本公開(kāi)涉及雷達(dá)測(cè)距領(lǐng)域，具體地，涉及一種激光雷達(dá)及車(chē)輛。

背景技術(shù)：

隨著光電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，半導(dǎo)體激光的應(yīng)用也日趨廣泛，而在激光的諸多應(yīng)用中，對(duì)于光束整形的需求日益擴(kuò)大，而且對(duì)激光的波面、模式及光斑形狀與大小等提出了多種特殊的要求。而相關(guān)的半導(dǎo)體激光器輸出的光束都是呈高斯分布的，其光束的垂直發(fā)散角和水平發(fā)散角都比較大，當(dāng)激光光束到達(dá)一定的距離后就會(huì)出現(xiàn)較大的光斑，激光光束的能量大幅度衰減。這些大大影響的半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用水平。因此研究光束整形問(wèn)題有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是半導(dǎo)體激光技術(shù)向前發(fā)展必須要掌握的技術(shù)。

激光整形技術(shù)通常是指改變?nèi)肷浼す夤馐膹?qiáng)度分布及控制其傳播特性。在半導(dǎo)體激光領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的激光整形分束技術(shù)是應(yīng)用光學(xué)衍射原理的一種衍射光學(xué)元件(DOE；Diffraction Optical Element)，是一種基于光波的衍射理論，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并通過(guò)大規(guī)模集成電路制造工藝，在片基上刻蝕產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階的浮雕結(jié)構(gòu)，形成同軸再現(xiàn)并具有極高衍射效率的一類(lèi)光學(xué)器件。DOE分束原理如圖1所示，通過(guò)改變?nèi)肷涔獾南辔粚?shí)現(xiàn)所期望的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑，所以DOE又被稱(chēng)為相位光柵，光柵方程為：sinθ^m_t＝(m/Λ)λ，其中λ為入射光的波長(zhǎng)(μm)，m＝0，±1，±2，±3，…為衍射光級(jí)次，Λ為光柵周期(μm)，θ^m_t為第m級(jí)衍射光與光柵法線夾角(rad)。DOE是在特定透明材料表面蝕刻微米級(jí)深度的特定形狀而形成的，通常蝕刻深度為d＝λ/(n-1)，其中n為材料的折射率。

由于相關(guān)半導(dǎo)體激光整形分束元器件采用光的衍射原理，使用蝕刻技術(shù)在透明材料表面蝕刻微米級(jí)深度的特定形狀實(shí)現(xiàn)，因此屬于精密制造，一方面對(duì)設(shè)計(jì)和生成技術(shù)要求高，另一方面抬高了方案的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的目的是提供一種激光雷達(dá)及車(chē)輛，用以解決相關(guān)的激光整形采用精密制造的衍射光學(xué)元件而造成的成本高昂的技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開(kāi)提供一種激光雷達(dá)，所述激光雷達(dá)包括控制單元、激光發(fā)生器、第一接收電路、以及第二接收電路，所述激光雷達(dá)還包括：

準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)，用于將所述激光發(fā)生器發(fā)射的第一激光光束準(zhǔn)直擴(kuò)束，得到第二激光光束；

分束光學(xué)系統(tǒng)，用于將所述第二激光光束分為一路參考光束和多路平行的測(cè)距光束后，將所述參考光束發(fā)送給所述第一接收電路，以及向被測(cè)物發(fā)射所述測(cè)距光束；

其中，所述第一接收電路用于將所述參考光束轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝浑娦盘?hào)，所述第二接收電路將遇到所述被測(cè)物反射回來(lái)的所述測(cè)距光束轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娦盘?hào)，所述控制單元根據(jù)接收到所述第一電信號(hào)和所述第二電信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算所述激光雷達(dá)與所述被測(cè)物之間的距離。

可選地，所述分束光學(xué)系統(tǒng)包括：

第一分光鏡，用于將所述第二激光光束分成一路參考光束以及一路測(cè)距光束；以及

至少一個(gè)第二分光鏡和/或至少一組分束子系統(tǒng)，所述第二分光鏡設(shè)置于所述參考光束的光路上，所述分束子系統(tǒng)設(shè)置于所述測(cè)距光束的光路上，所述分束子系統(tǒng)用于將一路所述測(cè)距光束分成多路平行的測(cè)距光束。

可選地，所述分束子系統(tǒng)包括：

第三分光鏡，用于將所述測(cè)距光束透射為一路所述測(cè)距光束以及反射為一路反射光束；

反射鏡，用于將所述反射光束反射為所述測(cè)距光束。

可選地，所述分束光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)所述第二分光鏡和一組所述分束子系統(tǒng)。

可選地，所述第一分光鏡的透射率和反射率分別為60％和40％，所述第二分光鏡的透射率和反射率分別為25％和75％，所述第三分光鏡的透射率和反射率分別為50％和50％。

