CN114593694A - 谐振扫描角度检测光学系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐振扫描角度检测光学系统及方法，光学系统包括光源、光阑、汇聚元件和光电器件，光源用于向待测扫描镜发出光，光阑使待测扫描镜的反射光通过，使反射光入射到汇聚元件，汇聚元件用于将待测扫描镜的反射光汇聚至光电器件，光电器件基于接收到的光产生响应信号；其中，光阑满足在待测扫描镜的一个谐振周期内，至少两次待测扫描镜的反射光通过光阑而入射到汇聚元件。应用本发明的谐振扫描角度检测光学系统，可以测量待测扫描镜的角度幅值，从而获得描述待测扫描镜角度随时间变化的关系式，本光学系统结构简单，对光学系统各部件的安装精度要求低。

Description

谐振扫描角度检测光学系统及方法

技术领域

本发明涉及光学系统领域，特别是涉及一种谐振扫描角度检测光学系统及方法。

背景技术

谐振式MEMS扫描镜具有扫描角度大、体积小、重量轻、功耗低等优点，目前已经广泛应用于激光雷达等领域。但是在实际应用中，通常对其扫描角度精度要求较高。使用光学反馈方式对MEMS扫描镜检测其角度，具有响应快、精度高等优点。特别是静电驱动MEMS扫描镜，无法直接通过电容或者电压反馈方式检测，使用光学反馈方式能够精准得出其工作过程中不同时间对应的扫描角度。

发明内容

本发明的目的是提供一种谐振扫描角度检测光学系统及方法，系统结构简单，对器件安装精度要求低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种谐振扫描角度检测光学系统，包括光源、光阑、汇聚元件和光电器件，所述光源用于向待测扫描镜发出光，所述光阑用于使所述待测扫描镜的反射光通过进而入射到所述汇聚元件，并且所述光阑满足在所述待测扫描镜的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜的反射光通过所述光阑并入射到所述汇聚元件；

所述汇聚元件用于将所述待测扫描镜的反射光汇聚至所述光电器件，所述光电器件用于基于接收到的光产生响应信号。

优选的，所述汇聚元件为反射元件，用于接收所述待测扫描镜的反射光并将接收到的光反射，使接收到的光汇聚至所述光电器件；或者，所述汇聚元件为透射元件，用于接收所述待测扫描镜的反射光并将接收到的光透射，使接收到的光汇聚至所述光电器件。

优选的，所述汇聚元件包括反射面，所述汇聚元件通过所述反射面接收所述待测扫描镜的反射光并将接收到的光反射，使接收到的光汇聚至所述光电器件，所述反射面为柱面、球面、非球面、椭圆面或者抛物面。

优选的，所述光阑为长条形，且所述光阑的长度方向与所述待测扫描镜的反射光形成的扫描路径垂直。

优选的，所述光阑对应位于所述待测扫描镜角度幅值半高的位置。

优选的，还包括设置于所述待测扫描镜和所述汇聚元件之间的安装架，所述安装架设置有所述光阑以及通光孔，所述通光孔用于使所述光源发出的光通过所述通光孔，使光入射到所述待测扫描镜。

优选的，所述光电器件设置于所述安装架上。

优选的，所述光阑包括第一光阑和第二光阑，所述汇聚元件包括第一汇聚元件和第二汇聚元件，所述光电器件包括第一光电器件和第二光电器件；

所述第一光阑用于使所述待测扫描镜的反射光通过，使反射光入射到所述第一汇聚元件，并且所述第一光阑满足在所述待测扫描镜沿水平方向振动的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜的反射光通过所述第一光阑并入射到所述第一汇聚元件，所述第一汇聚元件用于将所述待测扫描镜的反射光汇聚至所述第一光电器件；

所述第二光阑用于使所述待测扫描镜的反射光通过，使反射光入射到所述第二汇聚元件，并且所述第二光阑满足在所述待测扫描镜沿竖直方向振动的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜的反射光通过所述第二光阑并入射到所述第二汇聚元件，所述第二汇聚元件用于将所述待测扫描镜的反射光汇聚至所述第二光电器件。

