光学系统和探测系统的制作方法

1.本技术涉及光学元件技术领域，尤其涉及光学系统和探测系统。


背景技术：

2.镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，被广泛应用于很多领域。例如汽车领域的倒车影像、360
°
全景或自动驾驶辅助、激光雷达探测等均会用到镜头，工业领域的定位组装和自动检测等也会用到光学镜头。
3.以激光雷达探测为例，为了获得较高的分辨率就需要给目前的发射镜头匹配具有较大发光面积的发射光源例如vcsel(vertical cavity surface emitting laser)面阵光源。但是，发射光源的面积越大其点光源的数量就越多，不仅导致成本显著增加，而且受限于加工制造工艺，制造发射光源的过程中出现故障的点光源数量也会随之增加，进而影响后续探测。


技术实现要素：

4.根据本技术第一方面实施例的光学系统，包括：
5.准直光学元件，将目标光束准直为平行光；
6.分割光学元件，将所述平行光分割为多个点光源；以及
7.发散光学元件，对所述多个点光源进行发散以形成发散光束。
8.根据本技术的一个实施例，所述多个点光源呈面阵分布。
9.根据本技术的一个实施例，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，每个所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多个点光源与所述多个微透镜一一对应。
10.根据本技术的一个实施例，所述微透镜的直径与所述微透镜的焦距之比不小于0.1。
11.根据本技术的一个实施例，所述微透镜的直径与所述微透镜的焦距满足以下公式：
[0012][0013]
其中，d2为所述微透镜的直径，f2为所述微透镜的焦距。
[0014]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜。
[0015]
根据本技术的一个实施例，所述准直透镜的面型为球面、非球面或自由曲面。
[0016]
根据本技术的一个实施例，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述准直透镜的焦距不小于所述微透镜阵列的微透镜的焦距。
[0017]
根据本技术的一个实施例，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜；所述微透镜的直径不大于所述准直透镜的直径的0.7倍。
[0018]
根据本技术的一个实施例，所述准直透镜的直径与所述发散光学元件的出射视场角满足如下公式：
[0019][0020]
其中，d1为所述准直透镜的直径，θ为所述发散光学元件的出射视场角。
[0021]
根据本技术的一个实施例，所述光学系统还包括：发射光源，生成并发射所述目标光束。
[0022]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述准直透镜的直径不小于所述发射光源的发光直径的3倍。
[0023]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述发射光源的发光直径不大于所述准直透镜的焦距的一半。
[0024]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述发射光源的发光直径与其发散角度的乘积不大于所述准直透镜的直径或所述准直透镜的焦距的7倍。
[0025]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述准直透镜的直径不小于所述准直透镜的第一侧与所述发射光源之间的间距的一半，且所述准直透镜的直径不大于所述准直透镜的第一侧与所述发射光源之间的间距的2倍；
[0026]
其中，所述准直透镜的第一侧为所述准直透镜朝向所述发射光源的一侧。
[0027]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述准直透镜的第一侧与所述发射光源之间的间距不大于所述微透镜阵列的第一侧与所述发射光源之间的间距；
[0028]
其中，所述准直透镜的第一侧为所述准直透镜朝向所述发射光源的一侧；所述微透镜阵列的第一侧为所述微透镜阵列朝向所述准直透镜的一侧。
[0029]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述准直透镜的直径不小于所述微透镜阵列的第一侧与所述发射光源之间的间距的0.2倍，且所述准直透镜的直径不大于所述微透镜阵列的第一侧与所述发射光源之间的间距的3倍；
[0030]
其中，所述准直透镜的第一侧为所述准直透镜朝向所述发射光源的一侧；所述微透镜阵列的第一侧为所述微透镜阵列朝向所述准直透镜的一侧。
[0031]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述微透镜阵列的第二侧与所述发散光学元件之间的间距不小于所述微透镜阵列的第一侧与所述发射光源之间的间距的0.1倍，且所述微透镜阵列的第二侧与所述发散光学元件之间的间距不大于所述微透镜阵列的第一侧与所述发射光源之间的间距的1.5倍；
