CN111562667A

CN111562667A - Mems微镜的驱动控制方法、装置及计算机存储介质

Info

Publication number: CN111562667A
Application number: CN202010367849.8A
Authority: CN
Inventors: 余晖俊; 沈文江; 黄艳飞; 李小光; 史庆刚
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2020-08-21

Abstract

本发明提供了一种MEMS微镜的驱动控制方法、装置及计算机存储介质，所述驱动控制方法包括：获取MEMS微镜的当前环境温度；根据温度与目标电压值的对应关系计算MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值；获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值；判断当前电压值与目标电压值之间的差值是否大于预定的电压阈值；若大于，则调整MEMS微镜的驱动信号，以使得差值小于电压阈值。本发明根据MEMS微镜的当前环境温度来获得目标电压值，通过比较MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值与目标电压值之间的大小来判断是否需要对MEMS微镜的驱动信号进行调整，从而在实时监测MEMS微镜的偏转角度的同时考虑环境温度对MEMS微镜的偏转角度的影响，以实现对MEMS微镜的偏转角度的精确控制。

Description

MEMS微镜的驱动控制方法、装置及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及MEMS微镜驱动技术领域，尤其涉及一种MEMS微镜的驱动控制方法、装置及计算机存储介质。

背景技术

激光扫描技术是激光投影、激光雷达、三维扫描、MEMS光开关等光电技术中的核心技术，现有的激光扫描多采用机械式振镜或者MEMS微镜来实现一维或者二维方向上的扫描。MEMS微镜是基于微纳加工工艺制作的一种光学器件，其基本原理是反射镜在微小驱动结构的作用下发生偏转，通过反射镜的偏转从而改变光束的传播方向。由于MEMS微镜具有扫描速度快、结构紧凑、机械性能好等优点，在条码识别、激光通信、光纤光开关、激光雷达以及激光显示等诸多领域扮演着重要的角色。

MEMS微镜工作的稳定性是其是否能够应用于众多应用领域的重要决定因素，这里稳定性指的是是否能够长时间稳定的工作，即是否能够长时间保持MEMS微镜的偏转角度维持不变。

目前常用的MEMS微镜偏转角度的控制方法包括两种，一种是开环控制，即保持MEMS微镜的驱动信号不变，不监控MEMS微镜实际的偏转角度，由于MEMS微镜长时间工作后，其所在的环境温度会发生变化，而环境温度的变化将导致MEMS微镜的偏转角度发生变化，因此，这种方法并不能使得MEMS微镜的偏转角度维持不变；另一种是闭环控制，即通过监控MEMS微镜的偏转角度，当MEMS微镜的偏转角度发生变化时，通过压阻传感器将MEMS微镜偏转角度的变化转化为电压反馈信号，根据电压反馈信号的大小来调整MEMS微镜的驱动信号，以对MEMS微镜的偏转角度进行补偿，由于压阻传感器为温度敏感性器件，当环境温度变化时，MEMS微镜同样的偏转角度对应着的电压反馈值会有变化，例如，MEMS微镜的偏转角度为10°时，环境温度为30℃时对应的电压反馈信号为200mV，环境温度为40℃时对应的电压反馈信号为190mV，因此，这种方法也不能避免环境温度对MEMS微镜的偏转角度的影响。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种MEMS微镜的驱动控制方法、装置及计算机存储介质，能够实时监测MEMS微镜的偏转角度的同时考虑环境温度对MEMS微镜的偏转角度的影响，从而精确控制MEMS微镜的偏转角度，提升了MEMS微镜工作的稳定性。

本发明提出的具体技术方案为：提供一种MEMS微镜的驱动控制方法，所述驱动控制方法包括步骤：

获取MEMS微镜的当前环境温度；

根据温度与目标电压值的对应关系计算MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值；

获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值；

判断所述当前电压值与MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值之间的差值是否大于预定的电压阈值；

