CN214895784U - 光探测装置及行驶载具 - Google Patents

Abstract

本申请提供光探测装置及行驶载具，其中光探测装置包括：视窗；光发射端，配置成输出发射信号；光探测端，配置成探测所述发射信号的回波信号；以及光信号重定向组件，配置成通过运动以对发射信号进行偏折，使得发射信号从光探测装置的视窗出射，实现对第二方向视场的扫描，以及对所述回波信号重定向，使得所述回波信号传输至所述光探测端；其中，所述发射信号的光路和所述回波信号的光路至少在所述视窗至光信号重定向组件之间构成重叠。本申请实施例中通过将收发端相对左右设置，而非上下堆叠，可在不影响探测性能的前提下，保持甚至是降低装置高度，且能减小近距离盲区。

Description

光探测装置及行驶载具

技术领域

本申请涉及光学测距技术领域，尤其涉及光探测装置及行驶载具。

背景技术

激光雷达，是通过出射激光并接收激光到达目标物表面并返回的回波信号来实现对外部探测的设备。用在自动驾驶车辆上的激光雷达需要满足很多参数要求，包括点云密度大，视场宽，无盲区，刷新频率高，体积小，能耗低，价格低廉等。

通常的，激光雷达会采用将发射模块和接收模块按上、下堆叠的方式设置。其中，发射模块会包括激光器，接收模块会包括探测器。

但是，这样的方案会带来诸多问题。首先这种激光雷达的体积比较大，难以被隐藏在车辆上通常的安装空间，比如车灯里，车的顶层内。在接收模块和发射模块上下堆叠的情况下，由于产品的总高度需要大于两个模块堆叠后的总高度，致使激光雷达产品的总高度难以得到下降。强行降低雷达高度会造成雷达的视场角或者线束等参数的牺牲；相应的，探测器可能接收到的回波信号量降低，牺牲信噪比参数，即雷达探测到目标物的距离和反射率数据会不准确，雷达性能恶化。在这样的情形下，无法实现高线束量的激光雷达，如32线以上(例如 32线、64线、128线等)的激光雷达。

其次，这种激光雷达存在近距离盲区的问题。由于发射模块和接收模块上下设置，在对距离激光雷达较近距离范围内的目标物进行探测时，激光器出射激光经反射得到的回波信号会有大部分落在探测器的视场以外，故造成激光雷达的探测器不能接收到回波信号或者接收到的回波信号极弱，从而产生近距离盲区。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提供光探测装置及行驶载具，解决现有技术的问题。

为实现上述目标及其他相关目标，本申请第一方面提供一种光探测装置，包括：视窗；光发射端，包括光发射器阵列，配置成输出发射信号；所述光发射器阵列包括相互错开的N 列光发射器，每一列光发射器沿第一方向延伸，N＞1；光探测端，包括：光探测器阵列，配置成探测所述发射信号遇到障碍物后被反射的回波信号；所述光探测器阵列包括相互错开的M列光探测器，每一列光探测器沿所述第一方向延伸，M＞1；所述光发射器阵列及光探测器阵列构成多个探测通道，形成对第一方向视场的扫描，每个探测通道包括至少一个光发射器以及至少一个光探测器，每个探测通道对应一个第一方向视场；以及光信号重定向组件，配置成通过运动以对发射信号进行偏折，使得发射信号从光探测装置的视窗出射，实现对第二方向视场的扫描，以及对所述回波信号重定向，使得所述回波信号传输至所述光探测端；其中，所述发射信号的光路和所述回波信号的光路至少在所述视窗至光信号重定向组件之间构成重叠。

在第一方面的一些实施例中，所述光发射器阵列中的光发射器为垂直腔面激光发射器；所述光发射端包含的光发射器设有用于准直发射信号的微透镜阵列。

在第一方面的一些实施例中，每个所述光发射器包括多个发光单元，所述微透镜阵列中的每个微透镜单元与发光单元一一对应且形状匹配地设置；所述多个发光单元按多边形排布，每个所述微透镜单元为相应的多边形形状且相互拼合。

在第一方面的一些实施例中，所述微透镜阵列相对于光发射器分离地设置，或者印刻在光发射器的发光面。

在第一方面的一些实施例中，所述光发射器为背发光式的半导体结构，所述微透镜阵列印刻在所述半导体结构的衬底的表面。

在第一方面的一些实施例中，在发送发射信号至探测对应的回波信号的一次信号传送过程中，所述光发射器阵列中被激活的多个光发射器分别同所述光探测器阵列中被激活的多个光探测器之间形成处于工作状态的多个光信号传输探测通道；所述光发射器阵列包括多个光发射器组和/或光探测器阵列包括多个光探测器组；所述被激活的各个光发射器分别属于不同的光发射器组和/或所述被激活的各个光探测器分别属于不同的光探测器组。

在第一方面的一些实施例中，每个光发射器组中的各个光发射器和/或每个光探测器组中的各个光探测器在多次信号传送过程中轮流被激活。

在第一方面的一些实施例中，所述光探测装置在预设数量次信号传送过程中执行测远动作之后，在下一次信号传送过程中执行测近动作。

在第一方面的一些实施例中，所述光发射器阵列在第一方向上中部区域的第一数量的光发射器在测远动作中被激活，第二数量的光发射器在测近动作中被激活；所述第一数量大于第二数量。

在第一方面的一些实施例中，所述测远动作所对应的探测距离有多个；其中，被激活的光发射器在光发射器阵列中的位置越靠近中心，对应预期探测的距离越远。

在第一方面的一些实施例中，在同一次信号传送过程中工作的各个探测通道中传输的光信号之间的信号特征不同。

在第一方面的一些实施例中，所述发射信号包括一或多个脉冲信号；所述信号特征的维度包括：波长、脉冲宽度、脉冲数量、脉冲峰值及脉冲间时间间隔中的一种或多种组合。

在第一方面的一些实施例中，所述光发射器阵列和光探测器阵列相配合地配置成达到32 线以上的线束量。

在第一方面的一些实施例中，所述光信号重定向组件包括：旋转件，受控而转动，其包括至少一个反射面，适于接收回波信号和/或输出发射信号；第一重定向件，位于发射信号的光路和接收信号的光路中，配置成向旋转件输出发射信号及回波信号中的一者，并形成有供回波信号及发射信号中另一者通过的通过部。

在第一方面的一些实施例中，所述通过部包括：形成于所述第一重定向件的旁侧和/或中部的一或多个空隙。

在第一方面的一些实施例中，所述第一重定向件包括：用于将发射信号向旋转件输出的第一区域，以及第一区域以外用于透射回波信号的第二区域。

在第一方面的一些实施例中，所述的光探测装置包括：遮光件，设于透射所述第一重定向件的发射信号的传播路径上。

在第一方面的一些实施例中，所述第一重定向件远离所述旋转件的一端的至少部分端面配置为第一反射面；所述第一反射面与所述发射信号的光路中通向第一重定向件的第一光路段的轴线之间配置成第一预设夹角，以将沿第一光路段所传输来的光信号偏离于所述接收信号的光路；和/或，所述第一重定向件远离所述旋转件的一端的至少部分端面配置为第二反射面；所述第二反射面与所述接收信号的光路中从第一重定向件起始的第二光路段的轴线之间配置成第二预设夹角，以将沿所述第二光路段传输来的光信号偏离于所述发射信号的光路。

在第一方面的一些实施例中，所述第一重定向件在靠近旋转件的一端的端面配置成平行于所述旋转件至第一重定向件之间接收信号的光路的光路段的轴线方向。

在第一方面的一些实施例中，所述旋转件包括两个以上的反射面。

在第一方面的一些实施例中，所述第一重定向件被封装在第一套体中，所述第一套体沿发射信号的光路向靠近光发射端方向延伸。

在第一方面的一些实施例中，所述第一重定向件的尺寸与出射光束的发散角成正比，与回波光束的横截面成反比。

在第一方面的一些实施例中，所述的光探测装置，包括：收发透镜，配置在旋转件和第一重定向件之间，用于对来自旋转件一侧的回波信号汇聚后向第一重定向件的通过部传输，以及供来自第一重定向件一侧的发射信号通过。

在第一方面的一些实施例中，所述光发射端与第二套体一端对应；所述第二套体沿发射信号的光路向第一重定向件延伸，并在另一端形成光输出口；和/或，所述光探测端与第三套体一端对应；所述第三套体沿接收信号的光路向第一重定向件延伸，并在另一端形成光输入口。

