CN112462351B - 一种光源的检测系统和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光源的检测系统和检测方法，设置一测量点阵，所述测量点阵包括多个相互离散的测量点；采用脉冲信号驱动所述光源，以使所述光源发射光线，所述光线照射在所述测量点阵上形成光斑，其中所述光斑覆盖多个所述测量点；依次采集在一个脉冲宽度内所述光斑覆盖的多个所述测量点的光线强度，以获得多个光强变化曲线；根据所述光源和所述测量点阵的相对位置，以及多个所述光强变化曲线，构建所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线，以获得所述光源的远场在脉冲宽度内的演化过程。本发明提出一种光源的检测系统和检测方法可以检测到光源的远场在脉冲宽度内的演变过程。

Description

一种光源的检测系统和检测方法

技术领域

本发明涉及激光领域，特别涉及一种光源的检测系统和检测方法。

背景技术

对于很多光源来说，例如发光二极管（LED）、半导体激光器等，当驱动这些光源时，这些光源发射的光线在远场会经历一段演化的过程而最终实现稳定。在一些车载雷达应用领域中，通常采用较短的脉冲信号来驱动光源，从而使得在快速变化的环境中快速感知周围的位置信息，得到快速更新的三维深度图像。因此光线的远场演化过程对于激光雷达的设计和算法具有重要影响，而现有技术中无法准确的检测出光源的远场变化过程。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种光源的检测系统和检测方法，该检测方法可以获得出光源的远场演化过程。

为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种光源的检测方法，包括：

设置一测量点阵，所述测量点阵包括多个相互离散的测量点；

采用脉冲信号驱动所述光源，以使所述光源发射光线，所述光线照射在所述测量点阵上形成光斑，其中所述光斑覆盖多个所述测量点；

依次采集在一个脉冲宽度内所述光斑覆盖的多个所述测量点的光线强度，以获得多个光强变化曲线；

根据所述光源和所述测量点阵的相对位置，以及多个所述光强变化曲线，构建所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线，以获得所述光源的远场在所述脉冲宽度内的演化过程。

进一步地，多个所述测量点之间的距离相同或不同。

进一步地，所述脉冲信号包括电流脉冲信号或电压脉冲信号。

进一步地，通过高速检测器采集多个所述测量点在所述脉冲宽度内不同时间下的光线强度，并通过示波器形成光线强度与时间的变化曲线，以形成所述光强变化曲线。

进一步地，所述高速检测器的响应时间小于所述脉冲宽度。

进一步地，根据所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线计算所述光源的发散角。

进一步地，根据多个所述光强变化曲线计算所述光源的发散角的变化曲线。

进一步地，所述脉冲宽度为0.1纳秒-1秒。

进一步地，所述光源包括垂直腔面发射激光器，发光二极管或边发射激光器。

进一步地，所述光强变化曲线表示为所述测量点在所述脉冲宽度内随时间的变化曲线。

进一步地，本发明还提出一种光源的检测系统，包括：

测量点阵，包括多个相互离散的测量点；

光源，当采用脉冲信号驱动所述光源，以使所述光源发射光线，所述光线照射在所述测量点阵上形成光斑，其中所述光斑覆盖多个所述测量点；

高速检测器，用于依次采集在一个脉冲宽度内所述光斑覆盖的多个所述测量点的光线强度；

示波器，用于形成光强变化曲线；

分析单元，用于根据所述光源和所述测量点阵的相对位置，以及多个所述光强变化曲线，构建所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线，以获得所述光源的远场在所述脉冲宽度内的演化过程。

综上所述，本发明提出一种光源的检测系统和检测方法，通过在光源前设置一测量点阵，测量点阵上包括多个相互离散的测量点，然后通过脉冲信号驱动该光源，从而使得光源发射的光线照射在测量点阵上，由于光线照射在测量点阵上形成光斑，光斑可以覆盖多个测量点，然后通过高速检测器依次采集在一个脉冲宽度内该光斑覆盖的多个测量点的光线强度，然后通过示波器显示出多个光强变化曲线，该光强变化曲线可以表示测量点的光线强度在脉冲宽度内随时间的关系。然后根据光源和测量点阵的相对位置，以及多个光强变化曲线，从而可以构建光线强度与测量点位置的变化曲线，从而可以获得该光源的远场在脉冲宽度内的演化过程。本发明还可以通过光线强度与测量点位置的变化曲线来计算该光源的发散角。当然，也根据光强变化曲线来获得发散角的变化曲线。本发明在获得光源的远场演化过程之后，还可以调整激光雷达的设计和算法。

