[0001] 本申请涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达。

[0002] 激光雷达为测距设备，测距原理为发射系统发射激光束，激光束经过目标物后反射，接收系统接收反射光，根据反射光进行测距。

[0003] 但在激光雷达工作过程中，设备运行温度和激光二极管的管芯温度会比环境温度高，导致激光二极管的波长发生偏移，造成偏移后波长漂移出窄带范围。目前的方式为通过
增加滤光片的带宽解决，但会使得激光雷达接收更多的环境光，从而降低激光雷达的测距
能力。

[0029] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不
用于限定本申请。

[0030] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，
不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和
“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0031] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0032] 在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明
示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如，
两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0033] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0034] 在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0035] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以
是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平
的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施
方式。

[0036] 在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特
征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多
个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

[0037] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同
的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和
隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0038] 激光雷达作为一种测距设备，测距能力是关键指标之一，收发系统为其核心模组之一，发射系统发射激光，激光经过目标物后，反射激光经接收系统接收。测距能力往往由
返回信号的信噪比决定，信号和噪声达到一定信噪比时，信号处理系统才能分辨出信号，得
到测距信息，通常信噪比越强测距能力越强。

[0039] 现有技术通常会通过增大激光雷达的光学接收口径(增大接收能量)、增大发射能量、限制窄带滤光片带宽等方案，增大接收信号，减小噪声信号。

[0040] 但是，增大接收口径往往会增大设备尺寸，不符合车载设备小型化要求，增大发射能量存在热耗、人眼安全等问题。

[0041] 由于激光雷达接收环境光的能量与窄带带宽成正比，带宽越宽，接收环境光能量越强。接收芯片具备宽带宽响应特性，为了提升信号的信噪比，往往需要在激光雷达中添加
窄带滤光片2进行滤光处理，将激光器附近波长波段以外的光波段进行滤光处理，如图1所
示。在发射能量不变情况下，信噪比越低，测距能力越弱。而为了得到更高的信噪比，需要较
窄的窄带带宽，限制窄带滤光片带宽可有效减小接收环境光噪声信号，但激光雷达在运行
时温度会高于环境温度，激光器(laser device，LD)的管芯温度会比环境温度更高，当设备
中温度升高时，激光器的中心波长会发生偏移，造成中心波长漂移出窄带范围。为了避免中
心波长发生漂移，若为了按正常的环境温度进行设置窄带滤光片带宽，往往会增加带宽范
围，从而引起系统接收到更多的环境光，导致系统信噪比下降，影响系统的接收能力，降低
激光雷达的测距能力。为了解决上述温度变化导致的中心波长漂移和测距能力低不能同时
兼顾的问题，本申请提出一种激光雷达。

[0042] 图2为一个实施例中激光雷达的结构示意图，如图2所示，激光雷达包括发射模组200和接收模组100，接收模组100包括接收芯片1以及窄带滤光片2，窄带滤光片位于接收芯
片1之前的回波接收通道上，用于对接收的回波进行窄带滤光；窄带滤光片2对应的激光雷
达的系统中心波长基于预设温度下激光雷达的激光器中心波长设置，预设温度Cx满足如下
关系：C0+20℃＜Cx＜C0+60℃，其中，C0为室温。

[0043] 其中，接收模组100还包括接收透镜3，接收透镜3设置于窄带滤光片2之前的回波接收通道。

[0044] 由于激光雷达中激光器本身在正常工作时会产生热量，预设温度包括了激光器自身温度和室温，例如，在保证激光器出光功率不变的情况下，提升LD重频，激光器自身产生
的热量会增加，激光器温升会加剧，激光器管芯温度温升为20℃。优选的，预设温度CX＝60
℃。

[0045] 在本实施例中，如图2所示，激光雷达包括发射模组200和接收模组100，其中，发射模组200中包括激光器和两个发射透镜，接收模组100包括接收芯片1以及窄带滤光片2，窄
带滤光片2位于接收芯片1之前的回波接收通道上，窄带滤光片2之前的回波接收通道上设
置有两个接收透镜3。发射模组200中的激光器发射激光，通过两个发射透镜到达目标物，激
光经过目标物后发射经接收模组的两个接收透镜3达到接收芯片1。

