本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量掃描鏡的振動(dòng)幅度的方法，其中由激光源生成的激光束對(duì)準(zhǔn)掃描鏡并且被該掃描鏡反射，而且這樣被反射的激光束落到探測(cè)裝置上。對(duì)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的分析在此借助于探測(cè)裝置來進(jìn)行。

背景技術(shù)：

這類方法尤其是用在車頭燈的激光投影系統(tǒng)以及類似的照明系統(tǒng)中。激光投影系統(tǒng)可以通過經(jīng)由所謂的微掃瞄器使激光束偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。所述微掃瞄器例如可以被實(shí)施成以mems或moems技術(shù)（微機(jī)電系統(tǒng)（micro-electro-mechanicalsystem）或微光機(jī)電系統(tǒng)（micro-opto-electro-mechanicalsystem））來制造的微鏡，所述微鏡僅僅具有幾毫米直徑并且可以在一個(gè)或兩個(gè)軸向上被置于振動(dòng)。對(duì)于這種激光投影系統(tǒng)的按規(guī)定的功能來說，非常重要的是，檢測(cè)微掃瞄器的當(dāng)前偏轉(zhuǎn)（角度的大?。┎⑶乙噪娮臃绞絹硖幚?，使得對(duì)激光流的調(diào)制可以與鏡振動(dòng)精確地同步，以便能夠生成例如以靜止的光分布的形式的確定的圖像。

基本上，必須分析鏡振動(dòng)的兩個(gè)特征參量，即振動(dòng)幅度（也就是鏡振動(dòng)的幅度）、以及相移或相位（也就是過零點(diǎn)的移動(dòng)）。振動(dòng)幅度確定所生成的光圖像的寬度，并且必須被調(diào)節(jié)到精確的值，通常以電子方式被調(diào)節(jié)到精確的值。相移導(dǎo)致在微掃瞄器的激勵(lì)信號(hào)與實(shí)際的鏡振動(dòng)之間的時(shí)間差，所述相移可用于激光調(diào)制的最優(yōu)的同步。

為了測(cè)量鏡偏轉(zhuǎn)，可以動(dòng)用不同的傳感器，所述不同的傳感器的分析常常是非常高成本的。在此，區(qū)分直接集成在微掃描器中的內(nèi)部傳感器（例如電感式傳感器、壓電式傳感器）和可以與實(shí)際的微掃描器無關(guān)地來使用的外部傳感器。針對(duì)外部傳感器，大多使用psd（“位置靈敏探測(cè)器（positionsensitivedetector）”）。

外部傳感器對(duì)被微掃描器偏轉(zhuǎn)的經(jīng)瞄準(zhǔn)的激光束的位置進(jìn)行測(cè)量，但是該激光束沒有被用于實(shí)際的圖像生成，而是僅僅并且單獨(dú)地被用于位置測(cè)量（“測(cè)量激光束”）。

如電容式反饋測(cè)量、psd或基于壓電式傳感器的分析那樣的公知的解決方案導(dǎo)致以電子方式高成本的分析，因?yàn)樵谒羞@些傳感器的情況下必須測(cè)量非常小的電流或電壓，因此必須使用放大電路，所述放大電路常?？赡苁欠浅Ｒ资芨蓴_的。

在使用psd的情況下，必須高電子成本地運(yùn)行，以便變換psd的信號(hào)，使得所述信號(hào)可以以電子方式來分析（電流放大器等等）。明顯更簡(jiǎn)單的解決方案在于使用象限二極管。象限二極管是眾所周知的；所述象限二極管包含對(duì)四個(gè)扁平光電二極管的布置，所述四個(gè)扁平光電二極管一樣大并且并排地以“象限式”布置來定位，使得在它們之間只留有一個(gè)狹窄的十字形縫隙。這些二極管雖然提供取決于入射光的強(qiáng)度的光電流，但是對(duì)于這里所考慮的目的來說，該光電流適合于對(duì)激光束恰好處在四個(gè)象限中的哪個(gè)象限的數(shù)字分析。由此，對(duì)相位的測(cè)量確定無疑是可能的。但是，對(duì)于實(shí)現(xiàn)激光投影系統(tǒng)所需的幅度測(cè)量在通過對(duì)象限二極管的常規(guī)應(yīng)用的情況下是不可能的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明應(yīng)該提供一種方法，該方法即使在使用如常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的象限二極管那樣的簡(jiǎn)單的探測(cè)裝置的情況下也允許測(cè)量微掃描器的振動(dòng)幅度。特別地，應(yīng)該能使用如下探測(cè)裝置，所述探測(cè)裝置具有并排的探測(cè)元件（探測(cè)域），像光電二極管那樣，所述探測(cè)元件在例如有以激光束的形式的光落到其上時(shí)提供信號(hào)。在此，該信號(hào)表明相應(yīng)的表面是否被照明（數(shù)字信號(hào)，開啟/關(guān)閉（on/off））應(yīng)該已經(jīng)足夠。

