CN110764251B - 驱动扫描微镜进行转动的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扫描微镜控制方法，产生对扫描微镜扰动最小的锯齿波；获取所述扫描微镜的第一位置信号；根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜进行转动。本发明还公开了一种扫描微镜控制装置。本发明通过先确定对扫描微镜扰动最小的输入锯齿波作为输入信号，再对扫描微镜进行闭环控制，可有效降低扫描微镜的失真响应。
Description
技术领域
本发明属于微镜控制领域，具体地，涉及一种驱动扫描微镜进行转动的方法及其装置。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)扫描微镜作为微型投影仪、激光雷达、光学相干层析成像和共聚焦显微镜等系统的核心部件，在工业测量、无人驾驶、以及医学成像等领域拥有广泛的应用和巨大市场潜力。MEMS扫描微镜能够解决传统机械扫描系统尺寸大、精度低、能耗高、以及大规模量产能力不足等问题。
由于MEMS微镜为模拟器件同时也是一个非线性的响应系统，即当微镜输入一个波形时由于微镜的频率响应特性，会使微镜的响应波形失真，即微镜的响应曲线与输入波形不一致，即非线性响应。这种非线性响应会极大影响MEMS微镜的应用，使应用效果大幅度降低。
因此，如何改善微镜的驱动方法，降低微镜的失真响应是目前业内需要解决的问题。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种可有效降低微镜的失真响应的驱动扫描微镜进行转动的方法及其装置。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
根据本发明的一方面，提供了一种扫描微镜控制方法，所述方法包括：
产生对扫描微镜扰动最小的锯齿波；
获取所述扫描微镜的第一位置信号；
根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜进行转动。
进一步地，所述产生对扫描微镜扰动最小的锯齿波的步骤包括：
确定对扫描微镜的扰动最小的锯齿波的占空比为最小扰动占空比；
产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波。
进一步地，所述确定对扫描微镜的扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比的步骤包括：
产生多个不同占空比的锯齿波；
分别根据所述多个不同占空比的锯齿波驱动所述扫描微镜进行转动；
获取所述扫描微镜的第二位置信号并根据所述第二位置信号分别计算所述多个不同占空比的锯齿波对所述扫描微镜的扰动大小；
将对所述扫描微镜的扰动最小的锯齿波对应的占空比设置为最小扰动占空比。
进一步地，所述驱动信号驱动所述扫描微镜沿Y轴方向进行转动；当所述扫描微镜的旋转角度为0时，光源发出的入射光线构成的入射平面与扫描微镜所在平面垂直，所述Y轴方向为所述扫描微镜旋转角度为0时，所述扫描微镜所在平面上的与所述入射平面垂直的方向。
进一步地，所述根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜进行转动的步骤是根据所述锯齿波和所述第一位置信号采用PID控制算法产生驱动信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种驱动扫描微镜进行转动的装置，包括：第一控制器、第二控制器、反馈装置；
所述第一控制器用于确定对所述扫描微镜的扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比，且所述第一控制器用于产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波；
当所述驱动扫描微镜进行转动的系统驱动扫描微镜工作时：
所述第一控制器与所述第二控制器连接，所述第一控制器产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波发送给所述第二控制器；
所述反馈装置与所述第二控制器连接，同时所述反馈装置与所述扫描微镜连接，所述反馈装置获取所述扫描微镜的第一位置信号发送给所述第二控制器；
所述第二控制器根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜进行转动。
进一步地，当所述第一控制器确定对扫描微镜扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比时：
