激光雷达系统的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及一种激光雷达系统。


背景技术：

2.激光雷达作为目前较为先进的传感器，在很多领域都有广泛的应用，如自动驾驶、物流运输、高精地图、智慧交通、机器人、工业自动化、无人机、测绘等领域。激光雷达由于抗干扰性强、成像清晰等特点，是自动驾驶的“眼睛”，被视为自动驾驶中最为重要的传感器之一。激光雷达可分为激光发射、激光接收、光束操纵和信息处理四大系统，可以通过分析激光信号描绘三维点云图，实现环境实时感知及避障功能。
3.激光雷达按照扫描方式可以分为整体旋转的机械式激光雷达、收发模块静止但光路旋转的半固态激光雷达以及固态式激光雷达。固态式激光雷达主要包括flash激光雷达、光学相控阵(opticalphased array，opa)等，flash激光雷达探测距离较短，应用场景受限，而硅基光学相控阵技术具有体积小、功耗低、成本低、扫描速度快等优势，可实现芯片级激光扫描器件，具有广阔的应用前景。
4.目前针对opa器件的研究热度较高，但支持基于纯相位控制的二维扫描opa器件在设计和工艺上难度较高，现阶段还难以展开广泛应用。因此，亟需提供一种基于光学相控阵实现二维扫描的混合固态激光雷达系统。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种激光雷达系统，结合静态扫描和非静态扫描的方式，具有扫描精度高且扫描速度快，可以实现混合固态的二维光束扫描。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种激光雷达系统，包括：发射接收装置和反射调节装置；
8.所述发射接收装置用于发出第一探测光束，以使得所述第一探测光束在目标物体上沿第一方向对所述目标物体进行扫描探测；
9.所述反射调节装置用于根据所述目标物体的反射光束，形成第二探测光束，以使得所述第二探测光束在所述目标物体上沿第二方向对所述目标物体进行扫描探测；
10.其中，所述第一方向和所述第二方向相交。
11.优选的，在上述的激光雷达系统中，所述第一方向和所述第二方向垂直。
12.优选的，在上述的激光雷达系统中，所述发射接收装置为静态扫描装置。
13.优选的，在上述的激光雷达系统中，所述静态扫描装置为光学相控阵或光芯片。
14.优选的，在上述的激光雷达系统中，还包括：控制装置，所述控制装置分别与所述发射接收装置和所述反射调节装置电连接。
15.优选的，在上述的激光雷达系统中，所述发射接收装置包括多个激光发射单元；
16.所述控制装置用于向所述激光发射单元提供电信号，以使得所述激光发射单元根据所述电信号出射所述第一探测光束。
17.优选的，在上述的激光雷达系统中，所述反射调节装置为非静态扫描装置。
18.优选的，在上述的激光雷达系统中，所述非静态扫描装置为mems振镜、机械振镜、转镜或棱镜中的任一种。
19.优选的，在上述的激光雷达系统中，所述非静态扫描装置具有反射面，所述反射面用于反射光线形成所述第二探测光束；所述非静态扫描装置能够基于平行于所述第二方向的转轴转动，以调节所述第二探测光束在所述目标物体上沿第二方向对所述目标物体进行扫描探测。
20.优选的，在上述的激光雷达系统中，还包括：输出设备，所述输出设备用于输出所述目标物体的相关信息；
21.所述相关信息包括距离、方位、高度和速度中的至少一种。
22.通过上述描述可知，本实用新型技术方案提供的激光雷达系统中，通过发射接收装置发出第一探测光束，以使得所述第一探测光束在目标物体上沿第一方向对所述目标物体进行扫描探测，反射调节装置根据被目标物体反射回来的反射光束，形成第二探测光束，以使得所述第二探测光束在目标物体上沿第二方向对所述目标物体进行扫描探测，从而可以实现混合固态的二维光束扫描。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.光子集成(photonic integrated circuit，pic)芯片是指使用光子集成技术制成的芯片，也可称为光芯片。光子集成技术能够与现有的半导体cmos(complementary metal-oxide-semiconductor，互补金属氧化物半导体)标准技术兼容，可与微电子集成电路集成，因此，集成光学芯片成为研究热点，在通讯、传感、计算、量子、生物等领域有广泛的应用。
27.在光学相控阵激光雷达系统中，相控阵发射器由若干发射接收单元组成阵列，可以通过改变加载在不同单元的电压，进而改变不同单元发射光波特性(如光强、相位)，实现对每个单元光波的独立控制，通过调节从每个相控单元辐射出的光波之间的相位关系，在设定方向上产生互相加强的干涉从而实现高强度光束，而其它方向上从各个单元射出的光波彼此相消，因此，辐射强度接近于零。组成相控阵的各相控单元在程序的控制下，可使一束或多束高强度光束的指向按设计的程序实现随机空域扫描。
28.与传统机械扫描技术相比，基于集成光学技术的光学相控阵扫描技术有三大优
势：1、扫描速度快：光学相控阵的扫描速度取决于所用材料的电子学特性和器件的结构，一般都可以达到mhz量级以上。2、扫描精度或指向精度高：光学相控阵的扫描精度取决于控制电信号的精度(一般为电压信号)，可以做到μrad(千分之一度)量级以上。3、可控性好：光学相控阵的光束指向完全由电信号控制，在允许的角度范围内可以做到任意指向，可以在感兴趣的目标区域进行高密度的扫描，在其他区域进行稀疏扫描，这对于自动驾驶环境感知非常有用。
