CN114371468A - 一种大视场激光雷达接收光路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大视场激光雷达接收光路，包括激光光源，激光光源发射激光，激光经激光光路被探测器接收，激光光路包括分光元件，激光光束经分光元件一分为二形成本振光束和发射光束，发射光束经微镜模块照射到目标区域后发生反射产生回波光束，回波光束又经微镜模块和本振光束进行相干混频后被探测器接收。本发明具有大视场角的扫描区域，可以大大增加激光雷达的扫描范围。

Description

一种大视场激光雷达接收光路
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，特别是一种大视场激光雷达接收光路。
背景技术
激光雷达包括光发射单元、光接收单元，发出的激光达到目标区域表面后发生反射，反射光被雷达光接收单元接收并由光电探测器探测，通过测量光束发出和被探测的时间差来实现对目标物的测距。激光光源发射的光束扫描范围越大，获得的信息越丰富，但是现有激光雷达多采用MEMS微镜机械旋转扫描的方式实现扫描大视角，扫描视角的范围取决于MEMS微镜旋转的角度和MEMS微镜的覆盖面积大小，因此现有的MEMS微镜为了保证足够的视角，无法实现装置整体的小型化，而且在复杂路况下使用也会造成可靠性降低。因此通过对现有的激光雷达的激光光路进行改进，在不增加MEMS微镜体积的情况下，增加激光雷达的扫描范围，成为了行业内亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种大视场激光雷达接收光路。本发明具有大视场角的扫描区域，可以大大增加激光雷达的扫描范围。
本发明的技术方案：一种大视场激光雷达接收光路，包括激光光源，激光光源发射激光，激光经激光光路被探测器接收，激光光路包括分光元件，激光光束经分光元件一分为二形成本振光束和发射光束，发射光束经微镜模块照射到目标区域后发生反射产生回波光束，回波光束又经微镜模块和本振光束进行相干混频后被探测器接收；所述的激光光源的发射方向设置多个偏振分光镜组合，激光光束经多个偏振分光镜组合后形成多个激光光路，每个激光光路的发射光束分别射向微镜模块，将各路的发射光束经微镜模块朝不同方向发射至目标区域，照射到目标区域后的反射光经微镜模块接收后产生多道回波光束，多道回波光束分别与对应激光光路的本振光束相干得到中频信号并被对应的探测器接收。
上述的大视场激光雷达接收光路中，所述的微镜模块包括一MEMS微镜，调整MEMS微镜角度，使MEMS微镜接收每个激光光路的发射光束并分别朝不同方向射向目标区域，通过调整MEMS微镜角度朝不同方向发射激光并以接收对应的回射光束，动态得到大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
前述的大视场激光雷达接收光路中，所述的微镜模块包括设置在每个激光光路上的MEMS微镜，每个激光光路的发射光束照射在对应光路的MEMS微镜，多个MEMS微镜发射不同出射方向的光束，通过多个MEMS微镜扫描接收不同方向的反射光束，组合形成大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
前述的大视场激光雷达接收光路中，所述的分光元件和偏振分光镜组合为同一装置，该装置包括一偏振分束立方体，该偏振分束立方体将激光光源发出的激光光束分为发射光束、本振光束和分路激光光束，分路激光光束射向下一个偏振分束立方体形成多个激光光路。
前述的大视场激光雷达接收光路中，所述的偏振分束立方体的B面依次镀有λ/4薄膜和反射膜，使得激光光束在偏振分束立方体中向三个方向分别射出发射光束、本振光束和分路激光光束。
前述的大视场激光雷达接收光路中，所述的偏振分束立方体还包括设置在出射方向上的1/4波片和反射镜，使得激光光束在偏振分束立方体中向三个方向分别射出发射光束、本振光束和分路激光光束。
前述的大视场激光雷达接收光路中，所述的偏振分光镜组合包括设置在发射光束方向上的第一偏振分光片和设置在本振光束方向上的第二偏振分光片；发射光束经第一偏振分光片后一路发射光束射向微镜模块，另一路发射光束射向下一个第一偏振分光片；本振光束经第二偏振分光片后一路本振光束射向探测器，另一路本振光束射向下一个第二偏振分光片。
