激光雷达装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光雷达领域。本发明专利技术提供一种激光雷达装置，其包含：发射机模块、接收机单片模块以及连接至该发射机模块与该接收机单片模块的协调电路模块，其中上述的发射机模块、接收机单片模块及协调电路模块的元器件均为固态电子组件或微机电组件。

Laser Radar Device

【技术实现步骤摘要】
激光雷达装置
本专利技术关于激光雷达，特别是关于固态电子技术实施的激光雷达。
技术介绍
现有的激光雷达设计多半是采用机械式旋转，以便取得360度的环绕讯息。这类设计非常地臃肿、厚重与昂贵，使得激光雷达的应用受到许多限制。举例来说，目前市场上的64路(line)激光雷达售价高达三万美元，由于这类激光雷达具有机械可动部分(movingparts)，使得它的可靠度一直无法提升。当在移动的载具或车辆上装设激光雷达时，发射激光与接收激光的光学部件会因为载具的震动而导致无法相应地对齐，进而使得整个激光雷达系统无法正常地工作。现行的激光雷达系统设计需要整合许多电子元器件与集成电路，每一路接收机的电子组件的市场价值超过50美元。因此，整个激光雷达系统的电子元器件部分的成本就高达数千美元之巨。举例来说，每一路接收机可能包含了雪崩光电二极管(APD,AvalanchePhotoDiode)、电流电压转换器(TIA,trans-impedanceamplifier)、模数转换器(ADC,analog-digitalconverter)等多个电子元器件。此外，激光雷达系统的设计人员还必须为了将这么多电子元器件塞进狭小的空间而伤透脑筋。在此同时，还要能够保证整个激光雷达系统的可靠度，并且解决散热的问题。总上所述，市场上亟需一种可设定的固态电子技术实施的激光雷达系统，可以缩小体积、减少耗电量、提供高集成度、可靠度与性价比，以便在未来的机器人三维视觉空间感知与客户端人工智能计算的方面提供高效能的激光侦测与测距系统。
技术实现思路
根据本专利技术所提供的激光雷达装置，由于使用固态电子组件与/或微机电组件来实施，可以缩小体积、减少耗电量、提供高集成度、可靠度与性价比。本专利技术所提供的激光雷达装置可以用于未来的机器人三维视觉空间感知方面，也可以用于许多人工智能计算方面，例如自动导航载具与自动驾驶车辆等。本专利技术的激光雷达装置可以用于许多边缘计算系统，以便提供低成本、低耗能与紧致体积的解决方案。本专利技术提供一种激光雷达装置，其包含：发射机模块、接收机单片模块以及连接至该发射机模块与该接收机单片模块的协调电路模块，其中上述的发射机模块、接收机单片模块及协调电路模块的元器件均为固态电子组件或微机电组件。该发射机模块包含激光二极管与连接至该激光二极管的激光驱动器，其中当该激光驱动器接收到发射激光信号时，该激光驱动器令该激光二极管发出激光至目标。该接收机单片模块更包含：超灵敏光电检测器像素阵列与像素控制电路，包含由多个像素所组成的像素阵列，每个像素包含一个或多个超灵敏光电检测器以接收自目标反射的激光回波，以及像素控制电路以产生相应的触发信号；像素级时间数字转换器阵列，包含多个时间数字转换器，每个时间数字转换器接收该发射激光信号作为起始信号，接收相应的该像素控制电路的触发信号作为终止信号，以及接收高速时钟信号作为基础，并且产生该终止信号与该起始信号的时间差值；数字信号处理器与存储模块，包含存储单元以接收与存储上述的时间差值，以及数字信号处理器以将该时间差值转换成包含距离讯息的三维点云数据；以及输出接口模块，用于将该三维点云数据输出至外界。该协调电路模块更包含时序控制模块以发出该发射激光信号。在上述的实施例当中，其特征在于，该激光雷达装置更包含发射光路模块，包含：光束控制组件，用于对该激光二极管所发出的激光进行光束控制；以及连接至该光束控制组件的光束控制电路，用于调整该光束控制组件的视野或指向。在上述的实施例当中，该协调电路模块更包含协调控制处理器模块以执行软件模块，该软件模块用于控制该光束控制电路进行光束控制与控制该时序控制模块发出该发射激光信号的时机，以便该发射光路模块扫描一个面向。在上述的实施例当中，该光束控制组件包含下列其中之一：微机电组件、光学相位阵列组件(opticalphasedarray)或衍射式光学组件(diffractiveopticalelement)。在上述的实施例当中，该激光雷达装置更包含光路模块，以传递该激光二极管所发出的激光至该目标，以及传递由该目标反射的激光回波至该超灵敏光电检测器像素阵列与像素控制电路。在上述的实施例当中，该协调电路模块更包含协调控制处理器模块以执行软件模块，该软件模块用于控制该激光驱动器所使用的调变模式，以及该数字信号处理器与存储模块所使用的解调变模式。在上述的实施例当中，该激光驱动器的调变模式包含下列其中之一：可调脉冲宽度的脉冲模式，或是以三角波、弦波或方波发射的连续波(CW,continuouswave)模式。在上述的实施例当中，该像素控制电路侦测到背景强光时，降低相应的该超灵敏光电检测器的增益系数以避免背景强光的干扰，其中该像素控制电路更包含阳光背景光屏蔽电路，用于滤除由于背景强光所触发该超灵敏光电检测器所导致的量测误差和系统信噪比的衰减。在上述的实施例当中，该发射机模块、接收机单片模块与协调电路模块均安装在同一电路板上。在上述的实施例当中，该激光二极管包含下列其中之一：垂直腔面发射激光器(VCSEL,verticalcavitysurfaceemittinglaser)、面射型激光(SEL)二极管、边射型激光(EEL,edgeemittinglaser)二极管。附图说明图1所示，其为根据本专利技术实施例的激光雷达装置100的方块示意图。具体实施方式本专利技术将详细描述一些实施例如下。然而，除了所揭露的实施例外，本专利技术的范围并不受该些实施例的限定，乃以其后的申请专利范围为准。而为了提供更清楚的描述及使该项技艺的普通人员能理解本专利技术的
