本发明专利技术提供了一种MEMS三维激光雷达系统，包括激光发射模块，光束控制模块，激光探测模块和控制器。本发明专利技术的有益效果是：实现水平方向上的探测视场扩展，可以较好的获取方形视场内的深度图像信息，探测距离远且成本较低。
A MEMS 3D lidar system
【技术实现步骤摘要】
一种MEMS三维激光雷达系统
本专利技术涉及雷达系统，尤其涉及一种MEMS三维激光雷达系统。
技术介绍
现有技术一、一种线扫描激光雷达系统，专利申请号：CN201811317323.8，公开号为CN109490908A。主要包括激光发射模块，光束控制模块，激光探测模块和控制器模块等。其中，激光发射模块主要产生准直后的激光光束，经光栅板透射可以在纵向上扩束；光束控制模块主要将发射光束在水平方向上扫描，因此形成一个面状的扫描视场；激光探测模块主要通过深度传感芯片对面状扫描视场内障碍物及目标进行感光深度成像，并将处理后的信号传送至控制器模块；最终，控制器模块完成整体系统的同步控制工作，并对激光探测模块得到的信号进行处理，获取整个面状扫描视场内的深度信息。现有技术二、现有的高端多线束激光雷达往往采用多激光器多探测器(发射接收对)的方案，如美国Velodyne公司的激光雷达VLP-64采用64个激光器和64个APD探测器，在光路上一一对应，实现目标区域纵向64点探测。然后整体光路系统位于一个水平旋转电机上，实现水平360°扫描探测。现有技术一所使用的深度传感芯片单像素像元较小，由于接收光路采用的近红外广角镜头景深有限，因而深度成像距离受限，难以实现视场区域内近距离及远距离目标的同时测量。现有技术二为目前主流三维激光雷达方案，其整体性能强烈依赖于发射接收对的数量，即硬件数量越高性能越好，但因此带来了成本高，体积大的缺点，且由于采用了电机旋转的方式，这将削减其整体使用寿命。<br>
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种MEMS三维激光雷达系统。本专利技术提供了一种MEMS三维激光雷达系统，包括激光发射模块，光束控制模块，激光探测模块和控制器，其中，所述光束控制模块包括MEMS微镜驱动及其反馈电路、MEMS微镜和光学扩束元件，所述激光探测模块包括光学接收元件，水平聚光元件，线阵APD探测器和信号处理电路，所述控制器的输出端与所述激光发射模块的输入端连接，所述控制器与所述MEMS微镜驱动及其反馈电路双向连接，所述线阵APD探测器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路与所述MEMS微镜双向连接，所述激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经所述MEMS微镜的反射、光学扩束元件的扩束投射到视场空间，所述光学扩束元件将点状激光光斑纵向扩束为线状光斑，并且，随着所述MEMS微镜在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间，所述光学接收元件，水平聚光元件一起构成了接收光学系统，以收集方形的视场空间内经目标反射后的激光脉冲发射光束并聚集至所述线阵APD探测器的光敏面上，随后经所述信号处理电路处理，为所述控制器实时提供经目标反射后的接收脉冲光束信息。作为本专利技术的进一步改进，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路实时控制所述MEMS微镜在水平方向上的偏转角，以此来控制激光脉冲发射光束经MEMS微镜反射后的水平方位角。作为本专利技术的进一步改进，所述激光发射模块包括脉冲激光器及其驱动电路、准直光学模块，所述脉冲激光器及其驱动电路发射出椭圆形光斑，经所述准直光学模块进行准直，然后射入所述MEMS微镜。作为本专利技术的进一步改进，采用光纤耦合激光二极管配合光纤准直器以替代所述准直光学模块。作为本专利技术的进一步改进，所述光学扩束元件采用光栅板或者鲍威尔棱镜。作为本专利技术的进一步改进，所述水平聚光元件为水平聚光锥，经目标反射后的激光脉冲发射光束先后经光学接收元件的接收、水平聚光锥的水平聚光，再射入所述线阵APD探测器的光敏面上。作为本专利技术的进一步改进，所述水平聚光锥的截面为等腰梯形，该等腰梯形的高沿水平面设置，水平倾斜角为θ，上底为入射面，入射光束的入射角度为α，上底的宽度为D1，下底为出射面，出射角度为β，下底的宽度为D2，D1＞D2，水平倾斜角满足下式：作为本专利技术的进一步改进，所述水平聚光锥至少有两个，相邻两个所述水平聚光锥的腰的所在平面相互贴合呈扇形。作为本专利技术的进一步改进，所述水平聚光锥用于增强接收光路在水平方向上的视场角，以此让单线APD阵列可以探测面阵视场目标，包括且不限于本文中所提出的水平聚光锥组装体。作为本专利技术的进一步改进，所述线阵APD探测器为单线APD阵列。本专利技术的有益效果是：通过上述方案，实现水平方向上的探测视场扩展，可以较好的获取方形视场内的深度图像信息，探测距离远且成本较低。附图说明图1是本专利技术一种MEMS三维激光雷达系统的原理示意图。图2是本专利技术一种MEMS三维激光雷达系统的水平聚光元件的原理示意图。图3是本专利技术一种MEMS三维激光雷达系统的水平聚光元件的组装示意图。图4是本专利技术一种MEMS三维激光雷达系统的水平聚光元件的另一组装示意图。图5是本专利技术一种MEMS三维激光雷达系统的发射接收示意图。