[实用新型]一种固态的二维扫描激光雷达

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，特别是一种固态的二维扫描激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种以发射激光束来探测目标物体的位置、速度、角位置等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标物体发射激光束，然后接收从目标物体反射回来的激光回波并与发射信息进行比对和处理后，获得目标物体的有关信息，如目标物体的距离信息以及目标物体角度信息，从而对目标物体进行探测、跟踪和识别。

在激光雷达的扫描方式上，现有的激光雷达都需要使用机械旋转部件来实现扫描，由于结构、工艺限制等因素，采用机械旋转部件的激光雷达体积较大，扫描速度较低，对激光雷达自身运动状态也比较敏感。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有机械旋转的激光雷达体积大、扫描速度低、对自身运动敏感等问题，提供一种新的激光雷达。

实现上述目的本实用新型的技术方案为，一种固态的二维扫描激光雷达，包括控制处理模块及与其连接的激光发射模块和激光接收模块；激光发射模块包括激光器、准直镜和振镜，所述准直镜将激光器发射的探测激光束准直到振镜上，探测激光束被振镜以不同角度发射出去；激光接收模块包括第一反射镜、振镜、接收望远镜和光探测器，从被目标物体表面反射回来的激光回波，经第一反射镜反射到振镜后，激光回波以固定方向入射到接收望远镜；控制处理模块，对所述激光器、振镜及光探测器的工作状态进行控制和感知并作数据处理分析。

优选地，所述接收望远镜为开普勒望远镜、卡塞格林望远镜或其他望远镜的一种；所述光探测器为雪崩光电二极管、光电倍增管、半导体光电二极管、光电耦合器件、互补金属氧化物半导体或电荷注入器的一种。

优选地，所述激光接收模块进一步包括第二反射镜，从被目标物体表面反射回来的激光回波，经第一反射镜反射到振镜后，经振镜反射至第二反射镜上，由第二反射镜将激光回波以固定方向入射到接收望远镜。

优选地，所述第一反射镜和第二反射镜分设于振镜的两侧。

优选地，所述第一反射镜和第二反射镜的面型为自由曲面、球面、非球面、平面或二次曲面的一种；第一反射镜使得目标物体反射扫描方向上不同角度回来的激光回波经MEMS振镜反射后，均以同一方向进入第二反射镜或接收望远镜。

优选地，所述准直镜包括第一准直镜和第二准直镜，探测激光束依次经过第一准直镜和第二准直镜准直后入射到振镜进行偏转，实现探测激光束对目标物体扫描；所述第一准直镜用于对所述激光束快轴进行准直或对激光束进行预准直；所述第二准直镜用于对所述激光束慢轴进行准直或对激光束进行准直。

优选地，所述第一准直镜和第二准直镜为柱面镜或准直透镜。

优选地，所述激光发射单元和激光接收单元共用所述振镜，探测激光束经所述振镜反射扫描目标物体，激光回波经所述振镜反射回接收望远镜；为复用所述MEMS振镜，准直过后的探测激光束入射到MEMS振镜上，经过MEMS振镜偏转后的出射探测激光束入射到目标物体上，被目标物体反射或漫反射回来的激光回波入射到第一反射镜上，第一反射镜将激光回波反射到MEMS振镜，经第二反射镜反射进入接收望远镜并会聚到光探测器上。

优选地，通过激光接收模块的接收透镜后的激光回波的入射方向与激光器发出的探测激光束的出射方向相互平行。

优选地，固态的二维扫描激光雷达还包括滤波片，其设置于所述接收望远镜与光探测器之间，用于对所述激光回波进行滤波处理，所述激光回波依次经过接收望远镜和滤光片的会聚、滤波后，被光探测器接收，光探测器转化后的电信号由控制处理模块处理。

优选地，固态的二维扫描激光雷达还包括与控制处理模块连接的输出模块，当控制处理模块处理整合测量数据后并传输至所述输出模块，由输出模块输出数据。

优选地，所述控制处理模块可控制激光器的功率、出光频率、脉宽以及MEMS振镜的振动角度和振动频率等；控制处理模块同时负责整合处理光探测器所采集的扫描数据并对扫描数据进行计算，计算出目标物体位置、速度、姿态以及旋转等状态，解算出目标物体信息后传输至输出模块由输出模块将数据输出显示。

优选地，所述振镜为MEMS振镜，用于对经过准直的探测激光束进行偏转，实现激光束扫描，其扫描频率范围为1kHz-20kHz；为了充分利用MEMS振镜的反射面有效口径，初始状态时探测激光束在保证振镜偏转到最大偏转角时反射激光束不被激光雷达本身遮挡的前提下，以较小入射角入射到MEMS振镜上；振镜上的入射激光束与出射激光束夹角大于或等于10度为最佳选择。