MEMS激光雷达的光学扩角系统设计
葛 鹏， 储政勇， 瞿启云， 刘小楠， 许 磊， 雷英俊， 李瑞君
(1. 合肥公共安全技术研究院，安徽 合肥 230031; 2. 中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230031;3. 合肥工业大学，安徽 合肥 230009)
在自动驾驶技术领域，其核心硬件系统是环境感知传感器，目前常见的车用环境感知传感器包括毫米波雷达、超声波雷达和高清像机等[1-2]。毫米波雷达的测距精度较低，超声波雷达仅适用于近距离障碍物感知，而高清像机则易受气象环境因素的影响。因此，仅使用这些传统的传感器难以满足L3级自动驾驶系统的需求[3]，而激光雷达输出激光的波长较短，具有较高测距分辨力，且得益于激光的高方向性和高相干性，可以实现远距离抗干扰测距，是自动驾驶技术解决方案的核心器件。
根据激光扫描方式的不同，可以将现有激光雷达分为机械式、混合固态式两类。机械式车载激光雷达是指通过机械旋转实现激光扫描的车载激光雷达。美国Velodyne公司是著名的机械式车载激光雷达供应商，其代表性产品是64线激光雷达HDL-64E，该产品发射系统与接收系统均随着机械轴转动，探测性能优异[4]。机械式激光雷达的成本较高，且长期可靠性较差，难以实现车规级量产。
为降低车载激光雷达的生产成本，增加其结构的稳定性，同时保证较好的探测性能，混合固态式车载激光雷达应运而生。混合固态式车载激光雷达的扫描方式主要有三种：棱镜、转镜、微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)振 镜[5]。棱镜扫描是将两个有斜面的柱状镜头的组合，可以利用光的折射控制激光的扫描方向，最终扫描出一个花瓣状的区域，调整两个棱镜转速可以控制扫描的区域。棱镜激光雷达扫描中央区域点云密集，而边缘会相对稀疏，并且控制棱镜转动也是个难度较高的工艺，目前真正实现量产的仅大疆览沃。转镜扫描是将激光收发模组固定，在前方布置两面镜子，通过转动镜子将激光反射出去，实现了扫描的效果，但是只能扫描前方一定的角度。混合固态式激光雷达使用MEMS振镜实现激光扫描。MEMS技术将机械结构进行微型化、电子化设计，通过大批量生产以降低成本，是目前最有希望的车规级激光雷达的技术路线[6]。MEMS车载激光雷达的不足之处在于MEMS振镜扫描角度较小。国外的研究人员使用了三个激光二极管，在MEMS振镜前构造了一个线性阵列，将激光雷达的目标空间水平方向上的视场角延长了3倍[7-8]。国内的速腾聚创和华为等公司也...
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