一种基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统包括脉冲激光器准直发射模块、衍射分束元件、反射镜和旋转马达；所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件对应设置；所述反射镜和所述旋转马达连接，所述旋转马达可带动所述反射镜转动从而调节激光和所述反射镜的夹角，所述反射镜设置在所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件之间；所述脉冲激光器准直发射模块射出的准直激光垂直向下射入所述反射镜，所述准直激光经过所述反射镜发射后射出至所述衍射分束元件；本发明专利技术在不增加激光器数目的基础上，通过时分复用技术，可实现对空间探测的分辨率成倍提高，避免了现有技术中提高分辨率而带来的巨大成本增加，系统扩展性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统
本专利技术涉及激光雷达
，具体涉及一种基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统。
技术介绍
近几年来，随着机器人、无人驾驶领域的蓬勃发展，对智能感知传感器的需求越来越紧迫。激光雷达是关键核心智能感知传感器之一，因测距精度高，方向性强，响应快，不受地面杂波影响等优势，且能有效提供机器人、车辆決策与控制系统所需之信息，成为目前机器人、无人驾驶等环境感测最有效方案。但现有激光雷达为保证空间扫描的高分辨率，激光雷达的发射模块多为复杂而精密光路调节机构，在组装过程中部件间配合精密要求高，致使模块制作成本高，无法批量生产，严重影响激光雷达的普及性，制约机器人、无人驾驶领域的发展。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统包括脉冲激光器准直发射模块、衍射分束元件、反射镜和旋转马达；所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件对应设置；所述反射镜和所述旋转马达连接，所述旋转马达可带动所述反射镜转动从而调节激光和所述反射镜的夹角，所述反射镜设置在所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件之间；所述脉冲激光器准直发射模块射出的准直激光垂直向下射入所述反射镜，所述准直激光经过所述反射镜发射后射出至所述衍射分束元件。较佳的，所述脉冲激光器准直发射模块包括激光器，所述脉冲激光器准直发射模块通过光学系统的组合实现对所述激光器光源的准直处理，准直处理后的所述准直激光垂直入射入所述反射镜。较佳的，还设置有旋转平台，所述旋转平台可绕所述旋转平台的中心轴线在水平方向上进行旋转，所述脉冲激光器准直发射模块、所述衍射分束元件、所述反射镜和所述旋转马达均设置在所述旋转平台上。较佳的，所述激光器采用波长为905nm的脉冲半导体激光器，峰值发射功率为30W，所述准直激光发散角为3mrad*3mrad。较佳的，所述准直激光经所述衍射分束元件分束为三道发散光束，三道所述发散光束形成的整个光束发散角为20°，各个所述发散光束之间的角度为10°；各个所述发散光束的均匀性≤±10％，发射效率≥75％。较佳的，所述衍射分束元件的衍射光栅与水平面垂直。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：1，本专利技术通过衍射分束元件，可以精确控制各激光雷达发射线束之间的角度，从而可以避免精密、复杂的微组装过程，提高线束之间的精度与以一致性；2，在不增加激光器数目的基础上，通过时分复用技术，可实现对空间探测的分辨率成倍提高，避免了现有技术中提高分辨率而带来的巨大成本增加，系统扩展性强；3，通过调整所述旋转马达的转动角度以进行多轮扫描；可填补单次扫描下相邻光束之间角度的空间范围，从而大幅度提高空间扫描分辨率。附图说明图1为所述激光雷达发射系统实施例二的结构立体图；图2为所述激光雷达发射系统实施例二的光路侧视图；图3为所述激光雷达发射系统实施例二的光路俯视图；图4为所述激光雷达发射系统实施例三的结构立体图；图5为所述激光雷达发射系统实施例三的结构俯视图；图6为所述激光雷达发射系统实施例三反射镜角度改变前后分束的比对视图；图7为所述激光雷达发射系统实施例四的结构立体图；图8为所述激光雷达发射系统实施例四的结构俯视图；图9为所述激光雷达发射系统实施例四反射镜角度改变前后分束的比对视图；图10为所述激光雷达发射系统实施例五第一次扫描的MEMS振镜扫描点阵示意图；图11为所述激光雷达发射系统实施例五第二次扫描的MEMS振镜扫描点阵示意图。图中数字表示：1-脉冲激光器准直发射模块；2-MEMS振镜；3-反射镜；4-旋转马达；5-衍射分束元件；11-激光器；12-柱透镜；13-非球面透镜。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例一本实施例中的激光雷达发射系统包括脉冲激光器准直发射模块1和衍射分束元件5；所述脉冲激光器准直发射模块1和所述衍射分束元件5对应设置。