CN219369999U - 一种激光雷达及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光雷达及汽车，所述激光雷达包括发射装置以及接收装置。所述发射装置包括发射阵列，所述发射阵列上设置有多个发射芯片，至少每最近两个相邻设置的所述发射芯片波长不同。所述接收装置包括接收阵列，所述接收阵列上设置有多个接收芯片，每个所述接收芯片与一个所述发射芯片对应，所述发射芯片的数量与所述接收芯片的数量相同。本实用新型可以有效地避免激光雷达串扰的问题，并提高激光雷达的工作效率。

Description

一种激光雷达及汽车

技术领域

本实用新型涉及雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达及汽车。

背景技术

激光雷达已经在人们的日常生活中具有广泛的利用，例如汽车的自动驾驶、距离的精准测量以及无人机的控制等等。激光雷达在工作时，其收发系统大多采用多通道阵列形式，即收发系统存在复数个收发通道，再经过扫描系统，实现全视场扫描。但是，由于通道排列紧密，所有收发通道通常共用一整套发射和接收光学系统，因而阵列收发模组中，相邻通道很容易受到相互间杂散光的干扰，即发生串扰。

现有技术中，通常采用分时使能的方式来避免相邻通道间的串扰问题。然而，分时使能的方式会导致激光雷达的点频大幅下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光雷达及汽车，其能够至少以部分解决上述技术问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括发射装置以及接收装置；

所述发射装置包括发射阵列，所述发射阵列上设置有多个发射芯片，至少每最近两个相邻设置的所述发射芯片所发出的探测光的波长不同；

所述接收装置包括接收阵列，所述接收阵列上设置有多个接收芯片，每个所述接收芯片与一个所述发射芯片对应，所述发射芯片的数量与所述接收芯片的数量相同。

可选地，所述激光雷达还包括控制装置，所述控制装置分别与所述发射装置以及所述接收装置通信连接；

所述控制装置用于控制所述发射装置上设置的各所述发射芯片同时发光，以照射目标对象；以及控制所述接收装置上设置的各所述接收芯片接收所述发射芯片发光后，所述目标对象反射的目标信号。

可选地，所述发射芯片的波长范围为800nm-980nm。

可选地，所述发射阵列的波长变化周期为1-6任一周期。

可选地，所述发射阵列的布阵方式为线阵排布或面阵排布。

可选地，所述接收装置还包括接收芯片基板；

所述接收芯片固定于所示接收芯片基板上预设位置。

可选地，所述接收装置还包括滤光片；

所述滤光片设置于所述接收芯片远离所述接收芯片基板的一侧，通过支撑结构与所述接收芯片基板固定。

可选地，所述滤光片上设置有多个芯片中心区域，每个所述芯片中心区域与每个所述接收芯片一一对应，且每个所述芯片中心区域的形状大小与其所对应的接收芯片适配；

所述滤光片上芯片中心区域的波长排布方式对应于所述发射阵列的波长排布方式。

可选地，所述发射芯片为边发射激光器或垂直腔面发射激光器；

所述接收芯片为硅光电倍增管、雪崩光电二极管以及单光子雪崩二极管中的任一种。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种汽车，所述汽车上搭载有上述任一项所述的激光雷达。

本实用新型实施例的有益效果是：

通过在发射装置的发射阵列上设置多个发射芯片，且每两个相邻设置的发射芯片的波长不同，并在接收装置的接收阵列上设置多个与各发射芯片一一对应的接收芯片。使得激光雷达在不需要降低点频的情况下，亦能消除相邻发射芯片间的串扰，提高了激光雷达的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的架构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种发射阵列以及接收阵列的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种发射芯片的排列方式示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种发射阵列形式的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种接收阵列的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种接收阵列的侧视图。

图标：10-激光雷达；11-发射装置；111-发射阵列；1111-发射芯片；12-接收装置；121-接收阵列；1211-接收芯片；122-接收芯片基板；123-滤光片；1231-芯片中心区域；13-控制装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

现有的激光雷达中的接收器为弱信号探测器，需要感知及其微弱的信号，来保证能探测远距离返回的光信号。一般出射光峰值功率在百瓦级，需被探测的返回光信号最弱在几十纳瓦级别，才能保证量程满足设计需求。

然而，测量近距离高反射率目标时，返回光信号强度可达几十毫瓦级别，是接收系统最弱探测信号的60dB(10^6)，近处强返回光，在激光雷达内部各个透射面(如透镜和窗口镜)和反射面(如扫描机构、折转光路的反射镜片)上均会造成杂散光，发生串扰。

