激光雷达的制作方法

1.本公开涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种能够兼顾测远与测近性能的激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达是以发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、智能交通、无人机、智能机器人、资源勘探等领域。
3.当前用于自动驾驶的激光雷达有两种典型的应用场景，第一种是远距离小垂直视场角(fov)测量，通常是需要探测到150m以外的物体，15
°‑
40
°
的垂直fov，用于中远距离障碍物的精细探测。另一种是近距离大垂直fov测量，通常是15m-50m探测距离，80
°‑
105
°
的垂直fov，用于近距离的盲区探测。这两种应用通常是通过两种激光雷达来独立实现，然后一起安装在自动驾驶车等平台上，实现远近无死角探测，如图1所示。
4.如果这两种探测需求能在一种雷达上实现，那必然非常具有价值。但是，这两种探测需求对雷达的设计要求是完全不一样的。如果要实现尽可能远的探测距离那么需要探测器的光路设计为长焦距。而如果要实现大视角，则需要采用短焦距。
5.如果在测远雷达(长焦距光路，如图2a所示)上直接增加垂直fov，那么会让探测器的接收面高度大大增加，如图3a所示，从而使激光雷达的高度大幅度增加，不利于提高雷达的集成度。如果在测近雷达(短焦距光路，如图2b所示)上，增加中心区域线束(确保测远的分辨率)，如图3b所示，这样一方面受到单颗探测器尺寸的限制使得中心区域的线束很难提高，另一方面在短焦距的光路下，测远能力很难提高。
6.背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

7.有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种激光雷达，包括：
8.第一发射单元和第二发射单元，配置成分别发出第一探测激光束和第二探测激光束用以探测目标物；
9.发射端光学组件和接收端光学组件，所述发射端光学组件包括发射透镜，所述接收端光学组件包括接收透镜；和
10.第一接收单元和第二接收单元，所述第一接收单元和第二接收单元配置成分别接收所述第一探测激光束和第二探测激光束被目标物反射的第一回波和第二回波并转换为电信号，
11.其中所述第一探测激光束与第二探测激光束分别从所述第一发射单元和第二发射单元出射后经过不同的光程后到达所述发射透镜，所述第一回波和第二回波从所述接收
透镜分别经过不同的光程到达所述第一接收单元和第二接收单元。
12.根据本发明的一个方面，所述第一发射单元和第二发射单元分别设置在距离所述发射透镜不同的位置处，所述第一接收单元和第二接收单元分别设置在距离所述接收透镜不同的位置处。
13.根据本发明的一个方面，所述第一发射单元包括第一激光器阵列，所述第一激光器阵列设置在所述发射透镜的焦平面上；所述第二发射单元包括第二激光器阵列，所述第二激光器阵列与所述发射透镜之间的距离小于所述发射透镜的焦距；所述第一接收单元包括第一探测器阵列，所述第一探测器阵列设置在所述接收透镜的焦平面上；所述第二接收单元包括第二探测器阵列，所述第二探测器阵列与所述接收透镜之间的距离小于所述接收透镜的焦距。
14.根据本发明的一个方面，所述第二发射单元包括发射端变焦透镜，所述发射端变焦透镜设置在所述第二激光器阵列与所述发射透镜之间，所述第二探测激光束经所述发射端变焦透镜和所述发射透镜后出射到激光雷达外部；所述第二接收单元包括接收端变焦透镜，所述接收端变焦透镜设置在所述第二探测器阵列与所述接收透镜之间，所述第二回波经所述接收透镜与所述接收端变焦透镜后入射到所述第二探测器阵列上。
15.根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括一个或多个发射端反射镜和一个或多个接收端反射镜，所述第一探测激光束由所述发射端反射镜反射后，经过所述发射透镜出射，所述第一回波由所述接收端反射镜反射后，入射到所述第一探测器阵列上。
