[发明专利]一种基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达

说明书

本申请公开一种基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，包括发射模块、控制模块和接收模块；发射模块包括发射驱动电路板、半导体激光器、透镜组和扫描组件；接收模块包括接收镜头、阵列探测器和接收信号电路板；控制模块包括MEMS振镜驱动电路板和FPGA控制电路板；发射驱动电路板为半导体激光器供电以驱动其发光，通过透镜组整形照射到MEMS振镜进行扫描发射；接收镜头接收回波信号，阵列探测器接收回波信号，经接收信号电路板处理后输入FPGA控制电路板；FPGA控制电路板进行测距处理并根据阵列探测器像元的位置得到角度信息和距离信息，形成三维扫描点云。本申请的雷达系统结构紧凑，便于安装调节，实现大视场的三维扫描激光雷达。

技术领域

本申请涉及激光雷达探测技术领域，尤其涉及一种基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达。

背景技术

激光扫描测距雷达能够用于检测目标位置，轮廓和速度，激光测距雷达的应用领域逐步拓展，精确测量、导航定位、安全避障，并开始应用于无人驾驶技术，激光扫描雷达是将发射的激光束通过扫描发射形成扫描截面，从而测试出待测物的特征信息。目前三维扫描激光雷达在垂直方向为多层扫描，能够很好的反应待测物的特征信息，适用于多个领域，如无人驾驶的导航，形状轮廓检测。

目前的三维扫描激光雷达多采用多线扫描方式，即发射使用多个激光管顺序发射，结构为多个激光管纵向排列，每个激光管之间有一定的夹角，同时在对称面有相应的接收探测器进行接收，保证每一个接收探测器和发射激光管的视场角相对应，因此在安装调节过程中非常复杂。目前更多的开始使用MEMS（ Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）激光雷达，但是MEMS激光雷达在水平和俯仰两个方向的视场角非常大，尤其是水平方向，一般水平方向视场角在40-150°，为了达到大的接收视场，一般都需要使用更大的像面进行接收，但是之前使用的APD（（Avalanche Photo Diode，光电二极管））阵列探测器，填充因子较高，探测器之间间隙较大，同时由于MEMS振镜的角度随着温度和电压的变化而变化，使用MEMS振镜提供的角度信息得到点云很不准确。

发明内容

本申请提供了一种基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，包括发射模块、控制模块和接收模块；所述发射模块包括发射驱动电路板、半导体激光器、透镜组和扫描组件；所述接收模块包括接收镜头、阵列探测器和接收信号电路板；所述控制模块包括MEMS振镜驱动电路板和FPGA控制电路板；

所述发射驱动电路板为所述半导体激光器供电，驱动所述半导体激光器发光，所述半导体激光器通过所述透镜组整形，然后照射到MEMS振镜，由所述扫描组件进行扫描发射；

所述接收镜头接收经MEMS振镜反射后的回波信号，阵列探测器上多个像元同时接收回波信号，经接收信号电路板放大处理后输入FPGA控制电路板；

所述MEMS振镜驱动电路板控制MEMS振镜振动并进行扫描，FPGA控制电路板对测距进行处理并根据阵列探测器上像元的位置得到角度信息和距离信息，形成三维扫描点云。

如上所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其中，所述半导体激光器采用4×75W的半导体激光器芯片模块或者多个120W的半导体激光器，芯片排布按照快轴方向发散角平行排布，整形单元使用柱面透镜进行长条状整形，慢轴方向发散角为0.1°-12°之间，快轴方向发散角可以为0.1°-25°之间，多个整形单元串行发射或并行发射。

如上所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其中，所述扫描组件为一维或者二维MEMS振镜，其扫描光学角度在30-60°，通过使用2-5个发射模组照射振镜得到最大150°的发射视场角。

如上所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其中，所述激光雷达的光路结构为发射和接收分离方式，其中发射模块和接收模块为左右并列的形式，一侧的发射光照射到振镜上，扫描待测物，另一侧接收镜头直接接收。