CN117706521A - 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。收发模块包括衬底以及设置在衬底的第一表面的至少一个收发模组，每个收发模组均包括沿第一方向间隔排布的发射波导和接收波导；发射波导的出光侧设置有第一反射面，第一反射面用于反射发射波导内传输的探测光线，以使探测光线向外出射；接收波导的入光侧设置有第二反射面，第二反射面用于接收并反射回波光线，以使回波光线进入接收波导。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

相较飞行时间(Time of Flight，ToF)激光雷达，调频连续波(FrequencyModulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达能同时测距测速，且能在1帧的探测数据里检测出速度维度信息，让系统更快的识别前方目标物，能以更快的速度传输至车控制系统，让其提前做出避险操作。因此，调频连续波激光雷达作为4D感知传感器模组能为自动驾驶或者辅助驾驶带来更加安全的信息和应用。

现有激光雷达的收发模块的口径较小，为了缓解探测光线和回波光线的光偏移问题，扫描模块的扫描速度有限，难以提高激光雷达的分辨率。

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综合成本高、分辨率差的技术问题。

本发明是这样实现的，第一方面，提供了一种收发模块，包括衬底以及设置在所述衬底的第一表面的至少一个收发模组，每个所述收发模组均包括沿第一方向间隔排布的发射波导和接收波导；

所述发射波导的出光侧设置有第一反射面，所述第一反射面用于反射所述发射波导内传输的探测光线，以使所述探测光线向外出射；

所述接收波导的入光侧设置有第二反射面，所述第二反射面用于接收并反射回波光线，以使回波光线进入所述接收波导。

在一个可选的实施例中，所述发射波导的出光端形成所述第一反射面，所述接收波导的入光端形成所述第二反射面。

在一个可选的实施例中，所述收发模组包括沿所述第一方向排列的一个所述发射波导和一个所述接收波导，所述发射波导和所述接收波导的间距小于2μm。

在一个可选的实施例中，属于同一个所述收发模组的所述发射波导的所述第一反射面和所述接收波导的所述第二反射面，在第一方向上对齐。

在一个可选的实施例中，所述接收波导的输入端形成有扩口结构。

在一个可选的实施例中，所述衬底位于所述探测光线的出光侧，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，所述衬底位于所述探测光线的出光侧的背侧，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，所述第一反射面和所述第二反射面上均镀有高反膜。

在一个可选的实施例中，所述收发模组的个数大于等于2，多个所述收发模组沿所述第一方向依次排列。

在一个可选的实施例中，多个所述收发模组的第一端沿第二方向依次错开设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。

第二方面，提供了一种激光雷达，包括发射模块、准直模块、扫描模块、接收模块和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并耦合进入所述收发模块，所述探测光线经过所述收发模块后射向所述准直模块，准直后的所述探测光线经过所述扫描模块后向外出射，所述扫描模块使所述探测光线在X方向和Y方向进行扫描；所述扫描模块还用于接收返回的回波光线，并使所述回波光线射向所述准直模块，所述回波光线经过所述准直模块后耦合进入所述收发模块，所述回波光线经过所述收发模块后进入所述接收模块，所述接收模块接收并处理所述回波光线。

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，第一方面，本发明实施例提供的收发模块在第一方向上设置了至少一个收发模组，每个收发模组的波导直接发射和接收，收发模块集成在平面光波导芯片上，实现收发一体，无需使用空间光环形器，提高激光雷达的集成度。同时借助第一反射面和第二反射面，使得沿平行于衬底表面方向的光路偏折，收发模块能够在两个方向上出射，便于在两个方向上调整收发模组的光路位置，或者调整多个收发模组的光路的相对位置关系，进而在X方向、Y方向均能优化激光雷达的分辨率。第二方面，每个收发模组的发射波导和接收波导间隔设置，补偿第一方向的接收角度滞后效应(即walkoff效应)，提高其在第一方向上的接收效率，进而提高激光雷达的测距能力。第三方面，本发明实施例提供的收发模块在第一方向上设置了多个收发模组，一个收发模组构成一个探测通道，多个收发模组的第一端沿第二方向错开设置，将第二方向与扫描装置的Y方向平行设置，Y方向形成多个探测通道，可以有效提高激光雷达在Y方向上的分辨率；无需在平面光波导芯片的厚度方向上堆叠并集成多个收发模组，优化芯片设计，简化加工。

