CN115629432A - 一种带集成光学功能的集成透镜、制造方法及激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带集成光学功能的集成透镜、制造方法及激光雷达，包括：准直透镜、聚焦透镜、第一腔体、第二腔体、隔板、排气孔；所述准直透镜具有光学准直功能；所述聚焦透镜具有汇聚功能；所述准直透镜和聚焦透镜是由单个非球面或者多个非球面阵列组成，呈凸状，且通过注塑一体成型；所述准直透镜与聚焦透镜的光轴相互平行、间隔放置。本发明把发射端透镜和接收端透镜集成一体，简化光学封装，提高生产效率，降低封装成本；通过机械模具注塑一次性加工而成，生产加工简单；尺寸可缩小激光雷达尺寸便于集成；通过侧面镀膜和侧面角度设置，减小测距盲区，增加雷达的近距离探测范围。本发明适用于信号光的封装耦合，激光雷达收发信号光的整形。

Description

一种带集成光学功能的集成透镜、制造方法及激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种带集成光学功能的集成透镜、制造方法及激光雷达。
背景技术
随着时代的发展，智能家居的发展突飞猛进，其中以扫地机器人的发展较为突出，而扫地机器人是依赖激光雷达来获取周围物体的位置信息。激光雷达包括激光器、光学系统A（一个或多个透镜组成）、探测器、光学系统B（一个或多个透镜组成）以及信号处理电路，如图1所示，即激光雷达发射端会通过光学系统A对激光器发出的发散光进行准直，这样光束可以传播得足够远，而接收端要通过光学系统B将从目标物反射回来的光汇聚到探测器上，再通过信号处理就可获得距离信息。
如图1所示，常规激光雷达的发射端光学系统和接收端光学系统是分离的，且这些光学系统是由一个或者多个分立透镜组成，这种设计导致产品体积大，无法做到小型化。而且在生产激光雷达时，需要分别调试发射和接收端一个或多个分立透镜来改变信号光的传输路径，这样的生产流程复杂，效率低且成本高。
发明内容
基于现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种带集成光学功能的集成透镜、制造方法及激光雷达，具体技术方案如下：
一种带集成光学功能的集成透镜，包括：集成透镜、准直透镜、聚焦透镜、第一腔体、第二腔体、隔板、排气孔；所述准直透镜具有光学准直功能；所述聚焦透镜具有汇聚功能；所述准直透镜和聚焦透镜是由单个非球面或者多个非球面阵列组成，呈凸状，且通过注塑一体成型；所述准直透镜与聚焦透镜的光轴相互平行且间隔放置。
具体的，所述准直透镜在第一腔体上方。
具体的，所述聚焦透镜在第二腔体上方。
具体的，所述第一腔体位于发射元器件与准直透镜之间，容纳一个或者多个光发射元器件。
具体的，所述第二腔体位于接收元器件与聚焦透镜之间，容纳一个或者多个光接收元器件。
具体的，所述隔板经过镀膜处理。
具体的，所述第二腔体与光学系统结构的接触面为侧面，需要镀膜处理，所述侧面与接收端光轴所呈角度≤90°。
具体的，所述排气孔贯穿于集成透镜的上下表面。
具体的，所述集成透镜的制作材料包含聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚醚酰亚胺（PEI），玻璃，环烯烃共聚物（COC），聚苯乙烯（PS），或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
一种带集成光学功能的集成透镜的制造方法，用于制造所述的一种带集成光学功能的集成透镜，通过机械模具注塑一体化加工而成，包括以下步骤：
S1：将需要加工的物体尺寸通过高精度机械加工转移到金属模具上；
S2：通过注塑工艺将经高温变成液态的制作材料，注入金属模具内；
S3：待模具温度降至产品材料稳定定型，对应的产品制作完成。
一种带集成光学功能的激光雷达，包括所述的一种带集成光学功能的集成透镜，所述集成透镜通过胶水粘接或安装在带有光电元器件的基板上。
本发明可达成以下有益效果：
1）本发明把发射端透镜和接收端透镜集成成一体，原本需要两次以上的光学耦合，仅需要一次光学耦合即可实现封装，简化光学封装，提高了生产效率，降低封装成本。
2)本发明通过机械模具注塑一次性加工而成的，该注塑工艺成熟，生产加工简单。
3)本发明可以把透镜尺寸做到足够小，可以大大缩小激光雷达的尺寸，便于集成。
4）本发明不需要增加额外的光学元件，通过侧面镀膜和侧面角度设置，即可减小测距盲区，增加雷达的近距离探测范围。
附图说明
图1是常规激光雷达结构示意图；
图2是本发明的除PCB板外的部分结构示意图；
图3是图2的A-A面剖视图；
图4是本发明的结构示意图；
其中，1-集成透镜，2-准直透镜，3-聚焦透镜，4-第一腔体,5-第二腔体，6-隔板，7-排气孔，8-侧面，9-发射元器件，10-接收元器件，11-基板。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图2-4所示，一种带集成光学功能的集成透镜，包括：集成透镜1、准直透镜2、聚焦透镜3、第一腔体4、第二腔体5、隔板6、排气孔7；所述准直透镜2具有光学准直功能；所述聚焦透镜3具有汇聚功能；所述准直透镜2和聚焦透镜3是由单个非球面或者多个非球面阵列组成，呈凸状，且通过注塑一体成型；所述准直透镜2与聚焦透镜3的光轴相互平行且间隔放置。
具体的，所述准直透镜2在第一腔体4上方。
具体的，所述聚焦透镜3在第二腔体5上方。
具体的，所述第一腔体4位于发射元器件9与准直透镜2之间，容纳一个或者多个光发射元器件9。
具体的，所述第二腔体5位于接收元器件10与聚焦透镜3之间，容纳一个或者多个光接收元器件10。
具体的，所述隔板6经过镀膜处理。
具体的，所述第二腔体5与光学系统结构的接触面为侧面8，需要镀膜处理，所述侧面8与接收端光轴所呈角度≤90°。
具体的，所述排气孔7贯穿于集成透镜1的上下表面。
具体的，所述集成透镜1的制作材料包含聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚醚酰亚胺（PEI），玻璃，环烯烃共聚物（COC），聚苯乙烯（PS），或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
一种带集成光学功能的集成透镜的制造方法，用于制造如上所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，通过机械模具注塑一体化加工而成，包括以下步骤：
S1：将需要加工的物体尺寸通过高精度机械加工转移到金属模具上；
S2：通过注塑工艺将经高温变成液态的制作材料，注入金属模具内；
S3：待模具温度降至产品材料稳定定型，对应的产品制作完成。
一种带集成光学功能的激光雷达，包括如上所述的一种带集成光学功能的集成透镜，所述集成透镜1通过胶水粘接或安装在带有光电元器件的基板11上。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (11)

