CN218158328U - 激光雷达的发射模块及激光雷达 - Google Patents

Abstract

一种激光雷达的发射模块及激光雷达，发射模块包括：多波长光源；扫描装置，所述扫描装置包括：色散偏折件，所述色散偏折件具有第一面和第二面，所述第一面接收第一光线以形成第二光线，所述第二面接收所述第二光线形成出射的第三光线；所述第三光线与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线与所述第一方向之间的夹角；所述第一面和第二面中的一个为色散面，所述第一面和第二面中的另一个为偏折面，其中所述色散面接收光线并基于波长偏折所述光线；所述偏折面接收光线并基于折射作用偏折所述光线。通过一个色散偏折件即可实现波长扫描和扩束的作用，结构简单、易于安装，而且能够有效的压缩了激光雷达的光路高度。

Description

激光雷达的发射模块及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光探测领域，特别涉及一种激光雷达的发射模块及激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。激光雷达的工作原理是利用激光往返于雷达和目标之间所用的时间，或者调频连续光在雷达和目标之间往返所产生的频移来评估目标的距离或速度等信息。

为了获得较大的视场范围，激光雷达通常采用扫描装置进行扫描。激光雷达常用的扫描方式有机械旋转式、反射镜扫描式、光学相控阵(OPA)扫描、Flash扫描等。

另外，还有一种扫描方式是波长扫描。波长扫描的扫描装置是利用光栅、棱镜等色散元件基于波长将多波长光源产生的光线分开以达到扫描的效果。

但是现有波长扫描的扫描装置往往存在装配不方便的问题。

实用新型内容

本实用新型解决的问题如何降低波长扫描的扫描装置的装配难度。

为解决上述问题，本实用新型提供一种激光雷达的发射模块，包括：

多波长光源，所述多波长光源适宜于产生多波长的光线；多波长的扫描装置，适于使不同波长的光线向不同的方向偏折，其中，所述扫描装置包括：色散偏折件，所述色散偏折件具有沿光路依次设置的第一面和第二面，所述第一面接收第一光线以形成第二光线，所述第二面接收所述第二光线形成出射的第三光线；其中入射所述第一面的光路的光轴方向为第一方向，所述第三光线与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线与所述第一方向之间的夹角；所述第一面和第二面中的一个为色散面，所述第一面和第二面中的另一个为偏折面，其中所述色散面接收光线并基于波长偏折所述光线；所述偏折面接收光线并基于折射作用偏折所述光线。

可选的，中心波长的第三光线平行所述第一方向。

可选的，不同波长的第三光线之间成预设夹角。

可选的，相邻第三光线之间的夹角基本相等。

可选的，所述色散偏折件还包括：第三面，所述第三面位于所述第一面和所述第二面之间的光路中；所述第三面反射所述第二光线至所述第二面。

可选的，所述第三面与所述第一方向的夹角在10°至45°范围内。

可选的，第二光线在所述第三面上发生全反射。

可选的，所述第三面具有反射膜。

可选的，所述色散偏折件包括：导光体，所述导光体的一个表面为所述第一面，一个表面为所述第二面，所述第一光线自所述第一面入射至所述导光体，所述第三光线自所述第二面从所述导光体出射。

可选的，所述导光体的一个表面为第三面。

可选的，所述导光体的材料的折射率大于1。

可选的，所述导光体的材料为玻璃。

可选的，所述第一面上具有光栅层，所述光栅层具有光栅结构。

可选的，所述光栅层与所述导光体为一体结构。

可选的，所述光栅层的材料为压印胶。

可选的，所述第二面具有增透膜。

可选的，还包括：反射件，所述反射件位于所述色散偏折件下游的光路中以反射所述第三光线，所述反射件的反射面绕转轴转动。

可选的，所述反射件以预设的第一角速度旋转以实现视场拼接，其中所述第一角速度基于多个第三光线之间的最大夹角设置。

可选的，所述反射件以预设的第二角速度旋转以增大角分辨率，其中所述第二角速度基于相邻波长的第三光线之间的夹角设置。

可选的，同一第一光线形成的多个第二光线均位于第一平面内；所述发射模块包括多个多波长光源，所述多个多波长光源至少部分分布于所述第一平面内。

可选的，所述多个多波长光源还分布于第二平面内，所述第二平面垂直所述第一平面。

可选的，所述多波长光源包括：多个不同波长的激光器，或者至少1个波长可调谐激光器。

而且，本实用新型还提供一种激光雷达，包括：

发射模块，所述发射模块为本实用新型的发射模块；出射的所述第三光线经待测目标反射后形成回波光线；探测元件，所述探测元件适宜于接收所述回波光线。

可选的，所述激光雷达包括收发装置；所述收发装置包括所述发射模块和接收模块，所述接收单元包括所述探测元件。

可选的，还包括：准直光学装置，所述准直光学装置适宜于传输所述多波长光源所产生的光线以形成第一光线；分光元件，所述分光元件位于所述多波长光源和所述准直光学装置之间的光路上。

