CN118091610A - 发射模组、mems振镜激光雷达系统及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种发射模组，被配置为沿预设扫描路径检测视场范围。发射模组包括MEMS振镜模块、光源模块及控制模块。MEMS振镜模块分时偏转对光束的不同反射角度，不同反射角度的偏转轨迹定义为MEMS振镜模块对光束的反射路径。反射路径包括多个平行于第一方向的第一分部，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布。光源模块对应反射路径中预设的反射角度发出光束。控制模块控制MEMS振镜模块依次偏转对光束的反射角度。其中，第一分部首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，控制模块控制光源模块对应MEMS振镜模块在间歇段偏转光束反射角度期间停止发射光束。本申请还提供包括发射模组的MEMS振镜激光雷达系统及电子设备。

Description

发射模组、MEMS振镜激光雷达系统及电子设备
技术领域
本申请属于光电检测领域，尤其涉及一种通过微机电系统(MicroElectromechanical System,MEMS)振镜实现光束偏转的发射模组、MEMS振镜激光雷达系统及电子设备。
背景技术
激光雷达的测距功能通常基于飞行时间(Time of Flight, ToF)测量原理，亦即通过向测量场景发射激光脉冲，测量激光脉冲在激光雷达与目标物体之间来回的飞行时间来计算目标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、无人飞行器、AR/VR等领域。
利用ToF测量原理进行测距的检测装置发出的单束光所能覆盖的视场角有限，需要通过不断改变光束照射方向进行扫描的方式来获得更大的视场范围。目前，常用的一种改变光束发射方向的方式主要通过机械结构转动检测装置的发射模组和接收模组实现，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会对使用它的终端设备外形造成影响。采用MEMS振镜的反射来偏转光束可在一定程度上缩小产品尺寸和提高产品可靠性，然而MEMS振镜对光束的偏转速度会有明显的快慢差异，在MEMS振镜偏转光束速度较慢的阶段容易造成光束在对应偏转角度上的发射时间明显冗余，导致不必要的能量损耗。
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发射模组、MEMS振镜激光雷达系统及相关的电子设备。
第一方面，本申请提供一种发射模组，被配置为沿预设扫描路径对视场范围进行三维信息感测。所述发射模组包括MEMS振镜模块、光源模块及控制模块。MEMS振镜模块被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的反射路径。所述反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布。光源模块被配置为对应反射路径中预设的反射角度发出光束。控制模块被配置为控制MEMS振镜模块依次偏转对光束的反射角度。其中，第一分部首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，所述控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在间歇段偏转光束反射角度期间停止发射光束。
第二方面，本申请提供一种发射模组，被配置为沿预设扫描路径对视场范围进行三维信息感测。所述发射模组包括第一MEMS振镜模块、第二MEMS振镜模块、光源模块及控制模块。第一MEMS振镜模块被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的第一反射路径。所述第一反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布。第二MEMS振镜模块被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的第二反射路径。所述第二反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布。光源模块被配置为对应第一反射路径和第二反射路径中预设的反射角度发出光束。控制模块被配置为控制第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块依次偏转对光束的反射角度。其中，第一分部首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，第一分部还包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段。所述控制模块被配置为控制光源模块对应第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块在各自间歇段偏转光束反射角度期间停止发射光束，对应第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块在各自扫描段偏转的光束反射角度发射光束。所述第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块沿第一方向并排设置，以使得对应形成第一反射路径与第二反射路径在各自相邻的一侧相互拼接。第一反射路径各第一分部位于拼接侧的间歇段与第二反射路径各对应第一分部的扫描段相互重叠，第二反射路径各第一分部位于拼接侧的间歇段与第一反射路径各对应第一分部的扫描段相互重叠。
第三方面， 本申请提供一种MEMS振镜激光雷达系统，其被配置为对预设的视场范围内的物体进行距离检测。所述MEMS振镜激光雷达系统包括接收模组、处理模块及如上所述的发射模组。所述接收模组被配置为感测来自所述视场范围的光信号。接收模组包括光电传感器及接收光学器件。所述光电传感器包括多个感光像素，其被配置为响应所述光信号并输出相应的光感应信号。所述接收光学器件被配置为将来自所述视场范围不同方位的光信号分别传输至对应的所述感光像素。所述处理模块被配置为处理所述光感应信号以获取三维信息。
第四方面，本申请提供一种电子设备，包括应用模块及如上所述的MEMS振镜激光雷达系统。所述应用模块被配置为根据所述MEMS振镜激光雷达系统的检测结果实现相应的功能。
本申请的有益效果：
本申请通过在MEMS振镜模块对光束反射角度的偏转速度较慢的间歇段停止发射光束，可避免光束在与间歇段对应的偏转角度上发射时间的明显冗余而造成不必要的能量损耗，提高MEMS振镜激光雷达系统的能量利用率。
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MEMS振镜激光雷达系统一实施例的功能模块示意图。
图3为图2中所述发射模组的光路示意图。
图4为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图5为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图6为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图7为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图8为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的发射光束的频率随扫描路径变化的示意图。
图9为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的发射光束的功率随扫描路径变化的示意图。
图10为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图11为图3中所述发射模组的偏转角度放大模块的光路示意图。
图12为图3中所述发射模组的偏转角度放大模块的光路示意图。
图13为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图14为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图15为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统的光束扫描路径示意图。
