一种光纤扫描装置、扫描检测方法及扫描显示设备与流程

一种光纤扫描装置、扫描检测方法及扫描显示设备
1.本技术是申请日为2019年09月04日，申请号为201910831691.2，发明名称为“一种光纤扫描装置、扫描检测方法及扫描显示设备”的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光纤扫描装置、扫描检测方法及扫描显示设备。


背景技术：

3.光纤扫描投影技术的成像原理是：通过致动器带动扫描光纤进行预定二维扫描轨迹的运动，同时调制光源出光功率，将待显示图像的每个像素点信息逐一投射到成像区域上，从而形成投射画面。
4.图1a和图1b为现有的光纤扫描投影系统的结构示意图，其中图1b为图1a的侧视图。光纤扫描器投影系统包括：处理器100、激光器组110、光纤扫描器120、光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。工作时，处理器100通过向扫描驱动电路150发送电控制信号来控制光纤扫描器120振动扫描，同时，处理器100通过向光源调制模块140发送电控制信号来控制光源合束模块160的出光功率。光源调制模块140根据接收到的电控制信号输出光源调制信号，以调制光源合束模块160中的一个或多个颜色的光源单元110，图中示出其包括红(r)、绿(g)、蓝(b)三色激光器；光源合束模块160中每种颜色的光源单元110产生的光经合束后逐一产生每个像素点的色彩和灰度信息，光源合束模块出射的合束光束通过光纤导入光纤扫描器。同步地，扫描驱动电路150根据接收到的电控制信号输出扫描驱动信号，以控制光纤扫描器120中的光纤130以预定的二维扫描轨迹进行运动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。
5.但光纤扫描器在实际工作中，由于干扰振动、驱动波动、温湿度、老化疲劳、非线性等因素造成运动轨迹和状态偏离理想模式，以至于在长时间工作过程中出现显示像质的退化，因此需要在线的实时检测和反馈补偿措施，以维持高画质的显示，但目前还没有较好的检测方式。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种光纤扫描装置、扫描检测方法及扫描显示设备，用于实现在光纤扫描装置扫描过程中对光纤姿态的检测，提高光纤扫描装置的扫描显示效果。
7.为了实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种光纤扫描装置，包括壳体、设置在所述壳体内的致动器和光纤，所述光纤固定于所述致动器上，所述光纤的出光端超出所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述致动器在驱动信号的控制下带动所述光纤在空间中进行二维扫描，其特征在于，所述壳体的内侧设置有与所述致动器的运动方向对应的至少一组光纤探测装置，每组光纤探测装置包括一个探测光光源和与所述探测光光源对应的一个光探测器，所述探测光光源和所述光探测器相对设置于所述光纤悬臂的两侧，所述探
测光光源用于出射探测光，所述光探测器用于根据其探测靶面所接收的光生成对应的电信号作为探测信号进行反馈；在所述光纤悬臂启动扫描过程中，所述光纤悬臂间断性遮挡所述探测光光源射向所述光探测器的探测光。
8.可选的，所述光纤扫描装置还包括：处理器，分别与所述光探测器及所述致动器相连，用于根据所述光探测器反馈的探测信号，确定所述光纤悬臂的实际运动轨迹与标定运动轨迹是否一致，若确定所述实际运动轨迹偏离所述标定轨迹，调整所述致动器的驱动信号，矫正所述光纤的运动轨迹直至与所述标定运动轨迹一致。
9.可选的，所述处理器，还用于在通过相位或运动轨迹的椭圆倾斜度确定所述光纤的运动轨迹与所述标定运动轨迹不同时，将扫描轨迹调整呈直线。
10.可选的，所述光探测器的探测靶面的直径大于等于所述光纤的直径；和/或，所述光探测器及检测电路的带宽与所述光纤摆动频率相对应。
11.可选的，所述致动器在驱动信号的控制下带动所述光纤一同沿xy方向扫描，所述光纤探测装置中探测光光源出射光方向包括x方向和/或y方向。
12.可选的，当在所述光纤的一个运动方向上设置有多组光纤探测装置时，所述多组光纤探测装置沿所述运动方向或所述光纤的延伸方向依次设置。
