的光斑的尺寸示意图；
图12为本申请提供的一种模拟回波信号对应的光斑的三维图；
图13为本申请提供的一种的针对回波信号在像素阵列的部分行的模拟结果示意图；
图14a为本申请提供的另一种激光雷达的架构示意图；
图14b为本申请提供的另一种激光雷达的架构示意图；
图15为本申请提供的一种激光雷达系统在车辆上的位置示意图；
图16为本申请提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例进行详细描述。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明。需要说明的是，这些解释是为了便于本领域技术人员理解，并不是对本申请所要求的保护范围构成限定。
一、等比例成像
等比例成像指将物空间映射到像空间时，水平方向和垂直方向等比缩小或等比例放大。也可以理解为，将物空间在水平方向和垂直方向上等比例的缩小或放大成像空间。可参阅图1a，物空间可通过等比例成像的光学组件映射到像空间，等比例成像的光学组件可将物空间在水平方向和垂直方向上等比例的缩小成像空间。
二、非等比例成像
非等比例成像指将物空间映射到像空间时，水平方向和垂直方向的放大比例不同、或水平方向和垂直方向的缩小比例不同。换言之，将物空间在水平方向和垂直方向非等比例的放大成像空间；或者，将物空间在水平方向和垂直方向非等比例的缩小成像空间。请参阅图1b，是以将物空间映射到像空间时，水平方向的放大比例大于垂直方向的放大比例为例示例的。
三、Binning(称为合并)
Binning是一种图像读出方式，采用这种方式，被合并的感光单元(或称为像元)(cell)中各感光单元感应的信号(例如光子)被加在一起以一个像素(Pixel)的方式读出。Binning 通常可分为水平方向(或称为横向)Binning和垂直方向(或称为纵向)Binning。水平方向Binning是将相邻的行的信号叠加在一起以一个像素的方式读出(可参见下述图1c)，垂直方向Binning是将相邻的列的信号叠加在一起以一个像素的方式读出。应理解，Binning的方式也可以是其它可能的方式，例如沿对角线的方向Binning，本申请对此不做限定。
四、动态范围
动态范围是激光雷达的一个重要参数，对于激光雷达来说，动态范围通常是指能识别出最小信号和最大信号的值所包含的区间。在能识别的最小信号固定的情况下，动态范围越大，能识别出的最大信号的值也就越大。
如图1c所示，为本申请提供的一种探测模组的结构示意图。该探测模组以包括6×6个感光单元(cell)为例，该示例中以每个cell感应到1个光子即饱和为例。当不对cell合并时，一个cell即为一个像素(Pixel)，当有1个光子射向一个Pixel时，Pixel可输出信号1；当有2个或更多光子同时射向一个Pixel时，一个Pixel输出信号依然为1。
以将1×3个cell合并为一个Pixel，即一个Pixel包括1×3个cell为例，当有1个光子射向该Pixel时，Pixel可输出信号1；当有2个光子同时射向该Pixel时，且这2个光子不同时射向同一个cell，Pixel输出信号2；当有3个或更多个光子同时射向该Pixel，该Pixel输出信号3。基于1×3个cell合并为一个Pixel的激光雷达的动态范围相较于不对cell合并的激光雷达的动态范围可扩大三倍。
五、光斑
光斑通常是指光束在横截面(例如本申请中的探测模组的光敏面)上形成的空间能量分布。光斑的形状可以是长方形、椭圆形、圆形、或者其他规则或不规则的图形等。本申请中，回波信号对应的光斑指回波信号在探测模组的光敏面上形成的空间能量分布。需要说明的是，本领域技术人员可知，实质上光斑整体上呈不同强度的能量分布，核心区域能量密度较大，光斑形状较为明显，而边缘部分逐渐向外延伸，边缘部分的能量密度较低、形状并不清晰，且伴随能量强度的逐渐减弱，靠近边缘的光斑部分辨识度相对较低。因此，本申请所涉及的具有一定形状的光斑可以理解为能量较强且能量密度较大的部分所形成的边界易识别的光斑，并非是技术意义上的光斑的整体。
应理解，通常用最大能量密度的1/e 2来定义光斑的边界。
六、垂直焦面和水平焦面
请参阅图1d，定义本申请中的子午面和弧矢面。光学中的子午面(或称为垂直面)指轴外物点的主光束与光学系统主轴所构成的平面，称为光学系统成像的子午面。位于子午面内的光束称为子午光束(或称为垂直光束)，子午光束聚焦的位置称为子午像面(或称为垂直焦面或垂直像面)。也可以理解为，子午光束所形成的影像，称为子午像点，子午像点所在的像平面称为子午像面。
弧矢面(或称为水皮面)与子午面相互垂直。位于弧矢面内的光束称为弧矢光束(或称为水平光束)，弧矢光束聚焦的位置称为弧矢像面(或称为水平焦面或水平方像面)。也可以理解为，弧矢光束所形成的影像，称为弧矢像点，弧矢像点所在的像平面称为弧矢像面。
子午面对应的方向称为子午方向(或称为垂直方向)，弧矢面对应的方向为弧矢方向(或称为水平方向)。
需要说明的是，图1d是以子午面与弧矢面之间的夹角等于90示例的，子午面与弧矢面之间的夹角也可以小于90度或大于90度，允许有一定范围的工程误差。
七、选通像素
在像素阵列中，行地址可为横坐标，列地址可为纵坐标。在本申请中，以像素阵列的行对应水平方向，像素阵列的列对应垂直方向为例介绍。可利用行列选通信号来提取内存里指定位置的数据，被提取的指定位置对应的像素即为选通的像素。应理解，像素阵列中的像素可将检测到的信号存储于对应的内存中。
基于上述内容，下面示例性地的示出了本申请可能的一些应用场景。
请参阅图2，示例性的示出了本申请可能的一种应用场景示意图。该应用场景中，以接收光学模组应用于激光雷达，激光雷达安装于车辆上，车辆在道路上行驶为例。其中，车辆例如可以是无人车、智能车、电动车、或数字汽车等。激光雷达可以部署于车辆的各个位置。例如，激光雷达可以部署于车辆前、后、左、右四个方向中任一方向或任多个方向，以实现对车辆周围环境信息的捕获。图2是以激光雷达部署于车辆的前方为例示例的。激光雷达可感知到如图2所示的虚线框所示的扇形区域，该扇形区域可称为激光雷达的探测区域。
在一种可能的实现方式中，激光雷达可以实时或周期性地获取车的经纬度、速度、朝向、或一定范围内的目标(例如周围其它车辆)的关联信息(例如目标的距离、目标的移动速度、目标的姿态或目标的灰度图等)。激光雷达或车辆可根据这些关联信息确定车辆的位置和/或路径规划等。例如，利用经纬度确定车辆的位置，或利用速度和朝向确定车辆在未来一段时间的行驶方向和目的地，或利用周围物体的距离确定车辆周围的障碍物数量、密度等。进一步，可选的，还可结合高级驾驶辅助系统(advanced driving assistant system，ADAS)的功能可以实现车辆的辅助驾驶或自动驾驶等。应理解，激光雷达探测目标的关联信息的原理是：激光雷达以一定方向发射信号光，若在该激光雷达的探测区域内存在目标，目标可将接收到的信号光反射回激光雷达(被反射的信号光可以称为回波信号)，激光雷达再根据回波信号确定目标的关联信息。
