CN117091805A - 基于二维psd的扫描镜测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及微电机系统技术领域，特别涉及一种基于二维PSD的扫描镜测试系统及方法，其中，系统包括：待测扫描镜；输入组件，用于输入光束和驱动信号给待测扫描镜；二维位置传感器PSD，用于记录待测扫描镜扫描时的电压信号；采集模块，用于采集二维PSD检测到的电压信号；上位机，用于控制输入组件输入光束和驱动信号给待测扫描镜，利用驱动信号驱动待测扫描镜转动，待测扫描镜将光束反射至二维PSD，解析电压信号得到待测扫描镜扫描产生的图案数据，并根据图案数据计算待测扫描镜的关键参数。由此，解决了相关技术中对扫描镜测试检测装置的测试水平有限，导致装置测量精度较低；且装置结构复杂，装载的测量程序繁琐，使得测试效率较低等问题。
Description
技术领域
本申请涉及微电机系统技术领域，特别涉及一种基于二维PSD(PositionSensitive Detector，位置探测器)的扫描镜测试系统及方法。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)扫描镜是可以应用于激光雷达系统中，充当光学扭转器件，因此其性能的好坏影响了该系统工作的好坏，同时影响着整个系统工作的稳定性。
MEMS扫描镜按驱动方式分类可以分为静电、电热、电磁、压电四种驱动方式，相关技术中的MEMS扫描镜的共有技术指标为谐振频率、光学扫描角(最大扫描角)和角分辨率(角精度)。
然而，相关技术中对于MEMS扫描镜的制作工艺水平有限，无法保证每一批次MEMS扫描镜的性能指标完全一致，且其扫描镜测试系统中的测试装置较复杂、测量程序较繁琐、测量精度较低。
发明内容
本申请提供一种基于二维PSD的扫描镜测试系统及方法，以解决相关技术中对扫描镜测试检测装置的测试水平有限，导致装置测量精度较低；且装置结构复杂，装载的测量程序繁琐，使得测试效率较低等问题。
本申请第一方面实施例提供一种基于二维PSD的扫描镜测试系统，包括：待测扫描镜；输入组件，用于输入光束和驱动信号给所述待测扫描镜；二维位置传感器PSD，用于记录所述待测扫描镜扫描时的电压信号；采集模块，用于采集二维PSD检测到的电压信号；上位机，用于控制所述输入组件输入所述输入光束和驱动信号给所述待测扫描镜，利用所述驱动信号驱动所述待测扫描镜转动，所述待测扫描镜将所述光束反射至所述二维PSD，解析所述电压信号得到待测扫描镜扫描产生的图案数据，并根据所述图案数据计算所述待测扫描镜的关键参数。
可选地，所述关键参数包括谐振频率、最大扫描角和角分辨率。
可选地，所述上位机进一步用于：控制所述输入组件按照第一时间间隔输入驱动信号，根据对应图案数据中扫描图形在x轴和y轴的宽度确定所述扫描图形在x轴和y轴的最大宽度；改变所述驱动信号的驱动频率，控制所述输入组件按照第二时间间隔输入改变驱动频率的驱动信号，若扫描图形在x轴和y轴的宽度为最大宽度，对应的驱动频率为所述待测扫描镜在x轴和y轴的谐振频率。
可选地，所述上位机进一步用于：根据所述扫描图形在x轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在x轴的最大扫描角，根据所述扫描图形在y轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在y轴的最大扫描角。
可选地，所述上位机进一步用于：获取所述待测扫描镜内置角度传感器输出所述待测扫描镜的转角真实值；根据多组所述转角测量值和所述转角理论值计算标准差，将所述标准差作为所述待测扫描镜的角分辨率。
可选地，所述输入组件包括激光器、信号发生器和电压放大器，其中，所述激光器、所述待测扫描镜和所述二维PSD的中心处于同一水平线，所述电压放大器用于放大所述信号发生器输入的驱动信号。
可选地，所述待测扫描镜反射的光束垂直打在所述二维PSD上。
可选地，所述基于二维PSD的扫描镜测试系统还包括：光学夹具，用于固定所述输入组件和所述二维PSD。