通常的消光方式，如镀增透或增反膜、增加消光结构等，可使杂散光被抑制20-40dB，但还是比最弱探测信号高20dB以上。进一步消光，需要付出极高的成本，这种消光技术一般只会用于不计成本的物理科学实验中，无法大批量应用量产，性价比极低。除此之外，便是通过分时使能的方式来解决串扰问题。

激光雷达的发射芯片每发一个脉冲信号，为一次雷达测量。正常情况下，若一个激光雷达的发射阵列有6个通道，当6个通道一起发光时，激光雷达输出的测量点云点频为6f，通道之间的测距会相互影响。采用分时使能的方式工作时，每次雷达测量只有一个通道在发光，激光雷达已知是哪个通道在发光，即当前发光通道对应的接收通道的信号是真实的，没有其他光源的串扰。但是6个通道按顺序依次进行，最终输出的点频只有f，为同时发光时的1/6。

因此，为了解决上述技术问题，本说实用新型提供了一种激光雷达及汽车。

请参照图1以及图2，本实施例提供了一种激光雷达10，激光雷达10包括发射装置11以及接收装置12。

发射装置11包括发射阵列111，发射阵列111上设置有多个发射芯片1111，至少每最近两个相邻设置的发射芯片1111所发出的探测光的波长不同。

接收装置12包括接收阵列121，接收阵列121上设置有多个接收芯片1211，每个接收芯片1211与一个发射芯片1111对应，发射芯片1111的数量与接收芯片1211的数量相同。

在实际情况中，发射装置11与接收装置12可以分开设置在不同位置，亦可以设置为机械结合在一起组成一个整体机构的形式。在发射装置11上包含有发射阵列111，发射阵列111可以是多个发射芯片1111以及封装基板组成的线阵或板阵的阵列。在一种可选的实施方式中，可以将多个发射芯片1111按照预先设置的阵列形式安装固定在封装基板或PCB板上的指定位置，组成发射阵列。

发射芯片1111包含多种，每种发射芯片1111的波长不同。在封装基板上，需要将发射芯片1111按照每两个相邻的发射芯片1111波长均不相同的方式安装在封装基板上。如图2所示，不同的填充图案代表发射芯片1111发出的探测光的不同波长。

需要说明的是，上述“最近两个相邻设置的发射芯片1111”指在发射阵列111上间隔距离最短的两个相邻设置的发射芯片1111，如图2所示的发射阵列111，最近两个相邻设置的发射芯片1111则不包括对角线上相邻设置的发射芯片1111。但是，当发射芯片1111在发射阵列111上按照如图3所示的排列方式时，与每个发射芯片1111相邻的发射芯片1111距离相同，则每个与发射芯片1111相邻的发射芯片1111发出的探测光波长均与该发射芯片1111发出的探测光波长不相同。

作为一种可选的实施方式，可以按照预设的变化周期对发射芯片1111在封装基板上的排列顺序进行规定。如图2所示，即为变化周期为4，4种不同波长的发射芯片1111的排列方式。

接收装置12上设置有接收阵列121，接收阵列121上对应发射阵列111设置有数量与发射芯片1111相同的多个接收芯片1211。如图2所示，每个接收芯片1211应该与一个唯一的发射芯片1111对应(在图中体现为填充图案的一致)。

可选地，激光雷达10还包括控制装置13，控制装置13分别与发射装置11以及接收装置12通信连接。

控制装置13用于控制发射装置11上设置的各发射芯片1111同时发光，以照射目标对象；以及控制接收装置12上设置的各接收芯片1211接收发射芯片1111发光后，目标对象反射的目标信号。

如图1所示，控制装置13可以分别与发射装置11以及接收装置12通信连接，用来控制发射装置11、接收装置12进行相应的操作，以及对获取的数据进行分析处理。

在激光雷达10进行工作时，控制装置13控制发射装置11上设置的各发射芯片1111同时发光，将发散光照射到目标对象(可以是需要进行测量或探测的物体)。目标对象会对发射芯片1111发出光进行反射，控制装置13控制接收装置12上设置的各个接收芯片1211接收目标对象反射的发射芯片1111发出的光(即目标信号)，然后对目标信号进行分析处理，最终得到操作人员所需的处理结果。

可选地，发射芯片1111的波长范围为800nm-980nm。

可选地，发射阵列111的波长变化周期为1-6任一周期。

发射阵列111上发射芯片1111的波长可以根据预设的周期进行更替。举例来说，发射阵列111上有3种波长的发射芯片1111，分别为850nm、900nm以及940nm，那么其排列的变化周期可以是3；发射阵列111上有5种波长的发射芯片1111，分别为800nm、850nm、900nm、940nm以及980nm，那么其排列的变化周期可以是6。