在第一方面的一些实施例中，所述的光探测装置，包括：第二透镜，设于接收信号的光路中并位于光探测端和第一重定向件之间。

在第一方面的一些实施例中，所述第二透镜沿相对光探测装置的纵向间成一预设偏角的方向立设，以将边缘视场角入射的光线偏转至偏离于光探测器阵列。

在第一方面的一些实施例中，所述光探测装置包括：控制模块，用于对在远离所述旋转件的相应视场角所对应的光传输探测通道接收到的回波信号进行补偿处理。

在第一方面的一些实施例中，所述光探测装置为前向激光雷达，M＝N＞32。

为实现上述目标及其他相关目标，本申请第二方面一种行驶载具，包括：如第一方面中任意一项所述的光探测装置。

在第二方面的一些实施例中，所述行驶载具为车辆，所述光探测装置为前向激光雷达，安装于所述车辆的前部。

综上，本申请提供光探测装置及行驶载具，其中光探测装置包括：视窗；光发射端，配置成输出发射信号；光探测端，配置成探测所述发射信号的回波信号；以及光信号重定向组件，配置成通过运动以对发射信号进行偏折，使得发射信号从光探测装置的视窗出射，实现对第二方向视场的扫描，以及对所述回波信号重定向，使得所述回波信号传输至所述光探测端；其中，所述发射信号的光路和所述回波信号的光路至少在所述视窗至光信号重定向组件之间构成重叠。本申请实施例中实现发射信号和回波信号的光路的重叠，而不必再受限于收发模块的上下堆叠方式，可有效降低装置高度而不影响探测性能，且收发光路重叠能消除近距离盲区。

附图说明

图1展示一种实例中转镜式激光雷达的结构示意图。

图2A展示一种示例中激光雷达探测过程中的光路示意图。

图2B展示一种示例中近距离盲区的原理示意图。

图3A展示本申请一实施例中光探测装置的俯视透视结构示意图。

图3B展示本申请一实施例中光发射器阵列正视的排布结构示意图。

图3C展示为图3B的左视局部结构示意图。

图4A展示本申请一具体实施例中光探测装置的俯视透视结构示意图。

图4B展示本申请另一具体实施例中旋转件形状变化的光探测装置的俯视透视结构示意图。

图4C展示图4A中光探测装置的侧视结构示意图。

图5展示本申请第一变形实例中光探测装置的俯向透视结构示意图。

图6展示本申请第二变形实例中光探测装置的俯向透视结构示意图。

图7展示本申请第三变形实例中第一重定向件的平面示意图。

图8展示为本申请一实施例中包含第一重定向件和旋转件的部分结构示意图。

图9展示为本申请第四变形实例中第一重定向件的结构示意图。

图10展示本申请另一实施例中光探测装置的俯向结构示意图。

图11A及图11B展示本申请另两个具体实施例中光探测装置的俯向透视结构示意图。

图12A展示为根据图3B的示例进行光发射器组的划分的结构示意图。

图12B展示为本申请一实施例中以脉冲宽度作为对应探测通道的信号特征的波形示意图。

图12C展示为本申请一实施例中以脉冲时间间隔作为对应探测通道的信号特征的波形示意图。

图13A展示本申请一实施例中微透镜阵列的结构示意图。

图13B展示本申请另一实施例中微透镜阵列的结构示意图。

图14A展示本申请一实施例中表现光探测装置的视窗结构的俯视透视结构示意图。

图14B展示图14A中光探测装置的视窗结构的立体结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用***，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用***，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

当说某器件在另一器件“之上”时，这可以是直接在另一器件之上，但也可以在其之间伴随着其它器件。当对照地说某器件“直接”在另一器件“之上”时，其之间不伴随其它器件。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等描述。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B 和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

表示“下”、“上”等相对空间的术语可以为了更容易地说明在附图中图示的一器件相对于另一器件的关系而使用。这种术语是指，不仅是在附图中所指的意义，还包括使用中的装置的其它意义或作业。例如，如果翻转附图中的装置，曾说明为在其它器件“下”的某器件则说明为在其它器件“上”。因此，所谓“下”的示例性术语，全部包括上与下方。装置可以旋转90°或其它角度，代表相对空间的术语也据此来解释。

虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本申请所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的内容相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。

通常，激光雷达采用将发射模块和接收模块上、下堆叠设置的形式。

以转镜扫描激光雷达为例。请参考图1，展示一种实例中转镜式激光雷达的结构示意图。

该转镜扫描激光雷达10包括单个激光器11、发射透镜12、转镜13、接收透镜14及单个光探测器15。其中，激光器11和光探测器15之间按上下堆叠设置。所述激光器11位于上方，用于发光以出射激光作为发射信号，激光器11的发光面的中心轴线为A1；所述光探测器15位于激光器11下方，用于接收所述发射信号的回波信号的光线，光探测器15的接收面的中心轴线为B1。所述发射透镜12用于对经过的发射信号进行准直等处理，所述接收透镜14用于对经过的回波信号进行汇聚至光探测器15的处理。

所述转镜13是可以受控转动的，图示中展示为可按X箭头的逆时针方向转动。在此示例中，转镜13的尺寸设计得较大，而能在一个面或多个面上的不同区域分别传输发射信号和回波信号，传输激光器11发出的发射信号经发射透镜12向转镜13传输。相配合地，转镜13 转动到预定位置使其一个面接收发射信号，并进行反射后沿箭头C向外部环境出射，出射光路的光轴为A2。相应的，回波信号沿箭头D在光轴为B2的光路中经接收透镜14进而入射到光探测器15，图示中光轴B2和B1相连，图中点状底纹示意性地表示光束落点的光斑。

根据图示可以理解，因为整个雷达的高度至少要与激光器11和光探测器15的总高度相当，故此激光器11和光探测器15上、下堆叠的结构会有高度难以降低的问题，而且在此示例中还要配合此结构把转镜13的尺寸做得比较大来覆盖发射信号和回波信号的落点，这样就将增加整个转镜扫描激光雷达的尺寸。如果要降低转镜扫描激光雷达尺寸，那就势必会减小雷达收发的有效口径，减小雷达的视场角，并将导致雷达性能明显恶化。另外，图1示出的方案也无法达到未来自动驾驶领域主流需求的高线束量(如32线以上，例如32线、64线、 128线)的雷达产品需求，

另外，此上、下堆叠的结构还会造成近距离探测盲区的问题。

如图2A所示，展示一种示例中激光雷达探测过程中的光路示意图。

采用发射模块21和接收模块22上下堆叠方案的激光雷达，为了探测远距离的目标物E1，接收模块22的视场会配置成对应接收远距离处(比如距离激光雷达200米等，如图2A中最右边竖实线所示)反射的发射信号的回波信号。故而，在距激光雷达较近的某段距离的范围 (比如数米、十几米或数十米)内，发射模块21发出的发射信号经发射透镜23传输，可能会落到接收模块22的视场角(FOV)以外，造成接收模块22可能接收不到目标物上反射的回波信号或者接收到的回波信号极弱，如此就形成近距离盲区。在图2A中，以两条虚线之间的区域F来示意性地表示近距离盲区。

具体可进一步参考图2B，假设在区域A中存在有一目标物E2，当发射信号射到该目标物E2反射形成回波信号，该回波信号通过接收透镜24形成的成像点G并没有落在接收透镜 24的焦平面上，而是在焦平面之后。另外，因为近距离目标在接收透镜24光轴的上方，所以它通过接收透镜24所成的像点一定在接收透镜24光轴的下方。综合此两方面的因素可知，对近距离的目标物E2的成像点G的位置相对于接收模块22完全偏出，导致激光雷达的接收模块22完全接收不到目标的反射信号。

导致上述近距离盲区的原因在于，发射信号的发射信号的光路和回波信号的接收信号的光路的光轴之间具有夹角，如图2A中的α所示，这样的光路结构也可以被称为“旁轴”。

除了上述以外，此类旁轴光路结构还会影响激光雷达信号探测的性能，例如造成探测通道之间的差异性。首先定义“探测通道”，若激光雷达设置有多个激光器或者说是多线束激光雷达，则每一行/列光发射器可以沿某方向延伸，同样地，每一行/列光探测器可以沿某方向延伸，进而共同构成对延伸方向对应视场(比如列方向对应垂直视场，行方向对应水平视场等) 的扫描。其中，视场(Field Of View，FOV)的衡量维度常被称为视场角，比如水平FOV为 100°，垂直FOV为120°。每个探测通道可以包括至少一个激光器以及至少一个探测器，每个探测通道对应一个该某方向视场(比如可以为垂直视场或者水平视场)。换言之，1个探测通道可以由多个激光器及1个探测器构成，可以由一个激光器和多个探测器构成，也可以由一个激光器和一个探测器构成。换言之，一个或者多个激光器加上与之对应的一个或者多个光探测器构成一个探测通道，此处的对应指的是发射的发射信号的激光器与接收该发射信号的回波信号的光探测器之间的对应关系，也就是对应于同一探测视场的激光器和光探测器，比如1个激光器与1个探测器构成激光雷达的1个探测通道，多探测通道也就是雷达领域所称的“多线”。

