CN117388858A - 一种收发模块及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动驾驶技术领域，提供了一种收发模块及激光雷达。收发模块包括基体、以及设置于基体的第一表面上的第一介质和第二介质，第一介质和第二介质中的其中一个用于传导并出射探测光线，另一个用于接收并传导回波光线；第一介质和第二介质均沿第一方向延伸，且两者相对设置；第一介质的第一端与第二介质的第二端相对设置；第一介质的第一端包括倾斜的第一反射面，第二介质的第二端包括倾斜的第二反射面。本发明提供的收发模块及激光雷达，生产成本低、精度高。

Description

一种收发模块及激光雷达

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，尤其涉及一种收发模块及激光雷达。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

但现有采用集成光学的激光雷达需要使用自由空间光环形器，这就导致激光雷达的生产成本高；且目前的激光雷达采用的是收发分离的安装方式，采用这一方式，使得激光雷达在车载场景极限温度环境下有一定的可靠性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种收发模块及激光雷达，旨在解决现有技术中激光雷达的生产成本高、精度差的技术问题。

本发明是这样实现的，第一方面，提供了一种收发模块，包括基体、以及设置于所述基体的第一表面上的第一介质和第二介质，所述第一介质和所述第二介质中的其中一个用于接收并出射探测光线，另一个用于接收并传导回波光线；

所述第一介质和所述第二介质均沿第一方向延伸，两者相对设置；

所述第一介质的第一端与所述第二介质的第二端相对设置；所述第一介质的第一端包括倾斜的第一反射面，所述第二介质的第二端包括倾斜的第二反射面。

在一个可选的实施例中，所述第一介质和所述第二介质分别设有多个，多个所述第一介质相互平行且沿垂直于所述第一方向的第二方向间隔排布，多个所述第二介质相互平行且沿垂直于所述第二方向间隔排布。

在一个可选的实施例中，相邻两个所述第一介质在所述第二方向上的间距大于20μm，相邻两个所述第二介质在所述第二方向上的间距也大于20μm。

在一个可选的实施例中，多个所述第一反射面的中心位于同一直线上；

或者，至少一个所述第一反射面与其他所述第一反射面错位设置。

在一个可选的实施例中，所述基体位于所述第一介质和所述第二介质的通光侧，所述第一反射面与所述第一表面之间的夹角为30°-60°，所述第二反射面与所述第一表面之间的夹角也为30°-60°；

或者，所述基体位于所述第一介质和所述第二介质的通光侧的背侧，所述第一反射面与所述第一表面之间的夹角为120°-150°，所述第二反射面与所述第一表面之间的夹角也为120°-150°。

在一个可选的实施例中，所述第一介质和所述第二介质高度相同或两者高度之差在预设值内，所述第一反射面和所述第二反射面之间的最近处的间距为所述第一介质或者所述第二介质的高度的1/10-1/5。

在一个可选的实施例中，所述第一反射面和所述第二反射面均设置有反射层。

在一个可选的实施例中，所述第一介质除通光区域以外的表面均设置有反射层，所述第二介质除通光区域以外的表面也均设置有反射层。

在一个可选的实施例中，所述第一介质的通光区域的表面设置有增透层，所述第二介质的通光区域的表面设置有增透层。

在一个可选的实施例中，所述基体位于所述第一介质和所述第二介质的通光侧，所述基体为透明基体，所述基体的所述第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的透光区域均设置有增透层。

在一个可选的实施例中，所述第一介质和所述第二介质分别为波导和光纤中的任一种。

第二方面，提供了一种激光雷达，包括发射模块、接收模块和扫描模块，还包括上述各实施例提供的收发模块，所述发射模块发射探测光线，所述探测光线进入所述第一介质并通过所述第一介质射向所述扫描模块，所述扫描模块将所述探测光线偏折后向外出射进行探测，所述扫描模块还用于接收回波光线，并将所述回波光线偏折后射向所述收发模块，所述回波光线进入所述第二介质并通过所述第二介质进入所述接收模块。

