一种激光雷达发射光学系统的确定方法及电子设备与流程

1.本发明属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达发射光学系统的确定方法及电子设备。


背景技术：

2.激光雷达具有测距精度高、角度分辨率高、重复频率高的优异性能，在智能机器人、自动牵引车、辅助驾驶以及安防等领域均有广泛应用。在激光雷达中，发射光学系统的功能包括光源功率输出、光束准直和整形等功能，发射光学系统的性能直接关系到激光雷达对目标进行探测、测量和定位的性能。
3.在激光雷达的发射光学系统中，输出光束的发散角越小，其角度分辨率越高，但对应的发射光学系统的焦距越大，由此会导致发射光学系统长度和成本随之增大，不利于激光雷达小型化、低成本的发展趋势。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种激光雷达发射光学系统的确定方法及电子设备，能够在保证发射光学提供发射功率的前提下减小系统尺寸。
5.本发明实施例的第一方面提供了一种激光雷达发射光学系统的确定方法，包括：
6.构建发射光学系统，所述发射光学系统包括光源、别汉棱镜和平凸透镜；所述光源设置在所述别汉棱镜的入射面，且位于所述别汉棱镜的入射光轴上；所述平凸透镜的平面与所述别汉棱镜的出射面贴合；
7.获取所述发射光学系统的第一折射率和第二折射率；所述第一折射率为所述别汉棱镜的折射率，所述第二折射率为所述平凸透镜的折射率；
8.基于边缘光线能够经过所述别汉棱镜进入所述平凸透镜的约束条件，计算别汉棱镜入射孔径的第一长度和第二长度；所述第一长度为所述入射孔径在所述主截面上的长度；所述第二长度为所述入射孔径垂直于所述主截面方向的长度；
9.基于基于所述第一折射率、所述第二折射率以及等光程原理，计算所述平凸透镜的椭球面方程；
10.基于所述平凸透镜中边缘光线的入射高度，计算所述平凸透镜在光轴处的厚度；
11.基于所述第一长度、所述第二长度、所述椭球面方程以及所述厚度，调整所述发射光学系统。
12.本发明实施例的第二方面提供了一种激光雷达发射光学系统，包括光源、别汉棱镜和平凸透镜；所述光源设置在所述别汉棱镜的入射面，且位于所述别汉棱镜的入射光轴上；所述平凸透镜的平面与所述别汉棱镜的出射面贴合；
13.其中，所述平凸透镜的椭球面方程、所述平凸透镜在光轴处的厚度、第一长度和第二长度基于如上所述的方法确定，所述第一长度为所述别汉棱镜的入射孔径在别汉棱镜主截面上的长度，所述第二长度为所述别汉棱镜的入射孔径在垂直于所述别汉棱镜主截面方
向的长度。
14.本发明实施例的第三方面提供了一种激光雷达，包括如上所述的激光雷达发射光学系统。
15.本发明实施例的第四方面提供了一种激光雷达发射光学系统的确定装置，包括：
16.发射光学系统构建模块，用于构建发射光学系统，所述发射光学系统包括光源、别汉棱镜和平凸透镜；所述光源设置在所述别汉棱镜的入射面，且位于所述别汉棱镜的入射光轴上；所述平凸透镜的平面与所述别汉棱镜的出射面贴合；
17.获取模块，用于获取所述发射光学系统的第一折射率和第二折射率、第一半发散角以及第二半发散角；所述第一折射率为所述别汉棱镜的折射率，所述第二折射率为所述平凸透镜的折射率；
18.入射孔径计算模块，用于基于边缘光线能够经过所述别汉棱镜进入所述平凸透镜的约束条件，计算别汉棱镜入射孔径的第一长度和第二长度；所述第一长度为入射孔径在所述主截面上的长度，所述第二长度为所述入射孔径垂直于所述主截面方向的长度；
19.椭球面方程计算模块，用于基于所述第一折射率、所述第二折射率以及等光程原理，计算所述平凸透镜的椭球面方程；
20.厚度计算模块，用于基于所述平凸透镜中边缘光线的入射高度，计算所述平凸透镜在光轴处的厚度；
21.调整模块，用于基于所述第一长度、所述第二长度、所述椭球面方程以及所述厚度，调整所述发射光学系统
22.本发明实施例的第五方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
23.本发明实施例的第六方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
24.本发明实施例的第七方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面中任一项所述方法的步骤。
25.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法包括构建发射光学系统，发射光学系统包括光源、别汉棱镜和平凸透镜；获取发射光学系统的第一折射率和第二折射率；基于边缘光线能够经过别汉棱镜进入平凸透镜的约束条件，计算别汉棱镜入射孔径的第一长度和第二长度；基于第一折射率、第二折射率以及等光程原理，计算平凸透镜的椭球面方程；基于平凸透镜中边缘光线的入射高度，计算平凸透镜在光轴处的厚度；基于第一长度、第二长度、椭球面方程以及厚度，调整上述发射光学系统。本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法能够在保证发射功率的前提下减少系统的尺寸，实现系统小型化。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。