一种谐振扫描角度检测方法，应用以上所述的谐振扫描角度检测光学系统，所述方法包括：

所述待测扫描镜振动，使得所述待测扫描镜将所述光源发出的光反射以进行扫描过程，所述光电器件对每次接收到的光产生响应信号并对应记录产生响应信号的时间；

根据所述光电器件产生的响应信号以及对应记录的时间，获得相邻两次所述待测扫描镜的反射光通过所述光阑并入射到所述光电器件的时间间隔，利用所述时间间隔建立所述待测扫描镜的角度随时间变化的关系式；

根据所述待测扫描镜的角度随时间变化的关系式，以及所述光阑在所述光源发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜的距离、所述光阑到所述光源发出光光轴的垂直距离和所述待测扫描镜的角度之间满足的三角函数关系，获得所述待测扫描镜的角度幅值。

优选的，根据以下公式计算所述待测扫描镜的角度幅值：

S*tan(A*cos(π*τ*f))＝L；

其中，S表示所述光阑在所述光源发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜的距离，L表示所述光阑到所述光源发出光光轴的垂直距离，A表示所述待测扫描镜的角度幅值，f表示所述待测扫描镜的振动频率，τ表示相邻两次所述待测扫描镜的反射光通过所述光阑并入射到所述光电器件的时间间隔。

优选的，所述光阑设置于安装架上，所述安装架上还设置有通光孔，所述通光孔用于使所述光源发出的光通过所述通光孔，使光入射到所述待测扫描镜；其中，S表示所述通光孔中心到所述待测扫描镜的距离，L表示所述光阑中心到所述通光孔中心的距离。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种谐振扫描角度检测光学系统包括光源、光阑、汇聚元件和光电器件，光源用于向待测扫描镜发出光，光阑使待测扫描镜的反射光通过，使反射光入射到汇聚元件，汇聚元件用于将待测扫描镜的反射光汇聚至光电器件，光电器件用于基于接收到的光产生响应信号。其中，光阑满足在待测扫描镜的一个谐振周期内，至少两次待测扫描镜的反射光通过光阑而入射到汇聚元件。应用本发明的谐振扫描角度检测光学系统，可以测量待测扫描镜的角度幅值，从而检测获得描述待测扫描镜角度随时间变化的关系式。本光学系统结构简单，对光学系统各部件的安装精度要求低。

本发明还提供一种谐振扫描角度检测方法，能够达到上述有益效果。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种谐振扫描角度检测光学系统的示意图；

图2为本发明又一实施例提供的一种谐振扫描角度检测光学系统的示意图；

图3为本发明一实施例中待测扫描镜角度随时间变化的关系式曲线图；

图4为本发明一实施例提供的安装架的示意图；

图5为本发明又一实施例提供的安装架的示意图；

图6为本发明又一实施例提供的一种谐振扫描角度检测光学系统的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种谐振扫描角度检测方法的流程图；

图8为基于图1所示的光学系统计算待测扫描镜的角度幅值的原理示意图；

图9为本发明又一实施例提供的一种谐振扫描角度检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本实施例提供的一种谐振扫描角度检测光学系统的示意图，如图所示，所述谐振扫描角度检测光学系统包括光源101、光阑102、汇聚元件103和光电器件104，所述光源101用于向待测扫描镜100发出光，所述光阑102用于使所述待测扫描镜100的反射光通过进而入射到所述汇聚元件103，并且所述光阑102满足在所述待测扫描镜100的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜100的反射光通过所述光阑102并入射到所述汇聚元件103；

所述汇聚元件103用于将所述待测扫描镜100的反射光汇聚至所述光电器件104，所述光电器件104用于基于接收到的光产生响应信号。

光源101向待测扫描镜100发出光，光入射到待测扫描镜100被反射。若待测扫描镜100的反射光通过光阑102，会入射到汇聚元件103。汇聚元件103将接收到的光汇聚至光电器件104。