在一个可选的实施例中，所述扫描模块用于在X方向和Y方向上偏折光线，所述第一方向平行于所述X方向。

本发明相对于现有技术的技术效果是：本发明实施例提供的收发模块及激光雷达中，收发模块包括基体、以及设置于基体的第一表面上的第一介质和第二介质，第一介质和第二介质中的其中一个用于接收并传导探测光线，另一个用于接收并传导回波光线；第一介质和第二介质均沿第一方向延伸，两者一一相对设置；第一介质与第二介质相对的一端形成倾斜的第一反射面，第二介质与第一介质相对的一端形成倾斜的第二反射面。第一方面，利用第一反射面和第二反射面可以改变光路的传播方向，使得回波光线即使在水平方向上错开≥0.05°仍可以被第一介质和第二介质中用于接收的介质所接收，进而使得收发模块无需精密位移便可组装完成，有助于提高其生产效率，进而提供激光雷达的生产效率；第二方面，收发模块可以实现收发一体，进而可以省去空间光环形器，使得收发模块和激光雷达的结构紧凑，降低生产成本；第三方面，利用本发明实施例提供的收发模块可以解决水平方向接收角度滞后效应问题，提高激光雷达在水平方向上的测距能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述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。

图1是本发明实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图2是本发明实施例所采用的激光雷达发出的探测光线的扫描路径示意图，图中箭头表示探测光线的扫描方向；

图3是本发明一实施例提供的收发模块的使用状态示意图；

图4是图1所示收发模块的侧视结构示意图；

图5是图1中单个第二介质的结构示意图；

图6是图1中单个收发单元的结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的收发模块的使用状态示意图；

图8是图7所示收发模块的立体结构示意图；

图9是图7所示收发模块的侧视结构示意图；

图10是本发明另一实施例提供的收发模块的侧视结构示意图；

图11是本发明另一实施例提供的收发模块的侧视结构示意图；

图12是本发明另一实施例提供的收发模块的立体结构示意图；

图13是本发明另一实施例提供的收发模块的立体结构示意图；

图14是图13中A处的结构示意图；

图15是本发明实施例所采用的调频连续波激光雷达的结构示意图。

附图标记说明：

100、收发模块；110、基体；111、第一表面；112、V型槽；120、第一介质；121、第一反射面；130、第二介质；131、第二反射面；140、增透层；200、发射模块；300、准直模块；400、扫描模块；500、分光模块；600、接收模块；700、信号处理模块；A、第一方向；B、第二方向；α1、第一反射面与第一表面之间的夹角；α2、第二反射面与第一表面之间的夹角；d、第一反射面和所述第二反射面之间的最近处的间距；h、第一介质的高度。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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发明中的具体含义。

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

在本发明一实施例中，提供了一种激光雷达。如图1所示，激光雷达包括发射模块200、收发模块100、扫描模块400和接收模块600，发射模块200用于发射探测光线并耦合进入收发模块100，收发模块100将探测光线出射后射向扫描模块400，探测光线经过扫描模块400偏折后向外射向待测区域；接着，经待测区域内的物体反射后返回的回波光线沿同轴路径被扫描模块400接收，扫描模块400将回波光线偏折后射向收发模块100，收发模块100接收回波光线并将回波光线射向接收模块600，接收模块600接收回波光线后，进行解算得到探测结果。该激光雷达适用的测距原理可以是时间飞行法(Time of Flight，ToF)，也可以是连续波相干探测法(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)。

具体的，本实施例中的发射模块200可以包括激光光源。激光光源可以是DFB(Distributed Feedback Laser)激光器，即分布式反馈激光器，也可以是VCSEL(VerticalCavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)，还可以是DFB+EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)光源。发射模块200、接收模块600与收发模块100的耦合方式可以是光纤耦合也可以是微透镜耦合，或者是直接耦合。接收模块600可以为接收处理芯片，可以为硅光相干接收芯片，或者硅光相干接收芯片与其他相关结构的组合件。

请参照图3及图7所示，本实施例中的收发模块100包括基体110、以及设置于基体110的第一表面111上的第一介质120和第二介质130。这里所说的第一表面111一般为基体110的上表面或者下表面，也可以为其他表面，具体可以根据使用需要灵活选择。

