一种三维扫描激光雷达系统及其测量方法与流程

1.本发明涉及激光雷达技术领域，更具体地说，涉及一种三维扫描激光雷达系统及其测量方法。


背景技术：

2.三维扫描激光雷达系统是指通过扫描装置实现三维扫描的激光雷达系统。目前，三维扫描激光雷达技术已经广泛应用于环境测绘、建筑检测、隧道及矿井检测等领域。但是，随着三维扫描激光雷达的应用范围越来越大，需要面对的需求也越来越多，如物质含量测量以及温度分布测量等需求。基于此，如何提供一种能够满足更多测量需求的三维扫描激光雷达系统是本领域技术人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种三维扫描激光雷达系统及其测量方法，以在三维扫描激光雷达的应用范围内，满足更多的测量需求。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种三维扫描激光雷达系统，包括多个收发模块、多个波长选择模块、扫描模块、至少一个测量器件和处理模块；
6.所述收发模块包括至少一个发射器件和至少一个接收器件，不同收发模块中的发射器件发出的光的波长不同；
7.所述扫描模块用于将所述多个收发模块中的发射器件发出的光反射至一空间，并对所述空间进行三维扫描，接收所述空间中的障碍物反射回的光和发出的光，并将所述反射回的光和发出的光反射至所述多个波长选择模块；
8.所述多个波长选择模块至少与所述多个收发模块中的接收器件分别对应设置，不同波长选择模块选择传输的光的波长不同；所述波长选择模块用于从所述扫描模块反射的光中选择出相应波长的光，并将其传输至对应设置的接收器件；所述多个波长选择模块依次排列在所述扫描模块反射光的光路上，用于使所述多个波长选择模块依次从所述扫描模块反射的光中选择出相应波长的光，所述扫描模块反射的光中未被选择的光传输至所述测量模块；
9.所述接收器件用于测量接收到的光的光功率；
10.所述测量器件用于测量接收到的光的特定参数，不同测量器件测量的特定参数不同，所述测量器件包括红外温度测量器件，所述特定参数包括热辐射功率；
11.所述处理模块与所述多个收发模块中的接收器件以及所述至少一个测量器件相连；所述处理模块还用于根据不同收发模块中的接收器件接收到的不同波长的光的光功率之差，获得标定物质在所述空间的含量；所述处理模块还用于根据所述测量器件测量得到的特定参数，获得所述空间的参数分布，所述参数分布包括温度分布。
12.可选地，所述多个波长选择模块还与所述多个收发模块中的发射器件分别对应设
置；
13.所述波长选择模块还用于从对应设置的发射器件发出的光中选择出相应波长的光；所述多个波长选择模块依次排列在所述扫描模块接收光的光路上，还用于将不同波长选择模块选择出的光依次合成一束光，并将其传输至所述扫描模块。
14.可选地，所述波长选择模块包括波长选择反射镜和波长选择透射镜；
15.所述波长选择透射镜通过透射相应波长的光、反射其他波长的光，来选择出相应波长的光；
16.所述波波长选择反射镜通过反射相应波长的光、透射其他波长的光，来选择出相应波长的光。
17.可选地，所有的波长选择模块均为波长选择反射镜；或者，所有的波长选择模块均为波长选择透射镜；或者，部分波长选择模块为波长选择反射镜、部分波长选择模块为波长选择透射镜。
18.可选地，还包括设置在所述扫描模块和所述多个波长选择模块之间的固定反射镜；
19.所述固定反射镜用于将所述多个波长选择模块选择出的光反射至所述扫描模块，将所述扫描模块反射的光反射至所述多个波长选择模块。
20.可选地，所述多个收发模块、所述多个波长选择模块和所述至少一个测量器件集成在光学芯片中。
21.可选地，所述波长选择模块包括微环滤波器；
22.所述微环滤波器通过滤出相应波长的光，来选择出相应波长的光。
23.可选地，所述光学芯片还包括多个发射天线和一个接收天线；
24.所述多个发射天线与所述多个收发模块中的发射器件分别对应，用于将对应设置的发射器件发出的光发射至所述扫描模块；
25.所述接收天线用于接收所述扫描模块反射的光，并将其传输至所述多个波长选择模块。
26.可选地，所述光学芯片还包括一个收发天线；
27.所述收发天线用于将所述多个收发模块中的发射器件发出的光发射至所述扫描模块，接收所述扫描模块反射的光，并将其传输至所述多个波长选择模块。
28.可选地，还包括设置在所述扫描模块和所述光学芯片之间的聚焦透镜。
29.可选地，所述扫描模块包括旋转反射镜或risley棱镜。
30.可选地，至少一个波长选择模块选择出的光的波长包括1550nm，至少一个波长选择模块选择出的光的波长包括905nm。