此外，本实用新型还提供一种多波长的扫描装置的制造方法，包括：

提供基底母板；在所述基底母板的一个表面上形成光栅结构；对表面形成有所述光栅结构的基底母板进行第一切割，获得结构小片；对所述结构小片进行第二切割以形成色散偏折件。

可选的，形成光栅结构的步骤中，通过纳米压印技术形成所述光栅结构。

可选的，通过纳米压印技术形成所述光栅结构的步骤包括：在所述基底母板上形成压印材料层；利用预设的母版对所述压印材料层进行压印并固化；对固化后的压印材料层进行脱模，以形成上所述光栅结构。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

本实用新型技术方案中，通过色散偏折件实现多波长光源所产生光线的分光和出射，所述第一面和所述第二面中，一个作为色散面，另一个作为偏折面，使出射的所述第三光线与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线与所述第一方向之间的夹角。垂直第一方向的平面内，所述第一光线的入射点与所述第二光线的入射点之间的距离较近，即第二面与第一面在垂直方向上的高度接近，因此所述色散偏折件不会过多增加激光雷达的光路高度，有效的压缩了激光雷达的高度和体积；此外可以通过折射使所述第三光线的出射口径大于所述第一光线的入射口径，因此所述色散偏折件还能起到扩束的作用，能够有效增大激光雷达的口径，提升测远能力；通过一个色散偏折件即可实现波长扫描和扩束的作用，结构简单、易于安装。

本实用新型可选方案中，所述发射模块还包括：位于所述第一面和所述第二面之间光路中的第三面，所述第三面反射所述第二光线至所述第二面。通过第三面将所述第二光线反射至所述第二面，能够进一步折叠光路，进一步缩小光路体积。

本实用新型可选方案中，所述第一面和所述第二面均为导光体的表面。所述色散面和所述偏折面集成于一体化结构的导光体上，能够使光学元件体积大幅缩小，能够有效提高光路的鲁棒性。

本实用新型可选方案中，所述第二光线在所述第三面上发生全反射。通过结构设计，使第二光线在所述第三面上发生全反射，能够有效提高所述第二光线反射的反射效率，而且无需在第三面上设置反射膜，降低色散偏折件的制造成本。

附图说明

图1是一种波长扫描的扫描装置的光路示意图；

图2是本实用新型激光雷达的发射模块一实施例的结构示意图；

图3示出了本实用新型激光雷达的发射模块一实施例中所述光栅层分光的光路示意图；

图4是本实用新型激光雷达的发射模块另一实施例的结构示意图；

图5是本实用新型激光雷达的发射模块又一实施例在所述第三面上发生全反射的光路示意图；

图6是本实用新型激光雷达的发射模块再一实施例的侧视结构示意图；

图7是图6所示激光雷达的发射模块实施例的俯视结构示意图；

图8是本实用新型激光雷达的发射模块再一实施例的结构示意图；

图9是本实用新型激光雷达的发射模块再一实施例的结构示意图；

图10是本实用新型激光雷达的发射模块又一实施例的侧视结构示意图；

图11是本实用新型激光雷达发射模块又一实施例的俯视结构示意图；

图12是本实用新型激光雷达一实施例中收发装置的放大示意图；

图13是本实用新型激光雷达一实施例的结构示意图；

图14是本实用新型用于激光雷达的多波长的扫描装置的制造方法一实施例的流程示意图；

图15至图19是图14所示用于激光雷达的多波长的扫描装置的制造方法实施例各个步骤的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中的波长扫描的扫描装置存在装配不便的问题。现结合一种波长扫描的扫描装置的光路结构分析其装配不便问题的原因：

图1示出了一种波长扫描的扫描装置的光路示意图。

如图1所示，光源11为多波长光源，即所述光源11能够产生不同波长的光线；色散元件12包括光栅。所述光源11所产生的不同波长的光学以相同的入射角入射至所述色散元件12。根据光栅衍射方程，不同波长的光线经光栅后的衍射角度不同。因此相同角度入射的光线，经所述色散元件12中的光栅偏折后的光线以不同的角度出射，从而将不同波长的光线分开，即可实现扫描效果。

如图1所示，由于光栅-1阶的衍射效率最高，因此通常会用光栅的-1阶衍射光线进行扫描，即衍射光和入射光在法线的同一侧。所以所述第一元件12中的光栅偏折后的光线不可能平行于入射的光线，偏折后的光线向下偏折。

在激光雷达的应用中，不同波长的衍射光分布在垂直于水平面的平面内，即通过不同波长的光线向不同角度衍射来实现激光雷达对不同垂直角度的扫描。因此，为了使多束衍射光的出射方向靠近水平面，以实现对垂直0°角和垂直方向正角度和负角度一定范围的扫描，如图1所示，通常在所述色散元件12下游的光路中会设置反射镜13。但是所述反射镜13的反射面与水平方向之间的夹角较大，所以所述反射镜13的设置，会增大光路沿垂直方向的尺寸，使得激光雷达光路垂直方向的高度增大，从而不利于激光雷达体积的缩小。此外，而且也会使所述激光雷达的光路的不同光学元件在不同高度的水平面上，从而造成了激光雷达的安装不便。