16.根据本发明的一个方面，所述发射端反射镜包括带有开孔的发射端反射镜，其中所述第一探测激光束由所述带有开孔的发射端反射镜反射后，经过所述发射透镜出射，所述第二探测激光束穿过所述开孔，经过所述发射透镜出射；其中所述接收端反射镜包括带有开孔的接收端反射镜，其中所述第一回波由所述带有开孔的接射端反射镜反射后，入射到所述第一探测器阵列上，所述第二回波穿过所述开孔，入射到所述第二探测器阵列上。
17.根据本发明的一个方面，所述激光雷达具有转轴和可围绕所述转轴旋转的光机转子，所述光机转子包括所述第一发射单元和第二发射单元、发射端光学组件和接收端光学组件、第一接收单元和第二接收单元，其中所述光机转子设置在所述转轴的上方，或者所述转轴贯穿所述光机转子。
18.根据本发明的一个方面，所述发射端光学组件包括第一发射透镜和第二发射透镜，所述接收端光学组件包括第一接收透镜和第二接收透镜，所述第一探测激光束通过所述第一发射透镜出射，所述第二探测激光束通过所述第二发射透镜出射；所述第一回波通过所述第一接收透镜被汇聚到所述第一探测单元，所述第二回波通过所述第二接收透镜被汇聚到所述第二探测单元。
19.根据本发明的一个方面，所述激光雷达具有旋转轴，所述第一发射透镜和第二发射透镜围绕所述旋转轴大致呈180度对置，所述第一接收透镜和第二接收透镜围绕所述旋转轴大致呈180度对置。
20.根据本发明的一个方面，所述第一发射透镜和第一接收透镜包括远心透镜组。
21.根据本发明的一个方面，所述第一探测激光束和第二探测激光束对应于激光雷达的不同的垂直视场范围。
22.根据本发明的一个方面，所述第一探测激光束的能量高于所述第二探测激光束。
23.根据本发明的一个方面，所述第一发射单元和第二发射单元均包括多个激光器和多通道驱动芯片，所述多个激光器和多通道驱动芯片设置于同一pcb板上；所述第一接收单元和第二接收单元均包括多个探测器和多通道前端芯片，所述多个探测器和多通道前端芯片设置于同一pcb板上。
24.根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括数据处理单元，所述数据处理单元与所述第一发射单元和第二发射单元以及所述第一接收单元和第二接收单元耦接，并将所述第一探测激光束和第二探测激光束的探测结果融合，以生成点云。
25.本发明的实施例提出了一种可以融合小fov测远和大fov测近的方案，根据本发明实施例的激光雷达，在保证紧凑结构的同时，能够实现对近距离大垂直视场角探测和对远距离小垂直视场角的探测。
附图说明
26.构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
27.图1示出了现有的用于测远的激光雷达和用于测近的激光雷达组合使用的示意图；
28.图2a示出了用于小垂直fov测远的激光雷达的长焦距光路的示意图；
29.图2b示出了用于大垂直fov测近的激光雷达的短焦距光路的示意图；
30.图3a示出了大垂直fov兼顾测远测近的激光雷达的长焦距光路的示意图；
31.图3b示出了大垂直fov兼顾测远测近的激光雷达的短焦距光路的示意图；
32.图4a示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的发射侧的光路结构的示意图；
33.图4b示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的发射侧的光路结构的示意图；
34.图4c示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的接收侧的光路结构的示意图；
35.图5示出了根据本发明一个实施例的激光雷达的俯视示意图，其具有双焦距结构；
36.图6示出了根据本发明另一个实施例的激光雷达的示意图，其中具有多个反射镜；
37.图7a示出了非贯穿式激光雷达的示意图；
38.图7b示出了贯穿式激光雷达的示意图；
39.图8示出了根据本发明另一个实施例的激光雷达的示意图；
40.图9示出了根据本发明一个实施例的用于激光雷达的远心透镜组；
41.图10a示出了根据本发明一个实施例的发射单元；和
42.图10b示出了根据本发明一个实施例的接收单元。
具体实施方式
