CN115166696B - 用于激光雷达的扫描转镜组、激光雷达装置 - Google Patents

用于激光雷达的扫描转镜组、激光雷达装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于激光雷达的扫描转镜组，包括：转轴，以及N块转镜，所述转镜的镜面朝向与所述转轴相反的一侧，所述N块转镜首尾相接绕所述转轴形成N边形结构，N为大于或等于4的偶数；其中，每一所述转镜的镜面与所述转轴成第一预设角度，相邻两块所述转镜的镜面与所述转轴所形成的第一预设角度不同，所述第一预设角度小于90度。本发明还提供一种激光雷达装置。本发明简化了激光雷达装置的光路，提高了集成度，减小了系统尺寸。

Description

用于激光雷达的扫描转镜组、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，涉及一种用于激光雷达的扫描转镜组、激光雷达装置。
背景技术
激光雷达系统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，扫描视场角（Field of view, FOV）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，往往要通过转动的扫描镜来实现。通常为了更好探测周围的环境，扫描方向通常可以是水平方向、垂直方向、水平和垂直方向。现有技术中为了实现水平和垂直两个方向的扫描，通过需要借助于轴线相互垂直的两个反射镜来实现，这种结构使得光路复杂、组装不便，导致激光雷达系统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用于激光雷达的扫描转镜组、激光雷达装置，通过一个转镜组实现水平和垂直两个方向扫描，使激光雷达系统小型化，具体如下。
本发明实施例第一方面提供一种用于激光雷达的扫描转镜组，包括：
转轴，以及
N块转镜，所述转镜的镜面朝向与所述转轴相反的一侧，所述N块转镜首尾相接绕所述转轴形成N边形结构，N为大于或等于4的偶数；
其中，每一所述转镜的镜面与所述转轴成第一预设角度，相邻两块所述转镜的镜面与所述转轴所形成的第一预设角度不同，所述第一预设角度小于90度。
在一些实施例中，所述N边形结构相对两条边的所述转镜的镜面彼此平行。
在一些实施例中，所述第一预设角度小于或等于24度。
在一些实施例中，每一所述转镜的镜面为平行四边形，截面为梯形。
在一些实施例中，所述N块转镜按如下方式设置：
相邻两块所述转镜的镜面与所述转轴所形成所述第一预设角度的夹角朝向不同；或者，
连续半数的所述转镜的镜面与所述转轴所形成所述第一预设角度的夹角，与另外连续半数的所述转镜的镜面与所述转轴所形成所述第一预设角度的夹角朝向不同。
本发明实施例另一方面提供一种激光雷达装置，包括前述的扫描转镜组，所述激光雷达装置，包括：
FMCW组件，具有多个光输出通道，配置为输出多路光信号，其中，所述FMCW组件包括FMCW光芯片模块和光学镜头；
转向镜，用于将从所述光学镜头输出的所述多路光信号转向第二预设角度后射入所述扫描转镜组，其中，所述扫描转镜组配置为沿与光入射方向垂直的方向转动，使得所述多路光信号在水平方向和垂直方向扫描。
在一些实施例中，所述FMCW组件为沿所述扫描转镜组两侧对称设置的两组，所述两组对称设置的FMCW组件输出的多路光信号分别射入所述扫描转镜组进行扫描。
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扫描转镜组发射到探测环境；
混频器，配置为将所述本振光和反射回来的探测光进行混频，然后传输到平衡探测器。
在一些实施例中，所述扫描转镜组转动所形成的水平方向的扫描角度为140度，竖直方向的扫描角度为96度。
在一些实施例中，所述FMCW光芯片包括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用于激光雷达的扫描转镜组、激光雷达装置通过设置一个扫描转镜组可以实现水平和竖直两个方向的扫描，简化了激光雷达装置的光路，提高了集成度，减小了系统尺寸；所述扫描转镜组中的各个转镜的镜面角度可以根据实际需要快速调整，从而可以实现激光雷达扫描视场角的快速调整；以及所述扫描转镜组可以为一个整体结构，便于激光雷达的组装于维护。
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提供的扫描转镜组装及激光雷达装置的俯视图。
