CN109975784A - 准直器件、发射系统及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种准直器件、发射系统及激光雷达。该准直器件，包括：柱透镜组，沿着发射光路配置在激光器快轴方向上，所述柱透镜组包括第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜；由激光器产生的发射光在激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜之后，得到快轴准直光。利用该准直器件，可以实现对激光雷达发射光的准直，同时，还可以降低准直器件的加工工艺难度以及装调难度，从而降低激光雷达整体的成本。

Description

准直器件、发射系统及激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种准直器件、发射系统及激光雷达。

背景技术

激光雷达一般主要由发射系统、接收系统、信息处理系统组成。其中，发射系统用来向目标物发射激光信号，接收系统用来接收在目标物上进行反射后的激光信号，信息处理系统主要用来对接收到的激光信号进行处理。在发射系统向目标物发射激光信号之前，发射系统一般会将激光器发出的激光信号先进行准直，以得到准直的激光信号，之后再将准直的激光信号发射出去，打到目标物体上。

由于半导体激光器快慢轴的发光尺寸及发散角相差很大，传统技术一般都是利用非球面柱面透镜组或者渐变折射率光纤等，来对激光器发出的激光信号的快轴方向进行准直，以得到准直的激光信号。

但是上述准直过程采用的非球面柱面透镜组或者渐变折射率光纤，其在实际加工过程中，存在加工工艺难度较大的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述准直过程采用的非球面柱面透镜组或者渐变折射率光纤，其在实际加工过程中，存在加工工艺难度较大的问题，提供一种准直器件、发射系统及激光雷达。

第一方面，本申请实施例提供一种准直器件，包括：

柱透镜组，沿着发射光路配置在半导体激光器快轴方向上，所述柱透镜组包括第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜；

由半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜，得到快轴准直光。

在其中一个实施例中，所述准直器件还包括：第三凸柱透镜，沿着发射光路配置在半导体激光器慢轴方向上；

所述快轴准直光再经过所述第三凸柱透镜，得到目标准直光。

在其中一个实施例中，所述半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜，包括：

所述半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上先经过所述柱透镜组的第一凸柱透镜，再经过所述柱透镜组的凹柱透镜，最后再经过所述柱透镜组的第二凸柱透镜。

在其中一个实施例中，所述第一凸柱透镜的母线方向、凹柱透镜的母线方向以及第二凸柱透镜的母线方向一致。

在其中一个实施例中，所述柱透镜组的母线方向和所述第三凸柱透镜的母线方向垂直。

在其中一个实施例中，所述柱透镜组的组合焦距和所述第三凸透镜的焦距之间具有对应关系，所述柱透镜组的组合焦距是对所述第一凸柱透镜的焦距、所述凹柱透镜的焦距、所述第二凸柱透镜的焦距进行处理得到的。

在其中一个实施例中，所述第一凸柱透镜的表面、凹柱透镜的表面、第二凸柱透镜的表面和所述第三凸柱透镜的表面均设置有防反射膜。

在其中一个实施例中，所述第一凸柱透镜的折射率、凹柱透镜的折射率、第二凸柱透镜的折射率和所述第三凸柱透镜的折射率均大于预设的折射率阈值。

第二方面，本申请实施例提供一种发射系统，包括：

半导体激光器和所述准直器件，由半导体激光器产生的发射光经过所述准直器件之后再发射出去。

第三方面，本申请实施例提供一种激光雷达，包括：所述发射系统。

上述准直器件、发射系统及激光雷达，准直器件包括柱透镜组，沿着发射光路配置在半导体激光器快轴方向上，其中，柱透镜组包括第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜；第三凸柱透镜。在激光雷达对目标物体进行探测时，由半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜之后，得到快轴准直光。在本实施例中，由于采用柱透镜组可以实现对半导体激光器产生的发射光在快轴上的准直，因此，利用本实施例的准直器件，可以实现对激光雷达发射光的准直；进一步地，由于本实施例中在对激光器产生的发射光进行准直时，采用的是第一凸柱透镜、凹柱透镜、第二凸柱透镜，该三个柱透镜相对于非球面柱透镜组、渐变折射率光纤、非球面柱面镜等的加工工艺，其加工工艺较为简单、且装调较为简单，因此，利用本实施例的准直器件，在实现对激光器的发射光进行准直的同时，还可以降低准直器件的加工工艺难度以及装调难度，从而降低激光雷达整体的成本。

附图说明

图1为一个实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图2为一个实施例提供的发射系统的结构示意图；

