激光雷达的制作方法

1.本发明涉及激光探测，特别涉及一种激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达已经广泛应用在航空航天、军事对抗、遥感测绘、气象及灾害预警等诸多领域，尤其是近年来在辅助驾驶、无人驾驶等领域对车载激光雷达的性能需求显著增大，这带动着车载激光雷达将进一步朝着高分辨率、高精度、长探测距离、大视场范围、小型化、低功耗的方向发展。
3.目前有一种激光雷达通过连续旋转的方式实现出射光束的扫描。在收发共路的激光雷达中，扫描装置不仅需要实现出射光束的扫描，还需实现经待探测目标反射所形成回波光束的收集。由于扫描装置的持续转动，光束经目标反射后，扫描装置接收回波光束时的角度已经与扫描光束出射时的角度有一定的差异，即扫描装置产生延迟角。
4.随着目标物距离的增大、激光传播时间延长，延迟角随之扩大，偏移距离增大，因此延迟角的出现限制了激光雷达扫描速度的提高、探测距离的扩大。


技术实现要素：

5.本发明解决的问题是提供一种激光雷达，以突破延迟角所导致的扫描速度限制和探测距离限制。
6.为解决上述问题，本发明提供一种激光雷达，包括：
7.沿光路依次设置的光源结构、同轴收发结构以及探测结构；所述同轴收发结构接收所述光源结构产生的探测光以形成向三维空间出射的出射光，并接收三维空间内目标物反射出射光所形成的回波光以传递给所述探测结构；所述同轴收发结构包括：视场调节单元，所述视场调节单元通过转动的方式偏转光束；所述探测结构中心位置偏离所述光源结构相对应的同轴位置，且根据所述视场调节单元转动的角速度和所述激光雷达的探测距离设置所述探测结构偏离的方向和距离。
8.可选的，所述同轴收发结构还包括：分光单元，所述分光单元适宜于将所述探测光与所述回波光分离。
9.可选的，所述分光单元包括：沿所述探测光光路依次设置的偏振分光装置和二分之一波片。
10.可选的，所述偏振分光装置包括沿所述探测光光路依次设置的偏振片和分光片；或者所述偏振分光装置包括：偏振分光器。
11.可选的，所述视场调节单元包括：转镜。
12.可选的，所述转镜的转速大于4000度/s。
13.可选的，所述探测结构包括：沿所述回波光光路依次设置的接收波导和探测器。
14.可选的，所述接收波导为单模光纤。
15.可选的，所述激光雷达包括：多个探测结构，每个所述探测结构中心位置偏离的距
离相等。
16.可选的，还包括：会聚光学组件，所述会聚光学组件适宜于从所述同轴收发结构接收所述回波光并传递给所述探测结构；微透镜，所述微透镜设置于所述会聚光学组件和所述接收波导之间，所述接收波导的入射面位于所述微透镜一侧的焦平面上，所述微透镜另一侧的焦平面位于所述会聚光学组件的焦平面位置。
17.可选的，微透镜焦平面处的高斯模场大于所述接收波导的接收模场。
18.可选的，所述激光雷达包括：多个探测结构；所述微透镜与所述探测结构一一对应。
19.可选的，所述接收波导的接收模场直径在15μm到20μm范围内。
20.可选的，所述光源结构包括：沿光路依次设置的激光器和发射波导。
21.可选的，结合所述探测结构的接收效率确定所述探测结构中心位置偏离的方向和距离。
22.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
23.本发明技术方案，所述探测结构中心位置偏离所述光源结构相对应的同轴位置，且根据所述视场调节单元转动的角速度和所述激光雷达的探测距离设置所述探测结构偏离的方向和距离，从而使视场调节单元转动时所形成回波光的聚焦点与探测结构中心位置尽可能对应，提高探测结构的耦合效率，进而突破扫描速度和探测距离的限制。