其中，第一介质120和第二介质130中的其中一个用于接收并出射探测光线，另一个用于接收并传导回波光线。

需要说明的是，本实施例中的第一介质120和第二介质130的功能可以互换，即形成于基体110上的任一介质既可用于传导并出射探测光线，又可用于接收并传导回波光线，具体根据实际使用时各介质所连接的模块、及激光雷达的光学系统设计而定。如图3所示，基体110表面左侧设有一个介质，右侧设有另一个介质；在一些实施例中，使用时左侧的介质为第一介质120与发射模块200耦合，右侧的介质为第二介质130与接收模块600耦合；在另一些实施例中，使用时左侧的介质为第一介质120与接收模块600耦合，右侧的介质为第二介质130与发射模块200耦合。

为了描述简洁，下文均以第一介质120与发射模块200耦合用于传导并出射探测光线、第二介质130与接收模块600耦合用于接收并传导回波光线为例，对收发模块100及激光雷达进行说明。需要说明的是，第二介质130与发射模块200耦合用于传导并出射探测光线、第一介质120与接收模块600耦合用于接收并传导回波光线的实施例与上述示例相比，仅仅是第一介质120和第二介质130中传导的光线互换。

如此，采用本实施例提供的激光雷达进行探测时的具体光路为：发射模块200发射探测光线，探测光线进入第一介质120并通过第一介质120射向扫描模块400，扫描模块400将探测光线偏折后向外出射进行探测，扫描模块400还用于接收回波光线，并将回波光线偏折后射向收发模块100，回波光线进入第二介质130并通过第二介质130进入接收模块600。

第一介质120和第二介质130均沿第一方向A延伸，两者一一相对设置。具体的，第一方向A可以为基体110的长度方向或者宽度方向，还可以为其他方向，具体可根据使用需要灵活选择。第一介质120和第二介质130一一相对设置是指，相对应的第一介质120的第一端和第二介质130的第二端相对设置。第一介质120的第一端和第二介质130的第二端的间隔距离可以根据第二介质130对回波光线的接收效果而定，只要经过第一介质120射出的探测光线再经目标物反射后，被第二介质130接收到的回波光线的接收率能够达到探测需求即可。

第一介质120的第一端包括倾斜的第一反射面，第二介质130的第二端包括倾斜的第二反射面。

具体为，当第一介质120作为发射介质使用时，第一介质120的出光端为第一端包括倾斜的第一反射面121，第一反射面121用于反射探测光线，探测光线的出射方向与第一表面111呈夹角。这里所说的夹角可以为90°，也可以为与第一表面111呈锐角的某一角度，还可以为与第一表面111呈钝角的某一角度，具体可以根据出光要求进行设计。此时，第二介质130作为接收介质使用，第二反射面131形成于第二介质130的入光端，用于接收并反射回波光线，以使回波光线进入第二介质130的主体内。这里所说的第二介质130的主体是指第二介质130中除入光端以外的部分。上述回波光线的入射方向与上述探测光线射出第一介质120的出射方向平行或近似平行，因此回波光线与第一表面111呈夹角设置，经过第二反射面131后其传播方向改变，可以在第二介质130内传播。

当第一介质120作为接收介质使用时，上述第一反射面121形成于第一介质120的入光端，用于接收并反射回波光线，以使回波光线进入第一介质120的主体内。这里所说的第一介质120的主体是指第一介质120中除入光端以外的部分。此时第二介质130作为发射介质使用，第二反射面131形成于第二介质130的出光端，用于反射探测光线，以使探测光线的出射方向与第一表面111呈夹角。

本实施例中基体110可以位于第一介质120和第二介质130的通光侧(即探测光线的出光侧和/或回波光线的入光侧)，即探测光线经过第一介质120的第一反射面121反射后向外出射，穿过基体110后向外出射，同时回波光线需要穿过基体110才能耦入第二介质130内；也可以位于第一介质120和第二介质130的通光侧的背侧，即探测光线经过第一介质120的第一反射面121反射后，不穿过基体110直接向外出射，同时回波光线无需穿过基体110便可直接耦入第二介质130内。具体可根据使用需要灵活选择。

