CN111257896B - 选通阵列激光雷达接收光学系统和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种选通阵列激光雷达接收光学系统和激光雷达。选通阵列激光雷达接收光学系统包括：透镜阵列，透镜阵列包括多个自聚焦透镜，透镜阵列用于接收回波光信号；光纤阵列，光纤阵列设置在透镜阵列的出光侧，光纤阵列包括多根光纤，多根光纤与多个自聚焦透镜一一对应设置；耦合光栅阵列结构，耦合光栅阵列结构设置在光纤阵列远离透镜阵列的一侧，光纤阵列将回波光信号传入到耦合光栅阵列结构中，通过耦合光栅阵列结构将回波光信号耦合传输至硅基波导阵列中。本发明的选通阵列激光雷达接收光学系统能将微弱回波光信号高效地耦合至硅基波导中，具有体积小、结构紧凑、鲁棒性高的特点，解决了现有技术扫描发射的激光雷达存在探测精度低的问题。

Description

选通阵列激光雷达接收光学系统和激光雷达

技术领域

本发明涉及光学设备技术和光电探测技术领域，具体而言，涉及一种选通阵列激光雷达接收光学系统和激光雷达。

背景技术

激光雷达（Light Detection and Ranging, Lidar）是将具有单色性、相干性、窄光束等优点为一体的激光作为载波。由于激光雷达工作波长较短，可以更加准确的探测到待测目标的距离、速度和角度位置等信息。因此，激光雷达具有高灵敏度、高分辨率、小型化、重量轻和抗干扰性强等优势。

激光雷达技术无论是在军事方面还是在民用上都具有较高的研究意义和广泛的应用前景，该技术主要器件包括激光发射模块、接收光学系统、探测模块以及数字信息处理系统。激光雷达的工作环境都是十分复杂的，并且具有一定的突变性。现阶段主要研制的激光雷达系统是基于单元探测器与扫描发射端，根据扫描方式可以分为MEMS（微机电系统）型激光雷达、相控阵激光雷达以及机械旋转式激光雷达。单元探测器虽然对扫描发射端的输出功率要较低，但是对于脉冲光源的重频以及后期处理电路具有严格的要求限制，导致成像分辨率以及成像帧频难以提升。近些年，由于阵列探测模块具有成像速度快，体积小，空间分辨率高，获得待测目标信息更加全面等优势，正在逐步发展。

对于扫描发射、阵列探测器接收的激光雷达系统来说，发射端采用点扫描发射，发射视场小，接收端若采用传统的大接收视场的单孔径接收光学系统，则会导致过多的背景光信号耦合到阵列探测芯片，从而引入了信号干扰，则会大幅降低探测精度。

也就是说，现有技术中点扫描发射的激光雷达存在探测精度低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种选通阵列激光雷达接收光学系统和激光雷达，以解决现有技术中点扫描发射的激光雷达存在探测精度低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种选通阵列激光雷达接收光学系统，包括：透镜阵列，透镜阵列包括多个自聚焦透镜，透镜阵列用于接收回波光信号；光纤阵列，光纤阵列设置在透镜阵列的出光侧，光纤阵列包括多根光纤，多根光纤的输入端与多个自聚焦透镜一一对应设置；耦合光栅阵列结构，耦合光栅阵列结构设置在光纤阵列远离透镜阵列的一侧，光纤阵列将回波光信号传入到耦合光栅阵列结构中，并通过耦合光栅阵列结构将回波光信号耦合传输至硅基波导阵列中。

进一步地，透镜阵列包括第一固定结构，第一固定结构具有多个第一通孔，多个第一通孔间隔设置，多个自聚焦透镜对应设置在多个第一通孔中。

进一步地，自聚焦透镜的至少一部分裸露在第一固定结构的表面，多根光纤的至少一部分伸入第一通孔中。

进一步地，多个第一通孔呈矩阵排布，矩阵排布由N×M个第一通孔组成，其中，N为沿x轴排布的透镜列的数量，N大于等于1，M为沿y轴排布的透镜列的数量，M大于等于1，x轴与y轴垂直。