附图说明

图1：本发明中光源的检测系统的示意图。

图2：本发明中光斑的示意图。

图3：本发明中光斑覆盖测量点的示意图。

图4：本发明中光源的检测方法的示意图。

图5：本发明中示波器形成的光强变化曲线。

图6：本发明中光线强度与测量点位置的变化曲线。

图7：本发明中图6的曲线1的放大图。

图8：本发明中图6的曲线2的放大图。

图9：本发明中图6的曲线3的放大图。

图10：本发明中图6的曲线4的放大图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提出一种光源的检测系统100，该检测系统100包括光源101，测量点阵103，高速检测器105，示波器106和分析单元107。在本实施例中，光源101可以为垂直腔面发射激光器，边发射激光器或者发光二极管。当然，在一些实施例中，光源101还可以为面光源。光源101发射的光线102照射在测量点阵103上。本实施例同时将光源101设置成坐标原点，也就是说光源101所处的位置坐标为（0,0,0）。当通过脉冲信号驱动光源101，例如通过电压脉冲信号或者电流脉冲信号驱动光源101时，光源101会发射光线102。在该脉冲信号的脉冲宽度下，光线102照射在远场会经历一段演化过程。在本实施例中，电压脉冲信号或电流脉冲信号的脉冲宽度例如为0.1ns-1s，例如为5ns或50ns。该检测系统100可以逐一地对光源101进行检测，例如每次可以对一个光源101进行检测，最后进行比较，筛选出较好的光源101。

如图1所示，在本实施例中，在光源101的前方设置一测量点阵103，光源101发射的光线102可以照射在该测量点阵103上，通过测量点阵103上测量点104在脉冲宽度内的功率变化来模拟照射在远场的光线102强度分布的演化过程。远场可以理解为该测量点阵103与光源101之间的距离无限远，但是根据实际情况，本实施例将光源101与测量点阵103之间的距离设定成2-3米，进而得到测量点104在脉冲宽度内的功率变化曲线，从而模拟光线102在远场的强度分布演化过程，也就是可以模拟光源101的远场的强度分布演化过程。在该测量点阵103上设置有多个相互离散的测量点104，这些测量点104之间的距离可以是相同的，也可以是不同的。本实施例中假设相邻两个测量点104之间的距离是相同的。

如图1-图2所示，在本实施例中，当通过电流脉冲信号驱动该光源101时，该光源101发射光线102，光线102照射在测量点阵103上，形成光斑1021。光斑1021的面积可以小于或等于测量点阵103的面积，同时该光斑1021还可以覆盖多个测量点104。通过采集该光斑1021覆盖的测量点104的光线强度，也就是采集在一个脉冲宽度内光斑1021覆盖的这些测量点104的光线强度，例如可以依次采集这些测量点104的光线强度。

如图1所示，在本实施例中，测量点104可以任意排列，测量点104之间相互离散。测量点104之间的距离可以相同也可以不同。测量点104例如呈四边形分布，六边形分布或三角形分布。由于将光源101的设置成坐标原点，因此各个测量点104相对于光源101均具有一个相对坐标。

如图1和图3所示，在本实施例中，当光源101发射的光线102照射在测量点阵103上，光斑1021覆盖多个测量点104并选择其中部分测量点104进行测量，例如选择光斑1021覆盖的其中四个测量点104，即第一测量点1041，第二测量点1042，第三测量点1043和第四测量点1044。然后通过高速检测器105依次采集第一测量点1041至第四测量点1044的光线强度，并由示波器106来显示出四条光强变化曲线，每一条光强变化曲线分别代表第一测量点1041至第四测量点1044的在相同的脉冲宽度内光线强度随时间的变化曲线。例如当脉冲信号的脉冲宽度为2ns时，高速检测器105的响应时间例如为0.2ns，因此高速检测器105可以在0.2ns，0.4ns，0.6ns，0.8ns，1.0ns，1.2ns，1.4ns，1.6ns，1.8ns，2.0ns采集到第一测量点1041的光线强度，因此通过示波器106可以显示出第一测量点1041在该脉冲宽度内光线强度随时间的变化曲线，因而形成第一测量点1041的光强变化曲线。在本实施例中，该高速检测器105的响应时间可以小于脉冲宽度，高速检测器105的响应时间可以小于1ns，例如为0.2ns，0.5ns。高速检测器105可以为光电探测器。

如图1所示，在本实施例中，在获得多条光强变化曲线之后，然后可以通过分析单元107根据光强变化曲线，以及测量点阵103和光源101的相对位置关系，构建光线强度与测量点104位置的变化曲线，从而获得该光源101的远场在脉冲宽度内的演化过程。在获得光线强度和测量点104位置的变化曲线之后，还可以计算出该光源101的发散角。同时还可以根据多条光强变化曲线来计算该光源101的发散角的变化曲线。

