CN108873315A - 一种振镜和基于恒定分辨率的振镜控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种振镜和基于恒定分辨率的振镜控制方法,所述振镜包括：反射镜，用于反射由发光体发射出的光束；第一轴，其工作频率为第一频率；第二轴，其工作频率为第二频率，第二频率大于第一频率，第一轴、第二轴带动振镜的反射镜偏转，第二轴的转动轴线与第一轴的转动轴线垂直；设置第一频率的的取值整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与参考值之间的差值小于第一频率的取值，第二频率的取值为参考值，用于第二轴转动的驱动电压提高；或者，第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，用于向所述反射镜发射光束的发光体改变工作状态。
Description
技术领域
本发明属于光学检测领域，具体涉及一种振镜和基于恒定分辨率的振镜控制方法。
背景技术
为了实现快速、准确检测的目的，将振镜置于光路中使用，利用振镜对发光体发出的光束进行反射，主动去投射结构光到被测物体上，通过结构光的变形(或者飞行时间等)来确定被测物的尺寸参数，实现扫描检测的准确性和高效性。
然而，现有的振镜受环境影响频率会发生相应的变化，频率的变化会影响得到的图像显示、会降低检测的准确度、会影响对检测对象的有效判断。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种振镜，包括：
反射镜，用于反射由发光体发射出的光束；
第一轴，所述第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；
第二轴，所述第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
设置所述第一频率的取值的整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与所述参考值之间的差值小于所述第一频率的取值，所述第二频率的取值为所述参考值，用于所述第二轴转动的驱动电压提高；
或者，所述第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，用于向所述反射镜发射光束的所述发光体改变工作状态。
进一步地，第一频率为f1、第二轴的工作频率的理想值为f0，所述参考值为f0+Nf1；
当第二轴的固有频率为f0+Nf1+X1时，所述第二频率为f0+Nf1，用于所述第二轴转动的驱动电压提高；
其中，f0为f1的整数倍，N大于等于0、N为整数，X1的绝对值X1小于f1。
进一步地，第一频率为f1、第二轴的工作频率的理想值为f0，当第二轴的固有频率为f0+Nf1+X2时，所述第二频率为f0+Nf1+X2，当f0为f1的L倍，用于向所述反射镜发射N线光束的发光体停止工作，所述反射镜反射的光束的线数为L；
其中，f0为f1的整数倍，N大于等于0、N为整数，X2大于0，X2小于f1。
进一步地，所述振镜随着所述第一轴的转动偏转，光束经所述反射镜的反射在探测区域移动，光束因所述第一轴的转动在所述探测区域上进行垂直方向上的扫描，设置垂直扫描的角度范围为第一视场角，当垂直扫描的角度范围的理想值为a1、第二频率为f2，根据
设置第一视场角的取值。
进一步地，f1为7.5至25赫兹，f0为600至1000赫兹。
进一步地，设置所述第二频率比f0大4％，或者，设置所述第二频率比f0大2％。
进一步地，所述第一轴设置在非谐振状态。
进一步地，所述第一轴的振动由采用三角波的驱动信号控制。
进一步地，所述第二频率通过现场可编程门阵列处理得到。
本发明还提出一种基于恒定分辨率的振镜控制方法，包括：
设置所述振镜的第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；
设置所述振镜的第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
设置所述第一频率的取值的整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与所述参考值之间的差值小于所述第一频率的取值，设置所述第二频率的取值为所述参考值，提高用于驱动所述第二轴转动的驱动电压；
或者，设置所述第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，所述反射镜反射的光束由发光体发射，控制所述发光体的工作。
本发明能够达到的有益效果：振镜的反射镜随着第一轴、第二轴进行转动，光束经所述反射镜的反射在探测区域做相应的移动而完成扫描。根据第二轴的固有频率，控制第二频率的取值，提高用于驱动所述第二轴转动的驱动电压或者控制发射光束的发光体的工作情况，可以使振镜更好的保障用于检测的图像分辨率不变、图像稳定可靠。提高检测的准确度和效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
图1是本说明书实施例提供的一种基于恒定分辨率的振镜控制方法示意图；
图2是本说明书实施例提供的一种基于恒定分辨率的振镜控制方法示意图；
