一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达
技术领域
1.本发明涉及一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达，属于激光探测技术领域。
背景技术：
2.近几年来，随着机器人、无人驾驶领域的蓬勃发展，对智能感知传感器的需求越来越紧迫。激光雷达作为关键核心智能感知传感器之一，因测距精度高，方向性强，响应快，不受地面杂波影响等优势，且能有效提供机器人、车辆決策与控制系统所需之信息，成为目前机器人、无人驾驶等环境感测最有效方案。
3.目前的三维扫描激光雷达多采用多线扫描方式，即发射模块使用多个激光管顺序发射，结构为多个激光管纵向排列，每个激光管与竖向之间有一定的夹度，垂直发射视场在20-40
°
。接收模块在对应角度进行接收，每一个接收探测器对应一个发射角度，接收模块和发射模块在两侧对称排布，内部使用反光镜进行光路转折，然后在水平方向旋转实现三维扫描测距，多线激光雷达采用控制多个竖直方向排列的发射二极管顺序发射，同时对应多个发射二极管安装同等数量的接收探测器，造成竖直方向体积增大，功耗散热高，成本居高不下，制约了多线激光雷达的发展。
技术实现要素：
4.本发明所目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达，以解决现有的三维激光雷达体积大，功耗大、散热高的难题。
5.为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
6.一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达，包括mems支架、安装在mems支架上的一维mems振镜、中空的旋转底盘、位于电机内的环形磁铁以及位于电机下方的半透半反镜、激光准直镜、激光器、激光接收器和激光接收聚焦镜，
7.所述一维mems振镜及半透半反镜位于环形磁铁的中轴线上，所述旋转底盘固定在环形磁铁内侧，所述mems支架固接在旋转底盘上，所述半透半反镜、激光准直镜以及激光器依次排列于激光发射线上，所述半透半反镜、激光接收聚焦镜以及激光接收器依次排列于激光接收线上，所述激光发射线或激光接收线与环形磁铁的中轴线相重合，
8.激光器发射的激光经激光准直镜准直后经半透半反镜作用照射在一维mems振镜上，由一维mems振镜反射至探测物上并产生漫反射，漫反射光经一维mems振镜反射后进入半透半反镜，半透半反镜将漫反射光反射或透射，经激光接收聚焦镜聚焦至激光接收器，环形磁铁带动旋转底盘旋转，一维mems振镜随着同步旋转实现360
°
扫描。
9.作为实施方式之一，所述激光准直镜以及激光器依次排列于半透半反镜的下方并排列于环形磁铁的中轴线上，所述激光发射线与环形磁铁的中轴线重合，所述激光接收聚焦镜以及激光接收器设置在半透半反镜的一侧。
10.作为第二种实施方式，所述激光接收聚焦镜以及激光接收器位于半透半反镜的下方并依次排列于环形磁铁的中轴线上，所述激光准直镜以及激光器依次排列在半透半反镜
的一侧。
11.进一步，所述激光接收器为雪崩二极管、硅光电倍增管或光电二极管。
12.进一步，所述mems支架的形状为“门”字型。
13.进一步，所述半透半反镜的法线与环形磁铁的中轴线的夹角为45
°
。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
15.1、本发明采用电机带动一维mems振镜旋转扫描，实现了360
°
多线扫描。旋转底盘采用中空设计，降低了电机的负载重量，降低激光雷达功耗，提高了电机旋转频率。整体设计紧凑，减少了装置的体积。
16.2、本发明中的电机上不含发热量大的激光收发及信号处理模块，解决机械旋转激光雷达散热难的问题。
17.3、本发明扫描频率高，能够实现在垂直于环形磁铁中轴线的平面内的高分辨率。
附图说明
18.图1为本发明第一优选实施例的结构示意图。
19.图2为本发明第一优选实施例从另一角度看到的结构示意图。
20.图3为本发明第二优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
21.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
22.实施例一
23.结合图1所示，一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达，包括“门”字型的mems支架1、安装在mems支架上的一维mems振镜2、中空的旋转底盘3、位于电机12内的环形磁铁4以及位于电机12下方的半透半反镜5、激光准直镜6、激光器7、激光接收器8和激光接收聚焦镜9。
24.所述一维mems振镜2及半透半反镜5位于环形磁铁4的中轴线上，所述旋转底盘3固定在环形磁铁4内侧，所述mems支架1固接在旋转底盘3上，所述半透半反镜5、激光准直镜6以及激光器7依次排列于激光发射线10上。所述半透半反镜的法线与环形磁铁的中轴线的夹角为45