31.一种三维扫描激光雷达系统的测量方法，应用于如上任一项所述的三维扫描激光雷达系统，所述测量方法包括：
32.多个收发模块中的发射器件发光，不同收发模块中的发射器件发出的光的波长不同；
33.扫描模块将所述多个收发模块中的发射器件发出的光反射至一空间，并对所述空间进行三维扫描，所述扫描模块接收所述空间中的障碍物反射回的光和发出的光后，将所述反射回的光和发出的光反射至多个波长选择模块，不同波长选择模块选择传输的光的波
长不同；
34.所述多个波长选择模块依次从所述扫描模块反射的光中选择出相应波长的光，并将其传输至对应设置的接收器件，以使接收器件测量接收到的光的光功率，所述扫描模块反射的光中未被选择的光传输至测量模块，以使所述测量器件测量接收到的光的特定参数，所述测量器件包括红外温度测量器件，所述特定参数包括热辐射功率；
35.处理模块根据不同收发模块中的接收器件接收到的不同波长的光的光功率之差，获得标定物质在所述空间的含量，根据所述测量器件测量得到的特定参数，获得所述空间的参数分布，所述参数分布包括温度分布。
36.与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
37.本发明所提供的三维扫描激光雷达系统及其测量方法，多个收发模块中的发射器件发光后，扫描模块将多个收发模块中的发射器件发出的光反射至一空间，并对空间进行三维扫描，扫描模块接收空间中的障碍物反射回的光后，将反射回的光反射至多个波长选择模块，由于不同波长选择模块选择传输的光的波长不同，且多个波长选择模块依次从扫描模块反射的光中选择出相应波长的光后，会将其传输至对应设置的接收器件，以使接收器件测量接收到的光的光功率，扫描模块反射的光中未被选择的光会传输至测量模块，以使测量器件测量接收到的光的特定参数，测量器件包括红外温度测量器件，特定参数包括热辐射功率，因此，处理模块可以根据不同收发模块中的接收器件接收到的不同波长的光的光功率之差获得标定物质在空间的含量，根据测量器件测量得到的特定参数，获得空间的参数分布，参数分布包括温度分布，从而可以满足对空间物质含量以及温度分布的测量需求，进而提高了三维扫描激光雷达系统的应用范围。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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。
39.图1为本发明一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
40.图2为本发明另一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
41.图3为本发明另一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
42.图4为本发明另一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
43.图5为两种不同折射率材料界面处光的反射和折射原理图；
44.图6为dbr波长选择反射镜的原理图；
45.图7为二氧化硅、氮化硅、硅的色散曲线；
46.图8为考虑色散后的材料折射率曲线；
47.图9为各材料组合设置反射中心波长在1550nm附近处的dbr波长选择反射镜的反射率曲线；
48.图10为氮化硅、二氧化硅组合构成的1550nm波长选择反射镜和905nm波长选择反射镜曲线；
49.图11为本发明另一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
50.图12为本发明另一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
51.图13为二氧化硅和硅组合的1550nm和905nmdbr波长选择透射镜的透射曲线图；
52.图14为本发明另一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
53.图15为本发明另一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的结构示意图；
54.图16为本发明一个实施例提供的光学芯片内部的结构示意图；
55.图17为本发明另一个实施例提供的光学芯片内部的结构示意图；
56.图18为双波导环形共振腔的示意图；
57.图19为双环形环形共振腔的示意图；
58.图20为模拟的长fsr双环形环形共振腔的频谱；
59.图21为本发明一个实施例提供的三维扫描激光雷达系统的测量方法的流程图。