可選地，所述第一接收電路以及所述第二接收電路均包括：

光電二極管；

電流轉(zhuǎn)電壓電路，連接于所述光電二極管；

放大電路，連接于所述電流轉(zhuǎn)電壓電路；以及

時(shí)刻鑒別電路，連接于所述放大電路。

可選地，還包括：時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，連接于所述控制單元、所述第一接收電路以及所述第二接收電路，所述控制單元根據(jù)所述第一電信號(hào)和所述第二電信號(hào)到達(dá)所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時(shí)間差，計(jì)算所述激光雷達(dá)與所述被測(cè)物之間的距離。

可選地，還包括：激光驅(qū)動(dòng)器，用于在所述控制單元發(fā)射脈沖信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)所述激光發(fā)生器發(fā)射所述第一激光光束。

可選地，所述激光發(fā)生器為紅外線發(fā)生器，所述激光驅(qū)動(dòng)器為MOSFET驅(qū)動(dòng)器。

本公開(kāi)還提供一種車(chē)輛，包括上述的車(chē)載激光雷達(dá)。

本公開(kāi)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

一方面，通過(guò)設(shè)置準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)和分束光學(xué)系統(tǒng)，將所述激光發(fā)生器發(fā)射的第一激光光束進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，再對(duì)激光光束進(jìn)行分束，從而減小了激光光束的發(fā)散角，進(jìn)而大幅度提高了激光雷達(dá)的測(cè)量距離；

另一方面，由于準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)和分束光學(xué)系統(tǒng)可以采用市場(chǎng)上的光學(xué)元件進(jìn)行組合得到，進(jìn)而，在一定程度上降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。

本公開(kāi)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本公開(kāi)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開(kāi)，但并不構(gòu)成對(duì)本公開(kāi)的限制。在附圖中：

圖1是相關(guān)技術(shù)中衍射光學(xué)元件的分束原理示意圖。

圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的框圖。

圖3是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的分束光學(xué)系統(tǒng)的框圖。

圖4是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的第一接收電路的框圖。

圖5是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的第二接收電路的框圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本公開(kāi)相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書(shū)中所詳述的、本公開(kāi)的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的框圖。如圖2所示，所述激光雷達(dá)包括第一接收電路11、第二接收電路12、控制單元10、激光發(fā)生器15、準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)14、以及分束光學(xué)系統(tǒng)15。

所述激光發(fā)生器15用于發(fā)射第一激光光束。所述激光發(fā)生器15可以是單獨(dú)的一個(gè)激光光束發(fā)射器，比如通過(guò)用戶(hù)控制發(fā)射第一激光光束。所述激光發(fā)生器15也可以是接受控制單元10的控制而發(fā)射第一激光光束。

可選地，所述激光雷達(dá)還包括：連接于所述控制單元10和所述激光發(fā)生器15的激光驅(qū)動(dòng)器150。所述控制單元10向所述激光驅(qū)動(dòng)器150發(fā)出脈沖后，所述激光驅(qū)動(dòng)器150驅(qū)動(dòng)所述激光發(fā)生器15發(fā)射第一激光光束。

可選地，所述激光發(fā)生器15為紅外線激光發(fā)生器15，所述激光驅(qū)動(dòng)器150為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)驅(qū)動(dòng)器。所述控制單元10向所述MOSFET驅(qū)動(dòng)器發(fā)出預(yù)設(shè)寬度的脈沖，比如發(fā)送30ns至40ns寬度的脈沖后，所述MOSFET驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述紅外線激光發(fā)生器15發(fā)射紅外激光脈沖。

所述準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)14用于將所述激光發(fā)生器15發(fā)射的第一激光光束準(zhǔn)直擴(kuò)束，得到第二激光光束。本公開(kāi)的準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)14可以是采用非球面透鏡對(duì)所述第一激光光束進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束，通過(guò)對(duì)所述第一激光光束進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束減小了原光束的發(fā)散角，從而使激光的能量均勻分布，保證了所述激光雷達(dá)的測(cè)量距離更遠(yuǎn)。

所述分束光學(xué)系統(tǒng)15用于將所述第二激光光束分為一路參考光束和多路平行的測(cè)距光束后，將所述參考光束發(fā)送給所述第一接收電路11，以及向被測(cè)物發(fā)射所述測(cè)距光束，從而保證了多束平行光照射到所述被測(cè)物表面。

可選地，如圖3所示，圖3是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的分束光學(xué)系統(tǒng)的框圖，所述分束光學(xué)系統(tǒng)15包括第一分光鏡161、以及至少一個(gè)第二分光鏡162和/或至少一組分束子系統(tǒng)。

所述第一分光鏡161用于將所述第二激光光束分成一路參考光束以及一路測(cè)距光束。如圖2所示，所述第二分光鏡162設(shè)置于所述參考光束的光路上。所述第二分光鏡162可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，所述第二分光鏡162將所述參考光束多分出一路測(cè)距光束，進(jìn)而增加了所述測(cè)距光束的數(shù)量。

