CN209264948U - 一种同轴收发的激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同轴收发的激光雷达，包括激光器、分光组件、接收组件和光路共用组件；所述激光器、分光组件和光路共用组件组成激光发射通路，所述激光器发射的激光信号经所述分光组件、光路共用组件传播后照射目标；所述光路共用组件、分光组件和接收组件组成激光接收通路，目标反射的激光回波信号经光路共用组件、分光组件到接收组件；所述分光组件为光环形器。本实用新型激光发射和接收共用同一光路组件，简化系统结构便于小型化、轻量化；光路共用组件采用同轴收发单准直透镜，降低成本；同轴收发，提高信噪比，探测距离更远；省去两光轴的平行调节，光路更稳定。

Description

一种同轴收发的激光雷达

技术领域

本实用新型涉及雷达技术领域，尤其涉及一种同轴收发的激光雷达。

背景技术

激光雷达系统主要由发射系统、接收系统以及信号处理系统等结构组成，发射系统将准直好的激光束打到目标上，接收系统放大、聚焦目标反射回来的光信号，发射和接收系统设计的好坏直接影响系统的测量精度。

如图1所示，收发分置式激光雷达将发射光学系统和接收光学系统设计成独立的两套。这种结构形式会增加系统的复杂程度和仪器体积，(而且由于收发系统的光路不在同一光轴，发射面和接受面的重叠面积小)，在杂散光消除方面难度较大，降低了半导体激光雷达的探测性能；尤其在近地探测方面，受收发镜头不在同一光学系统影响，激光雷达对较近目标实施探测时，目标回波信号较弱，容易造成几米到几百米不等的距离盲区。

如图2所示，集成收发半导体激光雷达采用伪同轴方式，将发射光学系统集成到接收光学系统里面。由于发射光学系统的口径相对较小，而接收光学系统的口径相对较大，可以直接在接收光学系统内部开口，放置发射光学系统。虽然这种收发系统的结构非常紧凑，但是系统发射功率和回波信号接收功率受接收镜的中心小孔大小限制。因为激光发射信号是由小孔发出的，激光的发射功率随着小孔的增大而增大，功率越大探测的距离也就越远。但是，小孔太大会带来另一方面的问题，就是回波信号功率与小孔的大小成反比，小孔越大，损耗的信号越多，探测器接收到的回波信号就越小。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型提供了一种同轴收发的激光雷达，用于解决激光雷达仪器的小型化和探测性能问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种同轴收发的激光雷达，包括激光器、分光组件、接收组件和光路共用组件；

所述激光器、分光组件和光路共用组件组成激光发射通路，所述激光器发射的激光信号经所述分光组件、光路共用组件传播后照射目标；

所述光路共用组件、分光组件和接收组件组成激光接收通路，目标反射的激光回波信号经光路共用组件、分光组件到接收组件；

所述分光组件为光环形器。

进一步地，所述光环形器为偏振无关光纤环形器，所述光纤环形器包括三个端口，端口1通过光纤与激光器连接；端口2通过光纤与光路共用组件连接；端口3通过光纤与接收组件连接；所述光纤类型为多模光纤。

进一步地，所述激光器为半导体激光器。

进一步地，光路共用组件为同轴收发单准直透镜。

进一步地，所述同轴收发单准直透镜的材料为K9。

进一步地，所述同轴收发单准直透镜的口径10-30mm，焦距16-20mm，厚度6-8mm。

进一步地，所述接收组件包括滤光片和探测器；

所述滤光片位于所述分光组件与所述探测器之间。

进一步地，所述滤光片为硬膜滤光片，厚度小于1mm。

进一步地，所述滤光片为带通型滤光片。

进一步地，所述探测器为APD探测器。

与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：

1.激光发射和接收共用同一光路共用组件，简化系统结构便于小型化、轻量化；

2.光路共用组件采用同轴收发单准直透镜，降低成本；

3.同轴收发，减小杂散光；

4.省去两光轴的平行调节，光路更稳定。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为收发分置光学系统各视场示意图；

图2为集成收发半导体激光雷达结构图；

图3为同轴收发光学系统各视场示意图；

图4为本实施例中的同轴收发激光雷达组成连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。

本实用新型具体实施例提供了一种同轴收发的激光雷达，如图3所示，采用同轴收发方式，使得发射和接收模块共用同一套光学系统，共用发射和接收镜头，发射与接收光学系统同光轴。

