一种激光雷达的双光束扫描系统及激光雷达的制作方法

1.本实用新型涉及三维激光测量领域，特别是涉及一种激光雷达的双光束扫描系统及激光雷达。


背景技术：

2.近年来，激光雷达广泛应用于无人驾驶智能车辆、测绘探测、工业机器人、安防设备等领域，应用场景丰富，使用量呈逐年上升态势。
3.其中，单光束激光雷达主要应用于远距离测距，高精度的激光雷达，可以担负无人驾驶导航、林业测绘、电力线巡检等多场景的激光测量任务。
4.现阶段在载体高速运动过程中，激光雷达的视场角受到诸多因素的制约，如载体的速度高就要求扫描的速度快，但扫描的速度快就会导致实际有效能够探测视场就会相对减小；同时扫描结构本身的扫描镜的尺寸也限制了扫描视场的扩展。则扩展单激发射光器所产生的单激光束所产生的视场角是本领域亟待解决的问题。
5.通过设置较多的激光器的方式可以扩展激光束的数量，进而获得扩展视场角的基础，但是，成本有所增加，特别是对整体光学系统需要重新架构和调校，对系统的改动较大。则如何在现有设备的基础上，对激光雷达单个激光器所能产生的激光束的数量进行扩张，且对原光学系统的改动较为轻微，同时有效控制成本，是本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型解决的技术问题在于，用于扩展单个发射激光器所能产生的视场角。
7.更进一步的，对系统结构调整小，实现成本低。
8.更进一步的，消除由杂散光所造成的信号噪声。
9.本实用新型公开了一种激光雷达的双光束扫描系统，该系统包括：
10.激光发射器，用于发出第一激光束；
11.分光模块，将该第一激光束分区分为第二激光束及第三激光束；
12.该第二激光束的主光轴及该第三激光束的主光轴平行；
13.主扩束镜，该第二激光束及该第三激光束均通过该主扩束镜出射。
14.该第二激光束及该第三激光束各自在该主扩束镜上的光斑圆心的连线通过该扩束镜的圆心。
15.该第二激光束及该第三激光束各自的光斑在该主扩束镜部分重叠或者互不重叠。
16.该第二激光束及该第三激光束通过该主扩束镜出射后，该第二激光束及该第三激光束的主光轴形成预定夹角。
17.该预定夹角为锐角，或者，该预定夹角属于0-20度。
18.该分光模块包括：
19.第一偏振分光棱镜、第一偏振态调整波片、第二偏振分光棱镜、第二偏振态调整波片；
20.该第一激光束依次经过该第一偏振分光棱镜以及该第二偏振态调整波片后得到第二激光束；
21.该第一激光束依次经过该第一偏振分光棱镜、第一偏振态调整波片、第二偏振分光棱镜、第二偏振态调整波片后，得到该第三激光束。
22.该第一偏振态调整波片为1/4波片，该第二偏振态调整波片为1/2波片。
23.第一接收单元，该第一接收单元接收该第二激光束的第二返回信号，该第二返回信号通过该主扩束镜、该第二偏振态调整波片以及该第一偏振分光棱镜入射至该第一接收单元；
24.第二接收单元，该第二接收单元接收该第三激光束的第三返回信号，该第三返回信号通过该主扩束镜、该第二偏振态调整波片以及该第二偏振分光棱镜入射至该第二接收单元。
25.所述的激光雷达的双光束扫描系统还包括杂散光屏蔽模块；
26.该第二、第三激光束分别通过该杂散光屏蔽模块，出射至该主扩束镜；
27.该第二返回信号通过该杂散光屏蔽模块，入射至第二偏振态调整波片；
28.该第三返回信号通过该杂散光屏蔽模块，入射至第二偏振态调整波片。
29.该杂散光屏蔽模块为一光阑。
30.该第一接收单元与该第一偏振分光棱镜之间还设置有滤光片以及探测器耦合镜；
