基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统技术方案

本申请公开一种基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统，涉及激光雷达技术领域；包括：激光器，用于发射激光光束；激光准直器，用于对光束做准直处理；分束器，位于激光准直器远离激光器一侧，用于将准直处理的光束分为第一光束和第二光束；探测器，位于分束器一侧，用于接收第二光束，并记录接收时间；衍射分光元件，位于分束器远离激光器一侧，用于接收第一光束，并将第一光束分束为N

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，更具体地，涉及一种基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统。

技术介绍

[0002]激光雷达是利用激光的高指向性，以激光脉冲作为载波探测远距离目标，通过回波信号来获得目标信息的一种技术。自从激光雷达技术出现以来，在高精度，高速度的探测上具有显著优势，因此激光雷达被作为一个热门领域被广泛研究。
[0003]激光雷达本质上是激光测距，在测距方法上可以分为四种方法：飞行时间测量法(TOF，Time offlight)，相位测量法，干涉测量法，三角测量法等。各种测量方法其范围、精度、应用等都有所不同。目前飞行时间测量法发展成熟，原理简单，性能稳定，是激光雷达中最常用的一种测距方法。
[0004]此外激光雷达可以按照探测方式划分为扫描式和非扫描式两种。其中，扫描式采用单点激光光束利用扫描镜或者机械结构完成整个物体的三维探测，这种探测方式精度高，作用距离远，但是对扫描器件要求较高，采样速度慢，这些都制约了其应用。扫描镜是扫描式的核心器件，常用的光学扫描镜体积、功耗都较大，在实际应用中有很大局限性。目前伴随着微机电系统(MEMS，Micro
‑
Electro
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Mechanical System)技术的发展，MEMS扫描镜体积小、重量轻、集成度高，已经成为了当下三维成像激光雷达的常见扫描方式。尽管MEMS提高了扫描式激光雷达的扫描速度，但其扫描时间仍有提升空间。
[0005]非扫描式则采用完全不同的思路，非扫描式激光雷达使用激光点阵束来覆盖被测目标，雪崩光电二极管(APD，Avalanche Photo Diode)接收反射激光光束，并测算每个点阵的飞行时间，以此来获得目标的表面距离。非扫描式目前已经发展衍生成FLASH(快闪)激光雷达，点阵束也从最初的8
×
8逐步提升到128
×
128，精度更高，抗干扰性能更强。然而，非扫描激光雷达受探测角度限制，制约了其发展。
[0006]现有技术中，CN207623628U公开了一种基于MEMS振镜的准直系统及激光雷达，包括：激光发射单元，用于发射调制激光光束；前置光束整形单元，用于对激光发射单元发射的激光进行整形；MEMS振镜扫描单元，用于利用MEMS振镜对所述前置光束整形单元整形后的光束进行谐振反射后对待测物平面进行视场扫描；后置准直单元，用于将经过所述MEMS振镜扫描单元反射后的光束进行二次整形，使经过MEMS振镜偏转后的边缘光束和中心光束在后置准直单元的入瞳处光程相等。显然，CN207623628U所公开的内容中并没有涉及到衍射分光单元，可见，CN207623628U所公开的仍然是一个点扫描的过程，也即仅仅包括了扫描式激光雷达的使用，其扫描时间仍有提升空间。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统，用以降低扫描时间、且提升探测角度，从而提高激光雷达的扫描精度与扫描速度。
[0008]第一方面，本申请提供一种基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统，包括：
[0009]激光器，用于产生并发射激光光束；
[0010]激光准直器，位于所述激光器的出光侧，用于对所述激光光束进行准直处理；
[0011]分束器，位于所述激光准直器远离所述激光器一侧，用于将准直处理后的所述激光光束分出为第一光束和第二光束，所述第一光束的延伸方向与所述第二光束的延伸方向相交；
[0012]探测器，位于所述分束器远离所述激光准直器一侧，用于接收所述第二光束，并用于记录接收到所述第二光束的时间；
[0013]衍射分光元件，位于所述分束器远离所述激光准直器一侧、且与所述探测器之间包括间隔空间，用于接收所述第一光束，并将所述第一光束分束为N
×
N激光点阵，形成面阵结构，其中N≥2，且N为正整数；
[0014]MEMS振镜，位于所述衍射分光元件远离所述分束器一侧，用于对所述N
