[发明专利]一种高效能MEMS激光雷达接收系统

说明书

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种高效能MEMS激光雷达接收系统。解决由于MEMS微振镜尺寸小，导致MEMS激光雷达测距能力不够的问题，包括异型聚光镜、MEMS微振镜、准直透镜、后聚光透镜以及光电探测器；异型聚光镜与MEMS微振镜的中心处于同一直线上，且光轴呈一定的角度；MEMS微振镜、准直透镜、后聚光透镜、光学探测器的中心处于同一直线上，且同光轴设置；异型聚光镜用于将经目标反射的大面积反射光束在子午和/或弧矢方向聚焦；MEMS微振镜用于将异型聚光镜聚焦后的线光束或点阵光束反射至准直透镜；准直透镜用于将MEMS微振镜的反射光束在子午和弧矢方向的至少一个方向上进行光束准直；后聚光透镜用于将准直透镜准直后的平行光束会聚在光电探测器。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种MEMS激光雷达接收系统。

背景技术

激光雷达通过向目标区域发射激光光束，并接收经目标区域反射的激光光束，根据发射与接收的激光光束的飞行时间，获取探测目标的距离、速度、方位等相关信息。因高空间分辨率、高灵敏度、强抗干扰能力、小体积和轻重量等优势，在精确制导、目标识别等领域获得了迅速发展。

MEMS激光雷达是采用MEMS微振镜在微观尺寸上操纵光束的激光探测和测距系统。其核心器件是MEMS微振镜。MEMS微振镜是一种综合了光学、电子、机械技术于一身的微机电系统。具有体积小、能耗低、响应速度快及集成度高等优势，但MEMS微振镜的有效镜面尺寸较小，接收反射光束有限，大大降低了MEMS激光雷达的测距能力，限制了其应用范围。为了解决这一问题，目前常规的处理方法有：增加大尺寸的扩束镜，如中国专利CN110275177A，《固态激光雷达、结构及其控制方法》；增加反射镜阵列，如中国专利CN210690806U，《激光雷达接收系统》或增加MEMS微振镜的数量等方法来解决。但目前的处理方法还存在以下问题：第一，硬件器件(MEMS微振镜或反射镜)数量增加，导致成本大幅度提升，光路调试难度大，不利用激光雷达的广泛推广。第二，增加大尺寸扩束镜，光学系统复杂、且扩束能力有限(一般不超过3倍)。基于以上问题，因此有必要提出一种新型的高效能MEMS激光雷达光学接收系统。

发明内容

为了解决由于MEMS微振镜尺寸小，导致MEMS激光雷达测距能力不够的问题，同时克服传统MEMS激光雷达增大接收光束面积方案的局限性，本发明提供了一种高效能MEMS激光雷达接收系统。对于进一步扩展MEMS激光雷达的应用范围有深远的意义。

本发明的技术方案是提供一种高效能MEMS激光雷达接收系统，其特殊之处在于：包括依次设置在接收光路中的异型聚光镜、MEMS微振镜、准直透镜、后聚光透镜以及光电探测器；异型聚光镜与MEMS微振镜的中心处于同一直线上，且光轴呈一定的角度；MEMS微振镜、准直透镜、后聚光透镜、光学探测器的中心处于同一直线上，且同光轴设置；

所述异型聚光镜用于将经目标反射的大面积反射光束在子午和/或弧矢方向聚焦，形成线光束或点阵光束；

所述MEMS微振镜用于将异型聚光镜聚焦后的线光束或点阵光束反射至准直透镜；

所述准直透镜用于将MEMS微振镜的反射光束在子午和弧矢方向的至少一个方向上进行光束准直，形成一束平行光束；

所述后聚光透镜用于将准直透镜准直后的平行光束会聚在光电探测器。

进一步地，为了将经目标反射的大面积反射光束在子午方向聚焦，所述异型聚光镜为弧形聚光透镜，将经目标反射的大面积反射光束在子午方向聚焦，弧矢方向平移，形成线光束。

进一步地，所述准直透镜为柱面透镜，在子午方向将经MEMS微振镜的反射光束进行准直且不改变弧矢方向光束的传播。

进一步地，所述弧形聚光透镜的前曲率半径R₁、后曲率半径R₂满足：