24.本发明可选方案中，所述激光雷达还包括会聚光学组件和位于会聚光学组件和接收波导之间的微透镜，所述微透镜的入射面位于所述微透镜一侧的焦平面上，所述微透镜另一侧的焦平面位于所述会聚光学组件的焦平面位置；而且微透镜焦平面处的高斯模场大于所述接收波导的接收模场。所述微透镜能够对所述会聚光学组件透射的回波光进行二次会聚，从而能够使接收波导的接收模场转变为微透镜焦平面处的高斯模场，以达到扩大接收波导接收模场的目的，进而提高探测结构的耦合效率，突破扫描速度和探测距离的限制。
25.本发明可选方案中，所述接收波导的接收模场直径在15μm到20μm范围内。所述接收波导的接收模场直径太小，则不利于提高探测结构耦合效率，不利于扫描速度提高和探测距离扩大；所述接收波导的接收模场直径太大，则不利于保证近距离的探测能力。
附图说明
26.图1是一种fmcw激光雷达的光路示意图；
27.图2是一种振镜扫描的光路示意图；
28.图3是一种转镜扫描的光路示意图；
29.图4是一种采用机械扫描和光纤耦合的激光雷达同轴收发的光路示意图；
30.图5是图4所示激光雷达在振镜快速摆动后的光路示意图；
31.图6是本发明激光雷达一实施例在不考虑视场调节单元的情况下根据光源结构的位置计算所得的回波光的理论光路示意图；
32.图7是图6所示激光雷达实施例在计入视场调节单元后所述激光雷达接收回波光的实际光路示意图；
33.图8是图6和图7所示激光雷达实施例中所述光源结构110相对应的同轴位置110a处回波光的实际光路和理论光路的示意图。
34.图9是图6和图7所示激光雷达实施例中会聚光学组件150至接收波导131之间的光路示意图；
35.图10是图6和图7所示激光雷达实施例视场调节单元转速在2000度/s时对不同距离目标物所形成回波光接收效率随接收模场半径的变化曲线；
36.图11是图6和图7所示激光雷达实施例视场调节单元转速在4000度/s时对不同距离目标物所形成回波光接收效率随接收模场半径的变化曲线；
37.图12是图6和图7所示激光雷达实施例视场调节单元不同转速下探测结构中心位置偏离距离与接收模场直径对接收效率的影响。
具体实施方式
38.由背景技术可知，现有技术的一种激光雷达存在延迟角所致的扫描速度和探测距离受限的问题。现结合激光雷达结构及其光路分析其扫描速度和探测距离受限问题的原因：
39.采用相干探测的激光雷达，例如调频连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)雷达，通过发射频率随时间规律变化的光束，目标物反射的回波光与发射信号直接混频。由于两者的频差与目标距离和相对速度相关，因此可以通过频差计算出目标距离和相对速度信息。
40.fmcw激光雷达的相干探测原理，要求本振光和反射回波具有极高的平行度，0.1度的夹角就会在探测器表面产生干涉条纹，降低相干效率。因而fmcw激光雷达的光通过波导传输，通常采用光纤。图1即示出了一种fmcw激光雷达的光路示意图。
41.如图1所示，fmcw激光雷达中，光源11所产生的光束通过耦合器12进入光纤，一部分传输至分光元件14(如环形器)以进行探测，另一部分传输至探测器13作为参考光；分光元件14输出一侧的光纤端面设置于接收光学组件15焦平面处，回波光束会聚后耦合进入光纤，经光纤传输至分光元件14和探测器13(如混频器)，波导能够精确控制光的方向，保证接收光和本振光完全重合。
42.目前相干探测的激光雷达主要采用扫描方式，通过激光扫描装置将光源发出来的激光进行有规律的偏转，实现对目标空间的扫描。常用的机械扫描方式主要为振镜扫描和转镜扫描。图2即示出了一种振镜扫描的光路示意图；图3即示出了一种转镜扫描的光路示意图。
43.参考图4，示出了一种采用机械扫描和光纤耦合的激光雷达同轴收发的光路示意图。
44.图中以一个固定的反射镜22、一个振镜23作为扫描装置的光学系统作为示意。如图4所示，光源所产生的光束依次被所述反射镜22和所述振镜23反射后形成投射至目标物20的光束(需要说明的是图中并未示出该光束)；目标物20反射所形成的回波光(如图4中细实线箭头所示)被振镜23和反射镜22依次反射后，经光学组件21会聚到光纤24端面上以实现光信号采集。
