CN115128580B - 激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光雷达装置，包括：FMCW组件，包括发射探测光信号的光输出通道，以及，接收返回光信号的光输入通道，其中，所述光输出通道和光输入通道同轴；转镜，配置为将从所述FMCW组件发射的所述探测光信号以及从探测环境返回的所述返回光信号转向第一预设角度；摆镜，绕与所述光信号入射方向相垂直的转轴以第二预设角度转动，配置为接收经所述转镜偏转的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述FMCW组件。本发明通过设置摆镜可以实现水平方向预设角度范围内的扫描，通过基于芯片设计的FMCW组件简化了激光雷达装置的光路，提高了集成度。

Description

激光雷达装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达装置。

背景技术

激光雷达装置已经广泛应用于障碍物探测、距离探测等方面，例如自动驾驶领域、智能机器人的避障领域等，激光雷达通过发射激光脉冲和接收从周围物体反射回的激光脉冲回波，并根据发射的脉冲和接收反射的脉冲之间的时间延迟来计算激光雷达到环境物体的距离。

对于激光雷达而言，为了实现一定视场角的扫描，往往要通过多个转动的扫描镜来实现，通常设计的发射回路和接收回路为两个不同的回路，这种结构使得光路复杂、组装不便，导致激光雷达装置整体复杂且尺寸较大，不利于小型化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光雷达装置，通过摆镜实现水平方向一定范围内的扫描，使激光雷达装置小型化，具体如下。

本发明实施例提供一种激光雷达装置，包括：

FMCW组件，包括发射探测光信号的光输出通道，以及，接收返回光信号的光输入通道，其中，所述光输出通道和光输入通道同轴；

转镜，配置为将从所述FMCW组件发射的所述探测光信号以及从探测环境返回的所述返回光信号转向第一预设角度；

摆镜，绕与所述光信号入射方向相垂直的转轴以第二预设角度转动，配置为接收经所述转镜偏转的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述FMCW组件。

在一些实施例中，所述FMCW组件包括第一FMCW组件和第二FMCW组件，所述第一FMCW组件和第二FMCW组件对称的设置于所述摆镜两侧。

在一些实施例中，所述摆镜包括：

第一摆镜，绕与所述探测光信号入射方向相垂直的转轴以第二预设角度转动，配置为接收所述第一FMCW组件发射的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述第一FMCW组件；

第二摆镜，绕与所述探测光信号入射方向相垂直的转轴以所述第二预设角度转动，配置为接收所述第二FMCW组件发射探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述第二FMCW组件。

在一些实施例中，所述第一摆镜在水平方向上扫描的范围为0-70度，所述第二摆镜在水平方向上扫描的范围为0-70度。

在一些实施例中，所述第一摆镜和所述第二摆镜同步或异步摆动。

在一些实施例中，所述第一摆镜和所述第二摆镜在与入射到所述第一摆镜或所述第二摆镜上的所述探测光信号成45度-80度的范围内往复摆动。

在一些实施例中，所述FMCW组件包括：

FMCW光芯片模块，配置为发射探测光信号和接收返回光信号；

光学镜头，设置于所述FMCW光芯片模块的发射/接收端，配置为对发射和接收的光信号进行聚焦。

在一些实施例中，所述FMCW光芯片模块包括：

分光器，配置为将光信号分为两路，一路作为本振光输入混频器，另一路作为探测光通过所述摆镜发射到探测环境。

在一些实施例中，所述FMCW光芯片模块还包括：

混频器，配置为将所述本振光和所述返回光信号进行混频，然后传输到平衡探测器。

在一些实施例中，所述FMCW光芯片模块包括16个光输出通道、32个光输出通道、64个光输出通道或者128个光输出通道。

本发明实施例具有如下技术效果：

本发明实施例提供的激光雷达装置，通过设置摆镜可以实现水平方向预设角度范围内的扫描，通过基于芯片设计的FMCW组件和设置转镜简化了激光雷达装置的光路，提高了集成度，减小了雷达系统的整体尺寸；通过设置光发射通道和光接收通道同轴，进一步减小了雷达系统的整体尺寸。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明的一些实施例涉及的激光调制波形示意图；