所述第一控制器与所述扫描微镜连接，所述第一控制器产生多个不同占空比的锯齿波驱动所述扫描微镜进行转动；
所述反馈装置与所述第一控制器连接，同时所述反馈装置获取所述扫描微镜的第二位置信号发送给所述第一控制器；
所述第一控制器根据第二位置信号确定不同占空比的锯齿波对扫描微镜的扰动的大小，并将对所述扫描微镜的扰动最小的锯齿波的占空比作为最小扰动占空比。
进一步地，所述第二控制器为PID控制器。
进一步地，所述反馈装置为安装于所述扫描微镜上的位置传感器。
进一步地，所述驱动信号驱动所述扫描微镜沿Y轴方向进行转动；当所述扫描微镜的旋转角度为0时，光源发出的入射光线构成的入射平面与扫描微镜所在平面垂直，所述Y轴方向为所述扫描微镜旋转角度为0时，所述扫描微镜所在平面上的与所述入射平面垂直的方向。
本发明的有益效果：本发明通过先确定对扫描微镜扰动最小的输入锯齿波作为输入信号，再对扫描微镜进行闭环控制，可有效降低扫描微镜的失真响应。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的驱动扫描微镜进行转动的方法的流程示意图；
图2是根据本发明的第一实施例的驱动扫描微镜进行转动的方法的步骤S100的流程示意图；
图3是根据本发明的第二实施例的驱动扫描微镜进行转动的装置在用于驱动扫描微镜工作时的系统连接图；
图4是根据本发明的第二实施例的驱动扫描微镜进行转动的装置在第一控制器确定对扫描微镜扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比时的系统连接图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。
实施例一
图1是根据本发明的第一实施例的驱动扫描微镜进行转动的方法的流程示意图。
参照图1，根据本发明的第一实施例的扫描微镜40的控制方法包括步骤S10至步骤S30。
S100、产生对扫描微镜40扰动最小的锯齿波；
S200、获取所述扫描微镜40的第一位置信号；
S300、根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜40进行转动。
作为本发明的一种实施方式，本发明的实施例的驱动扫描微镜40进行转动的方法是针对输入波形为锯齿波时、驱动扫描微镜40在Y轴方向进行转动。
作为本发明的一种实施方式，本发明的实施例的驱动扫描微镜40沿Y轴方向进行转动。具体地，对Y轴方向进行具体阐述：当扫描微镜40的旋转角度为0时，光源发出的入射光线构成的入射平面与扫描微镜40所在平面垂直，则Y轴方向为扫描微镜40旋转角度为0时，扫描微镜40所在平面上的与入射平面垂直的方向。
输入波形对扫描微镜40成像有很大影响。若输入锯齿波等斜率固定的波形驱动扫描微镜40沿Y轴方向匀速转动，则扫描微镜40在Y轴方向的光强就会比较均匀。但是扫描微镜40为非线性响应系统，当对扫描微镜40输入锯齿波等波形时，扫描微镜40的响应曲线会产生扰动，这种扰动会影响扫描微镜40的正常工作。并且不同占空比的锯齿波对同一扫描微镜40所造成的扰动大小不同。此外，扫描微镜40本身的频率特性不同，相同占空比的锯齿波对不同的扫描微镜40产生的扰动大小也不同。因此本发明的驱动扫描微镜40进行转动的方法对扫描微镜40先确定对其扰动最小的锯齿波，再对扫描微镜40的转动进行闭环控制，驱动扫描微镜40沿Y轴方向匀速转动，并且本发明的实施例的驱动扫描微镜40进行转动的方法可适应所有的扫描微镜40。
本发明的实施例的驱动扫描微镜进行转动的方法是针对输入波形为锯齿波时、驱动扫描微镜在Y轴方向进行转动。
图2是根据本发明的第一实施例的驱动扫描微镜进行转动的方法的步骤S100的流程示意图。
参照图2，作为本发明的一种实施方式，步骤S100产生对扫描微镜扰动最小的锯齿波的步骤包括：
S110、确定对扫描微镜40的扰动最小的锯齿波的占空比为最小扰动占空比；
具体地，首先，产生多个不同占空比的锯齿波。由于占空比会影响扫描微镜40的成像分辨率，扫描微镜40的成像分辨率越好，多个不同占空比的范围可以根据实际的需要进行设置。
接着分别根据所述多个不同占空比的锯齿波驱动所述扫描微镜40进行转动；
然后，获取所述扫描微镜40的第二位置信号并根据所述第二位置信号分别计算所述多个不同占空比的锯齿波对所述扫描微镜40的扰动大小；
最后将对所述扫描微镜40的扰动最小的锯齿波对应的占空比设置为最小扰动占空比。
