CN116224298A - 激光雷达和可移动设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种激光雷达和可移动设备。其中，激光雷达包括硅光芯片、反射模组、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列以及透镜。硅光芯片包括发射波导和接收波导，发射波导用于传输探测光，接收波导用于接收回波光。反射模组具有用于反射探测光和回波光的反射面。第一微透镜阵列包括多个第一微透镜，第一微透镜对探测光进行准直。第二微透镜阵列包括多个第二微透镜，第二微透镜对回波光进行聚焦。透镜设于第二微透镜阵列背离反射模块的一侧，用于接收各第二微透镜出射的探测光并出射，镜设还用于接收回波光的接收。本申请中，光传输通道和光接收通道均采用了波导，因此发射波导和接收波导的集成工艺相同，无需进行分立设置，提高了激光雷达的集成度。

Description

激光雷达和可移动设备

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种激光雷达和可移动设备。

背景技术

相关技术中，调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW）激光雷达包括光发射模块以及光接收模块，以分别用于探测光的出射以及回波光的接收；其中，光发射模块采用发射光纤，光接收模块包括集成于硅光芯片的接收波导。由于光接收波导与发射光纤之间分立设置，激光雷达的集成度低。

发明内容

本申请实施例提供一种激光雷达和可移动设备，其中，本申请的激光雷达的收发模块采用了在硅光芯片上集成的发射波导和接收波导。由于激光雷达的光传输通道和光接收通道均采用了波导，因此发射波导和接收波导的集成工艺相同，发射波导和接收波导之间无需进行分立设置，提高了激光雷达的集成度。

第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达，包括硅光芯片、反射模组、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列以及透镜。其中，硅光芯片包括多个第一收发模块，第一收发模块包括第一发射波导与第一接收波导，第一发射波导具有第一出射端，第一发射波导用于发射探测光，并经由第一出射端出射探测光，第一接收波导具有第一入射端，第一接收波导用于经由第一入射端接收回波光的至少部分，沿硅光芯片的厚度方向观察，沿第一出射端与第一入射端沿第一方向间隔设置，各第一收发模块沿第一方向或第二方向间隔设置，第二方向与第一方向垂直。反射模组包括多个反射模块，每一反射模块对应一第一收发模块，反射模块具有反射面，沿硅光芯片的厚度方向观察，第一出射端和第一接收端均沿第二方向朝向反射面设置，反射面用于接收第一发射波导出射的探测光并反射，以使探测光以与硅光芯片的厚度方向成非直角的方向出射，以及用于接收回波光并反射，以使回波光进入第一接收波导，沿第二方向，各反射面之间错开设置。第一微透镜阵列包括多个第一微透镜，每一收发模块对应一第一微透镜，沿探测光的传输方向，第一微透镜位于第一出射端与反射面之间，并用于对探测光进行准直。第二微透镜阵列包括多个第二微透镜，沿探测光的传输方向，第二微透镜位于反射模块的下游，每一第二微透镜对应一第一微透镜，第二微透镜用于对相应的第一微透镜出射的探测光进行聚焦。透镜设于第二微透镜阵列背离反射模块的一侧，用于接收各第二微透镜出射的探测光并出射，透镜具有位于靠近第二微透镜阵列一侧的第一焦平面J1，第二微透镜具有位于靠近透镜一侧的第二焦平面，第二焦平面与第一焦平面J1共面。

在其中一些实施例中，第一收发模块包括多个第一接收波导，各第一接收波导沿第一方向间隔设置。

在其中一些实施例中，第一微透镜具有位于靠近硅光芯片一侧的第三焦平面，第一出射端的端面位于第三焦平面。

在其中一些实施例中，第一入射端的端面与第三焦平面之间存在第一间距L，第一间距L满足：5μm ≤ L ≤ 30μm。

在其中一些实施例中，激光雷达还包括双折射晶体；双折射晶体设于透镜背离第二微透镜阵列的一侧，双折射晶体用于接收透镜出射的探测光并出射，以及用于接收回波光，并分束为偏振方向彼此垂直的第一光束与第二光束，第一光束的偏振方向与探测光的偏振方向垂直，回波光经由目标物体反射探测光形成；反射模块还用于接收第一光束并反射，以使第一光束射向第一接收波导。

