MEMS扫描与扩束在三维成像激光雷达系统中的应用研究

本文主要探讨了在三维成像激光雷达系统中，如何通过微电子机械系统（MEMS）微镜的二维光学扫描技术和开普勒式扩束望远镜来扩展扫描视场角和增强激光束的覆盖范围。研究者指出，现有的MEMS设备在扫描角度和口径上存在限制，这需要进一步对激光束进行扩束处理。 在三维成像激光雷达（LiDAR）系统中，基于MEMS的微镜扫描技术是实现低成本、小型化和高清晰度的关键组成部分。然而，由于MEMS微镜的物理限制，其能够实现的扫描角度和光束直径相对较小，这限制了LiDAR的探测范围和分辨率。为了克服这一问题，文章深入研究了开普勒式扩束望远镜系统对激光束的影响，分析了扩束后光斑大小与扫描视场角之间的相互关系。通过理论推导，他们得出了扫描角度与扩束倍率的数学表达式，揭示了两者之间的联系。 接着，作者提出了一种创新的系统结构，结合MEMS微镜和开普勒式望远镜，实现了扫描与变焦扩束功能。这种设计旨在动态调整激光束的扫描范围和宽度，以适应不同的应用场景。为了验证该设计的有效性，研究团队使用光学设计软件Zemax构建了一个包含11片透镜的光学系统模型。模拟结果显示，该系统的性能与理论计算结果一致，表明该方案具有很高的可行性。 关键词涵盖的领域包括机器视觉、三维遥感成像、激光雷达系统设计以及望远镜技术。这篇文章的贡献在于提供了一种新的方法来优化三维成像激光雷达的性能，通过精细设计光学系统，增强了扫描范围和图像质量，对于提升LiDAR在自动驾驶、无人机导航、环境监测等领域的应用具有重要意义。 这篇论文深入研究了MEMS微镜在三维成像激光雷达中的应用，并提出了一种结合开普勒望远镜的扩束解决方案，以扩大扫描视场角。通过理论分析和实际设计，证明了这种方法的有效性和实用性，为未来激光雷达系统的设计提供了新的思路。