13.可选的，当所述光纤悬臂处于静止状态时，所述光纤悬臂遮挡至少一个探测光光源出射的探测光。
14.可选的，所述光纤探测器装置设置于所述光纤静止状态时的位置或所述光纤摆动时的中心点位置。
15.第三方面，本发明实施例提供一种扫描检测方法，应用于如第一方面所述的光纤扫描装置，该方法包括：
16.在光纤扫描过程中，控制所述探测光光源出射探测光，所述探测光射向出光光路上的所述光探测器；
17.根据所述光探测器的探测靶面上所探测到的探测光生成探测信号；其中，所述探测信号中包含用于表征所述光纤悬臂在扫描过程中间接性遮挡所述探测光光源射向所述光探测器的探测光的信息；
18.反馈所述探测信号。
19.可选的，在反馈所述探测信号之后，所述方法还包括：
20.根据所述探测信号，确定所述光纤悬臂当前的实际运动轨迹是否与标定运动轨迹一致；
21.若确定两者不一致，调整所述致动器的驱动信号，以将所述光纤悬臂的运动轨迹矫正为所述标定运动轨迹。
22.可选的，所述根据所述探测信号，确定所述光纤悬臂当前的实际运动轨迹是否与标定运动轨迹一致，包括：
23.确定所述探测信号对应的波形图；
24.根据所述波形图，确定表征所述光纤对应的实际运动轨迹的至少一个特征参数；其中，所述至少一个特征参数包括信号脉冲宽度、振幅、相位中的一个或多个；
25.将所述至少一个特征参数与所述标定运动轨迹中对应的至少一个标定特征参数进行比对，确定两者是否一致；
26.根据比对结果，确定所述光纤悬臂当前的实际运动轨迹是否偏离所述标定运动轨迹；其中，若确定所述特征参数与所述标定特征参数不一致，确定所述光纤的实际运动轨迹偏离所述标定运动轨迹。
27.可选的，若所述致动器在驱动信号的控制下带动所述光纤沿xy方向扫描，所述调整所述光纤扫描器的驱动信号，将所述光纤悬臂的运动轨迹矫正为所述标定轨迹，包括：
28.根据所述至少一个特征参数与所述至少一个标定特征参数之间的差异，确定所述光纤在x/y方向上的位移量及在y/x方向上的位移分量；
29.根据所述位移分量，确定所述y/x方向的矫正驱动信号；所述矫正驱动信息用于控制所述致动器带动所述光纤在所述y/x方向上产生与所述位移分量相反的位移量；
30.采用所述矫正驱动信号驱动所述致动器，以使所述致动器带动所述光纤按照所述标定运动轨迹扫描。
31.第三方面，本发明实施例提供一种扫描显示设备，包括光源及与所述光源连接的如第一方面所述的光纤扫描装置，所述光源调制出射待显示图像的图像光，所述图像光经光纤扫描装置扫描出射形成与所述待显示图像对应的显示图像。
32.本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
33.本发明实施例中，由于在光纤扫描装置的壳体内侧设置有一组或多组光纤探测装置，且每组光纤探测装置中探测光光源和光探测器相对设置于光纤悬臂的两侧；在扫描过程中，探测光光源出射探测光，光探测器根据其探测靶面所接收的光生成对应的电信号作为探测信号进行反馈，故光纤在摆动过程中会遮挡射向光探测器的探测光，则光探测器的探测靶面上检测到的探测光的强度减小，对应的电信号(电压/电流信号)的波形会发生相应的变化，因此探测信号中包含有表征光纤悬臂在扫描过程中间断性遮挡探测光光源射向光探测器的探测光的信息，可作为反馈信息，实现对光纤扫描装置中光纤的运动姿态的检测，提高检测效果。
附图说明
34.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：
35.图1a和图1b为现有的光纤扫描投影系统的结构示意图；
36.图2为本发明实施例中光纤扫描装置的结构示意图；
37.图3a-图3c为本发明实施例中光纤扫描装置中设置光纤探测装置的结构示意图；
38.图4为本发明实施例中光探测器上产生的电信号变化示意图；
39.图5a-图5d为本发明实施例中椭圆运动轨迹及波形图的示意图；
40.图6为本发明实施例中光纤的扫描方向的简化示意图；
41.图7a-图7b为本发明实施例中慢轴振幅控制示意图；
42.图8为本发明实施例中扫描检测方法的流程图。
具体实施方式
43.首先，本发明实施例中术语“和”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
44.当本发明提及“第一”、“第二”、“第三”或者“第四”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，否则应当理解为仅仅是起区分之用。
