CN115685135A - 一种发射模块、相关设备以及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种发射模块、相关设备以及探测方法，其能够在无需增加激光雷达的插损和功耗的情况下，有效地增加激光雷达所能够扫描的像素数量。该发射模块包括多个光开关，所述光开关连接多点发射模块；目标光开关用于将激光光束导通至目标多点发射模块，所述目标光开关为所述多个光开关中的一个，所述目标多点发射模块为与所述目标光开关所连接的多点发射模块；所述目标多点发射模块用于将所述激光光束分光为多路子光束；所述目标多点发射模块用于发射所述多路子光束。
Description
技术领域
本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种发射模块、相关设备以及探测方法。
背景技术
激光雷达是用于探测周围环境的传感器，广泛应用于自动驾驶、无人机、机械人、激光通信、激光成像等众多领域。激光雷达的原理是向探测目标发射激光光束，经由探测目标反射回来的反射光信号被激光雷达接收，激光雷达根据反射光信号计算出探测目标的距离、速度、方位、角度等空间信息。
目前的激光雷达的结构可参见图1所示，激光雷达包括N个光开关，每个光开关后面连接一个光发射器。N为大于或等于1的正整数。例如，激光雷达所包括的光开关101连接光发射器102。在一个时刻有且只有一个开关导通，例如，仅光开关101导通，那么，该光开关101将激光光束导通至光发射器102，该光发射器102发射该激光光束。
激光雷达发射的每束激光光束能够在自由空间中形成的光斑，光斑的数量为该激光雷达所能够扫描的像素数量。激光雷达所能够扫描的像素的数量越多，那么，激光雷达所能够扫描的探测目标的数量越多。可知，若要增加激光雷达能够扫描的像素的数量，需要增加激光雷达的光开关以及光发射器的数量，导致激光雷达的插损和功耗增加。
发明内容
本发明实施例提供了一种发射模块、相关设备以及探测方法，其能够在无需增加激光雷达的插损和功耗的情况下，有效地增加激光雷达所能够扫描的像素数量。
本发明实施例第一方面提供了一种发射模块，所述发射模块包括多个光开关，所述光开关连接多点发射模块；目标光开关用于将激光光束导通至目标多点发射模块，所述目标光开关为所述多个光开关中的一个，所述目标多点发射模块为与所述目标光开关所连接的多点发射模块；所述目标多点发射模块用于将所述激光光束分光为多路子光束；所述目标多点发射模块用于发射所述多路子光束。
可见，发射模块集成了多个光开关和多个多点发射模块，每个多点发射模块能够实现多像素的扫描，保证了发射模块具有可靠性高、集成度高、插损低、无激光光束旁瓣等问题。而且发射模块可仅从一个激光器接收激光光束，降低了发射模块的封装难度和尺寸。
该发射模块中，每个多点发射模块能够发射多路子光束，每路子光束在自由空间中形成一个用于探测的光斑，一个光斑对应一个像素，可知，一个光开关的导通，能够实现同时对多个像素的扫描，提高了发射模块在一个时刻扫描的像素数量。而且提高发射模块所扫描的像素的数量的过程中，无需增加光开关的数量，而是通过增加光开关所连接的多点发射模块所发射的子光束的数量实现增加扫描的像素数量的目的。可知，因无需增加光开关的数量，有效地降低了发射模块的封装难度和插损，而且降低了发射模块的功耗。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述目标多点发射模块包括分光器和多个光发射器，所述分光器包括输入端口和多个输出端口，所述多个输出端口中的每个所述输出端口连接一个所述光发射器，且不同的所述输出端口与不同的所述光发射器连接，所述输入端口与所述目标光开关连接；所述分光器用于经由所述输入端口接收来自所述目标光开关的所述激光光束；所述分光器用于经由所述多个输出端口向多个所述光发射器发射所述多路子光束；所述多个光发射器用于发射所述多路子光束。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述发射模块还包括第一光电探测器；所述第一光电探测器用于接收第一探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述目标多点发射模块和所述第一光电探测器连接，所述第一探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第一光电探测器与所述光发射器连接，所述第一探测光信号来自所述光发射器；所述第一光电探测器用于向处理单元发送第一指示信息，所述第一指示信息用于指示所述第一探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第一指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
可见，第一光电探测器能够向处理单元发送第一指示信息，处理单元根据该第一指示信息确定能够完全导通目标光开关的导通信号，以保证目标光开关接收到该导通信号后，能够处于完全导通的状态。可见，发射模块的工作时环境温度等条件的变化时，控制单元会改变导通信号的电流值或电压值，以保证导通信号能够在温度等条件变化时还能够完全导通目标光开关。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述目标多点发射模块包括光发射器和衍射光学元件DOE，所述光发射器与所述目标光开关连接；所述光发射器用于接收来自所述目标光开关的所述激光光束；所述光发射器用于向所述DOE传输所述激光光束。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述发射模块还包括第二光电探测器；所述第二光电探测器用于接收第二探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述光发射器和所述第二光电探测器连接，所述第二探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第二光电探测器与所述DOE连接，所述第二探测光信号来自所述DOE；所述第二光电探测器用于向处理单元发送第二指示信息，所述第二指示信息用于指示所述第二探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第二指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
可见，第二光电探测器能够向处理单元发送第二指示信息，处理单元根据该第二指示信息确定能够完全导通目标光开关的导通信号，以保证目标光开关接收到该导通信号后，能够处于完全导通的状态。可见，发射模块的工作时环境温度等条件的变化时，控制单元会改变导通信号的电流值或电压值，以保证导通信号能够在温度等条件变化时还能够完全导通目标光开关。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述光发射器所发射的光束形成线状的光斑。
可见，该多点发射模块所发射的多路子光束，能够直接在自由空间中形成光斑，无需设置透镜等光器件调节多点发射模块所发射的子光束的光斑的形状，进而降低了发射模块的封装难度以及体积，提高了发射模块的集成度以及可靠性。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述光发射器为光栅发射器，所述光栅发射器所发射的光束的传输方向与所述光栅发射器的光栅周期、所述光栅发射器的有效折射率、所述光栅发射器所包括的波导的折射率以及所述激光光束的波长相关。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述光发射器所发射的光束形成点状的光斑，所述发射模块还包括变换组件，所述变换组件用于将所述光发射器所发射的光束的光斑变换呈线状的光斑。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述变换组件包括第一透镜组，所述第一透镜组与目标平面垂直，所述多个光开关沿所述目标平面排列。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述变换组件包括第二透镜组，所述第二透镜组与目标平面平行，所述多个光开关沿所述目标平面排列，所述第二透镜组用于将所述光发射器所发射的光束变换呈线状的光斑。
可见，在第二透镜组平行于目标平面XY设置的情况下，有效地减少了发射模块的封装难度和体积。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述第二透镜组的等效焦距的大小与所述多路子光束的视场角之间呈负相关关系，所述第二透镜组的等效焦距的大小与所述多路子光束的角分辨率呈负相关关系。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述变换组件还包括反射镜，所述反射镜的反射面用于将来自所述光发射器的光束反射至所述第二透镜组。
