CN112034615B - 高速扫描用可变透镜的控制编码方法、装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速扫描用可变透镜的控制编码方法、装置及介质，用于对可变透镜实现扫描控制，所述可变透镜包括多个阵列单元，各阵列单元通过一开关模块实现开启或关闭，所述开关模块基于编码信号实现控制，所述控制编码方法包括：获取待编码指令，依据所述待编码指令生成包括通讯段和使能段的编码信号，所述通讯段包括多个时序控制模块发脉冲信号，实现寻址，所述使能段包括不间断的使能脉冲信号，实现使能开启。与现有技术相比，本发明具有结构简单等优点。

Description

高速扫描用可变透镜的控制编码方法、装置及介质

技术领域

本发明涉及激光超高速扫描技术领域，尤其是涉及一种高速扫描用可变透镜的控制编码方法、装置及介质。

背景技术

目前，由于激光切割、激光焊接、激光3D打印技术的发展，激光超高速扫描的需求越来越高，各种超高速扫描模块也逐步推出。

目前超高速振镜主要包括：

1、MEMS微振镜(单枚成一套子系统)，其水平方向频率可达20000Hz，是常规SLM的振镜系统的200倍(目前用于SLM的振镜系统，最大频率也就在100Hz的级别)，垂直方向可达1000Hz。MEMS微振镜具有水平方向很高的频率，但竖直方向不理想。

2、共振式振镜，共振式振镜的频率可达10000Hz。共振式振镜的扫描速率低于MEMS微振镜，而且它只有单轴进行工作。

此外，这两种振镜依然属于转角振镜，光的传播角度会实时改变。这会存在以下不足：首先，在扫描过程中会出现畸变效应，第二，如果要对其进行光路拓展将需要很多辅助措施。为了更好地匹配现在的超高速激光系统以实现更多的加工，扫描频率(扫描速率)应进一步提升，而为了与扫描过程相匹配需要研发一种简单的编码方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速扫描用可变透镜的控制编码方法、装置及介质，控制有效，方便实现寻址-使能打开的功能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高速扫描用可变透镜的控制编码方法，用于对可变透镜实现扫描控制，所述可变透镜包括多个阵列单元，各阵列单元通过一开关模块实现开启或关闭，所述开关模块基于编码信号实现控制，所述控制编码方法包括：

获取待编码指令，依据所述待编码指令生成包括通讯段和使能段的编码信号，所述通讯段包括多个时序控制模块发脉冲信号，实现寻址，所述使能段包括不间断的使能脉冲信号，实现使能开启。

进一步地，所述开关模块采用多级时序控制方式实现控制，所述通讯段包括多个多级时序通讯段，每个时序通讯段匹配一个时序控制模块。

进一步地，所述开关模块采用两级时序控制方式实现控制。

进一步地，所述使能段包括前空段，该前空段为使能开启码。

进一步地，所述前空段连接有后空段，该后空段为相位补偿码。

进一步地，所述使能段还包括尾空段，该尾空段为时序位移码位补偿码。

进一步地，所述通讯段和使能段的前空段通过通讯总线传输，使能段的其他部分通过使能总线传输。

进一步地，所述使能段通过获取的时间步进行加和操作生成。

本发明还提供一种高速扫描用可变透镜的控制编码装置，包括编码器，该编码器基于如上所述的方法的步骤实现编码。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明可以不再借助其他逻辑方式，即可自然的编译分割命令，实现寻址-使能打开的功能，方法简单，精度高。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例提供一种高速扫描用可变透镜的控制编码方法，用于对可变透镜实现扫描控制，所述可变透镜包括多个阵列单元，各阵列单元通过一开关模块实现开启或关闭，所述开关模块基于编码信号实现控制，所述控制编码方法包括：获取待编码指令，依据所述待编码指令生成包括通讯段和使能段的编码信号，所述通讯段包括多个时序控制模块发脉冲信号，实现寻址，所述使能段包括不间断的使能脉冲信号，实现使能开启。

该方法具体描述如下：

1.扫描的过程，实际上是总共K个时序在变动的指定位置等时长的多点脉冲曝光，时长为一个使能脉冲的脉宽。

比如，某可变光镜有100×100个阵列单元，要在第50行位置“连续”扫描一条从左到右的直线，这里相当于第50行的100个光镜阵列需要从左到右依次只打开一个单元(变动的指定位置)，即整个过程需要100步(K＝100)。

