本技術(shù)涉及光傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種光束發(fā)射裝置、激光雷達(dá)和光束發(fā)射方法。

背景技術(shù)：

1、激光雷達(dá)作為一種主動發(fā)射測量技術(shù)，其發(fā)射光學(xué)的光束發(fā)散角對測量精度、測量距離等有較大影響，光束整形技術(shù)的成功運(yùn)用可以有效提升激光雷達(dá)的性能。激光雷達(dá)的一般組成包括光學(xué)模組、掃描模組、電路模組和算法軟件等。其中，光學(xué)模組分為發(fā)射光學(xué)模組和接收光學(xué)模組，發(fā)射光學(xué)模組的主要光學(xué)功能是光束整形功能。發(fā)射光學(xué)模組發(fā)射經(jīng)過整形的脈沖光束，經(jīng)探測物體反射的脈沖光束被接收光學(xué)模組接收，根據(jù)發(fā)射光束和接收光束之間的信息進(jìn)行相關(guān)計(jì)算得到物體距離等信息。

2、光束整形可以采用幾何光學(xué)器件和衍射光學(xué)器件等實(shí)現(xiàn)。衍射光學(xué)器件主要采用光柵元件、全息元件或二元光學(xué)元件等進(jìn)行光學(xué)整形。幾何光學(xué)器件主要采用透鏡和棱鏡等進(jìn)行光束整形。目前的光束整形技術(shù)存在能量均勻度不足和角度控制精度不足的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供了一種光束發(fā)射裝置、激光雷達(dá)和光束發(fā)射方法。本技術(shù)提供的光束發(fā)射裝置可應(yīng)用于車載激光雷達(dá)等領(lǐng)域，能夠保證輸出的每束光能量均勻，并且能精確控制每束光的出射角度。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種光束發(fā)射裝置。該光束發(fā)射裝置包括光源、第一透鏡和第二透鏡。光源用于發(fā)射第一光束。第一透鏡用于對第一光束進(jìn)行光束整形得到第二光束。其中，第二光束在第二透鏡上形成有光斑，該光斑在第一方向上光強(qiáng)分布的光強(qiáng)最大差值小于預(yù)設(shè)值。也就是說，第一透鏡通過對第一光束進(jìn)行光束整形實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)勻化，即第二光束在至少一個(gè)維度上的光強(qiáng)分布是均勻的。第二透鏡用于對第二光束進(jìn)行分束得到多束第三光束，其中，部分或全部第三光束沿第一方向分布。也就是說，第二透鏡對第二光束在至少一個(gè)維度進(jìn)行了分束。

3、在該實(shí)施方式中，第一透鏡對光源發(fā)射的光束進(jìn)行了光強(qiáng)的勻化，克服了光源發(fā)光的不均勻性。進(jìn)而，第二透鏡對光束進(jìn)行了分束，能精確控制每束光的出射角度。并且，由于輸入到第二透鏡的光束的光強(qiáng)分布是均勻的，因此保證了從第二透鏡輸出的每束光的光強(qiáng)的相同或接近。

4、在一些可能的實(shí)施方式中，第一透鏡光入射表面和/或光出射表面采用自由曲面，第二透鏡的光入射表面和/或光出射表面采用自由曲面。通過設(shè)計(jì)第一透鏡的自由曲面的面形可以實(shí)現(xiàn)光束的光強(qiáng)勻化，通過設(shè)計(jì)第一透鏡的自由曲面的面形可以實(shí)現(xiàn)光束的分束，利用具有自由曲面的透鏡能更為靈活地實(shí)現(xiàn)光束控制。

5、在一些可能的實(shí)施方式中，光斑在第二方向上光強(qiáng)分布的光強(qiáng)最大差值小于預(yù)設(shè)值，第一方向與第二方向相互垂直。也就是說，第一透鏡還可以對入射光束實(shí)現(xiàn)二維的光強(qiáng)勻化，從而便于適用于更多不同的應(yīng)用場景。

6、在一些可能的實(shí)施方式中，多束第三光束中的第一部分第三光束沿第一方向分布，多束第三光束中的第二部分第三光束沿第二方向分布，第一方向與第二方向相互垂直。也就是說，第二透鏡還可以對入射光束實(shí)現(xiàn)二維的分束，從而便于適用于更多不同的應(yīng)用場景。

7、在一些可能的實(shí)施方式中，多束第三光束之間的光強(qiáng)最大差值小于預(yù)設(shè)值。應(yīng)理解，由于輸入到第二透鏡的光束的光強(qiáng)分布是均勻的，第二透鏡通過控制每個(gè)位置出射光束的出射角度能實(shí)現(xiàn)分束后的每束光束的光強(qiáng)相同或接近。例如，第二光束分束成8束第三光束，8束第三光束分別具有8個(gè)不同的傳輸方向，8束第三光束可以視為分別從第二透鏡上8個(gè)不同位置出射，這8個(gè)不同位置的尺寸相同或接近，也就相當(dāng)于將第二光束的光強(qiáng)也平均分成8份，使得8束第三光束的光強(qiáng)相同或接近。

8、在一些可能的實(shí)施方式中，第三光束的出射角度取決于第三光束在第二透鏡上出射位置處的面形，以便于根據(jù)實(shí)際需要靈活設(shè)計(jì)第二透鏡的面形。

