CN204903760U - 一种基于mems镜原理的激光探测及测距装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，包括光学模组，另外还包括控制机构、数模转换单元、高电压放大器和MEMS镜，四者的输出端依次连接；另外，所述控制机构的输出端还连接有激光发射器，输入端则连接有鉴相器，所述鉴相器连接于激光接收器；所述激光发射器所发射的激光经过MEMS镜的反射后到达光学模组。通过控制MEMS镜的倾斜来控制激光发射的方向，以此实现使用单一激光束对不同方向的障碍物进行探测、测距，让本来只可以测量一个点的激光发射器实现可以扫描一个面。随着MEMS镜倾斜角度的变化，一片区域内所有障碍物与激光器之间的距离都可以被测量出来，甚至可以根据探测得到的障碍物位置生成一幅扫描图像。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种探测及测距装置，具体涉及一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置。
背景技术
机器人和自动车辆需要体积小巧、价格低廉的激光探测、测距装置(激光雷达)来实现自主导航，但是现有的激光雷达为了扩大扫描的范围，要么使用多个激光头，要么使用光学仪器使单束激光分裂为多束激光，或者使用电机控制激光头旋转来进行线或面的扫描，这些方法使得激光雷达体积较大，价格昂贵，从而适用面较窄。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，使得其能够实现在多达20米的范围内扫描障碍物距离。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，包括光学模组，另外还包括控制机构、数模转换单元、高电压放大器和MEMS镜，四者的输出端依次连接；另外，所述控制机构的输出端还连接有激光发射器，输入端则连接有鉴相器，所述鉴相器的输入端连接于激光接收器的输出端；所述激光发射器所发射的激光经过MEMS镜的反射后到达光学模组。
进一步地，所述控制机构包括模数转换单元、MEMS镜闪存以及FPGA，MEMS镜闪存的输出端和模数转换单元的输出端分别连接于所述FPGA的输入端。
进一步地，所述MEMS镜为双轴MEMS镜。
更进一步地，所述控制机构的输入端连接有时钟，具体连接于所述模数转换单元的输入端。
进一步地，所述激光接收器为锥形光纤束。
进一步地，所述光学模组包括至少一个凹透镜和至少一个由凸透镜组成的望远镜，经过MEMS镜反射的激光依次经过所述望远镜和凹透镜。
本实用新型的有益效果在于：通过控制MEMS镜的倾斜来控制激光发射的方向，以实现使用单一激光束对不同方向的障碍物进行探测、测距，让本来只可以测量一个点的激光发射器实现可以扫描一个面，从而随着MEMS镜倾斜角度的变化，一片区域内所有障碍物与激光发射器之间的距离都可以被测量出来，甚至可以根据探测得到的障碍物位置生成一幅扫描图像。
附图说明
图1为本实用新型的结构连接示意框图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，包括光学模组，另外还包括控制机构、数模转换单元、高电压放大器和MEMS镜，四者的输出端依次连接；另外，所述控制机构的输出端还连接有激光发射器，输入端则连接有鉴相器，所述鉴相器的输入端连接于激光接收器的输出端；所述激光发射器所发射的激光经过MEMS镜的反射后到达光学模组。
进一步地，所述控制机构包括模数转换单元、MEMS镜闪存以及FPGA，MEMS镜闪存的输出端和模数转换单元的输出端分别连接于所述FPGA的输入端。
进一步地，所述MEMS镜为双轴MEMS镜。MEMS镜直径1.2mm，可以绕X轴倾斜±6.6°，定义绕X轴的角为α；绕Y轴倾斜±3.3°，定义绕Y轴的角为β。
更进一步地，所述控制机构的输入端连接有时钟，具体连接于所述模数转换单元的输入端。
进一步地，所述激光接收器为锥形光纤束。
进一步地，所述光学模组包括至少一个凹透镜和至少一个由凸透镜组成的望远镜，经过MEMS镜反射的激光依次经过所述望远镜和凹透镜。
利用上述装置进行探测及测距装置的步骤如下：
S1预先在MEMS镜闪存中存储数字形式的电压值。双轴MEMS镜由电压驱动的静电制动器控制，其倾斜与电压相关，不同的电压对应不同的倾斜角度，在MEMS镜闪存中所存储的就是这些电压值。开始探测时，FPGA从MEMS镜闪存中读取特定的电压值并输出至数模转换单元转换至模拟电压，再经过高电压放大器生成具体电压值，实现MEMS镜的倾斜角度的控制；
S2在所述时钟的作用下，FPGA生成触发信号控制激光发射器以200KHz频率发射持续时间2-3ns的脉冲激光；
S3脉冲激光照射到双轴MEMS镜上后，由于双轴MEMS镜的反射改变了方向到达经过光学模组，具体为依次经过所述望远镜和凹透镜。光学模组的主要作用是2.5倍地放大双轴MEMS镜的扫描范围；
S4激光打到障碍物上，经过障碍物散射以后被锥形光纤束收集起来，然后经过鉴相器，通过鉴相器传输至控制机构；
S5控制机构根据相位式激光测距的原理，算出本装置到障碍物之间的距离。相位式测距的原理是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距装置与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再以此计算出待测距离：
设调制光角频率为ω，在本装置和障碍物之间往返一次产生的相位延迟为φ，则往返一次的时间t＝(φ+△φ)/ω；△φ表示不足一个相位的相位差；以c表示光速，则待测距离L＝1/2ct＝1/2c×(φ+△φ)/ω。
这样随着MEMS镜倾斜角度的变化，一片区域内所有障碍物与本装置之间的距离都可以被测量出来，然后通过读取驱动电压间接地知道MEMS镜倾斜的角度，这样就可以准确的知道一片区域内所有障碍物所处的方位和这些障碍物与本装置之间的距离。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，包括光学模组，其特征在于，还包括控制机构、数模转换单元、高电压放大器和MEMS镜，四者的输出端依次连接；另外，所述控制机构的输出端还连接有激光发射器，输入端则连接有鉴相器，所述鉴相器连接于激光接收器；所述激光发射器所发射的激光经过MEMS镜的反射后到达光学模组。
2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，其特征在于，所述控制机构包括模数转换单元、MEMS镜闪存以及FPGA，MEMS镜闪存的输出端和模数转换单元的输出端分别连接于所述FPGA的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，其特征在于，所述MEMS镜为双轴MEMS镜。
4.根据权利要求2所述的一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，其特征在于，所述控制机构的输入端连接有时钟，具体连接于所述模数转换单元的输入端。
5.根据权利要求1所述的一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，其特征在于，所述激光接收器为锥形光纤束。
6.根据权利要求1所述的一种基于MEMS镜原理的激光探测及测距装置，其特征在于，所述光学模组包括至少一个凹透镜和至少一个由凸透镜组成的望远镜，经过MEMS镜反射的激光依次经过所述望远镜和凹透镜。
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