CN111190283B

CN111190283B - 一种扫描镜监测系统及方法

Info

Publication number: CN111190283B
Application number: CN202010108275.2A
Authority: CN
Inventors: 周兴; 王兆民; 马宣; 孙瑞; 杨神武
Original assignee: Orbbec Inc
Current assignee: Orbbec Inc
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: CN111190283A

Abstract

本发明公开了一种扫描镜监测系统，包括控制器和扫描装置；其中，控制器包括处理器以及控制电路；扫描装置包括光学发射器/接收器以及扫描组件；所述处理器用于向控制电路发送命令控制输出；所述控制电路接收扫描组件的信号并根据处理器的命令控制输出；所述发射器/接收器用于向扫描组件发射光脉冲并接收反馈回的光信息；所述扫描组件用于将接收的光脉冲向外投射以及监测扫描装置的工作状态，并将监测信号发送至控制电路，其包括有安装框架、设置于安装框架上的扫描镜、触点以及与触点连接的监测电路。本发明通过对扫描组件进行实时监控，在系统出现异常或损坏时停止其工作、发起检查和矫正，可有效地保证人眼的安全，避免事故的发生。

Description

一种扫描镜监测系统及方法

技术领域

本发明涉及激光扫描技术领域，具体涉及一种扫描镜的监测系统及方法。

背景技术

MEMS扫描镜是可用于投影成像的核心器件，通过扫描入射激光并配合光强的调制，可投影图像。其中，MEMS投影系统不仅可以用于大屏投影，还可应用于近眼显示领域。

在近眼显示中，由于激光是直接扫描进入人眼的，因此使用安全显得尤为重要。MEMS在快速扫描时，由于扫描面积较大，人眼单位面积接收到的光功率不足以导致人眼伤害。但是，如果MEMS在使用过程中由于控制电路损坏或异物卡住等原因导致扫描镜停止工作，则激光功率会集中入射至人眼，导致人眼单位面积接收到的光功率增加，随着单位面积的光功率迅速升高，进而可能导致人眼受到损伤，严重者甚至致使失明，后果不堪设想。

因此，在MEMS投影系统中，人眼安全保护尤为重要。如何有效地实现对扫描镜的实时异常监测，在扫描镜停止的瞬间关闭激光器，有效保证人眼安全，避免事故的发生，这是一个亟需解决的问题。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扫描镜监测系统及方法，以解决上述背景技术问题中的至少一种。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种扫描镜监测系统，包括控制器和扫描装置，所述控制器包括处理器以及控制电路；所述扫描装置包括有光学发射器/接收器以及扫描组件；其中，

所述处理器用于向所述控制电路发送命令控制输出；所述控制电路接收所述扫描组件的信号并根据所述处理器的命令控制输出；

所述发射器/接收器用于向所述扫描组件发射光脉冲并接收扫描组件向外投射的光脉冲经反射后反馈回的光信息；

所述扫描组件用于将接收的光脉冲向外投射以及监测扫描装置的工作状态，并将监测信号发送至所述控制电路，其包括有安装框架、设置于安装框架上的扫描镜、触点以及与触点电性连接的监测电路。

在一些实施例中，所述安装框架至少部分地被设置于扫描镜周围；所述扫描镜被配置为可进行二维偏转，以触碰所述触点，进而产生周期性信号；通过所述触点与所述监测电路的连接，由监测电路监测所述扫描镜进行二维偏转时的信号变化。

在一些实施例中，所述扫描组件还包括有外框架，所述外框架至少部分被设置于所述安装框架的周围。

在一些实施例中，所述外框架上设置有第一支撑元件、第二支撑元件、第一扭转臂以及第二扭转臂；其中，所述第一支撑元件通过所述第一扭转臂与所述外框架连接；所述第二支撑元件通过所述第二扭转臂与所述外框架连接，以用于支撑整个扫描组件。

在一些实施例中，所述扫描组件还包括有第三扭转臂、第四扭转臂、第五扭转臂以及第六扭转臂；其中，所述扫描镜通过所述第三扭转臂和所述第四扭转臂与所述框架机械耦合，使得所述扫描镜可在所述第三扭转臂和所述第四扭转臂所在的中心轴上偏转振荡；所述安装框架通过所述第五扭转臂和所述第六扭转臂与所述外框架机械耦合，使得所述安装框架可在所述第五扭转臂和所述第六扭转臂所在的中心轴上偏转振荡。

