CN214795207U - 固态激光雷达 - Google Patents

Abstract

一种固态激光雷达，包括：多个发射模块，每个所述发射模块包括至少一个发光单元，所述发光单元包括多个激光器，配置成同时发射出探测光束；接收模块，包括至少一个探测单元，所述探测单元包括多个光电探测器，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；其中，所述多个发射模块设置在所述接收模块周围，所述多个发射模块的发光单元位于同一平面上，一个所述探测单元配置为接收多个所述发射模块的发光单元发出的探测光束被目标物反射的回波。本实用新型对于设定范围的视场角，通过设置多个发射模块将同时发光的线列发光单元的长度大大缩小，从而大大减少了发光单元的发光不均匀性，减小了固态激光雷达在设定视场角内的测距误差，提高了测远性能。

Description

固态激光雷达

技术领域

本实用新型大致涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种固态激光雷达。

背景技术

激光雷达可以高精度、高准确度地获取目标的距离、速度等信息或者实现目标成像，在测绘、导航等领域具有重要的作用。通常激光雷达可以分为两大类：机械式激光雷达和固态激光雷达。机械式激光雷达采用机械旋转部件作为光束扫描的实现方式，可以实现大角度扫描，但是装配困难、扫描频率低。固态激光雷达，目前的实现方式有微机电系统、面阵固态雷达和光学相控阵技术。

面阵固态激光雷达的光源通常为高密度垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列，多个激光器并联形成发光单元，同时受驱发光。发光单元的长度很长，宽度很窄，长宽比很高，导致在大电流、高频率驱动的情形下，驱动线路上的电阻及寄生电感产生压降，使得沿着驱动信号的传播方向，多个激光器的驱动电流逐渐降低，发光亮度也随之逐渐降低。进而导致了在激光雷达的视场范围内，探测光在发光单元延伸方向上的强度分布不均匀，从而影响了固态激光雷达的测远能力和探测精度。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本实用新型提供一种固态激光雷达，包括：

多个发射模块，每个所述发射模块包括至少一个发光单元，所述发光单元包括多个激光器，配置成同时发射出探测光束；

接收模块，包括至少一个探测单元，所述探测单元包括多个光电探测器，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；

其中，所述多个发射模块设置在所述接收模块周围，所述多个发射模块的发光单元位于同一平面上，一个所述探测单元配置为接收多个所述发射模块的发光单元发出的探测光束被目标物反射的回波。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发光单元的多个激光器沿条形排列，所述发射模块包括多个发光单元，所述多个发光单元沿垂直于所述条形延伸方向的方向排列。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发射模块设置在所述接收模块的两侧，且位于所述接收模块两侧的发射模块的数量相同或不同。

根据本实用新型的一个方面，其中每个所述发射模块包括数量相同的多个发光单元，对应同一个探测单元的发光单元位于同一直线上。

根据本实用新型的一个方面，其中位于同一直线上的多个发光单元对应的视场部分重叠。

根据本实用新型的一个方面，其中所述固态激光雷达包括两个发射模块，所述两个发射模块位于所述接收模块的两侧。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发光单元包括VCSEL阵列，所述探测单元包括SPAD阵列。

根据本实用新型的一个方面，其中，在所述发光单元的条形延伸方向上远离所述接收模块的一侧设置补盲激光器，所述补盲激光器和所述发光单元的探测范围不同，所述补盲激光器发出的探测光被目标物反射的回波能够被与所述发光单元对应的探测单元接收。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发射模块还包括电极单元，所述电极单元与所述发光单元的多个激光器电连接，所述电极单元包括多个驱动端，通过所述多个驱动端同时向所述发光单元的多个激光器加载驱动信号。

根据本实用新型的一个方面，其中所述电极单元还包括在所述发光单元的条形延伸方向的两端设置的焊盘，所述焊盘用于加载所述驱动信号。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发射模块还包括发射光学组件，所述发射模块的至少一个发光单元位于所述发射光学组件的焦平面上，所述发射光学组件配置成接收所述至少一个发光单元发射出的探测光束，整形后发射至目标空间。

根据本实用新型的一个方面，其中所述多个发射模块的发射光学组件相同。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发射模块还包括微透镜阵列，设置于所述多个激光器的光路下游。

根据本实用新型的一个方面，其中所述接收模块还包括：

接收光学组件，配置成接收并会聚所述固态激光雷达发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波以及第二波段的光束，其中所述第二波段不包括所述第一波段；

