CN111289990A - 基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法 - Google Patents

基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，测距方法，包括按照预定次序分别点亮不同区域的所述垂直腔面发射激光器，并分别接收不同区域的所述垂直腔面发射激光器所发射激光的反射光；根据各区域所述垂直腔面发射激光器的点亮时间及接收对应反射光的时间，确定所扫描区域的空间距离。上述方案，一方面，直接通过控制信号来按预定次序点亮垂直腔面发射激光器，提高了扫描速度；另一方面，各区域的垂直腔面发射激光器是固定不动的，提高了测量精度；再一方面，只需对垂直腔面发射激光器阵列进行分区，并按不同区域分别点亮即可进行预订区域的扫描来确定空间距离，因此成本较低。

Description

基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法
技术领域
本发明一般涉及激光器技术领域，具体涉及一种基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法。
背景技术
现有的飞行时间测距法(Timeofflight；TOF)，是通过微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem；MEMS)来控制发光元件的移动以实现扫描。由于受限于MEMS运动部件的响应速度，导致采用 MEMS扫描的TOF速度较慢，且TOF的测量精度主要由MEMS的运动精度所决定，若MEMS在运动中存在较小的偏差则经扫描后便会扩大为较大的误差，因此影响测量精度，此外，MEMS属于精细部件，其成本较高。
发明内容
本申请期望提供一种基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，用以解决现有微机电系统实现飞行时间测距所存在的扫描速度慢，成本高及精度有待提升的问题。
本发明提供一种基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，
所述垂直腔面发射激光器阵列的出光侧设置有用于改变光路方向的光学结构，所述垂直腔面发射激光器阵列包括多个区域，各区域分别设置有至少一个垂直腔面发射激光器；
按照预定次序分别点亮不同区域的所述垂直腔面发射激光器，并分别接收不同区域的所述垂直腔面发射激光器所发射激光的反射光；
根据各区域所述垂直腔面发射激光器的点亮时间及接收对应反射光的时间，确定所扫描区域的空间距离。
作为一种可实现方式，所述光学结构用于对所述光路方向的改变角度在0°-180°之间。
作为一种可实现方式，所述光学结构为凸透镜、凸透镜阵列、菲涅尔透镜、菲涅尔透镜阵列、衍射光栅、亚波长光栅、超透镜、超结构及超表面中的至少任一种。
作为一种可实现方式，所述区域为规则图形区域或非规则图形区域。
作为一种可实现方式，各所述区域内设置有多个所述垂直腔面发射激光器，各所述区域内的多个所述垂直腔面发射激光器线性等距排列、线性非等距排列、矩阵排列或随机排列。
作为一种可实现方式，不同区域间的间隔距离相同或不同。
作为一种可实现方式，各所述垂直腔面发射激光器位于所述光学结构的焦距上。
作为一种可实现方式，根据以下关系式确定各区域出射光的角度差：
Figure BDA0002402790380000021
其中，Δx为各区域距离光学结构光轴的位置差，f为光学结构的焦距。
作为一种可实现方式，所述位置差的范围在10μm-20mm之间。
上述方案，通过按照预定次序分别点亮不同区域的垂直腔面发射激光器，来取代通过MEMS来带动光源进行移动，以实现预定区域的扫描，一方面，直接通过控制信号来按预定次序点亮垂直腔面发射激光器，较MEMS来带动光源进行移动到预定位置来进行扫描，速度要快，因此提高了扫描速度；另一方面，各区域的垂直腔面发射激光器是固定不动的，其不存在MEMS来带动光源进行移动到预定位置会存在运动偏差导致测量误差的问题，因此提高了测量精度；再一方面，只需对垂直腔面发射激光器阵列进行分区，并按不同区域分别点亮即可进行预订区域的扫描来确定空间距离，因此成本较低。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法的流程图；
图2-5为本发明实施例提供的四种垂直腔面发射激光器阵列的分布示意图；
图6为本发明实施例提供的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法的光线扫描角度示意图；
图7为本发明另一实施例提供的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法的光线扫描角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本发明实施例示出的一种基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，
垂直腔面发射激光器阵列的出光侧设置有用于改变光路方向的光学结构，垂直腔面发射激光器阵列包括多个区域，各区域分别设置有至少一个垂直腔面发射激光器；
该光学结构用于实现垂直腔面发射激光器阵列的出光光束转向 (BeamSteering)功能，一般地，使垂直腔面发射激光器阵列的出光角度变大，以使其可以扫描更大的区域。
这里所说的改变光路方向是指分别改变每一个区域垂直腔面发射激光器所发出的激光的光路方向，通俗的说就是，哪个区域的垂直腔面发射激光器点亮，就改变哪个区域垂直腔面发射激光器所发出的激光的光路方向。
按照预定次序分别点亮不同区域的所述垂直腔面发射激光器，并分别接收不同区域的所述垂直腔面发射激光器所发射激光的反射光；
这里不对不同区域，按照预定的点亮次序进行唯一性限定，可以根据实际的使用需求来确定各区域的点亮次序，作为其中可实现的示例，不同的区域呈矩阵排列，可以从左至右，自上而下逐个区域点亮；也可以从右至左，自下而上逐个区域点亮；奇数行顺次点亮奇数区域，偶数行顺次点亮偶数区域；也可以随机的点亮一个区域等。
根据各区域垂直腔面发射激光器的点亮时间及接收对应反射光的时间，确定所扫描区域的空间距离。
