利用光电二极管进行反馈的扫描激光投影仪系统的制作方法

本公开涉及激光扫描投影仪领域，尤其涉及扫描激光投影仪系统，其利用在激光扫描投影仪的壳体内但在投影仪的投影区域外的投影仪的扫描区域中的一个或多个光电二极管，以提供关于激光束角位置和激光束光功率的反馈。

背景技术：

1、激光扫描投影仪是小型便携式电子装置。激光扫描投影仪通常与诸如智能眼镜、智能电话、平板计算机、膝上型计算机或数码相机之类的用户设备配对或结合在用户设备中，并且用于将存储在那些用户设备上的虚拟和增强现实、文档、图像或视频投影到投影表面上，所述投影表面诸如虚拟或增强现实眼镜的壁、光场、全息表面或内部显示表面。激光扫描投影仪也结合在车辆内的距离确定系统内，以确定关于车辆相对于其周围环境的信息，从而允许创建先进的驾驶员辅助系统。

2、这种激光扫描投影仪通常包括投影子系统和光学模块。成对的用户设备用于向投影子系统提供图像流(例如，视频流，或投影到用于距离确定的区域中的图案)。投影子系统适当地驱动光学模块以将图像流投影到投影表面或环境上用于观看。

3、更详细地，典型的光学模块包括一个或多个激光源和一个或多个微机电(mems)反射镜，所述微机电反射镜以投影图案跨投影表面扫描由激光源生成的激光束。通过根据激光束在投影表面上的位置调制激光束(在图像投影系统的情况下)，在激光束以投影图案扫描的同时，图像流被显示。通常，至少一个透镜在光束由一个或多个mems反射镜反射之前聚焦光束，然后激光束撞击投影表面或环境，尽管也可以使用其它设计的光学模块。

4、投影子系统控制激光源的驱动和一个或多个mems反射镜的移动的驱动。通常，mems反射镜中的一个mems反射镜的移动的驱动处于或接近于所述mems反射镜的谐振频率，而mems反射镜中的另一个mems反射镜的移动的驱动是线性执行的而不是谐振的，尽管存在其中两个反射镜都被驱动接近于它们的谐振频率的投影子系统架构。

5、一个或多个mems反射镜的反射镜移动的监测由投影子系统执行，例如以确定一个或多个mems反射镜的开度角。这被用作反馈以将开度角保持在期望值，并且还用于确定是否发生了反射镜故障。当发生反射镜故障时，需要立即关断激光源。执行反射镜移动监控的现有系统可能需要大量的校准，由于增加了生产时间和成本，这是不期望的。此外，使用现有系统，镜驱动电子装置的故障可能生成假阴性，导致故障系统的持续操作。因此，希望有一种用于反射镜开启角度确定的备用装置，其在反射镜驱动电子器件故障时不会故障。

6、通常，将功率检测器放置在激光束在光学模块内的在激光束到达mems反射镜之前的行进路径内，所述功率检测器用于检测激光束并基于激光束生成信号。根据所述信号，可以确定关于激光束本身的信息。例如，可以确定关于激光束的光斑尺寸、激光束的亮度、激光束的颜色校准、激光束的频率和激光束的调制速度的信息。然而，如果这种功率检测器或读取功率检测器并且执行计算以生成所需数据的电路发生故障，则所述功能将丧失，并且激光扫描投影仪将发生故障。因此，希望有一种备用电源检测系统。为了实现这一点，对于读取功率检测器并且执行计算以生成要复制的期望数据的电路是常规的，因此提供了备选的备份路径，并允许激光扫描投影仪的正确操作。然而，这增加了成本，复杂性和激光扫描投影仪的电子器件所消耗的面积。