图3为一个实施例提供的准直器件的结构示意图；

图4为另一个实施例提供的准直器件的结构示意图；

图5为另一个实施中准直器件中柱透镜组的光线图；

图6为另一个实施中准直器件中第三凸柱透镜的光线图。

附图标记说明：

10：发射系统；

100：半导体激光器；

101：准直器件；

1011：柱透镜组；

1011A：第一凸柱透镜；

1011B：凹柱透镜；

1011C：第二凸柱透镜；

1012：第三凸柱透镜。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参见图1所示，本申请实施例一种激光雷达，其包括：发射系统10。该发射系统10请参见图2所示，包括：半导体激光器100和下述图3-图4实施例介绍的准直器件101，在激光雷达对目标物体进行探测时，由半导体激光器100产生的发射光经过上述准直器件101之后再发射出去。

需要说明的是，传统技术一般都是利用非球面柱面透镜组或者渐变折射率光纤、非球面柱面镜等，来作为激光雷达的发射系统中的准直器件，并利用其来对激光器发出的激光信号进行准直，以得到准直的激光信号。但是上述准直过程采用的非球面柱面透镜组或者渐变折射率光纤、非球面柱面镜，其在实际加工过程中，均存在加工工艺难度较大的问题。本申请实施例提供的激光雷达、发射系统以及下述实施例中的准直器件，主要用于解决上述技术问题。

图3为一个实施例提供的准直器件的结构示意图。如图3所示，该准直器件101包括：柱透镜组1011，沿着发射光路配置在半导体激光器快轴方向上，所述柱透镜组1011包括第一凸柱透镜1011A、凹柱透镜1011B和第二凸柱透镜1011C；由半导体激光器100产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组1011的第一凸柱透镜1011A、凹柱透镜1011B和第二凸柱透镜1011C之后，得到快轴准直光。

其中，柱透镜也可以称为柱面镜，半导体激光器快轴指的是半导体激光器产生的光束的发散角发散较快的方向的轴。另外，第一凸柱透镜1011A、凹柱透镜1011B、第二凸柱透镜1011C均是球面柱透镜，即三者各自的球面曲率是不变的。可选的，该三个柱透镜的曲率可以相同，也可以不同，本实施例对此不做限定。

另外，柱透镜组1011设置在激光器快轴方向上，用以在快轴方向上先对激光器产生的光束进行准直，得到快轴准直光。可选的，激光器100产生的发射光在激光器快轴方向上可以先经过柱透镜组1011的第一凸柱透镜1011A，再经过柱透镜组1011的凹柱透镜1011B，最后再经过柱透镜组1011的第二凸柱透镜1011C；还可以是先经过柱透镜组1011的凹柱透镜1011B，再经过柱透镜组1011的第一凸柱透镜1011A，最后再经过柱透镜组1011的第二凸柱透镜1011C；还可以是先经过柱透镜组1011的第一凸柱透镜1011A，再经过柱透镜组1011的第二凸柱透镜1011C，最后再经过柱透镜组1011的凹柱透镜1011B，本实施例对此不做限定。

本申请实施例提供的准直器件，包括柱透镜组，该柱透镜组包括第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜；该柱透镜组沿着发射光路配置在半导体激光器快轴方向上。在激光雷达对目标物体进行探测时，由半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜之后，得到快轴准直光。在本实施例中，由于采用柱透镜组可以实现对激光器产生的发射光进行准直，因此，利用本实施例的准直器件，可以实现对激光雷达发射光的准直；进一步地，由于本实施例中在对激光器产生的发射光进行准直时，采用的是第一凸柱透镜、凹柱透镜、第二凸柱透镜，该三个柱透镜相对于非球面柱透镜组、渐变折射率光纤、非球面柱面镜等的加工工艺，其加工工艺较为简单、且装调较为简单，因此，利用本实施例的准直器件，在实现对激光器的发射光进行准直的同时，还可以降低准直器件的加工工艺难度以及装调难度，从而降低激光雷达整体的成本。

在另一个实施例中，继续参见图3所示，本实施例涉及的准直器件中还包括第三凸柱透镜，并利用该第三凸柱透镜对半导体激光器慢轴方向上的光进行准直的具体过程。如图3所示，该准直器件101还可以包括：第三凸柱透镜1012，沿着发射光路配置在半导体激光器慢轴方向上；上述快轴准直光再经过第三凸透镜1012，得到目标准直光。

其中，半导体激光器慢轴指的是半导体激光器产生的光束的发散角发散较慢的方向的轴，目标准直光指的是最终发射到目标物体上的准直光，上述第三凸柱透镜1012是球面柱透镜，即其球面曲率是不变的。可选的，该第三凸柱透镜1012的曲率可以和上述柱透镜组1011中三个柱透镜的曲率相同，也可以不同，本实施例对此不做限定。

