[发明专利]一种大视场角的紧凑型固态激光雷达

说明书

本申请涉及一种大视场角的紧凑型固态激光雷达，所述激光雷达通过激光分束的方式在不增大体积和增多器件的条件下将其竖直向的视场角扩展一倍，大幅度提高了激光雷达的市场范围。该激光雷达系统包括发射单元、分光单元、偏振单元、触发单元、反射单元、聚焦单元、投射单元及探测单元。其中，发射单元用于发射2N束准直出射激光，所述N≥1；分光单元，用于将2N束激光分为4N束平行等光强光束；偏振单元，用于改变经偏振单元出射的光束的偏振态；触发单元，用于检测激光器触发信号。本发明可实现固态激光雷达视场角的扩展，提供一种成本低、结构紧凑、大视场角的激光雷达。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种大视场角的紧凑型固态激光雷达。

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。

然而以二维振镜扫描技术为基础的混合固态式激光雷达，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，想要同时获得大范围偏转角度与较高工作频率对振镜加工工艺要求极高且制作成本难以控制。

发明内容

本发明是为避免上述现有二维振镜扫描技术所存在的不足之处，提供一种大视场角的紧凑型固态激光雷达设计方案。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大视场角的紧凑型固态激光雷达，其通过激光分束的方式扩展了固态激光雷达竖直向视场角。所述的固态激光雷达系统包括发射单元、分光单元、偏振单元、触发单元、反射单元，聚焦单元、投射单元及探测单元。

所述的发射单元数量为2N个，分布在偏振单元入射面一侧，且以偏振单元为中心，沿所述偏振单元左右对称分布。

进一步的，所述分光单元数量为2N个，每个分光单元包含一个分光元件和一个反射元件，将所述发射单元的2N束入射光束分为4N束平行等光强光束；所述4N束光束，由所述同一发射单元产生的激光光束沿所述偏振单元上下对称分布。

进一步的，所述的偏振单元由一个偏振分光元件和一个偏振态转换元件组成，偏振态转换元件与偏振分光元件透射光束出射面平行。

进一步的，所述触发单元数量为4N个，平行于所述偏振单元反射光出射面一侧，位置与4N束激光束一一对应，对应所述非同一发射单元的两组触发单元左右对称，对应所述分光单元产生的两组光束的触发单元上下对称。

进一步的，所述反射单元包括第一反射单元、第二反射单元和第三发射单元。所述第一反射单元具有一个反射元件，两个反射面，所述两个反射面夹角90°，与所述偏振单元夹角45°，两反射面所夹棱线与所述偏振单元中线平行，将所述偏振单元沿中线对称的透射光束各转折90°，同时将所述第二反射单元的回波光束转折90°至偏振单元；所述第二反射单元，具有两个反射元件，反射面与所述第一反射单元反射面分别平行，相对于所述第一反射单元左右对称放置，将所述第一反射单元出射光转折90°，与所述出射单元光束平行入射至第三反射单元，同时转折所述第三反射单元回波光束至所述第一反射单元；所述第三反射单元，其具有两个反射元件，将所述第二反射单元的入射光束反射至所述聚焦单元；记所述激光雷达水平向视场角为4α，竖直视场角为4β，则所述第三反射单元反射面与所述投射单元反射面水平方向夹角为α，竖直方向夹角为2β；所述第三反射单元反射光与所述第二反射单元反射光水平方向夹角2α，竖直方向夹角4β。

进一步的，所述聚焦单元有两个，沿所述偏振单元左右对称分布，所述聚焦单元将所述分光单元得到的两束平行光束聚焦于投射单元中心，记聚焦光束夹角为γ，所述分光单元分成的两束平行光间距为d，所述聚焦单元焦距为f＝d/γ，所述聚焦单元与所述第三反射单元平行，所述投射单元反射面位于所述聚焦单元焦平面处。