图16为本申请一实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统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发射模组，被配置为沿预设扫描路径对视场范围进行三维信息感测。所述发射模组包括MEMS振镜模块、光源模块及控制模块。MEMS振镜模块被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的反射路径。所述反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布。光源模块被配置为对应反射路径中预设的反射角度发出光束。控制模块被配置为控制MEMS振镜模块依次偏转对光束的反射角度。其中，第一分部首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，所述控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在间歇段偏转光束反射角度期间停止发射光束。
在一些实施例中，所述MEMS振镜模块为二维MEMS振镜模块，被配置为沿第一方向和第二方向偏转对光束的反射角度。
在一些实施例中，所述第二分部为平行于第二方向的线段，所述第二分部分别连接相邻的两个第一分部位于同一侧的端部，相邻的两个第一分部上对光束的反射角度的偏转方向相反；或者，
所述第二分部为相较于第一方向倾斜设置的线段，所述第二分部分别连接相邻的两个第一分部各自不同侧的端部，相邻的两个第一分部上对光束的反射角度的偏转方向相同。
在一些实施例中，所述第一方向与第二方向相互垂直设置，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。
在一些实施例中，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述MEMS振镜模块被配置为在中间段偏转光束反射角度的速度高于在第一段和第二段偏转光束反射角度的速度。
在一些实施例中，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述控制模块被配置为控制光源模块在扫描中间段时发射光束的频率高于在扫描第一段和第二段时发射光束的频率。
在一些实施例中，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述控制模块被配置为控制光源模块在扫描中间段时发射光束的功率高于在扫描第一段和第二段时发射光束的功率。
在一些实施例中，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述控制模块被配置为控制光源模块在扫描中间段时发射光束的次数低于在扫描第一段和第二段时发射光束的次数。
本申请的实施例提供一种发射模组，被配置为沿预设扫描路径对视场范围进行三维信息感测。所述发射模组包括第一MEMS振镜模块、第二MEMS振镜模块、光源模块及控制模块。第一MEMS振镜模块被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的第一反射路径。所述第一反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布。第二MEMS振镜模块被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的第二反射路径。所述第二反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布。光源模块被配置为对应第一反射路径和第二反射路径中预设的反射角度发出光束。控制模块被配置为控制第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块依次偏转对光束的反射角度。其中，第一分部首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，第一分部还包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段。所述控制模块被配置为控制光源模块对应第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块在各自间歇段偏转光束反射角度期间停止发射光束，对应第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块在各自扫描段偏转的光束反射角度发射光束。所述第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块沿第一方向并排设置，以使得对应形成第一反射路径与第二反射路径在各自相邻的一侧相互拼接。第一反射路径各第一分部位于拼接侧的间歇段与第二反射路径各对应第一分部的扫描段相互重叠，第二反射路径各第一分部位于拼接侧的间歇段与第一反射路径各对应第一分部的扫描段相互重叠。
在一些实施例中，所述光源模块包括对应设置的第一光源和第二光源，以分别独立向第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块发射光束。
在一些实施例中，还包括分束器件，所述光源模块发出的光束经分束器件分出第一光束和第二光束，第一光束发射至第一MEMS振镜模块，第二光束发射至第二MEMS振镜模块。
在一些实施例中，还包括光束偏转器件，光源模块发出的光束经光束偏转器件在不同时段分别偏转至第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块。
本申请的实施例还提供一种MEMS振镜激光雷达系统，其被配置为对预设的视场范围内的物体进行距离检测。所述MEMS振镜激光雷达系统包括接收模组、处理模块及如上所述的发射模组。所述接收模组被配置为感测来自所述视场范围的光信号。接收模组包括光电传感器及接收光学器件。所述光电传感器包括多个感光像素，其被配置为响应所述光信号并输出相应的光感应信号。所述接收光学器件被配置为将来自所述视场范围不同方位的光信号分别传输至对应的所述光电转换器件。所述处理模块被配置为处理所述光感应信号以获取三维信息。其中，所述三维信息例如可以用于3D建模、身份识别、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(Virtual Reality,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。
在一些实施例中，所述感光像素包括至少一个光电转换期间，所述光电转换器件为单光子雪崩二极管、雪崩光电二极管或硅光电倍增管中的任意一种或多种的组合。
本申请的实施例还提供一种电子设备，其包括所述MEMS振镜激光雷达系统。所述电子设备根据MEMS振镜激光雷达系统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、无人移动载具、飞行器等。以智能驾驶车辆为例，在智能驾驶车辆中设置MEMS振镜激光雷达系统可通过快速重复地发射作为光束的激光脉冲来扫描周围环境，以获得视场范围内物体的形貌、位置和运动情况的点云数据。
以下，将参照附图详细描述MEMS振镜激光雷达系统应用于电子设备上的实施例。
图1是本申请实施例提供的MEMS振镜激光雷达系统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MEMS振镜激光雷达系统的功能模块示意图。
参照图1和图2，所述电子设备1包括MEMS振镜激光雷达系统10。所述MEMS振镜激光雷达系统10被配置为沿预设扫描路径对视场范围进行三维信息感测，所述视场范围可定义为MEMS振镜激光雷达系统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MEMS振镜激光雷达系统10的视场角或视场范围。
