[发明专利]一种激光测距装置、激光测距方法和光电集成芯片

说明书

本申请实施例提供了一种激光测距装置和激光测距方法，该激光测距装置实现了收发共轴，易于集成且损耗较低。该激光测距装置包括：激光器、光电探测器、光开关、控制器和收发模块，光开关包括第一端口、第二端口和第三端口。根据光开关上加载的调制信号对激光器输出的连续光进行调制以得到第一光信号。其中，调制信号为周期信号，调制信号的调制频率随时间变化。通过收发模块发射第一光信号并接收第一光信号经过目标物反射的第二光信号。其中，光开关用于在传输第一光信号的第一光链路与传输第二光信号的第二光链路之间切换，并且，光开关的切换频率与调制信号的调制频率相同。进而，光电探测器通过检测第二光信号以对目标物进行测距。

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种激光测距装置、激光测距方法和光电集成芯片。

背景技术

激光雷达可以通过激光测距测量目标的距离或者深度信息，从而得到目标的三维结构信息。激光测距系统会主动发射一束激光到目标，并接收从目标反射回来的光进行分析。因此包含激光发射光路和激光接收光路。如果这二个光路是不重合的，就是收发异轴(off-axis)光学系统。如果这二个光路重合，则是收发共轴(co-axis)光学系统。显然，收发共轴的光学系统更紧凑，是激光雷达的发展方向。

目前，通常采用光环形器或光分束器来实现收发共轴。但是，由于目前还没有可集成的环形器，无法在固态激光雷达芯片上通过设计环形器来实现收发共轴。另外，光经过分束器会有3dB的理论光损耗，实际损耗会比理论值更大，采用光分束器的方案会带来较大的损耗。综上，目前实现收发共轴的方案存在难以集成以及损耗较大的缺陷。

发明内容

本申请实施例提供了一种激光测距装置、激光测距方法和光电集成芯片，该激光测距装置实现了收发共轴，易于集成且损耗较低。

第一方面，本申请实施例提供了一种激光测距装置。该激光测距装置包括：激光器、光电探测器、光开关、控制器和收发模块。光开关包括第一端口、第二端口和第三端口。激光器用于通过第一端口向光开关输出连续光。控制器用于向光开关输出调制信号，其中，调制信号为周期信号，调制信号的调制频率随时间变化。光开关用于根据调制信号对连续光进行调制以得到第一光信号，并通过第三端口将第一光信号输出至收发模块。收发模块用于发射第一光信号，并将第一光信号经过目标物反射的第二光信号通过第三端口输出至光开关。光开关还用于将第二光信号通过第二端口输出至光电探测器，其中，光开关用于在第一光链路与第二光链路之间切换，第一光链路连接第一端口与第三端口，第二光链路连接第二端口与第三端口，光开关的切换频率与调制信号的调制频率相同。光电探测器用于检测第二光信号对应不同调制频率的光强时间平均值，并确定第一光强时间平均值对应的第一调制频率以及第二光强时间平均值对应的第二调制频率，再根据第一调制频率与第二调制频率的频率差值确定目标物与激光测距装置之间的距离，其中，第一光强时间平均值与第二光强时间平均值为相邻的两个最大的光强时间平均值或相邻的两个最小的光强时间平均值。

在该实施方式中，激光测距装置采用光开关进行光链路的切换，光开关可以与激光测距装置中的其他光器件集成在同一个光芯片上，便于实现激光测距装置的小型化。并且，光开关不会引入额外的理论损耗，相较于采用环形器的现有方案损耗更低。另外、本申请是通过测量返回的光与光开关的调制频率的关系计算出返回光的时间延迟，从而得到目标的距离的，不同于现有的采用飞行时间(time of flight，TOF)、调频连续波(frequencymodulated continuous wave，FMCW)和调幅连续波(amplitude modulated continuouswave，AMCW)等测距原理。因此，本申请可以采用普通的连续波(continuous wave，CW)激光器，实现的成本更低。

在一些可能的实施方式中，光电探测器具体用于：根据频率差值确定收发模块发射第一光信号与接收第二光信号之间的延迟，并根据延迟与光速确定目标物与激光测距装置之间的距离。上述方式提供了一种基于频率差值进行测距的具体实现方式，增强了本方案的可实现性。