CN116559836A - 基于扩散片扩束的声光偏转模组、光电装置及电子设备 - Google Patents

基于扩散片扩束的声光偏转模组、光电装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种基于扩散片扩束的声光偏转模组，包括光源模块、声光偏转模块、会聚光学器件、投射光学系统及扩散片。光源模块包括发光单元及用于准直光束的超透镜。声光偏转模块根据施加的声波频率在第一偏转角度范围内沿第一方向将准直光束偏转多个不同的预设偏转角度。投射光学系统将经会聚光学器件会聚的光束沿检测范围内对应的发射方向投射以形成感测光束。其中，偏转会聚后的光束经过投射光学系统的焦平面上的对应区域，对应区域随光束偏转角度的变化在焦平面上移动。扩散片对感测光束沿第二方向的发散角进行扩展以形成长条形的感测光束，其长度方向平行于与第一方向垂直的第二方向。本申请还提供光电装置及电子设备。

Description

基于扩散片扩束的声光偏转模组、光电装置及电子设备
技术领域
本申请属于光电检测领域，尤其涉及一种基于扩散片扩束的声光偏转模组、光电装置及电子设备。
背景技术
飞行时间(Time of Flight，ToF)测量原理根据测量场景中被物体反射的检测光的飞行时间来计算物体的距离等三维信息。由于ToF测量具有感测距离远、精度高、能耗低等优点，被广泛应用于消费性电子产品、智能驾驶、AR/VR等领域。
利用ToF测量原理进行测距的检测装置本身的视场角有限，需要通过不断改变检测光的发射方向进行扫描的方式来获得更大的检测范围。目前，其中一种改变检测光发射方向的方式为采用机械结构转动检测装置，然而此种方式往往需要多个分立器件组配成机械转动结构，发射/接收的光路调试和装配复杂度高，机械转动结构也容易损坏失准，而且因机械转动结构的尺寸较大而对使用它的终端设备外形造成影响。另外一种改变检测光发射方向的方式为混合固态方案，主要采用振动部件带动光学部件的方式改变检测光的发射方向。虽然相对于机械转动方案，混合固态方案的成本和尺寸都显著降低，但由于振动部件也容易损坏，系统的可靠性仍较低，限制了检测装置的应用场景。
发明内容
有鉴于此，本申请提供能够改善现有技术问题的一种基于扩散片扩束的声光偏转模组、光电装置及电子设备。
第一方面，本申请提供一种基于扩散片扩束的声光偏转模组，被配置为向检测范围发射基于飞行时间原理进行三维信息检测的感测光束。所述声光偏转模组包括：
光源模块，包括：
一个或更多个发光单元，被配置为发出光束；及
超透镜，被配置为对所述发光单元发出的光束进行准直；
声光偏转模块，被配置为接收经准直的光束并根据所施加的声波频率在预设的第一偏转角度范围内沿第一方向将光束偏转多个不同的预设偏转角度；
会聚光学器件，被配置为对经所述声光偏转模块偏转后的光束进行会聚；
投射光学系统，包括：
投射透镜，被配置为将会聚后的光束沿检测范围内与光束偏转角度对应的预设发射方向投射，以形成所述感测光束；
其中，经所述声光偏转模块偏转后的光束由所述会聚光学器件会聚后经过所述投射透镜的焦平面上的对应区域到达所述投射透镜，所述对应区域随光束偏转角度的变化在所述焦平面上移动；及
扩散片，设置在所述投射透镜的出光侧，所述扩散片上形成有可以调制光束的微结构，被配置为对所述感测光束沿第二方向的发散角进行扩展以形成长条形的感测光束，定义所述感测光束具有最大尺寸的方向为其长度方向，所述长条形感测光束的长度方向平行于所述第二方向，所述第二方向与所述第一方向相互垂直设置。
第二方面， 本申请提供一种光电装置，被配置为对位于预设检测范围内的物体进行距离检测。所述光电装置包括接收模组、处理电路以及如上所述的声光偏转模组。所述接收模组被配置为感测来自检测范围内的光信号并输出相应的光感应信号，所述处理电路被配置为分析处理所述光感应信号以获得在检测范围内物体的三维信息。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括应用模块及如上所述的光电装置。所述应用模块被配置为根据所述光电装置的检测结果实现相应的功能。
本申请的有益效果：
相较于通过机械转动方案和混合固态方案实现对感测光束的偏转，本申请通过纯固态的声光偏转模块实现感测光束在预设偏转角度范围内的连续偏转，不需要依赖部件的转动和振动，具有更好的可靠性和尺寸紧凑的有益效果。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的特征及优点将变得更加明显。
图1为本申请一实施例提供的电子设备的功能模块示意图。
图2为图1中所述光电装置一实施例的功能模块示意图。
图3为图2中所述处理电路获得的统计直方图的示意图。
图4为图2中所述声光偏转模组一实施例的部分光路示意图。
图5为图2中所述声光偏转模组另一实施例的部分光路示意图。
图6为图2中所述声光偏转模组又一实施例的部分光路示意图。
图7为图2中所述声光偏转模块的结构示意图。
图8为图2中所述声光偏转模块和投射光学系统的光路示意图。
图9为图2中所述声光偏转模块和投射光学系统另一实施例的光路示意图。
图10为图2中所述声光偏转模组一实施例的结构示意图。
图11为图2中所述声光偏转模组的另一实施例的结构示意图。
图12为本申请一实施例提供的光电装置进行检测时的信号时序图。
图13为本申请一实施例提供的光电装置作为汽车激光雷达的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件之间的相互作用关系。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在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施例或示例用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本申请，其本身不指示所讨论的各种实施例和/或设定之间的特定关系。此外，本申请在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本申请技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本申请的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。
进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施例。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。
本申请的实施例提供一种基于扩散片扩束的声光偏转模组，被配置为向检测范围发射基于飞行时间原理进行三维信息检测的感测光束。所述声光偏转模组包括光源模块、声光偏转模块、会聚光学器件、投射光学系统及扩散片。光源模块包括一个或更多个发光单元以及超透镜。所述发光单元被配置为发出光束。所述超透镜被配置为对所述发光单元发出的光束进行准直。所述声光偏转模块被配置为接收经准直的光束并根据所施加的声波频率在预设的第一偏转角度范围内沿第一方向将光束偏转多个不同的预设偏转角度。所述会聚光学器件，被配置为对经所述声光偏转模块偏转后的光束进行会聚。所述投射光学系统包括投射透镜，被配置为将会聚后的光束沿检测范围内与光束偏转角度对应的预设发射方向投射，以形成所述感测光束。其中，经所述声光偏转模块偏转后的光束由所述会聚光学器件会聚后经过所述投射透镜的焦平面上的对应区域到达所述投射透镜，所述对应区域随光束偏转角度的变化在所述焦平面上移动。所述扩散片设置在所述投射透镜的出光侧，所述扩散片上形成有可以调制光束的微结构，被配置为对所述感测光束沿第二方向的发散角进行扩展以形成长条形的感测光束，定义所述感测光束具有最大尺寸的方向为其长度方向，所述长条形感测光束的长度方向平行于所述第二方向，所述第二方向与所述第一方向相互垂直设置。
可选地，在一些实施例中，所述焦平面位于投射透镜与所述会聚光学器件之间，所述焦平面上的对应区域作为次生光源区域以发出所述感测光束。