如图4所示，本实施例的同轴收发的激光雷达包括激光器、分光组件、接收组件和光路共用组件；

激光器、分光组件和光路共用组件组成激光发射通路，所述激光器发射的激光信号经所述分光组件、光路共用组件传播后照射目标；

光路共用组件、分光组件和接收组件组成激光接收通路，目标反射的激光回波信号经光路共用组件、分光组件到接收组件；

所述分光组件为光环形器。

具体的，激光器产生激光雷达发射信号；

优选的，激光器为905nm半导体激光器，采用脉冲调制方式工作，输出激光功率为75W。

具体的，光环形器一方面为激光器产生的激光信号提供发射通道到光路共用组件，并将发射信号与接收组件相隔离；另一方面，为光路共用组件接收的回波信号提供接收通道到接收组件，并将接收信号与激光器相隔离。

优选的，光环形器为三端口光纤环形器，特性为偏振无关；光纤环形器的端口1通过光纤与激光器连接；端口2通过光纤与光路共用组件连接；端口3通过光纤与接收组件连接；所述光纤类型为多模光纤。

激光器发射的信号从端口1输入，从端口2输出到光路共用组件；光路共用组件接收回波信号从端口2输入，将从端口3输出到接收组件，其输出损耗都很小；但信号从端口2输入时，从端口1输出时损耗很大，同样光从端口3输入时，从端口1，2中输出时损耗也很大；和图2所示的集成收发半导体激光雷达不同的是，偏振无关光纤环形器的接收效率不受回波光斑和中心小孔的比例影响，而是利用了光的偏振特性，损耗较小。而且波片和分束棱镜一般会设置增透膜，所以透过率会变高，损耗会更少，因此，具有高隔离度、低附加损耗和承受高功率的优点。

具体的，光路共用组件采用同轴收发单准直透镜；在激光雷达发射激光时，单一透镜实现对发射激光信号的准直，在激光雷达接收回波信号时，回波信号通过单一透镜实现激光回波信号的接收；

发射和接收采用同一套光学系统，减小杂散光，省去两光轴的平行调节，光路更稳定，并且透镜少，相应的透镜加工的成本也会降低。

优选的，同轴收发单准直透镜的材料为K9，准直透镜的口径10-30mm，焦距16-20mm，厚度6-8mm。

特殊的，可根据实际需要改变准直透镜口径，透镜口径越大，探测性能也更好。在发射时，a.准直透镜口径大，准直效果好，发散角小，出射(扫描)光斑小，角分辨率高；b.准直透镜口径大，发射功率大，探测距离远；在接收时，准直透镜的(有效)接收面积大，信噪比高，探测距离远。

具体的，接收组件用于对光环形器传输的回波信号进行接收和探测，包括滤光片和探测器；

其中滤光片位于所述分光组件与所述探测器之间。用于滤除接收的激光杂波；

优选的，所述滤光片为带通型滤光片，只对特定波段的激光通过，通带以外的激光截止；

优选的，所述滤光片为硬膜滤光片，厚度小于1mm。

探测器，用于对经滤光片过滤的回波信号进行探测。

优选的，本实施例的探测器为APD探测器。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同轴收发的激光雷达，其特征在于，包括激光器、分光组件、接收组件和光路共用组件；

所述激光器、分光组件和光路共用组件组成激光发射通路，所述激光器发射的激光信号经所述分光组件、光路共用组件传播后照射目标；

所述光路共用组件、分光组件和接收组件组成激光接收通路，目标反射的激光回波信号经光路共用组件、分光组件到接收组件；

所述分光组件为光环形器。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光环形器为偏振无关光纤环形器，所述光纤环形器包括三个端口，端口1通过光纤与激光器连接；端口2通过光纤与光路共用组件连接；端口3通过光纤与接收组件连接；所述光纤的类型为多模光纤。

3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。

4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，光路共用组件为同轴收发单准直透镜。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述同轴收发单准直透镜的材料为K9。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述同轴收发单准直透镜的口径10-30mm，焦距16-20mm，厚度6-8mm。

7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述接收组件包括滤光片和探测器；

所述滤光片位于所述分光组件与所述探测器之间。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述滤光片为硬膜滤光片，厚度小于1mm。

9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述滤光片为带通型滤光片。

10.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述探测器为APD探测器。