技术实现思路
，图示内各部分并没有依照其相对的尺寸进行绘图，某些尺寸或其他相关尺度的比例可能被凸显出来而显得夸张，且不相关的细节部分并没有完全绘出，以求图示的简洁。请参考图1所示，其为根据本专利技术实施例的激光雷达装置100的方块示意图。在本专利技术的一种实施例当中，图1所示的各模块内的元器件均使用固态电子器件与/或微机电(Micro-electro-mechanical)器件，而没有传统的电机设备。据此，可以缩小体积、减少耗电量、提供高集成度、可靠度与性价比。在本专利技术的一种实施例当中，图1所示的各模块内的固态电子与/或微机电器件均可以安装在一块电路板之上。据此，可以缩小体积、减少耗电量、提供高集成度、可靠度与性价比。该激光雷达装置100可以包含以下的硬件模块：协调电路模块110、发射机模块120、发射光路模块130、接收光路模块140与接收机单片模块150。该协调电路模块110用于控制该发射机模块120、接收光路模块140与接收机单片模块150。简单地说，该激光雷达装置100利用该发射机模块120发出激光，经由发射光路模块130发射到目标之后，自目标所反射的激光光波经由接收光路模块140进入该接收机单片模块150当中。由于已知发射机模块120发出激光的时机与/或时钟信号的相位，该接收机单片模块150可以根据所接收的反射光波的时机与/或时钟信号的相位，直接或间接得到激光的飞行时间(timeofflight)。据此，可以再根据飞行时间来获得目标与该激光雷达装置100之间的距离讯息。在图1所示的实施例当中，该协调电路模块110包含时序控制模块112与协调控制处理器模块114。时序控制模块112用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达装置，其特征在于，包含：发射机模块，包含激光二极管与连接至该激光二极管的激光驱动器，其中当该激光驱动器接收到发射激光信号时，该激光驱动器令该激光二极管发出激光至目标；接收机单片模块，更包含：超灵敏光电检测器像素阵列与像素控制电路，包含由多个像素所组成的像素阵列，每个像素包含一或多个超灵敏光电检测器以接收自目标反射的激光回波，以及像素控制电路以产生相应的触发信号；像素级时间数字转换器阵列，包含多个时间数字转换器，每个时间数字转换器接收该发射激光信号作为起始信号，接收相应的该像素控制电路的触发信号作为终止信号，以及接收高速时钟信号作为基础，并且产生该终止信号与该起始信号的时间差值；数字信号处理器与存储模块，包含存储单元以接收与存储上述的时间差值，以及数字信号处理器以将该时间差值转换成包含距离讯息的三维点云数据；以及输出接口模块，用于将该三维点云数据输出至外界；以及连接至该发射机模块与该接收机单片模块的协调电路模块，该协调电路模块更包含时序控制模块以发出该发射激光信号，其中上述的发射机模块、接收机单片模块及协调电路模块的元器件均为固态电子组件或微机电组件。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达装置，其特征在于，包含：发射机模块，包含激光二极管与连接至该激光二极管的激光驱动器，其中当该激光驱动器接收到发射激光信号时，该激光驱动器令该激光二极管发出激光至目标；接收机单片模块，更包含：超灵敏光电检测器像素阵列与像素控制电路，包含由多个像素所组成的像素阵列，每个像素包含一或多个超灵敏光电检测器以接收自目标反射的激光回波，以及像素控制电路以产生相应的触发信号；像素级时间数字转换器阵列，包含多个时间数字转换器，每个时间数字转换器接收该发射激光信号作为起始信号，接收相应的该像素控制电路的触发信号作为终止信号，以及接收高速时钟信号作为基础，并且产生该终止信号与该起始信号的时间差值；数字信号处理器与存储模块，包含存储单元以接收与存储上述的时间差值，以及数字信号处理器以将该时间差值转换成包含距离讯息的三维点云数据；以及输出接口模块，用于将该三维点云数据输出至外界；以及连接至该发射机模块与该接收机单片模块的协调电路模块，该协调电路模块更包含时序控制模块以发出该发射激光信号，其中上述的发射机模块、接收机单片模块及协调电路模块的元器件均为固态电子组件或微机电组件。2.如权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，更包含：发射光路模块，包含：光束控制组件，用于对该激光二极管所发出的激光进行光束控制；以及连接至该光束控制组件的光束控制电路，用于调整该光束控制组件的视野或指向。3.如权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，该协调电路模块更包含协调控制处理器模块以执行软件模块，该软件模块用于控制该光束控制电路进行光束控制与控制该时序控制模块发出该发射激光信号的时机，以便该发射光路模块扫描一个面向。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，俞坤治，黄晓林，
申请(专利权)人：南京芯视界微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32