可选地，所述采集模块为数据采集卡。
本申请第二方面实施例提供一种基于二维PSD的扫描镜测试方法，所述方法利用如上述实施例所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统进行测试，其中，所述方法包括以下步骤：控制输入组件按照第一时间间隔输入驱动信号，根据对应图案数据中扫描图形在x轴和y轴的宽度确定所述扫描图形在x轴和y轴的最大宽度；改变所述驱动信号的驱动频率，控制所述输入组件按照第二时间间隔输入改变驱动频率的驱动信号，若扫描图形在x轴和y轴的宽度为最大宽度，对应的驱动频率为待测扫描镜在x轴和y轴的谐振频率；根据所述扫描图形在x轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在x轴的最大扫描角，根据所述扫描图形在y轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在y轴的最大扫描角；获取所述待测扫描镜内置角度传感器输出所述待测扫描镜的转角真实值，根据多组所述转角测量值和所述转角理论值计算标准差，将所述标准差作为所述待测扫描镜的角分辨率。
由此，本申请至少具有如下有益效果：
本申请实施例可以利用一种基于二维PSD的扫描镜测试系统，对扫描镜的谐振频率、最大扫描角度及角分辨率进行计算获取，该系统结构简单，使得对于扫描镜参数的检测效率提高；由于本申请实施例利用二维PSD位置传感器测量扫描镜在光屏上形成的图形长度，且二维PSD位置传感器精度较高，因此可以在降低测量误差的同时提升测试精度，进而提高测试结果准确性和测试方法的可靠性，满足实际使用需要。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例的基于二维PSD的扫描镜测试系统的示例图；
图2为本申请一个实施例的测试系统实物的示例图；
图3为本申请实施例的测试系统整体框架的示意图；
图4为本申请实施例的一种基于二维PSD的扫描镜测试方法的流程图；
图5为本申请实施例的测试光路图；
图6为本申请实施例的谐振频率测试流程图；
图7为本申请实施例的最大光学扫描角测试流程图；
图8为本申请实施例的角分辨率测试流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
MEMS扫描镜是一种采用光学MEMS技术制造、集成了微小反射镜与MEMS驱动器的器件，有尺寸小、成本低、扫描频率高、响应速度快和功耗低等优点，主要应用于激光扫描、光通讯、数字显示等领域，具体如激光雷达、3D摄像头、条形码扫描、激光打印机、医疗成像、光栅、投影显示等；在MEMS扫描镜应用于激光雷达系统中时，可以充当光学扭转器件，因此其性能的好坏影响了该系统工作的好坏以及整个系统工作的稳定性。
MEMS扫描镜按驱动方式分类，可分为静电、电热、电磁、压电四种驱动方式，每种驱动方式都有各自的特点；其中，相关技术中，可以将谐振频率、光学扫描角(最大扫描角)和角分辨率(角精度)作为MEMS扫描镜的技术指标。
然而，相关技术中对MEMS扫描镜的制作工艺水平有限，不能保证每一批次MEMS扫描镜的性能指标完全一致，且在扫描镜测试系统中，测试装置较为复杂，测量程序较为繁琐、测量精度较低。
针对上述背景技术中提到的问题，本申请提供了一种基于二维PSD的扫描镜测试系统及方法，下面参考附图描述本申请实施例的基于二维PSD的扫描镜测试系统及方法。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种基于二维PSD的扫描镜测试系统的方框示意图。
如图1所示，该基于二维PSD的扫描镜测试系统10包括：待测扫描镜100、输入组件200、二维位置传感器PSD300、采集模块400及上位机500。
