一种四角度同时探测的激光雷达光学系统技术方案

一种四角度同时探测的激光雷达光学系统，属于激光雷达扫描技术领域，包括激光发射系统和激光接收系统，所述激光发射系统包括激光器、光纤、1×2光纤分束器、1×4光纤分束器、光纤准直器组、MEMS微反射镜、扩/缩束镜以及单点探测器；所述激光接收系统包括窄带滤光片、物镜以及四象限探测器；所述激光器发射的脉冲激光通过光纤进入1×2光纤分束器；其中一束进入1×4光纤分束器分为光强度均等的四束脉冲激光，并通过光纤进入光纤准直器组；经MEMS微反射镜反射的脉冲激光经扩/缩束镜指向待测目标。本发明专利技术基于四角度同时照射方法与四象限探测器每个感光面的独立接收的性质，将MEMS激光雷达的扫描角度范围提高了四倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光雷达扫描
，特别是涉及到一种激光雷达光学系统。
技术介绍
激光成像雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，可以采集方位角-俯仰角-距离三维数据，并将数据以图像的形式显示，扫描成像激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，通过二维扫描实现目标的三维探测。其具有角分辨率高、距离分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等一系列优点。授权专利CN205120965U公开了一种基于MEMS微镜的激光雷达，其基于MEMS微镜的扫描功能，大大减小了激光雷达的体积和重量，而且结构简单、成本较低，但其发射的是单激光光束，存在扫描角度范围小的缺点；美国专利US8,081,301B2通过望远镜来扩大角度范围，但望远镜会增大激光束散角，激光束散角增大使照射目标光斑增大，降低了激光雷达的像元分辨率。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种四角度同时探测的激光雷达光学系统，基于四角度同时照射方法与四象限探测器每个感光面的独立接收的性质，将MEMS激光雷达的扫描角度范围提高了四倍。一种四角度同时探测的激光雷达光学系统，其特征是：包括激光发射系统和激光接收系统，所述激光发射系统包括激光器、光纤、1×2光纤分束器、1×4光纤分束器、光纤准直器组、MEMS微反射镜、扩/缩束镜以及单点探测器；所述激光器发射的脉冲激光通过光纤进入1×2光纤分束器；所述1×2光纤分束器将脉冲激光信号分为两束，其中一束进入单点探测器，另一束进入1×4光纤分束器分为光强度均等的四束脉冲激光，并通过光纤进入光纤准直器组；所述光纤准直器组的脉冲激光出射端指向MEMS微反射镜的镜面；经MEMS微反射镜反射的脉冲激光经扩/缩束镜指向待测目标；所述激光接收系统包括窄带滤光片、物镜以及四象限探测器；所述物镜将待测目标表面漫反射的脉冲激光汇聚于四象限探测器，四象限探测器四个象限分别接收激光发射系统光纤准直器组的角度范围内的漫反射光；所述窄带滤光片设置在物镜的前端。所述光纤准直器组包括四个光纤准直镜。所述窄带滤光片滤除激光器波长范围外的背景光。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：一种四角度同时探测的激光雷达光学系统，基于四角度同时照射方法与四象限探测器每个感光面的独立接收的性质，将MEMS激光雷达的扫描角度范围提高了四倍。通过多束激光照射来增大总体探测角度，由于没有缩束，因此对分辨率无影响；四束同时发射的激光需要用单独的探测器来接收以防止互相干扰，四象限探测器的光敏面由面积相等、形状相同、位置对称的四部分组成，每一部分为一个象限，单独输出信号，所以激光接收系统采用四象限探测器接收，采用物镜汇聚漫反射光，利用窄带滤光片滤除激光器波长范围外的背景光，提高信噪比。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：图1为本专利技术一种四角度同时探测的激光雷达光学系统结构示意图。