分光单元，设置在所述接收光学组件的光路下游，配置成将所述探测光束的反射回波和所述第二波段的光束的光路分离；

所述至少一个探测单元设置在所述分光单元的光路下游，配置成从所述分光单元接收所述探测光束的反射回波并转换为电信号；和

至少一个成像单元，设置在所述分光单元的光路下游，配置成从所述分光单元接收所述第二波段的光束并成像。

根据本实用新型的一个方面，其中每个所述探测单元的多个光电探测器被同时激活接收所述反射回波，每个所述成像单元包括多个图像传感器，每个所述成像单元的多个图像传感器被同时激活接收所述第二波段的光束并成像，对应同一视场范围的探测单元和成像单元被同时激活进行探测和曝光。

根据本实用新型的一个方面，其中所述分光单元包括分光透反镜，使所述探测光束的反射回波被反射、所述第二波段的光束被透射，或者使所述探测光束的反射回波被透射、所述第二波段的光束被反射。

本实用新型的优选实施例提供了一种固态激光雷达，对于设定范围的视场角，通过设置多个发射模块将同时发光的线列发光单元的长度大大缩小，从而大大减少了发光单元的发光不均匀性，从而减小了固态激光雷达在设定视场角内的测距误差，提高了测远性能。

本实用新型的优选实施例中，同时发光的激光器数量减少，降低了单个发光单元的发射功率，能够减少发射端的散热，降低温度波动。

本实用新型的优选实施例中，对于多个发射模块对应的发光单元不同时发光的情况，可以降低单次发光的发射功率，有利于人眼安全。在满足人眼安全要求的前提下，由于同时发光的激光器的数量减少，因而可以增大激光器功率，提高探测光功率，增强激光雷达的测距能力。

本实用新型的优选实施例中，多个发射模块发射出的探测光经整形出射后，中心处视场存在一定的交叠区域，可以增加中心区域的探测精度。

本实用新型的优选实施例中，可以适当延长部分发射模块中的线列发光单元的长度，从而能够有效减小固态激光雷达的盲区范围，不需要再对激光器面阵作特殊设计，不增加设计和工艺的复杂度。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1示意性地示出了现有技术中的固态激光雷达；

图2示意性地示出了顶发射型的垂直腔面发射激光器(VCSEL)面阵光源的部分表面结构示意图；

图3示意性地示出了一列并联的激光器发光不均匀的情况；

图4A示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的固态激光雷达的侧视图；

图4B示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的固态激光雷达的正视图；

图5A示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的固态激光雷达的侧视图；

图5B示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的固态激光雷达的正视图；

图6A示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的沿竖直方向逐行扫描的固态激光雷达；

图6B示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的沿水平方向逐列扫描的固态激光雷达；

图7示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的固态激光雷达的视场范围；

图8示意性地示出了旁路激光雷达盲区的形成；

图9示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的补盲激光器光路示意图；

图10示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的补盲激光器在线列发光单元上的位置；

图11示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的对于线列发光单元设置双向驱动；

图12示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的将激光器阵列与微透镜阵列集成；

图13示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的接收模块；

图14示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的接收模块；

图15示意性地示出了根据本实用新型的一个优选实施例的固态激光雷达；

图16示出了根据本实用新型的一个优选实施例的探测方法。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，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"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"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。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

面阵固态激光雷达的收发结构及工作原理如图1所示，发射模块TX包括激光器阵列，接收模块RX包括探测器阵列，激光器阵列和探测器阵列分别设置于发射透镜组和接收透镜组(图未示)的焦平面上，激光器阵列发出探测光束，以探测目标物(OB)，探测光束被目标物反射的回波光束被探测器阵列接收，并将光信号转化为电信号，再经过时间转换、直方图处理，最终得到距离信息，送达监视系统形成点云图像。

作为面阵固态激光雷达的探测方式之一，发射模块的激光器阵列同时受驱发出覆盖探测范围的探测光，接收模块的探测器阵列激活接收回波信号。

作为面阵固态激光雷达的探测方式之一，发射模块的激光器阵列和接收模块的探测器阵列可以进行分组，依次发光/探测。如图1所示，每一列激光器同时激活、作为一个发光单元，每一列探测器同时激活、作为一个探测单元。t1时刻第一列激光器发光，对应第一列探测器激活进行回波信号探测；t2时刻第二列激光器发光，对应第二列探测器激活进行回波信号探测……从而可以降低所有激光器同时发光探测造成的串扰。也可以按行分组、按子阵列分组……每组激光器同时发光，对应的一组探测器同时激活进行回波信号探测，其分组方式不限于上述几种方式。