27.图1a是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的立体结构示意图；
28.图1b是图1a中激光雷达发射光学系统在别汉棱镜主截面方向的截面图；
29.图2是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法的实现流程示意图；
30.图3a是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法中的别汉棱镜主截面方向的光束传输示意图；
31.图3b是光束传输在别汉棱镜主截面方向的展开图。
32.图4是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法中的又一光束传输原理示意图；
33.图5是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法中的等效光路图；
34.图6是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法的效果示意图；
35.图7a是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法中光束在别汉棱镜出射面处的光强分布；
36.图7b是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法中经平凸透镜准直输出后的光束在100米处的光强分布；
37.图8是本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定装置的结构示意图；
38.图9是本发明实施例提供的电子设备示意图。
具体实施方式
39.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
40.为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
41.激光雷达的发射光学系统通常通过凸透镜系统实现激光功率的输出和光束准直，需将光源置于凸透镜焦平面处。为了保证高效的功率输出，光源发散角与透镜系统的半孔径尺寸、焦距需要满足其中，α为光源发散角，r为凸透镜半孔径尺寸，f为凸透镜焦距。准直后的激光输出光束发散角取决于光源半高和凸透镜焦距，可表示为：其中，θ为输出光束发散角，y为光源半高，f为凸透镜焦距。为了减小输出光束发散角，需增大凸透镜焦距，会导致发射光学系统的长度增大，不利于激光雷达的小型化。
42.图1a和图1b示出了本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的结构示意图，其中图1a为激光雷达发射光学系统立体结构示意图，图1b为发射光学系统在别汉棱镜主截面方向截面图。上述激光雷达发射光学系统包括光源、别汉棱镜和平凸透镜。光源设置在别汉棱镜的入射面，且位于别汉棱镜的入射光轴上，平凸透镜的平面与别汉棱镜的出射面贴合。
43.在图1a和图1b中，面e1e2a2a1为别汉棱镜的入射平面，面d1d2c2’
c1’
为别汉棱镜的出射平面。入射平面在主截面方向的长度为a，在垂直于主截面方向的长度为b；出射平面在主
截面方向的长度为e，在垂直于主截面方向的长度为b。别汉棱镜由施密特棱镜和五角棱镜构成，在本实施例中，入射平面e1e2a2a1所在的棱镜e1a1b1c
1-e2a2b2c2为施密特棱镜，出射平面d1d2c2’
c1’
所在的棱镜d1c1’
e1’‑
d2c2’
e2’
为五角棱镜。
44.图2示出了本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统确定方法的实现流程示意图。参见图2，本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统确定方法可以包括步骤s101至s106。
45.s101：构建发射光学系统，发射光学系统包括光源、别汉棱镜和平凸透镜。光源设置在别汉棱镜的入射面，且位于别汉棱镜的入射光轴上，平凸透镜的平面与别汉棱镜的出射面贴合。
46.在一些实施例中，发射光学系统的结构如图1a和图1b所示，在图1a和图1b中，光源s位于别汉棱镜入射面的中心点o’处。
47.具体的，光源紧贴别汉棱镜的入射面，平凸透镜的平面紧贴别汉棱镜的出射面。
48.可选的，光源为激光二极管。
49.激光二极管存在像散特性，即发射光束相对于芯片结面呈非对称性的椭圆形分布，在快轴方向上发散角较大，在慢轴方向上发散角较小。
50.在一个具体的示例中，激光二极管的慢轴方向为y轴方向，快轴方向为x轴方向。
