CN212872895U - 激光光源、光发射单元和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种激光光源、光发射单元和激光雷达，用于激光雷达的光发射单元，所述光发射单元包括：第一发光区；第二发光区；所述第一发光区和所述第二发光区相对大小不同，所述第一发光区和第二发光区形成同一发光通道，分别对不同距离的目标物进行探测。本实用新型实施例降低了光发射单元的发射功率。

Description

激光光源、光发射单元和激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光光源、光发射单元和激光雷达。

背景技术

激光雷达(LIDAR)在自动驾驶中承担了路沿检测、障碍物识别以及实时定位与绘图(SLAM)等重要任务。

具体地，LIDAR***包括激光发射***和光接收***。激光发射***包括光发射单元，产生发射光脉冲，所述发射光脉冲入射到目标物上反射并产生回波光束，最终所述回波光束被光接收***所接收。接收***准确地测量入射光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，且光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。

激光雷达能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。由于具有测量速度快、精度高和测距远等优点，激光雷达在无人车上得到了广泛应用。

而公开的技术中激光雷达的光发射单元存在发射功率较高的问题。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种激光光源、光发射单元和激光雷达，以降低光发射功率。

本实用新型技术方案提供一种激光光源，所述激光光源包括：至少两个发光区，所述至少两个发光区的相对大小不同。

可选地，所述至少两个发光区共用使能信号，同时受驱发光。

可选地，所述至少两个发光区发出功率或强度不同的激光。

可选地，每个所述发光区包括一个或多个垂直腔面发射激光器。

可选地，其中一个发光区中，多个垂直腔面发射激光器排列成圆形。

可选地，其中一个发光区中，多个垂直腔面发射激光器排列成矩形。

本实用新型技术方案还提供一种用于激光雷达的光发射单元，所述激光雷达还包括光接收单元；其特征在于，所述光发射单元包括：第一发光区；第二发光区；所述第一发光区和所述第二发光区相对大小不同，所述第一发光区和第二发光区形成同一发光通道，分别对不同距离的目标物进行探测。

可选地，所述第二发光区相对于第一发光区远离所述激光雷达的光接收单元。

可选地，所述第一发光区为圆形发光区。

可选地，所述第二发光区为矩形发光区。

可选地，所述圆形发光区包括多个垂直腔面发射激光器，所述多个垂直腔面发射激光器在圆形发光区呈蜂窝阵列式排布。

可选地，所述第二发光区包括一个或多个垂直腔面发射激光器，所述多个垂直腔面发射激光器呈矩阵式排布或交替式排布。

可选地，所述圆形发光区的直径在200微米～300微米的范围内。

可选地，所述光发射单元包括靠近所述光接收单元的第一端，远离所述光接收单元的第二端，所述第一端至第二端为第一方向，所述光发射单元包括出光面，位于所述出光面内与所述第一方向垂直的方向为第二方向；所述第二发光区沿第二方向的尺寸小于所述第一发光区在第二方向的尺寸。

可选地，所述第二发光区在第一方向的尺寸在50微米～100微米的范围内，在第二方向的尺寸在50微米～100微米的范围内。

可选地，所述圆形发光区发出的光经激光雷达最远目标探测距离的目标物反射，在所述接收单元上形成的光斑落入所述接收单元，且所述光斑尺寸不大于所述接收单元尺寸。

可选地，所述第一发光区与所述第二发光区的中心间距位于150微米～200微米的范围内。

相应地，本实用新型技术方案还提供一种激光雷达，包括：光发射单元，用于提供发射光；以及至少一个光接收单元，与所述光发射单元相对应，用于探测发射光经由目标物后形成的回波光束。

可选地，所述光接收单元包括光敏面，所述光敏面为圆面。

可选地，所述光接收单元为硅光电倍增管或单光子雪崩二极管阵列。

可选地，所述光接收单元设置为：所述圆面的圆心与所述第一发光区发出的光束经所述激光雷达最远目标探测距离的目标物反射形成的光斑中心重合，所述光敏面的尺寸不小于所述光斑的尺寸。

可选地，还包括：第一光学组件，位于所述光发射单元光路下游，将光发射单元发出的光整形后发出；第二光学组件，位于所述光接收单元的光路上游，将回波光束会聚到光接收单元。

