光学组件以及相关的光学设备的制作方法

本公开的实施例涉及光学领域，更具体涉及一种光学组件及其相关的光学设备。

背景技术：

1、典型地，激光雷达发射器包括激光光源(例如激光二极管ld、边缘发射激光器eel或垂直腔面发射激光器vcse，等)以及布置在激光光源之后的光束整形元件(例如，透镜组、微透镜阵列、衍射光栅等)。利用上述光源和整形元件的组合，可以生成具有特定属性的光束。进一步地，配合激光雷达的其他部件，可以实现对目标空间的探测。一般而言，光束整形的目标有以下几种：

2、1)点光斑：激光雷达发射端生成点光斑，配合二维方向的扫描器件，例如转镜或振镜，可以在指定的水平和竖直方向区域内实现离散的距离探测。对于车载激光雷达，点光斑常常配合单点的接收端(例如，雪崩光电二极管apd或是单光子探测器spad)实现探测功能。点光斑的分辨率决定系统的分辨率，一般需要达到0.2°甚至更高的精度，从而满足汽车远距离目标探测的需求。

3、2)线光斑：激光雷达发射端生成线光斑，一般配合一维的扫描器件(例如，一维的转镜或振镜)，可以实现在水平或竖直方向的扫描；然后配合在竖直方向或是水平方向上延展的探测器阵列，可以实现在目标区域内的离散的距离探测。以水平扫描为例，线光斑需要在竖直方向上延展，其延展的视场角决定了最终激光雷达在竖直方向上成像的视场fov，例如30°。线光斑在水平方向上具有较小的线宽，例如0.2°，该线宽常常决定系统的分辨极限，从而决定汽车远距离探测的最小目标精度。

4、3)面光斑：面光斑一般用于flash激光雷达，面光斑常常被整形成矩形的光斑，覆盖一定的竖直和水平区域，结合面阵探测器，通过面发收的方式来实现大面积的探测。flash激光雷达不需要转镜或振镜等机械部件，但由于单次发射光波分散在较大的面积上，因而光功率密度有所下降，导致探测距离不如利用点光斑扫描或是线光斑扫描的机械式或微机电系统(mems)激光雷达。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种改进的光学组件，其可以特别地应用于激光雷达发射器。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种光学组件。该光学组件包括：二维光源阵列，具有沿第一方向布置的多个光源行和沿第二方向布置的多个光源列，所述第一方向和第二方向彼此正交；双面正交柱透镜元件，包括彼此相对的第一表面和第二表面，与所述第二表面相比，所述第一表面邻近所述二维光源阵列定位；其中所述第一表面被构造成具有沿所述第一方向延伸的多个第一柱透镜单元，所述第二表面被构造成为具有沿所述第二方向延伸的多个第二柱透镜单元；其中所述多个第一柱透镜单元具有在所述第二方向上的第一柱透镜周期w1，所述多个第二柱透镜单元具有在所述第一方向上的第二柱透镜周期w2，其中所述第一柱透镜周期w1小于所述第二柱透镜周期w2。

3、将会理解，利用本公开的光学组件，可以在满足线光斑的光束整形效果要求的同时，容易地实现光学组件的整体尺寸的小型化。此外，本公开的光学组件中的光束整形元件的数量也可以被减少到最少，这也有助于光学组件的装配。

4、在一些实施例中，所述第一表面距所述二维光源阵列的距离为h1，所述第二表面距所述二维光源阵列的距离为h2，其中0.8w_1/w_2<h_1/h_2<1.2w_1/w_2。

5、在一些实施例中，所述多个光源行沿所述第一方向具有第一周期v1，所述多个光源列沿所述第二方向具有第二周期v2，其中所述第一周期v1和所述第二周期v2被设计为满足以下不等式：0.8*w2≤v1≤1.2*w2,0.8*w1≤v2≤1.2*w1。

