CN217561719U - 用于激光雷达的光同步偏折装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光雷达技术领域，公开了一种用于激光雷达的光同步偏折装置，包括：第一光束发射器、第二光束发射器和光束同步偏折器，光束同步偏折器可按预定角度来回摆动地位于第一光束发射器和第二光束发射器的前端，第一光束发射器和第二光束发射器分别位于光束同步偏折器的法平面的两侧，第一光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第一入射光位于法平面的第一侧，偏折后的第一出射光位于法平面的第二侧，第二光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第二入射光位于法平面的第二侧，偏折后的第二出射光位于法平面的第一侧。本实用新型避免了两束光的串扰，且相对于现有结构取消了两个分束器，降低了成本，结构更简单，易于做得紧凑。

Description

用于激光雷达的光同步偏折装置

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种用于激光雷达的光同步偏折装置。

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。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。

传统的用于激光雷达的光同步偏折装置如图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用于激光雷达的光同步偏折装置，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。

本实用新型的一种用于激光雷达的光同步偏折装置，包括：第一光束发射器、第二光束发射器和光束同步偏折器，所述光束同步偏折器可按预定角度来回摆动地位于第一光束发射器和第二光束发射器的前端，第一光束发射器和第二光束发射器分别位于光束同步偏折器的法平面的两侧，所述第一光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第一入射光位于所述法平面的第一侧，偏折后的第一出射光位于法平面的第二侧，所述第二光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第二入射光位于所述法平面的第二侧，偏折后的第二出射光位于法平面的第一侧。

其中，所述第一光束发射器和第二光束发射器为发出同种性质光束的光束发射器。

其中，所述第一光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第一入射光的入射角与第二光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第二入射光的入射角不同。

本实用新型的用于激光雷达的光同步偏折装置，两个光束发射器分别位于光束同步偏折器的法平面的两侧，在光束同步偏折器摆动的过程中只要保证两束入射光之间的夹角始终大于一预定夹角，两束出射的扫描光的扫描范围就不会重叠，即两束出射的扫描光不会串扰。而且本实用新型的光路中相对于现有结构取消了两个分束器，降低了成本，结构更简单，易于做得紧凑。

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为现有技术的一种用于激光雷达的光同步偏折装置结构示意图；

图2为本实用新型的一种用于激光雷达的光同步偏折装置结构示意图；

图3为图2的用于激光雷达的光同步偏折装置在第一状态下的光路示意图；

图4为图2的用于激光雷达的光同步偏折装置在第二状态下的光路示意图；

图5为图2的用于激光雷达的光同步偏折装置从第一状态到第二状态下扫描范围示意图。

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。

本实施例的用于激光雷达的光同步偏折装置如图2所示，包括：第一光束发射器1、第二光束发射器3和光束同步偏折器5，光束同步偏折器5可按预定角度来回摆动地位于第一光束发射器1和第二光束发射器2的前端，第一光束发射器1和第二光束发射器2分别位于光束同步偏折器5的法平面的两侧。第一光束发射器1发出的射向光束同步偏折器5的第一入射光位于法平面的第一侧，偏折后的第一出射光位于法平面的第二侧，第二光束发射器2发出的射向光束同步偏折器5的第二入射光位于法平面的第二侧，偏折后的第二出射光位于法平面的第一侧。

本实施例的用于激光雷达的光同步偏折装置，两个光束发射器分别位于光束同步偏折器的法平面的两侧，在光束同步偏折器摆动的过程中只要保证两束入射光之间的夹角始终大于一预定夹角，两束出射的扫描光的扫描范围就不会重叠，即两束出射的扫描光不会串扰。而且本实用新型的光路中相对于现有结构取消了两个分束器，降低了成本，结构更简单，易于做得紧凑。

本实施例的用于激光雷达的光同步偏折装置不但结构简单，而且对两束光的性质没有任何限制，可以是两束性质相同的光，也可以是性质不同的光，因此相对于现有光路结构，对光束发射器没有限制。

另外，传统的光同步偏折装置(如图1的光同步偏折装置)要求第一光束和第二光束具有不同的两种性质，以利于分束器对两光束进去分离。通常有两种做法。一种是两个光束的波长不同，分束器是二向色镜，但是如果两个波长过于相近(比如波长差小于10nm)，不仅对二向色镜的提出较高的要求导致成本攀升，而且要求激光器具有较窄的线宽，也会导致激光器成本的攀升；如果两个波长相差很大，有些应用场景难于得到较好的效果，比如彩色成像场景里，会出现色彩较为严重的现象。第二种是两个光束的偏振垂直，但是有些场景中要求探测光束为非偏振态，比如：被测物体是金属物质，偏折光会导致目标的某些部分反射回光较弱，出现物体灰度失真或者部分缺失的现象。因此，具有相同性质两个光束的同步偏折并分束的技术将会解锁更多的应用和探测能力。