可选地，所述第一发光区和第二发光区的发射光经由所述第一光学组件整形成一束光出射。

可选地，还包括：孔径光阑，位于所述第二光学组件和所述光接收单元之间，且在所述第二光学组件的焦平面处。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

本实用新型实施例光发射单元包括：第一发光区，还在第一发光区远离所述光接收单元的一侧设置有第二发光区，用于提供对第一发光区的激光雷达的近距离盲区进行补测的发射光，且所述第一发光区和第二发光区形成同一发光通道，本实用新型实施例通过对位于同一发光通道的第一发光区远离光接收单元的一侧增加第二发光区的方式，使光发生单元的光源成为长光源，从而对第一发光区实现了近距离补盲，一方面减小了激光雷达的盲区；另一方面，相对于通过增加光发射单元的功率来进行补盲的方案相比，本实用新型实施例减小了光发射功率。

可选方案中，激光雷达的光敏面为圆面，与回波光斑在光接收单元上形成的光斑形状相匹配，可使更多的光斑能量落入到光敏面内，从而可以增大光接收单元所接收的回波信号量，进而增强远场探测能力；此外，本实用新型实施例因为可以使较大面积的光斑被光敏面探测到，因此充分利用了发射光的光能量进行探测，降低了光发射单元的发射功率。

附图说明

图1是激光雷达光路示意图；

图2是另一激光雷达光路示意图

图3是本实用新型实施例一光发射单元的光路示意图；

图4是本实用新型实施例一光发射单元的俯视图；

图5是本实用新型实施例另一光发射单元的俯视图；

图6是图3中第二发光区进行补盲的原理示意图；

图7a-图7c是图3所示光发射单元的发射光经由不同距离目标物所形成光斑的示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，激光雷达存在发射功率较高的问题。下面参考图1示意的激光雷达光路示意图，分析激光雷达发射功率较高的原因。

所述光发射单元1包括多个激光器，用于提供投射向目标物S1(或S2)的发射光，所述发射光通过第一光学组件3整形后到达所述目标物S1(或S2)，之后经由目标物S1(或S2)反射后形成回波光束，所述回波光束通过第二光学组件4会聚到光接收单元2上，被光接收单元2探测，从而实现目标物S1(或S2)的距离检测。现有的使用SiPM或SPAD阵列作为光接收单元的激光雷达，因为光接收单元具有极高的灵敏度，一个光子就可以触发SPAD单元的雪崩，另外基于提高信噪比的考虑，因此光接收单元2的光敏面尺寸较小，将光接收单元设置在回波光束形成的光斑的范围内，接收部分光斑能量，即可获得回波信号进行光电转换和距离测量。

图1中圆形虚线框示出了回波光束在光接收单元2上形成的光斑5(或5’)与光接收单元2的光敏面6的示意图。目标物S1(或S2)形成的光斑5(或5’)大于所述光敏面6的面积，光斑5(或5’)的一部分被光敏面6探测，从而可以实现对目标物S1(或S2)的探测。然而，光斑5(或5’)还有一部分位于所述光敏面6的范围之外，无法被光敏面6探测。该方案通常用于短距激光雷达，然而对于中长距激光雷达来说，图1所示的激光雷达没有充分利用激光器的发射光进行距离探测，中长距范围内的目标物反射形成的光斑尺寸小、能量低，仅探测小部分光斑能量无法获得足够的有效信息。

此外，激光雷达在进行近距离检测时还存在盲区。具体地，继续参考图1的光路图，激光雷达中光发射单元1和光接收单元2同向设置，发射端和接收端各自具有光学组件构成旁轴光路。旁轴光路可以实现光的发射和接收相互隔离、互不干扰，然而旁轴光路存在远近效应，即当目标物的距离变化时，回波光束在光敏面上的光斑会产生移动。如图1所示，远距离目标物S1在光接收单元2上形成的光斑为5，而相对近距离的目标物S2在光接收单元2上形成的光斑为5’。即随着目标物距离的逐渐减小，光斑朝远离光发射单元1的方向移动。当目标物距离减小到一临界距离时，光斑会移出光接收单元2的光敏面6，从而无法被激光雷达检测到。也就是说，激光雷达无法对临界距离以内的目标物进行距离检测，存在盲区。