45.为了提高所述激光雷达的帧频(即1s内所获得点云图像数)，需要扫描装置具有较高的扫描速度，即图4所示激光雷达中的振镜23需要快速摆动；在包括转镜的扫描装置中，则需要转镜需要快速旋转。
46.结合参考图5，示出了图4所示激光雷达在振镜快速摆动后的光路示意图。
47.当振镜23快速摆动时，光从远距离目标反射后，入射至所述激光雷达时，所述振镜23已经摆动过了一定的角度(如图5中虚线所示)，从而导致回波光在光学组件21会聚后的聚焦点位置发生偏移(图5中以细实线示意振镜角度不变时的光路，虚线箭头示意实际情况下的光路)。
48.对于单模光纤而言(即只传输基模的光纤)，基模的光强在纤芯区域轴心线位置处最大，并随着偏离轴心线的距离增大而减小。一般将模场直径(d
fiber
)定义为光强降低到轴心线位置处最大光强的1/e2的点与轴心线距离的两倍。
49.因此，以z表示目标物距离，ω为扫描镜的光学角转速，在光从出射到入射的时间内、因扫描镜转动导致的光束偏转角度称为延迟角θ，则θ＝2zω/c，其中c为光速。当θ*f》d
fiber
/2(其中f为接收光学元件的焦距)时，回波光的聚焦点将偏移出光纤模场的范围，从而造成光纤耦合效率极低，接收信号极弱、激光雷达无法准确探测的问题。
50.基于上述原因，在采用机械扫描的激光雷达中，扫描装置的扫描速度不能太高，通常使用扫描速度较低的振镜，而不宜使用扫描速度快的转镜来增大fov或帧频，否则会降低激光雷达的测量距离、影响其测远能力难以满足车载激光雷达的探测要求。
51.为解决所述技术问题，本发明提供一种激光雷达，包括：沿光路依次设置的光源结构、同轴收发结构以及探测结构；所述同轴收发结构接收所述光源结构产生的探测光以形成向三维空间出射的出射光，并接收三维空间内目标物反射出射光所形成的回波光以传递给所述探测结构；所述同轴收发结构包括：视场调节单元，所述视场调节单元通过转动的方式偏转光束；所述探测结构中心位置偏离所述光源结构相对应的同轴位置，且根据所述视场调节单元转动的角速度和所述激光雷达的探测距离设置所述探测结构偏离的方向和距离。
52.本发明技术方案，所述探测结构中心位置偏离所述光源结构相对应的同轴位置，且根据所述视场调节单元转动的角速度和所述激光雷达的探测距离设置所述探测结构偏离的方向和距离，从而使视场调节单元转动时所形成回波光的聚焦点与探测结构中心位置尽可能对应，提高探测结构的耦合效率，进而突破扫描速度和探测距离的限制。
53.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
54.参考图6和图7，示出了本发明激光雷达一实施例的光路结构示意图。其中，图6示出了所述激光雷达实施例中在不考虑视场调节单元的情况下根据光源结构的位置计算所得的回波光的理论光路示意图；图7是计入视场调节单元后所述激光雷达接收回波光的实际光路示意图。
55.所述激光雷达包括：沿光路依次设置的光源结构110、同轴收发结构120以及探测结构130；所述同轴收发结构120接收所述光源结构110产生的探测光113以形成向三维空间出射的出射光(如图6和图7中细实线箭头所示)，并接收三维空间内目标物反射出射光所形成的回波光(如图6中粗虚线箭头所示以及图7中粗实线箭头所示)以传递给所述探测结构130；所述同轴收发结构120包括：视场调节单元123，所述视场调节单元123通过转动的方式偏转光束；所述探测结构130中心位置偏离所述光源结构110相对应的同轴位置110a(如图6和图7中虚线所示)，且根据所述视场调节单元123转动的角速度设置所述探测结构130偏离
的方向和距离。