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是本发明一实施例提供的收发模块的结构示意图；

图3是本发明一实施例所采用的单个收发模组的结构示意图；

图4是本发明另一实施例所采用的单个收发模组的结构示意图；

图5是本发明另一实施例提供的收发模块的结构示意图；

图6是图2或图5中单个收发模组的结构示意图；

图7是图6所示收发模组对应的探测光线出射光路示意图；

图8是本发明另一实施例提供的单个收发模组的结构示意图；

图9是图8所示收发模组对应的探测光线出射光路示意图；

图10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、衬底；111、第一表面；120、发射波导；121、第一反射面；130、接收波导；131、第二反射面；132、扩口结构；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；α、第一反射面与第一表面之间的夹角。

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。

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，回波光线耦合进入收发模块100，收发模块100将回波光线射向接收模块600，接收模块600根据接收到的回波光线进行解算得到探测结果。

上述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)。扫描模块400在X方向(水平方向)和Y方向(垂直方向)上偏折光线，使激光雷达在水平方向和垂直方向上进行扫描。

本发明的一实施例提供了一种收发模块，请参照图2所示，收发模块100包括衬底110以及设置在衬底100的第一表面111的至少一个收发模组。每个收发模组均包括沿第一方向A间隔排布的发射波导120和接收波导130。具体的，每个收发模组中设有一个发射波导120和至少一个接收波导130。上述第一方向A可以为衬底110的长度方向、宽度方向或者其他方向，具体可以根据使用需要人为设定。这里所说的多个是两个以上，包括两个。且发射波导和接收波导设置在衬底的表面，经过发射波导和进入接收波导的光线的传输方向平行于衬底的表面。

发射波导120的出光侧设置有第一反射面121，第一反射面121用于反射发射波导120内传输的探测光线，以使探测光线向外出射。接收波导130的入光侧设置有第二反射面131，第二反射面131用于接收并反射回波光线，以使回波光线进入接收波导130。

本实施例中第一反射面121可以形成于发射波导120的端部，也可以单独设置，单独设置时可制作于衬底110上，与发射波导120分离设置，具体可以根据使用需要灵活选择。同理，第二反射面131可以形成于接收波导130的端部，也可以单独设置，单独设置时可制作于衬底110上，与接收波导130分离设置，具体可以根据使用需要灵活选择。且第一反射面121和第二反射面131均倾斜设置，如此，经第一反射面121反射出去的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。同时，回波光线的入射方向与第一表面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。

本实施例中的发射波导120可以采用单模波导，接收波导130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120和接收波导130可分别采用等截面结构，也可以采用单模转多模或者多模转单模的结构。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衬底110上，之后再对发射波导120和接收波导130的相应表面进行镀膜，形成第一反射面121和第二反射面131；还可以先将发射波导120和接收波导130制备好，再通过精密组装的方式将发射波导120和接收波导130组装在一个衬底110上。当然，在其他实施例中，发射波导120和接收波导130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。

本实施例中衬底110可以位于发射波导120的出光侧，发射波导120输出的探测光线可以不经过衬底110直接发射至收发模块100外；或者位于与发射波导120的出光侧相背的一侧，经发射波导120输出的探测光线可以经过衬底110发射至收发模块100外。当衬底100位于发射波导120的出光侧时，衬底100需采用透光材料制成，此时发射波导120和接收波导130位于收发模块内侧，不易损坏。当衬底100位于与发射波导120的出光侧相背的一侧时，光线不经过衬底100直接射出，设计衬底100时无需考虑其材料对探测光线和回波光线的影响，使得衬底100制备材料所选空间大，便于其设计和加工。

本发明实施例提供的激光雷达的工作原理如下，如图2及图10所示：

探测目标物时，发射模块200发出探测光线，探测光线经发射波导120的入射端进入发射波导120，经发射波导120传导后到达第一反射面121，之后经第一反射面121反射，到达准直模块300，之后经准直模块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形成回波光线，回波光线依次经扫描模块400、准直模块300照射至第二反射面131上，之后经第二反射面131反射进入接收波导130，再经接收波导130传导至接收波导130的输出端，之后经接收波导130输出至接收模块600，接收模块600对回波光线进行接收并处理。

而本发明实施例提供的收发模块100，在发射波导120的出光侧设置了第一反射面121，在接收波导130的入光侧设置了第二反射面131，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接收波导130接收，且发射波导120和接收波导130沿第一方向A间隔排布，使用时通过设计收发模块的方位使第一方向A与X方向平行，可使得回波光线和探测光线即使在X方向上错开≥0.05°的角度，回波光线仍可以被接收波导130所接收。使用时，根据需要在第一方向A上设置多个收发模组，并使多个收发模组在平行于Y方向上的第二方向B上错位设置，可提高同时提高X方向和Y方向上的探测通道数量，进而同时提高激光雷达在X方向和Y方向上的分辨率。