图3是本说明书实施例提供的一种基于恒定分辨率的振镜控制方法示意图；
图4是本说明书实施例提供的一种基于恒定分辨率的振镜控制方法示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书的方案，下面将结合实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
振镜在受到外界环境变化的情况下会产生频率的变化，主要有温度、振幅等的影响。从物理性质上来说，金属存在热胀冷缩、杨氏模量存在温度系数，振镜的频率在温度升高时频率上升，在温度下降时频率下降。按照理论分析频率波动在2％左右，实际会更大。再则，虽然当振镜工作在固定的振幅下，频率的变化影响可以忽略。但振幅与频率之间存在这样的关系：振幅增大，频率降低。另外，在长期老化实验中也发现在高温长期工作下振镜存在频率下降的现象。长期工作的频率下降可以参考长期寿命试验的结果，振镜的工作设定频率应以初步老化(根据前期实验老化天性能稳定)后的一定比例为准。
振镜包括反射镜，一光束可射至反射镜上，然后被反射镜反射至一目标探测区域上；通过振镜沿着两个相互垂直的轴摆动，可使被反射的光束在探测区域上沿着一预定轨迹移动而构成一影像。该两个相互垂直的轴分别可称为一快轴(第二轴)及一慢轴(第一轴)，而施加至振镜以使反射镜沿着快轴旋转的控制信号称为快轴驱动信号，使反射镜沿着慢轴旋转的控制信号称为慢轴驱动信号。快轴驱动信号主要是让反射镜沿着快轴摆动，以使光束在探测区域的水平方向上，来回地移动。慢轴驱动信号则是让反射镜沿着慢轴摆动，以使光束在探测区域的垂直方向，来回地移动。
在本说明书的一个实施例中，一种振镜，包括：反射镜，用于反射由发光体发射出的光束；
第一轴，所述第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；
第二轴，所述第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
设置所述第一频率的取值的整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与所述参考值之间的差值小于所述第一频率的取值，所述第二频率的取值为所述参考值，用于所述第二轴转动的驱动电压提高；
或者，所述第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，用于向所述反射镜发射光束的所述发光体改变工作状态。
在本说明书的一个实施例中，一种基于恒定分辨率的振镜控制方法，包括：设置所述振镜的第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；设置所述振镜的第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
设置所述第一频率的取值的整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与所述参考值之间的差值小于所述第一频率的取值，设置所述第二频率的取值为所述参考值，提高用于驱动所述第二轴转动的驱动电压；
或者，设置所述第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，所述反射镜反射的光束由发光体发射，控制所述发光体的工作。
设置固定的第一轴工作频率、第二轴工作频率，振镜的反射镜随着轴进行转动，光束经所述反射镜的反射在探测区域做相应的移动而完成扫描。根据第二轴的固有频率，控制第二频率的取值，提高用于驱动所述第二轴转动的驱动电压或者控制发射光束的发光体的工作情况，可以使振镜更好的保障用于检测的图像分辨率不变、图像稳定可靠。提高检测的准确度和效率。
在本说明书的一个实施例中，如图1、2所示，一种基于恒定分辨率的振镜控制方法，包括：设置所述振镜的第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；
设置所述振镜的第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
当第一频率为f1、第二轴的工作频率的理想值为f0，所述参考值为f0+Nf1；当第二轴的固有频率为f0+Nf1+X1时，设置所述第二频率为f0+Nf1，提高用于驱动所述第二轴转动的驱动电压；f0为f1的整数倍，N大于等于0、N为整数，X1的绝对值小于f1。此时第二频率大于第二轴的固有频率为f0+Nf1+X1，对于缺少的水平角度通过提高驱动电压来补偿，光束经所述反射镜的反射在探测区域做相应的移动完成扫描获得的图像更稳定。
由此产生的多余的线数通过扩大视场来去掉，所述振镜随着所述第一轴的转动偏转，光束经所述反射镜的反射在探测区域移动，光束因所述第一轴的转动在所述探测区域上进行垂直方向上的扫描，设置垂直扫描的角度范围为第一视场角，当垂直扫描的角度范围的理想值为a1、第二频率为f2，根据
设置第一视场角的取值。
具体的，在上述控制方法中对第一轴、第二轴的频率设置并不存在特定的先后顺序。所述第一轴设置在非谐振状态，也可以设置在谐振状态。所述第一轴的振动由采用三角波的驱动信号控制。第一轴设置在非谐振状态下抗干扰能力更强。所述第二频率通过现场可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)处理得到。