其中，光阑102满足在待测扫描镜100的一个谐振周期内，至少两次待测扫描镜100的反射光通过光阑102并入射到汇聚元件103，以使得根据光电器件104相邻两次产生响应信号的时间间隔，能够建立出待测扫描镜100的角度随时间变化的关系式。

应用本实施例的谐振扫描角度检测光学系统，可以根据光阑在光源发出光光轴上的投影位置到待测扫描镜的距离、光阑到光源发出光光轴的垂直距离以及待测扫描镜的角度之间满足的三角函数关系，获得待测扫描镜的角度幅值，从而获得描述待测扫描镜角度随时间变化的关系式。本光学系统结构简单，对光学系统各部件的安装精度要求低。

可选的，汇聚元件103可以为透射元件，用于接收所述待测扫描镜100的反射光并将接收到的光透射，使接收到的光汇聚至所述光电器件104。可参考图2，图2为又一实施例提供的一种谐振扫描角度检测光学系统的示意图，如图所示，待测扫描镜100的反射光透射过汇聚元件103，汇聚元件103将光汇聚至光电器件104。本实施例中，对汇聚元件103的结构不做限定，能够实现使光透射过汇聚元件103后汇聚即可。可选的，汇聚元件103可采用凸透镜或者平凸透镜，透镜可采用球面透镜或者非球面透镜。

可选的，汇聚元件103可以为反射元件，用于接收所述待测扫描镜100的反射光并将接收到的光反射，使接收到的光汇聚至所述光电器件104，这种实施方式可以节省光学系统占用的空间。如图1所示，待测扫描镜100的反射光入射到汇聚元件103，汇聚元件103将光反射使光入射至光电器件104。其中，对汇聚元件103的结构不做限定，能够实现使光入射到汇聚元件103后汇聚元件103将光反射并汇聚即可。

可选的，汇聚元件103可包括反射面，所述汇聚元件103通过所述反射面接收所述待测扫描镜100的反射光并将接收到的光反射，使接收到的光汇聚至所述光电器件104。反射面具体可以是凹面，反射面可以是柱面、球面、非球面、椭圆面或者抛物面。

光阑102的位置、形状或者尺寸满足在待测扫描镜100的一个谐振周期内，至少两次待测扫描镜100的反射光通过光阑102并入射到汇聚元件103。并且，相邻两次待测扫描镜100的反射光通过光阑102并入射到汇聚元件103的时间间隔，大于光电器件104基于接收到的光产生响应信号的耗时，这样，保证相邻两次待测扫描镜100的反射光通过光阑102并最终入射到光电器件104，光电器件104对每次接收的光能产生一个响应信号，即光电器件104能够将相邻两次接收到的光区分开，能将相邻两次接收到的光产生两个响应信号。

优选的，可以将光阑102位于待测扫描镜100角度幅值半高的位置。光阑102位于待测扫描镜100角度幅值半高的位置是指，光阑102所处的位置使得待测扫描镜100振动到角度幅值一半的角度时，待测扫描镜100的反射光正好能够通过光阑102并入射到汇聚元件103，最终入射到光电器件104。可参考图3，图3为一实施例中待测扫描镜角度随时间变化的关系式曲线图，其中，待测扫描镜100的振动波形为正弦波，如图所示，t1、t2为相邻两次待测扫描镜100的反射光通过光阑102的时间，对应的角度θ1为角度幅值A的一半，τ表示t1、t2之间的时间间隔。这样，能够使在待测扫描镜100的一个谐振周期内，至少两次待测扫描镜100的反射光通过光阑102，并且相邻两次位于角度幅值两侧的对称位置处，有助于提高对待测扫描镜100角度检测的准确性。

可选的，光阑102可以为长条形，光阑102的长度方向与待测扫描镜100反射光形成的扫描路径垂直。比如参考图1或者图2所示，图中带箭头的弧线表示待测扫描镜100的振动方向，光阑102的长度方向垂直于纸面，待测扫描镜100反射光形成的扫描路径平行于纸面并且与光阑102的长度方向垂直，这样确保在待测扫描镜100振动过程中会出现待测扫描镜100的反射光透过光阑102；并且与光阑102为圆形光阑相比，能够使待测扫描镜100向不同方向发射的反射光，能够更多地通过光阑102而入射到汇聚元件103。这种实施方式下，汇聚元件103也可为长条形状以与光阑102匹配，能够减小汇聚元件103的体积，有助于减小光学系统的体积。

