一种双光路激光扫描组件
阅读说明：本技术 一种双光路激光扫描组件 (Double-light-path laser scanning assembly ) 是由 张运方 朱飞虎 张东来 郭绍刚 郑岩 王立 王晓磊 于凡 安娜 李硕 于 2021-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双光路激光扫描组件,包括：第一激光器组件、主体法兰、反射镜组件、第二激光器组件、分光镜组件、MEMS扫描组件、扩束镜组件；第一激光器组件和主体法兰连接固定；反射镜组件和主体法兰轴孔配合安装；第二激光器组件和主体法兰连接固定；分光镜组件和主体法兰轴孔配合安装。本发明在扫描组件中加入另一种波长的激光,实现双波长激光输出,其中低功率的激光器用于为近距离探测使用,高功率的激光器为远距离探测使用,从而实现宽范围的工作距离,由于不存在活动部件,系统具有更高的可靠性。(The invention relates to a double light path laser scanning assembly, comprising: the MEMS scanning device comprises a first laser component, a main flange, a reflector component, a second laser component, a beam splitter component, an MEMS scanning component and a beam expander component; the first laser component is fixedly connected with the main body flange; the reflector component is matched with the main body flange shaft hole; the second laser assembly is fixedly connected with the main body flange; the beam splitter component is matched with the shaft hole of the flange of the main body. The laser with another wavelength is added into the scanning assembly to realize dual-wavelength laser output, wherein the low-power laser is used for short-distance detection, and the high-power laser is used for long-distance detection, so that the wide-range working distance is realized, and the system has higher reliability because no movable part exists.)
技术领域
本发明属于激光雷达发射光学系统技术领域，特别涉及一种双光路激光扫描组件。
背景技术
深空探测领域中，需要对地外星体进行高精度的三维地形绘制以及导航避障。为给探测器提供较大的机动范围，避障敏感器需要具备较宽范围的工作距离。
目前已有避障敏感器的激光光源多为单波长，为实现较宽范围的工作距离，激光光源的功率需具有较大的调整范围。受限于激光功率的调整范围，需要在光路中加入活动衰减片来调整激光器的发射功率，而活动部件使用，不仅增加了系统的复杂性，同时造成整个系统可靠性的下降。
为解决上述问题，在避障敏感器中加入另一种波长的激光。避障敏感器可实现双波长激光输出，其中一种波长的激光器用于为近距离探测使用，另一种波长的激光器为远距离探测使用，从而实现宽范围的工作距离。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，一种双光路激光扫描组件，解决了激光雷达难以实现几十米到几百公里较宽范围的工作距离的难题。
本发明的技术方案是：一种双光路激光扫描组件，包括：第一激光器组件、主体法兰、反射镜组件、第二激光器组件、分光镜组件、MEMS扫描组件、扩束镜；
第一激光器组件和主体法兰连接固定；反射镜组件和主体法兰轴孔配合安装；第二激光器组件和主体法兰连接固定；分光镜组件和主体法兰轴孔配合安装；