2.编码总体是由一个个载波组成，一个周期的载波即包含了完整一层扫描的所有信息，由于扫描面积或扫描过程的差异性，每个载波周期都会有不同；而水平或垂直方向的扫描频率即扫描给定一行或一列所需要的使能“脉宽频率÷行数或列数”，这里脉宽频率理论上可以达到处理器的主频。

比如，某可变光镜有100×100个阵列单元，相当于扫描一行需要发100个脉冲；处理器主频假设为1GHz，则水平扫描频率可达10MHz，而且行数＝列数，因而垂直扫描频率也是10MHz，速度可比目前高速振镜高出3-4个数量级。

每个载波周期，划分为通信段和使能段，在通信段，编码器通过Nn条通信总线向Nn个第n级时序控制模块发脉冲信号；在使能段，编码器通过1条使能总线发送不间断的使能脉冲信号，而通讯段全部以000……脉冲代替。

3.通讯段总共有Tn个时序，首先下分Tn个时序通讯段，第j个时序，记为Tj。

每个时序通讯段，匹配n级时序控制模块，首先下分Nn段第n级通讯段，分别对应Nn个第n级的时序控制模块，某个第n级时序控制模块记为T_in，且inmax＝N_n；以此类推，T_in有下分n-1级通讯段，分别对应N_{in n-1}个第n-1级的时序控制模块，其中某个模块记为T_{in in-1}，且in-1max＝N_{in n-1}；再以此不断类推，直到T_{in in}-1……_i2下分N_{in in}-1……i2 ₁段1级通讯段，分别对应N_{in in}-1……i2 ₁个第1级的时序控制模块，其中某模块记为T_{in in-1……i2 i1}，且i1max＝N_{in in-1……i2 1}。因为后端就对应应该MOS开关，则这个开关记为S_{in in-1……i2 i1}。

而使能段分为开始较短的空段、后续较长的满段以及尾空段，空段分为前空段和后空段，前空段为了告诉编码器的使能总线可以开始发射脉冲，且前空段依然只是在通讯总线上传输，其编码格式将在7中说明；后空段是可选的目的是由于MOS管的开关顺序控制是基于0时间相位为起始时间相位，但是通讯段传输完毕时，系统未必在时序控制模块的标准0相位时间，因此需要补偿。

当然，还可以采取无空段编译，此时，编码器需要计算出相应的起始相位，并从此相位开始传输。采用无空段编译，可减少控制脉冲个数，提高速率但编程编译更复杂。

4.通讯段的具体解析：在前一段命令是时序Tj-1情况下，在时序Tj，S_{in in-1……i2 i1}需要打开，这时Tj时序的1级通讯段记为(1|i1)，第一个“1”所在位是时序移位码，1指移本段程序时序1位，为了简化接收，实际是一连串连起来的2进制码，i1和1没有分割，是靠数位进行区分。2级通讯段记为(1|i2|i1)；以此类推，到n级即为(1|in|in-1|……|i1)，由于数位区分的原因，每个Tj段的总位数是相等的，所以，通过数位就可以区分Tj和Tj+1段的区分。如100*100阵列中，一段位数为14位，表达了一个时序的信息，那么：1-14位第一个时序；15-28第二个时序……自然分割。

另外，无论MOS开关是否需要打开，所有1级时序模块都会接收到时序移位码，以保证输入时序信息的同步性。这里，在Tj时序段报到地址的，其1级时序控制模块会在对应的时序相位打开使能信号开关，触发使能命令。

比如，100×100阵列，2级系统，设每个2级下的1级模块数量都是N_s1＝200，而2级模块为N_s＝50，在时序50，且前一段是时序49时，需要打开第15个第2级下，第100个第1级时序控制模块对应的开关S_{15 100}，

则二进制的编码即：1|01111|01100100(实际输入时没有“|“，这里为了区分)

对照十进制：1|15|100(时序移1位|2级数|1级数)

这里，2级数和1级数的2进制代码前都有一个0，目的就是为了于最大的50和200统一位数。

从上可以看出，1级数到n级数最大值优选的都为2^m-1。m是指任意正整书，但m≠n，需要补充的是，这个数值是为了用足二进制数位，比如三位要用足，就是000-111，即可以表示0～7(7＝2^3-1)。

5.如果时序Tj需要有2个点同时开启，问题即转化为：一段命令时序Tj的命令的前序时序命令也是时序Tj，即时序偏移码为0。以此类推，如果要同时开启n个点，那第一个点命令段的时序偏移码(即时序移位码)是1，其他点的命令段时序偏移段都为0。