可选地，在一些实施例中，所述声光偏转模块对光束进行最小角度偏转前后分别在所述焦平面上对应形成的相邻的两个次生光源区域彼此相切。
可选地，在一些实施例中，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向；或者所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。
可选地，在一些实施例中，所述扩散片为折射扩散片，所述微结构通过对经过光束的折射来实现沿预设方向扩展感测光束发散角的功能。
可选地，在一些实施例中，所述扩散片为衍射扩散片，所述微结构通过对经过光束的衍射来实现沿预设方向扩展感测光束发散角的功能。
可选地，在一些实施例中，进一步包括反射件，从所述声光偏转模块发出的偏转光束先经所述反射件反射后进入所述投射光学系统。
可选地，在一些实施例中，进一步包括液晶偏振光栅模块，所述液晶偏振光栅模块设置在所述声光偏转模块与所述投射光学系统之间，以将经所述声光偏转模块偏转的光束进一步偏转预设的偏转角度，所述液晶偏振光栅模块和所述声光偏转模块均在相同平面内沿所述第一方向进行光束偏转。
可选地，在一些实施例中，所述光源模块进一步包括缩束光学器件，所述缩束光学器件被配置为将经所述超透镜准直后的光束先缩小至预设尺寸后再传输至所述声光偏转模块。
可选地，在一些实施例中，所述光源模块进一步包括线偏振片，所述线偏振片设置在光束进入所述声光偏转模块之前的光路上，被配置为将光束在进入所述声光偏转模块之前转换为具有预设偏振态的线偏振光。
可选地，在一些实施例中，所述光源模块进一步包括偏振分束器、偏振方向调节件及导光件，所述偏振分束器设置在光束进入所述声光偏转模块之前的光路上，所述偏振分束器将经过的光束分解为第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束具有第一偏振方向，所述第二偏振光束具有与所述第一偏振方向不同的第二偏振方向，所述导光件被配置为引导所述第一偏振光束或所述第二偏振光束的传播方向或者既引导所述第一偏振光束又引导所述第二偏振光束的传播方向，以使得所述第一偏振光束和第二偏振光束分别沿不同光路入射至所述声光偏转模块，所述偏振方向调节件被配置为改变所述第一偏振光束或所述第二偏振光束的偏振方向，使得两者以相同的预设偏振方向进入所述声光偏转模块。
可选地，在一些实施例中，分解后的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束分别到达所述声光偏转模块的时刻具有预设的时间差。
可选地，在一些实施例中，所述第一偏振光束沿光束入射所述偏振分束器时入射方向所在的主光轴透过所述偏振分束器传播至所述声光偏转模块，所述偏振方向调节件设置在所述主光轴上，被配置为将所述第一偏振光束的第一偏振方向改变为所述第二偏振方向。
可选地，在一些实施例中，所述第二偏振光束经所述偏振分束器后沿偏离光束入射所述偏振分束器时入射方向所在的主光轴的旁支光路传播至所述声光偏转模块，所述偏振方向调节件设置在所述旁支光路上，被配置为将所述第二偏振光束的第二偏振方向改变为所述第一偏振方向。
本申请的实施例还提供一种光电装置，其包括如上所述的声光偏转模组，还包括接收模组及处理电路。所述光电装置还包括接收模组及处理模块，所述接收模组被配置为感测来自检测范围内的光信号并输出相应的光感应信号，所述处理模块被配置为分析处理所述光感应信号以在检测范围内进行距离检测。
本申请的实施例还提供一种电子设备，其包括所述光电装置。所述电子设备根据光电装置获得的三维信息以实现相应的功能。所述电子设备例如为：手机、汽车、机器人、门禁/监控系统、智能门锁、无人机等。所述三维信息例如为：检测范围内物体的接近信息、深度信息、距离信息、坐标信息等。其中，所述三维信息例如可以用于3D建模、人脸识别、自动驾驶、机器视觉、监控、无人机控制、增强现实(Augmented Reality，AR)/虚拟现实(VirtualReality，VR)、即时定位和地图构建(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)、物体接近判断等领域，本申请对此不作限定。
所述光电装置例如可以为激光雷达，可以用于获得检测范围内物体的三维信息。所述激光雷达例如应用于智能驾驶车辆、智能驾驶飞机、3D打印、VR、AR、服务机器人等领域。以智能驾驶车辆为例，在智能驾驶车辆中设置激光雷达，激光雷达可通过快速且重复地发射激光光束来扫描周围环境，以获得反映周围环境中一个或多个对象的形貌、位置和运动情况的点云数据。具体的，激光雷达向周围环境发射激光光束，并接收激光光束被周围环境中的各个对象反射回来的回波光束，通过计算激光光束的发射时间与回波光束的返回时间之间的时间延迟(即飞行时间)，来确定各个对象的距离/深度信息。同时，激光雷达还可以确定描述激光光束检测范围取向的角度信息，将各对象的距离/深度信息和激光光束的角度信息相结合，生成包括所扫描的周围环境中各个对象的三维地图，利用该三维地图可指导无人车的智能驾驶。
以下，将参照附图详细描述光电装置应用于电子设备上的实施例。
图1是本申请实施例提供的光电装置应用于电子设备上的功能模块示意图。图2是本申请实施例提供的光电装置的功能模块示意图。
参照图1和图2，所述电子设备1包括光电装置10。所述光电装置10可以对检测范围内的物体2进行检测以获得物体2的三维信息，所述检测范围可定义为光电装置10能够有效地进行三维信息检测的立体空间范围，也可以称之为光电装置10的视场角。所述三维信息例如为但不限于物体2的接近信息、物体2表面的深度信息、物体2的距离信息及物体2的空间坐标信息中的一种或多种。
所述电子设备1可以包括应用模块20，所述应用模块20被配置为根据所述光电装置10的检测结果执行预设的操作或实现相应的功能，例如但不限于：可以根据物体2的接近信息判断是否有物体2出现在电子设备1前方预设的检测范围内；或者，可以根据物体2的距离信息控制电子设备1的运动进行避障；或者，可以根据物体2表面的深度信息实现3D建模、人脸识别、机器视觉等。所述电子设备1还可以包括存储介质30，所述存储介质30可为所述电子设备1和/或光电装置10在运行过程中的存储需求提供支持。所述电子设备1还可以包括处理器40，可以为电子设备1和/或光电装置10在运行过程中的数据处理需求提供支持。
可选地，在一些实施例中，所述光电装置10例如可以为基于直接飞行时间(directTime of Flight，dToF)原理进行三维信息感测的dToF测量装置。所述dToF测量装置可以在检测范围内发射感测光束并接收经检测范围内物体2反射回来的感测光束，反射回来的所述感测光束的发射时刻与接收时刻之间的时间差被称为所述感测光束的飞行时间t，通过计算所述感测光束在飞行时间t内经过距离的一半可以获得物体2的三维信息，其中，c为光速。
可选地，在另外一些实施例中，所述光电装置10也可以为间接飞行时间(indirectTime of Flight，iToF)测量原理进行三维信息感测的iToF测量装置。所述iToF测量装置通过比较感测光束发射时与被反射回来接收时的相位差来获得物体2的三维信息。
在本申请下面的实施例中，主要以所述光电装置10为dToF测量装置为例进行说明。
可选地，如图2所示，所述光电装置10包括声光偏转模组12、接收模组14和处理电路15。所述声光偏转模组12被配置为向检测范围发射感测光束以对检测范围内的物体2进行三维信息检测，其中的部分感测光束会被所述物体2反射而返回，反射回来的感测光束携带有所述物体2的三维信息，其中一部分反射回来的感测光束可以被所述接收模组14感测以用于获得物体2的三维信息。所述接收模组14被配置为感测来自检测范围的光信号并输出相应的光感应信号，通过分析所述光感应信号可实现对检测范围内物体2的三维信息检测。可以理解的是，所述接收模组14所感测的光信号可以为光子，例如包括被检测范围内的物体2反射回来的感测光束的光子以及检测范围内环境光的光子。所述处理电路15被配置为分析处理所述光感应信号以获得感测光束被接收模组14感测到的时刻，并根据所述感测光束的发射时刻与反射回来被感测时刻的时间差异来获得所述物体2的三维信息。
