多线激光雷达的发射系统以及多线激光雷达技术方案

本发明专利技术提供一种多线激光雷达的发射系统以及多线激光雷达。该发射系统包括多个芯片与透镜组合，每个芯片与透镜组合包括一个发射芯片和其对应的楔形透镜，发射芯片包括一个或多个发光单元；每个楔形透镜用于将其对应的发射芯片的发光单元所成的虚像朝预设方向偏移，以使所有发射芯片的发光单元的视场分布均不重叠；其中，预设方向为预设坐标系中的x方向和/或y方向，预设坐标系的z方向为楔形透镜的光轴所在的方向。本发明专利技术能够以通用的发射芯片实现多线激光雷达，解决了芯片定制化所带来的成本高、开发周期长和良率低的问题。开发周期长和良率低的问题。开发周期长和良率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
多线激光雷达的发射系统以及多线激光雷达


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，尤其涉及一种多线激光雷达的发射系统以及多线激光雷达。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种通过发射激光光束来探测目标的雷达系统。根据探测的线束数目，激光雷达可以分为单线激光雷达和多线激光雷达。与单线激光雷达相比，多线激光雷达能够提供更为密集、丰富的点云信息，其在环境感知和目标识别方面具有显著优势而备受关注。
[0003]多线激光雷达是通过在垂直方向上排布多个激光发射单元及相应的接收单元组成探测通道，由电机或旋转反射镜使激光光束水平旋转，从而实现扫描探测。目前，多线激光雷达通常采用收发阵列芯片集成化方式，即利用光学透镜，使发射芯片中的一个阵列单元与接收阵列芯片中的一个阵列单元的视场相匹配成探测通道，芯片的阵列单元越多，探测的线束数目就越大，且不会显著增加系统体积，收发调校对准难度也较低。
[0004]然而，收发阵列芯片集成化方式需要芯片供应商提供定制化、专用的阵列芯片，为此，芯片供应商在研发前期需要投入大量的开发费用以及批量的流片测试验证，同时，阵列芯片与单芯片相比其良率更低，且阵列数越大其良率越低，相应的开发周期和开发成本也越高。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种多线激光雷达的发射系统以及多线激光雷达，以解决现有多线激光雷达需要芯片定制化所带来的成本高、开发周期长和良率低的问题。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种多线激光雷达的发射系统，包括多个芯片与透镜组合，每个芯片与透镜组合包括一个发射芯片和其对应的楔形透镜，发射芯片包括一个或多个发光单元；
[0007]每个楔形透镜用于将其对应的发射芯片的发光单元所成的虚像朝预设方向偏移，以使所有发射芯片的发光单元的视场分布均不重叠；其中，预设方向为预设坐标系中的x方向和/或y方向，预设坐标系的z方向为楔形透镜的光轴所在的方向。
[0008]在一种可能的实现方式中，楔形透镜的后表面为斜平面，后表面位于其对应的发光单元的发光点一侧，后表面与楔形透镜的切面的夹角α满足下述条件：
[0009][0010]其中，n为楔形透镜的材料的折射率，y
F
为发光点相距楔形透镜的光轴的距离，z
F
为发光点在光轴的方向上相距后表面的距离，切面与光轴相垂直；
[0011]楔形透镜的前表面为曲面，曲面的面形满足下述条件：
[0012]L1+nL2‑
L3＝L
10
+nL
20
‑
L
30
；
[0013]其中，L1为发光点相距其射出的任一角度光线进入后表面的入射点的距离，L2为入射点相距任一角度光线离开前表面的出射点的距离，L3为出射点相距由楔形透镜对发光点所成的虚像点的距离，L
10
为发光点相距第一交点的距离，第一交点为光轴与后表面相交的点，L
20
为第一交点相距第二交点的距离，第二交点为光轴与前表面相交的点，L
30
为第二交点相距虚像点的距离。
[0014]在一种可能的实现方式中，前表面的面形通过预设拟合算法对前表面的多项式拟合方程组进行拟合处理得到，多项式拟合方程组基于从后表面上离散选取的多个后表面坐标点得到。
[0015]在一种可能的实现方式中，发光单元的主光线附近的垂轴放大率b满足下述条件：
[0016][0017][0018][0019]其中，y为发光单元的发光点的物高，y
′
为发光单元的发光点的像高，主光线在后表面上相对于后表面法线的入射角为u，折射角为u
′
，主光线传输到前表面上相对于前表面法线的入射角为v
′
，折射角为v。
[0020]在一种可能的实现方式中，多个芯片与透镜组合的布置方式为扩展方式，扩展方式为使得所有发光单元的出射角度互不重叠的布置方式。
