一种固态扫描激光雷达装置及其控制方法制造方法及图纸

技术编号:28869305 阅读:20 留言:0更新日期:2021-06-15 23:00
本发明专利技术公开了一种固态扫描激光雷达装置及其控制方法,装置包括发射组件、光准直元件、位相延迟器、接收组件和控制系统,其中:所述发射组件发出发射光束,发射光束经过所述光准直元件发送至所述位相延迟器,光束经过位相延迟器发生预设角度的偏转后到达所述接收组件,接收组件汇集光束形成接收光束,所述控制系统根据预设角度的偏转控制接收组件移动,以保持接收光束与发射光束的光轴相互平行。本发明专利技术中每一个独立光束对应一个独立的小面阵光学位相延迟器件,在每个独立的小面阵光学位相延迟器件之间建立同步控制信号,实现单线激光雷达和多线激光雷达无缝切换,且所有切换是固态扫描式,避免了传统机械扫描式激光雷达探测效果的不稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种固态扫描激光雷达装置及其控制方法
本专利技术属于激光探测
,更具体地,涉及一种固态扫描激光雷达装置及其控制方法。
技术介绍
激光雷达的光束扫描主要包括两大类方案,分别是机械扫描式和固态扫描式,二者的最大区别为是否有机械运动部件来控制光束的空间扫描。随着激光雷达技术的发展和应用领域的拓展,固态扫描激光雷达以其高可靠性及优异指标,越来越受到业界的普遍关注。目前,业界主要推出的固态扫描激光雷达主要包括MEMS扫描激光雷达和相位扫描式激光雷达。MEMS扫描激光雷达是基于光学MEMS扫描微镜来实现的方案,没有宏观意义上的大尺寸扫描微镜,但仍然具有小尺寸的运动扫描面,严格意义上来讲,MEMS激光雷达不是固态扫描激光雷达,只能是实现了部分功能的固态扫描激光雷达。相位扫描式激光雷达是通过相位变换来实现光束扫描的装置,无任何宏观和微观运动部件,是严格意义上的固态扫描激光雷达,是固态扫描式的重点发展方向。目前,实现相位扫描的技术方案大部分都是通过单片激光器和集成光学实现,通过将激光器的能量耦合到集成光波导里面,控制光波导里面各光学路径的位相差,进而实现相位扫描的目标。此技术方案的优势是易于集成、尺寸小,劣势是指标目前还达不到工业应用的技术要求,主要被扫描角度、光能利用率等因素限制,因此相位扫描不能适应激光雷达产业的发展应用需求。鉴于此,克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本专利技术提供了一种固态扫描激光雷达装置及其控制方法,其目的在于增加位相延迟器件进行控制发射光束的偏转方向,通过选择同步或者时间顺序错位调节每个像素的位相延迟量,进而实现单线或多线激光雷达的扫描效果,同时控制接收光束的偏转方向与发射光束的偏转方向一致,由此解决如何保持接收光束与发射光束的光轴相互平行的技术问题。为实现上述目的,按照本专利技术的一个方面,提供了一种固态扫描激光雷达装置,所述装置包括发射组件1、光准直元件2、位相延迟器3、接收组件4和控制系统5,其中:所述发射组件1发出发射光束,发射光束经过所述光准直元件2发送至所述位相延迟器3,光束经过位相延迟器3发生预设角度的偏转后到达所述接收组件4,接收组件4汇集光束形成接收光束,所述控制系统5根据预设角度的偏转控制接收组件4移动,以保持接收光束与发射光束的光轴相互平行。作为对上述方案进一步的完善和补充,本专利技术还包括以下附加技术特征。优选地,所述发射组件1包括光纤激光器11、单模光纤12、光纤分束器13和分路光纤14,其中:所述光纤激光器11的探测光信号经所述单模光纤12输出至所述光纤分束器13,光纤分束器13将发射光束均匀传输至所述分路光纤14,各分路光纤14的顶端是所述光准直元件2。优选地,所述光准直元件2选用透镜、光纤球透镜和自聚焦透镜中的一种或多种,光准直元件2将光纤输出的发散光信号转换成平行光信号,准直传输到所述位相延迟器3表面。优选地,所述位相延迟器3选择液晶、压电陶瓷和光电晶体材质中的一种或多种。优选地,所述各位相延迟器3接受所述控制系统5的控制进行同步延迟,使得各独立光束进行同步扫描。优选地,所述各位相延迟器3接受所述控制系统5的控制进行时间顺序错位延迟,使得各独立光束进行非同步扫描。优选地,所述发射光束经过位相延迟器3后偏转角度在预设角度范围内。优选地,所述接收组件4包括接收透镜41和接收探测器42,其中:所述接收透镜41汇聚各位相延迟器3发出的光束,并经过接收透镜41形成接收光束;所述接收探测器42设置在移动平台上,与所述位相延迟器3之间建立同步控制信号,若发射光束的光轴发生偏转,所述接收探测器42也进行相应角度的偏转,以保持接收光束与发射光束的光轴相互平行。优选地,所述控制系统5包括发射信号控制器51、同步信号控制器52和接收移动系统控制器53,其中:控制系统5将发射光束的角度信号变化由所述发射信号控制器51发送至所述同步信号控制器52,由同步信号控制器52传递给所述接收移动系统控制器53,接收移动系统控制器53控制接收探测器42发生相应角度的移动。按照本专利技术的另一方面,提供了一种固态扫描激光雷达装置控制方法,所述方法包括:发射组件1发出发射光束,发射光束经过光准直元件2发送至位相延迟器3,发射光束经过所述位相延迟器3发生预设角度的偏转后到达接收组件4,所述接收组件4汇集光束形成接收光束,控制系统5根据预设角度的偏转控制接收组件4移动,以保持接收光束与发射光束的光轴相互平行。总体而言,通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有如下有益效果:1、每一个独立光束对应一个独立的小面阵光学位相延迟器件,以实现每个光束的独立控制。2、在每个独立的小面阵光学位相延迟器件之间建立同步控制信号,实现单线激光雷达和多线激光雷达无缝切换,且所有切换技术都是固态扫描式,避免了传统机械扫描式激光雷达探测效果不稳定。3、接收探测器安装在可以移动的探测平台上,可以依据发射光束的角度信号变化快速移动,以保持接收光束与发射光束的光轴相互平行。附图说明图1是本专利技术中提供的固态扫描激光雷达装置示意图;图2是本专利技术中提供的固态扫描激光雷达装置发出发射光束示意图;图3是使用大面阵光学位相延迟器的固态扫描激光雷达装置示意图;图4是本专利技术中位相延迟器中无位相延迟示意图;图5是本专利技术中位相延迟器中发生正向位相延迟示意图;图6是本专利技术中位相延迟器中发生负向位相延迟示意图;图7是本专利技术中位相延迟量与偏转角度之间的关系;图8是本专利技术中发射光束不发生偏转的接收状态;图9是本专利技术中发射光束发生正向偏转的接收状态;图10是本专利技术中发射光束发生负向偏转的接收状态;图11是本专利技术中选择半导体激光器的原理示意图。在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:1-发射组件;11-光纤激光器;12-单模光纤;13-光纤分束器;14-分路光纤;2-光准直元件;3-位相延迟器;4-接收组件;41-接收透镜;42-接收探测器;5-控制系统;51-发射信号控制器;52-同步信号控制器;53-接收移动系统控制器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。此外,下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。在本专利技术的描述中,术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作,因此不应当理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态扫描激光雷达装置,其特征在于,所述装置包括发射组件(1)、光准直元件(2)、位相延迟器(3)、接收组件(4)和控制系统(5),其中:/n所述发射组件(1)发出发射光束,发射光束经过所述光准直元件(2)发送至所述位相延迟器(3),光束经过位相延迟器(3)发生预设角度的偏转后到达所述接收组件(4),接收组件(4)汇集光束形成接收光束,所述控制系统(5)根据预设角度的偏转控制接收组件(4)移动,以保持接收光束与发射光束的光轴相互平行。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态扫描激光雷达装置,其特征在于,所述装置包括发射组件(1)、光准直元件(2)、位相延迟器(3)、接收组件(4)和控制系统(5),其中:
所述发射组件(1)发出发射光束,发射光束经过所述光准直元件(2)发送至所述位相延迟器(3),光束经过位相延迟器(3)发生预设角度的偏转后到达所述接收组件(4),接收组件(4)汇集光束形成接收光束,所述控制系统(5)根据预设角度的偏转控制接收组件(4)移动,以保持接收光束与发射光束的光轴相互平行。