7、因此，有利的是能够设计一种能够提供光学开度角监测以及备用电源检测系统，同时克服上述缺点的系统。因此，需要进一步的开发。

技术实现思路

1、本文公开了一种包括光学模块的扫描激光投影仪。光学模块包括壳体，壳体承载：激光发生器，被配置为输出单个激光束；可移动反射镜装置；其中可移动反射镜装置被配置为以宽于出射窗口的扫描图案跨出射窗口扫描单个激光束，出射窗口通过壳体限定，使得单个激光束以投影图案被引导穿过出射窗口，投影图案小于扫描图案并且在扫描图案内；以及第一光检测器，其围绕出射窗口的周边定位，使得当可移动反射镜装置以扫描图案扫描单个激光束时，以扫描图案将单个激光束扫描跨壳体的内部扫描而不穿过出射窗口的点处，使单个激光束撞击在第一光检测器上。投影引擎被配置为基于来自第一光检测器的输出来调整可移动反射镜装置的驱动。

2、可移动反射镜装置可以包括第一反射镜位置传感器，其生成指示可移动反射镜装置内的第一反射镜的偏转的输出。投影引擎可以包括：触发电路，被耦合以接收来自第一光检测器的输出，并且响应于来自第一光检测器的输出指示单个激光束已经撞击在第一光检测器上而断言触发信号；第一取样/保持电路，被配置为响应于触发信号的断言而将第一反射镜位置传感器的输出取样并保持为第一保持值；模数转换器，被配置为将第一保持值数字化以生成第一数字化值；以及控制电路，被配置为基于第一数字化值来调整可移动反射镜装置的驱动。

3、控制电路可以被配置为基于第一数字化值校准第一反射镜位置传感器。

4、当单个激光束撞击在第一光检测器上时，控制电路可以使用第一反射镜的期望偏转角的先验知识，基于第一数字化值校准第一反射镜位置传感器。

5、控制电路可以通过以下方式基于第一数字化值来校准第一反射镜位置传感器：将第一反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益确定为校准值与第一数字化值的比率；以及在基于第一数字化值调整可移动反射镜装置的驱动之前，缩放第一数字化值以考虑第一反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益。

6、投影引擎可以基于第一数字化值调整可移动反射镜装置的驱动，以将可移动反射镜装置内的第一反射镜保持在第一开度角。

7、投影引擎可以被配置为基于触发电路断言触发信号的缺失而使激光发生器停止输出单个激光束。

8、投影引擎可以被配置为基于在期望时触发电路断言触发信号的缺失而使激光发生器停止输出单个激光束。

9、第二光检测器可以围绕出射窗口的周边定位并且在出射窗口的周边的与第一光检测器不同的一侧上，第二光检测器被定位成使得当可移动反射镜装置以扫描图案扫描单个激光束时，以扫描图案将单个激光束跨壳体内部扫描而不穿过出射窗口的点处，使单个激光束撞击第二光检测器。投影引擎可以基于来自第一和第二光检测器的输出来调整可移动反射镜装置的驱动。

10、可移动反射镜装置可以包括第二反射镜位置传感器，其生成指示可移动反射镜装置内的第二反射镜的偏转的输出。触发电路还可以被耦合以接收来自第二光检测器的输出，并且响应于来自第二光检测器的输出而断言触发信号，触发信号指示单个激光束已经撞击在第二光检测器上。投影引擎还可以包括第二采样/保持电路，第二采样/保持电路被配置为响应于触发信号的断言而将第二反射镜位置传感器的输出采样并保持为第二保持值。模数转换器还可以被配置为将第二保持值数字化以生成第二数字化值，并且其中控制电路还可以被配置为基于第二数字化值调整可移动反射镜装置的驱动。

11、控制电路可以被配置为基于第一数字化值校准第一反射镜位置传感器，并且基于第二数字化值校准第二反射镜位置传感器。

12、当单个激光束撞击到第一光检测器上时，控制电路可以使用第一反射镜的期望偏转角的先验知识来基于第一数字化值校准第一反射镜位置传感器，并且在单个激光束撞击到第二光检测器上时使用第二反射镜的期望偏转角的先验知识来基于第二数字化值校准第二反射镜位置传感器。

13、控制电路可以通过以下方式基于第一数字化值来校准第一反射镜位置传感器：将第一反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益确定为第一校准值与第一数字化值的比率；以及在基于第一数字化值调整可移动反射镜装置的驱动之前，缩放第一数字化值以考虑第一反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益。控制电路可以通过以下方式基于第二数字化值校准第二反射镜位置传感器：将第二反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益确定为第二校准值与第二数字化值的比率；以及在基于第二数字化值调整可移动反射镜装置的驱动之前，缩放第二数字化值以考虑第二反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益。