其中，输入组件200，用于输入光束和驱动信号给待测扫描镜；二维位置传感器PSD300，用于记录待测扫描镜扫描时的电压信号；采集模块400，用于采集二维PSD检测到的电压信号；上位机500，用于控制输入组件输入光束和驱动信号给待测扫描镜，利用驱动信号驱动待测扫描镜转动，待测扫描镜将光束反射至二维PSD，解析电压信号得到待测扫描镜扫描产生的图案数据，并根据图案数据计算待测扫描镜的关键参数。
其中，关键参数包括谐振频率、最大扫描角和角分辨率；采集模块400为数据采集卡。
可以理解的是，本申请实施例可以使用一种基于二维PSD的扫描镜测试系统，包括待测扫描镜、输入组件、二维位置传感器PSD、采集模块及上位机。输入组件发送一定频率的驱动信号，经处理后输出至待测扫描镜，使待测扫描镜偏转一定角度；上位控制输入组件发射光束至扫描镜，并调整扫瞄镜位置使其出射光束垂直入射至二维位置传感器PSD；采集模块即采集卡与位置传感器、PC机连接，采集记录数据；由此，本申请实施例可以测量待测扫描镜的谐振频率、最大扫描角度、角分辨率，进而通过采集、记录、处理数据，计算得待测扫描镜的具体参数。
具体而言，待测二维MEMS扫描镜为可以绕两轴振动的MEMS扫描镜，两个轴分别为快轴和慢轴；输入组件发射光束到待测二维MEMS扫描镜表面，待测二维MEMS扫描镜的两个轴振动，使激光束发生偏转；输入组件还可以为待测MEMS扫描镜提供驱动信号，使MEMS扫描镜可以绕两轴以函数信号发生器的输入频率振动，改变激光器发射出的光束方向；二维PSD位移传感器充当光屏作用，接收经待测MEMS扫描镜反射出的光束，通过记录光束的不同长度，输出为相应的电压值至采集卡，记录MEMS扫描镜的振动幅度，输入组件使经过放大后的电压能够驱动扫描镜振动，改变光束方向，在PSD上形成不同的图像；采集卡记录二维PSD位移传感器输出的电压信号，通过一定的数学关系，将电压信号转换为角度信号，记录待测MEMS扫描镜偏转的角度。
在本申请实施例中，输入组件200包括：激光器、信号发生器和电压放大器，其中，激光器、待测扫描镜和二维PSD的中心处于同一水平线，电压放大器用于放大信号发生器输入的驱动信号。
其中，待测扫描镜反射的光束垂直打在二维PSD上。
可以理解的是，本申请实施例可以将待测扫描镜和信号发生器、电压放大器相连，同时使激光器、待测扫描镜及二维PSD的中心处于同一水平线，由此使扫描镜的出射光束可以垂直入射至二维位置传感器PSD；由此，利用二维位置传感器PSD记录由MEMS扫描镜反射后光束的位置，使用采集组件即采集卡记录位置传感器输出的电压值。
具体而言，本申请实施例可以利用信号发生器发送一定频率的驱动信号，其中，驱动信号可以是正弦信号，该正弦信号经高压放大器放大后输出至待测扫描镜，其电压值在待测MEMS扫描镜的驱动电压区间内；在信号发生器发送一定频率的正弦信号至扫描镜时，扫描镜会发生偏转，进而会改变激光器发射的光束方向；利用二维PSD位置传感器记录由MEMS扫描镜反射后光束的位置，使用采集卡记录位置传感器输出的电压值。
在本申请实施例中，基于二维PSD的扫描镜测试系统10还包括：光学夹具，用于固定输入组件和二维PSD。
可以理解的是，本申请实施例的输入组件中的激光器和二维PSD两者的中心保持在同一水平线上，因此可以利用光学夹具对输入组件和二维PSD的位置进行固定，同时本申请实施例可以利用光学夹具固定光阑，入射光束是否垂直二维PSD位置传感器通过光阑来调整，因此本申请实施例可以通过光阑调整激光器发射光束，使光束垂直入射至PSD表面。
在本申请实施例中，上位机500进一步用于：控制输入组件按照第一时间间隔输入驱动信号，根据对应图案数据中扫描图形在x轴和y轴的宽度确定扫描图形在x轴和y轴的最大宽度；改变驱动信号的驱动频率，控制输入组件按照第二时间间隔输入改变驱动频率的驱动信号，若扫描图形在x轴和y轴的宽度为最大宽度，对应的驱动频率为待测扫描镜在x轴和y轴的谐振频率。
其中，第一时间间隔和第二时间间隔可以根据实际情况进行设置，对此不作具体限定。
可以理解的是，本申请实施例可以改变信号放大器发送正弦信号的频率，使用采集卡记录二维PSD输出的电压值；比较二维PSD传感器输出的电压值，根据二维PSD的特性，具体确定二维PSD感应的最大长度时的驱动频率，该频率即为扫描镜的谐振频率；其中，扫描镜可以分为x轴和y轴，其谐振频率要分别测量，具体测量方式可以如下所示：