[0046] 在一个可能的实现方式中，如图3所示，图3为一个实施例中窄带滤光片的中心波长随旋转角度变化的曲线示意图，从图中可知，窄带滤光片的角度由0°正入射变化到20°
时，窄带滤光片2的中心波长由1563nm移到1528nm，中心波长移动了35nm，可知通过旋转窄
带滤光片的角度可以改变窄带滤光片的中心波长。窄带滤光片2的中心波长与激光雷达的
系统中心波长一致的情况下，发射波长与接收波长一致，从而提高激光雷达的测距能力。因
此，可以基于预设温度下激光雷达的激光器中心波长确定激光雷达的系统中心波长，将窄
带滤光片2调整到对应的角度，此时窄带滤光片2的中心波长与系统中心波长一致。

[0047] 例如，在确定激光雷达所处环境的工作温度(室温)，以及激光雷达中激光器的温升，得到预设温度，根据预设温度和激光器的中心波长进行计算，得到激光雷达的系统中心
波长。将竖直放置的窄带滤光片2旋转至一定角度，此时窄带滤光片2的中心波长与激光雷
达的系统中心波长一致，即根据预设温度和激光器的中心波长确定窄带滤光片2的中心波
长。

[0048] 本申请实施例中，激光雷达包括发射模组和接收模组，接收模组包括接收芯片以及窄带滤光片，窄带滤光片位于接收芯片之前的回波接收通道上，用于对接收的回波进行
窄带滤光；窄带滤光片对应的激光雷达的系统中心波长基于预设温度下激光雷达的激光器
中心波长设置，预设温度Cx满足如下关系：C0+20℃＜Cx＜C0+60℃，其中，C0为室温。由于激光
雷达系统接收环境光与窄带带宽成正相关，带宽越大，接收到环境光能量越大，以及考虑环
境温度和激光雷达的运行温度，本申请中基于预设温度和激光器中心波长对窄带滤光片的
中心波长进行调整，达到减小带宽的效果，避免系统接收到更多的环境光，有效提升激光雷
达系统的信噪比，从而提高激光雷达系统的测距能力。

[0049] 在一个实施例中，激光雷达的激光器中心波长的差异性为±5nm，激光雷达的激光器中心波长的变化规律在λ0＝0.3nm/℃。

[0050] 在本实施例中，不同的激光器发射的中心波长存在差异性，在±5nm左右，且随温度的变化，激光器发射的激光中心波长也会变化，变化规律在λ0＝0.3nm/℃。例如，激光雷
达的使用温度范围为‑40℃～85℃，特殊要求下会到125℃。温差在T0＝125℃，对应激光器
的波长漂移为λ1＝λ0*T0＝37.5nm，

[0051] 在一个实施例中，基于下述模型计算窄带滤光片的倾斜角度：

[0052]

[0053] 其中：N为窄带滤光片的有效折射率，θ1为窄带滤光片的倾斜角度，λ0为正入射窄带滤光片的中心波长，θ0为正入射窄带滤光片的入射角度，λ1为调整后窄带滤光片的中心波
长。

[0054] 在本实施例中，根据预设温度和激光雷达的激光器的中心波长确定激光雷达的系统中心波长，调整角度后的窄带滤光片的中心波长与激光雷达的系统中心波长一致，因此，
根据上述公式可以计算出，窄带滤光片需要调整的倾斜角度θ。

[0055] 例如，激光雷达中发射系统采用激光器，激光器的波长曲线如图4所示，中心波长为908nm。根据上述实施例可知，激光器的中心波长随着温度变化发生变化，温漂曲线如图5
所示，从图中可以看出，激光器在温度从‑40℃到+120℃时，其中心波长从886nm增大到
931nm，增加了45nm左右。窄带带宽曲线如图6所示，如果想要更好接收到发射的回波信号，
窄带的带宽需覆盖信号波长。如上，需要将窄带的带宽做到55nm以上，在此带宽下，此波段
的环境光也会进入系统中，产生光学噪声，从而降低信噪比，测距能力下降。

[0056] 根据上述公式计算可知，当入射波长为1550nm，折射率为N＝1.626，窄带滤光片的中心波长的变化曲线关系如上述图3所示，可以看到角度由0°度变化到20°时，中心波长由
1563nm移到1528nm，移动35nm。由此特性可知，通过改变窄带滤光片角度，可以调整通过窄
带滤光片的中心波长，实现在不同状态(温度、LD波长变化)时，因此，按照预设温度和激光
器的中心波长可以得到激光雷达的系统中心波长，根据系统中心波长对窄带滤光片调整至
预设角度，使得系统中心波长和窄带滤光片的中心波长一致，可实现发射波长和接收波长
的匹配，实现缩小带宽的效果，提升接收信号与环境光信号的信噪比，提升测距能力。

