CN115015961A - 利用李萨如扫描的矩形2d图案生成的方法 - Google Patents

利用李萨如扫描的矩形2d图案生成的方法 Download PDF

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CN115015961A CN202210177445.1A CN202210177445A CN115015961A CN 115015961 A CN115015961 A CN 115015961A CN 202210177445 A CN202210177445 A CN 202210177445A CN 115015961 A CN115015961 A CN 115015961A
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Abstract

一种李萨如扫描的方法包括：基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲；根据第一驱动信号以第一驱动频率(f1)围绕第一旋转轴线驱动，并根据第二驱动信号以第二驱动频率(f2)围绕第二旋转轴线驱动；控制第一驱动信号和第二驱动信号以根据预定义的帧速率(FR)来生成李萨如扫描图案；选择第一驱动频率和第二驱动频率使得帧速率是它们的最大公约数，并使它们满足以下公式：f2–f1＝(2*N+1)*FR；确定多个时间点；并且基于所确定的多个时间点生成触发信号，其中根据以下公式确定多个时间点(ti)：
Figure DDA0003520855850000011
其中：
Figure DDA0003520855850000012

Description

利用李萨如扫描的矩形2d图案生成的方法
技术领域
本公开涉及利用李萨如扫描的矩形2d图案生成的方法，具体而言涉及李萨如扫描系统和李萨如扫描的方法。
背景技术
李萨如扫描是在显示应用、光扫描应用和光操纵应用中实现的一种类型的扫描，仅举几个示例。例如，李萨如扫描可以用于显示器、光检测和测距(LIDAR)以及汽车头灯，其中，光束由扫描系统根据李萨如图案来操纵。
李萨如扫描通常由两个谐振扫描轴完成，两个谐振扫描轴中的每个谐振扫描轴以恒定的扫描频率驱动，恒定的扫描频率之间具有限定的频率比/差，限定的频率比/差形成特定的李萨如图案和帧速率。然而迄今为止，李萨如扫描导致随机不规则图案、非矩形图案和/或非最大化图案密度的生成。因此，李萨如扫描还没有针对诸如LIDAR的需要规则、密集图案的敏感应用进行优化。在安全关键应用中，再次诸如LIDAR，这可能导致数据中的较低分辨率或间隙。
因此，可能需要一种能够利用李萨如扫描生成密集的、矩形的、可重复的图案的改进的系统和方法。
发明内容
一个或多个实施例提供了一种李萨如扫描系统，包括：传送器，被配置成基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲，其中每个光脉冲在相应的时间点被触发；第一振荡器结构，被配置成围绕第一旋转轴线振荡；第二振荡器结构，被配置成围绕第二旋转轴线振荡；驱动器电路，被配置成生成第一驱动信号用于以第一驱动频率(f1)围绕第一旋转轴线驱动第一振荡器结构，并且生成第二驱动信号用于以第二驱动频率(f2)围绕第二旋转轴线驱动第二振荡器结构；以及控制器，被配置成控制第一驱动信号和第二驱动信号，以便使第一振荡器结构和第二振荡器结构同步并且根据预定义的帧速率(FR)来生成李萨如扫描图案，
其中控制器被配置成选择第一驱动频率和第二驱动频率，使得帧速率是第一驱动频率和第二驱动频率的最大公约数，并且使得所述第一驱动频率和所述第二驱动频率满足以下公式：
f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数，
其中控制器还被配置成确定多个时间点、并且基于所确定的多个时间点生成触发信号，
其中控制器被配置成根据以下公式确定多个时间点(ti)：
Figure BDA0003520855830000021
其中：
Figure BDA0003520855830000022
i＝0,1,2…(4F1F2-1)。
一个或多个实施例提供了一种李萨如扫描系统，李萨如扫描系统包括被配置成基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲的传送器，其中每个光脉冲在相应的时间点被触发；振荡器结构，被配置成围绕第一旋转轴线振荡并且围绕第二旋转轴线振荡；驱动器电路，被配置成生成第一驱动信号用于以第一驱动频率(f1)围绕第一旋转轴线驱动振荡器结构，并且生成第二驱动信号用于以第二驱动频率(f2)围绕第二旋转轴线驱动振荡器结构；以及控制器，被配置成控制第一驱动信号和第二驱动信号，以便使振荡结构围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线的振荡同步、并且根据预定义的帧速率(FR)来生成李萨如扫描图案，
其中控制器被配置成选择第一驱动频率和第二驱动频率，使得帧速率是第一驱动频率和第二驱动频率的最大公约数，并且使得第一驱动频率和第二驱动频率满足以下公式：