具体实施方式
60.以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
61.本发明实施例提供了一种三维扫描激光雷达系统，如图1所示，包括多个收发模块10、多个波长选择模块11、扫描模块12、至少一个测量器件13和处理模块(图中未示出)。
62.其中，收发模块10包括至少一个发射器件101和至少一个接收器件102，不同收发模块10中的发射器件101发出的光的波长不同。可选地，发射器件101包括激光器或激光二极管等器件，接收器件102包括光电探测器等器件。可选地，不同收发模块10中的接收器件102对不同波长的光的灵敏度不同，且接收器件102对同一收发模块10中的发射器件101发出的光的灵敏度最高。
63.扫描模块12用于将多个收发模块10中的发射器件101发出的光反射至一空间，并对空间进行三维扫描，接收空间中的障碍物反射回的光和发出的光，并将反射回的光和发出的光反射至多个波长选择模块11。
64.可选地，扫描模块12旋转反射镜或risley棱镜等，通过控制旋转反射镜或risley棱镜等沿x方向和y方向360
°
旋转，即可实现对空间的三维扫描，当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，扫描模块12还可以带动整个激光雷达系统进行x方向和y方向的360
°
旋转，来实现对空间的三维扫描。
65.多个波长选择模块11至少与多个收发模块10中的接收器件102分别对应设置，不同波长选择模块11选择传输的光的波长不同。波长选择模块11用于从扫描模块12反射的光中选择出相应波长的光，并将其传输至对应设置的接收器件102。多个波长选择模块11依次排列在扫描模块12反射光的光路上，用于使多个波长选择模块11依次从扫描模块12反射的光中选择出相应波长的光，扫描模块12反射的光中未被选择的光传输至测量模块13。
66.如图1所示，多个波长选择模块11依次排列在扫描模块12反射光的光路上，第一个波长选择模块11从扫描模块12反射的光中选择出相应波长的光，并将选择出的光传输至对应设置的接收器件102，将其他波长的光传输至第二个波长选择模块11，第二个波长选择模
块11从扫描模块12反射的光中选择出相应波长的光，并将选择出的光传输至对应设置的接收器件102，将其他波长的光传输至第三个波长选择模块11，以此类推，直到将剩余未被选择的光传输至测量模块13。
67.接收器件102用于测量接收到的光的光功率。测量器件13用于测量接收到的光的特定参数，不同测量器件测量的特定参数不同，测量器件13包括红外温度测量器件，特定参数包括热辐射功率。
68.处理模块与多个收发模块10中的接收器件102以及至少一个测量器件13相连；处理模块还用于根据不同收发模块10中的接收器件102接收到的不同波长的光的光功率之差，获得标定物质在空间的含量；处理模块还用于根据测量器件13测量得到的特定参数，获得空间的参数分布，参数分布包括温度分布。
69.本发明的一些实施例中，测量器件13为红外温度测量器件，红外温度测量器件用于测量接收到的光的热辐射功率，处理模块用于根据红外温度测量器件测量得到的热辐射功率，获得空间的温度分布。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，测量器件13还可以包括其他测量器件，在此不再赘述。
70.本发明实施例中，处理模块可以根据不同收发模块10中的接收器件102接收到的不同波长的光的光功率之差获得标定物质在空间的含量，即可以利用水分、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢等物质对不同波长光的吸收差别，来测量水分、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢等物质在空间的含量。需要说明的是，本发明实施例中，可以获得同一空间位置处物质的含量，也可以通过三维扫描获得不同空间位置处的物质的含量。
71.需要说明的是，本发明实施例中的处理模块不仅可以根据不同收发模块10中的接收器件102接收到的不同波长的光的光功率之差获得标定物质在空间的含量，还可以根据不同收发模块10中的接收器件102接收到的不同波长的光的光功率获得空间的点云，并根据点云获得空间的三维分布模型等，在此不再赘述。
72.基于此，本发明实施例提供的三维扫描激光雷达系统不仅可以实现空间的三维扫描功能，还可以实现物质在空间的含量测量以及温度测量的功能，使得三维扫描激光雷达系统能够满足愈发多样的应用需求，进而提高了三维扫描激光雷达系统的应用范围。
