[发明专利]一种阵列式相干测距芯片及其系统

说明书

本发明公开了一种阵列式相干测距芯片及其系统，该芯片包括：调制光源单元、片上发射单元以及接收阵列，调制光源单元用于产生调制光束，并将调制光束分为信号光和参考光输出；片上发射单元用于将信号光以预设发散角照射到目标物体上反射形成多角度信号光；接收阵列用于接收参考光和所述多角度信号光，并将参考光和每个角度的信号光分别进行转换探测后得到多个测距信号。通过实施本发明，采用芯片的方式实现激光测距，结构紧凑，可靠性高，降低了测距的成本；同时采用参考信号和反射信号进行相干测量的方式，选择恰当的参考功率可实现信号幅度控制，扩大测距范围，具有抗环境光干扰的作用；通过同时接收多角度反射光，可以使得多像素数据并行处理。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种阵列式相干测距芯片及其系统。

背景技术

激光雷达(Laser detection and ranging,LiDAR)是一种远程传感技术，其在自动驾驶，虚拟/增强现实，光通信等领域内有着广泛且不可替代的应用，其通过发射特定波长和方向的激光照射被测目标，并对返回信号进行测量来完成对被测目标的距离的探测。

目前激光雷达测距原理主要包括两种，第一种是飞行时间法，通过探测发射和接收到的光脉冲的时间延时确定物体的距离，但是这种方法的缺点是测距距离较短，且只能实现单点测量且抗干扰能力很弱；第二种是相干探测，根据对激光调制方法的不同，比较常见的方案有：调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)和啁啾调幅(chirped amplitude modulated,CAM)等。该方法的优点是具有强的抗环境干扰的能力且对光源功率的要求并不高。

现有技术中，为了使激光雷达系统有大的视场角和小的发散角，需要对输出的信号光进行适当的处理，处理的方法一般包括：闪光(Flash)、MEMS微镜和光学相控阵(Optical Phased Array,OPA)三类。其中，光学相控阵和Flash方案，因不包含机械移动或旋转结构，使得激光雷达具有可靠性高，结构紧凑的优点。

作为一种成熟的方案，Flash基于宽发射角光源和探测器阵列实现对视场内多角度同时发射和接收，并基于飞行时间法(Time of flight,TOF)获得距离信息。但其光源出射总功率受到人眼安全功率的限制，由于光源为多角度同时出射，因此单位角度内发射功率有限，目标反射的光信号强度与目标距离成平方反比关系，而飞行时间法探测器阵列仅能够识别高于噪声限的信号，使探测距离受到限制。

另一方面，若环境光中包含发射波长成分，则环境干扰与信号叠加可能导致探测器饱和，而无法识别目标信号，因此基于飞行时间法的Flash方案易受环境光影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种阵列式相干测距芯片及其系统，以解决现有技术中激光雷达测距有限、抗干扰强度差的技术问题。

本发明实施例第一方面提供一种阵列式相干测距芯片，该芯片包括：调制光源单元、片上发射单元以及接收阵列，所述调制光源单元用于产生调制光束，并将所述调制光束分为信号光和参考光输出；所述片上发射单元用于将所述信号光以预设发散角照射到目标物体上反射形成多角度信号光；所述接收阵列用于接收所述参考光和所述多角度信号光，并将所述参考光和每个角度的信号光分别进行转换探测后得到多个测距信号。

可选地，所述接收阵列包括：多个接收单元，每个接收单元包括衍射结构、光组合组件和探测器，所述衍射结构接收相应角度的反射光，将相应角度的反射光引导到所述光组合组件的输入端；所述光组合组件接收所述参考光和相应角度的反射光，将所述参考光和相应角度的反射光组合成复合信号，并将所述复合信号分离为第一检测信号和第二检测信号；所述探测器接收所述第一检测信号和所述第二检测信号，将所述第一检测信号和所述第二检测信号转换为电信号，并将电信号的差值输出得到所述测距信号。