一种激光雷达及其收发装置的制作方法

本申请涉及光路设计技术领域，更具体地说，涉及一种激光雷达及其收发装置。

背景技术：

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，属于一种可以精确获取空间三维信息的主动探测技术，激光雷达主要用于智能汽车、机器人、无人机和测绘领域，有着广阔的应用前景。

现有的市面上大多激光雷达为机械式激光雷达，机械式激光雷达一般采用多个发射单元来发射激光，用多个接收单元来接收回波信号，例如128线的机械式激光雷达，就需要128个发射单元和128个接收单元，这极大的增加了系统成本和光学装调难度。

为了解决这一问题，出现了采用mems振镜方案扫描的激光雷达，这种激光雷达具有结构简单、尺寸小等优点，是未来激光雷达的发展趋势。

但是在采用mems振镜方案的激光雷达中，还存在着激光光束与mems振镜的通光面积之间的矛盾，具体地，为了获得较高质量的出射激光光束，就需要较大面积的mems振镜，但是mems振镜的面积越大，整个系统的扫描频率和mems振镜的研发集成难度就越大。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请提供了一种激光雷达及其收发装置，以实现以较小面积的mems振镜实现出射较好质量的探测激光的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种激光雷达的收发装置，包括：发射单元、第一准直单元、mems振镜、第二准直单元和接收单元；其中，

所述发射单元，用于出射激光光束；

所述第一准直单元，用于对所述激光光束进行第一次准直后向所述mems振镜传输；

所述mems振镜，用于沿所述第一准直单元的准直方向振动，以将第一次准直后的激光光束向所述第二准直单元反射；

所述第二准直单元，用于对第一次准直后的激光光束进行第二次准直，以获得探测激光；

所述接收单元，用于接收被目标反射的探测激光，并将被目标反射的探测激光向所述激光雷达的探测器传输。

可选的，所述第一准直单元包括一个柱透镜或多个透镜构成的透镜组；

所述第二准直单元包括一个柱透镜或多个透镜构成的透镜组。

可选的，所述第一准直单元对所述激光光束进行第一次准直具体用于，对所述激光光束的快轴发散角进行准直；

所述第二准直单元对第一次准直后的激光光束进行第二次准直具体用于，对第一次准直后的激光光束的慢轴发散角进行准直。

可选的，所述接收单元包括第一透镜组和第二透镜组；

所述第一透镜组和第二透镜组的光轴位于同一直线；

所述第一透镜组和第二透镜组在光轴方向上的间距小于15mm。

可选的，所述第一透镜组包括依次设置的第一透镜和第二透镜；

所述第二透镜组包括依次设置的第三透镜和第四透镜。

可选的，所述第一透镜和第二透镜在光轴方向上的间距小于3mm；

所述第三透镜和第四透镜在光轴方向上的间距小于3mm。

可选的，所述第一透镜和第四透镜均为弯月透镜；

所述第二透镜为平凹透镜；

所述第三透镜为双凸透镜。

一种激光雷达，包括：激光雷达的收发装置和探测器；其中，

所述激光雷达的收发装置为上述任一项所述的激光雷达的收发装置，用于对所述激光光束进行处理后获得探测激光向外传输，和用于接收被目标反射的探测激光，并将被目标反射的探测激光向所述激光雷达的探测器传输；

所述探测器用于根据被目标反射的探测激光进行探测。

可选的，还包括：转镜模块；

所述转镜模块用于沿第一方向扫描，以将mems振镜的一维扫描转换为二维扫描；

所述第一方向与所述mems振镜的振动方向垂直。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种激光雷达及其收发装置，其中，所述激光雷达的收发装置将mems振镜设置于第一准直单元和第二准直单元之间，使得第一准直单元先对激光光束进行第一次准直，然后由mems振镜将第一次准直后的激光光束向第二准直单元反射，同时所述mems振镜沿所述第一准直单元的准直方向快速振动，因此当mems振镜反射的激光光束到达所述第二准直单元时，第二准直单元可以对该激光光束的另一振动方向进行第二次准直，而第一准直单元的准直方向上的光束不发生变化，从而实现以较小面积的mems振镜满足扫描要求的目的，即实现以很小发散角度发射出去的同时，获得较大的扫描面积的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为当所述mems振镜没有进行振动时，第一准直单元的准直方向上的光路示意图；