43.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
48.在现有光电器件(激光器、探测器)的基础上，为了使得激光雷达能够同时兼顾测远和测近性能，且不显著增加雷达的高度，本发明的发明人构思出，可以在激光雷达中分别设置多个发射单元以及多个接收单元，例如两个发射单元以及两个接收单元，其中一个发射单元和一个接收单元用于以较小的fov探测远距离的目标物，另一个发射单元和另一个接收单元用于以较大的fov探测近距离的目标物，同时具有发射透镜和接收透镜，其中多个发射单元发出的不同探测激光束经过不同的光程后到达发射透镜，通过发射透镜后出射到周围环境中，在目标物上产生的回波从所述接收透镜分别经过不同的光程到达不同的接收单元，也即一个发射单元和一个接收单元组成的收发对和另一个发射单元和另一个接收单元组成的收发对对应不同的焦距，从而根据本发明实施例的激光雷达能够同时集成了大fov近距离探测和小fov远距离探测的功能。
49.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
50.图4a、4b和4c示出了根据本发明一个实施例的激光雷达100的原理图，其中图4a和4b示出了激光雷达的发射侧的光路结构，图4c示出了激光雷达的接收侧的光路结构，下面参考附图详细描述。
51.如图4a所示，激光雷达100在其发射侧包括第一发射单元101和第二发射单元102，其中第一发射单元101包括设置于电路板上的第一激光器阵列，用于发射出第一探测激光
束l1，第二发射单元102同样包括设置于电路板上的第二激光器阵列，用于发射出第二探测激光束l2。所述第一激光器阵列和第二激光器阵列中的激光器可以包括垂直腔面出射激光器(vcsel)或者边发射型激光器(eel)。
52.激光雷达100还包括发射端光学组件，用于对第一探测激光束l1和第二探测激光束l2进行调制，例如准直，然后再使其出射到激光雷达周围的环境中，用于探测目标物。如图4a所示，发射端光学组件包括发射透镜103，发射透镜103配置成可对第一探测激光束l1和第二探测激光束l2进行准直。如图4a所示，第一探测激光束l1与第二探测激光束l2分别从所述第一发射单元101和第二发射单元102出射后，经过不同的光程后到达发射透镜103，其中，第一探测激光束l1经过的光程例如大于第二探测激光束l2经过的光程。
53.为了使得第一探测激光束l1与第二探测激光束l2具有不同的光程，例如可以使得所述第一发射单元101和第二发射单元102分别设置在距离所述发射透镜103不同的位置处。优选的，所述第一发射单元101的第一激光器阵列设置在所述发射透镜103的焦平面上，所述第二发射单元102的第二激光器阵列与所述发射透镜103之间的距离小于所述发射透镜103的焦距。
54.根据本发明的一个优选实施例，如图4a所示，所述激光雷达还包括发射端变焦透镜104，所述发射端变焦透镜104设置在所述第二发射单元102的第二激光器阵列与所述发射透镜103之间，第二探测激光束l2经所述发射端变焦透镜104和所述发射透镜103后出射到激光雷达外部。如图4a所示，第二探测激光束l2经过发射端变焦透镜104之后，其方向或者发散度产生了一定的变化，然后入射到发射透镜103并出射到激光雷达外部。优选的，所述第二发射单元102的第二激光器阵列位于由发射端变焦透镜104和发射透镜103构成的透镜组的焦平面上，发射端变焦透镜104和发射透镜103构成的透镜组的等效焦距小于发射透镜103的焦距。
55.另外，图4a、4b和图4c不仅是根据本发明一个实施例的激光雷达100的原理图，图4a和4b同样是发射侧第一发射单元101和第二发射单元102同轴布置的示意图，即第一发射单元101和第二发射单元102均沿着发射透镜103的光轴oo布置。可以通过不同的方式实现第一发射单元101和第二发射单元102同轴布置。例如可以在第二发射单元102的电路板上开口，在发射端变焦透镜104的中心开口，用于穿过第一探测激光束l1，因此第一探测激光束l1并未受到发射端变焦透镜104的调制。在此情况下，第一发射单元101的第一激光器阵列可以设置的较为密集，位于电路板的大致中间位置；第二发射单元102的第二激光器阵列可以设置的较为稀疏，位于电路板的大致边缘位置。另外或者可替换的，如图4b所示的，第二发射单元102也可以上下分成两部分，相互间隔开，发射端变焦透镜104也可以分为两部分，相互间隔开，第二发射单元102中间间隔的区域、以及发射端变焦透镜104中间间隔的区域，可用于穿过第一探测激光束l1。另外，也可以将上述实施例进行组合，例如第二发射单元102的电路板中间开孔，发射端变焦透镜104分为两部分，或者反之亦然。
