一种通过构建非探测光确定空间方向的激光雷达制造技术

本发明专利技术申请公开了一种激光雷达，通过在发射端构建非探测光束及其对应感光阵列的方法确定激光雷达的出射探测光的空间方位

【技术实现步骤摘要】
一种通过构建非探测光确定空间方向的激光雷达


[0001]本专利技术涉及检测领域，特别涉及一种激光雷达及对应的空间测距数据获取和校准方法
。

技术介绍

[0002]激光雷达（
LIDAR
）是一种重要的环境感知硬件，通过发射激光光束，并接收来自于被探测目标的反射激光，采用飞行时间（
TOF)、
调频连续波（
FMCW)、
三角测距等方法，对反射光信号处理后，可以得到被探测目标的距离
、
方位
、
高度
、
速度
、
反射率等参数，在物体检测
、
自动驾驶
、
姿态感知等多种环境中有广泛的应用
。
[0003]激光雷达作为一种三维空间传感设备，需要提供目标对象的空间方位和距离测量数据
。
目前激光雷达采用的发射扫描方式包括机械式整体旋转
、
转镜
、
微机电系统（
MEMS
）等，在探测方向的确定方法上，可以采用机械相关方法，如角度传感器
、
解码器等；也可以结合激光雷达的光学器件和光学路径确认探测方向，如衍射光学元件（
DOE)
的衍射图案分布
、
三角法等
。
随着
3D
智能传感的发展，在某些应用中对激光雷达提出了小型化
、
集成化
、
芯片化的需求
。
[0004]需要说明的是， 在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解， 因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息
。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是如何在较小空间内确定激光雷达的探测方向，并有效简化后续的发射
、
接收
、
准直光学设计和相应的接收电路设计，实现激光雷达的小型化
、
集成化和芯片化
。
[0006]为解决上述技术问题，一方面本专利技术实施例提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：光发射模块，至少一个激光器用于发射探测用激光脉冲；光扫描模块，与所述激光器耦合，探测用激光脉冲可通过光扫描模组向不同的空间方向出射；非探测光束，和光扫描模块联动，可以是前述探测用激光的分光束，也可以是另外的独立光束；非探测光接收阵列，用于接收非探测光束并给出其空间方向；探测光投射和接收器件，对发射的探测激光和被测目标对探测激光的反射光做准直
、
聚焦
、
收发隔离等光学处理；接收光路模块，通过光电探测器接收反射激光脉冲，并对得到的探测信号做处理，得到需要的信息
。
[0007]所述探测光发射模块包括至少一个光发射元件，所述接收光路模块包括至少一个光电传感元件
。
[0008]优选的，所述光发射模块的激光器为半导体激光器
。
[0009]所述光扫描模组可使探测光发射模块的发射光在一定的空间角度范围内可变化，发射光的空间方向和光扫描模块参数存在确定的几何关系
。
[0010]优选的，所述光扫描模块采用微机电系统
(MEMS
）作为扫描方式，
MEMS
可以与
CMOS/
光电工艺实现良好兼容，在芯片级别实现光机电功能的集成
。
[0011]所述非探测光束构建后，与光扫描模组的存在确定的对应关系；所述非探测光接收阵列接收非探测光，通过角度关系和算法，确定非探测光的空间发射方向；通过非探测光
、
光扫描模组
、
出射探测光的对应关联关系，确认出射探测光的空间方向；非探测光接收阵列包括一维或二维阵列
。
[0012]优选的，所述非探测光采用固定于光扫描模块的光源构建
。
[0013]优选的，所述非探测光及其探测阵列采用三角法关系确定非探测光的空间角度
。
[0014]所述探测光投射和接收器件，用于实现发射探测光束的准直
、
被探测物体的反射光的聚焦
、
发射光和接收光的杂散光隔离
。
[0015]优选的，发射准直和接收聚焦元件采用玻璃透镜
。
[0016]优选的，隔离光学元件采用黑胶挡板
。
[0017]所述反射激光是激光雷达发射的探测激光由被测物体反射后的激光，一般为探测激光在被测物体表面入射点的漫反射光
。
[0018]所述接收光路模块，接收到被探测物体的反射光信号，并提取相关信息
。
[0019]优选的，采用单光子雪崩二极管
SPAD
作为光探测器件，探测信号为光子计数；优选的，采用飞行时间（