图2为本发明的一些实施例提供的扫描转镜组装及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扫描转镜组结构示意图。
图4为本发明的一些实施例提供的扫描转镜组中的转镜结构示意图。
图5为本发明的一些实施例涉及的激光调制波形示意图。
图6为本发明的一些实施例提供的激光雷达装置结构示意图。
图7为本发明的一些实施例提供的FMCW光芯片模块示意图。
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，往往要通过转动的扫描镜来实现。通常为了更好探测周围的环境，扫描方向通常可以是水平方向、垂直方向、水平和垂直方向。相关技术中为了实现水平和垂直两个方向的扫描，通过需要借助于轴线相互垂直的两个反射镜来实现，这种结构使得光路复杂、组装不便，导致激光雷达系统整体复杂且尺寸较大，不利于小型化应用。特别是对于基于芯片的调频连续波（FMCW）的激光雷达系统的水平和垂直方向的扫描，由于激光雷达系统集成度高、元器件尺寸小，对于实现水平和垂直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基于芯片的调频连续波FMCW激光雷达系统，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。调频连续波经过精密的光路发射和接收后，探测环境物体的距离和/或速度。
为了描述方便，进行如下方向定义，如图2所示：激光雷达系统可通过界定的如下三个相互垂直轴进行标定：横向轴X、前后轴Y及垂直轴Z。沿着前后轴Y的箭头指向的方向标示为“后向”，且沿着前后轴Y的箭头方向相反的方向标示为“前向”，横向轴X实质上是沿着激光雷达系统宽度的方向，沿着横向轴X的箭头方向标示为“左向”，沿着横向轴X的箭头相反的方向标示为“右向”，垂直轴Z为沿自激光雷达系统底面（即由前后轴Y、横向X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”。
本发明实施例提供一种用于激光雷达的扫描转镜组100。请一并参阅图1~图3，图1与图2分别从不同角度给出了设置在激光雷达之中的本实施提供的扫描转镜组100，图3给出了扫描转镜组100的结构示意图。本发明实施例提供的扫描转镜组100包括：转轴110以及N块转镜，所述N块转镜可以依次编号为101~10n。所述N块转镜首尾相接绕所述转轴110形成N边形结构，其中N为大于或等于4的偶数。为了便于描述，本实施例中以N=6为例进行介绍，请参见图3，所述转镜首尾相接依次编号为101~106。可以理解，N的数值并不限于本实施例中所举之例，N可以为任何大于或等于4的偶数。N为偶数形成对称结构，便于N块转镜组装于转轴110，形成稳定的结构，当转镜绕转轴110高速旋转时，各方向的离心力相同，避免转轴单侧受力不均匀而影响转镜的稳定性，从而影响扫描的准确性。此外，N为偶数可以实现垂直方向对称扫描，即入射光线上下两侧扫描角度及点数对称，便于对扫描环境的准确分析。
所述转镜进一步包括镜体以及镜面，图2与图3中编号1011所示即为转镜101所对应的镜面。所述转镜的镜面可以对入射到镜面的光束进行反射，所述转镜的镜面可以通过镀膜的方式实现对特定波长的入射光束的反射，例如对可见光、红外光或紫外光等各波段光的全反射。为了便于组装，所述转镜的镜面可以为平行四边形，如矩形，进一步地，每一所述转镜的镜面可以为形状基本相等的平行四边形。所述镜体通常为多面体，如六面体。在一些实施例中，镜体的与所述镜面相对的表面可以设置为曲面或平面，以便于转镜的镜体与所述转轴110连接，如图2所示，镜体的内表面形成一个与转轴110同轴的圆面或正六面，通过径向的连杆可直接连接，连接方式可以为螺栓或粘结固定，每一块镜体可以单独拆卸，便于维修更换。请参见图4，在一些实施例中，镜体的与镜面相邻的左右两个侧面的截面设置为梯形，以配合镜面的向上或向下倾斜的角度。
所述转镜的镜面朝向与所述转轴110相反的一侧，每一所述转镜的镜面与所述转轴110形成第一预设角度θ。请参阅图4，图中虽然没有绘出转轴110，但可知转轴110沿竖直方向，即Z轴设置，图中虚线方向即转轴110的方向。所述第一预设角度θ小于90度大于0度，使得经过具有第一预设角度θ的镜面的反射，反射光线与入射光线相比偏转角度为2θ，当镜面具有向上倾斜和向下倾斜的第一预设角度θ时，扫描光线在竖直方向的扫描范围为4θ，在一些实施例中，所述第一预设角度θ可以进一步设置为小于或等于24度，则扫描光线在竖直方向的最大扫描范围为96度，可以基本满足竖直方向的扫描需求。需要说明的是，当所述扫描转镜组100及激光雷达被装配到合适的位置且处于工作状态时，所述转轴110的方向通常为竖直方向，为了便于描述，以下均默认所述转轴110的方向为竖直方向。