需要说明的是，本实施例中收发模块100中相对应的第一介质120和第二介质130之间的距离与扫描模块400引起的光滞后角导致的光斑偏移量相同，或者两者差值处于预设范围内，以确保第二介质130可以接收到足够多的回波光线。

采用本实施例提供的激光雷达进行探测时，激光雷达通过扫描模块400偏转光路快速扫描视场实现对目标物进行远距离探测，由于远距离探测时光子飞行的距离较长，扫描模块400在回波光线接收时的空间指向与探测光线发射时的空间指向相比，已发生不可忽视的变化，即造成了激光雷达扫描接收角度滞后效应。这里所说的激光雷达扫描接收角度滞后效应，既表现在水平方向上，又表现在垂直方向上。

然而在激光雷达的系统中，如前面对扫描模块400的介绍，如图2所示，扫描模块在X方向和Y方向上偏折光线，使激光雷达在X方向和Y方向上进行扫描。扫描过程中，光线在垂直方向(即Y方向)上的扫描角度范围一般相较在水平方向(即X方向)上的扫描角度范围小，这就导致表现在垂直方向上的接收角度滞后效应明显低于在水平方向上的接收角度滞后效应。另外，还可以采用垂直方向低速运动的扫描模块400，进一步减少垂直方向上的接收角度滞后效应。如此，激光雷达的系统设计可主要考虑水平方向上的接收角度滞后效应。

而本实施例中，相对应的第一介质120和第二介质130的延伸方向相同，且第一介质120和第二介质130相对设置，同时第一介质120靠近第二介质130的一端形成倾斜的第一反射面121，第二介质130靠近第一介质120的一端形成倾斜的第二反射面131，如此通过本发明实施例提供的收发模块100可使得原本沿平行于第一表面111传播的探测光线的传播方向改变为垂直于第一表面111或者与第一表面111呈其他夹角，还可以使得垂直于第一表面111或者与第一表面111呈其他夹角的回波光线可以被第一介质120和第二介质130中用于接收回波光线的介质接收。

另外，由于本实施例中第一介质120能够将原本沿平行于基体110的第一表面111的探测光线的方向改变为垂直于第一表面111或者与第一表面111呈其他夹角；对于传导光线的方向相同的收发单元，只能在一个维度上设计发射和接收；多个收发单元生产过程中需要做精密位移，使得收发模块100的生产效率低下。而采用本实施例提供的收发模块100，即使第一介质120和第二介质130设有多个，多个第一介质120和第二介质130之间也可以互不影响，或者影响较小，进而可有效提高收发模块100的生产效率。与此同时，采用本发明实施例提供的激光雷达无需使用自由空间光环形器，降低硬件开销，降低成本，简化系统，降低光机系统的复杂度，将整个系统的体积缩小，同时减弱前导信号，提升可靠性。

由此可见，本发明实施例提供的激光雷达在水平方向上的回波光线接收率可有效提高，进而可有效降低水平方向上接收角度滞后效应对探测的不良影响，提高探测精度；同时，本发明实施例提供的激光雷达，可靠性高，生产成本低，生产效率高。

上述实施例中第一介质120和第二介质130均可以设置一个或者多个，但当第一介质120和第二介质130均设有一个时，为满足探测要求，一个激光雷达中往往需要设置呈阵列排布的多个收发模块，组装起来效率较低，为解决这一问题，在一个可选的实施例中，如图8所示，第一介质120和第二介质130分别设有多个，多个第一介质120相互平行且沿垂直于第一方向A的第二方向B间隔排布，多个第二介质130相互平行且沿第二方向B间隔排布。

具体的，任一相对应的第一介质120和第二介质130可形成一个收发单元，本实施例中的第一介质120和第二介质130数量对应设有多个，即可以在同一平面上形成收发单元阵列。如此，一个激光雷达可应用一个收发模块便可满足探测需要，可有效提高激光雷达的组装效率，降低生产成本。同时，相较收发单元仅设置一个第一介质120和一个第二介质130，可增加水平方向上排列的收发通道数，提高激光雷达在水平方向上的分辨率。另外，采用这一设置，还可以根据所需发射视场角的需要，选择第一介质接通或者设置数量，以实现发射视场角的调整，满足不同场景客户的使用需求。