另外，第三凸透镜组1012设置在半导体激光器慢轴方向上，用以对在快轴上进行准直之后的光束，继续在慢轴上进行准直，以得到更好的准直效果。半导体激光器100产生的光束在经过上述柱透镜组1011之后，可以再经过第三凸柱透镜1012，得到目标准直光。

本申请实施例提供的准直器件，还可以包括：第三凸柱透镜，该第三凸柱透镜沿着发射光路配置在半导体激光器慢轴方向上。在激光雷达对目标物体进行探测时，由半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组之后，得到的快轴准直光再经过激光器慢轴方向上的第三凸透镜，得到目标准直光。在本实施例中，由于可以继续对快轴准直过的光信号，在慢轴上继续进行准直，因此，本实施例得到目标准直光，其准直效果是更好的，因此，利用本实施例的准直器件，可以更好地实现对激光雷达发射光的准直；进一步地，由于本实施例中采用的第三凸柱透镜，其相对于非球面柱透镜组、渐变折射率光纤、非球面柱面镜等的加工工艺，其加工工艺较为简单、且装调较为简单，因此，利用本实施例的准直器件，在进一步实现对激光器的发射光进行准直的同时，还可以降低准直器件的加工工艺难度以及装调难度，从而降低激光雷达整体的成本。

图4为另一个实施例提供的准直器件的结构示意图。本实施例涉及的准直器件中柱透镜组的组合方式的一种可能的实施方式。如图4所示，所述激光器产生的发射光在激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜1011A、凹柱透镜1011B和第二凸柱透镜1011C，包括：所述激光器产生的发射光在激光器快轴方向上先经过所述柱透镜组1011的第一凸柱透镜1011A，再经过所述柱透镜组1011的凹柱透镜1011B，最后再经过所述柱透镜组1011的第二凸柱透镜1011C。

其中，第一凸柱透镜1011A的曲率、凹柱透镜1011B的曲率和第二凸柱透镜1011C的曲率，三者曲率可以相同，也可以不同。另外，第一凸柱透镜1011A、凹柱透镜1011B和第二凸柱透镜1011C三者之间的距离可以根据实际情况而定，柱透镜组1011和第三凸柱透镜1012之间的距离也可以根据实际情况而定，本实施例对此不做限定。另外，激光器100产生的发射光在依次经过第一凸柱透镜1011A、凹柱透镜1011B、第二凸柱透镜1011C时发射光的光线图如图5所示，另外，经过快轴准直的发射光在经过第三凸柱透镜1012时发射光的光线图如图6所示。

可选的，第一凸柱透镜1011A的母线方向、凹柱透镜1011B的母线方向以及第二凸柱透镜1011C的母线方向一致。也就是说三者的母线方向在同一条直线上，即三者的母线共轴。

可选的，上述柱透镜组1011的母线方向和所述第三凸柱透镜1012的母线方向垂直。也就是说，该柱透镜组1011中第一凸柱透镜1011A的母线方向、凹柱透镜1011B的母线方向、第二凸柱透镜1011C的母线方向均与第三凸柱透镜1012的母线方向垂直。

可选的，所述柱透镜组1011的组合焦距和所述第三凸透镜1012的焦距之间具有对应关系，所述柱透镜组1011的组合焦距是对所述第一凸柱透镜1011A的焦距、所述凹柱透镜1012B的焦距、所述第二凸柱透镜1011C的焦距进行处理得到的。

其中，柱透镜组1011的组合焦距可以利用透镜成像规律来进行计算，透镜成像规律可以包括凸透镜成像规律和凹透镜成像规律。上述柱透镜组1011的组合焦距和第三凸柱透镜1012的焦距之间具有对应关系，利用该对应关系以及根据焦距、发散角、初始尺寸三者之间的对应公式，就可以调节快轴方向上发射光的发散角以及慢轴方向上发散光的发散角，使得快轴方向上发射光的发散角和慢轴方向上发散光的发散角的比例能够满足设计要求。

可选的，上述第一凸柱透镜的表面、凹柱透镜的表面、第二凸柱透镜的表面和上述第三凸柱透镜的表面均设置有防反射膜。

其中，对于在该四个柱透镜上设置的防反射膜的层数，可以是1层，还可以2层、3层等，其可以根据实际情况而定，本实施例对此不做限定。

可选的，所述第一凸柱透镜的折射率、凹柱透镜的折射率、第二凸柱透镜的折射率和所述第三凸柱透镜的折射率均大于预设的折射率阈值。

其中，对于四个柱透镜的折射率，可以是四个柱透镜的折射率均相同，且均大于预设的折射率阈值；还可以是四个柱透镜的折射率均不相同，且均大于预设的折射率阈值，还可以其中两个柱透镜的折射率相同或者其中三个柱透镜的折射率相同，且四个柱透镜的折射率均大于预设的折射率阈值。预设的折射率阈值可以是90％，还可以是95％等。