所述处理电路15可以设置在所述光电装置10上。可选地，在其他一些实施例中，所述处理电路15的全部或一部分功能单元也可以设置在所述电子设备1上。
可选地，所述感测光束可以为具有预设频率的激光脉冲。所述声光偏转模组12被配置为在一个检测帧内按照预设频率周期性地发射所述激光脉冲作为感测光束。
可选地，所述感测光束例如为可见光、红外光或近红外光，波长范围例如为390纳米(nm)-780 nm、700 nm-1400 nm、800 nm-1000 nm、900nm-1600nm。
请一并参阅图2和图3，图3为图2中所述处理电路15获得的统计直方图的示意图。可选地，在一些实施例中，所述处理电路15可以包括计时单元152、统计单元154、飞行时间获取单元156和三维信息获取单元158。
所述计时单元152被配置为确定接收模组14感测到光信号的接收时间。所述光电装置10在检测过程中通过声光偏转模组12发出多次感测光束，计时单元152在声光偏转模组12每次发射感测光束时开始计时以记录在相邻两次感测光束发射之间所述接收模组14感测到光信号的接收时间，在此期间所述接收模组14每接收到一个光信号会输出相应光感应信号，计时单元152根据接收模组14输出的光感应信号记录感测到的光信号的接收时间，并在与接收时间对应的时间分箱内计数，形成对应的光信号计数。其中，所述时间分箱为计时单元152记录所述光感应信号产生时刻的最小时间单位Δt，能够反映所述计时单元152对光信号进行时间记录的精度高低，时间分箱越细密表示记录时间的精度越高。可选地，所述计时单元152可以通过时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)1522来实现计时功能。所述TDC1522可连接对应的感光像素142，被配置为根据对应感光像素142生成的光感应信号来记录感测到光信号的接收时间。例如，TDC1522在每次发射感测光束时被同步触发开始计时，后续响应对应感光像素142生成的光感应信号停止计时，并将计时的时间段作为激发光感应信号的对应光信号的接收时间。
可选地，在一些实施例中，所述计时单元152可以包括计数存储器1524，所述计数存储器1524具有根据时间分箱对应分配的计数存储空间，所述TDC1522每记录一个光信号的接收时间便在对应时间分箱的计数存储空间内累计加一。
所述统计单元154被配置为对各时间分箱内累计的光信号计数进行统计，以获得能够反映接收模组14感测到的光信号的数量随时间分布的统计直方图。其中，如图3所示，统计直方图的横坐标表示各个对应时间分箱的时间戳，统计直方图的纵坐标表示各个对应时间分箱内累计的光信号计数值。可选地，所述统计单元154可以包括直方图电路1544(见图2)，所述直方图电路1544被配置为对各时间分箱内的光信号计数进行统计以生成统计直方图。应理解的是，所述统计单元154是对一个检测帧内多次发射感测光束的过程中对应累计的光信号计数进行统计分析，为了使得计数具有数学上的统计意义，一个检测帧内感测光束的发射次数可多达几百次、几千次、几万次、十几万次、甚至上百万次。
在感测过程中，大量环境光的光子也会被所述接收模组14感测而产生相应的光信号计数。这些环境光的光子被感测而在各个时间分箱内留下计数的几率趋于相同，构成检测范围内的噪音背底(Noise Level)，在环境光强度较高的场景中，测得的所述噪音背底的平均水平相对较高，在环境光较低的场景中，测得的所述噪音背底的平均水平相对较低。在此基础上，从物体2反射回来的感测光束被感测到而对应产生的光信号计数叠加在所述噪音背底上，使得与该感测光束被感测时刻对应的时间分箱内的光信号计数会明显高于其他时间分箱的光信号计数，进而形成突出的信号峰。可以理解的是，所述信号峰的计数值高度会受到所述感测光束的光功率、物体2的反射率、光电装置10的检测范围等因素的影响，所述信号峰的宽度会受到所发射的感测光束的脉冲宽度、接收模组14的光电转换元件和TDC1522的时间抖动等因素的影响。由此，所述飞行时间获取单元156可以根据与信号峰的峰值对应的时间分箱的时间戳t1与产生该信号峰的相关感测光束的发射时刻t0之间的时间差获得被物体2反射回来的相关感测光束的飞行时间。所述三维信息获取单元158可被配置为根据由统计直方图确定的感测光束的飞行时间获得反射该感测光束的物体2与光电装置10之间的三维信息，例如：在检测范围内的物体2与所述光电装置10之间的距离。
应理解的是，所述声光偏转模组12与接收模组14并排相邻设置，所述声光偏转模组12的出光面与所述接收模组14的入光面均朝向光电装置10的同一侧，所述声光偏转模组12与接收模组14的间距范围例如可以为2毫米(mm)至20mm。由于所述声光偏转模组12与接收模组14之间靠得比较近，所述感测光束从声光偏转模组12到物体2的发射路径与反射后从物体2到接收模组14的返回路径虽然不是完全相等，但两者均远大于声光偏转模组12与接收模组14的间距，可以视为近似相等。由此，可以根据被物体2反射回来的所述感测光束的飞行时间t的一半与光速c的乘积来计算物体2与光电装置10之间的距离。
所述接收模组14可以包括光电传感器140和接收光学器件144。所述接收光学器件144设置在光电传感器140的入光侧，被配置为将来自检测范围的光信号传播至所述光电传感器140进行感测。例如，在一些实施例中，所述接收光学器件144包括接收镜头(图未示)。可选地，所述接收镜头可以包括一片透镜或多片透镜。所述光电传感器140被配置为感测经接收光学器件144从检测范围传播而来的光信号并输出相应的光感应信号。
可选地，在一些实施例中，所述接收模组14还可以包括信号放大器、模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)等器件中的一种或多种组成的周边电路(图未示)，所述周边电路可以部分或全部集成在所述光电传感器140中。
可选地，在一些实施例中，所述光电传感器140例如包括单个感光像素142或者包括多个感光像素142而形成感光像素阵列。所述光电装置10的检测范围可以包括多个分别位于不同位置的检测区域。可选地，所述光电传感器140的感光像素142在检测范围中具有对应的检测区域，从所述检测区域返回的光信号经所述接收光学器件144传播至对应的感光像素142进行感测。亦即，所述感光像素142对应的检测区域可视为该感光像素142经所述接收光学器件144形成的视场角所涵盖的空间范围。应理解的是，从所述检测区域返回的光信号包括被投射至该检测区域并且被位于该检测区域内的物体2反射回去的感测光束，也包括来自该检测区域的环境光的光子。
可选地，一个所述感光像素142可以包括单个光电转换器件或者包括多个光电转换器件。所述光电转换器件被配置为感测接收到的光信号并转换为相应的电信号作为所述光感应信号输出。所述光电转换器件例如为单光子雪崩二极管(Single Photon AvalancheDiode，SPAD)、雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode，APD)、由多个SPAD并联设置的硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier，SiPM)和/或其他合适的光电转换元件。
如图2所示，在一些实施例，所述声光偏转模组12包括光源模块122、声光偏转模块124及次级偏转模块126。所述光源模块122被配置为发出光束，所述声光偏转模块124被配置为根据所施加的声波频率在预设的第一偏转角度范围内沿第一方向将所述光源模块122发出的光束偏转多个不同的预设偏转角度，所述次级偏转模块126被配置为对经所述声光偏转模块124偏转的光束在预设的第二偏转角度范围/>内沿所述第一方向进一步偏转预设角度，以对应不同偏转角度分别形成出射方向不同的感测光束。应理解的是，此处的第一方向指的是光束的偏转方向，不同于光束的发射方向，光束偏转方向可以理解为对光束的发射方向进行改变时改变趋势所指的方向。