[0021]在一种可能的实现方式中，多个芯片与透镜组合的布置方式为交错方式，交错方式为：将第一预设比例的多个芯片与透镜组合布置为发光单元出射角度逐渐增大且互不重叠的第一发射系统，第二预设比例的多个芯片与透镜组合布置为发光单元出射角度逐渐增大且互不重叠第二发射系统，且第一发射系统和第二发射系统中发光单元出射角度互补重叠；其中，第一预设比例和第二预设比例的和值为一。
[0022]在一种可能的实现方式中，多个芯片与透镜组合中的发射芯片的型号关系为互不相同、全部相同或者部分相同。
[0023]在一种可能的实现方式中，发射芯片为垂直腔面发射激光器或边发射激光器。
[0024]在一种可能的实现方式中，在发光单元为垂直腔面发射激光器的情况下，多个芯片与透镜组合的布置方式为正方形布置方式，正方形布置方式为按照正方形布置多个芯片与透镜组合中的发光单元。
[0025]第二方面，本专利技术实施例提供了一种多线激光雷达，包括如第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的发射系统。
[0026]本专利技术实施例提供一种多线激光雷达的发射系统以及多线激光雷达，该发射系统包括多个芯片与透镜组合，每个芯片与透镜组合包括一个发射芯片和其对应的楔形透镜，发射芯片包括一个或多个发光单元。由于该发射系统中的每个楔形透镜用于将其对应的发射芯片的发光单元所成的虚像朝预设方向偏移，以使所有发射芯片的发光单元的视场分布均不重叠，因此，通过改变楔形透镜组的参数即可以改变多线发射视场分布而无需调整芯片布置，从而可以将多个通用的发射芯片进行组合，如可以将多个用在单线激光雷达发射系统的发射芯片进行组合，以实现多线激光雷达发射系统，且该发射系统具有较好的灵活
性和适应性。如此，能够以通用的发射芯片或阵列芯片实现多线激光雷达，不仅大大扩展了发射芯片的选取范围，降低了芯片成本，也避免了定制芯片带来的开发周期长和良率低的问题。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
[0028]图1是本专利技术实施例提供的基于1
×
4线阵发射芯片的多线激光雷达原理示意图；
[0029]图2是本专利技术实施例提供的楔形透镜像移原理示意图；
[0030]图3是本专利技术实施例提供的楔形透镜垂轴放大率示意图；
[0031]图4是本专利技术实施例提供的楔形透镜产生横向和侧向像移的原理示意图；
[0032]图5是本专利技术实施例提供的横向和侧向像移的光线追踪示意图；
[0033]图6是本专利技术实施例提供的一种采用楔形透镜按照扩展方式将4个1
×
4线阵发射芯片的发射光束组合成16线发射系统的示意图；
[0034]图7是本专利技术实施例提供的一种采用楔形透镜按照交错方式将4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多线激光雷达的发射系统，其特征在于，包括多个芯片与透镜组合，每个所述芯片与透镜组合包括一个发射芯片和其对应的楔形透镜，所述发射芯片包括一个或多个发光单元；每个所述楔形透镜用于将其对应的发射芯片的发光单元所成的虚像朝预设方向偏移，以使所有发射芯片的发光单元的视场分布均不重叠；其中，所述预设方向为预设坐标系中的x方向和/或y方向，所述预设坐标系的z方向为所述楔形透镜的光轴所在的方向。2.根据权利要求1所述的多线激光雷达的发射系统，其特征在于，所述楔形透镜的后表面为斜平面，所述后表面位于其对应的所述发光单元的发光点一侧，所述后表面与所述楔形透镜的切面的夹角α满足下述条件：其中，n为所述楔形透镜的材料的折射率，y
F
为发光点相距楔形透镜的光轴的距离，z
F
为发光点在所述光轴的方向上相距所述后表面的距离，所述切面与所述光轴相垂直；所述楔形透镜的前表面为曲面，所述曲面的面形满足下述条件：L1+nL2‑
L3＝L
10
+nL
20
‑
L
30
；其中，L1为所述发光点相距其射出的任一角度光线进入所述后表面的入射点的距离，L2为所述入射点相距所述任一角度光线离开所述前表面的出射点的距离，L3为所述出射点相距由所述楔形透镜对所述发光点所成的虚像点的距离，L
10
为所述发光点相距第一交点的距离，所述第一交点为所述光轴与所述后表面相交的点，L
20
为所述第一交点相距第二交点的距离，所述第二交点为所述光轴与所述前表面相交的点，L
30
为所述第二交点相距所述虚像点的距离。3.根据权利要求2所述的多线激光雷达的发射系统，其特征在于，所述前表面的面形通过预设拟合算法对所述前表面的多项式拟合方程组进行拟合处理得到，所述多项式拟合方程组基于从所述后表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：林建东，任玉松，李进强，任雨杭，张恒，孙亨利，秦屹，
申请(专利权)人：森思泰克河北科技有限公司，
类型：发明
国别省市：