需要说明的是，如上应用场景只是举例，本申请所提供的激光雷达(该激光雷达包括本申请所提供的接收光学模组)还可以应用在多种其它可能场景，而不限于上述示例出的场景。例如，激光雷达还可以安装在无人机上，作为机载雷达。再比如，激光雷达也可以安装在路侧单元(road side unit，RSU)，作为路边交通激光雷达，可以实现智能车路协同通信。再比如，激光雷达可以安装在自动导引运输车(automated guided vehicle，AGV)上，其中，AGV指装备有电磁或光学等自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。此处不再一一列举。应理解，本申请所描述的应用场景是为了更加清楚的说明本申请的技术方案，并不构成对本申请提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新的应用场景的出现，本申请提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
基于上述内容，应用场景可应用于无人驾驶、自动驾驶、辅助驾驶、智能驾驶、网联车、安防监控、远程交互、测绘或人工智能等领域。
基于上述内容，下面结合附图3至附图14b，对本申请提出的激光雷达进行具体阐述。
请参阅图3，为本申请提供的一种激光雷达的架构示意图。该激光雷达可包括发射模组301、接收光学模组302及探测模组303。其中，发射模组301用于发射信号光。接收光学模组302用于接收经由探测区域中的目标反射信号光得到的回波信号，将回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，并将扩宽后的光斑投射至探测模组303。也可以理解为，来自探测区域的回波信号经接收光学模组302传播后，回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽。或者，也可以理解为，来自探测区域的回波信号经接收光学模组302后在水平方向和垂直方向是非等比例成像的。探测模组303用于对接收到的扩宽后的光斑进行光电转换，得到用于确定目标的关联信息的电信号。其中，回波信号也可以理解为包括射向探测区域的信号光经探测区域中的目标反射的反射光。
应理解，接收光学模组302和探测模组303也可以统称为接收模组。
基于上述激光雷达，来自探测区域的回波信号经接收光学模组后，回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，被扩宽的方向上的光斑可以覆盖探测模组较大面积的感光区域，因此，有助于降低单位面积的感光区域上接收到的光子数，从而可提高探测模组的抗饱和能力，进而有助于提高激光雷达的动态范围。而且，当回波信号对应的光斑在水平方向扩宽在垂直方向不变时，可以在不降低激光雷达在垂直方向的空间分辨率的情况下，提高激光雷达的动态范围；当回波信号对应的光斑在垂直方向扩宽在水平方向不变时，可以在不降低激光雷达在水平方向的空间分辨率的情况下，提高激光雷达的动态范围。进一步，当该激光雷达应用于强背景杂散光的场景时，由于激光雷达的动态范围较高，强的背景杂散光也较难造成探测模组的饱和(即激光雷达接收杂散光的阈值提高)，从而有助于提高激光雷达抗背景杂散光的能力，进而可提高激光雷达在强背景杂散光下的测距能力。
示例性地，回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽包括但不限于：回波信号对应的光斑在水平方向扩宽在垂直方向不变，或者回波信号对应的光斑在水平方向不变在垂直方向扩宽，或者回波信号对应的光斑在水平方向减小在垂直方向扩宽，或者回波信号对应的光斑在水平方向扩宽在垂直方向减小。换言之，在同一位置处，回波信号对应的光斑在水平方向和在垂直方向的大小是不同的。其中，回波信号对应的光斑的大小是指回波信号在横截面上形成的形状的大小。
在一种可能的实现方式中，目标的关联信息包括但不限于目标的距离信息、目标的方位、目标的速度、和/或目标的灰度信息等。
需要说明的是，若探测模组是横平竖直的放置，本申请中的水平方向与世界坐标系中的水平方向平行，垂直方向与世界坐标系中的竖直方向平行。若探测模组是倾斜设置的，本申请中的水平方向与世界坐标系中的水平方向之间有一定的夹角，垂直方向与世界坐标系中的竖直方向平行。
下面对图3所示的各个功能模组分别进行介绍说明，以给出示例性的具体实现方案。为方便说明，下文中的发射模组、接收光学模组及探测模组均未加标识。
一、发射模组
在一种可能的实现方式中，发射模组用于发射信号光。进一步，可选的，该信号光可以是线光束，或者也可以是面光束。
如下示例性地的示出了三种可能的发射模组的结构。
结构1，发射模组包括光源阵列和发射光学模组。
在一种可能的实现方式中，光源阵列可以理解为是由多个光源组成的，光源阵列中的光源例如可以是垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)、边缘发射激光器(edge emitting laser，EEL)。
需要说明的是，光源阵列可实现独立寻址，即可独立选通(或称为点亮或开启或通电)光源阵列中的光源，选通的光源可用于发射信号光。例如，可以逐列选通光源阵列中的光源、或者逐行选通光源阵列中的光源、或者可以逐点选通光源阵列中的光源、或者也可以一次全部选通光源阵列中的光源。不论采用前述哪种选通方式，当光源阵列中的光源全部被选通后，可实现对激光雷达的全视场扫描。也可以理解为，光源阵列中每个光源的发射视场拼接可得到激光雷达的全视场。
基于上述结构1，下面示例性示出了光源阵列三种可能结构。
结构1.1，光源阵列包括M行N列光源，M和N均为大于1的整数。
在一种可能的实现方式中，光源阵列可以按行分时或按列分时选通光源，按行选通的光源行或按列选通的光源列发射的信号光为线光束。所谓按行分时选通光源是指同一时刻选通光源阵列中的至少一行光源。按列分时选通光源是指同一时刻选通光源阵列中的至少一列光源。换言之，同一时刻按行选通的光源行可以是一行光源也可以是多行光源，按列选通的光源列可以是一列光源也可以是多列光源，本申请对此不做限定。
如图4a所示，为本申请提供的一种光源阵列的结构示意图。该示例中以M＝5、N＝5为例，即光源阵列以包括5×5个光源为例。当按列分时选通光源阵列中的光源时，选通的光源列发射的信号光可为线光束。以同一时刻选通一列光源为例，具体的，第一时刻选通光源阵列中的第一列光源，第二时刻选通光源阵列中的第二列光源，依次类推，第五时刻选通光源阵列中的第五列光源，每个时刻选通的一列光源发射的信号光为线光束。以按同一时刻选通一行光源为例，第一时刻选通光源阵列中的第一行光源，第二时刻选通光源阵列中的第二行光源，依次类推，第五时刻选通光源阵列中的第五行光源，每个时刻选通的一行光源发射的信号光为线光束。
在另一种可能的实现方式中，光源阵列可以按面选通光源，按面选通的光源发射的信号光为面光束。所谓按面选通光源阵列中的光源是指一次选通光源阵列中的全部光源，且该光源阵列包括至少两行两列。
基于上述图4a所示的光源阵列，若按面选通光源阵列中的光源，该光源阵列发射的信号光是面光束。若按行分时选通光源阵列中的光源行或按列分时选通光源阵列中的光源列，选通的光源行或选通的光源列发射的信号光是线光束。
也可以理解为，包括M行N列光源的光源阵列，可基于选通光源的方式(即按行分时选通方式或按列分时选通方式或按面选通方式)，实现发射线光束或面光束的信号光。
结构1.2，光源阵列包括K行1列光源，K为大于1的整数。