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.图2为本发明实施例提供的光纤扫描装置的一种结构示意图。该光纤扫描装置包括壳体10、设置在壳体内的致动器20和光纤，光纤超出致动器20的部分形成光纤悬臂30。光纤扫描器上设置有与光纤悬臂30的扫描方向对应的至少一组光纤探测装置40，每组光纤探测装置40包括一个探测光光源41和探测光光源42对应的一个光探测器；探测光光源41和光探测器42相对设置于光纤悬臂30的两侧；其中，探测光光源41用于出射探测光，光探测器42用于根据其探测靶面所接收的探测光生成对应的电信号作为探测信号进行反馈；在光纤悬臂30启动扫描过程中，光纤悬臂30间断性遮挡探测光光源41射向光探测器42的探测光。
47.需要说明的是，图2中只示出了壳体10内侧设置的与光纤对应的一组光纤探测装置40，在具体实施时可根据实际情况对光纤探测装置40的设置组数进行增加。另外，本发明实施例提供的光纤扫描装置还可以包括其他部件，例如图像光源、光纤出光端对应的透镜(设置于壳体10内)等，其余部件未一一示出。
48.本文中所说的“光纤探测装置40中的探测光光源41与光探测器42相对设置于光纤的两侧”，即指光纤在沿运动方向上运动时，与该运动方向对应的光纤探测装置40所包含的探测光光源41与光探测器42是相对设置在光纤悬臂30运动方向的两侧。或者，也可认为每一组与运动方向对应的光纤探测装置40中，探测光光源41与光探测器42位于光纤运动方向的两侧，且两者的连接线(无实际连线)的方向与光纤的运动方向相垂直。
49.本发明实施例中，探测光光源41可以是激光光源或发光二极管led等其他光源。优选的，探测光为准直光，故可采用准直光源作为探测光光源41或在探测光光源41出射端设置准直透镜。探测光可以是可见光或不可见光，甚至探测光可以具有特定的波长、频率等，本技术对此不做具体限制，只要光纤悬臂30(或悬臂上涂覆的不透光材料)能够遮挡住即可。光探测器42可以是电荷耦合器件(charge coupled device，ccd)，ccd是一种能够把光纤影像转化为电信号的半导体器件，能存储和传递电荷信息。
50.光纤扫描装置中的致动器20可以是压电致动器、静电致动器、电磁致动器或mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)致动器等，本文中主要以致动器20为压电致动器为例进行说明。
51.致动器20在驱动信号下可以在多个方向上振动，以带动扫描光纤的光纤悬臂30进行二维扫描。具体来说，致动器20可以包括沿其延伸方向依次连接的第一致动器20和第二致动部，在驱动信号的作用下，第一致动部带动第二致动部进行第一方向上的扫描，第二致
动部进行第二方向上的扫描，最终致动器20带动光纤的光纤悬臂30在第一方向和第二方向的合成方向上进行二维扫动，如螺旋扫描、栅格式扫描、李萨如扫描等方式。优选的，第一方向为y方向，第二方向为x方向。本文中所说的在某个方向上扫动，是指致动器20带动光纤在该方向上来回扫动。
52.致动器20中第一致动部的驱动频率小于第二致动部的驱动频率，即第一致动部为慢轴致动部，第二致动部为快轴致动器20。在实际应用中，第一致动部和第二致动部可以通过胶粘、镶嵌固结以及增加固定结构等方式连接在一起，或者致动器20也可以是一体成型的；一体成型的致动器20的形状可以是片状或柱状，或是两者形态的结合，其中柱状包括圆柱状和方柱状等，如圆棒(管)、方棒(管)等，本发明实施例对此不做具体限制。
53.请仍参见图1b，光纤贯穿致动器20并在致动器20的自由端延伸形成光纤悬臂30(也即，传输光纤和光纤悬臂30是一体的)；或者，光纤是从a端接入致动器20，并在致动器20内部与b端的光纤悬臂30的精密对接，从而可将光束输出至光纤悬臂30中(也即，传输光纤和光纤悬臂30并不是一体的)。
54.本发明实施例中，在光纤悬臂30的两侧可以设置与致动器20运动方向(如x/y方向)对应的一组或多组光纤探测装置40，每对光纤探测装置40包括一个探测光光源41及对应的一个光探测器42，有利于检测光纤在相应运动方向上的运动姿态情况。