另外，采用本发明实施例提供的收发模块100，可使得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，提升可靠性。

由此可见，第一方面，本发明实施例提供的收发模块100在第一方向A上设置了至少一个收发模组，每个收发模组的波导直接发射和接收，收发模块100集成在平面光波导芯片上，实现收发一体，无需使用空间光环形器，提高激光雷达的集成度。同时借助第一反射面121和第二反射面131，使得沿平行于衬底110表面方向的光路偏折，收发模块100能够在两个方向上调整收发模组的光路位置，或者调整多个收发模组的光路的相对位置关系，进而在X方向、Y方向均能优化激光雷达的分辨率。第二方面，每个收发模组的发射波导120和接收波导130间隔设置，补偿第一方向A的接收角度滞后效应(即walkoff效应)，提高其在第一方向A上的接收效率，进而提高激光雷达的测距能力。

具体的，加工时，可先将发射波导120的其中一端加工出一个斜面，再在该斜面上镀全反射波导膜，或者贴设反射膜等，以形成第一反射面121，还可以在发射波导120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，或者贴设反射膜等，以避免在发射波导120内传输的探测光线由发射波导120的出光区域以外的区域出射，影响探测光线的出射量。上述出光区域是指发射波导120内的探测光线经第一反射面反射后向外出射时覆盖的波导区域。同理，接收波导130中的第二反射面131也可以采用上述方式进行制造，两个反射面可以同时进行制备，也可以分别进行制备，同时接收波导130的外表面中除入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，以避免在接收波导130内传输的回波光线由接收波导130的入光区域以外的区域泄露，影响接收模块600的回波光线的接收量。上述入光区域是指回波光线经入光区域射向第二反射面后进入接收波导130内。

采用本实施例提供的结构，便于第一反射面121和第二发射面131的加工，且使得收发模块整体结构紧凑，体积小。

上述各实施例中，收发模组包括N个发射波导和N个接收波，其中N≥1。在一个可选的实施例中，同一收发模组中包括一个发射波导和N个接收波导。具体的，当同一收发模组中设有一个接收波导时，收发模组的结构简单，生产成本较低。当接收波导设有多个时，可有效增大收发模组的接收面面积，进而提高回波光线的接收率和应用该收发模组的激光雷达的测距能力。采用上述实施例提供的激光雷达进行探测时，通过扫描模块偏转光路快速扫描视场实现对待测区域内物体的探测。由于远距离探测时光子飞行的时间较长，扫描模块在此期间已发生不可忽视的移动；扫描模块在接收回波光线时的空间指向，相较于发射探测光线时的空间指向发生了改变，即造成了激光雷达扫描接收角度滞后效应。接收角度滞后效应导致的偏移量，与光子飞行的时间有关，时间越长偏移量越大。因此，从更远距离处的物体反射后返回的回波光线的偏移量更大。这里所说的激光雷达扫描接收角度滞后效应，既表现在X方向上，又表现在Y方向上。从前述可知，不同距离的物体对应的光子飞行时间不同。对于激光雷达而言，由于其测距范围较大，回波光线的偏移量差异也较大，单个接收波导无法有效接收整个测距范围内的回波光线，影响接收效率。收发模组设置N个接收波导，能够对应多种偏移量的回波光线，提高收发模组的接收耦合效率，进而提高激光雷达的测距能力。

上述各实施例中，为使得接收波导的接收效果良好，位于同一收发模组内的波导之间的间距小于2μm。

在一个可选的实施例中，每个收发模组中发射波导的任意一边或两边放置有多个接收波导。如图3所示，收发模组包括沿第一方向A排列的一个发射波导120和三个接收波导130，三个接收波导130依次排列设置于发射波导120的一侧。对于朝固定方向运动的扫描模块而言，因其引起的接收角度滞后的偏移量的方向也始终固定。位于同一收发模组中的所有接收波导130共同组成接收波导阵列，用以扩大接收面积，进而改善激光雷达因扫描模块400带来的光滞后问题。示例性的，扫描模块为绕垂直轴旋转的倾斜反射镜，则接收的回波光线也向一侧偏移。此时，将至少一个接收波导130均设置于发射波导120的一侧即可扩大接收面积。至少一个接收波导130也可以位于发射波导120的两侧。如图4所示，收发模组包括沿第一方向A排列的一个发射波导120和两个接收波导130，两个接收波导130分别设置于发射波导120的两侧。对于往复运动的扫描模块而言，因其引起的接收角度滞后的偏移量的方向也往复变化。示例性的，扫描模块为往复运动的振镜，如绕垂直轴往复运动的一维振镜，则接收的回波光线也向两侧(如往左/往右)往复偏移。此时，将多个接收波导130设置于发射波导120的两侧，能够接收到偏移至发射波导120左右两侧的回波光线。

