一種多束激光雷達的分光元件、裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分光元件、裝置及方法，特別是一種多束激光雷達的分光元件、裝置及 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分光技術(shù)是光學技術(shù)的一類重要技術(shù)，根據(jù)光學原理，有鍍膜分光、棱鏡分光、散 射分光等，不同的分光原理都有其各自的特點?，F(xiàn)有的激光雷達激光發(fā)射光路，有的對光源 進行二分，有的不分但是變換成線條光斑出射。在實現(xiàn)多線探測的激光雷達中，接收部分一 般由一個接收物鏡完成，以多個探測元進行探測，各個探測元對被探測視場進行分割，由于 各個探測元之間存在一定的間隙，因此必定會有一部分光雖然進入接收透鏡但未被利用， 因此這種方案能量損失嚴重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)明專利設(shè)計了一種基于多面棱鏡折射分光零件，其設(shè) 計原理是對光源，特別是半導體激光器或激光二級管，在發(fā)射空間立體角內(nèi)的輻射通量分 害JN等分分區(qū)。本發(fā)明旨在提供一種多束分光裝置及方法，采取技術(shù)方案如下所述：
[0004] -種用在多束激光雷達裝置中的分光光學元件，包含:第一分光單位:第一本體第 一入射表面以及第一出射表面;所述第一入射表面的面積小于所述第一出射表面的面積； 所述第一出射表面不連續(xù)地鄰接于所述第一入射表面;所述分光光學元件包含兩個或兩個 以上第一分光單位。
[0005] 優(yōu)選方式下，所述分光光學元件包含四個第一分光單位，所述第一入射表面與第 一入射表面連續(xù)鄰接，所述第一出射表面與所述第一出射表面連續(xù)鄰接;所述第一入射表 面及第一出射表面在垂直方向上的高度大于被分光波的波長。
[0006] 進一步的優(yōu)選方式下，所述分光光學元件還包括:第二分光單位:第二本體，第二 入射表面以及第二出射表面;所述第二入射表面的面積等于所述第二出射表面的面積;所 述第二出射表面不連續(xù)地鄰接于所述第二入射表面;所述分光光學元件包含一個或一個以 上所述第二分光單位。
[0007] 進一步的優(yōu)選方式下，所述分光光學元件包含兩個第一分光單位和一個第二分光 單位，所述第一入射表面分別與所述第二入射表面連續(xù)鄰接，所述第一出射表面分別與所 述第二出射表面連續(xù)鄰接;所述分光光學元件包含四個第一分光單位以及一個第二分光單 位;所述第二分光單位的第二入射表面與兩個第一分光單位的第一入射表面連續(xù)鄰接，第 二出射表面與兩個第一出射表面連續(xù)鄰接;其余兩個第一分光單位的第一入射表面與第一 入射表面連續(xù)鄰接，第一出射表面與第一出射表面連續(xù)鄰接;所述第一入射表面、第一出射 表面、第二入射表面以及第二出射表面在垂直方向上的高度大于被分光波的波長。
[0008] 進一步的優(yōu)選方式下，所述第一入射表面、第一出射表面、第二入射表面以及第二 出射表面均為平面。
[0009] 本發(fā)明還發(fā)明了一種多束激光雷達的分光裝置，包括:激光光源，準直柱透鏡以及 多面柱棱鏡;所述激光光源以及所述準直柱透鏡組成準直光路，該光路在遠場形成一個聚 焦的強點光斑;所述多面柱棱鏡為上文所述的任意一種多束激光雷達的分光光學元件。
[0010] 本發(fā)明還發(fā)明了一種多束激光雷達的分光方法，該方法使用上文所述的多束激光 雷達的分光裝置。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:該分光方案分光容易實現(xiàn)，成本低，不需要分光膜等 工藝、也不需要成本高的光柵分光元件，采用本發(fā)明方法的零件結(jié)構(gòu)簡單易。本發(fā)明克服了 現(xiàn)有技術(shù)中的能量利用率低的問題、如果說雷達需要將光路進行N分束，則本發(fā)明可實現(xiàn)N 束等分，分束后在探測平面會形成N個集中的光斑亮點。實現(xiàn)了光束射能量分離，具有集成 度高、能量利用率高的特點。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種分發(fā)可以節(jié)約光源LD的個數(shù)，實現(xiàn)低成 本。
