CN114660820B - 大视场多Bar条集成激光发射结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大视场多Bar条集成激光发射结构，属于光电技术领域，包括壳体、激光集成单元以及均化透镜。激光集成单元呈阵列排布于壳体内，激光集成单元包括半导体激光器及设于半导体激光器上的预准直微透镜组，预准直微透镜组以对快轴方向和慢轴方向的激光束进行整形。均化透镜封装于壳体上，封装激光集成单元。本发明激光集成单元可根据视场参数进行优化，呈不同形状和不同间距的阵列排布，通过预准直微透镜组对激光器光场进行整形，经均化透镜对光场进行匀化，提高光场均匀性，得到大视场激光输出，有效降低边缘光束的场曲和慧差，扩大激光光场，优化光斑均匀性，满足大视场激光发射要求的激光照明、激光雷达、激光测距。
Description
技术领域
本发明属于光电技术领域，具体涉及一种大视场多Bar条集成激光发射结构。
背景技术
激光光源具有单色性好、相干性强、色域广(色域为CRT的2倍)、寿命长(数万小时)、效率高等特点。并且随着近年来半导体激光器技术逐渐成熟，激光在激光照明、激光雷达、激光测距等领域的应用越来越引起人们的注意。
作为近年来越来越引起人们注意的激光照明光源技术，采用激光作为光源，其色域广、亮度高、能量利用率高，在低照度条件下，CCD、CMOS视场内的光强太弱，得到高噪声、低分辨率的图像。近红外补光可以提供照明，能够满足夜间拍摄对目标场景照度的要求，并且具有一定的隐蔽性。半导体激光因其高亮度、发散角小、效率高等特点，在照明领域的应用广泛。
激光雷达、激光测距技术在移动机器人、自主导航车、车辆辅助驾驶等领域的研究及应用日益增多，与微波相比，由于激光波长短，对目标的识别能达到厘米级别甚至可实现分子级别的医学目标探测，并且可通过提高激光的脉冲重复频率获取更多的场景特征信息。复杂环境适应性强，主动探测不依赖环境辖射，能够满足全天候的工作要求；由于激光脉冲窄、单色性好，激光雷达系统在战场环境中的接收信息难截获、抗干扰能力强。
不论是激光照明、激光雷达还是激光测距领域，为了尽可能多的获取被探测区域的空间信息，需要有较大的视场以保证足够的空间探测范围，已经由简单的单点发射转换为更高级的多线空间扫描。
平面封装的半导体激光器在获得更大的非扫描视场时，由光学透镜引起的边缘光束场曲和慧差会直接影响光场均匀性，并且由于受到半导体激光器发散角影响，光场大小受到限制。
发明内容
本发明实施例提供一种大视场多Bar条集成激光发射结构，旨在解决激光器光场受限，光斑不均匀的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种大视场多Bar条集成激光发射结构，包括：
壳体；
激光集成单元，呈阵列排布于所述壳体内，所述激光集成单元包括半导体激光器及设于所述半导体激光器上的预准直微透镜组，所述预准直微透镜组以对快轴方向和慢轴方向的激光束进行整形；以及
均化透镜，封装于所述壳体上，以均化经整形后的输出光场。
在一种可能的实现方式中，所述激光集成单元在所述慢轴方向呈折线排列，在所述快轴方向呈直线排列，以实现大视场激光发射。
在一种可能的实现方式中，所述激光集成单元在所述慢轴方向构成的折线为等腰梯形状，其中，在两腰和上底分别至少设有一个所述激光集成单元。
在一种可能的实现方式中，所述壳体的底部设有向上凸起的梯形凸台或向下凹的梯形凹槽，以使所述激光集成单元构成上底朝上或上底朝下的等腰梯形。
在一种可能的实现方式中，所述激光集成单元构成的等腰梯形的上底与腰构成的顶角a为90°～180°。
在一种可能的实现方式中，所述壳体底部一一对应的设有各所述激光集成单元的角度调节机构，以实现各所述激光集成单元根据预设角度的独立调节。
在一种可能的实现方式中，所述预准直微透镜组包括与所述半导体激光器的芯片数量一致的微透镜。