如圖2所示，所述分束子系統(tǒng)設(shè)置于所述測(cè)距光束的光路上，所述分束子系統(tǒng)用于將一路所述測(cè)距光束分成多路平行的測(cè)距光束。所述分束子系統(tǒng)可以是一組，也可以是多組。所述分束子系統(tǒng)一路測(cè)距光束變成多路測(cè)距光束，進(jìn)一步地增加了所述測(cè)距光束的數(shù)量。如圖2所示，所述分束子系統(tǒng)包括第二分光鏡162和反射鏡164。所述第二分光鏡162用于將所述測(cè)距光束透射為一路所述測(cè)距光束以及反射為一路反射光束。所述反射鏡164用于將所述反射光束反射為所述測(cè)距光束。

可選地，如圖2所示，所述分束光學(xué)系統(tǒng)15包括一個(gè)所述第二分光鏡162和一組所述分束子系統(tǒng)。即所述分束光學(xué)系統(tǒng)15包括一個(gè)第一分光鏡161、一個(gè)第二分光鏡162、一個(gè)第二分光鏡162、以及一個(gè)反射鏡164。可選地，所述第一分光鏡161的透射率和反射率分別為60％和40％，所述第二分光鏡162的透射率和反射率分別為25％和75％，所述第二分光鏡162的透射率和反射率分別為50％和50％。當(dāng)功率為100％的第二激光光束經(jīng)過(guò)圖2所示的分束光學(xué)系統(tǒng)15后，則被分成一路功率為10％參考光束和三路功率均為30％的測(cè)距光束。

所述參考光束發(fā)送給所述第一接收電路11后，所述第一接收電路11用于將所述參考光束轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝浑娦盘?hào)。圖4是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的第一接收電路的框圖，如圖4所示，所述第一接收電路11包括接收參考光束的光電二極管111、連接于光電二極管111的電流轉(zhuǎn)電壓電路112、連接于電流轉(zhuǎn)電壓電路112的放大電路113、以及連接于放大電路113的時(shí)刻鑒別電路114。

所述測(cè)距光束照射到前方的被測(cè)物后，反射回來(lái)被第二接收電路12接收，所述第二接收電路12用于將所述測(cè)距光束轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)。圖5是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的一種激光雷達(dá)的第二接收電路的框圖，如圖5所示，所述第二接收電路12包括接收第二測(cè)距光束的光電二極管121、連接于光電二極管121的電流轉(zhuǎn)電壓電路122、連接于電流轉(zhuǎn)電壓電路122的放大電路123、連接于放大電路123的時(shí)刻鑒別電路124。其中，時(shí)刻鑒別電路114、124為波形整形電路，用于將放大電路113、123傳輸過(guò)來(lái)的波形進(jìn)行整形。

可選地，如圖2所示，所述激光雷達(dá)還包括時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器13。所述控制單元10連接于所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器13，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器13連接于所述第一接收電路11和所述第二接收電路12。時(shí)刻鑒別電路114、124將放大電路113、123傳輸過(guò)來(lái)的波形進(jìn)行整形后發(fā)送給所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器13。

所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器13根據(jù)接收到的所述第一電信號(hào)和所述第二電信號(hào)確定飛行時(shí)間，所述飛行時(shí)間為所述第一電信號(hào)和所述第二電信號(hào)到達(dá)所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器13的時(shí)間差，所述控制單元10根據(jù)所述飛行時(shí)間，計(jì)算所述激光雷達(dá)與所述被測(cè)物之間的距離。

假設(shè)所述激光雷達(dá)與所述被測(cè)物之間的距離為L(zhǎng)，所述飛行時(shí)間為T(mén)，則：L＝C*T/2；其中，C為光速。

本公開(kāi)還提供了一種車(chē)輛，包括上述的激光雷達(dá)。所述車(chē)輛可以是電動(dòng)汽車(chē)，也可以是其它類(lèi)型的車(chē)輛，對(duì)此，本公開(kāi)不做具體限定。所述車(chē)輛所包括的激光雷達(dá)，已經(jīng)在上文中的激光雷達(dá)的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，為了說(shuō)明書(shū)的簡(jiǎn)潔，此處將不做詳細(xì)闡述說(shuō)明。

本公開(kāi)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

一方面，通過(guò)設(shè)置準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)和分束光學(xué)系統(tǒng)，將所述激光發(fā)生器發(fā)射的第一激光光束進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束后，再對(duì)激光光束進(jìn)行分束，從而減小了激光光束的發(fā)散角，進(jìn)而大幅度提高了激光雷達(dá)的測(cè)量距離；

另一方面，由于準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)和分束光學(xué)系統(tǒng)可以采用市場(chǎng)上的光學(xué)元件進(jìn)行組合得到，進(jìn)而，在一定程度上降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本公開(kāi)并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本公開(kāi)的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本公開(kāi)的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本公開(kāi)的保護(hù)范圍。

另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本公開(kāi)對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。

此外，本公開(kāi)的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本公開(kāi)的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本公開(kāi)所公開(kāi)的內(nèi)容。