[發明專利]一種全固態激光雷達及其設計方法

有效

• 申請號: 202011129308.8
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112285724B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 彭波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S7/4914;G01S7/4863;G01S7/481
• 代理公司: 北京中知星原知識產權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發明涉及一種全固態三維掃描激光雷達及其設計方法。所述全固態三維掃描激光雷達主要由激光器、光柵、透鏡和面陣探測器構成，所述激光器用于產生激光光束；所述光柵用于將激光光束分成等夾角等頻率差的平行光源；所述透鏡用于將平行光源聚焦成等間距等頻率差的三維光源陣列；將所述光源陣列中各頻率點的光源以球面波向外發散，以使不同頻率點的光源之間干涉相增的干涉激光光束進行轉動掃描；所述面陣探測器用于探測不同掃描角度的干涉激光光束。本發明實現激光光束的高速大角度掃描，實現水平和垂直方向從65°到?65°掃描，其掃描速度快可高達太赫茲、角分辨率優于0.02°。并取消了機械轉動部件，具有可靠性高、精度高、壽命長、小型化、多功能優點。

技術領域

本發明涉及激光雷達掃描領域，尤其涉及一種基于時空相干調制全固態激光雷達及其設計方法。

背景技術

無人駕駛技術的迅速發展使環境感知傳感器成為重要的核心器件。激光雷達由于其分辨率高、抗干擾強、探測范圍廣、近全天候工作的優異特性，可實時繪制出車輛周邊的三維環境地圖，被認為無人駕駛的必需產品。

激光雷達技術主要分為三種：機械轉動激光雷達、混合式激光雷達和全固態激光雷達。機械轉動式激光雷達是通過步進電機的持續旋轉驅動機械旋轉實現激光掃描，其成本高、壽命短，更嚴重的是，其內部含有大量可動部件，易受車輛振動影響而產生漂移、可靠性差、易磨損。混合式激光雷達利用微機電系統(MEMS)構建振鏡陣列，通過驅動電路驅動MEMS振鏡旋轉實現激光掃描，其微振鏡受到震動的影響會降低精度和可靠性,產生漂移、影響壽命。全固態激光雷達摒棄機械裝置、利用電路驅動實現三維激光掃描，相對于機械轉動激光雷達、混合式激光雷達提高了可靠性、降低了體積。

目前全固態激光雷達仍存在掃描速度慢(10-30赫茲)、掃描角度小(100-120°)、角分辨率低(0.1°)等缺點和不足，基于此，迫切需求一種全新的全固態高速大角度掃描激光雷達技術。

發明內容

為了解決上述技術問題或者至少部分地解決上述技術問題，本發明提供了一種全固態三維掃描激光雷達及其設計方法。

第一方面，本發明提供了一種基于時空相干調制全固態激光雷達，所述全固態激光雷達主要由激光器、光柵、透鏡和面陣探測器構成，所述激光器用于產生激光光束；所述光柵用于將激光光束分成等夾角等頻率差的平行光源；所述透鏡用于將平行光源聚焦成等間距等頻率差的三維光源陣列；將所述光源陣列中各頻率點的光源以球面波向外發散，以使不同頻率點的光源之間干涉相增的干涉激光光束進行轉動掃描；所述面陣探測器用于探測不同掃描角度的干涉激光光束。

可選的，所述光柵主要由等寬等間距的平行狹縫構成。

可選的，所述激光頻率、光柵的平行狹縫的周期和透鏡的焦距用于控制所述各頻率點的頻率梯度。

第二方面，本發明提供了一種全固態激光雷達的設計方法，所述設計方法包括：

通過激光器產生激光光束；通過光柵用于將激光光束分成等夾角等頻率差的平行光源；通過透鏡用于將平行光源聚焦成等間距等頻率差的三維光源陣列；

將所述光源陣列中各頻率點的光源以球面波向外發散，以使不同頻率點的光源之間干涉相增的干涉激光光束進行轉動掃描；通過面陣探測器探測不同掃描角度的干涉激光光束。

可選的，所述設計方法還包括：

在所述各頻率點的頻率梯度確定的情況下，根據所述球面波向外發散后的時間變化，確定所述干涉激光光束進行轉動掃描的角度。

可選的，所述設計方法還包括：

根據所述激光頻率、光柵的平行狹縫的周期和透鏡的焦距用于控制所述各頻率點的頻率梯度。

可選的，所述設計方法還包括：