进一步优选的，所述光学系统还可包括设置于所述待测扫描镜100和所述汇聚元件103之间的安装架，所述安装架设置有所述光阑102以及通光孔，所述通光孔用于使所述光源101发出的光通过所述通光孔，使光入射到所述待测扫描镜100。示例性的，可参考图4，图4为一实施例提供的安装架的示意图，如图所示，在安装架106上设置有通光孔105和光阑102，通过安装架106可以使通光孔105和光阑102的相对位置确定。

可选的，可以将光电器件104设置于安装架106上，从而通过安装架106将光电器件104的位置确定。

进一步优选的，所述光学系统中，光阑可包括第一光阑和第二光阑，汇聚元件可包括第一汇聚元件和第二汇聚元件，光电器件可包括第一光电器件和第二光电器件。所述第一光阑用于使所述待测扫描镜100的反射光通过，使反射光入射到所述第一汇聚元件，并且所述第一光阑满足在所述待测扫描镜100沿水平方向振动的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜100的反射光通过所述第一光阑并入射到所述第一汇聚元件，所述第一汇聚元件用于将所述待测扫描镜100的反射光汇聚至所述第一光电器件。所述第二光阑用于使所述待测扫描镜100的反射光通过，使反射光入射到所述第二汇聚元件，并且所述第二光阑满足在所述待测扫描镜100沿竖直方向振动的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜100的反射光通过所述第二光阑并入射到所述第二汇聚元件，所述第二汇聚元件用于将所述待测扫描镜100的反射光汇聚至所述第二光电器件。

应用本实施例的谐振扫描角度检测光学系统，可以根据第一光阑在光源101发出光光轴上的投影位置到待测扫描镜100的距离、第一光阑到光源101发出光光轴的垂直距离以及待测扫描镜100的角度之间满足的三角函数关系，获得待测扫描镜100沿水平方向振动的角度幅值，从而获得描述待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式。以及可以根据第二光阑在光源101发出光光轴上的投影位置到待测扫描镜100的距离、第二光阑到光源101发出光光轴的垂直距离以及待测扫描镜100的角度之间满足的三角函数关系，获得待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度幅值，从而获得描述待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式。从而，应用本实施例的谐振扫描角度检测光学系统，可以检测获得描述待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式以及沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式。

相应的，安装架可设置有通光孔、第一光阑和第二光阑，通过安装架106可以将通光孔和第一光阑的相对位置确定以及将通光孔和第二光阑的相对位置确定。示例性的可参考图5，图5为又一实施例提供的安装架的示意图，如图所示，第一光阑107、第二光阑108分别位于通光孔105一侧，分别为长条形，第一光阑107和第二光阑108相互垂直。第一光电器件109和第二光电器件110分别设置于安装架106上，通过安装架106可以将第一光电器件109和第二光电器件110的位置确定。

相应的可参考图6，图6为又一实施例提供的一种谐振扫描角度检测光学系统的示意图，如图所示，第一汇聚元件111与第一光阑107对应，第二汇聚元件112与第二光阑108对应。

在一具体实例中，光源101可采用激光器。待测扫描镜100可以是MEMS扫描镜。

相应的，本实施例还提供一种谐振扫描角度检测方法，应用以上所述的谐振扫描角度检测光学系统。请参考图7，图7为本实施例提供的一种谐振扫描角度检测方法的流程图，如图所示，所述方法包括以下步骤：

S201：所述待测扫描镜100振动，使得所述待测扫描镜100将所述光源101发出的光反射以进行扫描过程，所述光电器件104对每次接收到的光产生响应信号并对应记录产生响应信号的时间。