进一步地，第一固定结构包括：第一基板，第一基板的一侧表面具有N个第一凹槽；固定夹板组，固定夹板组位于第一基板的一侧，固定夹板组包括M-1个叠置的夹板，夹板的两侧具有N个第二凹槽，相邻两个夹板上的第二凹槽拼接成N个第一通孔，与第一基板相邻的夹板上的第二凹槽与第一凹槽拼接成N个第一通孔；第二基板，第二基板位于固定夹板组远离第一基板的一侧，第二基板朝向固定夹板组一侧的表面具有N个第三凹槽，固定夹板组中与第二基板相邻的夹板的第二凹槽与第三凹槽拼接成N个第一通孔。

进一步地，第一固定结构包括：第一基板，第一基板的一侧表面具有M个第一凹槽；固定夹板组，固定夹板组位于第一基板的一侧，固定夹板组包括N-1个叠置的夹板，夹板的两侧具有M个第二凹槽，相邻两个夹板上的第二凹槽拼接成M个第一通孔，与第一基板相邻的夹板上的第二凹槽与第一凹槽拼接成M个第一通孔；第二基板，第二基板位于固定夹板组远离第一基板的一侧，第二基板朝向固定夹板组一侧的表面具有M个第三凹槽，固定夹板组中与第二基板相邻的夹板的第二凹槽与第三凹槽拼接成M个第一通孔。

进一步地，光纤阵列还包括第二固定结构，第二固定结构具有多个第二通孔，多个第二通孔与多根光纤一一对应设置，光纤远离自聚焦透镜的一端伸入第二通孔中固定。

进一步地，耦合光栅阵列结构包括多个光栅，多个光栅与多根光纤的输出端一一对应设置。

进一步地，光栅的长度大于等于20微米且小于等于30微米；和/或光栅的宽度大于等于20微米且小于等于30微米；相邻两个光栅的中心的间距大于等于16微米且小于等于25微米。

进一步地，光纤的输入端的端面位于自聚焦透镜的焦平面处；光纤的光轴与自聚焦透镜的光轴共轴。

进一步地，透镜阵列远离光纤阵列的表面为弧面。

进一步地，自聚焦透镜呈圆柱体状。

进一步地，圆柱体状的自聚焦透镜的端面直径大于等于100微米且小于等于1毫米；和/或圆柱体状的自聚焦透镜的高度大于等于1毫米且小于等于2毫米；和/或自聚焦透镜的焦距大于等于5微米且小于等于15微米；和/或沿x轴相邻两个自聚焦透镜的中心的间距大于等于550微米且小于等于1毫米；沿y轴相邻两个自聚焦透镜的中心的间距大于等于550微米且小于等于1毫米，且x轴与y轴垂直。

进一步地，自聚焦透镜的视场角为

，沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜之间的角度差为

，且自聚焦透镜的视场角

大于等于

且小于等于2

。

进一步地，自聚焦透镜的视场角

大于等于4度且小于等于24度。

进一步地，沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜之间的角度差

大于等于2度且小于等于15度。

进一步地，透镜阵列的横向视场角为

，透镜阵列的横向视场角

满足公式（1），

公式（1）

其中，N为沿x轴排布的透镜列的数量，

为沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜之间的角度差，

为自聚焦透镜的视场角。

根据本发明的另一方面，提供了一种激光雷达，包括：激光发射系统，激光发射系统为点扫描发射，激光发射系统向物体发射激光，物体将激光反射形成回波光信号；上述的选通阵列激光雷达接收光学系统，回波光信号直接射向选通阵列激光雷达接收光学系统；硅基波导阵列，选通阵列激光雷达接收光学系统将回波光信号耦合传输到硅基波导阵列中。