31.该第二接收单元与该第二偏振分光棱镜之间还设置有滤光片以及探测器耦合镜。
32.本实用新型还公开了一种激光雷达，该激光雷达包括：所述的双光束扫描系统。
33.本实用新型通过增加单个激光器所能产生的激光束的数量的方式，实现了增加单个激光发射器所能达到的扫描视场角的技术效果。本实用新型还可有效的消除由杂散光所造成的信号噪声，避免由于杂散光的存在影响整个光路的效率和信号准确性。
附图说明
34.图1所示为本实用新型的一种激光雷达的双光束扫描系统的结构示意图。
35.图2所示为本实用新型的第二、三激光束的分布示意图。
36.图3所示为本实用新型的第二、三激光束的分布示意图。
37.图4所示为本实用新型的一种激光雷达的双光束扫描系统的结构示意图。
38.图5所示为本实用新型的一种激光雷达的双光束扫描系统的结构示意图。
39.图6所示为本实用新型的一种激光雷达的双光束扫描系统的结构示意图。
具体实施方式
40.以下结合具体实施例描述本实用新型的技术方案的实现过程，不作为对本实用新型的限制。
41.为了提升单个激光器所能实现的扫描视场，本实用新型通过增加单个激光器所能产生的激光束的数量的方式实现，特别是产生两个激光束。同时，还可通过控制各个激光束的主光轴之间的夹角，以增大视场角。
42.如图1所示为本实用新型的一种激光雷达的双光束扫描系统的结构示意图。该系统包括：
43.激光发射器10，用于发出第一激光束l1；
44.分光模块20，将该第一激光束分l1区分为第二激光束l2及第三激光束l3；
45.该第二激光束l2的主光轴及该第三激光束l3的主光轴平行；
46.主扩束镜30，该第二激光束l2及该第三激光束l3均通过该主扩束镜出射。
47.本实用新型通过分光模块将一束激光束分为两束，以扩展视场角。分光后的得到的激光束全部通过主扩束镜出射，使得单个激光发射器所发出的发出的激光束通过同一个光学镜组射出，则对整体光学系统的改动较小，成本较小。
48.由于该第二激光束l2的主光轴及该第三激光束l3的主光轴平行，故而该第二激光束l2及该第三激光束l3各自的光斑处于该主扩束镜的不同位置。
49.如图2所示实施例中,该第二激光束l2在该主扩束镜上的光斑圆心22及该第三激光束l3在该主扩束镜上的光斑圆心23的连线通过该主扩束镜30的圆心31，以保证光斑圆心22、23被主扩束镜30的偏折方向相对，以叠加对单个激光束的偏折量，扩大总扫描视场角。该第二激光束l2的光斑及该第三激光束l3的光斑在该主扩束镜30互不重叠。
50.如图3所示实施例中,该第二激光束l2在该主扩束镜上的光斑圆心22及该第三激光束l3在该主扩束镜上的光斑圆心23的连线通过该主扩束镜30的圆心31。在优化的实施例中，该第二激光束l2的光斑及该第三激光束l3的光斑在该主扩束镜30部分重叠。
51.通过这样的光学设置,使得所有光斑得以有序分布于主扩束镜30，便于高效的对不同激光束进行光路调整。
52.该激光发射器10为非保偏激光器。
53.如图4所示，第二激光束l2、第三激光束l3分别通过杂散光屏蔽模块40，出射至该主扩束镜。同时，该第二激光束l2、第三激光束l3的回波信号，也通过该杂散光屏蔽模块40回到该扫描系统中来。
54.该杂散光屏蔽模块40可为一光阑，例如为小孔光阑。通过设置小孔光阑，将瞬时探测视场外的杂散光有效的滤除，同时将光路密封，使之与由于激光雷达内部扫描系统的结构件反射的杂散光隔离。