为解决所述技术问题，本实用新型提供一种激光雷达的发射模块，包括：

多波长光源，所述多波长光源适宜于产生多波长的光线；多波长的扫描装置，适于使不同波长的光线向不同的方向偏折，其中，所述扫描装置包括：色散偏折件，所述色散偏折件具有沿光路依次设置的第一面和第二面，所述第一面接收第一光线以形成第二光线，所述第二面接收所述第二光线形成出射的第三光线；其中入射所述第一面的光路的光轴方向为第一方向，所述第三光线与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线与所述第一方向之间的夹角；所述第一面和第二面中的一个为色散面，所述第一面和第二面中的另一个为偏折面，其中所述色散面接收光线并基于波长偏折所述光线；所述偏折面接收光线并基于折射作用偏折所述光线。

本实用新型技术方案中，通过色散偏折件实现多波长光源所产生光线的分光和出射，所述第一面和所述第二面中，一个作为色散面，另一个作为偏折面，使出射的所述第三光线与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线与所述第一方向之间的夹角。垂直第一方向的平面内，所述第一光线的入射点与所述第二光线的入射点之间的距离较近，即第二面与第一面在垂直方向上的高度接近，因此所述色散偏折件不会过多增加激光雷达的光路高度，有效的压缩了激光雷达的高度和体积；此外可以通过折射使所述第三光线的出射口径大于所述第一光线的入射口径，因此所以所述色散偏折件还能起到扩束的作用，能够有效增大激光雷达的口径，提升测远能力；通过一个色散偏折件即可实现波长扫描和扩束的作用，结构简单、易于安装。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参考图2，示出了本实用新型激光雷达的发射模块一实施例的结构示意图。

所述激光雷达的发射模块包括：多波长光源111，所述多波长光源111适宜于产生多波长的光线；多波长的扫描装置120，适于使不同波长的光线向不同的方向偏折，其中，所述扫描装置120包括：色散偏折件129，所述色散偏折件129具有沿光路依次设置的第一面121和第二面122，所述第一面121接收第一光线131以形成第二光线132，所述第二面122接收所述第二光线132形成出射的第三光线133；其中入射所述第一面121的光路的光轴方向为第一方向，所述第三光线133与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线132与所述第一方向之间的夹角；所述第一面121和第二面122中的一个为色散面，所述第一面121和第二面122中的另一个为偏折面，其中所述色散面接收光线并基于波长偏折所述光线；所述偏折面接收光线并基于折射作用偏折所述光线。

所述多波长光源111用以产生光线以进行探测。

所述多波长光源111产生的光线为多波长光线，即所述多波长光源111产生的光线包括多个波长。具体的，一些实施例中，所述多波长光源111包括：多个不同波长的激光器，或者至少1个波长可调谐激光器。具体的，所述多波长光源111所产生的光线经传输后，形成第一光线131。

所述多波长的扫描装置120适用于基于波长偏折光线以实现扫描。其中，所述扫描装置120包括：色散偏折件129，所述色散偏折件129的所述第一面121和所述第二面122中，一个为所述色散面以基于波长偏折光线，另一个为所述偏折面以基于折射作用偏折光线。

在具体实施例中，所述多波长光源111依次输出不同波长的光线，不同波长的光线分别被扫描装置120偏折到垂直方向的不同角度，从而实现多个垂直角度的依次扫描。

需要说明的是，本实用新型一些实施例中，所述激光雷达的发射模块还包括：准直元件，所述准直元件适宜于对所述多波长光源111所产生光线进行准直。如图2所示，所述准直元件包括：至少1个准直透镜140，所述多波长光源111所产生光线经所述准直元件准直后形成第一光线131，所以，所述第一光线131传播方向平行于所述第一方向。具体如图2所示实施例中，所述第一光线131沿水平方向入射至所述多波长的扫描装置120，即所述第一方向为水平方向。

继续参考图2，所述第一面121和第二面122沿光路依次设置，所述第一面121为入射面，适宜于接收所述第一光线131；所述第一光线131经传输后形成第二光线132；所述第二面122为出射面，所述第二面122接收所述第二光线132以形成出射的第三光线133。

本实用新型一些实施例中，所述第一面121为所述色散面，所述第二面122为所述偏折面。所述第一面121接收所述第一光线131，根据波长，以形成不同波长向不同方向偏折的第二光线132；所述第二面122接收不同方向传输的第二光线132，基于折射作用形成不同方向出射的第三光线133。

所述第一面121的色散程度、所述第一面121和第二面122之间的角度适宜，从而使的所述第三光线133与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线132和所述第一方向之间的夹角。其中，第一方向为所述入射所述第一面121的光路的光轴的方向。

需要说明的是，所述第一面121的色散程度是指不同波长光线传播方向之间的夹角与波长差距之间的关系，分开一定夹角的两束光波长相差越小、一定波长差的两束光分开的夹角越大，色散程度越强；相应的，分开一定夹角的两束光波长相差越大、一定波长差的两束光分开的夹角越小，色散程度越小。通过第一光线131中多个波长的设置，可以使相邻第二光线132之间具有预设的夹角。

具体如图2所示，本实用新型一些实施例中，经准直所形成的所述第一光线131沿水平方向入射至所述多波长的扫描装置120，即所述第一方向为所述水平方向；所以所述第三光线133与所述水平方向的夹角小于所述第二光线132与所述水平方向的夹角，从而使光路水平出射。

