一种多束激光雷达的分光元件、装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分光元件、装置及方法，特别是一种多束激光雷达的分光元件、装置及 方法。
【背景技术】
[0002] 分光技术是光学技术的一类重要技术，根据光学原理，有镀膜分光、棱镜分光、散 射分光等，不同的分光原理都有其各自的特点。现有的激光雷达激光发射光路，有的对光源 进行二分，有的不分但是变换成线条光斑出射。在实现多线探测的激光雷达中，接收部分一 般由一个接收物镜完成，以多个探测元进行探测，各个探测元对被探测视场进行分割，由于 各个探测元之间存在一定的间隙，因此必定会有一部分光虽然进入接收透镜但未被利用， 因此这种方案能量损失严重。
【发明内容】
[0003] 为克服现有技术的不足，发明专利设计了一种基于多面棱镜折射分光零件，其设 计原理是对光源，特别是半导体激光器或激光二级管，在发射空间立体角内的辐射通量分 害JN等分分区。本发明旨在提供一种多束分光装置及方法，采取技术方案如下所述：
[0004] -种用在多束激光雷达装置中的分光光学元件，包含:第一分光单位:第一本体第 一入射表面以及第一出射表面;所述第一入射表面的面积小于所述第一出射表面的面积； 所述第一出射表面不连续地邻接于所述第一入射表面;所述分光光学元件包含两个或两个 以上第一分光单位。
[0005] 优选方式下，所述分光光学元件包含四个第一分光单位，所述第一入射表面与第 一入射表面连续邻接，所述第一出射表面与所述第一出射表面连续邻接;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长。
[0006] 进一步的优选方式下，所述分光光学元件还包括:第二分光单位:第二本体，第二 入射表面以及第二出射表面;所述第二入射表面的面积等于所述第二出射表面的面积;所 述第二出射表面不连续地邻接于所述第二入射表面;所述分光光学元件包含一个或一个以 上所述第二分光单位。
[0007] 进一步的优选方式下，所述分光光学元件包含两个第一分光单位和一个第二分光 单位，所述第一入射表面分别与所述第二入射表面连续邻接，所述第一出射表面分别与所 述第二出射表面连续邻接;所述分光光学元件包含四个第一分光单位以及一个第二分光单 位;所述第二分光单位的第二入射表面与两个第一分光单位的第一入射表面连续邻接，第 二出射表面与两个第一出射表面连续邻接;其余两个第一分光单位的第一入射表面与第一 入射表面连续邻接，第一出射表面与第一出射表面连续邻接;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长。
[0008] 进一步的优选方式下，所述第一入射表面、第一出射表面、第二入射表面以及第二 出射表面均为平面。
[0009] 本发明还发明了一种多束激光雷达的分光装置，包括:激光光源，准直柱透镜以及 多面柱棱镜;所述激光光源以及所述准直柱透镜组成准直光路，该光路在远场形成一个聚 焦的强点光斑;所述多面柱棱镜为上文所述的任意一种多束激光雷达的分光光学元件。
[0010] 本发明还发明了一种多束激光雷达的分光方法，该方法使用上文所述的多束激光 雷达的分光装置。
[0011] 本发明的优点和积极效果是:该分光方案分光容易实现，成本低，不需要分光膜等 工艺、也不需要成本高的光栅分光元件，采用本发明方法的零件结构简单易。本发明克服了 现有技术中的能量利用率低的问题、如果说雷达需要将光路进行N分束，则本发明可实现N 束等分，分束后在探测平面会形成N个集中的光斑亮点。实现了光束射能量分离，具有集成 度高、能量利用率高的特点。与现有技术相比，这种分发可以节约光源LD的个数，实现低成 本。
【附图说明】
[0012]图1为分光原理不意图；
[0013]图2为分光光学元件外形图；
[0014]图3为本发明四路分光实施例一不意图；
[0015] 图4为本发明四路分光实施例二示意图；
[0016] 图5为未分光前准直的远场福照度；
[0017] 图6为四束等功率分光后的远场辐照度。
[0018] 附图标记说明：
[00?9 ] 1 -激光光源，2、3-准直柱透镜，4、5、6-分光光学兀件。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图、通过具体实施例对本发明作进一步详述。以下实施例只是描述性 的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0021] 发明专利设计了一种基于多面棱镜折射分光零件，其设计原理是对光源，特别是 半导体激光器或激光二级管，在发射空间立体角内的辐射通量分割N等分分区。
[0022]
[0023] 在上式中，表示光源在空间方向的光强，其是水平方向角度、垂直方向角的函数， 表示分割区域内的球面度立体角，上式积分表明是在被分割的第i个分区的辐射通量。同 时，在垂直于发射轴线的任一平面光强分布也为高斯分布，其光强的分布也可以用下式描 述：
[0024]
[0025]
[0026] 在上式中，以激光发射点为原点建立坐标系，Kx为X轴方向激光发散角的倒数;Ky 为y轴方向激光发散角的倒数;θχ为激光沿X轴方向偏转的角度;9y为激光沿y轴方向偏转的 角度；1〇为光源延轴线方向的辐射强度。al、a2分别为在X轴偏转角度的积分的上下限，bl、 b2分别为在y轴偏转角度的积分的上下限。
[0027]本发明的分光光学元件基于上述两个公式的物理意义进行分光，其分光原理如图 1所示。
[0028]入射光进入分光光学元件前首先对其进行准直，然后由入射表面进入分光光学元 件，由于多面棱镜具有不同的偏向角α，即面对光源的立体角，出射光被分为N子分，且这些N 子分分别指向不同的角度，朝向预先设计的方向射出。本发明的分光光学元件也可以看作 为由多个梯形台和或一个或多个正四棱柱堆积而成，每个梯形台有一定的高度h和偏向角 α，这两个结构参数控制各个分束的辐射通量。h越高、面向光源的立体角就越大，通过调整h 实现光束的等分或不等分。h的高度远大于分光光波的波长，因此排除基于衍射原理的光学 元件。偏向角α为面向光源的立体角，分束后的各N子分的偏向角度由各个梯形台的α决定。 分光光学元件可能具有的形状如图2所示。
[0029]本发明所保护的分光光学元件不限于实施例或【附图说明】中所述的形状，本发明保 护的分光光学元件可以实现对光的二分三分四分五分或者多分，并对分光实现等分或不等 分。
[0030] 下面以第一分光单位为梯形台、第二分光单位为正四棱柱为例阐述具体实施方 式。
[0031] (-)实施例1
[0032] 分光光学元件由两个第一分光单位组成，按照上述物理公式的原理按分光需求选 取高度为hi和h2的两个第一分光单位，实现光束的二等分或二不等分。按