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MEMS振镜激光雷达系统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：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前方预设的视场范围内；或者，根据物体2在视场范围内的距离信息和方位信息控制电子设备1的运动进行避障或导航、3D建模、机器视觉等；或者，根据物体2表面的深度信息实现身份识别。亦即，所述应用模块20可为包括执行上述操作和实现上述功能所需的硬件和控制协调所述硬件运作所需的软件的集合。
所述电子设备1还可以包括存储介质30，所述存储介质30可以为所述电子设备1和/或MEMS振镜激光雷达系统10在运行过程中的存储需求提供支持。如图1所示，在一些实施例中，所述存储介质30可设置在电子设备1的内部。如图2所示，在一些实施例中，所述存储介质30也可以设置在所述MEMS振镜激光雷达系统10的内部。
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MEMS振镜激光雷达系统10在运行过程中的数据处理需求提供支持。如图1所示，在一些实施例中，所述处理器40可设置在电子设备1的内部。如图2所示，在一些实施例中，所述处理器40也可以设置在所述MEMS振镜激光雷达系统10的内部。
可选地，在一些实施例中，所述MEMS振镜激光雷达系统10例如可以基于直接飞行时间(direct Time of Flight, dToF)原理进行三维信息感测，通过向视场范围内发射光束并接收经视场范围内物体2反射回来的光束，反射回来的所述光束的发射时刻与接收时刻之间的时间差被称为所述光束的飞行时间t，通过计算所述光束在飞行时间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。
在另外一些实施例中，所述MEMS振镜激光雷达系统10也可以基于间接飞行时间(indirect Time of Flight, iToF)测量原理进行三维信息感测，通过比较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。
在另外一些实施例中，所述MEMS振镜激光雷达系统10也可以基于调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)测量原理进行三维信息感测，通过把返回光和发射光做干涉，并利用混频探测技术测量发送和接收的频率差异，再通过频率差换算出目标物的距离。
在本申请下面的实施例中，主要以所述MEMS振镜激光雷达系统10为dToF测量原理为例进行说明。
在一些实施例中，如图2所示，所述MEMS振镜激光雷达系统10包括发射模组12、接收模组14和处理模块15。所述发射模组12被配置为向视场范围发射光束，并按照预设的扫描路径分时偏转光束的照射方向以实现对整个视场范围的扫描，其中的部分光束会被所述物体2反射而返回，反射回来的光束回波携带有所述物体2的三维信息，其中一部分光束回波可以被所述接收模组14感测以获取物体2的三维信息。所述接收模组14被配置为感测来自视场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对视场范围内物体2进行三维信息检测。可以理解的是，所述接收模组14所感测的光信号可以包括被视场范围内的物体2反射回来的光束回波，也可以包括视场范围内的环境光。所述处理模块15被配置为分析处理所述光感应信号以获得光束回波被接收模组14感测到的时刻，例如：基于时间相关单光子计数(Time-Correlated Single Photon Counting，TCSPC)技术处理和分析所述光感应信号以通过构建的光子计数直方图来获得光束回波被感测到的时刻。在此基础上，所述处理模块15还被配置为根据所述光束的发射时刻与反射回来被感测时刻之间的时间差异来获得视场范围的三维信息。
所述处理模块15可以设置在MEMS振镜激光雷达系统10上，例如设置在所述接收模组14的光电传感器140内。应理解的是，在其他一些实施例中，所述处理模块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。
在一些实施例中，所述光束例如可以为依次发射的多个激光脉冲。所述发射模组12被配置为按照预设的时间序列发射所述激光脉冲作为光束。具体而言，所述发射模组12沿预设的扫描路径分时扫描视场范围内位于不同方位的视场分区13，并按照对应预设的时间序列向被扫描的视场分区13发射多个光束脉冲进行三维信息检测。每完成对一个视场分区13发射多个光束脉冲并分析接收模组14感测到光信号的时间分布即可对应获得该视场分区13的三维信息，此过程可视为一个分区检测时段，依序对多个视场分区13逐个扫描完一次后视为对整个视场范围完成一帧检测，可对应获得整个视场范围全部视场分区13的三维信息，能够用于构建整个视场范围一帧的点云。亦即，对视场范围的一个检测帧包括与视场范围内全部视场分区13的扫描分别对应的多个分区检测时段。
可选地，所述光束例如为可见光、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等。
在一些实施例中，所述发射模组12与接收模组14并排设置，采用离轴光路进行发射和感测。所述发射模组12的出光面与所述接收模组14的入光面均朝向MEMS振镜激光雷达系统10的同一侧，所述发射模组12与接收模组14的间距范围例如可以为2毫米(mm)至20mm。由于所述发射模组12与接收模组14之间靠得比较近，所述光束从发射模组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，但两者均远大于发射模组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MEMS振镜激光雷达系统10之间的距离。
在一些实施例中，如图2所示，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，被配置为将来自视场范围不同方位的光信号分别传播至所述光电传感器140上对应的感光像素142进行感测。例如，所述接收光学器件144可以包括接收镜头(图未示)。例如，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从视场范围传播而来的光信号并输出相应的光感应信号。
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。
所述光电传感器140可以包括单个感光像素142或者包括多个感光像素142。多个感光像素142可以呈二维阵列排布以形成感光像素阵列。所述MEMS振镜激光雷达系统10的视场范围包括多个分别位于不同方位的视场分区13，多个感光像素142被配置为与所述多个视场分区13具有预设的对应关系，从其中一个视场分区13返回的光信号可经所述接收光学器件144传播至对应的一个或多个感光像素142进行感测。亦即，与感光像素142对应的视场分区13可视为该感光像素142经接收光学器件144形成的视场，多个感光像素142各自对应的视场分区13拼接起来即为MEMS振镜激光雷达系统的视场范围。由此，当发射模组12发射的光束扫描到该视场分区13而该视场分区13上存在有物体2时，物体2反射回去的光束回波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，从所述视场分区13返回的光信号包括来自该视场分区13的环境光的光子，当该视场分区13存在有物体2时也包括被投射至该视场分区13而被物体2反射回去的光束回波。应理解的是，一个视场分区13可以被配置为与一个感光像素142相对应。或者，一个视场分区13也可以被配置为与多个感光像素142相对应，该视场分区13被扫描时对应的一个或多个感光像素142被激活开始工作以进行三维感测，所获取的光感应信号合并用于获取该视场分区13的三维信息。应理解的是，其他未被光束扫描到的视场分区13所对应的感光像素142可被控制为停止工作，以减少功耗，降低由环境光引发的噪声。
所述感光像素142可以为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。可选地，所述光电转换器件例如可以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，或者上述多种的组合。