[0032]
其中，所述微透镜阵列的第一侧为所述微透镜阵列朝向所述准直透镜的一侧,所述微透镜阵列的第二侧为所述微透镜阵列背向所述准直透镜的一侧。
[0033]
根据本技术的一个实施例，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述微透镜的直径、所述微透镜的焦距以及所述微透镜阵列的第一侧与所述发射光源之间的间距满足如下公式：
[0034]
[0035]
其中，d2为微透镜的直径，f2为微透镜的焦距，l2为所述微透镜阵列的第一侧与所述发射光源之间的间距，所述微透镜阵列的第一侧为所述微透镜阵列朝向所述准直透镜的一侧。
[0036]
根据本技术第二方面实施例的光学系统，包括：
[0037]
本技术第一方面所述的光学系统，用于向目标场景发射所述发散光束；以及
[0038]
接收单元，接收所述发散光束经所述目标场景反射后的光束。
[0039]
本技术实施例提供的光学系统和探测系统，通过设置分割光学元件就可将目标光束经过准直光学元件准直形成的平行光分割为多个点光源，进而再利用发散光学元件对各个点光源进行发散就可形成出射视场角很大的发散光束，从而无需采用具有较大发光面积的发射光源也能获得较高的分辨率，同时还降低了成本。
[0040]
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0041]
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。在附图中：
[0042]
图1是根据本技术的其中一种光学系统的结构示意图；
[0043]
图2是根据本技术的另外一种光学系统的结构示意图；
[0044]
图3是根据本技术的光学系统的工作原理示意图；
[0045]
图4是图3在a处的放大图；
[0046]
图5是根据本技术的发射光源的结构示意图。
[0047]
附图标记：
[0048]
100、准直光学元件；200、分割光学元件；201、微透镜；
[0049]
300、发散光学元件；400、发射光源；401、半导体光源；
[0050]
501、点光源。
具体实施方式
[0051]
在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，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技术实施例的限制。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。
[0052]
在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
[0053]
以下结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识
到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0054]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0055]
结合图1至图4所示，本技术实施例提供了一种光学系统，该光学系统包括准直光学元件100、分割光学元件200和发散光学元件300；其中，准直光学元件100将目标光束准直为平行光，分割光学元件200将平行光分割为多个点光源501，发散光学元件300对多个点光源501进行发散以形成发散光束。
[0056]
本技术的光学系统通过设置分割光学元件200就可将目标光束经过准直光学元件100准直形成的平行光分割为多个点光源501，进而再利用发散光学元件300对各个点光源501进行发散就可形成出射视场角θ很大的发散光束，从而无需采用具有较大发光面积的发射光源400也能获得较高的分辨率，同时还降低了成本。
[0057]
需要说明的是，本技术实施例中的光学系统可以应用于普通光学镜头、雷达发射镜头或投影镜头。当然，本技术实施例中的光学系统并不局限于上述几种应用对象。以不同应用对象为例，下面对本技术实施例中的光学系统的工作原理进行说明：
[0058]
例如，应用对象为普通的光学镜头。该普通的光学镜头包括上述准直光学元件100、分割光学元件200和发散光学元件300。在此情况下，准直光学元件100背向分割光学元件200的一侧也即图1中准直光学元件100的左侧即为物侧，发散光学元件300背向分割光学元件200的一侧也即图1中发散光学元件300的右侧即为像侧。如图3所示，外部的发射光源400射出的目标光束射入光学镜头内部以后，先照射至准直光学元件100并被准直光学元件100准直为平行光，之后平行光再照射至分割光学元件200并被分割为多个点光源501，最后多个点光源501被发散光学元件300进行发散，形成具有很大出射视场角θ的发散光束。可见，即使外部的发射光源400的发光面积很小，但是由于外部的发射光源400射出的目标光束射入光学镜头的内部以后，依次经过准直和分割就会形成多个点光源501，而各个点光源501被发散后就会形成出射视场角θ很大的发散光束，发散光束投射在成像面的面积很大，因此通过发散光束获得的最终成像的分辨率很高。例如，若在发散光学元件300背向分割光学元件200的一侧设置感光元件例如感光芯片，发散光束投射至感光芯片也即成像面以后就可以得到分辨率很高的图像。
