[发明专利]一种基于微镜的共享窗口激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种基于微镜的共享窗口激光雷达系统，包括：激光器、单面反射镜、微镜、会聚透镜和光探测器；所述单面反射镜上开设有第一通孔；所述激光器产生的激光光束经过所述第一通孔出射到所述微镜后，经所述微镜出射至探测目标；从探测目标反射回的回波光束经所述微镜反射至所述单面反射镜后，经所述单面发射镜反射至所述会聚透镜，并经所述会聚透镜会聚至所述光探测器。本发明使用微镜替代机械旋转结构，可以大幅减小设备体积，提高扫描频率，并且耗能更少。

技术领域

本发明涉及激光雷达，尤其涉及一种基于微镜的共享窗口激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是一种高精度的距离测量设备。作为一种主动探测装置，激光雷达不受白昼黑夜的影响，具有较强的抗干扰能力。除了在地形测绘等领域的应用外，近年来在自动驾驶和无人机领域也引起了极大的关注。传统激光雷达使用多路激光结合机械旋转结构的设计，不仅速度慢、体积大，而且能耗高、成本高。使用微镜替代机械旋转结构，可以大幅减小设备体积，提高扫描频率，并且耗能更少。此外，由于微镜既可以构成一维扫描镜面，又可以在二维面内扫描，仅需一路激光就可以探测整个观测面。这种结构紧凑的设计，使得基于微镜的激光雷达易于嵌入到便携设备中，大大拓宽了其应用情景。

现有的激光雷达系统主要使用机械旋转结构结合多路激光的方案。设备体积和成本都难以下降。公开号为CN 206331115U的中国专利公开了一种旋转电机和一维微镜结合的激光雷达方案，但旋转电机的存在使得系统尺寸的进一步缩小十分困难。此外，该方案使用光敏面3毫米的光探测器，不仅昂贵而且时域响应慢，无法对精度更高的短脉冲激光进行测量。公开号为CN 106707289A的中国专利提出了一种电磁驱动的振镜，但其镜面尺寸为厘米级，远大于传统的MEMS微镜，使其难以获得较大的扫描频率。该专利也没有说明其激光雷达系统的具体构成。完全基于MEMS微镜的激光雷达系统有待进一步的研究和论证。现有的基于MEMS微镜的激光雷达仍主要使用发射和接收窗口分立的方案。收发分置的激光雷达系统的缺点是回波光场的方向分布比较广，致使接收光路比较复杂，增大了系统体积和成本，难以应用在便携设备中。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微镜的共享窗口激光雷达系统，包括：激光器、单面反射镜、微镜、会聚透镜和光探测器；

所述单面反射镜上开设有第一通孔；

所述激光器产生的激光光束经过所述第一通孔出射到所述微镜后，经所述微镜出射至探测目标；

从探测目标反射回的回波光束经所述微镜反射至所述单面反射镜后，经所述单面发射镜反射至所述会聚透镜，并经所述会聚透镜会聚至所述光探测器。

进一步地，所述第一通孔的孔径不小于入射至所述单面反射镜的激光光束直径。

进一步地，所述第一通孔的孔径等于入射至所述单面反射镜的激光光束直径。

进一步地，所述激光器为脉冲激光器。所述微镜为动态形变可控的微镜。

进一步地，所述微镜为一维微镜。

进一步地，所述微镜为二维微镜。

进一步地，所述单面反射镜的镜面为微纳结构。

进一步地，所述微镜为静电驱动、电磁驱动、电热驱动或压电驱动。

进一步地，所述光探测器为PN/PIN光电探测器、雪崩光电二极管、光电倍增管、CCD或CMOS探测器。