一种多线激光雷达的光学发射系统的制作方法

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种多线激光雷达的光学发射系统。

背景技术：

目前多线式激光雷达，其光学发射系统主要有使用多个准直激光器实现在一维方向上排列，再由电机带动整体旋转形成360度扫描的，如专利cn107121683a，这种方式的主要缺点是多个准直激光器的体积难做小，不利于产品的小型化，通常为了在有限空间内排布更多准直激光器，需要使用多个反射镜，增加了光路调试难度，通常可以实现的扫描线数也比较少。

另一种使用mems振镜方案实现激光束在一维方向上扫描的方式，如专利cn107422473a。这种方案主要问题是十分依靠mems振镜的性能，在振镜扫描方向上测量速度通常会较其他方式慢，另外目前mems振镜工艺不够成熟，使用寿命也是一个问题。

又如专利cn205749898u，使用透镜组进行准直发射，这样对激光光源束散角就要求较高。ld光源通常在快轴方向上束散角太大，高斯分布差，直接和透镜组耦合效率很低。若使用vcsel光源，通常峰值功率较低。而且受限与激光光源的封装大小影响，在有限的像面大小上能够排列的光源数量有限，很难实现密集线数。另外其光源是安放在一弧面上，增加了整体加工和调试的难度。

综上所述，本发明提出一种多线激光雷达的光学发射系统来改善存在的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种多线激光雷达的光学发射系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多线激光雷达的光学发射系统包括激光光源和光纤，所述激光光源通过耦合透镜将光束射入到光纤入光端中，所述光纤入光端在光纤的另一端光纤出光端射入到准直透镜组中，所述光纤出光端中发射出去的光束进入到激光分束器中，所述激光分束器将光束分散至光组合开关中，所述光组合开关再将光束发射到光环形集成器中，所述光环形集成器受光学单元的控制，所述光环形集成器接受到光学单元的控制后将光束发射至光合束器中，所述光合束器再将最终的光束传递至激光接收器中，所述光纤的内部固定连接有强度钢丝，所述准直透镜组包括光束入光端塑胶非球面透镜和光束出光端塑胶非球面透镜。

优选的，所述激光光源可以是ld激光光源，通过非球面透镜将光源出射激光汇聚到光纤端面上。

优选的，所述光纤的直径范围为10-50um，分为为多模和单模两种类型。

优选的，所述光束入光端塑胶非球面透镜和光束出光端塑胶非球面透镜均为曲面镜，且光束入光端塑胶非球面透镜的厚度大于光束出光端塑胶非球面透镜的厚度。

优选的，所述激光光源中设置有五组激光器，且中间一组的为垂直固定组。

优选的，所述激光光源整体的旋转角度范围为0-360度，所述光组合开关设置于所述激光分束器与光环形集成器之间，且光组合开关内部的各开关与光环形集成器)内部的各光环形器一一对应。

优选的，所述光环形集成器设置于所述激光分束器与所述光学单元之间。

具有以下步骤：

步骤一：第一部分为激光光源耦合到光纤部分。此激光光源可以是ld激光光源，通过非球面透镜将光源出射激光汇聚到光纤出光端中，使用不同的ld光源时，可以根据光纤大小安放相应数目的光纤耦合，确保光纤端面在镜头汇聚光斑大小内。为了获得较好的耦合效率，可以使用纤芯直径在50um左右的多模光纤。为了更好的准直效果，也可以使用纤芯直径10um左右的单模光纤。如此处理的优势是将ld以及其驱动电路和准直发射系统分离，消除在激光雷达内部进行反射镜布置的麻烦。

步骤二：第二部分为光纤出光端到准直透镜组部分。将光纤出射的高斯光束准直，比ld光源直接准直更加容易，准直效果更好。使用2片塑胶非球面组成的准直透镜组就可以很好的将光纤的出射激光准直发射出去。这种塑胶非球面透镜同手机镜头的塑胶镜片加工工艺一样，是十分容易大批量生产的。将光纤安放在准直透镜组焦面的优势是容易实现密集线数发射系统，因为光纤十分细小，在有限的焦平面范围内可以排列足够多的光纤。

步骤三：从光束出光端穿过的像平面直径有35mm，多模或单模光纤外经125um，也可以很容易排列到250线光纤。若将准直镜头像平面设计到直径70mm以上，则可以排列到500线以上。光纤的安放，可以通过刻槽的金属或塑胶件初步固定，调试后使用uv胶水固化，方便，易于制造。

与现有技术相比，本发明提出了一种多线激光雷达的光学发射系统具有以下有益效果：

本发明采用光源通过耦合透镜与光纤耦合的方式，在将光纤放置在准直透镜组焦平面上，形成多线准直光线。通过光纤传递的光线会有比较好的高斯分布特性，如此既可以改善光源本身高斯分布差对准直效果的影响，又可以在有限的准直镜头组焦平面上排列更多的光纤光源，实现密集准直光线。通过整体旋转就可以实现360度多线扫描，通过非球面透镜将激光光源出射激光汇聚到光纤端面，当在使用不同的ld光源时，可以根据光纤大小安放相应数目的光纤耦合，确保光纤端面在镜头汇聚光斑大小内。