f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数，
其中控制器还被配置成确定多个时间点、并且基于所确定的多个时间点生成所述触发信号，
其中控制器被配置成根据以下公式确定多个时间点(ti)：
Figure BDA0003520855830000031
其中：
Figure BDA0003520855830000032
i＝0,1,2…(4F1F2-1)。
一个或多个实施例提供了一种李萨如扫描的方法，包括：基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲，其中每个光脉冲在相应的时间点被触发；根据第一驱动信号以第一驱动频率(f1)围绕第一旋转轴线驱动第一振荡器结构；根据第二驱动信号以第二驱动频率(f2)围绕第二旋转轴线驱动第二振荡器结构；控制第一驱动信号和第二驱动信号，以便使第一振荡器结构和第二振荡器结构同步、并且根据预定义的帧速率(FR)来生成李萨如扫描图案；选择第一驱动频率和第二驱动频率，使得帧速率是第一驱动频率和第二驱动频率的最大公约数，并且使得第一驱动频率和第二驱动频率满足以下公式：f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数；确定多个时间点；并且基于所确定的多个时间点生成触发信号，其中根据以下公式确定多个时间点(ti)：
Figure BDA0003520855830000033
其中：
Figure BDA0003520855830000034
i＝0,1,2…(4F1F2-1)。
一个或多个实施例提供了一种李萨如扫描的方法，包括：基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲，其中每个光脉冲在相应的时间点被触发；根据第一驱动信号以第一驱动频率(f1)围绕第一旋转轴线驱动振荡器结构；根据第二驱动信号以第二驱动频率(f2)围绕第二旋转轴线驱动振荡器结构；控制第一驱动信号和第二驱动信号，以便使振荡结构围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线的振荡同步、并且根据预定义的帧速率(FR)生成李萨如扫描图案；选择第一驱动频率和第二驱动频率，使得帧速率是第一驱动频率和第二驱动频率的最大公约数，并且使得第一驱动频率和第二驱动频率满足以下公式：f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数；确定多个时间点；并且基于所确定的多个时间点生成触发信号，其中根据以下公式确定多个时间点(ti)：
Figure BDA0003520855830000035
其中：
Figure BDA0003520855830000036
i＝0,1,2…(4F1F2-1)。
附图说明
在此参考附图描述实施例。
图1A和图1B是根据一个或多个实施例的李萨如扫描系统的示意框图；
图2示出根据在图1A和图1B的李萨如扫描系统中实现的设置参数的结果李萨如图案的示例；
图3A示出根据一个或多个实施例的由驱动一个或两个MEMS振镜围绕各自的扫描轴而产生的李萨如扫描图案，所述李萨如扫描图案被进一步覆盖有激光发射图案，激光发射图案根据所计算的时间点来跟踪李萨如扫描图案；
图3B示出根据一个或多个实施例产生的来自图3A的激光发射图案，激光发射图案示出密集的、矩形的、可重复的实时光传送图案；以及
图4示出根据一个或多个实施例的由李萨如扫描系统实现的控制图，以便通过李萨如扫描生成矩形2D光传送图案。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述各种实施例。应当注意，这些实施例仅用于说明性目的并且不应被解释为限制性的。例如，虽然实施例可以被描述为包括多个特征或元件，但这不应被解释为指示实现实施例需要所有这些特征或元件。相反，在其他实施例中，一些特征或元件可以被省略，或者可以由替代特征或元件代替。另外，除了明确示出和描述的特征或元件外，可以提供另外的特征或元件，例如传感器装置的常规组件。
除非另外特别指出，来自不同实施例的特征可以组合以形成另外的实施例。关于实施例中的一个实施例描述的变化或修改也可适用于其他实施例。在一些情况下，为了避免使实施例模糊，以框图形式而不是详细地示出公知的结构和装置。
此外，在以下描述中，用等效或相似的附图标记表示等效或相似的元件或具有等效或相似功能的元件。由于在附图中相同或功能等效的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，对具有相同或相似附图标记的元件的描述是可以彼此交换的。
除非另外指出，否则附图中所示或本文所述的元件之间的连接或耦联可以是基于有线连接或无线连接。此外，这样的连接或耦联可以是没有附加中间元件的直接连接或耦联，或者是具有一个或多个附加中间元件的间接连接或耦联，只要基本保持连接或耦联的通用目的，例如用于传送某种信号或传送某种信息即可。
在本公开中，包括诸如“第一”、“第二”和/或类似的序数的表述可以修饰各种元件。然而，这些元件不受上述表达的限制。例如，上述表达不限制元件的顺序和/或重要性。上述表达仅用于将一个元件与其他元件区分开。例如，第一框和第二框表示不同的框，尽管这两个框都是框。对于进一步的示例，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