56.需要说明的是，如图6所示，所述光源结构相对应的同轴位置110a是指，在不考虑视场调节单元的情况下，根据所述光源结构110的位置，依据同轴收发结构的光路，所获得的回波光被所述同轴收发结构传导的理论光路中探测结构应该所处的位置。
57.所述探测结构130中心位置偏离所述光源结构相对应的同轴位置110a，且根据所述视场调节单元123转动的角速度设置所述探测结构130偏离的方向和距离，从而使视场调节单元123转动时所形成回波光的聚焦点与探测结构130中心位置尽可能对应，提高探测结构130的耦合效率，进而突破扫描速度和探测距离的限制。
58.所述光源结构110用以产生光束。
59.本实施例中，所述激光雷达为采用相干探测的激光雷达。采用相干探测的激光雷达其具有一些突出的优势，例如：具有较高的角分辨率和距离分辨率、抗干扰能力强、能同时获取目标的距离像和速度像等等，非常适合用于车载应用场景。
60.具体的，所述激光雷达可以为调频连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)雷达，通过发射频率随时间规律变化的光束，一部分作为本振光，其他部分光束发射到目标区域作为探测光，探测光被目标物反射的回波光与本振光进行混频。
61.所以，本发明一些实施例中，所述光源结构110包括：沿光路依次设置的激光器111和发射波导112。所述激光器111所产生的光束耦合入所述发射波导112中，从而能够有效提高对光路的精确控制，提高光路可控性。本实施例中，所述发射波导112为光纤，具体的，所述发射波导112可以为单模光纤。
62.本发明一些实施例中，发射波导112还与耦合器连接(图中未示出)，耦合器将激光器发出的光分为本振光和探测光，其中本振光传导至探测器，探测光发射至目标空间。
63.需要说明的是，本实施例中，所述激光雷达包括：多个所述光源结构110。每一个激光器产生一线探测光113进而形成至少一线出射光，因此所述激光雷达能够产生向三维空间出射的多线出射光。
64.所述同轴收发结构120用以接收探测光113以形成出射光124，还用以接收回波光。
65.本发明一些实施例中，所述同轴收发结构包括：分光单元(图中未标示)，所述分光单元适宜于将所述探测光113与所述回波光分离。所述同轴收发结构是指采用该种结构的激光雷达的发射光路和接收光路共轴。采用同轴收发结构的激光雷达的发射光路和接收光路往往共用一个镜头(或镜头组)发送出射光和接收回波光。所述同轴收发结构通过分光单元来实现发射光束和接收光束的分离和交合。
66.具体的，如图6和图7所示，本实施例中，所述分光单元包括：沿所述探测光光路依次设置的偏振分光装置121和四分之一波片122。具体的，所述偏振分光装置121包括：偏振分光器(polarization beam splitter，pbs)。
67.所述光源结构110中的激光器111所产生的探测光113为p偏振光；所述探测光113先后经准直光学组件140、所述偏振分光装置121和所述四分之一波片122透射，形成偏振态被偏转一次的出射光124；所述出射光124被目标物反射形成回波光133；所述回波光133再次透射所述四分之一波片122时其偏振态被再次偏转，形成s偏振态的回波光133；所述偏振分光装置121反射s偏振态的回波光，从而实现回波光与探测光的分离。
68.需要说明的是，本实施例中，所述偏振分光装置121包括：偏振分光器。但是这种做
法仅为一示例；本发明其他实施例中，所述偏振分光装置还可以是沿所述探测光光路依次设置的偏振片和分光片。
69.所述同轴收发结构还包括：视场调节单元123用以偏折探测光以形成不同角度出射的出射光。本发明一些实施例中，所述视场调节单元123位于所述四分之一波片122的光路下游，即所述四分之一波片122位于所述视场调节单元123和所述偏振分光装置121之间。
