一种基于SPAD芯片的扫描式激光雷达制造技术

本申请提供了一种基于SPAD芯片的扫描式激光雷。其中，发射器，包括多个沿第一方向错位排布的VCSEL芯片，每个VCSEL芯片包括至少一个沿第一方向延伸的发光单元；采集器，包括多个沿第一方向错位排布的SPAD芯片，每个SPAD芯片包括至少一个沿第一方向延伸的感光单元以及读出电路；扫描镜，用于将激光信号传输至目标区域并通过运动使激光信号传输至目标区域的位置沿着第二方向移动以实现对目标区域的扫描，控制与处理器，用于获取目标的距离；其中，相邻VCSEL芯片对应的发射视场、相邻SPAD芯片对应的采集视场沿第一方向拼接，第一方向与第二方向垂直。本申请可以有效地保证了激光雷达对目标区域进行探测时第一方向上视场的连续性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SPAD芯片的扫描式激光雷达


[0001]本申请涉及光学成像
，尤其涉及一种激光雷达及电子设备。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种光学探测系统，其通常包括发射器、采集器和处理器，其工作原理是：发射器向目标物体发射光信号，光信号经目标物体反射后会形成回波信号并入射到采集器，在采集器接收到回波信号之后，处理器会结合光信号与回波信号并做一些适当的信号处理，从而获得目标物体的特征信息，比如距离、方位、高度、速度、姿态和形状等。作为一种最为广泛的应用，激光雷达可以与TOF(Time of Flight，飞行时间)技术进行结合，通过计算发射器发射光信号与采集器接收回波信号之间的时间差或相位差来换算目标物体与自身之间的距离，最终得到包含目标物体的距离值的点云数据。
[0003]相关技术中，基于TOF技术的激光雷达主要包括扫描式和全固态两大类，扫描式激光雷达中又可以根据扫描方式不同分为机械式和非机械式。机械式通过旋转基座(发射器、采集器和处理器均设置于基座上)来实现360
°
的大视场角光学探测；非机械式通过设置转镜、振镜、反射镜等对发射光信号的光路进行偏转以实现扫描。在扫描式激光雷达系统中，采集器通常为APD或SiPM等感光元件。其中，采集器也可以使用基于单光子雪崩二极管(SPAD)的光子检测器来实现，SPAD是能够以非常高的到达时间分辨率捕获几十皮秒数量级的单个光子的检测器，可以在专用半导体工艺中或在标准CMOS工艺中制造形成SPAD芯片，SPAD芯片中集成了SPAD阵列和相应的电路区域。当采集器选择SPAD芯片时，常规的排列方式则不再适用。
[0004]因此，有必要对上述激光雷达的结构进行改进。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种扫描式激光雷达，旨在解决相关技术中
技术介绍
中所提到部分问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种扫描式激光雷达，包括：发射器，用于朝向目标区域发射激光信号，所述发射器包括多个沿第一方向错位排布的VCSEL芯片，每个所述VCSEL芯片包括至少一个沿所述第一方向延伸的发光单元；采集器，用于采集被目标反射的回波信号并生成电信号，所述采集器包括多个沿所述第一方向错位排布的SPAD芯片，每个所述SPAD芯片包括至少一个沿所述第一方向延伸的感光单元以及读出电路；扫描镜，用于使将所述激光信号传输至目标区域并通过运动所述激光信号传输至目标区域的位置沿着第二方向移动以实现对目标区域的扫描；控制与处理器，用于根据所述电信号获取目标的距离；其中，相邻VCSEL芯片对应的发射视场、相邻SPAD芯片对应的采集视场沿所述第一方向拼接，所述第一方向与所述第二方向垂直。
[0007]在一些实施例中，所述采集器中相邻两个所述SPAD芯片内的感光单元的位置不同，沿所述第一方向对称设置。
[0008]在一些实施例中，所述VCSEL芯片包括多个所述发光单元，每个所述发光单元包括多个依次排列的发光元件，多个所述发光单元沿所述第二方向依次排列，且多个所述发光单元沿所述第一方向错位设置；所述SPAD芯片包括多个所述感光单元，每个感光单元包括多个依次排列的感光元件，多个所述感光单元沿所述第二方向依次排列且并排设置；其中，所述发光单元与所述感光单元一一对应。所述感光单元包括多个感光元件阵列，所述感光元件阵列与所述发光元件形成对应的探测通道；其中，所述感光元件阵列内的每个感光元件连接一个读出电路，所述多个感光元件阵列中的感光元件共享所述读出电路。以及，所述发射器还包括多个驱动器，每个驱动器与每个发射芯片电连接，所述驱动器用于驱动每个发射芯片内至少一个发光元件发光。在一个实施例中，所述发光单元还包括分别与所述多个发光单元相应的多个微透镜阵列，所述微透镜阵列中微透镜的数量与相应所述发光单元中所述发光元件的数量相同，所述微透镜用于对相应所述发光元件发射的光信号进行准直。
[0009]在一些实施例中，所述扫描镜包括驱动元件和本体，所述驱动元件设置于所述本体内并驱动所述本体绕旋转轴旋转，所述本体上设置有至少一个反射镜面，所述反射镜面用于对所述发射器发射的激光信号进行光路偏转，以及对反射的回波信号进行光路偏转。所述本体上设置有至少两个反射镜面，所述两个反射镜面与旋转轴之间的夹角相同，或所述两个反射镜面与所述旋转轴的夹角之间的差值小于或等于预设阈值。
