激光雷达收发芯片系统及3D传感装置制造方法及图纸

本申请涉及一种激光雷达收发芯片系统及3D传感装置。系统包括：TX端，其包括多个TX通道且各自的开启和关闭可分别控制；TX端光学模组，用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过每一个TX通道的发射光各自具有相应的发射方向；RX端，其包括多个RX通道且各自的开启和关闭可分别控制；和RX端光学模组，安装在该RX端上并用于进行聚焦操作和掩码操作从而使得经过每一个RX通道所接收的光各自具有相应的接收范围。所述系统通过控制多个TX通道各自的开启和关闭以及控制多个RX通道各自的开启和关闭从而位于特定检测模式并生成检测结果。如此在功率利用率、扫描角度、探测距离、探测精度等各个方面上做到较好的平衡。各个方面上做到较好的平衡。各个方面上做到较好的平衡。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达收发芯片系统及3D传感装置


[0001]本申请涉及光电
，具体涉及一种激光雷达收发芯片系统及3D传感装置。

技术介绍

[0002]激光雷达(Laser Radar)也称作激光探测及测距系统(Light Detection and Ranging，LiDAR)，其原理是发射作为探测信号的激光束并接收反射回来的信号后进行处理得到例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、形状等特征信息。激光雷达的一种测距原理是飞行时间(time of flight，TOF)法，通过测量光(例如脉冲激光器发射的脉冲信号)经过目标物体反射回到接收器的传播路程中的传播时间来计算目标物体到传感器的空间距离。激光雷达的另一种测距原理是相干法或者说调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)，也就是发射连续的且频率随时间稳定变化的光束并利用传输距离差异导致频率差异的原理来实现测距。激光雷达可提供测距、定位及三维绘制等功能，在自动驾驶领域和无人飞行器领域有广泛的应用。
[0003]基于激光雷达的基本结构和技术路线，激光雷达可以分成机械式、半固态式、全固态式。机械式激光雷达是通过机械结构不断地旋转发射系统和接收系统的整体结构从而将激光点变成线进而达到3D扫描的目的，但是机械式激光雷达要求高频准确的转动和复杂的机械结构且用在自动驾驶领域的可靠性不高。半固态式激光雷达是保持收发模块不动而通过电机带动转镜运动例如通过微电子机械系统(Micro
‑
Electro
‑r/>Mechanical System，MEMS)振镜从而将光束反射至空间的指定范围来实现扫描探测，但是半固态式激光雷达仍然依赖机械运动来实现扫描也需要少量运动部件和机械结构，并且受到如MEMS振镜的物理极限的限制而无法获得更高的扫描频率。全固态式激光雷达不包含任何运动部件并被认为是未来主流发展方向。全固态激光雷达一般分成光学相控阵式(Optical Phase Array，OPA)和泛光面阵式。其中，OPA式激光雷达是采用由多个发射接收单元组成的阵列并利用不同相控单元发出的光波之间的相位关系来在设定方向上生成互相加强的干涉以及在非设定方向上彼此相消从而使得光束按照设计实现空域扫描。但是OPA式的制造工艺难度大如要求阵列单元尺寸一般不能大于半个波长，这些都限制了OPA式的推广应用。泛光面阵式激光雷达也称作FLASH式激光雷达，其原理是短时间发射出覆盖大片探测区域的激光并通过接收器完成对环境周围图像的绘制，例如通过向各个方向发射的一次快闪来照亮整个场景并通过传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。FLASH式激光雷达的工作原理与通过点阵的光敏传感器来探测物体整幅深度图像的TOF相机相似。但是，FLASH式激光雷达发射的探测信号散布在整个场景或者整个视场内也包括不那么重要的区域，而扫描角度(Focus of View，FOV)越大则意味着覆盖面积越大也就需要更高的功率来才能保持足够的探测精度和距离。通过提高发射光率可以获得更高的探测精度和距离，但是这样在自动驾驶领域又会带来上升的能耗问题，而且受限于当前激光器的发光功率密度而必须采用更多的激光器从而导致成本上升。缩小FOV或者说扫描角度包括提供可变扫描角，意味着在较小的扫描范围内可以达到更高的功率密度，但是这样牺牲扫描范围的做法在自动驾驶领域不利于快
速地获取车辆周身的情报特别是不利于需要快速对周边复杂环境做出响应的场景例如市区内行驶或者在车流较大的高速公路上。因此现有的FLASH式激光雷达难以在功率利用率、扫描角度、探测距离、探测精度等各个方面上做到较好的平衡，这就给FLASH式激光雷达的推广带来了障碍。
[0004]为此，需要一种激光雷达收发芯片系统及3D传感装置，能够克服上面提及的各种不足，不仅在功率利用率、扫描角度、探测距离、探测精度等各个方面上做到较好的平衡，而且可用于自动驾驶领域和无人飞行器领域中各种复杂应用场景并提供安全可靠的测距、定位及三维绘制等功能。