应用本发明的技术方案，选通阵列激光雷达接收光学系统包括透镜阵列、光纤阵列和耦合光栅阵列结构，透镜阵列包括多个自聚焦透镜，透镜阵列用于接收回波光信号；光纤阵列设置在透镜阵列的出光侧，光纤阵列包括多根光纤，多根光纤的输入端与多个自聚焦透镜一一对应设置；耦合光栅阵列结构，耦合光栅阵列结构设置在光纤阵列远离透镜阵列的一侧，光纤阵列将回波光信号传入到耦合光栅阵列结构中，并通过耦合光栅阵列结构将回波光信号耦合传输至硅基波导阵列中。

透镜阵列能够收集微弱的回波光信号，而多个自聚焦透镜能够接收不同角度的回波光信号，能够有效扩大透镜阵列能够接收的视场角的范围，增加了透镜阵列接收信号的范围。每个自聚焦透镜自身具有一定的接收范围，进而可以收集微弱的回波光信号，减少了透镜阵列中收集的背景光，增加了透镜阵列收集的回波光信号的准确性，同时还提高了信噪比，保证最后形成清晰的图像。光纤阵列中的多根光纤与多个自聚焦透镜一一对应设置，便于每个自聚焦透镜收集的回波光信号通过一个对应的光纤传入到耦合光栅阵列结构中，避免多个自聚焦透镜中的回波光信号产生干扰。通过设置耦合光栅阵列结构，使得光纤阵列中的光纤能够与耦合光栅阵列结构中的光栅对应，进而能够获得每个自聚焦透镜接收到的回波光信号。自聚焦透镜具有校正球差和像差的特性，提升了空间中的回波光信号到光纤阵列的耦合效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个可选实施例的选通阵列激光雷达接收光学系统的结构示意图；以及

图2示出了图1中透镜阵列和光纤阵列的位置关系示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、透镜阵列；11、自聚焦透镜；12、第一固定结构；122、第一基板；123、第一凹槽；124、夹板；125、第二凹槽；126、第二基板；127、第三凹槽；20、光纤阵列；21、第二固定结构；22、光纤； 30、耦合光栅阵列结构；31、光栅。

具体实施方式

需要说明的是，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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中点扫描发射的激光雷达存在探测精度低的问题，本发明提供了一种选通阵列激光雷达接收光学系统和激光雷达。

如图1至图2所示，选通阵列激光雷达接收光学系统包括透镜阵列10、光纤阵列20和耦合光栅阵列结构30，透镜阵列10包括多个自聚焦透镜11，透镜阵列10用于接收回波光信号；光纤阵列20设置在透镜阵列10的出光侧，光纤阵列20包括多根光纤22，多根光纤22的输入端与多个自聚焦透镜11一一对应设置；耦合光栅阵列结构30，耦合光栅阵列结构30设置在光纤阵列20远离透镜阵列10的一侧，光纤阵列20将回波光信号传入到耦合光栅阵列结构30中，并通过耦合光栅阵列结构30将回波光信号耦合传输至硅基波导阵列中。

透镜阵列10能够收集微弱的回波光信号，而多个自聚焦透镜11能够接收不同角度的回波光信号，能够有效提高透镜阵列10能够接收的视场角的范围，增加了透镜阵列10接收信号的范围。每个自聚焦透镜11自身具有一定的接收范围，进而可以收集微弱的回波光信号，减少了透镜阵列10中收集的背景光，增加了透镜阵列10收集的回波光信号的准确性，同时还提高了信噪比，保证最后形成清晰的图像。光纤阵列20中的多根光纤22与多个自聚焦透镜11一一对应设置，便于每个自聚焦透镜11收集的回波光信号通过一个对应的光纤22传入到耦合光栅阵列结构30中，避免多个自聚焦透镜11中的回波光信号产生干扰。通过设置耦合光栅阵列结构30，使得光纤阵列20中的光纤22能够与耦合光栅阵列结构30中的光栅31对应，进而能够获得每个自聚焦透镜11接收到的回波光信号。自聚焦透镜具有校正球差和像差的特性，提升了空间中的回波光信号耦合到光纤阵列20中的耦合效率。

