CN107329132A - 一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线及测距方法 - Google Patents

Abstract

本案公开一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线及测距方法，包括基于单点收发器的测距模块、信号处理模块、中央控制器和激光驱动模块，激光驱动模块和信号处理模块均与中央控制器连接；测距模块包括单点发射单元和单点接收单元，激光驱动模块驱动单点发射单元发射出一束光线，并控制该光束的光信号发射方向，单点接收单元接收被探测物反射的光信号并发送至信号处理模块进行处理，计算出探测物的位移。单点发射单元和单点接收单元可以为透射型光学相位阵列也可以为反射型光学相位阵列，发射光和接收光的中心点可以在同一个光轴，也可以在不同的两个光轴，使得激光雷达系统的收发天线设计实现成像扫描固态化，具有低成本、高信噪比等优点。

Description

一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线及测距方法

技术领域

本发明涉及高性价比的电控扫描式固态激光雷达，尤其涉及一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线及测距方法。

背景技术

激光雷达（LIDAR）技术，早在20世纪70年代就开始应用，刚开始主要用于舰船入港时避障及防碰撞。到了八十年代，随着光电二极管、CCD、CMOS等光学器件慢慢成熟，激光雷达开始用于航天飞机回收卫星时精确定位。驱动技术发展的动力往往是战争的压力。在海湾战争中，激光雷达已经普遍用于直升机在舰船甲板上升降控制和直升机夜间飞行引导。美国休斯公司、Schwatz公司、Sparate公司、洛雷尔系统公司、法国汤姆逊公司等纷纷研制出激光雷达成像系统，用于战场侦查、低空飞行控制、主动激光制导等领域。随着半导体光电器件的进一步发展，元器件成本慢慢降低，而且性能不断提升，从而为激光雷达技术进入民用领域打下了基础。激光雷达慢慢地被应用于机器视觉、汽车辅助驾驶、电子游戏、医疗健康、休闲娱乐、智能家居等领域。激光雷达技术的核心是激光测距，但是发展到今天，激光雷达这一概念已经远远超出了“测距”这一范畴。

现代雷达技术，概括而言就是机器工业为人类探索三维世界所提供的眼睛，最常见的有微波雷达、超声波雷达等。而激光雷达作为一种光学探测手段，因为激光的高精度、方向性、单色性、相干性等诸多优点，在诞生之日起就在很多领域发挥了前所未有的作用，应用领域包括工业、农业、医学、国防等。而发展到今天，不少大众型电子消费品也广泛应用了激光雷达技术，例如Xbox中微软的Kinect三维传感器，用的是激光雷达里面飞行时间（ToF）技术，Intel推出的3D传感模块RealSense则基于结构光技术。除此以外，激光雷达还被用在电子游戏中的人机互动，休闲娱乐电子产品中的动作捕获，医疗健康领域的光学相干断层成像(optical coherence tomography，OCT)，智能家居的室内定位、三维成像与人机互动等等。

激光雷达由单点测距向二维或者三维成像系统过渡，光学扫描系统必不可少。如上所述，目前应用上以机械式的扫描为主，包括光学震镜、特制的同轴转镜等。其特点都是相对笨重难以集成而且制作成本不低，对于大部分消费级的应用要求来说非常困难。光束的非机械式扫描优点非常多，其中一个显著特点就是可以随机调节扫描区域与扫描点，使得激光雷达系统可以根据环境需要变换扫描区域、动态调节扫描密度。

目前，集成化的光学扫描系统有两个典型方案，其中一个为微机电系统（MEMS）微镜实现的电控扫描，另外一种则为光学相位阵列。MEMS微镜的扫描系统解决了一部分机械式扫描的缺点，例如难以集成等，但是依然是基于机械震动，在扫描速度、稳定性等方面依然没法满足应用的需求。而光学相位阵列（optical phased array）则是未来的一个重要发展方向，在成本、集成度等方面都有巨大优势，其原理是通过光学天线阵列的方法，调节光波发射相位，达到控制光波发射方向或者调节光斑发射模式的目的。其概念与微波雷达的相控阵雷达类似，实现无机械的扫描。目前主流的基于光学相位阵列的激光雷达基于集成硅光子学，收发天线单元具有高集成度、低成本等特点，但是集成化的硅基激光雷达具有加工难度大、片上耦合损耗大、硅基相位调制器速度慢等缺点。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种低成本、低加工难度、高性能的扫描式激光雷达收发天线及其测距方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线，包括基于单点收发器的测距模块、信号处理模块、中央控制器和激光驱动模块，所述激光驱动模块和信号处理模块均与所述中央控制器连接；所述测距模块包括单点发射单元和用于接收被探测物反射的光信号的单点接收单元，所述单点发射单元包括产生光信号的发射器和用于调整发射光信号的光学相位的发射光学相位阵列芯片，所述单点接收单元包括用于调整被探测物反射的光信号的光学相位的接收光学相位阵列芯片和用于接收发射光的光学接收器，所述发射器与所述激光驱动模块连接，激光驱动模块驱动发射器发射出光束，所述光学接收器与所述信号处理模块连接，信号处理模块处理所述光学接收器发送的光信号计算并探测物的距离；所述发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片均与所述中央控制器连接，所述发射光学相位阵列芯片控制发射光的发射方向，所述接收光学相位阵列芯片控制接收光的发射方向。