可见，基于该反射镜能够实现第二透镜组平行于目标平面设置的目的，有效地减少了发射模块的封装难度和体积。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述变换组件为超表面光束偏转器。
基于第一方面，一种可选地实现方式中，所述多个光开关呈i行j列的方式排列，所述i为大于或等于1的正整数，所述j为大于1的正整数。
本发明实施例第二方面提供了一种激光雷达，包括光源、发射模块和接收模块，所述光源与所述发射模块连接；所述光源用于向所述发射模块发送激光光束，所述发射模块如上述第一方面任一项所述，所述接收模块，用于接收来自探测目标的反射光信号，所述反射光信号为探测目标根据来自所述发射模块的子光束进行反射而成；还用于根据所述反射光信号获取探测电信号，所述探测电信号用于获取所述探测目标的空间信息。
本方面的有益效果的说明，请详见上述第一方面所示，具体不做赘述。
本发明实施例第三方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理单元和如上述第二方面所述的激光雷达，所述处理单元用于控制所述光源向所述发射模块发送所述激光光束，所述处理单元还用于根据来自所述接收模块的所述探测电信号获取所述探测目标的空间信息。
本方面的有益效果的说明，请详见上述第一方面所示，具体不做赘述。
本发明实施例第三方面提供了一种探测方法，所述探测方法应用于发射模块，所述发射模块包括多个光开关，所述光开关连接多点发射模块，所述探测方法包括：目标光开关将激光光束导通至目标多点发射模块，所述目标光开关为所述多个光开关中的一个，所述目标多点发射模块为与所述目标光开关所连接的多点发射模块；所述目标多点发射模块将所述激光光束分光为多路子光束；所述目标多点发射模块发射所述多路子光束。
本方面的有益效果的说明，请详见上述第一方面所示，具体不做赘述。
基于第三方面，一种可选地实现方式中，所述目标多点发射模块包括分光器和多个光发射器，所述分光器包括输入端口和多个输出端口，所述多个输出端口中的每个所述输出端口连接一个所述光发射器，且不同的所述输出端口与不同的所述光发射器连接，所述输入端口与所述目标光开关连接，所述方法还包括：所述分光器经由所述输入端口接收来自所述目标光开关的所述激光光束；所述分光器经由所述多个输出端口向多个所述光发射器发射所述多路子光束；所述目标多点发射模块发射所述多路子光束包括：所述多个光发射器用于发射所述多路子光束。
基于第三方面，一种可选地实现方式中，所述发射模块还包括第一光电探测器，所述方法还包括：所述第一光电探测器接收第一探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述目标多点发射模块和所述第一光电探测器连接，所述第一探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第一光电探测器与所述光发射器连接，所述第一探测光信号来自所述光发射器；所述第一光电探测器向处理单元发送第一指示信息，所述第一指示信息用于指示所述第一探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第一指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
基于第三方面，一种可选地实现方式中，所述目标多点发射模块包括光发射器和衍射光学元件DOE，所述光发射器与所述目标光开关连接，所述方法还包括：所述光发射器接收来自所述目标光开关的所述激光光束；所述光发射器向所述DOE传输所述激光光束。
基于第三方面，一种可选地实现方式中，所述发射模块还包括第二光电探测器，所述方法还包括：所述第二光电探测器接收第二探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述光发射器和所述第二光电探测器连接，所述第二探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第二光电探测器与所述DOE连接，所述第二探测光信号来自所述DOE；所述第二光电探测器向处理单元发送第二指示信息，所述第二指示信息用于指示所述第二探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第二指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
本发明第四方面提供了一种探测方法，所述方法应用于电子设备，所述方法包括：控制单元控制光源向发射模块发射激光光束，所述发射模块包括多个光开关，所述光开关连接多点发射模块；目标光开关将激光光束导通至目标多点发射模块，所述目标光开关为所述多个光开关中的一个，所述目标多点发射模块为与所述目标光开关所连接的多点发射模块；所述目标多点发射模块将所述激光光束分光为多路子光束；所述目标多点发射模块发射所述多路子光束。
本方面所示的有益效果的说明，请详见第一方面所示，不做赘述。
基于第四方面，一种可选地实现方式中，所述方法还包括：处理单元接收来自第一光电探测器的第一指示信息，所述第一指示信息用于指示所述第一探测光信号的光强，所述处理单元根据所述第一指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
基于第四方面，一种可选地实现方式中，所述方法还包括：处理单元接收来自第二光电探测器的第二指示信息，所述第二指示信息用于指示所述第二探测光信号的光强，所述处理单元根据所述第二指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
附图说明
图1为现有技术所提供的激光雷达的部分结构示例图；
图2为本申请所提供的激光雷达的第一种实施例结构示例图；
图3为本申请所提供的发射模块的第一种实施例结构示例图；
图4a为本申请所提供的光开关的第一种实施例结构示例图；
图4b为本申请所提供的光开关的第二种实施例结构示例图；
图5为本申请所提供的多点发射模块的第一种实施例结构示例图；
图6为本申请所提供的多点发射模块的第二种实施例结构示例图；
图7为本申请所提供的多点发射模块的第三种实施例结构示例图；
图8为本申请所提供的多点发射模块的第四种实施例结构示例图；
图9为本申请所提供的多点发射模块的第五种实施例结构示例图；
图10为本申请所提供的多点发射模块的第六种实施例结构示例图；
图11为本申请所提供的多点发射模块的第七种实施例结构示例图；
图12为本申请所提供的多点发射模块的第八种实施例结构示例图；
图13为本申请所提供的光发射器的第一种实施例结构示例图；
图14为本申请所提供的多点发射模块的第九种实施例结构示例图；
图15为本申请所提供的多点发射模块的第十种实施例结构示例图；
图16为本申请所提供的多点发射模块的第十一种实施例结构示例图；
图17为本申请所提供的多点发射模块的第十二种实施例结构示例图；
图18为本申请所提供的多点发射模块的第十三种实施例结构示例图；
图19为本申请所提供的多点发射模块的第十四种实施例结构示例图；
图20为本申请所提供的探测方法的第一种实施例步骤流程图；
图21为本申请所提供的探测方法的第二种实施例步骤流程图；
图22为本申请所提供的探测方法的第二种实施例步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为更好地理解，以下首先结合图2所示对本申请所提供的激光雷达的结构进行说明，其中，图2为本申请所提供的激光雷达的第一种实施例结构示例图。
本实施例对激光雷达200的类型不做限定，例如，该激光雷达可为飞行时间(timeof flight,TOF)激光雷达，调频连续波(frequency modulated continuous wave，FMCW)激光雷达，数字激光雷达等。该激光雷达200包括光源202以及与光源202连接的发射模块203，该激光雷达还包括接收模块204。
本实施例以激光雷达210设置在电子设备210内为例进行示例性说明，本实施例对该电子设备210的类型不做限定，例如，该电子设备210可为任何移动或便携式电子设备，包括但不限于智能手机、移动电脑、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)、媒体播放器、智能电视、车载终端(transmission control unit，tcu)等。电子设备210包括处理单元201，该处理单元201分别与光源202以及接收模块204连接。可选地，激光雷达200内可包括与光源202和接收模块204连接的处理单元，且电子设备210所包括的处理单元201和激光雷达200所包括的处理单元连接。还可选地，在其他示例中，激光雷达210也可呈独立的产品形态，在此示例中，激光雷达中可包括独立的处理单元，具体不做限定。
