CN112051760A

CN112051760A - 激光扫描控制系统及方法

Info

Publication number: CN112051760A
Application number: CN202010514895.6A
Authority: CN
Inventors: F·M·达勒; D·布伦纳; G·希特; 柳汉雄
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2020-12-08
Also published as: US11531093B2; US20200386867A1; DE102019208386A1

Abstract

本公开的实施例涉及用于激光扫描控制的技术且公开了一种激光扫描控制系统，一种用于控制激光扫描的方法和一种包括存储指令的非暂态存储单元。一种系统包括用于通过控制以下各项来执行协同扫描控制的控制设备：镜驱动器，用于通过运动镜控制信号沿着期望镜位置来驱动镜；激光驱动器，以及用于通过脉冲触发控制信号来引起要在期望镜位置处入射到镜上的激光脉冲的生成。控制设备包括基于反馈运动测量来提供估计运动信息的运动估计器，以通过将用于触发激光脉冲的期望调度适配估计运动信息，来生成脉冲触发控制信号。

Description

激光扫描控制系统及方法

技术领域

所提供的示例涉及激光扫描控制系统和方法。

背景技术

激光扫描控制系统和方法允许将激光脉冲引向特定方向。特别地，镜可以运动(例如，振荡)，使得光脉冲朝向多个方向被反射。

例如，由于振动、温度、压力等原因，激光扫描控制可能会失去准确性。由于预先选择了方向，因此优选的是，获取一种激光扫描控制系统，该系统可以确保光的反射方向的最大可能精度，即使在存在扰动和外部影响(例如，由于振动)的情况下。

发明内容

根据一个方面，提供了一种激光扫描控制系统，该激光扫描控制系统包括用于通过控制以下各项来执行协同扫描控制的控制设备：

镜驱动器，用于通过运动镜控制信号沿着期望镜位置来驱动镜；

以及

激光驱动器，用于通过脉冲触发控制信号来引起要在期望镜位置处入射到镜上的激光脉冲的生成，

其中控制设备包括用于基于与镜的运动相关联的反馈运动测量来提供估计运动信息的运动估计器，从而通过将用于触发激光脉冲的期望调度适配估计运动信息来生成脉冲触发控制信号。

因此，可以实现镜运动的更可靠的定时：激光脉冲生成与脉冲触发控制信号同步，而脉冲触发控制信号又与估计运动信息同步，而估计运动信息又与反馈位置测量同步，反馈位置测量又与镜的运动同步。因此，仅在镜实际上处于预先选择的位置时才触发激光脉冲。因此，光将仅在预先选择的方向上被引导。

例如，镜的运动或位置被测量或以其他方式被重构，并且被用于自适应地校正预先选择的角度的射击角度。

根据一个方面，提供了一种位置估计器(其可以例如基于卡尔曼滤波器)，该位置估计器包括：

预测器，用于预测与镜的运动相关联的运动信息；以及

校正器，用于校正预测运动信息，以提供经校正的运动信息作为估计运动信息。

预测器可以基于例如基于机械元件和机电元件及这些元件的参数(诸如以下中的至少一项：惯性、阻尼镜运动的线性阻尼因子、与镜的运动相关联的线性和/或非线性三次刚度参数等)之间的动力学交互的模型。

预测器可以预测控制系统无法获取的未来状态(例如，运动信息)。随后，校正器可以通过补偿来自预测状态的误差来校正第一估计。特别地，校正可以基于预测输出与测量输出之间的比较。

这种位置估计器可以例如用于控制脉冲的生成。结合脉冲的生成或独立于脉冲的生成，位置估计器可以用于改善用于对镜的运动(例如，振荡)进行定时的PLL环路的定时。

根据一个方面，提供了一种方法，该方法包括：

根据同步运动来驱动镜的运动；

根据反馈位置测量来估计运动信息；以及

执行以下操作中的至少一项：

通过将预先选择的调度适配估计运动信息来生成脉冲触发控制信号；

通过考虑估计运动信息来对运动镜控制信号进行定时。

根据一个方面，提供了一种存储指令的非暂态存储单元，该指令在由处理器执行时引起处理器执行上述方法之一。

附图说明

图1-3示出了根据示例的激光扫描控制系统；

图4a至4c示出了可以针对图1-3的示例来实现的扫描控制系统的元件和/或模型；

图5示出了包括图1-3的示例的元件的光检测和测距(LIDAR)系统的激光扫描控制系统的元件；

图6示出了示例中的信号的时间演变；

图7和8示出了方法的示例；

图9a至9c示出了示例中信号的时间演变；

图10a至10c示出了根据示例的用于激光扫描控制系统的模型；以及

图11示出了另一示例中的信号的时间演变。

具体实施方式

图1示出了激光扫描控制系统100。激光扫描控制系统100可以包括高级系统控制器190，该高级系统控制器190可以用于控制应用(例如，用于根据由预先选择的期望调度143所定义的预先选择的期望角度来引导激光)。高级系统控制器190可以包括例如接口191、警报输入192、和/或用于存储期望调度143的存储器单元。

激光扫描控制系统100可以例如在光检测和测距(LIDAR)系统中使用，以使光脉冲(例如，激光脉冲)112与运动镜122同步，例如使得所生成的光脉冲112在预定位置123(例如，角度θ)撞击镜122。激光扫描控制系统100可以包括控制设备101(例如，包括电路系统)。控制设备101可以执行协同扫描控制以：

-通过运动镜控制信号172，来控制镜驱动器121，镜驱动器121可以沿着预先选择的镜位置123(例如，角度θ₁、θ₂、θ₃……)来顺序地驱动镜122；和/或

-通过脉冲触发控制信号132，来控制激光驱动器110，激光驱动器110可以引起光脉冲112的生成，使得光脉冲112在预先选择的镜位置123处入射到镜122上。

控制设备101可以获取(例如，顺序地、实时地)与镜122相关联的反馈运动测量152，以基于与镜122的运动相关联的反馈运动测量152来自适应地使运动镜控制信号172与参考信号(未示出)同步。

控制设备101可以包括镜运动估计器180。运动估计器180可以提供估计运动信息182(例如，关于位置、速度、加速度中的至少一项的信息，或者关于与位置、转矩或电气量(诸如电容、电流、电压等)相关联的其他物理量的信息，，以便将机械量转换为电气量；也可以使用从光学检测获取的距离)。估计运动信息182可以基于反馈运动测量152。例如，在通过将用于触发激光脉冲112的期望调度143适配估计运动信息的情况下，通过生成脉冲触发控制信号132，估计运动信息182可以用于控制激光驱动器110，。

镜122可以是镜系统120的一部分，并且可以由镜驱动器121驱动而被移动(例如，根据振荡运动)。镜驱动器121可以是镜系统120的一部分。镜系统120可以是微机电系统(MEMS)，例如作为集成在半导体芯片(未示出)上的机械运动镜系统(即，MEMS微镜系统)进行操作。镜驱动器121可以由运动镜控制信号172控制，并且引起(例如，通过静电力和/或电磁力)镜122的运动，该运动旨在与参考信号同步。

镜122的示例在图5中提供。镜122可以受到光脉冲112的撞击，以获取反射光脉冲114，该反射光脉冲114根据由镜122的位置限定的方向而被定向。镜122可以围绕扫描轴(例如，单个轴)513振荡。镜122可以具有单个运动自由度(例如，仅绕轴513，例如，作为一维MEMS镜进行操作)。在镜驱动器121的动作的迫使下，镜122可以围绕扫描轴513“例如从一侧到另一侧”振荡。该动作可以允许根据不同方向523来反射光112，该不同方向523与由镜122获取的位置123(例如，角度θ)相关联。镜122可以在扫描方向上振荡(例如，来回)。镜122可以在第一最大位置(角度θ_MAX,1)和与第一最大位置相对的第二最大位置(角度θ_MAX,2)之间振荡。镜122可以交替：