55.若光纤扫描装置的致动器20在进行二维扫描时是按照xy方向运动，则可分别在x方向和/或y方向上设置光纤探测装置40，从而可以检测光纤在y方向和/或x方向上的摆动情况。在实际应用中，xy方向的每个方向上可分别设置一组或多组光纤探测装置40，设置的光纤探测器可以直接固定或通过相应的连接件等固定在壳体10的内侧上，当然还可以采用其它固定方式，只要能使光纤探测装置40中各部件的设置位置/角度与致动器20的运动方向对应即可，本发明实施例对比不作具体限制。当然，壳体10上可以设置光纤探测装置等的布线等，壳体10内是真空环境，有助于减少空气对光纤摆动的干扰。
56.优选的，可在致动器20进行二维扫描的两个运动方向上各设置一组光纤探测装置40。如图3a所示，图3a中以光纤扫描装置的光纤的设置方向为z方向，图中虚线所示即为光纤悬臂30的起始位置，x方向和y方向上分别设置一组光纤探测装置40(对应于光纤悬臂30静止时的位置)为例；其中，x方向对应的第一组光纤探测装置包括探测光光源411和光探测器412，分别沿y方向设置在光纤的两侧；y方向对应的第二组光纤探测器包括探测光光源421和光探测器422，分别沿y方向设置在光纤的两侧。
57.此外，若是设置与x/y方向对应的多组光纤探测装置40，则多组光纤探测装置40可沿光纤延伸方向并列设置，同时，探测光光源41的出射光方向射向y/x方向，设置位置及出射光不阻碍光纤的摆动即可，如图3b所示。或者，多组光纤探测装置40也可对应于光纤悬臂30的运动方向设置(x/y方向上)，只要每组中的探测光光源41与光探测器42位于光纤悬臂30(运动方向)的两侧即可。如图3c所示，为光纤及设置的光纤探测装置40的正面图示。图中，致动器20带动光纤悬臂30沿y方向运动，与y方向对应的三组光纤探测器装置40(即探测光光源a1、a2、a3及对应的光探测器b1、b2、b3)在y方向上依次排列。
58.由于光纤在运动方向上进行的是简谐运动，其在光纤的起始位置的速度最大，可认为高速下的光纤是匀速通过探测器靶面的。该初始位置是指光纤静止时所处的位置。因此，本发明实施例中在设置与某个运动方向对应设置的一组或多组光纤探测装置40时，优
选的，可将一组光纤探测器装置40设置于光纤悬臂30的起始位置处，即光纤静止状态时的位置或光纤摆动时的中心点，有利于提高检测的精准度。仍参考图3c，其中，当光纤悬臂30运动到起始位置时，光纤悬臂30遮挡探测光光源a2出射的探测光，光纤悬臂30遮挡探测光光源41射向光探测器42的探测靶面的探测光。
59.在光纤摆动过程中，当光纤未遮挡探测光光源41出射的探测光时，探测光直接照射在光探测器42的探测靶面上，探测靶面进行光电转换产生压电信号；当光纤摆动到初始位置时遮挡光探测器42的探测靶面，则光探测器42中探测靶面上的电压信号降低，光纤离开后电压信号恢复。因此，在扫描过程中，通过光纤探测装置40可以检测光纤扫描器中光纤在运动方向上的运动情况。
60.由于光探测器42的探测靶面尺寸较小，光纤摆动速度足够快，光纤扫过靶面的速度近似匀速。因此，可认为电压信号波谷的位置为光纤扫过探测靶面正中心的时刻，如图4中虚线所示，根据该时刻值可确定光纤摆动的频率和相位。
61.具体来说，在扫描过程中光纤以不同速度扫过靶面时，信号形成的波谷宽度和深度会相应变化。在由光探测器42的靶面探测得到的波形图中，光纤扫过靶面的平均速度(v)可以表示为：v＝t/d，其中，d代表光纤的直径，t代表波谷宽度，也即光纤扫过靶面的时间。因此，波谷的面积与光纤扫过靶面的速度成正比。同时，由于光纤振动为谐响应，光纤过中点的速度(v)与振幅(a)成比例，即：a＝f(v)。
62.实际应用中，波形的形状与靶面形状尺寸、光探测器42及其对应的检测电路带宽有关。在一种可能的实施例中，可将光探测器42的探测靶面尺寸设计为与光纤直径尺寸相当，靶面面积可以略大，以达到最佳灵敏度和传感器(光探测器42)成本的平衡。例如，当靶面与光纤直径尺寸匹配时，光探测器42在单位时间内检测的信号强度精准度较高。
63.在另一可能的实施例中，还可以根据光纤摆动频率设计光探测器42及检测电路对应的带宽，来使得光探测器42即检测电路带宽与扫描速度相匹配，从而避免带宽过低导致的光探测器42的灵敏度较低、检测误差较大的缺陷，同时避免带宽过高导致的电路成本增加。
64.本发明实施例中，光纤扫描装置中还设置有处理器，其分别与光探测器42及致动器20相连，用于根据光探测器42反馈的探测信号，确定光纤悬臂30对应的实际运动轨迹与标定运动轨迹是否一致，确定光纤的实际运动轨迹偏离标定轨迹时，对光纤的运动轨迹进行矫正，以将光纤的运动轨迹矫正为与标定运动轨迹一致。