該任務(wù)由一種方法來解決，在所述方法中，根據(jù)本發(fā)明使用如下探測(cè)裝置，所述探測(cè)裝置具有多個(gè)并排地圍繞著所述探測(cè)裝置的中心來布置的光電探測(cè)元件，其中激光束由于掃描鏡的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)而通過所述探測(cè)元件畫出圍繞著中心點(diǎn)走向的曲線；關(guān)于分別由一個(gè)探測(cè)元件或一組緊挨著地并排的探測(cè)元件形成并且要么對(duì)應(yīng)于（能預(yù)先給定或者例如在探測(cè)裝置上成像或在探測(cè)裝置上限定的）坐標(biāo)的負(fù)值域要么對(duì)應(yīng)于所述坐標(biāo)的正值域的至少一個(gè)探測(cè)區(qū)，通過如下方式進(jìn)行測(cè)量：

-所述曲線關(guān)于其中心點(diǎn)相對(duì)于所述探測(cè)裝置的中心沿著被分配給相應(yīng)的探測(cè)區(qū)的坐標(biāo)偏置了一偏移值；

-確定其中所述曲線分別穿過探測(cè)區(qū)的時(shí)長；

-在使用這樣確定的時(shí)長與振動(dòng)周期的總時(shí)長之比以及所述偏移值的情況下確定振動(dòng)幅度的值。

在此，優(yōu)選地可以使用象限探測(cè)器、尤其是象限二極管作為探測(cè)裝置，其中圍繞著所述象限二極管的中心布置地存在四個(gè)探測(cè)域，其中所述象限探測(cè)器的每兩個(gè)相鄰的域形成一個(gè)探測(cè)區(qū)，所述每兩個(gè)相鄰的域被分配給如下坐標(biāo)，所述兩個(gè)域貼靠在所述坐標(biāo)兩側(cè)。

所述根據(jù)本發(fā)明的解決方案以令人意想不到地高效的方式解決所提出的任務(wù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)毫無問題的電子分析。本發(fā)明使得能夠利用像象限二極管那樣的探測(cè)裝置來測(cè)量振動(dòng)幅度。因?yàn)橄笙薅O管或基于光電元件的探測(cè)器是低成本的并且這些探測(cè)器的電子分析與其它傳感器（例如電容測(cè)量、psd中的低光電二極管電流的測(cè)量）相比非常簡(jiǎn)單，所以有利地得到更加一目了然的測(cè)量方法和用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法的測(cè)量設(shè)備的成本降低。根據(jù)本發(fā)明的方法特別適合于測(cè)量掃描鏡在機(jī)動(dòng)車（kfz）車頭燈的投影系統(tǒng)中的振動(dòng)幅度。

根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)改進(jìn)方案規(guī)定了用于多個(gè)、優(yōu)選地兩個(gè)坐標(biāo)方向的實(shí)施方案。在此，所述坐標(biāo)方向會(huì)彼此成一個(gè)角度、優(yōu)選地直角，其中給每個(gè)坐標(biāo)方向分別分配一個(gè)探測(cè)區(qū)并且借助于所述探測(cè)區(qū)來針對(duì)分別被分配的坐標(biāo)方向確定振動(dòng)幅度的值。在此，振動(dòng)可以以不同頻率在不同的坐標(biāo)方向上進(jìn)行。

為了實(shí)現(xiàn)被提高的故障安全性，可以是有利的是：形成第一信號(hào)，所述第一信號(hào)描述所述曲線穿過相應(yīng)的探測(cè)區(qū)，以及形成第二信號(hào)，所述第二信號(hào)描述所述曲線穿過能在探測(cè)裝置上與相應(yīng)的探測(cè)區(qū)互補(bǔ)的區(qū)域；并且通過所述第一信號(hào)與經(jīng)取反的第二信號(hào)的邏輯與運(yùn)算形成一個(gè)反饋信號(hào)，依據(jù)所述反饋信號(hào)來確定所述曲線穿過相應(yīng)的探測(cè)區(qū)的相應(yīng)的時(shí)長。