-沿第一旋转方向(例如，从θ_MAX,1到θ_MAX,2)的旋转运动，其可以表示例如围绕扫描轴513的顺时针旋转；以及

-沿第二旋转方向(例如，从θ_MAX,2到θ_MAX,1)的旋转运动，其可以表示例如围绕扫描轴513的逆时针旋转(或在任何情况下，沿与第一旋转方向相反的方向的旋转)。

由镜122扫过的位置(例如，在角度θ_MAX,1到θ_MAX,2之间)可以限定视场522，该视场522与由镜122反射的光照射的体积相关联。最大位置(例如，在角度θ_MAX,1和θ_MAX,2处)可以与视场522的角度523b相关联。当角度θ_scope＝θ_MAX,2-θ_MAX,1时，视场可以很宽。可以沿着与期望镜位置123相关联(例如，与θ_MAX,1与θ_MAX,2之间的角度θ相关联)的不同扫描位置，顺序地扫描视场522。例如，镜122可以被配置为在θ_MAX,1＝-15°与θ_MAX,2＝+15°之间振荡，以使光转向超过30°(θ_scope＝30°)，从而构成视场522的扫描范围。其他角度(例如，宽于或窄于30°)也是可能的，例如，在θ_MAX,1＝-20°到θ_MAX,2＝+20°之间(θ_scope＝40°)。

因此，可以通过镜122的旋转来逐行扫描视场522。沿着运动角度的一个这样的序列(例如，从θ_MAX,1到θ_MAX,2，反之亦然，从θ_MAX,2至θ_MAX,1)可以被称为单次扫描或单个扫描周期。处理单元可以使用多次扫描来生成距离和深度图以及3D图像。深度图和图像的水平分辨率可以取决于在两次扫描之间获取的MEMS镜12的旋转角度的增量步长的大小。

镜驱动器121可以驱动镜122的运动。镜驱动器121可以被理解为致动器。镜驱动器121可以能够执行例如在θ_MAX,1到θ_MAX,2之间的旋转运动，反之亦然。镜驱动器121可以能够迫使镜122进行振荡运动。镜的运动可以是前后类型的。镜驱动器121可以控制马达128。马达128可以是静电马达。马达128可以是电容马达。马达128可以是MEMS马达。镜驱动器121可以包括逆变器，该逆变器可以例如通过向马达128施加特定电压来引起马达128的运动。镜驱动器121可以引起镜121绕轴513(例如，与零位置θ₀相关联)振荡。镜驱动器121可以由输入172(运动镜控制信号)控制，该输入172可以是逻辑控制(例如，二进制值)的形式。

镜驱动器121可以控制包括叉指指状电极的马达(或总之，结构)123。例如，马达123可以包括叉指结构，在该叉指结构中，框架梳(与固定的非旋转部分成一体)与镜梳(与旋转部分(例如，镜122)成一体)相互交错。镜驱动器121可以将驱动电压121'(例如，100V，或者在其他示例中为大于60V的电压)施加到马达123。施加到指状结构的驱动电压121'可以生成马达123的电极之间的对应吸引力。跨指状结构的驱动电压121'可以在叉指镜梳与框架梳之间产生驱动力(例如，正电荷与负电荷之间的吸引力)，该驱动力在镜122上产生围绕旋转轴513的转矩。驱动电压121'可以是开或关的开关式或扳动式的。驱动电压121'可以引起振荡驱动力。振荡驱动力可以引起镜122在其旋转轴上在两个极值(例如，θ_MAX,1和θ_MAX,2)之间来回振荡。当镜122振荡时，指状电极之间的电容根据镜的位置而改变，例如，由于叉指电极之间的距离不同。在示例中，镜驱动器121使得电流在最大角度(例如，θ_MAX,1和θ_MAX,2)时最大而在零角度θ₀时为零。

镜驱动器121可以生成不连续电压121'(例如，方波、矩形波等)，该不连续电压121'可以是交流电压。在一些情况下，不连续电压121'是指处于两个电平之一，例如“高电压”和“低电压”，其中在两个电平之间具有快速前沿(例如，上升沿、下降沿)。电压121'可以用于在叉指电极处感应力。电压121'通常应当为运动镜控制信号172提供定时。

可以获取运动测量152(其可以是反馈运动测量)，例如，以作为控制设备101的反馈进行操作。运动测量152可以顺序地获取。运动测量152可以是例如与离散采样时间i-1、i、i+1等相关联的离散测量。例如，在离散采样时间i-1、i、i+1等，可以获取不同的测量m[1]、m[2]、m[2]，每个测量与镜122在后续位置θ[1]、θ[2]、θ[2]处的位置相关联。可以实时地获取指示镜122的位置的反馈，以执行实时控制(例如，类似反馈的控制)。

运动测量152可以被理解为(或者可以用于生成)信号(也用152表示)，例如，在离散采样时间i-1、i、i+1等中定义的采样信号。在一些示例中，运动测量152具有可以随时间变化的相位、频率、周期等。

运动测量152可以包括关于与镜122的位置和/或运动和/或加速相关联的位置和/或速度和/或加速度或其他幅度的信息。运动测量152可以包括或者可以基于：

-关于镜122的位置的测量(例如，提供关于每个采样时间i-1、i、i+1处的角度θ的信息)；和/或

-关于镜的位置的变化的测量(例如，关于每个采样时间i-1、i、i+1处的速度

的信息)；和/或

-关于镜的位置变化趋势的测量(例如，提供关于每个采样时间i-1、i、i+1处的角加速度

的信息的加速信息)。

另外地或替代地，运动测量152可以包括或者可以基于：

-直接测量(例如，位置、速度、加速度的直接测量，例如，由编码器和/或陀螺测速仪等得出的)；和/或

-间接测量，诸如与转矩、电流、电容、光学测量等相关联的测量，这些测量与位置、速度或加速度的幅度相关，以便至少间接地提供有关镜122的运动的信息。

运动测量152可以包括过零测量，诸如特定幅度(例如，与特定位置相关联的幅度)越过“过零位置”(例如，指示镜122通过零位置θ₀(或在θ_MAX,1与θ_MAX,2中间的另一位置；例如，θ₀可以使得θ₀＝(θ_MAX,2-θ_MAX,1)/2)的位置)的时刻的指示。

在一些示例中，特定幅度并非严格地在物理上达到空值0，而是达到也可以不同于0的参考值；可以将参考值与阈值进行比较以确定“零值”。

在一些示例中，针对采样时间测量不同的越过时刻。例如，可以测量第一过零事件(例如，当位置达到θ₀时)，而也可以在相同的采样时间测量第二幅度(例如，θ_AmpT＝6°或更普遍地，在4°到10°之间的特定值)。因此，可以获取更可靠的运动测量。

运动测量152可以包括关于角度θ已经越过一些特定位置(例如，零位置θ₀或另一位置，诸如θ_AmpT)的时刻的信息(该信息可以是带时间戳的)。因此，一个测量152可以包括特定幅度(例如，电流)已经越过值0的时刻t_mir,zc[i]和/或T_AmpT[i]的信息。根据时间指示，可以获取与镜122在振荡中的运动(例如，位置、速度、加速度等)相关联的信息(例如，相位信息、幅度信息、频率信息等)。采样速率(采样周期)的倒数可以理解为细分为多个离散时刻，并且测量可以是每个采样周期的离散时刻之一(如果有的话)的指示。

