[实用新型]一种高分辨率激光雷达

说明书

本实用新型公开一种高分辨率激光雷达，所述激光雷达包括激光发射单元、准直单元、分光单元、数字微镜器件、聚焦单元和探测器单元组成。其中，所述激光发射单元用于发射脉冲激光束；准直单元用于将脉冲激光束准直，减小发散角；分光单元用于将脉冲激光束反射至数字微镜器件；数字微镜器件可以被当作闪耀光栅，用于将脉冲激光束分别以‑2、‑1、0、1、2的衍射级数出射，每一束脉冲激光束可以分时产生五束衍射脉冲激光束，可以提高激光雷达的分辨率；聚焦单元用于将透射过分光单元的回波光束聚焦至探测器。本实用新型提供一种结构简单、低成本的高分辨率激光雷达。

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种结构简单、低成本的高分辨率激光雷达。

背景技术

近年来随着自动驾驶技术的不断发展，激光雷达作为自动驾驶系统的核心部件获得了长足发展，其测量范围可达数百米，测量精度可达毫米级别，具有响应速度快、抗干扰能力强等多种优点。因此，激光雷达在无人机、安防、地形测绘等其他领域也存在广泛的应用前景。

激光扫描组件是激光雷达系统中的重要组成部分，机械式激光雷达使用机械式的激光扫描器件如旋转多边形棱镜等改变激光的出射方向实现大角度扫描，但由于尺寸、重量、成本和功耗等方面的影响，机械式旋转的激光扫描方式被逐渐取代。微机电系统（MEMS）具有体积小、重量低、功耗小等优点，在激光雷达系统中得到广泛的应用和发展，典型的MEMS器件为二维谐振型振镜。然而以二维谐振型振镜为基础的混合固态式激光雷达扫描技术，其成本较高，且扫描视场有限，难以兼顾大扫描视场与高扫描频率。原因在于二维振镜的偏转角度与其工作频率存在矛盾，想要提高振镜的偏转角度只能降低其工作的谐振频率，因此要同时获得大范围偏转角度与较高工作频率的谐振型振镜加工工艺要求极高且制作成本难以控制。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有激光扫描技术所存在的不足之处，提供一种结构简单、低成本的高分辨率激光雷达设计方案。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种高分辨率激光雷达，所述激光雷达包括激光发射单元、准直单元、分光单元、数字微镜器件、聚焦单元和探测器单元组成。

所述激光发射单元用于发射纳秒级脉宽的脉冲激光束；

所述准直单元用于将激光光束准直，减小发散角；

所述分光单元用于将激光光束反射至数字微镜器件，并将激光回波光束透射至探测器单元；所述数字微镜器件可以作为衍射光栅，用于将激光光束以不同的衍射级数出射；

所述聚焦单元用于将透射过分光单元的激光回波光束聚焦至探测器。

所述激光发射单元的数量为N，则所述准直单元数量为N；每一束激光入射至数字微镜器件表面可分时产生5束衍射光束，分别为-2级、-1级、0级、1级、2级衍射光束，则N个激光器可分时产生5N束衍射光束。

所述数字微镜器件由一组微镜阵列组成，每个微镜可以沿着其对角线旋转±θ实现开关两个状态，开关状态转换的时间为微秒级。在微镜开关状态转换的过程中，使用纳秒级的脉冲激光束照射微镜，可以将其微镜阵列作为一个可编程的闪耀光栅。微镜在开关转换过程中的倾斜角为闪耀角时，入射的激光光束可以被衍射成-2级、-1级、0级、1级、2级当中的特定的衍射级数，衍射效率接近100%。

所述激光器个数为1时，所述激光器经所述分光单元反射后入射至所述数字微镜器件表面的入射角为α，入射角为激光光束与数字微镜器件反射面垂线的夹角。当激光器个数增加时，每一个激光光束的入射角度需要在α基础上进行±2°以内的调整。

所述高分辨率激光雷达可通过增加激光发射单元的数量N，实现更高的出射光束密度，进而可以较低的成本实现激光雷达分辨率的提升。