一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统，第一单面反射镜上开设有第一通孔；第二单面反射镜上开设有第二通孔；激光器产生的激光光束分为两路，一路激光光束经过第一通孔出射到微镜后，经微镜出射至探测目标；另一路激光光束经延时光纤后出射到第二单面反射镜，通过第二通孔出射到微镜，经微镜出射至探测目标；从探测目标反射回的回波光束经微镜反射至第一单面反射镜和第二单面反射镜后，经会聚透镜会聚至光探测器。本发明专利技术采用延时光纤将两束出射激光的回波光束在时域上分开，实现了采用一组探测器就能同时探测两路回波光束，进一步简化了系统结构，减小系统体积和器件数量，节约成本，并降低了系统的装配精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统
本专利技术涉及激光雷达，尤其涉及一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达是一种高精度的距离测量设备。作为一种主动探测装置，激光雷达不受白昼黑夜的影响，具有较强的抗干扰能力。除了在地形测绘等领域的应用外，近年来在自动驾驶和无人机领域也引起了极大的关注。传统激光雷达使用多路激光结合机械旋转结构的设计，不仅速度慢、体积大，而且能耗高、成本高。使用微镜替代机械旋转结构，可以大幅减小设备体积，提高扫描频率，并且耗能更少。此外，由于微镜既可以构成一维扫描镜面，又可以在二维面内扫描，仅需一路激光就可以探测整个观测面。这种结构紧凑的设计，使得基于微镜的激光雷达易于嵌入到便携设备中，大大拓宽了其应用情景。现有的激光雷达系统主要使用机械旋转结构结合多路激光的方案。设备体积和成本都难以下降。公开号为CN206331115U的中国专利公开了一种旋转电机和一维微镜结合的激光雷达方案，但旋转电机的存在使得系统尺寸的进一步缩小十分困难。此外，该方案使用光敏面3毫米的光探测器，不仅昂贵而且时域响应慢，无法对精度更高的短脉冲激光进行测量。公开号为CN106707289A的中国专利提出了一种电磁驱动的振镜，但其镜面尺寸为厘米级，远大于传统的MEMS微镜，使其难以获得较大的扫描频率。该专利也没有说明其激光雷达系统的具体构成。完全基于MEMS微镜的激光雷达系统有待进一步的研究和论证。现有的基于MEMS微镜的激光雷达仍主要使用发射和接收窗口分立的方案。收发分置的激光雷达系统的缺点是回波光场的方向分布比较广，致使接收光路比较复杂，增大了系统体积和成本，难以应用在便携设备中。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统，包括：激光器、光纤分束器、第一单面反射镜、微镜、延时光纤、第二单面反射镜、会聚透镜和光探测器；所述第一单面反射镜上开设有第一通孔；所述第二单面反射镜上开设有第二通孔；所述激光器产生的激光光束经所述光纤分束器分为两路，一路激光光束经过所述第一通孔出射到所述微镜后，经所述微镜出射至探测目标；另一路激光光束经延时光纤后出射到第二单面反射镜，通过所述第二通孔出射到所述微镜，经所述微镜出射至探测目标；经所述第一通孔和第二通孔出射到微镜的激光光束具有第一夹角θ，θ＞0；从探测目标反射回的回波光束经所述微镜反射至所述第一单面反射镜和第二单面反射镜后，经所述会聚透镜会聚至所述光探测器。进一步地，所述第一通孔的孔径不小于入射至所述第一单面反射镜的激光光束直径；所述第二通孔的孔径不小于入射至所述第二单面反射镜的激光光束直径。进一步地，所述光纤分束器的分束比为1:1。进一步地，所述第一夹角θ满足如下关系：0＜θ≤45°。进一步地，所述激光器为脉冲激光器。所述微镜为动态形变可控的微镜。进一步地，所述微镜为一维微镜。进一步地，所述微镜为二维微镜。进一步地，所述第一单面反射镜和第二单面分束器的镜面均为微纳结构。进一步地，所述微镜为静电驱动、电磁驱动、电热驱动或压电驱动。进一步地，所述光探测器为PN/PIN光电探测器、雪崩光电二极管、光电倍增管、CCD或CMOS探测器。综上，本专利技术提供了一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统，第一单面反射镜上开设有第一通孔；第二单面反射镜上开设有第二通孔；激光器产生的激光光束经光纤分束器分为两路，一路激光光束经过第一通孔出射到微镜后，经微镜出射至探测目标；另一路激光光束经延时光纤后出射到第二单面反射镜，通过第二通孔出射到微镜，经微镜出射至探测目标；经第一通孔和第二通孔出射到微镜的激光光束具有第一夹角θ，θ＞0；从探测目标反射回的回波光束经微镜反射至第一单面反射镜和第二单面反射镜后，经会聚透镜会聚至光探测器。