55.通过该杂散光屏蔽模块40使得特定光路上的特定部分激光束能够进入该主扩束镜以出射，以及，使得返回信号中的特定部分能够回到接收单元被接收，屏蔽掉杂散光，保证光路信号的准确，有效的消除了由杂散光所造成的信号噪声，避免由于杂散光的存在影响整个光路的效率和信号准确性。
56.该第二激光束及该第三激光束通过该主扩束镜出射后，该第二激光束及该第三激光束的主光轴形成一定夹角。
57.该第二激光束l2及该第三激光束l3通过该主扩束镜出射后，该主扩束镜的光学参数可使得该第二激光束l2及该第三激光束l3的主光轴形成一定夹角α。该夹角α为锐角，在优选的实施例中，该夹角α属于0-20度。通过该第二激光束l2及该第三激光束l3的主光轴形成的夹角，使得从主括束镜30出射的光学视场角增大，有效扫描范围增大，特别是大于平行出射所得到的光学视场，扩展了本实用新型的双光束扫描系统的核心性能参数。通过控制该主扩束镜30对该第二激光束l2及该第三激光束l3的偏折程度，还可以进一步对该扫描系统的视场角进行精确的控制以及设计。
58.如图5所示为分光模块20的具体结构示意图。参照图5描述发射光路的行进方式。
59.该分光模块20包括第一偏振分光棱镜21、第二偏振分光棱镜22、第一偏振态调整波片23以及第二偏振态调整波片24。
60.该第一偏振分光棱镜21接收该第一激光束l1，对其中第一偏振态的部分进行反射，对第二偏振态的部分进行透射。
61.该第一偏振态的部分经过该第二偏振态调整波片24进行偏振调整后，获得该第二激光束l2。
62.该第二偏振态的部分作为中间激光束经过该第一偏振态调整波片23进行偏振调整后入射该第二偏振分光棱镜22，经反射后经过该第二偏振态调整波片24再次进行偏振调整后，获得该第三激光束l3。
63.该第二偏振态调整波片24为1/4波片，该第一偏振态调整波片23为1/2波片。该第二激光束l2与该第三激光束l3处于同一偏振态。
64.该第二激光束l2与该第三激光束l3分别经副扩束镜25汇聚后，再经过光阑，入射至该主扩束镜30。
65.如图6所示为配合分光模块20的接收光路的行进方式示意图。
66.该双光束扫描系统还包括：第一接收单元50、第二接收单元60、滤光片27以及探测器耦合镜26。
67.该第二激光束出射到环境中的的第二返回信号通过该主扩束镜30、杂散光屏蔽模块40、副扩束镜25、第二偏振态调整波片24、第一偏振分光棱镜21、滤光片27以及探测器耦合镜26入射至该第一接收单元。
68.该第三激光束出射到环境中的的第三返回信号通过该主扩束镜30、杂散光屏蔽模块40、副扩束镜25、第二偏振态调整波片24、第二偏振分光棱镜22、滤光片27以及探测器耦合镜26入射至该第二接收单元。
69.该探测器耦合镜26用于将返回信号汇聚到接收单元的接收面中。
70.该滤光片27用于过滤激光雷达所不能处理的频段的信号，提高处理效率。
71.本实用新型还公开了一种激光雷达，该激光雷达包括上述的双光束扫描系统。
72.本实用新型通过增加单个激光器所能产生的激光束的数量的方式，实现了增加单个激光发射器所能达到的扫描视场角的技术效果。
73.本实用新型还可有效的消除由杂散光所造成的信号噪声，避免由于杂散光的存在影响整个光路的效率和信号准确性。
74.上述实施例仅为实现本实用新型的示例性描述，而不用以限制本实用新型的保护范围，本领域的技术人员可据以做出各种明显变形以及等同替换的技术方案，皆涵盖于本实用新型的公开范围内，本实用新型的保护范围请参阅后附带权利要求书中记载为准。