CN109116570A - 衍射装置及基于衍射装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种衍射装置及基于衍射装置的控制方法，衍射装置包括：达曼光栅与角度偏移组件。上述衍射装置在使用时，首先激光光束照射在达曼光栅的表面并经过达曼光栅进行衍射。激光光束由多条分光束汇集组成，各分光束照射在达曼光栅后，各个分光束与达曼光栅表面的角度都不同。因此，各分光束在经过达曼光栅分光后，各分光光束形成不同的光波，从而实现了对激光光束的分光处理。此时，将分束后的激光光束再次经过角度偏移组件进行角度偏移处理，从而使得激光光束经过衍射装置处理后，激光光束能够有效地扩大覆盖范围，从而提高了衍射装置的使用效果。

Description

衍射装置及基于衍射装置的控制方法

技术领域

本发明涉及激光雷达的技术领域，特别是涉及一种衍射装置及基于衍射装置的控制方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的***，广泛应用于激光探测领域。为了适应于二维空间和/或三维空间的探测，激光雷达发射出的激光光束需要进行分束和扫描。因此，往往采用棱镜组对激光光束进行分束，但是分束后的激光光束所覆盖的检测范围十分有限，从而影响了激光雷达的使用效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种衍射装置及基于衍射装置的控制方法，能够扩大激光光束的覆盖范围。

其技术方案如下：

一种衍射装置，包括：达曼光栅，用于接收激光光束并对所述激光光束进行分束；角度偏移组件，设在所述达曼光栅的其中一侧，用于与供电设备电性连接，所述角度偏移组件还用于对激光光束进行角度指向。

下面进一步对技术方案进行说明：

所述角度偏移组件包括多个液晶偏振光栅，且所述液晶偏振光栅可转动地贴合相邻所述液晶偏振光栅。

所述达曼光栅上设有凹部与凸部，所述凹部与所述凸部用于对激光光束进行处理。

所述达曼光栅上的分光束行数范围为2～128，所述达曼光栅上的分光束列数范围为2～128。

所述衍射装置还包括准直组件，其中，所述角度偏移组件位于所述达曼光栅的其中一侧，所述准直组件位于所述达曼光栅的另一侧。

所述角度偏移组件及准直组件与所述达曼光栅相互贴合。

所述衍射装置还包括激光发射器，所述激光发射器设置在所述准直组件远离所述达曼光栅的一侧。

所述衍射装置还包括第一透镜与第二透镜，所述第一透镜位于所述达曼光栅的其中一侧，所述第二透镜位于所述达曼光栅的另一侧。

一种基于衍射装置的控制方法，包括如下步骤：对激光光束进行准直处理；通过表面微蚀刻对激光光束的相位进行调制，实现对激光光束的分束处理；通过对激光光束所产生的相位的虚部进行调制，实现对激光光束的角度指向。

对激光光束进行分束处理后，还包括：对激光光束进行角度离散式扫描。

上述衍射装置在使用时，首先激光光束照射在达曼光栅的表面并经过达曼光栅进行衍射。激光光束由多条分光束汇集组成，各分光束照射在达曼光栅后，各个分光束与达曼光栅表面的角度都不同。因此，各分光束在经过达曼光栅分光后，各分光光束形成不同的光波，从而实现了对激光光束的分光处理。此时，将分束后的激光光束再次经过角度偏移组件进行角度偏移处理，从而使得激光光束经过衍射装置处理后，激光光束能够有效地扩大覆盖范围，从而提高了衍射装置的使用效果。

上述基于衍射装置的控制方法，首先通过对激光光束的准直处理能够使得激光光束与衍射装置的接触更加充分。其次，通过增加激光光束的分束条数以及通过衍射装置对分束后的激光光束进行角度处理。即基于衍射装置的控制方法通过上述两种方式同时与激光光束发生作用，使得经过衍射装置处理后的激光光束的覆盖范围更广。