基于图2所示的结构，处理单元201驱动光源202分时向发射模块203传输多路激光光束。发射模块203接收到来自光源202的多路激光光束后，发射模块203能够沿不同的传输方向，发射多路激光光束。探测模块210接收到激光光束后，会向激光雷达200返回反射光信号。
激光雷达200还包括与处理单元201连接的接收模块204，接收模块204接收来自探测目标210的反射光信号。该接收模块204将该反射光信号转换为探测电信号并传输至处理单元201。该处理单元201能够基于该探测电信号获取探测目标210的空间信息，例如，该探测目标210的距离、速度、方位、角度等空间信息。
本实施例所示的处理单元201可为一个或多个芯片，或一个或多个集成电路。例如，处理单元201可以是一个或多个现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、专用集成芯片(application specific integrated circuit，ASIC)、系统芯片(system on chip，SoC)、中央处理器(central processor unit，CPU)、网络处理器(network processor，NP)、数字信号处理电路(digital signal processor，DSP)、微控制器(micro controller unit，MCU)，可编程控制器(programmable logic device，PLD)或其它集成芯片，或者上述芯片或者处理器的任意组合等。本实施例所示的光源202可包括一个或多个激光器。本实施例对激光器的类型不做限定，例如，激光器可为单波长激光器，如1550纳米激光器、905纳米激光器等。又如，激光器可为波长可调的激光器等。
以下结合各个实施例对本申请所提供的发射模块的结构进行说明：
实施例一
本实施例所示的发射模块用于接收来自一个或多个激光器的激光光束，并用于向自由空间中发射该激光光束，以通过该激光光束实现对探测目标的探测。
参见图3所示，其中，图3为本申请所提供的发射模块的第一种实施例结构示例图。本实施例所示的发射模块包括光波导301，该光波导301与图2所示的光源202连接，可知，发射模块通过该光波导301接收来自光源202的激光光束。
本实施例对光波导301的具体类型不做限定，只要该光波导301能够传输来自光源202的激光光束即可。可选地，可根据激光光束的波长选择光波导301的类型。例如，对于波长大于1微米的红外光，可以用单晶硅(silicon,Si)、无定形硅(amorphous silicon，a-Si)、氮化硅(silicon nitride,SiN)波导、氮化铝(aluminum nitride，AlN)、氧化钛(titanium oxide，TiO2)、氧化钽(tantalum pentoxide，Ta2O3)和铌酸锂(lithiumniobate，LiNbO3)等。而对于波长小于或等于1微米的可见和近红外光，可以用氮化硅、氮化铝、氧化钛、氧化钽、或铌酸锂等。在其他示例中，还可根据发射模块的插损、集成性等，确定光波导301的具体类型。
本实施例所示的发射模块还包括与光波导301连接的N个光开关，即如图3所示的光开关311、光开关312、光开关313至光开关31N。本实施例所示的N的取值为大于1的任意正整数。每个光开关连接多点发射模块，例如，与光开关311连接多点发射模块321，与光开关312连接多点发射模块322，与光开关313连接多点发射模块323以及与光开关31N连接多点发射模块32N。
本实施例以发射模块包括一个同时与N个光开关连接的光波导301为例进行示例性说明，在其他示例中，该发射模块可包括多个光波导，不同的光波导均与光源202连接，且不同的光波导与不同的光开关连接。
本实施例所示的发射模块，在一个时刻，仅有一个光开关处于导通状态。以下以处于导通状态的光开关称之为目标光开关为例，该目标光开关用于将来自光波导301的激光光束导通至与该目标光开关连接的目标多点发射模块。以下以与目标光开关连接的多点发射模块称之为目标多点发射模块为例。
例如，若在一个时刻，发射模块所包括的目标光开关31N处于导通状态，那么，该目标光开关31N将来自光波导301的激光光束导通至目标多点发射模块32N。发射模块所包括的不同的多点发射模块所发射的激光光束能够沿不同的传输方向传输，从而使得来自不同的多点发射模块的激光光束能够在不同的位置处形成光斑，以实现发射模块对不同位置的探测目标进行探测的目的。
本实施例所示的光开关的类型可为微环(micro-ring)光开关、马赫-曾德尔干涉仪(mach-zehnder interferometer，MZI)光开关或微电子机械系统(micro-electromechanical system，MEMS)光开关等。本实施例以发射模块所包括的多个光开关的类型均相同为例进行示例性说明，例如，光开关311、光开关312、光开关313至光开关31N均为微环光开关。在其他示例中，发射模块所包括的多个光开关的类型也可部分相同，具体不做限定。以下对光开关的两种可选实现方式进行说明：
可选方式1
如图4a所示，其中，图4a为本申请所提供的光开关的第一种实施例结构示例图。本方式以光开关为微环光开关为例。
结合图3所示，该光开关311包括第一输入端口401，第一输出端口402和第二输出端口403。该第一输入端口401与光波导301连接，第一输出端口402与多点发射模块连接，该第二输出端口403通过光波导301与光开关312的第二输入端口连接，可知，光开关311和光开关312为发射模块所包括的N个光开关中相邻的两个光开关。
具体地，该光开关311包括传输波导411和微环412。该传输波导具有该第一输入端口401和该第二输出端口403。与微环412连接调相器413，该调相器413与处理单元连接，该处理单元的具体说明，请参见图2所示，具体不做赘述。本示例所示的调相器413可以利用波导材料的热光效应、电光效应、或载流子的色散效应制备。
在处理单元未对调相器413施加导通信号的情况下，经由第一输入端口401输入的激光光束从第二输出端口403输出，该第二输出端口为直通输出端口(through outputport)，可知，经由第二输出端口403发射的激光光束传输至与光开关311相邻的光开关312。在处理单元对调相器413施加导通信号的情况下，经由第一输入端口401输入的激光光束从第一输出端口402输出，该第一输出端口为下载输出端口(drop output port)，可知，经由第一输出端口402输出的激光光束会传输至多点发射模块321，该多点发射模块321能够将该激光光束向自由空间发射。
采用微环光开关的优势在于，在发射模块包括N个光开关(如光开关311所示)的情况下，来自光源的激光光束经由每个直通输出端口后的插损较小，有效地降低了激光光束传输至目标多点发射模块的过程中的总插损，而且微环光开关尺寸下，集成度高。
可选方式2
如图4b所示，其中，图4b为本申请所提供的光开关的第二种实施例结构示例图。本方式以光开关为MZI光开关为例。
结合图3所示，该光开关311包括第三输入端口431，第三输出端口432和第四输出端口433。该第三输入端口431与光波导301连接，第三输出端口432与多点发射模块连接，该第四输出端口433通过光波导301与光开关312的第二输入端口连接。
具体地，该光开关311所包括的任一臂上连接调相器434，该调相器434与处理单元连接，该处理单元的具体说明，请参见图2所示，具体不做赘述。该调相器434的具体说明可参见图4a所示，具体不做赘述。
在处理单元未对调相器434施加导通信号的情况下，经由第三输入端口431输入的激光光束从第四输出端口433输出，该第二输出端口为直通输出端口，可知，经由第四输出端口433输出的激光光束传输至与光开关311相邻的光开关312。在处理单元对调相器434施加导通信号的情况下，经由第三输入端口431输入的激光光束从第三输出端口432输出，该第一输出端口为下载输出端口，可知，经由第三输出端口432输出的激光光束会传输至多点发射模块321，该多点发射模块321能够将该激光光束向自由空间发射。
为提高本实施例所示的发射模块所能够扫描的像素数量，本实施例所示的该目标多点发射模块接收来自目标光开关的激光光束后，将激光光束分光为多路子光束，每路子光束能够在自由空间中形成一个光斑，可知，一个目标多点发射模块能够实现多个像素的扫描。发射模块通过所包括的多个多点发射模块，实现了提高发射模式所能够扫描的像素数量的目的。以下对该多点发射模块的具体实现方式进行说明：
实现方式1
本实现方式请参见图5所示，其中，图5为本申请所提供的多点发射模块的第一种实施例结构示例图。
该多点发射模块具体包括分光器和与该分光器连接的M个光发射器。可知，本实施例所示的发射模块包括N分光器，即分光器501、分光器502、分光器503以及分光器50N。本实施例所示的M为大于1的正整数，对M的具体取值在本实施例中不做限定。本实施例以不同的多点发射模块所包括的光发射器的数量相等且均为M为例进行示例性说明，本实施例所示的发射模块包括N*M个光发射器。在其他示例中，不同的多点发射模块所包括的光发射器的数量也可不同，具体在本实施例中不做限定。
