[发明专利]一种全固态激光雷达及其设计方法

说明书

本发明涉及一种全固态三维扫描激光雷达及其设计方法。所述全固态三维扫描激光雷达主要由激光器、光栅、透镜和面阵探测器构成，所述激光器用于产生激光光束；所述光栅用于将激光光束分成等夹角等频率差的平行光源；所述透镜用于将平行光源聚焦成等间距等频率差的三维光源阵列；将所述光源阵列中各频率点的光源以球面波向外发散，以使不同频率点的光源之间干涉相增的干涉激光光束进行转动扫描；所述面阵探测器用于探测不同扫描角度的干涉激光光束。本发明实现激光光束的高速大角度扫描，实现水平和垂直方向从65°到‑65°扫描，其扫描速度快可高达太赫兹、角分辨率优于0.02°。并取消了机械转动部件，具有可靠性高、精度高、寿命长、小型化、多功能优点。

技术领域

本发明涉及激光雷达扫描领域，尤其涉及一种基于时空相干调制全固态激光雷达及其设计方法。

背景技术

无人驾驶技术的迅速发展使环境感知传感器成为重要的核心器件。激光雷达由于其分辨率高、抗干扰强、探测范围广、近全天候工作的优异特性，可实时绘制出车辆周边的三维环境地图，被认为无人驾驶的必需产品。

激光雷达技术主要分为三种：机械转动激光雷达、混合式激光雷达和全固态激光雷达。机械转动式激光雷达是通过步进电机的持续旋转驱动机械旋转实现激光扫描，其成本高、寿命短，更严重的是，其内部含有大量可动部件，易受车辆振动影响而产生漂移、可靠性差、易磨损。混合式激光雷达利用微机电系统(MEMS)构建振镜阵列，通过驱动电路驱动MEMS振镜旋转实现激光扫描，其微振镜受到震动的影响会降低精度和可靠性,产生漂移、影响寿命。全固态激光雷达摒弃机械装置、利用电路驱动实现三维激光扫描，相对于机械转动激光雷达、混合式激光雷达提高了可靠性、降低了体积。

目前全固态激光雷达仍存在扫描速度慢(10-30赫兹)、扫描角度小(100-120°)、角分辨率低(0.1°)等缺点和不足，基于此，迫切需求一种全新的全固态高速大角度扫描激光雷达技术。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种全固态三维扫描激光雷达及其设计方法。

第一方面，本发明提供了一种基于时空相干调制全固态激光雷达，所述全固态激光雷达主要由激光器、光栅、透镜和面阵探测器构成，所述激光器用于产生激光光束；所述光栅用于将激光光束分成等夹角等频率差的平行光源；所述透镜用于将平行光源聚焦成等间距等频率差的三维光源阵列；将所述光源阵列中各频率点的光源以球面波向外发散，以使不同频率点的光源之间干涉相增的干涉激光光束进行转动扫描；所述面阵探测器用于探测不同扫描角度的干涉激光光束。

可选的，所述光栅主要由等宽等间距的平行狭缝构成。

可选的，所述激光频率、光栅的平行狭缝的周期和透镜的焦距用于控制所述各频率点的频率梯度。

第二方面，本发明提供了一种全固态激光雷达的设计方法，所述设计方法包括：

通过激光器产生激光光束；通过光栅用于将激光光束分成等夹角等频率差的平行光源；通过透镜用于将平行光源聚焦成等间距等频率差的三维光源阵列；

将所述光源阵列中各频率点的光源以球面波向外发散，以使不同频率点的光源之间干涉相增的干涉激光光束进行转动扫描；通过面阵探测器探测不同扫描角度的干涉激光光束。

可选的，所述设计方法还包括：

在所述各频率点的频率梯度确定的情况下，根据所述球面波向外发散后的时间变化，确定所述干涉激光光束进行转动扫描的角度。

可选的，所述设计方法还包括：

根据所述激光频率、光栅的平行狭缝的周期和透镜的焦距用于控制所述各频率点的频率梯度。

可选的，所述设计方法还包括：