激光雷达的接收单元、激光雷达及其探测方法技术

本发明专利技术提供了一种激光雷达的接收单元，包括：接收透镜，配置成可接收并会聚激光雷达的回波；光波导器件阵列，包括多个光波导器件，每个光波导器件包括入射端面和出射端面，所述入射端面位于所述接收透镜的焦平面上，配置成可接收经所述接收透镜会聚的回波并将所述回波耦入所述光波导器件中；探测单元阵列，包括多个探测单元，每个探测单元位于所述光波导器件阵列中的一个光波导器件的出射端面上，从而构成多个接收通道；其中，所述光波导器件阵列在所述出射端面一侧的面积小于在所述入射端面一侧的面积。本发明专利技术还提供一种包括该接收单元的激光雷达，以及使用该激光雷达进行探测的方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达的接收单元、激光雷达及其探测方法


[0001]本专利技术大致涉及激光探测
，尤其涉及一种包括阵列传光器件的激光雷达的接收单元，包括该接收单元的激光雷达，以及使用该激光雷达进行探测的方法。

技术介绍

[0002]通常对于阵列扫描型激光雷达，例如360
°
旋转式机械雷达或摆镜、旋转棱镜等扫描型激光雷达，通过水平旋转或摆动实现扩展水平视场，而垂直方向通过设置多个激光器和探测器对来实现扩展垂直视场。垂直视场的大小由像面高度和焦距共同决定，垂直视场和像面高度以及焦距的具体关系式为：FOV＝2*arctan(a/2f)，其中FOV为垂直视场，a为像面高度，f为焦距。可知，当垂直视场较大、焦距较长时，所需像面高度是较大的，通常可达几十毫米。对于激光雷达的探测性能，希望能够实现兼顾大视场和测远(对应较长焦距)，因此需要较大的像面高度。当前接收端的做法是使用分立探测器排成线列实现大的总像面高度，或者由多个线列探测器拼接实现。
[0003]这种由分立探测器排布或者由多个线列探测器拼接的方式实现大尺寸像面高度的方式，一方面增加了贴片等工艺步骤，另一方面不利于系统进一步的集成化。
[0004]
技术介绍
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。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本专利技术提供一种激光雷达的接收单元，包括：
[0006]接收透镜，配置成可接收并会聚激光雷达的回波；
[0007]光波导器件阵列，包括多个光波导器件，每个光波导器件包括入射端面和出射端面，所述入射端面位于所述接收透镜的焦平面上，配置成可接收经所述接收透镜会聚的回波并将所述回波耦入所述光波导器件中；
[0008]探测单元阵列，包括多个探测单元，每个探测单元位于所述光波导器件阵列中的至少一个光波导器件的出射端面上，从而构成多个接收通道；
[0009]其中，所述光波导器件阵列在所述出射端面一侧的面积小于在所述入射端面一侧的面积。
[0010]根据本专利技术的一个方面，其中所述光波导器件包括光纤，多个光纤的出射端面位于同一平面上，所述探测单元阵列中的探测单元位于同一平面上，所述光波导器件阵列中的任意两个光波导器件在所述出射端面一侧的间距小于其在所述入射端面一侧的间距。
[0011]根据本专利技术的一个方面，其中所述探测单元包括多个单光子雪崩二极管。
[0012]根据本专利技术的一个方面，其中所述探测单元阵列为线阵或面阵。
[0013]根据本专利技术的一个方面，所述接收单元还包括第一光纤固定具和第二光纤固定具，其中所述光纤的入射端面由所述第一光纤固定具固定，所述光纤的出射端面由所述第二光纤固定具固定。
[0014]根据本专利技术的一个方面，其中所述第一光纤固定具、第二光纤固定具具有刻槽，所述光纤设置于刻槽中，所述第一光纤固定具和所述第二光纤固定具具有相同或不同的刻槽密度。
[0015]根据本专利技术的一个方面，其中所述光纤通过胶接的方式固定在所述第一光纤固定具和所述第二光纤固定具上。
[0016]根据本专利技术的一个方面，其中所述光纤组成的所述光波导器件阵列通过拉锥工艺一体成型。
[0017]本专利技术还提供一种激光雷达，包括如上所述的接收单元。
[0018]根据本专利技术的另一个方面，所述激光雷达还包括多个发光单元，每个发光单元与其中一个光波导器件以及其中一个探测单元对应，每个发光单元发出的激光束被目标物反射的回波经所述接收透镜会聚后，被耦入与该发光单元相对应的光波导器件的入射端面上，并经所述相对应的光波导器件的出射端面出射，被与其相对应的探测单元接收，从而所述多个发光单元、所述光波导器件阵列与所述探测单元阵列构成多个探测通道。
[0019]本专利技术还提供一种使用如上所述的激光雷达进行探测的方法，包括：
[0020]发出探测光束；