前述的大视场激光雷达接收光路中，在回波光束的光路上设置第一调节元件，第一调节元件用以调整回波光束的方向和偏移量，使得回波光束和本振光束重合。
前述的大视场激光雷达接收光路中，在本振光束的光路上设置第二调节元件，第二调节元件用以调整本振光束的方向和偏移量，使得回波光束和本振光束重合。
前述的大视场激光雷达接收光路中，所述的第二偏振分光片与探测器之间设置有偏振分光棱镜，偏振分光棱镜且靠近探测器一侧设有两个透镜，本振光束和回波光束经偏振分光棱镜射向两个透镜，将本振光束和回波光束的相干光束分成偏振正交的两组光束，分别通过汇聚透镜将两组光束聚焦到探测器感光面上，被探测器差分接收。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
1、本发明中，所述的激光光源的发射方向设置多个偏振分光镜组合，激光光束经多个偏振分光镜组合后形成多个激光光路，每个激光光路的发射光束分别射向微镜模块，将各路的发射光束经微镜模块朝不同方向发射至目标区域，照射到目标区域后的反射光经微镜模块接收后产生多道回波光束，多道回波光束分别与对应激光光路的本振光束相干得到中频信号并被对应的探测器接收，与常规的通过转动MEMS微镜来实现扫描范围的增加方式相比，本发明通过向目标区域的不同方向发射多道激光光束，在不转动MEMS微镜或者小幅度转动MEMS微镜的情况下，就可以形成扫描和探测大视场角的扫描区域，大大增强了激光雷达的扫描范围，进而提高在复杂路况下的可靠性。
2、所述的第二偏振分光片与探测器之间设置有偏振分光棱镜，偏振分光棱镜且靠近探测器一侧设有两个透镜，本振光束和回波光束经偏振分光棱镜射向两个透镜，将本振光束和回波光束分成偏振正交的两组光束，分别通过汇聚透镜将两组光束聚焦到探测器感光面上，被探测器差分接收，通过将本振光束和回波光束分成偏振正交的两组光束，使得探测器能够差分接收，有效提高信噪比，使得探测器接收到的信号更加清晰，提高激光雷达工作的稳定性。
3、在回波光束的光路上设置第一调节元件，第一调节元件用以调整回波光束的方向和偏移量，使得回波光束和本振光束重合，在常规的光路中，并没有设置侧向移位调节元件，本振光束和回波光束的光路路径会出现一定的偏差，导致光束接收出现问题，在设置调节元件后，调节元件能够调整光束方向和偏移量，使得本振光路和回波光路重合。
附图说明
图1为本发明的光路流程示意图；
图2为多个MEMS微镜的示意图；
图3为偏振分束立方体的示意图；
图4为增设波片后的流程示意图；
图5为设置两个偏振分光片的光路流程图；
图6为设置偏振分光棱镜的光路流程图。
附图中的标记说明：1-激光光源，3-第一偏振分光片，4-反射镜，5-MEMS微镜，6-透镜，7-探测器，8-第一调节元件，9-偏振分光棱镜，12-第二调节元件，13-第二偏振分光片，14-偏振分束立方体，15-1/4波片，101-本振光束，102-发射光束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明限制的依据。
实施例1：一种大视场激光雷达接收光路，如图1所示，一种大视场激光雷达接收光路，包括激光光源1，激光光源发射激光，激光经激光光路被探测器接收，激光光路包括分光元件，激光光束经分光元件一分为二形成本振光束和发射光束，发射光束经微镜模块照射到目标区域后发生反射产生回波光束，回波光束又经微镜模块和本振光束进行相干混频后被探测器接收；所述的激光光源的发射方向设置多个偏振分光镜组合，激光光束经多个偏振分光镜组合后形成多个激光光路，每个激光光路的发射光束分别射向微镜模块，将各路的发射光束经微镜模块朝不同方向发射至目标区域，照射到目标区域后的反射光经微镜模块接收后产生多道回波光束，多道回波光束分别与对应激光光路的本振光束相干得到中频信号并被对应的探测器7接收。
所述的微镜模块包括一MEMS微镜5，调整MEMS微镜5角度，使MEMS微镜5接收每个激光光路的发射光束并分别朝不同方向射向目标区域，通过调整MEMS微镜5角度朝不同方向发射激光并以接收对应的回射光束，动态得到大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