【附圖說明】
[0012]圖1為分光原理不意圖；
[0013]圖2為分光光學元件外形圖；
[0014]圖3為本發(fā)明四路分光實施例一不意圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明四路分光實施例二示意圖；
[0016] 圖5為未分光前準直的遠場福照度；
[0017] 圖6為四束等功率分光后的遠場輻照度。
[0018] 附圖標記說明：
[00?9 ] 1 -激光光源，2、3-準直柱透鏡，4、5、6-分光光學兀件。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖、通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述。以下實施例只是描述性 的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0021] 發(fā)明專利設(shè)計了一種基于多面棱鏡折射分光零件，其設(shè)計原理是對光源，特別是 半導體激光器或激光二級管，在發(fā)射空間立體角內(nèi)的輻射通量分割N等分分區(qū)。
[0022]
[0023] 在上式中，表示光源在空間方向的光強，其是水平方向角度、垂直方向角的函數(shù)， 表示分割區(qū)域內(nèi)的球面度立體角，上式積分表明是在被分割的第i個分區(qū)的輻射通量。同 時，在垂直于發(fā)射軸線的任一平面光強分布也為高斯分布，其光強的分布也可以用下式描 述：
[0024]
[0025]
[0026] 在上式中，以激光發(fā)射點為原點建立坐標系，Kx為X軸方向激光發(fā)散角的倒數(shù);Ky 為y軸方向激光發(fā)散角的倒數(shù);θχ為激光沿X軸方向偏轉(zhuǎn)的角度;9y為激光沿y軸方向偏轉(zhuǎn)的 角度；1〇為光源延軸線方向的輻射強度。al、a2分別為在X軸偏轉(zhuǎn)角度的積分的上下限，bl、 b2分別為在y軸偏轉(zhuǎn)角度的積分的上下限。
[0027]本發(fā)明的分光光學元件基于上述兩個公式的物理意義進行分光，其分光原理如圖 1所示。
[0028]入射光進入分光光學元件前首先對其進行準直，然后由入射表面進入分光光學元 件，由于多面棱鏡具有不同的偏向角α，即面對光源的立體角，出射光被分為N子分，且這些N 子分分別指向不同的角度，朝向預先設(shè)計的方向射出。本發(fā)明的分光光學元件也可以看作 為由多個梯形臺和或一個或多個正四棱柱堆積而成，每個梯形臺有一定的高度h和偏向角 α，這兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)控制各個分束的輻射通量。h越高、面向光源的立體角就越大，通過調(diào)整h 實現(xiàn)光束的等分或不等分。h的高度遠大于分光光波的波長，因此排除基于衍射原理的光學 元件。偏向角α為面向光源的立體角，分束后的各N子分的偏向角度由各個梯形臺的α決定。 分光光學元件可能具有的形狀如圖2所示。
[0029]本發(fā)明所保護的分光光學元件不限于實施例或【附圖說明】中所述的形狀，本發(fā)明保 護的分光光學元件可以實現(xiàn)對光的二分三分四分五分或者多分，并對分光實現(xiàn)等分或不等 分。
[0030] 下面以第一分光單位為梯形臺、第二分光單位為正四棱柱為例闡述具體實施方 式。
[0031] (-)實施例1
[0032] 分光光學元件由兩個第一分光單位組成，按照上述物理公式的原理按分光需求選 取高度為hi和h2的兩個第一分光單位，實現(xiàn)光束的二等分或二不等分。按