在一些实施例中，所述触点包括第一触点、第二触点、第三触点和第四触点；其中，所述第一触点设置于所述安装框架上，与所述监测电路连接；所述第二触点至少部分被设置于所述扫描镜上，与所述监测电路连接；所述第三触点设置于所述外框架上，与所述监测电路连接；所述第四触点至少部分被设置于所述安装框架上，与所述监测电路连接。

本发明实施例的另一技术方案为：

一种扫描镜监测方法，包括如下步骤：

步骤S1：控制发射器/接收器向扫描组件发射光脉冲，并接收扫描组件向外投射的光脉冲经反射后反馈回的光信息；

所述扫描组件包括有扫描镜，通过所述扫描镜二维偏转振荡将光脉冲向外投射；所述扫描组件还包括有触点，随着扫描镜的偏转振荡，所述扫描镜触碰所述触点以产生周期性的信号；

步骤S2：控制监测电路监测所述扫描镜偏转振荡时的信号变化，并发送监测信号至控制电路；

步骤S3：控制电路接收监测信号，对扫描组件的工作状态进行判断，从而对发射器/接收器以及扫描组件的工作状态进行调制。

在一些实施例中，步骤S1中，发射器/接收器在控制器的控制下发送光脉冲至扫描镜，扫描镜通过振荡偏转将光脉冲向外投射；其中，所述扫描组件包括有框架，所述触点设置于所述框架上，在扫描镜的振荡偏转的过程中，扫描组件中的扫描镜以及框架不断触碰触点形成回路，进而产生周期性的信号。

在一些实施例中，步骤S2中，当扫描镜和框架正常工作时，监测电路监测出周期性的交变信号，而当扫描镜和框架异常工作时，监测电路监测出高电平或低电平信号。

在一些实施例中，步骤S2中，控制电路发送启动命令至监测电路，监测电路开启以监测扫描镜的工作状态情况。

本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过对扫描组件进行实时监控，在扫描系统出现异常或损坏时停止其工作、发起检查和矫正，可有效地保证人眼的安全，避免事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一个实施例扫描镜监测系统的示意图。

图2是根据本发明一个实施例扫描镜监测系统的扫描组件的示意图。

图3是根据本发明一个实施例扫描镜监测系统的扫描组件的另一结构示意图。

图4是根据本发明一个实施例扫描镜监测方法的流程图示。

图5a是根据本发明一个实施例扫描镜监测系统扫描组件正常工作时的监测信号变化曲线图。

图5b是根据本发明一个实施例扫描镜监测系统扫描组件工作异常时的监测信号变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1为本发明一实施例扫描镜监测系统的示意图，监测系统300包括控制器301和扫描装置302。其中，控制器301包括处理器304以及控制电路306；扫描装置302包括光学发射器/接收器306以及扫描组件100。处理器304包括一个或多个处理单元，用于向控制电路305发送命令控制输出。控制电路305接收扫描组件100的信号并根据处理器304的命令提供控制输出；具体的，控制输出根据需要可以为控制扫描组件100的扫描频率、相位和幅值。控制电路305还用于控制发射器/接收器306发射光脉冲的幅值和重复率；发射器/接收器306向扫描组件100发射光脉冲并接收扫描组件100向外投射的光脉冲经反射后反馈回的光信息；扫描组件100用于将接收的光脉冲快速、均匀地向外投射以及监测扫描装置302的工作状态，并将监测信号发送至控制电路305。

可以理解的是，控制器301通常还包括辅助电路，诸如本领域已知的电源303和其他部件，为概念清晰起见，尽管图1中作为单独块示出了控制器301的功能元件，但这些元件中的一些或全部可以在单个集成电路中组合，在本发明实施例中不做特别限制，无论采取何种方式，只要不脱离本发明创作的思想，均应属于本发明的保护范围。

参照图2所示，扫描组件100包括安装框架101、设置于安装框架101上的扫描镜102、触点以及与触点电性连接的监测电路103。其中，安装框架101至少部分地被设置于扫描镜102周围；扫描镜102安装在框架101上，并被配置为可进行二维偏转；当扫描镜102进行二维偏转时，扫描镜102会不断触碰触点，进而产生周期性信号；通过触点与监测电路103的连接，由监测电路103监测所述扫描镜102进行二维偏转时的信号变化。

