[发明专利]可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达

说明书

本发明涉及一种可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达，属于激光测量领域。激光发射及信号触发模块能够将经过准直后的激光传输给初始信号探测器产生初始信号。潜射镜模块通过两片反射镜在垂直方向上的组合将激光在高度方向提升，并通过第四反射镜将激光反射至MEMS扫描镜上。同轴收发模块由MEMS扫描镜将激光反射至被检测平面，通过离轴抛物面反射镜接收，再经第五反射镜反射后，由回波信号探测器接收。扫描激光雷达通过MEMS镜中反射面的旋转实现一定范围内的扫描，通过调节第四反射镜及MEMS扫描镜间的相对角度，可以增大MEMS扫描镜的扫描视场。本发明的结构紧凑、扫描视场大、扫描区域可变和集光能力强；同时利用潜射镜模块能够减小扫描雷达的体积。

技术领域

本发明涉及一种可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达，具体涉及一种扫描区域可变、紧凑型可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达，属于激光测量领域。

背景技术

激光雷达使用激光作为信号光源，采用接收系统采集经物体反射的回波信号，并与初始信号进行比较，得到时间或相位的变化量，从而获得被测物体距离的精确信息。由于激光具有束散角小、能量集中、指向性好、重频高等优点。使得激光雷达可以实现对被测物体的远距离、高精度测量。当前，激光雷达在航空航天、遥感探测、测量和智能驾驶等领域都有广泛的应用。

由于激光的束散角较小，因此其视场范围有限。传统的激光雷达多采用电机带动反射镜或棱镜旋转实现对发射光束的偏转，从而增大激光雷达的视场。但其会增加激光雷达的体积和重量，使得系统变得复杂，同时其扫描速度也比较慢。而使用微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)替代传统电机扫描方式，可以使激光雷达的系统简化，重量减轻，同时可以通过程序控制MEMS扫描镜工作方式，实现特定方式的扫描。但单独使用MEMS扫描镜可以实现一定视场内的扫描，其扫描区域固定，无法改变扫描区域。

此外，根据信号发射及接收方式上的区别，可将激光雷达分为同轴收发方式和非同轴收发方式。非同轴收发方式中，发射系统与接收系统的光轴不重合。这种方式简化了单一系统的设计难度，但由于两系统的光轴不重合，会导致激光雷达的扫描视场与接收视场不重合，不利于信息的接收与处理，同时会导致体积增大。

发明内容

本发明的目的在于克服传统激光雷达扫描区域固定、接收系统口径受限和整体体积较大等问题。提供一种可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达。该雷达采用同轴收发方式，发射系统的光轴与接收系统的光轴重合，这种结构的优点在于激光雷达的扫描视场的中心与接收视场的中心重合，利于信息的接收与处理，同时减小宽度尺寸。采用MEMS扫描镜对一定视场角内的被测物体进行扫描测量。同时采用可绕固定轴旋转的反射镜与MEMS扫描镜组合的方式，实现对不同区域的扫描测量。

本发明专利目的是通过下属技术方案实现的：

可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达，包括激光发射及信号触发模块、潜射镜模块和同轴收发模块。

激光发射及信号触发模块由激光器、准直偏振分光管、第一反射镜及初始信号探测器组成；所述准直偏振分光管由准直镜、1/2波片和偏振分光镜组成，实现对激光的准直、偏振分光功能；激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过1/2波片和偏振分光镜及第一反射镜将信号发射至初始信号探测器产生初始信号。

潜射镜模块由第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜组成，通过第二反射镜和第三反射镜的组合将激光在垂直方向提升，并通过第四反射镜将激光反射至MEMS扫描镜上。

同轴收发模块由MEMS扫描镜、离轴抛物面反射镜、第五反射镜及回波信号探测器组成；由MEMS扫描镜将第四反射镜反射来的激光反射至被检测平面，通过与MEMES同轴安装的离轴抛物面反射镜接收由物体表面散射的接收光线，经过离轴聚焦的接收光线通过第五反射镜反射后，由回波信号探测器接收。

通过调整所述第四反射镜与MEMS扫描镜的角度，能够实现大区域扫描；