较大规模的面阵固态激光雷达的光源是高密度的激光器阵列，这种阵列可以充分利用到垂直腔面发射激光器相比于边发射激光器易于大规模平面集成的优势，在提升功率密度的同时降低封装、装调复杂度和成本。

作为一种实施方式，激光器为垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)，探测器为单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，SPAD)。

图2示出了一个顶发射型的垂直腔面发射激光器(VCSEL)面阵光源的部分表面结构示意图，图2中的VCSEL以矩阵排列，并设计为列寻址结构。即每一列VCSEL作为图1中发射模块TX的一个发光单元，每一列VCSEL的阳极接触金属通过互连金属层相互连接，互连金属层端部作为打线的焊盘(如图2中标注)，通过金属打线连接到驱动芯片，同一列VCSEL基于同一个驱动信号(来自驱动芯片上的驱动电路)受激发光。为了增加电流传导面积，减小电阻，焊盘面积相对较大，宽度约为发光单元宽度的两倍，相邻一个线列的焊盘设置在面阵下边缘(图未示)，与图2示出的上边缘结构对称。

如图2所示的垂直腔面发射激光器(VCSEL)面阵光源实现了大的发光区域所需的高密度集成，但随之带来的问题是每一列并联发光的激光器(即一个发光单元)长度很长，宽度很窄，长宽比很高，这就导致在大电流、高频率驱动的情形下，金属层上的电阻及寄生电感会产生压降，进而导致同一列激光器的偏压逐渐降低，于是发光亮度逐渐降低。如图3所示，pixel-1为最靠近焊盘的激光器，pixel-21为最远离焊盘的激光器，由于金属层上的电阻及寄生电感导致的压降，使得各个激光器的发光亮度不同，pixel-21的发光亮度明显低于pixel-1的发光亮度。

在面阵固态激光雷达的应用中，一个发光单元的多个激光器的发光强度不同，会造成该发光单元对应的视场范围内的测距能力不同，其中发光强度较低的激光器限制了激光雷达的测远能力，造成了点云图像失真，降低了激光雷达的探测精度。

为了解决面阵固态激光雷达中的线列发光单元发光强度不均匀的问题，如图4A所示，本实用新型提供一种固态激光雷达100，包括多个发射模块110和接收模块120。如图4B所示(图4A为固态激光雷达100的侧视图，而图4B为倾斜一定角度的正视图)，其中，每个发射模块110包括至少一个发光单元111，发光单元111包括多个激光器，配置成同时发射出探测光束。接收模块120包括至少一个探测单元121，探测单元121包括多个光电探测器，配置成接收探测光束被目标物反射的回波。

如图4A所示，其中，多个发射模块110设置在接收模块120周围，多个发射模块110的发光单元111位于同一平面上，一个探测单元121配置为接收多个发射模块110的发光单元111发出的探测光束被目标物反射的回波。如图4B所示，优选地，一个探测单元121对应每个发射模块110中的一个发光单元111，探测单元121配置成接收对应的多个发光单元111发出的探测光束的反射回波。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100的发光单元111包括VCSEL线列，探测单元121包括SPAD线列。如图4A、图4B所示，两个VCSEL面阵，在SPAD面阵两侧对称设置。其中，每一行VCSEL线列同时激活、作为一个发光单元，一行SPAD线列根据两个发射模块110的设置位置相应地分为两部分，如图4B所示，斜线阴影表示的一半SPAD作为一个探测子单元，与图中左侧的发射模块110斜线阴影表示的发光单元对应相同的视场，接收图中左侧的发射模块110的一个发光单元发出的探测光被目标物反射的回波。方格阴影表示的一行中另一半SPAD作为另一探测子单元，与图中右侧的发射模块110方格阴影表示的发光单元对应相同的视场，接收图中右侧的发射模块110的一个发光单元发出的探测光被目标物反射的回波。