若所述差值大于所述电压阈值，则调整MEMS微镜的驱动信号，以使得所述差值小于所述电压阈值。

进一步地，所述温度与目标电压值的对应关系通过以下步骤获得：

获取MEMS微镜的多个环境温度以及MEMS微镜在所述多个环境温度下的电压值；

对所述多个环境温度以及MEMS微镜在所述多个环境温度下的电压值进行拟合，获得温度与目标电压值的对应关系。

进一步地，所述获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值步骤具体包括：

对MEMS微镜在当前环境温度下的电压值进行采样，获得多个采样值；

计算所述多个采样值的平均值，将所述多个采样值的平均值作为MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值。

进一步地，所述电压阈值为MEMS微镜的最小偏转角度对应的电压值。

进一步地，所述电压阈值通过以下步骤获得：

将MEMS微镜的偏转角度增加最小偏转角度，获取对应的第一电压值；

将MEMS微镜的偏转角度减小最小偏转角度，获取对应的第二电压值；

计算所述第一电压值与所述第二电压值的平均值，将所述第一电压值与所述第二电压值的平均值作为所述电压阈值。

进一步地，调整MEMS微镜的驱动信号，以使得所述差值小于所述电压阈值步骤具体包括：

以所述电压阈值为步长调整MEMS微镜的驱动信号，直到所述差值小于所述电压阈值。

进一步地，MEMS微镜的工作模式包括静态驱动模式和谐振模式。

进一步地，若MEMS微镜的工作模式为谐振模式，在获取MEMS微镜的当前环境温度之前，所述驱动控制方法还包括：

通过锁相方法跟踪MEMS微镜的谐振频率，使得MEMS微镜保持在谐振状态。

本发明还提供了一种MEMS微镜的驱动控制装置，所述驱动控制装置包括：

温度传感器，用于获取MEMS微镜的当前环境温度；

计算单元，用于根据温度与目标电压值的对应关系计算MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值；

反馈元件，用于获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值；

判断单元，用于判断所述当前电压值与MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值之间的差值是否大于预定的电压阈值；

调整单元，用于在所述差值大于所述电压阈值时调整MEMS微镜的驱动信号，以使得所述差值小于所述电压阈值。

本发明还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序在被一个或多个处理器读取并执行时实现如上所述的MEMS微镜的驱动控制方法。

本发明提供的MEMS微镜的驱动控制方法根据MEMS微镜的当前环境温度来获得目标电压值，通过比较MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值与目标电压值之间的大小来判断是否需要对MEMS微镜的驱动信号进行调整，从而在实时监测MEMS微镜的偏转角度的同时考虑环境温度对MEMS微镜的偏转角度的影响，以实现对MEMS微镜的偏转角度的精确控制，提升了MEMS微镜工作的稳定性。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为MEMS微镜的驱动控制方法的流程示意图；

图2为获得温度与目标电压值的对应关系流程示意图；

图3为获取MEMS微镜在预定偏转角度下的当前电压值的流程示意图；

图4为获取电压阈值的流程示意图；

图5为MEMS微镜的驱动控制方法的另一流程示意图；

图6为MEMS微镜的驱动控制装置的结构示意图；

图7为计算机存储介质与处理器的结构示意图。

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，相同的标号将始终被用于表示相同的元件。

本申请提供的MEMS微镜的驱动控制方法包括步骤：

获取MEMS微镜的当前环境温度；

获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值；

本申请根据MEMS微镜的当前环境温度来获得目标电压值，通过比较MEMS微镜在预定偏转角度下的当前电压值与目标电压值之间的大小来判断是否需要对MEMS微镜的驱动信号进行调整，从而在实时监测MEMS微镜的偏转角度的同时考虑环境温度对MEMS微镜的偏转角度的影响，以实现对MEMS微镜的偏转角度的精确控制，提升了MEMS微镜工作的稳定性。

下面通过具体的实施例并结合附图来对本申请中的MEMS微镜的驱动控制方法进行详细的描述。

参照图1，本实施例中的MEMS微镜包括谐振装置和反射镜，反射镜设置于谐振装置上，谐振装置用于带动反射镜发生偏转，反射镜用于将入射到其上的激光束沿预定的偏转角度进行反射，从而实现在预定角度上的扫描。本实施例中的MEMS微镜的驱动控制方法包括步骤：