其中，所述发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片均为共振型结构的芯片，均包括具有光学扫描单元的信号输入单元、光学天线、电控调相单元、馈电网络和耦合单元，所述信号输入单元接收光信号，并产生一个控制信号通过所述馈电网络发送到所述电控调相单元，所述电控调相单元调整光信号的光学相位，所述耦合单元耦合相位的控制信号并输出到所述光学天线上；所述发射光学相位阵列芯片的光学相位阵列有源区域面积大于4平方毫米，所述接收光学相位阵列芯片的光学相位阵列有源区域面积大于25平方毫米。

其中，所述单点发射单元还包括用于将发射光束准直的发射光准直透镜，所述发射光准直透镜为单透镜设计或者多透镜组设计；所述发射器发射光束的快轴和慢轴分别经过所述发射光准直透镜进行准直，将发散的出射光准直成近似平行光,垂直耦合到所述光学相位阵列芯片中，由所述发射光学相位阵列芯片调整光的出射方向。

其中，所述单点接收单元还包括由单透镜或者多透镜组设计组合的接收光学透镜，直径范围为5毫米-40毫米,获得较大的通光孔径通过反射的光信号，将被探测物反射的光信号聚焦到光学接收器中。

一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线的测距方法，应用于上述激光雷达收发天线，测距模块采用飞行时间测距法进行对探测物进行测距，其步骤如下：

中央控制器控制激光驱动模块驱动发射器发射一束光线作为光信号源;

发射光准直透镜对发射器发出的光束进行准直并发射到发射光学相位阵列芯片中；

发射光学相位阵列芯片接收由所述发射光准直透镜透射的光束信号，并对发射光进行光学相位调整来控制发射光的发射方向；

发射光被探测物反射，由接收光学相位阵列芯片接收并对接收光进行光学相位调整，控制接收光的发射方向；

接收光学透镜对接收光聚焦后发射到光学接收器中，然后通过信号处理模块处理并计算出探测物的位移。

其中，所述发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片中的电控调相单元包括X轴电控调相单元和Y轴电控调相单元，馈电网络包括X轴馈电网络和Y轴馈电网络，在对光信号进行相位调整时，都分别进行X轴的光学相位调整和Y轴的光学相位调整再进行耦合处理，发射光学相位阵列芯片对发射光的相位调整过程和接收光学相位阵列芯片对接收光的相位处理过程一致，对光信号的处理过程如下：

信号输入单元中的光学扫描单元扫描光信号并产生一个控制信号；

所述控制信号通过馈电网络中的X轴馈电网络传送到X轴电控调相单元中进行X轴的光学相位调整，通过Y轴馈电网络将控制信号传送到Y轴电控调相单元中进行Y轴的光学相位调整；

X轴的光学相位控制信号通过X轴连接线链接到光学天线，Y轴的光学相位控制信号通过Y轴连接线链接到光学天线；

耦合单元将X轴的光学相位控制信号和Y轴的光学相位控制信号耦合输出到光学天线上。

其中，发射光和接收光的中心点在同一个光轴。

其中，发射光和接收光的中心点在不同的光轴。

其中，发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片采用透射型光学相位阵列进行发射光和接收光的光学相位调制。

