一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光雷达发射光学系统技术领域，特别涉及一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置。该装置包括控制单元、第一激光发射单元、MEMS摆镜、第二激光发射单元、感光芯片；第一激光发射单元发出的激光经过MEMS摆镜反射形成扫描光路，扫描光路用于扫描待测目标，MEMS摆镜通过摆动调节激光的反射方向以改变扫描角度；第二激光发射单元发出的激光依次经过MEMS摆镜和感光芯片形成反馈光路，感光芯片用于获取MEMS摆镜摆动的实际角度；控制单元用于控制MEMS摆镜的扫描角度，控制单元还用于接收实际角度进行校准，以提升控制单元控制MEMS摆镜的精度。本发明专利技术实施例提供了一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置，能够减少MEMS摆镜的理论摆动角度和实际摆动角度之间的误差。动角度和实际摆动角度之间的误差。动角度和实际摆动角度之间的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置


[0001]本专利技术涉及激光雷达发射光学系统
，特别涉及一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置。

技术介绍

[0002]月球探测过程中，需要对月球表面的特征进行高精度的三维地形绘制,为满足探测需求，需要精确控制激光雷达的扫描角度。
[0003]相比基于机械扫描装置的激光雷达，基于MEMS摆镜的激光雷达具有更小的体积，更轻的重量以及更低的功耗，具有广泛的应用前景。实际应用中，通过驱动电压来控制MEMS摆镜的扫描角度。然而该控制方式为开环控制，即使通过标定等手段得到控制电压和扫描角度的关系，但是，由于MEMS摆镜本身的扰动以及电路噪声的扰动，理论摆动角度和实际摆动角度仍然存在一定的误差。
[0004]所以亟需一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置，能够减少MEMS摆镜的理论摆动角度和实际摆动角度之间的误差。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置，能够减少MEMS摆镜的理论摆动角度和实际摆动角度之间的误差。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置，包括控制单元、第一激光发射单元、MEMS摆镜、第二激光发射单元、感光芯片；
[0007]所述第一激光发射单元发出的激光经过所述MEMS摆镜反射形成扫描光路，所述扫描光路用于扫描待测目标，所述MEMS摆镜通过摆动调节激光的反射方向以改变扫描角度；
[0008]所述第二激光发射单元发出的激光依次经过所述MEMS摆镜和所述感光芯片形成反馈光路，所述感光芯片用于获取所述MEMS摆镜摆动的实际角度；
[0009]所述控制单元用于控制所述MEMS摆镜的扫描角度，所述控制单元还用于接收所述实际角度进行校准，以提升所述控制单元控制所述MEMS摆镜的精度。
[0010]在一种可能的设计中，所述扫描光路所在平面和所述反馈光路所在平面互相垂直。
[0011]在一种可能的设计中，所述第二激光发射单元包括第二激光器、第二准直透镜和聚焦镜，所述第二激光器用于提供激光，所述第二准直透镜用于准直透过其的激光，所述聚焦镜用于聚焦透过其的激光。
[0012]在一种可能的设计中，所述感光芯片设置在所述聚焦镜的焦平面处。
[0013]在一种可能的设计中，所述第一激光发射单元包括第一激光器、第一准直镜，所述第一激光器用于发射激光，所述第一准直镜用于准直透过其的激光。
[0014]在一种可能的设计中，还包括角扩束镜，所述第一激光发射单元发出的激光经过所述MEMS摆镜反射到所述角扩束镜上，所述角扩束镜用于放大光线扫描角度，形成扫描点
阵列出射。
[0015]在一种可能的设计中，所述感光芯片用于接收光线的一侧设置有中性密度滤光片，所述第一激光发射单元和所述第二激光发射单元发出的激光的频率不同，所述中性密度滤光片用于过滤所述第一激光发射单元发出的激光，通过所述第二激光发射单元发出的激光。
[0016]在一种可能的设计中，所述第一激光发射单元发出的激光为中心波长1064nm的近红外光，所述第二激光发射单元发出的激光为中心波长650nm的可见红光。
[0017]在一种可能的设计中，所述中性密度滤光片的光学密度OD≥5。
[0018]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描方法，基于上述中任一项实施例中的装置，所述方法包括：
