[发明专利]基于垂直腔面发射激光器的闪光激光探测与测量系统

说明书

本发明属于激光探测技术领域，具体为一种基于垂直腔面发射激光器的闪光激光探测与测量系统。本发明系统由若干个基本模块重复平铺组成，为任意形状的面阵结构、筒状结构或立体包围结构；每个基本模块由2个VCSEL与2个光检测器组成，两者一一对应，VCSEL激光器用于对目标物体发出激光，光检测器用于接收从目标物体反射回的激光；基本模块中VCSEL与光检测器的排布方式有两种种：一种是VCSEL与光检测器平行分布，另一种是VCSEL与光检测器交错分布。本发明可以大幅提升获取的信息量以及探测速度。并且面阵式的激光雷达去掉了机械扫描的部分，结构更加自由紧凑，很大程度上减小了车载激光雷达的体积。

技术领域

本发明属于激光探测技术领域，具体涉及应用垂直腔面发射激光器的闪光激光探测与测量（FlashLight Detection And Ranging，简称Flash LiDAR）系统。

背景技术

目前，车载激光雷达大多是机械扫描式雷达，即多束激光通过并排绕轴旋转进行线扫描。利用机械扫描式雷达可以获得全方位的环境信息，但是机械式激光雷达因为运动部件较多，除了价格居高不下以外，还存在较多不足之处，特别是用于自动驾驶汽车上时，存在以下缺点：

1.结构复杂且较为笨重，过多的机械部件会造成磨损，不利于长时间运行，可靠性也会随着时间的推移逐渐降低，对于以安全为首位的自动驾驶汽车而言，无法接受；

2.系统的光路结构会降低反射信号接受比，使得信号接收比大幅降低；

3.由于机械式激光雷达系统需要进行精密的光学对准装配，大批量生产难度大。

随着无人驾驶汽车市场的发展，传统的扫描式雷达难以在制造成本、信息量获取速度以及成像速度、安全可靠性上满足市场需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于垂直腔面发射器的闪光激光探测与测量系统，记为：基于VCSEL的Flash LiDAR系统。

垂直腔面发射激光器（Vertical cavity surface emitting laser,简称VCSEL）具有发光面与电极垂直的特点，本发明利用该特点对VCSEL进行并联形成二维面阵结构，能一次性发射一整个面阵的激光光束，一次性发射光束数量的提升有助于一次性获取的信息量提升。

在此基础上，提出2个VCSEL激光器与2个光检测器按一定的排布方式组成基本模块，旨在使VCSEL激光器与光检测器一一对应，进一步使信息提取速度提升。排布方式分为两种：一种是2个VCSEL与2个光检测器平行分布，另一种是2个VCSEL与2个光检测器交错分布。VCSEL激光器对目标物体发出激光，光检测器接收从目标物体反射回的激光，通过处理得到的激光飞行时间获得LiDAR系统与目标物体的距离。

在此基础上，根据实际需求将若干基本模块自由组合，得到任意形状的面阵结构，筒状结构，以及立体包围结构的LiDAR系统。

本发明中，还可以在基本模块的VCSEL激光器和光检测器的上方安装透镜，用于对发射激光视场的调节，以及对接收光的汇聚，提高系统探测性能，同时增强信噪比。

本发明的有益效果是，可以大幅提升获取的信息量以及探测速度。并且面阵式的激光雷达去掉了机械扫描的部分，结构更加自由紧凑，很大程度上减小了车载激光雷达的体积。

附图说明

图1是本发明LiDAR系统一个子区域的示例性图。

图2是本发明LiDAR系统的基本模块的两种组合。

图3是由图2基本模块组成图1区域的示例性图。

图4是本发明LiDAR系统结构的示例性图。

图5是本发明在VCSEL发光器和光检测器的上方安装透镜的方式示意图。