65.由于光纤扫描装置是利用致动器20带动光纤高速振动，配合激光调制算法，实现图像信息的显示。在实际扫描中，为了实现最大幅度的振动，光纤工作在共振模式，而共振状态下光纤的扫描特性复杂，由于振动的非线性效应、光纤对称性、扫描器安装的对称性、稳定性等因素，导致光纤在共振区内振动幅度较大时，xy型扫描器快轴的扫描轨迹不再是理想的水平直线，慢轴的扫描轨迹也不再是竖直的直线，而是倾斜的直线，并且，由于非线性的影响，当摆幅更大时，快轴和慢轴的扫描轨迹均会变成椭圆或圆形，即光纤在摆动方向(xy方向)上的运动轨迹是呈椭圆形的。
66.因此，本发明实施例中，处理器在对光纤的运动轨迹进行矫正时，可以基于椭圆形特征(相位/椭圆倾斜度)来检测光纤的实际运动轨迹是否与标定运动轨迹一致。
67.目前，在基于相位检测/椭圆倾斜度检测时，处理器可通过x/y方向上的光纤探测
装置40检测光纤的摆动轨迹，可先获得如图5a所示的光纤摆动轨迹的示意图，同时，根据光纤探测装置40检测到的探测信号确定信号波形，如图5b所示，图中，x方向探测信号即为设置在x方向上的光探测器41所探测到的信号，y方向探测信号即为设置在y方向上的光探测器41所探测到的信号。进而，处理器可以根据波形波谷位置，计算光纤的振动周期，即t＝2*(t
c-ta)＝2*(t
d-tb)，若t
ba
等于1/4t,则表明光纤的运动轨迹是标正的椭圆，否则，则表明扫描轨迹的椭圆是倾斜的。若椭圆是倾斜的，则处理器可将此相位差作为反馈数据，调整矫正轴驱动，从而将运动轨迹调整为与标定运动轨迹一致。
68.如图5c和5d所示，当光纤轨迹摆正后，椭圆开口降低，bd两点x轴方向速率会随之降低，y方向光探测器42检测到的探测信号的波谷随之变宽。当椭圆轨迹短轴宽度小于光探测器42靶面尺寸时，信号接近直流。因此，在通过相位检测/椭圆倾斜度检测确定光纤当前运动轨迹与标定运动轨迹不同时，可通过调整扫描轨迹呈直线，去除摆动垂直方向分量。
69.在矫正过程中，需要去除摆动方向的垂直轴的分量。即慢轴沿y轴摆动时，需去除在x方向的摆动分量；以及，快轴摆动沿x轴方向时，需去除在y轴方向上的摆动分量。下面针对致动器20的快慢轴矫正分别作介绍：
70.1)慢轴矫正
71.在进行慢轴矫正时，光纤在y方向上扫描运动，包括对慢轴水平分量(即在x方向上产生的位移分量)的去除以及对慢轴振幅的控制。即在矫正致动器20中慢轴的位移分量时，还需兼顾慢轴的振幅。
72.其中，在去除慢轴水平分量时，光纤探测装置40只需要检测光纤摆动时在水平方向的投影，即通过设置在x方向上的一组光纤探测装置40即可实现对慢轴的运动轨迹检测及矫正。水平方向运动为快轴水平方向与慢轴水平方向运动分量的叠加，可以表示为：
73.h(t)＝kx(t)+m'x(t)
74.其中，kx(t)代表快轴水平方向的运动函数，m’x(t)代表慢轴在水平方向的分量运动函数。
75.即与y方向对应的光纤探测装置40检测到的信号中只含快轴水平方向与慢轴水平方向分量的运动信息。因此，可以将问题简化分析，图6是将光纤在摆动过程的实际运动轨迹简化为光纤在水平方向的运动轨迹示意图。
76.简化后，高频摆动分量kx(t)为主要分量，低频摆动分量m'x(t)会使摆动中心左右缓慢漂移，导致信号波谷之间的时间间隔小幅变化，变化的速率主要与低频摆动分量m'x(t)相关。由于摆动中心缓慢漂移，光纤扫过y方向传感器的速度也会随m'x(t)小幅变化。因此，通过信号处理，提取出信号波谷幅度变化f(amp)或频率相位变化f(fp)，即可反映出慢轴水平分量运动的情况m'x(t)。通过调整扫描器驱动，使得f(fp)或f(amp)减小至一定范围，即可实现近似消除慢轴在x轴方向的摆动分量，即使得慢轴摆动为垂直方向的直线。
77.另外，在进行慢轴幅度控制时，x方向对应的光纤探测装置40只需要检测光纤摆动水平方向的投影。垂直方向(y方向)运动为慢轴垂直方向运动与快轴垂直方向运动的叠加，可以表示为：
78.v(t)＝my(t)+k'y(t)
79.其中，my(t)代表慢轴垂直方向的运动函数，k’y(t)代表快轴在垂直水平方向的分量运动函数。
