CN215264016U - 基于微反射镜阵列的激光雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光探测技术领域，具体涉及基于微反射镜阵列的激光雷达系统。包括激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列，其中：激光器阵列，用于向探测物发射多条激光脉冲；接收器阵列，用于接收经探测物反射回来的多条激光脉冲；微反射镜阵列，设置在激光器阵列与接收器阵列之间的光路上，用于对多条激光脉冲进行光路调整，使激光器阵列发射的多条激光脉冲经探测物反射后，被接收器阵列对应接收。本实用新型可以灵活改变多线激光雷达的垂直角分辨率，而不用一个激光器对应一个接收器进行一一装调对准，提高激光雷达的角分辨率调整效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光探测技术领域，具体涉及基于微反射镜阵列的激光雷达系统。
背景技术
激光雷达LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物，包括激光器(如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等)和接收器(如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等)，激光器产生并发射光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。
但现有的多线激光雷达是以多个激光器分别对应不同的垂直角度达到相应垂直方向的角分辨率，以水平方向旋转实现水平方向的角分辨率，必须一个激光器对应一个接收器，一一装调对准，难度较大，并且多线激光器的垂直角分辨率在装机后就固定了，无法更改，使用十分不便。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其应用时，可以灵活改变多线激光雷达的垂直角分辨率，而不用一个激光器对应一个接收器进行一一装调对准，提高激光雷达的角分辨率调整效率。
本实用新型所采用的技术方案为：
基于微反射镜阵列的激光雷达系统，包括激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列，其中：
激光器阵列，用于向探测物发射多条激光脉冲；
接收器阵列，用于接收经探测物反射回来的多条激光脉冲；
微反射镜阵列，设置在激光器阵列与接收器阵列之间的光路上，用于对多条激光脉冲进行光路调整，使激光器阵列发射的多条激光脉冲经探测物反射后，被接收器阵列对应接收。
基于上述技术特征，通过微反射镜阵列可以对激光器阵列发射出去的多条激光脉冲同步进行光路偏转调整，使激光器阵列可以对应接收探测物反射后的激光脉冲，以灵活改变多线激光雷达的垂直角分辨率，而不用一个激光器对应一个接收器进行一一装调对准，提高激光雷达垂直和水平方向的角分辨率调整效率。
在一个可能的设计中，所述微反射镜阵列设有多个微反射镜单元，所述微反射镜单元设有反射面，并通过反射面来反射激光脉冲，以完成对激光脉冲的光路调整。
在一个可能的设计中，所述微反射镜阵列设置在激光器阵列与探测物之间的出射光路上。
在一个可能的设计中，所述微反射镜阵列设有多个驱动模块，所述驱动模块用于驱动微反射镜单元旋转，以对出射的激光脉冲进行光路调整。
在一个可能的设计中，所述微反射镜阵列设置在接收器阵列与探测物之间的反射光路上。
在一个可能的设计中，所述微反射镜阵列设有多个驱动模块，所述驱动模块用于驱动微反射镜单元旋转，以对反射的激光脉冲进行光路调整。
在一个可能的设计中，所述驱动模块用于驱动微反射镜单元进行水平和/或垂直方向的旋转。
在一个可能的设计中，所述微反射镜阵列采用数字微反射镜。
在一个可能的设计中，所述激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列固定集成于同一电路板上。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型通过微反射镜阵列可以对激光器阵列发射出去的多条激光脉冲同步进行光路偏转调整，使激光器阵列可以对应接收探测物反射后的激光脉冲，以灵活改变多线激光雷达的垂直角分辨率，而不用一个激光器对应一个接收器进行一一装调对准，提高激光雷达垂直和水平方向的角分辨率调整效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为激光器阵列与微反射镜阵列的光路示意图；
图2为接收器阵列与微反射镜阵列的光路示意图；
图3为微反射镜阵列的结构示意图；
图4为微反射镜单元的光路调整示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元，并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本实用新型的示例实施例的范围。
应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，在本实用新型的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相对地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本实用新型的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例1：
本实施例提供了基于微反射镜阵列的激光雷达系统，如图1至图2所示，包括激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列，其中：
激光器阵列，用于向探测物发射多条激光脉冲；
接收器阵列，用于接收经探测物反射回来的多条激光脉冲；
微反射镜阵列，设置在激光器阵列与接收器阵列之间的光路上，用于对多条激光脉冲进行光路调整，使激光器阵列发射的多条激光脉冲经探测物反射后，被接收器阵列对应接收。
具体实施时，可将激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列在电路板上一次性装调好，通过激光器阵列向探测物发射多条激光脉冲，通过微反射镜阵列来对激光器阵列发射出去的多条激光脉冲同步进行光路偏转调整，使激光器阵列可以对应接收探测物反射后的激光脉冲，以灵活改变多线激光雷达的垂直角分辨率，而不用一个激光器对应一个接收器进行一一装调对准，提高激光雷达垂直和水平方向的角分辨率调整效率。激光器阵列可采用一个激光器来发射条激光脉冲。
实施例2：
