CN118151161A - 混频接收器件和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种混频接收器件和激光雷达，属于激光雷达技术领域。混频接收器件至少包括ROE型的偏振分束组件，偏振分束组件包括偏振分束模块、第一光程补偿模块和光路转折模块。偏振分束模块对入射光束进行偏振分束以获得第一光束和第二光束，分别向第一光程补偿模块和光路转折模块输入第一光束和第二光束，第一光程补偿模块对第一光束进行光程补偿后输出，光路转折模块对第二光束进行反射输出，以使第二光束的主光轴与第一光程补偿模块输出的光程补偿后的第一光束的主光轴平行，第一光程补偿模块输出的光程补偿后的第一光束与光路转折模块输出的第二光束在被探测时的光程相同。采用ROE型的偏振分束组件，使得混频接收器件的体积比较小。

Description

混频接收器件和激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种混频接收器件和激光雷达。

背景技术

混频接收器件是光学中常用的器件，例如，混频接收器件应用于调频连续波(frequency modulated continuous wave，FMCW)激光雷达中，用作FMCW激光雷达的混频处理器件，混频接收器件能够将参考光和被测物体反射的待测光分为P偏振态和S偏振态的两束光，两束光经过两个探测器后，转换为电信号，基于两路电信号测量被测物体的速度和距离等信息。

在混频接收器件中，是通过偏振分光(polarization beam splitter，PBS)棱镜将参考光和待测光分为P偏振态和S偏振态的两束光，PBS棱镜体积比较大，进而导致混频接收器件的体积比较大。

发明内容

本申请提供了一种混频接收器件和激光雷达，使得混频接收器件的体积比较小。

第一方面，本申请提供了一种混频接收器件，该混频接收器件至少包括折射光学元件(refractive optical element，ROE)型的偏振分束组件，该偏振分束组件包括偏振分束模块、第一光程补偿模块和光路转折模块，该偏振分束模块，用于对入射光束进行偏振分束以获得第一光束和第二光束，分别向该第一光程补偿模块和该光路转折模块输入该第一光束和该第二光束，其中，该第一光束和该第二光束的偏振态垂直，该第一光程补偿模块，用于对该第一光束进行光程补偿后输出，该光路转折模块，用于对该第二光束进行反射输出，以使该第二光束的主光轴与该第一光程补偿模块输出的光程补偿后的第一光束的主光轴平行，该第一光程补偿模块输出的光程补偿后的第一光束与该光路转折模块输出的该第二光束在被探测时的光程相同。在本申请中，混频器接收器件采用ROE型的偏振分束组件，即偏振分束组件中偏振分束模块、第一光程补偿模块和光路转折模块均采用的是ROE型的器件，ROE型的器件相比PBS棱镜的体积小，使得混频接收器件的体积比较小。

在一种可选的方式中，该入射光束包括一路参考光和一路待测光，该一路参考光和该一路待测光相互垂直，该第一光程补偿模块包括光程补偿单元和第一偏振转换单元，该光路转折模块包括转折单元和第二偏振转换单元，该偏振分束模块，用于对该一路参考光和该一路待测光分别进行偏振分束后进行合并，以获得该第一光束和该第二光束，其中，该第一光束中参考光和待测光的偏振态垂直，该第二光束中参考光和待测光的偏振态垂直，该光程补偿单元，用于对该第一光束进行光程补偿，向该第一偏振转换单元输入光程补偿后的该第一光束，该第一偏振转换单元，用于将该光程补偿单元输出的该第一光束转换为圆偏振光束进行输出，该转折单元，用于反射该第二光束至该第二偏振转换单元，该第二偏振转换单元，用于将该转折单元输出的该第二光束转换为圆偏振光束进行输出。

本申请所示的方案中，入射光束包括相互垂直的一路参考光和一路待测光，偏振分束模块既能实现偏振分束，还能够实现参考光和待测光的合束，能够减少混频接收器件中合束器的使用，使得混频接收器件的体积比较小。

在一种可选的方式中，该偏振分束组件为多个，该混频接收器件还包括分束模块，该入射光束包括一路参考光和一路待测光，该一路参考光和该一路待测光相互垂直，该分束模块，用于将该一路参考光分为多路参考光，向多个该偏振分束组件输入该多路参考光，其中，该多路参考光与该多个偏振分束组件一一对应。这样，混频接收器件包括的偏振分束组件为多个，多个偏振分束组件能够实现多路待测光和多路参考光的混频处理。

在一种可选的方式，多个该偏振分束组件呈一维排列，或者二维排列。

在一种可选的方式，该偏振分束组件还包括微透镜，该微透镜，用于聚焦该入射光束中的待测光。这样，偏振分束组件还包括微透镜，用于聚焦入射光束中的待测光，使得待测光的光斑尺寸合适。

在一种可选的方式，该入射光束为包括一路参考光和一路待测光的一束单偏振光，该偏振分束模块包括波片和偏振分束单元，该波片，用于将该入射光束转换为目标光束，其中，该目标光束是能偏振分束得到相互垂直的两个偏振态的光束，该偏振分束单元，用于对该目标光束进行偏振分束以获得该第一光束和该第二光束，分别向该第一光程补偿模块和该光路转折模块输入该第一光束和该第二光束。

本申请所示的方案中，入射光束为单偏振光，为了使得入射光束能够在偏振分束模块实现偏振分束功能，通过波片将入射光束先转换为能偏振分束得到相互垂直的两个偏振态的光束，然后再经过偏振分束单元，实现偏振分束，获得偏振态垂直的第一光束和第二光束。