例如，可以将多个不同占空比的范围设置为87％-92％之间，由占空比87％开始，根据当前占空比为87％时获取的第二位置信号计算当前占空比的锯齿波对扫描微镜40的扰动大小，再将占空比以0.1％进行步进，每改变一次占空比的大小，便根据当前占空比时获取的第二位置信号计算当前占空比的锯齿波对扫描微镜40的扰动大小，直至计算到占空比为92％时的扰动大小。将上述计算出的对扫描微镜40的扰动最小的锯齿波对应的占空比设置为最小扰动占空比。
由于不同扫描微镜40的频率响应特性不同，因此不同扫描微镜40的对应的最小扰动占空比不同，因此，本发明的实施例的驱动扫描微镜40进行转动的方法可以针对不同扫描微镜40确定各自的最小扰动占空比，适用于各种扫描微镜40。
S120、产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波。
具体地，确定最小扰动占空比后，产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波作为输入信号。
作为本发明的一种实施方式，步骤S200获取所述扫描微镜40的第一位置信号，以获取扫描微镜40的位置信息。
作为本发明的一种实施方式，步骤S300根据锯齿波和第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜40进行转动。将对扫描微镜40扰动最小的锯齿波作为输入信号，并且获取扫描微镜40的第一位置信号作为反馈，对扫描微镜40的运动进行闭环控制。作为本发明的一种实施方式，本发明的实施例根据所述锯齿波和所述第一位置信号采用PID控制算法产生驱动信号以对扫描微镜40进行闭环控制。
本发明的实施例的驱动扫描微镜40进行转动的方法通过先确定对扫描微镜40扰动最小的输入锯齿波作为输入信号，再对扫描微镜40进行闭环控制，可有效降低扫描微镜40的失真响应。
实施例二
本发明的第二实施例提出了一种驱动扫描微镜40进行转动的装置。所述装置包括第一控制器10、第二控制器20及反馈装置30。可以理解的是，本发明并不限制于此，本发明的第二实施例的驱动扫描微镜40进行转动的装置还包括其它必要的部分，如将输入波形的数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器、将输入波形的模拟信号进行信号放大的运算放大器等，本发明对此不作限制。
作为本发明的一种实施方式，本发明的实施例的驱动扫描微镜40沿Y轴方向进行转动。具体地，对Y轴方向进行具体阐述：当扫描微镜40的旋转角度为0时，光源发出的入射光线构成的入射平面与扫描微镜40所在平面垂直，则Y轴方向为扫描微镜40旋转角度为0时，扫描微镜40所在平面上的与入射平面垂直的方向。
本发明的实施例的第一控制器10用于确定对扫描微镜40的扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比，并且第一控制器10用于产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波。作为本发明的一种实施方式，第一控制器10可以采用FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列器)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)或ARM中的一种，确定最小扰动占空比可以通过编程进行控制。
本发明的实施例的反馈装置30用于获取扫描微镜40的位置信息。作为本发明的一种实施方式，反馈装置30可以采用设置于扫描微镜40上的位置传感器，所述位置传感器可设置于扫描微镜40Y轴方向的扭转轴上，以获取扫描微镜40的位置信息。
本发明的实施例的第二控制器20根据占空比为最小扰动占空比的锯齿波以及反馈装置30采集的第一位置信号产生控制扫描微镜40沿Y轴方向转动的驱动信号。第二控制器20根据实时的扫描微镜40的位置信息并且根据输入信号对扫描微镜40进行闭环控制，以使扫描微镜40沿Y轴方向匀速转动，从而降低对扫描微镜40的扰动。可以理解的是，本发明并不限制于此，根据本发明的实施例的第二控制器20还可以采用其它类型的控制器。
具体地，当第一控制器10确定对扫描微镜40扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比时：第一控制器10与扫描微镜40连接，第一控制器10产生多个不同占空比的锯齿波驱动扫描微镜40进行转动。
反馈装置30与第一控制器10连接，同时反馈装置30获取扫描微镜40的第二位置信号发送给第一控制器10；
第一控制器10根据第二位置信号确定不同占空比的锯齿波对扫描微镜40的扰动的大小，并将对扫描微镜40的扰动最小的锯齿波的占空比作为最小扰动占空比。
