[发明专利]激光雷达装置

说明书

本发明属于激光雷达领域。本发明提供一种激光雷达装置，其包含：发射机模块、接收机单片模块以及连接至该发射机模块与该接收机单片模块的协调电路模块，其中上述的发射机模块、接收机单片模块及协调电路模块的元器件均为固态电子组件或微机电组件。

技术领域

本发明关于激光雷达，特别是关于固态电子技术实施的激光雷达。

背景技术

现有的激光雷达设计多半是采用机械式旋转，以便取得360度的环绕讯息。这类设计非常地臃肿、厚重与昂贵，使得激光雷达的应用受到许多限制。举例来说，目前市场上的64路(line)激光雷达售价高达三万美元，由于这类激光雷达具有机械可动部分(movingparts)，使得它的可靠度一直无法提升。当在移动的载具或车辆上装设激光雷达时，发射激光与接收激光的光学部件会因为载具的震动而导致无法相应地对齐，进而使得整个激光雷达系统无法正常地工作。

现行的激光雷达系统设计需要整合许多电子元器件与集成电路，每一路接收机的电子组件的市场价值超过50美元。因此，整个激光雷达系统的电子元器件部分的成本就高达数千美元之巨。举例来说，每一路接收机可能包含了雪崩光电二极管(APD,AvalanchePhoto Diode)、电流电压转换器(TIA,trans-impedance amplifier)、模数转换器(ADC,analog-digital converter)等多个电子元器件。此外，激光雷达系统的设计人员还必须为了将这么多电子元器件塞进狭小的空间而伤透脑筋。在此同时，还要能够保证整个激光雷达系统的可靠度，并且解决散热的问题。

总上所述，市场上亟需一种可设定的固态电子技术实施的激光雷达系统，可以缩小体积、减少耗电量、提供高集成度、可靠度与性价比，以便在未来的机器人三维视觉空间感知与客户端人工智能计算的方面提供高效能的激光侦测与测距系统。

发明内容

根据本发明所提供的激光雷达装置，由于使用固态电子组件与/或微机电组件来实施，可以缩小体积、减少耗电量、提供高集成度、可靠度与性价比。

本发明所提供的激光雷达装置可以用于未来的机器人三维视觉空间感知方面，也可以用于许多人工智能计算方面，例如自动导航载具与自动驾驶车辆等。本发明的激光雷达装置可以用于许多边缘计算系统，以便提供低成本、低耗能与紧致体积的解决方案。

本发明提供一种激光雷达装置，其包含：发射机模块、接收机单片模块以及连接至该发射机模块与该接收机单片模块的协调电路模块，其中上述的发射机模块、接收机单片模块及协调电路模块的元器件均为固态电子组件或微机电组件。该发射机模块包含激光二极管与连接至该激光二极管的激光驱动器，其中当该激光驱动器接收到发射激光信号时，该激光驱动器令该激光二极管发出激光至目标。该接收机单片模块更包含：超灵敏光电检测器像素阵列与像素控制电路，包含由多个像素所组成的像素阵列，每个像素包含一个或多个超灵敏光电检测器以接收自目标反射的激光回波，以及像素控制电路以产生相应的触发信号；像素级时间数字转换器阵列，包含多个时间数字转换器，每个时间数字转换器接收该发射激光信号作为起始信号，接收相应的该像素控制电路的触发信号作为终止信号，以及接收高速时钟信号作为基础，并且产生该终止信号与该起始信号的时间差值；数字信号处理器与存储模块，包含存储单元以接收与存储上述的时间差值，以及数字信号处理器以将该时间差值转换成包含距离讯息的三维点云数据；以及输出接口模块，用于将该三维点云数据输出至外界。该协调电路模块更包含时序控制模块以发出该发射激光信号。在上述的实施例当中，其特征在于，该激光雷达装置更包含发射光路模块，包含：光束控制组件，用于对该激光二极管所发出的激光进行光束控制；以及连接至该光束控制组件的光束控制电路，用于调整该光束控制组件的视野或指向。

在上述的实施例当中，该协调电路模块更包含协调控制处理器模块以执行软件模块，该软件模块用于控制该光束控制电路进行光束控制与控制该时序控制模块发出该发射激光信号的时机，以便该发射光路模块扫描一个面向。