本示例所示的光发射器的作用是将来自分光器的子光束发射到自由空间中。具体地，为实现对位于不同方位的探测目标的探测，本实施例所示的不同的光发射器能够将子光束沿不同的传输方向进行传输，以保证不同的子光束能够探测位于不同方位的探测目标。本实施例对光发射器的具体类型不做限定，例如，光探测器可为光栅发射器(gratingemitter)或边发射器(edge emitter)等。
以分光器501为例对分光器的结构进行示例性说明。该分光器501包括输入端口511和M个输出端口512。该输入端口511与光开关311连接。M个输出端口512分别与M个光发射器521连接。可知，M个光发射器521中，每个光发射器521均连接分光器501的一个输出端口512，且不同的所述输出端口512与不同的所述光发射器521连接。具体地，该分光器501用于经由所述输入端口511接收来自处于导通状态的所述目标光开关311的激光光束。本实施例所示的所述分光器501为1×M分光器，该1×M分光器用于对激光光束进行分光以分光出M路的子光束。分光器501经由M个输出端口分别向M个光发射器521发射M路子光束，可知，每个光发射器能够接收到来自分光器501的一路子光束。1×M分光器能够同时向M个光发射器传输子光束，以保证M个光发射器同时向自由空间发射子光束。
本实施例以分光器501将激光光束均分成M路子光束为例进行示例性说明，即分光器501的不同的输出端口所发射的子光束的光功率均相同为例。在其他示例中，分光器501也可将激光光束不均分的分成M路子光束，本实施例对分光器501的具体分光方式不做限定。本实施例对分光器的具体类型不做限定，本实施例所示的分光器可由级联的多个Y型分光器(cascaded Y-splitter)、多模干涉(multimode interference,MMI)分光器、或星型分光器等构成。
本方式所示的各光开关、分光器以及光发射器可通过硅光工艺或硅的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)工艺集成在至少一个芯片上。
实现方式2
本实现方式请参见图6所示，其中，图6为本申请所提供的多点发射模块的第二种实施例结构示例图。
该多点发射模块具体包括光发射器和衍射光学元件(diffractive opticalelements，DOE)。可知，发射模块包括N个光发射器，即光发射器601、光发射器602、光发射器603至光发射器60N。本实施例所示的发射模块还包括N个DOE，即DOE611、DOE612、DOE613至DOE61N。
发射模块所包括的各个光发射器均连接一个光开关，且不同的光开关与不同的光发射器连接。可知，在光发射器接收到来自处于导通状态的目标光开关的激光光束的情况下，该光发射器能够对该激光光束的传输方向进行调节，进而将该激光光束传输至DOE。例如，光发射器601接收到来自光开关311的激光光束，光发射器601对该激光光束的传输方向进行调节并传输至DOE611上。DOE611用于将激光光束的光斑扩展成M个子光斑，可知，DOE611所扩展的M个子光斑为M个发光点，DOE611通过M个发光点向自由空间发射M路子光束。
本方式所示的各光开关以及光发射器可通过硅光工艺或CMOS工艺集成在至少一个芯片上。而DOE可采用超表面技术(metasurface)单片集成在该芯片上。或，该DOE和该芯片可采用分离的结构，且该DOE和该芯片封装在一起。
本实施例所示对发射模块所包括的用于连接多点发射模块的N个光开关的具体排列方式不做限定，该发射模块所包括的N个光开关呈i行j列的方式排列，所述i为大于或等于1的正整数，所述j为大于1的正整数。在图3所示的示例中，i和j的取值均为1为例。在图7所示的示例中，i的取值为3，j的取值为3为例，可知，该发射模块所包括的用于连接多点发射模块的N个光开关呈3行3列的方式进行排列。具体地，本示例所示的光波导301连接j个支路光开关，可知，本实施例所示的支路光开关的数量等于N个光开关排列而成的列数(即j)。在j取值为3的情况下，发射模块包括与光波导301连接的支路光开关701、支路光开关702以及支路光开关70j。若支路光开关701处于导通状态，支路721能够接收到来自光波导301的激光光束。若支路光开关702处于导通状态，支路722能够接收到来自光波导301的激光光束。若支路光开关70j处于导通状态，支路72j能够接收到来自光波导301的激光光束。若支路721接收到激光光束，那么支路721所连接的三个光开关中的一个能够接收到来自支路721的激光光束。本示例以各光开关为微环光开关为例进行示例性说明，在其他示例中，各光开关还可为MZI光开关或MEMS光开关等。
例如，若当前时刻，需要多点发射模块711发射激光光束，那么处理单元导通支路光开关702，以保证支路722能够接收到来自光波导301的激光光束。处理单元导通光开关712，以保证光开关712能够将来自支路722的激光光束导通至多点发射模块711，对导通各光开关的具体说明，请参见上述图4a所示，具体不做赘述。
需明确地是，本实施例以N个光开关呈矩阵的形式排列为例进行示例性说明，不做限定，在其他示例中，N个光开关也可排列而成圆形、椭圆形、方形等任意形状。
以下对本实施例所示的发射模块的有益效果进行说明：
本实施例所示的发射模块集成了N个光开关和N个多点发射模块，每个多点发射模块能够实现多像素的扫描，保证了发射模块具有可靠性高、集成度高、插损低、无激光光束旁瓣等问题。而且由控制单元控制光开关的通断，光开关的响应时间很快，一般在毫秒(ms)以下，有效地提高了发射模块探测的速度。本实施例所示的发射模块可仅从一个激光器接收激光光束，降低了发射模块的封装难度和尺寸。
本实施例所示的发射模块中，每个多点发射模块能够发射多路子光束，每路子光束在自由空间中形成一个用于探测的光斑，一个光斑对应一个像素，可知，一个光开关的导通，能够实现同时对多个像素的扫描，提高了发射模块在一个时刻扫描的像素数量。例如，本实施例所示的发射模块具有N个光开关，每个光开关所连接的多点发射模块能够发射M路的子光束，那么，发射模块能够实现对自由空间中的N*M个像素的扫描。可见，发射模块能够基于N个光开关，实现对N*M个像素的扫描，提高了发射模块能够扫描的像素的数量。
本实施例所示的提高发射模块所扫描的像素的数量的过程中，无需增加光开关的数量，本实施例通过增加光开关所连接的多点发射模块所发射的子光束的数量实现增加扫描的像素数量的目的。可知，因无需增加光开关的数量，有效地降低了发射模块的封装难度和插损，而且降低了发射模块的功耗。
本实施例所示的多点发射模块所发射的多路子光束，能够直接在自由空间中形成光斑，无需设置透镜等光器件调节多点发射模块所发射的子光束的光斑的形状，进而降低了发射模块的封装难度以及体积，提高了发射模块的集成度以及可靠性。
实施例二
光开关接收到来自控制单元的导通信号后处于导通状态，但是，随着光开关所处于的环境温度的不同，光开关导通所需要的导通信号的电压或电流会有所改变。例如，对一个光开关，在上一时刻，接收到具有目标电压的导通信号能够导通。但是，随着环境温度的变化，在下一时刻，接收到具有该目标电压的导通信号时，该光开关不会导通或处于部分导通的状态。本实施例所提供的发射模块，即便环境温度有所变化，控制单元向光开关所传输的导通信号，能够成功地导通该光开关，为此，本申请提供了发射模块的四种可选地实现方式：
可选方式1
本申请所提供的发射模块的结构可参见图8所示，其中，图8为本申请所提供的多点发射模块的第四种实施例结构示例图。
本实施例所示的发射模块包括光波导301，与光波导301连接的N个光开关(即光开关311、光开关312、光开关313至光开关31N)，该发射模块还包括与N个光开关分别连接的N个分光器(即分光器501、分光器502、分光器503以及分光器50N)，以及每个分光器连接的M个光发射器，具体说明请参见实施例一的图5所示，具体不做赘述。
本实施例所示的发射模块还包括N个第一光电探测器，即图8所示的第一光电探测器801、第一光电探测器802、第一光电探测器803至第一光电探测器80N。本实施例所示的每个光开关和分光器之间均连接一个第一光电探测器。例如，第一光电探测器801连接在分光器501和光开关311之间，依次类推，第一光电探测器80N连接在分光器50N和光开关31N之间。本实施例所示的N个第一光电探测器与处理单元连接，为节省处理单元的引脚数量，N个第一光电探测器的N个引脚可共享处理单元的一个或多个引脚，具体在本实施例中不做限定。
本实施例所示的第一光电探测器用于接收第一探测光信号。其中，该第一探测光信号来自处于导通状态的目标光开关。例如，若光开关311处于导通状态，那么，第一光电探测器801用于接收来自光开关311的第一探测光信号，依次类推，若光开关31N处于导通状态，那么，第一光电探测器80N用于接收来自光开关31N的第一探测光信号。本实施例对第一探测光信号的光功率和目标光开关所发射的激光光束的光功率之间的比值不做限定。具体例如，第一探测光信号的光功率和激光光束的光功率的比值可为2％：98％。所述第一光电探测器用于对第一探测光信号进行光电转换以生成第一指示信息，所述第一指示信息用于指示第一探测光信号的光强。
