一种衍射光学元件及制造其的方法、车载激光雷达系统与流程

本申请涉及光学器件设计及制造领域，更具体地，涉及一种衍射光学元件及制造其的方法、车载激光雷达系统。

背景技术：

1、车载激光雷达系统包括发射端和接收端，其中，发射端用于发射探测激光，接收端用于接收探测激光被目标探测物发射后的信息光。目前的研究中，发射端主要采用以下三种方案：①光源+泛光匀光器件、②光源+点阵匀光器件、③光源阵列+透镜。

2、由于接收端的芯片间存在间距，因此，使用光源+泛光匀光器件时，车载激光雷达系统的探测距离较近，而使用光源阵列+透镜时，车载激光雷达系统的探测距离较远。但是，如果采用光源阵列+透镜的方案，那么由于透镜的价格较高，会导致车载激光雷达系统的性价比不高。

3、当采用光源+点阵匀光器件的方案时，车载激光雷达系统的价格与采用光源+泛光匀光器件的方案时车载激光雷达系统的价格相当，但探测距离却好于后者。因此，光源+点阵匀光器件的方案在车载激光雷达系统的发射端中存在一定的应用和研究价值。

4、当前的点阵匀光器件主要是使用达曼光栅，对于达曼光栅而言，如果需要实现较大的扩散角度则要求达曼光栅的加工尺寸较小，换言之，如果达曼光栅的加工尺寸较大时则无法实现较大的扩散角度。此外，达曼光栅的扩散角度通常小于60°*60°，而在中短距激光雷达中，发射端的扩散角度通常需要大于100°以上。因此，受加工工艺和设计原理的限制，目前采用达曼光栅的点阵匀光器件无法满足中短距激光雷达的使用要求。

技术实现思路

1、本申请提供了一种可至少部分解决相关技术中存在的上述问题的衍射光学元件及其制备方法、车载激光雷达系统。

2、本申请一方面提供一种衍射光学元件包括：基层以及光栅层，光栅层设置在基层的一侧，光栅层包括第一区域和第二区域。其中，第一区域采用第一光栅，第二区域采用第二光栅，且第二光栅具有至少两种旋转角度。

3、在一些实施方式中，第一光栅采用达曼光栅；第二光栅采用消除零级的像素化光栅。

4、在一些实施方式中，第二区域至少部分包围第一区域。

5、在一些实施方式中，第一区域位于光栅层的中心位置处、边缘处或者角落处。

6、在一些实施方式中，第一区域的面积小于第二区域的面积。

7、在一些实施方式中，达曼光栅的微结构的高度与像素化光栅的微结构的高度相同。

8、在一些实施方式中，达曼光栅的微结构的高度与像素化光栅的微结构的高度为入射光波长/(2*(微结构的折射率-1))。

9、在一些实施方式中，达曼光栅的光栅周期大于入射光波长的十倍。

10、在一些实施方式中，第一区域设置有多个达曼光栅，每个达曼光栅配置为产生十一个衍射点，同一达曼光栅的光栅周期相同，同一达曼光栅的方向角相同。

11、在一些实施方式中，达曼光栅的方向角为0°和90°。

12、在一些实施方式中，达曼光栅采用±5级光栅衍射。

13、在一些实施方式中，第二区域设置有多个像素化光栅，每个像素化光栅配置为产生两个衍射点，且至少两个像素化光栅的周期和方向角不相同。

14、在一些实施方式中，光栅层的扩散光场在两个方向上的扩散角度均在60°～180°范围内；其中，第一区域对应的扩散角度小于60°*60°。

15、一种制造衍射光学元件的方法，包括：在基层的一侧形成光栅层，光栅层包括第一区域和第二区域。其中，形成光栅层包括：在第一区域形成第一光栅，在第二区域形成消除零级的第二光栅，且第二光栅具有至少两种旋转角度。

16、在一些实施方式中，第一光栅采用达曼光栅；第二光栅采用消除零级的像素化光栅。

17、在一些实施方式中，形成光栅层时，第二区域至少部分包围第一区域。

18、在一些实施方式中，形成光栅层时，在中心位置处、或者边缘处或者角落处形成第一区域。

19、在一些实施方式中，第一区域的面积小于第二区域的面积。

20、在一些实施方式中，形成光栅层时，达曼光栅的微结构的高度与像素化光栅的微结构的高度相同。

21、在一些实施方式中，达曼光栅的微结构的高度与像素化光栅的微结构的高度为入射光波长/(2*(微结构的折射率-1))。

22、在一些实施方式中，达曼光栅的光栅周期大于入射光波长的十倍。

23、在一些实施方式中，形成光栅层时，在第一区域形成多个达曼光栅，每个达曼光栅配置为产生十一个衍射点，同一达曼光栅的光栅周期相同，同一达曼光栅的方向角相同。

24、在一些实施方式中，达曼光栅的方向角为0°和90°。

25、在一些实施方式中，形成光栅层时，在第二区域形成多个像素化光栅，每个像素化光栅配置为产生两个衍射点，且至少两个像素化光栅的周期和方向角不相同。

26、一种车载激光雷达系统包括：激光发射单元、如上所述的衍射光学元件和激光信号接收单元。其中，激光发射单元用于发射探测激光；衍射光学元件设置在激光发射单元的发射端，用于使探测激光均匀化；激光信号接收单元用于接收探测激光被目标区域反射后、携带图像信息的信息光。

27、本申请至少一个实施方式提供的衍射光学元件，通过在光栅层中的小面积区域采用达曼光栅，大面积区域采用像素化光栅，共同实现衍射光学元件的点阵扩散，降低达曼光栅结构的加工难度，也可避免单个光源无法对应多个目标光栅的情况，可在现有加工工艺的条件下实现较大的扩散角度以及较好的衍射能力。当本申请的上述衍射光学元件应用于车载激光雷达系统的发射端时，由于其具有较大的扩散角度以及较好的衍射能力，从而可提高车载激光雷达的探测距离。

技术特征：

1.一种衍射光学元件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的衍射光学元件，其特征在于，

5.根据权利要求1-4任一所述的衍射光学元件，其特征在于，

6.根据权利要求1-4任一所述的衍射光学元件，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的衍射光学元件，其特征在于，

8.根据权利要求1-4任一所述的衍射光学元件，其特征在于，

9.一种制造衍射光学元件的方法，其特征在于，包括：

10.一种车载激光雷达系统，其特征在于，包括：

技术总结
本申请提供一种衍射光学元件及制造其的方法、车载激光雷达系统。衍射光学元件包括基层和光栅层。光栅层设置在基层的一侧，光栅层包括第一区域和第二区域，第一区域的面积小于第二区域的面积。其中，第一区域采用达曼光栅，第二区域采用消除零级的像素化光栅，且像素化光栅具有至少两种旋转角度。本申请通过在光栅层中的小面积区域采用达曼光栅，大面积区域采用像素化光栅，共同实现衍射光学元件的点阵扩散，降低达曼光栅结构的加工难度，也可避免单个光源无法对应多个目标光栅的情况，可在现有加工工艺的条件下实现较大的扩散角度以及较好的衍射能力。

技术研发人员：吴尚亮,谢前森,黄虎钧,柴诚哲,陈俊逸
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：
技术公布日：2024/1/16