实施例涉及被配置成根据扫描图案并且更具体地根据李萨如扫描图案来传送光束或脉冲的光传送器和光传送器系统。光束包括可见光、红外(IR)光或其他类型的照明信号。在一些应用中，传送光可以被对象朝向系统反向散射，其中，反向散射光被传感器检测。传感器可以将接收到的反向散射光转换成电信号，例如电流信号或电压信号，该电信号可以由系统进一步处理以生成对象数据和/或图像。
例如，在光检测和测距(LIDAR)系统中，光源将光脉冲传送到视场内，并且光通过反向散射从一个或多个对象反射。尤其，LIDAR是直接飞行时间(TOF)系统，其中，光脉冲(例如，红外光的激光束)被发射到视场中，并且像素阵列检测和测量反射光束。例如，光检测器阵列接收来自被光照射的对象的反射。然后，跨像素阵列的多个像素的每个光脉冲的返回时间的差可以用来生成环境的数字3D表示或生成其他传感器数据。
李萨如扫描(例如，根据采用两个扫描轴的李萨如扫描图案)可以以连续扫描的方式照射场景。通过在不同的扫描方向上发射连续的光脉冲，可以扫描被称为视场的区域，并且可以检测和成像该区域内的对象。因此，视场表示具有投影中心的扫描平面。
李萨如扫描也可以用于其他应用，例如用于在其上呈现图像的电子显示器和用于操纵光的汽车头灯。
图1A和图1B分别是根据一个或多个实施例的李萨如扫描系统100A和110B的示意框图。具体地，李萨如扫描系统100A包括两个一维(1D)MEMS振镜12x和12y，这些MEMS振镜用于根据李萨如扫描图案来操纵或以其他方式偏转光束(脉冲)。相比之下，李萨如扫描系统100B包括单个二维(2D)MEMS振镜12xy，该振镜用于根据李萨如扫描图案来操纵或以其他方式偏转光束(脉冲)。
MEMS振镜12x和12y是集成在半导体芯片(未示出)上的机械移动振镜(即，MEMS微振镜)。根据本文所述实施例的MEMS振镜被配置成经由围绕单个谐振扫描轴(即，1D MEMS振镜)或通常彼此正交的两个谐振扫描轴(即，2D MEMS振镜)的旋转而振荡。MEMS振镜在扫描轴上的振荡可以在两个预定的极值偏转角(例如，+/-15度)之间进行。李萨如扫描仪被配置成在两个维度(例如，在水平x方向和垂直y方向)上操纵光束。
在图1A所示的示例中，两个1D MEMS振镜12x和12y用于在两个维度中操纵光束。MEMS振镜12x包括第一谐振扫描轴13x，第一谐振扫描轴使得MEMS振镜12x能够在x方向上操纵光，而MEMS振镜12y包括第二谐振扫描轴13y，第二谐振扫描轴使得MEMS振镜12yx能够在y方向上操纵光。两个MEMS振镜12x和12y沿着光束的传送路径顺序地布置，使得MEMS振镜中的一个MEMS振镜(例如，MEMS振镜12x)首先接收光束并在第一维度操纵该光束，并且MEMS振镜中的第二MEMS振镜(例如，MEMS振镜12y)接收来自第一MEMS振镜的光束并在第二维度操纵该光束。结果，两个MEMS振镜12x和12y一起操作以在两个维度中操纵由照明单元10生成的光束。这样，两个MEMS振镜12x和12y可以将光束引导到视场中的期望2D坐标(例如，x-y坐标)。多个光束可以由两个MEMS振镜12x和12y在李萨如图案的不同2D坐标处操纵。
在图1B所示的另一个示例中，一个2D MEMS振镜12xy用于在两个维度中操纵光束。MEMS振镜12xy包括使MEMS振镜12xy能够在x方向上操纵光的第一谐振扫描轴13x和使MEMS振镜12xy能够在y方向上操纵光的第二谐振扫描轴13y。这样，单个MEMS振镜能够在x方向和y方向两者上操纵从照明单元10接收的光束。结果，MEMS振镜12xy可以将光束引导到视场中的期望2D坐标(例如，x-y坐标)。多个光束可以由MEMS振镜12xy在李萨如图案的不同2D坐标处操纵。
每个MEMS振镜12x、12y和12xy是谐振器(即，谐振MEMS振镜)，被配置成以谐振频率围绕其每个扫描轴“左右”振荡，使得从MEMS振镜反射的光在相应扫描轴的扫描方向上来回振荡。如下面将进一步详细描述的，可以针对每个扫描轴13x和13y使用不同的谐振频率，以定义李萨如图案。
李萨如扫描系统100A和110B均包括照明单元10(即，光传送器)，照明单元包括至少一个光源(例如，至少一个激光二极管或发光二极管)，该光源被配置成沿着朝向(一个或多个)MEMS振镜的传送路径传送光束(脉冲)。照明单元10可以根据从系统控制器23接收的触发信号顺序地传送多个光脉冲。
李萨如扫描系统100A和110B还包括被配置成控制扫描系统的组件的系统控制器23。在某些应用中，例如LIDAR，系统控制器23还可被配置成从光传感器(未例示)接收原始数据、且对该原始数据执行处理(例如，经由数字信号处理)，以用于生成对象数据(例如，点云数据)。因此，系统控制器23包括用于处理数据的信号处理链的至少一个处理器和/或处理器电路装置(例如，比较器、TDC、ADC和数字信号处理器(DSP))，以及被配置成生成控制信号的控制电路装置，诸如微控制器。
