本發(fā)明屬于激光技術(shù)和光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于多線激光雷達(dá)的激光分束裝置。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)合了光探測(cè)技術(shù)和距離測(cè)量技術(shù)，能夠同時(shí)獲得方位、俯仰、距離、強(qiáng)度等信息，在森林結(jié)構(gòu)估計(jì)、城市建設(shè)、智能制造、無(wú)人駕駛、農(nóng)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。激光雷達(dá)從體制上劃分，主要有直接探測(cè)激光雷達(dá)和相干探測(cè)激光雷達(dá)。在直接探測(cè)激光雷達(dá)中獲得距離信息的激光測(cè)距方法主要分為激光飛行時(shí)間法和三角測(cè)距法，其中激光飛行時(shí)間法包括激光脈沖測(cè)距法和對(duì)激光連續(xù)波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的相位測(cè)距法。

三角法測(cè)距是通過(guò)測(cè)量激光束在CCD上的成像位置獲得距離信息，其最大優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)難度低，成本也很低，近距離測(cè)距中測(cè)距精度在百微米量級(jí)。其缺點(diǎn)是測(cè)量精度會(huì)隨著距離的增加逐漸變差，基本上沒(méi)法與脈沖測(cè)距以及相位測(cè)距相比。激光相位測(cè)距法主要通過(guò)測(cè)量被強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)波激光信號(hào)在雷達(dá)與被探測(cè)物體之間來(lái)回飛行產(chǎn)生的相位差獲得距離信息。其最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)距分辨率非常高，常見(jiàn)的相位測(cè)距儀可以達(dá)到毫米量級(jí)分辨率。但其測(cè)量速度比脈沖測(cè)距慢，且它的測(cè)量精度比較容易受到目標(biāo)形狀運(yùn)動(dòng)影響。激光脈沖測(cè)距技術(shù)通過(guò)測(cè)量激光脈沖在激光雷達(dá)和被探測(cè)物體之間來(lái)回飛行時(shí)間獲取物體距離的信息。這里以光的速度作為基準(zhǔn)，其測(cè)量都基于激光的飛行速度這個(gè)基準(zhǔn)，由L＝c·t/2，t為脈沖從發(fā)射器發(fā)出開(kāi)始到由探測(cè)器接收為止脈沖在空中飛行的時(shí)間，可以計(jì)算出物體到激光雷達(dá)的距離。

目前，包括自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、測(cè)繪等場(chǎng)景用到的激光雷達(dá)，基本上屬于激光脈沖測(cè)距技術(shù)，且往往屬于諸如8線、16線、32線和64線的多線激光雷達(dá)。由于其多線技術(shù)是通過(guò)相應(yīng)數(shù)量的子激光器實(shí)現(xiàn)，具有整機(jī)體積較大,控制電路復(fù)雜且成本較高的問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)在上述場(chǎng)景中的廣泛應(yīng)用。且目前單個(gè)子激光器發(fā)射脈沖所能達(dá)到的峰值功率僅為百瓦量級(jí)，所能探測(cè)的距離限制在百米量級(jí)，難以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)探測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種體積小、成本低可用于多線激光雷達(dá)的激光分束裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種用于多線激光雷達(dá)的分束裝置，包括：光束發(fā)射裝置和光束接收裝置，所述光束發(fā)射裝置，用于向被探測(cè)物體輸出若干數(shù)量等功率發(fā)散角小的激光束；所述光束接收裝置，用于接收由被探測(cè)物體反射回的激光束；

光束發(fā)射裝置包括：依次連接的激光器、光束耦合裝置、分光裝置和光束準(zhǔn)直裝置，其中，所述光束耦合裝置用于將不同種類(lèi)激光器產(chǎn)生的光束耦合進(jìn)分光裝置，所述分光裝置用于將耦合進(jìn)來(lái)的光束進(jìn)行分束，所述分束裝置由多個(gè)1*N光纖耦合器組合連接組成，通過(guò)所述1*N的光纖耦合器將耦合進(jìn)的一束光進(jìn)行m次分束，分成N^m束等功率的激光束，或者所述分束裝置由多個(gè)1*N光纖耦合器和1*M光纖耦合器組合連接組成，通過(guò)所述1*N和1*M不同分束比的光纖耦合器組合將耦合進(jìn)的一束光進(jìn)行分束，分成若干數(shù)量等功率的激光束；所述光束準(zhǔn)直裝置用于將等功率的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直以輸出光束發(fā)散角小的激光束，其中，N和M為不小于2的正偶數(shù)，m為正整數(shù)；