6、在一些实施例中，v2＝w1以及v1＝w2。

7、在一些实施例中，所述光学组件在远场形成具有线宽度d的线光斑，其中所述第二柱透镜周期w2和所述线宽度d满足以下不等式:2.44λl/w2≤d≤3.66λl/w2，其中λ为所述二维光源阵列所发射的光的波长，l为光路中距所述光学组件的远场距离。

8、在一些实施例中，所述二维光源阵列中的单个光源的发散角为φ，所述第一柱透镜周期w1被设计为满足以下不等式：2h1*tan(φ/2)≤w1≤3h1*tan(φ/2)。

9、在一些实施例中，所述多个第一柱透镜单元中的每个第一柱透镜单元的透镜表面或所述多个第二柱透镜单元中的每个第二柱透镜单元的透镜表面均为自由曲面。

10、在一些实施例中，所述二维光源阵列中的光源从垂直腔面发射激光器、边缘发射激光器、发光二极管和激光二极管中选择。

11、在一些实施例中，所述双面正交柱透镜元件是一体式元件。

12、在一些实施例中，所述多个第一柱透镜单元均是柱凸透镜或柱凹面镜，所述多个第二柱透镜单元均是柱凸面镜。

13、根据本公开的第二方面，提供了一种光学设备。该光学设备包括根据第一方面所述的光学组件。

14、在一些实施例中，所述光学设备是光学扫描设备或激光雷达发射器。

15、应当理解，技术实现要素：部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种光学组件(1)，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一表面(31)距所述二维光源阵列(2)的距离为h1，所述第二表面(32)距所述二维光源阵列(2)的距离为h2，其中

3.根据权利要求1-2中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多个光源行沿所述第一方向(x)具有第一周期v1，所述多个光源列(y)沿所述第二方向(y)具有第二周期v2，其中所述第一周期v1和所述第二周期v2被设计为满足以下不等式：0.8*w2≤v1≤1.2*w2,0.8*w1≤v2≤1.2*w1。

4.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，v2＝w1以及v1＝w2。

5.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，所述光学组件在远场形成具有线宽度d的线光斑，其中所述第二柱透镜周期w2和所述线宽度d满足以下不等式：

6.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，所述二维光源阵列(2)中的单个光源的发散角为φ，所述第一柱透镜周期w1被设计为满足以下不等式：

7.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多个第一柱透镜单元(311)中的每个第一柱透镜单元(311)的透镜表面或所述多个第二柱透镜单元(321)中的每个第二柱透镜单元的透镜表面(321)均为自由曲面。

8.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述二维光源阵列(2)中的光源从垂直腔面发射激光器(vcsel)、边缘发射激光器(eel)、发光二极管(led)和激光二极管(ld)中选择。

9.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的光学组件，所述双面正交柱透镜元件(2)是一体式元件。

10.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的光学组件，其中所述多个第一柱透镜单元(311)均是柱凸透镜或柱凹面镜，所述多个第二柱透镜单元(321)均是柱凸面镜。

11.一种光学设备，其特征在于，包括根据权利要求10中任一项所述的光学组件。

12.根据权利要求11所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备是光学扫描设备或激光雷达发射器。

技术总结本公开涉及一种光学组件及其相应的光学设备。该光学组件包括：二维光源阵列，具有沿第一方向布置的多个光源行和沿第二方向布置的多个光源列，所述第一方向和第二方向彼此正交；双面正交柱透镜元件，包括彼此相对的第一表面和第二表面，与所述第二表面相比，所述第一表面邻近所述二维光源阵列定位；其中所述第一表面被构造成具有沿所述第一方向延伸的多个第一柱透镜单元，所述第二表面被构造成为具有沿所述第二方向延伸的多个第二柱透镜单元；其中所述多个第一柱透镜单元具有在所述第二方向上的第一柱透镜周期，所述多个第二柱透镜单元具有在所述第一方向上的第二柱透镜周期，其中所述第一柱透镜周期小于所述第二柱透镜周期。技术研发人员：李国维,李泽骁受保护的技术使用者：华为技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12