【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及用于以眼睛安全的方式发射光束(特别是激光束)的装置、可以在装置中使用的部分分束器。
技术介绍
1、许多现代装置依赖于激光器来实现期望的功能。众所周知的日常示例包括光学鼠标和使用准直激光束的激光指示器。在光学分析和检测领域中使用更复杂的装置。例如，lidar装置可以用于通过用激光器(例如红外激光器)照射物体并用传感器测量背反射光来检测和/或测量物体的特性。lidar已经发现了地面、机载和移动应用，诸如在驾驶员辅助系统和自主车辆中。这是因为期望汽车配备有能够可靠地感测和解释其周围环境的系统，包括识别障碍物、危险、物体和可能影响车辆导航的其他物理参数。
2、激光器是可以在lidar系统中使用的光源的一个示例。与任何感测系统一样，为了使基于lidar的感测系统被汽车工业完全采用，该系统应该提供能够检测远距离物体的可靠数据。因此，以lidar系统的最大照明功率操作是优选的。然而，目前，lidar系统的最大照明功率受到使lidar系统眼睛安全的需要的限制。例如，需要lidar系统来防止对人眼的损伤，如果投射的光发射进入眼睛的角膜和晶状体，则可能发生对人眼的损伤，从而对视网膜造成热损伤。
3、特别是当用聚焦或准直激光束操作时，这种装置对(人类裸眼)眼睛(或甚至皮肤)有潜在危险。为了防止损坏，这样的(基于激光的)装置根据它们的潜在危险水平被相应地分类，并且必须满足相应的安全要求。
4、例如，根据标准en 60825-1：2007，定义了最大允许功率或可接受发射极限(ael)水平。对于90
5、扩展所发射(透射)的照明光束可以通过增加束斑尺寸和在更大的区域上扩散光束能量来减少通量。然而，分别扩展发射(透射)光束和扩大装置透射孔径并不总是确保眼睛安全的可行解决方案。装置的其他光学元件(诸如光路中的扫描仪)可以受益于较小的光束点尺寸。这些光学元件的尺寸可能需要与束斑的尺寸成比例。这可能影响尺寸和/或成本约束。例如，lidar装置可以包括旋转多边形扫描器，以使激光束朝向fov偏转。在旋转期间朝向多边形小面的边缘发射的光可以部分地入射在多边形小面的边缘上更长的时间，这取决于束斑尺寸。因此，增加激光束的束斑尺寸将需要增加旋转多边形扫描器的尺寸以确保相同的功能/性能。
6、由于这些和其它原因，需要本专利技术。
技术实现思路
1、至少上述问题由所附权利要求的主题解决。
2、在一个方面，一种装置包括光路和布置在光路中以接收输入光束的光束轮廓再分配器。所述光束轮廓再分配器被布置在所述光路中以接收输入光束，并且被配置为转换所接收的输入光束，使得在近场中和/或在所述光束轮廓再分配器处所述装置的至少一个输出光束包括与当光束轮廓再分配器不存在和/或被至少一个反射镜代替时的至少一个另外的输出光束相比再分配的光束强度轮廓；在沿着近场中的光路的位置处的给定测量孔径内，与至少一个另外的输出光束相比更低(通常更低的最大值)的输出光功率；以及在远场中，与至少一个另外的输出光束相比，至少基本上相同的光束强度轮廓。
3、本文解释的装置可以用于通过装置孔径发射至少一个输出光束，并通过装置孔径接收背反射光束。与已知的类似装置相比，本文解释的装置允许有效发射面积和接收效率之间的更好折衷。因此，可以以相对简单和/或成本有效的方式在高检测灵敏度下确保眼睛安全。
4、在另一方面，lidar装置包括光路和光束轮廓再分配器，光束轮廓再分配器布置在光路中用于接收输入光束并被配置为将接收到的输入光束转换为至少一个输出光束。在至少基本上平行于光路的横截面中(至少在光束轮廓再分配器处和/或在光束轮廓再分配器中)，特别是在包括光路的相应横截面中(或甚至在若干相应横截面中)，光束轮廓再分配器包括第一对相邻折射表面和第二对相邻折射表面。第一对相邻折射表面布置在输入光束和第二对相邻折射表面之间。第二对相邻折射表面布置在第一对相邻折射表面和至少一个输出光束之间。
5、在又一方面，一种用于将入射光束分成两个光束的单件式部分分束器包括用于入射光束的第一横波的第一透射率和用于入射光束的第二横波的第二透射率，第一横波包括第一波长和第一偏振，第二透射率大于零且小于第一透射率，第二横波包括至少基本上匹配第一波长的第二波长和不同于第一偏振的第二偏振。
6、本领域技术人员在阅读以下详细描述并查看附图时将认识到附加特征和优点。
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1.一种装置(100L、100、100’、200、200’、300、400、500、600、700、700’、800、900、900’)，包括：
2.根据权利要求1所述的装置(100L、100、200、200’、300、400、500、600)，其中，所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430、530、630、TL’、TL”、TL”’)在所述近场(NF)中并且在所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430、530、630、TL’、TL”、TL”’)的边界框(111、113、511、513)中包括与所述至少一个另外的输出光束相比至少基本上相同的边界(114、512、514)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100L、100、200、200’、300、400、500、600)，其中，所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)包括以下中的至少一个：棱镜(121、122、421、422)，特别是三棱镜，轴锥镜(221、222)，透镜，特别是非球面透镜，顶帽式转换器，衍射光学元件诸如光栅，移相器，元表面，特别是
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100L、100、200、200’、300、400、500、600)，其中所述光束轮廓再分配器在平行于所述光路(O)的横截面中包括成对折射表面({{1201、1202}、{1203、1204}}、{{2201、2202}、{2203、2204}}、{{4201、4202}、{4203、4204}}、{{6201、6202}、{6203、6204}})，每对折射表面包括彼此相邻的两个折射表面({1201、1202}、{1203、1204}、{2201、2202}、{2203、2204}、{4201、4202}、{4203、4204}、{6201、6202}、{6203、6204})，其中所述光束轮廓再分配器包括以下中的至少一个：正三棱镜和正六角棱镜，和/或其中所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)包括一对棱镜(121、122、421、422)或一对轴锥镜(221、222)。