70.本发明一些实施例中，所述视场调节单元123包括转镜，从而能够获得较大的视场(fov)。如图6和图7所示，本实施例中，所述视场调节单元123包括转镜。由于转镜能够有相当高的转速，因此采用转镜偏转探测光以形成出射光，有利于大视场的获得。具体的，本实施例中，所述转镜的转速大于4000度/s。
71.所述探测结构130用以采集所述回波光的光信号。
72.如图6和图7所示，本发明一些实施例中，所述探测结构130包括：沿所述回波光133光路依次设置的接收波导131和探测器132。本实施例中，所述接收波导为光纤，具体的，可以为单模光纤。经所述同轴收发结构接收的回波光经会聚光学组件150会聚后耦合入所述接收波导131进而被传输至所述探测器132，从而能够有效提高光路精度，提高光路可控性。
73.如图6和图7所示，所述探测结构130的中心位置偏离所述光源结构110相对应的同轴位置110a，而且根据所述视场调节单元123转动的角速度和所述激光雷达的探测距离设置所述探测结构130偏离的方向和距离δy。
74.本发明一些实施例中，所述探测结构130的中心位置即为所述接收波导131的中心位置。本实施例中，所述接收波导131为单模光纤，因此所述探测结构130的中心位置即为所述单模光纤的轴心线位置。
75.如图6所示，当不考虑所述视场调节单元123的转动时，根据所述光源结构110的位置和同轴收发结构的光路，所述回波光133被所述会聚光学组件150会聚至所述光源结构相对应的同轴位置110a。
76.结合参考图8，示出了所述光源结构110相对应的同轴位置110a处回波光的实际光路和理论光路的示意图，其中光束1336表示不考虑所述视场调节单元123的转动时理论计算所获得的回波光光路示意图；光束1337表示回波光实际的光路示意图。
77.如图7所示，基于所述视场调节单元123的运动状态，偏移所述探测结构的中心位置，能够使回波光的聚焦点与探测结构130的中心位置尽可能对应，尽可能提高探测结构130的耦合效率，进而突破扫描速度和探测距离的限制。
78.本发明一些实施例中，结合所述探测结构的接收效率确定所述探测结构130中心位置偏离的方向和距离δy。
79.本实施例中，所述探测结构130包括接收波导131，所述视场调节单元123包括转镜，因此基于所述接收波导131的接收效率和所述转镜的转速，确定所述接收波导131中轴线偏离所述光源结构相对应的同轴位置110a的方向和距离δy。
80.具体的，当回波光与光轴夹角为θ(或称为延迟角)时，聚焦点偏离中心的距离为：δy＝fθ，其中f为f为接收光学元件的焦距。
81.光纤接收效率公式为η＝η
coupling
*η
dismatch
，η
coupling
表示回波光与光轴无倾角(即回波光与光轴平行)、无偏移情况下光纤的耦合效率，η
dismatch
表示回波光与光轴存在倾角、聚焦点偏移出光纤中轴线位置所造成的适配率。其中，η
dismatch
可以表示为：
[0082][0083]
式中，r表示接收端光阑的半径，ωa表示高斯光在接收光学元件焦平面的束腰半径，r表示极坐标半径，j0表示第一类0阶贝塞尔函数，f表示接收光学元件的焦距。
[0084]
由此可以得到，雷达的光纤接收效率方程为：
[0085][0086]
其中，r0表示目标物反射率，r表示接收端光阑的半径；z表示雷达与目标物之间的距离。
[0087]
可见，在r0和r一定的情况下，目标物的距离z越大，雷达接收效率越低。因此当根据所述视场调节单元123转动的角速度和激光雷达的探测距离设置所述探测结构130偏离的方向和距离δy时，所述探测结构130的中心位置虽然偏离所述光源结构110相对应的同轴位置110a，但是与所述回波光的实际光路相对应，所述会聚光学组件150将所述回波光会聚至所述探测结构130的中心位置，回波光的适配率较高，即η
dismatch
值较大。
[0088]
