[实用新型]一种矩阵光源准直系统

说明书

本实用新型属于非成像光学设计技术领域，具体为一种矩阵光源准直系统。该准直系统包括准直单元矩阵，每个准直单元包括一个非球面透镜和一个标准透镜。非球面透镜整体有两个非球面，两个非球面具有不同的面型数据，标准透镜为普通透镜。本准直系统结构紧凑，口径限制严格，对于矩阵激光光源的准直，能量损失小，准直效果好，具有较高的光能利用率，能大大提升激光光源的探测距离，提升目前激光雷达测距效果，有效解决目前激光探测距离受限严重的问题。

技术领域

本实用新型属于光学设计和测量技术领域，具体涉及一种矩阵光源准直系统。

背景技术

测距型激光雷达是非常常用的一种仪器，可以帮助人们在无接触的情况下得知远处物体的距离，广泛应用于军事、智能机器人等领域。激光光束的发散角以及能量大小是影响距离测量的重要评价指标，减小光束的发散角可以使得光束能够探测的距离更远，增加激光的发射功率可以使反射回的光线强度更强提高测量的灵敏度。采用矩阵光源可以很好地避免通过增加单光源能量阈值上限的问题，而通过透镜组对矩阵光源的准直可以很好地提升光源的探测距离，是提升激光雷达探测距离的重要步骤。

VCSEL光源具有垂直发光的特性，因此得以组成二维矩阵激光光源，在集成度上相对于其他的激光光源都具有很大的优势。但是在没有任何其他的结构帮助下，其发散角大，难以做到远距离的探测，使得其在激光测距上的使用受到极大限制，所以需要为其专门设计一款准直系统，来改善其发散角大小，使其满足远距离探测的光束需求。

此前对于矩阵激光光源的准直几乎没有，多存在阵列光源的准直，光源仅为一维直线排列，且在准直过程中，针对光源整体进行准直，整体设计过程繁琐，结构复杂，加工难度大，使用要求高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计一种矩阵光源准直系统，以解决目前激光雷达测距距离受限的问题。

本实用新型的技术方案具体介绍如下。

一种矩阵光源准直系统，其包括矩阵激光光源和矩阵准直透镜单元；每个准直透镜单元为一个非球面透镜和一个标准透镜的组成的透镜组；所述非球面透镜为中心旋转对称、具有两个非球面的透镜，两个非球面分别为非球面入射面和非球面出射面，两个非球面具有不同的面型数据；使用时，矩阵激光光源中的激光光源与矩阵准直透镜单元中的准直透镜单元为一一对应关系，每个激光光源中心与透镜组的透镜中心在一条直线上，激光光源发出的光线经由非球面透镜的非球面入射面，到达非球面出射面，经过非球面透镜的准直后，再经过标准透镜准直射出。

本实用新型中，矩阵激光光源为VCSEL矩阵光源。

本实用新型中，矩阵激光光源中的单激光光源的发散角大小在24~25°之间。

本实用新型中，非球面透镜与标准透镜的口径小于等于矩阵光源单光源之间的距离。

本实用新型中，光线通过非球面透镜和标准透镜后，出射的光线角度在0~1°之间。

本实用新型充分考虑了激光雷达测距的准直需求，并深入了解了现有激光雷达在测量距离上受限的主要原因，采用非球面透镜设计准直透镜组，可以满足当前对激光雷达测距扩展至千米范围的需要，其有益性充分体现在：

1、本实用新型中准直透镜矩阵是通过对矩阵光源的每个光源单元进行一对一的准直，本实用新型采用的非球面透镜与标准透镜组成的透镜矩阵，结构简单，与光源一一配对，对光源的利用效率高；

2、本实用新型采用的准直透镜材质可以根据实际需求进行选取，只需对面型进行参数的修改，灵活多变，并且相对于利用反射法设计的准直透镜，无需镀膜，制造成本低；