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一种激光雷达

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本发明涉及光学系统领域,特别是涉及一种激光雷达。

背景技术

在激光雷达中,应用微机电系统振镜(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS),即微振镜,可以快速地实现对目标区域的二维扫描。对于采用二维微振镜实现二维扫描的方案,受制于目前的工艺水平,二维微振镜很难做到大尺寸,微振镜尺寸小对激光雷达发射光影响不大,但是极大地影响了接收返回光,微振镜面积直接决定接收到的返回光能量大小;另外在一些激光雷达中,由于其在接收光路中设置了反射镜,也会导致接收探测器接收到的光能量少;激光雷达接收的返回光能量弱会导致信噪比低,容易被干扰,并且使得探测距离较近。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光雷达,可以设置用于接收由外界返回的光以及使返回光入射至接收组件的微振镜的反射面比较大,从而可以接收较多的由外界返回的光,能够提高接收的光能量。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种激光雷达,包括发射组件、第一微振镜、第二微振镜、第一反射元件、第二反射元件和接收组件,所述第一微振镜用于将所述发射组件发出的光反射至所述第一反射元件,所述第一反射元件用于将光反射至所述第二微振镜,所述第二微振镜用于将光反射而使光向外界发射出,以及将由外界返回的光反射至所述第二反射元件,所述第二反射元件用于将返回光反射,使返回光入射至所述接收组件;

所述第一微振镜和所述第二微振镜的任意一者通过摆动改变本微振镜的反射光传播方向,实现所述激光雷达发射出的光进行二维扫描。

优选的,所述第二微振镜的反射面大于所述第一微振镜的反射面。

优选的,所述第一反射元件的尺寸根据所述第一微振镜的反射面大小、所述第一微振镜的转动角度以及两者的相对位置确定,和/或,所述第二反射元件的尺寸根据所述第二微振镜的反射面大小、所述第二微振镜的转动角度以及两者的相对位置确定。

优选的,所述第一反射元件的面积大于所述第一微振镜的反射面面积,和/或所述第二反射元件的面积大于所述第二微振镜的反射面面积。

优选的,所述第一反射元件和所述第二反射元件前后布置,所述第二反射元件处于所述第一反射元件远离所述第二微振镜的一侧。

优选的,所述第一反射元件和所述第二反射元件并列布置,所述第一反射元件比所述第二反射元件靠近所述第一微振镜。

优选的,所述第一反射元件和所述第二反射元件为同一反射元件。

优选的,所述第一反射元件的反射面为平面、凹面或者凸面,所述第二反射元件的反射面为平面、凹面或者凸面。

优选的,所述接收组件包括会聚组件和光电器件阵列,所述会聚组件用于将接收到的光会聚至所述光电器件阵列的任一光电器件。

优选的,所述接收组件包括会聚组件、反射元件阵列和光电器件,所述会聚组件用于将接收的光会聚至所述反射元件阵列,所述反射元件阵列的任一反射元件用于将光反射至所述光电器件。

由上述技术方案可知,本发明所提供的一种激光雷达中,第一微振镜将发射组件发出的光反射至第一反射元件,第一反射元件将光反射至第二微振镜,第二微振镜将光反射而使光向外界发射出,以及第二微振镜将由外界返回的光反射至第二反射元件,第二反射元件将返回光反射,使返回光入射至接收组件。第一微振镜和第二微振镜的任意一者通过摆动改变本微振镜的反射光传播方向,实现激光雷达发射出的光进行二维扫描。第二微振镜可以是一维振镜,通过设置具有较大反射面的第二微振镜,可以接收较多的由外界返回的光,从而可以提高本激光雷达接收的光能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种激光雷达的示意图;

图2为本发明又一实施例提供的一种激光雷达的示意图;

图3为本发明又一实施例提供的一种激光雷达的示意图;

图4为本发明又一实施例提供的一种激光雷达的示意图;

图5为本发明一实施例的接收组件的示意图。

说明书附图中的附图标记包括:

发射组件-100,第一微振镜-101,第二微振镜-102,接收组件-105;

第一反射元件-103,第二反射元件-104,第三反射元件-106;

第一会聚组件-107,反射元件阵列-108,反射元件-109,光电器件-110。第二会聚组件-111。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种激光雷达,可参考图1,图1为一实施例提供的一种激光雷达的示意图,如图所示,所述激光雷达包括发射组件100、第一微振镜101、第二微振镜102、第一反射元件103、第二反射元件104和接收组件105,所述第一微振镜101用于将所述发射组件100发出的光反射至所述第一反射元件103,所述第一反射元件103用于将光反射至所述第二微振镜102,所述第二微振镜102用于将光反射而使光向外界发射出,以及将由外界返回的光反射至所述第二反射元件104,所述第二反射元件104用于将返回光反射,使返回光入射至所述接收组件105;

