[發明專利]基于液晶相控陣的激光雷達系統

有效

• 申請號: 201811373516.5
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109298406B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 王春陽;牛啟鳳;史紅偉;李蘭婷
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S7/484;G01S7/486;G01S7/491
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

1.基于液晶相控陣的激光雷達系統，包括中央處理單元、激光發射系統和回波接收系統；其特征是：

所述激光發射系統包括激光器A、發射光路；

所述發射光路包括擴束準直系統A、精偏轉系統、1/4波片、粗偏轉系統；

所述精偏轉系統包括1/2波片、LCSLM和DSP控制器；

所述粗偏轉系統包括液晶偏振旋轉器、LCPG和偏振光柵控制器；

回波接收系統包括FPGA、MPPC和接收光路；

所述中央處理單元控制激光器A出射線偏振光，并向FPGA發送計時指令，FPGA開始計時；

所述線偏振光經擴束準直系統A后，光束經過1/2波片產生與LCSLM光軸方向相同的線偏振光，該線偏振光以一定的角度斜入射到LCSLM，通過LCSLM的線偏振光經1/4波片后，變成圓偏振光入射到粗偏轉系統，通過粗偏轉系統中的液晶偏振旋轉器選擇光的左右旋性，再經過LCPG；

中央處理單元向偏振光柵控制器發送光束偏轉指令，控制LCPG實現光束的偏轉，再向DSP控制器發送光束偏轉指令，控制LCSLM實現光束的高精度偏轉，同時校正大角度偏轉時產生的系統誤差；

接收光路將接收的回波激光匯聚到MPPC的感光面上，實現回波激光的準確接收，所述中央處理單元控制FPGA停止計時，并將回波激光中目標信息傳至中央處理單元；

所述LCSLM為加載斜入射用戶查找表的LCSLM，具體實現方法為：

步驟一、激光器B出射的線偏振光經擴束準直系統B后，通過半波片產生與液晶光學相控陣光軸方向相同的線偏振光，再通過偏振片P1入射到LCSLM上，調整偏振片P1，使偏振片P1的光軸與LCSLM的液晶快軸成45°夾角，與LCSLM的液晶快軸平行的光經LCSLM調制后反射回來，另一部分未經調制的光直接反射回來；

步驟二、經LCSLM調制后反射回來的光入射到偏振片P2上，調整偏振片P2，使偏振片P2的光軸與LCSLM的液晶快軸成45°夾角，同時與偏振片P1的光軸成90°夾角，使得只有光矢量平行于偏振片P2光軸的光透過；

步驟三、通過給LCSLM施加周期性變化的0-255灰度圖，獲得不同入射角下的呈周期性變化的光強值，采用能量計接收并存儲所述光強值；

步驟四、通過分析施加的灰度級與光強值的對應關系，獲得灰度值與相位調制量的關系，并采用傅里葉變換算法對測得的灰度值與相位調制量的關系數據進行擬合；

步驟五、對步驟四獲得的灰度值與相位調制量的關系曲線截取0-2π的相位變化周期，采用反插值法，將實際輸入灰度值與LCSLM的驅動灰度值之間建立非線性的映射關系，補償LCSLM相位調制曲線的非線性，使輸入灰度值與相位調制量滿足線性對應關系，獲得斜入射下LCSLM用戶查找表，即LCSLM驅動灰度值與輸入灰度值之間的對應關系。

2.根據權利要求1所述的基于液晶相控陣的激光雷達系統，其特征在于：

所述接收光路包括牛頓望遠鏡、濾光片和雙膠合透鏡；回波激光經牛頓望遠鏡反射至濾光片，所述濾光片濾除背景雜光后，光束經雙膠合透鏡匯聚到MPPC的感光面上，使MPPC準確接收回波，實現回波探測。

3.根據權利要求1所述的基于液晶相控陣的激光雷達系統，其特征在于：所述擴束準直系統A為由正光焦度的物鏡和負光焦度的目鏡組成的伽利略擴束結構，實現光束的擴束準直。

4.根據權利要求1所述的基于液晶相控陣的激光雷達系統，其特征在于：該線偏振光以一定的角度斜入射到LCSLM，一定角度的范圍為0-45°。