由于图2A中的旁轴光路结构，会造成各个探测通道相对于同一障碍物的位置方位各不相同，进而造成各个通道的光学响应曲线(例如描述光强度和目标物距离关系)都各不相同、差异较大，最后对根据回波信号进行障碍物的距离以及反射率的测量也造成困难。

鉴于上述示例中的种种问题，本申请实施例中提供光探测装置，创新性地舍弃旁轴光路，而利用至少部分重叠的收、发光路来解决上述问题。

如图3A所示，展示本申请一实施例中一种高线束(线束可以≥32)的扫描式的光探测装置的俯视透视结构示意图。

图3A中以俯视视角展示所述光探测装置在横向平面中的内部透视结果。为清楚起见，图示未展示光探测装置的壳体。所述横向平面可以是与光探测装置的高度方向垂直的平面，其可例如为水平面或其他平面。

所述光探测装置30包括视窗31，当发射信号发出以及回波信号接收时均会通过视窗31。其中，所述回波信号由发射信号遇到障碍物后被反射所形成。示例性地，所述视窗31处可以安装有平面的视窗玻璃。在其他实施例中，该视窗31也可以为曲面结构。所述光探测装置 30包括光发射端32和光探测端33。所述光发射端32配置成输出发射信号；以及所述光探测端33，配置成探测所述发射信号的回波信号。示例性地，所述壳体内部可形成空间，供设置所述光发射端32和光探测端33。

所述光发射端32可以包括光发射器阵列。如图3B所示，展示本申请一实施例中光发射器阵列正视的排布结构示意图。

所述光发射器阵列可以包括相互错开的N列光发射器，每一列光发射器沿第一方向延伸，形成对第一方向视场的扫描，N＞1。示例性地，所述第一方向视场可以是垂直视场。可选的，一列中相邻光发射器的视场之间可以彼此互不重叠。具体的，在一个光发射器列中，每个光发射器对应于一个垂直视场，故一列中的各个光发射器的垂直视场的组合对应该光发射器列的垂直视场(光发射器行的视场可同理获得)，各个光发射器列的垂直视场的组合对应光探测装置的垂直视场。

为清楚说明光发射器列之间错开的结构，请一并参阅图3B和图3C。图3C展示为图3B 的左视局部结构示意图。光发射器阵列321设于电路板322(PCB)上。左侧的光发射器列与右侧的相邻光发射器列之间在列方向上并不对对齐，形成所述错开。进一步具体的，右侧的光发射器列中的首个光发射器b1相对a1略低一些，而相较于左侧第二个光发射器a2高一些。其中，a1对应的垂直视场角的绝对值＞光发射器b1对应的垂直视场角的绝对值＞a2对应的垂直视场角的绝对值。所谓错开，是指两列光发射器彼此在所述第一方向上错开，也可以理解为每个激光器在第一方向(比如垂直方向)的视场角至少存在部分的不重叠。

如图3C可见，从侧面来看，在列方向上b1填补了a1和a2之间的空隙，如此使得列方向上的光发射器分布更加密集，从而可以提升光探测装置的垂直分辨率。通过例如图3B中光发射器的线阵的排布，可以实现列方向(对应于垂直视场)上一个维度的固态扫描(1Dsolid-state)。同理，在其它实施例中，相邻光发射器行也可以在行方向上交错排布，此处不展开说明。

一方面，图3B和3C展示的线阵排列的光发射器阵列，相比于例如方阵等，减少了光发射器的数量，降低了成本。另一方面，线阵中相邻光发射器列之间相错开的结构，相比于对其多列的激光器来讲，尺寸较小而所实现分辨率较高。

在一些实施例中，各个光发射器可以是激光器，例如为垂直腔表面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers，VCSEL)，或边缘发射激光器(EdgeEmitting Laser，EEL)等。相应的，所述光探测端33可以包括光探测器阵列，其中的各个光探测器(也可称为探测器、或光电探测器)可以是例如雪崩光电二极管(Avalanche PhotoDiode，APD)或硅光电倍增管 (Silicon Photo Multiplier，SiPM)等实现。

所述光探测装置30还包括光信号重定向组件34。所述重定向指的是可以通过光学的反射、折射、透射等对光信号的处理方式，改变/偏折输入的光信号的方向，重新确定输出的光信号的传输方向。如图3所示，所述光信号重定向组件34配置成通过运动以对发射信号进行偏折，使得发射信号从光探测装置30的视窗31出射，实现对第二方向视场的扫描，以及对所述回波信号重定向，使得所述回波信号传输至所述光探测端32。光信号重定向组件34的运动形式不一。如果光信号重定向组件是转镜，这里的运动可以是转动，具体比如顺时针转动300°或者360°旋转，或者可以是往复运动，比如在-50°-+50°之间来回往复。又或者，如果光信号重定向组件是振镜，这个运动可以是摆动。

其中，发射信号的光路和接收信号的光路至少包括在所述视窗31至光信号重定向组件 34之间构成重叠。所述重叠可以指光路同轴，即两个光路段具有重合的光轴线，如图中J所示。可以理解的是，发射信号和回波信号都会从此光探测装置30内的重叠光路段通过，这样的同轴光路结构可以避免前述示例中旁轴光路结构带来的种种问题。进一步的，在反射面341 的反射作用下，发射信号的光路和接收信号的光路也同样在光轴为K的光路段构成重叠。

光信号重定向组件3还可以进一步实现发射信号的光路和接收信号的光路之间在其它光路段间的分离。例如，在光轴K所在光路中设置一反射面37，用于将光发射端32的发射信号偏折引入重叠的光路段中。

在此，利用构成重叠的发射信号的光路和接收信号的光路，不必再采用前述示例中的收、发模块上下叠放的结构，有效减小了光探测装置30的高度。根据在图3A所示意结构可知，在从光探测装置30俯视视角所呈现的横向平面内，所述视窗31、光发射端32、光探测端33 及光信号重定向组件34在所述横向平面上相对左右地排布；所述视窗31、光发射端32、光探测端33及光信号重定向组件34各自的至少一立侧面为光学表面，各立侧面之间相应设置以形成横向延伸的发射信号的光路和接收信号的光路，从而不会增加雷达的整体高度。

在具体实例中，所述光信号重定向组件34可以包括：用于实现例如反射、折射、汇聚、扩散等中的一种或多种组合的光重定向作用的一或多个光学表面。所述一或多个光学表面可以位于载体部件。进一步举例来说，所述载体部件可以是旋转的(例如转镜式扫描激光雷达中的转镜)，也可以是静止的(例如反射镜、折射镜、透镜、透镜组等)。

具体实例中，在光发射端32的前部可以设置第一透镜35，以用于将光发射端32的发射信号准直后传输。所述第一透镜35可以例如为平凸透镜，其凸面朝向光发射端32。在光探测端33的前部可以设置第二透镜36，以用于将经过的回波信号汇聚向光探测端33。所述第二透镜36可以例如为平凸透镜，其平面朝向光探测端33。需要说明的是，光发射端32、第一透镜35(或透镜组)以及反射镜37可以封装为一个发射模块，光探测端33以及第二透镜36可以封装为一个接收模块，从而可以提高装配的便捷度。

如图4A所示，展示本申请具体实施例中光探测装置的俯视透视结构示意图。在图4A的实例中，展示了光信号重定向组件34在一种实施例中的具体结构。

在图4A示例中，除了图3A中所展示的视窗31、光发射端32、光探测端33、第一透镜35、第二透镜36以外，还展示了光信号重定向组件34可具体包括：旋转件41和第一重定向件42。

所述旋转件41，受控而转动，在图4A示例中展示为在横向平面内的一维旋转(图中示意性地按箭头所指的逆时针方向)，从而可以实现对水平视场(相对于垂直视场方向)的扫描。可以理解的是，虽然上述示例中展示为由列向设置的光发射器来实现垂直视场扫描，而由旋转件横向的一维转动来实现水平视场扫描，但并非以此为限。在其它具体实例中，也可以改变光探测装置的摆放角度，例如相比于图4A中转动90度，以实现例如通过旋转件的一维转动来进行垂直视场扫描，而由“列”变为“行”的光发射器来进行水平视场扫描。