在其中一些实施例中，第一表面与第二表面中的一个与透镜的光轴垂直，第一表面相对第二表面倾斜设置；所述第一表面与所述第二表面的夹角θ满足：0.5°≤θ≤15°。

在其中一些实施例中，硅光芯片还包括至少一个第二收发模块，第二收发模块包括第二发射波导与第二接收波导，第二发射波导具有第二出射端，第二发射波导用于接收探测光，并经由第二出射端出射探测光，第二接收波导具有第二入射端，第二接收波导用于经由第二入射端接收回波光，第二出射端与第二入射端沿第一方向间隔设置；至少一反射模块的反射面具有与其相对设置第二收发模块，同一反射模块对应的第一收发模块与第二收发模块之间沿厚度方向间隔设置；反射面还用于接收第二发射波导出射的探测光并反射，以使探测光以与硅光芯片的法线成非直角的方向出射，以及用于接收回波光并反射，以使回波光进入第二接收波导；第一微透镜阵列还包括多个第三微透镜，每一第二收发模块对应一第三微透镜，第三微透镜位于第二出射端与反射面之间，第三微透镜用于对第二出射端出射的探测光进行准直；第二微透镜阵列包括多个第四微透镜，沿第二探测光的传输方向，第四微透镜位于反射模块的下游，每一第四微透镜对应一第三微透镜，第四微透镜用于对相应的第三微透镜出射的探测光进行聚焦，第四微透镜具有位于靠近透镜一侧的第四焦平面，第四焦平面与第三焦平面共面。

在其中一些实施例中，硅光芯片包括多个第二收发模块，每一反射模块均对应至少一个第二收发模块。

在其中一些实施例中，硅光芯片包括一个第二收发模块，沿第一方向位于最外侧的反射模块对应第二收发模块。

在其中一些实施例中，反射模组的各反射面配置为使：各第一发射波导与各第二发射波导所出射的探测光落在反射模组上的光斑之间，沿第二方向错开。

在其中一些实施例中，微透镜的直径小于或等于1mm，透镜的直径与第二微透镜的直径的比值大于等于10。

第二方面，本申请实施例提供了可移动设备，该可移动设备包括如上所述的激光雷达。

与相关技术中相比，本申请的激光雷达的第一收发模块采用了在硅光芯片上集成的第一发射波导和第一接收波导。由于激光雷达的光传输通道和光接收通道均采用了波导，因此第一发射波导和第一接收波导的集成工艺相同，第一发射波导和第一接收波导之间无需进行分立设置，提高了激光雷达的集成度。

此外，第一发射波导和第一接收波导均集成在相同的硅光芯片上，因此第一发射波导的出射端和第一接收波导的入射端之间的间距较小，从而同一第一收发模块的第一发射波导与第一接收波导可以共用同一第一微透镜、同一反射面、同一第二微透镜以及同一透镜，从而无需设置光环形器等分光元件，从而有利于降低激光雷达的体积。而且第一发射波导发出的探测光和第一接收波导所接收的回波光均通过相同的透镜，无需在激光雷达的发射端和接收端上分别设置透镜，进而能够缩小激光雷达的整体体积，有利于激光雷达系统的小型化。

而且，沿第二方向，各反射面之间错开设置，因此沿第一方向排列的多个第一收发模块所出射的探测光经反射面反射，依序经第二微透镜和透镜后形成的光斑列也在沿第二方向发生错开，因此以第二方向为扫描轴进行扫描时，相邻的扫描光斑之间不会相互重叠，由于每一第一收发模块输出的探测光信号会在激光雷达外部形成一个探测视场，多个第一收发模块的探测光可以形成多个探测视场，因此，可以扩大激光雷达的探测总视场，或在相同探测总视场一致的基础上提升激光雷达的探测分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请一实施例中的激光雷达的框架结构示意图；

图2为本申请一实施例的激光雷达的光路示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本申请一实施例的激光雷达的收发模块的结构示意图；

图5为本申请实施例的激光雷达的光学模块的结构示意图；

图6为图5所示出的光学模块的另一视角的结构示意图；

图7为本申请一实施例的双折射晶体以及透镜的结构示意图；

图8为本申请另一实施例的激光雷达的收发模块的结构示意图；

图9为本申请另一实施例的激光雷达的光学模块的结构示意图；

图10为本申请另一实施例的激光雷达的收发模块的结构示意图；

图11为本申请另一实施例的激光雷达的收发模块的结构示意图；

图12为本申请另一实施例的激光雷达的收发模块的结构示意图；

图13为本申请实施例的可移动设备的结构示意图。

附图标号说明：

100、激光雷达；10、光源模块；20、硅光芯片；21、芯片本体；211、衬底；212、包层；22、第一收发模块；221、第一发射波导；2211、第一出射端；222、第一接收波导；2221、第一入射端；23、第二收发模块；231、第二发射波导、2311、第二出射端；232、第二接收波导；2321、第二入射端；30、光学模块；31、反射模组；311、反射模块；311a、反射面；32、第一微透镜阵列；32a、第一微透镜；32b、第三微透镜；33、第二微透镜阵列；33a、第二微透镜；33b、第四微透镜；34、透镜；40、扫描模块；50、双折射晶体；50a、第一表面；50b、第二表面；A、第一方向；B、第二方向；a、探测光；b、回波光；b1、第一光束；b2、第二光束；C、硅光芯片的厚度方向；J1、第一焦平面；J2、第二焦平面；J3、第三焦平面；V、可移动设备。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下部将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