在本申请实施例中，上位机500进一步用于：根据扫描图形在x轴的最大宽度、以及待测扫描镜与二维PSD之间距离计算待测扫描镜在x轴的最大扫描角，根据扫描图形在y轴的最大宽度、以及待测扫描镜与二维PSD之间距离计算待测扫描镜在y轴的最大扫描角。
可以理解的是，本申请实施例可以改变电压放大器的放大倍数，使输出的电压为待测MEMS扫描镜的驱动电压，使得待测扫描镜在驱动电压下驱动；改变信号发生器发送正弦信号灯频率，使输出的正弦信号频率为待测MEMS扫描镜的谐振频率，使得待测MEMS扫描镜在谐振频率下震动；利用二维PSD位置传感器记录由MEMS扫描镜反射后光束的位置，当MEMS扫描镜不振动时，由MEMS扫描镜反射后的光束需垂直入射至二维PSD位置传感器，使用采集卡记录位置传感器输出的电压值；根据采集卡记录到的二维PSD位置传感器输出电压值，换算出在二维PSD位置传感器上形成的光线长度，记录这个长度d；记录待测MEMS扫描镜与二维PSD位置传感器之间的距离L，利用数学方法求解待测MEMS扫描镜的最大扫描角；其中，计算公式可以如下所示：
其中，d表示根据扫描图形在二维PSD位置传感器上形成的光线长度，因此其在x轴上的最大值可以记为dx，在y轴上的最大值可以记为dy；待测扫描镜与二维PSD之间距离为L；由此本申请实施例可以分别计算出x轴和y轴上的最大扫描角。
在本申请实施例中，上位机500进一步用于：获取待测扫描镜内置角度传感器输出待测扫描镜的转角真实值；根据多组转角测量值和转角理论值计算标准差，将标准差作为待测扫描镜的角分辨率。
可以理解的是，待测MEMS扫描镜有内置的角度传感器，若无内置传感器，其振动时偏转角度与MEMS扫描镜的输出电压之间存在着一个传递函数，即偏转角度与MEMS扫描镜的输出电压之间有明确的一一对应的关系，根据MEMS扫描镜输出电压，计算MEMS扫描镜的偏转角度。
具体而言，MEMS扫描镜内置的角度传感器或根据传递函数解算出的偏转角度为待测MEMS扫描镜的理论偏转角度；由MEMS扫描镜偏转后的光束打在二维PSD位置传感器上，不同时刻MEMS扫描镜的偏转角度不同，入射在二维PSD位置传感器上的点的位置不同，进而二维PSD位置传感器输出的电压值不相同；根据采集卡记录的二维PSD位置传感器的电压，算出光斑的具体位置，可以进一步算出待测扫描镜的偏转角度，算出的偏转角度为扫描镜的转角的测量值；同时待测扫描镜内置角度传感器输出待测扫描镜的真实值，计算转角测量值和实际值的标准差，作为MEMS扫描镜的角分辨率(角精度)；其中，计算式可以如下所示：
其中，σ(r)为待测MEMS扫描镜的角分辨率。
下面将通过一个具体实施例对本申请的基于二维PSD的扫描镜测试系统进行阐述。
如图2所示，本申请的一个实施例的基于二维PSD的扫描镜测试系统可以包括采集卡、PC机、光学面包板、待测MEMS扫描镜、激光器、孔径光阑、函数信号发生器、二维PSD传感器及高压放大器。
其中，待测二维MEMS扫描镜为可以绕两轴振动的MEMS扫描镜，两个轴分别为快轴和慢轴；激光器发射光束到待测二维MEMS扫描镜表面，待测二维MEMS扫描镜的两个轴振动，使激光束发生偏转；函数信号发生器为待测MEMS扫描镜提供驱动信号，使MEMS扫描镜可以绕两轴以函数信号发生器的输入频率振动，改变激光器发射出的光束方向；高压放大器放大函数信号发生器的电压值，使经过放大后的电压能够驱动扫描镜振动，改变光束方向，在PSD上形成不同的图像；二维PSD位移传感器充当光屏作用，接收经待测MEMS扫描镜反射出的光束，通过记录光束的不同长度，输出为相应的电压值至采集卡，记录MEMS扫描镜的振动幅度；采集卡记录二维PSD位移传感器输出的电压信号，通过一定的数学关系，将电压信号转换为角度信号，记录待测MEMS扫描镜偏转的角度。