作为对上述实施例的优化，如图3至图4所示，微反射镜阵列可设置多个微反射镜单元，微反射镜单元设置反射面，通过反射面来反射激光脉冲，以完成对激光脉冲的光路偏转调整。
微反射镜阵列设置在激光器阵列与探测物之间的出射光路上和/或接收器阵列与探测物之间的反射光路上。微反射镜阵列还匹配多个驱动模块，所述驱动模块用于驱动微反射镜单元在平面坐标下绕X轴旋转和/或绕Y轴旋转，以对出射和/或反射的激光脉冲进行光路偏转调整。所述X轴方向可设定为水平方向，Y轴方向设定为垂直方向；或所述X轴方向设定为垂直方向，Y轴方向设定为水平方向，以通过驱动模块实现微反射镜单元在垂直和水平方向上的灵活调整，进而提高激光雷达的角分辨率调整效率。
实施例3：
作为对上述实施例的优化，所述微反射镜阵列采用数字微反射镜，数字微镜器件(Digtial Micromirror Devices，DMD)是一种基于半导体制造技术，由高速数字式光反射开关阵列组成的器件，通过控制微镜片绕固定轴(轭)的旋转和时域响应(决定光线的反射角度和停滞时间)来决定成像图形和其特性。其应用MEMS(Micro ElectromechanicalSystem，微电子机械系统)的工艺将反射微镜阵列和CMOS SRAM集成在同一块芯片上。数字微反射镜装置(DMD)主要结构分为四层：第一层是微反射镜单元，处于悬浮状态，形状为正方形，由铝合金制成，在偏转时较为轻便；第二层是连接微镜单元的扭臂梁—铰链，以及微镜的寻址电极；第三层为金属层，包括扭臂梁的寻址电极、偏置/复位电极、以及微镜单元的着陆平台(限制镜面偏转+12度/-12度或+10度/-10度)；第四层为静态存储器(RAM)，其采用大规模集成电路标准CMOS工艺。微镜单元与扭臂梁相连接，而扭臂梁通过铰链悬置于两个铰链支撑柱上，DMD可以围绕铰链轴进行旋转。铰链支撑轴连接到偏置/复位电极，其为每一个微镜单元提供偏置电压。对于每一个微镜单元，都有两个导电通道，并且扭臂梁的寻址电极和数字微反射镜的寻址电极连接到底层的静态存储器上。
实施例4：
作为对上述实施例的优化，可将激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列设置在同一底座上，以减小激光雷达系统的体积，使用更方便。激光器阵列包括至少一个半导体激光器、椭圆柱透镜组、合束镜、棱镜对、微透镜阵列、直角棱镜、MEMS微镜和发射电路，所述椭圆柱透镜组设置在所述半导体激光器的发射出口处，所述MEMS微镜与所述直角棱镜相对设置，所述微透镜阵列和所述棱镜对设置在所述直角棱镜与所述合束镜之间，所述微透镜阵列靠近所述直角棱镜，所述棱镜对靠近所述合束镜。所述半导体激光器的扫描激光首先经过椭圆柱透镜组，然后经过合束镜合束，先透过棱镜对，再透过微透镜阵列进行光斑匀化，再由直角棱镜转折光路，最后照射到MEMS微镜上进行扫描发射。接收器阵列包括接收镜头、导光元件和接收探测器，所述接收镜头包括多个接收透镜，所述导光元件设置在所述接收镜头与所述接收探测器之间，接收透镜通过所述导光元件将接收光耦合到接收探测器上，接收探测器为APD阵列或者MPPC阵列。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本实用新型实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于，包括激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列，其中：
激光器阵列，用于向探测物发射多条激光脉冲；
接收器阵列，用于接收经探测物反射回来的多条激光脉冲；
微反射镜阵列，设置在激光器阵列与接收器阵列之间的光路上，用于对多条激光脉冲进行光路调整，使激光器阵列发射的多条激光脉冲经探测物反射后，被接收器阵列对应接收。
2.根据权利要求1所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述微反射镜阵列设有多个微反射镜单元，所述微反射镜单元设有反射面，并通过反射面来反射激光脉冲，以完成对激光脉冲的光路调整。
3.根据权利要求2所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述微反射镜阵列设置在激光器阵列与探测物之间的出射光路上。
4.根据权利要求3所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述微反射镜阵列设有多个驱动模块，所述驱动模块用于驱动微反射镜单元旋转，以对出射的激光脉冲进行光路调整。
5.根据权利要求4所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述驱动模块用于驱动微反射镜单元进行水平和/或垂直方向的旋转。
6.根据权利要求2所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述微反射镜阵列设置在接收器阵列与探测物之间的反射光路上。
7.根据权利要求6所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述微反射镜阵列设有多个驱动模块，所述驱动模块用于驱动微反射镜单元旋转，以对反射的激光脉冲进行光路调整。
8.根据权利要求7所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述驱动模块用于驱动微反射镜单元进行水平和/或垂直方向的旋转。
9.根据权利要求2所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述微反射镜阵列采用数字微反射镜。
10.根据权利要求2所述的基于微反射镜阵列的激光雷达系统，其特征在于：所述激光器阵列、接收器阵列和微反射镜阵列固定集成于同一电路板上。
Priority Applications (1)
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| CN202120679011.2U CN215264016U (zh) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | 基于微反射镜阵列的激光雷达系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113156400A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-23 | 上海星秒光电科技有限公司 | 基于微反射镜阵列的激光雷达系统 |
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