下部的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方部相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，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。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种激光雷达100。该激光雷达100包括光源模块10、硅光芯片20、光学模块30和扫描模块40。

光源模块10用于生成探测光a。示例性的，光源模块10可以包括激光器和分光器，该光源模块10通过激光器生成源光信号，并通过分光器对源光信号信号进行分光处理，得到探测光a信号和本振光信号。

如图2至图4所示，硅光芯片20包括芯片本体21和设置在芯片本体21上的多个第一收发模块22。

如图4所示，芯片本体21是硅光芯片20的基体，可以包括衬底211和包层212。其中，衬底211是用于铺设包层212的基材；示例性的，其由硅制成，可以理解的是，在其他实施例中，衬底211亦可以其他合适材料制成，如二氧化硅、氮氧化硅等。包层212铺设于衬底211之上，其构成硅光芯片20的主体结构；包层212可以由二氧化硅和/或氮化硅等材料制成。在本实施例中，芯片本体21视为扁平状结构；因此本申请文件中下述的“芯片本体21的法线”意为，沿芯片本体21的厚度方向C，垂直穿过硅光芯片20的直线。

第一收发模块22设置于包层212内，其包括第一发射波导221与第一接收波导222。其中，第一发射波导221具有第一出射端2211，第一发射波导221从光源模块10接收探测光a，以使探测光a在硅光芯片20内传输，并用于发射探测光a，具体为经由第一出射端2211出射探测光a。第一接收波导222具有第一入射端2221，第一接收波导222用于经由第一入射端2221接收回波光b的部分或者全部。

其中，如图3所示，沿硅光芯片20的芯片本体21的厚度方向C观察，第一出射端2211与第一入射端2221沿第一方向A间隔设置，即是，同一第一收发模块22中的第一发射波导221与第一接收波导222为不同的两器件，且间隔一定距离，则硅光芯片20内部的发射光路和回波光路彼此分开，有利于回波光b于硅光芯片20内传向下游的光电探测模块（未示出）。

其中，如图4所示，各第一收发模块22沿第一方向A间隔设置，以使得各第一收发模块22在图示第一方向A错开设置。

如图2以及图5所示，光学模块30用于对探测光a以及回波光进行光学处理，该光学模块30包括反射模组31、第一微透镜阵列32、第二微透镜阵列33和透镜34。

反射模组31包括多个反射模块311，每一反射模块311对应一个上述第一收发模块22设置，该反射模块311具有反射面311a。沿硅光芯片20的厚度方向C观察，第一出射端2211和第一入射端2221端均沿第二方向B朝向反射面311a设置；其中，第一方向A、第二方向B以及厚度方向C两两之间相互垂直。反射面311a用于接收第一发射波导221出射的探测光a并反射，以使探测光a以与硅光芯片20的厚度方向C成非直角的方向出射，以及用于接收回波光b并反射，以使回波光b进入第一接收波导222。例如，当反射面311a与上述法线的夹角为45度时，探测光a则以平行于该法线的方向传播。沿第二方向B，各反射模块311的反射面311a之间错开设置，也即，各反射模块311之间沿第二方向B大致呈阶梯状设置。如此，结合各第一收发模块22在第一方向A错开设置的方案，可以使得多个第一出射端2211出射的经对应的反射面311a反射后的探测光a在第一方向A以及第二方向B上均错开设置，由于每一第一收发模块22输出的探测光a信号会在激光雷达100外部形成一个探测视场，多个第一收发模块22的探测光a可以形成多个探测视场，因此，可以扩大激光雷达100的探测总视场，或在探测总视场一致的基础上提升激光雷达100的探测分辨率。本实施例中，各反射模块311之间呈一体式结构设置，以便于该反射模组31整体的成型与装配；当然，在其他实施例中，各反射模块311也可以各自独立设置并装配，只要保证反射模组包括多个沿上述第二方向错位排布的反射面，每一反射面对应一第一收发模块即可。

如图2至图6所示，本实施例的第一微透镜阵列32包括多个第一微透镜32a，每一第一收发模块22对应一第一微透镜32a。沿探测光a的传输方向（此时为第二方向B），第一微透镜32a位于第一出射端2211与反射面311a之间，第一微透镜32a用于对探测光a进行准直，以使入射至对应的反射面311a的探测光a为平行的探测光a。

