CN220913347U - 用于激光雷达的光发射装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于激光雷达的光发射装置，包括：发射组件，至少包括第一发射单元和第二发射单元，第一发射单元和第二发射单元相互间隔，每个发射单元配置成发射光束，每个发射单元包括发光单元阵列；调光组件，设置在发射组件的光路下游，至少包括第一调光单元和第二调光单元，每个调光单元与其中一个发射单元相对应，并配置成对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制；准直组件，设置在调光组件的光路下游，并配置成对调光组件调制后的光束进行整形，使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接。本实用新型的光发射装置可以弥补相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，可以提高视场范围的连续性以形成长宽比更大的视场。

Description

用于激光雷达的光发射装置及激光雷达

技术领域

本实用新型大致涉及激光雷达领域，尤其涉及一种用于激光雷达的光发射装置以及一种激光雷达。

背景技术

激光雷达是以发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、无人机、智能机器人、资源勘探等领域。

目前，激光雷达设计中，发射端采用多颗分立激光器阵列排列或直接从晶片上切割下来的阵列式激光器(例如垂直腔面发射激光器〔VCSEL〕)结合准直组件实现一个确定的视场(FOV)。FOV取决于准直组件的镜头焦距、激光器的发光面尺寸或者激光器阵列的总发光面尺寸，该尺寸的长宽比会限制FOV的水平和垂直方向比例。具体地，如图1a所示，激光器的发光面的竖直方向(沿图中y方向)的尺寸a和对应的竖直方向的视场(FOV_V)的关系为：

FOV_V＝2*arctan(a/2f)……(公式A)

其中，f为准直组件的镜头焦距。

相应地，激光器的发光面的水平方向(沿图中x方向)的尺寸b和对应的水平方向的视场(FOV_H)的关系为：

FOV_H＝2*arctan(b/2f)……(公式B)

上述竖直方向尺寸和水平方向尺寸可以由单个激光器形成，也可以由阵列式激光器形成。如图1b所示，阵列式激光器包括多个发光单元(分区)，图中相同灰度的发光点(光腔)构成一个发光分区(如图中所示的分区1、分区2)，每个分区可以被控制单独点亮。

根据上述公式A和公式B可以看出，激光器(阵列)出射光的视场范围与其自身的尺寸相关，竖直视场范围FOV_V与水平视场范围FOV_H的比值与激光器(阵列)的竖直方向尺寸和水平方向尺寸的比值相当(不考虑镜头畸变)，例如，当激光器(阵列)竖直方向尺寸和水平方向尺寸接近时，竖直视场范围FOV_V与水平视场范围FOV_H也接近。

在激光雷达的一些应用场景中，比较关注垂直0°附近较小竖直视场和较大水平视场的范围(例如FOV_H/FOV_V>5)，但目前由于工艺水平的限制，竖直方向尺寸/水平方向尺寸(或水平方向尺寸/竖直方向尺寸)在3以上的激光器的良率难以保证，因此很难实现较大长宽比的视场。一些方案中，应用多颗分立封装的激光器排布为阵列以实现更大长宽比的视场，相较于直接从晶片上切割下来的阵列式激光器，排布尺寸会明显增大，不利于激光雷达小型化。另外，阵列式激光器中多个发光分区由于需要分区域驱动的走线的问题，相邻发光单元之间存在一定尺寸的隔离区域，相邻发光单元发射的光束形成的视场是分立的、不连续的，并且每个发光单元发射的光束形成的视场内的能量分布不均匀，这将容易导致目标漏测，造成探测结果不准确。

因此，如何优化多个发射单元发射光束形成的视场的连续性以形成长宽比更大的视场，如何提升发射单元自身视场范围的连续性以及能量分布均匀性，减少目标漏测、提高探测结果的准确度，是激光雷达领域持续改进的需求。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本实用新型提供一种用于激光雷达的光发射装置，通过在发射组件和准直组件之间设置调光组件，每个调光组件可以对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制，使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接，从而弥补相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于提高视场范围的连续性以形成长宽比更大的视场。所述光发射装置包括：

发射组件，至少包括第一发射单元和第二发射单元，所述第一发射单元和所述第二发射单元相互间隔，每个发射单元配置成发射光束，每个发射单元包括发光单元阵列；

调光组件，设置在所述发射组件的光路下游，所述调光组件至少包括第一调光单元和第二调光单元，其中每个调光单元与其中一个发射单元相对应，并配置成对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制；和

准直组件，所述准直组件设置在所述调光组件的光路下游，并配置成对所述调光组件调制后的光束进行整形，以使得从所述准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接。

根据本实用新型的一个方面，其中所述第一调光单元和所述第二调光单元配置成分别对所述第一发射单元和所述第二发射单元的发射光束按照相互远离的方向进行偏折，以形成所述视场。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发射组件的各个发射单元的发射光束经所述调光组件调制并经所述准直组件整形后出射的光束形成的组合视场的长宽比大于所述发射组件中任一发射单元的发光面的长宽比。

根据本实用新型的一个方面，其中所述第一调光单元和所述第二调光单元为楔形镜，所述楔形镜靠近所述第一发射单元和所述第二发射单元的出光面的一侧与所述出光面所在平面基本平行，所述楔形镜背离所述第一发射单元和所述第二发射单元的出光面的一侧与所述出光面所在平面成楔角值。

根据本实用新型的一个方面，其中所述调光组件的参数与所述发射组件的参数、所述准直组件的参数和所述视场有关，其中所述调光组件的参数包括每个调光单元的材料折射率和楔角值，所述发射组件的参数包括所述第一发射单元和所述第二发射单元之间的距离，所述准直组件的参数包括焦距。

根据本实用新型的一个方面，其中所述第一调光单元和所述第二调光单元相互接近的端部的厚度小于相互远离的端部的厚度。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发光单元阵列包括一维发光单元阵列/二维发光单元阵列，所述发光单元阵列包括相互间隔的多个发光单元，每个发光单元可以独立选通和寻址，每个发光单元包括多个可同时发光的微单元。

根据本实用新型的一个方面，其中每个调光单元靠近所述第一发射单元和所述第二发射单元的出光面的一侧设置有微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与其中一个发光单元相对应，并配置成对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制。

根据本实用新型的一个方面，其中每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心对准，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离与所述发光单元阵列的参数有关。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发光单元阵列的参数包括：相邻发光单元的间距、每个发光单元的尺寸、以及每个发光单元的发射光束的发散角。

根据本实用新型的一个方面，其中每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离的设置使得每个微透镜仅对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制。

根据本实用新型的一个方面，其中所述每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间距离d满足：d≤(pitch-a)/[2*tan(θ/2)]，其中，pitch为相邻发光单元沿第一方向或第二方向的间距，a为每个发光单元沿第一方向或第二方向的尺寸，θ为每个发光单元的发射光束沿第一方向或第二方向的发散角，所述第一方向垂直于所述第二方向。