所述振镜随着所述第二轴的转动偏转，光束经所述反射镜的反射在探测区域移动，光束因所述第二轴的转动在所述探测区域上进行水平方向上扫描，设置水平扫描的角度范围为第二视场角，水平扫描的角度范围的理想值为a2。
具体的，f1为7.5至25赫兹，f0为600至1000赫兹。
在一些实施例中，f1可以为7.5、7.75、8.05、9.2、10、15、18.5、20、23、25等7.5至25赫兹数值范围内的任意取值，f0可以为600、700、750、822.5、900、987.75、1000等600至1000赫兹数值范围内的任意取值。
其中，当f1为10赫兹，f0为700赫兹时，如果第二轴的固有频率在[700Hz,705Hz)之间，设置第二频率工作在700Hz，缺少的水平角度通过提高驱动电压来补偿；如果第二轴的固有频率在[705Hz,715Hz)之间，设置第二频率工作在710Hz，缺少的水平角度也通过提高驱动电压来补偿，再通过设置第一视场角＝a1*(f2/700)来控制。
当f1为15赫兹，f0为750赫兹时，如果第二轴的固有频率在[750Hz,757.5Hz)之间，设置第二频率工作在750Hz，缺少的水平角度通过提高驱动电压来补偿；如果第二轴的固有频率在[757.5Hz,772.5Hz)之间，设置第二频率工作在765Hz，缺少的水平角度也通过提高驱动电压来补偿，再通过设置第一视场角＝a1*(f2/750)来控制。
当f1为20赫兹，f0为900赫兹时，如果第二轴的固有频率在[900Hz,910Hz)之间，设置第二频率工作在900Hz，缺少的水平角度通过提高驱动电压来补偿；如果第二轴的固有频率在[910Hz,930Hz)之间，设置第二频率工作在920Hz，缺少的水平角度也通过提高驱动电压来补偿，再通过设置第一视场角＝a1*(f2/900)来控制。
另外设置所述第一频率的取值的整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与所述参考值之间的差值小于所述第一频率的取值，所述第二频率的取值为所述参考值，也就是说在通过提高驱动第二轴转动的驱动电压的控制方法中、依据第一频率的二分之一(f1/2)的大小作了对应一个第二轴的固有频率(f0+Nf1+X1)区段上第二频率的设置。比如上述当f1为20赫兹，f0为900赫兹时，通过f1/2＝10赫兹作了第二频率在[900Hz，920Hz]的第二轴的固有频率区段上的设置：如果第二轴的固有频率在[900Hz,910Hz)之间，设置第二频率工作在900Hz；如果第二轴的固有频率在[910Hz,920Hz]之间，设置第二频率工作在920Hz。
在本说明书的一个实施例中，如图3、4所示，一种基于恒定分辨率的振镜控制方法，包括：设置所述振镜的第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；
设置所述振镜的第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
当第一频率为f1、第二轴的工作频率的理想值为f0，当第二轴的固有频率为f0+Nf1+X2时，设置所述第二频率为f0+Nf1+X2，当f0为f1的L倍，用于发射N线光束的发光体停止工作，经所述反射镜反射的光束的线数为L光束经所述反射镜的反射至探测区域，没有发光体停止工作的情况下光束在探测区域呈现的线数为L+N。f0为f1的整数倍，N大于等于0、N为整数，X2小于0、X2的绝对值小于f1。将第二频率设置为第二轴的固有频率的取值，依靠针对N线的发光体停止工作来减小对画面质量的影响，控制简单。
由此产生的多余的线数通过扩大视场来去掉，所述振镜随着所述第一轴的转动偏转，光束经所述反射镜的反射在探测区域移动，光束因所述第一轴的转动在所述探测区域上进行垂直方向上的扫描，设置垂直扫描的角度范围为第一视场角，当垂直扫描的角度范围的理想值为a1、第二频率为f2，根据
设置第一视场角的取值。
具体的，在上述控制方法中对第一轴、第二轴的频率设置并不存在特定的先后顺序。所述第一轴设置在非谐振状态，也可以设置在谐振状态。所述第一轴的振动由采用三角波的驱动信号控制。第一轴设置在非谐振状态下抗干扰能力更强。所述第二频率通过现场可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)处理得到。
所述振镜随着所述第二轴的转动偏转，光束经所述反射镜的反射在探测区域移动，光束因所述第二轴的转动在所述探测区域上进行水平方向上扫描，设置水平扫描的角度范围为第二视场角，水平扫描的角度范围的理想值为a2。
具体的，f1为7.5至25赫兹，f0为600至1000赫兹。
在一些实施例中，f1可以为7.5、7.75、8.05、9.2、10、15、18.5、20、23、25等7.5至25赫兹数值范围内的任意取值，f0可以为600、700、750、822.5、900、987.75、1000等600至1000赫兹数值范围内的任意取值。
其中，当f1为10赫兹、f0为700赫兹时，如果第二轴的固有频率为700Hz+10Hz×N+X2，第二频率也设置为700Hz+10Hz×N+X2，则会让系统多完整的N线，对于这N线设置发光体(比如激光器)不发光也不显示，以及通过设置第一视场角＝a1*(f2/700)来控制。