如图4所示，在一些实施例中，所述光源模块122包括一个或更多个发光单元1220和超透镜1222。所述发光单元1220被配置为发出光束，所述超透镜1222设置在发光单元1220的出光侧，被配置为对所述发光单元1220发出的光束进行准直。可选地，所述发光单元1220可以为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL，也可译为垂直共振腔面射型激光器)、边发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、激光二极管(Laser Diode，LD)、光纤激光器等形式的发光结构。其中，所述边发射激光器可以为法布里泊罗(Fabry Perot，FP)激光器、分布式反馈(Distribute Feedback，DFB)激光器、电吸收调制激光器(Electro-absorptionModulated，EML)等，本申请实施例对此不做限定。
可选地，所述光源模块122被配置为发出条形光束，所述条形光束可理解为光束的形状沿某一预设方向的尺寸明显大于其他方向的尺寸，为了描述方便可定义具有最大尺寸的方向为所述条形光束的长度方向。例如，所述条形光束的形状可以为细长方形，即条形光束照射在投影面上的光斑形状为细长方形，所述细长方形具有一对长边和一对短边，所述长边的延展方向即为条形光束的长度方向。应理解的是，所述条形光束的形状并不限于细长方形，例如也可以是两端为圆弧状的长条形。若所述声光偏转模块124沿所述第一方向偏转经过的光束，则所述光源模块122发出的条形光束的长度方向平行于第二方向，所述第二方向与所述第一方向相互垂直设置。可选地，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向；或者，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。
可选地，所述光源模块122上的多个发光单元1220可以排布成长条形阵列，各自发出的光束经超透镜1222调制后形成沿光轴准直传播的条形光束。应理解的是，本申请中的超透镜(Metalens)，又称为超表面透镜或超构透镜，是由大量亚波长尺寸的结构单元在二维平面上排布形成的结构阵列，通过对结构单元的形状、尺寸以及二维阵列的宏观排序的设计，以实现对经过光束的振幅、相位、波长、偏振态等光学特性的调制。由于超透镜为平面型光学器件且比较薄，光束经过超透镜不会造成球差之类的问题。
可选地，在一些实施例中，所述光源模块122还可以包括缩束光学器件1223，可用于缩窄光束的横截面尺寸，亦即光束在与光束传播方向垂直的横截面上的尺寸。所述缩束光学器件1223可以设置在光束进入声光偏转模块124之前的光路中，被配置为将经超透镜1222准直后的光束先缩小至预设尺寸后再传输至声光偏转模块124。由于声光偏转模块124用于接收光束的入射区域具有一定的尺寸，为了使得入射至声光偏转模块124的光束都能从入射区域进入，需要在光束传输至声光偏转模块124之前将其调制至与入射区域匹配的尺寸。应理解的是，在其他实施例中，若发光单元1220发出的光束经准直后的尺寸已满足入射声光偏转模块124的要求，则缩束光学器件1223也可以省略。
可选地，在一些实施例中，所述光源模块122还可以包括线偏振片1221。所述线偏振片1221设置在光束进入声光偏转模块124之前的光路上，被配置为将光束在进入声光偏转模块124之前转换为具有预设偏振态的线偏振光。应理解的是，在其他实施例中，若其他光学元件在光束传输至声光偏转模块124之前可以将光束转换为预设偏转态的线偏振光，则所述线偏振片1221也可以省略。
在图4的实施例中，所述缩束光学器件1223设置在超透镜1222与线偏振片1221之间。可选地，在其他实施例中，所述缩束光学器件1223与线偏振片在光路上的排列顺序可相互调换，只需满足两者均设置在光束进入声光偏转模块124之前的光路中即可，本申请对此不做具体限制。
可选地，在一些实施例中，如图5和图6所示，所述光源模块122还可以包括偏振分束器1224、偏振方向调节件1226及导光件1228。所述偏振分束器1224设置在光束进入所述声光偏转模块124之前的光路上，将经过的光束分解为第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束具有第一偏振方向，所述第二偏振光束具有第二偏振方向。所述第二偏振方向不同于第一偏振方向，例如：所述第一偏振方向与第二偏振方向相互正交。所述导光件1228被配置为引导第一偏振光束或第二偏振光束的传播方向或者既引导第一偏振光束又引导第二偏振光束，以使得所述第一偏振光束和第二偏振光束分别沿不同光路入射至声光偏转模块124。所述偏振方向调节件1226被配置为改变第一偏振光束或第二偏振光束的偏振方向，使得两者以相同的预设偏振方向进入声光偏转模块124。
具体地，例如，所述偏振分束器1224可以为两块方解石直角棱镜沿斜面相对组合而成的起偏棱镜，比如：格兰-傅科(Glan-Foucault)棱镜，所述第一偏振光束沿光束入射偏振分束器1224时入射方向所在的主光轴透过偏振分束器1224的组合分界面传播至声光偏转模块124，所述第二偏振光束被偏振分束器1224的组合分界面反射而偏离光束入射方向所在的主光轴，再经所述导光件1228引导沿偏离主光轴的旁支光路传播至所述声光偏转模块124。应说明的是，此处的主光轴指的是声光偏转模组12中的不同光学器件沿各自光轴相互对齐的方向，可以理解为发光单元1220所发出光束经准直后依次经过各光学器件仍一直未改变的传播方向，比如：光束经过所述声光偏转模块124后的零级光束所在的方向。
应理解的是，在其他一些实施例中，光束经所述偏振分束器1224分解得到的第一偏振光束和第二偏振光束也可以均不沿光束入射方向所在的主光轴传播，而是经所述导光件1228引导后分别沿不同光路传播至声光偏转模块124。
可选地，所述偏振方向调节件1226包括一液晶层，可通过调节所述液晶层内液晶分子的朝向来改变经过光束的偏振方向。如图5所示，所述偏振方向调节件1226可设置在沿光束入射至偏振分束器1224的方向所在的主光轴上，被配置为将所述第一偏振光束的第一偏振方向改变为第二偏振方向。可选地，如图6所示，所述偏振方向调节件1226也可以设置在所述旁支光路上，被配置为将所述第二偏振光束的第二偏振方向改变为第一偏振方向。
如图5所示，所述导光件1228例如为多个反射光学元件，通过多次反射将第二偏振光束引导为沿平行于所述第一偏振光束的方向进入所述声光偏转模块124。可选地，在其他一些实施例中，所述导光件1228也可以为光纤。
可选地，通过合理设置第一偏振光束在主光轴上经过的第一光程和第二偏振光束在旁支光路上经过的第二光程，可以使得分解后的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束分别到达所述声光偏转模块124的时刻具有预设的时间差。由对应发光单元1220发出的同一光束分解得到的所述第一偏振光束和第二偏振光束分别到达声光偏转模块124的时间差可以等于声光偏转模组12周期性发射感测光束脉冲的发射周期，即相继发出的两个感测光束脉冲之间的时间间隔。由此，由对应发光单元1220发出一次光束就可以获得声光偏转模组12发出两个感测光束脉冲。
应理解的是，通过在声光偏转模组12的光路中设置偏振分束器1224和对应的偏振方向调节件1226及导光件1228，不仅可以使得发光单元1220发出的光束满足入射声光偏转模块124的偏振状态要求，而且分离出来的第二偏振光束也能够充分利用来进行检测，提高了声光偏转模组12发光功率的利用效率。