本申请实施例提供的准直器件，其中，激光器产生的发射光在激光器快轴方向上先经过所述柱透镜组的第一凸柱透镜，再经过所述柱透镜组的凹柱透镜，最后再经过所述柱透镜组的第二凸柱透镜。在本实施例中，由于柱透镜组利用上述的排列顺序，其在激光器快轴方向上达到的准直效果是最佳的，因此，利用本实施例的准直器件，可以使得激光雷达探测目标物体的发射光达到一个最佳的准直效果。

另外，结合上述关于准直器件的描述，上述图2所提供的发射系统中包括了上述实施例提供的准直器件，因此，在利用该发射系统对激光器产生的发射光进行准直时，由于采用柱透镜组和第三凸柱透镜可以实现对激光器产生的发射光进行准直，因此，利用本实施例的发射系统，可以实现对激光雷达发射光的准直；进一步地，由于在对激光器产生的发射光进行准直时，采用的是第一凸柱透镜、凹柱透镜、第二凸柱透镜和第三凸柱透镜，该四个柱透镜相对于球透镜、渐变折射率光纤、非球面柱面镜等的加工工艺，其加工工艺较为简单、且装调较为简单，因此，利用包括该准直器件的发射系统，在实现对激光器的发射光进行准直的同时，还可以降低准直器件的加工工艺难度以及装调难度，从而降低激光雷达整体的成本。

另外，结合上述关于发射系统的描述，上述图1所提供的激光雷达中包括了上述实施例提供的发射系统，而发射系统中又包括了上述准直器件，因此，在利用该激光雷达对激光器产生的发射光进行准直时，由于采用柱透镜组和第三凸柱透镜可以实现对激光器产生的发射光进行准直，因此，利用本实施例的激光雷达，可以实现对激光雷达发射光的准直；进一步地，由于在对激光器产生的发射光进行准直时，采用的是第一凸柱透镜、凹柱透镜、第二凸柱透镜和第三凸柱透镜，该四个柱透镜相对于球透镜、渐变折射率光纤、非球面柱面镜等的加工工艺，其加工工艺较为简单、且装调较为简单，因此，利用包括该发射系统的激光雷达，在实现对激光器的发射光进行准直的同时，还可以降低准直器件的加工工艺难度以及装调难度，从而降低激光雷达整体的成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种准直器件，其特征在于，包括：

柱透镜组，沿着发射光路配置在半导体激光器快轴方向上，所述柱透镜组包括第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜；

由半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜，得到快轴准直光。

2.根据权利要求1所述的准直器件，其特征在于，所述准直器件还包括：第三凸柱透镜，沿着发射光路配置在半导体激光器慢轴方向上；

所述快轴准直光再经过所述第三凸柱透镜，得到目标准直光。

3.根据权利要求2所述的准直器件，其特征在于，所述半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上经过柱透镜组的第一凸柱透镜、凹柱透镜和第二凸柱透镜，包括：

所述半导体激光器产生的发射光在半导体激光器快轴方向上先经过所述柱透镜组的第一凸柱透镜，再经过所述柱透镜组的凹柱透镜，最后再经过所述柱透镜组的第二凸柱透镜。

4.根据权利要求3所述的准直器件，其特征在于，所述第一凸柱透镜的母线方向、凹柱透镜的母线方向以及第二凸柱透镜的母线方向一致。

5.根据权利要求4所述的准直器件，其特征在于，所述柱透镜组的母线方向和所述第三凸柱透镜的母线方向垂直。

6.根据权利要求5所述的准直器件，其特征在于，所述柱透镜组的组合焦距和所述第三凸透镜的焦距之间具有对应关系，所述柱透镜组的组合焦距是对所述第一凸柱透镜的焦距、所述凹柱透镜的焦距、所述第二凸柱透镜的焦距进行处理得到的。

7.根据权利要求2-6任一项所述的准直器件，其特征在于，所述第一凸柱透镜的表面、凹柱透镜的表面、第二凸柱透镜的表面和所述第三凸柱透镜的表面均设置有防反射膜。

8.根据权利要求7所述的准直器件，其特征在于，所述第一凸柱透镜的折射率、凹柱透镜的折射率、第二凸柱透镜的折射率和所述第三凸柱透镜的折射率均大于预设的折射率阈值。

9.一种发射系统，其特征在于，包括：半导体激光器和权利要求1-8任一项所述的准直器件，由半导体激光器产生的发射光经过所述准直器件之后再发射出去。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括：权利要求9所述的发射系统。