在一种可能的实现方式中，所述预准直微透镜组包括快轴准直微透镜和慢轴准直微透镜。
在一种可能的实现方式中，所述预准直微透镜组采用紫外胶预固定于所述半导体激光器上，再使用环氧胶二次固定。
在一种可能的实现方式中，所述壳体内设有温度控制器，所述温度控制器可为TEC控温器、水冷控温器、风冷控温器中的任一种。
本发明提供的大视场多Bar条集成激光发射结构，与现有技术相比，有益效果在于：激光集成单元可根据视场参数进行优化，呈不同形状和不同间距的阵列排布，通过预准直微透镜组对激光器光场进行整形，经均化透镜对光场进行匀化提高光场均匀性，得到大视场激光输出，有效降低边缘光束的场曲和慧差，扩大激光光场，优化光斑均匀性，满足大视场激光发射要求的激光照明、激光雷达、激光测距。
附图说明
图1为本发明实施例提供的大视场多Bar条集成激光发射结构的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的大视场多Bar条集成激光发射结构的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的大视场多Bar条集成激光发射结构的一种俯视结构示意图；
附图标记说明：
1、壳体；2、预准直微透镜组；3、半导体激光器；4、均化透镜；5、激光集成单元。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的大视场多Bar条集成激光发射结构进行说明。所述大视场多Bar条集成激光发射结构，包括壳体1、激光集成单元5以及均化透镜4。
激光集成单元5呈阵列排布于壳体1内，激光集成单元5包括半导体激光器3及设于半导体激光器3上的预准直微透镜组2，预准直微透镜组2以对快轴方向和慢轴方向的激光束进行整形。本实施例提供的半导体激光器3可在特定温度输出需求波长，例如可以提供波长为760nm～1600nm的准连续激光。其中，半导体激光器3所处的环境可以通过温度控制器调节。
均化透镜4封装于壳体1上，与壳体1构成的密封腔，封装激光集成单元。均化透镜4对激光进行匀化处理，以均化经整形后的输出光场。均化透镜4还具有透光、防尘等作用，保护密封腔内的激光集成单元，以避免灰尘杂物等对壳体1内部精密器件的污染，而影响器件的精度。
本发明提供的大视场多Bar条集成激光发射结构，与现有技术相比，有益效果在于：激光集成单元5可根据视场参数进行优化，呈不同形状和不同间距的阵列排布，通过预准直微透镜组对激光器光场进行整形，经均化透镜对光场进行匀化提高光场均匀性，得到大视场激光输出，有效降低边缘光束的场曲和慧差，扩大激光光场，优化光斑均匀性，满足大视场激光发射要求的激光照明、激光雷达、激光测距。
作为本发明提供的大视场多Bar条集成激光发射结构的一种具体实施方式，也即对于阵列排布的激光集成单元的示例如图3所示：激光集成单元在慢轴方向呈折线排列或直线排列，在快轴方向也呈折线排列或直线排列，以实现大视场激光发射。通过多路集成激光发射系统成角度向空间发射激光，各路激光经预准直微透镜组2、均化透镜将激光信号打到目标物体上，通过各路激光呈角度出射，可以获得较大的视场角。
慢轴方向折线排列的激光集成单元，在空间呈弧形排列且具有一定指向角，可有效降低边缘光束的场曲和慧差，扩大激光光场，优化光斑均匀性，满足大视场激光发射要求的激光照明、激光雷达、激光测距。
作为一种可选地实施方式，激光集成单元5在慢轴方向构成的折线为等腰梯形状，其中，在两腰和上底分别至少设有一个所述激光集成单元。沿快轴方向排列的激光集成单元为一个Bar条，本实施例给出的为3个Bar条，还可以为2个Bar条，两腰各一；4个Bar条，上底两个，两腰各一，等其他的排列方式及组合。
作为一种可选地实施方式，激光集成单元5在慢轴方向构成的折线形状还可以为不等腰梯形、三角形。其中，不等腰梯形的两个腰上可以设置相同或不同数量的Bar条，在三角形的两个斜边上也可以设置相同或不同数量的Bar条。