在一个可选的实施例中，同一个收发模组内，发射波导的第一反射面和接收波导的第二反射面沿第一方向对齐，便于光路设计以及两个反射面的同时加工。

为进一步提高回波光线的接收率以及将回波光线耦合进入接收波导的耦合效率，在上述各实施例的基础上，如图2所示，接收波导130的输入端形成有扩口结构132，扩口结构132在第一方向A上的宽度大于接收波导130中的单模波导在第一方向A上的宽度。

本实施例中的扩口结构132是沿回波信号传输方向由宽变窄的结构，可以是均匀变化的锥形结构，也可以是不均匀变化的锥形结构。扩口结构132的设置，使得接收波导130在第一方向A的信号接收面增大。不同的扫描条件下，扫描装置的扫描速度不同，引起的回波光线在垂直方向上偏移量不同，接收波导130仍能接收到足够能量(满足系统接收灵敏度的最低要求即可)的回波光，进而可以有效缓解接收角度的滞后效应，对FMCW激光雷达接收效率的影响。采用本发明实施例提供的收发模块100，可有效提高FMCW激光雷达接收回波光的效率，进而保证激光雷达的探测距离。

上述扩口结构可以有多种设置形式，请参照图2所示，在一个可选的实施例中，接收波导130的输入端形成有锥形结构，锥形结构为扩口结构132。采用这一结构，本实施例提供的收发模块100及采用这一收发模块100的激光雷达，在不同程度的接收角度的滞后效应下，仍能有效接收到不同偏移量的回波光线，保证远近距离探测的系统要求，提高测距性能。

在一个具体的实施例中，接收波导包括依次连接的多模波导、锥形过渡波导和单模波导。其中，多模波导和锥形过渡波导组合形成扩口结构。发射波导为单模波导。在另一些实施例中，多模波导还可以是少模波导。

在一个可选的实施例中，如图8和图9所示，衬底110位于发射波导120的出光侧，如发射波导120设置于衬底110的下表面，第一反射面121与第一表面111之间的夹角为30°-60°之间的任一角度，第二反射面131与第一表面111之间的夹角也为30°-60°之间的任一角度。在另一个可选的实施例中，如图6和图7所示，衬底110位于发射波导120出光侧的背侧，入发射波导120设置于衬底110的上表面，第一反射面121与第一表面111之间的夹角为120°-150°之间的任一角度，第二反射面131与第一表面111之间的夹角也为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激光雷达系统设计时收发模块与扫描模块的位置配合关系、探测视场角要求等方面进行设定，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。当第一反射面121和第二反射面131的倾斜角度相同时，便于同时加工，可有效提高加工效率。当第一反射面121和第二反射面131的倾斜角度不同时，可以适应于不同的工作环境，如回波光线发生一定范围的偏移时，第二反射面131可设置的倾斜角度大一些以接收更多的回波光线。

在一个具体的实施例中，如图9所示，衬底110位于发射波导120的出光侧，第一反射面121和第二反射面131与第一表面111之间的夹角分别为45°。在另一个具体的实施例中，如图7所示，衬底110位于发射波导120出光侧的背侧，第一反射面121和第二反射面131与第一表面111之间的夹角分别为135°。

为提高上述各实施例提供的收发模块的反射率，减少其光能损失，在一个可选的实施例中，第一反射面和第二反射面上均镀有高反膜。

在一个可选的实施例中，如图2所示，收发模组的个数大于等于2，多个收发模组沿第一方向依次排列。每个收发模组为一个探测通道，采用多个收发模组，即增加了激光雷达的探测通道数量，进而可以增加第一方向(即X方向)的分辨率，当然也能一定程度上提高接收效率。

在一个可选的实施例中，多个收发模组的第一端位于同一平面上，第二端位于同一平面上。其中，第一端为收发模组出射探测光线和接收回波光线的一端，第二端为收发模组接收探测光线和输出回波光线的一端。如此，便于收发模组的生产，且第一端和第二端均形成于衬底的表面上即可。