在一些实施例中，扫描组件100还包括有外框架104，外框架104至少部分被设置于安装框架101的周围。外框架104上设置有第一支撑元件105、第二支撑元件106、第一扭转臂107以及第二扭转臂108。其中，第一支撑元件105通过第一扭转臂107与外框架104连接；第二支撑元件106通过第二扭转臂108与外框架104连接，以用于支撑整个扫描组件100。

在一些实施例中，框架为万向架，扫描镜安装于万向架上。

在一些实施例中，扫描组件100还包括有第三扭转臂109、第四扭转臂110、第五扭转臂111以及第六扭转臂112。扫描镜102通过第三扭转臂109和第四扭转臂110与框架101机械地耦合，使得扫描镜102可以在第三扭转臂111和第四扭转臂110所在的中心轴上高速偏转振荡；安装框架101通过第五扭转臂111和第六扭转臂112与外框架104机械地耦合，使得安装框架113可以在第五扭转臂111和第六扭转臂112所在的中心轴上快速偏转振荡。如此，以实现扫描镜102的二维偏转振荡，以扫描空间中的任意位置。

参照图1、图2、图3所示，在一些实施例中，触点包括第一触点113、第二触点114、第三触点201和第四触点202。其中，第一触点113设置于安装框架101上(具体应用过程中，可设置在安装框架101的任意位置)，与监测电路103连接；第二触点114至少部分被设置于扫描镜102上，与监测电路103连接；第三触点201设置于外框架104的任意位置上，与监测电路103连接；第四触点202至少部分被设置于安装框架101上，与监测电路103连接。需要说明的是，图2中的监测电路103和图3中的监测电路103可以是分开单独的电路，也可以整合为一个监测电路，此处不做限制。

在一些实施例中，触点为导电率高、硬度低的导电元件，例如铜、银等。扫描装置302正常工作时，扫描镜102沿着第三扭转臂109和第四转臂110的连线方向高速偏转振荡，扫描镜102偏转振荡不断触碰第二触点114；当触碰到第二触点114时，扫描镜102与监测电路103、第一触点113与扫描组件100形成回路，进而监测电路110监测到如图5(a)所示的周期性信号。安装框架101沿着第五扭转臂111和第六扭转臂112的连线方向快速偏转振荡，安装框架101偏转振荡会不断触碰第四触点202，当触碰到第四触点202时，安装框架101与监测电路103、第三触点201与扫描组件100形成回路，进而监测电路103监测到如图5(a)所示的周期性信号。而当扫描装置302异常工作时，监测电路将监测到如图5(b)所示的高电平信号或低电平信号。

参照图1、图2、图3所示，控制电路305接收监测电路103的监测信号并根据处理器304的命令提供控制输出，以控制扫描镜102以及框架113的扫描频率、相位和幅值，以及控制发射器/接收器306发送光脉冲的幅值和重复率。监测电路实时监测扫描装置302的工作状态，根据监测到监测信号对扫描装置的工作状态进行判断，当监测信号异常或者监测不到信号时，会及时通过处理器304处理，发送命令提供至控制器，通过控制器对扫描组件进行控制，关闭发射器/接收器，防止激光对人眼造成危害。

图4为本发明另一实施例扫描镜的监测方法的流程图示。监测方法包括如下步骤：

其中，扫描组件包括有扫描镜，通过扫描镜二维偏转振荡将光脉冲向外投射；扫描组件还包括有触点，随着扫描镜的偏转振荡，扫描组件会触碰触点，产生周期性的信号；

步骤S2：控制监测电路监测扫描镜偏转振荡时的信号变化，并发送监测信号至控制电路；

具体地，在步骤S1中，发射器/接收器在控制器的控制作用下发送光脉冲至扫描镜，扫描镜通过振荡偏转将光脉冲快速、均匀向外投射，实现二维扫描，以将光脉冲投射至一定范围的任意空间位置。其中，扫描组件包括有框架，触点设置与框架上，在扫描镜的振荡偏转的过程中，扫描组件中的扫描镜以及框架会不断触碰触点形成回路，进而产生周期性的信号。