图3为图2中所述发射模组12一实施例的光路立体示意图。为了方便描述所述发射模组12发出光束的偏转扫描情况，以光束沿所述视场范围的中心角度所在方向为Y轴，第一方向为X轴，第二方向为Z轴，建立正交直角坐标系，本申请的其他光路示意图也以此坐标系进行描述。应理解的是，在所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向的实施例中，XOY平面代表水平面，YOZ平面代表竖直平面。
如图3所示，所述发射模组12被配置为沿预设的扫描路径偏转光束，以对所述视场范围进行三维信息感测。所述发射模组12包括光源模块122、MEMS振镜模块126和偏转角度放大模块128。
所述光源模块122被配置为发射光束。所述光源模块122包括一个或更多个发光单元(图未示)，所述发光单元被配置为发出所述光束。所述发光单元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 EmittingDiode, LED)、激光二极管(Laser Diode, LD)、光纤激光器等形式的发光器件。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(DistributeFeedback, DFB)激光器、电吸收调制激光器(Electro-absorption Modulated, EML)等，本申请实施例对此不做限定。
在一些实施例中，所述发射模组12还可以包括准直模块121。所述准直单元121被配置为对所述光源模块122发出的光束沿所述光轴方向进行准直,以提高光源模块122所发出光束的准直度。例如，所述准直模块121可采用准直透镜、超透镜或柱面透镜等准直光学器件。
所述MEMS振镜模块126被配置为分别在不同时段依次偏转对光束的不同反射角度，以实现光束在不同时段对视场范围的偏转扫描。其中，光束的反射角度可定义为光束经反射后偏离视场范围中心方向的角度，也可以称为光束的偏转角度。
可选地，在一些实施例中，所述MEMS振镜模块126被配置为可沿不同的二维方向偏转对光束的反射角度，对光束的多个反射角度可由光束分别沿第一方向和第二方向偏离所述视场范围中心方向的角度进行定义。可选地，所述第一方向可与第二方向相互垂直设置。例如，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；在其他一些实施例中，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，在其他一些实例中，所述MEMS振镜模块126被配置为沿一维方向偏转对光束的反射角度。例如，所述MEMS振镜模块126被配置为仅沿水平方向偏转对光束的反射角度；或者，所述MEMS振镜模块126被配置为仅沿竖直方向偏转对光束的反射角度。
所述偏转角度放大模块128被配置为将MEMS振镜模块126反射后的光束在对应偏转方向上的偏转角度放大预设倍数。例如，偏转角度放大模块128将光束沿所述第一方向和/或第二方向的偏转角度放大对应的倍数。
所述控制模块18包括发射控制单元182和偏转控制单元184。偏转控制单元184被配置为控制MEMS振镜模块126依次偏转对光束的反射角度，所述反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块126对光束的反射路径，应理解为MEMS振镜模块126处于不同反射角度的状态时假设有光束被其反射时在视场范围的对应位置形成的光斑变化轨迹，与是否实际有光束被反射无关。
发射控制单元182被配置为控制光源模块122对应MEMS振镜模块126的不同反射角度中预设的反射角度发射光束，使得反射的光束在视场范围内对应的不同方位扫描，形成对视场范围的实际扫描路径。需要说明的是，MEMS振镜模块126对光束的反射路径需要光源模块122配合在反射路径的对应反射角度上发射光束才能形成对视场范围的实际扫描路径，所以MEMS振镜模块126对光束的反射路径可包括对视场范围的实际扫描路径，但两者不需要完全相同。光束实际的扫描路径为MEMS振镜模块126对光束的反射路径中光源模块122实际发出了光束的部分。本申请的实施例中，所述反射路径上形成有光束的实际扫描路径的部分用实线标示，反射路径上不是光束的实际扫描路径的部分用虚线标示。
例如，在如图4所示的实施例中，MEMS振镜模块126对光束的反射路径16包括多个第一分部1601，所述第一分部1601为平行于第一方向的线段，多个第一分部1601相互平行设置并沿第二方向依次间隔着排布。光源模块122发出的光束沿反射路径16上其中一个反射角度照射的区域可定义为与该反射角度对应的视场分区13，在光束经MEMS振镜模块126反射沿第一分部1601扫描的过程中依次对应照射沿第一分部1601排布的多个视场分区13，此种情况下所述第一分部1601可作为光束的实际扫描路径。MEMS振镜模块126对光束的反射路径16还包括连接不同第一分部1601的多个第二分部1602。在如图4所示的实施例中，第二分部1602为平行于第二方向的线段，第二分部1602分别连接相邻的两个第一分部1601位于同一侧的端部。发射控制单元182可被配置为控制光源模块122在MEMS振镜模块126对光束反射路径的第二分部1602上继续发射光束，以在第二分部1602上形成光束的实际扫描路径，图4中以实线表示实际扫描路径。此种情况下，光束在其中一条第一分部1601上沿预设方向从一端扫描至另一端，可经衔接的第二分部1602扫到相邻的另一条第一分部1601上，扫描方向与在上一条第一分部1601上的扫描方向相反。亦即，相邻的两个第一分部1601上的光束反射角度的变化方向相反。光束沿第一分部1601扫描过程中对应每一个反射角度所照射的区域形成一个视场分区13。光束在同一条第一分部1601上分别以两个相邻反射角度对应扫描的两个视场分区13可设置成相互拼接或部分重叠，以使得一条第一分部1601上全部视场分区13叠加后可以无遗漏地覆盖整个第一分部1601所对应视场角范围。光束沿第二分部1602偏转过程中可由检测当前第一分部1601上位于其中一侧末端的视场分区13切换到检测相邻的另一个第一分部1601上位于同一侧末端的视场分区13。光束在相邻两个第一分部1601上的对应位置分别扫描的两个视场分区13可设置成能够共同填补该相邻两个第一分部1601之间的间隔，由此光束依次扫描完沿第二方向排布的多个第一分部1601后可无遗漏地覆盖整个视场范围沿第二方向的视场角范围。
如图5所示，在其他一些实施例中，MEMS振镜模块126对光束的反射路径16包括多个第一分部1601，所述第一分部1601为平行于第一方向的线段，多个第一分部1601相互平行设置并沿第二方向依次间隔着排布。MEMS振镜模块126对光束的反射路径16还包括连接不同第一分部1601的多个第二分部1602，所述第二分部1602为相较于第一方向倾斜设置的线段，分别连接相邻的两个第一分部1601上位于各自不同侧的端部，以形成“Z”型的反射路径16。发射控制单元182可被配置为控制光源模块122在MEMS振镜模块126对光束反射路径的第二分部1602上继续发射光束，以在第二分部1602上形成光束的实际扫描路径，图5中以实线表示实际扫描路径。此种情况下，光束在其中一条第一分部1601上沿预设方向从一端扫描至另一端，再经衔接的第二分部1602扫到相邻的第一分部1601位于相对一侧的端部，则在这条相邻的第一分部1601上的扫描方向与在上一条第一分部1601上的扫描方向相同。亦即，所述光束在不同的第一分部1601上分别沿相同的扫描方向进行扫描。类似地，所述光束沿第一分部1601扫描过程中对应每一个反射角度所照射区域形成一个视场分区13。所述光束在同一条第一分部1601上分别以两个相邻反射角度对应扫描的两个视场分区13可设置成相互拼接或部分重叠，以使得一条第一分部1601上全部视场分区13叠加后可以无遗漏地覆盖整个第一分部1601所对应视场角范围。所述光束沿第二分部1602偏转过程中可由检测当前第一分部1601上位于其中一侧末端的视场分区13切换到检测相邻的另一条第一分部1601上位于相对另一侧末端的视场分区13。光束在相邻两条第一分部1601上的对应位置分别扫描的视场分区13可设置成能够共同填补该相邻两个第一分部1601之间的间隔，由此光束依次扫描完沿第二方向排布的多个第一分部1601后可无遗漏地覆盖整个视场范围沿第二方向的视场角范围。
