[發明專利]一種二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統

有效

• 申請號: 201910767193.6
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110488247B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 吳東岷;王懋;范娜娜
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務所(普通合伙) 32345
• 代理人: 王利斌

1.一種二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，包括激光發射系統、控制系統、激光信號接收系統，其特征在于：

沿著光傳播方向的光軸方向上，所述的激光發射系統依次設置為：激光器，激光準直系統、二維MEMS掃描振鏡；

所述激光器為脈沖激光器；

從物方至像方所述的激光信號接收系統依次設置為：窄帶濾光片、大相對孔徑光學鏡頭、傳像纖維光錐、APD陣列探測器；所述的傳像纖維光錐外形為錐形結構，其口徑大的一端為入射端面，口徑小的一端為出射端面；所述的傳像纖維光錐是由錐形光纖規則排列組合而成的錐形光纖束；大相對孔徑光學鏡頭和傳像纖維光錐組成接收鏡頭；激光雷達回波光線依次經過窄帶濾光片、大相對孔徑光學鏡頭成像在傳像纖維光錐入射端面上，傳像纖維光錐進一步將光線傳遞到APD陣列探測器表面；

控制系統分別與激光發射系統、APD陣列探測器、二維MEMS掃描振鏡通過導線或無線信號連接，用于控制激光器的激光脈沖發射、二維MEMS掃描振鏡的擺動和APD陣列探測器數據的接收；

傳像纖維光錐的入射端面位于大相對孔徑光學鏡頭的像方焦平面位置；

由控制系統控制激光器發出高頻率脈沖激光，以二維MEMS掃描振鏡為掃描機構反射經激光準直系統出射的光斑，對目標進行逐點掃描；經目標反射的回波光線經過窄帶濾光片、大相對孔徑光學鏡頭成像在傳像纖維光錐口徑大的一端橫截面處，傳像纖維光錐將光線從傳像纖維光錐口徑小的一端橫截面射出并傳遞到APD陣列探測器表面；

APD陣列探測器由APD探測器單元排列組成，根據二維MEMS掃描振鏡的掃描角度和對應回波光線在所述傳像纖維光錐的輸出端面輸出的光斑位置，通過控制系統選擇對應的APD陣列探測器單元采集信號；隨著二維MEMS掃描振鏡掃描角度的變化，單次選通對應的一組APD探測器單元采集信號。

2.根據權利要求1所述的二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，其特征在于，二維MEMS掃描振鏡可以沿水平和豎直兩個方向掃描。

3.根據權利要求2所述的二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，其特征在于，所述激光器選用脈沖式激光二極管；

所述APD陣列探測器為線陣APD探測器，該線陣APD探測器的長邊方向與激光二極管快軸方向平行。

4.根據權利要求3所述的二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，其特征在于，所述二維MEMS掃描振鏡的水平掃描方向與脈沖式激光二極管快軸方向平行。

5.根據權利要求4所述的二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，其特征在于，所述錐形光纖的直徑從所述傳像纖維光錐入射端面到傳像纖維光錐出射端面逐漸變小；每根錐形光纖都由纖芯和包層組成，纖芯的材料折射率大于包層的材料折射率。

6.根據權利要求1所述的二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，其特征在于，

所述大相對孔徑光學鏡頭從物方至像方依次由第一組元、第二組元、第三組元組成，其光焦度依次為負，正，正；其中第一組元用于將大視場的光接收進入所述的接收鏡頭，第二組元壓縮光線的角度，第三組元進一步會聚光線，第三組元中一個面為非球面，用于校正球差。

7.根據權利要求1所述的二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，其特征在于，所述傳像纖維光錐的入射端面靠近大相對孔徑光學鏡頭，出射端面緊貼APD陣列探測器。

8.根據權利要求1～7之一所述的二維MEMS掃描振鏡激光雷達系統，其特征在于，所述大相對孔徑光學鏡頭包括5片鏡片，自物方至像方依次為第一平凸透鏡、平凹透鏡、第二平凸透鏡、雙凸透鏡、非球面正透鏡；其中第一平凸透鏡與第二平凸透鏡的凸面均位于物方一側，平凹透鏡的凹面位于像方一側。