可以理解的是，如图3所示，本申请实施例可以利用上述系统，首先使用信号发生器生成正弦函数，接着利用高压放大器放大函数信号发生器的电压值，使经过放大后的电压能够驱动扫描镜振动；激光器发射光束到待测二维MEMS扫描镜表面，待测二维MEMS扫描镜的两个轴振动，使激光束发生偏转；光阑将光束垂直入射至PSD表面，经过待测扫描镜MEMS的光束由二维PSD位移传感器接收，并记录光束的不同长度；数据采集卡记录二维PSD位移传感器输出的电压信号，并将电压信号转换为角度信号；PC机接收待测扫描镜的理论转角数据及数据采集卡得到的实际转角数据，计算得到角分辨率、最大扫描角及谐振频率。
综上，根据本申请实施例提出的基于二维PSD的扫描镜测试系统，可以对扫描镜的谐振频率、最大扫描角度及角分辨率进行计算获取，系统结构简单，使得对于扫描镜参数的检测效率提高；由于本申请实施例利用二维PSD位置传感器测量扫描镜在光屏上形成的图形长度，且二维PSD位置传感器精度较高，因此可以在降低测量误差的同时提升测试精度，进而提高测试结果准确性和可靠性，满足实际使用需要。
其次参考附图描述本申请实施例的基于二维PSD的扫描镜测试方法。
具体而言，图4为本申请实施例所提供的一种基于二维PSD的扫描镜测试方法的流程示意图。
如图4所示，该基于二维PSD的扫描镜测试方法利用如上述实施例的基于二维PSD的扫描镜测试系统进行测试，其中，方法包括以下步骤：
在步骤S101中，控制输入组件按照第一时间间隔输入驱动信号，根据对应图案数据中扫描图形在x轴和y轴的宽度确定扫描图形在x轴和y轴的最大宽度。
可以理解的是，本申请实施例可以使用一种如上述实施例的基于二维PSD的扫描镜测试系统，以完成对本申请实施例中待测试扫描镜的测试；如图3所示，本申请实施例可以首先对输入组件进行控制，使输入组件中的信号发生器按照一定的时间间隔(第一时间间隔)输入驱动信号，其中，该信号发生器可以如图2中函数信号发生器所示；本申请实施例可以根据相应图案数据中扫描图形在x轴和y轴的宽度，确定扫描图形在x轴和y轴的最大宽度，其中，本申请实施例的测试光路图可以如图5所示。
在步骤S102中，改变驱动信号的驱动频率，控制输入组件按照第二时间间隔输入改变驱动频率的驱动信号，若扫描图形在x轴和y轴的宽度为最大宽度，对应的驱动频率为待测扫描镜在x轴和y轴的谐振频率。
可以理解的是，本申请实施例可以进行谐振频率测试，如图6所示，通过控制输入组件按照第二时间间隔输入频率改变后的驱动信号，确认待测扫描镜在x轴和y轴的谐振频率。
具体而言，如图6所示：
(1)测试开始，调整光路，激光器出射光束照射扫描镜，使扫描镜出射光束与PSD表面垂直；
(2)调整高压放大器(即电压放大器)放大倍数，使其输出电压为扫描镜驱动电压；
(3)确定扫描镜两轴的驱动信号的扫频范围及扫频间隔，确定多个驱动频率；
(4)改变驱动信号频率，施加给扫描镜；
(5)记录PSD输出信号，将PSD输出信号转换为线段长度；
(6)确定最长长度对饮的驱动频率；
(7)判断该驱动频率是否确定为扫描镜的谐振频率，若判断可以进行确定，则进入下一步骤；若不能进行确定，则返回步骤(3)；
(8)将该驱动频率确定为扫描镜的谐振频率；
(9)结束流程。
在步骤S103中，根据扫描图形在x轴的最大宽度、以及待测扫描镜与二维PSD之间距离计算待测扫描镜在x轴的最大扫描角，根据扫描图形在y轴的最大宽度、以及待测扫描镜与二维PSD之间距离计算待测扫描镜在y轴的最大扫描角。
可以理解的是，本申请实施例可以对待测扫描镜在x轴、y轴的最大光学扫描角进行测试和确定；如图7所示，本申请实施例对最大光学扫描角的确认过程可以如下所示：
(1)测试开始，将驱动信号频率设为扫描镜谐振频率并施加给扫描镜；
(2)记录PSD输出信号，将PSD输出信号转换为线段长度；
(3)记录扫描镜与PSD之间的距离；
(4)分别计算x轴、y轴最大光学扫描角；
(5)结束流程。
其中，对最大光学角的计算公式可以为：
其中，d表示根据扫描图形在二维PSD位置传感器上形成的光线长度，因此其在x轴上的最大值可以记为dx，在y轴上的最大值可以记为dy；待测扫描镜与二维PSD之间距离为L；由此本申请实施例可以分别计算出x轴和y轴上的最大扫描角。