56.另外，本领域技术人员也可以构思，通过微透镜阵列mla来实现所述发射端变焦透镜104，例如在所述第二发射单元102的第二激光器阵列中每个激光器的光路下游设置微透镜，第二探测激光束l2经微透镜调制后再投射至发射透镜103。除此之外，也可以构思其他的设置方式，将在下面的实施例中详细描述。
57.在图4a和4b的结构中，发射透镜103可采用通常的用于测远的激光雷达的设计，焦
距较大，第一发射单元101的第一激光器阵列直接设置在发射透镜103的焦平面处，可以方便的在小fov范围内实现高线束高分辨率。第二发射单元102处加设一个发射变焦透镜104，发射变焦透镜104与发射透镜103构成的透镜组的焦距较小，小于发射透镜103的焦距，因此可以实现大fov的近距离探测扫描，同时激光器的发射面的高度也不会很高，因此可以实现紧凑的结构。优选的，第一探测激光束l1(测远光线)和第二探测激光束l2(测近光线)在垂直视场上不重合，用于测近和测远的激光器的出射光具有不同的能量。根据本发明的一个优选实施例，用于测远的第一探测激光束l1的能量高于用于测近的第二探测激光束l2的能量。
58.如图4c所示，激光雷达100在其接收侧包括第一接收单元105和第二接收单元106，所述第一接收单元105包括第一探测器阵列，所述第二接收单元106包括第二探测器阵列，所述第一探测器阵列和第二探测器阵列中，可包括各种类型的光电探测器，例如雪崩光电二极管apd、单光子雪崩二极管spad或硅光电倍增管sipm。第一探测激光束l1和第二探测激光束l2在目标物上发生漫反射后，分别产生第一回波l1'和第二回波l2'并返回激光雷达，由接收透镜107汇聚到第一接收单元105和第二接收单元106上，第一接收单元105和第二接收单元106配置成分别接收第一回波l1'和第二回波l2'并转换为电信号，供后续的电路进行信号处理和分析。其中，第一回波l1'和第二回波l2'从所述接收透镜107分别经过不同的光程到达所述第一接收单元105和第二接收单元106，其中，第一回波l1'经过的光程例如大于第二回波l2'经过的光程。
59.为了使得第一回波l1'和第二回波l2'分别经过不同的光程到达所述第一接收单元105和第二接收单元106，可以将所述第一接收单元105和第二接收单元106分别设置在距离所述接收透镜107不同的位置处。例如可以将所述第一接收单元105的第一探测器阵列设置在所述接收透镜107的焦平面，将所述第二接收单元106的第二探测器阵列与所述接收透镜107之间的距离设置成小于所述接收透镜107的焦距。
60.根据本发明的一个优选实施例，如图4c所示，所述激光雷达100在接收侧还包括接收端变焦透镜108，所述接收端变焦透镜108设置在所述第二接收单元106的第二探测器阵列与所述接收透镜107之间，第二回波l2'经所述接收透镜107与所述接收端变焦透镜108后入射到所述第二探测器阵列上。如图4c所示，第二回波l2'经过接收端变焦透镜108之后，其方向或者发散度产生了一定的变化，然后入射到所述第二探测器阵列上。优选的，所述第二接收单元106的第二探测器阵列位于由接收端变焦透镜108和接收透镜107构成的透镜组的焦平面上，接收端变焦透镜108和接收透镜107构成的透镜组的等效焦距小于接收透镜107的焦距。
61.另外，本领域技术人员也可以构思，通过微透镜阵列mla来实现所述接收端变焦透镜108，例如在第二接收单元106的第二探测器阵列中的每个探测器的光路上游设置微透镜，用于调制所述第二回波l2'。
62.另外，图4a、4b和图4c不仅是根据本发明一个实施例的激光雷达100的原理图，图4c同样是接收侧第一接收单元105和第二接收单元106同轴布置的示意图，即第一接收单元105和第二接收单元106均沿着接收透镜107的光轴o'o'布置。同样地，可以通过不同的方式实现第一接收单元105和第二接收单元106同轴布置。例如可以在第二接收单元106的电路板上开口，在接收端变焦透镜108的中心开口，用于穿过第一回波l1'，因此第一回波l1'并