如图4所示，本实施例还提出一种光源的检测方法，该检测方法可以应用图1中的检测系统，所述光源的检测方法包括：

S1：设置一测量点阵，所述测量点阵包括多个相互离散的测量点；

S2：采用脉冲信号驱动所述光源，以使所述光源发射光线，所述光线照射在所述测量点阵上形成光斑，其中所述光斑覆盖多个所述测量点；

S3：依次采集在一个脉冲宽度内所述光斑覆盖的多个所述测量点的光线强度，以获得多个光强变化曲线；

S4：根据所述光源和所述测量点阵的相对位置，以及多个所述光强变化曲线，构建所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线，以获得所述光源的远场在脉冲宽度内的演化过程。

如图1-图3，图5所示，图5显示为该多个测量点104的光强变化曲线。在步骤S1-S3中，当设置测量点阵103之后，则使用脉冲信号驱动光源101，从而使得光源101发射的光线102照射在测量点阵103上，从而在测量点阵103上形成光斑1021。光斑1021覆盖多个测量点104，然后通过高速检测器105依次采集光斑1021覆盖的测量点104的光线强度，并通过示波器106显示出这些测量点104的光强变化曲线。例如图5所示，本实施例例如采用脉冲宽度为6ns的电流脉冲信号驱动该光源101，形成的光斑1021例如覆盖17个测量点104，这些测量点104在X轴上的坐标从X=0mm至X=8mm，相邻两个测量点104间隔0.5mm。由于高速检测器105的响应时间小于脉冲信号的脉冲宽度，因此可以采集到这些测量点104在该脉冲宽度内不同时间下的光线强度，然后由示波器106形成光学强度与时间的变化曲线，从而形成多条光强变化曲线。图5中曲线L1例如表示X=6mm的测量点104的在6ns内光线强度随时间的变化曲线。当然，在当改变脉冲宽度时，例如使用脉冲宽度为50ns的电流脉冲信号时，可以形成其他的光强变化曲线。

如图1和图5-图6所示，在步骤S4中，在通过示波器106获得多条光强变化曲线之后，然后可以通过分析单元107根据光强变化曲线，测量点阵103和光源101的相对位置关系来获得光线强度与测量点104位置的变化曲线。图6中显示出4条曲线，曲线1表示在高速检测器105的响应时间等于0.2ns时，X=0mm至X=8mm的测量点104的光线强度的变化曲线；曲线2表示在高速检测器105的响应时间等于0.5ns时，X=0mm至X=8mm的测量点104的光线强度的变化曲线；曲线3表示在高速检测器105的响应时间等于1.0ns时，X=0mm至X=8mm的测量点104的光线强度的变化曲线；曲线4表示在高速检测器105的响应时间等于2.0ns时，X=0mm至X=8mm的测量点104的光线强度的变化曲线。本实施例以曲线1为例进行说明。当采用脉冲宽度为6ns的脉冲信号驱动该光源101时，光斑1021覆盖X=0mm至X=8mm的测量点104，然后通过高速检测器105和示波器106形成这些测量点104的光强变化曲线；然后分析单元107在t=0.2ns时，作垂直于时间轴的垂线，垂线分别与这些光强变化曲线相交，因此可以获得多个（测量点位置，光线强度），例如获得17个（测量点位置，光线强度），然后将这些（测量点位置，光线强度）连接起来，从而可以形成曲线1；同理，可以形成曲线2至曲线4。

如图6所示，图6显示为在同一脉冲宽度内不同时间下，光线强度与测量点104位置的变化曲线。从图6中可以看出，曲线1至曲线4的光线强度基本呈增加趋势。由于曲线1至曲线4是在不同时间获得的，且曲线1至曲线4的时间逐渐增加，因此光源101的功率也在同步增加，因此曲线1至曲线4的光线强度也基本呈现增加趋势。

如图7-图8所示，图7显示为图6中曲线1的放大图，图8显示为图6中曲线2的放大图。从图7-图8中可以看出，照射在远场的光线102的光线强度呈现先增加后降低的趋势，且呈现基本对称分布。曲线2中的光线强度的增长幅度大于曲线1中的光线强度的增长幅度。曲线1和曲线2中均包括一个光线强度的峰值。曲线1中的光线强度的峰值大概位于X=4.5mm的测量点104上，曲线2中的光线强度的峰值大概位于X=4.5mm的测量点104上。

如图9-图10所示，图9显示为图6中曲线3的放大图，图10显示为图6中曲线4的放大图。从图9-图10中可以看出，照射在远场的光线102的光线强度呈现先增加后降低，再增加再降低的趋势，且呈现基本对称分布。曲线3和曲线4均包括两个光线强度的峰值，曲线3中的光线强度的第一个峰值位于X=3.5mm的测量点104上，第二个峰值位于X=5.5mm的测量点104上。曲线4中的光线强度的第一个峰值位于X=3.5mm的测量点104上，第二个峰值位于X=5.5mm的测量点104上。

