CN206461219U - 一种用于多线激光雷达的激光分束装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于多线激光雷达的分束装置，包括：光束发射装置和光束接收装置，所述光束发射装置，用于向被探测物体输出若干数量等功率发散角小的激光束；所述光束接收装置，用于接收由被探测物体反射回的激光束。其中，光束发射装置包括：依次连接的激光器、光束耦合装置、分光装置和光束准直装置。本实用新型设计简单、结构紧凑，与目前多线激光雷达中采用的多线技术相比，可有效降低多线激光雷达的生产成本。
Description
技术领域
本实用新型属于激光技术和光学领域，尤其涉及一种用于多线激光雷达的激光分束装置。
背景技术
激光雷达系统结合了光探测技术和距离测量技术，能够同时获得方位、俯仰、距离、强度等信息，在森林结构估计、城市建设、智能制造、无人驾驶、农业、航空航天等领域有广泛的应用。激光雷达从体制上划分，主要有直接探测激光雷达和相干探测激光雷达。在直接探测激光雷达中获得距离信息的激光测距方法主要分为激光飞行时间法和三角测距法，其中激光飞行时间法包括激光脉冲测距法和对激光连续波进行强度调制的相位测距法。
三角法测距是通过测量激光束在CCD上的成像位置获得距离信息，其最大优点是技术难度低，成本也很低，近距离测距中测距精度在百微米量级。其缺点是测量精度会随着距离的增加逐渐变差，基本上没法与脉冲测距以及相位测距相比。激光相位测距法主要通过测量被强度调制的连续波激光信号在雷达与被探测物体之间来回飞行产生的相位差获得距离信息。其最大的优点是测距分辨率非常高，常见的相位测距仪可以达到毫米量级分辨率。但其测量速度比脉冲测距慢，且它的测量精度比较容易受到目标形状运动影响。激光脉冲测距技术通过测量激光脉冲在激光雷达和被探测物体之间来回飞行时间获取物体距离的信息。这里以光的速度作为基准，其测量都基于激光的飞行速度这个基准，由L＝c·t/2，t为脉冲从发射器发出开始到由探测器接收为止脉冲在空中飞行的时间，可以计算出物体到激光雷达的距离。
目前，包括自动驾驶、机器人、测绘等场景用到的激光雷达，基本上属于激光脉冲测距技术，且往往属于诸如8线、16线、32线和64线的多线激光雷达。由于其多线技术是通过相应数量的子激光器实现，具有整机体积较大,控制电路复杂且成本较高的问题，难以实现在上述场景中的广泛应用。且目前单个子激光器发射脉冲所能达到的峰值功率仅为百瓦量级，所能探测的距离限制在百米量级，难以实现更远距离的目标探测。
实用新型内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种体积小、成本低可用于多线激光雷达的激光分束装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型采取了如下技术方案。
一种用于多线激光雷达的分束装置，包括：光束发射装置和光束接收装置，所述光束发射装置，用于向被探测物体输出若干数量等功率发散角小的激光束；所述光束接收装置，用于接收由被探测物体反射回的激光束；
光束发射装置包括：依次连接的激光器、光束耦合装置、分光装置和光束准直装置，其中，所述光束耦合装置用于将不同种类激光器产生的光束耦合进分光装置，所述分光装置用于将耦合进来的光束进行分束，所述分束装置由多个1*N光纤耦合器组合连接组成，通过所述1*N的光纤耦合器将耦合进的一束光进行m次分束，分成Nm束等功率的激光束，或者所述分束装置由多个1*N光纤耦合器和1*M光纤耦合器组合连接组成，通过所述1*N和1*M不同分束比的光纤耦合器组合将耦合进的一束光进行分束，分成若干数量等功率的激光束；所述光束准直装置用于将等功率的激光束进行准直以输出光束发散角小的激光束，其中，N和M为不小于2的正偶数，m为正整数；
光束接收装置包括：依次连接的光束聚焦装置和光探测装置，其中，所述光束聚焦装置用于将被探测物体反射回的光束聚焦成像在光探测装置上，所述光探测装置用于将光信号转变成电信号。
作为优选，所述激光器为气体激光器、半导体激光器、固体激光器或光纤激光器其中的一种，激光的中心波长范围为400nm—2100nm。
作为优选，所述光束耦合装置为透镜组或无源光纤，所述透镜组由2个相互平行设置的透镜组成。
作为优选，所述分光装置由多个1*2光纤耦合器组合连接组成、或者由多个1*4光纤耦合器和1*2光纤耦合器组合连接组成、或者由多个1*8光纤耦合器和1*4光纤耦合器组合连接组成。
作为优选，所述光束准直装置由多个等角度间隔设置的光纤准直器组成。
作为优选，所述光束聚焦装置由单个聚焦透镜组成。
作为优选，所述光探测装置由多个等距离间隔设置的光电探测器组成。