所述第一微振镜101和所述第二微振镜102的任意一者通过摆动改变本微振镜的反射光传播方向,实现所述激光雷达发射出的光进行二维扫描。

第一微振镜101和第二微振镜102的任意一者可以摆动,通过摆动改变本微振镜出射的反射光的传播方向;通过第一微振镜101和第二微振镜102摆动,实现改变激光雷达发射出光的传播方向,实现激光雷达发射出的光进行二维扫描。可参考图1所示。在图1中带箭头的实线表示由发射组件100发射出的光的传播方向,带箭头的虚线表示由外界返回的光的传播方向。本实施例的激光雷达中,第二微振镜102可以是一维振镜,一维振镜可以做到较大的尺寸,通过设置具有较大反射面的第二微振镜102,可以接收较多的由外界返回的光,从而可以提高本激光雷达接收的光能量,有助于避免信噪比降低或者容易被干扰,有助于增大探测距离。

优选的,第一微振镜101的反射面大小满足能够将发射组件100发出的光全部入射到第一反射元件103,以保证激光雷达的发射效率。在此要求下优选第一微振镜101结构尽量小,使得激光雷达的结构较小。

优选的,第一反射元件103相对于第一微振镜101的位置以及第一反射元件103的大小,要保证在第一微振镜101摆动过程中将来自第一微振镜101的不同方向的反射光都能够入射到第一反射元件103,第一反射元件103能够将第一微振镜101出射的不同方向的反射光全部反射至第二微振镜102。在实际应用中,第一反射元件103的尺寸可以结合根据第一微振镜101反射面大小、第一微振镜101的转动角度以及两者的相对位置进行确定。第一反射元件103的面积大于第一微振镜101的反射面面积,可以将第一微振镜101不同方向的光反射出去即可,要避免第一反射元件103的结构过大。

优选的,第二微振镜102相对于第一反射元件103的位置以及第二微振镜102的反射面大小,要保证在第一微振镜101、第二微振镜102摆动过程中来自第一反射元件103的不同方向的反射光都能够入射至第二微振镜102。优选的,第二微振镜102的反射面大于第一微振镜101的反射面,由于第二微振镜102要收集由外界返回的光,第二微振镜102的反射面大小决定了接收到的返回光能量大小。因此,通过设置具有较大反射面的第二微振镜102,可以接收较多的由外界返回的光。

第二反射元件104相对于第二微振镜102的位置以及第二反射元件104的大小,要保证在第二微振镜102摆动过程中将第二微振镜102出射的不同方向的反射光都能够入射到第二反射元件104。在实际应用中,第二反射元件104的尺寸可以结合根据第二微振镜102反射面大小、第二微振镜102的转动角度以及两者相对位置进行确定。第二反射元件104的面积可以大于第二微振镜102的反射面面积,使得在第二微振镜102摆动过程中,第二反射元件104可以接收到来自第二微振镜102的不同方向的反射光,能够将来自第二微振镜102的不同方向的反射光全部地收集至接收组件105。

本实施例中,对第一微振镜101、第一反射元件103、第二微振镜102和第二反射元件104的布置方式不做具体限定,优选在满足光线传播的前提下使激光雷达的结构简单以及紧凑。作为一种可选实施方式,第一微振镜101和第二微振镜102可以并列布置,第一反射元件103和第二反射元件104可以前后布置,第二反射元件104处于第一反射元件103远离第二微振镜102的一侧。示例性的可参考图1所示,第一反射元件103与第一微振镜101、第二微振镜102相向布置,第二反射元件104处于第一反射元件103远离第二微振镜102的一侧。其中,第一反射元件103和第二反射元件104的角度不同。第一反射元件103的角度是指第一反射元件103的法向相对于预设方向的角度。第二反射元件104的角度是指第二反射元件104的法向相对于预设方向的角度。这种结构下可以将发射组件100和接收组件105设置在相对的两侧。

可选的,第一反射元件103和第二反射元件104的角度可以相同或者接近相同。示例性的可参考图2,图2为又一实施例提供的一种激光雷达的示意图,如图所示第一微振镜101和第二微振镜102并列布置,第一反射元件103与第一微振镜101、第二微振镜102相向布置,第二反射元件104处于第一反射元件103远离第二微振镜102的一侧。其中,第一反射元件103和第二反射元件104的角度接近相同。这种结构下可以将发射组件100和接收组件105设置在同一侧,有利于使得激光雷达的结构紧凑。

