[发明专利]一种基于MEMS智能3D感知技术的微动态三维传感器及系统

说明书

本发明公开了一种基于MEMS智能3D感知技术的微动态三维传感器及系统，包括：激光发射单元，发射激光光束；激光探测单元，探测返回的激光光束形成电信号；计时器，连接激光发射单元及激光探测单元；所述激光发射单元包括激光器及MEMS微振镜，激光器发射的激光经MEMS微振镜反射后对外射出。对激光束进行调制，使其成为多个单色激光光束的合成，并控制各个单色激光的光强按照特定的程序变化，MEMS微振镜反射扫描激光便在一个反射面上形成需要的图案。激光光源使用红外激光，整合MEMS微振镜扫描和激光测距技术，探测器接受由扫描激光从被扫描面每一点上反射回来的信号，并计算出红外激光的飞行时间，就可以采集到被扫描区域的3D坐标数据。

技术领域

本发明创造涉及传感器领域，特别涉及一种基于MEMS智能3D感知技术的微动态三维传感器及系统。

背景技术

目前国内缺少研发生产3D激光雷达的技术。激光雷达通常有四个性能衡量指标：测距分辨率、扫描周期、角度分辨率及可视范围，尽管目前国产动态多线束激光雷达与国外相比仍有较大差距，但用于服务机器人和扫地机器人的二维激光雷达与国外相比已没有太大差别。但是这些雷达基本上都是仿照了国外产品的设计思路，没有突破。实践已经证明，以机械式转动扫描为特征的动态雷达在结构上难以承受高速车载长期运行，必须有更可靠的结构，即半动态或固态雷达来代替。

MEMS微振镜是利用微机电工艺制成能够在一定角度内快速往返转动，并且可对其进行控制的微小镜片。这种技术具有体积小、重量轻、功耗低、耐用性好及性能稳定等优势，是半动态或固态雷达的理想部件。

如公开号 CN109031345A的发明公开了一种MEMS微镜扫描激光雷达系统及其扫描方法，包括激光发射器、激光接收器、环路器、MEMS微镜和时序控制与测量模块，激光发射器发射激光；环路器将激光传输至MEMS微镜；MEMS微镜将环路器输出的激光反射至目标区域，将目标区域内障碍物的反射光反射回环路器；环路器将MEMS微镜反射的障碍物的反射光传输至激光接收器；激光接收器根据接收到的障碍物的反射光生成回波信号；时序控制与测量模块根据激光接收器生成的回波信号和MEMS微镜反馈的角度信息生成扫描结果。

现有技术结构复杂，可靠性不佳，无法长期运作于动态环境下。

发明内容

针对现有技术结构复杂，可靠性不佳，无法长期运作于动态环境下的问题，本发明提供了一种基于MEMS智能3D感知技术的微动态三维传感器及系统，结构稳定，可靠性高，能够保持精准度的同时长期在动态环境下工作。

以下是本发明的技术方案。

一种基于MEMS智能3D感知技术的微动态三维传感器，包括：激光发射单元，发射激光光束；激光探测单元，探测返回的激光光束形成电信号；计时器，连接激光发射单元及激光探测单元；所述激光发射单元包括激光器及MEMS微振镜，激光器发射的激光经MEMS微振镜反射后对外射出。对激光束进行调制，使其成为多个单色激光光束的合成，并控制各个单色激光的光强按照特定的程序变化，MEMS微振镜反射扫描激光便在一个反射面上形成需要的图案。激光光源使用红外激光，整合MEMS微振镜扫描和激光测距技术，探测器接受由扫描激光从被扫描面每一点上反射回来的信号，并计算出红外激光的飞行时间，就可以采集到被扫描区域的3D坐标数据，使其成为一个传感器。

作为优选，还包括旋转装置，旋转装置包括底座及旋转部，所述激光发射单元及激光探测单元设置于旋转部。将单个或多个激光发射单元置于一个能够360度旋转的旋转部，对周围环境进行单通道或多通道扫描，并且有一个同步旋转的激光探测单元探测周围环境的反光从而计算距离。

作为优选，所述激光探测单元包括光阑、干涉滤光片、探测器、放大与滤波模块以及接收模块组成，所述返回的激光光束经过光阑及干涉滤光片后入射至探测器，探测器将光信号转换为电信号，电信号经放大与滤波模块以及接收模块后输出至计时器。