一种光发射单元、光发射装置和测距设备的制作方法

本发明属于光学测距设备领域，尤其涉及一种光发射单元、光发射装置和测距设备。
背景技术：
：目前，市场上常见的光学类测距设备的测距技术通常包含结构光、tof(timeofflight，飞行时间测距法)、激光雷达等，其原理是通过向待测体发射光束，然后将接收到的从待测体反射回来的信号经过适当处理后，就可以获得待测物体的相关信息，从而实现对待测物体的探测、跟踪和识别。然而，在测距设备的探测过程中，光源的发光功率会直接影响测距设备的探测距离，即现有的测距设备的探测距离受限于光源的发光功率，因此，设计一种能够等效提高光源发光功率的方案，是提高现有测距设备探测距离的重要环节。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种光发射单元，其旨在解决现有的光发射装置的光源发光功率较低，进而测距设备的探测距离受限的问题。本发明提出一种光发射单元，包括光发射组件、反射镜以及偏振分光镜；光发射组件包括光轴平行设置的第一光发射端和第二光发射端，所述第一光发射端用于发出第一偏振光，所述第二光发射端用于发出第二偏振光，所述第一偏振光与所述第二偏振光出射方向平行但振动方向垂直；反射镜设于所述第一偏振光的传播光路上，并与所述第一光发射端位置相对；偏振分光镜设于所述第一偏振光和所述第二偏振光的传播光路上，并与所述第二光发射端位置相对；所述偏振分光镜用于接收经所述反射镜反射的并以布儒斯特角入射的第一偏振光，以及反射以布儒斯特角入射的所述第二偏振光，经所述偏振分光镜反射后的所述第二偏振光与完全透过所述偏振分光镜的所述第一偏振光合为一束合光。可选地，所述第一光发射端和所述第二光发射端均包括用以发出偏振光的偏振光源或偏振激光器；所述光发射单元还包括第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一准直透镜设于所述第一光发射端的出光路径上，用以对所述第一偏振光进行汇聚准直；所述第二准直透镜设于所述第二光发射端的出光路径上，用以对所述第二偏振光进行汇聚准直。可选地，所述第一准直透镜和所述第二准直透镜均为由凸透镜和凹透镜组成的透镜组合。可选地，所述反射镜为自动旋转式反射镜。可选地，所述反射镜与所述偏振分光镜相对设置，且所述反射镜与所述偏振分光镜一体成型制成。可选地，所述偏振分光镜包括棱镜和设于所述棱镜斜面上的偏振分光膜。可选地，所述偏振分光膜为多层膜结构设置。可选地，所述光发射单元还包括依次设于所述合光的传播光路上的通光孔和衍射光学元件，所述通光孔用于限制进入所述衍射光学元件的所述合光的横截面积相同，所述衍射光学元件用于将入射的所述合光扩束成多束光。本发明还提出一种光发射装置，该光发射装置包括：如前所述的光发射单元，用于发射光束；扩散单元，设于所述光发射单元的出光路径上，用于将所述光发射单元发射的光束转化为具有不同发射角度的多个扩散光束；以及，扫描单元，设于所述光发射单元的出光路径上，用于将所述扩散单元发出的多个所述扩散光束进行反射以形成多角度光束。可选地，所述扩散单元包括扩散器、光学衍射元件、透镜组合单元中的一种，且所述扩散光束的光斑具有均匀强度分布。可选地，所述扫描单元包括振镜或者旋转棱镜。可选地，所述光发射装置还包括驱动器；所述振镜包括反射镜，所述反射镜与所述驱动器连接，所述驱动器用以驱动所述反射镜在两个相互不平行的方向上进行旋转。本发明还提出一种测距设备，该测距设备包括：如前所述的光发射装置，用于发射光束至待测物体；光接收装置，用于接收经所述待测物体反射的光束，并对接收的所述光束进行处理形成光束信息；控制装置，分别与所述光发射装置和所述光接收装置电性连接，所述控制装置用于控制所述光发射装置发射光束至所述待测物体，控制所述光接收装置接收经所述待测物体反射的光束，并接收经所述光接收装置处理后形成的所述光束信息。基于此结构设计，在本发明的技术方案中，由于光发射单元包括两个光轴平行设置的第一光发射端和第二光发射端，且第一光发射端发出的第一偏振光和第二光发射端发出的第二偏振光的出射方向平行但振动方向垂直，这样，第一偏振光经过反射镜反射后以布儒斯特角入射至偏振分光镜后，就会完全透过偏振分光镜，同时，第二偏振光以布儒斯特角入射至偏振分光镜后，会全部向外反射，这样，经过偏振分光镜作用后，第一偏振光就可以与第二偏振光完全重合为一束合光。