其中，发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片采用反射型光学相位阵列进行发射光和接收光的光学相位调制。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线，包括基于单点收发器的测距模块、信号处理模块、中央控制器和激光驱动模块，所述激光驱动模块和信号处理模块均与所述中央控制器连接；所述测距模块包括单点发射单元和单点接收单元，所述激光驱动模块驱动所述单点发射单元发射出一束光线，并控制该光束的光信号发射方向，所述单点接收单元接收被探测物反射的光信号并发送至所述信号处理模块进行处理，计算出探测物的位移。单点发射单元和单点接收单元可以为透射型光学相位阵列也可以为反射型光学相位阵列，发射光和接收光的中心点可以在同一个光轴，也可以在不同的两个光轴，使得激光雷达系统的收发天线设计实现成像扫描固态化，具有低成本、高信噪比等优点。

本发明通过结合传统光学工具和光学相位阵列，收发天线实现固态化，对微纳加工工艺的要求大大降低。而且，本发明采用光源的发射和接收同步光学相位阵列的设计，避免接收端采用广角接收方式，保持激光雷达窄视场角的技术特征，使得雷达更加适应强光环境，具有更高的信噪比，更强的抗干扰能力。共振型光学相位阵列的采用会进一步替代窄带滤光片的功能，达到更高的滤光效果。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明的光学相位阵列的控制架构示意图；

图4是本发明典型的基于透射型光学相位阵列系统结构示意图；

图5是本发明基于反射型光学相位阵列的系统结构示意图；

图6是本发明共轴型系统结构示意图。

主要元件符号说明如下：

1、发射器 2、激光驱动模块

3、发射光准直透镜 4、发射光学相位阵列芯片

5、发射天线波瓣图 6、光学接收器

7、信号处理模块 8、接收光学透镜

9、接收光学相位阵列芯片 10、接收天线波瓣图

14、小孔 15、反射镜组

17、测距模块 50、单点发射单元

60、单点接收单元 201、信号输入单元

202、X轴馈电网络 203、Y轴馈电网络

204、X轴电控调相单元 205、Y轴电控调相单元

206、X轴连接线 207、Y轴连接线

208、耦合单元。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

请参阅图1和图4-图6，，相较于现有技术的情况，本发明提供的一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线，包括基于单点收发器的测距模块17、信号处理模块7、中央控制器20和激光驱动模块2，激光驱动模块2和信号处理模块7均与中央控制器20连接；测距模块17使用飞行时间测距法对探测物进行测距，包括作为发射端产生光信号的单点发射单元50和作为接收端接收被探测物反射的光信号的单点接收单元60，激光驱动模块2驱动单点发射单元50发射出一束光线，并控制该光束的光信号发射方向，单点接收单元60接收被探测物反射的光信号并发送至信号处理模块7进行处理，计算出探测物的位移。

单点发射单元50中的发射光学相位阵列芯片4采用光学相位阵列作为发射扫描单元，单点接收单元60采用与发射光学相位阵列芯片4同步的接收光学相位阵列芯片9接收被探测物反射的光信号并形成反射光学相位阵列，使得单点接收单元60可以保持窄视场角特性，保持扫描式激光雷达的高信噪比优点。

进一步地，单点发射单元50包括用于发射光信号的发射器1，用于控制光信号的发射方向的发射光学相位阵列芯片4和用于对光信号进行准直的发射光准直透镜3，请参阅图2，本发明的流程图，发射器1发射一束光束，产生光信号，发射光准直透镜3对光信号进行准直过滤，将发散的出射光准直成近似平行光耦合到发射光学相位阵列芯片4中，在光学扫描单元上形成发射光相位阵列对发射光信号进行相位调节，用于控制发射的光信号的发射方向。具体地，发射器1与激光驱动模块2连接，发射光学相位阵列芯片4与中央控制器7连接，由中央控制器7电控调制。发射光学相位阵列芯片4采用自由空间光耦合的方式和电调制的方式控制相位延时，并且发射光的相位阵列有源区域面积大于4mm^2。

更进一步地，单点接收单元60包括接收光学相位阵列芯片9、接收光学透镜8和光学接收器6，被探测物反射的光信号经过接收光学相位阵列芯片9的光学扫描单元时形成反射光学相位阵列，对反射的光信号的相位进行调整，控制反射的光信号的反射方向，并且接收光学相位阵列芯片9与中央控制器7连接，也采用自由空间光耦合的方式和电调制的方式控制相位延时，实现与发射光学相位阵列芯片4的同步。为了增加接收的被探测物发射的光信号的光学孔径，接收光学相位阵列芯片9有源区域面积大于25mm^2。接收光学透镜8将反射的光信号聚焦到光学接收器6中，光学接收器6接收被探测物反射的光信号，传递至信号处理模块7处理。