73.本发明一些实施例中，如图1所示，多个波长选择模块11还与多个收发模块10中的发射器件101分别对应设置，即多个波长选择模块11与多个收发模块10一一对应设置。波长选择模块11还用于从对应设置的发射器件101发出的光中选择出相应波长的光。并且，多个波长选择模块11依次排列在扫描模块12接收光的光路上，即多个波长选择模块11依次排列在扫描模块12接收光和反射光的光路上，用于将不同波长选择模块11选择出的光依次合成一束光，并将其传输至扫描模块12。
74.如图1所示，多个波长选择模块11依次排列在扫描模块12接收光的光路上，最后一个波长选择模块11从对应设置的发射器件101发出的光中选择出相应波长的光，并将其传输至前一个波长选择模块11，前一个波长选择模块11从对应设置的发射器件101发出的光中选择出相应波长的光，并将其与最后一个波长选择模块11选择出的相应波长的光合成一束光，并将其传输至前一个波长选择模块11，以此类推，直到所有波长选择模块11选择出的相应波长的光合成一束光，将其传输至扫描模块12。
75.需要说明的是，本发明实施例中，多个收发模块10中的发射器件101发出的光可以
经过多个波长选择模块11传输至扫描模块12，也可以不经多个波长选择模块11直接传输至扫描模块12，即，多个收发模块10中的发射器件101发出的光可以直接传输至扫描模块12，并被扫描模块12传输至空间进行三维扫描。
76.本发明一些实施例中，三维扫描激光雷达系统内部传输的光都为空间光，基于此，波长选择模块11包括波长选择反射镜和波长选择透射镜，其中，波长选择透射镜通过透射相应波长的光、反射其他波长的光，来选择出相应波长的光；波波长选择反射镜通过反射相应波长的光、透射其他波长的光，来选择出相应波长的光。
77.可选地，波长选择反射镜为dbr(distributed bragg reflection，分布式布拉格)波长选择反射镜，波长选择透射镜为dbr波长选择透射镜。当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，三维扫描激光雷达系统内部还可以通过光纤等器件传输光。
78.本发明一些实施例中，如图1所示，所有的波长选择模块11均为波长选择反射镜，波长选择反射镜反射相应波长的光至对应设置的收发模块10中的接收器件102、透射其他波长的光至其他波长选择模块11或测量器件13。
79.当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，如图2所示，所有的波长选择模块11均为波长选择透射镜，波长选择透射镜透射相应波长的光至对应设置的收发模块10中的接收器件102、反射其他波长的光至其他波长选择模块11或测量器件13。
80.或者，在另一些实施例中，如图3所示，部分波长选择模块11为波长选择反射镜、部分波长选择模块11为波长选择透射镜，如第一个波长选择模块11为波长选择透射镜、其他波长选择模块11为波长选择反射镜，波长选择透射镜透射相应波长的光至对应设置的收发模块10中的接收器件102、反射其他波长的光至其他波长选择模块11，其他波长选择模块11即波长选择反射镜反射相应波长的光至对应设置的收发模块10中的接收器件102、透射其他波长的光至其他波长选择模块11或测量器件13。
81.本发明一些实施例中，如图1所示，三维扫描激光雷达系统还包括设置在扫描模块12和多个波长选择模块11之间的固定反射镜14。固定反射镜14用于将多个波长选择模块11选择出的光反射至扫描模块12，将扫描模块12反射的光反射至多个波长选择模块11。当然，本发明另一些实施例中，如图2和图3所示，扫描模块12和多个波长选择模块11之间可以不设置固定反射镜14，在此不再赘述。
82.由于水分对905nm和1550nm两个波长的光的吸收差别超过40db，因此，本发明一些实施例中，如图4所示，根据相同扫描位置905nm和1550nm两个波长的反射光的功率差标定水分含量。即，多个波长选择模块11中至少一个波长选择模块11选择出的光的波长包括1550nm，如反射1550nm附近波长的光，至少一个波长选择模块11选择出的光的波长包括905nm，如反射905nm附近波长的光，与1550nm波长选择模块11对应设置的接收器件102测量1550nm波长光的光功率，与905nm波长选择模块11对应设置的接收器件102测量905nm波长光的光功率，处理模块即可根据1550nm波长光的光功率和905nm波长光的光功率之差，获得水分在空间的含量。
