CN110927699A - 一种mems光束调控三维激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MEMS光束调控三维激光雷达，包括激光发射器阵列模块，且激光发射器阵列模块与激光发射器阵列模块控制模块连接，在激光发射器阵列模块控制模块的控制下发射激光束照射到MEMS振镜的表面；激光发射器阵列控制模块，用于控制激光发射器阵列模块的出光功率，且激光发射器阵列模块的输出端与主控模块的输入端连接；MEMS振镜，用于反射激光发射器阵列模块发射的光束，并与MEMS振镜控制模块连接，在MEMS振镜控制模块的控制下扭转等。本发明一方面降低光束调控实现难度，另一方面可以极大地降低成本，相比自由空间光学系统，提高了集成度，降低了功耗。

Description

一种MEMS光束调控三维激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，更为具体地，涉及一种MEMS光束调控三维激光雷达。
背景技术
传统激光雷达光束调控技术，利用电动马达偏转反射镜，并在特定区域上扫描激光束，存在体积大，成本高，功耗高等问题。近年来，随着集成光子学，特别是硅光子学技术的飞速发展，促使光束调控技术加速朝着微型化方向发展。微机电系统(Microelectromechanical Systems，MEMS)是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种技术，在微观尺度上实现激光雷达发射端的光束调控，调控范围在微米范畴。
现有MEMS光束调控技术存在如下问题：(1)受限于芯片尺寸和成本，MEMS振镜难以再扩大镜面尺寸；(2)为了获得较大的扫描角度，可以通过光学组件进行扩束，但是扩束势必会增加光学元件，成本高，且实现难度大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种MEMS光束调控三维激光雷达，使MEMS振镜处于谐振工作状态，保障最大偏振角度，提高光束扫描发散角度，可减少光学元件，降低实现难度，极大地降低成本等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种MEMS光束调控三维激光雷达，包括激光发射器阵列模块，且所述激光发射器阵列模块与激光发射器阵列模块控制模块连接，在激光发射器阵列模块控制模块的控制下发射激光束照射到MEMS振镜的表面；激光发射器阵列控制模块，用于控制激光发射器阵列模块的出光功率，且所述激光发射器阵列模块的输出端与主控模块的输入端连接；MEMS振镜，用于反射所述激光发射器阵列模块发射的光束，并与MEMS振镜控制模块连接，在MEMS振镜控制模块的控制下扭转；MEMS振镜控制模块，用于控制MEMS振镜的扭转，且所述MEMS振镜控制模块的输入端与转角测量模块的输出端连接，所述MEMS振镜控制模块根据转角测量模块反馈输入的信息调控MEMS振镜地扭转角度，进而控制反射出的扫描光束；转角测量模块，用于实时测量MEMS振镜的转角，并将转角信息第一输出到MEMS振镜控制模块，且第二输出到激光发射器阵列控制模块，且第三输出到主控模块；电压驱动控制模块，用于调制驱动电压，让MEMS振镜处于谐振工作状态，且所述电压驱动控制模块分别与MEMS振镜控制模块和主控模块连接；主控模块，分别与激光发射器阵列模块、激光发射器阵列控制模块和MEMS振镜控制模块连接；根据接收到的转角测量模块输出的信息调控MEMS振镜反射激光束，且用于通过MEMS振镜控制模块调控MEMS振镜扭转，用于通过激光发射器阵列控制模块控制出光功率，用于调控电压驱动控制模块控制MEMS振镜。
进一步的，用于控制MEMS振镜的扭转，包括控制扭转频率和控制扭转角度，通过MEMS振镜控制模块调控MEMS振镜扭转角度，通过调控电压驱动控制模块控制MEMS振镜扭转频率。
进一步的，所述激光发射器阵列模块包括光栅耦合器。
进一步的，所述包括激光发射器阵列模块1550nm光纤激光器。
进一步的，所述主控模块包括控制面板，所述控制面板与主控模块连接。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过电压驱动控制模块调制驱动电压，根据转角测量信息调控振镜扫描角度和频率等，达到放大偏振角度，调整输出扫描光束的同时，基于激光发射器阵列模块控制模块和MEMS振镜控制模块等，一方面使MEMS振镜处于谐振工作状态，保障最大偏振角度，提高光束扫描发散角度，另一方面可减少光学元件，降低实现难度，极大地降低成本。
(2)本发明通过利用MEMS振镜，缩小了光束调控系统的尺寸，降低了成本和重量，相比自由空间光学系统，提高了集成度，极大地降低了功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书中公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：
若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。
当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。
如图1所示，一种MEMS光束调控三维激光雷达，包括：
激光发射器阵列模块，且所述激光发射器阵列模块与激光发射器阵列模块控制模块连接，在激光发射器阵列模块控制模块的控制下发射激光束照射到MEMS振镜的表面；激光发射器阵列控制模块，用于控制激光发射器阵列模块的出光功率，且所述激光发射器阵列模块的输出端与主控模块的输入端连接；MEMS振镜，用于反射所述激光发射器阵列模块发射的光束，并与MEMS振镜控制模块连接，在MEMS振镜控制模块的控制下扭转；MEMS振镜控制模块，用于控制MEMS振镜的扭转，且所述MEMS振镜控制模块的输入端与转角测量模块的输出端连接，所述MEMS振镜控制模块根据转角测量模块反馈输入的信息调控MEMS振镜地扭转角度，进而控制反射出的扫描光束；转角测量模块，用于实时测量MEMS振镜的转角，并将转角信息第一输出到MEMS振镜控制模块，且第二输出到激光发射器阵列控制模块，且第三输出到主控模块；电压驱动控制模块，用于调制驱动电压，让MEMS振镜处于谐振工作状态，且所述电压驱动控制模块分别与MEMS振镜控制模块和主控模块连接；主控模块，分别与激光发射器阵列模块、激光发射器阵列控制模块和MEMS振镜控制模块连接；根据接收到的转角测量模块输出的信息调控MEMS振镜反射激光束，且用于通过MEMS振镜控制模块调控MEMS振镜扭转，用于通过激光发射器阵列控制模块控制出光功率，用于调控电压驱动控制模块控制MEMS振镜。
