CN217561718U - 光同步偏折装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光雷达扫描成像技术领域，公开了一种光同步偏折装置，包括：第一光束发射器、第二光束发射器、第一分束器、第二分束器和光束同步偏折器，第一分束器位于第一光束发射器向光束同步偏折器发射第一光束的光路上，第二分束器位于第二光束发射器向光束同步偏折器发射第二光束的光路上，第一光束和第二光束分别通过第一分束器和第二分束器入射至光束同步偏折器进行合束并偏折，第一光束和第二光束偏折后分别通过第二分束器和第一分束器分束出射，且使得第一光束和第二光束在合束光路中方向相反。本实用新型避免了两束光相互的串扰，降低了分束器对光学精度的要求，同时结构简单，且未增加额外光学器件，易于做得紧凑，成本低。

Description

光同步偏折装置

技术领域

本实用新型涉及激光雷达扫描成像技术领域，特别涉及一种光同步偏折装置。

背景技术

激光雷达是一种通过探测远距离目标的散射光特性来获取目标相关信息的光学遥感技术。激光雷达的研究最早是从军事应用中开始的，其中一个重要应用是目标识别，用于成像的激光雷达系统可以直接获得目标的外貌轮廓信息，从而能够很容易地识别目标。用于成像的激光雷达系统分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达两种，扫描成像激光雷达由于其探测距离远等优点成为目前应用较为广泛的方式。传统的扫描成像激光雷达分为多线扫描激光雷达和单线扫描激光雷达，多线扫描激光雷达成本高量产难度大；单线扫描激光雷达成本低易于量产，但是其成像同步是个难点，因此导致单线扫描激光雷达的扫描速度较低，成像像素少。

最近光同步技术提出了高效地实现扫描和成像同步的方案，仅用单线扫描就可以实现高速高分辨率的成像和测距。这种技术方案如图1所示，第一光束分束器1和第二光束发射器2发射两种不同性质的光入射到第一分束器3合束后，照射到同一个同步偏折器5进行同步偏折，然后再通过第二分束器4将它们分离(分束器对于不同性质的光，会将某一性质的光反射，而另一性质的光透射，从而达到分光的目的)，形成两条性质不同但偏折同步的光。其光路同步结构采用的是两种性质的光同向入射至同步偏折器5，偏折后也是同向的入射至第二分束器4。由于分束器不能100％的将两束光(标记为光I和光II)分开，分束后光I会有部分光II的成分II’，光II也会有部分光I的成分I’，即会引起光I和光II互相的串扰。目前为了消除这种串扰，均是在输出光的光路上引入滤波片，这样增加了结构的复杂度，同时引起各种成本的攀升。

实用新型内容

本实用新型提出一种光同步偏折装置，以低成本地解决现有技术中两种不同性质的光在合束分束操作后相互串扰的问题。

本实用新型的一种光同步偏折装置，包括：第一光束发射器、第二光束发射器、第一分束器、第二分束器和光束同步偏折器，所述第一光束发射器和第二光束发射器分别发出性质不同的第一光束和第二光束，所述第一分束器位于所述第一光束发射器向光束同步偏折器发射所述第一光束的光路上，所述第二分束器位于所述第二光束发射器向光束同步偏折器发射所述第二光束的光路上，所述第一光束和第二光束分别通过第一分束器和第二分束器入射至所述光束同步偏折器进行合束并偏折，所述第一光束和第二光束偏折后分别通过第二分束器和第一分束器分束出射，且使得第一光束和第二光束在合束光路中方向相反。

其中，所述第一光束从第一分束器透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二分束器透射出去，所述第二光束经所述第二分束器反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一分束器反射出去。

其中，所述第一分束器和第二分束器分别为同一个整体分束器上的第一区域和第二区域，所述第一光束发射器位于所述整体分束器一侧，第二光束发射器位于所述整体分束器的另一侧，所述第一光束从第一区域透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二区域透射出去，所述第二光束经所述第二区域反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一区域反射出去。