51.在一些实施例中，别汉棱镜的出射孔径平面与平凸透镜的平面粘合。
52.在一个具体的示例中，别汉棱镜与平凸透镜的粘合厚度为50至100微米，黏胶涂敷在面d1d2b2b1的边缘处，涂敷宽度为0.5至1毫米。
53.可选的，别汉棱镜与平凸透镜之间的固定方式包括压合、紧固等。
54.在一些实施例中，s101之前，激光雷达发射光学系统设计的方法还包括：
55.基于别汉棱镜在主截面方向的全反射条件，计算第一半发散角和第一折射率之间的第一约束条件，其中第一半发散角αh为平行于别汉棱镜主截面的光源半发散角。
56.图3a和图3b示出了本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统确定方法中的别汉棱镜主截面方向的光束传输原理图。其中图3a为别汉棱镜主截面方向的光束传输示意图，图3b为别汉棱镜主截面方向的展开图。
57.参见图3a和图3b，在主截面方向，对于光源s发出的半发散角为αh的光束，在发射光学系统内的传输过程包括：由入射面ea入射至施密特棱镜，在ec面发生全反射，在ab面再次反射，经过ec和e’c’面进入五角棱镜；在dc’面发生全反射，依次在e’d面和e’c’面再次发生反射，最后经过dc’面出射，由平凸透镜准直输出。
58.在本实施例中，别汉棱镜可以实现光路折叠，在有限的空间内大大增加系统焦距。
59.具体的，ab面和e’d面可以镀针对光源波长的高反膜。
60.参见图3a和图3b，在主截面方向，全反射条件体现在边缘光线能够在ec面和dc’面处发生全反射。
61.由别汉棱镜的几何性质可得，第一约束条件可以包括：其中，n1为第一折射率，即别汉棱镜的折射率；αh为第一半发散角，即平行于别汉棱镜主截面的光源半发散角。
62.基于别汉棱镜在垂直于主截面方向的全反射条件，计算第二半发散角和第一折射
率之间的第二约束条件，其中第二半发散角αv为垂直于别汉棱镜主截面的光源半发散角。
63.图4示出了本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统确定方法中垂直于别汉棱镜主截面方向的光束传输原理图。
64.参见图4，在垂直于别汉棱镜主截面的方向，全反射条件体现在边缘光线能够在ec面和dc’面处发生全反射。
65.由别汉棱镜的几何性质可得，第二约束条件可以包括：其中，n1为第一折射率，即别汉棱镜的折射率；αv为第二半发散角，即垂直于别汉棱镜主截面的光源半发散角。
66.确定满足第一约束条件、第二约束条件的光源和别汉棱镜。
67.在一些实施例中，s101之前，激光雷达发射光学系统的确定方法还包括：
68.基于别汉棱镜的几何性质，计算第一半发散角和第一折射率之间的第三约束条件。
69.参见图3a和图3b，基于别汉棱镜的几何性质，在别汉棱镜主截面方向，为了保证中心光线和边缘光线都能经过别汉棱镜入射到平凸透镜，可得第三约束条件包括：其中，n1为第一折射率，即别汉棱镜的折射率；αh为第一半发散角，即平行于别汉棱镜主截面的光源半发散角。
70.确定满足第三约束条件的光源和别汉棱镜。
71.由第三约束条件可知，基于别汉棱镜固定的几何性质，其接收边缘光线的角度仅与别汉棱镜的第一折射率有关，第一折射率越大，其允许的发散角越大。
72.s102：获取发射光学系统的第一折射率n1和第二折射率n2。第一折射率n1为别汉棱镜的折射率，第二折射率n2为平凸透镜的折射率。
73.s103：基于边缘光线能够经过别汉棱镜进入平凸透镜的约束条件，计算别汉棱镜入射孔径的第一长度a和第二长度b；第一长度a为入射孔径在主截面上的长度；第二长度b为入射孔径垂直于主截面方向的长度。
74.在一些实施例中，s103可以包括：
75.获取别汉棱镜出射孔径在主截面上的长度限值，根据别汉棱镜的几何性质和上述出射孔径在主截面上的长度限值，确定第一长度的取值范围。
76.根据计算第二长度的最小值；其中，αv为第二半发散角，b为第二长度，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离，n1为第一折射率。将第二长度的最小值作为第二长度。
77.本发明实施例能够针对激光二极管的像散特性确定别汉棱镜的入射孔径，将入射孔径与激光二极管的光束分布特性相匹配，使得发射光学系统的尺寸实现最优。
78.s104：基于第一折射率、第二折射率以及等光程原理，计算平凸透镜的椭球面方程。
79.图5示出了本发明实施例提供的发射光学系统在别汉棱镜主截面方向的光束传输
等效光路图。
80.基于费马等光程原理和折射定律，主截面上半发散角为αh的光束经过别汉棱镜再由平凸透镜准直输出的过程需要满足以下关系：
[0081][0082]
其中，δ1为光源至别汉棱镜入射面的距离，δ为别汉棱镜内部两个粘合面间的距离，δ2为别汉棱镜出射面至平凸透镜平面的距离，αh为第一半发散角，α
′h为边缘光线入射至别汉棱镜的折射角，β