在一些实施例中，所述N块转镜首尾相接绕所述转轴110形成N边形结构中，相对两条边的所述转镜的镜面彼此平行，即，相对两块所述转镜的镜面与所述转轴110所形成的第一预设角度相同，但方向相反，一个向上一个向下，如图4所示。如果以N=6为例，上述的镜面设置可以具体描述为：转镜101的镜面1011与转镜104的镜面彼此平行，转镜102的镜面与转镜105的镜面彼此平行，转镜103的镜面与转镜106的镜面彼此平行。这样设置可以使得激光雷达在垂直方向的上下两侧的扫描范围对称，各扫描点一一对称，便于后续数据处理。
在一些实施例中，相邻两块所述转镜的镜面与所述转轴110所形成的第一预设角度不同，从而可以使入射光在扫过相邻的两块所述转镜时，光束在垂直方向的偏转角度将会发生改变。具体地，可以根据反射定律进行以下推导：当相邻两块所述转镜的镜面之间的夹角为0度时，入射光在扫过相邻的两块所述转镜时光束的角度不发生改变，当相邻两块所述转镜的镜面之间的夹角为ɑ度时（ɑ<90度），入射光在扫过相邻的两块所述转镜时光束在垂直方向的角度偏转2ɑ度。
在一些实施例中，所述N块转镜按如下方式设置：相邻两块所述转镜的镜面与所述转轴所形成的夹角朝向不同，即相邻两块所述转镜中，其中的一块转镜的镜面朝上，其中的另一块转镜的镜面朝下。如果以N=6为例，上述的镜面设置可以具体描述为：转镜101、转镜103、转镜105的镜面朝上，转镜102、转镜104、转镜106的镜面朝下。通过上述设置，光束可以相对于参考平面快速地上下跳转，可以及时发现周围环境的异状。
在一些实施例中，所述N块转镜按如下方式设置：连续半数的所述转镜的镜面与所述转轴110所形成的夹角，与另外连续半数的所述转镜的镜面与所述转轴110所形成的夹角朝向不同。如果以N=6为例，上述的镜面设置可以具体描述为：转镜101、转镜102、转镜103的镜面朝上，转镜104、转镜105、转镜106的镜面朝下。进一步地，连续半数的所述转镜的镜面与所述转轴110所形成的夹角逐渐增大或减小，例如一种可选的扫描顺序可以是：上16度、上32度、上48度、下16度、下32度、下48度；或者，上48度、上32度、上16度、下48度、下32度、下16度。通过上述设置，光束在垂直方向的扫描轨迹为沿中心分别向上和向下扫描，或者向中心收缩扫描，即光束可以在一定角度内连续扫描，即光束的扫描角逐渐增大或逐渐减小，便于绘制出周围环境的三维地图。再例如一种可选的扫描顺序可以是：上48度、上32度、上16度、下16度、下32度、下48度；或者下48度、下32度、下16度、上16度、上32度、上48度。通过上述设置，光束在垂直方向的扫描轨迹为从上到下或从下到上连续扫描，即光束可以在一定角度内连续扫描，便于连续扫描同一方位的障碍物。
在水平方向上，当光线水平入射到转镜各镜面时，随着转镜的连续快速旋转，镜面与入射光线的角度会快速地连续变化，从而使得出射光线水平方向的角度也会连续变化，从而使得扫描光线在水平方向具有一个扫描范围，例如0-70度。激光雷达水平方向的扫描范围随着转镜的转速的提高而减小。
上述给出了几种不同的转镜的设置方式，所述扫描转镜组100中的各个转镜的镜面角度可以根据实际需要快速调整，从而可以实现激光雷达扫描视场角的快速调整。并且所述扫描转镜组100可以作为一个整体结构安装及拆卸，从而可以方便激光雷达的组装于维护。
本发明实施例进一步提供一种包括所述扫描转镜组100的激光雷达装置。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 ModulatedContinuous 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5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5所示，可见，平衡探测器测量出的上升区间拍频信号fbu和下降区间拍频信号fbd均为正值；同时，对测量出的上升区间拍频信号fbu进行研究发现：如图5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fbu会不断减小直至为0，当速度V更快时，上升区间拍频信号fbu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，
Figure 406868DEST_PATH_IMAGE001