作为又一种可选实施方式,第一微振镜101和第二微振镜102可以并列布置,第一反射元件103和第二反射元件104并列布置。示例性的可参考图3,图3为又一实施例提供的一种激光雷达的示意图,如图所示第一微振镜101和第二微振镜102并列布置,第一反射元件103和第二反射元件104并列布置,第一反射元件103比第二反射元件104靠近第一微振镜101,第二反射元件104靠近第二微振镜102。其中,可以根据光线传播路径设置第一反射元件103的角度和第二反射元件104的角度,第一反射元件103和第二反射元件104的角度可以相同,或者也可以不同。

可选的,在本实施方式中第一反射元件103和第二反射元件104可以为同一反射元件。可参考图4,图4为又一实施例提供的一种激光雷达的示意图,如图所示第一微振镜101和第二微振镜102并列布置,第三反射元件106与第一微振镜101、第二微振镜102相向布置,来自第一微振镜101的反射光入射至第三反射元件106,被反射至第二微振镜102;由第二微振镜102收集的返回光入射至第三反射元件106,通过第三反射元件106将返回光反射至接收组件105。

在本实施方式中,根据光线传播路径相应布置发射组件100和接收组件105,可参考图3或者图4所示,可以将接收组件105布置在第一微振镜101和第二微振镜102之间间隔空间内。

在实际应用中,可以根据对发射组件100、接收组件105的布置位置要求或者对激光雷达的光学结构要求或者结构大小要求,来布置第一微振镜101、第一反射元件103、第二微振镜102和第二反射元件104。

可选的在以上各实施方式中,第一反射元件103的反射面可以为平面、凹面或者凸面。第二反射元件104的反射面可以为平面、凹面或者凸面。第一反射元件103的反射面采用平面,有助于保持发射光的准直性,有助于保证激光雷达的发射效率。第二反射元件104的反射面采用凹面,可以将来自第二微振镜102的由外界返回的光进行会聚,将光会聚到接收组件105,这样有助于减小接收组件105的体积。

优选的在以上各实施方式中,第一反射元件103或者第二反射元件104可以镀制高反膜,高反膜对应波长与发射组件100发出光的波长匹配,以提高反射率,有助于提高激光雷达的收发光学效率。

在以上各实施方式中,第一微振镜101可以是一维微振镜,第二微振镜102可以是一维微振镜,通过第一微振镜101摆动和第二微振镜102摆动,实现激光雷达发射出的光进行二维扫描。比如第一微振镜101可以绕某一单轴摆动比如绕X轴,第二微振镜102可以绕另一单轴摆动比如绕Y轴,两个轴垂直或者近似垂直。

可选的在以上各实施方式中,发射组件100可包括光源和准直组件,准直组件用于将光源发出的光进行准直。本实施例中,对准直组件的光学结构不做限定,准直组件可包括但不限于凸透镜、平凸透镜、凹透镜、平凹透镜、球面镜或者非球面镜。光源可以是但不限于边发射激光二极管(Edge-Emitting Laser,EEL)或阵列,垂直腔面发射激光二极管(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL)或阵列,或者光纤激光器以及其通过光学器件分出的阵列。

可选的,接收组件105可包括会聚组件和光电器件阵列,所述会聚组件用于将接收的光会聚至所述光电器件阵列的任一光电器件。本实施例中,对会聚组件的光学结构不做限定,能够实现将接收的光会聚至光电器件阵列即可。会聚组件可包括但不限于凸透镜、平凸透镜、凹透镜、平凹透镜、球面镜或者非球面镜。

光电器件阵列的任一光电器件可以对应第一微振镜101或者第二微振镜102的一摆动角度,那么对应该角度发射出的光对应经外界返回后可以会聚至对应的光电器件。

可选的,接收组件105可包括会聚组件、反射元件阵列和光电器件,所述会聚组件用于将接收的光会聚至所述反射元件阵列,所述反射元件阵列的任一反射元件用于将光反射至所述光电器件。本实施例中,对会聚组件的光学结构不做限定,能够实现将接收的光会聚即可。反射元件阵列的任一反射元件可以对应第一微振镜101或者第二微振镜102的一摆动角度,那么对应该角度发射出的光对应经外界返回的光可以会聚至对应的反射元件。示例性的可参考图5,图5为一实施例的接收组件的示意图,如图所示第一会聚组件107将接收的光会聚至反射元件阵列108,反射元件阵列108的任一反射元件109用于将光反射出,使光入射至光电器件110。优选的可以在反射元件阵列108和光电器件110之间设置第二会聚组件111,第二会聚组件111用于将反射元件阵列108的反射光会聚至光电器件110。可选的,反射元件阵列108可采用但不限于数字微反射镜阵列。

可选的在以上各实施方式中,光电器件可以是但不限于雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode,APD)、硅光电倍增管(Silicon photomultiplier,SiPM)或者单光子探测器(Single-Photon Avalanche Diode,SPAD)。

以上对本发明所提供的一种激光雷达进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术分类

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