运动测量152可以包括峰值检测测量(例如，在信号中已经检测到峰值的时刻)。

运动测量152可以包括对诸如上面的测量的轨迹分析。

运动测量152可以例如通过低通滤波器被滤波。

注意，在示例中，位置可以与特定角度相关联；速度可以与角速度相关联；并且加速度可以与角加速度相关联。

这里例如基于关于电容的测量来讨论测量的示例。这对于如上所述的镜系统120的叉指结构尤其可行。可以测量叉指指状电极之间的电容，并且由此确定镜122的旋转位置或角度位置。通过监测电容，可以获取过零事件(或与特定角度的通过相关联的其他事件)及该过零事件的定时，从而获取控制设备101的反馈运动测量152。镜122的位置的感测可以由镜检测器(传感器模块150)执行，该镜检测器可以被配置为测量电容或与该电容相关联的量。例如，当镜122运动时，叉指指状结构的几何形状改变，从而导致几何形状改变(例如，电容器的电极之间的距离改变或者电容器的电极之间的角度改变)。随着叉指指状结构的几何形状改变，电容本身也改变。由于已修改的几何形状(电极之间的距离、旋转角θ等)，特定电容C(θ)与镜122的特定位置123相对应。通过感测指状结构的电容C(θ)，因此可以确定镜122的特定位置。测量电容C(θ)的一种方法是测量流过指状结构的电流，将所测量的电流转换为电压，并且然后将电压与电容C(θ)和/或角度θ相关联。然而，可以使用其他技术，该技术可以利用例如如下的机械幅度的传感器，诸如位置(例如，角度传感器)、速度(例如，速度传感器)、加速度(例如，加速度传感器、陀螺仪传感器等)、转矩等。

由于镜122以设定的振荡频率(例如，基于运动镜控制信号172的频率)被驱动，因此，当镜122在第一旋转方向上(例如，从θ_MAX,1到θ_MAX,2)旋转时，镜122在某个时间点t_mir,zc越过零位置θ₀。当镜122在第二旋转方向上(例如，从θ_MAX,2到θ_MAX,1)旋转时，发生相同的情况，镜122将在某个时间点t_mir,zc越过零位置θ₀。越过零位置θ₀的这些实例可以被称为在过零时刻t_mir,zc发生的过零事件。当镜122越过与不同于0°的角度相关联的特定位置(例如，θ_AmpT)时，这同样适用。

如图1所示，反馈运动测量152可以由传感器模块(例如，检测器)150基于物理幅度126来获取。在一些示例中，传感器模块150是镜驱动器121的一部分(图1将传感器模块150示出为控制设备101的一部分，即使传感器模块150也可以集成到镜系统120中)，并且物理幅度126可以是机械幅度(位置、速度、加速度、转矩、振动等)或电气幅度(例如，电流、电压、频率、相位等)。一般而言，当不存在直接感测机械幅度(角度、位置、加速度、转矩、振动等)的传感器，而仅有可以估计机械幅度的电气幅度(例如，驱动器121和/或马达128处的电流和/或电容)时，激光扫描控制系统100被认为是无传感器的(即使传感器实际上是电传感器)。

通常，镜122的振荡与理想情况下的不同在于：频率和相位在时间上不是完全恒定的。镜122的振荡运动通常受到相对于理想振荡的可变相位噪声和可变频率噪声的影响(例如，在时间、相位和频率期间可能趋于漂移)。因此，运动测量152可以提供与镜122的振荡的相位和/或幅度和/或频率相关联的信息。因此，控制设备101可以进行操作以相对于理想振荡来减小相位噪声和频率噪声。

锁相环PLL设备可以用于控制镜122的运动。例如，PLL设备可以包括控制器160和可变振荡器170。控制器160例如可以获取反馈运动测量152并且对其进行过滤。控制器160可以例如通过提供从反馈运动测量152获取的信息162来控制可变振荡器170。例如，控制器160可以基于过零事件和/或基于其他事件(例如，在到达特定镜位置时)来提供信息。在示例中，信息162可以包括反馈运动测量152的已处理版本。在示例中，信息162可以包括关于特定事件(例如，过零事件和/或其他事件，诸如越过θ_AmpT的位置)的信息。

PLL设备可以包括可变振荡器170。可变振荡器170可以生成控制镜122的运动的运动镜控制信号172。可变振荡器170可以包括计时器：例如，可变振荡器170测量从第一事件(例如，过零事件或另一事件)到第二事件(例如，过零事件或另一事件)经过的时间并对该时间进行计数。计数可以基于例如从外部时钟获取的参考信号。例如，可变振荡器170可以跟踪从上一事件开始已经经过了多少时刻。通过对从特定事件开始的时刻进行计数，可变振荡器170可以用于借助于反馈126(被测量作为反馈运动测量152)将运动镜控制信号172(以及施加到马达128的电压121')同步到镜122的位置。例如，当估计达到最大角度(θ_MAX,1，θ_MAX,2)时，可变振荡器170可以施加不同于零的电压：该估计可以通过测量从上一过零事件开始经过的时间来获取。可变振荡器170可以获取相位信息。

运动镜控制信号172可以被理解为控制镜驱动器121应当具有的状态的运动镜控制信号。在示例中，振荡器170可以是压控振荡器(VCO)。尽管有其他示例也是可能的。振荡器170可以例如通过命令镜驱动器121在特定时间长度内向马达128施加特定电压值来控制单次振荡的周期的长度。振荡器输出172可以是二进制的(例如，0对1，或者一般地是“高压周期”对“低压周期”)，但是镜驱动器121可以被配置为遵循二进制值(例如，通过对马达128施加例如100V的高压和例如0V的低压)。振荡器输出172可以是如下的信号，该信号的相位和/或频率被调节以例如提供电压121'的与镜122的最大角度(θ_MAX,1，θ_MAX,2)相对应的上升沿。

因此，可以通过诸如至少一些元件121、128、150、160、170等元件和/或诸如至少一些信号或幅度126、152、162、172、121'等信号，来获取用于控制镜122的运动的PLL控制环路127。

镜122可以受到光脉冲112的撞击，以根据如下的方向来引导反射的光脉冲114，该方向在反射脉冲122到达镜122的时刻由镜122的位置123限定方向(在视场522中)。光脉冲112可以是激光脉冲。

激光驱动器110可以是用于生成光脉冲112的照射单元109的一部分。照射单元109(其结构布局在图5中示意性示出)可以包括至少一个光源109a(例如，多个光源109a)。至少一个光源109a可以包括激光二极管或发光二极管。多个光源109a可以被配置为线性对准光源109a的阵列(或矩阵)。由光源109a发出的光脉冲112可以是红外光，尽管在一些示例中也可以使用其他波长的光，从图5可以看出，由光源109a发出的光的形状可以在垂直于透射方向的方向上扩散，以形成垂直于透射的具有椭圆形的光束。从光源109a透射的照射光可以被引导向镜122。

在光源109a和镜122之间，可以插入发射器光学器件511。发射器光学器件511可以被配置为将每个激光112聚焦到镜122上。发射器光学器件511可以是例如透镜或棱镜。当从光源109a发射的光的射线被镜12反射时，从光源109a发射的光的射线可以竖直地对准以形成红外光的一维竖直扫描线或红外光的竖直条。照射单元109的每个光源109a(例如，光电二极管)可以对竖直扫描线523a的不同竖直区域做出贡献。尽管在图5中示出了五个激光源109a，但是应当理解，激光源109a的数目不限于此。例如，竖直扫描线523a可以由单个激光源109a、两个激光源109a等生成。还应当理解，光源109a可以以矩阵形式布置。

激光驱动器110可以由脉冲发生器130控制：脉冲发生器130可以经由脉冲触发控制信号142来触发脉冲命令132，随后，激光驱动器110可以生成光脉冲112。

脉冲发生器130可以被输入由脉冲调度器140实时地提供的调度142。脉冲调度器140可以被输入期望调度或预先选择的调度143。期望调度143可以例如从应用层或更高层控件来定义。