°
，半透半反镜5、激光接收聚焦镜8以及激光接收器9依次排列于激光接收线11上，所述激光发射线10或激光接收线11与环形磁铁4的中轴线相重合。
25.在该实施例中，所述激光准直镜6以及激光器7依次排列于半透半反镜5的下方并排列于环形磁铁4的中轴线上，所述激光发射线10与环形磁铁4的中轴线重合，所述激光接收聚焦镜8以及激光接收器9设置在半透半反镜5的一侧。激光器7发射的激光经激光准直镜6准直后透过半透半反镜5照射在一维mems振镜2上，由一维mems振镜2反射至探测物上并产生漫反射，漫反射光经一维mems振镜2反射后进入半透半反镜5，半透半反镜5将漫反射光反射或透射，经激光接收聚焦镜8聚焦至激光接收器9，环形磁铁4带动旋转底盘3旋转，一维mems振镜2随着同步旋转实现360
°
扫描。所述准直激光的光束直径与所述mems振镜的镜面大小相吻合。所述激光器7可以采用脉冲半导体激光器。
26.作为优选，所述激光接收器为雪崩二极管(apd)、硅光电倍增管(sipm、mppc)或光
电二极管(pd)。激光接收器波长范围应包含激光器波长，优选激光器波段增益最高的激光接收器。
27.实施例二
28.与实施例一有所不同的是，所述激光接收聚焦镜8以及激光接收器9位于半透半反镜5的下方并依次排列于环形磁铁4的中轴线上，所述激光准直镜6以及激光器7依次排列在半透半反镜5的一侧。激光器7发射的激光经准直后经半透半反镜5反射至一维mems振镜2，再经一维mems振镜2反射后照射至被测物体上，激光在探测物产生漫反射光，经一维mems振镜反射后透过半透半反镜5，经激光接收聚焦镜8聚焦至激光接收器9。在驱动电压作用下，电机的环形磁铁4旋转，环形磁铁4带动旋转底盘3旋转，一维mems振镜2随着同步旋转实现360
°
扫描。
29.以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达，其特征在于：包括mems支架、安装在mems支架上的一维mems振镜、中空的旋转底盘、位于电机内的环形磁铁以及位于电机下方的半透半反镜、激光准直镜、激光器、激光接收器和激光接收聚焦镜，所述一维mems振镜及半透半反镜位于环形磁铁的中轴线上，所述旋转底盘固定在环形磁铁内侧，所述mems支架固接在旋转底盘上，所述半透半反镜、激光准直镜以及激光器依次排列于激光发射线上，所述半透半反镜、激光接收聚焦镜以及激光接收器依次排列于激光接收线上，所述激光发射线或激光接收线与环形磁铁的中轴线相重合，激光器发射的激光经激光准直镜准直后经半透半反镜作用照射在一维mems振镜上，由一维mems振镜反射至探测物上并产生漫反射，漫反射光经一维mems振镜反射后进入半透半反镜，半透半反镜将漫反射光反射或透射，经激光接收聚焦镜聚焦至激光接收器，环形磁铁带动旋转底盘旋转，一维mems振镜随着同步旋转实现360
°
扫描。2.根据权利要求1所述的基于mems微镜的三维扫描激光雷达，其特征在于：所述激光准直镜以及激光器依次排列于半透半反镜的下方并排列于环形磁铁的中轴线上，所述激光发射线与环形磁铁的中轴线重合，所述激光接收聚焦镜以及激光接收器设置在半透半反镜的一侧。3.根据权利要求1所述的基于mems微镜的三维扫描激光雷达，其特征在于：所述激光接收聚焦镜以及激光接收器位于半透半反镜的下方并依次排列于环形磁铁的中轴线上，所述激光准直镜以及激光器依次排列在半透半反镜的一侧。4.根据权利要求1所述的基于mems微镜的三维扫描激光雷达，其特征在于：所述激光接收器为雪崩二极管、硅光电倍增管或光电二极管。5.根据权利要求1所述的基于mems微镜的三维扫描激光雷达，其特征在于：所述mems支架的形状为“门”字型。6.根据权利要求1所述的基于mems微镜的三维扫描激光雷达，其特征在于：所述半透半反镜的法线与环形磁铁的中轴线的夹角为45
°
。
技术总结
本发明涉及一种基于MEMS微镜的三维扫描激光雷达，包括MEMS支架、安装在MEMS支架上的一维MEMS振镜、中空的旋转底盘、位于电机内的环形磁铁以及位于电机下方的半透半反镜、激光准直镜、激光器、激光接收器和激光接收聚焦镜，所述一维MEMS振镜及半透半反镜位于环形磁铁的中轴线上，所述旋转底盘固定在环形磁铁内侧，所述MEMS支架固接在旋转底盘上，所述半透半反镜、激光准直镜以及激光器依次排列于激光发射线上，所述半透半反镜、激光接收聚焦镜以及激光接收器依次排列于激光接收线上，所述激光发射线或激光接收线与环形磁铁的中轴线相重合。本发明降低了电机的负载重量和激光雷达功耗。整体设计紧凑，减少了装置的体积。减少了装置的体积。减少了装置的体积。
技术研发人员：钟义晖 王丽 罗海燕 朱天凤
受保护的技术使用者：上海市激光技术研究所
技术研发日：2021.10.19
技术公布日：2022/1/21
再多了解一些
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