S1、获取MEMS微镜的当前环境温度。

在步骤S1中，MEMS微镜的偏转角度要达到预定偏转角度，由于在长时间工作之后，MEMS微镜所处的环境温度会发生变化，环境温度的变化会影响MEMS微镜的偏转角度即反射镜的偏转角度，因此，在对MEMS微镜的偏转角度进行监测的同时需要实时获取MEMS微镜的当前环境温度，本实施例中通过温度传感器来获取MEMS微镜的当前环境温度。

S2、根据温度与目标电压值的对应关系计算MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值Y＇。

温度与目标电压值的对应关系指的是MEMS微镜在预定偏转角度时的温度与目标电压值的对应关系，即不同的偏转角度，温度与目标电压值的对应关系也不相同。当获得MEMS微镜的当前环境温度后，在步骤S2中，需要根据温度与目标电压值的对应关系来计算MEMS微镜在当前环境温度下对应的目标电压值，其中，温度与目标电压值的对应关系是事先生成好的，可以在获取MEMS微镜的当前环境温度之前生成，也可以是在获取MEMS微镜的当前环境温度之后生成。下面以温度与目标电压值的对应关系是在获取MEMS微镜的当前环境温度之后生成为例进行说明。

参照图2，具体地，温度与目标电压值的对应关系通过下面的步骤获得：

S11、获取MEMS微镜的多个环境温度以及MEMS微镜在多个环境温度下的电压值，其中，本实施例通过反馈元件来获得MEMS微镜在多个环境温度下的电压值；

S12、对多个环境温度以及MEMS微镜在多个环境温度下的电压值进行拟合，获得温度与目标电压值的对应关系。

在步骤S11中，设定预定偏转角度为A，通过温度传感器获得此时MEMS微镜的环境温度为T1，通过反馈元件获得MEMS微镜对应的电压反馈信号即电压值为Y1，当MEMS微镜的环境温度上升为T2后，此时MEMS微镜的偏转角度会发生变化，通过调整MEMS微镜的驱动信号，使得MEMS微镜的偏转角度变为A，通过反馈元件获得MEMS微镜在环境温度T2下对应的电压反馈信号即电压值Y2。

在步骤S12中，采用线性拟合的方式来获得温度与目标电压值之间的对应关系，本实施例中的线性拟合公式为：

Y＝(T-T1)╳k+Y1 (1)

将T2、Y2代入线性拟合公式中便可以得到：

k＝(Y2-Y1)/(T2-T1) (2)

将k代入公式(1)中便得到温度与目标电压值的对应关系：

Y＝(T-T1)╳(Y2-Y1)/(T2-T1)+Y1 (3)

本实施例中也可以采用非线性拟合的方式来获得温度与目标电压值之间的对应关系，具体地，在步骤S11中，分别获得偏转角度为A时MEMS微镜在多个环境温度(T1、T2、T3……Tn)下对应的电压反馈信号即电压值为(Y1、Y2、Y3……Yn)，从而获得多个拟合点(T1，Y1)、(T2，Y2)、(T3，Y3)……(Tn，Yn)，非线性拟合公式可以采用多项式拟合公式，例如，非线性拟合公式为：

Y＝k0+k1╳T+k2╳T²+k3╳T³+……+kn╳Tⁿ (4)

将多个拟合点(T1，Y1)、(T2，Y2)、(T3，Y3)……(Tn，Yn)代入公式(4)中便可以得到k0、k1、k2、k3……kn的值，然后再将k0、k1、k2、k3……kn代入公式(4)中便可以得到温度与目标电压值的对应关系。

当然，上述两种拟合方式仅仅是作为示例示出，并不用于对本申请进行限定，也可以采用其他的拟合公式或拟合方法来获得温度与目标电压值的对应关系。

S3、获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值C。

在步骤S3中，通过反馈元件获得MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值C。参照图3，具体地，获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值C包括步骤：

S31、对MEMS微镜在当前环境温度下的电压值进行采样，获得多个采样值；

S32、计算多个采样值的平均值，将多个采样值的平均值作为MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值C。