图2为本专利技术一种四角度同时探测的激光雷达光学系统基于MEMS微反射镜的激光雷达整体结构示意图。图中1-激光器、2-光纤、3-1×2光纤分束器、4-1×4光纤分束器、5-光纤准直器组、6-MEMS微反射镜、7-扩/缩束镜、8-单点探测器、9-待测目标、10-窄带滤光片、11-物镜、12-四象限探测器。具体实施方式一种四角度同时探测的激光雷达光学系统，如图1和图2所示，包括激光发射系统和激光接收系统，所述激光发射系统包括激光器1、光纤2、1×2光纤分束器3、1×4光纤分束器4、光纤准直器组5、MEMS微反射镜6、扩/缩束镜7以及单点探测器8；所述激光接收系统包括窄带滤光片10、物镜11以及四象限探测器12；激光器1产生的脉冲激光进入光纤2后首先经过1×2光纤分束器3分成强弱两部分；传输弱光的光纤接入单点探测器8，用于记录激光脉冲信号发射出的起始时刻；由1×2光纤分束器3分离的传输强光的光纤接入1×4光纤分束器4，将激光分成强度相等的四部分；分束后的四支光纤分别连接光纤准直器组5，将光纤内的强度相等四束光转换成平行光束，令四个光纤准直器以一定距离和角度间隔排布，并令其输出的平行光均照射MEMS微反射镜6的镜面，经反射后所成的角度间隔为MEMS微反射镜6的扫描角度范围；MEMS微反射镜6为二维微扫描镜；激光经过MEMS微反射镜6反射后再经过扩/缩束镜7缩小扩大束散角，最后射向待测目标9；待测目标9表面漫反射回的脉冲激光经过激光接收光学系统的窄带滤光片10滤除部分背景光，通过物镜11汇聚于四象限探测器12感光面，四象限探测器12的四个象限接收激光发射系统发射的四束激光扫描角度范围内的漫反射光，相邻两个区间不互相干扰；激光发射系统光纤准直器组5每个光纤准直器的角度排布与待测目标9的扫描视场与四象限探测器12的每个象限的感光面一一对应，相邻两区间无重合部分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四角度同时探测的激光雷达光学系统，其特征是：包括激光发射系统和激光接收系统,所述激光发射系统包括激光器(1)、光纤(2)、1×2光纤分束器(3)、1×4光纤分束器(4)、光纤准直器组(5)、MEMS微反射镜(6)、扩/缩束镜(7)以及单点探测器(8)；所述激光器(1)发射的脉冲激光通过光纤(2)进入1×2光纤分束器(3)；所述1×2光纤分束器(3)将脉冲激光信号分为两束，其中一束进入单点探测器(8)，另一束进入1×4光纤分束器(4)分为光强度均等的四束脉冲激光，并通过光纤(2)进入光纤准直器组(5)；所述光纤准直器组(5)的脉冲激光出射端指向MEMS微反射镜(6)的镜面；经MEMS微反射镜(6)反射的脉冲激光经扩/缩束镜(7)指向待测目标(9)；所述激光接收系统包括窄带滤光片(10)、物镜(11)以及四象限探测器(12)；所述物镜(11)将待测目标(9)表面漫反射的脉冲激光汇聚于四象限探测器(12)，四象限探测器(12)四个象限分别接收激光发射系统光纤准直器组(5)的角度范围内的漫反射光；所述窄带滤光片(10)设置在物镜(11)的前端。

【技术特征摘要】
1.一种四角度同时探测的激光雷达光学系统，其特征是：包括激光发射系统和激光接收系统,所述激光发射系统包括激光器(1)、光纤(2)、1×2光纤分束器(3)、1×4光纤分束器(4)、光纤准直器组(5)、MEMS微反射镜(6)、扩/缩束镜(7)以及单点探测器(8)；所述激光器(1)发射的脉冲激光通过光纤(2)进入1×2光纤分束器(3)；所述1×2光纤分束器(3)将脉冲激光信号分为两束，其中一束进入单点探测器(8)，另一束进入1×4光纤分束器(4)分为光强度均等的四束脉冲激光，并通过光纤(2)进入光纤准直器组(5)；所述光纤准直器组(5)的脉冲激光出射端指向MEMS微反射镜(6)的镜面；经MEMS微...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘壮，王超，江伦，李英超，佟守峰，张浩钧，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22