可选的，一个收发单元也可以包括对应设置的一个第一介质120和多个第二介质130，提高接收效率。

另外，当第二方向与垂直方向一致，同时扫描模块的Y方向扫描也与垂直方向一致时，可使得探测光线在垂直方向上发生接收角度滞后效应后，发生偏移的回波光线仍可以被相邻的第二介质130接收，进而提高收发模块100在垂直方向上的光线接收率，提高激光雷达的测距能力；另外，收发模块在垂直方向上排列多个成对设置的收发单元，增加垂直方向上排列的收发通道数，提高激光雷达在垂直方向上的分辨率。

上述实施例中，不同收发单元可以在第一方向A和第二方向B上以任意间隔排列。这里所说的第一方向A的间隔，是指不同收发单元中自定义位置在第一方向A上的间隔，上述位置可以根据需要人为设定，可以为第一介质的入光口、第一反射面的顶端或底端、第二反射面的顶端或底端，还可以为其他位置，这里不做唯一限定。第一介质和第二介质的边沿可设置为周期性阵列，以方便耦合。

在一个示例性的实施例中，多个第一介质在第一方向A和第二方向B上等间距排列，第一方向A上的间距为100μm，第二方向B上的间隔为50μm。采用这一结构，光线接收率高，且便于制备。

在一个具体的实施例中，收发模块中设有8个收发单元，相邻两个收发单元之间的间距为120μm，使用时，若激光雷达所使用的准直模块的焦距为35mm时，相邻两个第二介质接收到的回波光线在X方向上的分角可以错开0.2°。

为保证接收效果同时避免材料浪费，在一个可选的实施例中，相邻两个第一介质在第二方向上的间距大于20μm。相邻两个第二介质在第二方向上的间距也大于20μm。

上述各实施例中，如图8及图12所示，当第一介质120和第二介质130设有多个时，即收发模块设有多个收发单元时，所有收发单元中第一介质120和第二介质130之间的空隙可以设置在一个直线上，也可以不设置在一条直线上，即各第一反射面在水平方向和垂直方向上可以任意放置，同时阵列化的周期也可以任意设置，具体可以根据接收效果进行设定。

在一个可选的实施例中，如图8所示，多个第一反射面的中心位于同一直线上。具体的，该直线可以为沿第二方向B延伸的直线，也可以为与第二方向B呈夹角的直线，具体可以根据探测要求灵活设定。

在另一个可选的实施例中，如图12所示，至少一个第一反射面与其他第一反射面错位设置，具体可以根据探测要求灵活设定。采用这一结构，可在前述扫描模块扫描前提下，提高激光雷达的水平分辨率。

在一个可选的实施例中，如图7及图9所示，基体110位第一介质120和第二介质130的通光侧，第一反射面121与第一表面111之间的夹角α1为30°-60°之间的任一角度，第二反射面131与第一表面111之间的夹角α2为30°-60°之间的任一角度。这里所说的通光侧既包括介质的入光侧也包括出光侧。

在另一个可选的实施例中，如图3及图4所示，基体110位于第一介质120和第二介质130的通光侧的背侧，第一反射面121与第一表面111之间的夹角α1为120°-150°之间的任一角度，第二反射面131与第一表面111之间的夹角α2为120°-150°之间的任一角度。

第一反射面121和第二反射面131采用上述角度可以满足一般的探测要求，具体采用哪一角度可以根据不同激光雷达的探测要求及实际探测效果进行设定，这里不做唯一限定。第一反射面121和第二反射面131的倾斜角度可以相同或者不同，具体可根据探测要求和实际探测效果进行设定，以使得探测光线和回波光线的传播方向基本保持一致，使发射和接收同轴设置并与扫描模块相适配。

在一个具体的实施例中，如图9所示，基体110位于第一介质120的出光侧，第一反射面121和第二反射面与第一表面之间的夹角分别为45°。在另一个具体的实施例中，如图4所示，基体110位于第一介质120出光侧的背侧，第一反射面121和第二反射面与第一表面之间的夹角分别为135°。