如图2至图7所示，第二微透镜阵列33包括多个第二微透镜33a，沿探测光a的传输方向（图示为厚度方向C），第二微透镜33a位于反射模组31的下游，每一第二微透镜33a对应一第一微透镜32a，，第二微透镜33a用于对相应的第一微透镜32a出射的且被反射面311a反射后的平行的探测光a进行聚焦。

在本申请实施例中，微透镜意为直径小于或等于1mm的透镜；例如，第一微透镜32a的直径是小于1mm或者等于1mm的，第二微透镜33a的直径是小于或等于1mm的。第一微透镜32a具有较小的尺寸，有利于实现一个第一收发模块22对应一个第一微透镜32a的设置，从而实现每束探测光（或回波光）各自的准直（或聚焦）；当然，也有利于减小第一微透镜阵列32的小型化。第二微透镜33a亦具有较小的尺寸，其有利于实现一个第一微透镜32a对应一个第二微透镜33a的设置，从而实现有利于减小第二微透镜阵列33的小型化，或者，在第二微透镜阵列33尺寸相同的情况下，可以设置更多的第二微透镜33a，有利于提高激光雷达100的分辨率。

透镜34设于第二微透镜阵列33背离反射模组31的一侧，用于接收各第二微透镜33a出射的探测光a并出射。透镜34具有位于靠近第二微透镜阵列33一侧的第一焦平面J1，第二微透镜33a具有位于靠近透镜34一侧的第二焦平面J2，第二焦平面J2与第一焦平面J1共面，如此，被第二微透镜33a聚焦后的形成点光源的探测光a可以被透镜34准直后再次变成平行光出射。

在其中一些实施例中，透镜34的直径尺寸与第二微透镜33a的直径尺寸之间的比值大于或者等于10。一方面，由于探测光a经由第二微透镜33a后在第二焦平面聚焦，并在之后进行发散，更大口径的透镜34更有利于接收发散后的探测光并进行准直；另一方面，更大口径的透镜34也可以接收更多的回波光b，进而提升回波光耦合至硅光芯片20中的光功率，从而提升激光雷达100的探测性能。

扫描模块40沿探测光a的光路位于透镜34的光路下游，其用于接收双透镜34出射的探测光a，并进行二维的偏转，以使探测光a在激光雷达100外形成特定的探测视场。其中，扫描模块30可以包括振镜和/或转镜等，对此不作限定。由于扫描模块40是可动元件，回波光在回到扫描模块时，扫描模块已经偏转了一个角度，从而使得回波光落在硅光芯片20的位置不同于第一发射波导221的出射端，即回波光的光斑相较于探测光出射时的光斑具有一定的偏移；其中，偏移的距离是与探测过程中光信号的飞行时间/距离相关的。为便于后文说明，以下将上述效应称为激光雷达100的走离效应。值得说明的是，在硅光芯片20实际应用时，上述第一方向应当与扫描模块的扫描速率较快的一个方向匹配；本实施例中，扫描模块的水平扫描（扫描轴线为垂直方向延伸）速率明显高于垂直扫描（扫描轴线为水平方向延伸）速率，水平扫描方向造成的走离效应的偏移方向与第一方向一致，进而可以保证第一接收波导222可以接收到回波光；即第一方向对应激光雷达100的水平扫描方向，第二方向则对应激光雷达100的垂直方向。上述多个第一收发模块22以及多个反射模块311的设置使得，各第一收发模块22出射的探测光总共可以在激光雷达100外侧形成沿垂直方向排布的多个子探测视场，各子探测视场共同构成激光雷达100的总探测视场。可以理解的是，在其他实施例中，若扫描模块的垂直扫描速率明显高于水平扫描速率时，则应当保证垂直扫描方向造成的走离效应的偏移方向与上述第一方向一致。

本实施例的光路具体如下：光源模块10用于产生探测光a，探测光a经过第一发射波导221出射，并依序经过第一微透镜32a、反射面311a、第二微透镜33a、透镜34以及扫描模块40之后照射在目标物上。探测光a在目标物的表面上发生反射形成的反射光的过程中，被扫描模块40所接收的部分反射光定义为回波光b（以下记载的回波光b的含义均相同）。扫描模块40接收的回波光b依序经过透镜34、第二微透镜33a、反射面311a、第一微透镜32a之后入射到第一接收波导222，以此完成对目标物的探测。

与相关技术中相比，本实施例的激光雷达100，第一发射波导221和第一接收波导222均集成在相同的硅光芯片20上，该激光雷达100的集成度较高。另外，第一发射波导221的出射端和第一接收波导222的入射端之间的间距9可以设置为较小，示例性的，第一发射波导221的出射端和第一接收波导222的入射端之间的间距可以小于10um或者等于10um，同一第一收发模块22的第一发射波导221与第一接收波导222可以共用同一第一微透镜32a、同一反射面311a、同一第二微透镜33a以及同一透镜34，从而无需设置光环形器等分光元件，从而有利于降低激光雷达100的体积。而且第一发射波导221发出的探测光a和第一接收波导222所接收的回波光b均通过相同的透镜34，无需在激光雷达100的发射端和接收端上分别设置透镜34，进而能够缩小激光雷达100的整体体积，有利于激光雷达100系统的小型化。