80.即y轴方向传感器检测到的信号中，只含慢轴垂直方向与快轴垂直方向分量的运动信息。由于快轴频率远高于慢轴频率，因此可将x方向传感器信号sx，即图7a波形图所示信号，经过低通滤波后即可得到慢轴垂直方向的运动信息，如图7b所示，该信号的幅值与慢轴摆幅成正比；进而，处理器可调整致动器20的驱动电压，矫正轴电压波形、相位等，使得需要消除的运动分量信号减弱到阈值之下，即可将光纤的运动轨迹矫正到与标定运动轨迹基本一致。
81.2)快轴矫正
82.同理，在进行快轴矫正时，需要将快轴垂直分量，即快轴在y方向上产生的运动分量去除。在去除快轴垂直分量时，光纤探测装置40只需要检测光纤摆动时在垂直方向的投影，即通过设置在y方向上的一组光纤探测装置40即可实现对快轴的运动轨迹检测及矫正。
83.该过程中，x方向光探测器42的探测信号经过高通滤波后可得出快轴在经过x轴传感器附近运动时在垂直方向(y方向)的运动分量。进而，调整扫描器驱动信号，使得该信号减小至一定范围内，即可实现近似消除快轴在y轴方向的摆动分量，即使得快轴摆动为水平方向的直线。
84.另一方面，在进行快轴垂直摆幅控制时，在修正完慢轴摆动后(去除慢轴水平摆动分量)，y轴传感器检测到的信号波谷幅度与快轴摆动扫过传感器靶面的速度成正比，与摆幅成正比。在实际应用中，可在标定后，通过测量此信号幅度计算摆幅，从而实现快轴垂直摆幅控制，以使其按照标定的摆幅运动。
85.本发明实施例中，通过检测光纤在摆动过程中会遮挡射向光探测器42的探测光对应的探测信息，进而根据反馈的探测信息确定光纤是否按照标定运动轨迹运动，实现了对光纤扫描装置中光纤的运动姿态的实时检测，并在确定光纤的运动轨迹偏离标定运动轨迹时，通过对比探测信息中特定参数与标定特定参数，即可确定相应的矫正驱动信号，实现将光纤的运动轨迹矫正到标定运动轨迹上，提高了光纤扫描的可靠性和精准度。
86.如图8所示，基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种扫描检测方法，应用于前述的光纤扫描装置，光纤探测装置的结构及设置方法请参照前述介绍。该方法包括以下步骤：
87.s11：在光纤扫描过程中，控制光纤探测装置中的探测光光源出射探测光，探测光射向出光光路上的光探测器；
88.s12：根据光探测器的探测靶面上所探测到的探测光生成探测信号；其中，探测信号中包含用于表征光纤悬臂在扫描过程中间接性遮挡探测光出射光路的信息；
89.s13：反馈探测信号。
90.本发明实施例中，由于在光纤扫描装置中光纤的周围设置有一组或多组光纤探测装置，且每组光纤探测装置中探测光光源和光探测器分别位于光纤悬臂的两侧，光纤在扫描过程中间断性遮挡探测光的传输。因此，在光纤扫描过程中，通过控制光纤探测装置中探测光光源出射探测光，以射向其出光光路上的光探测器的靶面时，光纤在摆动过程中会遮挡射向光探测器的探测光，故光探测器的探测靶面上检测到的探测光的强度减小，对应的电压信号的波形会发生相应的变化，故探测信号中包含有表征光纤悬臂在扫描过程中间断性遮挡探测光出射光路的信息，可作为反馈信息，实现对光纤扫描装置中光纤的运动姿态的实时检测，提高扫描显示效果。
91.具体来说，在s11中，在启动光纤扫描装置对图像进行扫描显示时，光纤扫描装置中致动器在驱动信号控制下即可带动光纤进行二维扫描，例如在xy方向上扫描。同时，控制光纤探测装置中探测光光源持续出射探测光，探测光即可射向出光光路上的光探测器。该探测光可以是可见光或不可见光，此处不做具体限制。光探测器可以是ccd等可检测入射到其面上的光功率，并把这个光功率的变化转化为相应的电流/电压信号的器件。
92.光探测器根据照射到探测靶面上的探测光可生成相应的电信号(如电流/电压信号)。在s12中，光探测器可根据探测靶面上检测到的探测光生成相应的探测信号，则探测信号中包括用于表征光纤悬臂在摆动过程中间断性遮挡探测光的信息。因此，在反馈探测信息后，光纤扫描装置可根据探测信息确定光纤悬臂当前的实际运动轨迹是否与标定运动轨迹一致；若确定两者不一致，调整所述光纤扫描器的驱动信号，以将所述光纤悬臂的运动轨迹矫正为所述标定运动轨迹，避免光纤的运动轨迹偏离标定运动轨迹，导致显示图像的畸变。
93.具体的，在s13后，光纤扫描装置获得光探测器反馈的探测信息，可根据探测信息确定相应的波形图。该波形图中信号较弱的时刻即为光纤扫过靶面时的信息，根据波形图可确定光纤在当前的实际运动轨迹中扫过靶面时对应的时间、振幅、相位、频率、信号脉冲宽度等特征参数，即，可将探测到的光线扫过靶面时的信息作为表征光纤实际运动轨迹的特征参数。在实际探测时，可根据实际需求选择测试相应特征参数，此处不做具体限制。进而通过对比标定运动轨迹中对应的标定特征参数是否一致，即可确定光纤的扫描轨迹/方向是否偏离标定的扫描轨迹/方向。
