基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统，涉及照明系统技术领域，其包括有M×N+1个激光器、激光器电源、触发信号发生器、呈二维阵列排列的M×N个光纤接头、一个用于传输起始信号激光的光纤连接头、出射端面、设置于所述出射端面上的呈二维排列的M×N个开孔、连接在M×N个光纤接头和开孔之间的M×N条光纤、出射光学系统以及用于接收起始信号的光电探测器，M×N个所述光纤接头分别对应与M×N个所述激光器耦合，另一个所述激光器与所述光纤连接头相耦合，其中M与N都为≥1的自然整数；本方案中的点阵照明系统在工作时，照射在目标物上的仍是激光光斑，而不是空间连续的激光，激光能量高，测距范围大。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统
本技术涉及照明系统
，具体涉及一种应用于激光雷达的基于光纤耦合激光阵列的点阵照明系统。
技术介绍
激光雷达广泛应用于测绘、遥感、飞机避障、导弹制导等领域，在自动驾驶汽车方面潜力巨大。目前的激光雷达有多种照明系统，最常见的激光雷达是机械扫描式，采用飞行时间测距原理，属于直接测距。在测绘用的激光雷达中，采用单点式激光照明，激光光斑小，能量高，只需要一个探测器就可以实现远距离测距，通过激光器-探测器对的长时间二维扫描，可以获得地理空间或建筑物结构的静态距离图像。在自动驾驶汽车用的扫描激光雷达中，为了适应汽车高速运动时的距离图像获取，一般采用多点式激光照明，多个激光器排列成线阵，通过激光器线阵-探测器线阵对在与线阵垂直方向的一维扫描，就可以获得汽车周围空间的整幅图像，速度比单点式照明快。正在发展中的非扫描激光雷达中没有扫描装置，抗恶劣环境性能更强，属于固态激光雷达中的一种，它通常采用泛光照明方式，将激光束扩束后照射整个视野，形成连续的照明空间，探测器二维阵列接收激光回波，成像速度更快，但由于泛光照明时激光能量大大降低，测距范围明显降低。也有人采用衍射光学元件将一个激光器的能量变为点阵的形式后照射视野，兼具大视野和激光光斑能量高的特点，但衍射光学元件性能要求高，制作复杂，价格昂贵，且存在不同激光光斑能量不尽一致但又不可调节的缺点，未能得到大面积推广，仅在少数特殊领域应用。此外，激光雷达还有多种工作方式，如采用幅度或频率调制光源等，不过照明方式不外乎以上几种。目前在自动驾驶汽车等应用领域，由于目标物在视野内的快速移动，不仅要求激光雷达测距范围大，而且同时要求成像速度快。上述两种方法在实际应用中各有侧重，但在满足自动驾驶等应用的要求上存在缺陷，所以有必要加以改进。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种基于光纤耦合激光阵列的点阵照明系统，该点阵照明系统照射在目标物上的激光光斑形成了一个二维点阵，在实现了大范围照明的同时具有激光光斑小的特点，可以兼具远距离测距与快速测距的特性。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统，包括有M×N+1个激光器、激光器电源、用于对所述激光器产生脉冲触发控制信号的触发信号发生器、呈二维阵列排列的M×N个光纤接头、一个用于传输起始信号激光的光纤连接头、出射端面、设置于所述出射端面上的呈二维排列的M×N个开孔、连接在M×N个光纤接头和开孔之间的M×N条光纤、出射光学系统以及用于接收起始信号的光电探测器，M×N个所述光纤接头分别对应与M×N个所述激光器耦合，另一个所述激光器与所述光纤连接头相耦合，其中M与N都为≥1的自然整数。进一步，所述出射光学系统由一个或几个透镜形成的透镜组构成。进一步，所述激光器为激光二极管、固体激光器或光纤激光器中的一种。进一步，所述开孔为通过采用微细加工技术形成的小孔结构。进一步，所述激光器电源为可提供快速脉冲驱动能力的电源结构。与现有技术相比，本方案具有的有益技术效果为：1、本方案中的点阵照明系统在工作时，照射在目标物上的仍是激光光斑，而不是空间连续的激光，激光能量高，测距范围大；2、照射在目标物上的是二维点阵，点阵周期可调，每点的光强独立调节，可以进行整个视野的均匀照明，容易实现非扫描激光雷达，测距速度快；3、在阵列数量有限不足以实现整个视野的照明情况下，也可以通过步进扫描的方式照亮整个视野，由于每一步都是M×N个激光光斑构成的区域，扫描整个视野的速度比传统的机械扫描激光雷达快，属于混合固态激光雷达的范畴；4、采用二维光纤阵列，激光束方向很容易调节，容易实现激光出射系统与电子学系统的隔离，便于操控，例如出射系统尺寸小，安放位置不受限制，安放更方便，电子学系统可以安放在车内适当位置，控温、减振等功能更容易实现，光纤尺寸小，出射激光束彼此之间的距离可以比激光器本身的尺寸更小，因而成像分辨更好。