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N激光点阵形成的所述面阵结构进行反射，且用于调整所述N
×
N激光点阵形成的所述面阵结构的反射方向；
[0015]透镜，位于所述MEMS振镜远离所述衍射分光元件一侧，用于调整所述发射系统的工作距离，并使反射后的所述N
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N激光点阵形成的所述面阵结构出射至待测目标的表面；
[0016]其中，所述衍射分光元件采用达曼光栅，照射至所述达曼光栅的所述第一光束的直径为P，P≥2.78mm。
[0017]可选地，其中：
[0018]所述激光准直器采用可调节非球面光纤准直器。
[0019]可选地，其中：
[0020]所述激光点阵为64
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64激光点阵。
[0021]可选地，其中：
[0022]所述透镜包括会聚透镜。
[0023]可选地，其中：
[0024]所述MEMS振镜为双轴振镜，所述双轴振镜的双轴扫描角度的取值范围为
±
1.15
°
。
[0025]可选地，其中：
[0026]所述激光器为调Q激光器；
[0027]其中，所述激光器的输出功率为W1，500mW≤W1≤1500mW。
[0028]可选地，其中：
[0029]所述激光器发射的所述激光光束的直径为R1，1mm≤R1≤2mm。
[0030]可选地，其中：
[0031]准直处理后的所述激光光束的直径为R2，1mm≤R2≤4mm。
[0032]与现有技术相比，本专利技术提供的一种基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统，至少实现了如下的有益效果：
[0033]本申请提供一种基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统，其中的衍射分光元件会将接收到的第一光束分束为N
×
N的激光点阵(面阵块)，而后再照射至MEMS振镜，随振镜的振动完成扫描过程；其中，MEMS振镜的使用属于扫描式激光雷达的使用，面阵块扫描属于非扫描式激光雷达的使用；也即，本申请通过结合扫描式激光雷达和非扫描式激光雷
达，实现了对待测目标的高精度探测，同时还提高了激光雷达的扫描精度与扫描速度。
[0034]当然，实施本专利技术的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
[0035]通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0036]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。
[0037]图1所示为本申请实施例提供的激光雷达发射系统的一种示意图；
[0038]图2所示为本申请实施例提供的激光雷达发射系统的仿真图；
[0039]图3所示为本申请实施例提供的激光雷达发射系统的模型图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS振镜的面阵块扫描激光雷达发射系统，其特征在于，包括：激光器，用于产生并发射激光光束；激光准直器，位于所述激光器的出光侧，用于对所述激光光束进行准直处理；分束器，位于所述激光准直器远离所述激光器一侧，用于将准直处理后的所述激光光束分出为第一光束和第二光束，所述第一光束的延伸方向与所述第二光束的延伸方向相交；探测器，位于所述分束器远离所述激光准直器一侧，用于接收所述第二光束，并用于记录接收到所述第二光束的时间；衍射分光元件，位于所述分束器远离所述激光准直器一侧、且与所述探测器之间包括间隔空间，用于接收所述第一光束，并将所述第一光束分束为N
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N激光点阵，形成面阵结构，其中N≥2，且N为正整数；MEMS振镜，位于所述衍射分光元件远离所述分束器一侧，用于对所述N
×
N激光点阵形成的所述面阵结构进行反射，且用于调整所述N
×
N激光点阵形成的所述面阵结构的反射方向；透镜，位于所述MEMS振镜远离所述衍射分光元件一侧，用于调整所述发射系统的工作距离，并使反射后的所述N
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N激光点阵形成的所述面阵结构出射至待测目标的表面；其中，所述衍射分光元件采用达曼光栅，照射至所述达曼光栅的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：董琦，曾超，陈小梅，韩旭，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：