理想地，光脉冲112意在遵循期望调度143。期望调度143可以例如定义镜122将要被撞击(例如，与视场522中的扫描方向相关联)的期望(预先选择的)镜位置或照射角度(θ₁、θ₂、θ₃等)。理论上，可以通过跟随由振荡器170提供的运动镜控制信号172来获取这种效果：由于环路127允许基于运动镜控制信号172来控制镜振荡的相位和频率，因此，可以想象，运动镜控制信号172可以用于对光脉冲112进行定时。

理想情况在图9中示出，图9示出了位置126(角度θ)，该位置126由传感器模块150测量作为反馈运动测量152。与位置126相关联的信息可以在镜的位置已经达到角度θ_AmpT,1或θ_AmpT,2(在这种情况下，θ_AmpT,1和θ_AmpT,2可能分别是两个方向上的最大幅度的一半)的时刻被获取作为反馈运动测量152。图9a还示出了从上一事件开始经过的时间173(例如，从镜的位置已经到达角度θ_AmpT,1或θ_AmpT,2开始经过的时间)，其由振荡器170在内部测量。图9a还示出了由马达驱动器121施加到马达128的电压121'。图9a还示出了根据期望调度143的理想激光射击。例如，可以生成与特定角度θ_AmpT,1或θ_AmpT,2(例如，30°)相对应的特定激光脉冲。从图9a中可以看出，对经过时间173进行计数的计时器可以基本上提供必须发射特定激光脉冲的相位。理想地，每当达到θ_AmpT,1或θ_AmpT,2并且脉冲132a被发出时，计时器都会重新初始化。

然而，已经注意到，即使试图遵循期望调度143，也可能导致不完善的定时，并且光脉冲112可以以非期望的角度(与调度的角度143不同)撞击镜122。这是因为，在实际情况下，诸如由于外部环境引起的振动等外部影响可能会改变振荡的动力学。

非理想操作的示例(例如，在现有技术中)在图9b中示出，图9b示出了镜振荡从预期振荡126漂移到实际振荡126'。在现有技术中，脉冲调度基于来自振荡器170的信息172；但是，脉冲调度并未导致与振荡126同相(参见相位129'，相位129'演变为更大的相位129”)。

已经理解，可以执行对其中生成光脉冲112的时刻的控制，以使得光脉冲112以期望镜位置(例如，期望角度)到达镜122，例如，以控制所生成的光脉冲112的方向与镜122的运动同步。通常，这种控制由于扰动或诸如振动等其他影响而变得困难。

然而，已经理解，可以基于估计运动信息182(其基于反馈运动测量152)来适当地控制激光脉冲112的生成。通过依赖于运动估计器180，可以生成与镜122的振荡自适应地同步的脉冲触发控制信号132。因此，例如，基于将运动镜控制信号172与反馈运动测量152进行比较，可以实现更好的控制。例如，可以估计镜122的位置(例如，角度)，即使由于振动而未直接观察到镜122的位置。不仅可以仅基于运动镜控制信号172或基于反馈运动测量152来估计(例如，在182处)镜122的位置，还可以通过比较所有这些信息以便以更高精度估计镜122的位置。在一些示例中，估计运动信息182可以被理解为关于镜122的运动(例如，振荡)的重构信息。

脉冲调度器140可以通过将期望调度143适配估计运动信息182来实时地对(在142处)光脉冲122进行调度，使得脉冲发生器130根据其中考虑到镜122的(瞬时)估计位置的定时来生成脉冲触发控制信号132。因此，脉冲触发控制信号132的相位和频率适配于镜122的振荡，并且光脉冲112在响应于由期望调度143设置的镜122的期望角度的时刻生成。振动的存在可以被容许并且它们的负面影响可以至少被减小。

估计运动信息182可以理解为(或可以用于生成)信号(也用182表示)，例如，在离散采样时间i-1、i、i+1等中定义的采样信号。在一些示例中，估计运动信息182具有可以随时间演变的相位、频率、周期等。

为了解释运动估计器180的功能，特别地参考图10a至10c简要地概述关于镜122的运动的动力学的模型。

马达驱动器121对马达128和镜122的作用可以生成镜122的振荡。根据一种模型，该振荡遵循参数Duffing振荡器的模型。根据一个模型，镜的动力学可以通过以下等式来描述：

其中J表示镜122的惯性，γ是线性阻尼因子，k₁和k₃表示线性和非线性三次刚度参数，C表示可变电容(例如，在叉指指部之间)，θ表示镜122围绕轴线513的角度，

表示角速度，

表示角加速度，并且u表示来自镜驱动器121的输入(例如，跟随运动镜控制信号172的电压)。但是，例如，基于特定配置，可以使用其他模型。

概括地说，可以理解以下方程组(由图10a和10b映射)所描述的振荡：

y＝h(x，u，v)

通常，f对镜系统120的行为进行建模，并且h对传感器模块150的行为进行建模。x表示描述镜122的状态的矢量，并且可以包括镜的频率、相位、幅度等。通常，并非总是可以在每个时刻都精确地知道镜122的状态。状态的变化

(例如，相位、幅度、频率等的变化)可以是输入u(输入u可以包括与电压121'相关联的各方面，诸如频率、占空比、最大电压等)和扰动w的函数，扰动w可以包括振动，不是先验的，并且未被建模。y描述输出，并且可以基于与镜122的振荡相关联的反馈运动测量152(过零、相位差、电流信号等)。至于上面的第二等式，输出y是状态x、输入u和测量噪声v的函数。

镜122的振荡和反馈测量152的检测的动力学通常由函数f和h描述，该函数遵循特定配置。

上面讨论的等式

可以变为：

其中：

-矢量

表示状态x(矢量的第一分量：位置θ；矢量的第二分量：角速度

)；

-

表示

并且因此提供关于状态演变的信息；

-

涉及u＝0和w＝0时的f(x)；

-

涉及x＝0和w＝0时的f(u)；

-G涉及x＝0和u＝0时的f(w)(这与振动引起的扰动有关)

但是，可以使用不同的示例获取其他不同类型的方程式，这些示例可以基于不同的模型。

例如，可以通过扰动理论简化非线性动力学模型，其中至输入振荡器的幅度θ和相位β的动力学为θ(t)＝θ(t₁)cos(wt+β(t₁))，且运动时间t₁较慢，

其中u_θ表示来自具有输入矩阵函数B和扰动矩阵函数G的控件的输入。以类似的方式，可以使用输出值导出估计量。

通过在离散环境(例如，基于处理器的环境)中进行操作，描述镜122的动力学的等式可以变为(图10c)：

X[i+1]＝f(x[i]，u[i]，w[i])

y[i]＝h(x[i]，u[i]，v[i])

其中i是离散时刻(例如，传感器模块150的采样时间)。

为了生成脉冲触发控制信号132以准备用于在时刻i+1生成光脉冲112的实际调度，优选的是对镜122的位置具有非常精确的了解(以便恰好在预期位置的处触发光脉冲112)。不幸的是，至少由于振动w，通常不容易获取该知识，还振动使得镜122的状态x通常不可观察。