TOF
）方法处理所述反射激光的探测信号
。
[0020]第二方面，提供了一种所述激光雷达的校准方法，所述方法包括：在激光雷达的探测光束扫描区域放置校准件，校准件相对于激光雷达的方位和距离已知；记录探测光束扫描时，对应的非探测光阵列读数确定探测光束在校准件的位置，分析光接收模块确定该探测光束的飞行时间以及对应距离；对比雷达的探测数据与校准件的已知参数，确定系统校准量
。
[0021]在所述激光雷达架构下，可以在探测光侧加入调制信号，用于提升激光雷达的性能
。
[0022]在所述激光雷达架构下，可以在非探测光侧加入调制信号，用于提升激光雷达的性能
。
[0023]在所述激光雷达架构下，可以采用非探测光信号作为系统性能优化的参数
。
[0024]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果
:
本专利技术技术方案的激光雷达采用在发射端构建非探测光的方式确定出射的探测光线方向，由于非探测光的光路固定并可控，相对不受外部环境干扰，信噪比较高，出射光线空间方位确定度较高；同时构建的非探测光系统不需要到达实际被测物体，光程可以较短，意味着可以在较小的空间，通过微加工工艺构建，实现该功能的集成化和芯片化；非探测光的感光阵列器件的面积可以较小，并且不需要飞行时间功能，减低设计和制造成本
。
[0025]本专利技术在发射端已确认了探测激光出射方向，可以有效简化发射和接收对应的光学准直和对焦设计，降低系统复杂度，减低系统成本，提升可靠性；此处的简化包括省略不需要的匀光器
/
衍射光学元素等光学元件，以及光学材料
/
折射率
/
数值孔径等光学参数的设计和调整，光学加工工艺的多样化；光学器件可以采用微纳加工或微光学封装工艺的方式制备
。
[0026]]进一步的，本专利技术采用在发射端确认出射方向的方式，可以简化光接收模块中的接收电路和算法设计，减低系统成本；光接收模块中的感光器件的尺寸和排布方式有更大的灵活性，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种激光雷达，其特征在于，包括：探测光发射模块，至少一个激光器用于发射探测用激光脉冲；光扫描模块，与所述发射激光器耦合，可以实现对探测用激光脉冲的发射方向的控制；非探测光，和光扫描模块联动，可以是前述探测用激光的分光束，也可以是另外的独立光束；非探测光接收阵列，用于接收非探测光并给出其空间方向，进而通过非探测光
、
光扫描模块
、
探测光的确定关系，得到探测光的发射方向；探测光投射和接收器件，对发射的探测激光和其在被测目标上的反射光做准直
、
聚焦
、
收发隔离等光学处理；接收光路模块，通过光电探测器接收反射激光脉冲，并对得到的探测信号做处理，得到需要的信息
。2.
根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述探测光发射模块包括至少一个光发射元件，所述接收光路模块包括至少一个光电传感元件
。3.
根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光扫描模组可控制来自于探测激光的出射方向，使其在一定的空间范围内变化；扫描方式包括机械转动
、
微机电系统（
MEMS
）驱动
、
波长扫描；探测激光的空间发射方向和光扫描模块的控制参数存在确定的对应关系
。4.
根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述非探测光束的方向与光扫描模组存在确定的对应关系，非探测光可以是探测激光的分光束，包括部分反射光
、
光栅衍射峰
、
耦合分光器，也可以是其它光源，包括与光扫描模组有确定连接关系的独立光源
。5.
根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述非探测光接收阵列用于接收非探测光，并通过光学路径和角度关系计算，确定非探测光的空间发射方向；通过光扫描模块和非探测光的对应关系，确定光扫描模块状态；通过光扫描模块和探测激光的对应关系，确认探测激光的空间发射方向；非探测光接收阵列包括一维或二维阵列
。6.
根据权利要求1所述的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖之安，
申请(专利权)人：赖之安，
类型：发明
国别省市：