进一步地，本发明的光束偏转控制由自由空间耦合的光学相位阵列（也称为空间光调制器）实现，其中，发射光学相位阵列芯片4控制发射光的光学相位阵列，接收光学相位阵列芯9片控制接收光的光学相位阵列。具体地，如图3所示，发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9均为具有光学扫描单元的共振型结构的芯片，均包括信号输入单元201、光学天线（图未示）、耦合单元208、电控调相单元：包括X轴电控调相单元204和Y轴电控调相单元205，馈电网络：包括X轴馈电网络202和Y轴馈电网络203，发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯9中的光信号的相位调整都分为X轴和Y轴独立控制的相位调整。发射光学相位阵列芯片4对发射光信号的处理和接收光学相位阵列芯9对反射光信号的处理过程一致。具体为：信号输入单元201中的光学扫描单元（图未示）扫描接收光束的光波信号，并产生一个控制信号，通常为正弦/余弦或者三角波,调制频率根据系统需要而定。该控制信号被 X轴馈电网络202传递到X轴电控调相单元204中进行X轴的光学相位调整，也被Y轴馈电网络203传递到Y轴电控调相单元205中进行Y轴的光学相位调整，X轴电控调相单元204和Y轴电控调相单元205简化为线性移相器，分别控制X轴的相位控制信号和Y轴的相位控制信号。X轴电控调相单元204通过X轴连接线206链接光学天线，Y轴电控调相单元205通过Y轴连接线207链接光学天线，X轴电控调相单元204和Y轴电控调相单元205的相位控制信号通过耦合单元208耦合后输出到光学天线上。

本实施例结合电控光学相位阵列和传统光学零部件例如发射光准直透镜3、接收光学透镜8等，将准直等功能由传统光学透镜承担，大大降低光学相位阵列的设计和控制难度。此外，本实施例的发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9均采用共振型的结构，例如光学天线为纳米天线，使得发射光学相位阵列和接收光学相位阵列会起到窄带滤波作用，可以进一步提高系统信噪比，简化系统结构。

本发明通过结合传统光学工具和光学相位阵列，收发天线实现固态化，对微纳加工工艺的要求大大降低。而且，本发明采用光源的发射和接收同步光学相位阵列的设计，避免单点接收单元60采用广角接收方式，保持激光雷达窄视场角的技术特征，使得雷达更加适应强光环境，具有更高的信噪比，更强的抗干扰能力。共振型光学相位阵列的采用会进一步替代窄带滤光片的功能，达到更高的滤光效果。

在另一个实施例中，如图4所示，本发明采用双光轴设计，即将发射光轴与接收光轴分开，发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9的光学扫描单元都采用透射型光学相位阵列。具体地，发射器1采用905nm的半导体激光，激光驱动模块2由模拟电路组成，产生峰值功率70W、半高宽5纳秒的电脉冲。发射光准直透镜3为非球面镜，材料为PMMA（Polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯），具有良好的透光性。当然，本实施例并不局限于PMMA制作的发射光准直透镜3，也可以用PC(Polycarbonate, 聚碳酸酯)、玻璃（二氧化硅）、硒化锌（ZnSe）、硫化锌（ZnS）、氟化钙（CaF2）、氟化镁（MgF2）、氟化锂（LiF）、硅（Si）单晶、锗（Ge）单晶等。发射器1激光发光的快轴和慢轴分别经过发射光准直透镜3准直后，发散角为3mrad。准直后的激光垂直耦合到光学扫描单元，通过发射光学相位阵列芯片4形成发射光相位阵列，该相位阵列由中央控制器20的电信号控制，对经过相位阵列每一个像素单元的激光作相位调制。发射光学相位阵列芯片4调制形成的发射光相位阵列的发射方向形成发射光波瓣图5，相位阵列的出射光的波前被调制到某个特定角度，改变电调制信号进而实现电控扫描。单点接收单元60采用单像素单元的雪崩二极管（APD）作为光学接收器6，接收到的光信号由信号处理模块7进行处理，包括小信号放大、峰值保持、计时等。单点接收单元60的收光天线由接收光学透镜8和接收光学相位阵列芯片实现，接收光学透镜8为大面积（直径5mm-40mm）PMMA凸透镜，具有较大的通光孔径透过接收光。发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9均与中央控制器20连接，由中央控制器20电控调制，并且接收光学相位阵列芯片9的电控信号与发射光学相位阵列芯片4的控信号同步，具有相同或者接近的接收光波瓣图10。收发同步光学相位阵列的设计，保持激光雷达窄视场角的技术特征，使得雷达更加适应强光环境，具有更高的信噪比，更强的抗干扰能力。