其中，所述第一光束从第一分束器反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二分束器透射出去，所述第二光束经所述第二分束器反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一分束器透射出去。

其中，所述第一光束从第一分束器透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二分束器反射出去，所述第二光束经所述第二分束器透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一分束器反射出去。

其中，当所述第一光束和所述第二光束的波长不同时，所述第一分束器和第二分束器均为二向色镜。

其中，当所述第一光束和所述第二光束偏振互相垂直时，所述第一分束器和第二分束器均为偏振分束器。

本实用新型的光同步偏折装置中，性质不同的第一光束和第二光束分别通过第一分束器和第二分束器入射至光束同步偏折器进行合束并偏折，第一光束和第二光束偏折后分别通过第二分束器和第一分束器分束出射，且第一光束和第二光束在合束光路中方向相反。这样的光路结构下，对于同一个分束器，都是一束光经该入射至光束同步偏折器，另一束光经偏折后由该分束器出射，又由于在合束光路中两束光方向相反，那么经该分束器反射入射至光同步偏折器的一光束被分束器透射的残余光线与偏折后经该分束器透射出去的另一光束方向不同，或者经该分束器透射入射至光同步偏折器的一光束被分束器反射的残余光线与偏折后经该分束器反射出去的另一光束方向不同，因此，避免了两束光在出射时被另一束光串扰，降低了分束器对光学精度的要求，同时结构简单，且未增加额外光学器件，易于做得紧凑，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一种光同步偏折装置结构示意图；

图2为本实用新型的第一种光同步偏折装置结构示意图；

图3为图2的光同步偏折装置中两束光不产生串扰的原理图；

图4为本实用新型的第二种光同步偏折装置结构示意图；

图5为本实用新型的第三种光同步偏折装置结构示意图；

图6为本实用新型的第四种光同步偏折装置结构示意图；

图7为本实用新型的第五种光同步偏折装置结构示意图；

图8为本实用新型的第六种光同步偏折装置结构示意图；

图9为本实用新型的第七种光同步偏折装置结构示意图；

图10为本实用新型的第八种光同步偏折装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型第一实施例的光同步偏折装置如图2～6所示，包括：第一光束发射器1、第二光束发射器2、第一分束器3、第二分束器4和光束同步偏折器5，第一光束发射器1和第二光束发射器2分别发出性质不同的第一光束I和第二光束II，某一性质的光照射到分束器后会反射，而另一性质的光照射到同一个分束器后会透射。第一分束器3位于第一光束发射器1向光束同步偏折器5发射第一光束I的光路上，第二分束器4位于第二光束发射器2向光束同步偏折器5发射第二光束II的光路上，第一光束I和第二光束II分别通过第一分束器3和第二分束器4入射至光束同步偏折器5进行合束并偏折，第一光束I和第二光束II偏折后分别通过第二分束器4和第一分束器3分束出射，且使得第一光束I和第二光束II在合束光路中方向相反。

具体光路如图2～6所示，本实施例中，第一光束I从第一分束器3透射后照射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第二分束器4透射出去，以形成第一扫描光束，第二光束II经第二分束器4反射后照射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第一分束器3反射出去，以形成第二扫描光束。

本实施例中，第一光束I从第一分束器3透射后照射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第二分束器4透射出去，第二光束II经第二分束器4反射后照射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第一分束器3反射出去，两束光分别通过不同的分束器照射到光束同步偏折器进行合束且偏折，合束阶段(图3中点画线矩形框示出的区域)两束光光路相反，两束光各自偏折后又分别通过不同于之前的分束器出射(即分束)，从而避免了两束光出射时相互的串扰，降低了分束器对光学精度的要求，同时结构简单，且未增加额外光学器件，易于做得紧凑，成本低。具体地，如图3所示，按照上述光路结构，第一光束I在第二分束器4透射成第一扫描光束，此时由于分束器不能100％分束的原因即使本该反射的第二光束II有少量的第二光束成分II’被透射，其透射方向与第一光束I出射方向不同，同理，第二光束II在第一分束器3反射成第二扫描光束时，第一光束I有少量的第一光束成分I’在第一分束器3被反射的方向与第二光束II反射反向相反，因此，避免了两束光出射时相互串扰。图4～6的光路与图2光路结构基本相同，只是第一分束器3和第二分束器4放置角度不一样以及第二光束发射器2位置不一样，防串扰原理一样