未受到接收端变焦透镜108的调制。在此情况下，第一接收单元105的第一探测器阵列可以设置的较为密集，位于电路板的大致中间位置；第二接收单元106的第二探测器阵列可以设置的较为稀疏，位于电路板的大致边缘位置。
63.另外或者可替换的，第二接收单元106也可以上下分成两部分，相互间隔开，接收端变焦透镜108也可以分为两部分，相互间隔开，第二接收单元106中间间隔的区域、以及接收端变焦透镜108中间间隔的区域，可用于穿过第一探测激光束l1。另外，也可以将上述实施例进行组合，例如第二接收单元106的电路板中间开孔，接收端变焦透镜108分为两部分，或者反之亦然。
64.另外，本领域技术人员也可以构思，通过微透镜阵列mla来实现所述接收端变焦透镜108，例如在第二接收单元106的第二探测器阵列中的每个探测器的光路上游设置微透镜，通过接收透镜107的第二回波l2'经微透镜调制后再入射至探测器。除此之外，也可以有其他的设置方式，将在下面的实施例中详细描述。
65.接收透镜107可采用通常的用于测远的激光雷达的设计，焦距较大，第一接收单元105的第一探测器阵列可直接设置在接收透镜107的焦平面处，可以方便的在小fov范围内实现高线束高分辨率。第二接收单元106的附近加设一个接收变焦透镜108，接收变焦透镜108与接收透镜107构成的透镜组的焦距较小，小于接收透镜107的焦距，因此可以实现大fov，同时探测器的接收面的高度也不会很高，因此可以实现紧凑的结构。根据本发明的一个优选实施例，用于测远的第一接收单元105的第一探测器阵列的灵敏度高于用用于测近的第二接收单元106的第二探测器阵列的灵敏度。
66.本发明的图4a、4b和图4c所示的激光雷达是一种双焦距结构的激光雷达，使得激光雷达100可以同时实现大垂直fov测近和小垂直fov测远的功能，并且激光雷达的高度并不会显著增加。具体的，在激光雷达的发射侧设置两个发射单元，分别用于发射第一探测激光束(用于测远)和第二探测激光束(用于测近)，在接收侧设置两个接收单元，分别用于接收第一探测激光束和第二探测激光束产生的回波，即分别用于测远和测近，一个发射单元和一个接收单元组成的收发对(用于测远)和另一个发射单元和另一个接收单元组成的收发对(用于测近)对应不同的焦距，从而以紧凑的结构同时兼顾了激光雷达的测远和测近性能。
67.图5示出了根据本发明一个实施例的激光雷达100的俯视示意图，同样具有双焦距结构。与图4a、4b和图4c不同的是，图5中第一发射单元101和第二发射单元102非同轴布置，即并未沿发射透镜103的光轴oo布置，以及第一接收单元105和第二接收单元106非同轴布置，即并未沿接收透镜107的光轴o'o'布置。如图5所示，激光雷达100在发射侧除了包括第一发射单元101、第二发射单元102、发射透镜103以及发射变焦透镜104以外，还包括发射端反射镜109，发射端反射镜109位于第一发射单元101与发射透镜103之间，用于接收第一探测激光束l1，第一探测激光束l1由所述发射端反射镜109反射后，再经过所述发射透镜103出射。第二发射单元102发射的第二探测激光束l2由所述发射变焦透镜104调制后，再经过所述发射透镜103出射。优选的，如图5所示，第二发射单元102和发射变焦透镜104的位置设置成避让开所述第一探测激光束l1的传播路径，第一探测光束l1和第二探测激光束l2均指向透镜中心出射，第一探测光束l1和第二探测激光束l2在水平方向(图5中，图面的方向为水平方向，垂直图面的方向为垂直方向)有较小的角度差(在图4a、4b和图4c中该角度差为
0)，相较于图4a、4b和图4c中的实施例，图5中的实施例通过设置反射镜109，能够使得激光雷达发射侧的结构更加紧凑(高度更低)。
