[发明专利]用于激光雷达系统中的改进的分辨率的光学设计和检测器设计

权利要求书

1.一种光学系统，包括：

激光源，所述激光源具有发射区，所述发射区具有在第一方向上的第一宽度以及具有在与所述第一方向正交的第二方向上的第一高度，所述第一宽度大于所述第一高度；

柱面透镜，所述柱面透镜具有负光焦度并且位于所述激光源的前方，所述柱面透镜被定向成使得所述柱面透镜的光焦度轴基本上沿着所述第一方向，所述柱面透镜被配置成将由所述激光源发射的激光束的所述发射区转换为具有虚拟宽度和虚拟高度的虚拟发射区，所述虚拟宽度小于所述第一宽度；以及

旋转对称透镜，所述旋转对称透镜位于所述柱面透镜的下游，所述旋转对称透镜被配置成准直所述激光束并且将所述激光束向远场导向。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述激光源包括固态激光源。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述柱面透镜与所述激光源被集成在单个成套设备中。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述激光源、所述柱面透镜和所述旋转对称透镜被用于激光雷达系统中。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述激光源和所述柱面透镜被配置成在所述旋转对称透镜的焦平面中一致地平移，以便扫描所述激光束。

6.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，还包括：

第二激光源，所述第二激光源布置在所述激光源附近，使得所述激光源和所述第二激光源形成激光阵列；以及

第二柱面透镜，所述第二柱面透镜位于所述第二激光源的前方，并且被配置成将由所述第二激光源发射的第二激光束的第二发射区转换为第二虚拟发射区；

其中，所述旋转对称透镜被进一步地配置成准直所述第二激光束并且将所述第二激光束向所述远场导向。

7.一种用于三维成像的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括：

激光源，所述激光源被配置成发射多个激光脉冲，所述激光源具有发射区，所述发射区具有在第一方向上的第一宽度以及具有在与所述第一方向正交的第二方向上的第一高度，所述第一宽度大于所述第一高度；

柱面透镜，所述柱面透镜具有负光焦度并且位于所述激光源的前方，所述柱面透镜被定向成使得所述柱面透镜的光焦度轴基本上沿着所述第一方向，所述柱面透镜被配置成将所述发射区转换为具有虚拟宽度和虚拟高度的虚拟发射区，所述虚拟宽度小于所述第一宽度；

发射透镜，所述发射透镜位于所述柱面透镜的下游，所述发射透镜是旋转对称的，并且被配置成准直所述多个激光脉冲并且将所述多个激光脉冲向一个或多个对象导向，所述一个或多个对象反射所述多个激光脉冲，以产生多个返回激光脉冲；

接收透镜，所述接收透镜是旋转对称的，并且被配置成接收所述多个返回激光脉冲中的每一个返回激光脉冲并且将所述多个返回激光脉冲中的每一个返回激光脉冲聚焦至所述接收透镜的焦平面处的返回束斑；

检测器，所述检测器具有位于所述接收透镜的所述焦平面处的检测表面，并且被配置成接收和检测所述多个返回激光脉冲中的每一个返回激光脉冲；以及

处理器，所述处理器耦合至所述激光源和所述检测器，所述处理器被配置成：

确定所述多个返回激光脉冲中的每一个返回激光脉冲的飞行时间；以及

基于所确定的所述多个返回激光脉冲中的每一个返回激光脉冲的飞行时间来构建所述一个或多个对象的三维图像。

8.根据权利要求7所述的激光雷达系统，其特征在于，所述柱面透镜与所述激光源被集成在单个成套设备中。