光束接收裝置包括：依次連接的光束聚焦裝置和光探測(cè)裝置，其中，所述光束聚焦裝置用于將被探測(cè)物體反射回的光束聚焦成像在光探測(cè)裝置上，所述光探測(cè)裝置用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。

作為優(yōu)選，所述激光器為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器或光纖激光器其中的一種，激光的中心波長(zhǎng)范圍為400nm—2100nm。

作為優(yōu)選，所述光束耦合裝置為透鏡組或無(wú)源光纖，所述透鏡組由2個(gè)相互平行設(shè)置的透鏡組成。

作為優(yōu)選，所述分光裝置由多個(gè)1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個(gè)1*4光纖耦合器和1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個(gè)1*8光纖耦合器和1*4光纖耦合器組合連接組成。

作為優(yōu)選，所述光束準(zhǔn)直裝置由多個(gè)等角度間隔設(shè)置的光纖準(zhǔn)直器組成。

作為優(yōu)選，所述光束聚焦裝置由單個(gè)聚焦透鏡組成。

作為優(yōu)選，所述光探測(cè)裝置由多個(gè)等距離間隔設(shè)置的光電探測(cè)器組成。

本發(fā)明的用于多線激光雷達(dá)的分束裝置，包括：光束發(fā)射裝置和光束接收裝置，所述光束發(fā)射裝置，用于向被探測(cè)物體輸出若干數(shù)量等功率發(fā)散角小的激光束；所述光束接收裝置，用于接收由被探測(cè)物體反射回的激光束；其中，光束發(fā)射裝置包括：依次連接的激光器、光束耦合裝置、分光裝置和光束準(zhǔn)直裝置，其中，所述光束耦合裝置用于將不同種類(lèi)激光器產(chǎn)生的光束耦合進(jìn)分光裝置，所述分光裝置用于將耦合進(jìn)來(lái)的光束進(jìn)行分束，分成若干數(shù)量等功率的激光束；所述光束準(zhǔn)直裝置用于將等功率的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直以輸出光束發(fā)散角小的激光束。本發(fā)明采用具有分光裝置的光束發(fā)射裝置，可以將激光器產(chǎn)生的光束進(jìn)行分束，分成若干數(shù)量等功率的激光束，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于其多線技術(shù)是通過(guò)相應(yīng)數(shù)量的子激光器實(shí)現(xiàn)，具有整機(jī)體積較大,控制電路復(fù)雜且成本較高的問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，與目前多線激光雷達(dá)中采用的多線技術(shù)相比，可有效降低多線激光雷達(dá)的生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于多線激光雷達(dá)的激光分束裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的光束發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的光束發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的光束發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的光束發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的光束接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，100、光束發(fā)射裝置，200、光束接收裝置，1、激光器，2、透鏡組，3、光纖耦合器，4、光纖準(zhǔn)直器，5、無(wú)源光纖，6、聚集透鏡，7、光電探測(cè)器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，但不限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于多線激光雷達(dá)的激光分束裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：光束發(fā)射裝置和光束接收裝置，所述光束發(fā)射裝置，用于向被探測(cè)物體輸出若干數(shù)量等功率發(fā)散角小的激光束；所述光束接收裝置，用于接收由被探測(cè)物體反射回的激光束。

光束發(fā)射裝置包括：依次連接的激光器、光束耦合裝置、分光裝置和光束準(zhǔn)直裝置，其中，所述光束耦合裝置用于將不同種類(lèi)激光器產(chǎn)生的光束耦合進(jìn)分光裝置，所述分光裝置用于將耦合進(jìn)來(lái)的光束進(jìn)行分束，所述分束裝置由多個(gè)1*N光纖耦合器組合連接組成，通過(guò)所述1*N的光纖耦合器將耦合進(jìn)的一束光進(jìn)行m次分束，分成N^m束等功率的激光束，或者所述分束裝置由多個(gè)1*N光纖耦合器和1*M光纖耦合器組合連接組成，通過(guò)所述1*N和1*M不同分束比的光纖耦合器組合將耦合進(jìn)的一束光進(jìn)行分束，分成若干數(shù)量等功率的激光束；所述光束準(zhǔn)直裝置用于將等功率的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直以輸出光束發(fā)散角小的激光束，其中，N和M為不小于2的正偶數(shù)，m為正整數(shù)；

光束接收裝置包括：依次連接的光束聚焦裝置和光探測(cè)裝置，其中，所述光束聚焦裝置用于將被探測(cè)物體反射回的光束聚焦成像在光探測(cè)裝置上，所述光探測(cè)裝置用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。

作為優(yōu)選，所述激光器為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器或光纖激光器其中的一種，激光的中心波長(zhǎng)范圍為400nm—2100nm。