由于模/数转换器(ADC)采样会有噪声，本实施例中通过进行多次采样并求平均来获得MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值C，从而可以降低噪声的影响，例如，本实施例中的采样频率选为100sample/s，采样时间选为1分钟，经过采样后获得6000个采样值，然后对这6000个采样值求平均，将最终得到的平均值作为MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值C。这里的采样频率和采样时间可以根据实际需要进行设定，这里仅仅是作为示例示出，并不用作限定。

S4、判断当前电压值C与MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值Y＇之间的差值是否大于预定的电压阈值，若差值大于电压阈值，则进入步骤S5。

在步骤S4中，电压阈值为MEMS微镜的最小偏转角度对应的电压值，即MEMS微镜的偏转角度为最小偏转角度时，反馈元件获得的MEMS微镜对应的电压反馈信号。

本实施例中最小偏转角度指的是采用电压值等于驱动元件精度的驱动信号驱动MEMS微镜时的偏转角度，驱动元件精度为U/B，U为驱动元件的最大驱动电压，B为驱动元件的分辨率，较佳地，本实施例中的驱动元件为数字模拟转换器(DAC)，例如，DAC为10位DAC，则DAC的分辨率为2¹⁰，即B＝1024，DAC最大驱动电压是10V，即U＝10V，则驱动元件精度为U/B＝10/1024V，当采用10/1024V的电压驱动MEMS微镜时的偏转角度即为最小偏转角度。

参照图4，具体地，本实施例中的电压阈值通过下面的步骤获得：

S400、将MEMS微镜的偏转角度增加最小偏转角度，获取对应的第一电压值Y1＇；

S401、将MEMS微镜的偏转角度减小最小偏转角度，获取对应的第二电压值Y2＇；

S402、计算第一电压值Y1＇与第二电压值Y2＇的平均值，将第一电压值Y1＇与第二电压值Y2＇的平均值(Y1＇-Y2＇)/2作为电压阈值。

本实施例中的电压阈值可以是事先获得的，此时MEMS微镜的偏转角度可以是任意值，也可以是在步骤S3之后获得，此时MEMS微镜的偏转角度为预定的偏转角度A。步骤S400～S402是在步骤S3之后进行的，因此，在步骤S400～S401中MEMS微镜的偏转角度为预定的偏转角度A。

当然，在本实施例的其他实施方式中，最小偏转角度也可以根据实际需要设定为其他值，例如，最小偏转角度指的是采用电压值为1V的驱动信号驱动MEMS微镜时的偏转角度，此时电压阈值通过下面的步骤获得：

将MEMS微镜的偏转角度增加最小偏转角度，获取对应的第三电压值Y3＇；

计算第三电压值Y3＇与MEMS微镜在预定偏转角度A下的当前电压值C的差值Y3＇-C，将Y3＇-C作为电压阈值。

在获得电压阈值之后，步骤S4中判断当前电压值C与MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值Y＇之间的差值是否大于预定的电压阈值，即比较C-Y＇的差值的绝对值是否大于电压阈值，若C-Y＇的差值的绝对值大于电压阈值则进入步骤S5。

S5、调整MEMS微镜的驱动信号，以使得差值小于电压阈值，即保证MEMS微镜的偏转角度维持在预定偏转角度。

在步骤S5中，具体地，以电压阈值为步长调整MEMS微镜的驱动信号，直到当前电压值C与MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值Y＇之间的差值小于电压阈值。

在步骤S4中，若当前电压值C与MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值Y＇之间的差值不大于预定的电压阈值，则返回步骤S1，重复步骤S1～S5。

本实施例根据MEMS微镜的当前环境温度来获得目标电压值，通过比较MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值与目标电压值之间的大小来判断是否需要对MEMS微镜的驱动信号进行调整，从而在实时监测MEMS微镜的偏转角度的同时考虑环境温度对MEMS微镜的偏转角度的影响，以实现对MEMS微镜的偏转角度的精确控制，提升了MEMS微镜工作的稳定性。

参照图5，本实施例中MEMS微镜的工作模式包括静态驱动模式和谐振模式，当MEMS微镜工作在静态驱动模式时，MEMS微镜的驱动控制方法如上所述，当MEMS微镜工作在谐振模式时，在获取MEMS微镜的当前环境温度之前，本实施例中的驱动控制方法还包括：