根据本实用新型的一个方面，其中所述微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向和/或第二方向的曲面相接触，所述第一方向垂直于所述第二方向。

根据本实用新型的一个方面，其中所述发光单元为面发射型，所述发光单元阵列构成所述发射单元，所述发射单元构成垂直腔面发射型激光器或光子晶体面发射型激光器。

本实用新型还涉及一种激光雷达，包括：

如上所述的光发射装置，配置成发射探测光束，用于探测障碍物；

探测装置，配置成对所述探测光束入射在障碍物上反射的回波作出响应，并转换为电信号；和

处理装置，与所述探测装置耦合，并配置成根据所述电信号，计算障碍物信息。

根据本实用新型的一个方面，其中所述探测装置包括探测单元阵列，所述探测单元阵列包括多个探测单元，其中每个探测单元与所述光发射装置的其中一个发射单元的其中一个发光单元相对应。

根据本实用新型的一个方面，其中所述激光雷达包括全固态激光雷达。

综上，对本实用新型的方案进行了详细介绍，本实用新型的光发射装置通过在发射组件和准直组件之间设置调光组件，每个调光组件可以对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制，使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接，从而弥补相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于提高视场范围的连续性以形成长宽比更大的视场。

进一步地，本实用新型的光发射装置通过在发射单元的光路下游设置微透镜阵列，每个微透镜与发射单元的其中一个发光单元相对应，每个微透镜可以对与其相对应的发光单元的发射光束进行调制，从而弥补相邻发光单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于进一步提高视场范围的连续性以及能量分布的均匀性。

进一步地，发射组件的发射光束经调光组件调制以及准直组件整形之后可以形成长宽比更大的视场范围，发射组件的各个发射单元的发射光束经调光组件调制并经准直组件整形后出射的光束形成的组合视场的长宽比大于发射组件中任一发射单元的发光面的长宽比。相比传统应用多颗分立封装的激光器排布为长宽比较大的阵列的方式，有利于整个装置的小型化，同时降低对于发射单元的加工要求。

进一步地，发光单元的发射光束经微透镜调制之后可以进行一定的展宽、放大和匀化，可以优化相邻发光单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于形成能量分布更加均匀、连续性更强、并且覆盖范围更大的视场范围。

进一步地，通过将微透镜阵列集成在每个调光单元靠近发射单元的出光面的一侧，有利于提高光发射装置的集成度，并且有利于进一步减小光发射装置的尺寸。

进一步地，本实用新型的光发射装置可应用于激光雷达中，发射单元的发射光束经调光组件调制和准直组件整形、以及发光单元的发射光束经微透镜调制和准直组件整形之后，可以形成能量分布更加均匀、连续性更强、长宽比更大、并且覆盖范围更大的视场范围，相应地，可以在接收端覆盖更大的探测范围，使得更多的回波光束能够被接收，从而提高回波信号的信噪比，有利于降低目标漏测风险，提高探测结果的准确度。

进一步地，本实用新型的光发射装置应用于激光雷达中，可以优化包括多个可分别驱动的发光单元的激光器发射的光束形成的视场的连续性、能量分布均匀性，有利于减少目标漏测，提高探测结果的准确度。

进一步的，本实用新型的光发射装置可应用于全固态激光雷达中，以在发射端形成能量分布更加均匀、连续性更强、并且长宽比更大的视场范围，形成覆盖比例更高甚至全覆盖的面阵光源。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1a示出了激光器的发光面的视场的示意图；

图1b示出了包括两个分区的阵列式激光器的示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的光发射装置的示意图；

图3a和3b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的光场的示意图；

图4a和4b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的视场的示意图；

图5a和图5b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的视场分布的示意图；

图6a和图6b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的视场能量分布的示意图；

图7a和图7b分别示出了根据本实用新型一个实施例的第一调光单元和第二调光单元的示意图；

图8示出了根据本实用新型一个实施例的发射单元的示意图；

图9示出了未设置微透镜阵列的光发射装置的光束形成的视场；

图10示出了设置微透镜阵列的光发射装置的光束形成的视场；

图11示出了根据本实用新型一个优选实施例的微透镜阵列设置在发射组件与调光组件之间的示意图；

图12a和图12b分别示出了根据本实用新型一个优选实施例的微透镜阵列的平面及立体示意图；

图13a和图13b分别示出了根据本实用新型一个优选实施例的相邻发光单元的发射光束在水平方向不发生串扰、会发生串扰的示意图；

图14a和图14b分别示出了根据本实用新型一个优选实施例的相邻发光单元的发射光束在竖直方向不发生串扰、会发生串扰的示意图；

图15a示出了根据本实用新型一个优选实施例的相邻微透镜在第一方向或第二方向的曲面相接触的示意图；

图15b示出了根据本实用新型一个优选实施例的相邻微透镜在第一方向和第二方向的曲面都不接触的示意图；

图16a～图16c示出了根据本实用新型一些优选实施例的发射单元、微透镜阵列以及调光单元的集成方式的示意图；

图17示出了根据本实用新型一个实施例的光发射装置的设计方法的流程图；

图18示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达的示意图；

图19a和图19b分别示出了发光单元的光路下游未设置微透镜时的发射端及接收端的能量分布的示意图；和

图20a和图20b分别示出了根据本实用新型一个优选实施例的发光单元的光路下游设置有微透镜时的发射端和接收端的能量分布的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种用于激光雷达的光发射装置10，图2示出了根据本实用新型一个实施例的光发射装置10的示意图，如图2所示，光发射装置10包括发射组件11、调光组件12以及准直组件13，其中，发射组件11至少包括第一发射单元111和第二发射单元112，第一发射单元111和第二发射单元112相互间隔(如图2中所示的间隔g)，每个发射单元配置成发射光束，每个发射单元包括发光单元阵列(参照图8，后文将详细描述)；调光组件12设置在发射组件11的光路下游，调光组件12至少包括第一调光单元121和第二调光单元122，其中每个调光单元与其中一个发射单元相对应，并配置成对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制；准直组件13设置在调光组件12的光路下游，并配置成对调光组件12调制后的光束进行整形，以使得从准直组件13出射的光束形成的视场(FOV)相互重叠或邻接。

需要说明的是，所述“邻接”既包括紧密邻接的情形，也可以包括具有微小间隙的邻接的情形，只要该间隙远小于未使用调光组件(参照图3a和图4a)的方案中视场存在的间隔即可。另外，本邻域技术人员可理解地，此处的视场指远场视场(相对于镜头焦距而言)，通常激光雷达用于对数米以上的距离进行探测。

本实用新型的光发射装置通过在发射组件和准直组件之间设置调光组件，每个调光组件可以对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制，使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接，从而弥补相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于提高视场范围的连续性以形成预期的(例如长宽比更大的)视场范围。下面详细介绍。