进一步的，用于控制MEMS振镜的扭转，包括控制扭转频率和控制扭转角度，通过MEMS振镜控制模块调控MEMS振镜扭转角度，通过调控电压驱动控制模块控制MEMS振镜扭转频率。
进一步的，所述激光发射器阵列模块包括光栅耦合器。
进一步的，所述包括激光发射器阵列模块1550nm光纤激光器。
进一步的，所述主控模块包括控制面板，所述控制面板与主控模块连接。
实施例一
如图1所示，一种MEMS光束调控三维激光雷达，包括：
激光发射器阵列模块，且激光发射器阵列模块与激光发射器阵列模块控制模块连接，在激光发射器阵列模块控制模块的控制下发射激光束照射到MEMS振镜的表面；激光发射器阵列控制模块，用于控制激光发射器阵列模块的出光功率，且激光发射器阵列模块的输出端与主控模块的输入端连接；MEMS振镜，用于反射激光发射器阵列模块发射的光束，并与MEMS振镜控制模块连接，在MEMS振镜控制模块的控制下扭转；MEMS振镜控制模块，用于控制MEMS振镜的扭转，且MEMS振镜控制模块的输入端与转角测量模块的输出端连接，MEMS振镜控制模块根据转角测量模块反馈输入的信息调控MEMS振镜地扭转角度，进而控制反射出的扫描光束；转角测量模块，用于实时测量MEMS振镜的转角，并将转角信息第一输出到MEMS振镜控制模块，且第二输出到激光发射器阵列控制模块，且第三输出到主控模块；电压驱动控制模块，用于调制驱动电压，让MEMS振镜处于谐振工作状态，且电压驱动控制模块分别与MEMS振镜控制模块和主控模块连接；主控模块，分别与激光发射器阵列模块、激光发射器阵列控制模块和MEMS振镜控制模块连接；根据接收到的转角测量模块输出的信息调控MEMS振镜反射激光束，且用于通过MEMS振镜控制模块调控MEMS振镜扭转，用于通过激光发射器阵列控制模块控制出光功率，用于调控电压驱动控制模块控制MEMS振镜。在本实施例中，转角测量模块还可以是现有技术中的转角测量技术，例如本领域技术人员可以公开号为CN104111041A的专利申请中记载的转角测量技术等，此处不再赘述。但是，利用转角测量模块与本申请中激光发射器阵列模块，MEMS振镜控制模块和电压驱动控制模块等对MEMS振镜调控谐振态，并据此以硬件和/或软件的方式实现，均应在本发明的保护范围内。
在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用和以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实现本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的算法，方法或系统等，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。
本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法实现所描述的功能，但是这种实现不应超出本发明的范围。
所揭露的系统、模块和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例，仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅是一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以说通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述分立部件说明的单元可以是或者也可以不收物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者可以不收物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例的方案的目的。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种MEMS光束调控三维激光雷达，其特征在于，包括：
激光发射器阵列模块，且所述激光发射器阵列模块与激光发射器阵列模块控制模块连接，在激光发射器阵列模块控制模块的控制下发射激光束照射到MEMS振镜的表面；
激光发射器阵列控制模块，用于控制激光发射器阵列模块的出光功率，且所述激光发射器阵列模块的输出端与主控模块的输入端连接；
MEMS振镜，用于反射所述激光发射器阵列模块发射的光束，并与MEMS振镜控制模块连接，在MEMS振镜控制模块的控制下扭转；
MEMS振镜控制模块，用于控制MEMS振镜的扭转，且所述MEMS振镜控制模块的输入端与转角测量模块的输出端连接，所述MEMS振镜控制模块根据转角测量模块反馈输入的信息调控MEMS振镜地扭转角度，进而控制反射出的扫描光束；
转角测量模块，用于实时测量MEMS振镜的转角，并将转角信息第一输出到MEMS振镜控制模块，且第二输出到激光发射器阵列控制模块，且第三输出到主控模块；
电压驱动控制模块，用于调制驱动电压，让MEMS振镜处于谐振工作状态，且所述电压驱动控制模块分别与MEMS振镜控制模块和主控模块连接；
主控模块，分别与激光发射器阵列模块、激光发射器阵列控制模块和MEMS振镜控制模块连接；根据接收到的转角测量模块输出的信息调控MEMS振镜反射激光束，通过MEMS振镜控制模块调控MEMS振镜扭转，通过激光发射器阵列控制模块控制出光功率，通过调控电压驱动控制模块控制MEMS振镜扭转。
2.根据权利要求1所述的一种MEMS光束调控三维激光雷达，其特征在于，用于控制MEMS振镜的扭转，包括控制扭转频率和控制扭转角度，通过MEMS振镜控制模块调控MEMS振镜扭转角度，通过调控电压驱动控制模块控制MEMS振镜扭转频率。
3.根据权利要求1所述的一种MEMS光束调控三维激光雷达，其特征在于，所述激光发射器阵列模块包括光栅耦合器。
4.根据权利要求3所述的一种MEMS光束调控三维激光雷达，其特征在于，所述包括激光发射器阵列模块1550nm光纤激光器。
5.根据权利要求1～5任一所述一种MEMS光束调控三维激光雷达，其特征在于，所述主控模块包括控制面板，所述控制面板与主控模块连接。
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