如图4b所示，为本申请提供的另一种光源阵列的结构示意图。该图4b以K＝5为例，即光源阵列包括5×1个光源。具体的，可以一次选通这一列光源，选通的这一列光源发射的信号光是线光束。
结构1.3，光源阵列包括1行L列光源，L为大于1的整数。
如图4c所示，为本申请提供的又一种光源阵列的结构示意图。该图4c以L＝5为例，即光源阵列包括1×5个光源。具体的，可以一次选通光源阵列中的全部光源，即一次选通这一行光源，选通的这一行光源发射的信号光是线光束。
对于上述结构1.2或结构1.3，激光雷达为了实现对探测区域较大范围的探测，通常激光雷达还可包括扫描模组。
在一种可能的实现方式中，扫描模组可用于将发射模组发射的信号光反射至探测区域。具体的，扫描模组通过绕扫描轴转动来改变扫描模组的扫描角度，以实现扫描模组在不同的扫描角度下将来自发射模组的信号光反射至探测区域不同的位置，从而实现对探测区域的扫描。进一步，可选的，扫描模组还用于将来自探测区域的回波信号反射至接收光学模组。需要说明的是，扫描模组可以绕扫描轴按连续运转模式转动，或者绕扫描轴按步进运转模式转动，本申请对此不作限定。在实际应用中，具体采用哪种模式转动，可以预先设置。
示例性地，扫描模组例如可以是转镜(例如四面反射镜、六面反射镜或八面反射镜等)、或MEMS镜或摆镜中的一种或多种。例如，扫描模组可以是转镜或MEMS镜或摆镜。再比如，扫描模组可以是转镜和摆镜的组合；再比如，扫描模组可以是转镜和MEMS镜的组合；再比如，扫描模组可以是MEMS镜和摆镜的组合；再比如，扫描模组可以是MEMS镜、摆镜及转镜的组合。需要说明的是，本申请对扫描模组的类型不做限定，凡是可以实现将发射模组发射的信号光传播至探测区域，并将回波信号传播至接收光学模组的结构均可以。另外，本申请对转镜、MEMS镜和摆镜的具体形态也不做限定。
在一种可能的实现方式中，发射模组与接收光学模组可以共用一个扫描模组，共用的该扫描模组例如可以是转镜或MEMS镜或摆镜。或者，发射模组与接收光学模组可以分别对应一个扫描模组；例如，发射模组对应的扫描模组可以是转镜，接收光学模组对应的扫描结构也是转镜；再比如，发射模组对应的扫描模组可以是摆镜，接收光学模组对应的扫描结构也是摆镜；再比如，发射模组对应的扫描模组可以是MEMS镜，接收光学模组对应的扫描结构也是MEMS镜；再比如，发射模组对应的扫描模组可以是转镜，接收光学模组对应的扫描结构也是MEMS镜；再比如，发射模组对应的扫描模组可以是转镜，接收光学模组对应的扫描结构也是摆镜；再比如，发射模组对应的扫描模组可以是MEMS镜，接收光学模组对应的扫描结构是转镜；再比如，发射模组对应的扫描模组可以是MEMS镜，接收光学模组对应的扫描结构也是摆镜；等等，此处不再一一列举。
请参阅图5，为本申请提供的一种发射光学模组的结构示意图。发射光学模组用于将发射模组发射的信号光传播至探测区域。图5中以发射光学模组包括三个透镜为例。由于来自发射模组的信号光的发散角可能比较大，而且可能存在像散质量差的光束，因此发射光学模组还可以对信号光进行准直和/或整形和/或匀光等，从而使发射至探测区域的信号光的发散角较小，能有较多的信号光照射到探测区域。应理解，本申请对发射光学模组包括的透镜的类型也不作限定，例如可以是平凸透镜、平凹透镜、凹凸透镜、双凸透镜或双凹透镜等。
需要说明的是，上述发射光学模组中包括的透镜的数量仅是示例，本申请中，发射光学模组包括的透镜的数量可以比上述图5多，或者也可以比上述图5少，本申请对发射光学模组包括的透镜的数量不作限定。另外，上述图5是以发射光学模组仅包括透镜示例的，发射光学模组也可以包括反射镜等，本申请对此不作限定。
还需要说明的是，发射光学模组可以关于发射光学模组的光轴旋转对称。例如，发射光学模组中的发射镜可以是单片的球面透镜，也可以是多片球面透镜的组合。或者，发射光学模组也可以是非旋转对称的发射光学模组。例如，发射光学模组中的发射镜可以是单 片的非球面透镜，也可以是多片非球面透镜的组合。通过多片球面透镜和/或非球面透镜的组合，有助于提高发射光学系统的成像质量，降低光学成像系统的像差。
基于上述结构1，发射模组可包括光源阵列和发射光学模组。光源阵列可以是上述结构1.1、或结构1.2、或结构1.3，发射光学模组例如可以为上述图5所示的透镜组。
结构2，发射模组包括第一激光器和第一光束调整组件。
如图6a所示，为本申请提供的另一种发射模组的结构示意图。该发射模组包括第一激光器和第一光束调整组件。其中，第一激光器用于发射第一信号光，例如可以是EEL。第一光束调整组件用于将第一信号光调整为线光束的信号光。进一步，第一光束调整组件还可用于第一信号光进行整形和/或准直和/或匀光。第一光束调整组件例如可以是透镜、或透镜组、或透镜阵列等。
需要说明的是，发射模组包括的第一激光器的数量可以是1个，也可以是多个，本申请对此不作限定。图6a是以发射模组包括两个第一激光器示例的。
基于上述结构2，激光雷达还可包括扫描模组，关于扫描模组的介绍可参见前述相关介绍，此处不再赘述。
结构3，发射模组包括第二激光器和第二光束调整组件。
如图6b所示，为本申请提供的又一种发射模组的结构示意图。该发射模组包括第二激光器和第二光束调整组件。其中，第二激光器用于发射第二信号光，例如可以是VCSEL。第二光束调整组件用于将第二信号光调整为面光束的信号光。进一步，第二光束调整组件还可用于对第二信号光进行整形和/或准直和/或匀光等。第二光束调整组件例如可以是透镜、透镜组、或透镜阵列等。需要说明的是，发射模组包括的第二激光器的数量可以是1个，也可以是多个，本申请对此不作限定。
需要说明的是，上述第一激光器可以与第二激光器相同，或者也可以不同，本申请对此不做限定。
二、接收光学模组
下文的介绍中，水平焦面指水平方向对应的焦面，垂直焦面指垂直方向对应的焦面，水平等效光焦度指水平方向的等效光焦度，垂直等效光焦度指垂直方向的等效光焦度。
在一种可能的实现方式中，探测模组可以位于垂直焦面，回波信号投射至探测模组的光斑在水平方向扩宽包括但不限于光斑在水平方向弥散在垂直方向聚焦。探测模组可以位于水平焦面，回波信号投射至探测模组的光斑在垂直方向扩宽包括但不限于光斑在垂直方向弥散在水平方向聚焦。具体的，接收光学模组包括非等比例成像的光学组件。非等比例成像的光学组件在水平方向的等效焦距和在垂直方向的等效焦距不同。如此，该非等比例成像的光学组件可以将接收到的回波信号的垂直焦面和水平焦面分离。
也可以理解为，回波信号经非等比成像的光学组件后射向探测模组的光斑的垂直焦面与水平焦面是分离的，当探测模组位于垂直焦面处，探测模组接收到的回波信号的光斑在垂直方向上是聚焦的，在水平方向上是弥散的；当探测模组位于水平焦面处，探测模组接收到的回波信号的光斑在水平方向上是聚焦的，在垂直方向上是弥散的。弥散方向的光斑可以覆盖探测模组较大的感光面积，因此，单位感光面积接收到的光子数降低，从而单位感光面积可以检测更高强度的回波信号，进而有助于提高探测模组响应回波信号的动态范围。进一步，当探测模组位于垂直焦面处，探测模组接收到的回波信号的光斑在垂直方向上是聚焦的，即光斑在垂直方向上的大小是不变的，从而垂直方向上的空间分辨率不受影 响。类似的，当探测模组位于水平焦面处，探测模组接收到的回波信号的光斑在水平方向上是聚焦的，即光斑在水平方向上的大小是不变的，因此，水平方向上的空间分辨率不受影响。