示例性地，所述旋转件41可以套设在电机的转轴外，以在电机驱动其转轴旋转时，随之旋转。所述旋转件41包括被发射信号的光路和接收信号的光路所使用的至少一个反射面。当所述反射面仅有一个时，发射信号的光路和接收信号的光路可以共用此反射面；而当反射面有多个时，发射信号的光路和接收信号的光路可以不共用旋转件41的同一个反射面。在图 4A示例中，所述旋转件41示例性地展示为矩形体，其相对的两个立侧面411、412可以为反射面。当旋转件41转动至预设位置，比如图中所示的位置，一个反射面411偏折发射信号打到视窗上31，进而发射信号通过视窗31，发到光探测装置之外的环境中，进行探测；若发射信号遇到障碍物形成回波信号，回波信号则会通过视窗31到达反射面411，被反射面411偏折后，到达探测器33。

所述第一重定向件42，位于发射信号的光路和接收信号的光路中，配置成向旋转件41 输出发射信号，并形成有供回波信号通过的通过部。在图4A示例中，所述第一重定向件42 可以为反射镜实现，其可以具有一个反射面421。在发射信号的光路中，所述反射面421用于将光发射端32发出的发射信号反射到旋转件41上，而当旋转件41位于例如图4A中的位置时，其反射面411或412可以接收到该发射信号并偏转到视窗，进而出射至外部。

在图4A示例中，所述通过部展示为位于第一重定向件42两个旁侧的空隙43，所述空隙 43可以形成在第一重定向件42与光探测装置的壳体内壁之间或与壳体内设置的其它部分(例如支架等)之间。在图4A示例的结构中，在接收信号的光路中，回波信号经旋转件41的一个反射面411反射并向所述第一重定向件42传输，从第一重定向件42旁侧的空隙43通过而被光探测端33接收到。

可一并参阅图4A、图4B和图4C，图4C展示图4A或图4B中光探测装置的侧视结构示意图。具体的，图4C是从图4A中在视窗31向下视角呈现的结构示意图。在图4A中，可以更清晰看到光发射端32、光探测端33、旋转件41和第一重定向件42之间立设的结构。为更易于理解，在图4C中省略了视窗31、第一透镜35和第二透镜36，并示例性地加入了上、下边界的部分壳体作为参考。其中，示例性地展示了光发射端32包括光发射器阵列321，以及光探测端33包括光探测器阵列331，以用于构建各个光信号发、收的探测通道。

所述旋转件41可以连续旋转以在不同时间进行发射信号的发送、回波信号的接收，也可以往复转动以在不同时间进行发射信号的发送、回波信号的接收。可以理解的是，所述旋转件41的转速、反射面的数量、相邻激光器发光切换速度会影响到雷达点云探测的帧率，各个因素需要配合，以实现预设帧率的探测。当固定探测帧率时，若反射面的数量越大，所需的转速可以越小。由此可知，所述旋转件41的转速和反射面的数量可以根据实际探测需求加以设置。反射面的数量还会与旋转件41的结构相关，可以是至少两个，比如2、3、4面或更多。在具体示例中，所述旋转件41可以是棱柱。旋转件41的横截面可以是轴对称的或中心对称的，以实现均匀时间的光信号发、收。比如，以图4A中旋转件41的横截面为矩形的棱柱来说，其相对的两个表面可为反射面。或者，旋转件41为横截面是正方形的棱柱，其4个侧面皆可为反射面。或者，在图4B中，所展示的旋转件41B为横截面是正三角形的棱柱，其3个侧面皆可为反射面，在旋转过程中，三个反射面可以轮流接续地用于光信号的传输，不存在非用于进行光信号传输的侧面。需说明的是，在其它示例中旋转件41也可以实现为横截面为更多边形的棱柱(如五棱柱、六棱柱等等)，并非以上述举例为限。

可以理解的是，第一重定向件的尺寸、结构、形状都有可能会影响到光探测端对回波信号的探测性能。为此，本申请基于上述图4B中的结构提供多种变形实例，以有助于进一步提升光探测装置的性能。

如图5所示，展示本申请第一变形实例中光探测装置的俯向透视结构示意图。

在图5示例中，相比于之前实施例的主要区别在于，光发射端52和光探测端53之间的位置发生了互换，并且第一重定向件变化为间隔的两个子重定向件54和55。两个子重定向件54和55之间具有空隙以作为通过部，用于通过发射信号并经旋转件57反射至视窗51外。相应可选的，第一透镜56可与该空隙的尺寸相应。所述两个子重定向件54和55相对于旋转件57一侧的表面为反射面，用于将入射视窗51并经旋转件57传来的回波信号反射经第二透镜58给光探测端53。可选的，所述两个子重定向件54和55可以是平行的。进一步可选的，两个子重定向件54和55可以是位于同一平面内并且沿一直线方向两条侧边对齐地排列，例如图5中所展示。

如图6所示，展示本申请第二变形实例中光探测装置的俯向透视结构示意图。

在图6示例中，相比于图4B实施例的主要区别在于，光发射端62和光探测端63之间共用收发透镜64，所述收发透镜64设置在发射信号的光路和接收信号的光路中位于旋转件65和第一重定向件66之间的重叠光路段中。可选的，收发透镜64可以例如为平凸透镜，其凸面朝向旋转件65设置。

当从视窗61射入回波信号，回波信号从旋转件65设到收发透镜64时，收发透镜64将回波信号汇聚之后经空隙送向光探测端63，提升对回波信号探测的效率；当光发射端62发出的发射信号沿发射信号的光路从第一重定向件66反射到收发透镜64时，由于是逆向射入收发透镜64，不会被汇聚，经旋转件65反射向视窗61外传输。采用这种架构，收发可以共用同一个收发透镜64(或透镜组)，从而可以减少透镜(或透镜组)的数量。

在一些实施例中，光探测端的承载光发射器阵列的电路板可以是柔性的，其可弯曲为曲面，形成的凹口对应于第一重定向件设置，以令光发射器阵列中的各光发射器的出光光轴集中指向第一重定向件。

可以理解的是，由于发射信号的光路和接收信号的光路可在旋转件和第一重定向件之间也形成重叠部分，回波信号和发射信号会分别从两个光路的不同方向经过第一重定向件。因此，第一重定向件既可以形成反射面来反射回波信号及发射信号中的一者，也可以形成通过部来通过回波信号及发射信号中的另一者。

在每一种光路架构中，第一重定向件的尺寸均需要权衡多个因素，进行合适设置。比如对图4B示出的光路架构，第一重定向件42的尺寸如果太大，可能会阻碍太多回波信号的接收，进而降低信噪比。而如果太小，则会影响发射信号的反射，因为出射光束本身也有一定的发散角。故需要考虑发射信号的发散角及回波信号在通过部的通过量(影响回波信号信噪比)的关系，权衡所述关系达到一个预设优化的目标，将尽可能多的发射信号偏转到转镜并再由转镜偏转射到外部障碍物，且又可以尽可能少地遮挡被障碍物反射回来的回波信号，使得尽可能多的回波信号可能被光探测端接收，进而用来计算距离和反射率信息，并可用于进一步生成点云图。因而，所述第一重定向件42的尺寸与出射光束于第一重定向件42处的发散角成正比。比如对图5示出的光路架构，第一重定向件(54和55)的尺寸如果太小，可能不足以进行回波信号的偏折，进而降低信噪比。而如果太大，则会影响发射信号的出射，因为出射光束本身也有一定的发散角。故在不同的光路架构中，均需要考虑发射信号的出射量及回波信号的通过量(影响回波信号信噪比)的关系，权衡达到一个预设优化的配比，综合实现以相对较小的整机尺寸，还可以测得更远，以及更小的信噪比的目标。此外，第一重定向件的结构设置也会对杂散光有影响，以下会对第一重定向件可能的变形进行举例说明。

在上述实施例中，有通过形成于第一重定向件旁侧或中部的空隙来通过光信号。然而，能通过光信号的并不限于空隙，也可以是透光材质，比如玻璃等。基于此思想，本申请在一些实施例中，还可以提供由透光和反射的不同部分组成的第一重定向件。

如图7所示，展示本申请第三变形实例中第一重定向件的平面示意图。

在图7中所展示的第一重定向件70的一面同图4中的反射面421是相应的。在本实例中，第一重定向件70包括用于将发射信号向旋转件输出的第一区域71，以及第一区域71以外用于透射回波信号的第二区域72。示例性地，所述第一区域71可以涂布反光材料，而所述第二区域72可以是透光材质(例如玻璃等)；在本实例中，第二区域72可以围绕第一区域71 并相互固定以组成第一重定向件70。通过此第一重定向件70，更有利于回波信号和发射信号的高效传输，提升光探测装置的探测性能。