14、控制电路可以被配置为基于在由第一光检测器检测到单个激光束与之后由第二光检测器检测到单个激光束之间经过的时间来生成用于第一反射镜或第二反射镜的同步信号。

15、投影引擎可以调整可移动反射镜装置的驱动，以便基于来自第一光检测器的输出将可移动反射镜装置内的第一反射镜保持在第一开度角。

16、投影引擎可以被配置为使激光发生器基于来自第一光检测器的输出指示单个激光束没有撞击到第一光检测器上而停止输出单个激光束。

17、投影引擎可以被配置为使激光发生器基于来自第一光检测器的输出指示在期望时单个激光束没有撞击到第一光检测器上而停止输出单个激光束。

18、投影引擎可以被配置为使激光发生器基于来自第一光检测器的输出来修改单个激光束的颜色和强度。

19、在此还公开了一种光学模块，光学模块包括壳体，壳体承载：激光发生器，被配置为输出单个激光束；可移动反射镜装置；其中可移动反射镜装置被配置为以宽于出射窗口的扫描图案跨出射窗口扫描单个激光束，出射窗口通过壳体限定，使得单个激光束以投影图案被引导穿过出射窗口，投影图案小于扫描图案并且在扫描图案内；第一光检测器，其围绕出射窗口的周边定位，使得当可移动反射镜装置以扫描图案扫描单个激光束时，以扫描图案将单个激光束跨壳体的内部扫描而不穿过出射窗口的点处，使得单个激光束撞击在第一光检测器上；以及第二光检测器，第二光检测器围绕出射窗口的周边定位并且在出射窗口的与第一光检测器不同的一侧上，第二光检测器定位成使得当可移动反射镜装置以扫描图案扫描单个激光束时，以扫描图案将单个激光束跨壳体的内部扫描而不穿过出射窗口的点处，单个激光束撞击在第二光检测器上。

20、第一和第二光检测器可以位于出射窗口的周边的相对侧上，在投影图案但在扫描图案之内。

21、第一和第二光检测器可以位于平分出射窗口的第一轴线的相对侧。

22、第一和第二光检测器也可以位于垂直于第一轴线的第二轴线的相对侧。

23、本文还公开了一种操作被包含在壳体内的激光扫描投影仪的方法，方法包括：生成单个激光束；以宽于出射窗口的扫描图案跨出射窗口扫描单个激光束，出射窗口通过壳体限定，使得单个激光束以投影图案被引导穿过出射窗口，投影图案小于扫描图案并且在扫描图案内；以扫描图案单个激光束跨壳体的内部扫描而不穿过出射窗口的点处，当单个激光束撞击在围绕出射窗口的周边定位的第一光检测器上时，检测单个激光束；以及基于单个激光束撞击到第一光检测器上来调整激光束的扫描。

24、单个激光束的扫描可以通过可移动反射镜装置的偏转来实现。基于单个激光束对第一光检测器的撞击来调整激光束的扫描可以包括：响应于单个激光束撞击到第一光检测器上，数字化由与可移动反射镜装置相关联的镜位置传感器提供的镜位置信号，并且基于数字化的镜位置信号调整可移动反射镜装置的移动。

25、方法可以包括基于数字化的反射镜位置信号校准反射镜位置传感器。

26、方法可以包括基于反射镜位置传感器的校准来校正数字化的反射镜位置信号。

27、方法还可以包括将反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益确定为校准值与数字化反射镜位置信号的比率，以及在基于数字化反射镜位置信号调整可移动反射镜装置的移动之前，缩放数字化反射镜位置信号以考虑反射镜位置传感器的输出中的瞬时增益。

28、方法还可以包括基于单激光束没有撞击到第一光检测器上而停止单激光束的生成。

29、方法还可以包括基于在期望时间没有单激光束撞击到第一光检测器上而停止单激光束的生成。

30、方法还可以包括基于来自第一光检测器的输出来单个激光束的生成。