CN216209858U - 一种激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光雷达系统，包括光源单元、扫描单元和接收单元，所述光源单元包含激光器、准直镜和特质镜片，所述特质镜片的中心区域镀有反射膜，特质镜片在中心区域以外的区域镀有增透膜，所述扫描单元包括mems振镜和由电机控制的棱镜，所述mems振镜具有垂直和水平两个方向的扫描角度，能控制入射到反射面上的激光进行两个方向的出射，所述接收单元包含特质镜片，聚焦镜和传感器。本实用新型能够通过mems振镜和由电机控制棱镜旋转来进行扩束扫描，实现对环境的准确探测扫描，不需要用拼接的方式即可实现扩束，大大节约了成本。

Description

一种激光雷达系统

技术领域

本实用新型涉及一种激光雷达系统，属于激光雷达研究技术领域。

背景技术

激光雷达即激光探测及测距系统LiDAR(Light Detection and Ranging)，是一种通过发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后由接收器接收从目标反射回来的信号，最后激光雷达将反射信号与发射信号进行比较，作适当处理后就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。由于激光雷达对环境感知的先天优势，使其在无人驾驶，避障等领域具有很好的应用前景。目前激光雷达主要包括机械式旋转激光雷达和拼接式MEMS雷达，机械式旋转激光雷达由旋转部件带动发射模块、接收模块360°旋转以得到周围环境距离信号，然而上述机械旋转式激光雷达有诸多缺点：多线(如32线、64线)的激光雷达发射模块与接收模块以成对的方式设置，对角度设置要求高，制造难度大，不利于量产且价格高昂；其旋转部件容易磨损甚至失效，需要定期维护。拼接式MEMS雷达的使用寿命和维护上都比机械式雷达更具优势，但MEMS激光雷达水平视场角通常只有45°左右，如果需要更大的视场角，只能通过拼接的方法实现，一般需要3-5路的光路拼接才能实现大角度的目标扫描，同样的器件需要使用多路，价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型的技术目的在于提供一种激光雷达系统，能够克服现有技术存在的缺陷并实现扩束扫描，满足准确探测和良好接收效果的要求。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种激光雷达系统，包括光源单元、扫描单元和接收单元，

所述光源单元包含激光器、准直镜和特质镜片，所述特质镜片的中心区域镀有反射膜，特质镜片在中心区域以外的区域镀有增透膜，

所述扫描单元包括mems振镜和由电机控制的棱镜，所述mems振镜具有垂直和水平两个方向的扫描角度，能控制入射到反射面上的激光进行两个方向的出射，

所述接收单元包含特质镜片，聚焦镜和传感器，

所述激光器发射的光束进入准直镜，经准直镜整形后得到的准直激光束入射至特质镜片的中心区域，经反射膜反射到mems振镜上，mems振镜将激光反射到棱镜的反射面，棱镜的每个反射面上都贴有反射膜，棱镜的反射面将激光反射到探测目标上，从探测目标上反射回来的激光经过棱镜的反射面反射至mems棱镜上，然后透过特质镜片的增透膜，被聚焦镜汇聚进入到传感器中，

当mems振镜在水平方向扫描时，配合棱镜的旋转，出射的激光光束能照射在探测目标水平方向的不同位置，实现水平方向的扫描，当mems振镜在垂直方向振动时，出射光被棱镜反射到目标上，实现对探测目标垂直方向的扫描。

进一步，所述特质镜片及特质镜片中心区域的形状均为方形。

进一步，所述电机的转轴与棱镜的底部相连接。

进一步，所述棱镜为五棱镜。

进一步，所述传感器为单光子探测器或光电传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型能够通过mems振镜和由电机控制棱镜旋转来进行扩束扫描，实现对环境的准确探测扫描。使用棱镜的旋转对激光进行反射，不需要用拼接的方式实现扩束，大大节约成本。

2、本实用新型结构简单、装调标定方便、使用安装简单，容易实现量产。

3、本实用新型中的特质镜片能够提高光学效率同时减少系统的杂散光。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型所涉及的特质镜片的俯视图。

图3为本实用新型所涉及的棱镜的结构示意图。

图4为本实用新型所涉及的棱镜与电机的连接示意图。

图5为本实用新型应用示意图之一，该图中，mems振镜在水平方向摆动时，出射光照射在探测目标的左侧不同区域上。

图6为本实用新型另一应用示意图，该图中，mems振镜在水平方向摆动时，出射光照射在探测目标的右侧不同区域上。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。根据下面的说明，本实用新型的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，而不是全部的实施例。