在一种可选的方式中，该偏振分束模块与该第一光程补偿模块贴合，该偏振分束模块与该光路转折模块贴合。这样，能够进一步使得混频接收器件的体积比较小。

在一种可选的方式中，该偏振分束组件还包括第二光程补偿模块，该第二光程补偿模块，用于对该光路转折模块输出的该第二光束进行光程补偿后输出，该第一光程补偿模块的折射率大于该第二光程补偿模块的折射率，该第一光程补偿模块输出的光程补偿后的第一光束与第二光程补偿模块输出的光程补偿后的第二光束在被探测时的光程相同。这样，采用两种不同折射率的光程补偿模块，使得第一光束和第二光束的光程相同。

在一种可选的方式中，该混频接收器件还包括像素级探测器，该像素级探测器，用于将该偏振分束组件输出的第一光束转变为电信号，将该偏振分束组件输出的第二光束转变为电信号。这样，混频接收器件还能够将光信号转换为电信号。

第二方面，本申请提供了一种激光雷达，该激光雷达包括光源、分光镜、扫描镜、镜头、第一方面提供的混频接收器件、像素级探测器和处理器，该光源，用于向该分光镜输出扫描光，向该混频接收器件输出参考光，该分光镜，用于向该扫描镜透射输出该扫描光，该扫描镜，用于向被测物体反射输出该扫描光，接收该被测物体反射的待测光，向该分光镜反射输出该待测光，该分光镜，还用于通过该镜头向该混频接收器件反射输出该待测光，该混频接收器件，用于接收该参考光和该待测光，向该像素级探测器输出第一光束和第二光束，该像素级探测器，用于将该第一光束转变为电信号，并将该第二光束转变为电信号，该处理器，用于基于该像素级探测器输出的电信号，确定该被测物体的信息。该激光雷达为收发同轴的激光雷达，在该收发同轴的激光雷达中，混频接收器件的体积比较小，从而使得激光雷达的体积比较小。

第三方面，本申请提供了一种激光雷达，该激光雷达包括光源、分光镜、扫描镜、镜头、第一方面提供的混频接收器件、像素级探测器和处理器，该光源，用于向该分光镜输出扫描光，向该混频接收器件输出参考光，该分光镜，用于向该扫描镜透射输出该扫描光，该扫描镜，用于向被测物体反射输出该扫描光，该镜头，用于接收该被测物体反射的待测光，向该混频接收器件输出该待测光，该混频接收器件，用于接收该参考光和该待测光，向该像素级探测器输出第一光束和第二光束，该像素级探测器，用于将该第一光束转变为电信号，并将该第二光束转变为电信号，该处理器，用于基于该像素级探测器输出的电信号，确定该被测物体的信息。该激光雷达为收发离轴的激光雷达，在该收发离轴的激光雷达中，混频接收器件的体积比较小，从而使得激光雷达的体积比较小。

第四方面，本申请提供了一种激光雷达，该激光雷达包括光源、分光镜、扫描镜、合束器、镜头、第一方面提供的混频接收器件、像素级探测器和处理器，该光源，用于向该分光镜输出扫描光，向该合束器输出参考光，该分光镜，用于向该扫描镜透镜输出该扫描光，该扫描镜，用于向被测物体反射输出该扫描光，接收该被测物体反射的待测光，向该分光镜输入该待测光，该分光镜，还用于向该合束器反射输出该待测光，该合束器，用于合并该参考光和该待测光，以获得该混频接收器件的一束入射光束，通过该镜头将该入射光束输出至该混频接收器件，该混频接收器件，用于接收该入射光束，向该像素级探测器输出第一光束和第二光束，该像素级探测器，用于将该第一光束转变为电信号，并将该第二光束转变为电信号，该处理器，用于基于该像素级探测器输出的电信号，确定该被测物体的信息。该激光雷达为收发同轴的激光雷达，在该收发同轴的激光雷达中，混频接收器件的体积比较小，从而使得激光雷达的体积比较小。

附图说明

图1是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图2是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的光路传输示意图；

图3是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图4是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图5是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图6是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图7是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图8是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图9是本申请一个示例性实施例提供的混频接收器件的结构示意图；

图10是本申请一个示例性实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图11是本申请一个示例性实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图12是本申请一个示例性实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图13是本申请一个示例性实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图14是本申请一个示例性实施例提供的激光雷达的结构示意图。

图示说明

1、偏振分束组件；2、分束模块；3、像素级探测器；

11、偏振分束模块；12、第一光程补偿模块；13、光路转折模块；14、微透镜；15、第二光程补偿模块；

111、波片；112、偏振分束单元；121、光程补偿单元；122、第一偏振转换单元；131、转折单元；132、第二偏振转换单元；

01、光源；02、分光镜；03、扫描镜；04、镜头；05、处理器；06、合束器；07、光源控制器；08、扫描控制器。

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，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

下面对本申请实施例涉及的一些术语概念做解释说明。

FMCW激光雷达，是采用调频连续波技术确定被测物体的距离等信息的雷达。例如，通过发射和接收连续激光光束，将参考光和被测物体反射的激光光束进行干涉，利用混频探测方法测量发射的扫描光和被物体反射的待测光的频率差异，基于该频率差异，获得被测物体的距离等信息，具有高精度距离和速度探测的技术优势。