图2为当所述mems振镜没有进行振动时，第二准直单元的准直方向上的光路示意图；

图3为当所述mems振镜沿平行于纸面方向上下振动时，第一准直单元的准直方向上的光路示意图；

图4为本申请的一个实施例提供的一种接收单元的结构示意图；

图5为本申请的一个实施例提供的一种转镜模块与发射模块之间的位置关系示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有的mems振镜扫描的激光雷达中，由于半导体激光器的发散角度太大、光束质量不高，因此在利用半导体激光器作为光源时，需要对其出射的激光光束进行准直。

根据几何光学基本理论和高斯光束的传播理论。准直光束口径越大，发散角就越小，准直效果就越好，远场能量就越集中。但这和mems的通光面积相矛盾，mems的面积越大，整个系统的扫描频率和mems微镜的研发集成难度就越大。现今市面上一般mems镜面面积在7个毫米左右，这会增大mems的功耗和降低mems振动的频率。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种激光雷达的收发装置，包括：发射单元、第一准直单元、mems振镜、第二准直单元和接收单元；其中，

所述发射单元，用于出射激光光束；

所述第一准直单元，用于对所述激光光束进行第一次准直后向所述mems振镜传输；

所述mems振镜，用于沿所述第一准直单元的准直方向振动，以将第一次准直后的激光光束向所述第二准直单元反射；

所述第二准直单元，用于对第一次准直后的激光光束进行第二次准直，以获得探测激光；

所述接收单元，用于接收被目标反射的探测激光，并将被目标反射的探测激光向所述激光雷达的探测器传输。

所述激光雷达的收发装置将mems振镜设置于第一准直单元和第二准直单元之间，使得第一准直单元先对激光光束进行第一次准直，然后由mems振镜将第一次准直后的激光光束向第二准直单元反射，同时所述mems振镜沿所述第一准直单元的准直方向快速振动，因此当mems振镜反射的激光光束到达所述第二准直单元时，第二准直单元可以对该激光光束的另一振动方向进行第二次准直，而第一准直单元的准直方向上的光束不发生变化，从而实现以较小面积的mems振镜满足扫描要求的目的，即实现以很小发散角度发射出去的同时，获得较大的扫描面积的目的。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种激光雷达的收发装置，如图1、图2和图3所示，包括：发射单元ld、第一准直单元10、mems振镜20、第二准直单元30和接收单元；其中，

所述发射单元ld，用于出射激光光束

所述第一准直单元10，用于并对所述激光光束进行第一次准直后向所述mems振镜20传输；

所述mems振镜20，用于沿所述第一准直单元10的准直方向振动，以将第一次准直后的激光光束向所述第二准直单元30反射；

所述第二准直单元30，用于对第一次准直后的激光光束进行第二次准直，以获得探测激光；

所述接收单元，用于接收被目标反射的探测激光，并将被目标反射的探测激光向所述激光雷达的探测器传输。

图1中示出的是当所述mems振镜20没有进行振动时，第一准直单元10的准直方向上的光路示意图。

图2示出的是当所述mems振镜20没有进行振动时，第二准直单元30的准直方向上的光路示意图。

图3示出的是当所述mems振镜20沿平行于纸面方向上下振动时，第一准直单元10的准直方向上的光路示意图。

通常情况下，所述第一准直单元10的准直方向和所述第二准直单元30的准直方向垂直，以分别实现对所述激光光束的快慢轴的准直，最终获得发散角度较小的探测激光。

即相应的，所述第一准直单元10可以是对激光光束的快轴方向进行准直的光学元件单元，所述第二准直单元30可以是对激光光束的慢轴方向进行准直的光学元件单元。

即所述第一准直单元10对所述激光光束进行第一次准直具体用于，对所述激光光束的快轴发散角进行准直；

所述第二准直单元30对第一次准直后的激光光束进行第二次准直具体用于，对第一次准直后的激光光束的慢轴发散角进行准直。

示例性的，所述第一准直单元10和第二准直单元30可以均由一个柱透镜构成，但在本申请的其他实施例中，所述第一准直单元10和第二准直单元30还可以是由多个透镜构成的透镜组，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。