在步骤S104中，获取待测扫描镜内置角度传感器输出待测扫描镜的转角真实值，根据多组转角测量值和转角理论值计算标准差，将标准差作为待测扫描镜的角分辨率。
可以理解的是，本申请实施例可以在计算出转角理论值后，利用多组转角真实测量值和转角理论值计算标准差，将该标准差作为待测扫描镜的角分辨率；如图8所示，本申请实施例进行角分辨率测试的流程可以具体如下：
(1)流程开始；操作一，记录PSD输出信号，将PSD输出信号转换为线段长度，完成之后进入下一步骤；操作二，记录扫描镜内置角度传感器在Ti时刻的输出角度βi，完成之后进入步骤(4)；
(2)记录扫描镜与PSD之间的距离；
(3)计算扫描镜某轴(x轴或y轴)在Ti时刻的偏转角度αi；
(4)计算扫描镜角分辨率；
(5)结束流程。
其中，本申请实施例计算扫描镜角分辨率的公式可以如下所示：
其中，σ(r)为待测MEMS扫描镜的角分辨率。
下面将根据一个具体实施例对本申请基于二维PSD的扫描镜测试方法进行阐述。
如图2所示，本申请实施例可以使用如图2的测试系统；包括函数信号放大器、高压放大器、红光激光器、待测MEMS扫描镜、二维PSD位置传感器、PC机、采集卡、光学面包板、光阑和光学夹具。
其中，激光器选用可见光波段的激光器，选用功率较低的红光激光器；函数信号发生器可以生成一定频率的正弦信号，以使待测MEMS扫描镜偏转一定的角度；高压放大器可以放大函数信号发生器的输入信号，使其放大后的电压为待测MEMS扫描镜的额定电压；光阑的孔径远小于待测MEMS扫描镜的反射镜面尺寸，避免光斑过大而影响成像效果，进而影响MEMS扫描镜测试的准确性和测试效率；选用的位置传感器为二维PSD位置传感器，二维PSD位置传感器是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器，可将光敏面上的光点位置转化为电信号，其输出电信号与光电位置之间有明确的一一对应关系，如，若已知二维PSD位置传感器的输出电压，其光电的位置可以明确求出。其摆设角度应垂直于待测MEMS扫描镜的出射光束，以减少误差；选用的光学夹具可以使待测MEMS扫描镜、光阑、激光器、二维PSD位置传感器在同一水平面上，以使光路保持水平；选用的面包板能够固定系统中所有的光学元件，使得实验过程中所有元件保持静止，以减少误差；选用的采集卡可以采集二维PSD位置传感器输出的电压信号，通过与PC机相连，将采集到的数据传输至PC机，在PC机上处理数据。
基于上述实物测试系统，本申请实施例进行测试的具体步骤可以包括：
步骤101，调整光路。控制激光器发射光束照射至MEMS扫描镜表面，经镜面反射后照射至二维PSD位置传感器，调整光阑、二维PSD位置传感器位置，使光束垂直入射至PSD。
步骤102，调整高压放大器电压放大倍数，使其输出电压分别为扫描镜两轴的驱动电压。
步骤103，确定扫描镜两轴的驱动信号的扫频范围及扫频间隔，确定多个驱动频率。
步骤104，改变双通道信号发生器的输出信号频率，其值为步骤103中确定的驱动频率，依次施加给MEMS扫描镜两轴使扫描镜偏转，偏转后的MEMS扫描镜改变光束方向，在PSD上形成不同的图像，记录MEMS扫描镜的驱动频率及PSD输出信号。
步骤105，PSD输出信号与在PSD上形成图形线段长成正比关系，将PSD输出信号转换为在PSD上形成图形线段长度。
步骤106，比较在PSD上形成的图形线段长度，确定最长长度对应的驱动频率。
步骤107，判断步骤103中的扫频间隔是否满足精度要求，若不满足，执行步骤108，若满足，执行步骤109。
步骤108，改变双通道信号发生器输出的扫频范围及扫频间隔，其范围在步骤106确定的驱动频率附近，其扫频间隔小于步骤103中的扫频间隔。返回改变步骤104重复执行。
步骤109，将步骤106中所确定的驱动频率作为MEMS扫描镜对应轴的谐振频率。
步骤110，记录步骤109中确定的MEMS扫描镜两轴的谐振频率，改变双通道信号发生器的输出信号，使其输出为步骤109中确定的驱动频率的正弦信号，并施加给MEMS扫描镜，使其在谐振频率下振动。