具体地，参考图2，近距离盲区内有一目标，从近距离目标反射回来的信号光通过接收透镜所成的像点不在接收透镜的焦平面(图中光接收单元所在位置)上，而是在焦平面之后。另外，在图2的视角中，近距离目标在接收透镜光轴的上方，所以它通过接收透镜所成的像点一定在接收透镜光轴的下方。综合这两方面的考虑，近距离目标反射光聚焦点与光接收单元的相对位置，如图2所示意。在激光雷达的近距离盲区范围内，激光雷达光接收单元完全接收不到目标的反射信号。

现有技术对于激光雷达的近距离盲区，通过折转棱镜或光纤将一部分光折转至近距离盲区进行补测，或者在一个发射通道内设置两个以上的光发射单元向不同的方向发射探测光，使得盲区内的目标物可以反射一部分探测光被光接收单元接收。可见，现有技术均需要通过设置另外的光学元件进行盲区补测，而本申请采用一个激光光源，即可实现远近不同距离目标物的探测，在减小近距离盲区的基础上，省去了额外的补盲光学元件，可降低激光雷达的***复杂度，降低生产成本和装配难度。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例的激光光源包括：至少两个发光区，至少两个发光区的相对大小不同。此处“相对大小不同”的含义为：发光区的尺寸不相同。

至少两个发光区可发出不同强度或功率的激光，适用于某一区域内不均匀的照明需求。

所述至少两个发光区共用使能信号，同时受驱发光，可以实现各发光区的同时控制。在其他实施例中，所述至少两个发光区还可以采用不同的使能信号驱动，从而实现各发光区的单独控制。

进一步，本实用新型实施例提供的用于激光雷达的光发射单元包括：第一发光区，还在第一发光区远离所述光接收单元的一侧设置有第二发光区，用于提供对第一发光区的盲区进行补测的发射光，且所述第一发光区和第二发光区形成同一发光通道，本实用新型实施例对位于同一发光通道的第一发光区远离所述光接收单元的一侧增加第二发光区，对第一发光区实现了近距离补盲，一方面增大了激光雷达的探测范围；另一方面，相对于通过增加光发射单元的功率来进行补盲的方案相比，本实用新型实施例减小了光发射功率；另一方面，相对于增加光束折转元件进行补盲的方案相比，本实用新型实施例简化了激光雷达的结构，可降低装配难度和生产成本。

在本实施例中，同一发光通道，指的是光发射单元的第一发光区和第二发光区共用一个使能信号，可同时受驱发光。多线激光雷达包括多个发光通道和多个相应的接收通道，可以发射及接收多束激光分别进行测距，目前市场上有4线、8线、16线、32线、64线和128线等多线激光雷达。本实用新型实施例提供的光发射单元包括第一发光区和第二发光区，作为同一线的光源，即一个发光通道，用于目标物探测。

参考图3，示出了本实用新型实施例一光发射单元的光路示意图。

本实用新型实施例光发射单元10应用于激光雷达中，用于提供实现目标物探测的发射光；所述激光雷达还包括光接收单元20，与所述光发射单元10相对应，用于探测所述回波光束。

还需要说明的是，为了附图简洁，图3中仅示意了应用于激光雷达的6个呈两行三列排布的光发射单元10，以及相对应的6个呈两行三列排布的光接收单元20，不应以此限制本实用新型。

图3中的激光雷达包括：多个光发射单元10、第一光学组件11、第二光学组件12、孔径光阑13和多个光接收单元20，所述光接收单元20与所述光发射单元10相对应，用于探测相对应光发射单元10的发射光所形成的回波光束。

参考图4和图5，本实施例光发射单元10为面阵光源，包括形成有多个光源的发光面101。

具体地，发光面101上的光源为垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)，是一种能在垂直基底的方向上发射激光的激光器。

VCSEL激光器包括：衬底(或基板)(例如：GaAs衬底)，位于衬底上的谐振腔，所述谐振腔包括依次位于衬底上的底部布拉格反射镜、有源区和顶部布拉格反射镜，谐振腔上方具有出光窗口。具体地，所述有源区可以是量子阱(quantum well)，所述量子阱在加载电流时能产生光子，光子在谐振腔中振荡形成激光，所述激光通过所述出光窗口发射。