附图说明

图1为一实施例所述衍射装置在正电状态时的示意图；

图2为图1所述衍射装置在掉电状态时的示意图；

图3为图1所述衍射装置在负电状态时的示意图；

图4为图1所示A部分的局部放大图；

图5为一实施例所述衍射装置结构示意图；

图6为图5所述衍射装置的局部结构示意图；

图7为另一实施例所述衍射装置的局部结构示意图；

图8为再一实施例所述衍射装置在正电状态时的示意图；

图9为图8所述衍射装置在掉电状态时的示意图；

图10为图8所述衍射装置在负电状态时的示意图；

图11为又一实施例所述衍射装置的局部结构示意图；

图12为一实施例所述基于衍射装置的控制方法的流程图；

图13为另一实施例所述基于衍射装置的控制方法的流程图。

附图标记说明：

100、达曼光栅，110、凹部，120、凸部，200、角度偏移组件，201、液晶偏振光栅，210、第一液晶偏振光栅组，220、第二液晶偏振光栅组，230、MEMS振镜，300、准直组件，400、激光发射器，500、第一透镜，600、第二透镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1和图4所示，在一个实施例中，一种衍射装置，包括：达曼光栅100、角度偏移组件200，所述达曼光栅100用于接收激光光束并对所述激光光束进行分束，所述角度偏移组件200装设在所述达曼光栅的其中一侧，所述角度偏移组件200用于与供电设备电性连接，所述角度偏移组件200用于对激光光束进行角度指向。

上述衍射装置在使用时，首先激光光束照射在达曼光栅100的表面并经过达曼光栅100进行衍射。激光光束由多条分光束汇集组成，各分光束照射在达曼光栅100后，各个分光束与达曼光栅100表面的角度都不同。因此，各分光束在经过达曼光栅100分光后，各分光光束形成不同的光波，从而实现了对激光光束的分光处理。此时，将分束后的激光光束再次经过角度偏移组件200进行角度偏移处理，从而使得激光光束经过衍射装置处理后，激光光束能够有效地扩大覆盖范围，从而提高了衍射装置的使用效果。

如图5所示，在一个实施例中，衍射装置还包括准直组件300。所述角度偏移组件200位于所述达曼光栅100的其中一侧，所述准直组件300位于所述达曼光栅100的另一侧。激光光束在照射进达曼光栅100之前，往往是发散的形式。若直接将发散的激光光束照射到达曼光栅100上，会导致一部分光线经过达曼光栅100衍射后无法照射至角度偏移组件200上，从而影响了激光光束最终的照射扫描效果。因此，为了保证激光光束经过达曼光栅100后能够达到预设的分束条数，提高激光光束的照射扫描效果。将激光光束首先进行准直处理，从而使得发散的激光光束转变为平行激光光束，从而保证了激光光束能够更加准确地透过达曼光栅100进行分束。

在一个实施例中，所述角度偏移组件200及准直组件300均与所述达曼光栅100相互贴合，并对所述达曼光栅100、角度偏移组件200及准直组件300进行封装。具体地，将所述达曼光栅100、角度偏移组件200及准直组件300三者进行封装，一方面能够有效地限缩所述衍射装置的装设体积，另一方面还能够对衍射装置起到防护作用。

在一个实施例中，衍射装置还包括激光发射器400。所述激光发射器400设置在所述准直组件300远离所述达曼光栅100的一侧。具体地，在本实施例中所述激光发射器400为光纤或二极管，通过上述激光发射器400所发射的激光光束能量较高，激光光束的扫描效果更好。

如图1至图5所示，在一个实施例中，在一个实施例中，所述角度偏移组件200包括多个液晶偏振光栅201，且所述液晶偏振光栅201可转动地贴合相邻所述液晶偏振光栅201。即相邻两个所述液晶偏振光栅能够在贴合下相对转动，从而能够改变光线经过液晶偏振光栅201后的出射角度，提高了衍射装置对于激光光束的处理效果。具体地，根据实际的工况，在本实施例中，通过液晶偏振光栅201对激光光束进行离散角度指向。当所述液晶偏振光栅201与供电设备接通后，通过调控供电设备实现所述液晶偏振光栅201的正电、掉电(断电)、负电三种状态的转换。更具体地，当所述液晶偏振光栅201处于掉电状态时，所述激光光束透过液晶偏振光栅201后方向并不发生改变，此时，激光光束照射第一扫描区域。当所述液晶偏振光栅201处于正电状态时，激光光束经过液晶偏振光栅201进行衍射，此时，激光光束照射第二扫描区域，且所述第二扫描区域位于所述第一扫描区域的上方。当所述液晶偏振光栅201处于负电状态时，激光光束经过液晶偏振光栅201进行衍射，此时，激光光束照射第三扫描区域，且所述第三扫描区域位于所述第一扫描区域的下方。因此，所述液晶偏振光栅201能够对激光光束实现上述三个扫描区域的控制，提高了衍射装置的使用效果。