由于此合光聚合了两个光发射端发出的光线能量，故相较于目前常见的测距设备的光发射装置来说，使用本光发射单元就可以获得更高的光源发光功率，进而有效提高本测距设备的探测距离。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。图1是本发明提供的一种光发射单元的一实施例的光路结构示意图；图2是本发明提供的一种光发射单元的另一实施例的光路结构示意图；图3是本发明提供的一种光发射单元的偏振分光膜原理示意图；图4是本发明实施例提供的光发射装置的光路结构示意图；图5是本发明实施例提供的测距设备的功能模块结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称101第一光发射端102第二光发射端105反射镜106偏振分光镜100光发射单元13合光11第一偏振光12第二偏振光103第一准直透镜104第二准直透镜107通光孔108衍射光学元件200扩散单元300扫描单元10光发射装置1测距设备2待测物体20光接收装置30控制装置具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上和下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。还需要说明的是，本发明实施例中，按照图1中所建立的xy直角坐标系定义：位于x轴正方向的一侧定义为前方，位于x轴负方向的一侧定义为后方；位于y轴正方向的一侧定义为左方，位于y轴负方向的一侧定义为右方。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明实施例提供一种光发射单元。请参阅图1，在一实施例中，该光发射单元100包括光发射组件、反射镜105以及偏振分光镜106；其中，光发射组件包括光轴平行设置的第一光发射端101和第二光发射端102，第一光发射端101用于发出第一偏振光11，第二光发射端102用于发出第二偏振光12，第一偏振光11与第二偏振光12出射方向平行但振动方向垂直；反射镜105设于第一偏振光11的传播光路上，并与第一光发射端101位置相对；偏振分光镜106设于第一偏振光11和第二偏振光12的传播光路上，并与第二光发射端102位置相对；偏振分光镜106用于接收经反射镜105反射的并以布儒斯特角入射的第一偏振光11，以及反射以布儒斯特角入射的第二偏振光12，经偏振分光镜106反射后的第二偏振光12与完全透过偏振分光镜106的第一偏振光11合为一束合光13。基于此结构设计，在本发明的技术方案中，由于光发射单元100包括两个光轴平行设置的第一光发射端101和第二光发射端102，且第一光发射端101发出的第一偏振光11和第二光发射端102发出的第二偏振光12的出射方向平行但振动方向垂直，这样，第一偏振光11经过反射镜105反射后以布儒斯特角入射至偏振分光镜106后，就会完全透过偏振分光镜106，同时，第二偏振光12以布儒斯特角入射至偏振分光镜106后，会全部向外反射，这样，经过偏振分光镜106作用后，第一偏振光11就可以与第二偏振光12完全重合为一束合光13。由于此合光13聚合了两个光发射端发出的光线能量，故相较于目前常见的测距设备1的光发射装置10来说，使用本光发射单元100就可以获得更高的光源发光功率，进而有效提高本测距设备1的探测距离。请参阅图1，在本实施例中，第一光发射端101和第二光发射端102均包括用以发出偏振光的偏振光源或偏振激光器；当然，于其他实施例中，第一光发射端101和第二光发射端102还可以包含透镜、光锥等光学部件以形成优化的光发射端，在此不做限制。此外，光发射单元100还包括第一准直透镜103和第二准直透镜104，第一准直透镜103设于第一光发射端101的出光路径上，用以对第一偏振光11进行汇聚准直；第二准直透镜104设于第二光发射端102的出光路径上，用以对第二偏振光12进行汇聚准直。具体地，以x-y平面为第一偏振光11和第二偏振光12的传播光路所在平面，第一偏振光11具有振动方向平行于x-y平面的p偏振方向，即p光，第二偏振光12具有振动方向垂直于x-y平面的s偏振方向，即s光。