进一步，可选的，非等比例成像的光学组件例如光焦度元件。其中，光焦度元件的水平方向的等效光焦度与垂直方向的等效光焦度不同。换言之，光焦度元件的水平方向的等效焦距与垂直方向的等效焦距不同。经此光焦度元件的回波信号在水平焦面和垂直焦面分别聚焦，且水平焦面与垂直焦面是分离的。通常，水平方向的等效光焦度与垂直方向的等效光焦度的差别较小。
在一种可能的实现方式中，光焦度元件可以是一维光焦度元件，一维光焦度元件是指在一个维度上光焦度不为0、其它维度上的光焦度为0的光学元件。例如，一维光焦度元件可以是水平光焦度为0、垂直光焦度不为0的光学元件；或者，水平光焦度不为0、垂直光焦度为0的光学元件。示例性地，一维光焦度元件包括一维柱面镜、一维光楔或一维光栅中的至少一项或多项。其中，一维柱面镜例如一维柱面透镜或一维柱面反射镜等。其中，柱面反射镜的反射面是圆柱面，反射面可以是镀有反射膜的面，反射膜包括但不限于普通保护性铝膜、保护性紫外反射铝膜、保护性银膜、保护性金膜等。
在另一种可能的实现方式中，光焦度元件也可以是二维光焦度元件。二维光焦度元件指在两个维度的等效光焦度均不为0、且这两个维度的等效光焦度不同的光学元件。例如，二维光焦度元件可以是垂直光焦度不为0、水平光焦度也不为0的元件。示例性地，二维光焦度元件可以是透镜、反射镜，或者透镜与反射镜的组合。具体的，二维光焦度元件包括但不限于环面镜、二维柱面镜、马鞍面镜、二维光栅或二维光楔中的至少一项或多项的组合。其中，环面镜包括环面反射镜或环面透射镜，二维柱面镜包括二维柱面发射镜或二维柱面透射镜。
应理解，上面给出的非等比例成像的光学组件仅是示例，本申请对非等比例成像的光学组件的具体形态不作限定，凡是可以实现将回波信号的水平焦面和垂直焦面分离的光学器件均可以。
需要说明的是，一维光焦度元件包括的一维柱面镜和/或一维光楔和/或一维光栅的数量可以是一个，或者也可以是多个，本申请对此不做限定。另外，二维光焦度元件包括的环面镜和/或二维柱面镜和/或马鞍面镜和/或二维光栅和/或二维光楔的数量可以是一个，或者也可以是多个，本申请对此不做限定。
在一种可能的实现方式中，光焦度元件的两个面可以均为曲面；或者也可以一个面为曲面，一个面为平面，本申请对光焦度元件的哪个面是曲面不作限定。当光焦度元件为一维柱面镜或二维柱面镜时，柱面镜可以是一个面为凹面，另一个面为平面，此类柱面镜可以称为平凹柱面镜。或者，柱面镜可以是一个面为凸面，另一个面为平面，此类柱面镜可以称为平凸柱面镜。或者，柱面镜也可以是两个面均为凹面，此类柱面镜可以称为双凹柱面镜。或者，柱面镜也可以是两个面为凸面，此类柱面镜可以称为双凸柱面镜。或者，柱面镜可以是一个面为凹面另一个为凸面，此类柱面镜可称为凹凸柱面镜或凸凹柱面镜，本申请对柱面镜的具体形状不做限定。
其中，光焦度元件的材料可以是玻璃、或者树脂、或者晶体等光学材料。当光焦度元件的材料为树脂时，可以减轻接收光学系统的质量。当光焦度元件的材料为玻璃时，有助于提高接收光学系统的成像质量。
进一步，可选的，该接收光学模组还可以包括透镜组。如图7所示，为本申请提供的一种透镜组的结构示意图。该透镜组以包括4片透镜为例。其中，透镜组可以是关于光轴旋转对称的。例如，透镜组中的透镜可以是单片的球面透镜，也可以是多片球面透镜的组合(例如凹透镜的组合、凸透镜的组合、或凸透镜和凹透镜的组合等)。应理解，凸透镜和凹透镜有多种不同的类型，例如凸透镜有双凸透镜，平凸透镜以及凹凸透镜，凹透镜有双凹透镜，平凹透镜以及凹凸透镜。或者，透镜组也可以是非旋转对称的透镜组。例如，透镜组中的透镜可以是单片的非球面透镜，也可以是多片非球面透镜的组合。通过多片球面透镜或非球面透镜的组合，有助于提高接收光学系统的成像质量，降低光学成像系统的像差。
需要说明的是，上述图7所示的透镜组中包括的透镜的数量仅是示例，本申请中，透镜组可以包括比上述图7更多或更少的透镜。另外，接收光学模组还可以包括反射镜等，本申请对此不作限定。
在一种可能的实现方式中，透镜组中的透镜的材料可以是玻璃、或者树脂、或晶体等光学材料。当透镜的材料为树脂时，有助于减轻接收光学系统的质量。当透镜的材料为玻璃时，有助于进一步提高接收光学系统的成像质量。进一步，为了有效抑制温漂，透镜组中包括至少一个玻璃材料的透镜。应理解，当透镜组包括至少三个透镜时，可以部分透镜的材料为树脂，部分透镜的材料为玻璃，部分透镜的材料为晶体。
下面示例性地的示出了接收光学模组中非等比成像的光学组件与透镜组之间的可能的位置关系。
位置关系一，非等比成像的光学组件可以位于透镜组的物方。
基于该位置关系一，如下给出了四种非等比成像的光学组件位于透镜组的物方的可能的实现方式。
实现方式一，非等比例成像的光学组件设置于视窗的内表面。
为了防止激光雷达被外界环境的光污染，可通过视窗来隔绝外界环境对激光雷达的干扰。在一种可能的实现方式中，上述非等比例成像的光学组件可设置(例如粘合)于该玻璃视窗的内表面(即靠近激光雷达的面或称为远离外界环境的面)。
实现方式二，非等比例成像的光学组件也可设置于滤光片的任一个面上。
在一种可能的实现方式中，激光雷达还可包括滤光片，回波信号在射向接收光学模组之前，为了防止回波信号对应的光谱以外的无效光子干扰探测模组对回波信号的探测，可先通过滤光片将无效光子滤除。该非等比例成像的光学组件可以设置(例如粘合)于滤光片的任一个面上。
实现方式三，非等比例成像的光学组件设置于透镜组靠近物方的第一个透镜上。
在一种可能的实现方式中，该非等比例成像的光学组件可以设置(例如粘合)于第一透镜组中靠近物方的第一个透镜上。
实现方式四，非等比例成像的光学组件独立设置。
在一种可能的实现方式中，非等比例成像的光学组件也可以独立设置于透镜组的物方。
位置关系二，非等比成像的光学组件可以位于透镜组的像方。也可以理解为，非等比例成像的光学组件位于透镜组与探测模组之间。
基于该位置关系二，如下示例性地的示出了两种非等比例成像的光学组件位于透镜组像方的可能的实现方式。
实现方式1，非等比例成像的光学组件设置于透镜组中靠近像方的第一个透镜上。
在一种可能的实现方式中，该非等比例成像的光学组件可设置(例如粘合)于透镜组中像方的第一个透镜上。
实现方式2，非等比例成像的光学组件独立设置于透镜组与探测模组之间。
在一种可能的实现方式中，非等比例成像的光学组件也可独立设置于透镜组与探测模组之间。换言之，非等比例成像的光学组件也可独立设置于透镜组的像方。请参阅图8，为本申请示例性的示出了一种非等比例成像的光学组件独立设置于透镜组的像方的结构示意图。该示例中透镜组以包括4片旋转对称的透镜为例的，非等比例成像的光学组件以双凹柱面镜为例，非等比例成像的光学组件位于透镜组的像方。应理解，接收光学模组包括的非等比例成像光学组件的数量可以是一个，也可以是多个，图8是以两个示例的，本申请对此不作限定。
位置关系三，非等比例成像的光学组件位于透镜组中任意相邻两个透镜之间，其中，透镜组包括至少两个透镜。
在一种可能的实现方式中，非等比例成像的光学组件可独立设置于透镜组中任意相邻两个透镜之间，或者也可以粘合于透镜组中靠近物方的透镜的靠近像方的面，或者也可以粘合于靠近像方的个透镜的靠近物方的面。
需要说明的是，上述给出的接收光学模组的结构仅是示例，凡是可以实现将回波信号对应的光斑在水平方向或在垂直方向扩展的结构均可以，本申请对此不作限定。