94.例如，在根据探测信息获得光纤在x/y方向上运动时的特征参数后，可判断光纤扫过靶面中心的时间间隔是否为t/4，t为标定的扫描周期；或者，经过靶面中心的速度是否与标定速度相同，等等。若判断表征实际运动轨迹的至少一个特征参数与标定运动轨迹不一致，则表明光纤的摆动方向发生偏离。
95.进而，可根据偏离的运动轨迹对光纤扫描装置的实际运功轨迹进行矫正，以使致动器带动光纤按照标定运动轨迹进行扫动。
96.在一种实施方式中，若所述致动器在驱动信号的控制下带动所述光纤沿xy方向扫描，则光纤扫描装置可以根据所述至少一个特征参数与所述至少一个标定特征参数之间的差异，确定所述光纤在x/y方向上的位移量及在y/x方向上的位移分量；然后，根据所述位移分量，确定所述y/x方向的矫正驱动信号；所述矫正驱动信息用于控制所述致动器带动所述光纤在所述y/x方向上产生与所述位移分量相反的位移量；进而，将所述矫正驱动信号施加在致动器原本的驱动信号中来驱动致动器，以使致动器带动光纤按照标定运动轨迹扫描。
97.例如，可将检测的光纤在x/y方向上的运动轨迹简化为椭圆轨迹来进行矫正处理，具体矫正过程请参照对快慢轴的矫正过程，此处不再赘述。
98.为了使本领域的技术人员更加理解本发明实施例提供的技术方案，下面对本发明实施例提供的近眼显示装置进行详细举例说明。
99.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种扫描显示设备，该扫描显示设备包括光源及与光源连接的光纤扫描装置，该光源可以是前述的激光器组110光源，光源调制出射待显示图像的图像光，图像光经光纤扫描装置扫描出射即可形成与待显示图像对应的显示图像，从而实现待显示图像的显示投影。其中，前述图2至图7b对应的实施例同样适用于
本实施例的扫描显示设备，通过前述对光纤扫描装置的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中扫描显示设备的实施方式，为了说明书的简洁，在此不再赘述。
100.本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
101.本发明实施例中，由于在光纤扫描装置的壳体内侧设置有一组或多组光纤探测装置，且每组光纤探测装置中探测光光源和光探测器相对设置于光纤悬臂的两侧；在扫描过程中，探测光光源出射探测光，光探测器根据其探测靶面所接收的光生成对应的电信号作为探测信号进行反馈，故光纤在摆动过程中会遮挡射向光探测器的探测光，则光探测器的探测靶面上检测到的探测光的强度减小，对应的电信号(电压/电流信号)的波形会发生相应的变化，因此探测信号中包含有表征光纤悬臂在扫描过程中间断性遮挡探测光光源射向光探测器的探测光的信息，可作为反馈信息，实现对光纤扫描装置中光纤的运动姿态的检测，提高检测效果。
102.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
103.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
104.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：
1.一种光纤扫描装置，包括壳体、设置在所述壳体内的致动器和光纤，所述光纤固定于所述致动器上，所述光纤的出光端超出所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述致动器在驱动信号的控制下带动所述光纤在空间中进行二维扫描，其特征在于，所述壳体的内侧设置有与所述致动器的运动方向对应的至少一组光纤探测装置，每组光纤探测装置包括一个探测光光源和与所述探测光光源对应的一个光探测器，所述探测光光源和所述光探测器相对设置于所述光纤悬臂的两侧，所述探测光光源用于出射探测光，所述光探测器用于根据其探测靶面所接收的所述探测光生成对应的电信号作为探测信号进行反馈；处理器，分别与所述光探测器及所述致动器相连，用于根据所述光探测器反馈的探测信号，确定所述光纤悬臂的实际运动轨迹与标定运动轨迹是否一致，若确定所述实际运动轨迹偏离所述标定轨迹，调整所述致动器的驱动信号，矫正所述光纤的运动轨迹直至与所述标定运动轨迹一致。