需要说明的是，延迟角的大小不仅与所述视场调节单元转动的速度有关，还与探测距离相关：探测距离越大，相应的延迟角越大；探测距离越小，相应的延迟角越小；而所述探测结构130中心位置只能与激光雷达的探测距离相对应的回波光光路相适应，对于距离较小的近距离目标物来说，探测结构130中心位置的偏移过大，会影响探测结构130对近距离目标物反射回波光的耦合效率。本实施例中，所述激光雷达为车载激光雷达，基于平衡所述激光雷达远距离和近距离的探测能力来选择合适的探测结构130中心位置的偏移量δy。其中优选的远距离的探测能力是指在200～300m的范围内的探测能力。
[0089]
还需要说明是，本实施例中，所述激光雷达包括：多个所述光源结构110。所述激光雷达能够产生向三维空间出射的多线出射光；所述多线出射光会形成一一对应的多线回波光，所述多线回波光被相对应的探测结构接收。因此所述激光雷达包括：多个探测结构130。多个探测结构130的中心位置以线性阵列排布，每个所述探测结构130中心位置偏离的距离δy相等。
[0090]
需要说明的是，所述探测结构130包括接收波导131和探测器132，所述接收波导131可以为光纤。以单模光纤为例，一般单模光纤的直径d
fiber
在9～10μm范围内，接收模场的大小受到了光纤自身尺寸的限制，无法扩大。因此仅仅依靠使探测结构中心位置偏离所述同轴位置，可能无法进一步提高接收效率，或者提高接收效率的效果欠佳。因此在本实施例中，通过设置微透镜以扩大所述接收波导131的接收模场。结合参考图9，示出了图6和图7所示激光雷达实施例中会聚光学组件150至接收波导131之间的光路示意图。
[0091]
本发明一些实施例中，所述激光雷达的会聚光学组件150适宜于从所述同轴收发结构120接收所述回波光133并传递给所述探测结构130(如图6或图7所示)；本实施例中，所述激光雷达还包括：微透镜151，所述微透镜151设置于所述会聚光学组件150和所述接收波
导131之间，所述接收波导131的入射面位于所述微透镜151一侧的焦平面151b上，所述微透镜151另一侧的焦平面151a位于所述会聚光学组件150的焦平面位置。
[0092]
所述微透镜151适宜于对回波光进行二次聚焦。
[0093]
对于高斯光束而言，焦平面处光斑模场直径满足：其中，d
lens
为所述微透镜151焦平面处光斑模场直径，f’为微透镜焦距，d
fiber
为光纤模场直径。
[0094]
由此可见，当微透镜151的光路与所述接收波导151的光路相耦合时，接收模场大小由原来的光纤模场转变为微透镜焦平面处扩大了的高斯模场，即接收模场的直径由原来光纤模场d
fiber
转变为微透镜焦平面处的高斯模场直径d
lens
。
[0095]
对于远距离回波光而言，会聚光学组件150会聚后的光斑，即使光斑偏移距离大于d
fiber
，只要在d
lens
范围内，都可以有光被所述微透镜151二次聚焦至所述接收波导131的模场范围内。所以，本实施例中，微透镜151焦平面处的高斯模场大于所述接收波导131的接收模场，以扩大所述探测结构的接收模场，从而提高探测结构130的耦合效率，进而突破扫描速度和探测距离的限制。
[0096]
需要说明的是，本实施例中，所述激光雷达包括：多个探测结构130；因此所述微透镜151的数量为多个，而且所述多个微透镜151与所述多个探测结构130一一对应。
[0097]
结合参考图10和图11，示出了图6和图7所示激光雷达实施例在视场调节单元不同转速下对不同距离目标物回波光接收效率与接收模场半径的关系图，其中目标物反射率r0为10％，孔径光阑的半径为10mm。
[0098]
其中，横坐标均为接收模场半径，单位为m
×
10-5
；纵坐标均为10％反射率目标物所形成回波光归一化的接收效率。
[0099]