图2为本发明的一些实施例提供的激光雷达装置的结构示意图；

图3为本发明的一些实施例提供的摆镜偏转结构示意图；

图4为本发明的一些实施例提供的FMCW芯片模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。

对于激光雷达而言，扫描视场角表示激光束的扫描角，指激光束通过扫描装置所能达到的最大角度范围，分为水平视场角和垂直视场角。激光雷达为了实现一定视场角的扫描，往往要通过多路扫描镜来实现。

相关技术中为了实现一定水平角度的扫描，需要搭建不同的发射光路和接收光路，即发射光路和接收光路为不同的路径，这种结构使得激光雷达的光路复杂、组装不便，导致激光雷达装置整体复杂且尺寸较大，不利于小型化应用，例如小型无人车。特别是对于基于芯片设计的调频连续波FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)的激光雷达装置的水平方向的扫描，由于激光雷达装置集成度高、元器件尺寸小，对于实现一定角度水平方向扫描的各器件的精度要求极高。

本发明实施例提供一种激光雷达装置。所述激光雷达装置可以为调频连续波（FMCW）激光雷达，其中，FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)调频连续波，即激光光源发射出去的探测激光经过光学调制，形成具有周期性规律的调制激光，例如调制为三角波、锯齿波等。调制后的发射光的频率可以随时间变化，例如图1所示的三角波调制，实现表示三角波调制下的发射信号，虚线表示回波信号。调频光可以包括光频随时间增加的第一半周期和光频随时间减少的第二半周期。激光雷达装置将调制后的激光发射出去，在一段时间后从物体表面被反射，并由激光雷达装置接收。

当目标物体正在远离FMCW激光雷达时，三角波调制下的发射信号（实线）、回波信号（虚线）以及测量出的拍频信号如图1所示，可见，平衡探测器测量出的上升区间拍频信号f_bu和下降区间拍频信号f_bd均为正值；同时，对测量出的上升区间拍频信号f_bu进行研究发现：如图1所示，当目标物体距离FMCW激光雷达比较近，且目标物体相对FMCW激光雷达的运动速度V越来越快时，由于多普勒效应，上升区间拍频信号f_bu会不断减小直至为0，当速度V更快时，上升区间拍频信号f_bu又会大于0且逐渐变大。采用如下公式可以计算出目标物体相对于激光雷达的速度和距离，

其中，c为光速（常量），t_s为频率生成器产生的调频波的周期 的一半，f_DEV为调频波扫频带宽，f_bu为上升区间拍频信号，f_bd为下降区间拍频信号，D为目标 物体相对于激光雷达的距离，V为目标物体相对于激光雷达的速度。

为了描述方便，进行如下方向定义，如图2所示：激光雷达装置可通过界定的如下三个相互垂直轴进行标定：前后轴X、横向轴Y及垂直轴Z。沿着前后轴X的箭头指向的方向标示为“前向”，且沿着前后轴X的箭头方向相反的方向标示为“后向”，横向轴Y实质上是沿着激光雷达装置宽度的方向，沿着横向轴Y的箭头方向标示为“左向”，沿着横向轴Y的箭头相反的方向标示为“右向”，垂直轴Z为沿自激光雷达装置底面（即由前后轴X、横向Y轴形成的平面）垂直延伸的方向，沿垂直轴Z的箭头方向定义为“向上”，沿垂直轴Z的箭头相反的方向定义为“向下”。

具体的，如图2所示，本发明实施例提供的激光雷达装置，包括摆镜100、FMCW组件200以及转向镜300。

FMCW组件200，包括发射探测光信号的光输出通道，以及，接收返回光信号的光输入通道，其中，所述光输出通道和光输入通道同轴，如图2所示，发射出去的探测光信号经环境物体反射后，仍然从原光路可逆的返回FMCW组件200，由于发射光信号和返回光信号的光学模式不同，使得在进入FMCW组件200后各自互不干扰的传播，从而保证在共用同一光学通道时仍然能够准确的进行探测；转镜300，配置为将从所述FMCW组件200发射的所述探测光信号以及从探测环境返回的所述返回光信号转向第一预设角度；摆镜100，绕与所述光信号入射方向相垂直的转轴110以第二预设角度转动，配置为接收经所述转镜300偏转的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述FMCW组件200。本发明实施例提供的激光雷达装置，通过设置摆镜100可以实现水平方向预设角度范围（例如0-140度）内的扫描，且通过转镜300的设置，将两组对称设置的基于芯片设计的FMCW组件发出的光线转向后入射到摆镜，减小了雷达装置的整体尺寸；FMCW组件中光发射通道同时也是光接收通道，即光发射通道和光接收通道同轴设置，避免了由于光发射通道和光接收通道的不同而导致的雷达装置尺寸的增加，使得本发明的激光雷达装置的整体尺寸进一步减小，且简化了激光雷达装置的光路，提升了激光雷达的应用范围。