S10、通过锁相方法跟踪MEMS微镜的谐振频率，使得MEMS微镜保持在谐振状态。

具体地，当MEMS微镜工作在谐振模式时，首先需要通过锁相原理实时跟踪MEMS微镜的谐振频率并通过调整MEMS微镜的驱动信号，这里调整MEMS微镜的驱动信号主要是调节驱动信号的频率，使得MEMS微镜保持处于谐振状态，然后进入步骤S1。

参照图6，本实施例还提供了一种MEMS微镜的驱动控制装置，所述驱动控制装置包括温度传感器1、计算单元2、反馈元件3、判断单元4、调整单元5。

温度传感器1用于获取MEMS微镜的当前环境温度，温度传感器1设置在MEMS微镜上，通过温度传感器1便可以实时获得MEMS微镜的当前环境温度。计算单元2用于根据温度与目标电压值的对应关系计算MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值，反馈元件3用于获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值，判断单元4用于判断当前电压值与MEMS微镜在当前环境温度下的目标电压值之间的差值是否大于预定的电压阈值，调整单元5用于在差值大于电压阈值时调整MEMS微镜的驱动信号，以使得差值小于电压阈值。

本实施例中的反馈元件3可以直接设置于MEMS微镜上，也可以是外置反馈元件。反馈元件3可以是电容反馈器件或者电阻反馈器件。电容反馈器件是在MEMS微镜上设置两个电极，在MEMS微镜发生运动时，两个电极间的电容也会随着MEMS微镜的运动而发生改变。反馈元件3为电阻反馈器件且直接设置于MEMS微镜上时，通过掺杂工艺将电阻反馈器件集成到MEMS微镜的扭转梁结构上，当MEMS微镜发生运动时，扭转梁结构发生形变，从而使电阻反馈器件受到应力，电阻反馈器的电阻发生改变，常用的电阻反馈器为压阻传感器，压阻传感器可以将MEMS的偏转角度转化为MEMS微镜对应的电压反馈信号即电压值输出，例如，MEMS微镜的偏转角度为10°时，压阻传感器输出的电压反馈信号为峰值为200mV的电压信号。

参照图7，本实施例还提供了一种计算机存储介质201，所述计算机存储介质201与处理器200相连，计算机存储介质201中存储有计算机程序，处理器200用于读取并执行计算机存储介质201中存储的计算机程序，以实现如上所述的MEMS微镜的驱动控制方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机存储介质中，或者从一个计算机存储介质向另一个计算机存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solidstate disk，SSD))等。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、装置、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种MEMS微镜的驱动控制方法，其特征在于，所述驱动控制方法包括步骤：

获取MEMS微镜的当前环境温度；

获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值；

2.根据权利要求1所述的驱动控制方法，其特征在于，所述温度与目标电压值的对应关系通过以下步骤获得：

3.根据权利要求1所述的驱动控制方法，其特征在于，所述获取MEMS微镜在当前环境温度下的当前电压值步骤具体包括：

计算所述多个采样值的平均值，将所述多个采样值的平均值作为MEMS微镜在在当前环境温度下的当前电压值。

4.根据权利要求1所述的驱动控制方法，其特征在于，所述电压阈值为MEMS微镜的最小偏转角度对应的电压值。

5.根据权利要求4所述的驱动控制方法，其特征在于，所述电压阈值通过以下步骤获得：

6.根据权利要求1所述的驱动控制方法，其特征在于，调整MEMS微镜的驱动信号，以使得所述差值小于所述电压阈值步骤具体包括：

7.根据权利要求1所述的驱动控制方法，其特征在于，MEMS微镜的工作模式包括静态驱动模式和谐振模式。

8.根据权利要求7所述的驱动控制方法，其特征在于，若MEMS微镜的工作模式为谐振模式，在获取MEMS微镜的当前环境温度之前，所述驱动控制方法还包括：

9.一种MEMS微镜的驱动控制装置，其特征在于，所述驱动控制装置包括：

温度传感器，用于获取MEMS微镜的当前环境温度；

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序在被一个或多个处理器读取并执行时实现如权利要求1～8任一项所述的MEMS微镜的驱动控制方法。