本实施例中，VCSEL激光器可以发射波长为905nm、940nm等波长的激光。上述波长位于可见光波长范围之外，可以避免可见光对目标物探测的影响。

所述光发射单元10的多个VCSEL激光器呈阵列式样排布，构成第一发光区1011，用于发出对目标物S进行探测的发射光F。

需要说明的是，一方面所述发射光F对超出最远目标探测距离的目标物反射形成的光斑无法被探测到；另一方面，因为激光雷达的远近效应，第一发光区1011无法实现近距离探测而存在盲区。因此第一发光区1011提供的发射光可以对一探测距离范围内的目标物进行探测。定义小于所述探测距离范围的距离为第一发光区1011的盲区。

需要说明的是，位于第一发光区1011中的多个VCSEL激光器，相邻激光器的发射光经由目标物后形成的回波光束在光敏面102上相交，而在光敏面102上形成具有一定面积的光斑(图未示)。所述光敏面102的形状与所述第一发光区1011的形状相匹配。

在图4所示的实施例中，所述第一发光区1011为圆形发光区。相应地，整个第一发光区1011发出的发射光F为圆形光束。

在图5所示的实施例中，所述第一发光区1011还可以为矩形。

具体地，所述第一发光区1011中的多个VCSEL激光器呈蜂窝阵列式排布。这样的排布方式一方面可以有效利用第一发光区1011的面积，排布更多的激光器；另一方面，还可以使第一发光区1011的发射光具有较好的均一性。在其他实施例中，所述第一发光区中的多个VCSEL激光器还可以采用其他方式排布，例如：矩阵式排布。

需要说明的是，如果第一发光区1011的尺寸过大，在发射光束的光斑也越大，从而所需要的光学组件和光接收单元20尺寸也相应增加，增大LIDAR整机尺寸和重量，并且发射光束功率过高，可能出现人眼安全问题；如果第一发光区1011的尺寸过小，第一发光区1011内激光器的数量也较少，发射光功率低，影响了激光雷达的探测范围。相应的，本实施例中圆形第一发光区1011的直径在200微米～300微米的范围内。

本实用新型实施例中，所述第一发光区1011设置为：圆形发光区发出的光经激光雷达最远目标探测距离的目标物反射，在所述接收单元上形成的光斑落入所述接收单元，且所述光斑尺寸不大于所述接收单元尺寸。从而能充分利用发射光F进行探测，提高了光利用率，减小了光发射功率。

本实用新型实施例光发射单元还包括第二发光区1012，位于所述第一发光区1011远离所述光接收单元20的一侧，用于提供对第一发光区1011的盲区进行补测的发射光(对盲区进行补测，可简称为补盲)。

结合参考图6，所述光发射单元10用于靠近所述光接收单元20设置20为第一端A1，远离所述光接收单元20设置的为第二端A2，所述第一端A1至第二端A2为第一方向X所述发光面101在第一方向X远离所述光接收单元20的一侧包括所述第二发光区1012。

所述第二发光区1012包括一个或多个垂直腔面发射激光器，所述第二发光区1012的发射光用于对位于第一发光区盲区的近距离目标物进行补测。

下面结合参考图6所示光路图说明第二发光区1012对盲区进行补测的原理。

如图6所示，第一发光区1011的发射光F1经近距离目标物S2形成回波光束B1，所述回波光束B1无法落入光敏面内，即超出了光接收单元20的探测范围，因此近距离目标物S2无法被激光雷达的光接收单元探测到，而进入到了激光雷达的探测盲区。

本实施例中，所述发光面101在第一方向X远离所述光接收单元20的一侧还包括第二发光区1012，相当于使光发射单元10的整个发光区沿第一方向X延伸，从而能形成沿第一方向X延伸的光斑。这样即使主要用于进行距离探测的第一发光区1011的光斑虽然已经移出光敏面之外，第二发光区1012的发射光F2经近距离目标物S2形成回波光束B2仍然可以被光接收单元20探测到，从而能够获得近距离目标物S2的距离信息，实现近距离目标物S2的探测。