所述FMCW组件200具有多个光输出通道，用于输出多路光信号，相应的，每一光输出通道也是光输入通道，用于接收对应的返回光信号。多路激光扫描，增加扫描密度，提升激光雷达的扫描精度。具体地，所述FMCW组件200可以包括16个光输出通道、32个光输出通道、64个光输出通道或者128个光输出通道等。激光光源产生的激光经过光分配网络分配成N路激光，分别传输到集成了N个发射接收通道的FMCW组件200，形成N个发射接收光路，对环境周围的物体进行探测。通过多路光信号的比较，从而可以增加雷达探测的灵敏度和可信度。

所述FMCW组件200的数量可以为一组、两组或多组，当所述FMCW组件200为多组时，多组FMCW组件200分别通过一个摆镜100进行扫描。请参见图2，在一些实施例中，所述FMCW组件200为沿所述摆镜100两侧对称设置的两组，所述两组对称设置的FMCW组件200输出的多路光信号分别入射到摆镜100进行扫描。通过设置两组FMCW组件200，可以在同一时间通过不同视角探测环境物体，提高探测效率，可以有效增大探测范围，例如一组FMCW组件200在水平方向的探测角度范围为0-70度，两组FMCW组件200在水平方向的探测角度范围为0-140度。

在一些实施例中，如图2所示，所述FMCW组件200进一步包括：FMCW光芯片模块210以及光学镜头220。所述光学镜头220设置于所述FMCW光芯片模块210的前方，具体地，所述光学镜头220位于所述FMCW光芯片模块210输出的光信号的光路上。光学镜头220可以对输出的一路或多路激光准直聚焦，使其准确地从转镜100发射出去。也可以对反射回的一路或多路激光进行准直聚焦，使其准确的输入FMCW光芯片模块210。

在一些实施例中，如图2所示，转镜300可以为平面镜，或者经过镀膜的全反射镜，所述转镜300用于将从所述光学镜头220输出的所述多路光信号转向第二预设角度后入射到所述摆镜100。在一些实施例中，所述第二预设角度可以设置为90度，即所述转镜300可以将光学镜头220出射的光线转向90度角，然后入射到摆镜100。转镜300也可以将反射回的一路或多路激光偏转90度后入射到FMCW光芯片模块210。

摆镜100用于绕与所述光信号入射方向相垂直的转轴110以第二预设角度转动，接收经所述转镜300偏转的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回到所述FMCW组件200。具体地，请参见图2，经由所述转镜300的偏转，转向后的光沿着水平方向一定角度范围内扫描。

在一些实施例中，如图2所示，所述摆镜100包括两组，分别对应两组FMCW组件，具体的，所述FMCW组件200包括第一FMCW组件和第二FMCW组件，所述第一FMCW组件和第二FMCW组件对称地设置于所述摆镜两侧；摆镜100包括第一摆镜，绕与所述探测光信号入射方向相垂直的转轴110以第二预设角度转动，配置为接收所述第一FMCW组件发射的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回到所述第一FMCW组件；第二摆镜，绕与所述探测光信号入射方向相垂直的转轴110以所述第二预设角度转动，配置为接收所述第二FMCW组件发射探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回到所述第二FMCW组件，所述第一摆镜和所述第二摆镜在与入射到所述第一摆镜或所述第二摆镜上的所述探测光信号成预设角度范围内往复摆动。

