[发明专利]一种MEMS三维激光雷达系统

说明书

本发明提供了一种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。

技术领域

本发明涉及雷达系统，尤其涉及一种MEMS三维激光雷达系统。

背景技术

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。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种MEMS三维激光雷达系统。

本发明提供了一种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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，所述光学扩束元件采用光栅板或者鲍威尔棱镜。

作为本发明的进一步改进，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。