第一激光器组件发射激光A，经过反射镜组件后被反射；其中反射镜组件在主体法兰中能够旋转，从而调整激光A的出射方向；第二激光器组件发射激光B；激光A和激光B到达分光镜组件后，分光镜组件反射激光A，透射激光B；其中分光镜组件在主体法兰中能够旋转，从而调整激光A及激光B的出射方向；经过分光镜组件后，激光A和激光B以相同的角度照射在MEMS扫描组件上的同一位置；MEMS扫描组件对入射的激光A及激光B进行扫描、反射；激光A和激光B经过MEMS扫描组件后到达扩束镜组件，扩束镜组件对激光A和激光B进行扩束，进一步扩大激光照射范围。
所述主体法兰一体精密加工而成，关键表面喷砂发黑或喷黑漆，从而达到杂光抑制的效果。
所述主体法兰包含7个对外接口；接口1用于安装第一激光组件；接口2用于安装反射镜组件；接口3用于安装第二激光组件；接口4用于安装分光镜组件；接口5用于安装MEMS扫描组件；接口6用于安装扩束镜组件；接口7为主体法兰对外接口。
所述第一激光组件出射的激光A为平行光束；通过研磨第一激光器组件的安装面，使第一激光组件出光方向和主体法兰的安装面垂直；主体法兰上激光A开孔大小和激光A光束的尺寸相匹配，有效抑制杂光。
所述第二激光组件出射的激光B为平行光束；通过研磨第二激光器组件的安装面，使激光B出光方向和主体法兰的安装面垂直；主体法兰上激光B开孔大小和激光B光束的尺寸相匹配，有效抑制杂光。
所述MEMS扫描组件的扫描镜为尺寸极小的MEMS反射镜，且组件内部包含减震组件，能够承受大量级的力学环境。
所述第一激光器组件和第二激光器组件具有不同的输出光功率，不同的工作波长以及不同的光功率调整范围，在近距离处开启小功率激光器组件，在远距离处开启大功率激光器组件。
所述第一激光器组件工作于1m～300m，出射的激光A光束具备以下特性：脉冲激光，峰值能量波长10mW；波长915nm；光斑直径为0.5mm；发散角10mrad；第二激光器组件工作于300m～30Km，出射的激光B光束具备以下特性：脉冲激光，峰值能量波长25KW；波长1064nm；光斑直径为0.8mm；发散角2mrad。
通过研磨第一激光器组件的安装面，使激光A出光方向和主体法兰的安装面法线的夹角不大于1’；主体法兰上激光A开孔大小和激光A光束的尺寸相匹配，具体大小为直径1mm；通过研磨第二激光器组件的安装面，可使激光B出光方向和主体法兰的安装面法线的夹角不大于1’；主体法兰上激光B开孔大小和激光B光束的尺寸相匹配，具体大小为直径1mm。
反射镜组件和主体法兰的轴孔配合安装后采用3个M2.5的螺钉固定；反射镜组件反射第一激光器组件发射的激光A的反射率为99.5％。反射镜组件能够在主体法兰中±2°范围内旋转，从而调整激光A的出射方向。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)、传统激光雷达扫描组件只包含一种波长的激光器，受限于激光功率的调整范围，传统激光雷达激光难以实现几十米到几百公里跨度的工作距离。本发明在扫描组件中加入了另一种不同波长、不同功率的激光器，可等效实现更宽的激光器功率调整范围。
(2)、为提高激光器的功率调整范围，传统激光雷达扫描组件多采用切换不同类型滤光片来实现不同程度的激光能量衰减。切换不同类型滤光片必然会使用活动部件，活动部件使用，不仅增加了系统的复杂性，同时造成整个系统可靠性的下降。本发明在扫描组件中加入另一种波长的激光，实现双波长激光输出，其中低功率的激光器用于为近距离探测使用，高功率的激光器为远距离探测使用，从而实现宽范围的工作距离，由于不存在活动部件，系统具有更高的可靠性。
(3)、传统激光雷达扫描组件多采用机械摆镜实现激光光束的扫描。机械摆镜存在诸多缺点如尺寸大、重量大、功耗高、力学环境适应能力差。本发明采用MEMS驱动的微小反射镜，反射镜面的直径只有几毫米，尺寸小、重量低、功耗低，且组件中包含减震组件，可适应严苛的力学环境，具有广泛的应用场景。
附图说明
图1为一种双光路激光扫描组件图；
图2为主体法兰结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图1-2和实施例对本发明进行详细说明。
一种双光路激光扫描组件，包括：第一激光器组件1、主体法兰2、反射镜组件3、第二激光器组件4、分光镜组件5、MEMS扫描组件6、扩束镜7；
第一激光器组件1和主体法兰2连接固定；反射镜组件3和主体法兰2轴孔配合安装；第二激光器组件4和主体法兰2连接固定；分光镜组件5和主体法兰2轴孔配合安装；