进一步地，为了保证最终的激光光束能够具有一定的光能量。在本实施例中，所述衍射装置包括第一液晶偏振光栅组210与第二液晶偏振光栅组220，且所述第一液晶偏振光栅组210与所述第二液晶偏振光栅组220能够相对转动。所述第一液晶偏振光栅组210包括三个液晶偏振光栅201，且三个液晶偏振光栅201依次叠置配合。第二液晶偏振光栅组220包括三个液晶偏振光栅201，且三个液晶偏振光栅201依次叠置配合。更进一步地，上述共六个液晶偏振光栅201均能够通过供电设备实现正电、掉电及负电三种状态的相互转换，即上述六个液晶偏振光栅201均能够实现上述三个区域的照射。因此，所述第一液晶偏振光栅201能够对激光光束进行3×3×3共27个照射方向；所述第二液晶偏振光栅201能够对激光光束进行3×3×3共27个照射方向。即所述衍射装置对激光光束能够实现27×27共729个照射方向，使得经过衍射装置后的激光光束能够有效地扩大照射范围。

如图6所示，在一个实施例中，所述激光光束经过第一液晶偏振光栅组210衍射后，激光光束发生竖直方向的偏转。所述激光光束经过第二液晶偏振光栅组220衍射后，激光光束发生水平方向的偏转，从而使得衍射装置对于激光光束360°的照射调控，提高了衍射装置的照射效果。上述这种实施方式仅仅是本实施例的其中一种实施方式，例如：根据实际的工况，可以仅在衍射装置中安装一组液晶偏振光栅组，从而节省衍射装置的制造成本。

在一个实施例中，当激光光束照射到所述液晶偏振光栅201，所述液晶偏振光栅201会对激光光束的相位虚部进行调制，从而使得一束偏振光的多个不同光点在液晶偏振光栅201的作用下达到相同的偏振状态。激光光束衍射的整个过程中，激光光束的偏振态都相同，因此，从光的相干性分析，激光光束经过液晶偏振光栅201前后为一束光束。即经过液晶偏振光栅的激光光束没有任何的衍射效率损失。进一步地，相较于液晶光学相控阵(液晶光学相控阵是光学相控阵中高性价比的一种相控阵实现，具有对加速不敏感、驱动电压低等优点)。本实施例所述的液晶偏振光栅201不存在像素结构、开口率、旁斑等问题，驱动电路只有正电、掉电与负电三种状态，操作较为简单。即只需将激光光束通过液晶偏振光栅201的照射面即可。在本实施例中，激光光束在液晶偏振光栅201的照射面上的的入射角度为0°～10°时激光光束的衍射效果最好。

如图4和图7所示，在一个实施例中，所述达曼光栅上设有凹部110与凸部120，所述凹部110与所述凸部120均用于对激光光束进行处理，所述角度偏移组件200为MEMS振镜230，且所述MEMS振镜230能够相对所述达曼光栅100进行转动。所述达曼光栅100上的分光束行数范围为2～128，所述达曼光栅上的分光束列数范围为2～128。具体地，所述凹部110可以是一个、两个或多个。所述凸部120可以是一个、两个或多个。所述凹部110的侧壁与所述凸部120的侧壁相互贴合。在本实施例中，所述凹部110与所述凸部120均为多个，且相邻两个所述凹部110之间设有一个凸部120，所述凸部120的两侧壁分别与两个所述凹部110相贴合。进一步地，多个所述凹部110与多个所述凸部1120设在所述达曼光栅100的表面，且多个所述凹部110与多个所述凸部120均能够对所述激光光束进行衍射，从而大大增加了达曼光栅100对于激光光束的处理面积。

更进一步地，上述衍射装置的这种安装方式，激光光束经过衍射装置后，激光光束除了自身的光能量和出射角度发生了变化，激光光束自身的特性没有发生任何改变。这使得上述衍射装置在雷达脉冲编码、相干探测方面有很高应用潜力。同时，由于激光光束自身的特性没有发生任何改变，从而使得激光光束能够以任意的照射方式作用于衍射装置，从而提高了衍射装置对于激光光束的适用性。

本实施例的这种通过多个凹部110与多个凸部120对激光光束进行分束处理，这种处理方式不会破坏激光光束本身的特性，即经过上述达曼光栅100所分出的多条激光光束的相干性(振动频率相同、相差恒定的叫做相干性)不会受到影响，从而保证了所分出的多条激光光束的光照强度不变、以及提高激光光束的光能量利用率，即保证了激光光束最终的照射扫描效果。更具体地，所述达曼光栅100还包括激光衍射分束器。在本实施例中所述达曼光栅100与普通的光栅存在较大的不同，普通光栅是通过微刻线对激光光束进行选择性投射重组波面，即普通光栅对于激光光束的分束处理面积有限。而所述达曼光栅100通过在表面采用微蚀刻开设深度不同的多个凹部与多个凸部，所述达曼光栅100采用上述这种方式能够实现对于激光光束的全透射，从而大大提高了达曼光栅100对于激光光束的分束面积。