请继续参考图3-图4，本实施例中，所述第一发光区1011为圆形发光区，所述第二发光区1012为矩形发光区。

所述第一端A1至第二端A2为第一方向X，所述发光面201上与所述第一方向X垂直的方向为第二方向Y。

位于矩形的第二发光区1012中，多个垂直腔面发射激光器呈矩阵式排布。矩形的第二发光区1012一方面在第一方向X有所延伸，能起到补盲的作用，另一方面，矩形的第二发光区1012在第二方向Y上可设置列向排布的激光器，从而可以保证发射光的均一性。

此处，矩阵式排布包括一维矩阵(即线阵)式排布和多维矩阵(即面阵)式排布。

需要说明的是，在其他实施例中，所述第二发光区1012还可以为其他形状，例如椭圆形或梯形等。此外，位于第二发光区的多个激光器还可以呈交替式排布，或蜂窝阵列式排布。

还需要说明的是，本实施例中，第二发光区1012包括多个激光器，实际第二发光区1012只要有激光器即可起到补盲的作用，在其他实施例中，还可以仅在第二发光区1012设置一个激光器。

下面结合参考图7a-图7c示出的图3所述光发射单元形成的光斑与光敏面的位置关系图，说明光发射单元的工作原理。具体地，图7a、图7b、图7c分别示意了远距离目标物、中距离目标物和近距离目标物产生的光斑。

需要说明的是，实际应用中，光接收单元20的位置保持不变的，相应的光敏面的位置也保持不变，比较图7a-图7c，当目标物由远及近时，目标物产生的光斑103会朝远离光发射单元10的方向移动。

如图7a所示，第一发光区1011和第二发光区1012经整形后成为一束光出射，经目标物反射后产生的光斑203相交。本实施例中，第一发光区1011为圆形，形成的圆形光斑位于光敏面202内，用于进行远距离目标物的探测；第二发光区1012为矩形，经远距离目标物(如60-100m内任意距离)反射形成的矩形光斑位于光敏面202之外。

如图7b所示，随着目标物距离的减小，圆形的第一发光区1011和矩形的第二发光区1012形成的光斑203朝向远离光发射单元10的方向移动，其中圆形的第一发光区1011产生的圆形光斑有一部分移出光敏面202，位于光敏面202内的圆形光斑还能有足够的光强可以被光敏面202探测到，此外矩形的第二发光区1012形成的光斑203也有一部分在光敏面202内而被探测，从而有助于实现中距离目标物(比如：0.3到30m范围)的检测。

如图7c，随着目标物距离的进一步减小，光斑203也相应地进一步朝向远离光发射单元10的方向移动，其中圆形的第一发光区1011形成的光斑203完全移出光敏面202，而此时矩形的第二发光区1012形成的矩形光斑位于所述光敏面202内，用于对位于盲区的近距离目标物(比如：小于0.3m)的探测，从而对第一发光区1011的发射光无法探测到的近距离区域进行补偿，进而达到近距离补盲的目的。

需说明的是，此处数值仅为举例，采用不同参数器件的激光雷达各自的测距能力不同，其可能的远、中、近距离的定义不同。

下面结合参考图4所示的图3中光发射单元的俯视图，进一步描述光发射单元10的技术细节。

如图4所示，本实用新型实施例的光发射单元中，所述第二发光区1012沿第二方向Y的尺寸小于所述第一发光区1011在第二方向Y的尺寸，具体地，矩形的第二发光区1012沿Y向的长小于所述圆形的第一发光区1011的直径。

因为第二发光区1012的光源用于对位于激光雷达盲区近距离目标物进行补盲，而与远距离目标物相比，相同尺寸的光源发出的光经近距离目标物反射后形成的光斑尺寸较大，因此第二发光区1012设置较小的尺寸就可以形成能被光敏面探测到的光斑。由此，可以提高激光雷达远距离测距能力，并减小近距离盲区，获得目标探测距离范围内测距性能优异的激光雷达。

本实施例可以设置较小尺寸的第二发光区1012，从而减少光发射单元10中激光器的数量，进而进一步降低激光发射功率。

此外，如图4所示，本实施例中沿第二方向Y位于所述第二发光区1012的两侧分别设有一键合点1013，用于加载激发所述第一发光区1011和第二发光区1012发光的电信号。