这样，第一光发射端101发出的第一偏振光11经第一准直透镜103后，形成准直的发射光束11’而发射至反射镜105，发射光束11’经反射镜105反射后形成反射光束11”，然后再发射至偏振分光镜106的入射面，根据偏振分光原理，当该反射光束11”以布儒斯特角入射至偏振分光镜106，p光全部透过，换言之，通过调节反射光束11”的入射角度就可以使其全部透过偏振分光镜106，而形成出射合光13的一部分。同时，第二光发射端102发出的第二偏振光12经第二准直透镜104后，形成准直的发射光束12’并发射至偏振分光镜106的反射面，根据偏振分光原理，当发射光束12’以布儒斯特角入射至偏振分光镜106时，s光全部反射，换言之，通过调节发射光束12’的入射角度，将可以使其在偏振分光镜106的反射面全部反射形成出射合光13的一部分。需要说明的是，在本实施例中，偏振分光镜106中将s光反射的反射面即为p光的出射面。然本设计不限于此，在如图2所示的另一实施例中，其光路结构的设计原理与图1相同，且能达到同样的性能，只是改变了相应器件的放置方位，其中，第一光发射端101与偏振分光镜106的位置相对，第二光发射端102与反射镜105的位置相对，第一光发射端101发出的第一偏振光11直接全部通过偏振分光镜106，而第二光发射端102发出的第二偏振光12则经过反射镜105反射后再被偏振分光镜106完全反射，进而第一偏振光11和第二偏振光12将完全重合形成一束合光13。进一步地，在本实施例中，第一准直透镜103和第二准直透镜104均为由凸透镜和凹透镜组成的透镜组合。这些普通光学透镜分别设置于第一光发射端101和第二光发射端102的出光路径上，主要用于对光束进行汇聚并准直，以提高光斑的能量密度，使得全部偏振光能进入下一光学元器件中，进一步减少不必要的光能衰减。进一步地，在本实施例中，反射镜105为自动旋转式反射镜105。具体地，自动旋转式反射镜105可由测距设备1内部的控制装置30(未图示)实现控制，并通过调节反射镜105与水平方向即x方向的角度，使得第一偏振光11和第二偏振光12最后能够严格重回，进而使得出射的合光13的光斑最小、能量最大。进一步地，在本实施例中，反射镜105与偏振分光镜106相对设置，且反射镜105与偏振分光镜106一体成型制成，进而提高整个光路系统的稳定性，以及实现角度的可控性。进一步地，在本实施例中，偏振分光镜106包括棱镜和设于棱镜斜面上的偏振分光膜，且偏振分光膜优选为多层膜结构设置，以实现对具有不同偏振方向的光束进行反射和/或透射。偏振分光膜的结构、材料等，需根据实际需求，如光的波长、透射率要求等进行合理设计，此处不做限制。图3为根据本发明实施例提供的一种偏振分光膜原理示意图，具体显示了偏振分光膜的光透过率和波段之间的关系。由图3所示的透过率曲线可看出，在一定的波长范围内，当入射光以布儒斯特角入射到偏振分光镜106时，p光全部透过，s光全部反射；具体地，本实施例中设计的偏振分光膜结构能够使700nm至1000nm波段内的光实现p光全部透过、s光全部反射的效果。请参阅图1，在本实施例中，光发射单元100还包括依次设于合光13的传播光路上的通光孔107和衍射光学元件108，通光孔107用于限制进入衍射光学元件108的合光13的横截面积相同，衍射光学元件108用于将入射的合光13扩束成多束光，然后，这些光束经编码后就可向目标空间投射形成结构化的图案。当然，于其他实施例中，衍射光学元件108也可以采用其他任何可以形成斑点的光学元件，比如mla(microlensarrayopticsfilms，微透镜阵列)、光栅或者多种光学元件的一种或多种组合等，此处不做限制。本发明还提出一种光发射装置10，请参阅图4，该光发射装置10包括用于发射光束的前述光发射单元100、扩散单元200和扫描单元300。其中，该光发射单元100的具体结构参照上述实施例，由于本光发射装置10采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述，。此外，扩散单元200设于光发射单元100的出光路径上，用于将光发射单元100发射的光束即合光13转化为具有不同发射角度的多个扩散光束，例如光束14、光束15和光束16等；扫描单元300设于光发射单元100的出光路径上，用于将扩散单元200发出的多个扩散光束进行反射以形成多角度光束，例如光束14’、光束15’和光束16’等，如此，可有效扩大本光发射装置10的检测范围。