[发明专利]一种阵列式激光扫描器

说明书

技术领域

本发明属于光束控制领域，具体涉及一种阵列式激光扫描器。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射激光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)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，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。同微波雷达相比，激光雷达的优点是分辩率高，成像清晰，测量精度高，隐蔽性好，抗干扰能力强和体积小。成像激光雷达是激光雷达的一种，它不仅可以对目标进行测距，而且可以成像，获得目标的三维信息，在民用和军事领域具有广泛的用途。

激光扫描器是成像激光雷达中一个十分重要的器件，它的扫描角度、扫描频率、扫描分辨率和精度直接影响激光雷达的成像范围、成像帧频、成像分辨率和精度。传统的成像激光雷达多使用转台式反射镜扫描器、多面转镜扫描器、检流计式振镜扫描器等。转台式反射镜扫描器反射镜面大，控制精确，但是扫描频率低。多面转镜转速高，但是扫描线性度不高。检流计式振镜多用于激光加工，高频扫描时线性度不高。另外一个问题是，以上的扫描器在高速扫描时具有很大的转动惯量，这种大转动惯量主要由电机的转子等产生。如果激光雷达用于卫星等空间飞行器的时候，大转动惯量会严重影响卫星的姿态。其他基于折射、衍射、电光效应和声光效应的扫描器通常光学传输效率低于反射式的扫描器，会降低激光雷达的探测距离。快速控制反射镜是一种新型的激光扫描器，主要有压电陶瓷和音圈电机两种驱动方式。压电陶瓷驱动的快速控制反射镜往往具有扫描频率快，精度高的特点，但是扫描角度太小；音圈电机驱动的快速控制反射镜扫描角度很大，但是扫描频率较小，扫描精度较差。

为了得到同时具有大的成像范围、高成像帧频、高成像分辨率和精度的成像激光雷达，就需要一种同时拥有大扫描角度、高扫描频率、高扫描分辨率和精度的激光扫描器。目前，并没有一种激光扫描器能同时满足以上需求。现有的激光扫描器只能实现单光束扫描和单目标探测，实现多光束扫描和多目标探测就需要多个激光扫描器，这会大大增加系统的复杂程度。目前，也没有能够实现多光束扫描和多目标探测的激光扫描器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种阵列式激光扫描器，该扫描器采用压电陶瓷作为驱动源，具有多个子镜，能够通过多光束扫描的方式将多个小扫描场拼接为大扫描场同时保证扫描角度和扫描频率，每个子镜也能独立扫描，实现多目标探测。

本发明提供的阵列式激光扫描器，其特征在于，它包括底座、控制驱动系统和阵列布置的若干个子镜；所述若干个子镜按照相同的朝向排列，均固定在底座上；各相邻子镜之间留有间距，使相邻子镜在倾斜时不相互碰到；所述控制驱动系统与所述N个子镜中的压电驱动器连接，用于实现对反射镜偏转角度的开环控制。

作为上述技术方案的改进，所述子镜均包括子镜反射镜片、第一至第三压电驱动器、子镜底座和支架；第一至第三压电驱动器品字形固定在子镜底座上的三个凹槽内，各压电驱动器的顶端与支架相连，所述子镜反射镜片与所述支架的中心处连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述支架为T形，位于中心的凸台将支架隔开为三个分开的矩形平台，凸台和三个矩形平台构成所述支架；三个压电驱动器顶端中心连接成一个三角形△ABC，每个三角形顶点与其对应的一个矩形平台的矩形中心点在同一个竖直线上，三个压电驱动器的品字形排列方式由△ABC唯一确定。

作为上述技术方案的更进一步改进，其特征在于，所述第一至第三压电驱动器均包括二维柔性铰链、压电陶瓷和位移放大机构；压电陶瓷紧密嵌入椭圆形位移放大机构中空部分，二维柔性铰链位于位移放大机构上端中心处，所述压电陶瓷在两端输入电压时，有轴向的伸长位移，使得位移放大机构产生竖直方向的收缩位移，并使二维柔性铰链向下移动。

本发明的技术效果体现在：本发明提供的阵列式激光扫描器，通过多光束扫描，既能将每个子镜扫描角度拼接起来实现大范围高频率扫描，又能通过子镜单独工作的方式实现多目标扫描成像，每个子镜采用三压电陶瓷驱动，空间利用率高，扫描范围大，相对于同类产品，在相同尺寸条件上，子镜的二维扫描角度大大超过同类产品，阵列式激光扫描器既能实现大扫描角度和高扫描频率扫描，也能实现较小范围多目标扫描，角度控制精确，结构紧凑，由于使用了柔性铰链结构，反射镜在偏转运动中无摩擦损耗，使其工作寿命长，无需润滑，可免维护。本发明装置能够大大提升成像激光雷达的成像性能。