2.如权利要求1所述的光纤扫描装置，其特征在于，所述处理器，还用于在通过相位或运动轨迹的椭圆倾斜度确定所述光纤的运动轨迹与所述标定运动轨迹不同时，将扫描轨迹调整呈直线。3.如权利要求1或2所述的光纤扫描装置，其特征在于，所述光探测器的探测靶面的直径大于等于所述光纤的直径；和/或，所述光探测器及检测电路的带宽与所述光纤摆动频率相对应。4.如权利要求3所述的光纤扫描装置，其特征在于，所述致动器在驱动信号的控制下带动所述光纤一同沿xy方向扫描，所述光纤探测装置中探测光光源出射光方向包括x方向和/或y方向。5.如权利要求4所述的光纤扫描装置，其特征在于，当在所述光纤的一个运动方向上设置有多组光纤探测装置时，所述多组光纤探测装置沿所述运动方向或所述光纤的延伸方向依次设置。6.如权利要求5所述的光纤扫描装置，其特征在于，所述光纤探测器装置设置于所述光纤静止状态时的位置或所述光纤摆动时的中心点位置。7.一种扫描检测方法，应用于如权利要求1-6任一权项所述的光纤扫描装置，其特征在于，所述方法包括：在光纤扫描过程中，控制所述探测光光源出射探测光，所述探测光射向出光光路上的所述光探测器；根据所述光探测器的探测靶面上所探测到的探测光生成探测信号；其中，所述探测信号中包含用于表征所述光纤悬臂在扫描过程中间接性遮挡所述探测光光源射向所述光探测器的探测光的信息；反馈所述探测信号；根据所述探测信号，确定所述光纤悬臂当前的实际运动轨迹是否与标定运动轨迹一致；若确定两者不一致，调整所述致动器的驱动信号，以将所述光纤悬臂的运动轨迹矫正为所述标定运动轨迹。8.如权利要求7所述的扫描检测方法，其特征在于，所述根据所述探测信号，确定所述光纤悬臂当前的实际运动轨迹是否与标定运动轨迹一致，包括：
确定所述探测信号对应的波形图；根据所述波形图，确定表征所述光纤对应的实际运动轨迹的至少一个特征参数；其中，所述至少一个特征参数包括信号脉冲宽度、振幅、相位中的一个或多个；将所述至少一个特征参数与所述标定运动轨迹中对应的至少一个标定特征参数进行比对，确定两者是否一致；根据比对结果，确定所述光纤悬臂当前的实际运动轨迹是否偏离所述标定运动轨迹；其中，若确定所述特征参数与所述标定特征参数不一致，确定所述光纤的实际运动轨迹偏离所述标定运动轨迹。9.如权利要求8所述的扫描检测方法，其特征在于，若所述致动器在驱动信号的控制下带动所述光纤沿xy方向扫描，所述调整所述光纤扫描器的驱动信号，将所述光纤悬臂的运动轨迹矫正为所述标定轨迹，包括：根据所述至少一个特征参数与所述至少一个标定特征参数之间的差异，确定所述光纤在x/y方向上的位移量及在y/x方向上的位移分量；根据所述位移分量，确定所述y/x方向的矫正驱动信号；所述矫正驱动信息用于控制所述致动器带动所述光纤在所述y/x方向上产生与所述位移分量相反的位移量；采用所述矫正驱动信号驱动所述致动器，以使所述致动器带动所述光纤按照所述标定运动轨迹扫描。10.一种扫描显示设备，其特征在于，包括光源及与所述光源连接的如权利要求1-6任一权项所述的光纤扫描装置，所述光源调制出射待显示图像的图像光，所述图像光经光纤扫描装置扫描出射形成与所述待显示图像对应的显示图像。

技术总结
本发明公开了一种光纤扫描装置、扫描检测方法及扫描显示设备，用于实现在光纤扫描装置扫描过程中对光纤姿态的检测。光纤扫描装置包括壳体、设置在壳体内的致动器和光纤，光纤超出致动器的部分形成光纤悬臂，壳体内侧设置有与致动器的运动方向对应的至少一组光纤探测装置，每组光纤探测装置包括一个探测光光源和对应的一个光探测器，探测光光源和光探测器相对设置于光纤悬臂的两侧，探测光光源用于出射探测光，光探测器用于根据其探测靶面所接收的所述探测光生成对应的电信号作为探测信号进行反馈；处理器，分别与所述光探测器及所述致动器相连，用于根据所述光探测器反馈的探测信号，确定所述光纤悬臂的实际运动轨迹与标定运动轨迹是否一致，若确定所述实际运动轨迹偏离所述标定轨迹，调整所述致动器的驱动信号，矫正所述光纤的运动轨迹直至与所述标定运动轨迹一致。迹一致。迹一致。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：成都理想境界科技有限公司
技术研发日：2019.09.04
技术公布日：2023/9/23