本实用新型一些实施例中，所述色散偏折件129包括：导光体128，所述导光体128的一个表面为所述第一面121，一个表面为所述第二面122，所述第一光线131自所述第一面121入射至所述导光体128，所述第三光线133自所述第二面122从所述导光体128出射。所述色散面和所述偏折面集成于一体化结构的导光体128上，能够使光学元件体积大幅缩小，并且一体化的光学元件结构更加稳定，能够有效提高光路的鲁棒性。

本实用新型一些实施例中，所述导光体128的材料的折射率大于1。将所述导光体128的材料设置比较常见的大于1的材料以控制折射角度，实现扩束效果。

本实用新型一些实施例中，所述导光体128的材料可以为玻璃。玻璃是常见的光学元件的材料，将所述导光体128的材料设置为玻璃，能够有效控制成本，而且光学性能稳定，有利于保证所述色散偏折件129的稳定性。

本实用新型一些实施例中，作为散射面的所述第一面121上具有光栅层127，所述光栅层127具有光栅结构。利用光栅衍射的原理使投射至所述第一面121上的第一光线131在投射所述第一面121、入射至所述导光体128内时发生光栅衍射，从而将不同波长的光线偏折不同角度，从而使不同波长的第二光线132在所述导光体128内朝向不同方向传播。具体如图2所示，所述第一面121上的光栅层127使光线的传播方向沿顺时针旋转，形成向下偏折、不同传播方向的第二光线132。

本实用新型一些实施例中，所述光栅层127位于所述导光体128的表面，即所述光栅层127朝向所述导光体128的表面与所述导光体128的表面直接接触。直接将所述光栅层127贴敷于所述导光体128表面，能够有效保证光路的稳定性和鲁棒性。

本实用新型一些实施例中，所述光栅层127的材料为压印胶，即可以通过纳米压印技术直接在所述导光体128的一个表面上形成所述光栅层127，能够有效控制制作成本。而且一些实施例中，所述压印胶的折射率与玻璃的折射率接近，能有效降低所述光栅层127和所述导光体128之间界面上的光线损耗，能有效避免光线在界面上发生折射，有利于光路精度的提高。

需要说明的是，本实用新型另一些实施例中，所述光栅层127与所述导光体128为一体结构，即所述光栅层127和所述导光体128之间没有明显界限。直接使所述导光体128和所述光栅层127为一体结构的做法，能够有效避免光栅层127和所述导光体128之间形成界面。

具体的，结合参考图3，根据光栅方程：

d(sinθ_i+sinθ_d)＝mλ (公式1)

公式1中，d为光栅周期，θ_i与θ_d分别为光束在光栅上的入射角和衍射角，m为衍射级次，λ是波长。通常光栅-1阶衍射效率最高，即取m＝-1，“-”表示入射光与衍射光在法线同一侧(如图3所示)。因此，不同波长的光经过色散面上的光栅层127衍射后，衍射光的衍射角不同，且衍射光向下偏折。

如图2所示，本实用新型一些实施例中，所形成的第二光线132直接投射至所述第二面122，在所述第二面122上发生折射，形成自所述色散偏折件129出射的第三光线133。由于不同波长的第二光线132的传播方向不同，因此不同波长、不同方向的第二光线132投射至所述第二面122的入射角均不相同，而且因此不同波长的第二光线132折射所形成的第三光线133出射方向也不同，从而实现不同视场方向的扫描。

本实用新型一些实施例中，所述第二面122和所述第一面121的交线垂直所述第一方向。使所述第二面122和所述第一面121的交线垂直所述第一方向，能够使的不同波长的第二光线132、不同波长的第三光线133共面。

需要说明的是，由于所述第二面122和所述第一面121的交线垂直所述第一方向，根据衍射原理，所述第一光线131与其形成的第二光线132共面；根据折射原理，所述第二光线132与其形成的第三光线133共面，也就是说，不同波长的第一光线131、第二光线132和第三光线133共面。本实用新型一些实施例中，第一光线131、第二光线132和第三光线133均位于垂直于水平面的平面内，从而实现激光雷达对垂直视场范围不同角度的扫描。

本实用新型一些实施例中，相对于所述第一方向的垂面，所述第一面121和所述第二面122向相同方向倾斜，即如图2所示实施例中，所述第一面121和第二面122相对于所述第一方向的垂面顺时针倾斜，第二光线132在所述第二面122上的入射点与相对应第一光线131在所述第一面121上的入射点之间距离随着波长的增大而减小，即波长越大，所述距离越小，波长越大的第二光线132在所述第一面121和所述第二面122之间的光程越小；因此相对于所述第二光线132的偏折方向，所述第三光向不同的方向偏折，即如图2所示的实施例中，所述第二光线132相对于所述第一光线131向顺时针方向偏折，所述第三光线133相对于所述第二光线132向逆时针方向偏折。

本实用新型一些实施例中，中心波长的第三光线133平行所述第一方向。所以通过角度设计，即所述第一面121和所述第二面122之间成预设的角度，从而使中心波长的第三光线133平行所述第一方向。

本实用新型一些实施例中，不同波长的第三光线133之间成预设夹角。通过角度设计，即依据光栅方程和所述导光体128材料的折射率，使所述第一面121和第二面122与所述第一方向之间分别成预设角度，以使不同波长的第三光线133之间成预设夹角。