控制光源101发出光，控制待测扫描镜100振动以进行扫描过程。在扫描过程中，当待测扫描镜100的反射光通过光阑102时，会入射到汇聚元件103。汇聚元件103将接收到的光汇聚至光电器件104。

S202：根据所述光电器件104产生的响应信号以及对应记录的时间，获得相邻两次所述待测扫描镜100的反射光通过所述光阑102并入射到所述光电器件104的时间间隔，利用所述时间间隔建立所述待测扫描镜100的角度随时间变化的关系式。

根据待测扫描镜100的谐振方式，利用得到的时间间隔建立出待测扫描镜100的角度随时间变化的关系式。

S203：根据所述待测扫描镜100的角度随时间变化的关系式，以及所述光阑102在所述光源101发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜100的距离、所述光阑102到所述光源101发出光光轴的垂直距离和所述待测扫描镜100的角度之间满足的三角函数关系，获得所述待测扫描镜100的角度幅值。

利用建立出的待测扫描镜100的角度随时间变化的关系式，可以表示出待测扫描镜100的反射光通过光阑102时待测扫描镜100的角度。

参考图8所示，图8为基于图1所示的光学系统计算待测扫描镜的角度幅值的原理示意图，待测扫描镜100的反射光通过光阑102时待测扫描镜100的角度为∠CBA，根据光阑102在光源101发出光光轴上的投影位置A到待测扫描镜100的距离AB以及光阑102到光源101发出光光轴的垂直距离CA之间满足的三角函数关系，可以求取获得待测扫描镜100的角度幅值。

从而，本实施例的谐振扫描角度检测方法，实现了测量获得待测扫描镜的角度幅值，使得可以获得描述待测扫描镜角度随时间变化的关系式。

示例性的，假设待测扫描镜100的振动波形为余弦波，待测扫描镜100的角度随时间变化的关系式可表示为：A*cos(π*τ*f)。可选的，可以根据以下公式计算待测扫描镜100的角度幅值：

S*tan(A*cos(π*τ*f))＝L；

其中，S表示所述光阑在所述光源发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜的距离，L表示所述光阑到所述光源发出光光轴的垂直距离，A表示所述待测扫描镜的角度幅值，f表示所述待测扫描镜的振动频率，τ表示相邻两次所述待测扫描镜的反射光通过所述光阑并入射到所述光电器件的时间间隔。

相应的，根据得到的待测扫描镜100的角度幅值A，可得到待测扫描镜100的角度随时间变化的关系式表示为：

其中，

表示偏离理论位置的初始相位值，由初始位置标定得到。

优选的，若光阑102设置于安装架106上，安装架106上还设置有通光孔105，光源101发出的光通过通光孔105入射到待测扫描镜100，通过安装架106将通光孔105和光阑102的相对位置确定。其中，S可表示通光孔105中心到待测扫描镜100的距离，L表示光阑102中心到通光孔105中心的距离。

进一步的，应用以上所述的谐振扫描角度检测光学系统，还可以检测获得描述待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式以及沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式。请参考图9，图9为又一实施例提供的一种谐振扫描角度检测方法的流程图，如图所示，所述方法包括以下步骤：

S301：所述待测扫描镜100振动，使得所述待测扫描镜100将所述光源101发出的光反射以进行扫描过程，所述第一光电器件109和所述第二光电器件110分别对每次接收到的光产生响应信号并对应记录产生响应信号的时间。

控制光源101发出光，控制待测扫描镜100振动以进行扫描过程，其中待测扫描镜100同时进行沿水平方向振动以及沿竖直方向振动。在扫描过程中，当待测扫描镜100的反射光通过第一光阑107时，会入射到第一汇聚元件111。第一汇聚元件111将接收到的光汇聚至第一光电器件109；当待测扫描镜100的反射光通过第二光阑108时，会入射到第二汇聚元件112。第二汇聚元件112将接收到的光汇聚至第二光电器件110。

S302：根据所述第一光电器件109产生的响应信号以及对应记录的时间，获得相邻两次所述待测扫描镜100的反射光通过所述第一光阑107并入射到所述第一光电器件109的时间间隔，利用所述时间间隔建立所述待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式。