ROE，是一种微小光学器件，相比于系统的光波长，其尺寸仍较大，所以不考虑衍射效应，几何光学足够表征该类光学器件的性能与功能。ROE具有体积小，波长不敏感，使用范围广的优点。

下面描述本申请的背景。

目前的混频接收器件需要使用PBS棱镜分光后进行干涉探测，导致混频接收器件体积比较大，进而会导致FMCW激光雷达的体积比较大。

基于此，本申请提供了一种混频接收器件，该混频接收器件采用了ROE型的偏振分束组件，ROE型的偏振分束组件将原来体积较大的PBS棱镜改进为尺寸较小的器件，能够使得混频接收器件的体积比较小。

下面依次描述本申请提供的混频接收器件的结构和激光雷达的结构。

图1提供了一种混频接收器件的结构示意图。参见图1，混频接收器件至少包括ROE型的偏振分束组件1，ROE型的偏振分束组件1是通过ROE技术实现，体积比较小。偏振分束组件1包括偏振分束模块11、第一光程补偿模块12和光路转折模块13。图1中示出的混频接收器件包括一个偏振分束组件1。

光束入射至偏振分束组件1，该光束称为是偏振分束组件1的入射光束。偏振分束模块11对入射光束进行偏振分束，获得第一光束和第二光束，向第一光程补偿模块12输入第一光束，向光路转折模块13输入第二光束。第一光束和第二光束的偏振态垂直，例如，第一光束为P偏振态的光束，第二光束为S偏振态的光束。第一光程补偿模块12对第一光束进行光程补偿后输出。光路转折模块13对第二光束进行反射输出，使得第二光束的主光轴与第一光程补偿模块12输出的光程补偿后的第一光束的主光轴平行。此处，第一光程补偿模块12输出的第一光束与光路转折模块13输出的第二光束在被探测时的光程相同，可以实现高效率的波前混频，提高系统灵敏度和探测精度。此处第一光束和第二光束被探测指的是被后文中提到的像素级探测器3探测。

可选地，偏振分束模块11与第一光程补偿模块12贴合，偏振分束模块11与光路转折模块13贴合，这样，能够使得混频接收器件的体积比较小。

可选地，偏振分束模块11的材料、第一光程补偿模块12的材料和光路转折模块13的材料可以根据使用波段的范围的需求设置，本申请实施例不进行限定。例如，偏振分束模块11的材料、第一光程补偿模块12的材料和光路转折模块13可以是光学玻璃、红外材料、光学塑料或者光学晶体等。

在一种可选的方式中，入射光束包括一路参考光和一路待测光，该一路参考光和该一路待测光为一束光，也就是说该一路参考光和该一路待测光在入射至偏振分束模块11之前就合并为一束光。偏振分束模块11对入射光束进行偏振分束，获得第一光束和第二光束，第一光束为从偏振分束模块11透射的光束，即第一光束为P偏振态的光束，第二光束为从偏振分束模块11反射的光束，即第二光束为S偏振态的光束，参见图2所示的混频接收器件的光路图，或者，第一光束为从偏振分束模块11反射的光束，即第一光束为S偏振态的光束，第二光束为从偏振分束模块11透射的光束，即第二光束为P偏振态的光束。第一光程补偿模块12对第一光束进行光程补偿后输出。光路转折模块13对第二光束进行反射输出，使得第二光束的主光轴与第一光程补偿模块12输出的第一光束的主光轴平行。此处，第一光程补偿模块12输出的第一光束与光路转折模块13输出的第二光束在被探测时的光程相同。在该方式中，混频接收器件输出的第一光束中参考光和待测光的偏振态相同，且均是单偏振光，混频接收器件输出的第二光束中参考光和待测光的偏振态相同，且均是单偏振光。

可选地，参见图3所示的混频接收器件，为了使得入射光束聚焦，偏振分束组件1还包括微透镜14，微透镜14位于偏振分束模块11的入射光束的入射光路上，微透镜14聚焦入射光束，向偏振分束模块11输入聚焦后的入射光束。

在另一种可选的方式中，入射光束包括一路参考光和一路待测光，该一路参考光和该一路待测光相互垂直，也就是说该一路参考光和该一路待测光相互垂直入射至偏振分束模块11。在此种方式中，第一光程补偿模块12包括光程补偿单元121和第一偏振转换单元122，光路转折模块13包括转折单元131和第二偏振转换单元132，参见图4所示的混频接收器件的结构示意图。

在图4所示的混频接收器件中，偏振分束模块11对该一路参考光进行偏振分束，得到参考光的P偏振态的光和S偏振态的光，并且偏振分束模块11对该一路待测光进行偏振分束，得到待测光的P偏振态的光和S偏振态的光。偏振分束模块11还对参考光的P偏振态的光和待测光的S偏振态的光进行合束，得到第一光束，偏振分束模块11还对参考光的S偏振态的光和待测光的P偏振态的光进行合束，得到第二光束。或者，偏振分束模块11还对参考光的S偏振态的光和待测光的P偏振态的光进行合束，得到第一光束，偏振分束模块11还对参考光的P偏振态的光和待测光的S偏振态的光进行合束，得到第二光束。这样，第一光束中参考光和待测光的偏振态垂直，第二光束中参考光和待测光的偏振态垂直。偏振分束模块11向光程补偿单元121输入第一光束，光程补偿单元121对第一光束进行光程补偿，向第一偏振转换单元122输入光程补偿后的第一光束。第一偏振转换单元122将光程补偿单元121输出的第一光束转换为圆偏振光束进行输出，此处将第一光束转换为圆偏振光束是将参考光和待测光均转换为圆偏振光束。偏振分束模块11向转折单元131输入第二光束，转折单元131反射第二光束至第二偏振转换单元132，第二偏振转换单元132将转折单元131输出的第二光束转换为圆偏振光束进行输出，此处将第二光束转换为圆偏振光束是将参考光和待测光均转换为圆偏振光束。这样，在图4所示的混频接收器件中，混频接收器件输出的第一光束和第二光束均是圆偏振光束，后续第一光束和第二光束分别入射至像素级探测器后，由于第一光束包括偏振态相同的参考光与待测光，所以像素级探测器能够对第一光束进行探测，而且由于第二光束包括偏振态相同的参考光与待测光，所以像素级探测器能够对第二光束进行探测。

