CN117826122A - 一种mems大角度光学扫描系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供涉及光学技术领域，尤其涉及一种MEMS大角度光学扫描系统，包括：激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器，所述激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经所述MEMS微镜的反射、光学扩束元件的折射到视场空间，所述光学扩束元件将点状激光光斑扩束为线状光斑，并且，随着MEMS微镜在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间。本发明实施例提出的MEMS大角度光学扫描系统，扩大光扫描视场，减小对收发器对数的依赖，缩小封装尺寸，大幅降低成本，延长使用寿命。
Description
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种MEMS大角度光学扫描系统。
背景技术
目前，激光雷达被认为是各行各业的关键传感技术，在机器人、无人驾驶、智慧城市等领域充当着推动者的角色。而近年来一直被寄予厚望的固态激光雷达成为业内关注的热点。
固态激光雷达主要是依靠波的反射或接收来探测目标的特性，大多源自三维图像传感器的研究，实际源自红外焦平面成像仪，焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。
现有技术中需要扩大激光雷达的扫描视场时，主流是采用多激光器多探测器(发射接收对)的方案，如美国Velodyne公司的激光雷达VLP-64采用64个激光器和64个APD探测器，在光路上一一对应，实现目标区域纵向64点探测。然后整体光路系统位于一个水平旋转电机上,实现水平360°扫描探测，其整体性能强烈依赖于发射接收对的数量，即硬件数量越高性能越好，但因此带来了成本高，体积大的缺点，且由于采用了电机旋转的方式，这将削减其整体使用寿命。
综上所述，本申请现提出一种MEMS大角度光学扫描系统解决上述出现的问题。
发明内容
本发明旨在解决背景技术中提出的问题，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种MEMS大角度光学扫描系统，扩大光扫描视场，减小对收发器对数的依赖，缩小封装尺寸，大幅降低成本，延长使用寿命。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种MEMS大角度光学扫描系统，包括：激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器，其中，所述光束控制模块包括MEMS微镜驱动及其反馈电路、MEMS微镜和控制光的折射率的光学扩束元件；其中，所述激光探测模块包括光学透镜元件、能够衰减光的强度及改变光谱成分的光学滤光元件、光学准直元件、线阵APD探测器和信号处理电路；所述控制器的输出端与所述激光发射模块的输入端连接，所述控制器与所述MEMS微镜驱动及其反馈电路双向连接，所述线阵APD探测器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路与所述MEMS微镜双向连接，所述激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经所述MEMS微镜的反射、光学扩束元件的折射到视场空间，所述光学扩束元件将点状激光光斑扩束为线状光斑，并且，随着MEMS微镜在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间；光学滤光元件和光学准直元件一起构成了接收光学系统，以收集方形的视场空间内经目标反射后的激光脉冲发射光束并聚集至所述线阵APD探测器的光敏面上，随后经所述信号处理电路处理，为所述控制器实时提供经目标反射后的接收脉冲光束信息，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路实时控制所述MEMS微镜在水平方向上的偏转角，以此来控制激光脉冲发射光束经MEMS微镜反射后的水平方位角。
根据本发明实施例所述的MEMS大角度光学扫描系统，所述光学扩束元件为多棱镜。
根据本发明实施例所述的MEMS大角度光学扫描系统，还包括压电马达，所述光学扩束元件由压电马达驱动转动。
根据本发明实施例所述的MEMS大角度光学扫描系统，所述激光发射模块包括脉冲激光器及其驱动电路，其驱动电路与控制器双向电连。
下面根据本发明的实施例及附图来详细描述本发明的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，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他的附图。
图1为本发明实施例提出的MEMS大角度光学扫描系统的原理示意图。
附图标记中：1.控制器；2.脉冲激光器及其控制电路；3.MEMS微镜驱动及其反馈电路；4.信号处理器；5.线阵APD探测器；6.光学准直元件；7.光学滤光元件；8.光学透镜元件；9.光学扩束元件；10.MEMS微镜。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
实施例
如图1所示，本发明实施例提出一种MEMS大角度光学扫描系统，包括激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器1。