此外，沿第二方向B，各反射面311a之间错开设置，因此沿第一方向A排列的多个第一收发模块22所出射的探测光a经反射面311a反射，依序经第二微透镜33a和透镜34后形成的多个光斑也在沿第二方向B发生错开，因此以第二方向B为扫描轴进行扫描时，每一第一收发模块22输出的探测光a信号可以在激光雷达100外部形成一个探测视场，多个第一收发模块22的探测光a可以形成多个探测视场，因此，可以扩大激光雷达100的探测总视场，或在探测总视场大小一致的基础上提升激光雷达100的探测分辨率。

在其中一些实施例中，第一收发模块22包括多个第一接收波导222，各第一接收波导222沿第一方向A间隔设置，多个第一接收波导222形成波导接收阵列，可以扩大对回波光b的等效接收面积，进而使回波光b即使因走离效应落在波导接收阵列的不同位置，仍能保证的光信号经由波导接收阵列进入第一收发模块22，从而可以提升在接收回波光b的容差。其中，走离效应是指由于扫描模块40是可动元件，因此回波光b在回到扫描模块40时，扫描模块40已经偏转了一个角度，从而使得回波光b落在硅光芯片20的位置不同于探测光a于硅光芯片20出射的位置，即具有一定的偏移。其中，偏移的距离是与探测过程中光信号的飞行时间/距离相关的。

如图2所示，在其中一些实施例中，第一微透镜32a具有位于靠近硅光芯片20一侧的第三焦平面J3，第一出射端2211的端面位于第三焦平面J3。由于第一发射波导221的第一出射端2211的端面位于第三焦平面J3，因此从第一出射端2211出射的探测光a在第一微透镜32a的准直作用下变为平行光线。而且由于第二微透镜33a的第二焦平面J2与透镜34的第一焦平面J1共面，因此基于光的折射特性，被第一微透镜32a准直的探测光a依序经过对应的反射面311a、第二微透镜33a和透镜34之后依然是平行光，也即，相当于把探测光a的原始出射位置也即第一出射端2211转移到了第二微透镜33a的第二焦平面J2的位置，重新对光路了进行了排布，不仅有利于设置激光雷达100中其他部件的位置，而且，实现了探测光a的度翻转，可以缩小激光雷达100的第二方向B上的尺寸，有利于激光雷达100的小型化。另外，第一微透镜32a、第二微透镜33a和透镜34的配合使得探测光在经由透镜34出射时相较于从第一发射波导221出射时实现了扩束；而光信号模场的扩大有利于减小光信号的发散角，因此上述设置有利于减小探测光的发散角，从而可以提升探测时的探测精度。

一般地，透镜34输出的回波信号会经由第二微透镜33a、反射面和第一微透镜32a落在硅光芯片20表面。在一些实施例中，为使光斑集中落在硅光芯片20上，则各第一入射端2221的端面与第一微透镜32a的焦平面重合设置。但以第一收发模块22包括多个第二接收波导222为例，上述方案会使得光斑同时落在相邻的两第一接收波导222上时，较多的能量位于两第一接收波导222之间，而不能进入第一接收波导222；而若相邻两第一接收波导222之间的间距大于或等于回波光在第三焦平面的光斑尺寸时，则存在各第一接收波导222均完全接收不到回波光b的情况；即是，硅光芯片20的光耦合效率极低，甚至可能低至接近于0。为改善上述不足，本申请对硅光芯片20作出进一步改进；具体地，第一接收波导222的第一入射端2221的端面与第一微透镜32a的第三焦平面J3之间存在第一间距L，例如，该第一间距L可以满足：5μm ≤ L ≤ 30μm；即是说第一入射端2221的端面相对于第一微透镜32a离焦第一间距L。如此，落在硅光芯片20表面的回波光的光斑将更大，当光斑落在两第一接收波导上时，光斑覆盖其中一第一接收波导222的入射端2221的端面的面积与光斑的总面积之比将提升，从而可以提升回波光的耦合效率。