此外，第一重定向件的端部表面的结构也会影响到光探测装置的探测性能。如图8所示，展示为本申请一实施例中第一重定向件和旋转件的部分结构示意图。此示例中，第一重定向件81的横截面为矩形，其靠近旋转件82的一端821的凸角会阻碍回波信号W向光探测端的传输；此外，图8中第一重定向件80远离旋转件82的另一端822在能被发射信号照射到的端面可能会有反射作用，如图中发射信号Y1被第一重定向件80正常反射沿第一光路传输，而发射信号Y2被旋转件82的另一端822端面反射到第二光路中(如图中向右虚线箭头所示)，一旦反射到第二光路中，会沿第二光路射到光探测端而形成干扰。其中，所述靠近或远离指的是相对于旋转件82上的一个固定点的靠近或远离，所述固定点例如为旋转件82的转轴轴心位置等。

如图9所示，展示为本申请第四变形实例中第一重定向件的结构示意图。

图9示例中的第一重定向件90在图8示例的基础上进行了改进。

在图9实施例中，可选的，将图8中所述第一重定向件90在靠近旋转件的一端(即图8 中上端)的角部削去，以将该端的端面91配置成平行于所述旋转件至第一重定向件之间接收信号的光路的光路段的轴线方向。

在图9实施例中，可选的，将所述第一重定向件90远离所述旋转件的一端(即图9中下端)的至少部分端面配置为第一反射面92，所述第一反射面92与发射信号的光路中通向第一重定向件90的第一光路段的轴线之间配置成第一预设夹角，如图示的夹角β，其可以是直角或钝角，使得入射的光信号经反射后也无法进入接收信号的光路，即偏离于接收信号的光路而不会对光探测端形成干扰。

此外，对于存在透明部分的第一重定向件而言，也有可能会有发射信号透射它从而进一步反射而形成干扰。

如图10所示，展示本申请一实施例中光探测装置的俯向结构示意图，其为以图4B和图 9实施例的结合为基础的示例。为降低此发射信号透射它而引起干扰，在此示例中的光探测装置还包括遮光件101，设于透射所述第一重定向件90的发射信号的传播路径上。在一些示例中，所述遮光件101也可以与所述第一重定向件90为一体，例如涂布在第一重定向件90 表面的吸光材料。

如图11A所示，展示本申请另一具体实施例中光探测装置的俯向透视结构示意图。

在此示例中，展示了光探测装置110壳体的底板1100，以及位于底板1100上的如视窗 1101、光发射端1102、光探测端1103、旋转件1104、第一重定向件1105、第二重定向件1106、第三重定向件1107、第一套体1108、第二套体1109、第三套体1110、第一透镜1111、第二透镜1112等。黑色虚线示出了出射光束的走向：从发射器(阵列)1102出射，进而经过反射镜1106的偏折，再经过1105的偏折，打到转镜1104上，经偏折后出射到外界。

灰底粗线箭头展示出了产品正前方视场的障碍物反射回的回波的入射路径，先打到转镜 1104上，经过偏折，从1105的周侧通过，经过透镜(组)1112以及反射镜1107的偏折，最终入射到探测器(阵列)1103上。

由于在视窗边缘(例如图4A及图11A中的视窗1101左侧边缘，或者称为光探测装置的最的探测视场的最左侧视角)可能有强度较大的光线入射(尤其是在遇到高反射率的障碍物时)，如果进入接收信号的光路，也会对光探测端产生强光干扰。故在一些示例中，如图11B 所示，所述第二透镜1112B的立设方向可以并非是沿横向平面的垂直方向(即高度方向)，而可以是相较于所述垂直方向有一定的偏角(向下倾斜)，比如3°～6°或6°～9°中的取值，从而以将边缘视场角入射的杂散光经过倾斜的透镜1112B以及反射镜1107B之后，可以偏转至偏离于光探测端1103上光探测器阵列的位置，比如像图上底纹箭头所示打到1110的侧壁，从而可以改善视场杂散情况。

可选的，在发射信号的光路中可以设置至少一个所述第二重定向件1106，比如反射镜，以形成折叠的发射信号的光路。相应的，光发射端1102的位置可以调整，例如图11A中位于左侧边壁，其发射信号经第二重定向件1106反射向所述第一重定向件1105。同理可选的，接收信号的光路中也可以设置至少一个所述第三重定向件1107，比如反射镜，以形成弯折的接收信号的光路，使得光探测端1103的位置也能变化，例如位于图中光探测装置的后壁附近位置。光发射端1102和光探测端1103的位置可变，可以设置在需求位置以配合光探测装置内的空间布局需求，而且光发射端1102和光探测端1103位置之间可设置得较远，以减少串扰可能。

在图11A中，发射信号的光路如虚线箭头所示，接收信号的光路如底纹箭头所示。

示例性地，所述第一重定向件1105可以被封装在第一套体1108中，所述第一套体1108 沿发射信号的光路向靠近光发射端1102方向延伸，第一套体1108对应第二透镜1112一面可以设置透光部(开口，或设置透光件的窗口等)。在第一套体1108的覆盖范围内，能有效隔离发射信号和回波信号，从而减小发射信号和回波信号之间的串扰。可选的，所述第一套体 1108可以是套筒实现，所述套筒可以是硬质的。

为减小光发射端1102到第一重定向件1105之间的光路段受到回波信号的干扰，也可以在这一光路段设置第二套体1109，所述光发射端1102与第二套体1109一端对应。所述第二套体1109沿发射信号的光路向第一重定向件1105延伸，并在另一端形成光输出口。可选的，第一透镜1111可以设置在第二套体1109的光输出口处。可选的，所述第二套体1109可以是套筒实现，所述套筒可以是硬质的。

进一步可选的，当存在第一套体1108的情形下，所述第二套体1109的光输出口一端的可与所述第一套体1108延伸的一端相接，以尽可能地减少串扰。需说明的是，所述相接可以是无缝或者留有缝隙的。

同理，可选的，对应接收信号的光路也可以配置第三套体1110。所述光探测端1103可与第三套体1110一端对应；所述第三套体1110沿接收信号的光路向第一重定向件1105延伸，并在另一端形成光输入口，以用于接收回波信号。可选的，所述第三套体1110可以是套筒实现，所述套筒可以是硬质的。

示例性地，第一套体1108、第二套体1109和第三套体1110可以通过例如螺丝锁固、粘接或者卡合等方式固定在光探测装置的壳体或固定在安装在壳体的支架上。

需说明的是，虽然实施例中展示了所述第一套体1108、第二套体1109以及第三套体1110，但是在实际示例中可以选择其中任意一个或多个组合使用，而非以上述实施例为限。

另外可选的，发射信号的光路和接收信号的光路之间还可设置阻隔部1113，以减少相互串扰。所述阻隔部1113呈现为例如曲折部等，该曲折部的表面可以呈现例如图示的尖凸面，也可以是弧面或平面等，结构并不限制。该曲折部可以阻碍光发射端和光探测端的直接传输路径，从而降低串扰。在一些可选示例中，所述第二套体1110表面也可以设置与该曲折部互补结合的凹部，从而进一步增加对落入的光信号的阻碍作用。

如之前实施例，光发射器阵列和光探测器阵列之间形成多个探测通道，在一次光信号的发和收中，光发射器阵列中的多个光发射器被激活发光，光探测器阵列中的多个光探测器被激活进行探测，它们所构成多个探测通道。在此过程中，一同工作的探测通道之间有可能形成串扰。

为了降低探测通道之间的串扰，在一些实施例中，可以将每个光发射器行或列分成多个光发射器组(Bank)，每个光发射器组可对应于一个探测通道。在一次信号传送过程中，光发射器阵列工作时，从各个光发射器组中分别选择光发射器以来进行发光。这样可以增加同一次信号传送过程被激活工作的不同探测通道的光发射器之间的隔离空间，即被激活的两个光发射器之间的未被激活的各光发射器所占用的空间，从而减少串扰。同理，对于光探测器阵列，也可以划分成光探测器组，在一个信号传送过程中从对应不同探测通道的各光探测器组中分别选择光探测器进行激活，也能形成同一次信号传送过程被激活工作的不同探测通道的光探测器之间的隔离空间，从而减少串扰。

可选的，上述对光发射器阵列分组及分别选择光发射器在一信号传送过程激活，以及对光探测器阵列分组及分别选择光发射器在一信号传送过程激活，可以是择一或者一并实施的。当一并实施时，能更有效地降低一个信号传送过程中一同工作的多个探测通道(尤其是相邻探测通道)之间的串扰。

为简化表述，以下仅以对光发射器阵列进行光发射器组的划分进行举例图示说明。如图12A所示，展示根据图3B的示例结构进行光发射器组的划分的结构示意图。在此示例中，以列方向连续排布的每8个光发射器为一个单位，一列中的两个单位即16个光发射器为一个光发射器组，一共形成8个光发射器组，即Bank0～Bank7。在一次光信号的发和收中，可以选择每个Bank中的一个光发射器进行激活，则一个信号传送过程有8个光发射器进行发光，图中以斜线条底纹表示。