本实用新型的固态激光雷达100的探测方法可以为：两个发射模块110中等效为同一行的发光单元依次发光，接收模块120对应的探测子单元分别进行探测。也可以为：两个发射模块110中等效为同一行的发光单元同时发光，接收模块120对应视场的一行探测器激活同时进行两个发光单元反射回波的接收探测。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，发射模块110还包括发射光学组件，发射模块110的至少一个发光单元111位于发射光学组件的焦平面上，发射光学组件配置成接收至少一个发光单元111发射出的探测光束，整形后发射至目标空间。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，发射模块110还包括发射透镜组，与激光器面阵对应；接收模块120还包括接收透镜组，与探测器面阵相对应。

根据本实用新型的一个优选实施例，如图4B所示，固态激光雷达100中，发光单元111的多个激光器沿条形排列(如图4B中所示的x方向)，发射模块110包括多个发光单元111，多个发光单元111沿垂直于该条形延伸方向的方向排列(如图4B中所示的y方向)。

参见图4B中的标注，在两个发射模块110中，发光单元111的多个激光器均沿x方向排列，多个发光单元111均沿y方向排布(图中为斜向视角，实际x方向与y方向相垂直)。作为优选，激光器阵列在y方向的长度均大于在x方向的长度。

回到图1所示的只包含一个发射模块的固态激光雷达，假设发射模块的激光器阵列为N×N阵列，在采用本实用新型所提供的优选实施例对固态激光雷达进行改进后，如图4B所示，固态激光雷达100包括两个发射模块110，两个发射模块110的激光器阵列分别为N×1/2N阵列，且沿1/2N方向延伸的一行/列的激光器作为一个发光单元，同时发光。

对于相同的探测范围，图4B的实施例中发射模块110的发光单元111的长度只有图1中单镜头固态激光雷达的发光单元长度的一半，因而可以缩短激光器驱动信号的传输路径长度，降低传输路径两端激光器的驱动信号强度差异，有效降低发光单元中不同位置的激光器发光强度的不均匀程度。

图4A、图4B示意性地示出了发射模块110的发光单元111的长度均为改进前原发光单元长度的一半，该划分方式仅为一种优选实施方式，多个发射模块110的发光单元111的长度可以相等或不相等，如两个发射模块110的发光单元111的长度比为4:6、4.5:5.5，或其他比例，这些也在本实用新型的保护范围之内。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中发射模块110设置在接收模块120的两侧，且位于接收模块120两侧的发射模块110的数量相同或不同。为了解决固态激光雷达中的线列发光单元发光强度不均匀的问题，本实用新型所提供的优选实施例，将发射模块中的激光器面阵沿激光器的排列方向分为多个，本领域技术人员容易理解，进一步地，将激光器面阵沿多个发光单元的排列方向进一步划分，从而减小激光器芯片的面积，减少散热，提高良率，该实施方式也是可行的，同样在本实用新型的保护范围之内。

图4A、图4B的实施例示出了固态激光雷达100包括两个发射模块110的情形，如图5A所示，将发射模块110进一步划分，使得每一列并联发光的激光器(一个发光单元)的长度更短，并将多个发射模块110设置于接收模块120的周围，多个发射模块110的发光单元111位于同一平面上。如图5B所示，每个发射模块110包括至少一个发光单元111，发光单元111包括多个激光器，配置成同时发射出探测光束；接收模块120包括至少一个探测单元121，探测单元121包括多个光电探测器，配置成接收探测光束被目标物反射的回波。优选地，一个探测单元121对应每个发射模块110中的一个发光单元111，探测单元121配置成接收对应的多个发光单元111发出的探测光束的反射回波。即，固态激光雷达100包括数量更多的发射模块110的技术方案，也在本实用新型的保护范围之内。

如图5A、图5B所示的实施例中，每个发射模块110对应一个发射光学组件；或者，位于接收模块120一侧的相邻两个或更多发射模块110可以共用一个发射光学组件。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，每个发射模块110包括数量相同的多个发光单元111，对应同一个探测单元121的发光单元111位于同一直线上。

如图6A所示，根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100包括两个发射模块110和一个接收模块120，每个发射模块110包括数量相同的多个发光单元111，每个接收模块120包括多个探测单元121，每个探测单元121对应每个发射模块110中的一个发光单元111。固态激光雷达100的两个发射模块110和一个接收模块120沿水平方向排列(图中所示的水平方向)，固态激光雷达100沿竖直方向(图中所示的竖直方向)进行逐行扫描。则对应同一个探测单元121的发光单元111位于同一水平线上(图中所示的水平方向)，并且，对应同一探测单元121的发光单元111对应同一竖直视场角。