′h为边缘光线入射到平凸透镜的折射角，n1为第一折射率，n2为第二折射率，d为平凸透镜在光轴处的厚度，x为边缘光线入射到平凸透镜内沿光轴方向的距离，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离。
[0083]
在本实施例中，光源至别汉棱镜入射面的距离、别汉棱镜内部两个粘合面间的距离以及别汉棱镜出射面至平凸透镜平面的距离越小，越有利于缩小发射光学系统的尺寸。其中别汉棱镜内部的两个粘合面是指图1a中施密特棱镜e1a1b1c
1-e2a2b2c2的出射面e1c1c2e2和五角棱镜d1c1’
e1’‑
d2c2’
e2’
的入射面e1’
c1’
c2’
e2’
。
[0084]
在一个具体的示例中，在光源紧贴别汉棱镜入射面，别汉棱镜内五角棱镜与施密特棱镜紧密贴合，别汉棱镜的出射面与平凸透镜粘合的情况下，将以上三个距离视为零。
[0085]
此时，光束在别汉棱镜中沿光轴方向的等效距离其中a为别汉棱镜入射孔径在主截面上的长度。
[0086]
基于别汉棱镜的几何性质，别汉棱镜的实际长度其中，a为别汉棱镜入射孔径在主截面上的长度。参见图1a，别汉棱镜的实际长度c即为别汉棱镜的入射面e1e2a2a1和出射面d1d2c2’
c1'之间的距离。
[0087]
在一些实施例中，第一折射率等于第二折射率，椭球面方程包括：
[0088][0089]
其中，x
′
和y
′
为椭球面在别汉棱镜主截面方向的坐标值，n为第一折射率和第二折射率，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离，d为平凸透镜在光轴处的厚度。
[0090]
进一步的，在第一折射率等于第二折射率时，发射光学系统的等效焦距：
[0091]
发射光学系统的实际长度
其中，f
′
为发射光学系统的等效焦距，n为发射光学系统的折射率；a为第一长度，即入射孔径在主截面上长度；d为平凸透镜在光轴处的厚度；l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离，ls为发射光学系统的实际长度，c为别汉棱镜的实际长度。
[0092]
在一些实施例中，为了实现发射光学系统的小型化，需要降低系统长度和等效焦距的比值。
[0093]
具体的，系统长度和等效焦距的比值为：可见，为了降低该比值，需要减小折射率并减小平凸透镜的厚度。
[0094]
s105：基于平凸透镜中边缘光线的入射高度，计算平凸透镜在光轴处的厚度。
[0095]
在一些实施例中，s105可以包括：
[0096]
基于主截面方向上的厚度约束条件计算厚度的第一下限值；
[0097]
基于垂直于主截面方向上的厚度约束条件计算厚度的第二下限值；
[0098]
将第一下限值和第二下限值中较大的值作为平凸透镜在光轴处的厚度。
[0099]
具体的，以上约束条件为平凸透镜在光轴处的厚度受限于边缘光线的入射高度，即在椭球面方程中，当x
′
＝0时，y
′
的值大于别汉棱镜的出射孔径高度。
[0100]
其中，当x
′
＝0时，
[0101]
在主截面方向，别汉棱镜的出射孔径高度为在垂直于主截面方向，别汉棱镜的出射孔径高度为
[0102]
在一些实施例中，主截面方向上的厚度约束条件包括：
[0103][0104]
垂直于主截面方向上的厚度约束条件包括：
[0105][0106]
其中，d为平凸透镜在光轴处的厚度，n为第一折射率和第二折射率为，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离，a为第一长度，b为第二长度。
[0107]
s106：基于第一长度、第二长度、椭球面方程以及厚度，调整发射光学系统。
[0108]
本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法能够在保证发射功率的前提下减少系统的尺寸，实现系统小型化。基于别汉棱镜的光路折叠原理和平凸透镜对光束的准直作用，使发射光学系统在一定系统长度下获得更大的等效焦距，同时有效减小光
束发散角，能够使得系统结构更加紧凑，体积更小，成本更低。另一方面，针对激光二极管的像散特性设计与边缘光线匹配的孔径尺寸，进一步提高发射光学系统的空间利用率。
[0109]
在一个具体的示例中，选用激光波长为905纳米的激光二极管作为光源，发光功率为75瓦，有源区为三节发光，尺寸为235
×
20μm；235其快轴的峰值半强度发散角为20
°
，慢轴的峰值半发散角为10
°
。
[0110]
将激光二极管的慢轴方向设置为平行于别汉棱镜主截面，快轴方向设置为垂直于别汉棱镜主截面，则第一半发散角为αh＝16.98
°
，第二半发散角为αv＝8.49
°
。
[0111]
基于第一约束条件、第二约束条件以及第三约束条件选择d-zpk1a材料制作发射光学系统。对于上述激光波长，该材料的折射率为1.612。
[0112]
在本实施例中，出射光束的发散角可以表示为：其中，θ为发射光束的发散角，y为光源半高，n为发射光学系统的折射率，d为平凸透镜在光轴处的厚度，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离。