三、探测模组
在一种可能的实现方式中，探测模组用于对接收到的扩宽后的光斑进行光电转换，得到用于确定目标的关联信息的电信号。探测模组可以实现行和/或列方向Binning感光单元。当行和列同时采用相同数量的感光单元Binning时，图像的纵横比并不改变；当行和列Binning的感光单元的数量不同时，图像的纵横比会发生改变。可选的，感光单元可以是SPAD或数字硅光电倍增管(silicon photomultiplier，SiPM)或APD等。
示例性地，探测模组包括像素阵列，像素阵列中的像素包括合并的至少两个感光单元。请参见上述图1c，是以像素包括行方向上的三个感光单位合并示例的。
在一种可能的实现方式中，探测模组可以位于水平焦面，也可以位于垂直焦面。如下基于探测模组位于水平焦面或位于垂直焦面分情形介绍。
情形一，探测模组位于垂直焦面。
基于该情形一，非等比例成像的光学组件的水平方向的等效光焦度大于垂直方向的等效光焦度。可以理解的是，基于包括该非等比例成像的光学组件的接收光学模组，可将回波信号的水平焦面和垂直焦面分离，且水平方向上的光束先聚焦至水平焦面，垂直方向上的光束后聚焦至垂直焦面，即沿该接收光学模组的光轴从物方至像方的方向，水平焦面相较于垂直焦面更靠近物方，即垂直焦面相较于水平焦面更靠近像方。在垂直焦面的位置处，水平方向上的光束是弥散的。因此，当探测模组位于垂直焦面时，接收到的回波信号的光斑在水平方向上是弥散的，即回波信号的光斑在水平方向是扩宽的，在垂直方向上聚焦的。
为了减小背景杂散光对回波信号的影响，可在水平焦面放置第一光阑。
为了尽可能的使来自探测区域的回波信号射向探测模组，即尽可能的避免损失回波信号，第一光阑的形状可与来自探测区域的回波信号对应的光斑的形状相同，来自探测区域的回波信号对应的光斑的形状与射向探测区域的信号光对应的光斑的形状相同。例如，信 号光对应的光斑的形状可以是长方形，相适应的，第一光阑的形状也可以为长方形(请参阅下述图9a或图9b)。再比如，信号光对应的光斑的形状可以是椭圆形，相适应的，第一光阑的形状也可以为椭圆形。再比如，信号光的光斑的形状可以是圆形，相适应的，第一光阑的形状也可以为圆形。其中，激光雷达可以包括至少一个第一光阑。应理解，第一光阑的形状还可以是其它规则的形状，如四边形；或者也可以是其它不规则的形状。
为了便于方案的说明，下面以第一光阑的形状为长方形为例说明。
在一种可能的实现方式中，第一光阑的短边平行于水平方向，第一光阑的长边平行于垂直方向。进一步，可选的，为了尽可能的减小背景杂散光对回波信号的影响，又不损失回波信号，第一光阑的短边的长度L 1满足：L 1＝α 1×f 1。其中，α 1表示接收光学系统的水平角分辨率，f 1表示接收光学系统的水平方向上的等效焦距f 1。
应理解，第一光阑的短边的长度L 1也可以满足：L 1＞α 1×f 1。例如第一光阑的短边的长度L 1＝n 1×α 1×f 1，n 1可以取1.2、1.5或2等大于1的数。再比如，第一光阑的短边的长度L 1也可以满足：L 1＝α 1×f 1+第一阈值。另外，第一光阑的短边的长度L 1也可以满足：L 1＜α 1×f 1。例如第一光阑的短边的长度L 1＝n 3×α 1×f 1，n 3可以取0.9、0.85或0.8等小于1的数。再比如，第一光阑的短边的长度L 1也可以满足：L 1＝α 1×f 1－第二阈值。需要说明的是，第一阈值和第二阈值均为大于0的数，第一阈值和第二阈值可以相同，也可以不相同，本申请对此不做限定。当第一光阑的短边的长度L 1满足L 1＞α 1×f 1，可以实现尽可能的提高回波信号的利用率。当第一光阑的短边的长度L 1满足L 1＜α 1×f 1，可以尽可能的抑制背景杂散光射向探测模组。
进一步，可选的，第一光阑的长边的长度L 2满足：L 2≥ψ 1×f 2，其中，ψ 1表示接收光学系统的垂直视场角，f 2表示接收光学系统的垂直方向上的等效焦距。通过L 2≥ψ 1×f 2，可以使得垂直方向上的回波信号尽可能的射向探测模组，从而可提高回波信号的利用率。需要说明的是，光学接收系统的垂直视场角是指光学接收系统在垂直方向上可探测的最大角度。
基于该第一光阑，可以允许水平方向上有效视场(即第一光阑的短边对应的视场)内的回波信号通过，且可以抑制(或称为阻止)有效视场外的背景杂散光，进而有助于减小射向探测模组的杂散光。
需要说明的是，第一光阑的短边的长度L 1、长边的长度L 2均允许有一定的工程误差。
通常第一光阑平行于探测模组的光敏面，即第一光阑与探测模组的光敏面之间的夹角等于0度，基于此，第一光阑的短边的长度L 1满足：L 1＝α 1×f 1，第一光阑的长边的长度L 2满足：L 2≥ψ 1×f 2。当第一光阑与探测模组的光敏面之间不等于0度时，为了尽可能减小背景杂散光对信号光的影响，第一光阑的短边在水平方向上的分量L x满足：L x＝α 1×f 1。进一步，可选的，第一光阑的长边在垂直方向上的分量L y满足：L y≥ψ 1×f 2。
在一种可能的实现方式中，水平方向上的光斑覆盖范围dx与接收光学系统在水平方向上的等效焦距fx、垂直方向上的等效焦距fy、回波信号的发散角β、接收光学系统的像方数值孔径NA有关，可参见下述公式1。
dx＝fx×tanβ+(|fy-fx|)×2NA 公式1
需要说明的是，在实际应用中，上述光斑覆盖范围dx允许有一定的工程误差。
应理解，椭圆形的第一光阑的短轴与长方形的第一光阑短边的长度一致，椭圆形的第一光阑的长轴与长方形光阑的长边的长度一致，具体可参见前述相关描述，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，第一光阑例如可以是狭缝光阑(或称为孔径光阑或有效光 阑)，可参见下述图9a或图9b所示的光阑。再比如，第一光阑也可以是通过丝印技术在玻璃等上印出需要的通光形状，其他区域是黑墨(黑墨的区域不允许透光)，请参阅图9c或图9d所示的光阑。应理解，第一光阑的狭缝或通光形状决定了水平焦面上的回波信号的孔径角。
当第一光阑为狭缝光阑时，上述第一光阑的形状具体指第一光阑的狭缝(或孔径)的形状。例如，第一光阑的形状为长方形是指第一光阑的狭缝的形状为长方形，第一光阑的长边和短边是指第一光阑的狭缝(或孔径)的长边和短边。如图9a所示，为本申请提供的一种回波信号经第一光阑、非等比例成像的光学组件后对应的光斑在像素阵列上的覆盖的感光单元的范围示意图。图9b给出了一种回波信号经过第一光阑后对应的光斑在像素阵列上的覆盖的感光单元的范围示意图。由图9a和图9b的比较可以得出，回波信号经非等比成像的光学组件后，回波信号对应的光斑在水平方向扩展，从而可以覆盖探测模组中较多的感光单元。再比如，第一光阑的形状为椭圆形是指第一光阑的狭缝的形状为椭圆形，第一光阑的长轴和短轴是第一光阑的狭缝的长轴和短轴。
当第一光阑为通过丝印技术在玻璃等上印出需要的通光形状时，上述第一光阑的形状具体指第一光阑的通光形状。例如，第一光阑的形状为长方形是指第一光阑的通光形状为长方形，第一光阑的长边和短边是指第一光阑的通光形状的长边和短边。如图9c所示，为本申请提供的另一种回波信号经第一光阑、非等比例成像的光学组件后在像素阵列上的覆盖范围示意图。图9d给出了一种回波信号经过第一光阑后对应的光斑在像素阵列上的覆盖的感光单元的范围示意图。由图9c和图9d的比较可以得出，回波信号经非等比成像的光学组件后，回波信号对应的光斑在水平方向扩展，从而可以覆盖探测模组中较多的感光单元。再比如，第一光阑的形状为椭圆形是指第一光阑的通光形状为椭圆形，第一光阑的长轴和短轴是第一光阑的通光形状的长轴和短轴。