[0021]将探测光束在目标物上反射的回波会聚到光波导器件阵列的光波导器件的入射端面上；
[0022]通过光波导器件传输雷达回波；
[0023]通过位于光波导器件的出射端面上的探测单元接收所述回波。
[0024]本专利技术的优选实施例提供了一种包括阵列传光器件的激光雷达的接收单元，该阵列传光器件可以包括光纤或其他光波导器件。在本专利技术的优选实施例中，采用小尺寸探测单元阵列作为激光雷达的接收探测器，而像面接收仍然维持较大尺寸。实现了激光雷达的大尺寸接收(大视场)、小尺寸探测，允许在系统的总体性能参数保持不变的情况下，使用集成度更高、性能更优的单光子雪崩二极管(SPAD)阵列探测器，使雷达系统的集成化程度更高。本专利技术还提供一种包括该阵列传光器件的激光雷达，以及使用该激光雷达进行探测的方法。
附图说明
[0025]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0026]图1示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的激光雷达的接收单元；
[0027]图2A示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的多束光纤束在入射端面呈阵列排布；
[0028]图2B示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的多束光纤束在出射端面呈阵列排布；
[0029]图3示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的多个光纤在入射端面、出射端面通过光纤固定具固定；
[0030]图4a示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的位于入射端面、出射端面的光纤固定具具有相同的刻槽密度；
[0031]图4b示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的位于入射端面、出射端面的光纤固定具具有不同的刻槽密度；
[0032]图5示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的多个光纤通过拉锥工艺一体成型；
[0033]图6示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的在入射端面设置多个光纤固定具；
[0034]图7示意性地示出了根据本专利技术的一个优选实施例的激光雷达；
[0035]图8示出了根据本专利技术的一个优选实施例的激光雷达的探测方法。
具体实施方式
[0036]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，在不脱离本专利技术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。
[0037]在本专利技术的描述中，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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达的接收单元，包括：接收透镜，配置成可接收并会聚激光雷达的回波；光波导器件阵列，包括多个光波导器件，每个光波导器件包括入射端面和出射端面，所述入射端面位于所述接收透镜的焦平面上，配置成可接收经所述接收透镜会聚的回波并将所述回波耦入所述光波导器件中；探测单元阵列，包括多个探测单元，每个探测单元位于所述光波导器件阵列中的至少一个光波导器件的出射端面上，从而构成多个接收通道；其中，所述光波导器件阵列在所述出射端面一侧的面积小于在所述入射端面一侧的面积。2.如权利要求1所述的接收单元，其中所述光波导器件包括光纤，多个光纤的出射端面位于同一平面上，所述探测单元阵列中的探测单元位于同一平面上，所述光波导器件阵列中的任意两个光波导器件在所述出射端面一侧的间距小于其在所述入射端面一侧的间距。3.如权利要求1或2所述的接收单元，其中所述探测单元包括多个单光子雪崩二极管。4.如权利要求1或2所述的接收单元，其中所述探测单元阵列为线阵或面阵。5.如权利要求2所述的接收单元，还包括第一光纤固定具和第二光纤固定具，其中所述光纤的入射端面由所述第一光纤固定具固定，所述光纤的出射端面由所述第二光纤固定具固定。6.如权利要求5所述的接...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世祥，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：