[0113]
基于以上步骤计算别汉棱镜的入射孔径，得到第一长度a＝10.00mm，第二长度b＝20.38mm，出射孔径e＝16.23mm，b＝20.38mm。
[0114]
进一步计算得到平凸透镜的椭球面圆锥系数为曲率半径为：r＝19.98mm，在光轴处的厚度为d＝6mm。
[0115]
图6示出了本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法的效果示意图，参见图6，本示例给出了发射光学系统能够实现激光光束的准直输出。
[0116]
图7a和图7b示出了本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定方法的又一效果示意图，其中图7a示出了光束在别汉棱镜出射面处的光强分布，图7b示出了经平凸透镜准直输出后的光束在100米处的光强分布。
[0117]
由图7a和图7b可知，别汉棱镜的出射孔径与激光二极管的光束分布相匹配，能够提高系统的空间利用率。在100米的探测器接收到的光功率为73瓦，传输效率为97％，可见本发明实施例提供的确定方法能够利用全反射特性以及入射孔径与光束的匹配实现高效输出；广场分布显示激光光源三节分别，光斑尺寸为378mm
×
32mm。
[0118]
本发明实施例最终得到的系统长度为等效焦距为能够有效减小发射光学系统的尺寸。
[0119]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0120]
本发明实施例提供了一种激光雷达发射光学系统，包括光源、别汉棱镜和平凸透镜；光源设置在别汉棱镜的入射面，且位于别汉棱镜的入射光轴，平凸透镜的平面与别汉棱镜的出射面贴合。其中，平凸透镜的椭球面方程、平凸透镜在光轴处的厚度、第一长度和第二长度基于如上所述的激光雷达发射光学系统的确定方法确定。第一长度为别汉棱镜的入
射孔径在别汉棱镜主截面上的长度，第二长度为别汉棱镜的入射孔径在垂直于所述别汉棱镜主截面方向的长度。
[0121]
可选的，平凸透镜也可以替换为满足等光程条件的双凸透镜、弯月凸透镜、非球面凸透镜等。
[0122]
本发明实施例提供了一种激光雷达，该激光雷达包括上述激光雷达发射光学系统。
[0123]
可选的，激光雷达中的发射光学系统可以运用在收发轴平行的激光雷达光路，形成非共轴激光雷达。
[0124]
可选的，激光雷达中的发射光学系统可以运用在收发轴重合的激光雷达光路，形成共轴激光雷达。
[0125]
图8示出了本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统确定装置的结构示意图。参见图8，本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统确定装置80可以包括发射光学系统构建模块810、获取模块820、入射孔径计算模块830、椭球面方程计算模块840、厚度计算模块850、调整模块860。
[0126]
发射光学系统构建模块810，用于构建发射光学系统，发送光学系统包括光源、别汉棱镜和平凸透镜；光源设置在别汉棱镜的入射面，且位于别汉棱镜的入射光轴上；平凸透镜的平面与别汉棱镜的出射面贴合。
[0127]
获取模块820，用于获取发射光学系统的第一折射率和第二折射率；第一折射率为别汉棱镜的折射率，第二折射率为平凸透镜的折射率。
[0128]
入射孔径计算模块830，用于基于边缘光线能够经过别汉棱镜进入平凸透镜的约束条件，计算别汉棱镜入射孔径的第一长度和第二长度；第一长度为入射孔径在主截面上的长度，第二长度为入射孔径垂直于主截面方向的长度。
[0129]
椭球面方程计算模块840，用于基于第一折射率、第二折射率以及等光程原理，计算平凸透镜的椭球面方程。
[0130]
厚度计算模块850，用于基于平凸透镜中边缘光线的入射高度，计算平凸透镜在光轴处的厚度。
[0131]
调整模块860，用于基于第一长度、第二长度、椭球面方程以及厚度，调整发射光学系统。
[0132]
本发明实施例提供的激光雷达发射光学系统的确定装置能够在保证发射功率的前提下减小系统的尺寸，实现系统的小型化。
[0133]
在一些实施例中，激光雷达发射光学系统的确定装置80还包括第一约束模块，用于基于别汉棱镜在主截面方向的全反射条件，计算第一半发散角和第一折射率之间的第一约束条件。基于别汉棱镜在垂直于主截面方向的全反射条件，计算第二半发散角和第一折射率之间的第二约束条件。其中，第一半发散角为平行于别汉棱镜主界面的光源半发散角，第二半发散角为垂直于别汉棱镜主截面的光源半发散角确定满足第一约束条件、第二约束条件的光源和别汉棱镜。
[0134]
在一些实施例中，激光雷达发射光学系统的确定装置80还包括第二约束模块，用于基于别汉棱镜的几何性质，计算第一半发散角和第一折射率之间的第三约束条件。确定满足第三约束条件的光源和别汉棱镜。
[0135]