29.通常，激光雷达需要对水平和竖直两个方向进行扫描。而采用光学相控阵技术实现二维的光束扫描，要么在两个维度均进行相控阵；或者一个维度通过光学相控阵扫描，另一个维度通过光源的波长切换进行扫描。第一个方案中，在两个维度均进行相控阵需要二维的相控阵天线阵列，阵元数是随着阵列的规模指数增长(例如n2个)，因此要做大阵列的光学相控阵矩阵是比较难的，特别是大阵列光学相控阵的光芯片的加工难度和对应控制电路的难度很大。第二个方案中，多波长的光源价格高、体积大，难以满足市场对于激光雷达低成本、小体积的要求。
30.有鉴于此，本技术提供一种激光雷达系统，通过发射接收装置发出第一探测光束，以使得所述第一探测光束在目标物体上沿第一方向对所述目标物体进行扫描探测，反射调节装置根据被目标物体反射回来的反射光束，形成第二探测光束，以使得所述第二探测光束在目标物体上沿第二方向对所述目标物体进行扫描探测。本技术结合光学相控阵/光芯片扫描和mems振镜或其他方式扫描，扫描精度高且扫描速度快，可以实现混合固态的二维光束扫描。
31.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
32.参考图1，图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图，如图1所示，所述激光雷达系统包括：
33.发射接收装置10和反射调节装置20；
34.所述发射接收装置10用于发出第一探测光束，以使得所述第一探测光束在目标物体30上沿第一方向(设为y方向)对所述目标物体30进行扫描探测；
35.所述反射调节装置20用于根据所述目标物体30反射回来的反射光束，形成第二探测光束，以使得所述第二探测光束在所述目标物体30上沿第二方向(设为x方向)对所述目标物体30进行扫描探测；
36.其中，所述第一方向y和所述第二方向x相交。
37.进一步的，所述第一方向y和所述第二方向x垂直。
38.基于图1所示激光雷达系统，还包括：控制装置(未示出)，所述控制装置分别与所述发射接收装置10和所述反射调节装置20电连接。
39.其中，所述发射接收装置10包括多个激光发射单元。所述控制装置可用于向所述激光发射单元提供电信号，以使得所述激光发射单元根据所述电信号出射第一探测光束。
40.具体的，所述发射接收装置10是由多个发射接收单元组成的阵列，所述发射接收单元可以用于出射激光光束，也可以用于接收被目标物体反射回来的探测光束。本实施例中，可以通过控制装置改变加载在不同发射接收单元的电信号，进而改变不同发射接收单元发射的光波特性(如光强、相位)，实现对每个发射接收单元光波的独立控制，通过调节从
每个发射接收单元辐射出的光波之间的相位关系，在设定方向上产生互相加强的干涉从而实现高强度光束。在控制装置的控制下，可使发射接收单元出射一束或多束高强度的探测光束在设定方向上实现扫描探测。
41.进一步的，所述控制装置可以通过电源电路与所述发射接收装置10连接，以通过所述电源电路向所述激光发射单元提供电信号。
42.本实用新型实施例中，所述发射接收装置10可以为静态扫描装置。
43.进一步的，所述静态扫描装置可以为光学相控阵或平面波导型光分路器(plc)芯片、基于集成光学技术的fmcw阵列芯片、光开关阵列芯片、液晶等可以实现固态光束扫描的光芯片。
44.本实用新型实施例中，所述反射调节装置20可以为非静态扫描装置。
45.进一步的，所述非静态扫描装置可以为mems振镜、机械振镜、转镜或棱镜等可以实现非固态光束扫描器中的任一种。
46.如图1所示，所述反射调节装置20具有反射面b，所述反射面b可用于反射光线形成所述第二探测光束；所述反射调节装置20能够基于平行于所述第二方向x的转轴转动，以调节所述第二探测光束在所述目标物体30上沿第二方向x对所述目标物体30进行扫描探测。
47.基于图1所示激光雷达系统，还包括：输出设备(未示出)，所述输出设备可以通过电源电路与所述控制装置电连接，所述输出设备可用于输出所述目标物体30的相关信息，所述相关信息可以为距离、方位、高度和速度中的至少一种。
48.具体的，首先通过控制装置向发射接收单元提供不同的电信号，控制发射接收单元发出第一探测光束，以使得所述第一探测光束在目标物体30上沿第一方向y对所述目标物体30进行扫描探测；然后，反射调节装置20的反射面b根据被目标物体30反射回来的第一反射光束，通过控制装置控制反射调节装置20能够基于平行于第二方向x的转轴转动，形成第二探测光束，以使得所述第二探测光束在目标物体30上沿第二方向x对所述目标物体30进行扫描探测；最后，反射面b接收被目标物体30反射回来的第二反射光束，通过控制装置控制反射调节装置20能够基于平行于第二方向x的转轴转动，并将所述第二反射光束发射至发射接收单元，所述控制装置基于第一探测光束和第二反射光束确定目标物体30的相关信息，并通过输出设备输出目标物体30的相关信息。
49.通过上述描述可知，本实用新型技术方案提供的激光雷达系统中，利用静态扫描装置可以实现目标物体在第一方向y上的扫描，结合非静态扫描装置，可以实现目标物体在第二方向x上的扫描；也可以理解为，该激光雷达系统利用静态扫描装置可以实现目标物体在第一维度的扫描，结合非静态扫描装置，可以实现目标物体在第二维度的扫描，扫描精度高且扫描速度快，能够在一维光学相控阵器件的基础上实现二维扫描，从而实现混合固态的二维光束扫描。
50.本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
51.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。