本实施例对第一光电探测器的类型不做限定，例如，第一光电探测器类型可根据激光光束的波长来选择。例如，若激光光束的波长小于1微米，第一光电探测器可采用硅或多晶硅探测器。又如，若激光光束的波长大于或等于1微米，第一光电探测器可用锗探测器、硅化物(silicide)肖特基(schottky)结探测器、或硅缺陷(silicon defect)探测器等。所述第一光电探测器向处理单元发送该第一指示信息，对处理单元的具体说明，请参见实施例一所示，具体不做赘述。
处理单元根据来自第一光电探测器的第一指示信息获取导通信号。该导通信号能够导通目标光开关，以保证该导通信号能够使得目标光开关处于完全导通的状态。可选地，本实施例所示的处理单元可配置如下述表1所示的导通列表：
表1
| 第一探测光信号的光强范围 | 导通信号 |
| 光强范围A1 | 导通信号B1 |
| 光强范围A2 | 导通信号B2 |
| 光强范围A3 | 导通信号B3 |
| 光强范围A4 | 导通信号B4 |
可知，处理单元预先配置不同的光强范围与不同的导通信号的对应关系，其中，不同的导通信号可为导通信号具有的电压值或电流值的不同。例如，若处理单元所接收到的第一指示信息所指示的第一探测光信号的光强范围位于光强范围A1，那么，处理单元可向目标光开关传输导通信号B1，依次类推，若处理单元所接收到的第一指示信息所指示的第一探测光信号的光强位于光强范围A4，那么，处理单元可向目标光开关传输导通信号B4。可见，处理单元能够在第一探测光信号位于不同的光强范围内时，向目标光开关传输不同的导通信号，以保证导通信号能够完全的导通目标光开关。可见，即便发射模块所处于的环境温度出现变化，处理单元能够根据第一光电探测器所探测到的第一探测光信号的光强，向目标光开关传输导通信号，以保证目标光开关的完全导通。
可选方式2
本申请所提供的发射模块的结构可参见图9所示，其中，图9为本申请所提供的多点发射模块的第五种实施例结构示例图。
本实施例所示的发射模块包括光波导301，与光波导301连接的N个光开关(即光开关311、光开关312、光开关313至光开关31N)，该发射模块还包括与N个光开关分别连接的N个分光器(即分光器501、分光器502、分光器503以及分光器50N)，以及每个分光器连接的M个光发射器，具体说明请参见实施例一的图5所示，具体不做赘述。
本实施例所示的发射模块还包括N个第一光电探测器，即图9所示的第一光电探测器901、第一光电探测器902、第一光电探测器903至第一光电探测器90N。本实施例所示的第一光电探测器与多点发射模块所包括的一个光发射器连接。在其他示例中，一个多点发射模块可连接多个第一光电探测器，具体不做限定。例如，第一光电探测器901与光发射器911连接，该光发射器911为与分光器501所连接的M个光发射器中的一个，依次类推，第一光电探测器90N与光发射器91N连接，该光发射器91N为与分光器50N所连接的M个光发射器中的一个。
本实施例所示的第一光电探测器用于接收第一探测光信号。其中，该第一探测光信号来自光发射器。例如，第一光电探测器901用于接收来自光发射器911的第一探测光信号，依次类推，第一光电探测器90N用于接收来自光发射器91N的第一探测光信号。本实施例对第一探测光信号的光功率的具体说明，请参见上述方式1所示，具体不做赘述。本方式所示的第一探测光信号的作用的说明，请参见上述方式1所示，具体不做赘述。可知，本方式所示的处理单元能够基于来自第一光电探测器的第一指示信息，向目标光开关传输导通信号，具体过程的说明，请参见上述方式1所示，具体不做赘述。
可选方式3
本申请所提供的发射模块的结构可参见图10所示，其中，图10为本申请所提供的多点发射模块的第六种实施例结构示例图。
本实施例所示的发射模块包括光波导301，与光波导301连接的N个光开关(即光开关311、光开关312、光开关313至光开关31N)，该发射模块还包括与N个光开关分别连接的N个光发射器(即光发射器601、光发射器602、光发射器603以及光发射器60N)，以及每个光发射器连接的DOE，可知，发射模块具体包括N个DOE，即DOE611、DOE612、DOE613至DOE61N。具体说明请参见实施例一的图6所示，具体不做赘述。
本实施例所示的发射模块还包括N个第二光电探测器，即图10所示的第二光电探测器1001、第二光电探测器1002、第二光电探测器1003至第二光电探测器100N。本实施例所示的N个第二光电探测器与处理单元连接，为节省处理单元的引脚数量，N个第二光电探测器的N个引脚可共享处理单元的一个或多个引脚，具体在本实施例中不做限定。本实施例所示的N个光开关分别连接N个第二光电探测器，且N个光开关分别连接N个光发射器。例如，光开关311分别与第二光电探测器1001和光发射器601连接，依次类推，光开关31N分别与第二光电探测器100N和光发射器60N连接。本实施例所示的第二光电探测器用于接收第二探测光信号。其中，该第二探测光信号来自目标光开关。例如，第二光电探测器1001用于接收来自光开关301的第二探测光信号，依次类推，第二光电探测器100N用于接收来自光开关100N的第二探测光信号。本实施例对第二探测光信号的具体说明，请参见上述可选方式1所示的对第一探测光信号的说明，具体不做赘述。可知，本方式所示的处理单元能够基于来自第二光电探测器的第二指示信息，向目标光开关传输导通信号，对第二指示信息的说明，请参见上述方式1所示的第一指示信息的说明，具体不做赘述。
可选方式4
本申请所提供的发射模块的结构可参见图11所示，其中，图11为本申请所提供的多点发射模块的第七种实施例结构示例图。
本实施例所示的发射模块包括光波导301，与光波导301连接的N个光开关(即光开关311、光开关312、光开关313至光开关31N)，该发射模块还包括与N个光开关分别连接的N个光发射器(即光发射器601、光发射器602、光发射器603以及光发射器60N)，以及每个光发射器连接的DOE，可知，发射模块具体包括N个DOE，即DOE611、DOE612、DOE613至DOE61N。具体说明请参见实施例一的图6所示，具体不做赘述。
本实施例所示的发射模块还包括N个第二光电探测器，即图11所示的第二光电探测器1101、第二光电探测器1102、第二光电探测器1103至第二光电探测器110N。本实施例所示的每个DOE连接至少一个第二光电探测器，本实施例以每个DOE连接一个第二光电探测器为例进行示例性说明。可知，N个DOE分别连接N个第二光电探测器。例如，DOE611连接第二光电探测器1101，依次类推，DOE61N与第二光电探测器110N连接。本实施例所示的第二光电探测器用于接收第二探测光信号。其中，该第二探测光信号来自DOE。例如，第二光电探测器1101用于接收来自DOE611的第二探测光信号，依次类推，第二光电探测器110N用于接收来自DOE61N的第二探测光信号。本实施例对第二探测光信号的具体说明，请参见上述可选方式3所示的对第二探测光信号的说明，具体不做赘述。可知，本方式所示的处理单元能够基于来自第二光电探测器的第二指示信息，向目标光开关传输导通信号，对第二指示信息的说明，请参见上述方式3所示，具体不做赘述。
采用本实施例所示的发射模块的有益效果在于，光电探测器(例如上述所示的第一光电探测器或第二光电探测器)能够向处理单元发送指示信息，处理单元根据该指示信息确定能够完全导通目标光开关的导通信号，以保证目标光开关接收到该导通信号后，能够处于完全导通的状态。可见，发射模块的工作时环境温度等条件的变化时，控制单元会改变导通信号的电流值或电压值，以保证导通信号能够在温度等条件变化时还能够完全导通目标光开关。
实施例三
本实施例以光发射器所发射的光束在自由空间中形成线状的光斑为例，对发射模块的结构进行说明：结合图12所示进行说明，其中，图12为本申请所提供的多点发射模块的第八种实施例结构示例图。
本实施例所示的发射模块具体包括光波导301，以及与光波导连接的N个光开关，可知，本实施例所示的发射模块包括光开关1201、光开关1202至光开关120N。对光波导301以及各光开关的具体说明，请参见实施例一所示，具体在本实施例中不做赘述。
本实施例所示的发射模块还包括与光开关1201连接的分光器1211，该分光器1211连接M个光发射器1221。光开关1202连接的分光器1212，该分光器1212连接M个光发射器1222，依次类推，光开关120N连接的分光器121N，该分光器121N连接M个光发射器122N。具体说明请参见实施例一所示的可选方式1，具体不做赘述。
本实施例所示的各光发射器所发射的子光束在自由空间中形成线状的光斑。可选地，本实施例所示的各光发射器为光栅发射器，以保证光发射器所发射的子光束能够在自由空间中形成线状的光斑。