[0059]
又如，应用对象为雷达系统的雷达发射镜头，雷达发射镜头除了包括上述准直光学元件100、分割光学元件200和发散光学元件300以外，还包括用于生成并发射目标光束的发射光源400。其中，如图5所示，发射光源400可以但不限于包括至少一个半导体光源401，半导体光源401包括激光二极管(laser diode，简称ld)或vcsel光源。在此情况下，发射光源400背向准直光学元件100的一侧也即图1中发射光源400的左侧即为成像侧，发散光学元件300背向分割光学元件200的一侧也即图1中发散光学元件300的右侧即为像源侧。如图3所示，发射光源400将生成的目标光束即激光射向准直光学元件100，目标光束被准直光光学元件准直为平行光后又射向分割光学元件200，平行光被分割光学元件200分割为多个点光源501后射向发散光学元件300，多个点光源501被发散光学元件300进行发散形成具有很大出射视场角θ的发散光束后从雷达发射镜头射出，并最终照射至目标场景，发散光束经目标场景反射的光束则被雷达系统的接收单元例如接收镜头接收。可见，即使雷达发射镜头
的发射光源400的发光面积很小，但是由于分割光学元件200的存在，发射光源400射出的目标光束经过准直光学元件100准直为平行光后，就会被分割光学元件200分割为多个点光源501，而各个点光源501又会被发散光学元件300发散进而形成出射视场角θ很大的发散光束，发散光束从雷达发射镜头射出后投射在目标场景的面积很大，从而便可以扩大其探测视场以及提高分辨率。
[0060]
再如，应用对象为投影镜头，该投影镜头除了包括上述准直光学元件100、分割光学元件200和发散光学元件300，还包括用于生成并发射目标光束的发射光源400。其中，发射光源400可以但不限于包括至少一个半导体光源401，半导体光源401包括激光二极管(laser diode，简称ld)或vcsel光源。在此情况下，发射光源400背向准直光学元件100的一侧也即图1中发射光源400的左侧即为成像侧，发散光学元件300背向分割光学元件200的一侧也即图1中发散光学元件300的右侧即为像源侧。如图3所示，发射光源400将生成的目标光束射向准直光学元件100；其中，目标光束可以但不限于包括红光、蓝光和绿光中的至少一种。目标光束被准直光学元件100准直为平行光后又射向分割光学元件200，平行光被分割光学元件200分割为多个点光源501后射向发散光学元件300，多个点光源501被发散光学元件300进行发散形成具有很大出射视场角θ的发散光束后从投影镜头射出，并最终投影至目标场景。可见，即使投影镜头的发射光源400的发光面积很小，但是由于分割光学元件200的存在，发射光源400射出的目标光束经过准直光学元件100准直为平行光后，就会被分割光学元件200分割为多个点光源501，而各个点光源501又会被发散光学元件300发散进而形成出射视场角θ很大的发散光束，发散光束从投影镜头射出后在目标场景的投影面积便很大，从而可以提高分辨率。
[0061]
在一些实施例中，多个点光源501呈面阵分布，也就是说，多个点光源501位于同一个平面或曲面。作为示例，如图3所示，多个点光源501呈矩形阵列分布。
[0062]
在一些实施例中，发散光学元件300包括至少一个发散透镜。当发散透镜的数量为多个时，多个发散透镜沿点光源501的光路方向依次间隔设置。其中，发散透镜既可以为球面透镜也可以为非球面透镜或自由曲面透镜，发散透镜可以但不限于是玻璃透镜或塑料透镜。若应用场景对发散透镜的质量有一定要求时，发散透镜可选用非球面透镜；若应用场景对发散透镜的耐温性有一定要求时，发散透镜可选用玻璃透镜。
[0063]
如图1和图3所示，分割光学元件200可以但不限于包括至少一个微透镜阵列，每个微透镜阵列包括多个微透镜201，多个点光源501与多个微透镜201一一对应，也就是说，点光源501的数量与微透镜201的数量相同。当微透镜阵列的数量为多个时，多个微透镜阵列沿平行光的光路方向依次间隔设置。其中，多个微透镜201可以但不限于呈矩形阵列分布、圆形阵列分布或椭圆形阵列分布。以微透镜阵列的中心为原点建立三维坐标系，三维坐标系的z轴平行于微透镜阵列的光轴，z轴、x轴和y轴两两垂直，微透镜阵列沿x轴方向的微透镜201数量与其沿y轴方向的微透镜201数量可以相同也可以不同。例如，多个微透镜201呈矩形阵列分布时，x轴平行于矩形阵列的其中一条边，y轴平行于矩形阵列的另外一条边：若微透镜阵列沿x轴方向和沿y轴方向的微透镜201数量相同，则矩形阵列为正方形阵列；若微透镜阵列沿x轴方向和沿y轴方向的微透镜201数量不同，则矩形阵列为长方形阵列。此外，微透镜201沿x轴方向的焦距和其沿y轴方向的焦距可以相同，也可以不同，两者不同时点光源501的汇聚类似像散。作为示例，微透镜201朝向准直光学元件100的一侧为凸面，微透镜