然而，已经理解，可以基于关于输入u和输出y的最佳知识来获取镜122的位置的估计182(可以参考图4a至4c)。例如，已经理解，可以利用估计状态

和估计误差(

)以及输入u。在运动估计器180处，可以基于诸如以下估计关系(或观察量关系)来获取位置的估计：

在离散环境中，该等式变为：

在此，在采样时刻i+1，可以基于先前的估计镜状态

(例如，先前估计的运动信息)、输入u[i](例如，先前运动镜控制信号172的周期)和输入y[i](例如，先前获取的测量152)来获取估计的镜状态

(估计运动信息182)。估计等式可以变为：

或者，在离散环境中，

其中f和h是描述镜的动力学的函数(参见上文)，k是与误差相关联的应用特定的函数。

可以被理解为表示基于镜122的已知动力学的对镜122的状态(位置)的预测，并且

可以被理解为表示对先前估计

的校正。尽管在求解等式

时有上述困难，但是可以轻松获取

的值。应当注意，

不包括未知扰动w，而是与校正

相关联。甚至校正

也很容易处理(尤其比y＝h(x，u，v)容易得多)。

运动估计器180可以执行轨迹分析，例如，以基于多个后续反馈测量152来分析运动。

运动估计器180可以包括滤波器，例如低通滤波器，该滤波器可以是数字滤波器。

在图6中提供了一个示例，图6示出了镜位置θ(在θ_MAX,1到θ_MAX,2之间)的时间变化、以及由振荡器170提供给镜驱动器121的运动镜控制信号172(其可以示出为电压V_osc或逻辑值，可以是“高逻辑值”或“低逻辑值”)的变化。在此，示出了一系列离散采样时间i-1、i、i+1。为简单起见，该示例忽略了幅度变化。在示例中，这样的附加运动信息(诸如幅度变化)可以用于更完整地描述动力学。

运动镜控制信号172可以具有例如基于控制环路127可调节的周期T_VO[i]。

镜位置θ是镜122的状态x的一部分，但是不能直接观察到。通常可观察到的幅度是镜驱动器121的电容C(θ)或镜驱动器121处的电流。在示例中，通过测量电容或电流，可以观察到角度经过过零位置θ₀(θ₀可以是在电容中没有电流流动的位置)的时刻。在示例中，还可以观察到电流的正号或负号。传感器模块150观察到的作为反馈运动测量152的可以是镜122到达过零位置的时刻t_mir,zc[i-1]、t_mir,zc[i]、t_mir,zc[i+1]等的序列。镜122的振荡的半周期在此用T_mir[i]表示，并且可以理解为两个连续的过零事件之间的差，即T_mir[i]＝t_mir,zc[i]-t_mir,zc[i-1]。

现在意在对特定脉冲序列进行调度，以覆盖视场522中的预期扫描线，这是由调度143定义的先验。为了简单起见，这里仅参考单个脉冲112(当然，通常在镜122的每个振荡周期内生成多个脉冲，但是每个脉冲的处理是相同的)。对于脉冲112，先验地选择了期望调度143，并且脉冲112已经与设定的镜位置θ_pulse相关联。设定的镜位置θ_pulse也可以先验地与时间t_pulse[i+1]相关联。尽管如此，旨在避免由于振动或其他扰动而导致与不正确的角度相关联的t_pulse[i+1]结果。

已经理解，可以依赖于上述技术来获取更精确的脉冲调度142，特别是通过将脉冲触发控制信号132适配镜122的振荡。

镜的振荡的动力学模型理论上预见到，在图6的时刻t_front[i-1]，当振荡器170向镜驱动器121命令高电压状态时，镜驱动器121处的电流开始减小，例如，以改变镜的运动方向。基本上，在时刻t_front[i-1]，达到最大角度θ_max,1，并且镜122将朝向最大角度θ_max,2运动。在镜的过零时刻t_mir,zc[i-1](其理论上应当与时刻t_vo,zc[i-1]相一致)达到过零位置θ₀(此处电流可以为0)，此时，运动镜控制信号172具有下降沿。

但是，从图6可以看出，例如由于振动，t_mir,zc[i-1]与t_vo,zc[i-1]不同。因此，引起误差e[i-1]＝t_mir,zc[i-1]-t_vo,zc[i-1]。这同样适用于采样时间i：由于镜的过零时刻t_mir,zc[i]与来自振荡器170的运动镜控制信号172的过零时刻t_vo,zc[i]不相同而引起误差e[i]＝t_mir,zc[i]-t_vo,zc[i]。

因此，可以陈述以下假定。

在采样时间i+1，镜122的状态x[i+1]可以被理解为被估计为

包括：

-镜周期

以及

-被理解为镜122的位置θ的估计的镜的过零时刻。

假定可以通过这两个镜运动信息来生成镜的动力学f。参考图4b，可以得到

其中u是振荡器、t_vo，zc、T_VO和所施加的高压V_osc的行为。

可以通过考虑在先前采样时间i中观察到的误差测量来校正该中间估计状态(

或414)。特别地，现在将镜与振荡器之间的定时误差e[i]识别为实际上受到了误差e[i]-e[i-1]的影响，其中e[i-1]＝t_mir，zc[i-1]-t_vo，zc[i-1]，并且e[i]＝t_mir，zc[i]-t_vo，zc[i]。

这考虑到将通过误差e[i]-e[i-1]来校正镜122的预测状态。因此，对于采样时刻i+1，可以通过删除(补偿)误差e来校正估计运动信息。所得到的估计运动信息182可以是以下类型：

T_mir，meas[i]＝T_vo[i]-(e[i]-e[i-1])+v₁

t_{mir，zc，meas}[i]＝e[il+t_vo，zc[i]+v₂。

T_mir，meas[i]和t_{mir，zc，meas}[i]可以被看作是镜信息的度量y。v₁和v₂是每次测量的测量噪声。考虑到恒等输出

简单的估计量可以定义为

其中k₁和k₂是在下一状态在测量和模型之间缩放的恒定增益，这可以减少估计值中的噪声和扰动。该估计量等式表明，可以将镜周期的测量和过零的测量与估计的动力学进行比较，以提取最可能的镜运动估计。

在该示例中，所测量的时间和周期基本上是测量的倒数。这可能会引起噪声问题，因此估计量通常使用测量。因此，在更一般的情况下，将输出y直接设置为镜过零时间

和振荡器的误差e的测量，

k_g1和k_g2是分别补偿来自测量的每个镜周期和过零时间的通用函数。

值得注意的是，由于频率是周期的倒数，所以估计运动信息182可以包括振荡频率为

的概念。因此，可以将脉冲触发控制信号132的频率速率自适应地调节到镜122的振荡。

此外，我们可以将零时时刻(先前被估计为t_vo,zc[i])校正为t_mir,zc[i]。因此，脉冲触发控制信号132的相位也可以自适应地调节到镜122的振荡。

例如，以上过程可以基于卡尔曼滤波器。

运动估计器180的示例可以是图4b和4c的估计器400(分别示出连续情况和离散情况)。估计器400可以包括预测器410和/或校正器430。预测器410可以基于振荡的动力学的模型来预测运动信息414(例如，镜122的状态的第一估计，诸如位置和/或速度)。校正器430可以基于先前估计431与输出y之间的比较来来预测运动信息(例如，镜122的状态的更精确的第二估计)进行校正。已校正的运动信息可以将已校正的运动信息406提供作为估计运动信息182。

从图4c中可以看出，对于采样时间i+1，预测器410可以基于动力学模型(由f表示)来预测镜122的振荡状态(例如，位置、速度、加速度等)，该动力学模型预测镜122的状态(

)。运动镜控制信号172(u(i))可以在404处输入预测器410中。预测器410可以输出预测运动信息414(

)。为了获取预测运动信息414(

)，预测器410可以利用先前的预测状态(

)，在图4b和4c中用431表示。因此，预测变量410可以通过将动力学模型(f)应用于先前估计的状态(4b和4c。)和运动镜控制信号172(u(i))来获取预测运动信息414(

)。应当注意，模型(f)是通常描述状态(运动信息)的演变(修改)(

)与提供给镜驱动器121的参考信息(u)(运动镜控制信号172)之间的物理交互的模型(

)。

现在可以参考图6看到，脉冲调度器140如何基于由运动估计器180(例如，400)提供的估计运动信息182来获取采样时间i+1的调度。这个目标可以通过了解以下知识来实现：