68.类似的，在接收侧，激光雷达100除了包括第一接收单元105、第二接收单元106、接收透镜107以及接收变焦透镜108以外，还包括接收端反射镜110，接收端反射镜110位于第一接收单元105与接收透镜107之间，用于接收第一回波l1'，第一回波l1'由所述接收端反射镜110反射后，入射到所述第一接收单元105。第二回波l2'经所述接收透镜107和所述接收变焦透镜108后入射到第二接收单元106上。优选的，如图5所示，第二接收单元106和接收变焦透镜108的位置设置成避让开所述第一回波l1'的传播路径。通过设置反射镜110，能够使得激光雷达接收侧的结构更加紧凑。第一接收单元105和第二接收单元106可共用信号处理单元。
69.图5所示的实施例中，分别在激光雷达的发射侧和接收侧设置了一个反射镜，本发明不限于此，也可以设置多个反射镜，另外也可以设置反射镜分别用于改变第二探测激光束l2以及第二回波l2'的方向，这些都在本发明的保护范围内。
70.在如图5所述的实施例中，第一发射单元101的激光器阵列出射测远光线，经发射端反射镜109一次反射折转后，经发射透镜103(主发射透镜)出射，测远光线被障碍物反射后的回波被接收透镜107(主接收透镜)接收后，经接收端反射镜110一次反射折转后被第一接收单元105的探测器阵列探测，随后经后续处理单元处理获得测距数据。上述探测过程对应长距离小fov探测。
71.第二发射单元102的激光器阵列出射测近光线，经发射端变焦透镜104后再经发射透镜103出射，测近光线被障碍物反射后的回波被接收透镜107接收后经接收端变焦透镜108后被第二接收单元106的探测器阵列探测，随后经后续处理单元处理获得测距数据。上述探测过程对应短距离大fov探测。第一接收单元105的探测器阵列和第二接收单元106的探测器阵列的读出信号可共用信号处理单元。
72.图6示出了根据本发明另一个实施例的激光雷达，图6中第一发射单元101和第二发射单元102同样为非同轴布置，即并未沿发射透镜103的光轴oo布置，以及第一接收单元105和第二接收单元106亦为非同轴布置，即并未沿接收透镜107的光轴o'o'布置。与图5中实施例不同的是，图6实施例的激光雷达具有多个反射镜。如图6所示，在激光雷达100的发射侧，除了包括第一发射单元101、第二发射单元102、发射透镜103以及发射变焦透镜104以外，还包括第一发射端反射镜109和第二发射端反射镜111，第一发射端反射镜109和第二发射端反射镜111依次位于第一发射单元101与发射透镜103之间，用于反射第一探测激光束l1，第一探测激光束l1依次由所述第一发射端反射镜109和第二发射端反射镜111反射后，再经过所述发射透镜103出射。第二发射单元102发射的第二探测激光束l2由所述发射变焦透镜104调制后，再经过所述发射透镜103出射。优选的，如图6所示，第一发射端反射镜109的位置设置成避让开所述第二探测激光束l2的传播路径，第二发射端反射镜111设置在所述第二探测激光束l2的传播路径上，可以在第二发射端反射镜111上面开孔，使得所述第二探测激光束l2能够穿过其中，第二发射端反射镜111的其余位置用于反射第一探测激光束l1，如图6所示的。
73.类似的，在接收侧，激光雷达100除了包括第一接收单元105、第二接收单元106、接收透镜107以及接收变焦透镜108以外，还包括第一接收端反射镜110和第二接收端反射镜
112，第一接收端反射镜110和第二接收端反射镜112依次位于第一接收单元105与接收透镜107之间，用于反射第一回波l1'，第一回波l1'依次由所述第二接收端反射镜112和第一接收端反射镜110反射后，入射到所述第一接收单元105。第二回波l2'经所述接收透镜107和所述接收变焦透镜108后入射到第二接收单元106上。优选的，如图6所示，第一接收端反射镜110的位置设置成避让开所述第二回波l2'的传播路径，第二接收端反射镜112设置在所述第二回波l2'的传播路径上，可以在第二接收端反射镜112上面开孔，使得所述第二回波l2'能够穿过其中，第二接收端反射镜112的其余位置用于反射第一回波l1'，如图6所示的。