作为一种可选地实施方式，参见图1及图2，壳体1的底部设有向上凸起的梯形凸台或向下凹的梯形凹槽，以使激光集成单元5构成上底朝上或上底朝下的等腰梯形。
同理地，对于激光集成单元5在快轴方向构成的折线，可以为若干依次相连的三角形或梯形，而且在两个斜边或梯形的两腰及上底，可以选择性的设置相同或不同数量的Bar条。
梯形凸台的实施例如图1所示：
半导体激光器3可以提供波长为915nm的准连续激光。半导体激光器3封装于壳体1内，慢轴方向采用三折排列方式，两边折线分别与中线夹角a呈160°，也即等腰梯形的顶角a为160°，光束经预准直微透镜组对快慢轴进行光束整形，透镜透光部分均镀有915nm增透膜，减少损耗。均化透镜可提高输出光场的均匀性，均化透镜与壳体1组成密闭结构，起到防尘效果，延长激光器使用寿命。快轴方向排列的激光器数量可根据要求无限延伸。
具体实现时，激光束经预准直微透镜组将单Bar条半导体激光器3进行光束整形，快轴发散角整形至4rmad，慢轴发散角整形至10°，经过均化透镜提高光场均匀性，最终实现大视场激光输出。本实施例为3Bar条阵列形式，快轴方向系统非扫描视场为4rmad，慢轴方向系统非扫描视场为60°。
梯形凹槽的实施例如图2所示：
半导体激光器3可以提供波长为1550nm的准连续激光。半导体激光器3封装于壳体1内，壳体1为模块化设计，可电动控制每个激光集成单元的位置，在一定范围内调整半导体激光器3空间排列方式。光束经预准直微透镜组对快慢轴进行光束整形，透镜透光部分均镀有1550nm增透膜，减少损耗。均化透镜可提高输出光场的均匀性，使用磨砂玻璃旋转匀光，均化透镜与壳体1组成密闭结构，起到防尘效果，延长激光器使用寿命。快轴方向排列的激光器数量可根据要求无限延伸。
具体实现时，激光束经预准直微透镜组将单Bar条半导体激光器3进行光束整形，快轴发散角整形至10°，慢轴发散角10°，经过均化透镜提高光场均匀性，最终实现大视场激光输出。本实施例为3Bar条阵列形式，慢轴方向采用三折排列方式，两边折线分别与中线夹角a可调，a可调节范围120°～200°。快轴方向系统非扫描视场为10°，慢轴方向系统非扫描视场为10°～60°可调。
作为一种可选地实施方式，激光集成单元构成的等腰梯形的上底与腰构成的顶角a为90°～180°。当a为180°时，激光集成单元为平面排列。
对于激光集成单元的固定方式，可以有多种，例如，半导体激光器3的芯片可以直接焊接或粘接在壳体1的底部。
为了便于根据光场要求对半导体激光器3及预准直微透镜组的角度调整，扩大使用范围，本实施例可设计为激光集成单元为角度可调，在一定范围内调整激光器空间排列方式，具体是，壳体1底部一一对应的设有各激光集成单元的角度调节机构，以实现各所述激光集成单元根据预设角度的独立调节。
角度调节机构安装于壳体1的底部，举例如下：示例一，可以采用两个电动推杆组合，一伸一缩实现激光集成单元角度的变化；示例二，可以采用一个铰支点、一个铰接气缸或电动推杆，具体是半导体激光器3铰接在壳体1的底部，气缸的两端铰接半导体激光器3和壳体1底部。
作为一种可选的实施方式，预准直微透镜组2包括与半导体激光器3的芯片数量一致的微透镜。激光光路为先用微透镜对每个激光器芯片发出的激光进行预准直，再通过均化透镜4将各路激光输出。
作为一种可选的实施方式，预准直微透镜组2包括快轴准直微透镜和慢轴准直微透镜，通过相对位置的匹配，实现对半导体激光器3泵浦出射激光的光束整形，满足视场要求。
作为一种可选的实施方式，预准直微透镜组采用紫外胶预固定于半导体激光器3上，再使用环氧胶二次固定，保证光场的稳定性以及环境适应性。
作为一种可选的实施方式，均化透镜由磨砂玻璃匀光，或者使用磨砂玻璃旋转或震动匀光，以提高光场透光的均匀性。
