本发明涉及激光扫描技术领域，尤其涉及一种扫描镜监测系统及方法。
背景技术：
mems器件可用于快速光学扫描领域，在投影显示、条形码扫描、激光打印机、医疗成像、光通讯等领域具有广泛应用。近年来，由于mems微振镜应用,，帮助激光雷达摆脱了笨重的马达、多棱镜等机械运动装置，特别是毫米级尺寸的mems微振镜的使用，大大减小了激光雷达的尺寸。无论从美观度、车载集成度还是成本的角度考虑，mems微振镜都具有明显的优势。
但在mems微振镜的使用过程中，当mems微振镜出现机械故障、破损故障等时，会造成mems微振镜停止工作、扫描范围缺失等情况，进而激光器发射的光束会连续聚焦于一点，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。并且，mems微振镜出现故障时，扫描范围缺失，也会造成系统的信号缺失。
因此，在mems微振镜的使用中，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。
技术实现要素：
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；所述扫描装置包括发射器/接收器以及扫描组件；所述扫描组件包括支架、安装于所述支架上的扫描镜、电容器、第一导线以及监测电路；其中，所述支架包括有万向架，所述扫描镜安装在所述万向架上以进行二维偏转；所述电容器包括有设置在所述支架、扫描镜以及万向架上的至少一个电极；所述第一导线缠绕设置于所述扫描镜的边界上，用于连接扫描镜上的电极；所述监测电路用于监测所述电容器的信号变化，并将监测信号发送至控制电路；所述控制电路接收所述监测信号，对扫描组件的结构完整性和工作状态进行判断，以对发射器/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，所述电容器包括第一电容器、第二电容器、第三电容器以及第四电容器；其中，支架上的第一电极与万向架上的第二电极限定所述第一电容器；万向架上的第三电极与扫描镜上的第四电极限定所述第二电容器；扫描镜上的第五电极与万向架上的第六电极限定所述第三电容器；而万向架上的第七电极与支架上的第八电极限定所述第四电容器。
在一些实施例中，所述扫描组件还包括第一铰链、第二铰链、第三铰链以及第四铰链；其中，所述扫描镜通过所述第一铰链和所述第四铰链与所述万向架铰接，使得所述扫描镜可沿着第一铰链与第四铰链的连线方向振荡偏转；所述万向架通过所述第二铰链和所述第三铰链与所述支架铰接，使得所述万向架可沿着第二铰链与第三铰链的连线方向振荡偏转。
在一些实施例中，所述扫描组件还包括连续调制信号单元，用于输出高频电压信号和低频电压信号；所述支架上设置有第一焊点、第二焊点、第三焊点以及第四焊点；其中，所述第一焊点一端连接所述调制信号单元，另一端连接所述第一电极；所述第二焊点一端连接所述调制信号单元，另一端连接所述第三电极；所述第三焊点一端连接所述监测电路，另一端连接所述第六电极；所述第四焊点一端连接所述监测电路，另一端连接所述第八电极。
在一些实施例中，所述第一导线缠绕设置于所述扫描镜的边界上，并穿过所述扫描镜使得所述第四电极与所述第五电极连接。
在一些实施例中，所述扫描组件还包括第二导线，所述第二导线缠绕设置于所述万向架的边界上，并穿过所述第四铰链和所述第一铰链使得所述第二电极与所述第七电极连接。
在一些实施例中，所述调制信号单元输出的高频电压信号用于监测所述扫描镜沿着所述第一铰链和所述第四铰链的连接方向偏振振荡时扫描装置的结构完整性和工作状态；所述调制信号单元输出的低频电压信号用于监测所述万向架沿着所述第二铰链和所述第三铰链连连接方向偏转振荡时扫描装置的工作状态。
本发明实施例的另一技术方案为：
一种扫描镜的监测方法，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；其中，所述扫描组件包括扫描镜，通过控制扫描镜进行二维偏转振荡以将光脉冲向外投射；
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；其中，扫描组件还包括有支架、万向架、电容器以及监测电路，所述电容器包括有设置在支架、扫描镜以及万向架上的至少一个电极；通过监测电路监测支架、万向架以及扫描镜上的至少一个电极形成的电容器的电压变化，发送监测信号至控制电路；
步骤s3：控制电路接收监测信号，对扫描组件的结构完整性和工作状态进行判断，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s2中，监测电路监测扫描组件支架、万向架以及扫描镜上的至少一个电极形成的电容器的电压变化，扫描镜正常工作情况下，电容器导通电压信号，监测电路监测出周期性离散信号；而当扫描镜、万向架或者铰链破损或异常工作时，监测电路的监测信号异常或监测不到信号。