[0057] 在一个实施例中，回波接收通道的通道壁对向设有凹陷结构，凹陷结构用于设置窄带滤光片。凹陷结构的深度根据L1≤L2cosθ确定；其中，L1为回波接收通道的通光口径，L2
为窄带滤光片的长度，θ为窄带滤光片的倾斜角度，L2cosθ为凹陷结构的深度。

[0058] 在本实施例中，凹陷结构可以为长方形，也可以为圆弧形。

[0059] 其中，凹陷结构的深度为回波接收通道的通道壁对向设置的两个凹陷结构的高度，即相对于通道壁向内凹陷的深度和回波接收通道的通光口径之和。

[0060] 在本实施例中，根据L1≤L2cosθ确定的凹陷结构的深度，可以保证凹陷结构的深度大于回波接收通道的通光口径。例如，回波接收通道的通光口径为5mm，窄带滤光片的长度
为12mm，根据上述实施例计算，在窄带滤光片的中心波长与激光雷达的系统中心波长一致
的情况下，窄带滤光片的倾斜角度θ为60度，则凹陷结构的深度为6mm。

[0061] 进一步地，窄带滤光片覆盖回波接收通道的通光口径；凹陷结构为圆弧形。

[0062] 在本实施例中，如图7所示，窄带滤光片覆盖回波接收通道的通光口径，凹陷结构为圆弧形，当凹陷结构为圆弧形时，可以是如图7所示的大的圆弧，也可以是只覆盖窄带滤
光片的圆弧，即凹陷结构的圆弧的扇面和窄带滤光片两端的面积相等。

[0063] 在一个实施例中，若环境温度的变换范围为‑40℃～85℃，温度引起的激光器的中心波长变化范围为37.5nm；第一个激光器的中心波长为900nm，第二个激光器的中心波长为
910nm。带宽全覆盖需要10nm；激光雷达中激光器本身在正常工作时会产生热量，激光器的
管芯温度温升为20℃，由于自身温升带来的中心波长的漂移对应带宽变化为6nm。由此在整
个环境工况下，若要满足上述条件，窄带滤光片的带宽应为53.5nm；若需要考虑带宽余量，
则窄带滤光片的带宽还要大于53.5nm。

[0064] 而根据激光器自身波长差异性以及激光器工作时温升对窄带滤光片的中心波长进行匹配后，对于第一个激光器可将窄带中心波长由905nm更改到906nm，对于第二个激光
器可将窄带中心波长由905nm更改到916nm。整个环境工况下，此时的窄带滤光片的带宽只
需要考虑室温带来的中心波长漂移影响，激光器自身波长差异性及激光器工作时温升带来
的波长偏移通过上述将窄带滤光片进行旋转至一定角度进行了补偿，因此窄带滤光片的带
宽只需要为37.5nm即可满足需要。

[0065] 由于接收能量与窄带滤光片带宽之间的关系如下：

[0066]

[0067] 其中，公式中的各参数如表1所示：

[0068] 表1

[0069]PBK 探测接收到的背景光功率 W
2
ESUN 太阳光谱照度 W/(m*um)
ρ 朗伯面的反射率 /
τR 大气透过率 /
Δλ 窄带滤光片的带宽 um
ηR 接收系统的效率 /
2
Ar 接收体系统的通光孔径 m
θi 太阳光与朗伯面法线角度 rad
θR 接收系统的视场角 rad

[0070] 由于接收环境光的能量与带宽成正比37.5/57.5＝0.7，而信噪比为信号光能量与环境光能量(噪声)的比值，在接收信号光不变的情况下，与环境光能量成反比，1/0.7＝
1.43。因此，接收环境光的能量为W1＝0.7W0。其中，W0为原窄带带宽下的环境光能量；信噪比
N1＝1.43N0，N0为原窄带带宽下的信噪比。

[0071] 根据测距能力与信噪比的关系： L为测距距离，a为综合系数，为接收信号的信噪比随距离变化对应变化的量比，包含了其他各种参数的综合量，此例中其他变量
保持不变。可以发现信噪比提升为原来的1.43倍，对应测距能力提升19.6％，提升了测距能
力。

[0072] 需要说明的是，信噪比随距离的增加逐渐减小，当信噪比低于一个阈值时，信号无法被信号处理器分辨，此时得到设备的最大测距距离。

[0073] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员
来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保
护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。