激光雷达及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种激光雷达及其设计方法，一种激光雷达，所述激光雷达包括：多个光学通道，配置为出射多条光束；准直透镜，设置在所述多个光学通道出光方向的一侧，配置为对所述多条光束执行准直操作；以及色散元件，设置在所述准直透镜远离所述多个光学通道的一侧，所述多条光束经所述色散元件后分别产生多条出射光束，其中，所述多条光束中的每条光束的波长是可调的，使得每条光束对应的出射光束执行光束扫描，所述多条光束对应的所述多条出射光束的扫描角度范围依次邻接且基本上不交叠。扫描角度范围依次邻接且基本上不交叠。扫描角度范围依次邻接且基本上不交叠。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达及其设计方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，具体而言，涉及一种激光雷达及其设计方法。

技术介绍

[0002]激光雷达LiDAR(Light Laser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称，它是用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物，至少包括发射器和接收器。

技术实现思路

[0003]本专利技术一些实施例提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：多个光学通道，配置为出射多条光束；准直透镜，设置在所述多个光学通道出光方向的一侧，配置为对所述多条光束执行准直操作；以及色散元件，设置在所述准直透镜远离所述多个光学通道的一侧，所述多条光束经所述色散元件后分别产生多条出射光束，其中，所述多条光束中的每条光束的波长是可调的，使得每条光束对应的出射光束执行光束扫描，所述多条光束对应的所述多条出射光束的扫描角度范围依次邻接且基本上不交叠。
[0004]在一些实施例中，所述激光雷达还包括：可调谐激光源，配置为出射波长可调的激光；分光器，接收所述激光，并与所述多个光学通道连接，配置为将所述激光分束为所述多条光束，并将所述多条光束分别传输至所述多个光学通道。
[0005]在一些实施例中，所述色散元件包括衍射光栅。
[0006]在一些实施例中，任一条光束对应的出射光束的扫描角度范围由在波长调节过程中该条光束对应的出射光束的偏转角确定，该条光束对应的出射光束的偏转角θ
偏
由以下公式确定：其中，θ为该条光束经过所述准直透镜后与所述准直透镜的光轴之间的夹角，h为该条光束对应的光学通道与所述准直透镜的光轴之间距离，f为所述准直透镜的焦距，
△
θ为所述准直透镜的光轴与所述衍射光栅的法线的夹角，θ
i
为该条光束入射至所述衍射光栅时的入射角，λ为该条光束的波长，d为所述衍射光栅的光栅常数，θ
m
为该条光束对应的出射光束自所述衍射光栅出射的出射角。
[0007]在一些实施例中，所述波长调节宽度为40nm。
[0008]在一些实施例中，每条光束对应的出射光束执行的光束扫描的扫描夹角为3
°
至7
°
。
[0009]在一些实施例中，所述激光雷达还包括：转镜，配置为反射所述多条出射光束以实现光束面扫描。
[0010]在一些实施例中，所述转镜的旋转轴与所述多条出射光束共面。
[0011]在一些实施例中，所述多个光学通道平行设置。
[0012]本公开一些实施例提供一种激光雷达的设计方法，所述激光雷达包括前述实施例中所述激光雷达，所述设计方法包括：基于准直透镜和色散元件的参数及位置关系以及光束波长调节范围确定光学通道的位置与扫描角度范围的对应关系；以及基于所述对应关系动态调整所述多个光学通道的位置，使得所述多条光束对应的出射光束的扫描角度范围相邻拼接以匹配预设的整体光束扫描夹角。
[0013]本专利技术实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：采用多个光学通道的多条光束同步经过准直透镜以及色散元件，通过波长调节来实现光束扫描，多条光束对应的出射光束执行的扫描区域依次邻接且基本上不交叠，由此实现较小的波长范围的调整即可快速获得较大的扫描区域。
附图说明
[0014]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为相关技术中激光雷达的结构示意图；图2为本专利技术一些实施例提供的激光雷达结构示意图；图3为本专利技术一些实施例提供的各条光束对应的出射光束的偏转角与波长的对应关系图；图4为本专利技术一些实施例提供的激光雷达的结构示意图；图5为本专利技术一些实施例提供的激光雷达的设计方法。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
[0017]应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示
可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0018]应当理解，尽管在本专利技术实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本专利技术实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。
[0019]还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0020]在相关技术中，可以通过调节波长的方式来实现激光雷达的光束扫描，如图1所示，现有的激光雷达包括可调谐激光源1、准直透镜2以及衍射光栅3。可调谐激光源1发生的光束经过准直透镜2准直，入射至衍射光栅3上，衍射光栅3对光束进行偏转。可调谐激光源1发射的光束的可调波长范围例如为1460nm至1620nm，即波长调节宽度为160nm。由于衍射光栅3的散光特性，通过在1460nm至1620nm的范围内逐渐增大或者减小，可以使得入射至衍射光栅上的光束经衍射光栅后，光束的偏转角α逐渐变化。如图1所示，当可调谐激光源1发射的光束的可调波长自1460nm逐渐增大至1620nm时，光束的偏转角α亦逐渐增大。由此实现激光雷达的光束扫描，光束扫描的角度例如为光束的偏转角α的变化值，例如为25
°
。相关技术中，可调谐激光源在1460nm至1620nm的范围内调整波长需要较长的时间，不利于激光雷达对光束快速扫描要求。另外，常规的可调谐激光器调节范围只有40nm，可调谐激光器随着调节范围的增大成本快速上升，不适合激光雷达产品。
[0021]为了克服上述问题，本专利技术提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：多个光学通道，配置为出射多条光束，所述多条光束波长相同；准直透镜，设置在所述多个光学通道出光方向的一侧，配置为对所述多条光束执行准直操作；以及色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：多个光学通道，配置为出射多条光束；准直透镜，设置在所述多个光学通道出光方向的一侧，配置为对所述多条光束执行准直操作；以及色散元件，设置在所述准直透镜远离所述多个光学通道的一侧，所述多条光束经所述色散元件后分别产生多条出射光束，其中，所述多条光束中的每条光束的波长是可调的，使得每条光束对应的出射光束执行光束扫描，所述多条光束对应的所述多条出射光束的扫描角度范围依次邻接且基本上不交叠。2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：可调谐激光源，配置为出射波长可调的激光；分光器，接收所述激光，并与所述多个光学通道连接，配置为将所述激光分束为所述多条光束，并将所述多条光束分别传输至所述多个光学通道。3.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述色散元件包括衍射光栅。4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，任一条光束对应的出射光束的扫描角度范围由在波长调节过程中该条光束对应的出射光束的偏转角确定，该条光束对应的出射光束的偏转角θ
偏
由以下公式确定：其中，θ为该条光束经过所述准直透镜后与所述准直透镜的光轴之间的夹角，h为该条光束对应的光学通道与所述准直透镜的光轴之间距离，f为所述准直透镜的焦距，
△
θ为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云松，姜国敏，孙天博，
申请(专利权)人：北京摩尔芯光半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：