可见，通过对光发射器分组并分别选择光发射器发光，每个光发射器组所包含的光发射器数量越多，则在被激活的光发射器之间的隔离空间越大。

需说明的是，图12A中光发射器组的划分方式只是示例，并不唯一。例如，也可以将图中的列方向连续排布的8个光发射器的一个单位为一个Bank，或者以一列中的3个以上单位为一个Bank，或者以离散排布的例如不同行、不同位置的数量不定的光发射器为一个Bank，并非以此为限。

示例性地，相邻光发射器行之间或光发射器列的各光发射器组之间也可以在延伸方向上交错排布。例如，在图中以一个单位为一个Bank的情况下，可见相邻列Bank在列方向上是间隔交错地排布的。此示例与之前相邻光发射器列或行中的光发射器之间的交错排布，在增加分辨率的目的上是相似的。

在一些示例中，每个光发射器组中的各个光发射器和/或每个光探测器组中的各个光探测器被激活的信号传送过程不同。具体举例来说，在一个信号传送过程中，Bank0中的a1被激活，Bank1中的b1被激活，其它Bank各选择一个光发射器激活；在下一个信号传送过程中， Bank0中的a2被激活，Bank1中的b3被激活等，其它Bank各自选择另一个光发射器激活。以此类推，直至每个Bank中的光发射器均激活过之后，再重新轮流激活。

同理，每个光探测器组中的各个光探测器也可以是在不同信号传送过程轮流被激活。例如，光探测器组Bank9中的光探测器i2和a1之间对应构成一个探测通道，i1和a2构成一个探测通道；Bank10中的j1和b1构成一个探测通道，j2和b2构成一个探测通道。当一信号传送过程中a1和b1被激活，i2和j1也被激活，以此类推。

如图12A中展示有8个BANK，每个BANK有16个光发射器，一共128个光发射器。若1个光发射器和1个光探测器构成一个探测通道，则一共有128个探测通道，也就是“128 线”。在每个信号传送过程中128个探测通道中的8个一同工作，经16次信号传送过程全部探测通道均遍历。每个光发射器可以采用例如VCSEL激光器，实现极高的垂直分辨率约0.2°。

在具体应用场景中，光探测装置可以实现为应用在行驶载具(例如车辆)上的激光雷达。通常在激光雷达领域，每1帧探测会得到一个探测结果(例如1幅点云图)，这幅点云图涵盖整个水平和垂直视场。

在例如道路行驶场景中，障碍物可能是路面上的人或者车辆，而这些对于无人驾驶非常重要。在激光雷达的各个探测通道中，中间的探测通道的视场会较多地覆盖路面上的人或者车辆；越靠近边缘的探测通道，其离开上述路面的障碍物越远。可以理解的，光发射器阵列中间区域的光发射器属于所述中间的探测通道，光发射器阵列边缘区域的光发射器属于边缘的探测通道。

为了提高近距离障碍物探测的效果，激光雷达在在一次探测(比如对应一个水平视场角下的探测)中，除了测远(例如150m)外，激光雷达可以再额外发光用来测近(例如3m)的光，测远和测近的结果合并在一起得到探测结果。在具体实例中，测近动作和测远动作可以分别通过不同的飞行时间窗口实现，飞行时间窗口指的是一个飞行时间范围，其计算方式如τ＝2×d/c，其中，τ是从光发射器发出发射信号到接收到回波信号的飞行时间，d为障碍物距离，c为光速，2倍d表示发射信号和回波信号往返的距离。比如，探测150米距离的物体，则限制只接收在150米距离中可能的预设飞行时间范围中得到的回波信号，超过这个预设飞行时间范围的回波信号被排除在外。

在可能的实例中，测远动作对应的距离可以是100米～150米，或150米～200米，或200 米～250米；测近动作对应的距离可以是3米～5米，5米～10米等。

在可能的实例中，测近动作和测远动作之间可以使用部分重复或者全部重复的探测通道，比如光发射器阵列第一方向上中间区域的光发射器用于测远距离250米和测近距离3米时使用。在以测远为主而测近为辅的情形下，可以在每次探测中的动作频次、探测通道的资源上向测远动作倾斜，比如每4次测远动作之后进行1次测近动作等。

在可能的实例中，对近距离测量时，使用的光发射器数量较少，相应的探测通道数也对应减少。比如，限制仅挑选8个Bank中的靠近中心区域的通道进行近距测量使用，可挑选比如＜128的部分如40个光发射器，每个光发射器对应一个探测通道的话，则构成40个探测通道，40个探测通道依次轮询进行测近动作。可选的，测近动作和测远动作在对通道的轮询方式上也有区别。例如，在每个测远动作的一次信号传送过程中，在中间区域的多个BANK(比如图12A中的BANK2、3、4、5)分别选择一个通道的光发射器一同工作；在每个测近动作的一次信号传送过程中，在中间区域的多个BANK中，只选择一个BANK中的一个通道进行工作。

在可能的实例中，所述测远动作所对应的探测距离有多种，比如150米和250米。若被激活的光发射器在光发射器阵列中的位置越靠近中心，则对应的预期探测距离越远，也就是预期提供的探测时间窗口越大。举例来说，图3B中在垂直方向上中部区域中比较靠中间的光发射器提供250米的测距窗口(窗口τ＝2×d/c)，预计最远可探测250m；相对边缘的光发射器提供150米的测距窗口，预计最远可探测150m。

上述关于光发射器的激活方式只是一些示例，并不限制其实施可能。比如在其它示例中，可以配置对应于一个垂直视场的多个光发射器(比如同一行上的)，但是此多个光发射单元不一同发光(比如轮询发光)，可以增加各自的寿命和可靠性。

在一些实施例中，通过配置光发射器阵列及相应驱动电路的驱动方式，可以达到对其中的每个光发射器单独控制；从而，可以选择对各个光发射器进行轮询发光，也可以一同发光，或者其它任何组合方式发光。比如，光发射器阵列中的各个光发射器可以按照任意的顺序、间隔、信号特征(如波长、脉冲宽度、脉冲数量、脉冲峰值及脉冲间时间间隔中的一种或多种组合)等进行轮询，从而实现灵活的电子扫描(e-scanning)。

在一些示例中，为降低探测通道间串扰，在同一次信号传送过程中工作的各个探测通道中传输的光信号之间的信号特征不同。其中，每个探测通道中传输的光信号包括发射信号和相应的回波信号。在光探测设备中还可以包括控制模块，可以用于根据信号特征进行信号所属探测通道的判断。

具体的，光探测端的光探测器将接收到的光信号转换成电信号，并可以经一定信号处理 (例如滤波、模数转换等)后，传递给控制模块；控制模块可以判断回波信号的信号特征是否与所属探测通道光发射器的发射信号的信号特征相匹配，并在匹配时将该回波信号用于所属探测通道以进行探测结果的计算，例如计算目标物的距离等。在具体实例中，所述控制模块可以通过例如微控制单元(MCU)、可编程门阵列(FPGA)、或片上***(SoC)实现。

在一些示例中，每个光发射器由驱动电路的驱动信号激活，所述驱动信号可以由光发射器的驱动电路产生。可选的，所述驱动信号可以包括一或多个脉冲电信号(例如周期性的脉冲信号)，则所述光发射器的发射信号也相应包括一或多个的脉冲光信号。在相应示例中，所述信号特征的维度可以包括：波长、脉冲宽度、脉冲数量、脉冲峰值及脉冲间时间间隔中的一种或多种组合。

通过实例对各种维度的信号特征进行原理说明。

在采用波长作为信号特征的示例中，每个光发射器组发射信号的波长不完全相同，进一步，在同一信号传送过程中工作的光发射器发射信号的光波长不同。作为示例，BANK0、 BANK1、BANK2、BANK3在同一轮次中分别有一个光发射器发射信号，将BANK0设置为发出λ0波长的光信号的多个光发射器，相应的BANK1～BANK3分别设置为发出λ1～λ3波长的光信号的光发射器，λ0≠λ1≠λ2≠λ3。由此，在每个轮次分别从四个BANK中各选择一个光发射器发射光信号，任一轮次中一同发射信号的四个光发射器发出的信号波长均不相同。

进一步，光探测器阵列中，提供与光发射器组相对应的光探测器组，每个光探测器组中的各个光探测器光路上游可以设置滤光单元，每个所述滤光单元可配置为仅可供本探测通道对应的波长的回波信号通过，从而滤除其他探测通道的回波信号以及环境光干扰。