在其中一些实施例中，如图7所示，本实施例的激光雷达100还包括双折射晶体50。双折射晶体50设于透镜34背离第二微透镜阵列33的一侧，双折射晶体50用于接收透镜34出射的探测光a并出射，也即，经过透镜34的探测光a会依序经过双折射晶体50，进而回波光b也会经过双折射晶体50之后经过透镜34。由于双折射晶体50的各向异性特性，回波光b在经过双折射晶体50的时候会发生分束，也即，回波光b被分束为偏振方向彼此垂直的第一光束b1与第二光束b2。其中，探测光为线偏振光，第一光束b1的偏振方向与探测光a的偏振方向垂直，第二光束b2的偏振方向与探测光a相同。第一光束b1与第二光束b2中的一个为非寻常光线（E光），另一个为寻常光线（O光）。由于双折射晶体50的各向异性特性，第一光束b1的传播方向和速度相对于第二光束b2的传播方向和速度发生变化，从而第一光束b1与第二光束b2之间发生了偏移。发生偏移的第一光束b1经反射模组31的反射射向第一接收波导222，以完成回波光b的接收。在本实施例中，回波光b的第一光束b1的光斑形成在与探测光a的出光点相邻的区域，从而可以将第一发射波导221和第一接收波导222设置的比较相近，从而有利于激光雷达100系统的小型化。

继续参照图7所示，在其中一些实施例中，双折射晶体50的具有面向透镜34的第一表面50a和背向透镜34的第二表面50b。第一表面50a与第二表面50b中的一个与透镜34的光轴垂直，第一表面50a相对第二表面50b倾斜设置，也即，第一表面50a与透镜34的光轴垂直时，第二表面50b与透镜34的光轴不垂直相交，或者第二表面50b与透镜34的光轴垂直时，第一表面50a与透镜34的光轴不垂直相交。其中，如图7所示，以双折射晶体50的第二表面50b与透镜34的光轴垂直时，第一表面50a与透镜34的光轴相交为例说明回波光b的接收路径。当双折射晶体50的第一表面50a和第二表面50b之间形成夹角时，由于双折射晶体50对探测光a没有分束效果，而双折射晶体50对回波光b是有分束效果的，因此当双折射晶体50的第一表面50a与第二表面50b之间倾斜设置时，第一光束b1的偏移角会变得更大，有利于将第一光束b1的光斑与第二光束b2（或探测光）的光斑分开，可以更灵活地设置发射端以及接收端的位置，也可以降低发射端以及接收端之间的激光发生串扰的风险。

其中，第一表面50a与第二表面50b所形成的夹角θ满足：0.5°≤θ≤15°，如此，既可以使得双折射晶体50具有较佳的光分束效果，能够将回波光b分束得到第一光束b1与第二光束b2，而且第一光束b1与第二光束b2以较远的距离从第一表面50a出射，且可以使得双折射晶体50具有较薄的厚度，有利于光模块30以及激光雷达100的小型化。示例性的，第一表面50a与第二表面50b所形成的夹角为5°、5.1°、6.5°、7°、7.2°、8°、8.8°、9°、9.4°、10°等，即θ可以选取5°~10°之间的角度。当然，在其他的一些实施例中，双折射晶体50的第一表面50a和第二表面50b之间的夹角也可以是其他角度。

值得一提的是，在本申请的其他实施例中，透镜34也可以位于双折射晶体50背离收发模块1的一侧，但该种方案容易使得透镜34聚焦的回波光b的光斑，在经由双折射晶体50后再次扩张，从而使得最终进入第一接收波导222中的回波光b的功率较低。而若直接将双折射晶体50设置于透镜34的外侧，其第一表面50a与第二表面50b平行设置，则第一光束b1与第二光束b2的仍会在透镜34的会聚作用下会聚于同一位置。与该两种方案相比，本实施例中将透镜34设置于双折射晶体50与收发模块1之间，且将第一表面50a与第二表面50b配置为具有夹角的方案，则可以保证回波光b分束的第一光束b1与第二光束b2不平行，故第一光束b1在聚焦后不会再次扩张而直接进入第一接收波导222，并且可以与第二光束b2分开，从而可以一定程度上提升回波光b的接收效率。

在其中一些实施例中，如图8所示，本实施例的硅光芯片20还包括至少一个第二收发模块23。第二收发模块23与上述第一收发模块22的结构大致相同，其包括第二发射波导231与第二接收波导232。第二发射波导231具有第二出射端2311，第二发射波导231用于接收探测光a，并经由第二出射端2311出射探测光a。第二接收波导232具有第二入射端2321，第二接收波导232用于经由第二入射端2321接收回波光b，第二出射端2311与第二入射端2321沿第一方向A间隔设置。

其中，至少一反射模块311的反射面311a具有与其沿上述第二方向B相对设置第二收发模块23，同一反射模块311对应的第一收发模块22与第二收发模块23之间沿厚度方向C间隔设置。反射面311a还用于接收第二发射波导231出射的探测光a并反射，以使探测光a以与硅光芯片20的法线成非直角的方向出射，以及用于接收回波光b并反射，以使回波光b进入第二接收波导232。