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1至图5所示，一种MEMS三维激光雷达系统，包括激光发射模块，光束控制模块，激光探测模块和控制器1，其中，所述光束控制模块包括MEMS微镜驱动及其反馈电路4、MEMS微镜5和光学扩束元件，所述激光探测模块包括光学接收元件7，水平聚光元件8，线阵APD探测器9和信号处理电路10，所述控制器1的输出端与所述激光发射模块的输入端连接，所述控制器1与所述MEMS微镜驱动及其反馈电路4双向连接，所述线阵APD探测器9的输出端与所述信号处理电路10的输入端连接，所述信号处理电路10的输出端与所述控制器1的输入端连接，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路4与所述MEMS微镜5双向连接，所述激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经所述MEMS微镜5的反射、光学扩束元件的扩束投射到视场空间，所述光学扩束元件将点状激光光斑纵向扩束为线状光斑，并且，随着所述MEMS微镜4在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间102，所述光学接收元件7，水平聚光元件8一起构成了接收光学系统，以收集方形的视场空间102内经探测目标或障碍物101反射后的激光脉冲发射光束并聚集至所述线阵APD探测器9的光敏面上，随后经所述信号处理电路10处理，为所述控制器1实时提供经探测目标或障碍物101反射后的接收脉冲光束信息。如图1至图5所示，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路4实时控制所述MEMS微镜5在水平方向上的偏转角，以此来控制激光脉冲发射光束经MEMS微镜5反射后的水平方位角。如图1至图5所示，所述激光发射模块包括脉冲激光器及其驱动电路2、准直光学模块3，所述脉冲激光器及其驱动电路2发射出椭圆形光斑，经所述准直光学模块3进行准直，然后射入所述MEMS微镜5，脉冲激光器优选为脉冲激光二极管21，准直光学模块3优选为。如图1至图5所示，优选采用光纤耦合激光二极管配合光纤准直器以替代所述准直光学模块3准直透镜31。如图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MEMS三维激光雷达系统，其特征在于：包括激光发射模块，光束控制模块，激光探测模块和控制器，其中，所述光束控制模块包括MEMS微镜驱动及其反馈电路、MEMS微镜和光学扩束元件，所述激光探测模块包括光学接收元件，水平聚光元件，线阵APD探测器和信号处理电路，所述控制器的输出端与所述激光发射模块的输入端连接，所述控制器与所述MEMS微镜驱动及其反馈电路双向连接，所述线阵APD探测器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路与所述MEMS微镜双向连接，所述激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经所述MEMS微镜的反射、光学扩束元件的扩束投射到视场空间，所述光学扩束元件将点状激光光斑纵向扩束为线状光斑，并且，随着所述MEMS微镜在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间，所述光学接收元件，水平聚光元件一起构成了接收光学系统，以收集方形的视场空间内经目标反射后的激光脉冲发射光束并聚集至所述线阵APD探测器的光敏面上，随后经所述信号处理电路处理，为所述控制器实时提供经目标反射后的接收脉冲光束信息。/n
【技术特征摘要】
1.一种MEMS三维激光雷达系统，其特征在于：包括激光发射模块，光束控制模块，激光探测模块和控制器，其中，所述光束控制模块包括MEMS微镜驱动及其反馈电路、MEMS微镜和光学扩束元件，所述激光探测模块包括光学接收元件，水平聚光元件，线阵APD探测器和信号处理电路，所述控制器的输出端与所述激光发射模块的输入端连接，所述控制器与所述MEMS微镜驱动及其反馈电路双向连接，所述线阵APD探测器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述MEMS微镜驱动及其反馈电路与所述MEMS微镜双向连接，所述激光发射模块发射激光脉冲发射光束，先后经所述MEMS微镜的反射、光学扩束元件的扩束投射到视场空间，所述光学扩束元件将点状激光光斑纵向扩束为线状光斑，并且，随着所述MEMS微镜在水平方向扫描，最终形成方形的视场空间，所述光学接收元件，水平聚光元件一起构成了接收光学系统，以收集方形的视场空间内经目标反射后的激光脉冲发射光束并聚集至所述线阵APD探测器的光敏面上，随后经所述信号处理电路处理，为所述控制器实时提供经目标反射后的接收脉冲光束信息。
2.根据权利要求1所述的MEMS三维激光雷达系统，其特征在于：所述MEMS微镜驱动及其反馈电路实时控制所述MEMS微镜在水平方向上的偏转角，以此来控制激光脉冲发射光束经MEMS微镜反射后的水平方位角。
3.根据权利要求1所述的MEMS三维激光雷达系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊小刚，罗栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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