作为微镜模块的另一种方式，所述的微镜模块包括设置在每个激光光路上的MEMS微镜5，每个激光光路的发射光束照射在对应光路的MEMS微镜5，如图2所示，多个MEMS微镜5发射不同出射方向的光束，通过多个MEMS微镜扫描接收不同方向的反射光束，组合形成大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
所述的分光元件和偏振分光镜组合为同一装置，该装置包括一偏振分束立方体14，如图3所示，该偏振分束立方体14将激光光源发出的激光光束分为发射光束、本振光束和分路激光光束，分路激光光束射向下一个偏振分束立方体14形成多个激光光路。所述的偏振分束立方体14的B面依次镀有λ/4薄膜和反射膜，使得激光光束在偏振分束立方体14中向三个方向分别射出发射光束、本振光束和分路激光光束。所述的偏振分束立方体还包括设置在出射方向上的1/4波片15和反射镜4，如图4所示，使得激光光束在偏振分束立方体14中向三个方向分别射出发射光束、本振光束和分路激光光束。波片用于改变光的偏振方向，从而控制光通过偏振分光镜时反射和透射的比例。
作为另一种实施方式，所述的偏振分束立方体14与探测器7之间设置有偏振分光棱镜9，偏振分光棱镜9且靠近探测器一侧设有两个透镜6，本振光束和回波光束经偏振分光棱镜射向两个透镜，将本振光束和回波光束的相干光束分成偏振正交的两组光束，分别通过汇聚透镜将两组光束聚焦到探测器感光面上，被探测器7差分接收。通过将本振光束和回波光束分成偏振正交的两组光束，使得探测器能够差分接收，有效提高信噪比，使得探测器接收到的信号更加清晰，提高激光雷达工作的稳定性。
实施例2：一种大视场激光雷达接收光路，如图5所示，一种大视场激光雷达接收光路，包括激光光源，激光光源发射激光，激光经激光光路被探测器接收，激光光路包括分光元件，激光光束经分光元件一分为二形成本振光束101和发射光束102，发射光束102经微镜模块照射到目标区域后发生反射产生回波光束，回波光束又经微镜模块和本振光束进行相干混频后被探测器接收；所述的激光光源的发射方向设置多个偏振分光镜组合，激光光束经多个偏振分光镜组合后形成多个激光光路，每个激光光路的发射光束分别射向微镜模块，将各路的发射光束经微镜模块朝不同方向发射至目标区域，照射到目标区域后的反射光经微镜模块接收后产生多道回波光束，多道回波光束分别与对应激光光路的本振光束相干得到中频信号并被对应的探测器7接收。
所述的微镜模块包括一MEMS微镜5，调整MEMS微镜5角度，使MEMS微镜5接收每个激光光路的发射光束并分别朝不同方向射向目标区域，通过调整MEMS微镜角度朝不同方向发射激光并以接收对应的回射光束，动态得到大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
作为微镜模块的另一种方式，所述的微镜模块包括设置在每个激光光路上的MEMS微镜5，每个激光光路的发射光束照射在对应光路的MEMS微镜5，多个MEMS微镜5发射不同出射方向的光束，通过多个MEMS微镜扫描接收不同方向的反射光束，组合形成大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
所述的偏振分光镜组合包括设置在发射光束方向上的第一偏振分光片3和设置在本振光束方向上的第二偏振分光片13；发射光束经第一偏振分光片3后一路发射光束射向微镜模块，另一路发射光束射向下一个第一偏振分光片；本振光束经第二偏振分光片13后一路本振光束射向探测器，另一路本振光束射向下一个第二偏振分光片。在回波光束的光路上设置第一调节元件8，第一调节元件8用以调整回波光束的方向和偏移量，使得回波光束和本振光束重合。在本振光束的光路上设置第二调节元件12，第二调节元件12用以调整本振光束的方向和偏移量，使得回波光束和本振光束重合。作为优选，所述的第一调节元件8和第二调节元件12为光楔。
进一步地，所述的第二偏振分光片13与探测器7之间设置有偏振分光棱镜9，如图6所示，偏振分光棱镜9且靠近探测器一侧设有两个透镜6，本振光束和回波光束经偏振分光棱镜射向两个透镜6，将本振光束和回波光束的相干光束分成偏振正交的两组光束，分别通过汇聚透镜将两组光束聚焦到探测器7感光面上，被探测器7差分接收。通过将本振光束和回波光束分成偏振正交的两组光束，使得探测器7能够差分接收，有效提高信噪比，使得探测器接收到的信号更加清晰，提高激光雷达工作的稳定性。