本发明中，该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明中将光纤安放在准直透镜组焦面，在实际使用时，其最大的优势是容易实现密集线数发射系统，由于光纤十分细小，在有限的焦平面范围内可以排列足够多的光纤。装置整体实用性强，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本发明提出的一种多线激光雷达的光学发射系统的原理结构示意图。

图2为本发明提出的一种多线激光雷达的光学发射系统的部分原理示意图。

图3为本发明提出的一种多线激光雷达的光学发射系统的部分原理示意图。

图4为本发明提出的一种多线激光雷达的光学发射系统的整体系统结构示意图。

图中：1、激光光源；2、光纤；3、耦合透镜；4、光纤入光端；5、准直透镜组；6、光纤出光端；7、激光分束器；8、光组合开关；9、光环形集成器；10、光学单元；11、光合束器；12、激光接收器；13、强度钢丝；14、光束入光端塑胶非球面透镜；15、光束出光端塑胶非球面透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参照图1-4，一种多线激光雷达的光学发射系统包括激光光源1和光纤2，所述激光光源1通过耦合透镜3将光束射入到光纤入光端4中，所述所述光纤入光端在光纤的另一端光纤出光端射入到准直透镜组中，所述光纤出光端6中发射出去的光束进入到激光分束器7中，所述激光分束器7将光束分散至光组合开关8中，所述光组合开关8再将光束发射到光环形集成器9中，所述光环形集成器9受光学单元10的控制，所述光环形集成器9接受到光学单元10的控制后将光束发射至光合束器11中，所述光合束器11再将最终的光束传递至激光接收器12中，所述光纤2的内部固定连接有强度钢丝13，所述准直透镜组5包括光束入光端塑胶非球面透镜14和光束出光端塑胶非球面透镜15。

进一步，所述激光光源1可以是ld激光光源，通过非球面透镜将光源出射激光汇聚到光纤2端面上。

进一步，所述光纤2的直径范围为10-50um，分为为多模和单模两种类型。

进一步，所述光束入光端塑胶非球面透镜14和光束出光端塑胶非球面透镜15均为曲面镜，且光束入光端塑胶非球面透镜14的厚度大于光束出光端塑胶非球面透镜15的厚度。

进一步，所述激光光源1中设置有五组激光器，且中间一组的为垂直固定组。

进一步，所述激光光源1整体的旋转角度范围为0-360度，所述光组合开关8设置于所述激光分束器7与光环形集成器9之间，且光组合开关8内部的各开关与光环形集成器9内部的各光环形器一一对应。

进一步，所述光环形集成器9设置于所述激光分束器7与所述光学单元10之间。

具有以下步骤：

步骤一：第一部分为激光光源1耦合到光纤2部分。此激光光源1可以是ld激光光源1，通过非球面透镜将光源出射激光汇聚到光纤出光端6中，使用不同的ld光源时，可以根据光2大小安放相应数目的光纤2耦合，确保光纤2端面在镜头汇聚光斑大小内。为了获得较好的耦合效率，可以使用纤芯直径在50um左右的多模光纤2。为了更好的准直效果，也可以使用纤芯直径10um左右的单模光纤2。如此处理的优势是将ld以及其驱动电路和准直发射系统分离，消除在激光雷达内部进行反射镜布置的麻烦。

步骤二：第二部分为光纤出光端6到准直透镜组5部分。将光纤2出射的高斯光束准直，比ld光源直接准直更加容易，准直效果更好。使用2片塑胶非球面组成的准直透镜组5就可以很好的将光纤2的出射激光准直发射出去。这种塑胶非球面透镜同手机镜头的塑胶镜片加工工艺一样，是十分容易大批量生产的。将光纤2安放在准直透镜组5焦面的优势是容易实现密集线数发射系统，因为光纤2十分细小，在有限的焦平面范围内可以排列足够多的光纤2。

步骤三：从光束出光端6穿过的像平面直径有35mm，多模或单模光纤2外经125um，也可以很容易排列到250线光纤2。若将准直镜头像平面设计到直径70mm以上，则可以排列到500线以上。光纤2的安放，可以通过刻槽的金属或塑胶件初步固定，调试后使用uv胶水固化，方便易于制造。

本发明中，在系统中，从激光光源1中发出的激光经过耦合透镜3将光束进行耦合折射到光纤入光端4中，然后在光纤2内部将光束进行无数次反射后通过光纤出光端6射入至准直透镜组5中，此时光纤出光端6中的分散光束便会通过准直透镜组5将出射激光准直发射到激光分束器7中，从光束出光端6穿过的像平面直径有35mm，多模或单模光纤2外经125um，也可以很容易排列到250线光纤2。若将准直镜头像平面设计到直径70mm以上，则可以排列到500线以上，然后激光分束器7将光束分散到光组合开关8中，在光组合开关8中设置有与光环形集成器9内部光环形器一一对应的开关，同时光环形集成器9受光学单元10的控制。在实际使用时，为了获得较好的耦合效率，可以使用纤芯直径在50um左右的多模光纤2。为了更好的准直效果，也可以使用纤芯直径10um左右的单模光纤2，在实际安装光纤2时，可以通过刻槽的金属或塑胶件初步固定，调试后使用uv胶水固化，方便易于制造，操作方便，实用性较好。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。