本实施例的光同步偏折装置工作时，第一光束I和第二光束II各自入射到光束同步偏折器5的方向不变，光束同步偏折器5在一定角度范围内来回摆动，相当于实时改变第一光束发射器1和第二光束发射器2各自照射到光束同步偏折器5的角度，从而实时改变第一扫描光束和第二扫描光束的出射角度，以实现一定角度范围内的扫描，而且在扫描过程中第一光束成分I’也不会和第二扫描光束串扰，第二光束成分II’也不会和第一扫描光束串扰。实际应用中，摆动角度范围通常是6°～20°，一般不超过90°，光束同步偏折器5转一个的角度α，光束偏折是2α，扫描光束的扫描范围的夹角也是2α。

本实用新型第二实施例的光同步偏折装置如图7所示，其基本光路结构和图2对应实施例的光路结构基本相似，不同之处在于，第一分束器3和第二分束器4分别为同一个整体分束器6上的第一区域和第二区域，第一光束发射器1位于整体分束器6一侧，第二光束发射器2位于整体分束器6的另一侧。第一光束I从第一区域透射后入射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第二区域透射出去，第二光束II经第二区域反射后入射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第一区域反射出去。

本实施例的防止两束光串扰的基本原理与第一实施例基本相同，此处不再赘述。

本实用新型第三实施例的光同步偏折装置如图8和9所示，包括：第一光束发射器1、第二光束发射器2、第一分束器3、第二分束器4和光束同步偏折器5，第一光束发射器1和第二光束发射器2分别发出性质不同的第一光束I和第二光束II，某一性质的光照射到分束器后会反射，而另一性质的光照射到同一个分束器后会透射。第一分束器3位于第一光束发射器1向光束同步偏折器5发射第一光束I的光路上，第二分束器4位于第二光束发射器2向光束同步偏折器5发射第二光束II的光路上，第一光束I和第二光束II分别通过第一分束器3和第二分束器4入射至光束同步偏折器5进行合束并偏折，第一光束I和第二光束II偏折后分别通过第二分束器4和第一分束器3分束出射，且使得第一光束I和第二光束II在合束光路中方向相反。具体地，第一光束I从第一分束器3反射后入射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第二分束器4透射出去，第二光束II经第二分束器4反射后入射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第一分束器3透射出去。

对于第一分束器3，第一光束I反射时未被完全反射而被透射的部分光与第二光束II透射的出射方向不同，同理，对于第二分束器4，第二光束II反射时未被完全反射而被透射的部分光与第一光束I透射出的光束方向不同，因此，避免了第一光束I和第二光束II串扰。

本实用新型第四实施例的光同步偏折装置如图10所示，包括：第一光束发射器1、第二光束发射器2、第一分束器3、第二分束器4和光束同步偏折器5，第一光束发射器1和第二光束发射器2分别发出性质不同的第一光束I和第二光束II，某一性质的光照射到分束器后会反射，而另一性质的光照射到同一个分束器后会透射。第一分束器3位于第一光束发射器1向光束同步偏折器5发射第一光束I的光路上，第二分束器4位于第二光束发射器2向光束同步偏折器5发射第二光束II的光路上，第一光束I和第二光束II分别通过第一分束器3和第二分束器4入射至光束同步偏折器5进行合束并偏折，第一光束I和第二光束II偏折后分别通过第二分束器4和第一分束器3分束出射，且使得第一光束I和第二光束II在合束光路中方向相反。具体地，第一光束I从第一分束器3透射后入射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第二分束器4反射出去，第二光束II经第二分束器4透射后入射到光束同步偏折器5，经光束同步偏折器5偏折后从第一分束器3反射出去。

