CN207457508U - 基于二维扫描振镜的激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于二维扫描振镜的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括激光器和探测器；所述激光雷达系统进一步包括：光反射单元，所述激光器发出的检测光穿过所述光反射单元，之后射向二维扫描振镜；二维扫描振镜，检测光被所述二维扫描振镜反射后射向外界，检测光在目标物上的反射光依次被所述二维扫描振镜和光反射单元反射，最后被所述探测器接收。本实用新型具有大视场、扫描频率高等优点。

Description

基于二维扫描振镜的激光雷达系统

技术领域

本实用新型涉及激光雷达，特别涉及基于二维扫描振镜的激光雷达系统。

背景技术

激光雷达系统包括激光发射系统和探测接收系统，发射激光遇到目标后反射并被探测系统所接收，通过测量激光往返的时间可测量相应目标点的距离(如时间飞行法)，当对整个目标区域扫描探测后，则最终可实现三维成像。激光雷达系统在无人驾驶系统中有着重要应用，在该应用中需要激光雷达具有高成像帧频、高分辨率、远测距能力、小体积、高可靠性、低成本，传统激光雷达系统很难满足这些性能。

目前较成熟的激光雷达系统多采用电机带动扫描反射镜或整个光机系统实现视场扫描。如测绘用激光雷达，其垂直方向上通过扫描镜俯仰摆动实现扫描，水平方向则通过电机带动扫描镜和光学系统一起旋转实现扫描。另一种如Velodyne公司用于自动驾驶的激光雷达，垂直方向上通过排布多个激光器和探测器实现垂直视场角分辨，水平方向上则通过电机带动整个发射、接收系统旋转扫描。

上述测绘用激光雷达通常使用步进电机或无刷电机带动扫描镜和光机结构旋转，扫描频率受限于电机的转速(电机的转速通常只有几千转/分钟)，无法满足无人驾驶用激光雷达对高帧频成像的要求。Velodyne公司混合固态激光雷达专为无人驾驶应用开发，虽然能满足主要性能要求，但是该系统中采用了多个激光器和APD探测器成对发射、接收，以满足垂直方向上的分辨，整个系统光机结构复杂，体积较大，装调要求高，成本高，可靠性低，很难满足大规模量产的应用。

实用新型内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种大视场、扫描频率高、结构简单、装调简单的基于二维扫描振镜的激光雷达系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于二维扫描振镜的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括激光器和探测器；所述激光雷达系统进一步包括：

光反射单元，所述激光器发出的检测光穿过所述光反射单元，之后射向二维扫描振镜；

二维扫描振镜，检测光被所述二维扫描振镜反射后射向外界，检测光在目标物上的反射光依次被所述二维扫描振镜和光反射单元反射，最后被所述探测器接收。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

1.二维扫描振镜具有高扫描频率、大扫描角和有效光学口径大等特点，如，扫描频率可达30kHz，扫描角达60度，接收口径达10mm；

采用大功率的人眼安全激光器，如1550nm波长，以补偿接收口径的不足，达到远距离的测量能力；

光反射单元(如偏振分光片或开孔反射镜)实现激光的同轴收发；

2.采用单激光发射、单APD接收，收发，光机系统结构简单，器件成熟，装调简单，适合规模化量产。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本实用新型实施例1的激光雷达系统的结构简图；

图2是根据本实用新型实施例3的激光雷达系统的结构简图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实用新型实施例1的基于二维扫描振镜的激光雷达系统的结构简图，如图1所示，所述激光雷达系统包括：

激光器11，如输出的检测光波长为1550nm的脉冲式激光器；

准直透镜，如单一透镜或透镜组；

光反射单元，所述光反射单元包括：

偏振分光片21，所述检测光在所述偏振分光片分为反射的第一类偏振光和透射的第二类偏振光，如p偏振光和s偏振光中的一个是第一类偏振光，另一个是第二类偏振光；

四分之一波片22，所述第二类偏振光穿过所述四分之一波片后转换为圆偏振光；

二维扫描振镜，所述二维扫描振镜包括：

第一振镜31，所述第一振镜绕着第一转轴转动；

第二振镜32，所述第二振镜绕着第二转轴转动，所述第一转轴和第二转轴间的夹角是锐角或直角；所述圆偏振光依次被第一振镜和第二振镜反射，之后射向目标物，在目标物上的反射光(圆偏振光)依次被第二振镜和第一振镜反射，之后穿过所述波片转换为第一类偏振光，并被所述偏振分光片反射到会聚透镜；入射到所述偏振分光片上的反射光和检测光同轴；