附圖說明

在下文，本發(fā)明連同其它細(xì)節(jié)和優(yōu)勢(shì)依據(jù)在隨附的附圖中示出的實(shí)施例進(jìn)一步予以闡述。所述附圖中：

圖1以示意性形式示出了具有掃描鏡的激光投影系統(tǒng)的總覽圖；

圖2以示意性形式示出了具有象限二極管的用于根據(jù)x坐標(biāo)進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的分析的電路圖；

圖3以示意性形式示出了具有圖2的象限二極管的、但用于根據(jù)y坐標(biāo)進(jìn)行分析的電路圖；

圖4以示意性形式示出了在象限二極管上作為激光束光斑的曲線而生成的光圖像；

圖5以示意性形式示出了圖4的光圖像的信號(hào)變化過程；

圖6以示意性形式示出了類似于在圖4中的、但具有距中心的偏移的光圖像；以及

圖7以示意性形式示出了圖6的光圖像的信號(hào)變化過程。

具體實(shí)施方式

該實(shí)施例作為激光投影系統(tǒng)的典型的、盡管非限制性的示例涉及對(duì)在機(jī)動(dòng)車車頭燈中的mosfet掃描器的運(yùn)動(dòng)的監(jiān)視和控制。

圖1示出了在機(jī)動(dòng)車車頭燈中的激光投影系統(tǒng)10的示意性總覽圖。第一激光器11（有效激光器或主激光器）生成第一激光束12，所述第一激光束12通過鏡13對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換元件14；所述鏡13以本身公知的方式被實(shí)施成moems掃描器并且在兩個(gè)角度方向上都能運(yùn)動(dòng)（在圖1中只勾畫出一個(gè)角度方向）。因此，由于鏡13的運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)換元件14上借助于其上被反射的激光束12'通過將激光輻射轉(zhuǎn)換成優(yōu)選的白光來生成光圖像。通過包括至少一個(gè)透鏡的成像系統(tǒng)15，該光圖像為了照明目的而向外投影（例如投影到車道上）。

此外，為了監(jiān)視和控制鏡13的位置還設(shè)置有第二激光器21（測(cè)量激光器或控制激光器）。測(cè)量激光器21可以根據(jù)其任務(wù)而具有比有效激光器11明顯更低的功率，并且必要時(shí)也可以在另一頻譜范圍內(nèi)工作。測(cè)量激光器21的激光束22通過鏡13偏轉(zhuǎn)到探測(cè)裝置23上。落到探測(cè)裝置23上的測(cè)量激光束22'因此受到如下偏轉(zhuǎn)，所述偏轉(zhuǎn)盡管在不同的首次射線變化過程的情況下仍直接對(duì)應(yīng)于第一激光束12'的所述偏轉(zhuǎn)。如果需要，測(cè)量激光束22'可以借助于（未示出的）光學(xué)器件被聚焦到探測(cè)裝置23上。探測(cè)裝置23基于測(cè)量激光束22'的入射位置來生成信號(hào)，所述信號(hào)被輸送給微控制器24并且在那里被分析。微控制器24將相對(duì)應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)交給第一激光器11的控制單元25，以便這樣根據(jù)鏡振動(dòng)來調(diào)節(jié)激光器11的電調(diào)制。鏡的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)優(yōu)選地通過諧振激勵(lì)來生成，但是在需要時(shí)可以附加地通過控制單元、例如通過控制激勵(lì)信號(hào)的頻率或強(qiáng)度來控制（未示出）。