在一些实施例中，所述扫描组件还包括连续调制信号单元，用于输出高频电压信号和低频电压信号。
本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过对扫描装置的外形和功能完整性进行实时监控，在同时监测扫描镜、万向架、铰链的结构完整和扫描镜的二维振荡偏转的工作状态上具有重要意义，并且可在扫描系统出现异常或损坏时停止其工作，有效保证人眼安全，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角度图示。
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方法监测到的监测信号的图示。
图5b是根据本发明一个实施例扫描镜监测方法监测到的监测信号的另一图示。
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所示为本发明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包括发射器/接收器306以及扫描组件；扫描组件包括扫描镜102以及监测电路308。处理器304包括一个或多个处理单元，用于向控制电路306发送命令控制输出，控制电路305接收监测电路308的信号并根据处理器304的命令提供控制输出，控制输出根据需要可以为控制扫描镜102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；发射器/接收器306将光脉冲向扫描组件中的扫描镜102发送并且接收经扫描镜102向外投射后反馈回的光信息，扫描镜102用于将接收的光脉冲快速、均匀向外投射；监测电路308用于监测扫描镜102的结构完整性和工作状态，并将监测信号发送至控制电路306。
参照图2所示，扫描组件包括支架101、安装于支架101上的扫描镜102、电容器、第一导线103以及监测电路104。其中，支架101由半导体衬底形成，支架101包括有万向架105；扫描镜102安装在万向架105上以进行二维偏转；电容器包括有设置在支架101、扫描镜102以及万向架105上的至少一个电极；第一导线103缠绕设置于扫描镜102的边界上，用于连接扫描镜102上的电极；监测电路104用于监测电容器的信号随着扫描镜102的偏转而产生的变化。
在一些实施例中，扫描组件还包括第一铰链106、第二铰链107、第三铰链108以及第四铰链109。其中，扫描镜102通过第一铰链106和第四铰链109与万向架105铰接，使扫描镜102沿着第一铰链106与第四铰链109的连线方向高速振荡偏转，从而实现扫描装置100的二维振荡偏转，以将激光束反射投影至一定范围内的任意空间位置；万向架105通过第二铰链107和第三铰链108与支架101铰接，从而使得万向架105可以沿着第二铰链107与第三铰链108的连线方向快速振荡偏转。
在一些实施例中，电容器包括第一电容器110、第二电容器111、第三电容器112以及第四电容器113。支架101上的第一电极114与万向架105上的第二电极115限定第一电容器110；万向架105上的第三电极116与扫描镜102上的第四电极117限定第二电容器111；扫描镜102上的第五电极118与万向架105上的第六电极119限定第三电容器112；而万向架105上的第七电极120与支架101上的第八电极121限定第四电容器113。需要说明的是，在本发明实施例中，电容器可以是mems电容器，也可以是其他类型电容器，此处不作限制。
在一些实施例中，前述每对电极限定的电容器的电容值根据电极之间的间隙变化以及随着万向架105和扫描镜102的倾角而改变。支架101限定一平面，万向架105和扫描镜102在平面中具有平衡位置，当万向架105处于平衡位置时，万向架105、第一电极114和第八电极121共面；而当扫描镜102处于平衡位置时，扫描镜102、第三电极116和第六电极119共面。
在一些实施例中，扫描组件还包括连续调制信号单元126，用于输出高频电压信号和低频电压信号；支架101上设置有四个焊点，分别为第一焊点122、第二焊点123、第三焊点124以及第四焊点125。其中，第一焊点122一端通过导线连接调制信号单元126，另一端连接支架101上的第一电极114；第二焊点123一端通过导线连接调制信号126，另一端通过第三铰链108连接第三电极116；第三焊点124一端通过导线连接监测电路104，另一端通过第二铰链107与第六电极119连接；第四焊点125一端通过导线与监测电路104连接，另一端通过导线与第八电极121连接。