本实用新型一些实施例中，可以通过预设角度的设计，使得相邻第三光线133之间的夹角基本相等，从而实现激光雷达的扫描角度间隔均匀。具体的，任意两个相邻第三光线133之间的夹角均为相等的预设角度，可以使激光雷达的扫描角度间隔均匀，但实际应用中存在一定的误差，相邻第三光线133之间的夹角与预设角度的差不超过该预设角度的10％，视为基本相等。

具体的，如图2所示实施例中，准直后的所述第一光线131沿水平方向入射至所述第一面121，所述第一光线131在第一面121的入射面和所述第二光线132在第二面122的入射面均垂直于水平面，从而使不同波长的第二光线132以及不同波长的第三光线133均位于垂直水平面的平面内，进而实现激光雷达垂直视场范围内不同方向的扫描。

需要说明的是，本实用新型一些实施例中，所述第二面122具有增透膜。在所述第二面122上设置增透膜，能有效减少第二面122上的光能损耗，有利于能耗的降低和控制，有利于激光雷达性能的改善。

还需要说明的是，本实用新型一些实施例中，所述第一面121为所述色散面，所述第二面122为所述偏折面。本实用新型另一些实施例中，所述第一面121也可以为偏折面，所述第二面122也可以为色散面。

参考图4，示出了本实用新型激光雷达的发射模块另一实施例的结构示意图。

与前述实施例相同之处，本实用新型在此不再赘述。与前述实施例不同之处在于，本实用新型一些实施例中，所述色散偏折件229还包括：第三面223，所述第三面223位于所述第一面221和所述第二面222之间的光路中；所述第三面223反射所述第二光线232至所述第二面222。

通过第三面223将所述第二光线232反射至所述第二面222的做法，能够进一步折叠光路，能够进一步减小垂直于第一方向的平面内，所述第一光线231的入射点与所述第二光线232的入射点之间的距离，有利于光路尺寸的进一步减小，有利于激光雷达的小型化。

本实用新型一些实施例中，所述导光体227的一个表面为第三面223。具体的，所述导光体227为多边形棱镜，所述导光体227的两个表面分别为第一面221和第二面222，所述导光体227的另一个表面为所述第三面223。

本实用新型一些实施例中，所述第三面223与所述第一方向的夹角在10°至45°范围内。限制所述第三面223与所述第一方向的夹角，能够减小第三面223在所述第一方向的垂面内的投影面积，从而有利于压缩光路尺寸，有利于激光雷达小型化。

本实用新型一些实施例中，第二光线232在所述第三面223上发生全反射。通过角度设计，不同波长的第二光线232在所述第三面223上的入射角均大于或等于全反射临界角，能够在不增加额外反射膜的前提下，提高第三面223的反射率。

具体如图5所示实施例中，所述导光体227的材料都折射率为n₁，其中，n₁>1。经衍射而形成的不同波长的第二光线232的衍射角可以通过前述公式1而获得；根据全反射原理，即当光线从光密介质进入光疏介质时，如果入射角大于临界角θ_c时，折射光线会消失，所有入射光线将被反射而不进入光疏介质，设计所述第三面223与所述第一面221之间的夹角，使不同波长的的第二光线232的入射角均大于相应波长下的临界角，从而使所述第二光线232在所述第三面223上发生全反射，能够使所述第三面223将第二光线232完全反射的同时，省去工艺复杂、成本较高的镀膜步骤，有利于简化制备工艺，降低成本。

需要说明的是，本实用新型一些实施例中，所述第二光线232在所述第三面223上发生全反射。本实用新型另一些实施例中，所述第三面223具有反射膜，从而提高所述第三面223的反射率。

参考图6和图7，其中图6示出了本实用新型激光雷达的发射模块再一实施例的侧视结构示意图；图7是图6所示激光雷达的发射模块实施例的俯视结构示意图。

与前述实施例相同之处，本实用新型在此不再赘述。与前述实施例不同之处在于，本实用新型一些实施例中，所述发射模块还包括：反射件340，所述反射件340位于所述色散偏折件329下游的光路中以反射所述第三光线333，所述反射件340的反射面绕转轴转动。

具体的，所述第一光线331自所述第一面321入射至所述导光体327以形成所述第二光线332；所述第三面323将所述第二光线332反射至所述第二面322；所述第二光线332在所述第二面322偏折，形成出射的第三光线333；出射的所述第三光线333经所述反射镜334反射，以实现扫描。

根据衍射原理可以知道，同一传播路径的第一光线331形成的不同波长的第二光线332均位于同一平面内，所述平面为第一平面，也就是说，同一传播路径的第一光线331形成的不同波长的第二光线332均位于所述第一平面内。

如图7所示，所述反射件340的反射面与第一平面具有夹角，反射面与第一平面的交线垂直于第一方向。本实用新型一些实施例中，第一方向为水平方向，反射件340的转轴垂直于水平面能够使所述第三光线333在垂直于所述转轴的平面内实现扫描。如图6和图7所示实施例中，不同波长的第三光线333均位于垂直于水平面的平面内，所述转轴垂直于水平面，因此所述反射件340能够实现所述第三光线333在水平方向的扫描。

本实用新型另一些实施例中，所述反射件340的转轴平行于水平面。具体的，不同波长的第三光线333均位于垂直于水平面的平面内，所述反射件340的转轴平行于水平面，因此反射件340能够改变第三光线333在垂直方向的出射角度。所述反射件340的设置，能够扩大扫描范围或提高扫描密度。