如图7所示，在一些实施例中，所述声光偏转模块124包括声光相互作用介质1241和声波发生器1242。所述声光相互作用介质1241具有预设的入光面1244、出光面1246及声波入射面1248。所述声波发生器1242设置在所述声波入射面1248上，被配置为在所述声光相互作用介质1241内产生沿预设方向传播的声波。所述光源模块122发出的光束沿预设的入射角从所述入光面1244进入声光相互作用介质1241内，声光相互作用介质1241在声波的作用下偏转经过光束的传播方向，偏转后的光束从所述出光面1246射出。
所述入射角可定义为光束的入射方向与入光面1244的法线方向之间的夹角。可选地，在一些实施例中，所述声光相互作用介质1241的材料为二氧化碲，所述入射角的取值范围为2-10度，所述声波在二氧化碲晶体内的传播方向与二氧化碲晶体的晶格方向[1，1，0]之间存在预设的离轴角/>(图未示)。
可选地，在一些实施例中，所述声波发生器1242可以为压电换能器，所述压电换能器产生超声波进入所述声光相互作用介质1241内传播，以偏转沿预设入射角经过声光相互作用介质1241的光束的传播方向。
应理解的是，声波在声光相互作用介质1241内的传播会引起声光相互作用介质1241内部的折射率发生变化，通过合理配置参数可使得入射光束在声波作用下的声光相互作用介质1241内发生反常布拉格衍射，所形成的衍射光束的传播方向相较于入射光束的传播方向发生偏转，偏转角与声波的频率/>成关系式：/>，其中，/>为衍射光束的出射角度，代表衍射光束的传播方向，/>为入射光束的入射角，代表入射光束的传播方向，/>为入射光束和衍射光束的波长，/>表示声光相互作用介质1241的折射率，为与所述离轴角/>相关的函数值，记作/>，上述合理配置的参数包括入射光束的波长、偏振态、入射角、传播方向，声波的频率、传播方向等。由此，通过改变施加至声光相互作用介质1241上的声波的频率可以控制经过声光相互作用介质1241的光束的偏转角度，当声波的频率变化为/>时，光束的偏转角度发生相应的变化，即扫描角为/>。
需要说明的是，上述的偏转角和扫描角/>均指声光相互作用介质1241内的角度，实际应用时使用的是声光相互作用介质1241外的角度，由折射定律可知，声光相互作用介质1241外的角度需要乘以相应的折射率因子。此外，由于声波传播需要时间，在声波的频率从/>刚开始改变为/>时，声光相互作用介质1241只有在紧挨着声波发生器1242的局部内的声波频率从/>切换到/>，光束的偏转角从/>变成/>，在声光相互作用介质1241内其余部分的声波频率和光束的偏转角都还没来得及发生变化，若声波传播过声光相互作用介质1241内光束经过的全部区域，亦即声光相互作用介质1241的宽度，所需要的时间称为声波渡越时间，则经过渡越时间后整个声光相互作用介质1241中的声波频率均从/>变为，光束的偏转角完全转变为/>，因而在调整声波频率来改变光束偏转角时，光束完成一次偏转所需要的偏转时间/>可认为等于声波的渡越时间，偏转时间/>的计算满足下列关系式：/>，其中，/>为声光相互作用介质1241的宽度，/>为与所述离轴角/>相关的函数值，记作/>。
所述声光相互作用介质1241内的衍射光束、入射光束与声波彼此间的波矢量需要满足动量匹配条件才能在声光相互作用介质1241内形成稳定相干的衍射光束，产生反常布拉格衍射的光束入射角会随着声波频率的变化而变化，然而实际应用中声光相互作用介质1241的光束入射角是维持不变的，随着声波频率的变化，动量匹配条件不再成立，偏离动量匹配条件越远，衍射效率下降得越多，能够有效地完成反常布拉格衍射的声波频率范围称为布拉格带宽。可选地，在一些实施例中，所述感测光束的波长为905nm，所述声光相互作用介质1241的材料为二氧化碲晶体，对应形成的所述声光偏转模块124的布拉格带宽约为30兆赫兹(MHz)，扫描角约为40毫弧度(mrad)，即约为2.3度，完成一次光束偏转所需的偏转时间约为10微秒(/>)，声波频率的变化精度约为30千赫兹(KHz)，相应的扫描角的变化精度约为0.04mrad。利用反常布拉格衍射在二氧化碲晶体内实现声光偏转需要入射光束具有右旋e光分量，可选地，若入射光束为线偏振e光，则经声光偏转后射出的衍射光束为线偏振o光；若入射光束为右旋圆偏振光，则经声光偏转后射出的衍射光束为左旋圆偏振光。出射的衍射光束的利用率由入射光束的本征模右旋e光的椭圆度决定，而本征模右旋e光的椭圆度由入射光的波长、入射角以及声光相互作用介质1241的材料特性决定。
所述声光偏转模块124能够对经过光束进行高精度的偏转，但偏转光束的角度范围太小，因此可以在声光偏转模块124的出光侧设置次级偏转模块126对经声光偏转模块124偏转后的光束沿所述第一方向进一步偏转，以满足大角度高精度扫描的需求。应理解的是，所述次级偏转模块126偏转光束的角度范围较大，至少能够满足大角度扫描场景的应用需求。
如图4-6所示，在一些实施例中，所述次级偏转模块126可以为一投射光学系统，所述投射光学系统126被配置为将所述声光偏转模块124偏转的光束沿检测范围内对应的预设发射方向投射以形成所述感测光束。所述光源模块122发出的条形光束的长度方向为所述第二方向，所述声光偏转模块124沿第一方向偏转所述条形光束，所述投射光学系统126将声光偏转模块124偏转的条形光束沿检测范围内对应的预设发射方向投射以形成条形的感测光束。应理解的是，所述投射光学系统126投射感测光束的预设发射方向相较于所述条形光束经声光偏转模块124偏转后入射至投射光学系统126的入射方向沿所述第一方向偏转更大的角度，而且预设发射方向的偏转角度与条形光经声光偏转模块124偏转后的入射角度之间成对应的正相关关系，例如：偏转后条形光束的入射方向与投射光学系统126光轴之间所成的入射角度越大，则该条形光束经投射光学系统126投射出去的发射方向与投射光学系统126光轴之间形成发射角度也相应越大。
如图8所示，所述投射光学系统126设置在所述声光偏转模块124的出光侧，被配置为将经声光偏转模块124偏转的光束以沿第一方向进一步偏转的预设发射方向投射出去，形成所述感测光束。经投射光学系统126偏转后发出的所述感测光束的发射方向与光束经过声光偏转模块124的偏转角度相关。其中，所述投射光学系统126的焦平面位于投射光学系统126与声光偏转模块124之间，经所述声光偏转模块124偏转的光束经过所述投射光学系统126焦平面上的对应区域后再由所述投射光学系统126投射出去。
根据惠更斯-菲涅尔原理，所述光束在传播过程中从投射光学系统126的焦平面上经过的区域可以作为次生光波源，其所发出的光波经投射光学系统126偏转后形成所述感测光束。由此，可定义经声光偏转模块124偏转后的光束在传播过程中从投射光学系统126的焦平面上经过的区域为该偏转角度下对应光束在焦平面上形成的次生光源区域125，通过调节施加至声光相互作用介质1241上的声波频率，可使得经声光偏转模块124偏转的光束对应形成的所述次生光源区域125在投射光学系统126的焦平面上移动，所述次生光源区域125产生的光波束再经投射光学系统126投射形成的感测光束，其投射方向也随着所述次生光源区域125在焦平面上的移动而对应地偏转，进而实现在预设的第二偏转角度范围内沿所述第一方向的一维、大角度、连续的感测光束扫描。由于，光束经投射光学系统126投射的过程沿所述第一方向进一步偏转，所述第二偏转角度范围/>会比所述第一偏转角度范围/>更大。
经声光偏转模块124偏转不同角度的光束会分别在所述焦平面上形成依次排布的多个不同的次生光源区域125。其中，偏转角度越大的光束对应形成的次生光源区域125在所述焦平面相对地越靠近边缘，偏转角度越小的光束对应形成的次生光源区域125在焦平面上相对地越靠近中间。亦即，若在所述焦平面上放置一成像面，经声光偏转模块124偏转不同角度的光束会分别在焦平面上多个次生光源区域125所在的位置对应形成远场光斑，偏转角度最大的光束对应形成的远场光斑位于焦平面上多个远场光斑位置中的最边缘处，未偏转或偏转角度最小的光束对应形成的远场光斑位于焦平面上多个远场光斑位置中的中间位置。
