[发明专利]一种基于介电弹性驱动的激光三维成像扫描方法

说明书

本发明涉及激光雷达扫描，特别设计基于介电弹性体驱动的激光三维成像扫描方法，属于光学设计领域。采用介电弹性体作为驱动，利用透镜的径向偏心移动的原理，实现光束的二维扫描。介电弹性体驱动的移动透镜粘贴于介电弹性体的正中央区域。在介电弹性体驱动的移动透镜的外围区域上，均匀地分布着四个区域，在每个区域的介电弹性体上表面均匀地涂有柔性电极，下表面均匀涂有地电极，介电弹性体驱动的移动透镜可以通过调节施加在四个电极上的电压组合发生径向偏心移动，平行光束在经过于介电弹性体驱动的移动透镜与第二透镜后，将不再以平行于光轴的角度出射，而是与光轴有偏转角度的方向出射，从而实现对目标的扫描。

技术领域

本发明涉及激光雷达扫描，特别设计基于介电弹性体驱动的激光三维成像扫描方法，属于光学设计领域。

背景技术

激光三维成像系统由于可获得目标的距离信息，广泛应用于导航、定位、测绘、目标识别等领域。按照有无扫描元件，目前激光三维成像系统可分为扫描式和非扫描式。非扫描式激光三维成像通常需要大面阵的雪崩光电二极管(APD)，而大面阵APD探测器由于加工复杂、成本高昂，目前难以获得。扫描式激光三维成像系统借助扫描单元实现对目标场景的扫描，获得目标的三维信息。传统的旋转棱镜、旋转振镜、多面转镜等扫描元件存在结构复杂、体积大、重量大、惯性大、功耗大、控制复杂等缺点，而微光机电系统(MOMES)扫描元件虽然体积小、功耗低，但是其存在损伤阈值低等缺点，为此亟需提出新型的扫描元件，使得激光三维成像系统的扫描元件具有结构紧凑、体积小、重量轻的等优点。介电弹性体是一种新型的电活性材料，具有结构简单、重量轻、响应速度快，变形量大等优点，可用做激光三维成像的扫描元件。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在难以满足结构紧凑、体积小、重量轻的问题，提出了一种基于介电弹性驱动的激光三维成像扫描系统。该系统的扫描元件采用了介电弹性体作为驱动，使得系统结构紧凑，体积小、重量轻、扫描角度大。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于介电弹性驱动的激光三维成像扫描方法，将介电弹性体固定散布在透镜周围，通过分别给介电弹性体施加电压实现光束的偏转，实现激光三维成像扫描。

一种基于介电弹性驱动的激光三维成像扫描装置，主要包括脉冲激光器、脉冲光束、准直透镜、平行光束、分光片、汇聚透镜、光电二极管、第一透镜、第二透镜、发散透镜组、光轴、目标。脉冲激光器发射的脉冲光束经过准直透镜作用后，变成平行光束，平行光束被分光片分成两束：(1)一束向下传播，经过汇聚透镜作用后，聚焦在光电二极管上，光电二极管产生脉冲电信号，脉冲电信号的峰值作为激光三维成像的距离计时开始时刻；(2)另外一束照射在第一透镜和第二透镜上，第一透镜可在电压驱动下，发生相对于第二透镜的径向偏心移动，平行光束在第一透镜和第二透镜后将发生偏转，该偏转角度经过发散透镜组的放大作用后，将产生相对于光轴的偏转，偏转后的平行光束照射在目标的位置为O′。当驱动电压为0V时，平行光束照射在目标的位置为O。

第一透镜为基于介电弹性体驱动的偏转透镜，该透镜可在电压驱动下发生径向偏心移动。第一透镜包括固定板、介电弹性体、介电弹性体驱动的移动透镜、第一电极、第一电源、第二电极、第二电源、第三电极、第三电源、第四电极、第四电源、地电极、电源地。固定板用于固定介电弹性体，介电弹性体驱动的移动透镜粘贴于介电弹性体的正中央区域。在介电弹性体驱动的移动透镜的外围区域上，均匀地分布着四个区域，在每个区域的介电弹性体上表面均匀地涂有柔性电极。在右上区域的介电弹性体上表面均匀地涂有第一电极，第一电极与第一电源相连。同理，在左上区域的介电弹性体上表面均匀地涂有第二电极，第二电极与第二电源相连，在左下区域的介电弹性体上表面均匀地涂有第三电极，第三电极与第三电源相连，在右下区域的介电弹性体上表面均匀地涂有第四电极，第四电极与第四电源相连。在每个区域的介电弹性体的下表面均匀涂有地电极，地电极与电源地相连。