系统控制器23被配置成生成用于触发照明单元10以生成光脉冲的触发信号。因此，系统控制器23控制经由触发信号从照明单元10发出光脉冲的定时。系统控制器23还被配置成针对MEMS振镜的扫描轴中的每个扫描轴设置MEMS振镜的驱动频率并且能够使围绕两个扫描轴13x和13y的振荡同步。
李萨如扫描系统100A和110B都包括用于围绕第一扫描轴13x驱动MEMS振镜(即，MEMS振镜12x或12xy)的MEMS驱动器25x和用于围绕第二扫描轴13y驱动MEMS振镜(即，MEMS振镜12y或12xy)的MEMS驱动器25y。每个MEMS驱动器25x、25y激励和感测振镜围绕其各自扫描轴的旋转位置，并且将振镜的位置信息(例如，围绕旋转轴线的倾斜角或旋转角度)提供给系统控制器23。基于该位置信息，照明单元10的激光源可以由系统控制器23触发。因此，MEMS振镜的位置感测的更高精度导致对扫描系统的其他组件的更精确和准确的控制。
驱动电压(即，致动或驱动信号)由MEMS驱动器施加到MEMS振镜的与其对应的扫描轴对应的致动器结构，以驱动MEMS振镜围绕该扫描轴的振荡。驱动电压可以被称为高电压(HV)。致动器结构可以包括由叉指式镜梳和框架梳制成的叉指式指状电极，驱动电压(即，致动或驱动信号)由MEMS驱动器施加到叉指式指状电极。施加到致动器结构的驱动电压在(例如)叉指式镜梳与框架梳之间产生驱动力，所述驱动力在镜主体上产生围绕旋转轴线的转矩。驱动电压可以被开关或切换至接通和断开(HV开/关)，导致振荡的驱动力。振荡的驱动力使振镜在其旋转轴线上在两个极值之间来回振荡。驱动电压可以是恒定驱动电压，这意味着驱动电压在被致动(即，切换至开启)时是相同的电压。然而，将理解，驱动电压被切换至接通和断开以便产生镜振荡。根据配置，可以通过调节驱动电压断开时间、驱动电压的电压电平或占空比来调整或调节该致动。
在其他实施例中，电磁致动器可以用于围绕相应的扫描轴驱动MEMS振镜。对于电磁致动器，驱动电流(即，致动或驱动信号)可以用于生成振荡的驱动力。因此，将理解，驱动/驱动电压和驱动/驱动电流在本文中可互换地使用以指示致动信号或驱动信号，并且两者通常可以被称为驱动力。
因此，传送技术包括将光束从一个或两个传送镜传送到视场中，所述传送镜使用两个谐振扫描轴来根据李萨如扫描图案进行传送。传送镜围绕每个扫描轴在谐振中连续振荡，使得光束被投射到视场中，当(一个或多个)传送镜改变传送方向时，该光束在视场中移动。此外，系统控制器23设置附加条件，以便生成作为密集的、矩形的、可重复的图案的李萨如扫描图案。使用以下条件来同步围绕两个扫描轴的驱动，同时还最大化根据李萨如图案的激光器触发的图案密度。
为了使李萨如图案以帧速率FR频率[Hz]周期性地再现其自身，存在关于要满足的频率f1、f2的附加条件，其中，f1是MEMS振镜(例如，MEMS振镜12x或12xy)围绕扫描轴13x的时域中的驱动频率，并且f2是MEMS振镜(例如，MEMS振镜12y或12xy)围绕扫描轴13y的时域中的驱动频率。然而，围绕两个扫描轴的振荡可能不同步并且必须通过系统控制器23同步。
例如，根据以下公式将传送光束的坐标X、Y参数地定义为时域中的振荡行为变量：
X＝sin(2π*f1*t) (1)，
Y＝sin(2π*f2*t) (2)。
X是对应于MEMS振镜围绕扫描轴13x的旋转角度X的x坐标，并且Y是对应于MEMS振镜围绕扫描轴13y的旋转角度Y的y坐标。X和Y坐标是取决于驱动频率f1、f2和时间(t)的正弦函数。然而，在同步之前，X和Y角度可以由以下公式表示：
角度
Figure BDA0003520855830000091
角度Y＝sin(2π*t*f2r) (4)，
其中，随机相位
Figure BDA0003520855830000092
和随机频率f1r、f2r表示围绕两个扫描轴的振荡可能不同步。
为了产生具有帧速率FR的可重复模式(帧)，系统控制器23被配置成经由控制信号向MEMS驱动器25x和25y应用同步和频率调谐。当预定义帧速率FR时，系统控制器23使用预定义的帧速率FR作为用于选择频率f1和f2的最大公约数。换句话说，系统控制器23选择频率f1和f2，使得帧速率FR是它们的最大公约数：
最大公约数(f1、f2)＝FR(预定义) (5)。
此外，频率f1和f2被设置成满足以下公式：
f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N＝0、1、2、3… (6)。
因此，N是等于或大于零的整数。最后，对于同步和调谐操作，系统控制器23使围绕两个扫描轴的振荡同步，使得它们之间的相位差为零：
Figure BDA0003520855830000101
因此，两个谐振扫描轴分别以恒定的扫描频率f1、f2驱动，根据公式(5)、(6)和(7)在这些扫描频率之间具有定义的频率比/差，这形成具有帧速率FR的可重复的李萨如图案(帧)。例如，在50Hz的帧速率FR和设置为零的N的情况下，f1＝450Hz并且f2＝500Hz。图2示出根据这些设置参数的所得的李萨如图案的示例。作为同步和调谐的结果，系统控制器23已经根据期望的帧速率FR确定了频率f1和f2并且已经消除了扫描轴之间的任何现有相位差。