-采样时间i+1的开始，其在时刻t_mir,zc[i](零角度θ₀的位置的估计)处；

-周期T_mir[i+1]的时间长度(与振荡频率相关联的估计)。

基于该信息，可以将角度θ_pulse[i+1](根据期望调度143)与触发时间t_pulse[i+1]相关联。

下面的等式提供了一个示例：

t_pulse[i+1]＝t_mir，zc[i]+aT_mir[i],

a是从期望调度143获取的并且与触发时刻t_pulse[i+1]的相对于时刻t_mir，zc[i]的延迟相关联，在该时刻t_mir，zc[i]处，镜122的零位置(根据估计182)在零位置θ₀处。

可以参考图9c讨论另一示例，利用本示例，可以将由振荡器170的计时器计数的值173视为预测运动信息414，其中值173'(具有镜运动估计的镜相位信息)被校正以获取已校正的运动信息406(182)。

现在参考图11来讨论考虑了关于镜运动幅度的信息的另一示例。利用振荡器170的计数器(具有周期T_vo)，可以根据检测参考获取镜定时误差。尽管可以考虑其他值，但是这里以0°(例如，在θ₀处的过零)和6°(或θ_AmpT，1的另一值)为例。仍然假定，根据期望调度143，将在期望角度θ_AmpT，1处生成光脉冲(例如，通过特定角度a将θ_AmpT，1与最大幅度θ_max相关联)。镜122的振荡的半周期(半个周期)和用于发射光脉冲的时刻可以通过所测量的值而计算为：

T_mir[i]＝T_VO[i]-(e_VO[i]-e_VO[i-1])，

T_AmpT[i]＝aT_VO[i]+e_AmpT[i]-e_VO[i]，

t_{mir，zc，meas}[i]＝e_VO[i]+t_VO，ZC[i]。

参考上面的模型，可以得到：

在此，镜状态x可以包括T_mir、T_AmpT中至少之一。输入u可以包括以下至少之一：T_vo、T_duty、t_vo，zc和V_max(他们分别是周期、占空比、运动镜控制信号172具有下降沿的时刻、以及信号运动镜控制信号172的最大电压)。测量噪声用v表示。

类似镜运动半周期(T_mir)和镜幅度定时(T_AmpT，从θ_AmpT，1到θ₀度的持续时间)等幅度可以是用于描述镜的运动的状态，即

从图4c可以理解，观察量可以由镜动力学通过下式来设计

可以根据估计的周期和幅度周期来获取镜的运动。

有利地，还可以获取没有动力学模型的简单估计器。在这种情况下，可以忽略镜动力学，但是可以通过下式直接计算镜定时：

这是以下原始估计等式的特例

其中

并且

可以应用低通滤波(例如，平均)以减少噪声。

图2示出了图1的激光扫描控制系统100的变型200，其中在可能的地方使用相同的附图标记。如图2所示，可以将由运动估计器180(例如，400)生成的估计运动信息182输入到控制器160。基本上，这里的运动估计器180可以是反馈环路227的一部分。运动估计器180(例如，400)可以作为以上示例之一进行操作。

基本上，运动估计器180可以重构镜122的振荡的周期(或频率)和相位，并且输出它们作为估计运动信息182。

因此，估计运动信息182可以用作关于镜122的振荡的重构信息。

脉冲生成器132的调度142可以如在图1的示例中进行控制，并且在此不重复。然而，在替代实例中，可执行不同的调度：例如，运动估计器180可以仅用于反馈环路227而不用于生成调度142(例如，来自运动估计器180的输出182可以仅被定向到控制器160，而脉冲调度器140的输入可以唯一地从振荡器170获取)。

基本上，可以通过考虑估计运动信息182来生成运动镜控制信号172。

激光扫描控制系统300的另一示例在图3中示出。图1的元件的附图标记在此重复(其中添加200)，并且可以以相同的方式操作，至少在没有明确说明的情况下。在此，控制设备301可以通过控制以下各项来执行协同扫描控制：

镜驱动器321(例如，121)，用于通过运动镜控制信号372(例如，172)沿着期望镜位置323(例如，123)来驱动镜322(例如，122)；和/或

激光驱动器310(例如，110)，用于通过脉冲触发控制信号332(例如，132)来引起要在期望镜位置123处入射到镜322上的激光脉冲312(例如，312)的生成。

控制设备301可以被配置为自适应地将运动镜控制信号372同步到与镜122的运动相关联的反馈运动测量352和/或358。控制设备301可以包括运动估计器380，该运动估计器380用于基于第一反馈运动测量358来提供估计运动信息(这里为382)，以通过将用于触发激光脉冲312的期望调度343(例如，143)适配估计运动信息382，来引起脉冲触发控制信号332的生成。

在此，第一传感器模块350可以提供第一反馈运动测量352作为反馈。在此，第一传感器模块350可以提供与位置和/或运动和/或加速度相关联的一个或多个测量：例如，一个或多个测量352可以由角度θ[i]来体现，或由与角度相关联的过零信息来体现(在这种情况下，测量352可以由时间信息t_mir,zc[i]来体现)，或者由与特定事件(例如，位置θ处于不同于零值的特定值)相关联的某些其他信息来体现。

第一反馈运动测量352可以被提供给控制器360，该控制器360可以至少部分起到控制器160的作用。特别地，控制器360可以闭合PLL控制环路327。振荡器370(例如，170)可以在控制器360的控制362的控制下生成运动镜控制信号372。镜驱动器321(例如，121)可以包括结构(例如，电容马达238)，例如具有叉指指状电极(参见上文)，即使其他技术也是可能的。可以通过与运动镜控制信号372同步的电压321'，将镜322控制为镜122(参见上文)。因此，生成了PLL环路327。

另外，可以提供第二传感器355，诸如加速度传感器(例如，陀螺仪传感器)。第二传感器355可以是振动传感器。在一些示例中，多个(例如，三个)陀螺仪传感器用于不同的轴。在替代示例中，第二传感器355可以不同于加速度传感器。通常，第一传感器350和第二传感器355可以是不同的并且基于不同的物理原理(例如，测量不同的物理量值)。第二传感器355可以提供第二反馈运动测量358。第二反馈运动测量358可以与镜322的位置和/或速度和/或加速度相关联，但是可以被配置为提供关于与由第一传感器350测量的不同的物理幅度的信息。

运动估计器380可以从第一反馈运动测量352(例如，位置、角度、振动……)和/或从第二反馈运动测量358获取估计运动信息382。

至少为了验证可靠性，估计运动信息382'可以允许在比较器385处将第一反馈运动测量352和/或第二反馈运动测量358与阈值进行比较。例如，该估计运动信息可以基于第一测量352和第二测量358两者。所获取的运动信息382'可以在比较器385处彼此比较和/或与阈值进行比较。第一信息和第二信息中的至少一者可以被处理以便彼此兼容。例如，如果第一测量是速度测量而第二测量是加速度测量，则第二测量可以被积分，从而被转换为速度。之后，可以将关于速度的信息和关于积分为速度的加速度的信息相互比较，并且如果第一测量与第二测量之间的差异超过置信度阈值，则估计运动信息可以被认为是有效的；否则，可以向系统控制器390的警报接口392提供警报386。

在图3的示例中，除了或替代从传感器模块350提供第一反馈测量352，可以至少部分向控制器360馈送第二反馈测量358。因此，传感器355可以是PLL环路327的一部分。在其他示例中，可以至少部分向控制器360馈送由镜运动估计器380提供的估计运动信息382，诸如在图2的示例中。相应地，镜运动估计器380可以是PLL环路327的一部分。

在图3的示例中，没有向控制器馈送估计运动信息382。因此，在这种情况下，估计运动信息382对控制环路327没有影响。但是，替代地或另外地，可以将估计运动信息382提供给控制器360(如图2所示)，以参与控制环路327。

在上面的示例中，经常引用诸如“信息”和“测量”等概念。“信息”和“测量”当然可以与信号相关联，并且因此具有相位、幅度、频率等特征，并且可以进行可以对数字和/或模拟信号执行的典型处理。这同样适用于“信号”，“信号”可以被理解为“信息”。