例如，在如图6所示的实施例中，MEMS振镜模块126对光束的反射路径16与图4所示的实施例相同，包括平行于第一方向的多个第一分部1601以及平行于第二方向的多个第二分部1602，多个第一分部1601沿第二方向间隔排布，第二分部1602分别连接相邻的两个第一分部1601位于同一侧的端部。与图4所示实施例区别的是，在图6所示实施例中，发射控制单元182被配置为控制光源模块122在MEMS振镜模块126沿光束反射路径16的第一分部1601对应偏转反射角度时发射光束，而在MEMS振镜模块126沿光束反射路径16的第二分部1602对应偏转反射角度时停止发射光束。在此种情况下，发射模组12只在MEMS振镜模块126对光束反射路径16的第一分部1601上形成扫描路径，图6中以实线表示此部分的扫描路径，而在MEMS 振镜126对光束反射路径16的第二分部1602上没有形成光束的实际扫描路径，图6中以虚线表示此部门反射路径16。由此，在图6所示实施例中，发射模组12在视场范围中形成的光束实际扫描路径为MEMS振镜模块126对光束反射路径16中的多个平行于第一方向而沿第二方向间隔排布的第一分部1601。
例如，在如图7所示的实施例中，MEMS振镜模块126对光束的反射路径16与图5所示的实施例相同，包括平行于第一方向的多个第一分部1601以及相较于第一方向倾斜设置的多个第二分部1602，多个第一分部1601沿第二方向间隔排布，第二分部1602分别连接相邻的两个第一分部1601上位于各自不同侧的端部，以形成“Z”型的反射路径16。与图5所示实施例区别的是，在图7所示实施例中，发射控制单元182被配置为控制光源模块122在MEMS振镜模块126沿光束反射路径16的第一分部1601对应偏转反射角度时发射光束，而在MEMS振镜模块126沿光束反射路径16的第二分部1602对应偏转反射角度时停止发射光束。在此种情况下，发射模组12只在MEMS振镜模块126对光束反射路径16的第一分部1601上形成扫描路径，图6中以实线表示此部分的扫描路径，而在MEMS 振镜126对光束反射路径16的第二分部1602上没有形成光束的实际扫描路径，图6中以虚线表示此部门反射路径16。由此，在图6所示实施例中，发射模组12在视场范围中形成的光束实际扫描路径为MEMS振镜模块126对光束反射路径16中的多个平行于第一方向而沿第二方向间隔排布的第一分部1601。
MEMS振镜模块激光雷达系统10对整个视场范围的一帧检测包括与光束实际扫描路径对应的扫描期，亦即扫描期对应MEMS振镜模块126对光束的反射路径16中，光源模块122也同步发射光束而形成光束实际扫描路径的时段。而一帧检测对应MEMS振镜模块126对光束的反射路径16中，光源模块122并未同步发射光束的时段可定义为间歇期。由于MEMS振镜模块126沿第一分部1601偏转光束反射角度的速度明显高于沿第二分部1602偏转光束反射角度的速度，光束经MEMS振镜模块126从检测当前第一分部1601末端的视场分区13沿第二分部1602偏转至检测下一条第一分部1601起始端的视场分区13需要相对较长的时间。在图6和图7的实施例中，光束扫描完一个第一分部1601上全部视场分区13的时段可以定义为一个扫描期，则对应光束扫描路径的多个第一分部1601形成多个扫描期，对应MEMS振镜模块126的光束反射路径16中未同步发射光束的多个第二分部1602形成多个间歇期，对应于第一分部1601与第二分部1602之间的连接关系，所述间歇期连接相邻的两个扫描期。发射控制单元182控制光源模块122在扫描期内沿MEMS振镜模块126的光束发射路径16发射光束，以形成光束的实际扫描路径，发射控制单元182控制光源模块122在间歇期内停止发射光束。
所述控制模块18还可以包括感测控制单元186，被配置为根据光束的扫描方位控制对应的感光像素142依序分时工作，以接收来自光束当前所扫描的视场分区13的光信号。所述感测控制单元186被配置为在所述间歇期控制所述感光像素142停止工作。
其中，沿一个第一分部1601依次分布的多个视场分区13为同一排的视场分区13，对应感测所述同一排视场分区13的多个感光像素可定义为一个感光像素组，多个所述感光像素组分别对应感测沿第二方向依次排布的多排视场分区13。所述感测控制单元186被配置为控制感光像素142的分时工作与光束的扫描方位保持同步，同一个感光像素组内的感光像素142分时工作的顺序与对应感测的同一排视场分区13沿第一分部1601上被对应扫描的顺序相同。
例如，在图4和图6所示的实施例中，由于光束在相邻的两条第一分部1601上分别沿相反的扫描方向进行扫描，用于感测相邻两个第一分部1601上的视场分区13的两个感测像素组在光电传感器140上也对应地相邻排布，感测控制单元186控制相邻排布的两个感光像素组各自内部的感光像素142按照相反的顺序分时工作。
例如，在图5和图7所示的实施例中，由于光束在相邻的两条第一分部1601上分别沿相同的扫描方向进行扫描，用于感测相邻两个第一分部1601上的视场分区13的两个感测像素组在光电传感器140上也对应地相邻排布，感测控制单元186被配置为控制相邻排布的两个感光像素组各自内部的感光像素按照相同的顺序分时工作。
所述发射控制单元182还被配置为控制光源模块122在对一个视场分区13检测的对应分区检测时段内，按照预设的时序发射光束脉冲。光束沿MEMS振镜模块126的预设反射角度反射后所照射的区域即为与该预设反射角度对应的视场分区13。
在一些实施例中，如图8所示，所述第一分部1601包括中间段及分别位于所述中间段相对两侧的第一段和第二段。所述MEMS振镜模块126在所述中间段偏转光束的速度高于在所述第一段和第二段偏转光束的速度。由此，所述发射控制单元182还被配置为对应调整光源模块122发射光束的参数，以补偿因MEMS振镜模块126沿第一分部1601偏转光束的速度变化而造成发射模组12对不同视场分区13发射光束的总能量差异。而基于dToF原理的三维信息检测的检测效果，比如：检测准确度、检测精度和置信度等，与检测所发射的光束能量有关，所以减少对不同方位的视场分区13的光束能量差异可以缩小对不同方位的视场分区13的检测效果差异。对应地，所述感测控制单元186被配置为控制同一个感光像素组内不同感光像素142的工作时长按照各自分时开启工作的顺序先依次缩短再依次增长。亦即，感测控制单元186控制同一个感光像素组内对应感测第一段和第二段的感光像素142的工作时长大于对应感测中间段的感光像素142的工作时长。
可选地，所述光源模块122发射光束的参数包括但不限于发射光束的频率、发射光束的功率以及在一个分区检测时段内向对应视场分区13发射光束的总次数，所述发射控制单元182可通过控制上述的一种或两种以上不同参数来补偿因MEMS振镜模块126沿第一分部1601偏转光束的速度变化而造成发射模组12对不同视场分区13发射光束的总能量差异。
应理解的是，所述发射模组12对第一分部1601上不同方位的视场分区13所发射的光束发射总能量本身就会因应不同的应用场景而设置为不一样。例如，对于车载主激光雷达，对中间的视场分区13要求测得相对较远，所以发射模组12对中间视场分区13发射光束的总能量相对较高。由此，上述提及的所述发射控制单元182调整光源模块122发射光束的参数用于补偿的是因MEMS振镜模块126偏转光束的速度变化而造成发射模组12对不同视场分区13发射光束的总能量偏离原先预设值的差异，而并非意味着将发射模组12对不同视场分区13发射光束的总能量补偿为相互一致。
具体地，在如图8所示的一些实施例中，所述发射控制单元182可被配置为对应控制所述光源模块122在扫描所述中间段时发射光束的频率高于在扫描所述第一段和第二段时发射光束的频率。由此，可补偿发射模组12对中间段视场分区13发射光束的时间相对较短而造成向中间段视场分区13与向第一段视场分区13和第二段视场分区13对应发射的光束脉冲个数的差异，在每个光束脉冲的发射功率相同的情况下，即可对应补偿因对中间段视场分区13发射光束的时间相对较短而造成所发射光束的总能量偏离预设值所导致的误差，有利于提高所述MEMS振镜激光雷达系统10的检测准确度。