在图4所示的混频接收器件中，通过偏振分束模块11实现偏振分束以及参考光与待测光的合束功能，而不需要专门的合束器，能够节约器件的使用量。

可选地，第一偏振转换单元122和第二偏振转换单元132可以是任意能将单偏振光转换为圆偏振光束的器件，例如，第一偏振转换单元122和第二偏振转换单元132可以是四分之一波片。

可选地，待测光的光路一般比较长，为了使得待测光聚焦，偏振分束组件1还包括微透镜14，微透镜14位于偏振分束模块11的待测光的入射光路上，微透镜14聚焦待测光，向偏振分束模块11输入聚焦后的待测光，参见图5所示的混频接收器件的结构示意图。

在一种可选的方式中，混频接收器件为了实现多路待测光的探测，混频接收器件包括多个偏振分束组件1，多个偏振分束组件1呈一维排列或者二维排列，每个偏振分束组件1实现一路待测光的探测。在混频接收器件实现多路待测光的探测时，有三种实现方式，参见方式一至方式三。

方式一，每个偏振分束组件1接收一束入射光束，每个偏振分束组件1接收的入射光束是已经合束的一路参考光和一路待测光。

方式二，每个偏振分束组件1接收一束入射光束，入射光束包括一路参考光和一路待测光，该一路参考光和该一路待测光相互垂直。在混频接收器件采用图2所示的结构的情况下，混频接收器件还包括分束模块2，参见图6所示的混频接收器件，分束模块2接收一路参考光，将一路参考光分为多路参考光，多路参考光的功率可以相等，也可以不相等。分束模块2向多个偏振分束组件1输入该多路参考光，一个偏振分束组件1接收一路参考光，不同的偏振分束组件1接收不同路的参考光。在图6中示出两个偏振分束组件1。

方式三，多个偏振分束组件1中部分偏振分束组件采用方式一，另外部分偏振分束组件采用方式二。

这样，在混频接收器件包括多个偏振分束组件1的情况下，多个偏振分束组件1能够实现对多路待测光的探测。

可选地，在混频接收器件包括多个偏振分束组件1的情况下，每个偏振分束组件1可以是前文中任一种偏振分束组件1。

在一种可选的方式中，在前文中，偏振分束组件1包括第一光程补偿模块12，第一光程补偿模块12对第一光束进行光程补偿，未对第二光束进行光程补偿，在该种可选的方式中，混频接收器件还可以对第二光束进行光程补偿，偏振分束组件1还包括第二光程补偿模块15，第二光程补偿模块15位于光路转折模块13的输出光路上，参见图7所示的混频接收器件。光束入射至偏振分束组件1，该光束称为是偏振分束组件1的入射光束。偏振分束模块11对入射光束进行偏振分束，获得第一光束和第二光束，向第一光程补偿模块12输入第一光束，向光路转折模块13输入第二光束。第一光束和第二光束的偏振态垂直。第一光程补偿模块12对第一光束进行光程补偿后输出。光路转折模块13对第二光束进行反射，向第二光程补偿模块15输入第二光束，使得第二光束的主光轴与第一光程补偿模块12输出的第一光束的主光轴平行。第二光程补偿模块15对第二光束进行光程补偿后输出。此处，第一光程补偿模块12输出的第一光束与第二光程补偿模块15输出的第二光束在被探测时的光程相同。

在图7所示的混频接收器件中，入射光束中参考光和待测光在入射至偏振分束组件1之前已经合束，或者是参考光和待测光垂直入射至偏振分束组件1。

可选地，第二光程补偿模块15与第一光程补偿模块12贴合，第二光程补偿模块15与光路转折模块13贴合，这样，能够使得混频接收器件的体积比较小。

可选地，第一光程补偿模块12的材料和第二光程补偿模块15的材料可以根据使用波段范围的需求设置，本申请实施例不进行限定。例如，第一光程补偿模块12的材料和第二光程补偿模块15的材料可以是光学玻璃、红外材料、光学塑料或者光学晶体等。

可选地，第一光程补偿模块12在光传输方向的长度等于第二光程补偿模块15的长度，第一光程补偿模块12的折射率大于第二光程补偿模块15的折射率，即材料不相同。

可选地，第一光程补偿模块12在光传输方向的光程长度大于第二光程补偿模块15在光传输方向的光程长度，第一光程补偿模块12的与第二光程补偿模块15的折射率相同，即材料相同。