当所述驱动扫描微镜40进行转动的系统驱动扫描微镜40工作时：第一控制器10与第二控制器20连接，第一控制器10产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波发送给所述第二控制器20。
反馈装置30与第二控制器20连接，同时反馈装置30与扫描微镜40连接，反馈装置30获取扫描微镜40的第一位置信号发送给第二控制器20。
第二控制器20根据锯齿波和第一位置信号产生驱动信号，以驱动扫描微镜40进行转动。
本发明的实施例的驱动扫描微镜40进行转动的装置通过先确定对扫描微镜40扰动最小的输入锯齿波作为输入信号，再对扫描微镜40进行闭环控制，可有效降低扫描微镜40的失真响应。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。
Claims (7)
1.一种驱动扫描微镜进行转动的方法，其特征在于，所述方法包括：
产生对扫描微镜扰动最小的锯齿波；
获取所述扫描微镜的第一位置信号；
根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜进行转动；
其中，所述产生对扫描微镜扰动最小的锯齿波的步骤包括：
确定对扫描微镜的扰动最小的锯齿波的占空比为最小扰动占空比；
产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波；
其中，所述确定对扫描微镜的扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比的步骤包括：
产生多个不同占空比的锯齿波；
分别根据所述多个不同占空比的锯齿波驱动所述扫描微镜进行转动；
获取所述扫描微镜的第二位置信号并根据所述第二位置信号分别计算所述多个不同占空比的锯齿波对所述扫描微镜的扰动大小；
将对所述扫描微镜的扰动最小的锯齿波对应的占空比设置为最小扰动占空比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驱动信号驱动所述扫描微镜沿Y轴方向进行转动；当所述扫描微镜的旋转角度为0时，光源发出的入射光线构成的入射平面与扫描微镜所在平面垂直，所述Y轴方向为所述扫描微镜旋转角度为0时，所述扫描微镜所在平面上的与所述入射平面垂直的方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜进行转动的步骤是根据所述锯齿波和所述第一位置信号采用PID控制算法产生驱动信号。
4.一种驱动扫描微镜进行转动的装置，其特征在于，包括：第一控制器、第二控制器、反馈装置；
所述第一控制器用于确定对所述扫描微镜的扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比，且所述第一控制器用于产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波；
当所述驱动扫描微镜进行转动的系统驱动扫描微镜工作时：
所述第一控制器与所述第二控制器连接，所述第一控制器产生占空比为最小扰动占空比的锯齿波发送给所述第二控制器；
所述反馈装置与所述第二控制器连接，同时所述反馈装置与所述扫描微镜连接，所述反馈装置获取所述扫描微镜的第一位置信号发送给所述第二控制器；
所述第二控制器根据所述锯齿波和所述第一位置信号产生驱动信号，以驱动所述扫描微镜进行转动；
其中，当所述第一控制器确定对扫描微镜扰动最小的锯齿波的最小扰动占空比时：
所述第一控制器与所述扫描微镜连接，所述第一控制器产生多个不同占空比的锯齿波驱动所述扫描微镜进行转动；
所述反馈装置与所述第一控制器连接，同时所述反馈装置获取所述扫描微镜的第二位置信号发送给所述第一控制器；
所述第一控制器根据第二位置信号确定不同占空比的锯齿波对扫描微镜的扰动的大小，并将对所述扫描微镜的扰动最小的锯齿波的占空比作为最小扰动占空比。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二控制器为PID控制器。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述反馈装置为安装于所述扫描微镜上的位置传感器。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述驱动信号驱动所述扫描微镜沿Y轴方向进行转动；当所述扫描微镜的旋转角度为0时，光源发出的入射光线构成的入射平面与扫描微镜所在平面垂直，所述Y轴方向为所述扫描微镜旋转角度为0时，所述扫描微镜所在平面上的与所述入射平面垂直的方向。
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