[發明專利]二維掃描裝置及其驅動方法

有效

• 申請號: 202010710883.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN111983623B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 高永豐;向少卿
• 申請（專利權）人: 上海禾賽科技有限公司
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S7/481
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 郝文博

本發明提供了一種二維掃描裝置及其驅動方法。所述二維掃描裝置包括：掃描部及驅動部；掃描部包括掃描板、和沿第一軸線或第二軸線的方向延伸的多個扭轉臂，所述第一軸線與所述第二軸線相垂直，多個扭轉臂包括沿第一軸線延伸的第一扭轉臂、沿第二軸線延伸的第二扭轉臂、以及沿平行于第一軸線的方向延伸的第三扭轉臂；驅動部適于通過驅動信號驅動掃描部，第一扭轉臂、第二扭轉臂和第三扭轉臂適于在驅動信號的作用下分別以各自的工作頻率振蕩，其中，第二工作頻率大于第一工作頻率，且第三工作頻率是第二工作頻率的偶數倍，以使得掃描板對目標空間進行近似光柵式的二維掃描。

本申請是2019年4月30日提交的中國專利申請201910367254.X(發明名稱為“二維掃描裝置及其驅動方法”)的分案申請。

技術領域

本發明涉及激光探測技術領域，尤其涉及一種二維掃描裝置及其驅動方法。

背景技術

激光雷達是一種將激光技術與光電探測技術相結合的先進探測方式。激光雷達因其分辨率高、隱蔽性好、抗有源干擾能力強、低空探測性能好、體積小及重量輕等優勢，被廣泛應用于自動駕駛、交通通訊、無人機、智能機器人、能源安全檢測、資源勘探等領域。

激光雷達可以采用振鏡實現光束的偏轉，具體而言，振鏡包括反射鏡，一光束可射至反射鏡上，然后被反射鏡反射至一目標探測區域上；通過反射鏡圍繞兩個相互垂直設置的扭轉臂擺動，可使光束偏轉，且被反射的光束在探測區域上沿著一預定軌跡移動而構成一影像。并且，反射鏡圍繞著兩個相互垂直設置的扭轉臂擺動的速度一般不同，而根據擺動速度的相對大小，將擺動速度相對較大的被繞扭轉臂稱作快軸，相應地，反射鏡繞快軸的擺動為快軸方向的擺動，使得反射鏡實現快軸方向的掃描，得到快軸方向的光束掃描軌跡線；而將擺動速度相對較小的被繞扭轉臂稱作慢軸，相應地，反射鏡繞慢軸的擺動為慢軸方向的擺動，使得反射鏡實現慢軸方向的掃描，得到慢軸方向的光束掃描軌跡線。

在基于掃描振鏡的激光雷達中，光束掃描的軌跡多呈“之”字形，這樣得到的點云質量較低，且在后續處理中會存在各種問題，比如在掃描振鏡的點云數據與攝像頭的圖像數據進行融合時，會增加算法的復雜度。

發明內容

參考圖1和圖2，圖1是掃描振鏡的一種掃描軌跡，圖2是掃描振鏡的另一種掃描軌跡，在圖1及圖2中，橫軸為快軸方向，縱軸為慢軸方向。如背景技術所述，現有的掃描振鏡與攝像頭的數據融合較為復雜，其原因在于攝像頭的數據是正交格點排布的，而如圖1所示的掃描振鏡的“之”字形掃描軌跡生成的點云數據是非正交排布。為了提高掃描振鏡與攝像頭二者數據的匹配度，可以使掃描振鏡近似呈現如圖2所示的光柵式掃描，由此生成的點云數據是正交排布，會簡化掃描振鏡與攝像頭的數據融合算法。

經過大量實驗驗證及理論推導，發明人發現，為了實現圖2所示的光柵式掃描，關鍵在于使得掃描部反射光束形成的掃描軌跡在慢軸方向上的偏移量具有階梯波形，而階梯波形可以分解為一個低頻的掃描波形和一個高頻的鋸齒波之和，此鋸齒波的頻率為快軸方向運動頻率的兩倍，掃描振鏡的慢軸為了達到較大的振幅，可以將其一階諧振頻率設計為接近工作頻率，而快軸工作頻率會遠高于慢軸的工作頻率，這就導致僅有一階諧振頻率的慢軸很難實現慢軸運動頻率為快軸運動頻率的兩倍。為了解決這一問題，需要在振鏡中設計出一個在慢軸方向具有掃描運動的高頻模態，使之接近快軸工作頻率的二倍。

為了實現這種近似光柵式的二維掃描，且同時不影響掃描振鏡面積和掃描板的鏡面尺寸，本發明實施例提供一種二維掃描裝置，包括：掃描部及驅動部；所述掃描部，包括：掃描板、和沿第一軸線或第二軸線的方向延伸的多個扭轉臂，所述第一軸線與所述第二軸線相互垂直，所述多個扭轉臂包括：沿所述第一軸線延伸的第一扭轉臂、沿所述第二軸線延伸的第二扭轉臂、以及沿平行于所述第一軸線的方向延伸的第三扭轉臂；