步骤111，记录二维PSD的输出信号，将二维PSD输出信号转化为在x、y轴形成线段的长度d1、d2。
步骤112，记录MEMS扫描镜与二维PSD之间的距离L。
步骤113，计算MEMS扫描镜在x、y轴的最大光学扫描角，其计算方法如下：
X轴的最大光学扫描角为：
Y轴的最大光学扫描角为：
步骤114，将步骤113中计算得到的角α、β确定为MEMS扫描镜的两轴的最大光学扫描角。
步骤115，使双通道信号发生器的输出信号为步骤109中确定的驱动频率的正弦信号，并施加给MEMS扫描镜，使其在谐振频率下振动。
步骤116，记录二维PSD的输出信号，将二维PSD输出信号转换为在x、y轴上的长度，由于输入信号为正弦信号，因此其长度为正弦变化。记录光束在不同时刻在x、y轴的长度Xi、Yi。
步骤117，计算MEMS扫描镜不同时刻在x、y轴上的扫描角度αi、βi，其计算方法如下：
X轴的光学扫描角为：
Y轴的光学扫描角为：
步骤118，记录MEMS扫描镜内置角度传感器两轴输出的角度θi、γi，其对应步骤118中的αi、βi，统计数据数量为N，N一般大于30；其中，如果所测量MEMS扫描镜无内置角度传感器，需根据其输出电压与偏转角度之间的传递函数计算得两轴的实际偏转角度θi、γi。
步骤119，计算MEMS扫描镜的角分辨率。根据步骤117中计算得偏转角度αi和扫描角的实际值θi，计算扫描角度的测量值αi和扫描角度实际值θi的标准差，作为MEMS扫描镜的角分辨率(角精度)，计算方法如下：
其中，σ(r)为待测MEMS扫描镜的角分辨率。
综上，根据本申请实施例提出的基于二维PSD的扫描镜测试方法，可以利用一种基于二维PSD的扫描镜测试系统，对扫描镜的谐振频率、最大扫描角度及角分辨率进行计算获取，该系统结构简单，使得对于扫描镜参数的检测效率提高；由于本申请实施例利用二维PSD位置传感器测量扫描镜在光屏上形成的图形长度，且二维PSD位置传感器精度较高，因此可以在降低测量误差的同时提升测试精度，进而提高测试结果准确性和测试方法的可靠性，满足实际使用需要。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，包括：
待测扫描镜；
输入组件，用于输入光束和驱动信号给所述待测扫描镜；
二维位置传感器PSD，用于记录所述待测扫描镜扫描时的电压信号；
采集模块，用于采集二维PSD检测到的电压信号；
上位机，用于控制所述输入组件输入所述输入光束和驱动信号给所述待测扫描镜，利用所述驱动信号驱动所述待测扫描镜转动，所述待测扫描镜将所述光束反射至所述二维PSD，解析所述电压信号得到待测扫描镜扫描产生的图案数据，并根据所述图案数据计算所述待测扫描镜的关键参数。
2.根据权利要求1所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，所述关键参数包括谐振频率、最大扫描角和角分辨率。
3.根据权利要求2所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，所述上位机进一步用于：
控制所述输入组件按照第一时间间隔输入驱动信号，根据对应图案数据中扫描图形在x轴和y轴的宽度确定所述扫描图形在x轴和y轴的最大宽度；
改变所述驱动信号的驱动频率，控制所述输入组件按照第二时间间隔输入改变驱动频率的驱动信号，若扫描图形在x轴和y轴的宽度为最大宽度，对应的驱动频率为所述待测扫描镜在x轴和y轴的谐振频率。
4.根据权利要求3所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，所述上位机进一步用于：
根据所述扫描图形在x轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在x轴的最大扫描角，根据所述扫描图形在y轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在y轴的最大扫描角。