需要说明的是，第一光程补偿模块12和第二光程补偿模块15可以根据材料和长度的选择，补偿由于光路转折模块13引入的光程差，实现第一光束和第二光束的光程相同。

在一种可选的方式中，入射光束为包括参考光和待测光的一路单偏振光(也就是说参考光和待测光在入射至混频接收器件之前已经合束)，还需要将单偏振光转换为能够偏振分束为相互垂直的两个偏振态的光束，以能够偏振分束为偏振态垂直的第一光束和第二光束。偏振分束模块11包括波片111和偏振分束单元112，参见图8所示的混频接收器件，波片111将入射光束转换为目标光束。例如，入射光束为一路P偏振态的光，波片111为22.5度的二分之一波片，22.5度的二分之一波片将P偏振态的光还转换为线偏振光，只不过振动方向与原来的振动方向旋转了45度，或者，波片111为四分之一波片，四分之一波片将P偏振态的光转换为圆偏振光，这样，目标光束在经过偏振分束单元112时，能够被分为包括P偏振态分量的光和S偏振态分量的光。波片111向偏振分束单元112输入目标光束，偏振分束单元112对目标光束进行偏振分束以获得第一光束和第二光束，向第一光程补偿模块12输入第一光束，向光路转折模块13输入第二光束。

可选地，波片111与偏振分束单元112贴合。

在一种可选的方式中，入射光束中的参考光和待测光相互垂直，均为单偏振光，还需要将单偏振光转换为能够偏振分束为相互垂直的两个偏振态的光束，以能够偏振分束为偏振态垂直的第一光束和第二光束。偏振分束模块11包括第一波片、第二波片和偏振分束单元112，第一波片将参考光转换为能够偏振分束为相互垂直的两个偏振态的光束，第二波片将待测光转换为能够偏振分束为相互垂直的两个偏振态的光束。偏振分束单元112对参考光进行偏振分束，得到参考光的P偏振态的光和S偏振态的光，并且对待测光进行偏振分束，得到待测光的P偏振态的光和S偏振态的光，偏振分束单元112还对参考光的P偏振态的光和待测光的S偏振态的光进行合束，得到第一光束，偏振分束单元112还对参考光的S偏振态的光和待测光的P偏振态的光进行合束，得到第二光束。或者，偏振分束单元112还对参考光的S偏振态的光和待测光的P偏振态的光进行合束，得到第一光束，偏振分束单元112还对参考光的P偏振态的光和待测光的S偏振态的光进行合束，得到第二光束。偏振分束单元112向第一光程补偿模块12输入第一光束，向光路转折模块13输入第二光束。

可选地，第一波片与偏振分束单元112贴合，第二波片与偏振分束单元112贴合。

在一种可选的方式中，混频接收器件还具备将光束转换为电信号的功能，参见图9所示的混频接收器件，混频接收器件还包括像素级探测器3，偏振分束组件1向像素级探测器3输入主光轴平行的第一光束和第二光束，像素级探测器3将第一光束转变为电信号，并且将第二光束转变为电信号。然后，像素级探测器3向混频接收器件连接的处理器发送电信号，处理器接收到电信号后，使用电信号确定待测光的相关信息，例如，混频接收器件应用于FMCW的激光雷达中，待测光为被测物体反射的光束，处理器基于第一光束和第二光束分别对应的电信号，确定被测物体的速度和距离等信息。

可选地，在偏振分束组件1为多个的情况下，像素级探测器3包括多个像素级探测单元，多个像素级探测单元与多个偏振分束组件1一一对应，不同像素级探测单元用于探测不同偏振分束组件1输出的第一光束和第二光束。

在一种可选的方式中，偏振分束组件1与像素级探测器3的尺寸相匹配，实现单像素光线控制。偏振分束组件1与像素级探测器3之间存在一定的距离，且该距离小于目标数值(目标数值可以根据实际需要设置)，或者，偏振分束组件1与像素级探测器3贴合。

可选地，偏振分束组件1可以与像素探测器3集成在一起作为探测组件，提高集成度。

需要说明的是，在图9中，像素级探测器3探测第一光束和第二光束时在同一平面内。在另一种可选的方式中，像素级探测器3探测第一光束和第二光束时不在同一平面内。在这两种实现中，第一光束和第二光束到达像素级探测器3的光程相同。

本申请实施例中，混频接收器件可以应用于偏振探测、偏振传感、偏振成像或偏振光电医疗等领域，实现系统的简化和性能的提升。

本申请实施例中，混频接收器件应用于激光雷达，激光雷达可以是收发同轴的激光雷达，也可以是收发离轴的激光雷达，收发同轴的激光雷达指发射扫描光和接收被测物体反射的待测光的路径相同，收发离轴的激光雷达指发射扫描光和接收被测物体反射的待测光的路径不相同。

图10示出了收发同轴的激光雷达的结构示意图。参见图10，参考光和待测光垂直入射至混频接收器件，激光雷达包括光源01、分光镜02、扫描镜03、镜头04、混频接收器件、像素级探测器3和处理器05。光源01可以是光纤光源等激光光源，分光镜02可以是达曼镜，扫描镜03可以是微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)反射镜等。以扫描镜03为基准，分光镜02位于反光的一侧，扫描镜03位于分光镜02的透射输出光路上，镜头04位于分光镜02的反射输出光路上，混频接收器件位于镜头03的透射输出光路上。

在图10所示的激光雷达中，光传输路径为：光源01输出的光分为两束，一束作为扫描光通过分光镜02透射后，到达扫描镜03，扫描镜03将接收到的扫描光反射至被测物体。经被测物体散射后的光束(被测物体散射后的光束称为是待测光)通过扫描镜03返回分光镜02，分光镜02将待测光反射至镜头04，通过镜头04的透射到达混频接收器件。光源01输出的另一束光作为参考光，向混频接收器件输入该参考光。