5.根据权利要求4所述的装置(100L、100、200、200’、300、400、500、600)，其中所述一对棱镜(121、122、421、422)中的棱镜或所述一对轴锥镜中的轴锥镜(221、222)至少基本上相对于彼此和/或相对于所述光轴(O)居中，至少基本上相同地成形，相对于所述光轴(O)和/或至少基本上垂直于所述光轴(O)的平面(124)至少基本上镜像对称地布置，和/或包括彼此平行和/或彼此背对的相应基部表面，和/或其中所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)包括两对棱镜，特别是相对于彼此和/或相对于所述光轴(O)旋转的两对棱镜。
6.根据权利要求1所述的装置(100L、700、800、900)，其中所述光束轮廓再分配器(720、820、920)包括用于将入射光束(TL)分成两个光束(TL’、TL”、TL”’)的部分分束器(PaBS-PaBS”’、PaBS1、PaBS2)，所述部分分束器(PaBS-PaBS”’、PaBS1、PaBS2)包括：
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100L、100、200、200’、300、400、500、600、900)，其中，所述光束轮廓再分配器(120、220、420、920)被配置为与当所述光束轮廓再分配器(120、220、420)不存在和/或被至少一个反射镜(M)代替时的所述至少一个另外的输出光束相比，改变所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430、530、630)中的光线(A-K)的顺序，而基本上不改变光束边界(114、514)和/或基本上不改变光束发散度。
8.根据权利要求7所述的装置(100L、100、200、200’、300、400、500、600)，其中所述光束轮廓再分配器(120、220、420)被配置为改变光线(A-K)的顺序，使得所述输入光束(110、210、302、410、610)的靠近所述输入光束(110、210、302、410、610)的边缘的光线被重定向到所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的靠近所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的中心线(O)的对应光线，和/或使得接近输入光束(110、210、302、410)的中心线(O)的输入光束(110、210...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种装置(100l、100、100’、200、200’、300、400、500、600、700、700’、800、900、900’)，包括：
2.根据权利要求1所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中，所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430、530、630、tl’、tl”、tl”’)在所述近场(nf)中并且在所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430、530、630、tl’、tl”、tl”’)的边界框(111、113、511、513)中包括与所述至少一个另外的输出光束相比至少基本上相同的边界(114、512、514)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中，所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)包括以下中的至少一个：棱镜(121、122、421、422)，特别是三棱镜，轴锥镜(221、222)，透镜，特别是非球面透镜，顶帽式转换器，衍射光学元件诸如光栅，移相器，元表面，特别是包括纳米天线的元表面，液晶显示器(lcd)，硅基液晶(lcos)，反射器，诸如数字微镜器件(dmd)，以及一组反射器，特别是至少两个反射镜，诸如微镜阵列。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中所述光束轮廓再分配器在平行于所述光路(o)的横截面中包括成对折射表面({{1201、1202}、{1203、1204}}、{{2201、2202}、{2203、2204}}、{{4201、4202}、{4203、4204}}、{{6201、6202}、{6203、6204}})，每对折射表面包括彼此相邻的两个折射表面({1201、1202}、{1203、1204}、{2201、2202}、{2203、2204}、{4201、4202}、{4203、4204}、{6201、6202}、{6203、6204})，其中所述光束轮廓再分配器包括以下中的至少一个：正三棱镜和正六角棱镜，和/或其中所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)包括一对棱镜(121、122、421、422)或一对轴锥镜(221、222)。
5.根据权利要求4所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中所述一对棱镜(121、122、421、422)中的棱镜或所述一对轴锥镜中的轴锥镜(221、222)至少基本上相对于彼此和/或相对于所述光轴(o)居中，至少基本上相同地成形，相对于所述光轴(o)和/或至少基本上垂直于所述光轴(o)的平面(124)至少基本上镜像对称地布置，和/或包括彼此平行和/或彼此背对的相应基部表面，和/或其中所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)包括两对棱镜，特别是相对于彼此和/或相对于所述光轴(o)旋转的两对棱镜。
6.根据权利要求1所述的装置(100l、700、800、900)，其中所述光束轮廓再分配器(720、820、920)包括用于将入射光束(tl)分成两个光束(tl’、tl”、tl”’)的部分分束器(pabs-pabs”’、pabs1、pabs2)，所述部分分束器(pabs-pabs”’、pabs1、pabs2)包括：
