一种大视场激光雷达光机系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种大视场激光雷达光机系统，该系统包括发射单元、接收单元、外壳；发射单元包括激光器、准直透镜组、MEMS振镜、自由曲面反射镜，接收单元包括接收透镜、探测器件；其中，激光器发射激光经过准直透镜组准直后射向MEMS振镜，经MEMS振镜反射到自由曲面反射镜最终射向目标物，接收透镜、接收器件与自由曲面反射镜同心放置，用于接收目标物体反射的信号激光。本实用新型专利技术提出了一种大视场激光雷达光学系统，利用MEMS振镜实现了面探测，利用自由曲面反射镜增大了探测视场，同轴设计使得光信号损失少，且系统结构简单，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种大视场激光雷达光机系统
本专利技术涉及激光雷达
，尤其涉及一种大视场激光雷达光机系统。
技术介绍
激光雷达是以发射激光束探测目标位置的雷达系统。激光雷达探测距离远、精度高、抗干扰能力强的特点使其被广泛运用。激光雷达主要分为共轴和平行轴系统，平行轴系统增加了整个激光雷达的体积而且光路上存在探测盲区，共轴激光雷达系统较平行轴激光雷达系统具有盲区小、结构简单等特点。目前的三维扫描激光雷达大多采用多线扫描方式，即发射使用多个激光管顺序发射，每一个接收探测器对应一个发射角度，结构为接收模块和发射模块在两侧对称排布，内部使用反光镜进行光路转折，然后在水平方向旋转实现三维扫描测距。该方式结构复杂，调试困难，且成本较高。而现有基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，同轴系统多采用了分束器件，增大了系统中能量的损失，平行轴系统增大了系统尺寸，加大了调试难度和系统稳定性，较少了适用场景。同时，现有系统受限于MEMS振镜的固有特性，都存在扫描视场不足的缺点。
技术实现思路
本技术提供一种大视场激光雷达光机系统，外形小巧，结构简单，具有大扫描视场，并且对激光信号的接收能力强，适用于多种场合。本技术提供一种大视场激光雷达光机系统包括发射单元、接收单元、外壳；发射单元包括激光器、准直透镜组、MEMS振镜、自由曲面反射镜，接收单元包括接收透镜、探测器件；其中，所述激光器用于发射激光，所述准直透镜组用于准直激光光束，所述光束被准直后射向所述MEMS振镜，所述MEMS振镜用于偏折光束以形成扫描光束，所述自由曲面反射镜用于再次反射激光；所述接收透镜、所述探测器件与所述自由曲面反射镜同心放置，用于接收目标物体反射的信号激光。进一步的，经过所述准直透镜组后的光束，入射到所述MEMS振镜的入射角大于20度且小于30度，所述MEMS振镜用于对光束一维或二维偏转。进一步的，所述自由曲面反射镜为凹面反射镜，所述凹面反射镜包括椭圆面反射镜、球面反射镜和抛物面反射镜之中的至少一种，反射所有经过所述MEMS振镜偏转的光束，增大扫描范围，射向目标物；进一步的，所述接收透镜与所述自由曲面反射镜同心放置，所述自由曲面反射镜固定于所述接收透镜，所述接收透镜接收各个方向的信号激光；进一步的，所述探测器件可为APD探测器，用于接收所述接收透镜收集的信号激光；进一步的，所述外壳包括窗片和壳体，所述窗片与接收光轴垂直，用于透射发射激光和信号激光，所述发射单元、接收单元置于壳体。本技术提供一种大视场激光雷达光机系统，用单光源和MEMS振镜实现了面探测，但是由于MEMS固有特性，扫描范围有限，本技术利用自由曲面反射镜增大了探测视场，同轴设计使得光信号损失少，且系统结构简单，易于实现。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。在附图中：图1为本技术实施例所述的一种大视场激光雷达光机系统的结构示意图；具体实施方式：需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。图1为本技术提供一种大视场激光雷达光机系统的结构示意图。包括发射单元、接收单元、外壳；发射单元包括激光器1、准直透镜组2、MEMS振镜3、自由曲面反射镜4，接收单元包括接收透镜5、探测器件6；激光器1可以采用激光二极管或光纤激光器等，发出905nm波长的激光。准直透镜组2包括不少于一片光学透镜，对激光器发射的激光进行准直，获得发散角小于10毫弧度的激光光束，经过准直后的光束射向MEMS振镜3，光束直径小于MEMS振镜3感光面尺寸，经MEMS振镜3反射到自由曲面反射镜4最终射向目标物，接收透镜5、接收器件6与自由曲面反射镜4同心放置，用于接收目标物体反射的信号激光；可选的，激光器1发射光束经过准直透镜组2后的光束，入射到MEMS振镜3，入射角为25度，所述MEMS振镜3对光束偏转，MEMS振镜3快轴扫描角度为±20度，慢轴扫描角度为±15度，感光面积直径为3.6mm，MEMS振镜3实现的光学扫描角度取决于振镜摆扫的角幅度，振镜摆扫角度越大，光学扫描角度就越大，则激光雷达的范围越大。可选的，自由曲面反射镜4是底座为圆形的抛物面反射镜，反射所有经过MEMS振镜3偏转的光束，增大扫描角度，射向目标物。抛物面反射镜需要对接收透镜5较少遮挡且接收MEMS振镜3振镜最大摆扫角反射的光束。可选的，接收透镜5与抛物面反射镜底座同心放置，抛物面反射镜底座固定于所述接收透镜5，接收透镜接收各个方向的信号激光。探测器件6为APD探测器，用于接收所述接收透镜收集的信号激光。可选的，为了接收更大范围的信号激光，APD选用现有最大尺寸500um，对应选用通光孔径50.8mm双胶合接收透镜，以接收更多能量并减小系统像差。可选的，外壳包括窗片7和壳体8，窗片7与接收光轴垂直，对于905nm波长的激光增透，用于透射发射激光和信号激光，发射单元、接收单元置于壳体8。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大视场激光雷达光机系统，其特征在于，包括发射单元、接收单元、外壳；/n所述发射单元包括激光器、准直透镜组、MEMS振镜、自由曲面反射镜，接收单元包括接收透镜、探测器件；/n其中，所述激光器用于发射激光，所述准直透镜组用于准直激光光束，所述光束被准直后射向所述MEMS振镜，所述MEMS振镜用于偏折光束以形成扫描光束，所述自由曲面反射镜用于再次反射激光；所述接收透镜、所述探测器件与所述自由曲面反射镜同心放置，用于接收目标物体反射的信号激光。/n

【技术特征摘要】
1.一种大视场激光雷达光机系统，其特征在于，包括发射单元、接收单元、外壳；
所述发射单元包括激光器、准直透镜组、MEMS振镜、自由曲面反射镜，接收单元包括接收透镜、探测器件；
其中，所述激光器用于发射激光，所述准直透镜组用于准直激光光束，所述光束被准直后射向所述MEMS振镜，所述MEMS振镜用于偏折光束以形成扫描光束，所述自由曲面反射镜用于再次反射激光；所述接收透镜、所述探测器件与所述自由曲面反射镜同心放置，用于接收目标物体反射的信号激光。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：经过所述准直透镜组后的光束，入射到所述MEMS振镜的入射角大于20度且小于30度，所述MEMS振镜用于对光束一维或二维偏转。


3.根据权利要求1所述的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡攀攀，梅丽，
申请(专利权)人：武汉万集信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42