[发明专利]基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达及测距方法

权利要求书

1.基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达，包括激光发射装置、激光扫描装置、激光接收装置、驱动电路以及信号处理电路；所述激光扫描装置设置在激光发射装置的输出光路上，激光接收装置和激光发射装置位于待测目标物的同一侧；激光接收装置的视场角大于激光扫描装置的扫描范围且中心区域重合；其特征在于：

所述激光发射装置包括沿同一光路依次设置的脉冲激光器和具有一维放大功能的光学元件；脉冲激光器发出的脉冲激光经所述光学元件放大后形成沿X轴方向发散的线光斑；

所述激光扫描装置包括单轴MEMS微扫描镜和用于实时输出单轴MEMS微扫描镜扫描角度的反馈电路；

单轴MEMS微扫描镜位于光学元件的出射光路上且靠近所述光学元件设置；所述光学元件出射的线光斑应完全处于单轴MEMS微扫描镜的反射镜面范围内；

单轴MEMS微扫描镜的扭转轴与所述线光斑重合；当单轴MEMS微扫描镜静止时，所述线光斑经单轴MEMS微扫描镜反射后形成长度方向沿X轴方向的长条形光斑；在单轴MEMS微扫描镜扭转过程中，所述线光斑经单轴MEMS微扫描镜反射后形成一系列沿Y轴方向平行排列的长条形光斑；

所述激光接收装置用于接收探测待测目标物反射的回波信号；

所述驱动电路用于驱动单轴MEMS微扫描镜扭转、驱动脉冲激光器按照预设频率发射脉冲激光以及驱动信号处理电路采集和处理所述激光接收装置的探测信号；

信号处理电路用于获取目标物的距离并构建三维位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达，其特征在于：所述激光接收装置包括光电探测器；所述光电探测器由多个相互平行紧密排列的线状探测单元构成，所有线状探测单元与所述长条形光斑垂直。

3.根据权利要求2所述的基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达，其特征在于：所述线状探测单元的宽度尺寸决定X方向的探测分辨率，所反馈的单轴MEMS微扫描镜扫描角度的步长决定Y方向的探测分辨率。

4.根据权利要求1所述的基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达，其特征在于：所述光学元件为自聚焦透镜、柱面镜或波浪镜。

5.根据权利要求1所述的基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达，其特征在于：所述激光接收装置包括广角镜头、单波长滤光片及光电探测器；待测目标物反射的回波信号依次经广角镜头和单波长滤光片成像在光电探测器的探测面上。

6.根据权利要求1所述的基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达，其特征在于：所述激光发射装置还包括设置在脉冲激光器和光学元件之间的准直透镜。

7.根据权利要求2、3、5任一所述的基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达，其特征在于：所述激光发射装置和光电探测器尽可能靠近且相对位置固定。

8.利用权利要求1至7任一所述的基于MEMS微扫描镜的三维激光雷达进行测距的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使单轴MEMS微扫描镜在一定频率下扭转扫描；

2)根据单轴MEMS微扫描镜的实时扫描角度驱动脉冲激光器产生激光脉冲，或者脉冲激光器产生激光脉冲的同时查询并记录单轴MEMS微扫描镜反馈的扫描角度值；

3)在单轴MEMS微扫描镜扭转运动过程中，脉冲激光器产生的脉冲激光依次经具有一维放大功能的光学元件和单轴MEMS微扫描镜反射后形成一系列长条形光斑并投射到待测目标物上；

4)光电探测器的各线状探测单元分别探测待测目标物反射的回波信号，并将所述回波信号送入信号处理电路；

5)信号处理电路对所接收到的信号进行处理得到所述一系列长条形光斑对应的扫描视场内各目标物的实际距离信息；

6)将步骤5)所得到的距离信息分别与其所对应的单轴MEMS微扫描镜的扫描角度相匹配可获得扫描视场范围内所扫描过的待测目标物的三维位置信息。