其中，c为光速（常量），ts为频率生成器产生的调频波的周期的一半，fDEV为调频波扫频带宽，fbu为上升区间拍频信号，fbd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。
请一并参阅图2与图6，所述激光雷达装置10包括：扫描转镜组100、FMCW组件200以及转向镜300。
所述FMCW组件200具有多个光输出通道，用于输出多路光信号。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。
所述FMCW组件200的数量可以为一组或多组，当所述FMCW组件200为多组时，多组FMCW组件200可以共用一个扫描转镜组100进行扫描。请参见图6，在一些实施例中，所述FMCW组件200为沿所述扫描转镜组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射入所述扫描转镜组100进行扫描。通过设置多组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，例如一种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，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，使其准确的从转镜100发射出去。
请参阅图7，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，保证了激光雷达系统尺寸的减小。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扫描转镜组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将所述子光束分成第一子光束和第二子光束。所述第一子光束作为探测激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，所述本振激光信号与探测激光信号的功率分配比例可以是固定的，例如本振激光信号与探测激光信号的功率分配比例为3:7，本振激光信号与探测激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，应当适当提高探测激光信号的功率，但本振激光信号的功率应当满足其进行混频的最低阈值，例如本振激光信号与探测激光信号的功率分配比例调整为1:9，且本振激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214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，用于接收所述第一子光束后传输至耦合器第二端口2122，第一子光束作为探测激光信号经耦合器第二端口2122发射出去，耦合器第二端口2122接收基于所述第一子光束经过环境物体反射后形成的第一探测光束，并将反射的所述第一探测光束传输至耦合器第三端口2123，其中，第一子光束与反射后形成的第一探测光束的光学性质不同，因此，耦合器212仅能使第一子光束从耦合器第一端口2121传输至耦合器第二端口2122，且耦合器212仅能使第一探测光束从耦合器第二端口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，第一子光束和第一探测光束为模式不同的光，可选的，第一子光束和第一探测光束偏振方向不同，例如o光或e光；或者，第一子光束和第一探测光束的光学模式不同，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探测光进行混频，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，配置为接收所述第二子光束；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第一探测光束，第二子光束与第一探测光束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所述第二子光束和所述第一探测光束的频率差，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激光雷达系统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输出的光信号的光路上，用于对所述FMCW组件200输出的光信号进行聚焦。在一些实施例中，如图6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7所示，所述光学镜头220为光学天线221，所述光学天线221配置为从所述耦合器第二端口2122接收所述第一子光束后并发射所述第一子光束，以及，接收所述第一探测光束后将其传输至所述耦合器第二端口2122。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。