作为另一示例，设光发射器阵列中划分成n个光发射器组。每个光发射器组发射信号的光波长不同，分别为λ1～λn。由此，在光发射器阵列中，适于一同发射最多n个发射信号。当在n个光发射器组中任意多个光发射器组选择光发射器进行激活时，一同发射的多个光发射器能够发出不同波长的信号光束。当选择n个光发射器组一同进行激活时，在一次光信号的发和收中，每个光发射器组分别选择一个光发射器发射信号进行探测，发射信号的光束经发射透镜射出，经目标物反射形成回波信号。各回波信号的波长与对应入射的发射信号相同，也为λ1～λn，n个回波信号经视窗回到光探测装置内，经接收透镜向光探测器阵列发送。光探测器阵列中，可以对应n个光发射器组提供n个光探测器组，每个光探测器组中的各光探测器前部可以设置滤光单元，每个所述滤光单元可配置为仅可供本探测通道对应的波长的回波信号通过，而一次光信号的传输中中一个光探测器组中选择一个光探测器被激活，从而使得 n个回波信号能分别被n个光探测器所分别探测到，而不会探测到其它波长的回波信号，从而降低了干扰。

在采用脉冲宽度作为信号特征的示例中，每个发射信号可以包含多个脉冲，这些脉冲宽度的比例可以配置成不同，比如2:3:1:....，以作为此发射信号的信号特征(可以进行编码而得到信号特征编码)。在同一信号传送过程中，一同工作的不同探测通道的发射信号的脉冲宽度比例不同。作为示例，可以通过不同BANK的脉冲宽度比例不同来实现，例如图12B所示， BANK0中每个光发射器的发射信号所包含的多个连续脉冲采用1:2:1:....的脉冲宽度比例， BANK1中每个光发射器的发射信号所包含的多个脉冲采用1:2:3:....的脉冲宽度比例；其它各个BANK的脉冲宽度比例也都不相同。则在同一信号传送过程中，选自不同BANK的光发射器的发射信号的脉冲宽度比例互不相同，使得各自分别产生的回波信号的脉冲宽度比例也不同。通过判断回波信号的脉冲宽度比例是否与本探测通道的发射信号的脉冲宽度比例相同，可以判定该回波信号是否属于本探测通道的回波。在回波信号的脉冲宽度比例与本探测通道发射信号脉冲宽度比例不同时，将其作为干扰信号滤除。从而，通过不同的脉冲宽度作为信号特征，来区别不同探测通道的回波信号归属。

在采用脉冲间时间间隔作为信号特征的示例中，在同一信号传送过程中，一同工作的不同探测通道的发射信号的脉冲间时间间隔比例不同。作为示例，可以通过不同BANK发射信号的脉冲间时间间隔比例不同来实现。例如图12C所示，BANK0中光发射器的发射信号所包含的多个连续脉冲的脉冲时间间隔比例为2：3：1：...，BANK1中光发射器的发射信号所包含的多个连续脉冲的脉冲时间间隔比例为2：2：3..。从而各自产生的回波信号的脉冲时间间隔比例也不同，通过判断回波信号的脉冲间时间间隔比例是否与本探测通道发射信号的脉冲间时间间隔比例相符，以区别不同探测通道的回波信号归属。

在采用脉冲数量作为信号特征的示例中，在同一信号传送过程中，一同工作的不同探测通道的发射信号所包含的脉冲数量不同。作为示例，不同BANK的光发射器的发射信号所包含的脉冲数量不同，从而各自产生的回波信号的脉冲数量也不同，通过判断回波信号的脉冲数量是否与本探测通道发射信号的脉冲数量一致，以区别不同探测通道的回波信号归属。

在采用脉冲峰值(对应光强度峰值或转换为电信号的峰值)作为信号特征的示例中，在同一信号传送过程中，一同工作的不同探测通道的发射信号所包含多个脉冲的峰值强度比例不同。作为示例，通过不同BANK的光发射器的发射信号所包含的多个脉冲的脉冲峰值强度比例不同来实现。例如，BANK0中光发射器的发射信号所包含的多个脉冲的脉冲峰值比例为X：Y：Z：...，BANK1中光发射器的发射信号所包含的一个或多个脉冲的脉冲峰值均为 W：X：Y...。从而各自产生的回波信号的脉冲峰值比例也不同，通过判断回波信号的脉冲峰值强度比例是否与本探测通道发射信号的脉冲峰值强度比例一致，以区别不同探测通道的回波信号归属。

另外，也可以对以上信号特征进行组合来产生不同探测通道的光信号的信号特征。

需要说明的是，上述比例，如脉冲宽度比例、脉冲间时间间隔比例、脉冲峰值强度比例，整数比仅为示意，在实际应用中，上述比例可以为任意数值。

可以理解的是，通过信号特征来区分所属的探测通道的各种实施例中的一个或多个的实施例，光探测装置可以是激光雷达，可以轮询、自由选取任意一个激光器或者任意组合的激光器(可以通过对激光器寻址)，实现高自由度的探测扫描，从而达成至少多方面的目的。

一方面，可以实现探测目标、区域的自由选取。具体的，当所述光探测装置为激光雷达，而可搭载在例如行驶载具(例如智能驾驶车辆等)并随之行进进行探测。若根据某次扫描的点云数据识别出特定目标物或者感兴趣的区域，则在下次需要再次扫描时，可以通过自由寻址来选取只开启/扫描这个特定目标物或者感兴趣区域，可应用于例如对特定目标物或者感兴趣区域的加密扫描等实施中。

另一方面，可以减少探测通道串扰。由于可自由选择具体发光或者扫描的区域，在探测时也可以如图12A实施例中选取物理间距尽量大的激光器在同一次信号传送过程发光，极大程度降低探测通道串扰，相比于目前的激光雷达产品而言，能达到更好的信噪比和探测效果。

再一方面，还能降低采集点云数据所需要的探测次数，使得光探测装置整体功耗得到降低。因为在线束量趋增的技术趋势下，线束量越大则对应消耗能量越多，会引起额外的散热及可靠性问题。

在一些实施例中，光发射器可以采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)，而具有发散角空间对称分布的优点。针对VCSEL具有较大散射角的问题，一般采用单个大口径透镜对整个VCSEL进行准直，可能会使等效发光面变大而降低功率密度。鉴于此，可以在VCSEL的发光面上外加分离的或者直接压印微透镜阵列(micro-lens array，MLA)。

垂直腔面激光发射器(VCSEL)包括多个发光单元(如发光点)，所述微透镜阵列中的每个微透镜单元与发光单元一一对应且形状匹配地设置。为避免微透镜单元之间存在间隙而出现不能得到准直的漏光，会影响垂直腔面激光发射器的功率密度，因此可选示例中，所述多个发光单元按多边形排布，每个所述微透镜单元为相应的多边形形状且相互拼合。所述多边形可以是三边以上的形状，比如三角形、平行四边形、矩形、正方形、正五边形或其它五边形、正六边形或其它六边形、或其它更多边的形状。

如图13A所示，展示本申请一实施例中微透镜阵列的结构示意图。在此示例中，各个发光单元131A按矩形排布，相应的各微透镜单元132A为正方形，各个微透镜单元132A边边相接地拼合为基本无间隙的微透镜阵列。

如图13B所示，展示本申请另一实施例中微透镜阵列的结构示意图。在此示例中，各个发光单元131B按正六边形排布，相应的各微透镜单元132B为对应的正六边形，各个微透镜单元132B边边相接地拼合为基本无间隙的微透镜阵列，呈现为图示的蜂巢状。在可选示例中，正六边形的微透镜单元的尺寸设置为其内接圆的直径长度等于相邻发光单元的中心间距，实现密布。

另外，在可选示例中，微透镜的面型可以根据准直要求设计为平凸(即一侧为凸，另一侧为平)形状，其凸侧可为球面或非球面。在可选示例中，还可以在MLA的平侧和/或凸侧面镀有VCSEL波长的增透膜来提高透过率。

在一些示例中，所述微透镜阵列可以通过半导体工艺印刻于光发射器的发光面。当所述光发射器为背发光式(Back Side Illumination，BSI)的VSCEL，印刻微透镜阵列的工艺难度会降低。具体来讲，VSCEL中的各个发光单元的出光方向是从有源区指向衬底的方向，即从衬底一侧出光，在衬底表面可以直接加工形成各个微透镜而形成微透镜阵列，相较于另外安装精准对应每个发光单元的分离的微透镜阵列而言，工艺难度大大降低。