如图6B所示，根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100包括两个发射模块110和一个接收模块120，每个发射模块110包括数量相同的多个发光单元111，每个接收模块120包括多个探测单元121，每个探测单元121对应每个发射模块110中的一个发光单元111。固态激光雷达100的两个发射模块110和一个接收模块120沿竖直方向排列(图中所示的竖直方向)，固态激光雷达100沿水平方向(图中所示的水平方向)进行逐列扫描。则对应同一个探测单元121的发光单元111位于同一竖直线上(图中所示的竖直方向)。并且，对应同一探测单元121的发光单元111对应同一水平视场角。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100的收发光路如图7所示。其中，发射模块110-1最靠近接收模块120一侧的激光器发出的光经发射透镜组整形后平行于光轴出射，随着激光器远离接收模块120，出射光束依次向接收模块120的方向偏折，构成图7中所示的视场角FOV1。同样地，发射模块110-2最靠近接收模块120一侧的激光器发出的光经发射透镜组整形后平行于光轴出射，随着激光器远离接收模块120，出射光束依次向接收模块120的方向偏折，构成图7中所示的视场角FOV2。

由此可见，发射模块110-1和发射模块110-2的视场角存在一定的交叠(图7中ob上的实心区域所示)，在发射模块110-1和发射模块110-2对应的发光单元同时发光时，该交叠区域的光强度加倍，可以提高该区域的测远能力；在发射模块110-1和发射模块110-2对应的发光单元不同时发光时，在一定时间内该区域的探测频率加倍。

若发射模块110-1、接收模块120和发射模块110-2沿竖直方向排列，则发射模块110-1和发射模块110-2的视场角在竖直方向上存在一定的交叠，该交叠区域位于激光雷达竖直视场的中心位置。车载激光雷达主要检测地面上的行人和车辆等，目标物集中于垂直视场的中心位置，上述实施例能够提高中心区域测远能力或探测频率，更适合于车载激光雷达的应用场景。

若发射模块110-1、接收模块120和发射模块110-2沿水平方向排列，则发射模块110-1和发射模块110-2的视场角在水平方向上存在一定的交叠，该交叠区域位于激光雷达水平视场的中心位置，即激光雷达的正前方，上述实施例能够提高雷达正前向区域的测远能力或探测频率。

本实用新型的优选实施例提供了一种固态激光雷达，对于设定范围的视场角，通过设置多个发射模块将同时发光的线列发光单元的长度大大缩小，从而大大减少了发光单元的发光不均匀性，从而减小了固态激光雷达在设定视场角内的测距误差，提高了测远性能。

本实用新型的优选实施例中，同时发光的激光器数量减少，降低了单个发光单元的发射功率，能够减少发射端的散热，降低温度波动。

本实用新型的优选实施例中，对于多个发射模块对应的发光单元不同时发光的情况，可以降低单次发光的发射功率，有利于人眼安全。在满足人眼安全要求的前提下，由于同时发光的激光器的数量减少，因而可以增大激光器功率，提高探测光功率，增强激光雷达的测距能力。并且，相应的同时进行探测的探测器数量随之减少，可以降低多个探测器之间的信号串扰。

本实用新型的优选实施例中，多个发射模块发射出的探测光经整形出射后，中心处视场存在一定的交叠区域，可以增加中心区域的探测精度。

本实用新型的优选实施例中，可以适当延长部分发射模块中的线列发光单元的长度，从而能够有效减小固态激光雷达的盲区范围，不需要再对激光器面阵作特殊设计，不增加设计和工艺的复杂度。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，在发光单元111的条形延伸方向上远离接收模块120的一侧设置补盲激光器，该补盲激光器和发光单元111的探测范围不同，该补盲激光器发出的探测光被目标物反射的回波能够被与发光单元111对应的探测单元121接收。