在一些实施例中，扫描镜102上的第四电极117通过第一导线103与第五电极118连接，第一导线103缠绕设置于扫描镜102的边界上，并穿过扫描镜102使得第四电极117与第五电极118连接，以监测扫描镜102的结构完整性。参照图3所示，万向架105上的第二电极115通过第二导线201与第七电极120连接，第二导线201缠绕设置于万向架105边界，并穿过第四铰链109和第一铰链106使得第二电极115与第七电极120连接，以用于监测万向架105、第一铰链106以及第四铰链109的结构完整性。
在一些实施例中，调制信号弹元126输出的高频电压信号用于监测扫描镜102沿着第一铰链106和第四铰链108的连续方向高速偏振振荡时扫描装置的结构完整性和工作状态；而低频电压信号用于监测万向架105沿着第二铰链107和第三铰链108连续方向快速偏转振荡时扫描装置的工作状态。需要说明的是，调制信号单元126输出的不仅限于电压信号，还可以是电流信号等监测信号，此处不作限制。
在一些实施例中，调制信号单元126发送高频电压信号至第二焊点123，高频电压信号通过第二焊点123到达支架101，在支架101上通过第三铰链108连接至万向架105，当扫描镜102处于平衡位置时，万向架105上的第三电极116与扫描镜102上的第四电极117构成的第二电容器111导通高频电压信号，同时，扫描镜102上的第四电极117通过第一导线103与扫描镜102上的第五电极118连接，扫描镜102上的第五电极118与万向架105上的第六电极119构成的第三电容器112也导通高频电压信号，最终高频电压信号通过第二铰链107和支架101上的第三焊点124后到达监测电路104，随着扫描镜102围绕着第一铰链106和第四铰链109所在的中心轴进行振荡偏转和高频电压信号的间断持续导通，监测电路104监测到的信号为如图5(a)所示，在1秒内监测到许多间断离散信号。
在一些实施例中，调制信号单元126发送低频电压信号至第一焊点122，低频电压信号通过第一焊点122到达支架101，当万向架105处于平衡位置时，支架101上的第一电极114和万向架105上的第二电极115构成的第一电容器110将导通低频电压信号，同时，万向架105上的第二电极115通过第二导线201将低频电压信号传输至第七电极120，万向架105上的第七电极120和支架101上的第八电极121构成的第四电容器113导通低频电压信号，低频电压信号通过第四焊点后到达监测电路104，随着万向架105围绕着第二铰链107和第三铰链108所在的中心轴振荡偏转和低频电压信号的间断持续导通，监测电路104监测到的信号如图5(b)所示，在2×10-4秒内监测到许多间断的离散信号。
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。
图4是本发明另一实施例扫描镜监测方法的流程图示。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；
其中，扫描组件包括扫描镜，通过控制扫描镜进行二维偏转振荡以将光脉冲向外投射；扫描组件还包括有调制信号单元，随着扫描镜的偏转振荡，调制信号单元发送连续调制信号；
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；
其中，扫描组件包括有电容器，电容器包括有设置在扫描组件支架、扫描镜以及万向架上的至少一个电极，监测电路监测支架、万向架以及扫描镜上的至少一个电极形成的电容器的电压变化，以发送监测信号至控制电路；
步骤s3：控制电路接收监测信号，对扫描组件的结构完整性和工作状态进行判断，从而对发射器/接收器以及扫描组件的工作状态进行调制。
更具体地，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、均匀地向外投射，实现二维扫描，以将光脉冲反射投影至一定范围的任意空间位置；在扫描镜的振荡偏转的过程中，调制信号单元向扫描组件发送连续调制信号，扫描组件接收连续调制信号，控制电路发送启动命令至监测电路，监测电路开启监测扫描组件的结构完整性和工作状态。
在步骤s2中，监测电路监测扫描组件支架、万向架以及扫描镜上的至少一个电极形成的电容器的电压变化，扫描镜正常工作情况下，当所有电极处于共面时，电容器导通电压信号，监测电路监测出周期性离散信号；而当扫描镜、万向架或者铰链破损或异常工作时，监测电路的监测信号异常或监测不到信号。
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。
步骤s3中，控制电路可根据接收到的监测信号对发射器/接收器的发送和接收频率进行调制。