在另一个可选的实施例中，如图2所示，多个收发模组的第一端在第二方向B上依次错开设置，第二方向B垂直于第一方向A。具体的，每个收发模组设有一个发射波导，这里所说的多个收发模组的第一端在第二方向B上依次错开设置，是指多个收发模组中的发射波导的出光面的中心点沿第二方向依次错开设置。本实施例中所有收发模组的第一端在第二方向B上依次错开设置，能够增加第二方向B上的通道数量。当收发模组垂直放置，其第一方向A与X方向平行时，第二方向与Y方向平行，如此可以有效增加激光雷达在Y方向上的探测通道数量，即提高相应激光雷达在Y方向上的分辨率，提高激光雷达的探测精度。

在上述实施例的基础上，多个收发模组的第二端位于同一平面上。采用这一结构，所有发射波导120的入光端和所有接收波导130的出光端位于同一平面上，便于发射波导与发射模块的耦合封装结构设计，以及接收波导与接收模块的耦合封装结构设计。

在另一个可选的实施例中，如图5所示，收发模组设有多个，所有收发模组的长度相等，且多个收发模组的第一端在垂直于第一方向A的第二方向B上依次错位设置，多个收发模组的第二端呈台阶状。与上述实施例相似，本实施例能够在第二方向B上增加通道数量；使用该收发模块的激光雷达能够在Y方向上提高分辨率，提高探测精度，也能减少Y方向上接收角度滞后效应对激光雷达探测的不良影响，提高测距能力。另外，采用本实施例提供的结构，组装时可先将各个收发模组单独批量制备好，再通过机械组装的方式将多个收发模组组装成一个整体，形成收发模块100，便于提高生产效率。

综上所述，图2和图5对应的两个实施例中，首先通过在PLC(Planar LightwaveCircuit，平面光波导)芯片的表面沿第一方向设置多个收发模组，使经过收发模块出射和接收的多个光路沿第一方向错开；其次，在每个收发模组的发射波导的出光侧设置第一反射面，接收波导的入光侧设置第二反射面，改变收发模组的光路方向，使其从平行于PLC芯片表面变为与PLC芯片表面呈一定夹角，使经过收发模块出射和接收的多个光路能够沿第二方向错开。应用于激光雷达中的收发模块垂直设置，第一方向A与X方向平行，第二方向B与Y方向平行，能够同时实现X方向分辨率和Y方向分辨率的提升。另外，相较于通过在PLC芯片厚度方向堆叠的方式设置多个发射波导-接收波导组，以同时提高X方向和Y方向上的分辨率的设计方式，采用上述实施例提供的收发模块的设置方式，生产过程中无需对PLC芯片的晶圆做减薄、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，且整体结构集成度更高，生产效率更高，且成本更低。

请参照图1所示，本发明的另一个实施例，提供了一种激光雷达包括发射模块200、扫描模块400、接收模块600，和前述实施例提供的收发模块100。其中，发射模块200用于发射探测光线，收发模块100用于接收探测光线并将探测光线出射至扫描模块400，还用于接收扫描模块400传递的回波光线，扫描模块400用于接收并反射探测光线，以使得探测光线偏折后向外射向待测区域，还用于接收并反射回波光线，以使回波光线偏振后射向收发模块100，接收模块600用于接收并处理收发模块100传递的回波信号。

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激光器(Distributed Feedback Laser，分布式反馈激光器)，可以是EEL激光器(Edge EmittingLaser，边缘发射激光器)，也可以是VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)，还可以是DFB激光器+EDFA(Erbium-doped Optical FiberAmplifier，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、光栅耦合、微透镜耦合，也可以是直接耦合。接收模块600可以包括接收器和处理电路、接收处理芯片、硅光相干接收芯片中的一种或者多种组合。

如图1所示，扫描模块400在X方向(可以是水平方向)和Y方向(可以是垂直方向)上偏折光线，使激光雷达在水平方向和垂直方向上进行扫描。可以理解的是，激光雷达正向放置时，X方向即为水平方向、Y方向即为垂直方向。在实际使用时，因为激光雷达的固定位置、固定角度不同，X方向也可能不是水平方向、Y方向也可能不是垂直方向。本实施例中的收发模块100和上述各实施例提供的收发模块100，均以激光雷达的X方向和Y方向为基准进行描述。当扫描模组400包括绕垂直轴旋转的多面镜时，激光雷达的接收角度滞后效应在X方向上更为明显。为了解决X方向上的接收角度滞后效应造成的接收效率低进而影响测距的问题，收发模组中的发射波导和至少一个接收波导需沿X方向排列，即收发模块100的第一方向A平行于X方向。