需要说明的是，透镜阵列10和光纤阵列20对微弱的回波光信号进行了视场分割，实现网格化的小瞬时视场，以确保选通阵列激光雷达接收光学系统能够有效撇除背景光的干扰。

需要说明的是，透镜阵列10的入光侧是弧面的。透镜阵列10的入光侧设置为弧面可以增加整个透镜阵列10的视场角的范围，增加了回波光信号的接收角度，使得透镜阵列10接收的回波光信号更多，以使得雷达的探测更加准确。

如图1所示，透镜阵列10包括第一固定结构12，第一固定结构12具有多个第一通孔，多个第一通孔间隔设置，多个自聚焦透镜11对应设置在多个第一通孔中。这样设置使得多个自聚焦透镜11的位置固定，相邻两个自聚焦透镜11的位置固定不变，以增加透镜阵列10工作的稳定性，进而保证雷达探测的准确性。

如图1所示，自聚焦透镜11的至少一部分裸露在第一固定结构12的表面，多根光纤22的至少一部分伸入第一通孔中。将光纤22伸到第一通孔中可以减少外部环境光的干扰，能够增加耦合效率，使得自聚焦透镜11的光能够大部分耦合到光纤22中。

具体的，多个第一通孔呈矩阵排布，矩阵排布由N×M个第一通孔组成，其中，N为沿x轴排布的透镜列的数量，N大于等于1，M为沿y轴排布的透镜列的数量，M大于等于1，x轴与y轴垂直。需要说明的是，N和M均是大于等于1的整数，且N和M可以相等也可以不等。此处的x轴和y轴是指两个相互垂直的方向的轴。

如图2所示，第一固定结构12包括第一基板122、固定夹板组和第二基板126，第一基板122的一侧表面具有N个第一凹槽123；固定夹板组位于第一基板122的一侧，固定夹板组包括M-1个叠置的夹板124，夹板124的两侧具有N个第二凹槽125，相邻两个夹板124上的第二凹槽125拼接成N个第一通孔，与第一基板122相邻的夹板124上的第二凹槽125与第一凹槽123拼接成N个第一通孔；第二基板126位于固定夹板组远离第一基板122的一侧，第二基板126朝向固定夹板组一侧的表面具有N个第三凹槽127，固定夹板组中与第二基板126相邻的夹板124的第二凹槽125与第三凹槽127拼接成N个第一通孔。将第一固定结构12设置成这种分体的形式，便于将自聚焦透镜11和光纤22安装到第一通孔中，可以更加精确的控制光纤22与自聚焦透镜11的距离，同时也便于将光纤22与自聚焦透镜11进行对准，进而保证自聚焦透镜11与光纤22之间的耦合效率。

当然，第一固定结构12还可以是这样的：第一固定结构12包括第一基板122、固定夹板组和第二基板126，第一基板122的一侧表面具有M个第一凹槽123；固定夹板组位于第一基板122的一侧，固定夹板组包括N-1个叠置的夹板124，夹板124的两侧具有M个第二凹槽125，相邻两个夹板124上的第二凹槽125拼接成M个第一通孔，与第一基板122相邻的夹板124上的第二凹槽125与第一凹槽123拼接成M个第一通孔；第二基板126位于固定夹板组远离第一基板122的一侧，第二基板126朝向固定夹板组一侧的表面具有M个第三凹槽127，固定夹板组中与第二基板126相邻的夹板124的第二凹槽125与第三凹槽127拼接成M个第一通孔。