如图2所示，第一调光单元121可以与第一发射单元111相对应，第二调光单元122可以与第二发射单元112相对应，第一调光单元121配置成对第一发射单元111的发射光束进行调制，第二调光单元122配置成对第二发射单元112的发射光束进行调制，准直组件13配置成对第一调光单元121和第二调光单元122调制后的光束进行整形，以使得从准直组件13出射的光束形成的视场(FOV)相互重叠或邻接。

优选地，第一调光单元和第二调光单元配置成分别对第一发射单元和第二发射单元的发射光束按照相互远离的方向进行偏折，以形成所述视场FOV(即相互重叠或邻接的视场)。具体地，如图2所示，第一调光单元121和第二调光单元122配置成分别对第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束按照相互远离的方向进行偏折，例如第一调光单元121配置成对第一发射单元111的发射光束按照向上的方向(参照图中所示N1方向)进行偏折，第二调光单元122配置成对第二发射单元121的发射光束按照向下的方向(参照图中所示N2方向)进行偏折，也就是说，第一调光单元121和第二调光单元122可分别将第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束向两边发散。

更直观的，参照图3a至图4b，图3a和3b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的光场，图4a和4b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的视场，可以看出，在未使用调光组件的情况下，由于第一发射单元111和第二发射单元112之间存在间隔g，相邻发射单元在电路板贴装时发光面间必然会存在间隔(参见图2)，因此第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束经准直组件13调制后形成的视场存在明显的间隔G(参见图4a)，应理解，图3a示出的是近光场因此未显示视场间隔；而在使用调光组件12的情况下，虽然第一发射单元111和第二发射单元112之间存在间隔g(参见图2)，但第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束经第一调光单元121和第二调光单元122调制，再经准直组件13整形之后，从准直组件13出射的光束形成的视场可以相互重叠或邻接。由此可见，调光组件能够改善相邻发射单元之间的间隔导致的视场间隔问题。

进一步地，参照图3a至图4b，相对未使用调光组件的情况，在使用调光组件12的情况下，第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束经调光组件12调制，再经准直组件13整形之后，从准直组件13出射的光束形成的视场具有更大的长宽比。传统方案中，由于工艺水平的限制，单个发射单元的发射光束的视场的长宽比较小(一般小于等于3)，难以实现长宽比大于3的视场，如果通过应用多颗分立封装的激光器排布为长宽比较大的阵列的方式，导致排布尺寸较大，不利于整个装置的小型化。本实用新型的方案对此进行了改进，本实用新型的方案通过调光组件就能够实现更大的长宽比的视场(例如长宽比大于3、优选大于5)，有利于整个装置的小型化，同时降低对于发射单元的加工要求。

进一步地，发射组件的各个发射单元的发射光束经调光组件调制并经准直组件整形后出射的光束形成的组合视场的长宽比大于发射组件中任一发射单元的发光面的长宽比。具体地，参照图5a和图5b，在未使用调光组件的情况下，单个发射单元的发光面的长宽比较小(例如小于等于3)，而在使用调光组件的情况下，多个(例如两个)发射单元的发射光束经调光组件调制并经准直组件整形后出射的光束形成的组合视场的长宽比明显增大(例如大于3、大于5、大于6等)，因此形成了连续的且长宽比较大的视场。

图5a和图5b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的视场分布，可以看出，在未使用调光组件的情况下，由于第一发射单元111和第二发射单元112之间存在明显间隔，因此第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束形成的视场分布不连续，导致部分视场缺失；而在使用调光组件12的情况下，虽然第一发射单元111和第二发射单元112之间存在间隔，但第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束经调光组件12调制、再经准直组件13整形之后，从准直组件13出射的光束可以形成连续的视场，从而改善了相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场缺失的问题，能够实现更大的长宽比。

图6a和图6b分别示出了未使用调光组件和使用调光组件的视场能量分布，可以看出，在未使用调光组件的情况下，由于第一发射单元111和第二发射单元112之间存在间隔，在坐标值Y＝0附近，对应的辐射强度较低基本为0，在坐标值Y＝0的左右两侧，辐射强度较高，并且在坐标值Y＝60和Y＝-60附近，对应的辐射强度最高约为4.8，也就是说，从坐标值Y的两边到中间，对应的辐射强度逐渐减弱，甚至中间辐射强度为0；而在使用调光组件12的情况下，虽然第一发射单元111和第二发射单元112之间存在间隔，但第一发射单元111和第二发射单元112的发射光束经调光组件12调制、再经准直组件13整形之后，可以形成连续的视场，相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失的问题得到明显改善。

由此可见，本实用新型的光发射装置，通过在发射组件和准直组件之间设置调光组件，能够使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接，由此可以改善相邻发射单元之间的间隔导致的视场间隔问题，有利于提高视场范围的连续性，并且可以实现更大的视场长宽比。

本实用新型的光发射装置中，优选地，第一调光单元和第二调光单元可以为楔形镜，楔形镜靠近第一发射单元和第二发射单元的出光面的一侧与出光面平面基本平行，楔形镜背离第一发射单元和第二发射单元的出光面的一侧与出光面所在平面成楔角值。具体地，如图7a和图7b所示，第一调光单元121和第二调光单元122均可以为楔形镜，其中，第一调光单元121(楔形镜)靠近第一发射单元111的出光面E1的一侧S1与出光面平面E1基本平行，第一调光单元121(楔形镜)背离第一发射单元111的出光面E1的一侧S1’与出光面E1所在平面成楔角值α₁；第二调光单元122(楔形镜)靠近第二发射单元112的出光面E2的一侧S2与出光面平面E2基本平行，楔形镜(第二调光单元122)背离第二发射单元112的出光面E2的一侧S2’与出光面E2所在平面成楔角值α₂。需要说明的是，由于楔形镜靠近第一发射单元111和第二发射单元112的出光面(E1、E2)的一侧(S1、S2)与出光面平面基本平行，为方便起见，图7a采用第一调光单元121背离第一发射单元111的出光面E1的一侧S1’与第一调光单元121靠近第一发射单元111的出光面E1的一侧S1所成夹角表示楔角值α₁，类似的，图7b采用第二调光单元122背离第二发射单元112的出光面E2的一侧S2’与第二调光单元122靠近第二发射单元112的出光面E2的一侧S2所成夹角表示楔角值α₂。需要说明的是，本实施例仅以2个调光单元为例进行了介绍，本实用新型的光反射装置中，调光组件中的调光单元的具体数量还可以为更多个(例如3个、4个、5个等)，相应地，发射单元的具体数量也可以为更多个，视实际情况而定。

本实用新型的光发射装置中，优选地，调光组件的参数与发射组件的参数、准直组件的参数和视场有关，其中调光组件的参数包括每个调光单元的材料折射率和楔角值，发射组件的参数包括第一发射单元和第二发射单元之间的距离，准直组件的参数包括镜头焦距。下面详细介绍。