1.一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，包括：集成透镜（1）、准直透镜（2）、聚焦透镜（3）、第一腔体（4）、第二腔体（5）、隔板（6）、排气孔（7）；所述准直透镜（2）具有光学准直功能；所述聚焦透镜（3）具有汇聚功能；所述准直透镜（2）和聚焦透镜（3）是由单个非球面或者多个非球面阵列组成，呈凸状，且通过注塑一体成型；所述准直透镜（2）与聚焦透镜（3）的光轴相互平行且间隔放置。
2.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述准直透镜（2）在第一腔体（4）上方。
3.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述聚焦透镜（3）在第二腔体（5）上方。
4.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述第一腔体（4）位于发射元器件（9）与准直透镜（2）之间，容纳一个或者多个光发射元器件（9）。
5.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述第二腔体（5）位于接收元器件（10）与聚焦透镜（3）之间，容纳一个或者多个光接收元器件（10）。
6.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述隔板（6）经过镀膜处理。
7.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述第二腔体（5）与光学系统结构的接触面为侧面（8），需要镀膜处理，所述侧面（8）与接收端光轴所呈角度≤90°。
8.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述排气孔（7）贯穿于集成透镜（1）的上下表面。
9.根据权利要求1所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，所述集成透镜（1）的制作材料包含聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚醚酰亚胺（PEI），玻璃，环烯烃共聚物（COC），聚苯乙烯（PS），或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
10.一种带集成光学功能的集成透镜的制造方法，用于制造如权利要求1-9所述的一种带集成光学功能的集成透镜，其特征在于，通过机械模具注塑一体化加工而成，包括以下步骤：
S1：将需要加工的物体尺寸通过高精度机械加工转移到金属模具上；
S2：通过注塑工艺将经高温变成液态的制作材料，注入金属模具内；
S3：待模具温度降至产品材料稳定定型，对应的产品制作完成。
11.一种带集成光学功能的激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-10所述的一种带集成光学功能的集成透镜，所述集成透镜（1）通过胶水粘接或安装在带有光电元器件的基板（11）上。
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