混频接收器件接收到参考光和待测光后，参考光和待测光相互垂直入射至偏振分束模块11，偏振分束模块11对该参考光进行偏振分束，得到参考光的P偏振态的光和S偏振态的光，并且偏振分束模块11对该待测光进行偏振分束，得到待测光的P偏振态的光和S偏振态的光。偏振分束模块11还对参考光的P偏振态的光和待测光的S偏振态的光进行合束，得到第一光束，偏振分束模块11还对参考光的S偏振态的光和待测光的P偏振态的光进行合束，得到第二光束。或者，偏振分束模块11还对参考光的S偏振态的光和待测光的P偏振态的光进行合束，得到第一光束，偏振分束模块11还对参考光的P偏振态的光和待测光的S偏振态的光进行合束，得到第二光束。这样，第一光束中参考光和待测光的偏振态垂直，第二光束中参考光和待测光的偏振态垂直。偏振分束模块11向光程补偿单元121输入第一光束，光程补偿单元121对第一光束进行光程补偿，向第一偏振转换单元122输入光程补偿后的第一光束。第一偏振转换单元122将光程补偿单元121输出的第一光束转换为圆偏振光束进行输出，此处将第一光束转换为圆偏振光束是将参考光和待测光均转换为圆偏振光束。偏振分束模块11向转折单元131输入第二光束，转折单元131反射第二光束至第二偏振转换单元132，第二偏振转换单元132将转折单元131输出的第二光束转换为圆偏振光束进行输出，此处将第二光束转换为圆偏振光束是将参考光和待测光均转换为圆偏振光束。

第一偏振转换单元122向像素级探测器3输入第一光束，像素级探测器3将第一光束转换为电信号。第二偏振转换单元132向像素级探测器3输入第二光束，像素级探测器3将第二光束转换为电信号。像素级探测器3向处理器05输入转换得到的电信号。

处理器05使用像素级探测器3转换得到的电信号，计算得到被测物体的信息，被测物体的信息包括被测物体的速度和距离等信息。

在图10所示的激光雷达中，由于混频接收器件的体积比较小，且仅包括一个镜头04，并且不需要合束器，所以使得激光雷达的体积也比较小。

图11示出了收发同轴的激光雷达的另一种结构示意图，参见图11，激光雷达包括光源01、分光镜02、扫描镜03、合束器06、镜头04、混频接收器件、像素级探测器3和处理器05。光源01可以是光纤光源等激光光源，分光镜02可以是达曼镜，扫描镜03可以是MEMS反射镜等。以扫描镜03为基准，分光镜02位于反光的一侧，扫描镜03位于分光镜02的透射输出光路上，镜头04位于分光镜02的反射输出光路上，混频接收器件位于镜头03的透射输出光路上。

在图11所示的激光雷达中，光传输路径为：光源01输出的光分为两束，一束作为扫描光通过分光镜02透射后，到达扫描镜03，扫描镜03将接收到的扫描光反射到被测物体。经被测物体散射后的光束(被测物体散射后的光束称为是待测光)通过扫描镜03返回分光镜02，分光镜02将待测光反射至合束器06。光源01输出的另一束光作为参考光输入合束器06。合束器06将参考光和待测光合束一束，得到入射光束，该入射光束通过镜头04输入至混频接收器件。

混频接收器件中偏振分束模块11对入射光束进行偏振分束，获得第一光束和第二光束，第一光束为从偏振分束模块11透射的光束，即第一光束为P偏振态的光束，第二光束为从偏振分束模块11反射的光束，即第二光束为S偏振态的光束，或者，第一光束为从偏振分束模块11反射的光束，即第一光束为S偏振态的光束，第二光束为从偏振分束模块11透射的光束，即第二光束为P偏振态的光束。第一光程补偿模块12对第一光束进行光程补偿后，向像素级探测器3输入。光路转折模块13对第二光束进行反射输出，向像素级探测器3输入，使得第二光束的主光轴与第一光程补偿模块12输出的第一光束的主光轴平行。像素级探测器3将第一光束转换为电信号，并且像素级探测器3将第二光束转换为电信号。像素级探测器3向处理器05输入转换得到的电信号。

处理器05使用像素级探测器3转换得到的电信号，计算得到被测物体的信息，被测物体的信息包括被测物体的速度和距离等信息。

在图11所示的激光雷达中，由于混频接收器件的体积比较小，且仅包括一个镜头04，所以使得激光雷达的体积也比较小。

图12示出了收发离轴的激光雷达的结构示意图，参见图12，激光雷达包括光源01、分光镜02、扫描镜03、镜头04、混频接收器件、像素级探测器3和处理器05。光源01可以是光纤光源等激光光源，分光镜02可以是达曼镜，扫描镜03可以是MEMS反射镜等。镜头04位于被测物体反射的光的输入光路上，混频接收器件位于镜头04的透射输出光路上。

在图12所示的激光雷达中，光传输路径为：光源01输出的光分为两束，一束作为扫描光通过分光镜02透射后，到达扫描镜03，扫描镜03将接收到的扫描光反射到被测物体。经被测物体散射后的光束(被测物体散射后的光束称为是待测光)直接进入镜头04，通过镜头04入射至混频接收器件。光源01输出的另一束光作为参考光，向混频接收器件输入该参考光。

混频接收器件接收到参考光和待测光，参考光和待测光垂直入射至混频接收器件，混频接收器件的处理参见前文中图10中的描述，此处不再赘述。另外，处理器05的处理也参见前文中图10中的描述，此处不再赘述。