优选地，楔角值α与相邻发射单元之间的距离g呈正相关(或正比)，与准直组件的焦距D呈负相关(或反比)，与调光单元的材料折射率η呈负相关(或反比)。下面以第一发射单元111、第二发射单元112、第一调光单元121、第二调光单元122为例进行介绍。应理解，对于更多数量的发射单元和调光单元的情况与之类似，不再赘述。

如图2、图7a和图7b所示，调光组件12的参数与发射组件11的参数、准直组件13的参数和从准直组件13出射的光束形成的视场(FOV)有关，其中调光组件12的参数包括每个调光单元的材料折射率和楔角值，例如第一调光单元121的的参数包括材料折射率η₁和楔角值α₁，第二调光单元122的参数包括材料折射率η₂和楔角值α₂；发射组件11的参数例如包括第一发射单元111和第二发射单元112之间的距离g；准直组件13可以采用准直透镜或准直透镜组，准直组件13的参数包括焦距D。对于第一调光单元121，楔角值α₁与第一发射单元111和第二发射单元112之间的距离g呈正相关(或正比)，与准直组件13的焦距D呈负相关(或反比)，与第一调光单元121的材料折射率η₁呈负相关(或反比)；类似的，对于第二调光单元122，楔角值α₂与第一发射单元111和第二发射单元112之间的距离g呈正相关(或正比)，与准直组件13的焦距D呈负相关(或反比)，与第二调光单元122的材料折射率η₂呈负相关(或反比)。可选地，当第一调光单元121和第一调光单元122的材料折射率η₁和η₂相同时，楔角值α₁和α₂可以是相等的。需要说明的是，本实施例虽以两个发射单元为例进行介绍，但对于更多数量的发射单元即调光单元的情况与之类似，此处不再赘述。另外，需要说明的是，关于准直组件中的准直透镜的具体面型及数量，本实用新型不进行限制，视实际情况而定。在本实用新型的一个具体实施例中，准直组件13中包括凸透镜，以对调光组件调制后的光束进行会聚，以使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接。

本实用新型的光发射装置中，优选地，第一调光单元和第二调光单元相互接近的端部的厚度小于相互远离的端部的厚度。具体地，如图2所示，第一调光单元121和第二调光单元122相互接近的端部t的厚度小于相互远离的端部t’的厚度。

本实用新型的光发射装置中，优选地，调光组件中的各个调光单元可以集成于一体。以两个调光单元为例，如图2所示，第一调光单元121和第二调光单元122可以集成于一体，并且第一调光单元121和第二调光单元122相互接近的端部t的厚度小于相互远离的端部t’的厚度。另外，调光组件中的各个调光单元也可以不集成于一体，以两个调光单元为例，如图11所示，第一调光单元121和第二调光单元122可以相互间隔，并且第一调光单元121和第二调光单元122相互接近的端部t的厚度小于相互远离的端部t’的厚度。另外，虽图中未示，调光组件中的各个调光单元还可以部分地集成于一体。应理解，对于调光组件包括更多数量的调光单元的情况与之类似，此处不再赘述。

本实用新型的光发射装置中，每个发射单元包括发光单元阵列，发光单元阵列可以是一维发光单元阵列或二维发光单元阵列，发光单元阵列包括相互间隔的多个发光单元，每个发光单元可以独立选通和寻址，每个发光单元可以包括多个可同时发光的微单元。优选地，每个发光单元可以作为激光器的一个发光分区，激光器的分区打线PAD(参照图8中阴影部分所示的打线PAD区域)用于分别驱动各个发光单元工作。下面以二维发光单元阵列构成的发射单元为例进行介绍，本领域技术人员应理解，对于一维发光单元阵列构成的发射单元的情形与之类似，此处不再赘述。

图8示出了根据本实用新型一个实施例的发射单元111的示意图，如图8所示，发射单元111包括3行4列共12个发光单元111U构成的发光单元阵列，每个发光单元构成一个分区，多个分区构成发光单元阵列。在工艺设计中，由于需要分区域驱动的走线的问题，不同分区的驱动线路可能需要连接在不同的焊盘内(参照图8中阴影部分所示的打线PAD区域，所述多个分区例如具有共同的衬底)，使得发光单元111U排布不连续，相邻发光单元之间存在一定尺寸的隔离区域(参见图8示出的隔离区域gap1、gap2)，隔离区域的大小取决于走线的粗细以及工艺设计必须的隔离尺寸，由于相邻发光单元之间存在隔离区域，因此导致发光单元出射的光束形成的视场存在间隔，参照图9所示出的。

为了优化包括多个可分别驱动的发光单元的发射光束形成的视场，优选地，参照图11，可以在发射单元111的光路下游设置微透镜阵列14，微透镜阵列14包括多个微透镜141，每个微透镜141与发射单元111中的其中一个发光单元111U相对应，并配置成对与其相对应的发光单元111U的发射光束进行调制，使得从多个微透镜141出射的光束经准直组件13整形后形成的视场(FOV)相互重叠或邻接。

为了优化包括多个可分别驱动的发光单元的发射光束形成的视场，优选地，还可以在每个调光单元靠近第一发射单元和第二发射单元的出光面的一侧设置微透镜阵列，微透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与其中一个发光单元相对应，并配置成对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制。具体地，如图11所示，第一调光单元121靠近第一发射单元111的出光面的一侧设置微透镜阵列14，微透镜阵列14包括多个微透镜141，每个微透镜141与其中一个发光单元111U相对应，例如微透镜141-1可以与发光单元111U-1相对应，微透镜141-2可以与发光单元111U-2相对应，微透镜141-3可以与发光单元111U-3相对应，微透镜141-1、141-2、141-3可以分别对发光单元111U-1、111U-2、111U-3的发射光束进行调制，以此类推。应理解，对于第二调光单元122的情形与之类似，此处不再赘述。优选地，微透镜的数量及排布方式与发光单元的数量及排布方式相对应。