旁轴光路的激光雷达存在远近效应，即当目标物的距离变化时，回波光束在光敏面上的光斑会发生移动。如图8所示，当目标物距离减小到一临界距离时，光斑会移出面阵探测器的光敏面，无法被雷达探测到，即图8中发射模块TX和接收模块RX的光线不交叠区域，为激光雷达的盲区。对于盲区内一目标，反射回来的回波光通过接收透镜所成的像点不在接收透镜的焦平面(图中接收模块RX的面阵探测器所在位置)上，而是在焦平面之后。另外，在图8的视角中，近距离目标在接收透镜光轴的下方，所以它通过接收透镜所成的像点一定在接收透镜光轴的上方。综合这两方面的考虑，近距离目标反射光聚焦点与接收模块RX的相对位置，如图8中所示意。在激光雷达的近距离盲区范围内，激光雷达的接收模块RX完全接收不到目标的反射信号。

本实用新型提供一种减小盲区的方案，如图9所示，发射模块TX设有补盲激光器，补盲激光器在发射模块TX远离接收模块RX的一侧，探测光经发射透镜后偏向盲区范围内，用于对盲区进行补测。其中发射模块TX设置在发射光学组件的焦平面上，因为多个激光器在焦平面的不同位置，其发射光经过发射光学组件准直后向不同方向偏转。如上文图7所示的固态激光雷达100中，发射模块TX2远离接收模块RX的一侧同样设置了补盲激光器，光路如图7中沿补盲激光器发射出的探测光束所示意。

如图10所示，补盲激光器设置在发光单元沿条形排列方向上距离发射光学组件光轴最远的一侧，其发出的光束经发射光学组件整形准直后的出射角度与光轴夹角最大，形成补盲探测光。对于远场回波来说，补盲激光器的回波光光斑会被聚焦在面阵探测器的之外，无法被探测到；而随着目标物距离减小，回波光斑发生如图9所示的向RX方向偏移，落在RX的探测器上，此时补盲激光器的近距离目标物回波因为向上偏移而能够被探测器接收，从而能够减小激光雷达的盲区范围。

作为另一优选方案，在图7中发射模块TX1远离接收模块RX的一侧也可以同时设置补盲激光器，进一步减小盲区范围。

结合附图7、图8、9和图10，补盲激光器相当于在线列发光单元的延伸方向上增加一定长度，即增加一定数量的激光器，而不需要改变激光器的排布，实现方式简单、成本低。为减小盲区所需增加的激光器数量，可以根据光学设计对光路进行计算获得。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，发射模块110还包括电极单元，该电极单元与发光单元111的多个激光器电连接，该电极单元包括多个驱动端，通过该多个驱动端同时向发光单元111的多个激光器加载驱动信号。

优选地，该电极单元还包括在发光单元111的条形延伸方向的两端设置的焊盘，该焊盘用于加载该驱动信号。

为进一步减小线列发光单元的发光不均匀性，本实用新型对线列发光单元采用双侧驱动。不同于图2所示现有技术的线列发光单元一侧焊盘通入驱动信号，如图11所示，根据本实用新型的一个优选实施例，在线列发光单元的条形延伸方向两侧分别设置焊盘，并分别连接驱动电路，与同一发光单元连接的两个驱动电路由同一发射控制信号控制，同时导通驱动开关。从同一发光单元的两端同时注入驱动信号，如图11所述，驱动电路1和驱动电路2分别产生作用于同一激光器的驱动信号分量，两个驱动信号分量叠加成作用于控制激光器发光的驱动信号。从而，一个驱动信号分量可补偿另一个驱动信号分量所受到的驱动线路衰减，使流过驱动线路上的多个激光器的驱动电流差异更小，进一步减小发光不均匀性。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，发射模块110还包括微透镜阵列，设置于多个激光器的光路下游。

激光器阵列可以配合微透镜阵列使用，如图12所示，激光器阵列前固定微透镜阵列，或将激光器芯片的衬底制备成微透镜阵列，对激光器发出的光束进行准直，以提高光束质量。

根据本实用新型的一个优选实施例，如图13所示，固态激光雷达100中，接收模块120还包括：接收光学组件122、分光单元123、至少一个探测单元121和至少一个成像单元124。其中：

接收光学组件122配置成接收并会聚固态激光雷达100发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波L1以及第二波段的光束L2，其中第二波段不包括所述第一波段。优选地，接收光学组件11不具有波长选择性，红外和可见光波段的光束都可以无差别地透过。分光单元123设置在接收光学组件122的光路下游，配置成将探测光束的反射回波L1和第二波段的光束L2的光路分离。至少一个探测单元121设置在分光单元123的光路下游，配置成从分光单元123接收探测光束的反射回波L1并转换为电信号。至少一个成像单元124设置在分光单元123的光路下游，配置成从分光单元123接收第二波段的光束L2并成像。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，每个探测单元121的多个光电探测器被同时激活接收反射回波L1，每个成像单元124包括多个图像传感器，每个成像单元124的多个图像传感器被同时激活接收第二波段的光束L2并成像，对应同一视场范围的探测单元121和成像单元124被同时激活进行探测和曝光。

