[發明專利]基于MEMS微振鏡的固態激光雷達裝調方法

有效

• 申請號: 201910085323.8
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109655812B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 侯鵬程;柳邦;羅義鳴
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天紅峰控制有限公司
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王秀麗

本發明公開了一種基于MEMS微振鏡的固態激光雷達裝調方法，包括：安裝激光發射二極管和激光準直鏡，將激光發射二極管和激光準直鏡的光軸調整至與平行光管的光軸相平行；以平行光管的位置和光軸為基準，利用五棱鏡將經安裝的平面反射鏡反射出的激光偏轉至平行光管的十字分劃板正中心；安裝MEMS微振鏡和相機，使得MEMS微振鏡在相機中清晰成像；利用圖像質心檢測算法和相機檢測并計算MEMS微振鏡的鏡面質心和鏡面上光斑質心的坐標；微調MEMS微振鏡直至兩者的質心坐標重合。通過本發明的技術方案，有效提升了激光和微振鏡的實時位置檢測精度，大幅度提升了激光和MEMS微振鏡的同軸度，同時提高了固態激光雷達裝調效率。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種基于MEMS微振鏡的固態激光雷達裝調方法。

背景技術

激光雷達的工作原理如圖1所示，利用控制系統首先設置掃描系統掃描參數同時激光發射器發射激光，當激光到達目標上時反射回來，由激光接收系統接收信號并計算出目標距離；在激光測距系統測距時，激光掃描系統進行掃描，使激光發射器的發射角度不停改變，最終遍歷整個視場完成掃描工作；在激光掃描過程中，掃描系統把采集到的數據傳輸到上位機上，上位機完成數據的三維可視化濕示和存儲，用于后續數據處理。目前最新用于無人駕駛領域的激光雷達為滿足安全駕駛需要對探測精度要求極高，而主要影響激光雷達精度的是算法精度和掃描系統的裝調精度。

激光雷達最初采用的是機械旋轉式結構，即通過旋轉激光束來進行水平360度的掃描。而作為汽車部件，低成本、小體積且能嵌入車身，固態激光雷達是解決高昂成本和極端環境適應的方案。因此未來固態激光雷達是應用趨勢，既可降成本又符合車載需求。目前未能得到廣泛應用的主要障礙是其低下的產能以及隨之帶來的高昂的價格。激光雷達的光學元件的精度極高，對出廠調試有很高要求，低效率的調試裝配是主要的產能釋放和成本降低瓶頸。

目前針對車載自動駕駛級的激光雷達光學系統裝調方法較少，而基于MEMS微振鏡的固態激光雷達光軸同軸度裝調方法還未曾報道，MEMS微振鏡掃描角度受驅動電壓函數控制，當驅動電壓不斷變化時MEMS微振鏡掃描角度也相應變化，發射激光束經振鏡反射后出射進行目標掃描。而MEMS微振鏡和激光束的同軸度決定了激光掃描目標空間位置的準確性。

發明內容

針對上述問題中的至少之一，本發明提供了一種基于MEMS微振鏡的固態激光雷達裝調方法，針對發射和掃描光學系統，利用平行光管、五棱鏡和相機等簡單的測量設備可快速便捷裝調激光雷達發射系統的各個光學元件，利用相機對激光位置和微振鏡位置進行實時檢測，通過基于相機的圖像質心檢測算法處理，可實時高效調整激光和MEMS微振鏡的同軸度，有效提升了激光和微振鏡的實時位置檢測精度，大幅度提升了激光和MEMS微振鏡的同軸度，同時提高了固態激光雷達裝調效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于MEMS微振鏡的固態激光雷達裝調方法，包括：步驟S1：安裝激光發射二極管和激光準直鏡，并利用平行光管法將所述激光發射二極管和所述激光準直鏡的光軸調整至與平行光管的光軸相平行；步驟S2：以所述平行光管的位置和光軸為基準，利用五棱鏡將經安裝的平面反射鏡反射出的激光偏轉至所述平行光管的十字分劃板正中心；步驟S3：將所述五棱鏡撤下后安裝MEMS微振鏡和相機，使得所述MEMS微振鏡在所述相機中清晰成像；步驟S4：利用圖像質心檢測算法和所述相機檢測并計算所述MEMS微振鏡的鏡面質心和鏡面上光斑質心的坐標；步驟S5：判斷所述MEMS微振鏡的鏡面質心坐標和所述鏡面上光斑質心的坐標是否重合，若重合，則完成對所述MEMS微振鏡的裝調，若不重合，則微調所述MEMS微振鏡直至兩者的質心坐標重合。

在上述技術方案中，優選地，步驟S1中，所述利用平行光管法將所述激光發射二極管和所述激光準直鏡的光軸調整至與平行光管的光軸相平行具體包括：微調所述激光準直鏡，使得所述激光發射二極管經過所述激光準直鏡后的激光在通過所述平行光管后的光斑位于所述平行光管的十字分劃板的正中心，則所述激光發射二極管與所述激光準直鏡的光軸與所述平行光管的光軸平行。