所述MEMS振镜230采用铝薄膜镜面反射，激光光束的反射率高达95％以上。采用达曼光栅100对激光光束进行分束处理，采用MEMS振镜230对激光光束进行角度偏移处理。更具体地，在本实施例中，根据实际的工况，所述达曼光栅100分光束数行×列为10×10，即激光光束照射在达曼光栅100后能产生100条分光束。更具体地，在本实施例中，所述达曼光栅100的个数为三个。所述达曼光栅100依次叠置配合。因此，激光光束在照射到MEMS振镜230前会经过三个达曼光栅100的分束处理。此时，分束后的激光光束能够全部照射到MEMS振镜230上进行角度转向。这仅仅是其中一个实施例中，如图8至图10所示，例如：所述MEMS振镜230还可以替代达曼光栅100，所述液晶偏振光栅201作为角度偏移组件200。通过多个不同角度的入射光源同时对MEMS振镜230进行照射，此时经过MEMS振镜230扫描后的激光光束能够直接经过液晶偏振光栅201照射至扫描区域。进一步地，本实施例中的MEMS振镜230与液晶偏振光栅201的安装顺序可以改变，即激光光束可以首先照射在MEMS振镜230上，然后再照射至液晶偏振光栅201上。或者激光光束可以首先照射在液晶偏振光栅201上，然后再照射至MEMS振镜230上。

如图11所示，在一个实施例中，衍射装置还包括第一透镜500与第二透镜600。所述第一透镜500位于所述达曼光栅100的其中一侧，所述第二透镜600位于所述达曼光栅100的另一侧。有时经过达曼光栅100出射后的激光光束需要重新进行聚焦，因此，根据实际的工况，在衍射装置中加设第一透镜500与第二透镜600，提高了衍射装置的适用性。

如图12和图13所示，在一个实施例中，一种基于衍射装置的控制方法，包括如下步骤：对激光光束进行准直处理；通过表面微蚀刻对激光光束的相位进行调制，实现对激光光束进行分束处理；通过对激光光束所产生的相位的虚部进行调制，实现对激光光束进行光束角度指向。由于激光光束经过达曼光栅100分束形成的往往是离散式的分束光线，因此，通过对激光光束进行角度离散式扫描能够有效地扩大激光光束的扫描范围。

上述基于衍射装置的控制方法，首先通过对激光光束的准直处理能够使得激光光束与衍射装置的接触更加充分。其次，通过增加激光光束的分束条数以及通过衍射装置对分束后的激光光束进行角度处理。即基于衍射装置的控制方法通过上述两种方式同时与激光光束发生作用，使得经过衍射装置处理后的激光光束的覆盖范围更广。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种衍射装置，其特征在于，包括：

达曼光栅，用于接收激光光束并对所述激光光束进行分束；

角度偏移组件，设在所述达曼光栅的其中一侧，用于与供电设备电性连接，所述角度偏移组件还用于对激光光束进行角度指向。

2.根据权利要求1所述的衍射装置，其特征在于，所述角度偏移组件包括多个液晶偏振光栅，且所述液晶偏振光栅可转动地贴合相邻所述液晶偏振光栅。

3.根据权利要求1所述的衍射装置，其特征在于，所述达曼光栅上设有凹部与凸部，所述凹部与所述凸部用于对激光光束进行处理。

4.根据权利要求1所述的衍射装置，其特征在于，所述达曼光栅上的分光束行数范围为2～128，所述达曼光栅上的分光束列数范围为2～128。

5.根据权利要求1所述的衍射装置，其特征在于，所述衍射装置还包括准直组件，其中，所述角度偏移组件位于所述达曼光栅的其中一侧，所述准直组件位于所述达曼光栅的另一侧。

6.根据权利要求5所述的衍射装置，其特征在于，所述角度偏移组件及准直组件与所述达曼光栅相互贴合。

7.根据权利要求5所述的衍射装置，其特征在于，所述衍射装置还包括激光发射器，所述激光发射器设置在所述准直组件远离所述达曼光栅的一侧。

8.根据权利要求1所述的衍射装置，其特征在于，所述衍射装置还包括第一透镜与第二透镜，所述第一透镜位于所述达曼光栅的其中一侧，所述第二透镜位于所述达曼光栅的另一侧。

9.一种基于衍射装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

对激光光束进行准直处理；

通过表面微蚀刻对激光光束的相位进行调制，实现对激光光束的分束处理；

通过对激光光束所产生的相位的虚部进行调制，实现对激光光束的角度指向。

10.根据权利要求9所述基于衍射装置的控制方法，其特征在于，对激光光束进行分束处理后，还包括：对激光光束进行角度离散式扫描。