[0019]利用所述第一激光发射单元、所述第二激光发射单元发射激光，形成所述扫描光路和所述反馈光路；
[0020]利用所述控制单元调节所述MEMS摆镜以对所述待测目标进行扫描；
[0021]所述感光芯片实时获取所述MEMS摆镜摆动的所述实际角度；
[0022]所述控制单元接收所述实际角度并根据所述实际角度校准，以提升所述控制单元控制所述MEMS摆镜的精度。
[0023]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0024]在现有技术中，对MEMS摆镜的控制为开环控制，开环控制存在一定的局限性。由于MEMS摆镜本身的扰动以及电路噪声的扰动，理论摆动和实际摆动之间必然存在误差，该误差是无法动过标定等手段消除的。为了解决上述问题，本申请提供了一种开环控制MEMS摆镜的装置，即在原有MEMS摆镜装置的基础上设置一组形成反馈光路的装置，具体地，反馈光路由第二激光发射装置、MEMS摆镜和感光芯片组成。如此设置，在控制单元控制MEMS摆镜摆动以扫描待测目标的过程中，反馈光路的反射部分随着MEMS摆镜的摆动发生变化，具体变化体现在作为接收端的感光芯片上，根据感光芯片接收到的光点的位置变化和MEMS摆镜与感光芯片之间的距离能够得到MEMS摆镜摆动的实际角度。控制单元根据实际角度校准MEMS摆镜的角度，达到提升MEMS摆镜控制精度的效果。根据本专利技术提供的装置，能够使MEMS摆镜摆动的角度精度从0.1
°
提高到0.01
°
。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例提供的一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置的反馈光路部分的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例提供的一种基于MEMS摆镜的闭环控制扫描装置的扫描光路部分的结构示意图。
[0028]图中：1.第二激光器，2.第二准直透镜，3.聚焦镜，4.MEMS摆镜，5.中性密度滤光片，6.感光芯片，7.第一激光器，8.第一准直透镜，9.角扩束镜，10.机械支撑结构。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]在本专利技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0031]本说明书的描述中，需要理解的是，本专利技术实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本专利技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS摆镜(4)的闭环控制扫描装置，其特征在于，包括控制单元、第一激光发射单元、MEMS摆镜(4)、第二激光发射单元、感光芯片(6)；所述第一激光发射单元发出的激光经过所述MEMS摆镜(4)反射形成扫描光路，所述扫描光路用于扫描待测目标，所述MEMS摆镜(4)通过摆动调节激光的反射方向以改变扫描角度；所述第二激光发射单元发出的激光依次经过所述MEMS摆镜(4)和所述感光芯片(6)形成反馈光路，所述感光芯片(6)用于获取所述MEMS摆镜(4)摆动的实际角度；所述控制单元用于控制所述MEMS摆镜(4)的扫描角度，所述控制单元还用于接收所述实际角度进行校准，以提升所述控制单元控制所述MEMS摆镜(4)的精度。2.根据权利要求1所述的闭环控制扫描装置，其特征在于，所述扫描光路所在平面和所述反馈光路所在平面互相垂直。3.根据权利要求1所述的闭环控制扫描装置，其特征在于，所述第二激光发射单元包括第二激光器(1)、第二准直透镜(2)和聚焦镜(3)，所述第二激光器(1)用于提供激光，所述第二准直透镜(2)用于准直透过其的激光，所述聚焦镜(3)用于聚焦透过其的激光。4.根据权利要求3所述的闭环控制扫描装置，其特征在于，所述感光芯片(6)设置在所述聚焦镜(3)的焦平面处。5.根据权利要求1所述的闭环控制扫描装置，其特征在于，所述第一激光发射单元包括第一激光器(7)、第一准直镜，所述第一激光器(7)用于发射激光，所述第一准直镜用于准直透过其的激光。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张运方，蒋媛媛，胡彦旭，张东来，曹哲，朱飞虎，董超，曹中祥，王子夫，郑岩，王立，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：