第一激光器组件1发射激光A，经过反射镜组件3后被反射；其中反射镜组件3在主体法兰2中能够旋转，从而调整激光A的出射方向；第二激光器组件4发射激光B；激光A和激光B到达分光镜组件5后，分光镜组件5反射激光A，透射激光B；其中分光镜组件5在主体法兰2中能够旋转，从而调整激光A及激光B的出射方向；经过分光镜组件5后，激光A和激光B以相同的角度照射在MEMS扫描组件6上的同一位置；MEMS扫描组件6对入射的激光A及激光B进行扫描、反射；激光A和激光B经过MEMS扫描组件6后到达扩束镜组件7，扩束镜组件7对激光A和激光B进行扩束，进一步扩大激光照射范围。
主体法兰一体精密加工而成，关键表面喷砂发黑或喷黑漆，从而达到杂光抑制的效果。面1(圆柱面)、面2(圆柱面)、面3(圆柱面)均有消光螺纹；面4～面9保护，其余所有面均喷砂后黑色阳极化或喷黑漆。
第一激光器组件和主体法兰连接固定。第一激光组件出射的激光A为平行光束。通过研磨第一激光器组件的安装面，可使激光A出光方向和主体法兰的安装面垂直。主体法兰上激光A开孔大小和激光A光束的尺寸相匹配，可有效抑制杂光。
反射镜组件和主体法兰轴孔配合安装。反射镜组件反射第一激光器组件发射的激光A。反射镜组件在主体法兰中可小角度范围内旋转，从而调整激光A的出射方向。
第二激光器组件和主体法兰连接固定。第二激光器组件出射的激光B为平行光束。通过研磨第二激光器组件的安装面，可使激光B出光方向和主体法兰的安装面垂直。主体法兰上激光B开孔大小和激光B光束的尺寸相匹配，可有效抑制杂光。
分光镜组件和主体法兰轴孔配合安装。分光镜组件反射激光A，透射激光B。分光镜组件在主体法兰中可小角度范围旋转，从而调整激光A及激光B的出射方向。
经过分光镜组件后，激光A和激光B以相同的角度照射在MEMS扫描组件的同一位置上。
MEMS扫描组件对入射的激光A及激光B进行扫描、反射。MEMS扫描组件内部包含减震组件，可承受大量级的力学环境。
激光A和激光B经过MEMS扫描组件后到达扩束镜组件。扩束镜组件对激光A和激光B进行扩束，进一步扩大激光照射范围。
第一激光器组件和第二激光器组件在不同的工作距离下开启，实现大范围的工作距离。
实施例1：
如图1所示，一种双光路激光扫描组件，包括：第一激光器组件、主体法兰、反射镜组件、第二激光器组件、分光镜组件、MEMS扫描组件、扩束镜。
主体法兰采用铝合金一体精密加工而成。如图2所示，关键表面均喷砂发黑。主体法兰和第一激光器组件、反射镜组件、第二激光器组件、分光镜组件、MEMS扫描组件、扩束镜等各部分均采用螺钉连接。
第一激光器组件和主体法兰通过4个M2.5的螺钉连接固定；
第一激光组件工作于1m～300m，出射的激光A光束具备以下特性：脉冲激光，峰值能量波长10mW；波长915nm；光斑直径为0.5mm；发散角10mrad。
通过研磨第一激光器组件的安装面，可使激光A出光方向和主体法兰的安装面法线的夹角不大于1’。考虑杂光抑制以及装调加工余量后，主体法兰上激光A开孔大小和激光A光束的尺寸相匹配，具体大小为直径1mm。
反射镜组件和主体法兰轴孔配合安装后采用3个M2.5的螺钉固定。反射镜组件反射第一激光器组件发射的激光A，反射率为99.5％。反射镜组件在主体法兰中±2°范围内旋转，从而调整激光A的出射方向。
第二激光器组件和主体法兰通过4个M2.5的螺钉连接固定；
第二激光器组件工作于300m～30Km，出射的激光B光束具备以下特性：脉冲激光，峰值能量波长25KW；波长1064nm；光斑直径为0.8mm；发散角2mrad。
通过研磨第二激光器组件的安装面，可使激光B出光方向和主体法兰的安装面法线的夹角不大于1’。考虑杂光抑制以及装调加工余量后，主体法兰上激光B开孔大小和激光B光束的尺寸相匹配，具体大小为直径1mm。
分光镜组件和主体法兰轴孔配合安装。分光镜组件反射激光A,反射率为95％，透射激光B，透过率为97％。分光镜组件在主体法兰中中±2°范围内旋转，从而调整激光A及激光B的出射方向。
经过分光镜组件后，激光A和激光B以相同的角度照射在MEMS扫描组件的同一位置上。
MEMS扫描组件对入射的激光A及激光B进行扫描、反射。MEMS扫描组件内部包含橡胶减震组件，可承受严酷的力学环境。
激光A和激光B经过MEMS扫描组件后到达扩束镜组件。扩束镜组件对激光A和激光B进行2倍角度扩束，进一步扩大激光照射范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
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