[發明專利]基于微機械MEMS 二維掃描鏡陣列的激光主動探測裝置

無效

• 申請號: 201110367858.8
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102520412A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 孫劍;尤政;張弛;張潮;史浩天
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S17/89
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

技術領域

本發明涉及一種激光探測裝置，特別是一種基于微機械(MEMS)二維掃描鏡的激光主動探測裝置。

背景技術

激光探測技術已有40多年的發展歷史。高速激光掃描技術一直是制約激光探測技術發展的一項瓶頸技術。傳統的激光掃描方法主要包括機械掃描和聲(電)光掃描，但這兩種掃描方法被用于激光主動成像制導時均存在一定的局限性。機械掃描是較成熟的一種掃描技術，它利用反射鏡或透射鏡等光學元件的轉動或振動來改變光束的傳播方向從而實現光束的掃描。而聲(電)光掃描則是利用聲(電)光效應來改變光束在空間的傳播方向，即聲(電)光晶體在聲波(電場)的作用下沿某些方向對光的折射率發生變化，當激光束沿特定方向入射時，在聲(電)場的作用下就會發生偏轉從而達到掃描的目的。光束偏轉角的大小與晶體折射率的線性變化率成正比。

表-1三種掃描方法的比較

從上表可以看出，機械掃描，掃描角度大，受溫度影響小、適用于各類波長的激光，但掃描速度低，結構復雜，體積、質量、功耗都比較大，而且高速電機的價格也比較昂貴。聲(電)光掃描可獲得很高的工作頻率，但掃描偏轉角度較小，光損耗較大，工作效率很低。

MEMS二維掃描鏡是一種很好的激光掃描裝置，但是單只MEMS二維掃描鏡掃描角度有限，在應用的過程中受到很大的限制，需要尋找一種新的大范圍掃描裝置。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種基于微機械MEMS二維掃描鏡陣列的激光主動探測裝置，該裝置結構簡單，掃描速度高，掃描范圍大，成本低，體積小，質量輕等優點。

本發明的技術方案是這樣實現的：

DSP信號處理電路1生成激光脈沖控制信號控制激光測距儀陣列發射脈沖激光，激光光束經微機械MEMS二維掃描鏡陣列掃描后，照射到被探測的目標上，激光光束被反射回激光測距儀陣列后，激光測距儀陣列根據發射激光脈沖和接收激光脈沖之間的時間差測量出被測目標的距離，DSP信號處理電路利用控制總線控制FPGA邏輯電路分別連接微機械(MEMS)二維掃描鏡陣列四組激光測距儀陣列，將測量結果讀取到DSP信號處理電路中。

所述MEMS二維掃描鏡陣列所包含的數量至少為兩個。

所述的激光測距儀的數量和安裝位置與MEMS二維掃描鏡相互對應。

本發明的裝置具備以下優點：

1.結構簡單，體積小質量輕：

2.掃描頻率高，掃描范圍大：

附圖說明

圖1是基于MEMS二維掃描鏡的激光探測裝置結構示意圖.

具體實施方式

如圖1所示，該激光探測裝置分為4個部分，1、DSP信號處理電路；2、FPGA邏輯電路；3、激光測距儀陣列；4、微機械(MEMS)二維掃描鏡陣列；5、被探測的目標。

具體實施方式

DSP信號處理電路1生成激光脈沖控制信號控制激光測距儀陣列3發射脈沖激光，激光光束經微機械(MEMS)二維掃描鏡陣列4掃描后，照射到被探測的目標5上，激光光束被反射回激光測距儀后，激光測距儀根據發射激光脈沖和接收激光脈沖之間的時間差測量出被測目標的距離，DSP信號處理電路1利用控制總線控制FPGA邏輯電路2分別連接微機械(MEMS)二維掃描鏡陣列4組激光測距儀，將測量結果讀取到DSP信號處理電路1中，DSP信號處理電路1將微機械(MEMS)二維掃描鏡陣列4組測量結果進行整理生成一副激光測距儀陣列3維激光圖像。

將DSP信號處理電路通過I/O分別與四個激光測距儀相連，用以輸出脈沖控制信號控制激光測距儀；將DSP信號處理電路通過控制總線與FPGA相連，用以控制FPGA的輸入與輸出；四個激光測距儀通過四個不同的UART串口與FPGA相連，將測量的距離信息輸入FPGA；FPGA通過UART串口與DSP信號處理電路相連，將四組測量信息輸入DSP中進行整合。

本發明基于MEMS二維掃描鏡陣列的激光主動探測裝置的組成還可以包括這樣一些特征：

1.MEMS掃描陣列至少包含兩片MEMS二維掃描鏡。

2.每只MEMS二維掃描鏡對應一組脈沖激光測距儀。

本發明的測量方法包括如下幾個步驟：

1.DSP通過IO口分別控制4路激光測距儀發射4路脈沖激光；

2.4路脈沖激光分別經4片MEMS二維掃描鏡掃描后照射到探測目標上；

3.4路激光反射回各自的激光測距儀，經激光測距儀測量后得到4路相應的距離信息；