其中，如图9所示，第一微透镜阵列32还包括多个第三微透镜32b，每一第二收发模块23对应一第三微透镜32b。第三微透镜32b位于第二出射端2311与反射面311a之间，第三微透镜32b用于对第二出射端2311出射的探测光a进行准直。第二微透镜阵列33包括多个第四微透镜33b33，沿第二探测光a的传输方向，第四微透镜33b位于反射模块311的下游。每一第四微透镜33b对应一第三微透镜32b，第四微透镜33b用于对相应的第三微透镜32b出射的探测光a进行聚焦。第四微透镜33b具有位于靠近透镜34一侧的第四焦平面，第四焦平面与第三焦平面J3共面。

本实施例中，第二收发模块23与第一收发模块22具有类似的结构，因此，至少具有与第一收发模块22类似的效果，更进一步地，由于在第一收发模块22的基础上增加了第二收发模块23，第二收发模块23的探测光a可以形成相应的探测视场，因此，可以进一步扩大激光雷达100的探测总视场，或在探测总视场一致的基础上提升激光雷达100的探测分辨率。

可选地，硅光芯片20包括多个第二收发模块23和多个反射模块311。每一反射模块311均对应至少一个第二收发模块23，以此增加了激光雷达100所发出的探测光a，进一步提高了激光雷达100的探测分辨率。

可选地，硅光芯片20包括一个第二收发模块23。沿第一方向A位于最外侧的反射模块311对应第二收发模块23，以此可以减少第一收发模块22所发出的探测光a和第二收发模块23所发出的探测光a之间相互重叠，导致探测视场也是重复扫描的问题。

无论是上述配置一个第二收发模块23的实施例，还是配置多个第二收发模块23的实施例，反射模组31的各反射面311a均可以配置为：使各第一发射波导221与各第二发射波导231所出射的探测光a落在反射模组31上的光斑之间，沿第二方向B错开。如此，每个第一收发模块22和第二收发模块23出射的探测光总共可以在激光雷达100外侧形成沿垂直方向排布的多个子探测视场，各子探测视场共同构成激光雷达100的总探测视场，从而可以提升激光雷达100的探测视场或分辨率。

值得一提的是，以上实施例是以各反射模块311沿第一方向与第二方向B均错开为例进行说明，但本申请并不局限于此，各反射模块311也可以仅在一个方向错开。

例如，请参阅图10其示出了本申请其中另一实施例提供的硅光芯片20与反射模块311的示意图，该实施例与上述各实施例的主要不同在于：

第一收发模块22中，第一发射波导211的第一出射端2211与第一接收波导的第一入射端2221沿第一方向A间隔设置，两者均沿第二方向B与反射模块311的反射面311a相对设置；各第一收发模块22沿图示第二方向B间隔排布，各反射模块311亦沿图示第二方向B间隔排布，沿第二方向B，第一收发模块22与反射模块311交替设置；其中，第一方向A、第二方向B与上述厚度方向之间两两垂直。

当然，如图11所示，为减小相邻两反射模块311之间的间距，以及使得各第一收发模块22可以从同一个方向接入探测光，向同一个方向输出回波光，各第一收发模块22在上述第一出射端2211和第一入射端2221之外的区域可以相对于上述第一出射端2211和第一入射端2221弯折，并在沿图示第一方向A上延伸。

在一些示例中，如图12所示，反射模块311也能直接集成在硅光芯片20上，以进一步提高激光雷达100的集成度。

至于第一微透镜阵列32，其中的第一微透镜32a可以配置为沿上述第二方向B间隔排列，每一第一收发模块22与反射模块311之间均设有一第一微透镜32a。

此外，如图13所示，在本申请的又一实施例提供了可移动设备V。本实施例的可移动设备V包括了如上所述的激光雷达100。本实施例的可移动设备V可以是汽车、机器人、无人机中的一种，但不限于此。其中，可移动设备V位汽车为例，电动汽车通过激光雷达100来扫描周边环境以获得周边环境的地形、活动物体的位置和速度等信息，以用于车辆的自动驾驶。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

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

Claims (12)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：

硅光芯片，包括多个第一收发模块，所述第一收发模块包括第一发射波导与第一接收波导，所述第一发射波导具有第一出射端，所述第一发射波导用于传输探测光，并经由所述第一出射端出射所述探测光，所述第一接收波导具有第一入射端，所述第一接收波导用于经由所述第一入射端接收回波光的至少部分，沿所述硅光芯片的厚度方向观察，所述第一出射端与所述第一入射端沿第一方向间隔设置，各所述第一收发模块沿所述第一方向或第二方向间隔设置，所述第二方向、所述厚度方向与所述第一方向两两垂直；

