CN102520412A - 基于微机械mems 二维扫描镜阵列的激光主动探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微机械MEMS二维扫描镜阵列的激光主动探测装置。DSP信号处理电路1生成激光脉冲控制信号控制激光测距仪阵列发射脉冲激光，激光光束经微机械MEMS二维扫描镜阵列扫描后，照射到被探测的目标上，激光光束被反射回激光测距仪阵列后，激光测距仪阵列根据发射激光脉冲和接收激光脉冲之间的时间差测量出被测目标的距离，DSP信号处理电路利用控制总线控制FPGA逻辑电路分别连接微机械(MEMS)二维扫描镜阵列四组激光测距仪阵列，将测量结果读取到DSP信号处理电路中。该装置结构简单，扫描速度高，扫描范围大，成本低，体积小，质量轻等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光探测装置，特别是一种基于微机械(MEMS)二维扫描镜的激光主动探测装置。
背景技术
激光探测技术已有40多年的发展历史。高速激光扫描技术一直是制约激光探测技术发展的一项瓶颈技术。传统的激光扫描方法主要包括机械扫描和声(电)光扫描，但这两种扫描方法被用于激光主动成像制导时均存在一定的局限性。机械扫描是较成熟的一种扫描技术，它利用反射镜或透射镜等光学元件的转动或振动来改变光束的传播方向从而实现光束的扫描。而声(电)光扫描则是利用声(电)光效应来改变光束在空间的传播方向，即声(电)光晶体在声波(电场)的作用下沿某些方向对光的折射率发生变化，当激光束沿特定方向入射时，在声(电)场的作用下就会发生偏转从而达到扫描的目的。光束偏转角的大小与晶体折射率的线性变化率成正比。
表-1三种扫描方法的比较
从上表可以看出，机械扫描，扫描角度大，受温度影响小、适用于各类波长的激光，但扫描速度低，结构复杂，体积、质量、功耗都比较大，而且高速电机的价格也比较昂贵。声(电)光扫描可获得很高的工作频率，但扫描偏转角度较小，光损耗较大，工作效率很低。
MEMS二维扫描镜是一种很好的激光扫描装置，但是单只MEMS二维扫描镜扫描角度有限，在应用的过程中受到很大的限制，需要寻找一种新的大范围扫描装置。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于微机械MEMS二维扫描镜阵列的激光主动探测装置，该装置结构简单，扫描速度高，扫描范围大，成本低，体积小，质量轻等优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
DSP信号处理电路1生成激光脉冲控制信号控制激光测距仪阵列发射脉冲激光，激光光束经微机械MEMS二维扫描镜阵列扫描后，照射到被探测的目标上，激光光束被反射回激光测距仪阵列后，激光测距仪阵列根据发射激光脉冲和接收激光脉冲之间的时间差测量出被测目标的距离，DSP信号处理电路利用控制总线控制FPGA逻辑电路分别连接微机械(MEMS)二维扫描镜阵列四组激光测距仪阵列，将测量结果读取到DSP信号处理电路中。
所述MEMS二维扫描镜阵列所包含的数量至少为两个。
所述的激光测距仪的数量和安装位置与MEMS二维扫描镜相互对应。
本发明的装置具备以下优点：
1.结构简单，体积小质量轻：
2.扫描频率高，扫描范围大：
附图说明
图1是基于MEMS二维扫描镜的激光探测装置结构示意图.
具体实施方式
如图1所示，该激光探测装置分为4个部分，1、DSP信号处理电路；2、FPGA逻辑电路；3、激光测距仪阵列；4、微机械(MEMS)二维扫描镜阵列；5、被探测的目标。
具体实施方式
DSP信号处理电路1生成激光脉冲控制信号控制激光测距仪阵列3发射脉冲激光，激光光束经微机械(MEMS)二维扫描镜阵列4扫描后，照射到被探测的目标5上，激光光束被反射回激光测距仪后，激光测距仪根据发射激光脉冲和接收激光脉冲之间的时间差测量出被测目标的距离，DSP信号处理电路1利用控制总线控制FPGA逻辑电路2分别连接微机械(MEMS)二维扫描镜阵列4组激光测距仪，将测量结果读取到DSP信号处理电路1中，DSP信号处理电路1将微机械(MEMS)二维扫描镜阵列4组测量结果进行整理生成一副激光测距仪阵列3维激光图像。
将DSP信号处理电路通过I/O分别与四个激光测距仪相连，用以输出脉冲控制信号控制激光测距仪；将DSP信号处理电路通过控制总线与FPGA相连，用以控制FPGA的输入与输出；四个激光测距仪通过四个不同的UART串口与FPGA相连，将测量的距离信息输入FPGA；FPGA通过UART串口与DSP信号处理电路相连，将四组测量信息输入DSP中进行整合。
本发明基于MEMS二维扫描镜阵列的激光主动探测装置的组成还可以包括这样一些特征：
1.MEMS扫描阵列至少包含两片MEMS二维扫描镜。
2.每只MEMS二维扫描镜对应一组脉冲激光测距仪。
本发明的测量方法包括如下几个步骤：
1.DSP通过IO口分别控制4路激光测距仪发射4路脉冲激光；
2.4路脉冲激光分别经4片MEMS二维扫描镜扫描后照射到探测目标上；
3.4路激光反射回各自的激光测距仪，经激光测距仪测量后得到4路相应的距离信息；
4.DSP控制FPGA将UART口分别与4路激光测距仪相连并读取4路距离信息；
5.DSP对4路距离信息进行处理判断探测区域内是否有目标。
重复1-5步，即可实现连续探测。
在实施过程中，脉冲激光在控制信号的导引下，通过数个激光测距仪，得到扫描面的一维距离电信号，再将此信号与通过转角信息所得的另外两维电信号相结合，经过计算机的处理，得到完整的3维激光图像。
Claims (3)
1.基于微机械MEMS二维扫描镜阵列的激光主动探测装置，其特征在于，
DSP信号处理电路1生成激光脉冲控制信号控制激光测距仪阵列(3)发射脉冲激光，激光光束经微机械MEMS二维扫描镜阵列(4)扫描后，照射到被探测的目标(5)上，激光光束被反射回激光测距仪阵列(3)后，激光测距仪阵列(3)根据发射激光脉冲和接收激光脉冲之间的时间差测量出被测目标的距离，DSP信号处理电路(1)利用控制总线控制FPGA逻辑电路(2)分别连接微机械(MEMS)二维扫描镜阵列(4)四组激光测距仪阵列(3)，将测量结果读取到DSP信号处理电路(1)中。
2.根据权利要求1所述的MEMS二维扫描镜阵列的激光主动探测装置，其特征在于：所述MEMS二维扫描镜阵列所包含的数量至少为两个。
3.根据权利要求1所述的MEMS二维扫描镜阵列的激光主动探测装置，其特征在于：所述的激光测距仪的数量和安装位置与MEMS二维扫描镜相互对应。
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