结合图1所示，一种激光雷达系统，包括光源单元、扫描单元和接收单元。

所述光源单元包含激光器1、准直镜2和特质镜片3，参考图2，所述特质镜片3的中心区域镀有反射膜3-1，能够对光束进行全反射，特质镜片3在中心区域以外的区域镀有增透膜3-2，激光可以透过该区域。特质镜片3的中心区域面积比较小，镀有增透膜的区域很大，这样做的优势在于，能够在需要对激光反射时，反射所有的激光。需要不影响激光透过时，尽可能透过最多的激光，减少光能量的损耗。而普通的半反半透镜片对激光反射一半透射一半，激光束经过半反半透镜片会有一半的能量得不到利用，降低了激光的利用率，并且不能利用的那部分激光会在整个光路中成为杂散光，影响最终得信号质量。因此用特质镜片3来替代常规的半反半透镜片，能够降低激光的损耗，且有利于减少整个光路中的杂散光。

结合图1和图3所示，所述扫描单元包括mems振镜4和由电机11控制的棱镜5，电机的转轴与棱镜的底部相连接。所述mems振镜4具有垂直和水平两个方向的扫描角度，能控制入射到反射面上的激光进行两个方向的出射。所述接收单元包含特质镜片3，聚焦镜7和传感器8。所述传感器8优选为单光子探测器或光电传感器。

扫描单元用于实现激光对周围环境的照射，由mems振镜4和棱镜5共同配合完成。本实施例以五角棱镜为例。棱镜5的顶视图是一个非等边的五边形，该五边形的每一个内角角度都不相等，如图1中5所示。图3为棱镜的侧视图，其有5个反射面，每个反射面上都贴有反射膜，能对激光进行反射。5-1和5-2为其中的两个反射面，该棱镜一共有5个反射面。参考图4，所述电机11的转轴与棱镜5的底部相连接。

本实用新型的工作原理是，激光器1发射的光束进入准直镜2，经准直镜2整形后得到的准直激光束入射至特质镜片3的中心区域，经反射膜3-1反射到mems振镜4上，mems振镜4将激光反射到棱镜5的反射面，每个反射面上都贴有反射膜，棱镜的反射面将激光反射到探测目标6上，从探测目标6上反射回来的激光经过棱镜5的反射面反射至mems棱镜4上，然后透过特质镜片3的增透膜3-2，被聚焦镜7汇聚进入到传感器8中，

当mems振镜在水平方向扫描时，配合棱镜的旋转，出射的激光光束能照射在探测目标6水平方向的不同位置，实现水平方向的扫描，当mems振镜在垂直方向振动时，出射光被棱镜反射到目标上，实现对探测目标垂直方向的扫描。

以上所述，仅是本实用新型优选实施例的描述说明，并非对本实用新型保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种激光雷达系统，其特征在于：

包括光源单元、扫描单元和接收单元，

所述光源单元包含激光器、准直镜和特质镜片，所述特质镜片的中心区域镀有反射膜，特质镜片在中心区域以外的区域镀有增透膜，

所述扫描单元包括mems振镜和由电机控制的棱镜，所述mems振镜具有垂直和水平两个方向的扫描角度，能控制入射到反射面上的激光进行两个方向的出射，

所述接收单元包含特质镜片，聚焦镜和传感器，

所述激光器发射的光束进入准直镜，经准直镜整形后得到的准直激光束入射至特质镜片的中心区域，经反射膜反射到mems振镜上，mems振镜将激光反射到棱镜的反射面，棱镜的每个反射面上都贴有反射膜，棱镜的反射面将激光反射到探测目标上，从探测目标上反射回来的激光经过棱镜的反射面反射至mems棱镜上，然后透过特质镜片的增透膜，被聚焦镜汇聚进入到传感器中，

当mems振镜在水平方向扫描时，配合棱镜的旋转，出射的激光光束能照射在探测目标水平方向的不同位置，实现水平方向的扫描，当mems振镜在垂直方向振动时，出射光被棱镜反射到目标上，实现对探测目标垂直方向的扫描。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：

所述特质镜片及特质镜片中心区域的形状均为方形。

3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：

所述电机的转轴与棱镜的底部相连接。

4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：

所述棱镜为五棱镜。

5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：

所述传感器为单光子探测器或光电传感器。

Images