技术实现思路

[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达收发芯片系统。所述激光雷达收发芯片系统包括：发射TX端，其中该TX端包括多个TX通道，该多个TX通道各自的开启和关闭可分别控制；TX端光学模组，其中该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的发射方向；接收RX端，其中该RX端包括多个RX通道，该多个RX通道各自的开启和关闭可分别控制；和RX端光学模组，其中该RX端光学模组安装在该RX端上并用于进行聚焦操作和掩码操作从而使得经过该RX端的该多个RX通道中的每一个RX通道所接收的光各自具有相应的接收范围。其中，所述激光雷达收发芯片系统通过控制所述多个TX通道各自的开启和关闭以及控制所述多个RX通道各自的开启和关闭从而位于特定检测模式并生成该特定检测模式下的检测结果。
[0006]第一方面所描述的技术方案，不仅在功率利用率、扫描角度、探测距离、探测精度等各个方面上做到较好的平衡，而且可用于自动驾驶领域和无人飞行器领域中各种复杂应用场景并提供安全可靠的测距、定位及三维绘制等功能。
[0007]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的发射方向，包括：该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的主光轴方向。
[0008]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的发射方向，包括：该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自投射到参考物体的相应投射区域。
[0009]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，该参考物体具有多个投射区域，该多个TX通道中的每一个TX通道与该多个投射区域中的至少一个投射区域相关联。其中，该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自投射到该参考物体的相应投射区域，包括：该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自投射到与该TX通道相关联的投射区域。
[0010]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，该多
个投射区域在该参考物体上的分布满足该多个投射区域中的任一投射区域与该多个投射区域中的至少一个另一投射区域相邻或者相接。
[0011]根据第一方面的技术方案的一种可能的实现方式，本申请实施例还提供了，该多个RX通道与该多个投射区域一一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达收发芯片系统，其特征在于，所述激光雷达收发芯片系统包括：发射TX端，其中该TX端包括多个TX通道，该多个TX通道各自的开启和关闭可分别控制；TX端光学模组，其中该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的发射方向；接收RX端，其中该RX端包括多个RX通道，该多个RX通道各自的开启和关闭可分别控制；和RX端光学模组，其中该RX端光学模组安装在该RX端上并用于进行聚焦操作和掩码操作从而使得经过该RX端的该多个RX通道中的每一个RX通道所接收的光各自具有相应的接收范围，其中，所述激光雷达收发芯片系统通过控制所述多个TX通道各自的开启和关闭以及控制所述多个RX通道各自的开启和关闭从而位于特定检测模式并生成该特定检测模式下的检测结果。2.根据权利要求1所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的发射方向，包括：该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的主光轴方向。3.根据权利要求1所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自具有相应的发射方向，包括：该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自投射到参考物体的相应投射区域。4.根据权利要求3所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，该参考物体具有多个投射区域，该多个TX通道中的每一个TX通道与该多个投射区域中的至少一个投射区域相关联，其中，该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自投射到该参考物体的相应投射区域，包括：该TX端光学模组用于校准来自该TX端的发射光从而使得经过该TX端的该多个TX通道中的每一个TX通道的发射光各自投射到与该TX通道相关联的投射区域。5.根据权利要求4所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，该多个投射区域在该参考物体上的分布满足该多个投射区域中的任一投射区域与该多个投射区域中的至少一个另一投射区域相邻或者相接。6.根据权利要求4所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，该多个RX通道与该多个投射区域一一对应，其中，该RX端光学模组安装在该RX端上并用于进行聚焦操作和掩码操作从而使得经过该RX端的该多个RX通道中的每一个RX通道所接收的光各自具有相应的接收范围，包括：该RX端光学模组安装在该RX端上并用于进行聚焦操作和掩码操作从而使得经过该RX端的该多个RX通道中的每一个RX通道所接收的光各自反射自与该RX通道对应的投射区域。7.根据权利要求6所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，该多个TX通道中的每一
个TX通道与该多个投射区域中的至少一个投射区域相关联，包括：该多个TX通道与该多个投射区域一一对应并且该多个TX通道中的每一个TX通道仅与与该TX通道对应的投射区域相关联。8.根据权利要求6所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，经过该RX端的该多个RX通道中的每一个RX通道所接收的光所具有的相应的接收范围定义了与该RX通道对应的特定空间，该多个RX通道中的每一个RX通道对位于与该RX对应的特定空间中的光场分布敏感并且对不位于与该RX对应的特定空间的光场分布不敏感。9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，所述特定检测模式是多种预设检测模式中的一种预设检测模式，所述多种预设检测模式包括闪光Flash模式和扫描Scan模式，其中，所述激光雷达收发芯片系统通过控制所述多个TX通道各自的开启和关闭以及控制所述多个RX通道各自的开启和关闭从而位于特定检测模式并生成该特定检测模式下的检测结果，包括：所述激光雷达收发芯片系统通过控制所述多个TX通道全部开启和控制所述多个RX通道全部开启从而位于该Flash模式，所述激光雷达收发芯片系统通过控制所述多个TX通道按照特定次序逐个开启和控制所述多个RX通道开启与当前开启的TX通道相对应的RX通道从而位于Scan模式。10.根据权利要求9所述的激光雷达收发芯片系统，其特征在于，该多个TX通道中的至少两个TX通道分别与不同的光源连接，并且该至少两个TX通道各自连接的光源在以下各项配置参数中的至少一项配置参数上不保持一致：发射功率、波长、...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓盛龙，王磊，王吉尔，于孟鑫，方相予，姜培，史方，
申请(专利权)人：光梓信息科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：