以上述100×100阵列为例，还要同时开启开关S_{17 150}、S_{19 120}则二进制的编码即：1|01111|01100100||0|10001|10010110||0|10011|1111000(实际输入时没有“|，||”，这里为了区分)。

6.这里控制扫描频率的编码方法为通过Tj+1和Tj时序开启相同的MOS开关管，增加某个时刻过程的时序数，从而增加停留时间，以“等效”降低扫描频率。

7.开启、关闭使能总线和重新切换到通讯总线的编码方法。

开启使能总线编码方法为：按上述第4条所述的规则，开启码为(0|i1)，且i1所对应的二进制编码全为0。编码器中使能总线的接收器一旦收到这样一段代码，即通过使能总线发送使能脉冲。

关闭使能总线的编码方法为：编码器内，使能总线的编译部会对时序控制码进行加和操作，计算得到所有的时间步，即对应要连续发送多少个使能脉冲，当收到开启码后，加和器停止工作，使能脉冲按要求连续发送，发送完毕后，使能总线重新归于0位，加和器同时打开，准备接收一下段通讯代码。

这里可能存在一个尾空段，目的是凑到时序移位码位开始发1。以150个时序为例，使能激活时，mos管依次开关的总共时间只有150个单位时间，但是改变mos开关状态的“时序完整代码”有14位，需要14个单位时间，所以走到150时间，尽管完整的开关动作做完了，但是对应的那条“时序完整代码”没走完，所以要走完之后(154位)，到155位开始发1才对应了“时序位移码”位置，则可继续输入新的改变mos开关状态编程的指令。

以上述100×100阵列为例，假设总共有150个时序，要开启使能线时，则二进制的编码即：0|00000|(即连续收到6个0)，使能线就开启，时序加和器停止工作，连续发送150个使能脉冲后归0，使能总线自然停止工作，时序加和器再次打开。

这种方式可以不再借助其他逻辑方式，即可自然的编译分割命令，实现寻址-使能打开的功能。下面第8条就讲述了控制器代码、编码器译码发送的方式和控制器代码与编码器译码之间的关系。

8.关于控制器代码与各部分工作的关系如图1所示。

通讯段对mos开关状态是根据时序编码逐步调整。

这里，可变光镜在大部分不工作的时间段内，会伴有其他机械归零动作，对系统效率基本无影响。

实施例2

本实施例提供一种高速扫描用可变透镜的控制编码装置，包括编码器，该编码器基于如实施例1所述的方法的步骤实现编码。

实施例3

本实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如实施例1所述的方法。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速扫描用可变透镜的控制编码方法，其特征在于，用于对可变透镜实现扫描控制，所述可变透镜包括多个阵列单元，各阵列单元通过一开关模块实现开启或关闭，所述开关模块基于编码信号实现控制，所述开关模块采用多级时序控制方式实现控制，所述控制编码方法包括：

获取待编码指令，依据所述待编码指令生成包括通讯段和使能段的编码信号，所述通讯段包括通过Nn条通信总线向Nn个第n级时序控制模块发送的脉冲信号，实现寻址，所述使能段包括通过1条使能总线发送的不间断的使能脉冲信号，实现使能开启，所述通讯段包括多个多级时序通讯段，每个时序通讯段匹配一个时序控制模块。

2.根据权利要求1所述的高速扫描用可变透镜的控制编码方法，其特征在于，所述开关模块采用两级时序控制方式实现控制。

3.根据权利要求1所述的高速扫描用可变透镜的控制编码方法，其特征在于，所述使能段包括前空段，该前空段为使能开启码。

4.根据权利要求3所述的高速扫描用可变透镜的控制编码方法，其特征在于，所述前空段连接有后空段，该后空段为相位补偿码。

5.根据权利要求3所述的高速扫描用可变透镜的控制编码方法，其特征在于，所述使能段还包括尾空段，该尾空段为时序位移码位补偿码。

6.根据权利要求3所述的高速扫描用可变透镜的控制编码方法，其特征在于，所述通讯段和使能段的前空段通过通讯总线传输，使能段的其他部分通过使能总线传输。

7.根据权利要求1所述的高速扫描用可变透镜的控制编码方法，其特征在于，所述使能段通过获取的时间步进行加和操作生成。

8.一种高速扫描用可变透镜的控制编码装置，其特征在于，包括编码器，该编码器基于如权利要求1-7任一所述的方法的步骤实现编码。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一所述的方法。

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