在一些实施例中，基于第一摆镜和第二摆镜的扫描过程大致如下，参考附图3所示，以一组摆镜为例进行描述如下，从FMCW组件200发射出的探测光信号沿Y轴方向入射到摆镜100，摆镜100在第I位置和第Ⅱ位置之间以预设角速度往复摆动，其中，第I位置和第Ⅱ位置之间的夹角为θ，由于入射探测光信号的方向不变，从而使得出射探测光信号随着摆镜100的摆动而在水平方向上2θ的角度范围内往复扫描，作为一种示例，所述第一摆镜在水平方向上扫描的范围为0-70度，所述第二摆镜在水平方向上扫描的范围为0-70度，即一个摆镜在X轴正向与Y轴正向之间的70度范围内摆动，另一个摆镜在X轴正向与Y轴负向之间的70度范围内摆动，二者配合实现水平方向140度范围内的扫描。

在一些实施例中，所述第一摆镜和所述第二摆镜可以同步或异步摆动，所谓同步偏转即第一摆镜和第二摆镜同向偏转，同时顺时针或逆时针偏转，也即第一摆镜由第I位置转到第Ⅱ位置的同时，第二摆镜由第Ⅱ位置转到第I位置，从而实现水平方向140度范围内的扫描。所谓异步偏转即第一摆镜和第二摆镜反向偏转，一个顺时针偏转的同时另一个逆时针偏转，也即第一摆镜由第I位置转到第Ⅱ位置的同时，第二摆镜由第I位置转到第Ⅱ位置，从而实现水平方向140度范围内的扫描。两种扫描方式均可以实现水平方向140度范围内的覆盖，可以针对不同的运动目标的运动轨迹偏转相适应的扫描方式，从而更加准确的获取到扫描目标的位置或速度信息。

在一些实施例中，所述第一摆镜和所述第二摆镜可以随机摆动，所谓随机摆动即第一摆镜和第二摆镜的摆动方向和摆动速度都是单独控制，无需配合的进行扫描，但第一摆镜和第二摆镜仍然可以实现水平方向140度范围内的扫描。这样扫描可以针对不同的运动目标的运动范围和运动速度，转动对应的扫描光路扫描，从而更加准确的获取到扫描目标的位置或速度信息。

在一些实施例中，所述第一摆镜和所述第二摆镜的摆动速度也是可以单独控制的，摆动速度的不同，决定了扫描范围内扫描点的移动速度的不同，通过增加摆动速度，可以提升扫描频率，从而增加扫描的准确性。

在一些实施例中，为了保证能够实现沿X轴正向两侧范围内的扫描，例如上述的0-70度范围，所述第一摆镜和所述第二摆镜在与入射到所述第一摆镜或所述第二摆镜上的所述探测光信号成45度-80度的范围内往复摆动。

在上述实施例中，描述了通过第一摆镜和第二摆镜往复摆动实现水平方向一定角度范围内的扫描，同时，探测光信号经过障碍物的反射，以一定角度进入第一摆镜和第二摆镜后，沿上述出射的探测光信号可逆的方向同轴传播，进入FMCW组件，FMCW组件对返回光信号进行处理分析后确定目标物体的位置或移动速度。

在一些实施例中，如图2所示，所述FMCW组件包括：FMCW光芯片模块，配置为发射探测光信号和接收返回光信号；光学镜头，设置于所述FMCW光芯片模块的发射/接收端，配置为对发射和接收的光信号进行聚焦和/或相位反转，例如包括1/4波片，实现探测光信号和返回光信号的相位反转，以实现进入FMCW光芯片模块后光路的分离。

如图4所示，所述FMCW光芯片模块210可以进一步包括：分光器211、耦合器212、混频器213以及平衡探测器214。所述分光器211、耦合器212、混频器213以及平衡探测器214可以集成于同一芯片上，保证了激光雷达装置尺寸的减小。上述元件可以通过光学连接，所述光学连接可以是光纤、光波导等光学传输介质连接。

在一些实施例中，所述FMCW光芯片模块210包括：分光器211。所述分光器211用于将光信号分为两路，一路作为本振光输入混频器213，另一路作为探测光通过所述摆镜100发射到探测环境。

所述分光器211包括三个端口，其中，分光器第一端口2111接收从光分配网络输入的激光子光束，并经分光器211将所述子光束分成探测光信号和第二子光束。所述探测光信号作为探测光信号经分光器第二端口2112传输至耦合器212，所述第二子光束作为本征激光信号经分光器第三端口2113传输至混频器213。