74.根据本发明的一个优选实施例，如图7所示，激光雷达具有转轴和可围绕所述转轴旋转的光机转子，图4a、图4b、图4c、图5和图6中所示的激光雷达发射侧和接收侧的光学和电子元器件均集成在所述光机转子中。如图7a所示，光机转子设置在所述转轴的上方，即激光雷达的转轴未突出于光机转子。通过这种非贯穿结构，转轴未延伸进入所述光机转子中，因此能够为光机转子提供更大空间用于设置光学和电子元器件，或者在元器件相同的情况下，能够减小光机的体积以及激光雷达的体积。当然，本发明不限于非贯穿结构的激光雷达，激光雷达的转轴也可以贯穿所述光机转子，如图7b所示的，贯穿轴结构更利于旋转稳定性，这些都在本发明的保护范围内。特别优选的，图5实施例的激光雷达具有非贯穿轴结构，图6实施例的激光雷达具有贯穿轴结构。
75.图8示出了根据本发明另一个实施例的激光雷达200，在图8的实施例中，激光雷达的第一发射单元和第二发射单元发出的第一探测激光束和第二探测激光束分别通过不同的发射透镜后出射，与此相对应的，第一回波和第二回波分别通过不同的接收透镜被第一接收单元和第二接收单元进行接收，同样地第一发射单元和第一接收单元组成的收发对(用于测远)和第二发射单元和第二接收单元组成的收发对(用于测近)对应不同的焦距，下面参考图8详细描述。
76.如图8所示，激光雷达200在发射侧包括第一发射单元201和第二发射单元202，配置成分别发出第一探测激光束l1和第二探测激光束l2用以探测目标物。发射端光学组件包括第一发射透镜203-1和第二发射透镜203-2，分别用于调制第一探测激光束l1和第二探测激光束l2后使其出射到激光雷达200的外部。另外，激光雷达200在发射侧还包括第一发射端反射镜209和第二发射端反射镜211，第一发射端反射镜209和第二发射端反射镜211依次设置在第一发射单元201与第一发射透镜203-1之间，用于依次反射第一探测激光束l1。本领域技术人员容易理解，第一发射端反射镜209和第二发射端反射镜211并非是必须的，也可以不设置发射端反射镜，或者设置其他数目的发射端反射镜，满足光路的需求以及机械结构的布局要求即可。图8中，第二发射单元202发出的第二探测激光束l2直接入射到第二发射透镜203-2上，经调制(例如准直)后出射。也可以在第二发射单元202与第二发射透镜203-2之间设置一个或多个反射镜，这些都在本发明的保护范围内。如图8所示，所述第一发射透镜203-1和第二发射透镜203-2围绕激光雷达的旋转轴(如图8中的黑色圆圈所示)大致呈180度对置。通过图8的结构，用于测近的光路结构和用于测远的光路结构是相互独立的，相对于前面实施例的结构，图8结构的装调更加方便。另外呈180度相对布置，能够便于设计以及后续信号处理，测近和测远的数据在水平方向上有180度角度差。第一发射单元201例如布置在第一发射透镜203-1的焦平面上，第二发射单元202例如布置在第二发射透镜203-2的焦平面上。
77.如图8所示，激光雷达200在接收侧包括第一接收单元205和第二接收单元206，配置成分别接收所述第一探测激光束l1和第二探测激光束l2被目标物反射的第一回波l1'和第二回波l2'并转换为电信号。接收端光学组件包括第一接收透镜207-1和第二接收透镜207-2，分别用于接收第一回波l1'和第二回波l2'。如图8所示，第一接收透镜207-1可布置在第一发射透镜203-1旁边，第二接收透镜207-2可布置在第二发射透镜203-2旁边。另外，激光雷达200在接收侧还包括第一接收端反射镜210和第二接收端反射镜212，第一接收端反射镜210和第二接收端反射镜212依次设置在第一接收单元205与第一接收透镜207-1之间，用于依次反射第一回波l1'。本领域技术人员容易理解，第一接收端反射镜210和第二接收端反射镜212并非是必须的，也可以不设置接收端反射镜，或者设置其他数目的接收端反射镜，满足光路的需求以及机械结构的布局要求即可。图8中，第二回波l2'经接收透镜207-2后直接汇聚到第二接收单元206，并被转换为电信号。也可以在第二接收单元206与第二接收透镜207-2之间设置一个或多个反射镜，这些都在本发明的保护范围内。如图8所示，所述第一接收透镜207-1和第二接收透镜207-2围绕激光雷达的旋转轴(如图8中中心的黑色圆圈所示)大致呈180度对置。第一接收单元205例如布置在第一接收透镜207-1的焦平面上，第二接收单元206例如布置在第二接收透镜207-2的焦平面上。图8所示的激光雷达200，可以为贯穿轴结构，也可以为非贯穿轴结构，优选为非贯穿轴结构。