优选地，第一光束发射器1和第二光束发射器2为发出同种性质光束的光束发射器。性质相同的两个光束会带来诸多的优势。比如，采用波长相同的光束，可以降低激光器量产的成本(无需考虑激光线宽和对波长的严格选取)；在彩色成像应用中，可以让成像光束(第二光束)精准的还原探测光束(第一光束)所探测到的目标的颜色，较大的避免成像结果的色差。在一些场景中存在金属物体，其对偏折敏感，在某个扫描角度下，其对某个偏折方向的响应比另一个正交方向的偏折要大的多，因此采用无偏振的的光束更能真实的还原目标场景。如果要求色准很高的彩色成像又要对偏折敏感的物体成像，相同性质的两个光束成为必不可少的要求。

需要说明的是本实施例中，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。例如：当第一光束发射器1发射含有红、绿和蓝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、绿和蓝三条光线形成第二光束Ⅱ。

第一光束发射器1发出的射向光束同步偏折器5的第一入射光的入射角与第二光束发射器2发出的射向光束同步偏折器5的第二入射光的入射角不同，以保证在扫描过程中两束入射光对应的出射扫描光的扫描范围不会重叠，达到更好的探测成像效果。

如图3～5所示，图3为光束同步偏折器5处于第一状态的示意图，未摆动时的状态，设此时光束同步偏折器5的角度为γ₁＝0，第一光束I的入射光的入射角为θ₁和第二光束II的入射光的入射角为θ₂，即两束入射光的夹角为α，α为两束入射光的最小夹角，需要保证其中第一光束发射器1的入射光相对应的出射光不会照射到第二光束发射器2，同理，第二光束发射器2的入射光相对应的出射光不会照射到第一光束发射器1即可。由于光束同步偏折器5是在预定角度来回摆动，且要始终保证两束入射光之间的夹角始终大于一预定夹角α，因此在图3的基础上，光束同步偏折器5只能向左摆动，摆动角度为γ₂，摆动到如图4所示的第二状态，然后向右回摆至图3的状态。在第二状态时，第二光束II与光束同步偏折器5的夹角为φ，第一光束I与光束同步偏折器5法平面的夹角为β。在摆动过程中，上述角度满足以下关系：

α＝θ₂-θ₁ (1)

β＝θ₁-γ₂ (2)

φ＝90-θ₂-γ₂ (3)

将公式(1)和(2)代入(3)中，得到θ₁＝45°-(φ+α-β)/2，理论上φ、α和β最小可以为0，所以θ₁＝45°，光束最大偏折角度为2θ₁＝90°。实际上，一个较为紧凑的结构可以是φ＝5°，α＝10°，β＝5°，则θ₁＝45°-5°＝40°。光束最大偏折角度差为2θ₁-2β＝80°-10°＝70°。一个较为宽松的结构为φ＝10°，α＝20°，β＝10°，则θ₁＝45°-10°＝35°，光束最大偏折角度差为2θ₁-2β＝70°-20°＝50°。

第一光束I和第二光束II各自的出射光的扫描角度如图5所示，第一状态的第一光束I的出射光(粗实线箭头)和第二状态的第一光束I的出射光(细实线箭头)之间的夹角为第一出射光的扫描范围。第一状态的第二光束II的出射光(粗虚线箭头)和第二状态的第二光束II的出射光(细虚线箭头)之间的夹角为第二出射光的扫描范围。可见两束出射光的扫描范围不重叠，且不会与各自的入射光重叠，能够实现小于90°角度范围的扫描，而且两束出射光的扫描方向固定。

本实施例的激光雷达的光同步偏折装置适用于扫描角度较小且扫描方向固定的一些应用场景，这样使用成本更低。通常远距离的探测所需的视场角较小，比如：用于无人机上，进行地形地貌勘探。

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 (3)

1.一种用于激光雷达的光同步偏折装置，包括：第一光束发射器、第二光束发射器和光束同步偏折器，其特征在于，所述光束同步偏折器可按预定角度来回摆动地位于第一光束发射器和第二光束发射器的前端，第一光束发射器和第二光束发射器分别位于光束同步偏折器的法平面的两侧，所述第一光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第一入射光位于所述法平面的第一侧，偏折后的第一出射光位于法平面的第二侧，所述第二光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第二入射光位于所述法平面的第二侧，偏折后的第二出射光位于法平面的第一侧。

2.根据权利要求1所述的用于激光雷达的光同步偏折装置，其特征在于，所述第一光束发射器和第二光束发射器为发出同种性质光束的光束发射器。

3.根据权利要求1或2所述的用于激光雷达的光同步偏折装置，其特征在于，所述第一光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第一入射光的入射角与第二光束发射器发出的射向光束同步偏折器的第二入射光的入射角不同。

Images