为方便光信号集中聚焦，以上发射光准直透镜3、接收光学透镜8均可为单透镜设计或者多透镜组设计，以便达到光信号集中的标准。并且，发射光准直透镜3对激光或者LED光源做准直后发散角小于10mrad；接收光学透镜8将收集到的光信号聚焦在光学接收器6上。而发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9的电控调制方式不限于基于液晶的电控调制、基于压电陶瓷材料的电控调制、基于非线性晶体的电控调制、基于纳米天线的电控调制。并且，发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9均采用共振型的结构，例如纳米天线，发射光学相位阵列和接收光学相位阵列会起到窄带滤波作用，可以进一步提高系统信噪比，简化系统结构。

本实施案例的测距模块基于脉冲飞行时间测距方法（包括脉冲、相位、调频连续波测距机制），使用脉冲测距法或者相位测距法或者调频连续波测距法进行测距，光学准直和聚焦通过传统光学透镜完成，而光学扫描则由发射端和接收端同步电信号的两个光学相位阵列实现。

请参阅图5，在再一个实施例中，本发明采用双光轴设计，发射光轴与接收光轴分开，发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9的光学扫描单元都采用反射型光学相位阵列。单点发射单元50采用905nm的半导体激光作为发射器1，由激光驱动模块2驱动发射一束光线，经过发射光准直透镜3准直后打到光学相位阵列芯片4形成的反射型光学相位阵列上，经过探测目标反射回来的光信号，经过单点接收单元50的接收光学相位阵列芯片9形成的反射型光学相位阵列后，光信号传导被引导到探测收光孔径内，经过接收光学透镜8后，被聚焦在光学接收器6上，接收到的信号被信号处理模块7处理。本实施例提供的反射型光学相位阵列的激光雷达收发天线设计和加工都较为简单，容易实现。

在又一个实施例中，请参阅图6，本发明还可采用单光轴设计，即发射光轴与接收光轴共轴，发射光学相位阵列和接收光学阵列共面，发射光学相位阵列芯片4和接收光学相位阵列芯片9的光学扫描单元都采用透射型光学相位阵列，除发射光准直透镜3、接收光学透镜8外还设置一组反光镜组15用于将反射的光信号反射到单点接收单元中60中，反光镜组15倾斜放置，发射光准直透镜3、接收光学透镜8分别面对反光镜组15两个倾斜面，并且反光镜组15上设置有通过光信号的小孔14。具体地，单点发射单元用发射光源为905nm波长的半导体激光器作为发射器1，被脉冲激光驱动模块2驱动发射光束，经过光准直透镜3准直后得到准直光，然后经过小孔14直接打在发射光学相位阵列芯片4中的光学扫描单元形成的的发射光学相位阵列上，经过目标反射回来的信号光经过接收光学相位阵列芯片9控制的接收光学相位阵列后出射波前被调制到收光孔径内，经过带小孔14的反光镜组15后经过接收光学透镜8被聚焦于光学接收器6上，信号经过信号处理模块7实现测距信号读出。

本发明的优势在于：

1、扫描式激光雷达的收发天线实现固态化，通过传统光学器件的配合使用，激光准直、平行光聚焦等功能由传统光学镜头实现，光学电控扫描的功能通过光学相位阵列实现，大大降低了设计难度和加工难度；

2、收发天线皆由包含发射光学相位阵列和接收光学相位阵列的光学扫描单元作为发射光和接收光的光学窗口，发射光和接收光的光学相位阵列的控制信号同步后，可以有效的保持窄视场角激光雷达的高信噪比的优点，避免使用大视场角接收天线和面阵接收器，既提高了信噪比，又大大降低了系统成本，同时降低了系统复杂度；