本实用新型的光发射装置中，优选地，每个发射单元中的发光单元的尺寸相同，参照图8，例如每个发光单元111U在水平方向的尺寸为ax，在竖直方向的尺寸为ay。优选地，相邻发光单元的间距相同，参照图8，例如相邻发光单元在水平方向的中心间距为pitch1，在竖直方向的中心间距为pitch2，相邻发光单元在水平方向的边缘间距为gap1，在竖直方向的边缘间距为gap2。另外，每个发光单元111U的发射光束的发散角包括水平方向的发散角θx以及竖直方向的发散角θy，参照图13a～图14b所示出的。优选地，参照图8，每个发光单元111U可以独立选通和寻址，也就是说，每个发光单元111U可以被选择单独控制。其中，每个发光单元111U(即每个分区)可以包括多个可同时发光的微单元1110，优选地，每个微单元1110也可以独立选通和寻址。需要说明的是，本实施例虽以3*4的发光单元构成的发光单元阵列为例进行了介绍，但本实用新型并不以此为限，在实际应用中，可以根据实际需求灵活调整发光单元的具体数量以及排布方式，这些均在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的发光单元阵列中，发光单元可以为面发射型，发光单元阵列可以构成发射单元，一个或多个发射单元可以构成垂直腔面发射型激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，VCSEL)或光子晶体面发射型激光器(Photonic CrystalSurface Emitting Laser，PCSEL)。当其应用于激光雷达中，可以在发射端形成连续性更高并且能量分布更加均匀的视场范围，有利于减少目标漏测，提高探测结果的准确度。由于发光单元阵列包括多个发光单元，每个发光单元构成一个分区，每个发光单元可以独立选通和寻址，因此在实际探测中，激光雷达可以根据探测需求启动一个或多个发光单元进行局部探测，有利于降低功耗，更加节能环保。同理，激光雷达也可以根据需求启动一个或多个发射单元进行局部探测，这些均在本实用新型的保护范围之内。优选地，激光雷达可以为全固态激光雷达，此外，激光雷达也可以为扫描式激光雷达或者机械旋转式激光雷达。

上述实施例对本实用新型的光发射装置中的发射单元(发光单元阵列)进行了介绍，下面介绍微透镜阵列。

图12a示出了根据本实用新型一个优选实施例的微透镜阵列14的平面示意图，图12b示出了根据本实用新型一个优选实施例的微透镜阵列14的立体示意图，参照图12a和图12b，本实施例中，微透镜阵列14包括3行4列共12个微透镜。优选地，每个微透镜的尺寸相同，参照图12a和图12b，例如每个微透镜141在水平方向的尺寸为ax’，在竖直方向的尺寸为ay’。优选地，相邻微透镜的间距相同，参照图12a和图12b，例如相邻微透镜在水平方向的中心间距为pitch1’，在竖直方向的中心间距为pitch2’。优选地，微透镜阵列14中的微透镜141的具体数量与发射单元111(发光单元阵列)中的发光单元111U的数量相等并且排布方式相同，如图8、图12a和图12b所示，发射单元111中的12个发光单元111U排布为3行4列，则相应的，微透镜阵列14中的12个微透镜141也排布为3行4列。另外，图12b示出的微透镜阵列中，多个微透镜的曲面相接触，可选地，微透镜阵列中的多个微透镜的曲面也可以是不接触的(参照图15a、图15b，后文将详细描述)。应理解，本实施例仅以12个微透镜为例进行示例性说明，并不构成对本实用新型的限制，在实际应用中，微透镜阵列中的微透镜的具体数量及排布方式均可以根据需求灵活设置。

优选地，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心对准，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离与所述发光单元阵列的参数有关。具体地，如图13a所示，例如微透镜141_L的中心O’和与其相对应的发光单元111U_L的出光面的中心O对准，即中心O’和中心O两者之间的连线与发光单元的出光面基本相垂直。

本实用新型的光发射装置中，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离又称为后工作距离。每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离与发光单元阵列的参数有关。其中所述发光单元阵列的参数包括：相邻发光单元的间距、每个发光单元的尺寸、以及每个发光单元的发射光束的发散角，其中，所述间距、尺寸、发散角与方向有关，包括沿第一方向的间距、尺寸、发散角以及沿第二方向的间距、尺寸、发散角，优选地，第一方向可以是水平方向(或竖直方向)，第二方向可以是竖直方向(或水平方向)。可以根据沿第一方向的间距、尺寸、发散角首先算出所述距离的第一值，然后根据沿第二方向的间距、尺寸、发散角算出所述距离的第二值，然后根据所述第一值和第二值确定所述距离。

具体地，参照图13a，在第一方向(例如水平方向)上，例如微透镜141_L的中心O’和与其相对应的发光单元111U_L的出光面的中心O之间的距离dx与发光单元111U_L的尺寸ax、发光单元111U_L及其相邻发光单元111U_R之间的中心间距pitch1、以及发光单元111U_L的发射光束的水平发散角θx有关。又例如，参照图14a，在第二方向(例如竖直方向)上，微透镜141_D的中心O’和与其相对应的发光单元111U_D的出光面的中心O之间的距离dy与发光单元111U_D的尺寸ay、发光单元111U_D及其相邻发光单元111U_U之间的中心间距pitch2、以及发光单元111U_D的发射光束的竖直发散角θy有关。

上述实施例介绍了微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离与发光单元阵列的参数有关，在本实用新型的光发射装置中，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离的设置使得每个微透镜仅对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制，由此可以减少相邻发光单元发射的光束之间的串扰。下面详细介绍。

为了使得每个微透镜仅对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间距离d满足(条件1)：

d≤(pitch-a)/[2*tan(θ/2)]……(条件1)

其中，pitch为相邻发光单元沿第一方向或第二方向的间距，a为每个发光单元沿第一方向或第二方向的尺寸，θ为每个发光单元的发射光束沿第一方向或第二方向的发散角，所述第一方向垂直于所述第二方向。下面以第一方向是水平方向以及第二方向是竖直方向为例进行介绍。

首先介绍第一方向(例如水平方向)。

参照图13a，假设发光单元111U_L的发射光束在水平方向的发散角为θx，要使发光单元111U_L及其相邻发光单元111U_R的发射光束在水平方向上不发生串扰，则需要满足(条件2)：

tan(θx/2)≤(pitch1-ax)/[2*dx]……(条件2)

即，微透镜141_L的中心O’和与其相对应的发光单元111U_L的出光面的中心O之间的距离dx需要满足(条件3)：

dx≤(pitch1-ax)/[2*tan(θx/2)]……(条件3)

其中，dx为所述距离的第一值，pitch1为发光单元111U_L及其相邻发光单元111U_R沿水平方向的中心间距，ax为发光单元111U_L沿水平方向的尺寸，θx为发光单元111U_L的发射光束沿水平方向的发散角。

反之，当微透镜141_L的中心O’和与其相对应的发光单元111U_L的出光面的中心O之间的距离dx不满足上述(条件3)时，即当dx＞(pitch1-ax)/[2*tan(θx/2)]时，则水平方向相邻发光单元的发射光束将发生串扰。具体地，参照图13b示出的，水平方向左侧发光单元111U_L的发射光束会透射到右侧微透镜141_R上，右侧发光单元111U_R的发射光束会透射到左侧的微透镜141_L上。

因此，为了使得水平方向相邻发光单元的发射光束不发生串扰，微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离至少需要满足上述(条件3)。

下面介绍第二方向(例如竖直方向)。

参照图14a，假设发光单元111U_D的发射光束在竖直方向的发散角为θy，要使发光单元111U_D及其相邻发光单元111U_U的发射光束在竖直方向上不发生串扰，则需要满足(条件4)：

tan(θy/2)≤(pitch2-ay)/[(2*dy)]……(条件4)