需要说明的是，第一基板122和第二基板126的厚度大于等于1毫米且小于等于1.5毫米，由于第一基板122和第二基板126在固定夹板组的外侧，第一基板122和第二基板126具有一定的厚度能够对固定夹板组进行保护，同时也对自聚焦透镜11和光纤22形成保护，避免自聚焦透镜11和光纤22损坏。第一基板122、第二基板126和固定夹板组的长度和宽度均一致，以使得第一固定结构12的四周平齐。

具体的，夹板124为500微米。

自聚焦透镜11和光纤22是通过UV胶粘在第一通孔内的，且光纤22的端面位于自聚焦透镜11的焦平面处。并且光纤22的光轴与自聚焦透镜11的光轴共轴，以将回波光信号高效的耦合至光纤22中。

如图1所示，光纤阵列20还包括第二固定结构21，第二固定结构21具有多个第二通孔，多个第二通孔与多根光纤22一一对应设置，光纤22远离自聚焦透镜11的一端伸入第二通孔中固定。第二固定结构21的设置便于对多根光纤22的位置进行固定，避免光纤阵列20在工作的过程中，光纤22与耦合光栅阵列结构30之间错位的现象，进而保证了光纤22与耦合光栅阵列结构30之间的耦合效率。

可选地，第二固定结构21的具体结构可以与第一固定结构12相同。当然第二固定结构21的具体结构也可以不同于第一固定结构12。

具体的，耦合光栅阵列结构30包括多个光栅31，多个光栅31与多根光纤22的输出端一一对应设置。这样设置使得自聚焦透镜11、光纤22和光栅31一一对应设置，这样可以通过每一个光栅31上的信息可以得知对应的自聚焦透镜11对应的信息，从而可以选取不同的自聚焦透镜11获得的回波光信号进行分析，以选取最优的回波光信号。

需要说明的是，光纤22的输出端可以根据耦合光栅阵列结构30上的光栅31排布的位置进行定位固定，降低了耦合光栅阵列结构30排布的局限性，同时提高了波导探测阵列排布方式的灵活度。通过耦合光栅阵列结构30将光纤阵列20输出的回波光信号耦合至硅基波导阵列中，并传输至硅基波导阵列的波导探测阵列上的探测芯片上。

需要说明的是，耦合光栅阵列结构30可以是阵列的形式，也可以不是阵列的形式。耦合光栅阵列结构30上的光栅31可以呈阵列的方式排布，也可以是随机排布的，还可以按照指定的规律进行排布。而光纤22的输出端与光栅31一一对应，光纤22是跟随光栅31的排布规律进行排布的。

具体的，光栅31的长度大于等于20微米且小于等于30微米；和/或光栅31的宽度大于等于20微米且小于等于30微米。这样设置在保证光纤22能将回波光信号耦入光栅31中的同时保证光栅31的小型化，减少耦合光栅阵列结构30的体积，有利于选通阵列激光雷达接收光学系统的小型化。

可选地，相邻两个光栅31的中心的间距大于等于16微米且小于等于25微米。若相邻两个光栅31的中心的间距小于16微米，就容易使得光栅31接收到的对应的光纤22的回波光信号受相邻光纤22的回波光信号的影响，进而使得耦入到光栅31中的回波光信号不准确，造成光栅31与光纤22不对应的情况。若相邻两个光栅31的中心的间距大于25微米，使得相邻两个光栅31的间距过大，就会有外界的杂光耦合传输至光栅31中，造成杂光干扰大的情况。将两个光栅31的中心的间距限制在16至25微米之间，可以保证耦入到每个光栅31中的回波光信号更准确，同时使得耦合光栅阵列结构30的结构更紧凑，有利于耦合光栅阵列结构30的小型化。

具体的，光纤22的输入端的端面位于自聚焦透镜11的焦平面处。这样设置使得自聚焦透镜11能够成像在光纤22的输入端的端面，以将自聚焦透镜11处的回波光信号耦合传输至光纤22中。