会聚透镜，所述会聚透镜将所述偏振分光片上的反射光会聚到探测器上；

探测器41，如单点APD探测器；

分析设备，分析设备是激光雷达领域的现有技术，在此不再赘述。

上述激光雷达系统的工作过程为：

激光器出射光经准直透镜准直后入射到偏振分光片，分为反射的第一类偏振光和透射的第二类偏振光，如p偏振光和s偏振光中的一个是第一类偏振光，另一个是第二类偏振光；

第二类偏振光穿过四分之一波片转换为圆偏振光；

圆偏振光依次被第一振镜和第二振镜反射，第一振镜和第二振镜分别做水平和竖直方向的视场扫描，之后圆偏振光射向目标物；

圆偏振光在目标物上的反射光(圆偏振光)依次被第二振镜和第一振镜反射后穿过所述四分之一波片，转换为第一类偏振光；

转换为第一类偏振光的反射光被所述偏振分光片反射，并会聚到探测器上；

探测器的输出信号送分析设备。

实施例2：

本实用新型实施例2的基于二维扫描振镜的激光雷达系统，与实施例1不同的是：

激光雷达系统进一步包括：

反射镜，所述反射镜用于将被所述偏振分光片反射的第一类偏振光反射到光吸收单元；

光吸收单元，所述光吸收单元用于吸收所述第一类偏振光。

实施例3：

图2示意性地给出了本实用新型实施例3的基于二维扫描振镜的激光雷达系统的结构简图，如图2所示，所述激光雷达系统包括：

激光器11，如输出的检测光波长为1550nm的脉冲式激光器；

准直透镜，如单一透镜或透镜组；

光反射单元，所述光反射单元包括：

反射镜23，所述反射镜的中心具有通孔，所述检测光穿过所述通孔；

二维扫描振镜，所述二维扫描振镜包括：

第一振镜31，所述第一振镜绕着第一转轴转动；

第二振镜32，所述第二振镜绕着第二转轴转动，所述第一转轴和第二转轴间的夹角是锐角或直角；所述检测光依次入射到第一振镜和第二振镜，之后射向目标物，在目标物上的反射光依次入射到第二振镜和第一振镜，并被所述反射镜反射到会聚透镜；入射到所述反射镜上的反射光和检测光同轴；

会聚透镜，所述会聚透镜将所述反射镜上的反射光会聚到探测器上；

探测器41，如单点APD探测器；

分析设备，分析设备是激光雷达领域的现有技术，在此不再赘述。

上述激光雷达系统的工作过程为：

激光器出射光经准直透镜准直后穿过反射镜的通孔；

检测光依次被第一振镜和第二振镜反射，第一振镜和第二振镜分别做水平和竖直方向的视场扫描，之后检测光射向目标物；

检测光在目标物上的反射光依次被第二振镜和第一振镜反射后被所述反射镜反射，并会聚到探测器上；

探测器的输出信号送分析设备。

Claims (9)

1.一种基于二维扫描振镜的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括激光器和探测器；其特征在于：所述激光雷达系统进一步包括：

光反射单元，所述激光器发出的检测光穿过所述光反射单元，之后射向二维扫描振镜；

二维扫描振镜，检测光被所述二维扫描振镜反射后射向外界，检测光在目标物上的反射光依次被所述二维扫描振镜和光反射单元反射，最后被所述探测器接收。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述光反射单元采用反射镜，所述反射镜具有通孔，所述检测光穿过所述通孔。

3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述光反射单元包括：

偏振分光片，所述检测光在所述偏振分光片分为反射的第一类偏振光和透射的第二类偏振光；

四分之一波片，所述第二类偏振光和所述反射光穿过所述四分之一波片。

4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于：p偏振光和s偏振光中的一个是第一类偏振光，另一个是第二类偏振光。

5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：穿过所述光反射单元时的检测光与被所述光反射单元反射时的所述反射光同轴。

6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述二维扫描振镜包括：

第一振镜，所述第一振镜绕着第一转轴转动；

第二振镜，所述第二振镜绕着第二转轴转动，所述第一转轴和第二转轴间的夹角是锐角或直角。

7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述探测器是单点APD探测器。

8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：所述检测光的波长为1550nm。

9.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于：所述激光雷达系统进一步包括：

反射镜，所述反射镜用于将被所述偏振分光片反射的第一类偏振光反射到光吸收单元；

光吸收单元，所述光吸收单元用于吸收所述第一类偏振光。