可选的，激光发射模块包括脉冲激光器及其驱动电路2，其驱动电路与控制器1双向电连。
光束控制模块包括MEMS微镜驱动及其反馈电路3、MEMS微镜10和控制光的折射率的光学扩束元件9。可选的，光学扩束元件9为多棱镜。可选的，还包括压电马达，光学扩束元件9由压电马达驱动转动。
激光探测模块包括光学透镜元件8、能够衰减光的强度及改变光谱成分的光学滤光元件7、光学准直元件6、线阵APD探测器5和信号处理电路4。可选的，光学滤光元件7为滤光片。可选的，光学准直元件6为准直镜。
控制器1的输出端与激光发射模块的输入端连接，控制器1与MEMS微镜驱动及其反馈电路3双向连接，线阵APD探测器5的输出端与信号处理电路4的输入端连接，信号处理电路4的输出端与控制器1的输入端连接，MEMS微镜驱动及其反馈电路3与MEMS微镜10双向连接。
激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经MEMS微镜10的反射、光学扩束元件9的折射到视场空间，光学扩束元件9将点状激光光斑扩束为线状光斑，并且，随着MEMS微镜10在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间；光学滤光元件7和光学准直元件6一起构成了接收光学系统，以收集方形的视场空间内经目标反射后的激光脉冲发射光束并聚集至线阵APD探测器5的光敏面上，随后经信号处理电路处理，为控制器1实时提供经目标反射后的接收脉冲光束信息，MEMS微镜驱动及其反馈电路3实时控制MEMS微镜10在水平方向上的偏转角，以此来控制激光脉冲发射光束经MEMS微镜10反射后的水平方位角。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，包括：激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器(1)，其中，所述光束控制模块包括MEMS微镜驱动及其反馈电路(3)、MEMS微镜(10)和控制光的折射率的光学扩束元件(9)；其中，所述激光探测模块包括光学透镜元件(8)、能够衰减光的强度及改变光谱成分的光学滤光元件(7)、光学准直元件(6)、线阵APD探测器(5)和信号处理电路(4)；
所述激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经所述MEMS微镜(10)的反射、光学扩束元件(9)的折射到视场空间，所述光学扩束元件(9)将点状激光光斑扩束为线状光斑，并且，随着MEMS微镜(10)在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间；
光学滤光元件(7)和光学准直元件(6)一起构成了接收光学系统，以收集方形的视场空间内经目标反射后的激光脉冲发射光束并聚集至所述线阵APD探测器(5)的光敏面上，随后经所述信号处理电路(4)处理，为所述控制器(1)实时提供经目标反射后的接收脉冲光束信息，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路(3)实时控制所述MEMS微镜(10)在水平方向上的偏转角，以此来控制激光脉冲发射光束经MEMS微镜(10)反射后的水平方位角。
2.根据权利要求1所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述光学扩束元件(9)为多棱镜。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，还包括压电马达，所述光学扩束元件(9)由压电马达驱动转动。
4.根据权利要求1所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述激光发射模块包括脉冲激光器及其驱动电路(2)，其驱动电路与控制器(1)双向电连。
5.根据权利要求1所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述MEMS微镜(10)为一维MEMS微镜。
6.根据权利要求1所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述线阵APD探测器(5)为单线APD阵列。
7.根据权利要求1所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述控制器(1)的输出端与所述激光发射模块的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述控制器(1)与所述MEMS微镜驱动及其反馈电路(3)双向连接。
9.根据权利要求8所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述线阵APD探测器(5)的输出端与所述信号处理电路(4)的输入端连接，所述信号处理电路(4)的输出端与所述控制器(1)的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的MEMS大角度光学扫描系统，其特征在于，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路(3)与所述MEMS微镜(10)双向连接。
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