本实施例第二发光区1012沿第二方向Y的尺寸小于所述第一发光区1011在第二方向Y的尺寸，因此，第二发光区1012在第二方向Y的两侧具有不形成激光器的非发光区域。在此非发光区域形成所述键合点1013，充分利用了光发射单元10的面积，提高了光发射单元10的结构紧凑性。

需要说明的是，如果第二发光区1012的尺寸过小，补盲效果不够理想；如果第二发光区1012的尺寸过大，则容易增加激光器的数量造成光功率的浪费。本实施例中，所述第二发光区1012在第一方向X的尺寸50微米～100微米的范围内，在第二方向Y的尺寸在50微米～100微米的范围内。

本实施例中，所述第一发光区1011和第二发光区1012的发射光整形成一束光后出射，经由目标物反射后在光敏面202上形成的光斑相交，从而保证光发射单元21所形成的光斑作为一个整体被相对应的光接收单元20探测，进而保证光接收装置对光斑的有效探测。

需要说明的是，对越近距离的目标物进行探测时，反射形成的光斑尺寸越大，因此，实际应用中，对于最远目标探测距离的目标物，所述第一发光区1011和第二发光区1012产生的光斑能相交，则检测更近距离的目标物时，对应产生的光斑因为尺寸变大则会有更多交叠的区域。

具体地，可以通过设置第一发光区1011和第二发光区1012的间距保证两个发光区光斑相交。需要说明的是，如果第一发光区1011和第二发光区1012的间距过大，则容易造成两个发光区产生的光斑不易相交，如果第一发光区1011和第二发光区1012的间距过小，则容易使光斑有过多交叠区域，造成光能量的浪费。本实施例中，第一发光区1011和第二发光区1012的中心间距在150微米～200微米的范围内。

为了解决技术问题，本实用新型实施例还提供一种激光雷达，如图3所示，所述激光雷达包括：本实用新型实施例的光发射单元，用于提供发射光F；发射光F经由激光雷达目标物S反射形成回波光束B，所述激光雷达还包括：至少一个光接收单元20，与所述光发射单元10相对应，用于探测相对应光发射单元10的发射光F。

所述光接收单元20包括光敏面102，用于探测所述回波光束B。所述光接收单元20包括光敏面，采用图4所述的光发射单元10时，所述光敏面102为圆面。

结合参考图3和图4，激光雷达的光敏面102为圆面，与回波光斑在光接收单元20上形成的光斑形状相匹配，可使更多的光斑能量落入到光敏面102内，从而可以增大光接收单元20所接收的回波信号量，进而增强远场探测能力；此外，本实用新型实施例因为可以使较多的光斑能量被光敏面102探测到，因此充分利用了发射光的光能量进行探测，可以降低了光发射单元的发射功率。

如图3-图4所示，本实施例中，所述第一发光区1011为圆形发光区，光敏面102为圆面。所述第一发光区1011和光敏面102的形状相匹配，从而可以使光斑103与光敏面102的形状相匹配，从而可以提高光斑103被光敏面102探测到的几率，使几乎全部的光斑103能量均被光敏面102接收，进而提高了光能利用率且提升了远距离信号的质量。

本实施例中，光接收单元20设置光敏面102的尺寸为不小于激光雷达最远目标探测距离的目标物反射形成的光斑尺寸。

具体地说，所述回波光束B投射至光接收单元20的光敏面102形成光斑。所述光敏面102通过将光斑的光信号转换为电信号，之后基于对所述电信号的处理和计算，以实现目标物距离的探测。

本实用新型实施例激光雷达中光接收单元20和光发射单元10相互配合设置，以实现光敏面102不小于所述光斑尺寸。需要说明的是，最远目标探测距离为激光雷达的参数，也是激光雷达的设计规格值之一，此处以最远目标探测距离的目标物作为参考，设置光接收单元20的光敏面102位置、面积等，从而使最远目标探测距离的目标物返回的回波光束形成位于光敏面102内的光斑。

如图7a-图7c所示，所述光接收单元20可以设置为：所述圆面的圆心与所述第一发光区1011发出的光束经所述激光雷达最远目标探测距离的目标物反射形成的光斑中心重合，所述光敏面的尺寸不小于所述光斑的尺寸。