2.如权利要求1所述的固态扫描激光雷达装置,其特征在于,所述发射组件(1)包括光纤激光器(11)、单模光纤(12)、光纤分束器(13)和分路光纤(14),其中:
所述光纤激光器(11)的探测光信号经所述单模光纤(12)输出至所述光纤分束器(13),光纤分束器(13)将发射光束均匀传输至所述分路光纤(14),各分路光纤(14)的顶端是所述光准直元件(2)。


3.如权利要求1所述的固态扫描激光雷达装置,其特征在于,所述光准直元件(2)选用透镜、光纤球透镜和自聚焦透镜中的一种或多种,光准直元件(2)将光纤输出的发散光信号转换成平行光信号,准直传输到所述位相延迟器(3)表面。


4.如权利要求1所述的固态扫描激光雷达装置,其特征在于,所述位相延迟器(3)选择液晶、压电陶瓷和光电晶体材质中的一种或多种。


5.如权利要求4所述的固态扫描激光雷达装置,其特征在于,所述各位相延迟器(3)接受所述控制系统(5)的控制进行同步延迟,使得各独立光束进行同步扫描。


6.如权利要求4所述的固态扫描激光雷达装置,其特征在于,所述各...

【专利技术属性】
技术研发人员:袁志林张石李亚锋
申请(专利权)人:深圳煜炜光学科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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