生成作为密集的、矩形的、可重复的图案的李萨如扫描图案的下一步骤需要确定用于激光器触发的ti时间点(即，时间步长)。时间点是触发照明单元10以发射光脉冲的时刻并且还对应于李萨如图案的目标X、Y坐标。系统控制器23生成触发信号(例如，脉冲信号)以在每个确定的ti时间点触发光脉冲。照明单元10可以在触发信号的信号脉冲处生成光脉冲。计算时间点ti，使得传送到视场中的光脉冲的X、Y坐标限定密集的矩形可重复图案，其中，X、Y坐标的图案密度对于预定义的帧速率FR被最大化。
为了确定用于激光器触发的每个ti时间点，系统控制器23根据以下公式将驱动频率f1、f2转换成无量纲频率(即，转换成无量纲时域)：
Figure BDA0003520855830000111
Figure BDA0003520855830000112
其中，F1是驱动频率f1的无量纲频率，并且F2是驱动频率f2的无量纲频率。如可以理解的，无量纲频率F1和F2是通过将f1和f2除以帧速率FR来计算的。无量纲频率F1和F2表示MEMS振镜在一帧内(即，在单个李萨如图案上)围绕其各自扫描轴经历的振荡的数量。例如，使用f1＝450、f2＝500、以及FR＝50、F1＝9和F2＝10的示例。
接下来，系统控制器23使用无量纲频率F1和F2根据以下公式计算时间点之间的无量纲时间间隔Δt：
Figure BDA0003520855830000113
接着，系统控制器23使用无量纲时间间隔Δt根据以下公式计算每个激光器触发的无量纲ti时间点：
Figure BDA0003520855830000114
其中，i＝0,1,2,3,…(4F1F2-1) (11)。
可以直接从公式(8)和(9)计算无量纲ti时间点。每个ti时间点表示在照明单元10处触发光脉冲的时间，并且存在被确定和存储的4F1F2时间点(即，在李萨如图案的一个周期中的时间点的数量)。换句话说，在模式重复本身之前，在单个李萨如帧或周期中触发4F1F2光脉冲。对于每个李萨如帧或周期触发多个4F1F2光脉冲。
利萨如图案由一组Xi、Yi坐标再现，利萨如图案是矩形的并且在时间上是周期性的，具有等于1/FR的周期TFR。Xi、Yi坐标由以下公式表示：
Xi＝sin(2π*ti*F1) (12)，
Yi＝sin(2π*ti*F2) (13)。
因此，在时间点ti触发的激光脉冲被MEMS振镜12x、12y或MEMS振镜12xy在Xi、Yi的2D坐标处传送到视场中。Xi、Yi坐标对应于围绕扫描轴13x的角位置和围绕扫描轴13y的角位置。因此，当(一个或多个)MEMS振镜12x、12y、12xy根据配置的李萨如扫描图案围绕它们相应的扫描轴13x和13y被驱动时，照明单元10被触发以在精确的时间点ti发射每个光脉冲，该时间点对应于围绕扫描轴13x的角位置和围绕扫描轴13y的角位置(即，根据Xi、Yi坐标)。
该组Xi、Yi坐标也可以根据以下公式实时地并且以频率表示：
Figure BDA0003520855830000121
Xi＝sin(2π*ti*f1) (15)，
Yi＝sin(2π*ti*f2) (16)，
i＝0,1,2,3,…(4F1F2-1) (17)。
图3A示出由围绕扫描轴13x和13y驱动一个或两个MEMS振镜而产生的李萨如扫描图案，李萨如扫描图案进一步被覆盖有激光发射图案，该激光发射图案根据所计算的ti时间点跟踪李萨如扫描图案。换句话说，每个点表示在对应于Xi、Yi坐标的ti时间点发射的光脉冲。激光发射图案的分辨率由2*F1和2*F2或4F1F2定义。
图3B示出图3A的激光发射图案，以更清楚地示出由上述算法产生的密集的、矩形的、可重复的实时光传送图案。
图4示出由系统控制器23实现的控制图，以便根据以上描述利用李萨如扫描生成矩形2D光传送图案。控制图通过以李萨如扫描运行两个MEMS振镜12x和12y开始，然后继续创建具有帧速率FR和零相位差的可重复的李萨如扫描图案，然后继续计算由公式(14)表示的ti时间点，并且最后继续使用触发信号在所确定的ti时间点中的每个时间点处触发激光脉冲，同时两个MEMS振镜12x和12y根据受控的和李萨如扫描图案同步地振荡。
还应当理解，sin函数可以用具有以下附加特征的任何周期性连续函数func(x)来代替：
1)func(x+2π)＝func(x)并且关于π/2和3π/2对称，和
2)func(k*π/2+x)＝func(k*π/2-x)，k＝1，3。
func(x+2π)＝func(x)是连续的周期函数，并且另外围绕π/2和3π/2对称，func(k*π/2+x)＝func(k*π/2-x)，k＝1，3。x表示2π*t*f1或2π*t*f2。以不同方式书写，函数func(2π*t*f1+2π)＝func(2π*t*f1)为连续周期函数，并且另外围绕π/2和3π/2对称，func(k*π/2+2π*t*f1)＝func(k*π/2-2π*t*f1)，k＝1或3，并且其中，函数func(2π*t*f2+2π)＝func(2π*t*f2)为连续周期函数，并且另外围绕π/2和3π/2对称，func(k*π/2+2π*t*f2)＝func(k*π/2-2π*t*f2)，k＝1或3。
因此，正弦波函数、三角波函数、方波函数等可以用于再现李萨如扫描图案并且确定用于激光器触发的时间点。