具体的，如图8所示，本实用新型一些实施例中，所述反射件440以预设的第一角速度旋转以实现视场拼接，图中以线形区分不同波长的第二光线432和第三光线433。其中所述第一角速度基于多个第三光线433之间的最大夹角设置，即反射件440反射不同发射周期的多个第三光线433的视场相拼接，从而扩大视场扫描范围。如图9所示，同样以线形区分不同波长的第二光线532和第三光线533，本实用新型一些实施例中，所述反射件540以预设的第二角速度旋转以增大角分辨率，其中所述第二角速度基于相邻波长的第三光线533之间的夹角设置，即反射件540反射不同发射周期的多个第三光线533所对应的视场角度相互交错，从而提高激光雷达的扫描角度分辨率。因此，通过反射件540旋转角速度的设置，能够实现不同扫描效果。

参考图10，示出了本实用新型激光雷达的发射模块610又一实施例的侧视结构示意图。具体的，如图10所示，所述发射模块610包括多个多波长光源611，所述多个多波长光源611可以分布于所述第一平面内，每个多波长光源611可以发射多种波长的第一光线631，多个多波长光源611发射的第一光线631以及分别形成的第二光线632和第三光线633均分布于第一平面内。

本实用新型一些实施例中，如图10所示，以线形区分不同波长的第三光线633，每个多波长光源611发射第一光线形成的第三光线633之间的夹角间隔均匀，以实现激光雷达的扫描角度间隔均匀；不同多波长光源611发射第一光线形成的第三光线633的视场范围相互拼接，因此，在不增加波长数量的情况下，通过第一平面内多个多波长光源611的设置，可以增大激光雷达在第一平面内的视场范围。具体的，第一平面为垂直于水平面的平面，设置预设数量的多波长光源611和每个多波长光源611发射第一光线631的波长数量，结合色散偏折件629获得预设角度间隔的第三光线633，能够实现激光雷达对垂直视场的大范围扫描，无需在垂直方向设置扫描镜等额外的元件，简化激光雷达的光路结构，有利于激光雷达的小型化和成本降低。

参考图11，示出了本实用新型激光雷达发射模块又一实施例的俯视结构示意图。

与前述实施例相同之处，本实用新型在此不再赘述。与前述实施例不同之处在于，本实用新型一些实施例中，所述发射模块610包括多个多波长光源611。

根据衍射原理可以知道，同一传播路径第一光线631形成的不同波长的第二光线632均位于同一平面内，所述平面为第一平面，也就是说，同一传播路径的第一光线631形成的不同波长的第二光线632均位于所述第一平面内。

本实用新型一些实施例中，多个所述多波长光源611分布于第二平面内，所述第二平面垂直所述第一平面。如图11所示，多个所述多波长光源611分布于垂直所述第一平面的第二平面内，能够使所形成的第三光线633在所述第二平面内朝向不同的方向出射，以实现第二平面内的扫描。具体的，所述第一方向为水平方向，所述第一平面为垂直水平面的平面，所述第二平面为水平面，因此将多个所述多波长光源611设置于所述水平面内，能够实现激光雷达在水平方向的扫描。

本实用新型其他一些实施例中，多个所述多波长光源611分布于第一平面和第二平面内，第二平面垂直于第一平面，因此多个多波长光源611排列成二维阵列。如上所述，二维阵列的多波长光源611能够实现垂直方向和水平方向的二维扫描，增大激光雷达的视场范围，简化光路结构。

相应的，本实用新型还提供一种激光雷达。

参考图10和图11，其中图10示出了本实用新型激光雷达一实施例的侧视结构示意图，图11示出了本本实用新型激光雷达一实施例的俯视结构示意图。

所述激光雷达包括：发射模块610，所述发射模块610为本实用新型的发射模块610；出射的所述第三光线633经待测目标反射后形成回波光线；探测元件(图中为示意)，所述探测元件适宜于接收所述回波光线。

所述发射模块610为本实用新型的发射模块610，因此所述发射模块610的具体技术方案参考前述发射模块610的实施例，本实用新型在此不再赘述。

出射的第三光线633经反射后形成回波光线。

所述探测元件接收所述回波光线以实现探测。

本实用新型一些实施例中，所述激光雷达包括：收发装置，所述收发装置包括发射模块610和接收模块，所述接收模块包括所述探测元件。

结合参考图12，本实用新型激光雷达另一实施例中收发装置的放大示意图。

图12所示的一些实施例中，所述发射模块710包括多个发射单元711，所述接收模块包括多个接收单元741，1个发射单元711和1个接收单元741构成1个封装结构742。多个封装结构742在第一平面和/或第二平面内依次排列分布。

需要说明的是，如图13所示，本实用新型其他实施例中，所示激光雷达还包括：准直光学装置840，所述准直光学装置840适宜于准直所述多波长光源811所产生的光线以形成第一光线831，并聚焦第三光线经反射后形成的回波光线；分光元件842，所述分光元件842位于所述多波长光源811和所述准直光学装置841之间的光路上，分光元件842使多波长光源811产生的光线直接透射，并将准直光学装置840聚焦的回波光线反射到接收单元841，从而实现发射光路和接收光路的分离。通过分光元件842的设置，构成同轴光路的激光雷达。其中，所述分光元件可以是半透半反镜或偏振分光器。