情形二，探测模组位于水平焦面。
基于该情形二，非等比例成像的光学组件的垂直方向的等效光焦度大于水平方向的等效光焦度。可以理解的是，基于包括该非等比例成像的光学组件的接收光学模组，可将回波信号的水平焦面和垂直焦面分离，且垂直方向上的光束先聚焦垂直焦面，水平方向上的光束后聚焦至水平焦面，即沿该接收光学模组从物方至像方的方向上，垂直焦面相较于水平焦面更靠近物方，水平焦面相较于垂直焦面更靠近像方。在水平焦面的位置处，垂直方向上的光束是弥散的。因此，当探测模组位于水平焦面时，接收到的回波信号的光斑在垂直方向上是弥散的，即回波信号的光斑在垂直方向是扩展的，在水平方向是聚焦的。
为了减小背景杂散光对回波信号的影响，可在垂直焦面放置第二光阑。该第二光阑的形状与来自探测区域的回波信号的光斑的形状相同，关于第二光阑的形状可参见前述第一光阑的介绍，此处不再重复赘述。
为了便于方案的说明，下面以第二光阑的形状为长方形为例说明。
在一种可能的实现方式中，第二光阑的短边平行于垂直方向，第二光阑的长边平行于水平方向。进一步，可选的，为了尽可能的减小背景杂散光对回波信号的影响，第二光阑的短边的长度满足：L 3满足：L 3＝α 2×f 2。其中，α 2表示接收光学系统的垂直角分辨率，f 2接收光学系统的垂直方向上的等效焦距；
应理解，第二光阑的短边的长度L 3也可以满足：L 3＞α 2×f 2。例如第二光阑的短边的长度L 2＝n 2×α 2×f 2，n 2可以取1.2、1.5或2等，n 2可以与n 1相同，也可以不同。再比如， 第二光阑的短边的长度L 2也可以满足：L 2＝α 2×f 2+第三阈值。另外，第二光阑的短边的长度L 3也可以满足：L 3＜α 2×f 2。例如第二光阑的短边的长度L 2＝n 4×α 2×f 2，n 4可以取0.95、0.8或0.7等小于1的数，n 4可以与n 2相同，也可以不同。再比如，第二光阑的短边的长度L 2也可以满足：L 2＝α 2×f 2－第四阈值。需要说明的是，第三阈值和第四阈值均为大于0的数，第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值可以相同，也可以不相同，本申请对此不做限定。当第二光阑的短边的长度L 3满足L 3＞α 2×f 2，可以实现尽可能的提高回波信号的利用率。当第二光阑的短边的长度L 3满足：L 3＜α 2×f 2，可以尽可能的抑制背景杂散光射向探测模组。
进一步，可选的，第二光阑的长边的长度L 4满足：L 4≥ψ 2×f 1，其中，ψ 2表示接收光学系统的水平视场角，f 1表示接收光学系统的水平方向上的等效焦距f 1。需要说明的是，光学接收系统的水平视场角是指光学接收系统在水平方向上可探测的最大角度。
通常第二光阑平行于探测模组的光敏面，即第二光阑与探测模组的光敏面之间的夹角等于0度，基于此，第二光阑的短边的长度L 3满足：L 3＝α 2×f 2，第二光阑的长边的长度L 4满足：L 4≥ψ 2×f 1。当第二光阑与探测模组的光敏面之间不等于0度时，为了尽可能减小背景杂散光对信号光的影响，第二光阑的短边在垂直方向上的分量L y满足：L y＝α 2×f 2。进一步，可选的，第二光阑的长边在水平方向上的分量L x满足：L x≥ψ 2×f 1。
在一种可能的实现方式中，第二光阑位于垂直焦面，用于允许垂直方向上有效视场内(即第二光阑的短边范围对应的视场)的回波信号通过，且可以阻止有效视场外的背景杂散光通过，进而有助于减小射向探测模组的杂散光。需要说明的是，第二光阑位于垂直焦面的光路可参见第一光阑位于水平焦面的光路，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，垂直方向上的光斑覆盖范围dy与接收光学系统在水平方向上的等效焦距fx、垂直方向上的等效焦距fy、回波信号的发散角β、接收光学系统的像方数值孔径NA有关，可参见下述公式2。
dy＝fy×tanβ+(|fy-fx|)×2NA 公式2
需要说明的是，在实际应用中，上述光斑覆盖范围dy允许有一定的工程误差。
应理解，椭圆形的第二光阑的短轴与长方形的第二光阑短边的长度一致，椭圆形的第二光阑的长轴与长方形光阑的长边的长度一致，具体可参见前述相关描述，此处不再赘述。
示例性地，第二光阑例如可以是狭缝光阑(或称为孔径光阑或有效光阑，可参见上述图9a或图9b)。再比如，第二光阑也可以是通过丝印技术在玻璃等上印出需要的通光形状(可参见上述图9c或图9d)，其他区域是黑墨(黑墨的区域不允许透光)。应理解，第二光阑的狭缝或通光形状决定了垂直焦面上的回波信号的孔径角。
当第二光阑为狭缝光阑时，上述第二光阑的形状具体指第二光阑的狭缝(或孔径)的形状。例如，第二光阑的形状为长方形是指第二光阑的狭缝的形状为长方形，第二光阑的长边和短边是指第二光阑的狭缝(或孔径)的长边和短边。再比如，第二光阑的形状为椭圆形是指第二光阑的狭缝的形状为椭圆形，第二光阑的长轴和短轴是第二光阑的狭缝的长轴和短轴。当第二光阑为通过丝印技术在玻璃等上印出需要的通光形状时，上述第二光阑的形状具体指第二光阑的通光形状。例如，第二光阑的形状为长方形是指第二光阑的通光形状为长方形，第二光阑的长边和短边是指第二光阑的通光形状的长边和短边。再比如，第二光阑的形状为椭圆形是指第二光阑的通光形状为椭圆形，第二光阑的长轴和短轴是第二光阑的通光形状的长轴和短轴。
当探测模组横平竖直的放置时，相应地的，非等比例成像的光学组件也是横平竖直的放置，第一光阑或第二光阑也可以是横平竖直的放置。当探测模组绕接收光学模组的光轴旋转某个角度时，非等比例成像的光学组件也需要转动与探测模组相同方向的相同角度，以使经非等比例成像的光学组件分离水平焦面或垂直焦面与探测模组匹配，第一光阑或第二光阑也可以转动与探测模组转动相同方向的相同角度。
本申请中，激光雷达还可包括处理控制模组，下面详细介绍。
四、处理控制模组
在一种可能的实现方式中，处理控制模组用于接收来自所述探测模组的所述电信号，并根据所述电信号确定所述目标的关联信息。进一步，可选的，还可根据确定出的目标的关联信息，进行行驶路径的规划，例如躲避将要行驶的路径上的障碍物等。
示例性地，处理控制模块可以包括处理单元和控制单元，处理单元可以是通用处理器、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、信号数据处理(digital signal processing，DSP)电路、专门应用的集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、或者其他可编程逻辑器件。控制单元包括扫描模组的驱动、光源模组的驱动、及探测模组的驱动等，这些驱动可以是集成在一起，也可以是分开的。
基于上述内容，下面结合具体的硬件结构，给出上述激光雷达的两种可能的实现方式。以便于进一步理解上述激光雷达的结构及功能原理。
为了便于方案的说明，下面以列方向对应垂直方向，行方向对应水平方向为例介绍。
