[发明专利]一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法及系统

权利要求书

1.一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：包括如下步骤，

FPGA控制模块控制MEMS微镜通过自检模式自动匹配谐振频率，通过谐振频率追踪调节驱动MEMS微镜信号的频率产生稳定正弦信号，并通过振镜驱动电路驱动MEMS微镜至谐振状态；MEMS微镜在正弦信号作用下做谐振运动，实时输出与正弦信号同频不同相的正弦反馈信号；正弦反馈信号经比较器整形为方波信号，发送给FPGA控制模块内部的数字锁相环电路；数字锁相环电路根据输入的方波信号，产生在频率和相位上与方波信号同步的基准信号；将所述基准信号经过软件控制，调制成任意周期的正弦畸变序列；

FPGA控制模块将产生的正弦畸变序列通过激光器驱动电路产生电流信号，开启激光器，激光器对正弦畸变序列均匀化处理后，出射光束通过整形透镜到达谐振运动的MEMS微镜上，反射投影出结构光。

2.如权利要求1所述的一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：FPGA控制模块控制MEMS微镜通过自检模式自动匹配谐振频率包括如下步骤，

设定MEMS微镜固有频率范围，每次上电时，遍历该频率范围，通过ADC芯片采样MEMS微镜压阻的反馈信号，实时监测MEMS微镜振幅，得到MEMS微镜的固有频率；

存储得到MEMS微镜的固有频率，作为基准频率；

MEMS微镜处于谐振状态时，质点位移的相位与驱动信号的相位差为固定值A，若MEMS微镜的固有频率发生变化，则根据受迫振动的数学分析，得到受迫振动的频率与驱动信号频率相同，其中，驱动信号频率记为f，MEMS微镜的固有频率记为，受迫振动质点的位移相位与驱动信号相位差记为θ；

当f时，-Aθ0，质点位移的相位落后驱动信号的相位；

当f=时，θ=-A，质点位移的相位落后驱动信号的相位A；

当f时，-πθ-A，质点位移的相位超前驱动信号的相位；

根据上述不同情况，MEMS微镜每振动到平衡位置时，比较器输出发生翻转产生方波信号，反馈信号处理模块检测方波信号上升沿产生脉冲信号，频率追踪模块根据脉冲信号，判断相位差并实时调整驱动信号频率，使MEMS微镜工作在谐振频率上。

3.如权利要求1所述的一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：所述FPGA控制模块内部通过DDS信号发生器产生驱动MEMS微镜的离散正弦信号，并输出给MEMS微镜驱动电路产生正弦电压信号，从而驱动MEMS微镜周期性振动。

4.如权利要求3所述的一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：所述数字锁相环电路实时动态追踪MEMS微镜的扭转轨迹，使出射光束与MEMS微镜运动轨迹同步。

5.如权利要求4所述的一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：所述数字锁相环电路实时动态追踪MEMS微镜的扭转轨迹，使出射光束与MEMS微镜运动轨迹同步，其步骤包括，DDS信号发生器产生MEMS微镜驱动正弦信号的同时产生相位信号，相位信号经过调制作为正弦波相位-幅度表的地址输入信号，通过该地址输入信号查找得到一个新的离散正弦信号，对该正弦信号整形变换得到方波信号；将方波信号和输入到鉴相器，鉴相器比较和之间的相位差异，产生K变模可逆计数器的计数方向控制信号，K变模可逆计数器根据计数方向控制信号调整计数值，当计数方向控制信号为高进行减计数，并当计数值到达0时，则输出借位脉冲信号；当计数方向控制信号为低进行加计数，并当计数值达到预设的K模值时，输出进位脉冲信号；脉冲加减电路根据借位脉冲信号和进位脉冲信号进行脉冲的增加和扣除来调整相位信号；经过数字锁相环的不断反馈调节，使基准信号不断追踪正弦反馈信号。