即，微透镜141_D的中心O’和与其相对应的发光单元111U_D的出光面的中心O之间的距离dy满足(条件5)：

dy≤(pitch2-ay)/[2*tan(θy/2)]……(条件5)

其中，dy为所述距离的第二值，pitch2为发光单元111U_D及其相邻发光单元111U_U沿竖直方向的中心间距，ay为发光单元111U_D沿竖直方向的尺寸，θy为发光单元111U_D的发射光束沿竖直方向的发散角。

反之，当微透镜141_D的中心O’和与其相对应的发光单元111U_D的出光面的中心O之间的距离dy不满足上述(条件5)时，即当dy＞(pitch2-ay)/[2*tan(θy/2)]时，竖直方向相邻发光单元的发射光束将发生串扰。具体地，参照图14b，竖直方向上方发光单元111U_U的发射光束会透射到下方的微透镜141_D上，下方发光单元111U_D的发射光束会透射到上方的微透镜141_U上。

因此，为了使得竖直方向相邻发光单元的发射光束不发生串扰，微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离至少需要满足上述(条件5)。

进一步的，要使相邻发光单元在水平方向和竖直方向的发射光束均不发生串扰，则需要满足(条件6)：

d≤min{dx,dy}……(条件6)

其中，d为微透镜的中心O’和与其相对应的发光单元的出光面的中心O之间的距离，dx为相邻发光单元在水平方向的发射光束不发生串扰所对应的微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离，dy为相邻发光单元在竖直方向的发射光束不发生串扰所对应的微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离。

反之，当微透镜的中心O’和与其相对应的发光单元的出光面的中心O之间的距离d不满足上述(条件6)时，即当d＞min{dx,dy}时，水平方向和/或竖直方向相邻发光单元的发射光束将发生串扰。

上述实施例详细介绍了每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离需要满足的条件(条件1、条件3、条件5、条件6)，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离的设置，使得每个微透镜仅对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制，由此可以减少相邻发光单元发射的光束之间的串扰。

在本实用新型的光发射装置中，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离的设置，可使微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向和/或第二方向的曲面相接触，其中第一方向垂直于第二方向。图12b示出了微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向和第二方向的曲面相接触的情形，图15a示出了微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向或第二方向的曲面相接触的情形，图15b示出了微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向和第二方向的曲面均不接触的情形。下面具体介绍。

在本实用新型的一些优选实施例中，发光单元在水平方向的发散角与在竖直方向的发散角的大小相等，下面均以θ说明。参照图8、图12a和图12b，由于每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心对准，相邻发光单元在水平方向的中心间距pitch1与相邻微透镜在水平方向的中心间距pitch1’相等，即pitch1＝pitch1’，并且相邻发光单元在竖直方向的中心间距pitch2与相邻微透镜在竖直方向的中心间距pitch2’相等，即pitch2＝pitch2’。

方式1：

当微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离d＝dx＝dy时，微透镜在水平方向的尺寸ax’＝pitch1’＝pitch1，在竖直方向的尺寸ay’＝pitch2’＝pitch2，此时，微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向(例如X方向或Y方向)和第二方向(例如Y方向或X方向)的曲面相接触，参照图12b示出的情形。

方式2：

当微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离d＝dx＜dy时，微透镜在水平方向的尺寸ax’＝pitch1’＝pitch1，在竖直方向的尺寸ay’＝2d*tan(θ/2)+ay，即ay’＝2dx*tan(θ/2)+ay，此时，ay’＜pitch2’，微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向(例如X方向，水平方向)的曲面相接触，在第二方向(例如Y方向，竖直方向)的曲面不接触，参照图15a示出的情形。

方式3：

虽图中未示，类似的，当微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离d＝dy＜dx时，微透镜在水平方向的尺寸ax’＝2d*tan(θ/2)+ax，即ax’＝2dy*tan(θ/2)+ax，在竖直方向的尺寸ay’＝pitch2’＝pitch2，此时，ax’＜pitch1’，微透镜阵列中的相邻微透镜在的曲面在第二方向(例如Y方向，竖直方向)相接触，在第一方向(例如X方向，水平方向)的曲面不接触。

方式4：

同理，当微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离d＜dx＜dy时，微透镜在水平方向的尺寸ax’＝2d*tan(θ/2)+ax，在竖直方向的尺寸ay’＝2d*tan(θ/2)+ay，此时，ax’＜pitch1’，ay’＜pitch2’，微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向(例如X方向)和第二方向(例如Y方向)的曲面均不接触，参照图15b示出的情形。

上述实施例介绍了微透镜的中心和与其相对应的发光单元的出光面的中心之间的距离的几种设置方式，在实际设计过程中，优选地，设置成上述方式1，使得微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向和第二方向的曲面相接触，有利于降低相邻发光单元的发射光束之间的串扰，同时降低微透镜阵列的加工难度。

本实用新型的光发射装置中，微透镜阵列可以与调光单元集成于一体。具体地，参照图11和图16a，例如微透镜阵列14可以与调光单元121/122集成于一体。另外，微透镜阵列也可以与发光单元阵列集成在一起，参照图16b。可替换的，如图16c所示，微透镜阵列还可以与发光单元阵列和调光单元集成于一体。在本实用新型的一个具体实施例中，微透镜阵列14可以与发光单元阵列111通过封装材料封装在一起(图中未示)。可选地，微透镜阵列14可以集成在发光单元阵列111形成的激光器的封装壳体的出口处的例如玻璃片上，但本实用新型并不以此为限，封装材料的具体材质以及封装位置均可以根据实际情况进行设置。

本领域技术人员应理解，在光发射装置的实际设计中，还应考虑微透镜的曲率半径和厚度，具体地曲率半径和厚度可以根据需要的视场以及面形加工的难易程度，利用光学仿真获得最优值，以优化相邻发光单元发射的光束形成的视场存在明显的间隔问题。

上文对本实用新型的光发射装置进行了介绍，本实用新型的光发射装置通过在发射组件和准直组件之间设置调光组件，每个调光组件可以对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制，使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接，从而弥补相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于提高视场范围的连续性以形成长宽比更大的视场。通过在发射单元的光路下游设置微透镜阵列，每个微透镜与发射单元的其中一个发光单元相对应，每个微透镜可以对与其相对应的发光单元的发射光束进行调制，从而弥补相邻发光单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于进一步提高视场范围的连续性以及能量分布的均匀性。