具体地，在如图9所示的一些实施例中，所述发射控制单元182可被配置为对应控制所述光源模块122在扫描所述中间段时发射光束的功率高于在扫描所述第一段和第二段时发射光束的功率。在光源模块122采用相同的光束发射频率对不同视场分区13进行检测的情况下，由于发射模组12对中间段视场分区13发射光束的时间相对较短，会造成进行检测时对中间段视场分区13所发射的光束脉冲个数小于对第一段和第二段视场分区13所发射的光束脉冲个数。由此，将光源模块122进行检测时对中间段视场分区13发射光束的功率设置成高于对第一段和第二段视场分区13发射光束的功率，可对应补偿因上述情况所造成的对不同视场分区13对应发射的光束的总能量偏离预设值而导致的误差，有利于提高所述MEMS振镜激光雷达系统10的检测准确度。
可选地，在一些实施例中，由于所述偏转角度放大模块128对经过光束的光能损耗与该光束经过偏转角度放大模块128后的偏转角度成正比，对应扫描第一分部1601上第一段视场分区13和第二段视场分区13的光束经偏转角度放大模块128后的偏转角度相较于扫描中间段视场分区13的光束经偏转角度放大模块128后的偏转角度更大，所以扫描第一段视场分区13和第二段视场分区13的光束经过偏转角度放大模块128所产生的光能损耗会大于对应扫描中间段视场分区13的光束经过偏转角度放大模块128所产生的光能损耗。由此，为了补偿所述偏转角度放大模块128对不同偏转角度的光束所造成的光能损耗差异以提高MEMS振镜激光雷达系统10的检测准确度，所述发射控制单元182可被配置为对应控制所述光源模块122在检测位于中间段的一个视场分区13过程中发射光束的次数少于在检测位于第一段和第二段的一个视场分区13过程中发射光束的次数。
如前所述，所述光束经MEMS振镜模块126的反射沿第一分部1601偏转过程中在中间段上的偏转速度会高于在相对两侧的第一段和第二段上的偏转速度，也就是说，光束经MEMS振镜模块126在一个第一分部1601上偏转时的角度偏转速度会经历先逐渐加速至中间最快再逐渐减速的过程，所以光束对第一分部1601首尾两端各一小段进行扫描时的角度偏转速度是对整个第一分部1601扫描过程中最慢的。对应地，在如图10所示的实施例中，可以省略掉对第一分部1601首尾两端各一小段进行扫描检测。MEMS振镜模块126沿其对光束反射路径16的第一分部1601首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，由此第一分部1601包括首尾各一段的两个间歇段及位于两个间歇段之间的扫描段，发射控制单元182可被配置为控制光源模块122对应MEMS振镜模块126在间歇段偏转光束反射角度期间停止发射光束，对应MEMS振镜模块126在扫描段偏转的光束反射角度发射光束。在此过程中由于光源模块122不发射光束所以不会在MEMS振镜模块126对光束反射路径16中的上述间歇段形成扫描路径，图10中上述部分用虚线进行表示。亦即，在一些实施例中，所述间歇期还可以包括MEMS振镜模块126沿其对光束反射路径16的第一分部1601上所述间歇段偏转反射角度的期间。所述感测控制单元186被配置为在所述间歇期控制感光像素142停止工作。在与所述间歇段对应的MEMS振镜模块的反射路径16上，MEMS振镜模块126偏转光束反射角度的速度较慢，由此会影响扫描效率，造成扫描过程不连贯。除此以外，因所述光束在与间歇期对应的偏转角度上的发射时间明显冗余，会造成不必要的能量损耗，所以在所述间歇期停止发射光束可提高MEMS振镜激光雷达系统10的能量利用率。
需要说明的是，尽管可省略掉对MEMS振镜模块126的反射路径16中所述间歇段进行扫描检测，仍可以将扫描段根据MEMS振镜模块126对光束反射角度的偏转速度变化进一步划分为中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，由此上述多个实施例中相关的技术方案仍可以适用。
需要说明的是，为了满足对整个视场范围的扫描检测，应合理配置MEMS振镜模块126对光束反射路径16的偏转角度范围，以使得所述光束即使省略掉对反射路径16第一分部1601首尾两端各一小段的扫描检测，其在所述第一分部1601上实际形成的扫描路径的偏转角度范围也足以覆盖MEMS振镜激光雷达系统10的整个视场范围。
对应地，在一些实施例中，所述控制模块18还包括数据处理控制单元188。所述数据处理控制单元188被配置为控制所述处理模块15在间歇期内对上一个第一分部1601上已完成检测的视场分区13的相关数据进行分析处理，以获取相应的三维信息。利用停止检测的间歇期处理对上一个第一分部1601的视场分区13检测所产生的数据，可提高MEMS振镜激光雷达系统10的数据处理效率，同时可进一步减少用于缓存数据的存储介质30，从而能够降低MEMS振镜激光雷达系统10的硬件成本。
在一些实施例中，所述偏转角度放大模块128可以为一透镜组，例如包括第一透镜1281和第二透镜1282。所述第一透镜1281和第二透镜1282沿光束的传播方向依次排布，第一透镜1281的光轴和第二透镜1282的光轴均与视场范围的中心方向重合，所述第一透镜1281其中一侧的焦点与所述第二透镜1282其中一侧的焦点在第一透镜1281与第二透镜1282之间的区段内相互重合设置。亦即，经MEMS振镜模块126反射偏转的光束先由所述第一透镜1281会聚在第二透镜1282的焦平面上，再经所述第二透镜1282偏折后实现偏转角度的放大。
例如，在如图11所示的实施例中，所述第一透镜1281和第二透镜1282均具有正光焦度。若第一透镜1281的焦距为F1，第二透镜的焦距为F2，则所述偏转角度放大模块128对光束偏转角度的放大倍数M=F1/F2，亦即光束在进入所述偏转角度放大模块128之前经MEMS振镜模块126反射偏离视场范围中心方向的角度在经过偏转角度放大模块128后会被放大M倍。
例如，在如图12所示的实施例中，所述第一透镜1281具有正光焦度，第二透镜1282具有负光焦度，若第一透镜1281的焦距为F1，第二透镜的焦距为F2，则所述偏转角度放大模块128对光束偏转角度的放大倍数M=F1/F2，亦即光束在进入所述偏转角度放大模块128之前经MEMS振镜模块126反射偏离视场范围中心方向的角度在经过偏转角度放大模块128后会被放大M倍。
应理解的是，所述第一透镜1281可以为单个透镜也可以为包括多个透镜的透镜组。同理，所述第二透镜1282可以为单个透镜也可以为包括多个透镜的透镜组。
应理解的是，所述第一透镜1281和第二透镜1282可以均为关于光轴旋转对称的球面镜，其被配置为对经过光束沿各个方向的偏转角度均放大相同的倍数。例如，所述第一透镜1281和第二透镜1282对经过光束的偏转角度沿所述第一方向和第二方向均放大M倍，所述第一方向垂直于所述第二方向。
所述MEMS振镜模块126沿第一方向偏转光束反射角度的数量N1(也称为可分辨点数)与MEMS振镜模块126沿第一方向偏转光束反射角度的频率f1、MEMS振镜激光雷达系统10沿第一方向上的一个反射角度需所发射的最少光束脉冲个数及连续两个光束脉冲之间的时间间隔/>相关，具体如关系式：/>，应理解的是，由于所述MEMS振镜激光雷达系统10沿第一方向上各个不同的反射角度对应发射的光束脉冲个数可能会存在差异，/>指的是沿第一方向偏转的各个反射角度上所发射光束脉冲个数中的最小值。
所述MEMS振镜模块126沿所述第二方向偏转光束反射角度的偏转角度数N2与MEMS振镜模块126沿第一方向偏转光束反射角度的频率f1以及MEMS振镜模块126沿第二方向偏转光束反射角度的频率f2有关，具体如下关系式：，若所述MEMS振镜激光雷达系统10所发射的光束沿第一方向可偏转的角度范围为/>，沿第二方向可偏转的角度范围为/>，则所述MEMS振镜激光雷达系统10沿第一方向偏转光束反射角度的角分辨率/>的表达式：，其中，f1为MEMS振镜模块126沿第一方向偏转光束反射角度的频率、为MEMS振镜激光雷达系统10沿第一方向上的一个反射角度需所发射的最少光束脉冲个数及/>为连续两个光束脉冲之间的时间间隔，/>为MEMS振镜激光雷达系统10沿第一方向偏转的其中一个反射角度上完成一次检测所需要的时间。所述MEMS振镜激光雷达系统10沿第二方向偏转光束反射角度的角分辨率/>的表达式：/>，其中，f1为MEMS振镜模块126沿第一方向偏转光束反射角度的频率、f2为MEMS振镜模块126沿第二方向偏转光束反射角度的频率。