尽管本文描述的实施例涉及具有至少一个MEMS振镜的MEMS装置，但是应当理解，其他实现方式可以包括除了MEMS振镜装置外的光学装置，包括用于根据李萨如扫描图案来操纵光的其他非MEMS谐振振荡结构。另外，尽管已经在设备的上下文中描述了一些方面，但是清楚的是，这些方面还表示对相应方法的描述，其中，块或装置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还表示对相应设备的相应块或项目或特征的描述。方法步骤中的一些或全部方法步骤可以由(或使用)硬件设备、例如微处理器、可编程计算机或电子电路装置来执行。在一些实施例中，方法步骤中的某一个或多个方法步骤可以由这样的设备执行。
还应注意，说明书或权利要求书中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各个动作中的每个动作的器件的装置来实现。此外，应当理解，在说明书或权利要求书中公开的多个动作或功能的公开不应被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开将不会将这些限制到特定顺序，除非这样的动作或功能出于技术原因不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或者可以被分解成多个子动作。除非明确排除，否则这些子动作可以被包括在此单个动作的公开中并且是该公开的一部分。
本公开中所描述的技术可至少部分地以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内实现，处理器包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、可编程逻辑控制器(PLC)或任何其他等效的集成或分立逻辑电路，以及这些组件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路装置”通常可以指任何前述逻辑电路装置，单独或与其他逻辑电路装置组合，或任何其他等效电路装置。包括硬件的控制单元也可以执行本公开的技术中的一个或多个技术。控制单元可以使用电信号和数字算法来执行其接收、分析和控制功能，这些功能也可以包括校正功能。此类硬件、软件和固件可以在同一装置内或在分离的装置内实施以支持本公开中所描述的各种技术。
本公开的一个或多个方面可以被实现为非暂时性计算机可读记录介质，其上记录有体现用于指示处理器执行方法/算法的程序。因此，非暂时性计算机可读记录介质可以具有存储在其上的电子可读控制信号，该电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)，使得执行相应的方法/算法。非暂时性计算机可读记录介质可以是例如CD-ROM、DVD、蓝光盘、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH存储器或电子存储器装置。
尽管已经公开了各种实施例，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行实现本文所公开的概念的一些优点的各种改变和修改是显而易见的。对于本领域的普通技术人员来说，显然可以适当地替换执行相同功能的其他组件。应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。应当提到的是，参考特定附图解释的特征可以与其他附图的特征组合，即使在那些没有明确提到的附图中。对本发明总体构思的这种修改旨在由所附权利要求及其合法等同物覆盖。

Claims (24)

1.一种李萨如扫描系统，包括：
传送器，被配置成基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲，其中，每个光脉冲在相应的时间点被触发；
第一振荡器结构，被配置成围绕第一旋转轴线振荡；
第二振荡器结构，被配置成围绕第二旋转轴线振荡；
驱动器电路，被配置成生成第一驱动信号用于以第一驱动频率f1围绕所述第一旋转轴线驱动所述第一振荡器结构，并且生成第二驱动信号用于以第二驱动频率f2围绕所述第二旋转轴线驱动所述第二振荡器结构；以及
控制器，被配置成控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，以便使所述第一振荡器结构和所述第二振荡器结构同步、并且根据预定义的帧速率FR来生成李萨如扫描图案，
其中所述控制器被配置成选择所述第一驱动频率和所述第二驱动频率，使得所述帧速率是所述第一驱动频率和所述第二驱动频率的最大公约数，并且使得所述第一驱动频率和所述第二驱动频率满足以下公式：
f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数，
其中所述控制器还被配置成确定所述多个时间点、并且基于所确定的所述多个时间点来生成所述触发信号，
其中所述控制器被配置成根据以下公式来确定所述多个时间点(ti)：
Figure FDA0003520855820000011
其中：
Figure FDA0003520855820000012
2.根据权利要求1所述的李萨如扫描系统，其中所述控制器被配置成控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，以便同步所述第一振荡器结构和所述第二振荡器结构，使得所述第一振荡器结构的振荡与所述第二振荡器结构的振荡之间的相位差为零。