为实现不同的光发射器所发射的子光束能够沿不同的传输方向发射，进而保证不同的子光束能够在自由空间中不同的位置处形成光斑，本实施例所示的与同一目标光开关连接的不同的光发射器能够同时以不同的发射角发射子光束。例如，在每个时刻，发射模块仅有一个目标光开关处于导通状态下，与该目标光开关连接的M个光发射器，能够同时以M个不同的发射角发射M路子光束。具体参见图12所示，若处于导通状态的目标光开关为光开关120N，那么，通过分光器121N连接的M个光发射器121N同时以M个不同的发射角发射M路子光束，以保证M个光发射器121N发射的M路子光束能够在自由空间中的不同位置处形成光斑。
以下结合图13所示对本实施例所示的光栅发射器进行具体说明，其中，图13为本申请所提供的光发射器的第一种实施例结构示例图。
如图13所示可知，本实施例所示的任一光栅发射器的发射角θ为顺着光栅发射器的延伸方向X和该光栅发射器所发射的子光束在自由空间所形成的呈线状的光斑1300所位于的平面之间的夹角。
具体地，光栅发射器的发射角θ可参见下述公式1所示：
公式1：
其中，∧为所述光栅发射器的光栅周期，neff为所述光栅发射器的有效折射率，nct为所述光栅发射器所包括的波导的折射率，λ0为所述激光光束的波长。
可知，为保证不同的光栅发射器所发射的子光束能够在自由空间中的不同位置处形成光斑，那么，需要保证不同的光栅发射器所发射的子光束以不同的发射角发射，进而使得不同的子光束沿不同的传输方向出射，为此，不同的光栅发射器的光栅周期∧不同。可知，在本实施例所示的发射模块具有N*M个光栅发射器的情况下，该N*M个光栅发射器具有N*M个不同的光栅周期∧。
本实施例所示的光栅发射器能够保证光栅发射器所发射的子光束在上述所示的X方向上光强度基本均匀，为此，本实施例所示的光栅发射器发射的子光束的光强度P(x)参见下述公式2所示：
公式2：P(X)＝P0exp[-β(X).X]
其中，P0是光栅发射器所接收到的经由分光器分光后的子光束的光强度，X为顺着光栅发射器的延伸方向，β(X)是光栅发射器发射子光束的发射效率。本实施例需要保证各光栅发射器的β(X)随X的增加而增加，从而保证P(X)在X方向上基本均匀。
本实施例所示的光栅发射器的结构也可应用至实施例一所示的实现方式2所示，即光栅发射器所发射的光束，经由DOE分光后，各路子光束能够在自由空间中形成呈线状的光斑，对多点发射模块的实现方式2所示的结构的说明，请参见实施例一所示，具体不做赘述。
上述以本申请所提供的N个光开关呈一维的方式排列，那么，与N个光开关连接的N个多点发射模块也呈一维的方式排列为例进行示例性说明。在其他示例中，N个光开关也可呈二维的方式排列，那么，与N个光开关连接的N个多点发射模块也呈二维的方式排列。
本实施例所示的发射模块还可包括光电探测器，对光电探测器的具体说明，请参见实施例二所示，具体不做赘述。
本实施例所示的发射模块的有益效果的说明，请参见实施例一所示，具体不做赘述。而且，本实施例所示的光栅发射器所发射的光束在自由空间中形成线状光斑，那么，本实施例所示的发射模块无需设置用于对光束进行整形的透镜等光器件，有效地降低了本实施例所示的发射模块的封装难度，降低了发射模块的体积。
实施例四
本实施例所示以光发射器所发射的光束在自由空间中形成点状的光斑为例，对发射模块的结构进行说明：以下结合光发射器的结构的几种可选情况进行说明：
情况1
本情况所示结合图14所示进行说明，其中，图14为本申请所提供的多点发射模块的第九种实施例结构示例图。
本实施例所示的发射模块具体包括光波导301，以及与光波导连接的N个光开关，可知，本实施例所示的发射模块包括光开关1401、光开关1402至光开关140N。对光波导301以及各光开关的具体说明，请参见实施例一所示，具体在本实施例中不做赘述。
本实施例所示的发射模块还包括与光开关1401连接的分光器1411，该分光器1411连接M个光发射器1421。光开关1402连接的分光器1412，该分光器1412连接M个光发射器1422，依次类推，光开关140N连接的分光器141N，该分光器141N连接M个光发射器142N。具体说明请参见实施例一所示的可选方式1，具体不做赘述。
本实施例所示的各光发射器所发射的子光束在自由空间中形成点状的光斑。该发射模块还包括变换组件，该变换组件用于将光发射器所发射的光束的光斑变换呈线状的光斑，以保证发射模块所发射的多路子光束能够探测自由空间中的探测目标。具体地，本情况所示的光发射器可为边发射器(edge emitter)，该边发射器所发射的子光束沿目标平面发射，该目标平面为发射模块所包括的N个光开关所排列的平面。即，该目标平面为图15所示的平面XY，可知，该目标平面为同时沿方向X和方向Y的平面。每个光发射器沿X方向延伸，例如，光发射器1421沿X方向延伸。可知，N*M个光发射器整体在目标平面XY内排列。本实施例对N*M个光发射器的排列方式不做限定，图15以N*M个光发射器整体在目标平面XY内排成一列为例。
本情况以图14所示为例，N*M个光发射器的出光口在目标平面XY上呈弧形排列，该出光口为光发射器用于出射子光束的端口。为实现发射模块实现均匀扫描的目的，任意相邻的两个光发射器的出光口之间的间距均相等。本申请所示的变换组件包括第一透镜组，该第一透镜组用于将来自光发射器的子光束的光斑变换呈线状的光斑。
可选地，本实施例所示的第一透镜组包括鲍威尔(Power)透镜1430，该鲍威尔透镜1430垂直于目标平面XY设置。本实施例以鲍威尔透镜1430垂直于目标平面XY设置为例进行示例性说明，在其他示例中，该鲍威尔透镜1430与目标平面XY之间可呈大于零度且小于180度的任意角度，具体角度在本实施例中不做限定。
本实施例所示的鲍威尔透镜1430呈第一弧形，N*M个光发射器的出光口形成第二弧形。第一弧形所属于的圆形和第二弧形所属于的圆形为同心圆，且第一弧形所属于的圆形的半径大于第二弧形所属于的圆形的半径。每个光发射器的出光口所发射的子光束，垂直入射鲍威尔透镜1430。鲍威尔透镜1430用于将来自光发射器的子光束的光斑扩展成呈线状的光斑。
需明确地是，本情况对N*M个光发射器的出光口排列而成的形状以及鲍威尔透镜1430的形状的说明为可选地示例，只要鲍威尔透镜1430能够将来自光发射器的子光束的光斑扩展成线状的光斑即可。
在鲍威尔透镜1430呈弧形的情况下，该鲍威尔透镜1430的弧度θ就是发射模块的视场角。N*M个光发射器中，任意相邻的两个光发射器之间的Δθ＝θ/(N×M)为发射模块的分辨率。
情况2
情况2相对于情况1所示的区别在于，N*M个光发射器的出光口的排列方式和变换组件的结构是不同的，本情况所示可参见图16所示，本情况所示的发射模块的结构可参见图14的相关描述，具体不做赘述，本情况所示的N*M个光发射器在Y方向平行，对Y方向的说明，请参见图15所示，具体不做赘述。N*M个光发射器的N*M个出光口沿同一方向对齐，该方向可为发射模块的芯片边缘1600。
本情况所示的所述变换组件为第一透镜组1601，该第一透镜组1601包括一个或多个透镜。且该第一透镜组1601与目标平面XY垂直，对目标平面XY的说明，请参见图15所示，具体不做赘述。需明确的是，本实施例以第一透镜组1601与目标平面XY垂直为例进行示例性说明，在其他示例中，该第一透镜组1601与目标平面XY之间可呈大于零度且小于180度的任意角度，具体角度在本实施例中不做限定。本实施例对第一透镜组1601所包括的透镜的数量，以及各个透镜的曲率不做限定，只要N*M个光发射器所发射的N*M路子光束，经由第一透镜组1601后沿不同的方向传输，以实现来自不同的光发射器的子光束能够对位于不同位置的探测目标进行探测的目的。
情况3
本情况所示的发射模块的结构可参见图17所示，其中，图17为本申请所提供的多点发射模块的第十二种实施例结构示例图。
本情况对N*M个光发射器的出光口的排列方式不做限定，例如，可如上述情况1所示排列成弧形为例，又如，可如上述情况2所示沿芯片边缘对齐为例。本情况以N*M个光发射器的出光口沿芯片边缘对齐为例进行示例性说明。
本情况所示的发射模块的变换组件包括第二透镜组1701和反射镜1702。具体地，所述反射镜1702的反射面与各光发射器的出光口位置相对，以保证反射镜1702能够接收到来自各光发射器的子光束。所述反射镜1702的反射面用于将来自各光发射器的子光束反射至第二透镜组1701。本实施例对反射镜1702的具体类型不做限定，例如，该反射镜1702可为直角棱镜。
本实施例所示的第二透镜组1701与目标平面XY平行，对目标平面XY的具体说明，请参见上述情况1所示，具体不做赘述。各光发射器沿X方向发射子光束，第二透镜组1701接收到来自所述反射镜1702的反射面所反射的子光束后，该第二透镜组1701沿不同的传输方向发射子光束，且该第二透镜组1701将子光束的光斑在自由空间中变换呈线状光斑，而且，第二透镜组1701能够将来自不同的光发射器的子光束，沿不同的传输方向传输。例如，本实施例所示的第二透镜组1701可包括一个预制透镜，该预制透镜沿Y方向呈柱透镜的结构，以保证该预制透镜能够将来自不同位置的光发射器的子光束，沿不同的传输方向向自由空间传输。该预制透镜沿X方向呈鲍威尔透镜的结构，以保证该预制透镜能够将子光束的点状光斑在自由空间中，扩展中线状光斑。