根据本实用新型的一个优选实施例，固态激光雷达100中，分光单元123包括分光透反镜，使所述探测光束的反射回波被反射、所述第二波段的光束被透射，或者使所述探测光束的反射回波被透射、所述第二波段的光束被反射。

如图13所示，采用波长分光透反镜作为分光单元123，以940nm波长的探测光为例，在波长分光透反镜表面涂覆940nm的高反射膜，使940nm波段的激光被反射，至少一个探测单元121设置于反射束会聚的焦平面上；其他波段光可以透射过去，会聚于焦平面位置的至少一个成像单元124上。

如图14所示，在波长分光透反镜表面涂覆二向色涂层，使940nm的回波光束透射过去，被探测单元121接收进行距离探测；其他波段光被反射至成像单元124上用于成像。

根据本实用新型的一个优选实施例，如图15所示，接收模块RX包括距离传感器阵列和图像传感器阵列(如加RGGB滤光片的CMOS阵列)，在接收光路上设置分光装置，通过分光装置将接收透镜组会聚的光束分为两部分：探测波段光和其他波段光。探测波段光为发射模块TX发射的探测光被目标物反射的回波光，由接收模块RX的距离传感器阵列接收进行回波信号探测；其他波段光被接收模块RX的图像传感器阵列接收，可获得彩色图像。接收模块RX的距离传感器阵列和图像传感器阵列均设置于接收透镜组的焦平面上，分光元件将探测波段光和其他波段光分离并照射在不同传感器上。

本实用新型的优选实施例采用两个发射模块，不需要改变接收模块的探测器阵列的设计，容易结合分光元件+SPAD/CMOS阵列的方案，在全测量范围内，两个传感器阵列都可以同时看到完全相同目标，两个传感器的结果基本不需要进行物理位置的配准。进而同时获得深度信息和彩色图像，算法简单，两个传感器阵列共用接收光学组件，极大的降低的生产、装配和装调的成本。

根据本实用新型的一个优选实施例，如图16所示，本实用新型还提供一种使用如上文所述的固态激光雷达100进行探测的方法10，包括：

在步骤S101中，发射模块110的发光单元111发射出探测光束，用以探测目标物；

在步骤S102中，接收模块120的探测单元121接收探测光束被目标物反射的回波；

在步骤S103中，基于发射探测光束的时间和接收回波的时间，确定目标物的距离。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中固态激光雷达100包括两个发射模块110，两个发射模块110位于接收模块120的两侧，两个发射模块110包括数量相同的多个发光单元111，对应同一探测单元121的发光单元111位于同一直线上，探测方法10进一步包括：

对应同一个探测单元121的两个发光单元111同时或交替发光。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中发光单元111的多个激光器沿条形排列，在发光单元111的条形延伸方向上远离接收模块120的一侧设置补盲激光器，该补盲激光器和发光单元111的探测范围不同，该补盲激光器发出的探测光被目标物反射的回波能够被与发光单元111对应的探测单元121接收，探测方法10进一步包括：该补盲激光器和发光单元111同时发光。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中发光单元111的多个激光器沿条形排列，发射模块110还包括电极单元，该电极单元与发光单元111的多个激光器电连接，该电极单元包括多个驱动端，探测方法10进一步包括：

通过多个驱动端同时向发光单元111的多个激光器加载驱动信号。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中该电极单元还包括在发光单元111的条形延伸方向的两端设置的焊盘，探测方法10进一步包括：

通过该焊盘加载该驱动信号。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中接收模块120还包括：接收光学组件；分光单元，设置在接收光学组件的光路下游；至少一个探测单元设置在分光单元的光路下游；至少一个成像单元，设置在分光单元的光路下游，探测方法10进一步包括：

通过接收光学组件接收并会聚固态激光雷达发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波以及第二波段的光束，其中第二波段不包括所述第一波段；