本实用新型实施例将光接收单元设置为使激光雷达最远目标探测距离的目标物反射形成的光斑几乎全部落入光敏面内，这样当激光雷达在探测远距离目标物时，光斑落入光敏面内，从而增大光接收单元所接收的回波信号量，增强远场探测能力；在探测中距离目标物时，大部分光斑位于光敏面内能被探测到；在探测近距离目标物时也能有部分光斑位于光敏面内实现近距离探测，因此本实用新型实施例充分利用发射光的光能量进行探测，从而可以提高激光雷达的远距离测距能力，降低光发射单元的发射功率。

本实施例以最远目标探测距离的目标物反射形成的光斑作为参考，设置光接收单元20中光敏面102的位置和尺寸，通过设置两者中心重合，可以保证光敏面102对光斑的有效探测，能充分利用第一发光区1011的发射光进行距离探测。

本实施例中，所述光敏面102的尺寸不小于所述光斑的尺寸，从而可以使光斑位于所述光敏面102内，以提高光能量的利用率，一方面提高测远能力，另一方面还可以减小光发射功率。

本实用新型实施例中，所述光接收单元20为硅光电倍增管(SiPM)或单光子雪崩二极管(SPAD)阵列，均为面阵型阵列，且均为灵敏度极高的光电探测器，相比于传统的雪崩光电二极管，可以减小激光雷达探测所需的光敏面面积，从而可以减小光接收单元的尺寸，有利于激光雷达小型化的发展需求。

如图3所示，所述激光雷达还包括：第一光学组件11，位于所述光发射单元10光路下游，用于将光发射单元10的发射光F整形后投射至目标物S。

本实施例中，所述第一发光区1011和第二发光区1012的发射光F经由所述第一光学组件11整形后形成一束光，以便于使回波光束对应形成的两个光斑有所交叠(即图7a-7c中圆形光斑和矩形光斑之间无间隔)，以减少近距离区域目标物的漏检。

具体地，所述第一光学组件11可以包括透镜、准直器等的光学元件。

继续参考图3，本实施例中，所述激光雷达还包括：第二光学组件12，位于所述光接收单元20的光路上游，用于将回波光束B会聚到光接收单元20，从而可以增加回波光束B的光强，以利于增加激光雷达的最远探测距离、提高远距离探测的质量。

本实施例激光雷达还包括：孔径光阑13，位于所述第二光学组件12和所述光接收单元20之间，且在所述第二光学组件12的焦平面处。

需要说明的是，通常光接收单元20的面阵也位于第二光学组件12的焦平面位置处，本实施例的孔径光阑13用于限制回波光束B，滤除杂散光，以便于使回波光束B产生的光斑位于所述光敏面102的范围内。

本实施例中设置了孔径光阑13，孔径光阑的通光孔限制光束后形成的光斑为圆形，通过设置光敏面102和第一发光区1011均呈圆形，可以使更多的光通过孔径光阑13，从而提高光的利用率，避免光能量的浪费。第一发光区1011为圆形，有利于发射光束的整形，降低发射光束的发散角，能够提高回波信号功率，从而有利于提升LIDAR远距离测距能力。

需要说明的是，本实施例中，圆形的第一发光区1011形成的圆形光斑与孔径光阑13的形状相匹配，因此可以采用较小孔径的光阑(比如：与矩形发光区相比，孔径光阑孔径与矩形对角线相当，因而孔径光阑内径和矩形光斑边缘之间留有较大空隙)，从而提高了对光准确度。

在其他实施例中，激光雷达也可以不设置所述孔径光阑，也能通过配置光发射单元和光接收单元的相对关系来使光斑落入光敏面内。

还需要说明的是，在其他实施例中，所述第一发光区以及还可以为正多边形(例如：五边形、六边形……)或者椭圆形等形状。相应地，光敏面也可以为其他形状，且光敏面也可以不与第一发光区的形状相匹配。例如，第一发光区为正六边形发光区，光敏面为圆面；或者，第一发光区为椭圆形发光区，光敏面为椭圆面。

