[发明专利]基于MEMS微镜的三维扫描激光雷达

说明书

本发明属于激光雷达技术领域，公开了一种基于MEMS微镜的三维扫描激光雷达，包括发射激光器、准直光学元件、MEMS微镜阵列及探测器；所述发射激光器发出的探测激光信号通过准直光学元件准直至所述MEMS微镜阵列，经所述MEMS微镜阵列发射至探测目标；探测目标反射的探测激光信号接收至所述探测器；MEMS微镜阵列包括多个小微镜单元，多个小微镜单元呈二维阵列布置，所有小微镜单元均可在三维方向旋转。将单个小尺寸的MEMS微镜替换为大尺寸二维MEMS微镜阵列的设计，可解决MEMS微镜在大尺寸光斑激光雷达的应用限制问题，有助于实现激光雷达的远距离探测。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种基于MEMS微镜的三维扫描激光雷达。

背景技术

激光雷达是通过发射激光信号对周围空间进行扫描并获取空间参数的设备，广泛应用于地理测绘、环境探测、工业扫描或无人驾驶等行业。目前，激光雷达的光束扫描方式主要是电机扫描式，但扫描电机存在尺寸大、功耗大、控制电路及算法复杂等明显缺陷，限制了激光雷达朝着小型化、集成化及低功耗化等方向发展的速度，也制约了激光雷达的进一步的推广应用。

微电机系统(Micro-Electro Mechanical System，以下简称MEMS)微镜基于成熟的半导体加工工艺，可实现小型化和集成化的光束扫描方式，且具有低功耗和控制简单的显著优势。

专利公告号为CN106772407A的发明专利提出了一种基于MEMS(即为基于微电机系统Micro-Electro Mechanical System，以下简称MEMS)微镜扫描的激光雷达系统，该专利主要利用了MEMS微镜的二维扫描特性，用于将单光源代替现有的二维分布多线光源，实现单光源模拟出多线光源扫描的结果，但该专利中未能充分利用MEMS微镜的三维扫描潜力，未能在多线扫描激光雷达中全面代替扫描电机。该专利也忽略了MEMS微镜的尺寸问题，目前，单个MEMS微镜的平面尺寸较小，不能控制大尺寸光斑，难以实现远距离探测，这也是MEMS微镜应用在激光雷达行业必须优化解决的关键设计。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种基于MEMS微镜的三维扫描激光雷达，同时，区别于专利公告号为CN106772407A的发明专利所给出的用MEMS微镜代替二维多线激光光源的方案，本发明充分利用了MEMS微镜扫描的优点，可全面替代扫描电机，实现激光雷达的三维扫描，进一步，为了克服现有单个MEMS微镜尺寸过小的问题，本发明提出了一种二维MEMS微镜的设计，将单个MEMS微镜组替换为大尺寸二维MEMS微镜阵列，可有效地解决单个MEMS微镜尺寸过小的问题，可应用在大尺寸光斑探测场景，实现激光雷达的远距离探测。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于MEMS微镜的三维扫描激光雷达包括发射激光器、准直光学元件、MEMS微镜阵列及探测器；

所述发射激光器发出的探测激光信号通过所述准直光学元件准直至所述MEMS微镜阵列，经所述MEMS微镜阵列发射至探测目标；

探测目标反射的探测激光信号接收至所述探测器；

所述MEMS微镜阵列包括多个小微镜单元，多个小微镜单元呈二维阵列布置，所有小微镜单元均可在三维方向旋转，每个小微镜单元可以独立控制，通过不同的电机完成每个小微镜单元的独立控制,不同的小微镜单元可以设置成不同步扫描，每个小微镜单元均可以实现大角度旋转。

进一步地，所述发射激光器为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。

进一步地，还包括多个静电驱动式或加热驱动式微电机，通过静电驱动式或加热驱动式微电机驱动对应的小微镜单元在三维方向旋转。

进一步地，所述发射激光器替换为发射激光器阵列。

进一步地，所述探测器为单点探测器或二维阵列探测器。