3、发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片均采用共振型的结构，例如光学天线为纳米天线，发射光学相位阵列和接收光学相位阵列会起到窄带滤波作用，可以进一步提高系统信噪比，简化系统结构。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线，其特征在于，包括基于单点收发器的测距模块、信号处理模块、中央控制器和激光驱动模块，所述激光驱动模块和信号处理模块均与所述中央控制器连接；所述测距模块包括单点发射单元和用于接收被探测物反射的光信号的单点接收单元，所述单点发射单元包括产生光信号的发射器和用于调整发射光信号的光学相位的发射光学相位阵列芯片，所述单点接收单元包括用于调整被探测物反射的光信号的光学相位的接收光学相位阵列芯片和用于接收发射光的光学接收器，所述发射器与所述激光驱动模块连接，激光驱动模块驱动发射器发射出光束，所述光学接收器与所述信号处理模块连接，信号处理模块处理所述光学接收器发送的光信号计算并探测物的距离；所述发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片均与所述中央控制器连接，所述发射光学相位阵列芯片控制发射光的发射方向，所述接收光学相位阵列芯片控制接收光的发射方向。

2.根据权利要求1所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线，其特征在于，所述发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片均为共振型结构的芯片，均包括具有光学扫描单元的信号输入单元、光学天线、电控调相单元、馈电网络和耦合单元，所述信号输入单元接收光信号，并产生一个控制信号通过所述馈电网络发送到所述电控调相单元，所述电控调相单元调整光信号的光学相位，所述耦合单元耦合相位的控制信号并输出到所述光学天线上；所述发射光学相位阵列芯片的光学相位阵列有源区域面积大于4平方毫米，所述接收光学相位阵列芯片的光学相位阵列有源区域面积大于25平方毫米。

3.根据权利要求1所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线，其特征在于，所述单点发射单元还包括用于将发射光束准直的发射光准直透镜，所述发射光准直透镜为单透镜设计或者多透镜组设计；所述发射器发射光束的快轴和慢轴分别经过所述发射光准直透镜进行准直，将发散的出射光准直成近似平行光,垂直耦合到所述光学相位阵列芯片中，由所述发射光学相位阵列芯片调整光的出射方向。

4.根据权利要求1所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线，其特征在于，所述单点接收单元还包括由单透镜或者多透镜组设计组合的接收光学透镜，直径范围为5毫米-40毫米,获得较大的通光孔径通过反射的光信号，将被探测物反射的光信号聚焦到光学接收器中。

5.一种基于光学相位阵列的激光雷达收发天线的测距方法，应用于上述激光雷达收发天线，其特征在于，测距模块采用飞行时间测距法进行对探测物进行测距，其步骤如下：

中央控制器控制激光驱动模块驱动发射器发射一束光线作为光信号源;

发射光准直透镜对发射器发出的光束进行准直并发射到发射光学相位阵列芯片中；

发射光学相位阵列芯片接收由所述发射光准直透镜透射的光束信号，并对发射光进行光学相位调整来控制发射光的发射方向；

发射光被探测物反射，由接收光学相位阵列芯片接收并对接收光进行光学相位调整，控制接收光的发射方向；

接收光学透镜对接收光聚焦后发射到光学接收器中，然后通过信号处理模块处理并计算出探测物的位移。

6.根据权利要求5所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线的测距方法，其特征在于，所述发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片中的电控调相单元包括X轴电控调相单元和Y轴电控调相单元，馈电网络包括X轴馈电网络和Y轴馈电网络，在对光信号进行相位调整时，都分别进行X轴的光学相位调整和Y轴的光学相位调整再进行耦合处理，发射光学相位阵列芯片对发射光的相位调整过程和接收光学相位阵列芯片对接收光的相位处理过程一致，对光信号的处理过程如下：

信号输入单元中的光学扫描单元扫描光信号并产生一个控制信号；

所述控制信号通过馈电网络中的X轴馈电网络传送到X轴电控调相单元中进行X轴的光学相位调整，通过Y轴馈电网络将控制信号传送到Y轴电控调相单元中进行Y轴的光学相位调整；

X轴的光学相位控制信号通过X轴连接线链接到光学天线，Y轴的光学相位控制信号通过Y轴连接线链接到光学天线；

耦合单元将X轴的光学相位控制信号和Y轴的光学相位控制信号耦合输出到光学天线上。

7.根据权利要求5所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线的测距方法，其特征在于，发射光和接收光的中心点在同一个光轴。

8.根据权利要求5所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线的测距方法，其特征在于，发射光和接收光的中心点在不同的光轴。

9.根据权利要求5所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线的测距方法，其特征在于，发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片采用透射型光学相位阵列进行发射光和接收光的光学相位调制。

10.根据权利要求5所述的基于光学相位阵列的激光雷达收发天线的测距方法，其特征在于，发射光学相位阵列芯片和接收光学相位阵列芯片采用反射型光学相位阵列进行发射光和接收光的光学相位调制。