201背向准直光学元件100的一侧为平面或凹面。当然，微透镜201的上述两个相对面也可以均为凸面。
[0064]
在微透镜201的直径一定的情况下，为了方便与光学系统内的其他部件匹配，微透镜201的直径d2与微透镜201的焦距f2可以满足以下至少一个条件：
[0065]
条件一、微透镜201的直径d2与微透镜201的焦距f2之比不小于0.1，也即，d2/f2≥0.1，其中，d2为微透镜201的直径，f2为微透镜201的焦距。这样设置的好处在于，可在微透镜201的直径一定的情况下，限制微透镜201的焦距的范围，进而更有利于微透镜201与光学系统内的其他部件匹配。作为示例，d2/f2≥0.2。例如，如图1所示，d2＝1.1mm，f2＝1.965mm，d2/f2＝0.2799。又如，如图2所示，d2＝1.1mm，f2＝2.063mm，d2/f2＝0.267。
[0066]
条件二、微透镜201的直径d2与微透镜201的焦距f2满足以下公式：
[0067][0068]
其中，d2为微透镜201的直径，f2为微透镜201的焦距。这样设置的好处在于，更便于分割光学元件200与发散光学元件300进行配合。
[0069]
作为示例，例如，如图1所示，d2＝1.1mm，又如，如图2所示，d2＝1.1mm，
[0070]
在一些实施例中，准直光学元件100包括至少一个准直透镜。当准直透镜的数量为多个时，多个准直透镜沿目标光束的光路方向依次间隔设置。本技术通过采用包括至少一个准直透镜的准直光学元件100就可将经分割光学元件200分割形成的多个点光源501准直为多束光路方向不同的平行光束，以实现远距离探测。
[0071]
其中，准直透镜的面型可以但不限于是球面、非球面或自由曲面。本技术中并不限定准直透镜的结构类型，准直透镜可以是旋转对称结构或双锥结构等结构类型，也就是说，准直透镜的结构类型并不局限于上述几种类型。以准直透镜的中心为原点建立三维坐标系，三维坐标系的z轴平行于准直透镜的光轴，z轴、x轴和y轴两两垂直。准直透镜为旋转对称结构是指准直透镜是以z轴为对称轴的回转体，其沿x轴方向的焦距和其沿y轴方向的焦距相等；准直透镜为双锥结构是指准直透镜分别在x轴方向和y轴方向关于z轴对称，但其沿x轴方向的焦距和其沿y轴方向的焦距不相等。此外，如图1和图2所示，准直透镜背向分割光学元件200的一侧可以为平面也可以为凸面。另外，需要说明的是，准直透镜既可以为球面透镜也可以为非球面透镜或自由曲面透镜，准直透镜可以但不限于是玻璃透镜或塑料透镜。若应用场景对准直透镜的质量有一定要求时，准直透镜可选用非球面透镜；若应用场景对准直透镜的耐温性有一定要求时，准直透镜可选用玻璃透镜。
[0072]
在分割光学元件200包括微透镜阵列的情况下，为了能够提高分辨率，微透镜201与准直透镜的相关参数可以满足以下至少一个条件：
[0073]
条件一、准直透镜的焦距f1不小于微透镜阵列的微透镜201的焦距f2，也即，f1/f2≥1；其中，f1为准直透镜的焦距，f2为微透镜201的焦距。这样设置可以增多参与分割平行光的微透镜201数量，进而增大点光源501的数量，提高分辨率。作为示例，f1/f2≥1.5。例如，如
图1所示，f1＝9.08mm，f2＝1.965mm，f1/f2＝4.621。又如，如图2所示，f1＝8.4mm，f2＝2.063mm，f1/f2＝4.072。
[0074]
条件二、微透镜201的直径d2不大于准直透镜的直径d1的0.7倍，也即，d2/d1≤0.7；其中，d1为准直透镜的直径，d2为微透镜201的直径。这样设置可以增多微透镜201的数量，增多点光源501的数量，进而提高分辨率。作为示例，d2/d1≤0.5。例如，如图1所示，d2＝1.1mm，d1＝10mm，d2/d1＝0.11。又如，如图2所示，d2＝1.1mm，d1＝10mm，d2/d1＝0.11。
[0075]
此外，为了进一步增大发散光学元件300射出的发散光的出射视场角θ，准直透镜的直径d1与发散光学元件300的出射视场角θ满足如下公式：
[0076][0077]
其中，d1为准直透镜的直径，θ为发散光学元件300的出射视场角。作为示例，d1/(2tan(θ/2))≤5。例如，如图1所示，θ＝120
°
，d1＝10mm，d1/(2tan(θ/2))＝2.887。又如，如图2所示，θ＝120
°
，d1＝10mm，d1/(2tan(θ/2))＝2.887。
[0078]
在光学系统包括发射光源400，准直光学元件100包括至少一个准直透镜的情况下，为了提高准直透镜的准直度，发射光源400和准直透镜的相关参数可以满足以下至少一个条件：
[0079]
条件一、准直透镜的直径d1不小于发射光源400的发光直径d3的3倍，也即，d1/d3≥3，其中，d1为准直透镜的直径，d3为发射光源400的发光直径。作为示例，d1/d3≥5。例如，如图1所示，d1＝10mm，d3＝0.5mm，d1/d3＝20。又如，如图2所示，d1＝10mm，d3＝0.5mm，d1/d3＝20。