根据待测扫描镜100沿水平方向振动的谐振方式，利用得到的时间间隔建立出待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式。

S303：根据所述第二光电器件110产生的响应信号以及对应记录的时间，获得相邻两次所述待测扫描镜100的反射光通过所述第二光阑108并入射到所述第二光电器件110的时间间隔，利用所述时间间隔建立所述待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式。

根据待测扫描镜100沿竖直方向振动的谐振方式，利用得到的时间间隔建立出待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式。

S304：根据所述待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式，以及所述第一光阑107在所述光源101发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜100的距离、所述第一光阑107到所述光源101发出光光轴的垂直距离和所述待测扫描镜100沿水平方向振动的角度之间满足的三角函数关系，获得所述待测扫描镜100沿水平方向振动的角度幅值；根据所述待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式，以及所述第二光阑108在所述光源101发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜100的距离、所述第二光阑108到所述光源101发出光光轴的垂直距离和所述待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度之间满足的三角函数关系，获得所述待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度幅值。

示例性的，假设待测扫描镜100沿水平方向和沿竖直方向的振动波形都为余弦波，待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式可表示为：A_x*cos(π*τ_x*f_x)；待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式可表示为：A_y*cos(π*τ_y*f_y)。

可选的，可以根据以下公式分别计算待测扫描镜100沿水平方向的角度幅值和沿竖直方向的角度幅值：

S_x*tan(A_x*cos(π*τ_x*f_x))＝L_x；

S_y*tan(A_y*cos(π*τ_y*f_y))＝L_y；

其中，S_x表示第一光阑107在光源101发出光光轴上的投影位置到待测扫描镜100的距离，S_y表示第二光阑108在光源101发出光光轴上的投影位置到待测扫描镜100的距离，L_x表示第一光阑107到光源101发出光光轴的垂直距离，L_y表示第二光阑108到光源101发出光光轴的垂直距离，A_x表示待测扫描镜100沿水平方向振动的角度幅值，A_y表示待测扫描镜100沿竖直方向振动的角度幅值，f_x表示待测扫描镜100沿水平方向振动的振动频率，f_y表示待测扫描镜100沿竖直方向振动的振动频率，τ_x表示相邻两次待测扫描镜100的反射光通过第一光阑107并入射到第一光电器件109的时间间隔，τ_y表示相邻两次待测扫描镜100的反射光通过第二光阑108并入射到第二光电器件110的时间间隔。

相应的，根据得到的待测扫描镜100的角度幅值A_x和A_y，可得到待测扫描镜100沿水平方向振动的角度随时间变化的关系式以及沿竖直方向振动的角度随时间变化的关系式表示为：

其中，

分别表示偏离理论位置的初始相位值，由初始位置标定得到。

优选的，若采用安装架106，第一光阑107、第二光阑108以及通光孔105设置于安装架106上，通过安装架106可以将通光孔105和第一光阑107、第二光阑108的相对位置确定，可以使得第一光阑107在光源101发出光光轴上的投影位置和第二光阑108在光源101发出光光轴上的投影位置重合，这样S_x＝S_y。S_x和S_y可表示通光孔105中心到待测扫描镜100的距离，L_x表示第一光阑107中心到通光孔105中心的距离，L_y表示第二光阑108中心到通光孔105中心的距离。

以上对本发明所提供的谐振扫描角度检测光学系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种谐振扫描角度检测光学系统，其特征在于，包括光源、光阑、汇聚元件和光电器件，所述光源用于向待测扫描镜发出光，所述光阑用于使所述待测扫描镜的反射光通过进而入射到所述汇聚元件，并且所述光阑满足在所述待测扫描镜的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜的反射光通过所述光阑并入射到所述汇聚元件；