此外，在光发射装置10中还包括光驱动电路(未图示)，光驱动电路与光发射单元100电性连接，以驱动光发射单元100工作。在此，本光发射装置10除了包括前述光发射单元100之外，还可以包含其他类型的光发射装置10，在此不做限制。进一步地，扩散单元200包括扩散器、光学衍射元件、透镜组合单元中的一种，且扩散光束的光斑具有均匀强度分布。在本实施例中，扩散单元200优选为扩散器，其常见的形状有圆形、方形、矩形、椭圆形、六角形等，除此之外，扩散器还可以设计成几乎任何形状的图像，因此光扩散器也称为光任意图形发生器，可以实现对光图案的强度分布定制等。例如，如图4所示，光发射装置10发出的光束13经扩散单元200后产生的光束，其发射角沿纵向不同，从而可以扩充光发射装置10的纵向视场范围；或者，光束13经扩散单元200后产生的光束，其发射角沿横向不同，从而可以扩充光发射装置10的横向视场范围；又或者，光束13经扩散单元200后产生的光束，其发射角沿横向和纵向不同，从而可以同时扩充光发射装置10的横向视场范围和纵向视场范围。在此，为描述方便，将经过扩散单元200后产生的不同角度光束分别记为第一光束14、第二光束15和第三光束16，经扫描单元300反射后得到不同角度的光束记为第一反射光束14’、第二反射光束15’和第三反射光束16’；需要说明的是，经扩散单元200扩散后的光束包含多角度光束，如图4所示的实施例中的第一光束14、第二光束15以及第三光束16仅为其中的一部分光束。进一步地，扫描单元300包括振镜或者旋转棱镜，具体地，扫描单元300包括mems振镜、机械振镜或者其他旋转棱镜等。在本实施例中，光发射装置10还包括驱动器；振镜包括反射镜105，反射镜105与驱动器与反射镜105电连接，驱动器用以驱动反射镜105在两个相互不平行的方向上进行旋转。这样，当振镜的旋转角改变时，第一光束14、第二光束15和第三光束16相对振镜的角度也在发生改变，从而使得对应的反射光束发生不同程度的偏转，进而极大增加了光发射装置10的扫描视场。具体来说，若将反射镜105旋转的两个不平行的方向分别记为第一方向和第二方向，例如，当第一方向和第二方向相互垂直时，可分别记为对应横向的x方向和对应纵向的y方向，且其所在的平面为光发射单元100和扫描单元300所在的平面，此时，驱动器驱动该反射镜105在x方向和y方向上旋转，就可使得光束可以在x方向和y方向上进行偏转，从而实现光束在x方向和y方向上的大视场扫描。本发明还提出一种测距设备1。请参阅图5，该测距设备1包括如前所述的用于发射光束至待测物体2的光发射装置10、光接收装置20以及控制装置30。其中，光接收装置20，用于接收经待测物体2反射的光束，并对接收的光束进行处理形成光束信息；控制装置30分别与光发射装置10和光接收装置20电性连接，控制装置30用于控制光发射装置10发射光束至待测物体2，控制光接收装置20接收经目标物2反射的光束，并接收经光接收装置20处理后形成的光束信息。在此需说明的是，测距设备1可以是结构光深度相机、tof深度相机、激光雷达等。在一实施例中，测距设备1为结构光深度相机，光发射装置10为投影模组，用于向目标空间中投射经编码的结构化图案光束，例如随机斑点图案等；光接收装置20为成像模组，用于采集照射在目标物体上所形成的结构光图案，包括例如但不限于ccd或cmos等图像传感器、滤光片以及成像透镜等；控制装置30为处理器，用于对采集到的结构光图案计算得到深度图像，其中，处理器可以但不限于是fpga、asic、dsp、cpu等，或者，当深度相机被嵌入到其他终端设备中时，处理器可以为终端设备中的处理器，例如手机应用处理器或者计算机cpu等。在另一实施例中，测距设备1为tof深度相机，光发射装置10为投影模组，用于向目标空间发射经调制的光束；光接收装置20为成像模组，用于接收调制光束；控制装置30为处理器，用于计算光束发射到接收的时间差，并基于时间差计算出目标深度。在又一实施例中，测距设备1为激光雷达系统，光发射装置10为激光发射装置10，用于向待测体发射经调制的脉冲光；光接收装置20包括光电探测器、图像处理器等，用于对接收到的反射光束进行接收并处理；控制装置30包括寄存器、处理器、控制电路等，用于对光发射装置10和光接收装置20进行相应控制和处理。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12