在图12所示的激光雷达中，由于混频接收器件的体积比较小，且仅包括一个镜头04，且不需要合束器，所以使得激光雷达的体积也比较小。

图13示出了收发离轴的激光雷达的另一种结构示意图，参见图12，激光雷达包括光源01、分光镜02、扫描镜03、合束器06、镜头04、混频接收器件和处理器05。光源01可以是光纤光源等激光光源，分光镜02可以是达曼镜，扫描镜03可以是MEMS反射镜等。合束器06位于被测物体反射的待测光的输入光路上，镜头04位于合束器06的输出光路上，混频接收器件位于镜头04的透射输出光路上。

在图13所示的激光雷达中，光传输路径为：光源01输出的光分为两束，一束作为扫描光通过分光镜02透射后，到达扫描镜03，扫描镜03将接收到的扫描光反射到被测物体。经被测物体散射后的光束(被测物体散射后的光束称为是待测光)入射至合束器06，光源01输出的另一束光作为参考光输入合束器06。合束器06将参考光和待测光合束一束，得到入射光束，该入射光束通过镜头04输入至混频接收器件。混频接收器件的处理参见前文中图11中的描述，此处不再赘述。另外，处理器05的处理也参见前文中图11中的描述，此处不再赘述。

在图13所示的激光雷达中，由于混频接收器件的体积比较小，而且仅包括一个镜头04，所以使得激光雷达的体积也比较小。

图10至图13中是以混频接收器件包括一个偏振分束组件1为例进行说明，激光雷达中的混频接收器件也可以包括多个偏振分束组件1，在混频接收器件包括多个偏振分束组件1的情况下，激光雷达能够同时探测多路待测光。在图11和图13中，在混频接收器件包括多个偏振分束组件1的情况下，合束器06也是多个，合束器06与多个偏振分束组件1一一对应。

在图10至图13所示的四种激光雷达中，激光雷达采用了光纤光源，在另一种可选的方式中，光源01可以包括激光器和分束器，激光器用于输出一束激光，分束器用于将该一束激光分为扫描光和参考光，参考光通过一个额外的反射镜反射输入混频接收器件，或者合束器06。上述扫描光和参考光的功率可以相同，也可以不相同，本申请实施例不进行限定。

在图10至图13所示的四种激光雷达中，激光雷达还可以包括光源控制器07和扫描控制器08，光源控制器07用于控制光源01输出光的功率，扫描控制器08用于控制扫描镜03的扫描角度等，参见图14所示的激光雷达，该激光雷达是在图10的基础上增加了光源控制器07和扫描控制器08。

在图10至图13所示的四种激光雷达中，激光雷达还包括滤波片，滤波片位于镜头04的输入光路上，能够对环境光进行过滤处理。

本申请中术语“第一”和“第二”等字样用于对作用和功能基本相同的相同项或相似项进行区分，应理解，“第一”和“第二”之间不具有逻辑或时序上的依赖关系，也不对数量和执行顺序进行限定。还应理解，尽管以下描述使用术语第一、第二等来描述各种元素，但这些元素不应受术语的限制。这些术语只是用于将一元素与另一元素区别分开。例如，在不脱离各种示例的范围的情况下，第一光程补偿模块可以被称为第二光程补偿模块，并且类似地，第二光程补偿模块可以被称为第一光程补偿模块。第一光程补偿模块和第二光程补偿模块都可以是光程补偿模块，并且在某些情况下，可以是单独且不同的光程补偿模块。

本申请中术语“多个”的含义是指两个或两个以上。

以上描述，仅为本申请的示例性的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种混频接收器件，其特征在于，至少包括折射光学元件ROE型的偏振分束组件(1)，所述偏振分束组件(1)包括偏振分束模块(11)、第一光程补偿模块(12)和光路转折模块(13)；

所述偏振分束模块(11)，用于对入射光束进行偏振分束以获得第一光束和第二光束，分别向所述第一光程补偿模块(12)和所述光路转折模块(13)输入所述第一光束和所述第二光束，所述第一光束和所述第二光束的偏振态垂直；

所述第一光程补偿模块(12)，用于对所述第一光束进行光程补偿后输出；

所述光路转折模块(13)，用于对所述第二光束进行反射输出，以使所述第二光束的主光轴与所述第一光程补偿模块(12)输出的光程补偿后的第一光束的主光轴平行，所述第一光程补偿模块(12)输出的光程补偿后的第一光束与所述光路转折模块(13)输出的所述第二光束在被探测时的光程相同。

2.根据权利要求1所述的混频接收器件，其特征在于，所述入射光束包括一路参考光和一路待测光，所述一路参考光和所述一路待测光相互垂直，所述第一光程补偿模块(12)包括光程补偿单元(121)和第一偏振转换单元(122)，所述光路转折模块(13)包括转折单元(131)和第二偏振转换单元(132)；

所述偏振分束模块(11)，用于对所述一路参考光和所述一路待测光分别进行偏振分束后进行合并，以获得所述第一光束和所述第二光束，所述第一光束中参考光和待测光的偏振态垂直，所述第二光束中参考光和待测光的偏振态垂直；