在步骤S2中，还包括：控制电路发送启动命令至监测电路，监测电路开启以监测扫描镜的工作状态情况。

具体地，步骤S2中，通过监测电路监测扫描镜偏转振荡时的信号变化，以发送监测信号至控制电路；其中，扫描镜和框架正常工作时，监测电路监测出周期性的交变信号，而当扫描镜和框架异常工作时，监测电路监测出高电平或低电平信号。例如：如果扫描镜或框架一直停留在触点位置，监测电路监测出高电平信号，而扫描镜或框架停留在未触碰到触点的位置时，则监测电路监测出低电平信号(即监测不到信号)。

步骤S3中，控制电路接收监测信号，根据接收到的监测信号对扫描组件的工作状态进行判断，并对发射器/接收器以及扫描组件的工作状态进行调制，例如对发射器/接收器的发送和接收频率进行调制。

可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。

Claims

1.一种扫描镜监测系统，包括控制器和扫描装置，其特征在于：所述控制器包括处理器以及控制电路；所述扫描装置包括有光学发射器/接收器以及扫描组件；其中，

所述扫描组件用于将接收的光脉冲向外投射以及监测扫描装置的工作状态，并将监测信号发送至所述控制电路，所述扫描组件包括有安装框架、设置于安装框架上的扫描镜、触点以及与触点电性连接的监测电路，所述安装框架至少部分地被设置于扫描镜周围；所述扫描镜被配置为可进行二维偏转，以触碰所述触点，进而产生周期性信号；通过所述触点与所述监测电路的连接，由监测电路监测所述扫描镜进行二维偏转时的信号变化。

2.如权利要求1所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述扫描组件还包括有外框架，所述外框架至少部分被设置于所述安装框架的周围。

3.如权利要求2所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述外框架上设置有第一支撑元件、第二支撑元件、第一扭转臂以及第二扭转臂；其中，所述第一支撑元件通过所述第一扭转臂与所述外框架连接；所述第二支撑元件通过所述第二扭转臂与所述外框架连接，以用于支撑整个扫描组件。

4.如权利要求2所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述扫描组件还包括有第三扭转臂、第四扭转臂、第五扭转臂以及第六扭转臂；其中，所述扫描镜通过所述第三扭转臂和所述第四扭转臂与所述框架机械耦合，使得所述扫描镜可在所述第三扭转臂和所述第四扭转臂所在的中心轴上偏转振荡；所述安装框架通过所述第五扭转臂和所述第六扭转臂与所述外框架机械耦合，使得所述安装框架可在所述第五扭转臂和所述第六扭转臂所在的中心轴上偏转振荡。

5.如权利要求2所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述触点包括第一触点、第二触点、第三触点和第四触点；其中，所述第一触点设置于所述安装框架上，与所述监测电路连接；所述第二触点至少部分被设置于所述扫描镜上，与所述监测电路连接；所述第三触点设置于所述外框架上，与所述监测电路连接；所述第四触点至少部分被设置于所述安装框架上，与所述监测电路连接。

6.一种扫描镜监测方法，其特征在于,包括如下步骤：

所述扫描组件包括有安装框架和设置于安装框架上的扫描镜，通过所述扫描镜二维偏转振荡将光脉冲向外投射；所述扫描组件还包括有触点和与触点电性连接的监测电路，随着扫描镜的偏转振荡，所述扫描镜触碰所述触点以产生周期性的信号；

步骤S2：控制监测电路监测所述扫描镜偏转振荡时的信号变化，并发送监测信号至控制电路；所述触点与所述监测电路的连接，由所述监测电路监测所述扫描镜进行二维偏转时的信号变化；

7.如权利要求6所述的扫描镜监测方法，其特征在于：在步骤S1中，发射器/接收器在控制器的控制下发送光脉冲至扫描镜，扫描镜通过振荡偏转将光脉冲向外投射；其中，所述触点设置于所述安装框架上，在扫描镜的振荡偏转的过程中，扫描组件中的扫描镜以及安装框架不断触碰触点形成回路，进而产生周期性的信号。

8.如权利要求6或7所述的扫描镜监测方法，其特征在于：在步骤S2中，当扫描镜和安装框架正常工作时，监测电路监测出周期性的交变信号，而当扫描镜和安装框架异常工作时，监测电路监测出高电平或低电平信号。

9.如权利要求6或7所述的扫描镜监测方法，其特征在于：在步骤S2中，控制电路发送启动命令至监测电路，监测电路开启以监测扫描镜的工作状态情况。