[实用新型]一种基于面阵探测器的三维扫描激光雷达

说明书

本实用新型公开了一种基于面阵探测器的三维扫描激光雷达，包括发射单元、接收单元和控制单元，发射单元包括发射电路板、发射激光器、整形透镜和扫描组件，接收单元包括面阵探测器、接收镜头和接收电路板，控制单元包括FPGA主板和扫描驱动。发射单元用于发射整形为长条状的光斑，通过扫描照射到待测物上，接收镜头用于将返回回波聚焦到面阵探测器上进行测距处理，获得距离信息，面阵探测器的多个像素单元用于提供角度信息，控制单元用于控制发射单元发射不同的编码光脉冲，对接收单元接收的回波进行解码，根据距离信息和角度信息形成三维点云。本实用新型基于面阵探测器进行信号接收，便于组装调节标定，结构紧凑，减小了体积和重量。

技术领域

本实用新型涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种基于面阵探测器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，垂直发射视场在30-40°，接收模块在对应角度进行接收，每一个接收探测器对应一个发射角度，结构为接收模块和发射模块在两侧对称排布，内部使用反光镜进行光路转折，然后在水平方向旋转实现三维扫描测距，为满足要求需要快速得到扫描测试信息，并且采集更多的特征信息提高点阵像素，多线激光雷达采用控制多个发射二极管在垂直方向顺序发射，同时对应多个发射二极管安装同等数量的接收探测器，造成垂直方向体积增大，功耗散热提高，并且需要无线供电和无线传输，使成本居高不下，制约了多线激光雷达的发展。

实用新型内容

为解决现有技术存在的局限和缺陷，本实用新型提供一种基于面阵探测器的三维扫描激光雷达，包括发射单元、接收单元和控制单元，所述发射单元包括发射电路板、发射激光器、整形透镜和扫描组件，所述接收单元包括面阵探测器、接收镜头和接收电路板，所述控制单元包括FPGA主板和扫描驱动；

所述发射单元用于发射整形为长条状的光斑，通过扫描照射到待测物上，所述接收镜头用于将返回回波聚焦到所述面阵探测器上进行测距处理，获得距离信息，所述面阵探测器的多个像素单元用于提供角度信息，所述控制单元用于控制所述发射单元发射不同的编码光脉冲，对所述接收单元接收的回波进行解码，根据所述距离信息和所述角度信息形成三维点云；

所述发射激光器包括N×75W并列排布的半导体激光器芯片模块，所述半导体激光器芯片模块的数量范围为2-6个，所述芯片之间的距离范围为100-500um，所述芯片按照垂直方向发散角进行平行排布，所述整形透镜包括柱面透镜和非球面透镜，所述整形透镜用于进行长条状整形，发散角为θ_∥*θ_⊥°，θ_∥的取值范围为0.1°-12°，θ_⊥的取值范围为0.1°-25°，所述扫描组件为一维MEMS振镜、二维MEMS振镜、六面折射转鼓、检流计振镜之中的任一种，所述扫描组件的扫描光学角度范围为25°-150°。

可选的，所述发射激光器为4×75W的半导体激光器，所述柱面透镜的焦距为30mm，所述半导体激光器用于对平行方向发散角使用所述柱面透镜进行准直，所述发散角为6mrad，垂直方向发散角保持25°，所述光斑为0.4*25°的长方形光斑。

可选的，所述扫描组件为检流计振镜，所述检流计振镜的尺寸为20*20mm，振动角度为60°，振动频率范围为100-500HZ。

可选的，所述面阵阵列探测器为SiPM阵列探测器、APD阵列探测器、SPAD阵列探测器或者MPPC阵列探测器，所述面阵阵列探测器的单元像素的数量范围为1-10万。