所述脉冲激光器准直发射模块1包括激光器11，所述脉冲激光器准直发射模块1通过光学系统的组合实现对所述激光器11光源的准直处理，准直处理后的准直激光垂直入射入所述衍射分束元件5上，所述衍射分束元件5将垂直入射的所述准直激光均匀分为若干发散光束，所述发散光束之间的角度可以通过调节所述衍射分束元件5的结构来进行精密控制。所述激光雷达发射系统还设置有旋转平台，所述旋转平台可绕所述旋转平台的中心轴线在水平方向上进行360°旋转，所述脉冲激光器准直发射模块1和所述衍射分束元件5设置在所述旋转平台上，所述旋转平台带动所述脉冲激光器准直发射模块1和所述衍射分束元件5进行旋转，从而实现将所述发散光束投射至所述旋转平台的周边环境进行扫描，从而保证激光雷达对周围360°范围一定视场角范围的探测感知。通过所述衍射分束元件5，调节所述衍射分束元件5上刻蚀槽之间的周期，可以精确控制所述激光雷达发射系统发射出的各所述发散光束之间的角度，从而可以避免精密、复杂的微组装过程，提高所述发散光束之间的精度与以一致性，从而提高激光雷达的使用普及性。实施例二如图1所示，图1为所述激光雷达发射系统实施例二的结构立体图；所述脉冲激光器准直发射模块1还包括柱透镜12、非球面透镜13，所述柱透镜12和所述非球面透镜13设置在所述激光器11和所述衍射分束元件5之间，所述激光器11优选采用脉冲半导体激光器；所述衍射分束元件5优选采用衍射光栅分束元件。具体的，所述半导体激光器11在快轴方向与慢轴方向的出光面尺寸相差较大，一般的，所述激光器11发射激光在所述快轴方向上的发散角较大。故本专利技术首先通过设置的所述非球面柱透镜12将所述激光器11发射激光在所述快轴方向上的发散角进行压缩，所述激光器11发射激光在所述慢轴方向上将会不受影响的继续传输；所述非球面透镜13的固定设置，使所述激光器11的出光面在所述非球面透镜13的焦平面处，所述非球面透镜13的焦距一般大于30mm，通过所述非球面透镜13将所述发射激光在所述慢轴方向上和所述快轴方向上进行准直，准直后的所述准直光束发散角小于3mradx3mrad。通过所述柱透镜12进行快轴方向上的光束压缩，可降低发射激光在到达所述非球面透镜13之前的光能量耗散。将准直后的所述准直激光垂直入射进所述衍射分束元件5，通过所述衍射分束元件5，将所述准直激光在第一方向上分成若干所述发散光束，如图2所示，而在第二方向上不受影响，如图3所示；所述第一方向和所述第二方向垂直。较佳的，所述第一方向形成的若干所述发散光束垂直于水平面，保证所述旋转平台在水平方向上旋转时，所述发散光束均可扫描到360°、上下一定视场角范围内的空间，从而保证激光雷达对周围360°范围一定视场角范围的探测感知。在本实施例中，所述激光器11采用波长为905nm的脉冲半导体激光器，峰值发射功率为25W，根据所述激光器11的波长，设计制作所述衍射分束元件5，各个所述发散光束的功率均匀性≤±10％，发射效率≥75％，准直激光经所述衍射分束元件5分束为五道发散光束，五道所述发散光束形成的整个光束发散角为12°，各个所述发散光束之间的夹角为3°。实施例三实施例三在实施例一的基础上进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统，其特征在于，包括脉冲激光器准直发射模块、衍射分束元件、反射镜和旋转马达；所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件对应设置；所述反射镜和所述旋转马达连接，所述旋转马达可带动所述反射镜转动从而调节激光和所述反射镜的夹角，所述反射镜设置在所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件之间；所述脉冲激光器准直发射模块射出的准直激光垂直向下射入所述反射镜，所述准直激光经过所述反射镜发射后射出至所述衍射分束元件。

【技术特征摘要】
1.一种基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统，其特征在于，包括脉冲激光器准直发射模块、衍射分束元件、反射镜和旋转马达；所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件对应设置；所述反射镜和所述旋转马达连接，所述旋转马达可带动所述反射镜转动从而调节激光和所述反射镜的夹角，所述反射镜设置在所述脉冲激光器准直发射模块和所述衍射分束元件之间；所述脉冲激光器准直发射模块射出的准直激光垂直向下射入所述反射镜，所述准直激光经过所述反射镜发射后射出至所述衍射分束元件。2.如权利要求1所述的基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统，其特征在于，所述脉冲激光器准直发射模块包括激光器，所述脉冲激光器准直发射模块通过光学系统的组合实现对所述激光器光源的准直处理，准直处理后的所述准直激光垂直入射入所述反射镜。3.如权利要求1所述的基于衍射分束元件的时间复用激光雷达发射系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：金里，陈丛，杨孝东，曹国威，李由，程国云，刘剑辉，郭进，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34