可选地，发射阵列111的布阵方式为线阵排布或面阵排布。

如图4所示，分别为发射阵列111为线阵以及面阵时的示意图，本说明书实时对其具体的阵列排布方式不做具体限定。但是，当发射阵列111为线阵时，其对应的接收阵列121也应该为线阵；当发射阵列111为面阵时，其对应的接收阵列121也应该为面阵。

可选地，如图5所示，接收装置12还包括接收芯片基板122。接收芯片1211固定于接收芯片基板122上预设位置。

如图5所示，为一种接收阵列121的示意图，接收芯片1211按照预设的排列顺序固定于接收芯片基板122上。

可选地，如图6所示，接收装置12还包括滤光片123。滤光片123设置于接收芯片1211远离接收芯片基板122的一侧，通过支撑结构与接收芯片基板122固定。

请参考图6，滤光片123可以作为接收芯片1211的封装盖板，设置于接收芯片1211远离接收芯片基板122的一侧，通过支撑结构，使得滤光片123与接收芯片1211保持一定的距离。

可选地，如图6所示，滤光片123上设置有多个芯片中心区域1231，每个芯片中心区域1231与每个接收芯片1211一一对应，且每个芯片中心区域1231的形状大小与其所对应的接收芯片1211适配。

滤光片123上芯片中心区域1231的波长排布方式对应于发射阵列111的波长排布方式。

仍以图6为例，为接收阵列121的侧视图，由于发射阵列111上的发射芯片1111存在多个波长，对应地，接收阵列121上的滤光片123为了能够接收到不同波长的光线，则需要设置多个芯片中心区域1231，每个芯片中心区域1231与每个接收芯片1211一一对应，且滤光片123上芯片中心区域1231的波长排布方式应该对应于发射阵列111的波长排布方式。使得每个发射芯片1111发射的光线所产生的信号能够被对应的接收芯片1211正常接收到。每个芯片中心区域1231的形状、大小也可以与其所对应的接收芯片1211适配。

可选地，发射芯片1111为边发射激光器(EEL，Edge Emitting Laser)或垂直腔面发射激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。接收芯片1211为硅光电倍增管(sipm，Silicon photomultiplier)、雪崩光电二极管以及单光子雪崩二极管中的任一种。

基于同一发明构思，本实用新型说明书实施例还提供了一种汽车所述汽车上搭载有上述任一项所述的激光雷达10。

本实用新型实施例至少包含以下有益效果：

通过在发射装置的发射阵列上设置多个发射芯片，且每两个相邻设置的发射芯片的波长不同，并在接收装置的接收阵列上设置多个与各发射芯片一一对应的接收芯片。使得激光雷达在不需要降低点频的情况下，亦能消除相邻发射芯片间的串扰，提高了激光雷达的工作效率。

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，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括发射装置以及接收装置；

所述发射装置包括发射阵列，所述发射阵列上设置有多个发射芯片，至少每最近两个相邻设置的所述发射芯片所发出的光的波长不同；

所述接收装置包括接收阵列，所述接收阵列上设置有多个接收芯片，每个所述接收芯片与一个所述发射芯片对应，所述发射芯片的数量与所述接收芯片的数量相同。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括控制装置，所述控制装置分别与所述发射装置以及所述接收装置通信连接；

所述控制装置用于控制所述发射装置上设置的各所述发射芯片同时发光，以照射目标对象；以及控制所述接收装置上设置的各所述接收芯片接收所述发射芯片发光后，所述目标对象反射的目标信号。

3.如权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述发射芯片的波长范围为800nm-980nm。

4.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射阵列的波长变化周期为1-6任一周期。

5.如权利要求1、2、4任一项权利要求所述的激光雷达，其特征在于，所述发射阵列的布阵方式为线阵排布或面阵排布。

6.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收装置还包括接收芯片基板；

所述接收芯片固定于所述接收芯片基板上预设位置。

7.如权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述接收装置还包括滤光片；

所述滤光片设置于所述接收芯片远离所述接收芯片基板的一侧，通过支撑结构与所述接收芯片基板固定。

8.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述滤光片上设置有多个芯片中心区域，每个所述芯片中心区域与每个所述接收芯片一一对应，且每个所述芯片中心区域的形状大小与其所对应的接收芯片适配；

所述滤光片上芯片中心区域的波长排布方式对应于所述发射阵列的波长排布方式。

9.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射芯片为边发射激光器或垂直腔面发射激光器；

所述接收芯片为硅光电倍增管、雪崩光电二极管以及单光子雪崩二极管中的任一种。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车上搭载有权利要求1-9任一项权利要求所述的激光雷达。