在一些示例中，视窗的形状也可以设置成更利于收集回波信号的形状。如图14A及图14B 所示，展示本申请一实施例中表现光探测装置的视窗结构的俯视透视结构示意图。所述视窗 140设置为曲面形状，具体可以包括曲面的第一部分141及第二部分142，第一部分141是发射信号和回波信号会通过的区域，第二部分142是发射信号和回波信号不经过的区域，第二部分142可以是任意形状。这样一来，一方面增大了光探测装置的FOV，另一方面也对接收的回波信号有一定的指心的汇聚作用，也提高了回波信号的质量而提升探测性能。图14中绘出旋转件143只是用于供参考光探测装置当前的摆放姿态。

在图2A、图3A、图4A、图4B、图5等实施例中的光探测装置，其旋转件设于其内部横向上的相对左侧，即靠近视窗左边。从视窗的靠右视角入射的回波信号，可能相对靠左视角入射的回波信号来讲，在向光探测端传输的过程中损失更大，因此可对对应于靠右视角的探测通道的回波信号进行补偿计算。具体的，所述补偿计算可以由光探测装置中的控制模块 (例如FPGA、SoC等实现)来完成。

本申请实施例中还可以提供行驶载具，其包括前述实施例中的光探测装置。具体实例中，所述行驶载具可以实现为车辆，例如电动或汽油驱动的汽车，可以是非自动驾驶、半自动驾驶(辅助)、无人驾驶汽车。所述光探测装置可以实现为机械式激光雷达，具体可以是前向式激光雷达，即如前述实施例(例如图2A、图3A、图4A、图4B、图5)所示姿态设置于车辆上，其视窗朝向前方而进行探测作业。

在可选示例中，所述光探测装置可以设置在车辆的前部，即例如车头位置。对光探测装置可以采用隐藏式的安装方式，例如嵌入车壳地安装在车灯内、车灯旁、车标、或保险杠等位置。由于所述光探测装置不必再采用收、发模块上下堆叠的结构，在高度方向上能大大减小，从而更加灵活地适配于车辆的安装空间，且能通过收发光路重叠而大幅消除近距离盲区的问题。另外，也可配合前述各种实施例中的可选示例而进一步提升探测性能。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (30)

1.一种光探测装置，其特征在于，包括：

视窗；

光发射端，包括光发射器阵列，配置成输出发射信号；所述光发射器阵列包括相互错开的N列光发射器，每一列光发射器沿第一方向延伸，N＞1；

光探测端，包括：光探测器阵列，配置成探测所述发射信号遇到障碍物后被反射的回波信号；所述光探测器阵列包括相互错开的M列光探测器，每一列光探测器沿所述第一方向延伸，M＞1；所述光发射器阵列及光探测器阵列构成多个探测通道，形成对第一方向视场的扫描，每个探测通道包括至少一个光发射器以及至少一个光探测器，每个探测通道对应一个第一方向视场；以及

光信号重定向组件，配置成通过运动以对发射信号进行偏折，使得发射信号从光探测装置的视窗出射，实现对第二方向视场的扫描，以及对所述回波信号重定向，使得所述回波信号传输至所述光探测端；

其中，所述发射信号的光路和所述回波信号的光路至少在所述视窗至光信号重定向组件之间构成重叠。

2.根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，

所述光发射器阵列中的光发射器为垂直腔面激光发射器；设有用于准直发射信号的微透镜阵列。

3.根据权利要求2所述的光探测装置，其特征在于，每个所述光发射器包括多个发光单元，所述微透镜阵列中的微透镜单元与发光单元一一对应且形状匹配地设置。

4.根据权利要求2所述的光探测装置，其特征在于，所述微透镜阵列相对于光发射器分离地设置，或者印刻在光发射器的发光面。

5.根据权利要求2所述的光探测装置，其特征在于，所述光发射器为背发光式的半导体结构，所述微透镜阵列印刻在所述半导体结构的衬底的表面。

6.根据权利要求2所述的光探测装置，其特征在于，在发送发射信号至探测对应的回波信号的一次信号传送过程中，所述光发射器阵列中被激活的多个光发射器分别同所述光探测器阵列中被激活的多个光探测器之间形成处于工作状态的多个光信号传输探测通道；所述光发射器阵列包括多个光发射器组和/或光探测器阵列包括多个光探测器组；所述被激活的各个光发射器分别属于不同的光发射器组和/或所述被激活的各个光探测器分别属于不同的光探测器组。

7.根据权利要求6所述的光探测装置，其特征在于，每个光发射器组中的各个光发射器和/或每个光探测器组中的各个光探测器在多次信号传送过程中轮流被激活。

8.根据权利要求7所述的光探测装置，其特征在于，所述光探测装置在预设数量次信号传送过程中执行测远动作之后，在下一次信号传送过程中执行测近动作。

9.根据权利要求8所述的光探测装置，其特征在于，所述光发射器阵列在第一方向上中部区域的第一数量的光发射器在测远动作中被激活，第二数量的光发射器在测近动作中被激活；所述第一数量大于第二数量。

10.根据权利要求8所述的光探测装置，其特征在于，所述测远动作所对应的探测距离有多个；其中，被激活的光发射器在光发射器阵列中的位置越靠近中心，对应预期探测的距离越远。

11.根据权利要求8所述的光探测装置，其特征在于，在同一次信号传送过程中工作的各个探测通道中传输的光信号之间的信号特征不同。

12.根据权利要求11所述的光探测装置，其特征在于，所述发射信号包括一或多个脉冲信号；所述信号特征的维度包括：波长、脉冲宽度、脉冲数量、脉冲峰值及脉冲间时间间隔中的一种或多种组合。

13.根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，所述光发射器阵列和光探测器阵列相配合地配置成达到32线以上的线束量。

14.根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，所述光信号重定向组件包括：

旋转件，受控而转动，其包括至少一个反射面，适于接收回波信号和/或输出发射信号；

第一重定向件，位于发射信号的光路和接收信号的光路中，配置成向旋转件输出发射信号及回波信号中的一者，并形成有供回波信号及发射信号中另一者通过的通过部。

15.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述通过部包括：形成于所述第一重定向件的旁侧和/或中部的一或多个空隙。

16.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述第一重定向件包括：用于将发射信号向旋转件输出的第一区域，以及第一区域以外用于透射回波信号的第二区域。

17.根据权利要求16所述的光探测装置，其特征在于，包括：遮光件，设于透射所述第一重定向件的发射信号的传播路径上。

18.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述第一重定向件远离所述旋转件的一端的至少部分端面配置为第一反射面；所述第一反射面与所述发射信号的光路中通向第一重定向件的第一光路段的轴线之间配置成第一预设夹角，以将沿第一光路段所传输来的光信号偏离于所述接收信号的光路；和/或，所述第一重定向件远离所述旋转件的一端的至少部分端面配置为第二反射面；所述第二反射面与所述接收信号的光路中从第一重定向件起始的第二光路段的轴线之间配置成第二预设夹角，以将沿所述第二光路段传输来的光信号偏离于所述发射信号的光路。

19.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述第一重定向件在靠近旋转件的一端的端面配置成平行于所述旋转件至第一重定向件之间接收信号的光路的光路段的轴线方向。

20.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述旋转件包括两个以上的反射面。

21.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述第一重定向件被封装在第一套体中，所述第一套体沿发射信号的光路向靠近光发射端方向延伸。

22.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述第一重定向件的尺寸与出射光束的发散角成正比，与回波光束的横截面成反比。

23.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，包括：收发透镜，配置在旋转件和第一重定向件之间，用于对来自旋转件一侧的回波信号汇聚后向第一重定向件的通过部传输，以及供来自第一重定向件一侧的发射信号通过。

24.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述光发射端与第二套体一端对应；所述第二套体沿发射信号的光路向第一重定向件延伸，并在另一端形成光输出口；

和/或，所述光探测端与第三套体一端对应；所述第三套体沿接收信号的光路向第一重定向件延伸，并在另一端形成光输入口。

25.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，包括：第二透镜，设于接收信号的光路中并位于光探测端和第一重定向件之间。

26.根据权利要求25所述的光探测装置，其特征在于，所述第二透镜沿相对光探测装置的纵向间成一预设偏角的方向立设，以将边缘视场角入射的光线偏转至偏离于光探测器阵列。

27.根据权利要求14所述的光探测装置，其特征在于，所述光探测装置包括：控制模块，用于对在远离所述旋转件的相应视场角所对应的光传输探测通道接收到的回波信号进行补偿处理。

28.根据权利要求1所述的光探测装置，其特征在于，所述光探测装置为前向激光雷达，M＝N＞32。

29.一种行驶载具，其特征在于，包括：如权利要求1至28中任意一项所述的光探测装置。

30.根据权利要求29所述的行驶载具，其特征在于，所述行驶载具为车辆，所述光探测装置为前向激光雷达，安装于所述车辆的前部。

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