激光雷达装置和激光雷达系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光技术领域，公开了一种激光雷达装置，该激光雷达装置包括信号发射模块，用于发射激光信号至目标物；信号接收模块，与信号发射模块集成于同一激光雷达主板，用于接收目标物反射回来的激光信号；光路调节模块，设置于激光信号所在光路上，用于调节激光的光路；数据处理模块，与信号接收模块连接，用于对目标物反射回来的激光信号进行分析处理。其中，信号发射模块为垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。信号发射模块和信号接收模块集成于同一块激光雷达主板上，很大程度上简化了该激光雷达装置的结构，缩小了现有的激光雷达装置的体积，提高了集成度，符合当前激光雷达的小型化发展趋势。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达装置和激光雷达系统
本专利技术涉及激光
，具体涉及一种基于垂直腔面发射激光器的激光雷达装置和激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达(LiDAR)在汽车自动驾驶领域市场迅速增长，主要是通过利用近红外波段的905nm半导体激光器发射激光脉冲，然后利用硅基雪崩光电探测器(APD)收集反射光信号来创建汽车周围环境的点云图，实现自主导航和辅助驾驶。美国著名的Velodyne公司拥有16、32、64线三种规格的机械式快速扫描激光雷达，其中最高规格的64线激光雷达测量范围可达到120m，测量精度在20mm左右，但是其价格甚至高达7.5万美元，非常昂贵，且体积较为庞大，无法在辅助驾驶领域推广。目前，Velodyne和Quanergy等激光雷达主要厂商都在研发和生产体积小、重量轻且价格低的全固态激光雷达。目前，全固态激光雷达普遍采用边发射型905nm半导体激光器和硅基近红外探测器。然而，905nm激光并不是一种对人眼安全的激光雷达光源，并且，边发射激光器的光束质量较差。另外，全固态激光雷达中半导体激光器、近红外探测器、微型透镜、控制电路和分析软件的高度集成是激光雷达的主流方向，然而目前的全固态激光雷达中激光器和探测器各自独立封装成模块，无法实现单片集成，难以实现高度集成。再者，目前的激光雷达发射出的激光束大多为发散状，实际投射至目标物上的激光束比例很小，返回至探测器上的激光束比例更小，激光利用率较低，功耗较大，且造成激光雷达的灵敏度大幅下降。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题是：现有技术中，激光雷达集成度低。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种激光雷达装置，包括：信号发射模块，用于发射激光信号至目标物；信号接收模块，与所述信号发射模块集成于同一激光雷达主板，用于接收所述目标物反射回来的激光信号；光路调节模块，设置于所述激光信号所在光路上，用于调节激光的光路；数据处理模块，与所述信号接收模块连接，用于对所述目标物反射回来的激光信号进行分析处理。可选地，所述信号发射模块为若干垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。可选地，所述信号接收模块为若干雪崩光电二极管(APD)阵列。可选地，所述信号接收模块以所述信号发射模块为中心，分布于所述信号发射模块的四周。可选地，所述光路调节模块包括凸面朝向所述信号发射模块的第一透镜组件，以及凸面朝向所述目标物的第二透镜组件；所述第一透镜组件在所述激光雷达主板上的正投影与所述信号发射模块在所述激光雷达主板上的正投影重合，所述第二透镜组件在所述激光雷达主板上的正投影与所述信号接收模块在所述激光雷达主板上的正投影重合。可选地，所述第一透镜组件为微透镜阵列，所述微透镜阵列用于将所述信号发射模块发出的激光整形为平行光发射至所述目标物；所述第二透镜组件为微透镜阵列或菲涅尔透镜，所述微透镜阵列或所述菲涅尔透镜用于将所述目标物反射回来的激光整形为平行光发射至所述信号接收模块。可选地，所述激光信号的波长大于等于1400nm。可选地，所述数据处理模块包括：信号转换子模块，与所述信号接收模块连接，用于将接收到的目标物反射回来的激光信号转换为电信号；数据处理子模块，与所述信号转换子模块连接，用于对所述信号转换子模块获得的所述电信号进行处理。可选地，还包括：图像生成模块，与所述数据处理模块连接，依据所述数据处理模块的分析结果生成图像信号；输出模块，与所述图像生成模块连接，用于输出所述图像生成模块生成的图像信号至终端。本专利技术实施例还提供了一种激光雷达系统，包括上述激光雷达装置和扫描控制装置，所述扫描控制装置用于调节所述激光雷达装置的偏转方向。本专利技术的技术方案，具有如下优点：本专利技术实施例提供的激光雷达装置，包括信号发射模块、信号接收模块、光路调节模块以及数据处理模块，信号发射模块用于发射激光信号至目标物，目标物对激光信号具有反射作用，信号接收模块用于接收目标物反射回来的激光信号，数据处理模块则是对信号接收模块接收到的反射回来的激光信号进行分析处理，进而得到目标物体到激光雷达的距离、相对运动速率和空间位置关系等探测结果。本专利技术实施例中，信号发射模块和信号接收模块集成于同一块激光雷达主板上，很大程度上简化了该激光雷达装置的结构，缩小了现有的激光雷达装置的体积，提高了集成度，符合当前激光雷达的小型化发展趋势。另外，在激光信号所在光路上还设置有光路调节模块，光路调节模块的设置有助于调节发射出的激光光路以及反射回来的激光光路，进而提高了激光达到目标物时以及进入信号接收模块时的高准直性，提高了该激光雷达装置的灵敏度和精度。本专利技术实施例提供的激光雷达装置，信号发射模块为垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。垂直腔面发射激光器的光学谐振腔与激光雷达主板衬底垂直，能够实现激光雷达主板表面的激光发射，具有阈值电流低、无灾难性性光损伤(COD)、寿命长、稳定单波长工作、调制速率快、发散角小、耦合效率低等优点，并且光束质量远高于边发射激光器(EEL)和LED，这使得垂直腔面发射激光器在高速光通讯、激光雷达以及三维感测与成像等