本发明通过简单的监测电路以低延迟地监测调制信号在装置中的特性，对扫描装置的外形和功能完整性进行实时监控，在同时监测扫描镜、万向架、铰链的结构完整和扫描镜的二维振荡偏转的工作状态上具有重要意义，并且可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。
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；所述扫描装置包括发射器/接收器以及扫描组件；所述扫描组件包括支架、安装于所述支架上的扫描镜、电容器、第一导线以及监测电路；其中，
所述支架包括有万向架，所述扫描镜安装在所述万向架上以进行二维偏转；
所述电容器包括有设置在所述支架、扫描镜以及万向架上的至少一个电极；
所述第一导线缠绕设置于所述扫描镜的边界上，用于连接扫描镜上的电极；
所述监测电路用于监测所述电容器的信号变化，并将监测信号发送至控制电路；
所述控制电路接收所述监测信号，对扫描组件的结构完整性和工作状态进行判断，以对发射器/接收器以及扫描组件的工作状态进行调制。
2.如权利要求1所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述电容器包括第一电容器、第二电容器、第三电容器以及第四电容器；其中，支架上的第一电极与万向架上的第二电极限定所述第一电容器；万向架上的第三电极与扫描镜上的第四电极限定所述第二电容器；扫描镜上的第五电极与万向架上的第六电极限定所述第三电容器；而万向架上的第七电极与支架上的第八电极限定所述第四电容器。
3.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第一铰链、第二铰链、第三铰链以及第四铰链；其中，所述扫描镜通过所述第一铰链和所述第四铰链与所述万向架铰接，使得所述扫描镜可沿着第一铰链与第四铰链的连线方向振荡偏转；所述万向架通过所述第二铰链和所述第三铰链与所述支架铰接，使得所述万向架可沿着第二铰链与第三铰链的连线方向振荡偏转。
4.如权利要求3所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述扫描组件还包括连续调制信号单元，用于输出高频电压信号和低频电压信号；所述支架上设置有第一焊点、第二焊点、第三焊点以及第四焊点；其中，所述第一焊点一端连接所述调制信号单元，另一端连接所述第一电极；所述第二焊点一端连接所述调制信号单元，另一端连接所述第三电极；所述第三焊点一端连接所述监测电路，另一端连接所述第六电极；所述第四焊点一端连接所述监测电路，另一端连接所述第八电极。
5.如权利要求3所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述第一导线缠绕设置于所述扫描镜的边界上，并穿过所述扫描镜使得所述第四电极与所述第五电极连接。
6.如权利要求3所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述扫描组件还包括第二导线，所述第二导线缠绕设置于所述万向架的边界上，并穿过所述第四铰链和所述第一铰链使得所述第二电极与所述第七电极连接。
7.如权利要求4所述的扫描镜监测系统，其特征在于：所述调制信号单元输出的高频电压信号用于监测所述扫描镜沿着所述第一铰链和所述第四铰链的连接方向偏振振荡时扫描装置的结构完整性和工作状态；所述调制信号单元输出的低频电压信号用于监测所述万向架沿着所述第二铰链和所述第三铰链连连接方向偏转振荡时扫描装置的工作状态。
8.一种扫描镜的监测方法，其特征在于，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；其中，所述扫描组件包括扫描镜，通过控制扫描镜进行二维偏转振荡以将光脉冲向外投射；
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；其中，扫描组件还包括有支架、万向架、电容器以及监测电路，所述电容器包括有设置在支架、扫描镜以及万向架上的至少一个电极；通过监测电路监测支架、万向架以及扫描镜上的至少一个电极形成的电容器的电压变化，发送监测信号至控制电路；
步骤s3：控制电路接收监测信号，对扫描组件的结构完整性和工作状态进行判断，从而对发射器/接收器以及扫描组件的工作状态进行调制。
9.如权利要求8所述扫描镜的监测方法，其特征在于：步骤s2中，监测电路监测扫描组件支架、万向架以及扫描镜上的至少一个电极形成的电容器的电压变化，扫描镜正常工作情况下，电容器导通电压信号，监测电路监测出周期性离散信号；而当扫描镜、万向架或者铰链破损或异常工作时，监测电路的监测信号异常或监测不到信号。
10.如权利要求8所述扫描镜的监测方法，其特征在于：所述扫描组件还包括连续调制信号单元，用于输出高频电压信号和低频电压信号。
技术总结