5.根据权利要求2所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，所述上位机进一步用于：
获取所述待测扫描镜内置角度传感器输出所述待测扫描镜的转角真实值；
根据多组所述转角测量值和转角理论值计算标准差，将所述标准差作为所述待测扫描镜的角分辨率。
6.根据权利要求1所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，所述输入组件包括激光器、信号发生器和电压放大器，其中，所述激光器、所述待测扫描镜和所述二维PSD的中心处于同一水平线，所述电压放大器用于放大所述信号发生器输入的驱动信号。
7.根据权利要求6所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，所述待测扫描镜反射的光束垂直打在所述二维PSD上。
8.根据权利要求1所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，还包括：
光学夹具，用于固定所述输入组件和所述二维PSD。
9.根据权利要求1所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统，其特征在于，所述采集模块为数据采集卡。
10.一种基于二维PSD的扫描镜测试方法，其特征在于，所述方法利用如权要求1-9任意一项所述的基于二维PSD的扫描镜测试系统进行测试，其中，所述方法包括以下步骤：
控制输入组件按照第一时间间隔输入驱动信号，根据对应图案数据中扫描图形在x轴和y轴的宽度确定所述扫描图形在x轴和y轴的最大宽度；
改变所述驱动信号的驱动频率，控制所述输入组件按照第二时间间隔输入改变驱动频率的驱动信号，若扫描图形在x轴和y轴的宽度为最大宽度，对应的驱动频率为待测扫描镜在x轴和y轴的谐振频率；
根据所述扫描图形在x轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在x轴的最大扫描角，根据所述扫描图形在y轴的最大宽度、以及所述待测扫描镜与所述二维PSD之间距离计算所述待测扫描镜在y轴的最大扫描角；
获取所述待测扫描镜内置角度传感器输出所述待测扫描镜的转角真实值，根据多组所述转角测量值和所述转角理论值计算标准差，将所述标准差作为所述待测扫描镜的角分辨率。
Applications Claiming Priority (2)
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117330191A (zh) * | 2023-12-01 | 2024-01-02 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种可调参数的谐振频率内置循环搜索方法 |
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2023
- 2023-08-25 CN CN202311083129.9A patent/CN117091805A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117330191A (zh) * | 2023-12-01 | 2024-01-02 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种可调参数的谐振频率内置循环搜索方法 |
| CN117330191B (zh) * | 2023-12-01 | 2024-03-29 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种可调参数的谐振频率内置循环搜索方法 |
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