应理解的是，所述第一方向指的是MEMS振镜模块126偏转对光束的反射角度的速度较快的方向，亦可以称之为MEMS振镜模块126的快轴方向，对应于MEMS振镜模块126对光束的反射路径16中的第一分部1601；所述第二方向指的是MEMS振镜模块126偏转对光束的反射角度的速度较慢的方向，亦可以称之为MEMS振镜模块126的慢轴方向，对应于对光束扫描路径16中的第二分部1602。所述视场范围中光束分时扫描的视场分区13沿所述第一方向排布。不同排的视场分区13沿所述第二方向排布；或者，所述第二方向衔接位于相邻的不同排末端的视场分区13。
可选地，在一些实施例中，所述第一方向垂直于所述第二方向。例如：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。
在进行光束扫描时，偏转控制单元184控制MEMS振镜模块126在不同时段沿对光束的反射路径依序改变对光束的不同反射角度。发射控制单元182对应反射路径上预设的反射角度控制光源模块122发出光束，以在视场范围内形成对应的扫描路径。对于光束在视场范围内预设的反射角度，发射控制单元182控制光源模块122按照预设时间序列沿预设的反射角度向对应的视场分区13发射光束脉冲。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，发射控制单元182控制对应的光源模块122在对一个视场分区13检测的分区检测时段内按照预设时间序列发射多个光束脉冲，比如：几十个、几百个、几千个、几万个、甚至上百万个，一个光束脉冲的发射对应一个感测时段，亦即一个分区检测时段包括多个感测时段。对应地，所述感测控制单元186控制与当前所检测的视场分区13对应的感光像素142分时开启工作，以感测来自该视场分区13的光信号从而获取该视场分区13的三维信息。
在一些实施例中，所述控制模块18和/或处理模块15中的全部或一部分功能单元可以包括固化在存储介质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(Central ProcessingUnit, 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。
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MEMS振镜激光雷达系统10内，比如：与所述发射模组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。
在一些实施例中，所述控制模块18和/或处理模块15的一部分或全部功能单元也可以通过硬件手段实现，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)、针对特定对象的驱动电路等。
可以理解的是，所述控制模块18和/或处理模块15的一部分不同的功能单元可以分别包括相关的硬件，例如：所述发射控制单元182可以都包括光源模块122的驱动电路。
可以理解的是，用来实现所述控制模块18和/或处理模块15功能的上述硬件可以设置在所述MEMS振镜激光雷达系统10内。用来实现所述控制模块18和/或处理模块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。
可选地，在一些实施例中，所述MEMS振镜激光雷达系统可以包括至少两个MEMS振镜模块126，以分别在不同视场子空间按照各自预设的扫描路径偏转光束以分时扫描检测对应视场范围内的多个视场分区13，所述不同视场子空间相互拼接以扩大所述MEMS振镜激光雷达系统的整个视场范围。
具体而言，在如图13所示的实施例中，所述MEMS振镜激光雷达系统10包括第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262。所述第一MEMS振镜模块1261被配置为分别在不同时段沿对光束的第一反射路径161依序改变对光束的不同反射角度，光源模块122被配置为对应第一反射路径161上预设的反射角度发出光束，以经第一MEMS振镜模块1261的反射偏转后形成第一扫描路径，所述第一扫描路径位于对应的第一视场子空间内，光束经第一MEMS振镜模块1261反射后的偏转角度定义为光束偏离第一视场子空间中心方向的角度。所述第二MEMS振镜模块1262被配置为分别在不同时段沿对光束的第二反射路径162依序改变对光束的不同反射角度，光源模块122被配置为对应第二反射路径162上预设的反射角度发出光束，以经第二MEMS振镜模块1262的反射偏转后形成第二扫描路径，所述第二扫描路径位于对应的第二视场子空间内，光束经第二MEMS振镜模块1262反射后的偏转角度定义为光束偏离第二视场子空间中心方向的角度。所述第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262均可沿不同方向二维地偏转光束。
在一些实施例中，所述第一MEMS振镜模块1261的第一反射路径161和第二MEMS振镜模块1262的第二反射路径162可以均为如图10实施例所示的“Z”型的反射路径，即反射路径的第一分部首尾各一段预设长度分别定义出一间歇段，发射控制单元182被配置为控制光源模块122分别对应第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262在各自间歇段改变光束反射角度的期间停止发射光束。
由此，所述第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262沿第一方向并排设置，使得对应形成的第一视场子空间与第二视场子空间沿所述第一方向并排拼接，所述第一方向为第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262的快轴方向。第一反射路径161的多个第一分部1611之间的间隔与第二反射路径162的多个第一分部1601之间的间隔可设置为相等。进行拼接时，可使得第一反射路径161的多个第一分部1611与第二反射路径162的多个第一分部1621相互对齐。第一反射路径161与第二反射路径162在各自的一侧相互拼接，其中第一反射路径161各第一分部1611位于拼接侧的间歇段与第二反射路径162各对应第一分部1611的扫描段相互重叠，第二反射路径162各第一分部1621位于拼接侧的间歇段与第一反射路径161各对应第一分部1611的扫描段相互重叠，从而使得拼接后分别位于不同视场子空间内的视场分区13可以相互衔接。
可选地，在如图13所示的实施例中，对于所述第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262，所述MEMS振镜激光雷达系统10的光源模块122包括对应设置的第一光源1221和第二光源1222，以分别独立发射光束至第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262进行反射偏转。
可选地，在如图14所示的实施例中，对于所述第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262，所述MEMS振镜激光雷达系统10可以包括一个光源模块122和对应设置的分束器件123。所述光源模块发出的光束经分束器件123分出第一光束和第二光束，所述第一光束发射至第一MEMS振镜模块1261进行反射偏转，所述第二光束发射至第二MEMS振镜模块1262进行反射偏转。
可选地，在如图15示的实施例中，所述第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262，所述MEMS振镜激光雷达系统可以包括一个光源模块122和对应设置的光束偏转器件124。所述光源模块122发出的光束经光束偏转器件124在不同时段分别偏转至第一角度和第二角度射出，光束沿所述第一角度射出至第一MEMS振镜模块1261进行反射偏转，光束沿所述第二角度射出至第二MEMS振镜模块1262进行反射偏转。由此，所述MEMS振镜激光雷达系统只需要用一个光源模块发出光束即可以经光束偏转器件124交替地通过第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262分别对第一视场子空间和第二视场子空间进行扫描感测。