83.在上述实施例的基础上，本发明一些实施例中，如图4所示，与1550nm波长选择模块11对应设置的收发模块10中的发射器件101发出的激光的波长为1550nm，与905nm波长选择模块11对应设置的收发模块10中的发射器件101发出的激光的波长为905nm。
84.905nm发射器件101发出的905nm波长的激光，通过905nm波长选择模块11反射后到
达1550nm波长选择模块11，被1550nm波长选择模块11透射后到达固定反射镜14，并被固定反射镜14反射至扫描模块12；1550nm发射器件101发出的1550nm波长的激光，通过1550nm波长选择模块11反射后到达固定反射镜14，并被固定反射镜14反射至扫描模块12；扫描模块12将1550nm波长的激光和905nm波长的激光反射至一空间，并通过扫描模块12旋转带动1550nm波长的激光和905nm波长的激光对空间进行三维扫描。
85.1550nm波长的激光和905nm波长的激光被空间内的物质如水分吸收并被空间内的障碍物反射之后，1550nm波长的反射光和905nm波长的反射光到达扫描模块12，被扫描模块12和固定反射镜14反射之后到达1550nm波长选择模块11，1550nm波长的反射光被1550nm波长选择模块11反射至其对应设置的收发模块10中的接收器件102，905nm波长的反射光被1550nm波长选择模块11透射至905nm波长选择模块11，并被905nm波长选择模块11反射至其对应设置的收发模块10中的接收器件102。
86.空间中的物质发出的红外辐射光通过扫描模块12和固定反射镜14反射之后，依次到达1550nm波长选择模块11和905nm波长选择模块11，被1550nm波长选择模块11和905nm波长选择模块11透射后到达测量器件13。需要说明的是，在实际运用中，需要先标定不同浓度水分下1550nm和905nm波长激光的功率差和不同温度下红外温度测量器件的示数，以便根据测量结果获得空间内水分的含量以及温度分布。
87.本发明实施例中，dbr波长选择反射镜可以由不同材料构成，以实现对不同波长光的反射。原理说明如下：图5为两种不同折射率材料界面处光的反射和折射原理图，分两种偏振情况，s偏振为入射光偏振垂直于入射平面，p偏振为入射光偏振平行于入射平面。
88.在边界处，由边界条件可得，对于s偏振，电场满足：e0+e
′0＝e1+e
′1；磁场满足：由可综合得到方程组：
[0089][0090]
写成矩阵形式为：
[0091][0092]
类似的，对于p偏振，可以得到：
[0093][0094]
图6为dbr波长选择反射镜的原理图，它是由两种不同折射率材料周期排列构成的多层膜结构。在与空气的交界处可以利用界面处方程，只考虑s偏振，入射角度为θ0，空气折射率为n
air
，入射电场为e0，带撇参数与原型参数方向相反，第m层膜参数下标为m，共有n层，得到：
[0095][0096][0097]
第一层界面处：
[0098][0099]
由此可得：
[0100][0101][0102][0103]
类似的，在第m层界面处:
[0104]
[0105][0106]
最后在与衬底接触界面处，使用二氧化硅衬底，可以得到：
[0107][0108][0109]
其中e
′
s
＝0。综合以上方程可以得到：
[0110]
令整理后可以得到：
[0111]
得到反射率和透射率：
[0112]
值得注意的是，t矩中的折射率是波长的函数，即有色散。图7展示了二氧化硅、氮化硅和硅的色散曲线。图8展示了考虑色散后对计算的补偿，无色散为不考虑色散时的计算曲线，有色散为考虑色散后得到的曲线。我们使用多层高低折射率层构成的dbr波长选择反射镜，衬底为二氧化硅，层厚设置在各材料内中心波长的四分之一附近。
[0113]
图9为各材料组合：(硅，氮化硅)、(硅，二氧化硅)、(氮化硅，二氧化硅)设置反射中心波长在1550nm附近处的dbr波长选择反射镜的反射率曲线。可以发现折射率相差越大，发射曲线的平台越宽，对于波长选择反射镜，使用氮化硅，二氧化硅组合来得到较窄的反射平台以避免对其他波长的干涉，图10为氮化硅、二氧化硅组合构成的1550nm波长选择反射镜
和905nm波长选择反射镜曲线。除了使用均匀薄膜，还可以利用光子晶体，玻璃钝化，表面等离激元，超构表面，来实现折射率的调控，实现波长选择反射镜性能的优化。
[0114]
需要说明的是，图4所示的结构与图1所示的结构的区别在于，图1所示的结构级联了更多的波长选择模块11，从而可以探测更多的参数，如同时探测空间中二氧化碳、一氧化碳和甲烷等气体成分的含量。并且，多个参数测量有干扰时，可以通过不同吸收位置上的光功率进行判断，去除干扰项。
[0115]