如图1和图7-图10所示，在本实施例中，当光源101为小功率器件时，使用小功率驱动该光源101时，即可形成图7-图10中的光线强度与测量点的变化曲线。当光源101为大功率器件时，还可以使用大功率驱动该光源101，从而获得大功率器件光源101发射的光线102在远场的变化曲线。

如图6所示，在本实施例中，还可以根据光线强度与测量点位置的变化曲线来计算光源101的发散角，该发散角q=r/d，其中q表示发散角，r表示光斑半径，d表示光斑与光源之间的距离。该光斑半径r可以等于光强峰值的1/e²处对应的半径，e表示自然常数。当然，本实施例还可以根据光强变化曲线，从而可以获得发散角的变化曲线。

如图7-图10所示，当光源101的发散角较大时，光源101的覆盖面积更大，因此该光源101可以例如用于安防或红外照明等应用领域。当光源101的发散角较小时，光源101的能量较集中，因此可以传输更远的距离，因此该光源101可以例如用于激光雷达等应用领域。

综上所述，本发明提出一种光源的检测系统和检测方法，通过在光源前设置一测量点阵，测量点阵上包括多个相互离散的测量点，然后通过脉冲信号驱动该光源，从而使得光源发射的光线照射在测量点阵上，由于光线照射在测量点阵上形成光斑，光斑可以覆盖多个测量点，然后通过高速检测器依次采集在一个脉冲宽度内该光斑覆盖的多个测量点的光线强度，然后通过示波器显示出多个光强变化曲线，该光强变化曲线可以表示测量点的光线强度在脉冲宽度内随时间的关系。然后根据光源和测量点阵的相对位置，以及多个光强变化曲线，从而可以构建光线强度与测量点位置的变化曲线，从而可以获得该光源的远场在脉冲宽度内的演化过程。本发明还可以通过光线强度与测量点位置的变化曲线来计算该光源的发散角。当然，也根据光强变化曲线来获得发散角的变化曲线。本发明在获得光源的远场演化过程之后，还可以调整激光雷达的设计和算法。

综上所述，本发明提出的检测方法还可以针对光源进行筛选，例如当光源远场发散角随时间越变越小时，则表示该光源的质量较高；当光源发散角随时间越变越大时，表示该光源的质量较差。

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所述发明构思的情况下，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。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种光源的检测方法，其特征在于，包括：

设置一测量点阵，所述测量点阵包括多个相互离散的测量点；

采用脉冲信号驱动所述光源，以使所述光源发射光线，所述光线照射在所述测量点阵上形成光斑，其中所述光斑覆盖多个所述测量点；

依次采集在一个脉冲宽度内所述光斑覆盖的多个所述测量点的光线强度，以获得多个光强变化曲线；

根据所述光源和所述测量点阵的相对位置，以及多个所述光强变化曲线，构建所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线，以获得所述光源的远场在所述脉冲宽度内的演化过程；

其中，通过高速检测器采集多个所述测量点在所述脉冲宽度内不同时间下的光线强度，并通过示波器形成光线强度与时间的变化曲线，以形成所述光强变化曲线。

2.根据权利要求1所述的光源的检测方法，其特征在于，多个所述测量点之间的距离相同或不同。

3.根据权利要求1所述的光源的检测方法，其特征在于，所述脉冲信号包括电流脉冲信号或电压脉冲信号。

4.根据权利要求1所述光源的检测方法，其特征在于，所述高速检测器的响应时间小于所述脉冲宽度。

5.根据权利要求1所述光源的检测方法，其特征在于，根据所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线计算所述光源的发散角。

6.根据权利要求1所述光源的检测方法，其特征在于，根据多个所述光强变化曲线计算所述光源的发散角的变化曲线。

7.根据权利要求1所述光源的检测方法，其特征在于，所述光强变化曲线表示为所述测量点在所述脉冲宽度内光线强度随时间的变化曲线。

8.根据权利要求1所述光源的检测方法，其特征在于，所述光源包括垂直腔面发射激光器，发光二极管或边发射激光器。

9.一种光源的检测系统，使用权利要求1-8任一所述的光源的检测方法，其特征在于，包括：

测量点阵，包括多个相互离散的测量点；

光源，当采用脉冲信号驱动所述光源，以使所述光源发射光线，所述光线照射在所述测量点阵上形成光斑，其中所述光斑覆盖多个所述测量点；

高速检测器，用于依次采集在一个脉冲宽度内所述光斑覆盖的多个所述测量点的光线强度；

示波器，用于形成光强变化曲线；

分析单元，用于根据所述光源和所述测量点阵的相对位置，以及多个所述光强变化曲线，构建所述光线强度与所述测量点位置的变化曲线，以获得所述光源的远场在所述脉冲宽度内的演化过程。

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