[0010]从上述描述可知，与相关技术相比，本申请的有益效果在于：发射器包括多个沿第一方向错位排布的VCSEL芯片，用于发射激光信号；采集器包括多个沿第一方向错位排布的SPAD芯片，每个SPAD芯片包括至少一个感光单元以及读出电路；扫描镜，用于将激光信号传输至目标区域并通过运动使激光信号传输至目标区域的位置沿着第二方向移动以实现对目标区域的扫描；其中，相邻VCSEL芯片对应的发射视场、相邻SPAD芯片对应的采集视场沿第一方向拼接，第一方向与第二方向垂直。VCSEL芯片和SPAD芯片均包括多个时，多个发射芯片和多个采集芯片均沿竖直第一方向错位排布，且多个发射芯片与多个采集芯片一一对应，即每个发射芯片发射的光信号经目标区域反射的回波信号均由相应的采集芯片接收，采用这种错位排布的设置形式可以有效地保证激光雷达对目标区域进行探测时第一方向上视场的连续性。
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明相关技术或本申请实施例中的技术方案，下面将对相关技术或本申请实施例的描述中所需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申请的一些实施例，而并非是全部实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0012]图1为激光雷达的系统原理示意图；
[0013]图2为本申请实施例提供的发射器的结构示意图；
[0014]图3为本申请实施例提供的采集器的结构示意图；
[0015]图4为本申请实施例提供的感光单元的示例图；
[0016]图5为本申请实施例提供的激光雷达的一种结构示意图；
[0017]图6为本申请实施例提供的激光雷达的另一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加的明显、易懂，下面将结合本申请实施例及相应的附图，对本申请进行清楚、完整地描述，其中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。可以理解的是，下面所描述的本申请的各个实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，即基于本申请的各个实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，下面所描述的本申请的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0019]图1为激光雷达的系统原理示意图。激光雷达10通常包括发射器11、采集器12以及连接于发射器11与采集器12的控制与处理器13，其中，发射器11向目标物体20中的每个目标点连续发射具有固定时间间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SPAD芯片的扫描式激光雷达，其特征在于，包括：发射器，用于朝向目标区域发射激光信号，所述发射器包括多个沿第一方向错位排布的VCSEL芯片，每个所述VCSEL芯片包括至少一个沿所述第一方向延伸的发光单元；采集器，用于采集被目标反射的回波信号并生成电信号，所述采集器包括多个沿所述第一方向错位排布的SPAD芯片，每个所述SPAD芯片包括至少一个沿所述第一方向延伸的感光单元以及读出电路；扫描镜，用于将所述激光信号传输至目标区域并通过运动使所述激光信号传输至目标区域的位置沿着第二方向偏移；控制与处理器，用于根据所述电信号获取目标的距离；其中，相邻VCSEL芯片对应的发射视场、相邻SPAD芯片对应的采集视场沿所述第一方向拼接，所述第一方向与所述第二方向垂直。2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述采集器中相邻两个所述SPAD芯片内的感光单元的位置不同，沿所述第一方向对称设置。3.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述VCSEL芯片包括多个所述发光单元，每个所述发光单元包括多个依次排列的发光元件，多个所述发光单元沿所述第二方向依次排列，且多个所述发光单元沿所述第一方向错位设置；所述SPAD芯片包括多个所述感光单元，每个感光单元包括多个依次排列的感光元件，多个所述感光单元沿所述第二方向依次排列且并排设置；其中，所述发光单元与所述感光单元一一对应。4.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述感光单元包括多个感光元件阵列，所述感光元件阵列与所述发光元件形成对应的探测通道；其中，所述感光元件阵列内的每个感光元件连接一个读出电路，所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：何燃，李国花，苏健，朱亮，闫敏，
申请(专利权)人：深圳奥锐达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：