在該實(shí)施例中，探測(cè)裝置23被構(gòu)造成象限二極管20。象限二極管20的各個(gè)探測(cè)面（光電二極管）如圖2和3中可看出的那樣沿逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)方向被連續(xù)編號(hào)為q1、q2、q3、q4。例如，在光電二極管qn（n=1,...,4）中生成的電流可以被引導(dǎo)經(jīng)過電阻，并且降落的（與時(shí)間有關(guān)的）電壓un(t)直接被轉(zhuǎn)交給微控制器24的輸入端或者被轉(zhuǎn)交給連接在所述微控制器24之前的邏輯電路。所述象限二極管q1、q2、q3、q4的每個(gè)探測(cè)面因此都提供信號(hào)u1(t),...,u4(t)，該信號(hào)根據(jù)象限的表面是否恰好被照明而要么是1（象征性地表示信號(hào)電壓us>0）要么是0。x方向的信號(hào)變化過程通過象限q1和q4的信號(hào)的邏輯或運(yùn)算u1(t)∨u4(t)來形成，所述象限q1和q4因此共同表示針對(duì)x坐標(biāo)的探測(cè)區(qū)rx。y方向的信號(hào)變化過程以相對(duì)應(yīng)的方式基于由象限q1和q2構(gòu)成的探測(cè)區(qū)ry，使得與探測(cè)區(qū)ry相對(duì)應(yīng)的信號(hào)通過象限q1和q的信號(hào)的邏輯或運(yùn)算u1(t)∨u2(t)而生成。附加地，有利的是，在使用邏輯與運(yùn)算的情況下詢問分別剩余的象限的（經(jīng)取反的）狀態(tài)。這允許排除諸如由于殘余光造成的干擾，并且允許可靠地分析如下狀態(tài)：在所述狀態(tài)下，由激光束生成的光斑落到在兩個(gè)相鄰的域之間的交界線上并且這樣導(dǎo)致對(duì)兩個(gè)（或更多個(gè)）域或探測(cè)區(qū)的同時(shí)照明。換言之，一方面形成所選擇的探測(cè)區(qū)rx、ry的信號(hào)，而另一方面生成與相應(yīng)的探測(cè)區(qū)rx、ry互補(bǔ)的區(qū)域sx、sy的信號(hào)，并且通過第一信號(hào)與經(jīng)取反的第二信號(hào)的邏輯與運(yùn)算來形成“反饋信號(hào)”。

圖2和3示出了根據(jù)上述內(nèi)容處理象限二極管20的信號(hào)的示意性示例。圖2示出了用于根據(jù)x坐標(biāo)、即激光束的位置是否為x坐標(biāo)的正值x>0來進(jìn)行分析的可能的接線圖。這對(duì)應(yīng)于如下符號(hào)運(yùn)算：

，

其中為更好的可讀性起見，信號(hào)un(t)的時(shí)間依賴性已經(jīng)被抑制。類似地，根據(jù)y坐標(biāo)的正值y>0按照如下符號(hào)運(yùn)算進(jìn)行分析：

，

這示例性地在圖3中予以圖解說明。替代通過邏輯門電路來實(shí)現(xiàn)，邏輯分析當(dāng)然也可以在微控制器24中例如以程序控制的方式進(jìn)行。

按照常規(guī)的測(cè)量方法，會(huì)使用一個(gè)象限二極管，使得由位置激光器和微掃描器生成的通常被寫入到矩形中的光分布p（“矩形光分布”，例如利薩如圖（lissajou-figur））恰好射到象限二極管中心，這如圖4中所示。光分布p對(duì)應(yīng)于在所述象限二極管的探測(cè)面上生成的激光光斑所穿過的曲線。所述光斑例如以第一頻率在x方向上（從左向右并返回地）運(yùn)動(dòng)并且以第二頻率在y方向上（從上到下并返回地）運(yùn)動(dòng)，其中所述第一和所述第二頻率一般而言是不同的；大多選擇所述兩個(gè)頻率的整數(shù)比例，使得得到閉合的利薩如圖。通過分析各個(gè)象限，得到反饋信號(hào)ux(t)和uy(t)，所述反饋信號(hào)可以呈現(xiàn)諸如圖5中所示出的那樣的變化過程。針對(duì)每個(gè)信號(hào)，分別確定接通時(shí)長ton,x或ton,y，即作為在其期間相應(yīng)的信號(hào)>0的時(shí)長。接通時(shí)長可以參考鏡振動(dòng)的周期時(shí)長tx或ty，并且于是得到例如可以被表達(dá)為百分?jǐn)?shù)的相對(duì)接通時(shí)長ton,x/tx或ton,y/ty。與此相應(yīng)，在其期間信號(hào)=0的時(shí)長被表示為toff,x或toff,y（關(guān)斷時(shí)長）。

在矩形光分布的對(duì)準(zhǔn)探測(cè)面的中心的位置的情況下，得到相對(duì)接通時(shí)長為50%。這僅僅允許確定穿過中心位置的時(shí)間點(diǎn)，而對(duì)x和y方向的振動(dòng)的空間幅度的分析是不可能的。