可选地，在一些实施例中，通过合理设置声光偏转模块124与投射光学系统126之间的位置关系，可以使得声光偏转模块124对光束进行所能实现的最小角度偏转(即声光偏转模块124对光束的偏转精度)前后分别在投射光学系统126焦平面上对应形成的两个相邻的次生光源区域125彼此相切。亦即，若在所述焦平面上放置一成像面，声光偏转模块124对光束进行最小角度偏转前后分别在所述焦平面上不同位置对应形成的两个远场光斑彼此相切。应理解的是，在其他一些实施例中，也可以使得声光偏转模块124对光束进行最小角度偏转前后分别经过投射光学系统126焦平面上的区域彼此分离或者相互部分交叠。
为了方便说明声光偏转模块124对光束的偏转角度与偏转后的光束经投射光学系统126投射出去的发射角度之间的量化关系，假设投射光学系统126的焦距为，投射光学系统126的焦平面与声光偏转模块124中心之间的距离为/>，声光偏转模块124对光束的偏转精度为/>，则声光偏转模块124对光束进行所能实现的最小角度/>的偏转前后在所述焦平面上对应形成的两个相邻的次生光源区域125的中心间距/> ，再经投射光学系统126投射后对应形成的感测光束的偏转精度/>。若经声光偏转模块124偏转后的光束在投射光学系统126的焦平面上对应形成的次生光源区域125孔径为/>，则经投射光学系统126投射后对应形成的感测光束的发散角/>。应理解的是，为了图示的便利，图8中仅示出所述光束中经过投射光学系统126光心的光线。声光偏转模块124和投射光学系统126搭配起来对光束的第二偏转角度范围/>与经声光偏转模块124偏转不同角度的光束在投射光学系统126焦平面上对应形成的多个次生光源区域125的数量和声光偏转模块124对光束的偏转精度/>有关。
可选地，在一些实施例中，所述投射光学系统126包括投射透镜1260，所述投射透镜1260为凸透镜，所述凸透镜的焦平面即为投射光学系统126的焦平面。由于光束在所述焦平面上对应形成的次生光源区域125相当于设置在焦平面上的光源向凸透镜发射光线，根据凸透镜成像原理，同一偏转角度的光束经凸透镜后形成的沿预设方向投射的感测光束为平行光束。应理解的是，所述投射光学系统126可以为一个透镜，也可以为包括多个透镜的透镜组合。若所述投射光学系统126为多个透镜的透镜组合，所述焦平面为透镜组合的等效焦平面。
应理解的是，在需要兼顾声光偏转模块124的功能和应用场景性能要求的情况下，所述投射光学系统126的焦平面与声光偏转模块124中心之间的距离会比较长，从而不利于模组小型化。如图9所示，在一些实施例中，所述声光偏转模组12可以进一步包括反射件127，所述声光偏转模块124偏转后的光束先经所述反射件127反射后再通过所述投射光学系统126的焦平面，进而经投射光学系统126投射出去。在此种情况下，定义所述声光偏转模块124的光轴为第一光轴，所述投射光学系统126的光轴为第二光轴，所述第一光轴与所述第二光轴不在同一条直线上，而是可以相互成一预设的角度。由此，所述投射光学系统126焦平面与声光偏转模块124中心之间的距离/>可以拆分为沿第一光轴的第一部分/>和沿第二光轴的第二部分/>，使得所述距离/>在单一方向上的长度减少，而且可以通过改变反射件127的位置和倾斜角度可以调整所述距离在不同方向上各部分的长度，有利于模组小型化设计的需求。可选地，所述声光偏转模块124的第一光轴与所述投射光学系统126的第二光轴相互垂直设置。
如图4-6所示，在一些实施例中，所述声光偏转模组12还可以包括光束调节件123。所述光束调节件123可设置在声光偏转模块124与投射光学系统126之间，被配置为对进入投射光学系统126前的光束进行调节。
可选地，所述光束调节件123可以包括会聚光学器件，用于对经声光偏转模块124偏转后的光束进行会聚。可一并参见图8，如前所述，经声光偏转模块124偏转后的光束，对应每个偏转角度在投射光学系统126的焦平面上分别形成依次排布的次生光源区域125，光束的发散角大小会影响到全部次生光源区域125在焦平面上所占的空间，进而会决定投射光学系统126的尺寸。对于经声光偏转后光束发散角较大的情况，需要在光束进入投射光学系统126之前先将光束发散角适当缩小，以减小需配置的投射光学系统126的尺寸。由此，所述会聚光学器件通过将光束会聚的方式以缩小光束经过投射光学系统126焦平面时的发散角，从而可以减少需配置的投射光学系统126的尺寸，比如：可减少所述投射透镜1260的尺寸。应理解的是，在一些实施例中，若经声光偏转模块124偏转后的光束的发散角较小，所述会聚光学器件也可以省略。
可选地，所述光束调节件123可以包括液晶偏振光栅(Liquid CrystalPolarization Grating，LCPG)模块，所述LCPG模块设置在声光偏转模块124与投射光学系统126的焦平面之间，所述LCPG模块被配置为将经声光偏转模块124偏转的光束进一步偏转预设的偏转角度以扩大进入投射光学系统126之前的光束偏转角度范围，从而能够在实现相同光束扫描性能的前提下缩短所述投射光学系统126的焦平面与声光偏转模块124中心之间的距离。由于LCPG模块对光束的不同预设偏转角度之间的角度间隔比较大，通过配置LCPG模块对光束的偏转角度间隔与声光偏转模块124对光束偏转的第一偏转角度范围/>相当，则可以通过LCPG模块将声光偏转模块124对光束的偏转角度范围成倍数扩大。应理解的是，所述LCPG模块包括至少一个LCPG片，不同LCPG片之间的级联方式可以为二值式、类二值式或三值式，本申请对此不做限制。
应理解的是，在一些实施例中，所述光束调节件123也可以同时包括会聚光学器件和LCPG 模块。
由于所述声光偏转模块124和投射光学系统126都沿第一方向偏转光束，所以只能实现光束对检测范围的一维扫描。为了实现感测光束对检测范围的二维扫描，如图10所示，在一些实施例中，所述声光偏转模组12还包括扩散片129。所述扩散片129设置在投射光学系统126的出光侧，所述扩散片129上形成有可以调制光束的微结构，被配置为将光束沿第二方向的发散角进行扩展以形成长条形感测光束，定义感测光束具有最大尺寸的方向为其长度方向，所述长条形感测光束的长度方向平行于所述第二方向，所述第二方向与所第一方向相互垂直设置。
可选地，所述扩散片129为折射扩散片，所述微结构通过对经过光束的折射来实现沿预设方向扩展感测光束发散角的功能。可选地，所述扩散片129也 可以为衍射扩散片，所述微结构通过对经过光束的衍射来实现沿预设方向扩展感测光束发散角的功能。
为了方便描述所述长条形感测光束的扫描方式，如图10所示，以经声光偏转模块124和投射光学系统126后未偏转的零级光束的传播方向为Y轴，水平方向为X轴，竖直方向为Z轴，建立正交直角坐标系，则水平面为XOY平面，竖直平面为YOZ平面。在图10的实施例中，所述第一方向为水平方向，即所述声光偏转模组12发出的长条形感测光束沿X轴所在的水平方向偏转，所述第二方向为竖直方向，即经扩散片129扩展发散角形成的长条形感测光束的长度方向平行于Z轴所在的竖直方向。所述长条形感测光束在声光偏转模块124和投射光学系统126作用下沿X轴偏转的过程可以实现在水平方向和竖直方向上的二维扫描。应理解的是，上述坐标系也可以建立在图4-图6中以方便对光束在光路中的传播情况进行描述。
应理解的是，在其他一些实施例中，所述第一方向也可以为竖直方向，所述第二方向也可以为水平方向。亦即，所述声光偏转模组12发出的长条形感测光束沿Z轴所在的竖直方向偏转，经扩散片129扩展发散角形成的长条形感测光束的长度方向平行于X轴所在的水平方向，所述长条形感测光束在声光偏转模块124和投射光学系统126作用下沿Z轴偏转的过程中可以实现在竖直方向和水平方向上的二维扫描。
具体地，在一些实施例中，若声光偏转模块124偏转光束的第一偏转角度范围为2.3°，偏转精度为0.0092°，声光偏转模块124需要对光束偏转250个不同的偏转角度，在投射光学系统126的焦平面上对应形成250个的次生光源区域125。若所形成的次生光源区域125孔径，投射光学系统126的焦距/>，所投射出的感测光束沿第一方向具有0.1°的偏转精度，能够覆盖25°的视场角，亦即所述投射光学系统126的第二偏转角度范围/>为25°。在投射光学系统126的出光侧，利用扩散片129沿第二方向将投射的感测光束的发散角扩展为60°，则可以实现/>的二维扫描。