本实用新型的用于多线激光雷达的分束装置，包括：光束发射装置和光束接收装置，所述光束发射装置，用于向被探测物体输出若干数量等功率发散角小的激光束；所述光束接收装置，用于接收由被探测物体反射回的激光束；其中，光束发射装置包括：依次连接的激光器、光束耦合装置、分光装置和光束准直装置，其中，所述光束耦合装置用于将不同种类激光器产生的光束耦合进分光装置，所述分光装置用于将耦合进来的光束进行分束，分成若干数量等功率的激光束；所述光束准直装置用于将等功率的激光束进行准直以输出光束发散角小的激光束。本实用新型采用具有分光装置的光束发射装置，可以将激光器产生的光束进行分束，分成若干数量等功率的激光束，以解决现有技术中由于其多线技术是通过相应数量的子激光器实现，具有整机体积较大,控制电路复杂且成本较高的问题。本实用新型设计简单、结构紧凑，与目前多线激光雷达中采用的多线技术相比，可有效降低多线激光雷达的生产成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的用于多线激光雷达的激光分束装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的光束发射装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的光束发射装置的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的光束发射装置的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的光束发射装置的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的光束接收装置的结构示意图。
其中，100、光束发射装置，200、光束接收装置，1、激光器，2、透镜组，3、光纤耦合器，4、光纤准直器，5、无源光纤，6、聚集透镜，7、光电探测器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，但不限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种用于多线激光雷达的激光分束装置的结构示意图，包括：光束发射装置和光束接收装置，所述光束发射装置，用于向被探测物体输出若干数量等功率发散角小的激光束；所述光束接收装置，用于接收由被探测物体反射回的激光束。
光束发射装置包括：依次连接的激光器、光束耦合装置、分光装置和光束准直装置，其中，所述光束耦合装置用于将不同种类激光器产生的光束耦合进分光装置，所述分光装置用于将耦合进来的光束进行分束，所述分束装置由多个1*N光纤耦合器组合连接组成，通过所述1*N的光纤耦合器将耦合进的一束光进行m次分束，分成Nm束等功率的激光束，或者所述分束装置由多个1*N光纤耦合器和1*M光纤耦合器组合连接组成，通过所述1*N和1*M不同分束比的光纤耦合器组合将耦合进的一束光进行分束，分成若干数量等功率的激光束；所述光束准直装置用于将等功率的激光束进行准直以输出光束发散角小的激光束，其中，N和M为不小于2的正偶数，m为正整数；
光束接收装置包括：依次连接的光束聚焦装置和光探测装置，其中，所述光束聚焦装置用于将被探测物体反射回的光束聚焦成像在光探测装置上，所述光探测装置用于将光信号转变成电信号。
作为优选，所述激光器为气体激光器、半导体激光器、固体激光器或光纤激光器其中的一种，激光的中心波长范围为400nm—2100nm。
作为优选，所述光束耦合装置为透镜组或无源光纤，所述透镜组由2个相互平行设置的透镜组成。
作为优选，所述分光装置由多个1*2光纤耦合器组合连接组成、或者由多个1*4光纤耦合器和1*2光纤耦合器组合连接组成、或者由多个1*8光纤耦合器和1*4光纤耦合器组合连接组成。
作为优选，所述光束准直装置由多个等角度间隔设置的光纤准直器组成。
作为优选，所述光束聚焦装置由单个聚焦透镜组成。
作为优选，所述光探测装置由多个等距离间隔设置的光电探测器组成。
作为一种实施例，如图2所示，所述光束发射装置包括：依次连接的激光器、透镜组、分束装置、多个光纤准直器，所述分束装置由多个1*2的光纤耦合器组合连接组成。激光器产生的中心波长为532nm，平均功率为160W的激光通过透镜组耦合进入分束装置中，并通过多个1*2的光纤耦合器将耦合进的一束光进行4次分束，分成16束功率为10W的激光束，这些激光束再通过等角度间隔摆放的光纤准直器4以0.19mrad的光束发散角输出。