需要说明的是，在上述实施例中激光雷达包括多个光发射单元，和相对应的多个光接收单元。在其他实施例中，还可以仅有一个光发射单元和相对应的光接收单元。

本实用新型实施例激光雷达中，光发射单元与光接收单元相互配置，使激光雷达有具有较小的发射功率，也能实现远距离检测。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (24)

1.一种激光光源，其特征在于，所述激光光源包括：

至少两个发光区，所述至少两个发光区的相对大小不同。

2.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述至少两个发光区共用使能信号，同时受驱发光。

3.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述至少两个发光区发出功率或强度不同的激光。

4.如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，每个所述发光区包括一个或多个垂直腔面发射激光器。

5.如权利要求4所述的激光光源，其特征在于，至少一个发光区中，多个垂直腔面发射激光器排列成圆形。

6.如权利要求4所述的激光光源，其特征在于，至少一个发光区中，多个垂直腔面发射激光器排列成矩形。

7.一种用于激光雷达的光发射单元，其特征在于，所述光发射单元包括：

第一发光区；

第二发光区；

所述第一发光区和所述第二发光区相对大小不同，所述第一发光区和第二发光区形成同一发光通道，分别对不同距离的目标物进行探测。

8.如权利要求7所述的光发射单元，其特征在于，所述第二发光区相对于第一发光区远离所述激光雷达的光接收单元。

9.如权利要求8所述的光发射单元，其特征在于，所述第一发光区为圆形发光区。

10.如权利要求7所述的光发射单元，其特征在于，所述第二发光区为矩形发光区。

11.如权利要求9所述的光发射单元，其特征在于，所述圆形发光区包括多个垂直腔面发射激光器，所述多个垂直腔面发射激光器在圆形发光区呈蜂窝阵列式排布。

12.如权利要求10所述的光发射单元，其特征在于，所述第二发光区包括一个或多个垂直腔面发射激光器，所述多个垂直腔面发射激光器呈矩阵式排布或交替式排布。

13.如权利要求9所述的光发射单元，其特征在于，所述圆形发光区的直径在200微米～300微米的范围内。

14.如权利要求8所述的光发射单元，其特征在于，所述光发射单元包括靠近所述光接收单元的第一端，远离所述光接收单元的第二端，所述第一端至第二端为第一方向，所述光发射单元包括出光面，位于所述出光面内与所述第一方向垂直的方向为第二方向；

所述第二发光区沿第二方向的尺寸小于所述第一发光区在第二方向的尺寸。

15.如权利要求14所述的光发射单元，其特征在于，所述第二发光区在第一方向的尺寸在50微米～100微米的范围内，在第二方向的尺寸在50微米～100微米的范围内。

16.如权利要求9所述的光发射单元，其特征在于，所述圆形发光区发出的光经激光雷达最远目标探测距离的目标物反射，在所述接收单元上形成的光斑落入所述接收单元，且所述光斑尺寸不大于所述接收单元尺寸。

17.如权利要求7所述的光发射单元，其特征在于，所述第一发光区与所述第二发光区的中心间距位于150微米～200微米的范围内。

18.一种激光雷达，其特征在于，包括：

权利要求7-17任一项所述的光发射单元，用于提供发射光；以及

至少一个光接收单元，与所述光发射单元相对应，用于探测发射光经由目标物后形成的回波光束。

19.如权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，所述光接收单元包括光敏面，所述光敏面为圆面。

20.如权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，所述光接收单元为硅光电倍增管或单光子雪崩二极管阵列。

21.如权利要求19所述的激光雷达，其特征在于，所述光接收单元设置为：所述圆面的圆心与所述第一发光区发出的光束经所述激光雷达最远目标探测距离的目标物反射形成的光斑中心重合，所述光敏面的尺寸不小于所述光斑的尺寸。

22.如权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，还包括：第一光学组件，位于所述光发射单元光路下游，将光发射单元发出的光整形后发出；第二光学组件，位于所述光接收单元的光路上游，将回波光束会聚到光接收单元。

23.如权利要求22所述的激光雷达，其特征在于，所述第一发光区和第二发光区的发射光经由所述第一光学组件整形成一束光出射。

24.如权利要求22所述的激光雷达，其特征在于，还包括：孔径光阑，位于所述第二光学组件和所述光接收单元之间，且在所述第二光学组件的焦平面处。

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