如图1所示，透镜阵列10远离光纤阵列20的表面为弧面。透镜阵列10远离光纤阵列20的表面设置为弧面可以增加整个透镜阵列10的视场角的范围，增加了回波光信号的接收范围，以使得雷达的探测范围更广而且更精准。透镜阵列10远离光纤阵列20的一侧为入光侧。

可选地，自聚焦透镜11呈圆柱体状，圆柱体状的自聚焦透镜11的端面直径大于等于100微米且小于等于1毫米。若圆柱体状的自聚焦透镜11的端面直径小于100微米，就使得单个的自聚焦透镜11接收到的回波光信号较少，就会造成单个的自聚焦透镜11接收到的图像不完整的现象。若圆柱体状的自聚焦透镜11的端面直径大于1毫米，就使得单个的自聚焦透镜11接收到的回波光信号较多，就容易造成相邻的自聚焦透镜11接收到的相同的回波光信号较多，不利于对图像的选取。将圆柱体状的自聚焦透镜11的端面直径限制在100微米至1毫米的范围内，使得自聚焦透镜11能够接收到较多的回波光信号的前提下，而相邻的自聚焦透镜11接收到相同的回波光信号较少，以使得每个自聚焦透镜11能够清晰的成像。

可选地，圆柱体状的自聚焦透镜11的高度大于等于1毫米且小于等于2毫米；这样设置有利于自聚焦透镜11能够清晰成像的同时，有利于透镜阵列10的小型化。

具体的，自聚焦透镜11的焦距大于等于5微米且小于等于15微米。这样设置使得自聚焦透镜11的焦距不会过大，进而使得光纤22与自聚焦透镜11之间的距离不会过大，有利于选通阵列激光雷达接收光学系统的小型化。

具体的，沿x轴相邻两个自聚焦透镜11的中心的间距大于等于550微米且小于等于1毫米。

具体的，沿y轴相邻两个自聚焦透镜11的中心的间距大于等于550微米且小于等于1毫米，且x轴与y轴垂直。

可选地，自聚焦透镜11的视场角为

，沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜11之间的角度差为

，且自聚焦透镜11的视场角

大于等于

且小于等于2

。将自聚焦透镜11的视场角

限制在

至2

之间，使得每个自聚焦透镜11不严重丢失自聚焦透镜11边缘处的回波光信号，同时还可以避免相邻两个自聚焦透镜11之间出现大面积的回波光信号重叠的情况，使得每个自聚焦透镜11都能够清晰成像。

具体的，自聚焦透镜11的视场角

大于等于4度且小于等于24度。将视场角限制在4度至24度之间，可以有效减少相邻的自聚焦透镜11接收到相同的回波光信号的风险，以增大每个自聚焦透镜11的利用率。

具体的，沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜11之间的角度差

大于等于2度且小于等于15度。沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜11之间的角度差

小于2度时，就会造成相邻的两个自聚焦透镜11接收到相同角度的回波光信号比较多，不利于对图像的选取。而沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜11之间的角度差