所述光程补偿单元(121)，用于对所述第一光束进行光程补偿，向所述第一偏振转换单元(122)输入光程补偿后的第一光束；

所述第一偏振转换单元(122)，用于将所述光程补偿单元(121)输出的光程补偿后的第一光束转换为圆偏振光束进行输出；

所述转折单元(131)，用于反射所述第二光束至所述第二偏振转换单元(132)；

所述第二偏振转换单元(132)，用于将所述转折单元(131)输出的所述第二光束转换为圆偏振光束进行输出。

3.根据权利要求1或2所述的混频接收器件，其特征在于，所述偏振分束组件(1)为多个，所述混频接收器件还包括分束模块(2)，所述入射光束包括一路参考光和一路待测光，所述一路参考光和所述一路待测光相互垂直；

所述分束模块(2)，用于将所述一路参考光分为多路参考光，向多个所述偏振分束组件(1)输入所述多路参考光，所述多路参考光与所述多个偏振分束组件(1)一一对应。

4.根据权利要求3所述的混频接收器件，其特征在于，多个所述偏振分束组件(1)呈一维排列，或者二维排列。

5.根据权利要求2至4任一项所述的混频接收器件，其特征在于，所述偏振分束组件(1)还包括微透镜(14)；

所述微透镜(14)，用于聚焦所述入射光束中的待测光。

6.根据权利要求1所述的混频接收器件，其特征在于，所述入射光束为包括一路参考光和一路待测光的一束单偏振光，所述偏振分束模块(11)包括波片(111)和偏振分束单元(112)；

所述波片(111)，用于将所述入射光束转换为目标光束，所述目标光束是能偏振分束得到相互垂直的两个偏振态的光束；

所述偏振分束单元(112)，用于对所述目标光束进行偏振分束以获得所述第一光束和所述第二光束，分别向所述第一光程补偿模块(12)和所述光路转折模块(13)输入所述第一光束和所述第二光束。

7.根据权利要求1至6任一项所述的混频接收器件，其特征在于，所述偏振分束模块(11)与所述第一光程补偿模块(12)贴合，所述偏振分束模块(11)与所述光路转折模块(13)贴合。

8.根据权利要求1至7任一项所述的混频接收器件，其特征在于，所述偏振分束组件(1)还包括第二光程补偿模块(15)；

所述第二光程补偿模块(15)，用于对所述光路转折模块(13)输出的所述第二光束进行光程补偿后输出，所述第一光程补偿模块(12)的折射率大于所述第二光程补偿模块(15)的折射率，所述第一光程补偿模块(12)输出的光程补偿后的第一光束与所述第二光程补偿模块(15)输出的光程补偿后的第二光束在被探测时的光程相同。

9.根据权利要求1至8任一项所述的混频接收器件，其特征在于，所述混频接收器件还包括像素级探测器(3)；

所述像素级探测器(3)，用于将所述偏振分束组件(1)输出的第一光束转变为电信号，将所述偏振分束组件(1)输出的第二光束转变为电信号。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括光源、分光镜、扫描镜、镜头、如权利要求1至5、权利要求7和8任一项所述的混频接收器件、像素级探测器和处理器；

所述光源，用于向所述分光镜输出扫描光，向所述混频接收器件输出参考光；

所述分光镜，用于向所述扫描镜透射输出所述扫描光；

所述扫描镜，用于向被测物体反射输出所述扫描光，接收所述被测物体反射的待测光，向所述分光镜反射输出所述待测光；

所述分光镜，还用于通过所述镜头向所述混频接收器件反射输出所述待测光；

所述混频接收器件，用于接收所述参考光和所述待测光，向所述像素级探测器输出第一光束和第二光束；

所述像素级探测器，用于将所述第一光束转变为电信号，并将所述第二光束转变为电信号；

所述处理器，用于基于所述像素级探测器输出的电信号，确定所述被测物体的信息。

11.一种激光雷达，其特征在于，包括光源、分光镜、扫描镜、镜头、如权利要求1至5、权利要求7和8任一项所述的混频接收器件、像素级探测器和处理器；

所述光源，用于向所述分光镜输出扫描光，向所述混频接收器件输出参考光；

所述分光镜，用于向所述扫描镜透射输出所述扫描光；

所述扫描镜，用于向被测物体反射输出所述扫描光；

所述镜头，用于接收所述被测物体反射的待测光，向所述混频接收器件输出所述待测光；

所述混频接收器件，用于接收所述参考光和所述待测光，向所述像素级探测器输出第一光束和第二光束；

所述像素级探测器，用于将所述第一光束转变为电信号，并将所述第二光束转变为电信号；

所述处理器，用于基于所述像素级探测器输出的电信号，确定所述被测物体的信息。

12.一种激光雷达，其特征在于，包括光源、分光镜、扫描镜、合束器、镜头、如权利要求6至8任一项所述的混频接收器件、像素级探测器和处理器；

所述光源，用于向所述分光镜输出扫描光，向所述合束器输出参考光；

所述分光镜，用于向所述扫描镜透镜输出所述扫描光；

所述扫描镜，用于向被测物体反射输出所述扫描光，接收所述被测物体反射的待测光，向所述分光镜输入所述待测光；

所述分光镜，还用于向所述合束器反射输出所述待测光；

所述合束器，用于合并所述参考光和所述待测光，以获得所述混频接收器件的一束入射光束，通过所述镜头将所述入射光束输出至所述混频接收器件；

所述混频接收器件，用于接收所述入射光束，向所述像素级探测器输出第一光束和第二光束；

所述像素级探测器，用于将所述第一光束转变为电信号，并将所述第二光束转变为电信号；

所述处理器，用于基于所述像素级探测器输出的电信号，确定所述被测物体的信息。