对于第一分束器3，第一光束I透射时未被完全透射而被反射的部分光与第二光束II反射的出射方向相反，同理，对于第二分束器4，第二光束II透射时未被完全透射而被反射的部分光与第一光束I反射出的光束方向相反，因此，避免了第一光束I和第二光束II串扰。

上述实施例的光路结构下，对于同一个分束器，都是一束光经该入射至光束同步偏折器，另一束光经偏折后由该分束器出射，又由于在合束光路中两束光方向相反，那么经该分束器反射入射至光同步偏折器的一光束被分束器透射的残余光线与偏折后经该分束器透射出去的另一光束方向不同，或者经该分束器透射入射至光同步偏折器的一光束被分束器反射的残余光线与偏折后经该分束器反射出去的另一光束方向不同，因此，避免了两束光在出射时被另一束光串扰，降低了分束器对光学精度的要求，同时结构简单，且未增加额外光学器件，易于做得紧凑，成本低。

需要说明的是第一光束I和第二光束II各自并不只是一条光线，可以是具有同性质的多条独立光线形成的一条光束。

上述实施例中，当第一光束发射器1发射处于一波长的第一光束Ⅰ，第二光束发射器2发射处于另一不同波长的第二光束Ⅱ时，第一分束器3和第一分束器4均为二向色镜。

上实施例中，当第一光束I和第二光束II偏振互相垂直时，例如：当第一光束发射器1发射含有红、绿和蓝且偏振方向都是H(横向偏振)的三条光线形成第一光束Ⅰ，第二光束发射器2用于发射含有红、绿和蓝且偏振方向都是V(纵向偏振)的三条光线形成第二光束Ⅱ，第一分束器3和第二分束器4均为偏振分束器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光同步偏折装置，包括：第一光束发射器、第二光束发射器、第一分束器、第二分束器和光束同步偏折器，其特征在于，所述第一光束发射器和第二光束发射器分别发出性质不同的第一光束和第二光束，所述第一分束器位于所述第一光束发射器向光束同步偏折器发射所述第一光束的光路上，所述第二分束器位于所述第二光束发射器向光束同步偏折器发射所述第二光束的光路上，所述第一光束和第二光束分别通过第一分束器和第二分束器入射至所述光束同步偏折器进行合束并偏折，所述第一光束和第二光束偏折后分别通过第二分束器和第一分束器分束出射，且使得第一光束和第二光束在合束光路中方向相反。

2.根据权利要求1所述的光同步偏折装置，其特征在于，所述第一光束从第一分束器透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二分束器透射出去，所述第二光束经所述第二分束器反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一分束器反射出去。

3.根据权利要求1所述的光同步偏折装置，其特征在于，所述第一分束器和第二分束器分别为同一个整体分束器上的第一区域和第二区域，所述第一光束发射器位于所述整体分束器一侧，第二光束发射器位于所述整体分束器的另一侧，所述第一光束从第一区域透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二区域透射出去，所述第二光束经所述第二区域反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一区域反射出去。

4.根据权利要求1所述的光同步偏折装置，其特征在于，所述第一光束从第一分束器反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二分束器透射出去，所述第二光束经所述第二分束器反射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一分束器透射出去。

5.根据权利要求1所述的光同步偏折装置，其特征在于，所述第一光束从第一分束器透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第二分束器反射出去，所述第二光束经所述第二分束器透射后入射到所述光束同步偏折器，经光束同步偏折器偏折后从所述第一分束器反射出去。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的光同步偏折装置，其特征在于，当所述第一光束和所述第二光束的波长不同时，所述第一分束器和第二分束器均为二向色镜。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的光同步偏折装置，其特征在于，当所述第一光束和所述第二光束偏振互相垂直时，所述第一分束器和第二分束器均为偏振分束器。

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