大于15度时，相邻两个自聚焦透镜11的接收角度差距太大，就使得自聚焦透镜11接收不到一些角度的回波光信号，造成自聚焦透镜11接收到的回波光信号不完整的情况。

具体的，透镜阵列10的横向视场角为

，透镜阵列10的横向视场角

满足公式（1），

公式（1）

其中，N为沿x轴排布的透镜列的数量，

为沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜11之间的角度差，

为自聚焦透镜11的视场角。透镜阵列10的横向视场角

与

和

有关，还与沿x轴排布的透镜列的数量N有关。其中，可以根据雷达的发射端输出光束的特性以及测距范围来设计沿x轴排布的相邻两个自聚焦透镜11之间的角度差

。

激光雷达包括激光发射系统、上述的选通阵列激光雷达接收光学系统和硅基波导，激光发射系统为点扫描发射，激光发射系统向物体发射激光，物体将激光反射形成回波光信号；回波光信号直接射向选通阵列激光雷达接收光学系统；选通阵列激光雷达接收光学系统将回波光信号耦合传输至硅基波导阵列中。激光雷达的激光发射系统是点扫描发射，可以向不同的方向发射激光束，并被反射到选通阵列激光雷达接收光学系统中，选通阵列激光雷达接收光学系统具有透镜阵列10，进而使得每个自聚焦透镜11能够接收到激光发射系统的点扫描发射在不同角度发射的激光所产生的回波光信号，使得每个自聚焦透镜11得到的回波光信号不同。通过选择不同的自聚焦透镜11收集到的回波光信号来进行分析，以使得激光雷达更加准确的探测。

选通阵列激光雷达接收光学系统对回波光信号进行市场分割，实现网格化的小瞬时视场，确保选通阵列激光雷达接收光学系统能够有效撇除背景干扰，同时具有大接收视场角、高透过率、高耦合率、高鲁棒性、小型化和低成本的优势。

需要说明的是，硅基波导阵列是阵列的形式，硅基波导阵列包括多个硅基波导，多个硅基波导与多个光栅一一对应设置。

在本实施例中，硅基波导与光栅31集成在一起，以实现选通阵列激光雷达接收光学系统的小型化。硅基波导阵列远离耦合光栅阵列结构30的一侧具有探测芯片，硅基波导中的回波光信号传输到探测芯片，探测芯片根据需求选取耦合光栅阵列结构30中单个光栅31上的回波光信号，实现选通的功能。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，一个角度的回波光信号可以落入到多个不同的自聚焦透镜11内，然后根据不同的需求来选择哪个自聚焦透镜11所成的图像，以使得选通阵列激光雷达接收光学系统能够得到较好的图像信息。

基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，包括：

透镜阵列（10），所述透镜阵列（10）包括多个自聚焦透镜（11），所述透镜阵列（10）用于接收回波光信号；

光纤阵列（20），所述光纤阵列（20）设置在所述透镜阵列（10）的出光侧，所述光纤阵列（20）包括多根光纤（22），多根所述光纤（22）的输入端与多个所述自聚焦透镜（11）一一对应设置，所述透镜阵列（10）远离所述光纤阵列（20）的表面为弧面；

耦合光栅阵列结构（30），所述耦合光栅阵列结构（30）设置在所述光纤阵列（20）远离所述透镜阵列（10）的一侧，所述光纤阵列（20）将所述回波光信号传入到所述耦合光栅阵列结构（30）中，并通过所述耦合光栅阵列结构（30）将所述回波光信号耦合传输至硅基波导阵列中；

所述透镜阵列（10）包括第一固定结构（12），所述第一固定结构（12）具有多个第一通孔，多个所述第一通孔间隔设置，多个所述自聚焦透镜（11）对应设置在多个所述第一通孔中；

所述自聚焦透镜（11）的至少一部分裸露在所述第一固定结构（12）的表面，多根所述光纤（22）的至少一部分伸入所述第一通孔中；

所述耦合光栅阵列结构（30）包括多个光栅（31），多个所述光栅（31）与多根所述光纤（22）的输出端一一对应设置。

2.根据权利要求1所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，多个所述第一通孔呈矩阵排布，所述矩阵排布由N×M个所述第一通孔组成，其中，所述N为沿x轴排布的透镜列的数量，所述N大于等于1，所述M为沿y轴排布的透镜列的数量，所述M大于等于1，所述x轴与所述y轴垂直。

3.根据权利要求2所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，所述第一固定结构（12）包括：

第一基板（122），所述第一基板（122）的一侧表面具有N个第一凹槽（123）；

固定夹板组，所述固定夹板组位于所述第一基板（122）的一侧，所述固定夹板组包括M-1个叠置的夹板（124），所述夹板（124）的两侧具有N个第二凹槽（125），相邻两个所述夹板（124）上的所述第二凹槽（125）拼接成N个所述第一通孔，与所述第一基板（122）相邻的所述夹板（124）上的所述第二凹槽（125）与所述第一凹槽（123）拼接成N个所述第一通孔；