Claims (10)

1.一种大视场激光雷达接收光路，包括激光光源，激光光源发射激光，激光经激光光路被探测器接收，激光光路包括分光元件，激光光束经分光元件一分为二形成本振光束和发射光束，发射光束经微镜模块照射到目标区域后发生反射产生回波光束，回波光束又经微镜模块和本振光束进行相干混频后被探测器接收；其特征在于：所述的激光光源的发射方向设置多个偏振分光镜组合，激光光束经多个偏振分光镜组合后形成多个激光光路，每个激光光路的发射光束分别射向微镜模块，将各路的发射光束经微镜模块朝不同方向发射至目标区域，照射到目标区域后的反射光经微镜模块接收后产生多道回波光束，多道回波光束分别与对应激光光路的本振光束相干得到中频信号并被对应的探测器接收。
2.根据权利要求1所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：所述的微镜模块包括一MEMS微镜，调整MEMS微镜角度，使MEMS微镜接收每个激光光路的发射光束并分别朝不同方向射向目标区域，通过调整MEMS微镜角度朝不同方向发射激光并以接收对应的回射光束，动态得到大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
3.根据权利要求1所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：所述的微镜模块包括设置在每个激光光路上的MEMS微镜，每个激光光路的发射光束照射在对应光路的MEMS微镜，多个MEMS微镜发射不同出射方向的光束，通过多个MEMS微镜扫描接收不同方向的反射光束，组合形成大视场角的扫描区域，从而增大了激光雷达的扫描范围。
4.根据权利要求1所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：所述的分光元件和偏振分光镜组合为同一装置，该装置包括一偏振分束立方体，该偏振分束立方体将激光光源发出的激光光束分为发射光束、本振光束和分路激光光束，分路激光光束射向下一个偏振分束立方体形成多个激光光路。
5.根据权利要求4所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：所述的偏振分束立方体的B面依次镀有λ/4薄膜和反射膜，使得激光光束在偏振分束立方体中向三个方向分别射出发射光束、本振光束和分路激光光束。
6.根据权利要求4所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：所述的偏振分束立方体还包括设置在出射方向上的1/4波片和反射镜，使得激光光束在偏振分束立方体中向三个方向分别射出发射光束、本振光束和分路激光光束。
7.根据权利要求1-3任一项所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：所述的偏振分光镜组合包括设置在发射光束方向上的第一偏振分光片和设置在本振光束方向上的第二偏振分光片；发射光束经第一偏振分光片后一路发射光束射向微镜模块，另一路发射光束射向下一个第一偏振分光片；本振光束经第二偏振分光片后一路本振光束射向探测器，另一路本振光束射向下一个第二偏振分光片。
8.根据权利要求7所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：在回波光束的光路上设置第一调节元件，第一调节元件用以调整回波光束的方向和偏移量，使得回波光束和本振光束重合。
9.根据权利要求8所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：在本振光束的光路上设置第二调节元件，第二调节元件用以调整本振光束的方向和偏移量，使得回波光束和本振光束重合。
10.根据权利要求9所述的大视场激光雷达接收光路，其特征在于：所述的第二偏振分光片与探测器之间设置有偏振分光棱镜，偏振分光棱镜且靠近探测器一侧设有两个透镜，本振光束和回波光束经偏振分光棱镜射向两个透镜，将本振光束和回波光束的相干光束分成偏振正交的两组光束，分别通过汇聚透镜将两组光束聚焦到探测器感光面上，被探测器差分接收。
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