为保证接收效果同时避免材料浪费，在一个可选的实施例中，如图6所示，第一介质120和第二介质130高度相同或两者高度之差在预设值内，第一反射面121和第二反射面131之间的最近处的间距d为第一介质120或者第二介质130的高度h的1/10-1/5。由于第一反射面121和第二反射面131均为斜面两者之间的空隙为纵截面面积渐变的梯形空间，这里所说的最小间距，即该梯形空间中距离最短部分的长度。采用本实施例的设置方式，收发模块可接收到大部分回波光线，探测精度良好，且所需介质材料较少。

在一个可选的实施例中，第一反射面和第二反射面均设置有反射层，以保证反射效果良好。

在一个可选的实施例中，第一介质除通光区域以外的表面均设置有反射层，第二介质除通光区域以外的表面也均设置有反射层，以使得光线在各介质中传输时减少向外扩散，减少损耗。

为减少光能损失，进一步提高应用上述各实施例提供的收发模块100的激光雷达的测距能力，在一个可选的实施例中，如图10所示，第一介质120的通光区域的表面设置有增透层，第二介质130的通光区域的表面设置有增透层。增透层的设置可有效减少探测光线或者回波光线经过第一介质120中通光区域的表面或第二介质130中通光区域的表面时发射反射的几率，进而提高探测光线的出射量和回波光线的接收量，从而使得激光雷达接收到的回波光线更多，进而提高应用上述各实施例提供的收发模块100的激光雷达的测距能力。

在一个可选的实施例中，如图11所示，基体110位于第一介质120和第二介质130的通光侧，即探测光线的出光侧和回波光线的入光侧。基体110为透明基体，基体110的第一表面111和与第一表面111相对的第二表面的透光区域均设置有增透层140。这里所说的透光区域是指第一表面111和第二表面中能够供探测光线和/或回波光线穿过的所有区域，包括第一表面111中除第一介质120覆盖区域以外的区域，以及第二表面的全部区域。

此时，第一介质120输出的光线需要先经基体110，才能由收发模块100输出，且回波光线需先经基体110才能进入第二介质130，基体110为透明基体可以保证探测光线和回波光线顺利通过。增透层140的设置可进一步提高光线的透过率，提高探测光线的输出率，以及回波光线的接收率，提高应用上述各实施例提供的收发模块100的激光雷达的测距能力。

在一个可选的实施例中，透明基体的第一表面111具有入光区域、出光区域和镀膜区域，镀膜区域为第一表面111中除入光区域和出光区域以外的区域，镀膜区域上形成有全反射膜，第一介质120输出的探测光线能够经入光区域进入透明基体，回波光线能够经出光区域由透明基体进入第二介质130。透明基体除第一表面111以外的表面上形成有增透层140。采用本实施例提供的收发模块100，便于镀膜和制备。

在上述各实施例中，第一介质和第二介质分别为波导和光纤中的任一种。主要有四种表示形式：

第一种，第一介质和第二介质均为波导，如图3至图12所示；

第二种，第一介质和第二介质均为光纤，如图13及图14所示；

第三种，第一介质为波导，第二介质为光纤；

第四种，第一介质为光纤，第二介质为波导。

更为具体的，当第一介质和第二介质均为波导时，此时收发模块为平面波导芯片，基体为衬底。加工时，可先将发射波导靠近接收波导的端部加工出一个斜面，再在该斜面上镀全反射波导膜/层，或者贴设反射膜等，以形成第一反射面，还可以在发射波导的外表面中除入光区域和出光区域以外的所有区域上镀全反射波导膜/层，或者贴设反射膜等。同理，接收波导中的第二反射面也可以采用上述方式进行制造，但需注意，第二反射面与第一反射面需相对设置，两个面可以同时进行制备，也可以分别进行制备，同时接收波导的外表面中除入光区域和出光区域以外的所有区域也可以镀全反射波导膜，或者贴设反射膜等。