需要说明的是，上述实施例仅为本实用新型技术方案的示例性说明，图中示意的向下、左右等方向并不限定多波长的扫描装置在激光雷达中的实际设置方向。

在其他示例中，色散偏折件的设置方向可以与图示方向相反，使得第一光线向上偏折，经过色散偏折件后的多个第三光线中，波长最长的第三光线位于垂直平面的最下方，波长最短的第三光线位于垂直平面的最上方。在激光雷达的探测中，在垂直平面内随着高度从高到低，第三光线的波长依次增大，激光雷达的测远能力依次增强。

进一步，在图10所示的示例中，采用与图10所示相反方向的色散偏折件的设置，还可以使垂直平面内高度较低的一组第三光线(同一第一光线形成的多个第三光线)的测远能力比高度较高的一组第三光线的测远能力更强。

在应用于车辆的场景中，地面是比较关注的区域，使垂直平面内高度较低的第三光线具有更强的测远能力，可以提高激光雷达对车辆感兴趣区域的探测能力。

此外，本实用新型还提供一种用于激光雷达的多波长的扫描装置的制造方法。

参考图14至图19，其中图14是本实用新型用于激光雷达的多波长的扫描装置的制造方法一实施例的流程示意图，图15至图19是图14所示本实用新型用于激光雷达的多波长的扫描装置的制造方法的实施例各个步骤的剖面结构示意图。

参考图14，结合参考图15，执行步骤S110，提供基底母板910。

所述基底母板910用于提供机械支撑和工艺平台。

本实用新型一些实施例中，所述基底母板910的材料为折射率大于1的材料。具体的，所述基底母板910的材料为玻璃。

参考图14，结合参考图15至图17，执行步骤S120，在所述基底母板910的一个表面上形成光栅结构920。

所述光栅结构920用以形成色散面。

本实用新型的一些实施例中，形成光栅结构920的步骤中，通过纳米压印技术形成所述光栅结构920。纳米压印技术工艺简单，重复性好，稳定性高，而且能够在大面积的母板上制作。

具体的，通过纳米压印技术形成所述光栅结构920的步骤包括：如图15所示，在所述基底母板910上形成压印材料层921；如图16所示，利用预设的母版922对所述压印材料层921(如图16中所示)进行压印并固化；如图17所示，对固化后的压印材料层921进行脱模，以形成所述光栅结构920。

所述压印材料层921用以形成所述光栅结构920。

本实用新型一些实施例中，所述压印材料层921的材料为压印胶。

形成所述压印材料层921之后，利用所述母版922进行压印并固化。其中，所述母版922与所述压印材料层921相接触的一面上具有凹凸的规律纹理；所述母版922与所述压印材料层921接触后，通过进一步的挤压，使所述压印材料层921形变以填充满母版922表面上的规律纹理之间的空隙；之后，根据所述压印材料层921的材料，通过加热、紫外照射等方法进行固化。

需要说明的是，所述母版922上的规律纹理是依据光栅方程而确定的光栅参数制作的。

固化完成之后，对固化后的压印材料层921进行脱模，所述压印材料层921表面形成凹凸的纹理以构成所述光栅结构920。

参考图14，结合参考图18，执行步骤S130，对表面形成有所述光栅结构920的基底母板910进行第一切割，获得结构小片930。

所述第一切割用以将基底母板910分成多个结构小片930，每个结构小片930用以形成1个所述扫描装置的色散偏折件940。通过基底母板910形成光栅结构920，再切割基底母板910以形成多个扫描装置的做法，通过一次光栅结构920的形成步骤即可实现多个光栅结构920的形成，能够有效提高生产效率，更重要的是，有利于提高工艺稳定性，提高良率。

具体的，可以通过激光切割或者切割刀切割将基底母板910分为多个结构小片930。

需要说明的是，每个结构小片930用以形成1个所述扫描装置中的色散偏折件940(如图18和19所示)。每个结构小片930的尺寸沿各个方向的尺寸均大于所述色散偏折件940，即在长、宽、高每个方向上，所述结构小片930的尺寸均大于所述色散偏折件940。

参考图14，结合参考图19，执行步骤S140，对所述结构小片930进行第二切割以形成色散偏折件940。

所述第二切割用以形成色散偏折件940。

所述色散偏折件940为不规则形状，因此通过所述第二切割使所述色散偏折件940成形。具体的，根据光路设计，改变所述结构小片930的形状，使各个表面形成于预设角度，以形成所述色散偏折件940。

需要说明的是，改变所述结构小片930的形状之后，对形状改变后的结构小片930的各个表面中，除形成有所述光栅结构920的表面以外的表面进行抛光，从而获得所述色散偏折件940。

综上，本实用新型技术方案中，通过色散偏折件实现多波长光源所产生光线的分光和出射，所述第一面和所述第二面中，一个作为色散面，另一个作为偏折面，使出射的所述第三光线与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线与所述第一方向之间的夹角。垂直第一方向的平面内，所述第一光线的入射点与所述第二光线的入射点之间的距离较近，即第二面与第一面在垂直方向上的高度接近，因此所述色散偏折件不会过多增加激光雷达的光路高度，有效的压缩了激光雷达的高度和体积；此外可以通过折射使所述第三光线的出射口径大于所述第一光线的入射口径，因此所以所述色散偏折件还能起到扩束的作用，能够有效增大激光雷达的口径，提升测远能力；通过一个色散偏折件即可实现波长扫描和扩束的作用，结构简单、易于安装。