由于半导体激光器3能够在特定温度输出需求中心波长的准连续激光，且需要额定条件下工作稳定，而半导体激光器3持续工作会发热，从而造成密封腔内的温度变化，为了解决这一问题，本实施例在壳体1内设有温度控制器，通过温度控制器，调节激光集成单元周围的温度环境，保持壳体1内工作环境温度的稳定，从而提高激光器工作的可靠性。
可选地，温度控制器可为TEC控温器、水冷控温器、风冷控温器中的任一种。TEC控温器器为半导体制冷器，TEC为Thermo Electric Cooler的缩写。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种大视场多Bar条集成激光发射结构，其特征在于，包括：
壳体(1)；
激光集成单元(5)，呈阵列排布于所述壳体(1)内，所述激光集成单元(5)包括半导体激光器(3)及设于所述半导体激光器(3)上的预准直微透镜组(2)，所述预准直微透镜组(2)以对快轴方向和慢轴方向的激光束进行整形；以及
均化透镜(4)，封装于所述壳体(1)上，以均化经整形后的输出光场；
所述激光集成单元(5)在所述慢轴方向呈折线排列，在所述快轴方向呈直线排列，以实现大视场激光发射；
所述激光集成单元(5)在所述慢轴方向构成的折线为等腰梯形状，其中，在两腰和上底分别至少设有一个所述激光集成单元(5)；
所述壳体(1)的底部设有向上凸起的梯形凸台或向下凹的梯形凹槽，以使所述激光集成单元(5)构成上底朝上或上底朝下的等腰梯形；
提供波长为760nm~1600nm的准连续激光；
波长为915nm时，快轴发散角整形至4rmad，慢轴发散角整形至10°；
波长为1550nm时，快轴发散角整形至10°，慢轴发散角10°；
所述激光集成单元(5)为角度可调；
所述壳体(1)的底部设有向上凸起的梯形凸台，以使所述激光集成单元(5)构成上底朝上等腰梯形时，激光束经预准直微透镜组将单Bar条半导体激光器3进行光束整形，快轴发散角整形至4rmad，慢轴发散角整形至10°，经过均化透镜提高光场均匀性，最终实现大视场激光输出；3Bar条阵列形式，快轴方向系统非扫描视场为4rmad，慢轴方向系统非扫描视场为60°；或
所述壳体(1)的底部设有向下凹的梯形凹槽，以使所述激光集成单元(5)构成上底朝下的等腰梯形时，激光束经预准直微透镜组将单Bar条半导体激光器3进行光束整形，快轴发散角整形至10°，慢轴发散角10°，经过均化透镜提高光场均匀性，最终实现大视场激光输出；3Bar条阵列形式，慢轴方向采用三折排列方式，两边折线分别与中线夹角a可调，a可调节范围120°~200°；快轴方向系统非扫描视场为10°，慢轴方向系统非扫描视场为10°~60°可调。
2.如权利要求1所述的大视场多Bar条集成激光发射结构，其特征在于，所述激光集成单元(5)构成的等腰梯形的上底与腰构成的顶角a为90°~180°。
3.如权利要求1所述的大视场多Bar条集成激光发射结构，其特征在于，所述壳体(1)底部一一对应的设有各所述激光集成单元(5)的角度调节机构，以实现各所述激光集成单元根据预设角度的独立调节。
4.如权利要求1所述的大视场多Bar条集成激光发射结构，其特征在于，所述预准直微透镜组(2)包括与所述半导体激光器(3)的芯片数量一致的微透镜。
5.如权利要求1所述的大视场多Bar条集成激光发射结构，其特征在于，所述预准直微透镜组(2)包括快轴准直微透镜和慢轴准直微透镜。
6.如权利要求1所述的大视场多Bar条集成激光发射结构，其特征在于，所述预准直微透镜组采用紫外胶预固定于所述半导体激光器(3)上，再使用环氧胶二次固定。
7.如权利要求1-6任一项所述的大视场多Bar条集成激光发射结构，其特征在于，所述壳体(1)内设有温度控制器，所述温度控制器可为TEC控温器、水冷控温器、风冷控温器中的任一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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