图4所示的结构中，1550nm波长选择模块11和905nm波长选择模块11都为波长选择反射镜，但是，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，如图11所示，1550nm波长选择模块11为波长选择透射镜，905nm波长选择模块11都为波长选择反射镜，或者，如图12所示，1550nm波长选择模块11和905nm波长选择模块11还可以都为波长选择透射镜。并且，在图11和图12所示的结构中，1550nm波长选择模块11和扫描模块12之间不需要固定反射镜14。
[0116]
需要说明的是，波长选择透射镜的原理计算公式与波长选择反射镜中公式一致，这里选择材料折射率相差大的组合二氧化硅和硅。使1550nm波长选择透射镜的反射中心波长远离1550nm处，即使1550nm波长选择透射镜对1550nm波长附近光透射，对905nm波长光进行反射。图13为二氧化硅和硅组合的1550nm和905nmdbr波长选择透射镜的透射曲线图。
[0117]
需要说明的是，本发明实施例中，仅以一个收发模块10包括一个发射器件101和一个接收器件102为例进行说明，但是，本发明并不仅限于此，在上述任一实施例中，收发模块10都包括多个发射器件101和多个接收器件102，并且，如图14所示，多个发射器件101和多个接收器件102呈阵列排布。
[0118]
本发明一些实施例中，三维扫描激光雷达系统内部还可以通过光纤等器件传输光，如图15所示，多个收发模块、多个波长选择模块和至少一个测量器件集成在光学芯片2中。可选地，光学芯片为氮化硅集成光学芯片。
[0119]
基于此，本发明一些实施例中，如图16所示，波长选择模块11包括微环滤波器，微环滤波器通过滤出相应波长的光，来选择出相应波长的光。并且，光学芯片2还包括至少一个天线阵列15，该天线阵列15用于接收和发射光线，如将多个收发模块中的发射器件101发出的光发射出去，并接收扫描模块12反射的光。此外，本发明一些实施例中，光学芯片2和扫描模块12之间还具有聚焦透镜3。
[0120]
以多个波长选择模块11包括1550nm微环滤波器和905nm微环滤波器为例，如图16所示，905nm发射器件101发出的905nm波长的激光，通过905nm微环滤波器传输至1550nm微环滤波器，被1550nm微环滤波器透射至天线阵列15，并被天线阵列15反射出光学芯片2，即发射至聚焦透镜3，被聚焦透镜3传输至扫描模块12；1550nm发射器件101发出的1550nm波长的激光，通过1550nm微环滤波器传输至天线阵列15，并被天线阵列15反射出光学芯片2，即发射至聚焦透镜3，被聚焦透镜3传输至扫描模块12；扫描模块12将1550nm波长的激光和905nm波长的激光反射至一空间，并通过扫描模块12旋转带动1550nm波长的激光和905nm波长的激光对空间进行三维扫描。
[0121]
1550nm波长的激光和905nm波长的激光被空间内的物质如水分吸收并被空间内的障碍物反射之后，1550nm波长的反射光和905nm波长的反射光到达扫描模块12，被扫描模块12反射和聚焦透镜3会聚之后，被光学芯片2中的天线阵列15接收，天线阵列15将其传输至1550nm微环滤波器，1550nm波长的反射光被1550nm微环滤波器传输至下方波导，并最终传
输至其对应设置的接收器件102，905nm波长的反射光被1550nm微环滤波器透射至905nm微环滤波器，并被905nm微环滤波器传输至下方波导，并最终传输至其对应设置的接收器件102。
[0122]
空间中的物质发出的红外辐射光通过扫描模块12和聚焦透镜3之后，依次到达1550nm微环滤波器和905nm微环滤波器，被1550nm微环滤波器和905nm微环滤波器透射后到达测量器件13。测量器件13和接收器件102的测量结果被光学芯片2传输至处理器件。
[0123]
当然，本发明的另一些实施例中，如图17所示，光学芯片2还包括多个发射天线16和一个接收天线17。其中，多个发射天线16与多个收发模块中的发射器件101分别对应，用于将对应设置的发射器件101发出的光发射出光学芯片2即发射至扫描模块12。接收天线17用于接收扫描模块12反射的光，并将其传输至多个波长选择模块11。
[0124]
本发明实施例中的微环滤波器包括双波导环形共振腔，图18为双波导环形共振腔的示意图，由两根直波导和环形腔部分构成，共有四个端口。有上下两个耦合部分，透射和反射系数分别为t
1，
κ1和t2，κ2，环内损耗因子为α。可以计算through端口和drop端口的出射率为：
[0125][0126][0127]
共振条件为e
‑
iβl