请参阅图10，为本申请提供的一种激光雷达的架构示意图。该激光雷达包括发射模组和接收模组，进一步，还可包括处理模组。其中，发射模组包括光源阵列和发射光学模组，接收模组包括像素阵列和接收光学模组。光源阵列以包括3×9个光源为例，像素阵列以包括3×9像素为例，每个像素是以按行binning了1×3个感光单元为例。该光源阵列中的光源可以实现独立选址，具体可以是上述VCSEL或EEL。关于光源阵列可参见上述结构1.1中关于光源阵列的介绍，发射光学模组、像素阵列和接收光学模组可参见前述相关描述，此处不再赘述。
基于该图10所示的激光雷达，可以按列分时选通光源阵列中的光源列、并按列分时选通像素阵列中对应的像素列。再比如，按行分时选通光源阵列中的光源行、并按行分时选通像素阵列中对应的像素列。也可以理解为，光源阵列中的光源行与像素阵列中的像素行之间存在对应关系，光源阵列中的光源列与像素阵列中的像素列之间存在对应关系。基于此类选通方式，激光雷达的工作模式可以称为是线扫线收模式。所谓线扫线收模式也可以理解为发射模组发射的信号光为线光束，探测模组接收到回波信号也为线光束。
结合上述图10，若选通的光源发射的线光束的信号光未被扩宽时，射向像素阵列的光斑可覆盖一列cell；若选通的光源发射的线光束的信号经接收光学模组在水平方向被扩展为2倍，则射向像素阵列的光斑可覆盖2列的cell。也可以理解为，经接收光学模组在水平方向上拉升回波信号对应的光斑(即投射到像素阵列的光敏面上的光斑在垂直方向和水平方向不等比例成像)，从而提高光斑在水平方向上覆盖的感光单元的数量，进而可提高激光雷达的动态范围。
为了便于方案的说明，下面以按列选通光源阵列和像素阵列为例介绍。
像素阵列在行方向是多个感光单元的Binning得到的像素，发射模组按列分时选通光 源阵列中的光源列。基于此，可将激光雷达的探测区域以列为单位分为多等分，依次选通光源阵列中的光源列，对应的线光束可以依次扫过探测区域的这些列区域，从而可实现对探测区域的全部区域的扫描。回波信号经接收光学模组的传播后，回波信号对应的光斑在行方向扩宽，并将扩宽后的光斑投射至探测模组，探测模组中与选通的光源列对应的像素列接收到该扩宽后的光斑，由于光斑在行方向被扩宽，因此，回波信号对应的光斑可在行方向上覆盖较多的(该示例中以覆盖3个为例)的感光单元，从而可降低单个感光单元检测到光子数，从而可提高单位感光单元的抗饱和能力，进而可有效提高该激光雷达的动态范围。而且，由于在列方向未Binning感光单元，因为可以维持列方向的空间分辨率不降低。也可以理解为，激光雷达按列扫描时，可增加像素阵列的行方向的动态范围，且可维持列方向的空间分辨率不变。
下面针对上述有益效果，结合模拟结果进行详细说明。
参考图11中的(a)，为本申请提供的一种回波信号对应的光斑未被扩宽(或拉伸)的结果示意图，参考图11中的(b)，为本申请提供的一种回波信号对应的光斑在水平方向被扩宽的示意图。其中，图11中的(a)采用的是等比例成像的光学组件，图11中的(b)采用的是非等比例成像的光学组件。图12中的(a)为对图11中的(a)模拟的三维图，图12中的(b)为对图11中的(b)模拟的三维图。上述图11和图12是以回波信号落在像素阵列的第84列附近为例，针对上述图11中(a)和(b)，分别对第200行、第300行及第400行取点进行模拟，得到图13中的(a)、(b)和(c)。
由图13的模拟结果可以看出，在第200行、第300行及第400行取点时，采用等比例成像的光学组件和非等比例成像的光学组件的中心位置均重合在84列附近，采用非等比例成像的光学组件接收的光子累积数约是采用等比例成像光学组件接收的光子累积数的2倍。即，采用非等比例成像得到光学组件接收可以在水平方向扩宽回波信号对应的光斑，从而可降低单个感光单元上接收到的光子数目，可提高探测模组抗饱和的能力，进而可提高探测系统的动态范围。
基于该图10所示的激光雷达，也可以实现面发光面收。例如一次选通全部的光源，并选通全部的像素。即光源阵列发射面光束的信号光，像素阵列接收面光束的回波信号。
请参阅图14a，为本申请提供的另一种激光雷达的架构示意图。该激光雷达包括发射模组、接收模组和扫描模组，进一步，还可包括处理模组(图14a中未示出)。结合图14b，发射模组包括光源阵列和发射光学模组，接收模组包括像素阵列和接收光学模组。光源阵列以包括1×9个光源为例，像素阵列以包括1×9像素为例，每个像素是以按行binning了1×3个感光单元为例。该光源阵列中的光源可以实现独立选址，具体可以是上述VCSEL或EEL。关于光源阵列可参见上述结构1.2或结构1.3中关于光源阵列的介绍，发射光学模组、像素阵列、接收光学模组及扫描模组可参见前述相关描述，此处不再赘述。应理解，激光雷达中的视窗用于将激光雷达与外界环境隔离。
基于图14b，选通的光源阵列用于发射线光束的信号光，通过转动扫描模组，可以实现将线光束投射至探测区域的不同位置，以实现对探测区域的扫描。进一步，通过扫描模组将来自探测区域不同位置的回波信号反射至接收光学模组，经接收光学模组将回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，并将扩宽后的光斑投射至该像素阵列上。应理解，图14b是以一个光源、一个像素和一个光斑进行示例的。当选通该光源阵列时，射向探测区域的是一列光斑；相应地，该像素阵列中每个像素可以接收到对应的行方向被扩宽的光 斑。
需要说明的是，当扫描模组为反射式扫描模组时，激光雷达射向探测区域的信号光和来自探测区域的回波信号的指向是相同。或者也以理解为，激光雷达射向探测区域的信号光和来自探测区域的回波信号是平行光。上述图14b给出的扫描模组对信号光和回波信号的光路改变仅是一种可能的示例。
应理解，本申请中，激光雷达还可以上述发射模组、接收光学模组、探测模组与扫描模组其他可能的组合。例如，上述图10中的发射模组可以用上述结构3中的发射模组替换。上述图14b中的光源模组可以用上述结构2中的光源模组替换，此处激光雷达还包括扫描模组(可参见图14bb)，等等，此处不再一一列举。也可以理解为，基于上述示例出的发射模组、接收模组、扫描模组和探测模组的任意合理的组合，均在本申请所包括的激光雷达的范围内。
在一种可能的实现方式中，激光雷达可以安装于车辆上，请参见图15。该示例中激光雷达在车辆上的位置仅是示例，激光雷达还可以设置于车辆的车身周围的任意可能的位置，本申请对此不作限定。进一步，可选的，激光雷达确定出目标的关联信息后，可发送给车辆，车辆可根据确定出的目标的关联信息，进行行驶路径的规划，例如躲避将要行驶的路径上的障碍物等。应理解，图15所示的激光雷达的形状仅是示例，激光雷达的外观上也可以呈现其他形状，例如还可以是长方形等，本申请对此不做具体限定。
基于上述描述的激光雷达的结构和功能原理，本申请还可以提供一种终端设备。如图16所示，为本申请提供的一种终端设备的结构示意图。该终端设备1600可以包括上述任一实施例中的激光雷达1601。进一步，可选的，该终端设备还可包括处理器1602，处理器1602用于调用程序或指令控制上述激光雷达1601获取电信号。进一步，处理器1602还可接收来自激光雷达1601的电信号，并根据电信号确定目标的关联信息。可选的，该终端设备还可包括存储器1603，存储器1603用于存储程序或指令。当然，该终端设备还可以包括其他器件，例如存储器或无线通信装置等。