根據(jù)本發(fā)明，由位置激光器和微掃描器生成的光分布p的中心點(diǎn)不僅在x方向上而且在y方向上都配備有微小的偏移xoffset、yoffset，所述偏移的大小精確地被限定。這在圖6中示出。所述偏移一次性地針對(duì)系統(tǒng)予以設(shè)定，其中值xoffset、yoffset被測(cè)量，并且例如利用在配置期間使用的相機(jī)系統(tǒng)（未示出）來調(diào)整到預(yù)先限定的值；所述偏移在進(jìn)行所述配置以后保持不變。替代于預(yù)先給定預(yù)先限定的值，如果所述中心點(diǎn)處在合適的區(qū)域之內(nèi)，那么也可以測(cè)量在配置期間得到的值xoffset、yoffset。這樣確定的值例如被存儲(chǔ)在微控制器24或被分配給所述微控制器24的存儲(chǔ)器中。偏移值xoffset、xoffset因此可提供給如在下文所描述的隨后對(duì)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的分析。

圖7示出了反饋信號(hào)ux(t)和uy(t)的所屬的信號(hào)變化過程的示例。如在這方面可看出的那樣，接通時(shí)長不同于50%，其中偏差的值現(xiàn)在取決于光分布的最大偏轉(zhuǎn)。由于對(duì)激光光斑的運(yùn)動(dòng)模式的了解（在利薩如圖的情況下為正弦變化過程，所述正弦變化過程通過微掃描器的諧振運(yùn)動(dòng)來生成），可以通過測(cè)量接通時(shí)長（時(shí)間測(cè)量）簡(jiǎn)單地回算出微掃描器的振動(dòng)幅度。

例如，振動(dòng)幅度xp可以按如下地來計(jì)算：

其中使用下列縮寫：

xp...在x方向上的振動(dòng)幅度；

xp...沿著x方向的鏡振動(dòng)的峰到峰偏轉(zhuǎn)，xpp=2xp；

xoffset...在光分布的中心點(diǎn)與象限二極管的中心點(diǎn)之間的在x方向上的偏移（偏移矢量朝x方向的投影）；

tx...鏡振動(dòng)的周期時(shí)長（tx=1/fx，fx=振動(dòng)頻率）；

ton,x...反饋信號(hào)ux的接通時(shí)長。

該公式可以加以必要的變更地（mutatismutandis）同樣應(yīng)用于每個(gè)任意的坐標(biāo)方向，其中于是替代于xp，出現(xiàn)在相關(guān)的坐標(biāo)方向上的振動(dòng)幅度，而替代于xoffset，出現(xiàn)偏移矢量朝該坐標(biāo)方向的投影。尤其是，該公式當(dāng)然可以被應(yīng)用于在y方向上的振動(dòng)幅度：

其中具有對(duì)參量yp、ypp、yoffset的類似的限定。

因此，時(shí)間測(cè)量以及換算到振動(dòng)幅度的值可以根據(jù)本發(fā)明非常簡(jiǎn)單地通過分立式邏輯電路模塊和/或微控制器借助于數(shù)字邏輯分析來實(shí)現(xiàn)。（光曲線與比例ton,x:toff,x或ton,y:toff,y之間的相互關(guān)系在圖7中象征性地示出，因?yàn)橛捎诠逃械姆蔷€性，所述相互關(guān)系不是直接地、而是僅僅以一級(jí)近似地對(duì)應(yīng)于圖形比例）。

如果所述振動(dòng)不同于正弦振動(dòng)，那么替代于正弦或余弦函數(shù)可能出現(xiàn)其它與振動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)的函數(shù)，利用所述函數(shù)進(jìn)行如下計(jì)算：

，

，

在三角形的情況下，例如會(huì)使用線性函數(shù)f(x)=l-2x。該函數(shù)f可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地根據(jù)振動(dòng)形式來確定。

易于理解的是，該實(shí)施例僅僅用于圖解說明本發(fā)明，而本發(fā)明并不限于此。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行各種各樣的改動(dòng)、補(bǔ)充和/或替換，只要這些都落入根據(jù)權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。例如，可能使用如下探測(cè)裝置，所述探測(cè)裝置利用超過四個(gè)探測(cè)面來工作，所述探測(cè)面例如以六個(gè)、八個(gè)或更多個(gè)瓣?duì)畹谋砻娴男问絿@著該裝置的中心來布置。