[0080]
条件二、发射光源400的发光直径d3不大于准直透镜的焦距f1的一半，也即，d3/f1≤0.5，其中，d3为发射光源400的发光直径，f1为准直透镜的焦距。作为示例，d3/f1≤0.2。例如，如图1所示，f1＝9.08mm，d3＝0.5mm，d3/f1＝0.055。又如，如图2所示，f1＝8.4mm，d3＝0.5mm，d3/f1＝0.059。
[0081]
条件三、发射光源400的发光直径d3与其发散角度γ的乘积不大于准直透镜的直径d1的7倍，也即，d3γ/d1≤7，其中，d3为发射光源400的发光直径，γ为发射光源400的发散角度，d1为准直透镜的直径。这样设置的好处在于，在发射光源400的发光面积和发散角度一定的情况下，准直透镜的直径越大准直度越高。作为示例，d3y/d1≤5。例如，如图1所示，d1＝10mm，d3＝0.5mm，γ＝59
°
，d3γ/d1＝2.950。又如，如图2所示，d1＝10mm，d3＝0.5mm，γ＝59
°
，d3γ/d1＝2.950。
[0082]
条件四、发射光源400的发光直径d3与其发散角度γ的乘积不大于准直透镜的焦距f1的7倍，也即，d3γ/f1≤7，其中，d3为发射光源400的发光直径，γ为发射光源400的发散角度，f1为准直透镜的焦距。这样设置的好处在于，在发射光源400的发光面积和发散角度一定的情况下，准直透镜的焦距越大准直度越高。作为示例，d3γ/f1≤5。例如，如图1所示，f1＝9.08mm，d3＝0.5mm，γ＝59
°
，d3γ/f1＝3.249。又如，如图2所示，f1＝8.4mm，d3＝0.5mm，γ＝59
°
，d3γ/f1＝3.512。
[0083]
在光学系统包括发射光源400，准直光学元件100包括至少一个准直透镜，分割光学元件200包括至少一个微透镜阵列的情况下，为了提高实现光学系统的小型化，发射光源400、准直透镜和/或微透镜阵列的相关参数可以满足以下至少一个条件：
[0084]
条件一、准直透镜的直径d1不小于准直透镜的第一侧与发射光源400之间的间距l1的一半，且准直透镜的直径d1不大于准直透镜的第一侧与发射光源400之间的间距l1的2倍，准直透镜的第一侧为准直透镜朝向发射光源400的一侧，也即，0.5≤d1/l1≤2，其中，d1为准直透镜的直径，l1为准直透镜的第一侧与发射光源400之间的间距。作为示例，1≤d1/l1≤1.5。例如，如图1所示，l1＝8.020mm，d1＝10mm，d1/l1＝1.247。又如，如图2所示，l1＝7.835mm，d1＝10mm，d1/l1＝1.276。
[0085]
条件二、准直透镜的第一侧与发射光源400之间的间距l1不大于微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距l2；准直透镜的第一侧为准直透镜朝向发射光源400的一侧；微透镜阵列的第一侧为微透镜阵列朝向准直透镜的一侧，也即，l1/l2≤1，其中，l1为准直透镜的第一侧与发射光源400之间的间距，l2为微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距。作为示例，l1/l2≤0.8。例如，如图1所示，l1＝8.020mm，l2＝12.755mm，l1/l2＝0.6288。又如，如图2所示，l1＝7.835mm，l2＝13.60mm，l1/l2＝0.576。
[0086]
条件三、准直透镜的直径d1不小于微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距l2的0.2倍，且准直透镜的直径d1不大于微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距l2的3倍；微透镜阵列的第一侧为微透镜阵列朝向准直透镜的一侧，也即，0.2≤d1/l2≤3，其中，d1为准直透镜的直径，l2为微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距。作为示例，0.5≤d1/l2≤2。例如，如图1所示，l2＝12.755mm，d1＝10mm，d1/l2＝0.784；又如，如图2所示，l2＝13.60mm，d1＝10mm，d1/l2＝0.735。
[0087]
条件四、微透镜阵列的第二侧与发散光学元件300之间的间距l3不小于微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距l2的0.1倍，且微透镜阵列的第二侧与发散光学元件300之间的间距l3不大于微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距l2的1.5倍；微透镜阵列的第一侧为微透镜阵列朝向准直透镜的一侧，微透镜阵列的第二侧为微透镜阵列背向准直透镜的一侧，也即，0.1≤l3/l2≤1.5，其中，l2为微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距，l3为微透镜阵列的第二侧与发散光学元件300之间的间距。作为示例，0.3≤l3/l2≤1。例如，如图1所示，l2＝12.755mm，l3＝9.22mm，l3/l2＝0.723。又如，如图2所示，l2＝13.60mm，l3＝8.82mm，l3/l2＝0.649。