作為優(yōu)選，所述光束耦合裝置為透鏡組或無(wú)源光纖，所述透鏡組由2個(gè)相互平行設(shè)置的透鏡組成。

作為優(yōu)選，所述分光裝置由多個(gè)1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個(gè)1*4光纖耦合器和1*2光纖耦合器組合連接組成、或者由多個(gè)1*8光纖耦合器和1*4光纖耦合器組合連接組成。

作為優(yōu)選，所述光束準(zhǔn)直裝置由多個(gè)等角度間隔設(shè)置的光纖準(zhǔn)直器組成。

作為優(yōu)選，所述光束聚焦裝置由單個(gè)聚焦透鏡組成。

作為優(yōu)選，所述光探測(cè)裝置由多個(gè)等距離間隔設(shè)置的光電探測(cè)器組成。

作為一種實(shí)施例，如圖2所示，所述光束發(fā)射裝置包括：依次連接的激光器、透鏡組、分束裝置、多個(gè)光纖準(zhǔn)直器，所述分束裝置由多個(gè)1*2的光纖耦合器組合連接組成。激光器產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)為532nm，平均功率為160W的激光通過(guò)透鏡組耦合進(jìn)入分束裝置中，并通過(guò)多個(gè)1*2的光纖耦合器將耦合進(jìn)的一束光進(jìn)行4次分束，分成16束功率為10W的激光束，這些激光束再通過(guò)等角度間隔擺放的光纖準(zhǔn)直器4以0.19mrad的光束發(fā)散角輸出。

作為一種實(shí)施例，如圖3所示，所述光束發(fā)射裝置包括：依次連接的激光器、透鏡組、分束裝置、多個(gè)光纖準(zhǔn)直器，所述分束裝置為多個(gè)1*2的光纖耦合器組合連接組成。激光器產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)為1064nm，平均功率為32W的激光通過(guò)透鏡組耦合進(jìn)入激光分束裝置中，并通過(guò)多個(gè)1*2的光纖耦合器將耦合進(jìn)的一束光進(jìn)行5次分束，分成32束功率為1W的激光束，這些激光束再通過(guò)等角度間隔擺放的光纖準(zhǔn)直器以0.56mrad的光束發(fā)散角輸出。

作為一種實(shí)施例，如圖4所示，所述光束發(fā)射裝置包括：依次連接的激光器、無(wú)源光纖、分束裝置、多個(gè)光纖準(zhǔn)直器，所述分光裝置由多個(gè)1*4光纖耦合器和1*2光纖耦合器組合連接組成。激光器產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)為1550nm，平均功率為16W，脈寬為2ns，脈沖重復(fù)頻率為100KHz的激光通過(guò)無(wú)源光纖耦合進(jìn)入分束裝置中，第一次通過(guò)1*4光纖耦合器將耦合進(jìn)的一束光分成4束功率為4W的激光束，第二次通過(guò)1*2光纖耦合器將4束功率為2W的激光束分成8束功率為2W的激光束，第三次通過(guò)1*2光纖耦合器將8束功率為2W的激光束分成16束功率為1W的激光束，對(duì)應(yīng)的峰值為5KW，可探測(cè)距離在千米量級(jí)。這些激光束再通過(guò)等角度間隔擺放的光纖準(zhǔn)直器以0.56mrad的光束發(fā)散角輸出。

作為一種實(shí)施例，如圖5所示，所述光束發(fā)射裝置包括：依次連接的激光器、分束裝置、多個(gè)光纖準(zhǔn)直器，所述分束裝置3為1個(gè)1*8光纖耦合器和8個(gè)1*4光纖耦合器組合連接組成。激光器產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)為1550nm，平均功率為32W的激光通過(guò)透鏡組耦合進(jìn)入激光分束裝置中，第一次通過(guò)1*8光纖耦合器將耦合進(jìn)的一束光分成8束功率為4W的激光束，第二次通過(guò)1*4光纖耦合器將8束功率為4W的激光束分成32束功率為1W的激光束，所述激光束再通過(guò)等角度間隔擺放的光纖準(zhǔn)直器以0.56mrad的光束發(fā)散角輸出。

如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的光束接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，被探測(cè)物體反射回的光束通過(guò)聚焦透鏡聚焦成像在光電探測(cè)器等距離間隔設(shè)置的光探測(cè)裝置上，所述光探測(cè)裝置用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。

本發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，用于多線激光雷達(dá)中可有效降低生產(chǎn)成本，提高物體可探測(cè)距離，具有廣泛的應(yīng)用前景。