附图说明图1为本实施例中的基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统的结构示意图。图中的附图标记说明：1-激光器电源，2-触发信号发生器，3-激光器，4-光纤接头，5-光纤，6-出射端面，7-光纤纤芯，8-发散激光束，9-出射光学系统，10-准直激光束，11-目标物，12-激光光斑，13-光纤连接头，14-光电探测器。具体实施方式下面结合说明书附图与具体实施方式对本技术做进一步的详细说明。本方案是针对现有的自动驾驶汽车等应用领域内，由于目标物在视野内的快速移动，要求激光雷达测距范围大同时要求成像速度快的技术要求，然而现有的技术方法不能很好的满足上述要求的前提下，而提出的一种基于光纤耦合激光阵列的点阵照明系统，该点阵照明系统照射在目标物上的激光光斑形成了一个二维点阵，在实现了大范围照明的同时具有激光光斑小的特点，可以兼具远距离测距与快速测距的特性。参见附图1所示，为本实施例中的基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统的结构示意图。本实施例中的点阵照明系统包括有激光器电源1、触发信号发生器2、激光器3、二维光纤阵列的光纤接头4、光纤5、二维光纤阵列的出射端面6、安装在出射端面6上的光纤纤芯7、发散激光束8、出射光学系统9。激光器电源1用于为激光器3提供脉冲驱动能力，在实际中可优先采用具备快速脉冲驱动能力的电源结构。触发信号发生器2为用于产生脉冲触发信号的电子设备。在本实施例中，上述激光器3既可以是激光二极管，也可以是固体激光器，还可以是光纤激光器，这些激光器3通过电源供电，在触发信号发生器2所产生的同一个触发信号的控制下，多个激光器3同时产生多束激光脉冲。本方案中的激光器3为多个，在实际中利用多个激光器3产生一个可产生二维阵列的激光光斑结构。为了便于描述，本实施例中的激光器3为M×N+1个，其中M×N个激光器3用于形成一个M×N个激光光斑12构成的二维激光光斑阵列，利用M×N个激光器3对应产生M×N光束激光，用于照明视野；另外一个激光器3用于与光纤连接头13相连，用于产生起始激光信号。需要说明的是，上述M与N都为≥1的自然整数，在实际中可根据需要，M取值可以与N相同，也可以不相同。本实施例中的二维光纤阵列其入射部分是M×N+1个独立的光纤接头4，每个光纤接头4与一个激光器3进行高效耦合，阵列的出射端面6在水平方向和竖直方向上分别设置有M个周期和N个周期的光纤，另外一根光纤的出射连接头不进入出射端面6，而是连接光电探测器14。为了能够放置安装光纤，通过微细加工技术，在硅片等材料上精密加工有M×N个开孔，M×N条光纤一端对应稳定地放置固定在M×N个开孔中，构成精密排列的出射端面6。二维光纤阵列出射端面6所形成的阵列激光通过出射光学系统9投影到目标物11上，在目标物11上形成M×N个激光光斑12，已完成点阵照明。本实施例中的出射光学系统9由一个或多个透镜形成的透镜组构成。工作时，激光器电源1为激光器3提供快速驱动脉冲，触发信号发生器2产生的一个触发信号，同时控制M×N+1个激光器3产生激光脉冲。二维光纤阵列的光纤连接头13中的每个光纤接头4都分别与一个激光器3进行高效耦合，一共M×N个光纤接头4。激光脉冲被耦合进行光纤连接头13后，顺着光纤传输到的二维光纤阵列的出射端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统，其特征在于：包括有M×N+1个激光器、激光器电源、用于对所述激光器产生脉冲触发控制信号的触发信号发生器、呈二维阵列排列的M×N个光纤接头、一个用于传输起始信号激光的光纤连接头、出射端面、设置于所述出射端面上的呈二维排列的M×N个开孔、连接在M×N个光纤接头和开孔之间的M×N条光纤、出射光学系统以及用于接收起始信号的光电探测器，M×N个所述光纤接头分别对应与M×N个所述激光器耦合，另一个所述激光器与所述光纤连接头相耦合，其中M与N都为≥1的自然整数。

【技术特征摘要】
1.基于光纤耦合激光器阵列的点阵照明系统，其特征在于：包括有M×N+1个激光器、激光器电源、用于对所述激光器产生脉冲触发控制信号的触发信号发生器、呈二维阵列排列的M×N个光纤接头、一个用于传输起始信号激光的光纤连接头、出射端面、设置于所述出射端面上的呈二维排列的M×N个开孔、连接在M×N个光纤接头和开孔之间的M×N条光纤、出射光学系统以及用于接收起始信号的光电探测器，M×N个所述光纤接头分别对应与M×N个所述激光器耦合，另一个所述激光器与所述光纤连接头相耦合，其中M与N都为≥1的自然整数。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：任金淼，
申请(专利权)人：任金淼，
类型：新型
国别省市：北京,11