采用本情况所示的结构，第二透镜组1701平行于目标平面XY设置，有效地减少了发射模块的封装难度和体积。
情况4
情况3中，各光发射器发射的子光束沿X方向发射为例进行示例性说明，本情况所示的各光发射器发射的子光束沿Z方向为例。本情况所示的发射模块所包括的光波导，与光波导连接的N个光开关，以及与N个光开关连接的N个多点发射模块的具体结构请参见上述情况1所示，具体不做赘述。参见图18，本实施例所示的N个多点发射模块所包括的N*M个光发射器，如光发射器1801为微型光栅发射器(nano-grating emitter)，以保证该光发射器1801所发射的子光束沿Z方向传输。本情况所示的光发射器要求发射效率β(z)足够大，对发射效率β(z)的说明请参见上述公式2所示，可知，在发射效率β(z)足够大的情况下，光束经过光发射器的数个(例如2-3个)光栅周期就大部分(例如超过90％)光功率发射到自由空间，可知，该光发射器发出的子光束可以近似等效成点光源。
本情况所示的发射模块的变换组件包括第二透镜组1802，该第二透镜组1802与各光发射器的出光口位置相对，以保证第二透镜组1802能够接收到沿Z方向传输的，来自各光发射器的子光束。以下对第二透镜组1802的具体位置进行说明：
本实施例所示的第二透镜组1802与目标平面XY平行，对目标平面XY的具体说明，请参见上述情况1所示，具体不做赘述。各光发射器的出光口和该第二透镜组的等效焦距，位于同一平面。各光发射器沿Z方向发射子光束，第二透镜组1802接收到来自所述光发射器1801的子光束后，该第二透镜组1802用于将来自同一光开关的多路子光束以平行光的方式发射至自由空间，而且该第二透镜组1802用于将来自不同的光开关的多路子光束以不同的发射角发射至自由空间中。
基于上述所示的情况3和情况4，该发射模块的角分辨率和视场角可根据需要调节。具体地，上述情况3所示的第二透镜组1701和情况4所示的第二透镜组1802包括一个或多个变焦透镜。以情况4所示为例对如何实现对发射模块的分辨率和视场角的调节过程进行说明：
本实施例所示的发射模块可通过如下所示的公式3实现对角分辨率(θres)的调节：
公式3：
其中，f为第二透镜组件1802的等效焦距，本实施例以发射模块所包括的多个光发射器中，任意相邻的两个光发射器之间的距离均相等，且均等于p。由公式3所示可知，发射模块所发射的多路子光束的角分辨率与第二透镜组件1802的等效焦距f之间呈负相关关系。可知，若需要增加发射模块所发射的多路子光束的角分辨率，那么可对应减小第二透镜组件1802的等效焦距f。若需要减小发射模块所发射的多路子光束的角分辨率，那么可对应增加第二透镜组件1802的等效焦距f。
本实施例所示的发射模块可通过如下所示的公式4实现对视场角(θscan)的调节：
公式4：
其中，IDev为发射模块所包括的N*M个光发射器中，距离最远的两个光发射器之间的距离。由公式4所示可知，发射模块所发射的多路子光束的视场角与第二透镜组件1802的等效焦距f之间呈负相关关系。可知，若需要增加发射模块所发射的多路子光束的视场角，那么可对应减小第二透镜组件1802的等效焦距f。若需要减小发射模块所发射的多路子光束的视场角，那么可对应增加第二透镜组件1802的等效焦距f。
情况5
本情况所示的发射模块的结构可参见图19所示，其中，图19为本申请所提供的多点发射模块的第十四种实施例结构示例图。
上述情况1至情况4均以发射模块所包括的N个光开关呈一维的方式排列，且发射模块所包括的N*M个光发射器1900也呈一维的方式排列为例进行示例性说明，本情况以发射模块所包括的N个光开关呈二维的方式排列，且反射模块所包括的N*M个光发射器1900也呈二维的方式排列。需明确地是，本情况以N个光开关呈二维的方式排列，且反射模块所包括的N*M个光发射器1900也呈二维的方式排列为例进行示例性说明，不做限定，在其他示例中，N个光开关也可呈任意形状，例如，圆形、弧形、矩形等任意形状，对N*M个光发射器1900的排列方式的说明，可参见N个光开关的排列方式的说明，不做赘述。本情况所示的光发射器1900用于沿Z方向发射的子光束为例，该光发射器1900的具体说明，请参见上述情况4所示，具体不做赘述。
沿Z方向，每个光发射器1900的上方设置变换组件，本情况所示的变换组件可为超表面光束偏转器(metasurface beam deflector)。例如，可通过单片集成(monolithicintegration)的方式，在每个光发射器1900的上方设置该超表面光束偏转器。可知，在发射模块包括N*M个光发射器1900的情况下，那么，沿Z方向，N*M个光发射器1900的上方，一共包括N*M个超表面光束偏转器，不同的超表面光束偏转器对应不同的发射角，可知，不同的超表面光束偏转器，能够将来自不同的光发射器沿不同的传输方向传输。
可知，本情况所示的发射模块无需设置垂直于目标平面XY的透镜，降低了发射模块的封装难度和体积。
需明确的是，本情况所示在N个光开关呈二维的方式排列的情况下，发射模块也可不设置变换组件，由N个光开关所连接的N*M个光发射器实现点状光斑的扫描。
需明确地是，本实施例所示的光发射器的结构也可应用至实施例一所示的实现方式2所示，即光发射器所发射的光束，经由DOE分光后，能够在自由空间中形成呈点状的光斑，对多点发射模块的实现方式2所示的结构的说明，请参见实施例一所示，具体不做赘述。本实施例所提供的变换组件能够将来自DOE的多路子光束的光斑变换呈线状的光斑。
实施例五
本实施例提供了一种探测方法，本实施例所示的探测方法的执行主体为发射模块，对发射模块的具体说明，参见上述实施例一至实施例五任一实施例所示，具体不做赘述。本实施例所示的探测方法结合图20所示，其中，图20为本申请所提供的探测方法的第一种实施例步骤流程图。
步骤2001、发射模块通过目标光开关将激光光束导通至目标多点发射模块。
对目标光开关和目标多点发射模块的具体说明，请参见上述实施例一至实施例五任一实施例所示，具体不做赘述。
步骤2002、发射模块通过目标多点发射模块将激光光束分光为多路子光束。
该目标多点发射模块具体分光的说明，请参见上述实施例一所示，具体不做赘述。
步骤2003、发射模块通过光电探测器向处理单元发送指示消息。
本实施例所示的光电探测器可为实施例二所示的第一光电探测器或第二光电探测器，对第一光电探测器或第二光电探测器的具体说明，请参见实施例二所示，具体不做赘述。
步骤2004、发射模块通过目标多点发射模块发射多路子光束。
对目标多点发射模块发个多路子光束的具体过程的说明，请参见上述实施例一至实施例五任一实施例所示，具体不做赘述。
本实施例对步骤2003和步骤2004之间的执行时序不做限定。
本实施例所示的方法的有益效果的说明，请详见上述实施例一至实施例五任一实施例所示，具体不做赘述。
实施例六
本实施例提供了一种探测方法，本实施例所示的探测方法的执行主体为激光雷达，对激光雷达的具体说明，请参见图2所示，具体不做赘述。本实施例所示的探测方法结合图21所示，图21为本申请所提供的探测方法的第二种实施例步骤流程图。
步骤2101、激光雷达通过光源向发射模块发送激光光束。
对光源的具体说明，请详见图2所示，具体不做赘述。
步骤2102、激光雷达通过目标光开关将激光光束导通至目标多点发射模块。
步骤2103、激光雷达通过目标多点发射模块将激光光束分光为多路子光束。
步骤2104、激光雷达通过光电探测器向处理单元发送指示消息。
步骤2105、激光雷达通过目标多点发射模块发射多路子光束。
本实施例所示的步骤2102至步骤2105的具体执行过程的说明，请参见图20所示的步骤2001至步骤2004的说明，具体不做赘述。
步骤2106、激光雷达通过接收模块接收反射光信号。
对反射光光信号的具体说明，请详见图2所示，具体不做赘述。
本实施例所示的方法的有益效果的说明，请详见上述实施例一至实施例五任一实施例所示，具体不做赘述。
实施例七
本实施例提供了一种探测方法，本实施例所示的探测方法的执行主体为电子设备，对电子设备的具体说明，请参见图2所示，具体不做赘述。本实施例所示的探测方法结合图22所示，图22为本申请所提供的探测方法的第二种实施例步骤流程图；
步骤2201、处理单元控制光源向发射模块发送激光光束。
对控制单元控制光源输出激光光束的具体说明，请详见图2所示，具体不做赘述。
步骤2202、处理单元接收来自光电探测器的指示信息。
本实施例所示的光电探测器可为实施例二所示的第一光电探测器或第二光电探测器，对第一光电探测器或第二光电探测器的具体说明，请参见实施例二所示，具体不做赘述。
步骤2203、处理单元根据指示信息获取导通信号。
对处理单元获取导通信号的具体过程，请参见实施例二所示，具体不做赘述。
步骤2204、处理单元向目标光开关发送导通信号。
可知，该导通信号能够完全导通该目标光开关，具体过程的说明，请参见实施例二所示，具体不做赘述。
步骤2205、处理单元接收来自接收模块的探测电信号。
对探测电信号的具体说明，请参见图2所示，具体不做赘述。
步骤2206、处理单元根据探测电信号获取探测目标的空间信息。
对探测目标的空间信息的说明，请详见图2所示，具体不做赘述。