在一些实施例中，入射孔径计算模块830具体用于：根据计算第二长度的最小值；其中，αv为第二半发散角，b为第二长度，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离，n1为第一折射率。将第二长度的最小值作为第二长度。
[0136]
在一些实施例中，椭球面方程包括：其中，x
′
和y
′
为椭球面在别汉棱镜主截面方向的坐标值，n为第一折射率和第二折射率，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离，d为平凸透镜在光轴处的厚度。
[0137]
在一些实施例中，厚度计算模块850具体用于：基于主截面方向上的厚度约束条件计算厚度的第一下限值。基于垂直于主截面方向上的厚度约束条件计算厚度的第二下限值。将第一下限值和第二下限值中较大的值作为平凸透镜在光轴处的厚度。
[0138]
主截面方向上的厚度约束条件包括：
[0139]
垂直于主截面方向上的厚度约束条件包括：垂直于主截面方向上的厚度约束条件包括：
[0140]
其中，d为平凸透镜在光轴处的厚度，n为第一折射率和第二折射率为，l为光束在别汉棱镜中沿光轴方向的距离，a为第一长度，b为第二长度。
[0141]
图9是本发明一实施例提供的电子设备的示意图。如图9所示，该实施例的电子设备90包括：处理器900、存储器910以及存储在所述存储器910中并可在所述处理器900上运行的计算机程序920，例如激光雷达发射光学系统的设计程序。所述处理器90执行所述计算机程序920时实现上述各个激光雷达发射光学系统的确定方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤s101至s106。或者，所述处理器900执行所述计算机程序920时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图8所示模块810至860的功能。
[0142]
示例性的，所述计算机程序920可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器910中，并由所述处理器900执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序920在所述电子设备90中的执行过程。例如，所述计算机程序920可以被分割成发射光学系统构建模块、获取模块、入射孔径计算模块、椭球面方程计算模块、厚度计算模块、调整模块。
[0143]
所述电子设备90可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备可包括，但不仅限于，处理器900、存储器910。本领域技术人员可以理解，图9仅仅是电子设备90的示例，并不构成对电子设备90的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设
备、网络接入设备、总线等。
[0144]
所称处理器900可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0145]
所述存储器910可以是所述电子设备90的内部存储单元，例如电子设备90的硬盘或内存。所述存储器910也可以是所述电子设备90的外部存储设备，例如所述电子设备90上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器910还可以既包括所述电子设备90的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器910用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器910还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0146]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0147]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0148]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0149]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0150]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0151]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0152]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0153]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。