此外，反馈测量152、352、358可以基于几种感测原理(例如，电流感测(过零、峰值检测、轨迹分析)、位置检测(PSD)、光学编码、压阻感测等)。如果使用多个运动估计器，可以优选的是，不同原理获取的测量被输入这些运动估计器，以提高可靠性。

在示例中，镜(122、322)的振荡频率可以在1KHz到10KHz之间。可以以50KHz-800KHz的频率来触发光脉冲112、312。

在上面和/或下面的示例中，运动估计器180(例如，400)可以缺少单独的振荡器或相位计算单元，但是可以被配置为基于来自可变振荡器的镜周期和相位误差之差来重新计算实际镜相位。

图3的示例也可以被概括。激光扫描控制系统300通常可以在没有任何估计器的情况下检查反馈测量352和/或358。在这种情况下，反馈测量可以与镜322的运动以及其他组件(诸如LiDAR/MEMS单元)的运动相关联。因此，比较器385可以分析反馈运动测量(例如，加速度测量)与置信度阈值之间的距离，以便在该距离超过置信度阈值时引起警报过程(386)的启动。在最简单的情况下，不必具有两个不同的传感器。

图7示出了方法700。方法700可以与以上设备结合使用。方法700可以包括以下步骤中的至少一个：

S710：根据振荡运动来驱动镜(例如，122、322)的运动；

S720：根据反馈运动测量(例如，152、352、358)来估计运动信息(例如，182、382、406)；以及

S730：通过将期望调度(例如，143)适配估计运动信息(例如，

182、382、406)来生成脉冲触发控制信号(例如，132)。

图8示出了方法800。方法800可以与以上设备结合使用。方法800可以包括以下步骤中的至少一个：

S810：根据振荡运动来驱动镜(例如，122、322)的运动；

S820：根据反馈运动测量(例如，152、352、358)来估计运动信息(例如，182、382、406)；以及

S830：通过考虑估计运动信息(例如，382、406)来生成运动镜控制信号(例如，372)。

还公开了一种非暂态存储单元，该非暂态存储单元存储指令，该指令在由处理器执行时引起处理器执行上述方法之一。

总之，可以在示例中找到以下至少一个方面：

激光的生成可以与运动估计器(180、380、400)同步。

运动估计器(180、380、400)可以与振荡器(170、370)分离，该振荡器基于测量来确定镜的行为。

镜运动估计器可以具有附加的振荡器，该振荡器使镜运动同步和/或保持相位和幅度以及其他镜状态，以便补偿关于镜运动的镜致动振荡器误差。

关于上述内容，应当注意，镜运动估计器180(例如，函数f、k等)可以是专用的，并且可以随不同系统而变化。在某些情况下，函数f和k例如可以通过校准来获取。

参考图5，例如，以上示例可以在光检测和测距(LIDAR)系统500中使用。LIDAR是一种遥感技术，其使用脉冲激光形式的光(例如，112、114、312、314)来测量到视场(例如，522)中的一个或多个对象的范围(可变距离)。特别地，镜122或322(例如，MEMS镜)可以用于在视场522上扫描光。接收单元514可以用于接收响应光束。可以使用处理器(未示出)以基于响应光束来执行测距。光电探测器阵列515接收来自被照射单元109的光电二极管109a辐射的光(114、314)照射的物体的反射，并且反射到达光电探测器阵列515中的各种传感器所需要的时间被确定。这也称为测量飞行时间(TOF)。LIDAR系统500通过基于飞行时间计算来映射到物体的距离，来形成深度测量并且进行距离测量。因此，飞行时间计算可以创建距离和深度图，该距离和深度图可以用于生成图像。在此不再重复上面讨论的用于生成光脉冲112并且将其反射向视场522的扫描区域的操作。光电探测器阵列515可以是多种光电探测器类型中的任何一种；包括雪崩光电二极管(APD)、光电管和/或其他光电二极管设备。诸如电荷耦合器件(CCD)等成像传感器可以是光电探测器。在本文中提供的示例中，光电探测器阵列515是包括APD像素阵列的二维(2D)APD阵列。在其他实施例中，光电检测器阵列515可以是包括单列光电二极管的1D阵列。光电二极管515的激活可以与照射单元109发射的光脉冲同步。在示例中，对于每个距离采样，微控制器触发来自照射单元509的每个光源109a的激光脉冲，并且还启动时间-数字转换器(TDC)集成电路(IC)中的计时器。激光脉冲(112、114、312、314)被传播通过传输光学器件，被目标场反射，并且被APD阵列515的APD捕获。APD阵列515可以发出短电脉冲，该短电脉冲可以然后由电信号放大器放大。比较器IC可以识别脉冲并且向TDC发送数字信号以停止计时器。TDC使用时钟频率以校准每个测量。TDC可以将开始数字信号和停止数字信号之间的差分时间的串行数据发送给微控制器，该微控制器过滤掉任何错误读数，对多个时间测量求平均，并且计算到该特定现场位置处的目标的距离。通过在由镜(122、322)建立的不同方向(扫描方向)上发射连续的光脉冲，可以扫描区域，可以生成三维图像，并且可以检测该区域内的物体。

已经注意到，包括本激光扫描控制系统的LIDAR系统可以在汽车中实现，例如，用于对不同车辆进行测距(例如，用于安全应用)。

尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是很明显，这些方面也代表了对相应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对相应装置的相应框或项目或特征的描述。方法步骤中的一些或全部可以由(或使用)硬件装置(例如，微处理器、可编程计算机或电子电路)执行。在一些实施例中，这种装置可以执行一些最重要的方法步骤中的一个或多个。

取决于某些实现要求，本发明的实施例可以以硬件或软件来实施。该实现可以使用数字存储介质来执行，例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器，其上存储有电子可读控制信号，该信号与可编程计算机系统配合(或能够与其配合)，从而执行相应方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

根据本发明的一些实施例包括一种具有电子可读控制信号的数据载体，该电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作，从而执行本文中描述的方法之一。

通常，本发明的实施例可以被实现为一种具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可以用于执行一种方法。程序代码可以例如被存储在机器可读载体上。

其他实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文中描述的方法之一的计算机程序。

换言之，因此，本发明方法的实施例是一种具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本文中描述的方法之一。

因此，本发明方法的另一实施例是一种数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，其包括记录在其上的用于执行本文中描述的方法之一的计算机程序。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非暂态的。

因此，本发明方法的另一实施例是一种表示用于执行本文中描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接(例如，经由互联网)来传输。

另一实施例包括一种处理装置，例如计算机或可编程逻辑器件，其被配置为或适于执行本文中描述的方法之一。

另一实施例包括一种计算机，该计算机上安装有用于执行本文中描述的方法之一的计算机程序。

根据本发明的另一实施例包括一种被配置为将用于执行本文中描述的方法之一的计算机程序(例如，电子地或光学地)传送到接收器的装置或系统。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储器设备等。该装置或系统可以例如包括用于将计算机程序传送到接收器的文件服务器。

在一些实施例中，一种可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行本文中描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以便执行本文中描述的方法之一。通常，该方法优选地由任何硬件装置执行。

本文中描述的装置可以使用硬件装置或使用计算机或使用硬件装置和计算机的组合来实现。

本文中描述的方法可以使用硬件装置或使用计算机或使用硬件装置和计算机的组合来执行。

上面描述的实施例仅用于说明本发明的原理。应当理解，本文中描述的布置和细节的修改和变化对于本领域的其他技术人员将是很清楚的。因此，本发明的意图仅由即将来临的专利权利要求的范围限制，而不受通过本文中的实施例的描述和解释而给出的具体细节的限制。