＝1，βl＝2nπ，n∈z，关键耦合条件为：
[0128][0129]
对于一般的双波导环形共振腔，共振峰较为密集，对于制作特定波长的波长选择反射镜而言，会增加不必要的损耗并引入其他噪声。所以需要设计长fsr的环形滤波器。
[0130]
图19为双环形环形共振腔，它的原理是将原先环形共振腔直波导和环的耦合部分替换为另一个环形共振腔，使得耦合系数t1，k1对波长敏感，在大部分共振条件时破坏临界耦合条件从而减小消光比，达到长fsr的作用。图20为模拟的长fsr双环形环形共振腔的频谱。
[0131]
本发明实施例提供的三维扫描激光雷达系统，采用多个不同波长的激光，实现了多参数扫描，最大化利用信息；采用多个收发模块，实现了高速率扫描，并引入对称的多收发结构，获得更高的测量密度，实现更多扫描样本以提高数据可靠性；空间光方案，不同波长光线共轴传播，方便加减模块；集成方案增加集成性和链路稳定性。
[0132]
本发明实施例还提供了一种三维扫描激光雷达系统的测量方法，应用于如上任一实施例提供的三维扫描激光雷达系统，如图21所示，测量方法包括：
[0133]
s101：多个收发模块中的发射器件发光，不同收发模块中的发射器件发出的光的波长不同；
[0134]
以图4所示的不同收发模块中的发射器件发出的光包括1550nm波长的光和905nm波长的光为例进行说明，一个收发模块中的发射器件发出的激光的波长为1550nm，另一个收发模块中的发射器件发出的激光的波长为905nm。
[0135]
s102：扫描模块将多个收发模块中的发射器件发出的光反射至一空间，并对空间进行三维扫描，扫描模块接收空间中的障碍物反射回的光后，将反射回的光反射至多个波长选择模块，不同波长选择模块选择传输的光的波长不同；
[0136]
扫描模块将1550nm波长的激光和905nm波长的激光反射至一空间，并通过扫描模块旋转带动1550nm波长的激光和905nm波长的激光对空间进行三维扫描。1550nm波长的激光和905nm波长的激光被空间内的物质如水分吸收并被空间内的障碍物反射之后，1550nm波长的反射光和905nm波长的反射光到达扫描模块，被扫描模块反射之后到达1550nm波长选择模块和905nm波长选择模块。
[0137]
s103：多个波长选择模块依次从扫描模块反射的光中选择出相应波长的光，并将其传输至对应设置的接收器件，以使接收器件测量接收到的光的光功率，扫描模块反射的光中未被选择的光传输至测量模块，以使测量器件测量接收到的光的特定参数，测量器件包括红外温度测量器件，特定参数包括热辐射功率；
[0138]
1550nm波长的反射光被1550nm波长选择模块反射至其对应设置的收发模块10中的接收器件，905nm波长的反射光被1550nm波长选择模块透射至905nm波长选择模块，并被905nm波长选择模块反射至其对应设置的收发模块中的接收器件。空间中的物质发出的红外辐射光通过扫描模块反射之后，依次到达1550nm波长选择模块和905nm波长选择模块，被1550nm波长选择模块和905nm波长选择模块透射后到达测量器件。
[0139]
接收器件测量接收到的光的光功率。测量器件测量接收到的光的特定参数，不同测量器件测量的特定参数不同，测量器件包括红外温度测量器件，特定参数包括热辐射功率。
[0140]
s104：处理模块根据不同收发模块中的接收器件接收到的不同波长的光的光功率之差，获得标定物质在空间的含量，根据测量器件测量得到的特定参数，获得空间的参数分布，参数分布包括温度分布。
[0141]
处理模块可以根据不同收发模块中的接收器件接收到的不同波长的光的光功率之差获得标定物质在空间的含量，即可以利用水分、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢等物质对不同波长光的吸收差别，来测量水分、一氧化碳、二氧化碳、氰化氢等物质在空间的含量。需要说明的是，本发明实施例中，可以获得同一空间位置处物质的含量，也可以通过三维扫描获得不同空间位置处的物质的含量。
[0142]
本发明的一些实施例中，测量器件为红外温度测量器件，红外温度测量器件测量接收到的光的热辐射功率，处理模块根据红外温度测量器件测量得到的热辐射功率，获得空间的温度分布。
[0143]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0144]
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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。