本申请实施例提供的激光雷达的收发装置，由于mems振镜20设置于第一准直单元10和第二准直单元30之间，可以利用较小面积(≤5mm²)的mems振镜20满足系统对于光线准直和扫描的要求。

下面对本申请实施例提供的接收单元进行描述，所述接收单元采用聚焦大光斑的方案，让光斑均匀的覆盖每个单点探测器之间的盲区，避免由于接收的探测激光的光斑太小而落入探测器的间隙中的情况。

参考图4，所述接收单元包括第一透镜组31和第二透镜组32；

所述第一透镜组31和第二透镜组32的光轴位于同一直线；

所述第一透镜组31和第二透镜组32在光轴方向上的间距小于15mm。

所述第一透镜组31包括依次设置的第一透镜311和第二透镜312；

所述第二透镜组32包括依次设置的第三透镜321和第四透镜322。

其中，所述第一透镜311和第四透镜322均为弯月透镜；

所述第二透镜312为平凹透镜；

所述第三透镜321为双凸透镜。

所述第一透镜311的平面朝向所述第二透镜312设置，所述第二透镜312的曲面朝向所述第一透镜311的平面设置；所述第四透镜322的曲面朝向所述第三透镜321设置。

在图4中，还示出了位于第四透镜322背离所述第三透镜321一侧表面的滤光片，透过所述滤光片的光，最终聚焦在探测器上。

可选的，所述第一透镜和第二透镜在光轴方向上的间距小于3mm；

所述第三透镜和第四透镜在光轴方向上的间距小于3mm。

所述第一透镜和第二透镜之间的间距要求、第三透镜和第四透镜之间的间距要求以及所述第一透镜组和第二透镜组之间的间距要求均是为了让整个系统的长度更小，同时起到一部分消像差的作用。

相应的，本申请实施例还提供了一种激光雷达，包括：激光雷达的收发装置和探测器；其中，

所述激光雷达的收发装置为上述任一实施例所述的激光雷达的收发装置，用于出射激光光束，并对所述激光光束进行处理后获得探测激光向外传输，和用于接收被目标反射的探测激光，并将被目标反射的探测激光向所述激光雷达的探测器传输；

所述探测器用于根据被目标反射的探测激光进行探测。

可选的，参考图5，所述激光雷达还包括：转镜模块40；

所述转镜模块40用于沿第一方向扫描；

所述第一方向与所述mems振镜的振动方向垂直。

所述转镜模块40在扫描过程中，将出射单元ld出射的激光光束进行反射后向外传输，同时将被目标反射的探测激光向所述接收单元50反射，以使所述接收单元50接收该被目标反射的探测激光。

所述转镜模块40所起到的作用是将mems振镜的一维扫描变成二维扫描，得到物体的更全面的信息。在本申请的一个可选实施例中，所述探测器用于记录发射单元出射激光光束到接收单元接收到被目标反射的探测激光的时间间隔，以根据该时间间隔计算出激光雷达与目标之间的距离，从而实现目标的三维信息的获取。

同时所述转镜模块40与所述发射单元ld的光轴之间的距离(轴间间隔)为d，即所述转镜模块40与所述发射单元ld之间采用非共轴光路，以扩大激光雷达的水平视场角度。

综上所述，本申请实施例提供了一种激光雷达及其收发装置，其中，所述激光雷达的收发装置将mems振镜设置于第一准直单元和第二准直单元之间，使得第一准直单元先对激光光束进行第一次准直，然后由mems振镜将第一次准直后的激光光束向第二准直单元反射，同时所述mems振镜沿所述第一准直单元的准直方向快速振动，因此当mems振镜反射的激光光束到达所述第二准直单元时，第二准直单元可以对该激光光束的另一振动方向进行第二次准直，而第一准直单元的准直方向上的光束不发生变化，从而实现以较小面积的mems振镜满足扫描要求的目的，即实现以很小发散角度发射出去的同时，获得较大的扫描面积的目的。

本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。