可选地，如图11所示，在一些实施例中，作为光束调节件123的LCPG模块也可以设置在投射光学系统126与扩散片129之间。亦即，在声光偏转模组12的光轴上，沿着光束的发出方向依次设置为光源模块122、声光偏转模块124、投射光学系统126、LCPG模块123及扩散片129，光束经声光偏转模块124在沿第一方向初级偏转后由投射光学系统126沿预设方向投射，再经LCPG模块123沿第一方向次级偏转，最后由扩散片129将光束的发散角沿第二方向进行扩展形成感测光束。此种设置可使得声光偏转模块124偏转光束的第一偏转角度范围可以适当小一些，从而能够在实现相同光束扫描性能的前提下缩短所述投射光学系统126的焦平面与声光偏转模块124中心之间的距离/>。例如，所述声光偏转模块124和投射光学系统126沿第一方向实现偏转精度为0.1°，偏转角度范围为15°的光束扫描，经LCPG模块123可以将偏转角度范围扩大4倍实现第一平面内60°的光束扫描，再通过扩散片129将光束的发散角沿第二方向扩展为25°，即可以实现在/>的二维扫描。在此种情况下，完成一次完整扫描，所述声光偏转模块124只需要将光束偏转150次，即光束经声光偏转模块124的偏转过程中在投射光学系统126焦平面上对应形成150个次生光源区域125，再考虑上LCPG模块123偏转光束所需要的响应时间总共为40毫秒(ms)左右，对于每个发射方向的感测光束的发射次数为200次，则扫描帧率可以达到10Hz。
如图2所示，所述光电装置10还包括控制电路18，所述控制电路18被配置为控制声光偏转模组12发出感测光束对检测范围进行扫描，以及控制接收模组14配合感测光束的扫描对检测范围返回的光束进行感测。可选地，在一些实施例中，所述控制电路18可以包括光源控制单元182、声光偏转控制单元184和感测控制单元188。
所述光源控制单元182被配置为控制发光单元1220按照预设频率周期性发出感测光束脉冲。如前所述，为了使得dToF测量使用的时间相关单光子计数方法具有数学上的统计意义，光源控制单元182控制对应的发光单元1220在一个检测帧内按照预设频率发射多个感测光束脉冲，比如：几十个、几百个、几千个、几万个、甚至上百万个，相邻两个感测光束脉冲发出时刻之间的时间段可定义为所述感测光束脉冲的一个发射时段或一个发射周期。
所述感测控制单元188被配置为控制感光像素142在与相关发光单元1220的发射时段对应的感测时段执行感测，以响应来自检测范围返回的光信号进行计数。由于发光单元1220按照预设频率周期性发射感测光束脉冲，对应的感光像素142在感测控制单元188的控制下按照与发射时段相同的预设频率周期性地执行感测。可选地，感测控制单元188也可以控制其中的部分感光像素142配合接收光学器件144对应感测从预设的不同方位返回的光信号。
所述声光偏转控制单元184被配置为控制声光偏转模块124在对应的第一偏转角度范围内将经过的光束偏转预设的偏转角度。如前所述，所述声光偏转控制单元184可以通过调整施加至声光相互作用介质1241上的声波频率来控制声光偏转模块124对经过光束的偏转角度。所述声光偏转模块124改变一次光束偏转角度所需的偏转时间/>约为10微秒。应理解的是，对于每一个光束偏转角度，所述声光偏转模组12都需要发出多个感测光束脉冲以检测该光束偏转角度所照射方向上的距离信息，接收模组14上对应的感光像素142同步工作以感测从该方向上返回的光信号。所述声光偏转模组12沿不同光束偏转角度发出感测光束脉冲的个数可以不一样，例如可以根据光电装置10在各个光束偏转角度所照射方向上需满足的距离检测最远值来设置沿该方位发出感测光束脉冲的个数，同理，接收模组14上被配置为感测该方向光信号的感光像素142可根据该方向需满足的距离检测最远值来设置一个检测帧内感测时段的个数。
在使用时，通过所述声光偏转控制单元184控制声光偏转模块124在对应的第一偏转角度范围内以预设的声光偏转精度/>偏转光束。对应光束的每一个预设偏转角度，所述光源控制单元182控制发光单元1220按照预设频率和次数周期性地朝与该光束偏转角度对应的方向发射感测光束脉冲，所述感测控制单元188控制对应的感光像素142同步感测从该光束偏转角度对应方向返回的光信号，以执行与该光束偏转角度对应的方向的三维检测。
相较于通过机械转动方案和混合固态方案实现对感测光束的偏转，本申请通过纯固态的声光偏转模块124和投射光学系统126实现感测光束在预设偏转角度范围内的准连续偏转，不需要依赖部件的转动和振动，具有更好的可靠性和尺寸紧凑的有益效果。
请一并参阅图2和图12，在一些实施例中，所述声光偏转模组12按照预设频率周期性地发射激光脉冲作为感测光束，所述激光脉冲经声光偏转模块124、次级偏转模块126、扩散片129等发射光学器件形成感测光束向检测范围投射，即所述感测光束可以为具有预设频率的周期性脉冲光束。所述声光偏转模组12在一个检测帧内可以发射多个激光脉冲，相邻两个激光脉冲发出时刻之间的时间段可定义为所述激光脉冲的一个发射时段。被配置为对激光脉冲所照射的检测区域进行感测的对应感光像素142具有与该激光脉冲的发射时段对应的感测时段。例如，对应的感光像素142按照与发射时段相同的预设频率周期性执行感测，所述感测时段具有与发射时段一致的起始时刻和结束时刻。每发射一个激光脉冲的同时所述感光像素142开始感测从检测范围返回的光子，所述计时单元152根据对应的感光像素142感测到光子所产生的光感应信号来确定该感光像素142感测到光信号的接收时间。所述统计单元154根据计时单元152在一个检测帧的多个感测时段确定的光信号接收时间在对应的时间分箱内进行计数统计，以生成相应的统计直方图。所述感测时段的长度至少大于光子往返对应检测区域需满足的距离检测最远值所需要的飞行时间，以确保能够感测到从距离检测最远值处反射回来的光子并进行计数。可选地，在一些实施例中，所述感测时段的长度可以根据检测区域要求的距离检测最远值进行对应设置。例如，所述感光像素142的感测时段长度与对应检测的检测区域需满足的距离检测最远值成正相关的关系，对于距离检测最远值较大的检测区域，实施对应检测的感光像素142的感测时段较长；对于距离检测最远值较小的检测区域，实施对应检测的感光像素142的感测时段较短。
可选的，在一些实施例中，所述控制电路18和/或处理电路15中的全部或一部分功能单元可以是固化在存储介质30内的固件或者是存储在存储介质30内的计算机软件代码，并由对应的一个或多个处理器40执行以控制相关部件来实现对应的功能。所述处理器40例如但不限于为应用处理器(Application Processor，AP)、中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、微控制器(Micro Controller Unit，MCU)等。所述存储介质30包括但不限于闪存(Flash Memory)、带电可擦写可编程只读存储介质(Electrically ErasableProgrammable read only memory，EEPROM)、可编程只读存储介质(Programmable readonly memory，PROM)、硬盘等。
可选的，在一些实施例中，所述处理器40和/或存储介质30可以设置在所述光电装置10内，比如：与所述声光偏转模组12或者接收模组14集成在相同的电路板上。可选的，在其他一些实施例中，所述处理器40和/或存储介质30也可以设置在所述电子设备1的其他位置，比如：电子设备1的主电路板上。
可选的，在一些实施例中，所述控制电路18和/或处理电路15的一部分或全部功能单元也可以通过硬件来实现，例如通过下列技术中的任一项或者它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。可以理解的是，用来实现所述控制电路18和/或处理电路15功能的上述硬件可以设置在所述光电装置10内。用来实现所述控制电路18和/或处理电路15功能的上述硬件也可以设置在所述电子设备1的其他位置，比如：设置在电子设备1的主电路板上。