3.根据权利要求1所述的李萨如扫描系统，其中：
所述第一振荡器结构围绕所述第一旋转轴线的第一角位置限定光传送坐标的第一部分，并且所述第二振荡器结构围绕所述第二旋转轴线的第二角位置限定所述光传送坐标的第二部分，并且
所述多个光脉冲中的每个光脉冲在不同的光传送坐标处传送。
4.根据权利要求3所述的李萨如扫描系统，其中所述多个光脉冲的传送图案是矩形的。
5.根据权利要求4所述的李萨如扫描系统，其中对于预定义的所述帧速率，所述传送模式的模式密度被最大化。
6.根据权利要求3所述的李萨如扫描系统，其中所述多个光脉冲中的每个光脉冲的光传送坐标由以下定义：
Xi＝sin(2π*ti*f1)，
Yi＝sin(2π*ti*f2)，并且
i＝0，1，2...(4F1F2-1)，
其中，Xi是光传送坐标的所述第一部分，并且Yi是光传送坐标的所述第二部分。
7.根据权利要求3所述的李萨如扫描系统，其中所述多个光脉冲中的每个光脉冲的光传送坐标由以下定义：
Xi＝func(2π*ti*f1)，
Yi＝func(2π*ti*f2)，并且
i＝0，1，2...(4F1F2-1)，
其中，Xi是光传送坐标的所述第一部分，并且Yi是光传送坐标的所述第二部分，并且func是关于π/2和3π/2对称的连续周期函数。
8.根据权利要求1所述的李萨如扫描系统，其中所述李萨如扫描图案在李萨如帧之上再现，所述多个光脉冲在所述李萨如帧期间被传送，并且所述控制器被配置成针对多个李萨如帧中的每个李萨如帧重复所述李萨如扫描图案。
9.根据权利要求8所述的李萨如扫描系统，其中，所述控制器被配置成根据针对所述多个李萨如帧中的每个李萨如帧所确定的多个时间点来重复所述触发信号。
10.根据权利要求1所述的李萨如扫描系统，其中所述李萨如扫描图案由以下定义：
角度X＝sin(2π*t*f1)，以及
角度Y＝sin(2π*t*f2)，
其中，角度X是所述第一振荡器结构围绕所述第一旋转轴线随时间(t)的旋转角度，并且角度Y是所述第二振荡器结构围绕所述第二旋转轴线随时间(t)的旋转角度。
11.根据权利要求1所述的李萨如扫描系统，其中所述李萨如扫描图案由以下定义：
角度X＝func(2π*t*f1)，以及
角度Y＝func(2π*t*f2)，
其中，角度X是所述第一振荡器结构围绕所述第一旋转轴线随时间(t)的旋转角度，并且角度Y是所述第二振荡器结构围绕所述第二旋转轴线随时间(t)的旋转角度，并且
其中，所述函数func(2π*t*f1+2π)＝func(2π*t*f1)是围绕π/2和3π/2对称的连续周期函数，func(k*π/2+2π*t*f1)＝func(k*π/2-2π*t*f1)，k＝1或3，并且
其中，所述函数func(2π*t*f2+2π)＝func(2π*t*f2)是围绕π/2和3π/2对称的连续周期函数，func(k*π/2+2π*t*f2)＝func(k*π/2-2π*t*f2)，k＝1或3。
12.一种李萨如扫描系统，包括：
传送器，被配置成基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲，其中每个光脉冲在相应的时间点被触发；
振荡器结构，被配置成围绕第一旋转轴线振荡并且围绕第二旋转轴线振荡；
驱动器电路，被配置成生成第一驱动信号用于以第一驱动频率f1围绕所述第一旋转轴线驱动所述振荡器结构，并且生成第二驱动信号用于以第二驱动频率f2围绕所述第二旋转轴线驱动所述振荡器结构；以及
控制器，被配置成控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，以便使所述振荡结构围绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的振荡同步、并且根据预定义的帧速率FR来生成李萨如扫描图案，
其中所述控制器被配置成选择所述第一驱动频率和所述第二驱动频率，使得所述帧速率是所述第一驱动频率和所述第二驱动频率的最大公约数，并且使得所述第一驱动频率和所述第二驱动频率满足以下公式：
f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数，
其中所述控制器还被配置成确定所述多个时间点、并且基于所确定的所述多个时间点来生成所述触发信号，
其中所述控制器被配置成根据以下公式来确定所述多个时间点(ti)：
Figure FDA0003520855820000041
其中：
Figure FDA0003520855820000042
13.根据权利要求12所述的李萨如扫描系统，其中所述控制器被配置成控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，以便使所述振荡器结构围绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的振荡同步，使得所述振荡之间的相位差为零。
14.根据权利要求12所述的李萨如扫描系统，其中：
所述振荡器结构围绕所述第一旋转轴线的第一角位置限定光传送坐标的第一部分，并且所述振荡器结构围绕所述第二旋转轴线的第二角位置限定所述光传送坐标的第二部分，并且