本实施例中的第一介质和第二介质可以采用波导，其中用于发射的波导可以采用单模波导，用于接收的波导可以采用单模波导或者多模波导，波导材料可以是SiO₂材料，也可以是有机聚合物材料，还可以是硅材料。另外，发射波导和接收波导可分别采用等截面结构，也可以采用单模转大模或者大模转单模的结构。制造时，可先通过纳米压印工艺直接将有机聚合物压印至所用激光波长的基体上，之后再对发射波导和接收波导的相应表面进行镀膜，形成第一反射面和第二反射面；还可以先将发射波导和接收波导制备好，再通过精密组装的方式将发射波导和接收波导组装在一个基体上。当然，在其他实施例中，发射波导和接收波导还可以采用刻蚀、机械加工等方式进行制作，这里不做唯一限定。

收发模块采用上述第一介质和第二介质相对设置的形式，除提高相应激光雷达的探测精度、可靠性、生产效率外，还有效消除了平面波导芯片一维波导阵列不能在垂直方向任意偏折光的问题。

另外，当收发模块设有多个第一介质和第二介质时，相较通过垂直堆叠的方式在平面波导芯片上设置多组发射波导和接收波导，以提高在垂直方向上的回波光线接收率的设计方式，采用本发明实施例提供的收发模块的设置方式，无需对PLC(planar Lightwavecircuit，平面光波导)晶圆做减薄、精密对位等操作，进而可有效降低收发模块的生产成本，并提高生产效率。

当第一介质和第二介质中任一个为光纤时，基体可以由两部分组成，一部分用于支撑或固定第一介质，另一部分用于支撑或者固定第二介质，用于固定光纤的基体可采用玻璃载板，在第一表面上开设V型槽，将光纤通过粘接等方式固定与V型槽内，具体如图13所示。光纤可以为单模光纤、多模光纤、大模场光纤，还可以为单模转多模光纤、多模转单模光纤，具体可以根据使用需要灵活选择。光纤具有芯部以及环绕芯部并与芯部同轴设置的绝缘部，使用时，可将光纤用于与另一介质相对的一端的绝缘部去除，以使芯部裸露出来，之后再在芯部的端面上加工出斜面，以形成第一反射面或者第二反射面，以便探测光线或者回波光线可以通过延伸出的部分射出光纤或者进入光纤，如图13及图14所示。

在一个可选的实施例中，扫描模块400用于在X方向和Y方向上偏折光线。第一方向A平行于X方向。

这里所说的X方向和Y方向为激光雷达正向放置时的水平方向和竖直方向。在实际使用时，因为激光雷达的摆放方式不同，X方向和Y方向发生偏移，应当理解，在激光雷达摆放状态不是正向状态时，X方向和Y方向也随之改变，不再是水平方向和竖直方向。

在一个具体的实施例中，如图15所示，激光雷达为调频连续波激光雷达。调频连续波激光雷达包括发射模块200、分光模块500、收发模块100、准直模块300、扫描模块400、接收模块600和信号处理模块700。其中，信号处理模块700包括信号调整电路、信号采集与处理电路、控制算法模块、对外接口等。

探测目标物的过程如下：发射模块200发出探测光线，先经过分光模块500分成两路光线，其中一路作为本振光，进入接收模块600中，另一路进入第一介质120中作为探测光线使用。之后探测光线耦合进入第一介质120，经第一介质120传导后到达第一反射面121，之后经第一反射面121反射，射出第一介质120，之后探测光线经准直模块300准直后再经扫描模块400形成扫描光线照射至目标物上，之后光线被目标物反射返回回波光线，同轴的回波光线依次经扫描模块400、准直模块300耦入第二介质130内，之后经第二介质130输出至接收模块600。进入接收模块600中的回波光线可与接收模块600中的本振光进行相干拍频产生拍频相干信号，之后接收模块600中的光电探测器可对拍频相干信号进行接收处理，再将数据信号传输至外接信号处理模块700，信号处理模块700对该数据信号进行分析得出目标物的距离、速度等探测数据。

在一个具体的实施例中，如图15所示，发射模块200包括激光光源，激光光源采用DFB+EDFA的形式，通过一根或者数根光纤耦合入收发模块100，收发模块100中每个第一介质耦合一根光纤。第一介质总共有N(N≥1)路，各路第一介质的光功率相等。相应的第二介质也有N路。分光模块500用于将发射模块200分出的光分为N+M路，其中N路输出至收发模块100用于发射，M路输出至接收模块600作为本振光。接收模块600包括硅光相干接收芯片。