本实用新型可选方案中，所述发射模块还包括：位于所述第一面和所述第二面之间光路中的第三面，所述第三面反射所述第二光线至所述第二面。通过第三面将所述第二光线反射至所述第二面，能够进一步折叠光路，进一步缩小光路体积。

本实用新型可选方案中，所述第一面和所述第二面均为为导光体的表面。所述色散面和所述偏折面集成于一体化结构的导光体上，能够使光学元件体积大幅缩小，能够有效提高光路的鲁棒性能。

本实用新型可选方案中，所述第二光线在所述第三面上发生全反射。通过结构设计，使第二光线在所述第三面上发生全反射，能够有效提高所述第二光线反射的反射效率，而且无需在第三面上设置反射膜，降低色散偏折件的制造成本。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (25)

1.一种激光雷达的发射模块，其特征在于，包括：

多波长光源，所述多波长光源适宜于产生多波长的光线；

多波长的扫描装置，适于使不同波长的光线向不同的方向偏折，其中，所述扫描装置包括：

色散偏折件，所述色散偏折件具有沿光路依次设置的第一面和第二面，所述第一面接收第一光线以形成第二光线，所述第二面接收所述第二光线形成出射的第三光线；其中入射所述第一面的光路的光轴方向为第一方向，所述第三光线与所述第一方向之间的夹角小于所述第二光线与所述第一方向之间的夹角；

所述第一面和第二面中的一个为色散面，所述第一面和第二面中的另一个为偏折面，其中所述色散面接收光线并基于波长偏折所述光线；所述偏折面接收光线并基于折射作用偏折所述光线。

2.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，中心波长的第三光线平行所述第一方向。

3.如权利要求1或2所述的发射模块，其特征在于，不同波长的第三光线之间成预设夹角。

4.如权利要求3所述的发射模块，其特征在于，相邻第三光线之间的夹角基本相等。

5.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述色散偏折件还包括：第三面，所述第三面位于所述第一面和所述第二面之间的光路中；

所述第三面反射所述第二光线至所述第二面。

6.如权利要求5所述的发射模块，其特征在于，所述第三面与所述第一方向的夹角在10°至45°范围内。

7.如权利要求5所述的发射模块，其特征在于，第二光线在所述第三面上发生全反射。

8.如权利要求5所述的发射模块，其特征在于，所述第三面具有反射膜。

9.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述色散偏折件包括：导光体，所述导光体的一个表面为所述第一面，一个表面为所述第二面，所述第一光线自所述第一面入射至所述导光体，所述第三光线自所述第二面从所述导光体出射。

10.如权利要求9所述的发射模块，其特征在于，所述导光体的一个表面为第三面。

11.如权利要求9所述的发射模块，其特征在于，所述导光体的材料的折射率大于1。

12.如权利要求9所述的发射模块，其特征在于，所述导光体的材料为玻璃。

13.如权利要求9所述的发射模块，其特征在于，所述第一面上具有光栅层，所述光栅层具有光栅结构。

14.如权利要求13所述的发射模块，其特征在于，所述光栅层与所述导光体为一体结构。

15.如权利要求13或14所述的发射模块，其特征在于，所述光栅层的材料为压印胶。

16.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述第二面具有增透膜。

17.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，还包括：反射件，所述反射件位于所述色散偏折件下游的光路中以反射所述第三光线，所述反射件的反射面绕转轴转动。

18.如权利要求17所述的发射模块，其特征在于，所述反射件以预设的第一角速度旋转以实现视场拼接，其中所述第一角速度基于多个所述第三光线之间的最大夹角设置。

19.如权利要求17所述的发射模块，其特征在于，所述反射件以预设的第二角速度旋转以增大角分辨率，其中所述第二角速度基于相邻波长的第三光线之间的夹角设置。

20.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述第一光线形成的多个第二光线均位于第一平面内；

所述发射模块包括多个多波长光源，所述多个多波长光源至少部分分布于所述第一平面内。

21.如权利要求20所述的发射模块，其特征在于，所述多个多波长光源还分布于第二平面内，所述第二平面垂直所述第一平面。

22.如权利要求1所述的发射模块，其特征在于，所述多波长光源包括：多个不同波长的激光器，或者至少1个波长可调谐激光器。

23.一种激光雷达，其特征在于，包括：

发射模块，所述发射模块如权利要求1～22任一项所述；

出射的所述第三光线经待测目标反射后形成回波光线；

探测元件，所述探测元件适宜于接收所述回波光线。

24.如权利要求23所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括收发装置；

所述收发装置包括所述发射模块和接收模块，所述接收模块包括所述探测元件。

25.如权利要求24所述的激光雷达，其特征在于，还包括：

准直光学装置，所述准直光学装置适宜于传输所述多波长光源所产生的光线以形成第一光线；

分光元件，所述分光元件位于所述多波长光源和所述准直光学装置之间的光路上。

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