本实用新型还涉及一种用于激光雷达的光发射装置的设计方法，光发射装置的出射光用于覆盖一探测区域，光发射装置包括如上所述的光发射装置10。

图17示出了根据本实用新型一个实施例的设计方法300的流程图，所述设计方法包括步骤S310至步骤S330，在步骤S310，确定发射组件11的参数，发射组件11至少包括第一发射单元111和第二发射单元112，第一发射单元111和第二发射单元112相互间隔，每个发射单元的发射光束配置成覆盖一子区域，每个发射单元包括发光单元阵列；在步骤S320，确定准直组件13的参数，准直组件13设置在发射组件11的光路下游；在步骤S330，根据发射组件11的参数、准直组件13的参数和探测区域，确定调光组件12的参数，其中调光组件12设置在发射组件11与准直组件13之间，调光组件12至少包括第一调光单元121和第二调光单元122，每个调光单元与其中一个发射单元相对应，并配置成对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制，以使得从准直组件13出射的光束形成的视场相互重叠或邻接。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述第一调光单元121和所述第二调光单元122配置成分别对所述第一发射单元111和所述第二发射单元112的发射光束按照相互远离的方向进行偏折，以形成所述视场。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述第一调光单元121和所述第二调光单元122为楔形镜，所述楔形镜靠近所述第一发射单元111和所述第二发射单元112的出光面的一侧与所述出光面所在平面基本平行，所述楔形镜背离所述第一发射单元111和所述第二发射单元112的出光面的一侧与所述出光面所在平面成楔角值。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述发射组件11的参数包括所述第一发射单元111和所述第二发射单元112之间的距离g，所述调光组件12的参数包括每个调光单元的材料折射率η和楔角值α。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述第一调光单元121和所述第二调光单元122相互接近的端部的厚度小于相互远离的端部的厚度。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述发光单元阵列包括一维发光单元阵列/二维发光单元阵列，所述发光单元阵列包括相互间隔的多个发光单元，每个发光单元可以独立选通和寻址，每个发光单元包括多个可同时发光的微单元。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中每个调光单元靠近所述第一发射单元111和所述第二发射单元112的出光面的一侧设置有微透镜阵列14，所述微透镜阵列14包括多个微透镜141，每个微透镜141与其中一个发光单元111U相对应，并配置成对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中每个微透镜的中心O’和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心O对准，每个微透镜的中心O’和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心O之间的距离与所述发光单元阵列的参数有关。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述发光单元阵列的参数包括：相邻发光单元的间距、每个发光单元的尺寸、以及每个发光单元的发射光束的发散角。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中每个微透镜的中心O’和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心O之间的距离的设置使得每个微透镜仅对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间距离d满足：d≤(pitch-a)/[2*tan(θ/2)]，其中，pitch为相邻发光单元沿第一方向或第二方向的间距，a为每个发光单元沿第一方向或第二方向的尺寸，θ为每个发光单元的发射光束沿第一方向或第二方向的发散角，所述第一方向垂直于所述第二方向。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向和/或第二方向的曲面相接触，所述第一方向垂直于所述第二方向；所述发光单元为面发射型，所述发光单元阵列构成所述发射单元，所述发射单元构成垂直腔面发射型激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)或光子晶体面发射型激光器(Photonic Crystal Surface Emitting Laser，PCSEL)。

上文对本实用新型的设计方法300进行了介绍，此外，本实用新型还提供一种激光雷达，图18示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达500的示意图，如图18所示，激光雷达500包括如上所述的光发射装置10、探测装置520和处理装置530：其中，光发射装置10配置成发射探测光束Light，用于探测障碍物OB；探测装置520配置成对探测光束Light入射在障碍物OB上反射的回波Light’作出响应，并转换为电信号；处理装置530与所述探测装置520耦合，并配置成根据所述电信号，计算障碍物信息。

根据本实用新型一个优选实施例，其中探测装置520包括探测单元阵列，所述探测单元阵列包括多个探测单元521(图中示例性示出了其中1个探测单元)，每个探测单元521可以作为一个区域，每个探测单元521可以与光发射装置10中的其中1个发射单元(例如发射单元111/112)的其中1个发光单元111U相对应。优选地，多个探测单元521可以排布为一维线阵或二维面阵。优选地，每个探测单元521可以包括多个像素(图中未示)，每个像素可以包括至少一个单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)。

根据本实用新型一个优选实施例，激光雷达500可以是全固态激光雷达，以形成全覆盖的面阵光源。此外，激光雷达500也可以是扫描式激光雷达或者机械旋转式激光雷达，这些均在本实用新型的保护范围之内。

图19a示出了发光单元的光路下游未设置微透镜时的发射端的能量分布，图19b示出了发光单元的光路下游未设置微透镜时的接收端的能量分布，由图19a可以看出，发光单元111U中的各个微单元1110相对分立，每个微单元1110的发射光能量未被匀化，中间能量高(灰度较深)周边能量低(灰度较浅)，使得整个发光单元111U的发射光束形成的视场内能量分布不均匀。如图19b所示，发光单元111U对应的探测单元521所接收的回波能量也分布不均匀，从而影响信噪比、影响探测结果的准确性。

图20a示出了发光单元的光路下游设置有微透镜时的发射端的能量分布，图20b示出了发光单元的光路下游设置有微透镜时的接收端的能量分布，由图20a可以看出，发光单元111U中的每个微单元1110的发射光经微透镜进行了匀化，每个微单元1110的发射光经微透镜出射之后能量分布更加均匀，使得整个发光单元111U的发射光束经微透镜出射之后形成的视场范围内的能量分布更加均匀。相应的，参照图20b，发光单元111U对应的探测单元521所接收的回波能量的分布也更加均匀，有利于提高回波信号的信噪比，提高探测结果的准确度。另外，发光单元111U的发射光束经微透镜调制之后，从微透镜出射后形成的视场范围可以得到一定的展宽放大，可以减小与相邻发光单元对应的视场区域的间隙，从而可以进一步增大回波能量在探测单元521的覆盖面积，进一步降低目标漏测的可能性，进一步提高探测结果的准确度。

本实用新型还提供一种计算机可读存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的激光雷达的操作。

在一些优选实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其组合使用。所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。所述计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、或半导体的形态或装置，更具体地例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机硬盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、非易失性随机访问存储器(NVRAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

此外，本实用新型还提供一种计算机设备(图中未示)，包括存储器和处理器，所述存储器配置成存储计算机可执行指令，所述可执行指令在被所述处理器执行时实施如上所述的激光雷达的操作。

在本实用新型的一些优选实施例中，所述处理器/处理装置可以包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以包括其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，本实用新型不对此进行限制，视具体情况而定。

综上，对本实用新型的方案进行了详细介绍，本实用新型的光发射装置通过在发射组件和准直组件之间设置调光组件，每个调光组件可以对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制，使得从准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接，从而弥补相邻发射单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于提高视场范围的连续性以形成长宽比更大的视场。

进一步地，本实用新型的光发射装置通过在发射单元的光路下游设置微透镜阵列，每个微透镜与发射单元的其中一个发光单元相对应，每个微透镜可以对与其相对应的发光单元的发射光束进行调制，从而弥补相邻发光单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于进一步提高视场范围的连续性以及能量分布的均匀性。