78.如图8所示，第一探测激光束l1与第二探测激光束l2分别从所述第一发射单元201和第二发射单元202出射后，经过不同的光程后到达所述第一发射透镜203-1和第二发射透镜203-2，所述第一回波和第二回波从所述接收透镜分别经过不同的光程到达所述第一接收单元和第二接收单元。
79.在图8的实施例中，第一发射透镜203-1例如具有较大的焦距，第一接收透镜207-1例如具有较大的焦距，结合第一发射单元201和第一接收单元205,用于长距离小fov探测；第二发射透镜203-2例如具有较小的焦距，第二接收透镜207-2例如具有较小的焦距，结合第二发射单元202和第二接收单元206用于短距离大fov探测。
80.根据本发明的一个优选实施例，所述第一发射单元201和第二发射单元202中的激光器包括垂直腔面出射激光器(vcsel)，设置为垂直pcb板出光，第一接收单元205和第二接收单元206的探测器(阵列)例如包括单光子探测器sipm或者spad阵列。另外，用于测近的光电器件和用于测远的光电器件可共用旋转平台，通过无线的方式进行供电和信号传输。优选地，在图8所示的实施例中，激光雷达200为非贯穿轴结构(如图7a所示的结构)，即激光雷达的旋转轴未突出于转子，以增加转子容置测近模组和测远模组的空间。
81.根据本发明的一个优选实施例，第一发射透镜203-1和第一接收透镜207-1优选地例如为远心透镜组，如图9所述，能够减小整体透镜高度，使结构更加紧凑。可以在第一发射单元201的光路下游设置第一场镜213，位于所述第一发射透镜203-1的焦平面附近，在第一接收单元205的光路上游设置第二场镜214，位于所述第一接收透镜207-1的焦平面附近。通过设置第一场镜213和第二场镜214，能够把光路拉回光轴上，同时，用于测远的第一发射透镜203-1和第一接收透镜207-1的焦距长，垂直视场小，用于测近的第二发射透镜203-2和第二接收透镜207-2的焦距短，垂直视场大，两者的焦平面高度却可以比较接近。因此，测远和测近的光路的高度相差不大，使得激光雷达的整体高度非常紧凑合理。
82.另外优选地，可以将第一发射单元101、201和第二发射单元102、202各自的激光器
阵列的驱动电路分别集成于芯片(多通道驱动芯片)上，例如激光器阵列包括8个激光器，每4个激光器的驱动电路集成到1个多通道驱动芯片上，则激光器阵列和2个多通道驱动芯片相对应，多个激光器和对应的多通道驱动芯片设置于同一块pcb板上，如图10a所示。优选的，第一接收单元105、205和第二接收单元106、206的探测器阵列的读出电路同样集成于芯片(多通道模拟前端芯片)，例如探测器阵列包括32个探测器，每16个探测器的读出电路集成到1个多通道模拟前端芯片，则探测器阵列和2个多通道模拟前端芯片相对应，多个探测器和与多通道模拟前端芯片设置于同一块pcb板上，如图10b所示的。通过这样的方式，可以进一步减小电路部分在转子中的占据空间，更有利于容置测近和测远模组，使激光雷达结构更加紧凑。
83.本发明的激光雷达还可包括数据处理单元，所述数据处理单元与所述第一发射单元和第二发射单元以及所述第一接收单元和第二接收单元耦接，并将所述第一探测激光束和第二探测激光束的探测结果融合，以生成点云。
84.从上述实施例可以看出，本发明采用了双焦距分离设计，兼顾了高分辨率小fov的测远和低分辨率大fov的测近，同时使得激光器和探测器的高度并没有明显增加，结构紧凑，有利于激光雷达在车辆上的安装。
85.根据本发明实施例的激光雷达同时集成了大fov近距离探测和小fov远距离探测。通过采用变焦结构，使得大fov近距离探测器不必与测远探测器处于同一焦距，从而使得探测器面板的高度大大减小。对于共用主透镜的方案，测近测远这两部分的光线从同一组收发主透镜中发出，因此测近测远的水平角度差会很小，测近测远扫过同一物体的时间差很小，测近测远的点云更加容易融合。
86.本发明提出了一种可以兼顾小fov测远和大fov测近的方案，对于大fov测近探测器采用变焦结构，使其不必与测远探测器处于同一焦距，从而使得大fov测近探测器面板的高度大大缩小，从而使得激光雷达的高度不必做得很高，增加整体结构的紧凑性。
87.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。