所述汇聚元件用于将所述待测扫描镜的反射光汇聚至所述光电器件，所述光电器件用于基于接收到的光产生响应信号。

2.根据权利要求1所述的谐振扫描角度检测光学系统，其特征在于，所述汇聚元件为反射元件，用于接收所述待测扫描镜的反射光并将接收到的光反射，使接收到的光汇聚至所述光电器件；或者，所述汇聚元件为透射元件，用于接收所述待测扫描镜的反射光并将接收到的光透射，使接收到的光汇聚至所述光电器件。

3.根据权利要求1所述的谐振扫描角度检测光学系统，其特征在于，所述光阑为长条形，且所述光阑的长度方向与所述待测扫描镜的反射光形成的扫描路径垂直。

4.根据权利要求1所述的谐振扫描角度检测光学系统，其特征在于，所述光阑对应位于所述待测扫描镜角度幅值半高的位置。

5.根据权利要求1所述的谐振扫描角度检测光学系统，其特征在于，还包括设置于所述待测扫描镜和所述汇聚元件之间的安装架，所述安装架设置有所述光阑以及通光孔，所述通光孔用于使所述光源发出的光通过所述通光孔，使光入射到所述待测扫描镜。

6.根据权利要求5所述的谐振扫描角度检测光学系统，其特征在于，所述光电器件设置于所述安装架上。

7.根据权利要求1所述的谐振扫描角度检测光学系统，其特征在于，所述光阑包括第一光阑和第二光阑，所述汇聚元件包括第一汇聚元件和第二汇聚元件，所述光电器件包括第一光电器件和第二光电器件；

所述第一光阑用于使所述待测扫描镜的反射光通过，使反射光入射到所述第一汇聚元件，并且所述第一光阑满足在所述待测扫描镜沿水平方向振动的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜的反射光通过所述第一光阑并入射到所述第一汇聚元件，所述第一汇聚元件用于将所述待测扫描镜的反射光汇聚至所述第一光电器件；

所述第二光阑用于使所述待测扫描镜的反射光通过，使反射光入射到所述第二汇聚元件，并且所述第二光阑满足在所述待测扫描镜沿竖直方向振动的一个谐振周期内，至少两次所述待测扫描镜的反射光通过所述第二光阑并入射到所述第二汇聚元件，所述第二汇聚元件用于将所述待测扫描镜的反射光汇聚至所述第二光电器件。

8.一种谐振扫描角度检测方法，其特征在于，应用权利要求1-7任一项所述的谐振扫描角度检测光学系统，所述方法包括：

所述待测扫描镜振动，使得所述待测扫描镜将所述光源发出的光反射以进行扫描过程，所述光电器件对每次接收到的光产生响应信号并对应记录产生响应信号的时间；

根据所述光电器件产生的响应信号以及对应记录的时间，获得相邻两次所述待测扫描镜的反射光通过所述光阑并入射到所述光电器件的时间间隔，利用所述时间间隔建立所述待测扫描镜的角度随时间变化的关系式；

根据所述待测扫描镜的角度随时间变化的关系式，以及所述光阑在所述光源发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜的距离、所述光阑到所述光源发出光光轴的垂直距离和所述待测扫描镜的角度之间满足的三角函数关系，获得所述待测扫描镜的角度幅值。

9.根据权利要求8所述的谐振扫描角度检测方法，其特征在于，根据以下公式计算所述待测扫描镜的角度幅值：

S*tan(A*cos(π*τ*f))＝L；

其中，S表示所述光阑在所述光源发出光光轴上的投影位置到所述待测扫描镜的距离，L表示所述光阑到所述光源发出光光轴的垂直距离，A表示所述待测扫描镜的角度幅值，f表示所述待测扫描镜的振动频率，τ表示相邻两次所述待测扫描镜的反射光通过所述光阑并入射到所述光电器件的时间间隔。

10.根据权利要求9所述的谐振扫描角度检测方法，其特征在于，所述光阑设置于安装架上，所述安装架上还设置有通光孔，所述通光孔用于使所述光源发出的光通过所述通光孔，使光入射到所述待测扫描镜；其中，S表示所述通光孔中心到所述待测扫描镜的距离，L表示所述光阑中心到所述通光孔中心的距离。

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