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600、900)，其中，所述光束轮廓再分配器(120、220、420、920)被配置为与当所述光束轮廓再分配器(120、220、420)不存在和/或被至少一个反射镜(m)代替时的所述至少一个另外的输出光束相比，改变所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430、530、630)中的光线(a-k)的顺序，而基本上不改变光束边界(114、514)和/或基本上不改变光束发散度。
8.根据权利要求7所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中所述光束轮廓再分配器(120、220、420)被配置为改变光线(a-k)的顺序，使得所述输入光束(110、210、302、410、610)的靠近所述输入光束(110、210、302、410、610)的边缘的光线被重定向到所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的靠近所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的中心线(o)的对应光线，和/或使得接近输入光束(110、210、302、410)的中心线(o)的输入光束(110、210、302、410、610)的光线被重定向到接近至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的边缘的至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的相应光线，其中，输入光束(110、210、302、410、610)的光线离所述输入光束(110、210、302、410、610)的中心线越近，则所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的所述对应光线离所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的边缘越近，和/或其中，所述输入光束(110、210、302、410、610)的所述光线离所述输入光束(110、210、302、410、610)的中心线越近，所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的对应光线离所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430)的边缘越近。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中，所述装置包括以下中的至少一个：
10.根据权利要求9所述的装置(300)，其中所述光束轮廓再分配器(320)被布置在所述光源(301)和所述准直器(325)之间的所述光路(o)中，其中所述光束轮廓再分配器(320)被布置在所述光路(o)中以接收发散的输入光束(302)并且被配置为透射发散的中间光束(312)，以转换所述输入光束(302)的光线(a-k)，所述发散的中间光束(312)包括与所接收的发散的输入光束(302)至少基本相同的角跨度(γ)，所述输入光束(302)的所述光线包括入射角，进入所述中间光束(312)的光线(f-g)，使得所述中间光束(312)的所述光线(f-g)包括与所述入射角不同的出射角，其中所述入射角的绝对值越低，所述出射角的绝对值越高，和/或其中所述入射角的绝对值越高，所述出射角的绝对值越低。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中，所述给定测量孔径(ap)由安全标准限定，特别是由1类激光标准限定，其中，所述装置满足所述安全标准，其中，所述给定测量孔径(ap)包括至少基本上圆形或椭圆形的形状或至少基本上正方形/矩形的形状，特别是直径为约5mm至约15mm、更典型地直径为约6mm至约9mm、甚至更典型地直径为约7mm的圆形形状，或约5mm至约11mm底长、更通常约5mm至约9mm底长、甚至更通常约7mm底长的正方形形状，和/或其中给定测量孔径(ap)的面积在约9mm2至约121mm2的范围内，更通常在约25mm2至约81mm2的范围内，甚至更通常在约35mm2至约50mm2的范围内，例如约38mm2或约49mm2。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600)，其中，所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)被布置在所述光路(o)中，并且被配置为使得所述再分配的光束强度轮廓至少基本上保持直到距所述光束轮廓再分配器(120、220、320、420)和/或所述装置的光学出口至少1m、更典型地至少3m、甚至更典型地至少5m的距离(dz、dz1)，和/或所述远场(ff)在所述装置外部开始，特别是在距光束轮廓再分配器(120、220、320、420)和/或装置的光学出口至少10m或甚至20m的距离处。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100l、100、200、200’、300、400、500、600、500)，其中所述边界框(511)位于相对于所述光路(o)的所述至少一个输出光束(130、230、312、330、430、530、630)包括腰部的位置处，其中所述边界框(511)是所述近场中的至少一个输出光束的最小边界框，和/或其中相应的输出光功率是指所述近场内的相应的最大值或峰值。
14.一种装置(700、700’、800、900、900’)，包括：
15.根据权利要求6或14所述的装置(100-900’)，其中，所述装置包括顺序地布置在所述光路(o)中的至少两个单件式部分分束器。
16.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·埃谢尔，N·费尔德姆斯，Y·伊法特，H·Y·施法拉姆，A·恩廷，
申请(专利权)人：应诺维思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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