其中，激光雷达1601可参见上述激光雷达的描述，此处不再赘述。
处理器1602可以包括一个或多个处理单元。例如：处理器1602可以包括应用处理器(application processor，AP)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、图像信号处理器(image signal processor，ISP)、控制器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
存储器1603包括但不限于随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。
在一种可能的实现方式中，处理器1602还可根据确定出的目标的关联信息，对终端设备的行驶路径进行规划，例如躲避行驶路径上的障碍物等。
示例性地，该终端设备例如可以是车辆(例如无人车、智能车、电动车、或数字汽车 等)、机器人、测绘设备、无人机、智能家居设备(例如电视、扫地机器人、智能台灯、音响系统、智能照明系统、电器控制系统、家庭背景音乐、家庭影院系统、对讲系统、或视频监控等)、智能制造设备(例如工业设备)、智能运输设备(例如AGV、无人运输车、或货车等)、或智能终端(手机、计算机、平板电脑、掌上电脑、台式机、耳机、音响、穿戴设备、车载设备、虚拟现实设备、增强现实设备等)等。
需要说明的是，本申请中上述各个实施例中，水平方向上可以是水平方向，垂直方向上可以是垂直方向。相应的，水平光焦度是指水平方向的光焦度，垂直光焦度是指垂直方向的光焦度。
在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
本申请中，“垂直”不是指绝对的垂直，可以允许有一定工程上的误差。“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。在本申请的文字描述中，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在本申请的公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。另外，在本申请中，“示例性地”一词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。或者可理解为，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念，并不对本申请构成限定。
可以理解的是，在本申请中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。术语“第一”、“第二”等类似表述，是用于分区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的方案进行示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

  1. 一种激光雷达，其特征在于，包括发射模组、接收光学模组及探测模组；
    所述发射模组，用于发射信号光；
    所述接收光学模组，用于接收回波信号，将所述回波信号对应的光斑在水平方向或垂直方向扩宽，并将扩宽后的光斑投射至所述探测模组，所述回波信号包括所述信号光经所述探测区域中的目标反射的反射光；
    所述探测模组，用于对接收到的所述扩宽后的光斑进行光电转换，得到电信号，所述电信号用于确定所述目标的关联信息。
  2. 如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收光学模组包括非等比例成像的光学组件。
  3. 如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述非等比例成像的光学组件用于：
    将所述回波信号在所述水平方向对应的水平焦面和在所述垂直方向对应的垂直焦面分离；
    所述探测模组位于所述水平焦面或所述垂直焦面。
  4. 如权利要求1至3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述信号光为线光束。
  5. 如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模组包括光源阵列，所述光源阵列按行或按列分时选通光源；
    按行选通的光源行或按列选通的光源列用于发射所述线光束的信号光。
  6. 如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模组包括第一激光器和第一光束调整组件；
    所述第一激光器，用于发射第一信号光；
    所述第一光束调整组件，用于将所述第一信号光调整为所述线光束的信号光。
  7. 如权利要求4至6任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括扫描模组，用于将来自所述发射模组的所述信号光反射至所述探测区域。
  8. 如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描模组包含转镜、摆镜、微机电系统MEMS镜的至少一种。
  9. 如权利要求5至8任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述探测模组包括像素阵列；
    所述像素阵列按行分时或按列分时选通像素。
  10. 如权利要求1至3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述信号光为面光束。
  11. 如权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模组包括光源阵列，所述光源阵列按面选通光源；
    按面选通的光源用于发射所述面光束的信号光。
  12. 如权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模组包括第二激光器和第二光束调整组件；
    所述第二激光器，用于发射第二信号光；
    所述第二光束调整组件，用于将所述第二信号光调整为所述面光束的信号光。
  13. 如权利要求10至12任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述探测模组包括像素阵列；
    所述像素阵列按面选通像素。
  14. 如权利要求9或13所述的激光雷达，其特征在于，所述像素阵列中的像素包括至少两个合并的感光单元。
  15. 如权利要求1至14任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括处理控制模组，用于接收来自所述探测模组的所述电信号，并根据所述电信号确定所述目标的关联信息。
  16. 一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求1至15任一项所述的激光雷达。
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