如图13所示，在一些实施例中，所述光电装置10例如为激光雷达，所述电子设备1例如为汽车。所述激光雷达可以安装在汽车上的多个不同位置，以检测汽车周边范围内物体的距离信息，并据此实现驾驶控制。
相较于采用机械转动方式和混合固态方式实现感测光束扫描的激光雷达，本申请提供的激光雷达采用纯固态的声光偏转模块124和次级偏转模块126实现感测光束的偏转扫描，由于不需要再依赖转动或振动部件，具有更高的可靠性和更紧凑的结构，较容易通过严格的车规要求，并且对汽车的外观影响更少。
需要说明的是，本申请所要保护的技术方案可以只满足上述其中一个实施例或同时满足上述多个实施例，也就是说，上述一个或多个实施例组合而成的实施例也属于本申请的保护范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“某些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应当理解，本申请的实施例的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个功能单元可以用存储在存储介质中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
以上所述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 (18)

1.一种基于扩散片扩束的声光偏转模组，其特征在于，被配置为向检测范围发射基于飞行时间原理进行三维信息检测的感测光束，其包括：
光源模块，包括：
一个或更多个发光单元，被配置为发出光束；及
超透镜，被配置为对所述发光单元发出的光束进行准直；
声光偏转模块，被配置为接收经准直的光束并根据所施加的声波频率在预设的第一偏转角度范围内沿第一方向将光束偏转多个不同的预设偏转角度；
会聚光学器件，被配置为对经所述声光偏转模块偏转后的光束进行会聚；
投射光学系统，包括：
投射透镜，被配置为将会聚后的光束沿检测范围内与光束偏转角度对应的预设发射方向投射，以形成所述感测光束；
其中，经所述声光偏转模块偏转后的光束由所述会聚光学器件会聚后经过所述投射透镜的焦平面上的对应区域到达所述投射透镜，所述对应区域随光束偏转角度的变化在所述焦平面上移动；及
扩散片，设置在所述投射透镜的出光侧，所述扩散片上形成有可以调制光束的微结构，被配置为对所述感测光束沿第二方向的发散角进行扩展以形成长条形的感测光束，定义所述感测光束具有最大尺寸的方向为其长度方向，所述长条形感测光束的长度方向平行于所述第二方向，所述第二方向与所述第一方向相互垂直设置。
2.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，所述焦平面位于投射透镜与所述会聚光学器件之间，所述焦平面上的对应区域作为次生光源区域以发出所述感测光束。
3.如权利要求2所述的声光偏转模组，其特征在于，所述声光偏转模块对光束进行最小角度偏转前后分别在所述焦平面上对应形成的相邻的两个次生光源区域彼此相切。
4.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向；或者
所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。
5.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，所述扩散片为折射扩散片，所述微结构通过对经过光束的折射来实现沿预设方向扩展感测光束发散角的功能。
6.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，所述扩散片为衍射扩散片，所述微结构通过对经过光束的衍射来实现沿预设方向扩展感测光束发散角的功能。
7.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，进一步包括反射件，从所述声光偏转模块发出的偏转光束先经所述反射件反射后进入所述投射光学系统。
8.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，进一步包括液晶偏振光栅模块，所述液晶偏振光栅模块设置在所述声光偏转模块与所述投射光学系统之间，以将经所述声光偏转模块偏转的光束进一步偏转预设的偏转角度，所述液晶偏振光栅模块和所述声光偏转模块均在相同平面内沿所述第一方向进行光束偏转。
9.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，所述光源模块进一步包括缩束光学器件，所述缩束光学器件被配置为将经所述超透镜准直后的光束先缩小至预设尺寸后再传输至所述声光偏转模块。
10.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，所述光源模块进一步包括线偏振片，所述线偏振片设置在光束进入所述声光偏转模块之前的光路上，被配置为将光束在进入所述声光偏转模块之前转换为具有预设偏振态的线偏振光。
11.如权利要求1所述的声光偏转模组，其特征在于，所述光源模块进一步包括偏振分束器、偏振方向调节件及导光件，所述偏振分束器设置在光束进入所述声光偏转模块之前的光路上，所述偏振分束器将经过的光束分解为第一偏振光束和第二偏振光束，所述第一偏振光束具有第一偏振方向，所述第二偏振光束具有与所述第一偏振方向不同的第二偏振方向，所述导光件被配置为引导所述第一偏振光束或所述第二偏振光束的传播方向或者既引导所述第一偏振光束又引导所述第二偏振光束的传播方向，以使得所述第一偏振光束和所述第二偏振光束分别沿不同光路入射至所述声光偏转模块，所述偏振方向调节件被配置为改变所述第一偏振光束或所述第二偏振光束的偏振方向，使得两者以相同的预设偏振方向进入所述声光偏转模块。
12.如权利要求11所述的声光偏转模组，其特征在于，分解后的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束分别到达所述声光偏转模块的时刻具有预设的时间差。
13.如权利要求11所述的声光偏转模组，其特征在于，所述第一偏振光束沿光束入射所述偏振分束器时入射方向所在的主光轴透过所述偏振分束器传播至所述声光偏转模块，所述偏振方向调节件设置在所述主光轴上，被配置为将所述第一偏振光束的第一偏振方向改变为所述第二偏振方向。
14.如权利要求11所述的声光偏转模组，其特征在于，所述第二偏振光束经所述偏振分束器后沿偏离光束入射所述偏振分束器时入射方向所在的主光轴的旁支光路传播至所述声光偏转模块，所述偏振方向调节件设置在所述旁支光路上，被配置为将所述第二偏振光束的第二偏振方向改变为所述第一偏振方向。
15.如权利要求11、13或14所述的声光偏转模组，其特征在于，所述偏振方向调节件包括液晶层，被配置为通过调节所述液晶层内液晶分子的朝向以改变经过光束的偏振方向。
16.如权利要求11所述的声光偏转模组，其特征在于，所述第二偏振光束经所述导光件引导后沿平行于所述第一偏振光束的方向进入所述声光偏转模块，所述第一偏振光束和第二偏振光束各自在所述声光偏转模块上的入射点均位于所述声光偏转模块上预设的入射区域内。
17.一种光电装置，其特征在于，被配置为对位于预设检测范围内的物体进行三维信息检测，包括如权利要求1-16中任意一项所述的声光偏转模组，所述光电装置还包括接收模组及处理模块，所述接收模组被配置为感测来自检测范围内的光信号并输出相应的光感应信号，所述处理模块被配置为分析处理所述光感应信号以获得在检测范围内物体的三维信息。
18.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求17所述的光电装置，所述电子设备还包括应用模块，所述应用模块被配置为根据所述光电装置的检测结果实现相应的功能。
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