Claims

1.一种激光扫描控制系统(100，200，300)，包括控制设备(101)，所述控制设备(101)用于通过控制以下各项来执行协同扫描控制：

镜驱动器(121，321)，用于通过运动镜控制信号(172，372)沿着期望镜位置(123，323)来驱动镜(122，322)；以及

激光驱动器(110，310)，用于通过脉冲触发控制信号(132)来引起要在所述期望镜位置(123，323)处入射到所述镜(122，322)上的激光脉冲(112，312)的生成，

其中所述控制设备(101，301)包括用于基于与所述镜(122，322)的运动相关联的反馈运动测量(152，352，358)来提供估计运动信息(182，382，406)的运动估计器(400，180，380)，从而通过将用于触发所述激光脉冲(112，312)的期望调度(143，343)适配所述估计运动信息(182，382，406)，来生成所述脉冲触发控制信号(132)。

2.根据权利要求1所述的激光扫描控制系统，

其中所述控制设备(101，301)采用使用反馈运动测量(152，352)的锁相环PLL(127，227，327)，

其中所述控制设备(101，301)被配置为通过考虑所述估计运动信息(382，406)来生成所述运动镜控制信号(172，372)。

3.一种激光扫描控制系统(200，300)，包括控制设备(101，301)，所述控制设备(101，301)包括用于基于反馈运动测量(152，352，358)来提供估计运动信息(182，382，406)的运动估计器(180，380，400)，从而通过考虑所述估计运动信息(382a，406)来生成运动镜控制信号(272，372)，其中所述运动估计器(180，380，400)包括：

预测器(410)，用于预测与镜(122，322)的运动相关联的运动信息(414)；以及

校正器(430)，用于校正所预测的运动信息(414)以提供经校正的运动信息作为估计运动信息(182，382，406)。

4.根据权利要求1或2所述的激光扫描控制系统(100，300)，

其中所述控制设备(101)包括用于基于所述反馈运动测量(152，352，358)来提供估计运动信息(182，382，406)的运动估计器(180，380，400)，从而通过考虑所述估计运动信息(382，406)来生成所述运动镜控制信号(272，372)，其中所述运动估计器(180，380，400)包括

预测器(410)，用于预测与所述镜(122，322)的运动相关联的运动信息(414)；以及

5.根据权利要求3或4中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述预测器(410)被配置为使所述脉冲触发控制信号(132，332)的周期和/或频率适配所述估计运动信息(182，382，406)的周期(T_mir)和/或频率，和/或

所述校正器(430)被配置为使所述脉冲触发控制信号(132，332)的相位适配所述估计运动信息(182，382，406)的相位(t_mir,zc)。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述预测器(410)被配置为基于以下各项来获取所预测的运动信息(414)：

先前估计运动信息(431)；以及

至少第一模型(f)，描述将至少以下各项相关联的物理交互：

所述运动信息的演变；与

与所述运动镜控制信号(172)相关联的信息(172)。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述校正器(430)被配置为校正从所述预测器(410)获取的所预测的运动信息(414)，以基于至少以下各项来获取经校正的运动信息(406)：

第二模型(k)，描述将至少以下各项相关联的物理交互：

所述运动信息；与

提供给所述镜驱动器(121)的反馈运动测量(152，352，358)。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述校正器(430)被配置为在所述估计运动信息(406)中补偿通过比较以下各项而检测到的误差信息：

先前估计运动信息(182，382，406)；与

反馈运动测量(152，352，358)。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述预测器(410)被配置为基于所述运动镜控制信号(172)的周期(T_vo)和/或相位信息(t_zc,osc)和/或频率信息来预测运动信息(414)，以及

所述校正器(430)被配置为基于至少以下各项来校正所述估计运动信息(414)：

控制所述镜驱动器(121)的所述运动镜控制信号(172)的周期(T_vo)和/或频率和/或相位(t_zc,osc)，以及

反馈运动测量(152，352，358)。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的激光扫描控制系统，还被配置为卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器被配置为估计与所述运动信息相关联的状态。

11.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述运动信息(152，352)包括相对于所述镜(122)的运动的输入的位置、速度、加速度、幅度和相位中的至少一项。

12.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述反馈运动测量包括与所述镜(122)的角度相关联的角度测量(322)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述运动估计器(180，380，400)被配置为估计所述镜(122，322)的位置(406，382)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述运动估计器(400)被配置为估计所述镜(322)的运动的速度和加速度中的至少一项。

15.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述反馈运动测量(152，352，358)包括电压和/或电流和/或电容的测量(152，326)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述反馈运动测量(182)包括至少一个过零测量或发生至少一个特定条件的时刻的指示。

17.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，其中所述反馈运动测量(152，352)包括振动测量或与所述镜(122，322)的振动相关联的测量。

18.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统，被配置为基于提供针对所述镜驱动器(121)的定时的运动镜控制信号(172)来控制所述镜(122)的运动，

其中所述估计器(180，400)被配置为通过分析所述运动镜控制信号(172)和所述反馈运动测量(152)来获取所述估计运动信息(182，406)。

19.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统(300)，其中所述运动估计器(380)被配置为获取第一反馈运动测量(352)和与所述第一反馈运动测量(352)不同的第二估计运动信息(358)，以基于所述第一反馈运动测量(352)和所述第二估计运动信息(358)来控制脉冲发生器(330)。

20.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统(300)，其中所述运动估计器(380)被配置为根据第一反馈运动测量(352)和与所述第一反馈运动测量(352)不同的第二反馈运动测量(358)来估计运动信息(382，382')，

其中所述激光扫描控制系统(300)还包括比较器(385)，所述比较器(385)用于分析所述第一反馈运动测量(352)与所述第二反馈运动测量(358)之间的距离，以便在所述距离超过置信度阈值时引起警报过程(386)的启动。

21.一种激光扫描控制系统(300)，包括：

控制设备(301)，用于通过控制以下各项来执行协同扫描控制：

镜驱动器(321)，用于通过运动镜控制信号(372)沿着期望镜位置(323)来驱动镜(322)；以及

激光驱动器(310)，用于通过脉冲触发控制信号(332)来引起要在所述期望镜位置(323)处入射到所述镜(322)上的激光脉冲(312)的生成；

至少一个传感器模块(350，355)，用于提供与所述镜(322)的运动和LiDAR/MEMS单元的运动相关联的反馈运动测量(352，358)；以及

比较器(385)，用于分析所述反馈运动测量与置信度阈值之间的距离，以便在所述距离超过所述置信度阈值时引起警报过程(386)的启动。

22.根据权利要求20或21所述的激光扫描控制系统，其中所述反馈运动测量中至少之一(352)包括加速度测量。

23.根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统(300)，还包括传感器模块(150，350)，所述传感器模块(150，350)是光学传感器并且从光学检测提供所述反馈运动测量(352)。

24.一种光检测和测距LIDAR系统(500)，包括根据前述权利要求中任一项所述的激光扫描控制系统(100，200，300)，所述LIDAR系统(500)还包括用于基于所获取的光束来执行测距的接收单元(514)。

25.一种方法，包括：

根据振荡运动来驱动镜(122，322)的运动；

根据反馈运动测量(152，352，358)来估计运动信息(182，382，406)；以及

执行以下操作中的至少一项：

通过将期望调度(143)适配所估计的运动信息(182，382，

406)来生成脉冲触发控制信号(132)；以及

通过考虑所述估计运动信息(382a，406)来生成运动镜控制信号(372)。

26.一种用于控制激光扫描的方法，所述方法包括

根据振荡运动来驱动镜(322)的运动；

获取与所述镜(322)的运动相关联的反馈运动测量(352)；以及

分析所述反馈运动测量与置信度阈值之间的距离，以便在所述距离超过所述置信度阈值时引起警报过程(386)的启动。

27.一种包括存储指令的非暂态存储单元，所述指令在由处理器执行时引起所述处理器执行根据权利要求25或26所述的方法。