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 (21)
1.一种发射模块，其特征在于，所述发射模块包括多个光开关，所述光开关连接多点发射模块；
目标光开关用于将激光光束导通至目标多点发射模块，所述目标光开关为所述多个光开关中的一个，所述目标多点发射模块为与所述目标光开关所连接的多点发射模块；
所述目标多点发射模块用于将所述激光光束分光为多路子光束；
所述目标多点发射模块用于发射所述多路子光束。
2.根据权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述目标多点发射模块包括分光器和多个光发射器，所述分光器包括输入端口和多个输出端口，所述多个输出端口中的每个所述输出端口连接一个所述光发射器，且不同的所述输出端口与不同的所述光发射器连接，所述输入端口与所述目标光开关连接；
所述分光器用于经由所述输入端口接收来自所述目标光开关的所述激光光束；
所述分光器用于经由所述多个输出端口向多个所述光发射器发射所述多路子光束；
所述多个光发射器用于发射所述多路子光束。
3.根据权利要求2所述的发射模块，其特征在于，所述发射模块还包括第一光电探测器；
所述第一光电探测器用于接收第一探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述目标多点发射模块和所述第一光电探测器连接，所述第一探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第一光电探测器与所述光发射器连接，所述第一探测光信号来自所述光发射器；
所述第一光电探测器用于向处理单元发送第一指示信息，所述第一指示信息用于指示所述第一探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第一指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
4.根据权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述目标多点发射模块包括光发射器和衍射光学元件DOE，所述光发射器与所述目标光开关连接；
所述光发射器用于接收来自所述目标光开关的所述激光光束；
所述光发射器用于向所述DOE传输所述激光光束。
5.根据权利要求4所述的发射模块，其特征在于，所述发射模块还包括第二光电探测器；
所述第二光电探测器用于接收第二探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述光发射器和所述第二光电探测器连接，所述第二探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第二光电探测器与所述DOE连接，所述第二探测光信号来自所述DOE；
所述第二光电探测器用于向处理单元发送第二指示信息，所述第二指示信息用于指示所述第二探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第二指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
6.根据权利要求2至5任一项所述的发射模块，其特征在于，所述光发射器所发射的光束形成线状的光斑。
7.根据权利要求6所述的发射模块，其特征在于，所述光发射器为光栅发射器，所述光栅发射器所发射的光束的传输方向与所述光栅发射器的光栅周期、所述光栅发射器的有效折射率、所述光栅发射器所包括的波导的折射率以及所述激光光束的波长相关。
8.根据权利要求2至5任一项所述的发射模块，其特征在于，所述光发射器所发射的光束形成点状的光斑，所述发射模块还包括变换组件，所述变换组件用于将所述光发射器所发射的光束的光斑变换呈线状的光斑。
9.根据权利要求8所述的发射模块，其特征在于，所述变换组件包括第一透镜组，所述第一透镜组与目标平面垂直，所述多个光开关沿所述目标平面排列。
10.根据权利要求8所述的发射模块，其特征在于，所述变换组件包括第二透镜组，所述第二透镜组与目标平面平行，所述多个光开关沿所述目标平面排列，所述第二透镜组用于将所述光发射器所发射的光束变换呈线状的光斑。
11.根据权利要求10所述的发射模块，其特征在于，所述第二透镜组的等效焦距的大小与所述多路子光束的视场角之间呈负相关关系，所述第二透镜组的等效焦距的大小与所述多路子光束的角分辨率呈负相关关系。
12.根据权利要求11所述的发射模块，其特征在于，所述变换组件还包括反射镜，所述反射镜的反射面用于将来自所述光发射器的光束反射至所述第二透镜组。
13.根据权利要求8所述的发射模块，其特征在于，所述变换组件为超表面光束偏转器。
14.根据权利要求1至13任一项所述的发射模块，其特征在于，所述多个光开关呈i行j列的方式排列，所述i为大于或等于1的正整数，所述j为大于1的正整数。
15.一种激光雷达，其特征在于，包括光源、发射模块和接收模块，所述光源与所述发射模块连接；所述光源用于向所述发射模块发送激光光束，所述发射模块如权利要求1至14任一项所述；
所述接收模块用于接收来自探测目标的反射光信号，所述反射光信号为所述探测目标根据来自所述发射模块的子光束进行反射而成；所述接收模块还用于根据所述反射光信号获取探测电信号，所述探测电信号用于获取所述探测目标的空间信息。
16.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理单元和如权利要求15所述的激光雷达，所述处理单元用于控制所述光源向所述发射模块发送所述激光光束，所述处理单元还用于根据来自所述接收模块的所述探测电信号获取所述探测目标的空间信息。
17.一种探测方法，其特征在于，所述探测方法应用于发射模块，所述发射模块包括多个光开关，所述光开关连接多点发射模块，所述探测方法包括：
目标光开关将激光光束导通至目标多点发射模块，所述目标光开关为所述多个光开关中的一个，所述目标多点发射模块为与所述目标光开关所连接的多点发射模块；
所述目标多点发射模块将所述激光光束分光为多路子光束；
所述目标多点发射模块发射所述多路子光束。
18.根据权利要求17所述的探测方法，其特征在于，所述目标多点发射模块包括分光器和多个光发射器，所述分光器包括输入端口和多个输出端口，所述多个输出端口中的每个所述输出端口连接一个所述光发射器，且不同的所述输出端口与不同的所述光发射器连接，所述输入端口与所述目标光开关连接，所述方法还包括：
所述分光器经由所述输入端口接收来自所述目标光开关的所述激光光束；
所述分光器经由所述多个输出端口向多个所述光发射器发射所述多路子光束；
所述目标多点发射模块发射所述多路子光束包括：
所述多个光发射器用于发射所述多路子光束。
19.根据权利要求18所述的探测方法，其特征在于，所述发射模块还包括第一光电探测器，所述方法还包括：
所述第一光电探测器接收第一探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述目标多点发射模块和所述第一光电探测器连接，所述第一探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第一光电探测器与所述光发射器连接，所述第一探测光信号来自所述光发射器；
所述第一光电探测器向处理单元发送第一指示信息，所述第一指示信息用于指示所述第一探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第一指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
20.根据权利要求17所述的探测方法，其特征在于，所述目标多点发射模块包括光发射器和衍射光学元件DOE，所述光发射器与所述目标光开关连接，所述方法还包括：
所述光发射器接收来自所述目标光开关的所述激光光束；
所述光发射器向所述DOE传输所述激光光束。
21.根据权利要求20所述的探测方法，其特征在于，所述发射模块还包括第二光电探测器，所述方法还包括：
所述第二光电探测器接收第二探测光信号，其中，若所述目标光开关分别与所述光发射器和所述第二光电探测器连接，所述第二探测光信号来自所述目标光开关，或，若所述第二光电探测器与所述DOE连接，所述第二探测光信号来自所述DOE；
所述第二光电探测器向处理单元发送第二指示信息，所述第二指示信息用于指示所述第二探测光信号的光强，所述处理单元用于根据所述第二指示信息向所述目标光开关发送导通信号，所述导通信号用于导通所述目标光开关。
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2021
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Cited By (2)
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