应理解的是，所述MEMS振镜激光雷达系统分别通过第一MEMS振镜模块1261和第二MEMS振镜模块1262对应拼接第一视场子空间和第二视场子空间的方式，除了具有通过拼接可以扩大整个视场范围的有益效果以外，对于拼接后整体视场范围位于中间部分的多个视场分区13，其实际上分别位于第一扫描路径16和第二扫描路径16上光束偏转扫描速度较慢的第一段或第二段，相应地，所述MEMS振镜激光雷达系统对拼接后视场范围位于中间部分的这些视场分区13的扫描感测时长会相对较长，对应发射的光束总能量也相对较高，进而对于能够测得相对更远一些。由此，对于设置两个MEMS振镜模块并采用上述视场范围拼接方式的MEMS振镜激光雷达系统，可以在不需要对光源模块发出光束的参数进行特殊设定的基础上自然实现对拼接后整个视场范围的中间部分更远的检测能力，特别适用于对视场范围的中间区域具有较远检测需求的场景，例如：智能驾驶汽车的主激光雷达。
如图16所示，在一些实施例中，所述MEMS振镜激光雷达系统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实现光束扫描的激光雷达，本申请提供的激光雷达采用半固态的MEMS振镜模块126实现光束的偏转扫描，由于不需要再依赖机械转动部件，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。
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 (15)

1.一种发射模组，被配置为沿预设扫描路径对视场范围进行三维信息感测，其特征在于，所述发射模组包括：
MEMS振镜模块，被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的反射路径，所述反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布；
光源模块，被配置为发出光束；及
控制模块，被配置为控制MEMS振镜模块依次偏转对光束的反射角度并控制光源模块对应反射路径中预设的反射角度发出光束；
其中，第一分部首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，所述控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在间歇段偏转光束的反射角度期间停止发射光束。
2.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述MEMS振镜模块为二维MEMS振镜模块，被配置为沿第一方向和第二方向偏转对光束的反射角度。
3.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述反射路径还包括多个连接不同的第一分部的第二分部，所述第二分部为平行于第二方向的线段，所述第二分部分别连接相邻的两个第一分部位于同一侧的端部，相邻的两个第一分部上对光束的反射角度的偏转方向相反；或者，
所述第二分部为相较于第一方向倾斜设置的线段，所述第二分部分别连接相邻的两个第一分部各自不同侧的端部，相邻的两个第一分部上对光束的反射角度的偏转方向相同。
4.如权利要求1-3中任一项所述的发射模组，其特征在于，所述第一方向与第二方向相互垂直设置，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所述的发射模组，其特征在于，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述MEMS振镜模块被配置为在中间段偏转光束反射角度的速度高于在第一段和第二段偏转光束反射角度的速度。
6.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述控制模块被配置为控制光源模块在扫描中间段时发射光束的频率高于在扫描第一段和第二段时发射光束的频率。
7.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述控制模块被配置为控制光源模块在扫描中间段时发射光束的功率高于在扫描第一段和第二段时发射光束的功率。
8.如权利要求1所述的发射模组，其特征在于，所述第一分部包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，控制模块被配置为控制光源模块对应MEMS振镜模块在扫描段偏转的光束反射角度发射光束，所述扫描段进一步包括中间段及分别位于中间段相对两侧的第一段和第二段，所述控制模块被配置为控制光源模块在扫描中间段时发射光束的次数低于在扫描第一段和第二段时发射光束的次数。
9.一种发射模组，被配置为沿预设扫描路径对视场范围进行三维信息感测，其特征在于，所述发射模组包括：
第一MEMS振镜模块，被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的第一反射路径，所述第一反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布；
第二MEMS振镜模块，被配置为分别在不同时段依序偏转对光束的不同反射角度，所述不同反射角度的偏转轨迹可定义为MEMS振镜模块对光束的第二反射路径，所述第二反射路径包括多个第一分部，所述第一分部为平行于第一方向的线段，多个第一分部相互平行设置并沿第二方向间隔排布；
光源模块，被配置为对应第一反射路径和第二反射路径中预设的反射角度发出光束；及
控制模块，被配置为控制第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块依次偏转对光束的反射角度；
其中，第一分部首尾各一段预设长度分别定义为一间歇段，第一分部还包括位于首尾两个间歇段之间的扫描段，所述控制模块被配置为控制光源模块对应第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块在各自间歇段偏转光束反射角度期间停止发射光束，对应第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块在各自扫描段偏转光束反射角度期间发射光束，所述第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块沿第一方向并排设置，以使得对应形成的第一反射路径与第二反射路径在各自相邻的一侧相互拼接，第一反射路径各第一分部位于拼接侧的间歇段与第二反射路径各对应第一分部的扫描段相互重叠，第二反射路径各第一分部位于拼接侧的间歇段与第一反射路径各对应第一分部的扫描段相互重叠。
10.如权利要求9所述的发射模组，其特征在于，所述光源模块包括对应设置的第一光源和第二光源，以分别独立向第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块发射光束。
11.如权利要求9所述的发射模组，其特征在于，还包括分束器件，所述光源模块发出的光束经分束器件分出第一光束和第二光束，第一光束发射至第一MEMS振镜模块，第二光束发射至第二MEMS振镜模块。
12.如权利要求9所述的发射模组，其特征在于，还包括光束偏转器件，光源模块发出的光束经光束偏转器件在不同时段分别偏转至第一MEMS振镜模块和第二MEMS振镜模块。
13.一种MEMS振镜激光雷达系统，其特征在于，包括接收模组、处理模块及如权利要求1-12中任一项所述的发射模组；其中，
所述接收模组被配置为感测来自所述视场范围的光信号，其包括：
光电传感器，包括多个感光像素，被配置为响应光信号并输出相应的光感应信号；及
接收光学器件，被配置为将来自视场范围不同方位的光信号分别传输至对应的感光像素；
处理模块，被配置为处理光感应信号以获取三维信息。
14.如权利要求13所述的MEMS振镜激光雷达系统，其特征在于，所述感光像素包括至少一个光电转换器件，所述光电转换器件为单光子雪崩二极管、雪崩光电二极管或硅光电倍增管中的任意一种或多种的组合。
15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求13-14任一项所述的MEMS振镜激光雷达系统，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MEMS振镜激光雷达系统的检测结果实现相应的功能。
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