上述方案，通过按照预定次序分别点亮不同区域的垂直腔面发射激光器，来取代通过MEMS来带动光源进行移动，以实现预定区域的扫描，一方面，直接通过控制信号来按预定次序点亮垂直腔面发射激光器，较MEMS来带动光源进行移动到预定位置来进行扫描，速度要快，因此提高了扫描速度；另一方面，各区域的垂直腔面发射激光器是固定不动的，其不存在MEMS来带动光源进行移动到预定位置会存在运动偏差导致测量误差的问题，因此提高了测量精度；再一方面，只需对垂直腔面发射激光器阵列进行分区，并按不同区域分别点亮即可进行预订区域的扫描来确定空间距离，因此成本较低。
作为一种可实现方式，光学结构用于对光路方向的改变角度在 0°-180°之间。通过选用类型(如凸透镜等)或不同参数(如焦距等) 的光学结构来调整其对光路方向的改变能力。
作为一种可实现方式，光学结构为凸透镜、凸透镜阵列、菲涅尔透镜、菲涅尔透镜阵列、衍射光栅、亚波长光栅、超透镜、超结构及超表面中的至少任一种。这里仅是示例，并非是对光学结构的唯一性限定，只要可以使垂直腔面发射激光器阵列的扫描区域变大即可。
其中，光学结构还可以是上述结构中的多种组合，如一部分区域设置凸透镜，另一部分设置菲涅尔透镜阵列等。
当然，光学结构还可以采用更加复杂的结构，例如在菲涅尔透镜的设置波带的一侧填充液晶，液晶至少覆盖形成波带的凹槽，通过施加电场来改变液晶的偏转，依次来调整菲涅尔透镜的角度，甚至可以将菲涅尔透镜转换为实现平面玻璃的功能，使光线可以直接透射。
作为一种可实现方式，区域为规则图形区域或非规则图形区域。
这里所说的规则图形区域例如但不限于为直线条状、矩形、等腰梯形、正多边形、圆形等。
如图2、图3所示，为直线条状区域，如图4所示，为矩形区域，如图5所示为非规则图形区域。
作为一种可实现方式，各区域内设置有多个所述垂直腔面发射激光器，各所述区域内的多个所述垂直腔面发射激光器线性等距排列、线性非等距排列、矩阵排列或随机排列。
如图2所示，每一区域(图中每一虚线框出的范围为一个区域) 内的多个垂直腔面发射激光器1线性等距排列，即每个区域内相邻垂直腔面发射激光器1间的距离D相同，每个区域唯一对应于一个电极 A、B、C，一个电极通电则对应区域的垂直腔面发射激光器1点亮。
如图3所示，每一区域(图中每一虚线框出的范围为一个区域) 内的多个垂直腔面发射激光器1线性非等距排列，即每个区域内相邻垂直腔面发射激光器1间的距离D不相同，每个区域唯一对应于一个电极A、B、C，一个电极通电则对应区域的垂直腔面发射激光器1点亮。
如图4所示，每一区域(图中每一虚线框出的范围为一个区域) 内的多个垂直腔面发射激光器1矩阵排列。
如图5所示，每一区域(图中每一虚线框出的范围为一个区域) 内的多个垂直腔面发射激光器1矩阵排列。
作为一种可实现方式，不同区域间的间隔距离相同或不同。
作为一种可实现方式，各所述垂直腔面发射激光器位于所述光学结构的焦距上。
作为一种可实现方式，根据以下关系式确定各区域出射光的角度差：
Figure BDA0002402790380000061
其中，Δx为各区域距离光学结构光轴的位置差，f为光学结构的焦距，如图6、图7所示。角度差为位于光学结构光轴上的垂直腔面发射激光器所发的激光经光学结构折射后，与不位于光学结构光轴上的垂直腔面发射激光器所发的激光经光学结构折射后的夹角。
如图6所示，不同区域距离光学结构光轴的位置差Δx相等，则各区域出射光的角度差Δθ相等。
如图7所示，不同区域距离光学结构光轴的位置差不同，分别为Δx1、Δx2，则各区域出射光的角度差亦不同，分别为Δθ1、Δθ2。
作为一种可实现方式，位置差的范围在10μm-20mm之间。
需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。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该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，
所述垂直腔面发射激光器阵列的出光侧设置有用于改变光路方向的光学结构，所述垂直腔面发射激光器阵列包括多个区域，各区域分别设置有至少一个垂直腔面发射激光器；
按照预定次序分别点亮不同区域的所述垂直腔面发射激光器，并分别接收不同区域的所述垂直腔面发射激光器所发射激光的反射光；
根据各区域所述垂直腔面发射激光器的点亮时间及接收对应反射光的时间，确定所扫描区域的空间距离。
2.根据权利要求1所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，所述光学结构用于对所述光路方向的改变角度在0°-180°之间。
3.根据权利要求2所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，所述光学结构为凸透镜、凸透镜阵列、菲涅尔透镜、菲涅尔透镜阵列、衍射光栅、亚波长光栅、超透镜、超结构及超表面中的至少任一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，所述区域为规则图形区域或非规则图形区域。
5.根据权利要求4所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，各所述区域内设置有多个所述垂直腔面发射激光器，各所述区域内的多个所述垂直腔面发射激光器线性等距排列、线性非等距排列、矩阵排列或随机排列。
6.根据权利要求5所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，不同区域间的间隔距离相同或不同。
7.根据权利要求1-3任一项所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，各所述垂直腔面发射激光器位于所述光学结构的焦距上。
8.根据权利要求7所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，根据以下关系式确定各区域出射光的角度差：
Figure FDA0002402790370000021
其中，Δx为各区域距离光学结构光轴的位置差，f为光学结构的焦距。
9.根据权利要求8所述的基于垂直腔面发射激光器阵列的测距方法，其特征在于，所述位置差的范围在10μm-20mm之间。
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