所述多个光脉冲中的每个光脉冲在不同的光传送坐标处传送。
15.根据权利要求14所述的李萨如扫描系统，其中所述多个光脉冲的传送图案是矩形的。
16.根据权利要求15所述的李萨如扫描系统，其中对于预定义的帧速率，所述传送模式的模式密度被最大化。
17.根据权利要求14所述的李萨如扫描系统，其中所述多个光脉冲中的每个光脉冲的光传送坐标由以下定义：
Xi＝sin(2π*ti*f1)，
Yi＝sin(2π*ti*f2)，并且
i＝0，1，2...(4F1F2-1)，
其中，Xi是光传送坐标的所述第一部分，并且Yi是光传送坐标的所述第二部分。
18.根据权利要求14所述的李萨如扫描系统，其中所述多个光脉冲中的每个光脉冲的光传送坐标由以下定义：
Xi＝func(2π*ti*f1)，
Yi＝func(2π*ti*f2)，并且
i＝0，1，2...(4F1F2-1)，
其中，Xi是光传送坐标的所述第一部分，并且Yi是光传送坐标的所述第二部分，并且func是关于π/2和3π/2对称的连续周期函数。
19.根据权利要求12所述的李萨如扫描系统，其中所述李萨如扫描图案在李萨如帧之上再现，所述多个光脉冲在所述李萨如帧期间被传送，并且所述控制器被配置成针对多个李萨如帧中的每个李萨如帧重复所述李萨如扫描图案。
20.根据权利要求19所述的李萨如扫描系统，其中所述控制器被配置成根据针对所述多个李萨如帧中的每个李萨如帧所确定的所述多个时间点来重复所述触发信号。
21.根据权利要求12所述的李萨如扫描系统，其中所述李萨如扫描图案由以下定义：
角度X＝sin(2π*t*f1)，以及
角度Y＝sin(2π*t*f2)，
其中，角度X是所述振荡器结构围绕所述第一旋转轴线随时间(t)的旋转角度，并且角度Y是所述振荡器结构围绕所述第二旋转轴线随时间(t)的旋转角度。
22.根据权利要求12所述的李萨如扫描系统，其中，所述李萨如扫描图案由以下定义：
角度X＝func(2π*t*f1)，和
角度Y＝func(2π*t*f2)，
其中，角度X是所述振荡器结构围绕所述第一旋转轴线随时间(t)的旋转角度，并且角度Y是所述振荡器结构围绕所述第二旋转轴线随时间(t)的旋转角度，并且
其中，所述函数func(2π*t*f1+2π)＝func(2π*t*f1)是围绕π/2和3π/2对称的连续周期函数，func(k*π/2+2π*t*f1)＝func(k*π/2-2π*t*f1)，k＝1或3，并且
其中，所述函数func(2π*t*f2+2π)＝func(2π*t*f2)是围绕π/2和3π/2对称的连续周期函数，func(k*π/2+2π*t*f2)＝func(k*π/2-2π*t*f2)，k＝1或3。
23.一种李萨如扫描的方法，包括：
基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲，其中每个光脉冲在相应的时间点被触发；
根据第一驱动信号以第一驱动频率f1围绕第一旋转轴线驱动第一振荡器结构；
根据第二驱动信号以第二驱动频率f2围绕第二旋转轴线驱动第二振荡器结构；
控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，以便使所述第一振荡器结构和所述第二振荡器结构同步、并且根据预定义的帧速率FR来生成李萨如扫描图案；
选择所述第一驱动频率和所述第二驱动频率，使得所述帧速率是所述第一驱动频率和所述第二驱动频率的最大公约数，并且使得所述第一驱动频率和所述第二驱动频率满足以下公式：
f2-f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数；
确定所述多个时间点；以及
基于所确定的多个时间点生成所述触发信号，
其中，根据以下公式确定多个时间点(ti)：
Figure FDA0003520855820000061
其中：
Figure FDA0003520855820000062
24.一种李萨如扫描的方法，包括：
基于触发信号在多个时间点传送多个光脉冲，其中每个光脉冲在相应的时间点被触发；
根据第一驱动信号以第一驱动频率f1围绕第一旋转轴线驱动振荡器结构；
根据第二驱动信号以第二驱动频率f2围绕第二旋转轴线驱动振荡器结构；
控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，以便使所述振荡结构围绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的振荡同步、并且根据预定义的帧速率FR生成李萨如扫描图案；
选择所述第一驱动频率和所述第二驱动频率，使得所述帧速率是所述第一驱动频率和所述第二驱动频率的最大公约数并且使得所述第一驱动频率和所述第二驱动频率满足以下公式：
f2–f1＝(2*N+1)*FR，其中，N是等于或大于零的整数；
确定所述多个时间点；以及
基于所确定的多个时间点生成所述触发信号，
其中，根据以下公式确定多个时间点(ti)：
Figure FDA0003520855820000071
其中：
Figure FDA0003520855820000072
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