DFB激光器输出至EDFA光放大器之前，先通过光纤分M路小功率光用来做本振光耦合入硅光相干接收芯片中。硅光相干接收芯片中的探测器可以做偏振分集也可以不做偏振分集。硅光相干接收芯片上设有平衡探测器单元，每个平衡探测器对应一个跨阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)。TIA属于信号调理电路的一部分，其中信号调理电路将平衡探测器单元中的平衡光电探测器(Balanced Photoelectric Detector，BPD)输出的电流信号转换为电压信号，并进行二次放大传输至信号采集与处理电路。信号调理电路还采集MZI延时路中的本振拍频信号，用来对DFB激光器做闭环非线性校正。控制和处理算法模块用来处理采集的原始数据，解算出当前目标物的距离、速度、方向、反射率等信息。除此之外，上述调频连续波激光雷达还包括电源管理模块，电源管理模块主要用于为上述各电路模块供电，使其正常工作。

在上述各实施例中，允许第一介质和第二介质存在一定的安装公差。具体的，两者在景深方向(即第二方向)上可错位准直模块焦距的1/20。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种收发模块，其特征在于，包括基体、以及设置于所述基体的第一表面上的第一介质和第二介质，所述第一介质和所述第二介质中的其中一个用于传导并出射探测光线，另一个用于接收并传导回波光线；

所述第一介质和所述第二介质均沿第一方向延伸，两者相对设置；

所述第一介质的第一端与所述第二介质的第二端相对设置；所述第一介质的第一端包括倾斜的第一反射面，所述第二介质的第二端包括倾斜的第二反射面。

2.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述第一介质和所述第二介质分别设有多个，多个所述第一介质相互平行且沿垂直于所述第一方向的第二方向间隔排布，多个所述第二介质相互平行且沿垂直于所述第二方向间隔排布。

3.如权利要求2所述的收发模块，其特征在于，相邻两个所述第一介质在所述第二方向上的间距大于20μm，相邻两个所述第二介质在所述第二方向上的间距也大于20μm。

4.如权利要求2所述的收发模块，其特征在于，多个所述第一反射面的中心位于同一直线上；

或者，至少一个所述第一反射面与其他所述第一反射面错位设置。

5.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述基体位于所述第一介质和所述第二介质的通光侧，所述第一反射面与所述第一表面之间的夹角为30°-60°，所述第二反射面与所述第一表面之间的夹角也为30°-60°；

或者，所述基体位于所述第一介质和所述第二介质的通光侧的背侧，所述第一反射面与所述第一表面之间的夹角为120°-150°，所述第二反射面与所述第一表面之间的夹角也为120°-150°。

6.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述第一介质和所述第二介质高度相同或两者高度之差在预设值内，所述第一反射面和所述第二反射面之间最近处的间距为所述第一介质或者所述第二介质的高度的1/10-1/5。

7.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述第一反射面和所述第二反射面均设置有反射层。

8.如权利要求7所述的收发模块，其特征在于，所述第一介质除通光区域以外的表面均设置有反射层，所述第二介质除通光区域以外的表面也均设置有反射层。

9.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述第一介质的通光区域的表面设置有增透层，所述第二介质的通光区域的表面设置有增透层。

10.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述基体位于所述第一介质和所述第二介质的通光侧，所述基体为透明基体，所述基体的所述第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的透光区域均设置有增透层。

11.如权利要求1-10任一项所述的收发模块，其特征在于，所述第一介质和所述第二介质分别为波导和光纤中的任一种。

12.一种激光雷达，其特征在于，包括发射模块、接收模块和扫描模块，还包括如权利要求1-11任一项所述的收发模块，所述发射模块发射探测光线，所述探测光线进入所述第一介质并通过所述第一介质射向所述扫描模块，所述扫描模块将所述探测光线偏折后向外出射进行探测，所述扫描模块还用于接收回波光线，并将所述回波光线偏折后射向所述收发模块，所述回波光线进入所述第二介质并通过所述第二介质进入所述接收模块。

13.如权利要求12所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描模块用于在X方向和Y方向上偏折光线，所述第一方向平行于所述X方向。