反射模组，包括多个反射模块，每一所述反射模块对应一所述第一收发模块，所述反射模块具有反射面，沿所述硅光芯片的厚度方向观察，所述第一出射端和所述第一入射端均沿第二方向朝向所述反射面设置，所述反射面用于接收所述第一发射波导出射的探测光并反射，以使所述探测光以与所述硅光芯片的所述厚度方向成非直角的方向出射，以及用于接收所述回波光并反射，以使所述回波光进入所述第一接收波导，沿所述第二方向，各所述反射面之间错开设置；

第一微透镜阵列，包括多个第一微透镜，每一所述收发模块对应一所述第一微透镜，沿所述探测光的传输方向，所述第一微透镜位于所述第一出射端与所述反射面之间，并用于对所述探测光进行准直；

第二微透镜阵列，包括多个第二微透镜，沿所述探测光的传输方向，所述第二微透镜位于所述反射模块的下游，每一所述第二微透镜对应一所述第一微透镜，所述第二微透镜用于对相应的第一微透镜出射的探测光进行聚焦；以及

透镜，设于所述第二微透镜阵列背离所述反射模块的一侧，用于接收各所述第二微透镜出射的探测光并出射，所述透镜具有位于靠近所述第二微透镜阵列一侧的第一焦平面J1，所述第二微透镜具有位于靠近所述透镜一侧的第二焦平面，所述第二焦平面与所述第一焦平面J1共面。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一收发模块包括多个所述第一接收波导，各所述第一接收波导沿所述第一方向间隔设置。

3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一微透镜具有位于靠近所述硅光芯片一侧的第三焦平面，所述第一出射端的端面位于所述第三焦平面。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述第一入射端的端面与所述第三焦平面之间存在第一间距L，所述第一间距L满足：5μm ≤ L ≤ 30μm。

5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括双折射晶体；

所述双折射晶体设于所述透镜背离所述第二微透镜阵列的一侧，所述双折射晶体用于接收所述透镜出射的探测光并出射，以及用于接收回波光，并分束为偏振方向彼此垂直的第一光束与第二光束，所述第一光束的偏振方向与所述探测光的偏振方向垂直，所述回波光经由目标物体反射所述探测光形成；

所述反射模块还用于接收所述第一光束并反射，以使所述第一光束射向所述第一接收波导。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述双折射晶体的第一表面与所述双折射晶体的第二表面中的一个与所述透镜的光轴垂直，所述第一表面相对所述第二表面倾斜设置；

所述第一表面与所述第二表面的夹角θ满足：0.5°≤θ≤15°。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片还包括至少一个第二收发模块，所述第二收发模块包括第二发射波导与第二接收波导，所述第二发射波导具有第二出射端，所述第二发射波导用于传输探测光，并经由所述第二出射端出射所述探测光，所述第二接收波导具有第二入射端，所述第二接收波导用于经由所述第二入射端接收回波光，所述第二出射端与所述第二入射端沿第一方向间隔设置；

至少一所述反射模块的反射面具有与其相对设置第二收发模块，同一所述反射模块对应的第一收发模块与第二收发模块之间沿所述厚度方向间隔设置；

所述反射面还用于接收所述第二发射波导出射的探测光并反射，以使所述探测光以与所述硅光芯片的法线成非直角的方向出射，以及用于接收回波光并反射，以使所述回波光进入所述第二接收波导；

所述第一微透镜阵列还包括多个第三微透镜，每一所述第二收发模块对应一所述第三微透镜，所述第三微透镜位于所述第二出射端与所述反射面之间，所述第三微透镜用于对所述第二出射端出射的探测光进行准直；

所述第二微透镜阵列包括多个第四微透镜，沿所述第二探测光的传输方向，所述第四微透镜位于所述反射模块的下游，每一所述第四微透镜对应一所述第三微透镜，所述第四微透镜用于对相应的第三微透镜出射的探测光进行聚焦，所述第四微透镜具有位于靠近所述透镜一侧的第四焦平面，所述第四焦平面与所述第三焦平面共面。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片包括多个第二收发模块，每一所述反射模块均对应至少一个第二收发模块。

9.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述硅光芯片包括一个第二收发模块，沿所述第一方向位于最外侧的反射模块对应所述第二收发模块。

10.根据权利要求8或9所述的激光雷达，其特征在于，所述反射模组的各反射面配置为使：各所述第一发射波导与各所述第二发射波导所出射的探测光落在所述反射模组上的光斑之间，沿所述第二方向错开。

11.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一微透镜和/或第二微透镜的直径小于或等于1mm；

所述透镜的直径与所述第二微透镜的直径的比值大于等于10。

12.一种可移动设备，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的激光雷达。

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