所述转向镜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射入所述扫描转镜组100。在一些实施例中，所述第二预设角度可以设置为90度，即所述转向镜300可以将光学镜头220出射的光线转向90度角，然后入射到扫描转镜组100。
所述扫描转镜组100用于沿与光入射方向垂直的方向转动，使得所述多路光信号在水平方向和垂直方向扫描。具体地，请参见图6，经由所述转向镜300转向后的光沿着水平方向入射到所述扫描转镜组100，所述扫描转镜组100以竖直方向为旋转轴心旋转，即所述扫描转镜组100的旋转轴心垂直于光入射方向。
通过所述扫描转镜组100的转动，光束在水平方向和竖直方向分别形成一定角度的扫描角，即水平扫描角和竖直扫描角。水平扫描角和竖直扫描角的度数可以根据实际扫描环境而设定。在一些实施例中，所述扫描转镜组100转动所形成的水平方向的扫描角度为140度，所述扫描转镜组100转动所形成的竖直方向的扫描角度为96度。
本发明实施例提供的用于激光雷达的扫描转镜组、激光雷达装置通过设置一个扫描转镜组可以实现水平和竖直两个方向的扫描，简化了激光雷达装置的光路，提高了集成度，减小了系统尺寸；所述扫描转镜组中的各个转镜的镜面角度可以根据实际需要快速调整，从而可以实现激光雷达扫描视场角的快速调整；以及所述扫描转镜组可以为一个整体结构，便于激光雷达的组装于维护。
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 (8)

1.一种用于激光雷达的扫描转镜组，其特征在于，包括：
转轴，以及
N块转镜，所述转镜的镜面朝向与所述转轴相反的一侧，所述N块转镜首尾相接绕所述转轴形成N边形结构，N为大于或等于4的偶数；
其中，每一所述转镜的镜面与所述转轴成第一预设角度，相邻两块所述转镜的镜面与所述转轴所形成的第一预设角度不同，所述第一预设角度小于90度；任意相邻两块所述转镜中，其中一块转镜的镜面朝上，另一块转镜的镜面朝下；其中，
所述N边形结构相对两条边的所述转镜的镜面彼此平行；
每一所述转镜的镜面为平行四边形，截面为梯形。
2.根据权利要求1所述的扫描转镜组，其特征在于，所述第一预设角度小于或等于24度。
3.根据权利要求1所述的扫描转镜组，其特征在于，所述N块转镜按如下方式设置：
相邻两块所述转镜的镜面与所述转轴所形成所述第一预设角度的夹角朝向不同；或者，
连续半数的所述转镜的镜面与所述转轴所形成所述第一预设角度的夹角，与另外连续半数的所述转镜的镜面与所述转轴所形成所述第一预设角度的夹角朝向不同。
4.一种激光雷达装置，包括如权利要求1-3中任一项所述的扫描转镜组，其特征在于，所述激光雷达装置，包括：
FMCW组件，具有多个光输出通道，配置为输出多路光信号，其中，所述FMCW组件包括FMCW光芯片模块和光学镜头；
转向镜，用于将从所述光学镜头输出的所述多路光信号转向第二预设角度后射入所述扫描转镜组，其中，所述扫描转镜组配置为沿与光入射方向垂直的方向转动，使得所述多路光信号在水平方向和垂直方向扫描；
其中，任意相邻两块所述转镜中，其中一块转镜的镜面朝上，另一块转镜的镜面朝下；所述N边形结构相对两条边的所述转镜的镜面彼此平行；每一所述转镜的镜面为平行四边形，截面为梯形。
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组件为沿所述扫描转镜组两侧对称设置的两组，所述两组对称设置的FMCW组件输出的多路光信号分别射入所述扫描转镜组进行扫描。
6.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扫描转镜组发射到探测环境;
混频器，配置为将所述本振光和反射回来的探测光进行混频，然后传输到平衡探测器。
7.根据权利要求4所述的激光雷达装置，其特征在于，所述扫描转镜组转动所形成的水平方向的扫描角度为140度，竖直方向的扫描角度为96度。
8.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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