图10为所述激光雷达实施例视场调节单元转速在2000度/s时对不同距离目标物所形成回波光接收效率随接收模场半径的变化曲线。具体的，图线210表示的是对200m的目标物所反射回波光的接收效率；图线220表示的是对300m的目标物所反射回波光的接收效率。图11为所述激光雷达实施例视场调节单元转速在4000度/s时对不同距离目标物所形成回波光接收效率随接收模场半径的变化曲线。具体的，图线211表示的是对200m目标物所反射回波光的接收效率；图线221表示的是对300m的目标物所反射回波光的接收效率。
[0100]
比较图10和图11中的曲线，接收模场半径增大后，所述视场调节单元在更高转速，即转速在4000度/s时，接收模场半径较大的位置，回波光接收效率较高，也就是说，适当扩大接收模场能够有效改善激光雷达在高转速下的接收效率。增大接收模场半径，对远距离的离轴程度高的回波光束，被聚焦后的光斑偏离光轴中心，仍可以有部分光被耦合入光纤，提高远距离测距能力，从而有助于突破扫描速度和探测距离的限制。
[0101]
接着参考图12，示出了图6和图7所示实施例中所述视场调节单元不同转速下探测结构中心位置偏离距离δy与接收模场直径对接收效率的影响。
[0102]
其中，横坐标表示探测距离，单位为m；纵坐标表示10％反射率目标物所形成回波光归一化的接收效率；图线311为所述视场调节单元转速6000度/s下、探测结构中心位置偏离距离δy＝8μm、接收模场直径15μm时，接收效率与探测距离的关系曲线；图线312为所述视场调节单元转速4000度/s下、探测结构中心位置偏离距离δy＝6μm、接收模场直径15μm时，接收效率与探测距离的关系曲线；图线313为所述视场调节单元转速4000度/s下、探测
结构中心位置偏离距离δy＝6μm、接收模场直径20μm时，接收效率与探测距离的关系曲线；图线314为所述视场调节单元转速2000度/s下、探测结构中心位置偏离距离0、接收模场直径10μm时，接收效率与探测距离的关系曲线，且未设置微透镜。
[0103]
需要说明的是，图12中图线311、图线312、图线313以及图线314所使用的激光雷达中均设置有微透镜。比较图线312和图线314可以知道，相较于无偏移、无微透镜、转速仅为2000度/s时，将偏离距离为6μm、设置微透镜以使接收模场增大15μm，转速增大一倍，即转速增大至4000度/s的情况下，所述激光雷达对200m目标物的接收效率依旧有所提高。
[0104]
比较图线312和图线313可以知道，转速相等、偏离距离相等，但是通过设置不同的微透镜以使接收模场从15μm增大至20μm时，由于接收模场增大，虽然近距离回波光偏离模场中心，但是由于可以接收的回波光增加，因而近距离的接收效率也有所增大。
[0105]
从图线311可以知道，转速提高到6000度/s，相比于4000度/s的转速，对应同一距离回波的延迟角增大，相应的需要偏移距离增大，偏移距离由6μm增大至8μm，在200m处能获得与4000度/s转速时相当的接收效率。这是因为探测结构中心位置的偏离和接收模场的增大能够提高所述激光雷达的远距离接收效率，使雷达在高转速下的远距离探测成为可能，从而突破扫描速度和探测距离的限制。具体的，本发明一些实施例中，可以采用高速转镜，将转镜的转速提高至4000度/s，甚至提高至6000度/s，进而有效增大所述激光雷达的视场(fov)。
[0106]
综上，不同偏移量和接收模场会造成接收效率随探测距离而变化，在激光雷达的实际应用中，应根据探测性能的需要对偏移量和接收模场的值进行选择。
[0107]
在所述视场调节单元转动角速度和所述激光雷达的探测距离的基础上使探测结构中心位置的偏离所述光源结构的同轴位置，能够有效增大所述激光雷达的远距离接收效率，有效提高所述激光雷达的可探测度，从而使突破扫描速度和探测距离限制成为可能。
[0108]
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。