采用本实施例提供的激光雷达的工作原理如下：

发射模块200发出探测光线，探测光线通过耦合进入收发模块100，之后经收发模块100传导出射后射向扫描模块400，再经过扫描模块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，之后回波光线通过耦合进入收发模块100，收发模块100将回波光线射向接收模块600，接收模块600根据接收到的回波光线进行解算得到探测结果。

本发明实施例提供的激光雷达，采用了上述各实施例提供的收发模块100，使得自身在垂直方向上具有多个探测通道，可以有效提高自身在垂直方向上的分辨率，且实现了收发一体功能，无需使用空间光环形器，集成度高。

在一个具体的实施例中，如图1所示，激光雷达还包括准直模块300，探测光线由收发模块100出射后射向准直模块300，准直模块300对探测光线进行准直，以减小探测光线的扩散角，使探测光线更会聚，提高探测能力。此外，扫描模块400接收回波光线后也射向准直模块300，准直模块300对回波光线进行会聚，以压缩回波光线的光斑尺寸，使回波光线会聚到收发模块100的接收口径处，提高回波光线的接收效率。

在一个具体的实施例中，如图10所示，激光雷达可以为调频连续波激光雷达。调频连续波激光雷达还包括分光模块500，用于将发射模块200发射的探测光线分为两部分，一部分作为探测光线耦合进入收发模块100，另一部分作为本振光线耦合进入接收模块600。

还包括信号处理模块700，用于对接收模块600输出的回波电信号进行处理。处理模块包括信号调整电路、信号采集电路、信号处理电路、控制算法电路和对外接口等。

发射模块200可以采用光纤激光器发射探测光线，并通过一根或者数根光纤耦合入收发模块100的N路收发模组的发射波导120中，N路收发模组的接收波导130接收对应的回波光线后，耦合进入接收模块600。分光模块500将本振光线也分为N路耦合进入接收模块600。接收模块600包括N个接收路，每个接收路分别接收一路本振光线和一路接收波导130的回波光线，拍频后输出相应的回波电信号，并将回波电信号发送给信号处理模块700。

以上所述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 (10)

1.一种收发模块，其特征在于，包括衬底以及设置在所述衬底的第一表面的至少一个收发模组，每个所述收发模组均包括沿第一方向间隔排布的发射波导和接收波导；

所述发射波导的出光侧设置有第一反射面，所述第一反射面用于反射所述发射波导内传输的探测光线，以使所述探测光线向外出射；

所述接收波导的入光侧设置有第二反射面，所述第二反射面用于接收并反射回波光线，以使回波光线进入所述接收波导。

2.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述发射波导的出光端形成所述第一反射面，所述接收波导的入光端形成所述第二反射面。

3.如权利要求2所述的收发模块，其特征在于，所述收发模组包括沿所述第一方向排列的一个所述发射波导和一个所述接收波导，所述发射波导和所述接收波导的间距小于2μm。

4.如权利要求2所述的收发模块，其特征在于，属于同一个所述收发模组的所述发射波导的所述第一反射面和所述接收波导的所述第二反射面，在第一方向上对齐。

5.如权利要求1-4任一项所述的收发模块，其特征在于，所述接收波导的输入端形成有扩口结构。

6.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述衬底位于所述探测光线的出光侧，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，所述衬底位于所述探测光线的出光侧的背侧，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°。

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上均镀有高反膜。

8.如权利要求1所述的收发模块，其特征在于，所述收发模组的个数大于等于2，多个所述收发模组沿所述第一方向依次排列。

9.如权利要求8所述的收发模块，其特征在于，多个所述收发模组的第一端沿第二方向依次错开设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括发射模块、准直模块、扫描模块、接收模块和权利要求1-9任一项所述的收发模块，所述发射模块发射探测光线并耦合进入所述收发模块，所述探测光线经过所述收发模块后射向所述准直模块，准直后的所述探测光线经过所述扫描模块后向外出射，所述扫描模块使所述探测光线在X方向和Y方向进行扫描；所述扫描模块还用于接收返回的回波光线，并使所述回波光线射向所述准直模块，所述回波光线经过所述准直模块后耦合进入所述收发模块，所述回波光线经过所述收发模块后进入所述接收模块，所述接收模块接收并处理所述回波光线。