[發明專利]一種光學相控陣激光雷達裝置

有效

• 申請號: 201811219546.0
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109444903B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 陳建明;王成鳳;趙明明;白磊;郭香靜;王為術;陳嘉琦;張盼盼;時銘慧;李琛;郟一方;袁瑞;朱莎莎
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S7/481
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

1.一種光學相控陣激光雷達裝置，其特征在于：包括激光陣列光源、雙層結構液晶光開關陣列、雙結構光柵陣列器件、光開關掃描控制裝置、激光反射信號處理裝置和光學透鏡，所述的光學透鏡包括掃描照射透鏡和目標反射接收透鏡，分別設置在雙結構光柵陣列器件與照射目標之間以及照射目標與激光反射信號處理裝置之間，分別用于對出射光束和入射光束進行矯正；

所述的激光陣列光源作為系統的照射光源提供平面陣列分布的多光束、平行激光束；

所述的雙結構光柵陣列器件為陣列粗光柵的透光陣元部分嵌入細光柵的結構構成，使其衍射嵌套與空間同步干涉特性產生各種轉向角度、以及距離方向照射強度可調的遠場照射模式；

所述的激光陣列光源發射的光束在所述光開關掃描控制裝置控制下，經由所述的雙層結構液晶光開關陣列的延時選通對光束之間以及光束本身進行相關相位調制，結合雙結構光柵陣列器件從而完成對目標進行光學相控陣掃描照射；

所述的激光陣列光源的激光二極管陣元、雙層結構液晶光開關陣列的通光窗口陣元以及雙結構光柵陣列器件粗光柵的陣元的數量、間隔尺寸均相互一一對應且保持一致，激光反射信號處理裝置對目標反射回來的激光信號進行接收、處理并解算出距離、方位、速度信息參數。

2.根據權利要求1所述光學相控陣激光雷達裝置，其特征在于：所述的雙結構光柵陣列器件包括n×m個透光窗口，按照n行×m列矩形黑白相間排列分布，黑色部分不透光、白色部分透光，任意一個透光單元寬度與其相鄰的不透光單元的寬度均相等，且任意一個透光單元寬度與其相鄰的不透光單元的寬度之和為此單元進行相位調制時的單元間距，記為D，從而構成了n行×m列矩形黑白相間排列分布的器件本體，所述的透光窗口為一個獨立的面陣光柵，所述的面陣光柵內均勻分布著s*s個透光的圓孔，其中，面陣光柵的單元間距記為d，則D為d的整數倍，其中n、m、s、D、d均為正整數。

3.根據權利要求2所述的光學相控陣激光雷達裝置，其特征在于：所述的雙結構光柵陣列器件在使用時，陣列的每一個透光單元分別對應一個激光二極管光源和一個相位調制窗口，激光二極管光源的波長為λ，則d不大于1/2λ。

4.根據權利要求1所述的光學相控陣激光雷達裝置，其特征在于：所述的雙層結構液晶光開關陣列包括由上、下設置的第一層液晶板和第二層液晶板構成，第一層液晶板的上面依次平行設置有第一定向薄膜、行掃描電極、上層玻璃板和上偏振片，第一層液晶板的下面依次平行設置有第二定向薄膜、行信號電極和中間玻璃板；

第二層液晶板極板的上面依次平行設置第三定向薄膜和列掃描電極，第二層液晶板的下面依次平行設置有第四定向薄膜、列信號電極、下層玻璃板和下偏振片；且行掃描電極與行信號電極相互垂直且上下覆蓋對齊，列信號電極與行信號電極相互垂直且上下覆蓋對齊，列掃描電極與列信號電極相互垂直且上下覆蓋對齊；所述的第一定向薄膜、第二定向薄膜、第三定向薄膜和第四定向薄膜均是由一薄層高分子有機物，經定向摩擦處理，使棒狀液晶分子平行于玻璃表面，沿定向處理的方向排列，用于使每一層液晶板的晶體上表面的分子取向與晶體下表面的分子取向相互垂直。

5.根據權利要求4所述的光學相控陣激光雷達裝置，其特征在于：所述的行掃描電極有n個，n個行掃描電極均勻分為n1組，每個組內行掃描電極有n2個，則n＝n1*n2；組內電極寬度與間隔呈等尺寸分布，每組寬度與間隔呈等尺寸分布；

所述的列掃描電極有m個，m個列掃描電極均勻分為m1組，每個組內列掃描電極有m2個，則m＝m1*m2；組內電極寬度與間隔呈等尺寸分布，每組寬度與間隔呈等尺寸分布；

所述的n組行掃描電極對應n3個行信號電極，m組列掃描電極對應m3個列信號電極。