当f1为15赫兹、f0为750赫兹时，如果第二轴的固有频率为750Hz+15Hz×N+X2，第二频率也设置为750Hz+15Hz×N+X2，则会让系统多完整的N线，对于这N线设置发光体(比如激光器)不发光也不显示，以及通过设置第一视场角＝a1*(f2/750)来控制。
当f1为20赫兹、f0为900赫兹时，如果第二轴的固有频率为900Hz+20Hz×N+X2，第二频率也设置为900Hz+20Hz×N+X2，则会让系统多完整的N线，对于这N线设置发光体(比如激光器)不发光也不显示，以及通过设置第一视场角＝a1*(f2/900)来控制。
另外所述第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，用于向所述反射镜发射光束的所述发光体改变工作状态，其中改变工作状态的发光体是依据第一频率(f1)的大小。因为当第一频率为f1、第二轴的工作频率的理想值为f0，当第二轴的固有频率为f0+Nf1+X2时，设置所述第二频率为f0+Nf1+X2，当f0为f1的L倍，用于发射N线光束的发光体停止工作，若发射N线光束的发光体没有停止工作、N线光束所对应的第二频率(f0+Nf1+X2)中的Nf1部分。
在一个可能的实施例中，受环境因素的影响第二频率在设计是可以设置为比f0大4％，或者，设置所述第二频率比f0大2％。
在一个可能的实施例中，振镜可采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)振镜。
在一个可能的实施例中，光束经由发光体发出，发光体可采用激光器。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种振镜，其特征在于，包括：
反射镜，用于反射由发光体发射出的光束；
第一轴，所述第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；
第二轴，所述第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
设置所述第一频率的取值的整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与所述参考值之间的差值小于所述第一频率的取值，所述第二频率的取值为所述参考值，用于所述第二轴转动的驱动电压提高；
或者，所述第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，用于向所述反射镜发射光束的所述发光体改变工作状态。
2.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，第一频率为f1、第二轴的工作频率的理想值为f0，所述参考值为f0+Nf1；
当第二轴的固有频率为f0+Nf1+X1时，所述第二频率为f0+Nf1，用于所述第二轴转动的驱动电压提高；
其中，f0为f1的整数倍，N大于等于0、N为整数，X1的绝对值小于f1。
3.根据权利要求1所述的振镜，其特征在于，第一频率为f1、第二轴的工作频率的理想值为f0，当第二轴的固有频率为f0+Nf1+X2时，所述第二频率为f0+Nf1+X2，当f0为f1的L倍，用于向所述反射镜发射N线光束的发光体停止工作，所述反射镜反射的光束的线数为L；
其中，f0为f1的整数倍，N大于等于0、N为整数，X2大于0，X2小于f1。
4.根据权利要求2-3任一所述的振镜，其特征在于，所述振镜随着所述第一轴的转动偏转，光束经所述反射镜的反射在探测区域移动，光束因所述第一轴的转动在所述探测区域上进行垂直方向上的扫描，设置垂直扫描的角度范围为第一视场角，当垂直扫描的角度范围的理想值为a1、第二频率为f2，根据
设置第一视场角的取值。
5.根据权利要求4所述的振镜，其特征在于，f1为7.5至25赫兹，f0为600至1000赫兹。
6.根据权利要求1-5任一所述的振镜，其特征在于，所述第二频率比f0大4％，或者，所述第二频率比f0大2％。
7.根据权利要求1-3任一所述的振镜，其特征在于，所述第一轴设置在非谐振状态。
8.根据权利要求6所述的振镜，其特征在于，所述第一轴的振动由采用三角波的驱动信号控制。
9.根据权利要求1-3任一所述的振镜，其特征在于，所述第二频率通过现场可编程门阵列处理得到。
10.一种基于恒定分辨率的振镜控制方法，其特征在于，包括：
设置所述振镜的第一轴的工作频率为第一频率，所述第一轴带动所述振镜的反射镜偏转；
设置所述振镜的第二轴的工作频率为第二频率，所述第二频率大于所述第一频率，所述第二轴带动所述振镜的反射镜偏转，所述第二轴的转动轴线与所述第一轴的转动轴线垂直；
设置所述第一频率的取值的整数倍为参考值，当第二轴的固有频率的取值与所述参考值之间的差值小于所述第一频率的取值，设置所述第二频率的取值为所述参考值，提高用于驱动所述第二轴转动的驱动电压；
或者，设置所述第二频率的取值为第二轴的固有频率的取值，所述反射镜反射的光束由发光体发射，控制所述发光体的工作。
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