可选的，所述本振光信号与探测光信号的功率分配比例可以是固定的，例如本振光信号与探测光信号的功率分配比例为3:7，本振光信号与探测光信号的功率分配比例也可以是可调的，例如当探测目标距离稍远时，应当适当提高探测光信号的功率，但本振光信号的功率应当满足其进行混频的最低阈值，例如本振光信号与探测光信号的功率分配比例调整为1:9，且本振光信号的功率满足最低阈值，例如1mw，对阈值不做具体限定。

在一些实施例中，所述分光器211包括以下任一项可供选择应用：定向耦合器、非对称多模干涉器、Y型分束器、绝热型分束器、热光开关或电光开关。对任一器件的选择可根据光分配网络分配的激光传输信号的功率、波长等因素选择应用，对此不做赘述。

在一些实施例中，所述FMCW光芯片模块210还包括：耦合器212。所述耦合器212包括三个端口，其中，耦合器第一端口2121与分光器第二端口2112光连接，用于接收所述探测光信号后传输至耦合器第二端口2122，探测光信号经耦合器第二端口2122发射出去，耦合器第二端口2122接收基于所述探测光信号经过环境物体反射后形成的返回光信号，并将反射的所述返回光信号传输至耦合器第三端口2123，其中，探测光信号与反射后形成的返回光信号的光学性质不同，因此，耦合器212仅能使探测光信号从耦合器第一端口2121传输至耦合器第二端口2122，且耦合器212仅能使返回光信号从耦合器第二端口2122传输至耦合器第三端口2123，并不能传输至耦合器第一端口2121，可选的，探测光信号和返回光信号为模式不同的光，可选的，探测光信号和返回光信号偏振方向不同，例如o光或e光；或者，探测光信号和返回光信号的光学模式不同，例如为横电模或横磁模。

在一些实施例中，所述耦合器212包括偏振模式复用器；其中，所述偏振模式复用器包括以下至少之一：基于耦合波导的偏振分束器、基于亚波长光栅结构的偏振分束器、基于多模干涉结构的偏振分束器、基于槽型波导的偏振分束器或基复合波导的偏振分束器；采用上述波导型偏振模式复用器，能够保证激光互不干扰的单向传输的同时，可以提高器件的集成度，使得激光收发装置整体尺寸减小，进一步使得光路通道在20-100微米范围内，仍然能够互不干扰的传输光学信号。

在一些实施例中，所述耦合器212包括模式转换器；其中，模式转换器中，第一子光束的光学模式为TEn或TMn模式，第一探测光束的光学模式为TEm或TMm模式，其中n≠m，且n、m为大于3的自然数。采用上述模式转换器，由于光学模式发生了变化，能够保证激光互不干扰的单向传输，减小了器件尺寸，提高了器件的集成度，使得激光收发装置整体尺寸减小，进一步使得光路通道在20-100微米范围内，仍然能够互不干扰的传输光学信号。

在一些实施例中，所述耦合器212包括非互易模式复用器。其中，所述非互易模式复用器包括以下至少之一：基于钇铁石榴石磁光波导的非互易模式复用器、基于光学非线性效应的非互易模式复用器或基于时空调制的非互易模式复用器。非互易模式复用器的非互易性体现在正向和反向传播通路的损耗不同。正向传播时第一端口2121到第二端口2122的损耗很小，反向传播时第二端口2122到第一端口2121的损耗极大，第二端口2122到第三端口2123的损耗很小，因此出射激光和返回激光可以互不干扰的在各自的路径中传输。采用上述非互易模式复用器，能够保证激光互不干扰的单向传输的同时，可以提高器件的集成度，使得激光收发装置整体尺寸减小，进一步使得光路通道在20-100微米范围内，仍然能够互不干扰的传输光学信号。在一些实施例中，所述FMCW光芯片模块210还包括：混频器213。所述混频器213用于将所述本振光和反射回来的返回光信号进行混频，然后传输到平衡探测器214。在一些实施例中，所述混频器213包括三个端口，混频器第一端口2131与分光器第三端口2113光连接，配置为接收所述本振光；混频器第二端口2132与耦合器第三端口2123光连接，配置为接收所述反射后的所述返回光信号，本振光与返回光信号形成混频光束从混频器第三端口2133输出；其中，所述混频器213可以是定向耦合器或多模干涉器。