9、在一些可能的實(shí)施方式中，光源包括激光器和準(zhǔn)直模塊，準(zhǔn)直模塊用于對激光器發(fā)射的光束進(jìn)行準(zhǔn)直得到第一光束。該實(shí)施方式提供了一種光源的具體實(shí)現(xiàn)，實(shí)用效果更好。

10、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種激光雷達(dá)。該激光雷達(dá)包括光束接收裝置和如第一方面任一實(shí)施方式介紹的光束發(fā)射裝置。具體地，光束發(fā)射裝置用于向目標(biāo)物發(fā)射光束，光束接收裝置用于接收經(jīng)目標(biāo)物反射的光束。其中，光束接收裝置可以對接收到的光束進(jìn)行處理以計(jì)算出光束的飛行時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)測距功能。

11、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種光束發(fā)射方法。該光束發(fā)射方法應(yīng)用于光束發(fā)射裝置，光束發(fā)射裝置包括光源、第一透鏡和第二透鏡。該光束發(fā)射方法包括如下步驟。首先，通過光源發(fā)射第一光束。之后，通過第一透鏡對第一光束進(jìn)行光束整形得到第二光束。其中，第二光束在第二透鏡上形成有光斑，光斑在第一方向上光強(qiáng)分布的光強(qiáng)最大差值小于預(yù)設(shè)值。進(jìn)而，通過第二透鏡對第二光束進(jìn)行分束得到多束第三光束。其中，部分或全部第三光束沿第一方向分布。

12、在該實(shí)施方式中，第一透鏡對光源發(fā)射的光束進(jìn)行了光強(qiáng)的勻化，克服了光源發(fā)光的不均勻性。進(jìn)而，第二透鏡對光束進(jìn)行了分束，能精確控制每束光的出射角度。并且，由于輸入到第二透鏡的光束的光強(qiáng)分布是均勻的，因此保證了從第二透鏡輸出的每束光的光強(qiáng)的相同或接近。

13、在一些可能的實(shí)施方式中，第一透鏡光入射表面和/或光出射表面采用自由曲面，第二透鏡的光入射表面和/或光出射表面采用自由曲面。通過設(shè)計(jì)第一透鏡的自由曲面的面形可以實(shí)現(xiàn)光束的光強(qiáng)勻化，通過設(shè)計(jì)第一透鏡的自由曲面的面形可以實(shí)現(xiàn)光束的分束，利用具有自由曲面的透鏡能更為靈活地實(shí)現(xiàn)光束控制。

14、在一些可能的實(shí)施方式中，光斑在第二方向上光強(qiáng)分布的光強(qiáng)最大差值小于預(yù)設(shè)值，第一方向與第二方向相互垂直。也就是說，第一透鏡還可以對入射光束實(shí)現(xiàn)二維的光強(qiáng)勻化，從而便于適用于更多不同的應(yīng)用場景。

15、在一些可能的實(shí)施方式中，多束第三光束中的第一部分第三光束沿第一方向分布，多束第三光束中的第二部分第三光束沿第二方向分布，第一方向與第二方向相互垂直。也就是說，第二透鏡還可以對入射光束實(shí)現(xiàn)二維的分束，從而便于適用于更多不同的應(yīng)用場景。

16、在一些可能的實(shí)施方式中，多束第三光束之間的光強(qiáng)最大差值小于預(yù)設(shè)值。應(yīng)理解，由于輸入到第二透鏡的光束的光強(qiáng)分布是均勻的，第二透鏡通過控制每個(gè)位置出射光束的出射角度能實(shí)現(xiàn)分束后的每束光束的光強(qiáng)相同或接近。例如，第二光束分束成8束第三光束，8束第三光束分別具有8個(gè)不同的傳輸方向，8束第三光束可以視為分別從第二透鏡上8個(gè)不同位置出射，這8個(gè)不同位置的尺寸相同或接近，也就相當(dāng)于將第二光束的光強(qiáng)也平均分成8份，使得8束第三光束的光強(qiáng)相同或接近。

17、在一些可能的實(shí)施方式中，第三光束的出射角度取決于第三光束在第二透鏡上出射位置處的面形，以便于根據(jù)實(shí)際需要靈活設(shè)計(jì)第二透鏡的面形。

18、在一些可能的實(shí)施方式中，光源包括激光器和準(zhǔn)直模塊。通過光源發(fā)射第一光束包括：通過準(zhǔn)直模塊對激光器發(fā)射的光束進(jìn)行準(zhǔn)直得到第一光束。

19、通過上面的介紹可知，光束發(fā)射裝置包括光源、第一透鏡和第二透鏡。第一透鏡用于對光源發(fā)射的第一光束進(jìn)行光束整形得到第二光束。其中，第二光束在至少一個(gè)維度上的光強(qiáng)是均勻分布的。第二透鏡對第二光束進(jìn)行分束得到多束第三光束，多束第三光束在至少一個(gè)維度上分布。因此，第一透鏡對光源發(fā)射的光束進(jìn)行了光強(qiáng)的勻化，克服了光源發(fā)光的不均勻性。進(jìn)而，第二透鏡對光束進(jìn)行了分束，能精確控制每束光的出射角度。并且，由于輸入到第二透鏡的光束的光強(qiáng)分布是均勻的，因此保證了從第二透鏡輸出的每束光的光強(qiáng)的相同或接近。