中具有较高的应用价值。因此，本专利技术实施例中采用垂直腔面发射激光器阵列作为信号发射模块，有效增强了该信号发射模块的性能。本专利技术实施例提供的激光雷达装置，信号接收模块为雪崩光电二极管(APD阵列。雪崩光电二极管(APD)具有灵敏度高、体积小且速度快等优点，根据材料的选择，雪崩光电二极管的响应波段在可达到900nm-1700nm，峰值波长在1550nm，适用于高速、高灵敏度光电检测，广泛应用于长距离光通讯领域。本专利技术实施例中采用雪崩光电二极管阵列作为信号接收模块，有利于减小激光雷达装置的整体体积，实现小型化，并且有助于提高该信号接收模块的灵敏度和响应速度。本专利技术实施例提供的激光雷达装置，信号接收模块以信号发射模块为中心，分布于信号发射模块的四周。该排布方式一方面有助于使得集成在同一块激光雷达主板上的信号接收模块和信号发射模块结构较为紧凑，最大化减小整个激光雷达装置的体积，实现小型化；另一方面符合激光的发射光路和反射光路的分布规律，保证激光雷达的探测效果。本专利技术实施例提供的激光雷达装置，光路调节模块包括凸面朝向信号发射模块的第一透镜组件，以及凸面朝向目标物的第二透镜组件；第一透镜组件在激光雷达主板上的正投影与信号发射模块在激光雷达主板上的正投影重合，第二透镜组件在激光雷达主板上的正投影与信号接收模块在激光雷达主板上的正投影重合。即，第一透镜组件与信号发射模块在位置上相对应，信号发射模块发出激光信号后，激光会经第一透镜组件的角度校正后形成平行光，继而以平行光的形式照射到目标物体上。第二透镜组件与信号接收模块在位置上相对应，从目标物体上反射回来的激光会经第二透镜组件角度校正后，准直进入信号接收模块。由此，第一透镜组件和第二透镜组件的设置显著提高了出射光的准直方向性和发光效率密度，以及增加了反射光进入信号接收模块的几率，光学强度和灵敏度。同时，也避免了环境杂散光对探测过程带来的干扰和噪声，提高了该激光雷达装置的抗干扰能力。本专利技术实施例提供的激光雷达装置，第一透镜组件为微透镜阵列，第二透镜组件为微透镜阵列或菲涅尔透镜。即，第一透镜组件和第二透镜组件均选用微透镜阵列，或者第一透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括：信号发射模块(3)，用于发射激光信号至目标物(1)；信号接收模块(4)，与所述信号发射模块(3)集成于同一激光雷达主板(2)，用于接收所述目标物(1)反射回来的激光信号；光路调节模块(5)，设置于所述激光信号所在光路上，用于调节激光的光路；数据处理模块(6)，与所述信号接收模块(4)连接，用于对所述目标物(1)反射回来的激光信号进行分析处理。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括：信号发射模块(3)，用于发射激光信号至目标物(1)；信号接收模块(4)，与所述信号发射模块(3)集成于同一激光雷达主板(2)，用于接收所述目标物(1)反射回来的激光信号；光路调节模块(5)，设置于所述激光信号所在光路上，用于调节激光的光路；数据处理模块(6)，与所述信号接收模块(4)连接，用于对所述目标物(1)反射回来的激光信号进行分析处理。2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述信号发射模块(3)为垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。3.根据权利要求1或2所述的激光雷达装置，其特征在于，所述信号接收模块(4)为雪崩光电二极管(APD)阵列。4.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达装置，其特征在于，所述信号接收模块(4)以所述信号发射模块(3)为中心，分布于所述信号发射模块(3)的四周。5.根据权利要求1-4任一项所述的激光雷达装置，其特征在于，所述光路调节模块(5)包括凸面朝向所述信号发射模块(3)的第一透镜组件(51)，以及凸面朝向所述目标物(1)的第二透镜组件(52)；所述第一透镜组件(51)在所述激光雷达主板(2)上的正投影与所述信号发射模块(3)在所述激光雷达主板(2)上的正投影重合，所述第二透镜组件(52)在所述激光雷达主板(2)上的正投影与所述信号接收模块(4)在所述激光雷达主板(2)上的正投影重合。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓杰，宋院鑫，杨国文，赵卫东，
申请(专利权)人：度亘激光技术苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32