第二基板（126），所述第二基板（126）位于所述固定夹板组远离所述第一基板（122）的一侧，所述第二基板（126）朝向所述固定夹板组一侧的表面具有N个第三凹槽（127），所述固定夹板组中与所述第二基板（126）相邻的所述夹板（124）的所述第二凹槽（125）与所述第三凹槽（127）拼接成N个所述第一通孔。

4.根据权利要求2所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，所述第一固定结构（12）包括：

第一基板（122），所述第一基板（122）的一侧表面具有M个第一凹槽（123）；

固定夹板组，所述固定夹板组位于所述第一基板（122）的一侧，所述固定夹板组包括N-1个叠置的夹板（124），所述夹板（124）的两侧具有M个第二凹槽（125），相邻两个所述夹板（124）上的所述第二凹槽（125）拼接成M个所述第一通孔，与所述第一基板（122）相邻的所述夹板（124）上的所述第二凹槽（125）与所述第一凹槽（123）拼接成M个所述第一通孔；

第二基板（126），所述第二基板（126）位于所述固定夹板组远离所述第一基板（122）的一侧，所述第二基板（126）朝向所述固定夹板组一侧的表面具有M个第三凹槽（127），所述固定夹板组中与所述第二基板（126）相邻的所述夹板（124）的所述第二凹槽（125）与所述第三凹槽（127）拼接成M个所述第一通孔。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，所述光纤阵列（20）还包括第二固定结构（21），所述第二固定结构（21）具有多个第二通孔，多个所述第二通孔与多根所述光纤（22）一一对应设置，所述光纤（22）远离所述自聚焦透镜（11）的一端伸入所述第二通孔中固定。

6.根据权利要求1所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，

所述光栅（31）的长度大于等于20微米且小于等于30微米；和/或

所述光栅（31）的宽度大于等于20微米且小于等于30微米；

相邻两个所述光栅（31）的中心的间距大于等于16微米且小于等于25微米。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，

所述光纤（22）的输入端的端面位于所述自聚焦透镜（11）的焦平面处；

所述光纤（22）的光轴与所述自聚焦透镜（11）的光轴共轴。

8.根据权利要求1所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，所述自聚焦透镜（11）呈圆柱体状。

9.根据权利要求8所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，

所述圆柱体状的所述自聚焦透镜（11）的端面直径大于等于100微米且小于等于1毫米；和/或

所述圆柱体状的所述自聚焦透镜（11）的高度大于等于1毫米且小于等于2毫米；和/或

所述自聚焦透镜（11）的焦距大于等于5微米且小于等于15微米；和/或

沿x轴相邻两个所述自聚焦透镜（11）的中心的间距大于等于550微米且小于等于1毫米；

沿y轴相邻两个所述自聚焦透镜（11）的中心的间距大于等于550微米且小于等于1毫米，且所述x轴与所述y轴垂直。

10.根据权利要求1所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，所述自聚焦透镜（11）的视场角为

，沿x轴排布的相邻两个所述自聚焦透镜（11）之间的角度差为

，且所述自聚焦透镜（11）的视场角

大于等于

且小于等于2

。

11.根据权利要求10所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，其特征在于，沿x轴排布的相邻两个所述自聚焦透镜（11）之间的角度差

大于等于2度且小于等于15度。

12.一种激光雷达，其特征在于，包括：

激光发射系统，所述激光发射系统为点扫描发射，所述激光发射系统向物体发射激光，所述物体将所述激光反射形成回波光信号；

权利要求1至11中任一项所述的选通阵列激光雷达接收光学系统，所述回波光信号直接射向所述选通阵列激光雷达接收光学系统；

硅基波导阵列，所述选通阵列激光雷达接收光学系统将所述回波光信号耦合传输至所述硅基波导阵列中。

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