[0088]
条件五、微透镜201的直径d2、微透镜201的焦距f2以及微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距l2满足如下公式：
[0089][0090]
其中，d2为微透镜201的直径，f2为微透镜201的焦距，l2为微透镜阵列的第一侧与发射光源400之间的间距，微透镜阵列的第一侧为微透镜阵列朝向准直透镜的一侧。这样设置的好处在于，更便于分割光学元件200与发散光学元件300进行配合，拉近分割光学元件200与发散光学元件300之间的距离，实现小型化。
[0091]
作为示例，例如，如图1所示，l2＝12.755mm，f2＝1.965mm，又如，如图2所示，l2＝13.60mm，f2＝2.063mm，
[0092]
另外，本技术实施例还提供了一种探测系统，该探测系统包括接收单元和上述光学系统，该光学系统包括准直光学元件100、分割光学元件200、发散光学元件300和发射光
源400；光学系统用于向目标场景发射发散光束，接收单元接收发散光束经目标场景反射后的光束。其中，探测系统可以但不限于是激光雷达系统，当探测系统为激光雷达系统的情况下，接收单元可以但不限于是激光接收镜头。本技术实施例中的探测系统通过采用上述光学系统，显著提高了探测能力和分辨率。
[0093]
上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。

技术特征：
1.一种光学系统，其特征在于，包括：准直光学元件，将目标光束准直为平行光；分割光学元件，将所述平行光分割为多个点光源；以及发散光学元件，对所述多个点光源进行发散以形成发散光束。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个点光源呈面阵分布。3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，每个所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多个点光源与所述多个微透镜一一对应。4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述微透镜的直径与所述微透镜的焦距之比不小于0.1。5.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述微透镜的直径与所述微透镜的焦距满足以下公式：其中，d2为所述微透镜的直径，f2为所述微透镜的焦距。6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述准直光学元件包括至少一个准直透镜。7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述准直透镜的面型为球面、非球面或自由曲面。8.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述准直透镜的焦距不小于所述微透镜阵列的微透镜的焦距。9.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述分割光学元件包括至少一个微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个微透镜；所述微透镜的直径不大于所述准直透镜的直径的0.7倍。10.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述准直透镜的直径与所述发散光学元件的出射视场角满足如下公式：其中，d1为所述准直透镜的直径，θ为所述发散光学元件的出射视场角。

技术总结
本申请公开了一种光学系统和探测系统。该光学系统包括：准直光学元件，将目标光束准直为平行光；分割光学元件，将所述平行光分割为多个点光源；以及发散光学元件，对所述多个点光源进行发散以形成发散光束。该探测系统包括接收单元和上述光学系统，光学系统向目标场景发射所述发散光束，接收单元接收所述发散光束经所述目标场景反射后的光束。本申请实施例提供的光学系统和探测系统，通过设置分割光学元件就可将目标光束经过准直光学元件准直形成的平行光分割为多个点光源，进而再利用发散光学元件对各个点光源进行发散就可形成出射视场角很大的发散光束，从而无需采用具有较大发光面积的发射光源也能获得较高的分辨率，同时还降低了成本。还降低了成本。还降低了成本。


技术研发人员：杨佳 张俊明 徐超
受保护的技术使用者：宁波舜宇车载光学技术有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2023/9/22