进一步地，发射组件的发射光束经调光组件调制以及经准直组件整形之后可以形成长宽比更大的视场范围，发射组件的各个发射单元的发射光束经调光组件调制并经准直组件整形后出射的光束形成的组合视场的长宽比大于发射组件中任一发射单元的发光面的长宽比。相比传统应用多颗分立封装的激光器排布为长宽比较大的阵列的方式，有利于整个装置的小型化，同时降低对于发射单元的加工要求。

进一步地，发光单元的发射光束经微透镜调制之后可以进行一定的展宽、放大和匀化，可以优化相邻发光单元之间的间隔导致的部分视场能量缺失，有利于形成能量分布更加均匀、连续性更强、并且覆盖范围更大的视场范围。

进一步地，通过将微透镜阵列集成在每个调光单元靠近发射单元的出光面的一侧，有利于提高光发射装置的集成度，并且有利于进一步减小光发射装置的尺寸。

进一步地，本实用新型的光发射装置可应用于激光雷达中，发射单元的发射光束经调光组件调制和准直组件整形、以及发光单元的发射光束经微透镜调制和准直组件整形之后，可以形成能量分布更加均匀、连续性更强、长宽比更大、并且覆盖范围更大的视场范围，相应地，可以在接收端覆盖更大的探测范围，使得更多的回波光束能够被接收，从而提高回波信号的信噪比，有利于降低目标漏测风险，提高探测结果的准确度。

进一步地，本实用新型的光发射装置应用于激光雷达中，可以优化包括多个可分别驱动的发光单元的激光器发射的光束形成的视场的连续性、能量分布均匀性，有利于减少目标漏测，提高探测结果的准确度。

进一步的，本实用新型的光发射装置可应用于全固态激光雷达中，以在发射端形成能量分布更加均匀、连续性更强、并且长宽比更大的视场范围，形成覆盖比例更高甚至全覆盖的面阵光源。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了光发射装置以及激光雷达的若干模块或子模块，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本实用新型的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中实现。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

需要说明的是，本说明书提供了如实施例或示意图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或设备产品执行时，可以按照实施例或者流程图所示的方法顺序执行或者并行执行。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于激光雷达的光发射装置，其特征在于，包括：

发射组件，至少包括第一发射单元和第二发射单元，所述第一发射单元和所述第二发射单元相互间隔，每个发射单元配置成发射光束，每个发射单元包括发光单元阵列；

调光组件，设置在所述发射组件的光路下游，所述调光组件至少包括第一调光单元和第二调光单元，其中每个调光单元与其中一个发射单元相对应，并配置成对与其相对应的发射单元的发射光束进行调制；和

准直组件，所述准直组件设置在所述调光组件的光路下游，并配置成对所述调光组件调制后的光束进行整形，以使得从所述准直组件出射的光束形成的视场相互重叠或邻接。

2.根据权利要求1所述的光发射装置，其特征在于，其中所述第一调光单元和所述第二调光单元配置成分别对所述第一发射单元和所述第二发射单元的发射光束按照相互远离的方向进行偏折，以形成所述视场。

3.根据权利要求1所述的光发射装置，其特征在于，其中所述发射组件的各个发射单元的发射光束经所述调光组件调制并经所述准直组件整形后出射的光束形成的组合视场的长宽比大于所述发射组件中任一发射单元的发光面的长宽比。

4.根据权利要求1-3中任一项-所述的光发射装置，其特征在于，其中所述第一调光单元和所述第二调光单元为楔形镜，所述楔形镜靠近所述第一发射单元和所述第二发射单元的出光面的一侧与所述出光面所在平面基本平行，所述楔形镜背离所述第一发射单元和所述第二发射单元的出光面的一侧与所述出光面所在平面成楔角值。

5.根据权利要求4所述的光发射装置，其特征在于，其中所述调光组件的参数与所述发射组件的参数、所述准直组件的参数和所述视场有关，其中所述调光组件的参数包括每个调光单元的材料折射率和楔角值，所述发射组件的参数包括所述第一发射单元和所述第二发射单元之间的距离，所述准直组件的参数包括焦距。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的光发射装置，其特征在于，其中所述第一调光单元和所述第二调光单元相互接近的端部的厚度小于相互远离的端部的厚度。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的光发射装置，其特征在于，其中所述发光单元阵列包括一维发光单元阵列/二维发光单元阵列，所述发光单元阵列包括相互间隔的多个发光单元，每个发光单元可以独立选通和寻址，每个发光单元包括多个可同时发光的微单元。

8.根据权利要求7所述的光发射装置，其特征在于，其中每个调光单元靠近所述第一发射单元和所述第二发射单元的出光面的一侧设置有微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜与其中一个发光单元相对应，并配置成对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制。

9.根据权利要求8所述的光发射装置，其特征在于，其中每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心对准，每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离与所述发光单元阵列的参数有关。

10.根据权利要求9所述的光发射装置，其特征在于，其中所述发光单元阵列的参数包括：相邻发光单元的间距、每个发光单元的尺寸、以及每个发光单元的发射光束的发散角。

11.根据权利要求9所述的光发射装置，其特征在于，其中每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间的距离的设置使得每个微透镜仅对与其相对应的发光单元发射的光束进行调制。

12.根据权利要求9所述的光发射装置，其特征在于，其中所述每个微透镜的中心和与其相对应的一个发光单元的出光面的中心之间距离d满足：d≤(pitch-a)/[2*tan(θ/2)]，其中，pitch为相邻发光单元沿第一方向或第二方向的间距，a为每个发光单元沿第一方向或第二方向的尺寸，θ为每个发光单元的发射光束沿第一方向或第二方向的发散角，所述第一方向垂直于所述第二方向。

13.根据权利要求8所述的光发射装置，其特征在于，其中所述微透镜阵列中的相邻微透镜在第一方向和/或第二方向的曲面相接触，所述第一方向垂直于所述第二方向。

14.根据权利要求7所述的光发射装置，其特征在于，其中所述发光单元为面发射型，所述发光单元阵列构成所述发射单元，所述发射单元构成垂直腔面发射型激光器或光子晶体面发射型激光器。

15.一种激光雷达，其特征在于，包括：

如权利要求1-14中任一项所述的光发射装置，配置成发射探测光束，用于探测障碍物；

探测装置，配置成对所述探测光束入射在障碍物上反射的回波作出响应，并转换为电信号；和

处理装置，与所述探测装置耦合，并配置成根据所述电信号，计算障碍物信息。

16.根据权利要求15所述的激光雷达，其特征在于，其中所述探测装置包括探测单元阵列，所述探测单元阵列包括多个探测单元，其中每个探测单元与所述光发射装置的其中一个发射单元的其中一个发光单元相对应。

17.根据权利要求15或16所述的激光雷达，其特征在于，其中所述激光雷达包括全固态激光雷达。