作为一种实施例，如图3所示，所述光束发射装置包括：依次连接的激光器、透镜组、分束装置、多个光纤准直器，所述分束装置为多个1*2的光纤耦合器组合连接组成。激光器产生的中心波长为1064nm，平均功率为32W的激光通过透镜组耦合进入激光分束装置中，并通过多个1*2的光纤耦合器将耦合进的一束光进行5次分束，分成32束功率为1W的激光束，这些激光束再通过等角度间隔摆放的光纤准直器以0.56mrad的光束发散角输出。
作为一种实施例，如图4所示，所述光束发射装置包括：依次连接的激光器、无源光纤、分束装置、多个光纤准直器，所述分光装置由多个1*4光纤耦合器和1*2光纤耦合器组合连接组成。激光器产生的中心波长为1550nm，平均功率为16W，脉宽为2ns，脉冲重复频率为100KHz的激光通过无源光纤耦合进入分束装置中，第一次通过1*4光纤耦合器将耦合进的一束光分成4束功率为4W的激光束，第二次通过1*2光纤耦合器将4束功率为2W的激光束分成8束功率为2W的激光束，第三次通过1*2光纤耦合器将8束功率为2W的激光束分成16束功率为1W的激光束，对应的峰值为5KW，可探测距离在千米量级。这些激光束再通过等角度间隔摆放的光纤准直器以0.56mrad的光束发散角输出。
作为一种实施例，如图5所示，所述光束发射装置包括：依次连接的激光器、分束装置、多个光纤准直器，所述分束装置3为1个1*8光纤耦合器和8个1*4光纤耦合器组合连接组成。激光器产生的中心波长为1550nm，平均功率为32W的激光通过透镜组耦合进入激光分束装置中，第一次通过1*8光纤耦合器将耦合进的一束光分成8束功率为4W的激光束，第二次通过1*4光纤耦合器将8束功率为4W的激光束分成32束功率为1W的激光束，所述激光束再通过等角度间隔摆放的光纤准直器以0.56mrad的光束发散角输出。
如图6所示，本实用新型实施例提供的光束接收装置的结构示意图，被探测物体反射回的光束通过聚焦透镜聚焦成像在光电探测器等距离间隔设置的光探测装置上，所述光探测装置用于将光信号转变成电信号。
本实用新型设计简单、结构紧凑，用于多线激光雷达中可有效降低生产成本，提高物体可探测距离，具有广泛的应用前景。
Claims (7)
1.一种用于多线激光雷达的分束装置，其特征在于，包括：光束发射装置和光束接收装置，所述光束发射装置，用于向被探测物体输出若干数量等功率发散角小的激光束；所述光束接收装置，用于接收由被探测物体反射回的激光束；
光束发射装置包括：依次连接的激光器、光束耦合装置、分光装置和光束准直装置，其中，所述光束耦合装置用于将不同种类激光器产生的光束耦合进分光装置，所述分光装置用于将耦合进来的光束进行分束，所述分束装置由多个1*N光纤耦合器组合连接组成，通过所述1*N的光纤耦合器将耦合进的一束光进行m次分束，分成Nm束等功率的激光束，或者所述分束装置由多个1*N光纤耦合器和1*M光纤耦合器组合连接组成，通过所述1*N和1*M不同分束比的光纤耦合器组合将耦合进的一束光进行分束，分成若干数量等功率的激光束；所述光束准直装置用于将等功率的激光束进行准直以输出光束发散角小的激光束，其中，N和M为不小于2的正偶数，m为正整数；
光束接收装置包括：依次连接的光束聚焦装置和光探测装置，其中，所述光束聚焦装置用于将被探测物体反射回的光束聚焦成像在光探测装置上，所述光探测装置用于将光信号转变成电信号。
2.如权利要求1所述的用于多线激光雷达的分束装置，其特征在于，所述激光器为气体激光器、半导体激光器、固体激光器或光纤激光器其中的一种，激光的中心波长范围为400nm—2100nm。
3.如权利要求1所述的用于多线激光雷达的分束装置，其特征在于，所述光束耦合装置为透镜组或无源光纤，所述透镜组由2个相互平行设置的透镜组成。
4.如权利要求1所述的用于多线激光雷达的分束装置，其特征在于，所述分光装置由多个1*2光纤耦合器组合连接组成、或者由多个1*4光纤耦合器和1*2光纤耦合器组合连接组成、或者由多个1*8光纤耦合器和1*4光纤耦合器组合连接组成。
5.如权利要求1所述的用于多线激光雷达的分束装置，其特征在于，所述光束准直装置由多个等角度间隔设置的光纤准直器组成。
6.如权利要求1所述的用于多线激光雷达的分束装置，其特征在于，所述光束聚焦装置由单个聚焦透镜组成。
7.如权利要求1所述的用于多线激光雷达的分束装置，其特征在于，所述光探测装置由多个等距离间隔设置的光电探测器组成。
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| CN106684694A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-05-17 | 北京工业大学 | 一种用于多线激光雷达的激光分束装置 |
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