本专利技术采用延时光纤将两束出射激光的回波光束在时域上分开，实现了采用一组探测器就能同时探测两路回波光束，进一步简化了系统结构，减小系统体积和器件数量，节约成本，并降低了系统的装配精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术提供的基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的微镜镜面结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的微镜镜面结构示意图。图4(a)是本专利技术实施例提供的微镜镜面结构示意图。图4(b)是本专利技术实施例提供的微镜镜面结构示意图。图5是本专利技术实施例提供的微镜结构示意图。图6是本专利技术实施例提供的微镜结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：如图1所示，本专利技术提供了一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统，包括：激光器1、光纤分束器2、第一单面反射镜5、微镜3、第二单面反射镜6、会聚透镜8、光探测器9和延时光纤4。所述第一单面反射镜5上开设有第一通孔；所述第二单面反射镜6上开设有第二通孔；所述激光器1产生的激光光束经所述光纤分束器2分为两路，一路激光光束经过所述第一通孔出射到所述微镜3后，经所述微镜3出射至探测目标7；另一路激光光束经延时光纤4后出射到第二单面反射镜6，通过所述第二通孔出射到所述微镜3，经所述微镜3出射至探测目标7；经所述第一通孔和第二通孔出射到微镜3的激光光束具有第一夹角θ，θ＞0；从探测目标7反射回的回波光束经所述微镜3反射至所述第一单面反射镜5和第二单面反射镜6后，经所述会聚透镜8会聚至所述光探测器9。在一个示例中，所述激光器1为脉冲激光器。在一个示例中，激光器1可以是半导体边发射激光器、垂直表面腔发射半导体激光器、光纤激光器等。微镜3可以是一种动态形变可控的微镜3，根据具体设计不同，可以是一维或者二维扫描微镜，其驱动方式可以是静电驱动、电磁驱动、电热驱动或者压电驱动等。具体的，为了实现激光发射和信号接收共用一个窗口，在激光器1和微镜3之间插入单面反射镜组件，单面反射镜组件的作用是使激光器1出射的激光束的大部分或全部能量顺利通过到达微镜3，同时保证回波光束的大部分能量被发射到会聚透镜8。为了实现扫描视场的倍增，所述单面反射镜组件包括第一单面反射镜5和第二单面反射镜6；第一单面反射镜5和第二单面反射镜6分别对应于光纤分束器出射的两路光束。第一单面反射镜5和第二单面反射镜6可以通过在全反射镜的中心穿孔、开槽制备。第一单面反射镜5上开设有第一通孔51，优选的，第一通孔51位于第一单面反射镜5的中心。当然，也可以在第一单面反射镜5的其他位置开设第一通孔。第一通孔51的面积大于激光光斑尺寸但远小于第一单面反射镜5的镜面总面积。相似的，第二单面反射镜6上开设有第二通孔61，优选的，第二通孔61位于单面反射镜6的中心。当然，也可以在第二单面反射镜6的其他位置开设第二通孔61。第二通孔61的面积大于激光光斑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统，其特征在于，包括：激光器、光纤分束器、第一单面反射镜、微镜、延时光纤、第二单面反射镜、会聚透镜和光探测器；所述第一单面反射镜上开设有第一通孔；所述第二单面反射镜上开设有第二通孔；所述激光器产生的激光光束经所述光纤分束器分为两路，一路激光光束经过所述第一通孔出射到所述微镜后，经所述微镜出射至探测目标；另一路激光光束经延时光纤后出射到第二单面反射镜，通过所述第二通孔出射到所述微镜，经所述微镜出射至探测目标；经所述第一通孔和第二通孔出射到微镜的激光光束具有第一夹角θ，θ＞0；从探测目标反射回的回波光束经所述微镜反射至所述第一单面反射镜和第二单面反射镜后，经所述会聚透镜会聚至所述光探测器。

【技术特征摘要】
1.一种基于微镜的时分共享窗口激光雷达系统，其特征在于，包括：激光器、光纤分束器、第一单面反射镜、微镜、延时光纤、第二单面反射镜、会聚透镜和光探测器；所述第一单面反射镜上开设有第一通孔；所述第二单面反射镜上开设有第二通孔；所述激光器产生的激光光束经所述光纤分束器分为两路，一路激光光束经过所述第一通孔出射到所述微镜后，经所述微镜出射至探测目标；另一路激光光束经延时光纤后出射到第二单面反射镜，通过所述第二通孔出射到所述微镜，经所述微镜出射至探测目标；经所述第一通孔和第二通孔出射到微镜的激光光束具有第一夹角θ，θ＞0；从探测目标反射回的回波光束经所述微镜反射至所述第一单面反射镜和第二单面反射镜后，经所述会聚透镜会聚至所述光探测器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一通孔的孔径不小于入射至所述第一单面反射镜的激光光束直径；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞传庆，王鹏，陈文礼，王宏臣，孙丰沛，董珊，
申请(专利权)人：无锡英菲感知技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32