[发明专利]一种大范围扫描共轴式MEMS激光雷达光学系统

说明书

本发明公开了一种大范围扫描共轴式MEMS激光雷达光学系统，包括准直激光器、一维MEMS振镜、反射镜、转镜、驱动电机和接收端；所述准直激光器与一维MEMS振镜设置在同一直线上；所述反射镜、转镜与一维MEMS振镜设置在另一方向的同一直线上；所述准直激光器与一维MEMS振镜所在的直线与所述反射镜、转镜与一维MEMS振镜所在的直线成角度相交；所述接收端与反射镜设置在同一直线上并与所述反射镜、转镜与一维MEMS振镜所在的直线成角度相交；所述驱动电机安装在转镜下方；本发明没有使用半透半反镜，能量损失小；接收光路中，损失的能量也较低；采用了一维MEMS振镜和转镜相结合的方式，再保证光束能量集中的前提下，极大提升了激光雷达水平方向的扫描角度。

技术领域

本发明涉及一种大范围扫描共轴式MEMS激光雷达光学系统，属于光学、激光雷达技术领域。

背景技术

激光雷达通过发射激光与接收到回波信号的时间差实现测距功能，目前通过MEMS微镜实现二维扫描的激光雷越来越多，这一类的激光雷达一般用如下几种方式实现二维扫描：利用一维MEMS振镜结合一维光学放大元件来实现；利用两个一维MEMS振镜同步驱动实现二维扫描；利用二维MEMS振镜实现二维扫描。此外，有的MEMS激光雷达发射光路和接收光路完全分开，有的采用发射光路和接收光路共轴的形式，相比于非共轴光路，共轴光路的接收端要求较低，系统也比较简单。

中国发明专利CN107219532A公开了基于MEMS微扫瞄镜的三位激光雷达及测距方法，利用单轴MEMS微镜和具有一维放大功能的光学元件配合使用，实现二维扫描，利用线状探测单元组成的光电探测器实现激光回波探测，这种方案的主要问题在于，其一维放大功能的光学元件将激光整形成了线光斑，造成能量的分散，因此无法进行远距测量。

中国发明专利CN 109709572A公开了一种半共轴光路接收激光雷达系统，利用两个振动平面相互垂直的一维MEMS振镜同步驱动，实现发射端的二维扫描，被反射的光线经过第二一维MEMS振镜和半透半反镜，被接收系统接收，这种方案的主要缺点在于：第二一维MEMS振镜面积要比较大，这样的MEMS振镜控制难度大，成本高，由于是共轴光路，光束从发射到被接收要两次经过半透半反镜，能量损耗大。

中国发明专利CN109239693A公开了一种收发共路扫描激光雷达，利用一个二维MEMS振镜实现二维扫描，反射光线经过MEMS振镜和半透半反镜，被接收系统接收，这种方案和第二种方案有同样的问题，光束从发射到被接收要两次经过半透半反镜，光能损耗大，此外，二维MEMS振镜扫描角度较小，难以实现大范围扫描。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种大范围扫描共轴式MEMS激光雷达光学系统，克服现有的MEMS激光雷达能量损耗高、扫描角度小的难题。

本发明的技术解决方案是这样实现的：一种大范围扫描共轴式MEMS激光雷达光学系统，包括准直激光器、一维MEMS振镜、反射镜、转镜、驱动电机和接收端；所述准直激光器与一维MEMS振镜设置在同一直线上；所述反射镜、转镜与一维MEMS振镜设置在另一方向的同一直线上；所述准直激光器与一维MEMS振镜所在的直线与所述反射镜、转镜与一维MEMS振镜所在的直线成角度相交；所述接收端与反射镜设置在同一直线上并与所述反射镜、转镜与一维MEMS振镜所在的直线成角度相交；所述驱动电机安装在转镜下方。

优选的，所述驱动电机驱动转镜匀速转动。

优选的，所述反射镜中部设有长条孔。

优选的，所述转镜由多片矩形反射镜片组成的且相邻两片矩形反射镜片互相垂直。

优选的，所述接收端由接收镜头和接收探测器组成。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：