在一些实施例中，所述FMCW光芯片模块210还包括：平衡探测器214。所述平衡探测器214包括两个端口，平衡探测器输入端口与混频器第三端口2133光连接，配置为接收所述混频光束后获取本振光和所述返回光信号形成的频率差，然后将该频率差通过输出端口输出至处理器，根据上述公式（4），处理器可以计算出FMCW激光雷达装置到环境物体的距离和速度。

所述光学镜头220设置于所述FMCW光芯片模块210输入/输出的光信号的光路上，用于对所述FMCW组件200输入/输出的光信号进行聚焦。在一些实施例中，如图2所示，所述光学镜头220为包括多个光学镜片的镜片组，多个光学镜片相互配合实现对光信号的聚焦。

在一些实施例中，如图4所示，所述光学镜头220可以包括光学天线221，所述光学天线221配置为从所述耦合器第二端口2122接收所述探测光信号后并发射所述探测光信号，以及，接收所述返回光信号后将其传输至所述耦合器第二端口2122，如图4中光学天线221右侧箭头所示。光学天线221可以为光纤、光波导器件结构，其集成设置于芯片边缘，例如在光纤、光波导器件的出射端设置具有透镜结构的发射、接收端面，使得激光能够经过准直后沿预设方向传输。反射光也能够精准的通过光学天线221接收并传输到耦合器212。光学天线221可以包括1/4波片，以对返回光信号进行相位变换。

本发明实施例提供的激光雷达装置，通过设置摆镜可以实现水平方向预设角度范围内的扫描，通过基于芯片设计的FMCW组件简化了激光雷达装置的光路，提高了集成度，减小了雷达系统的整体尺寸；通过转镜和摆镜的设置，使得光发射通道和光接收通道同轴，减少了光学器件的应用，整体上减小了激光雷达的尺寸，转镜和摆镜连接两组FMCW组件同时实现水平扫描，缩短了光扫描方向的尺寸，对于激光雷达的小型化应用具有积极作用。

最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，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。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种激光雷达装置，包括：

FMCW组件，包括发射探测光信号的光输出通道，以及，接收返回光信号的光输入通道，其中，所述光输出通道和光输入通道同轴；

转镜，配置为将从所述FMCW组件发射的所述探测光信号以及从探测环境返回的所述返回光信号偏转第一预设角度；

摆镜，绕与所述光信号入射方向相垂直的转轴以第二预设角度转动，配置为接收经所述转镜偏转的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述FMCW组件；

所述FMCW组件包括第一FMCW组件和第二FMCW组件，所述第一FMCW组件和第二FMCW组件对称的设置于所述摆镜两侧；

所述摆镜包括：

第一摆镜，绕与所述探测光信号入射方向相垂直的转轴以第二预设角度转动，配置为接收所述第一FMCW组件发射的探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述第一FMCW组件；

第二摆镜，绕与所述探测光信号入射方向相垂直的转轴以所述第二预设角度转动，配置为接收所述第二FMCW组件发射的 探测光信号，使得所述探测光信号在水平方向上扫描，以及接收从探测环境返回的所述返回光信号，使得所述返回光信号同轴地返回所述第二FMCW组件；

其中，所述第一FMCW组件设置于所述第一摆镜外侧，所述第二FMCW组件设置于所述第二摆镜外侧；

所述第一摆镜在水平方向上扫描的范围为0-70度，所述第二摆镜在水平方向上扫描的范围为0-70度，所述第一预设角度为90度。

2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述第一摆镜和所述第二摆镜同步或异步摆动。

3.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述第一摆镜和所述第二摆镜在与入射到所述第一摆镜或所述第二摆镜上的所述探测光信号成45度-80度的范围内往复摆动。

4.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述FMCW组件包括：

FMCW光芯片模块，配置为发射探测光信号和接收返回光信号；

光学镜头，设置于所述FMCW光芯片模块的发射/接收端，配置为对发射和接收的光信号进行聚焦。

5.根据权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，

所述FMCW光芯片模块包括：

分光器，配置为将光信号分为两路，一路作为本振光输入混频器，另一路作为探测光通过所述摆镜发射到探测环境。

6.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，

所述FMCW光芯片模块还包括：

混频器，配置为将所述本振光和所述返回光信号进行混频，然后传输到平衡探测器。

7.根据权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，所述FMCW光芯片模块包括16个光输出通道、32个光输出通道、64个光输出通道或者128个光输出通道。

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