通过分光单元将探测光束的反射回波和第二波段的光束的光路分离；

通过至少一个探测单元从分光单元接收探测光束的反射回波并转换为电信号；

通过至少一个成像单元从分光单元接收第二波段的光束并成像。

本实用新型所提供的探测方法10及其技术效果，在介绍本实用新型所提供的固态激光雷达100的内容中已经同时进行了阐述，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种固态激光雷达，包括：

多个发射模块，每个所述发射模块包括至少一个发光单元，所述发光单元包括多个激光器，配置成同时发射出探测光束；

接收模块，包括至少一个探测单元，所述探测单元包括多个光电探测器；

其中，所述多个发射模块设置在所述接收模块周围，所述多个发射模块的发光单元位于同一平面上，一个所述探测单元配置为接收多个所述发射模块的发光单元发出的探测光束被目标物反射的回波。

2.如权利要求1所述的固态激光雷达，其中所述发光单元的多个激光器沿条形排列，所述发射模块包括多个发光单元，所述多个发光单元沿垂直于所述条形延伸方向的方向排列。

3.如权利要求1所述的固态激光雷达，其中所述发射模块设置在所述接收模块的两侧，且位于所述接收模块两侧的发射模块的数量相同或不同。

4.如权利要求3所述的固态激光雷达，其中每个所述发射模块包括数量相同的多个发光单元，对应同一个探测单元的发光单元位于同一直线上。

5.如权利要求4所述的固态激光雷达，其中位于同一直线上的多个发光单元对应的视场部分重叠。

6.如权利要求1-5中任一项所述的固态激光雷达，其中所述固态激光雷达包括两个发射模块，所述两个发射模块位于所述接收模块的两侧。

7.如权利要求1-5中任一项所述的固态激光雷达，其中所述发光单元包括VCSEL阵列，所述探测单元包括SPAD阵列。

8.如权利要求2所述的固态激光雷达，其中，在所述发光单元的条形延伸方向上远离所述接收模块的一侧设置补盲激光器，所述补盲激光器和所述发光单元的探测范围不同，所述补盲激光器发出的探测光被目标物反射的回波能够被与所述发光单元对应的探测单元接收。

9.如权利要求2所述的固态激光雷达，其中所述发射模块还包括电极单元，所述电极单元与所述发光单元的多个激光器电连接，所述电极单元包括多个驱动端，通过所述多个驱动端同时向所述发光单元的多个激光器加载驱动信号。

10.如权利要求9所述的固态激光雷达，其中所述电极单元还包括在所述发光单元的条形延伸方向的两端设置的焊盘，所述焊盘用于加载所述驱动信号。

11.如权利要求1-5中任一项所述的固态激光雷达，其中所述发射模块还包括发射光学组件，所述发射模块的至少一个发光单元位于所述发射光学组件的焦平面上，所述发射光学组件配置成接收所述至少一个发光单元发射出的探测光束，整形后发射至目标空间。

12.如权利要求11所述的固态激光雷达，其中所述多个发射模块的发射光学组件相同。

13.如权利要求1-5中任一项所述的固态激光雷达，其中所述发射模块还包括微透镜阵列，设置于所述多个激光器的光路下游。

14.如权利要求1-5中任一项所述的固态激光雷达，其中所述接收模块还包括：

接收光学组件，配置成接收并会聚所述固态激光雷达发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波以及第二波段的光束，其中所述第二波段不包括所述第一波段；

分光单元，设置在所述接收光学组件的光路下游，配置成将所述探测光束的反射回波和所述第二波段的光束的光路分离；

所述至少一个探测单元设置在所述分光单元的光路下游，配置成从所述分光单元接收所述探测光束的反射回波并转换为电信号；和

至少一个成像单元，设置在所述分光单元的光路下游，配置成从所述分光单元接收所述第二波段的光束并成像。

15.如权利要求14所述的固态激光雷达，其中每个所述探测单元的多个光电探测器被同时激活接收所述反射回波，每个所述成像单元包括多个图像传感器，每个所述成像单元的多个图像传感器被同时激活接收所述第二波段的光束并成像，对应同一视场范围的探测单元和成像单元被同时激活进行探测和曝光。

16.如权利要求14或15所述的固态激光雷达，其中所述分光单元包括分光透反镜，使所述探测光束的反射回波被反射、所述第二波段的光束被透射，或者使所述探测光束的反射回波被透射、所述第二波段的光束被反射。

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