激光三維成像mems二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種掃描鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量方法，尤其涉及激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及方法，該裝置包括脈沖激光器以及連續(xù)激光器，在脈沖激光器的激光光軸上設(shè)置有三號(hào)光學(xué)鏡片，在連續(xù)激光器的激光光軸上設(shè)置有一號(hào)光學(xué)鏡片；一號(hào)光學(xué)鏡片位于脈沖激光器的激光光軸與連續(xù)激光器的激光光軸重合處；在一號(hào)光學(xué)鏡片正后方設(shè)置有二維掃描鏡；二維掃描鏡的反射光路上依次固定有二號(hào)光學(xué)鏡片以及二維PSD，二維PSD的輸出端與PSD信號(hào)采集電路的輸入端連接；光學(xué)鏡片與采樣同步電路的輸入端連接，采樣同步電路的輸出端與PSD信號(hào)采集電路的輸入端連接。本發(fā)明.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較高；實(shí)時(shí)性強(qiáng)，測(cè)量范圍大。
【專(zhuān)利說(shuō)明】激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種掃描鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量方法，尤其涉及激光三維成像MEMS二維 掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)（Micro Electronic Mechanical Sys-tem, MEMS)加工 技術(shù)的日趨成熟，采用MEMS光學(xué)掃描鏡為核心掃描器件被廣泛運(yùn)用到工業(yè)、軍事、航天、航 海和通訊等許多領(lǐng)域，這些都源于MEMS工藝制作的光學(xué)掃描鏡除了具備MEMS器件所共有 的易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，價(jià)格低的特點(diǎn)之外，與傳統(tǒng)的掃描機(jī)構(gòu)相比MEMS掃描機(jī)構(gòu)還具有體 積小、質(zhì)量輕、功耗低、響應(yīng)快的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 現(xiàn)時(shí)對(duì)于MEMS運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)時(shí)刻轉(zhuǎn)角測(cè)量的方法主要采用相位相關(guān)方法；而 相位相關(guān)技術(shù)具有對(duì)圖像的灰度依賴較小，有較強(qiáng)的抗干擾能力和很高的匹配精度等特 點(diǎn)，在平面位移和圖像配準(zhǔn)中有很好的效果，但是直接應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量上，需要在測(cè) 量角度變化范圍內(nèi)遍歷搜索，運(yùn)算量非常大，而且在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中圖像特征結(jié)構(gòu)的成像會(huì)發(fā) 生形變，從而影響測(cè)量分辨力的提高，所以MEMS二維掃描管的角度測(cè)量并不適合采用相位 相關(guān)方法。同時(shí)，對(duì)于高精度激光掃描控制系統(tǒng)的空間光束指向測(cè)量常直接采用角度傳感 器，如光電自準(zhǔn)直儀、光電編碼盤(pán)等，但是很難同時(shí)滿足測(cè)量范圍和精度的要求。
[0004] 隨著MEMS (微機(jī)械系統(tǒng)）二維掃描鏡的激光掃描技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于掃描角度的測(cè) 量也提出了更高的要求。在此基礎(chǔ)上，以光能/位置轉(zhuǎn)換器件PSD為核心建立了一套具有 高靈敏度、高分辨率、快速響應(yīng)速度的測(cè)量系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。
[0005] 在基于MEMS掃描鏡的三維激光成像系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)測(cè)量MEMS掃描鏡的轉(zhuǎn)角，但 是由于在使用脈沖法激光成像系統(tǒng)中，PSD探測(cè)器對(duì)脈沖激光信號(hào)的相應(yīng)受到很多條件的 限制，而且精度不高，所以如何提高PSD對(duì)脈沖激光（特別是短脈沖激光）的響應(yīng)精度成為 制約基于脈沖法激光主動(dòng)成像的一個(gè)難點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、測(cè)量 范圍大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置及方法。
[0007] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0008] 本發(fā)明的激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置包括脈沖激光器以及連 續(xù)激光器，在脈沖激光器的激光光軸上設(shè)置有三號(hào)光學(xué)鏡片，在連續(xù)激光器的激光光軸上 設(shè)置有一號(hào)光學(xué)鏡片；
[0009] 所述的一號(hào)光學(xué)鏡片位于脈沖激光器的激光光軸與連續(xù)激光器的激光光軸重合 處；在一號(hào)光學(xué)鏡片正后方設(shè)置有二維掃描鏡；
[0010] 所述的二維掃描鏡的反射光路上依次固定有二號(hào)光學(xué)鏡片以及二維PSD，所述的 二維PSD的輸出端與PSD信號(hào)采集電路的輸入端連接；
[0011] 所述的光學(xué)鏡片與采樣同步電路的輸入端連接，采樣同步電路的輸出端與PSD信 號(hào)采集電路的輸入端連接。
[0012] 所述的連續(xù)激光器固定在光學(xué)支架上。
[0013] 所述的二維掃描鏡為MEMS二維掃描鏡。
[0014] 本發(fā)明的激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下 步驟：
[0015] 1)脈沖激光器發(fā)射的連續(xù)激光光束經(jīng)三號(hào)光學(xué)鏡片后分為兩路脈沖激光光束，一 路脈沖激光光束照射到采樣同步電路中，采樣同步電路中接收到脈沖激光后，發(fā)出同步采 集脈沖給PSD信號(hào)采集電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)PSD信號(hào)的同步采樣；
[0016] 2)調(diào)整光學(xué)支架，使得連續(xù)激光器發(fā)射的連續(xù)激光光束經(jīng)一號(hào)光學(xué)鏡片后與脈沖 激光器發(fā)射的另一路脈沖激光光束重合，且該另一路脈沖激光光束與連續(xù)激光光束均照射 到二維掃描鏡上；
[0017] 3)經(jīng)過(guò)MEMS二維掃描鏡反射的另一路脈沖激光光束與連續(xù)激光光束照射到二號(hào) 光學(xué)鏡片上，其中另一路脈沖激光經(jīng)過(guò)二號(hào)光學(xué)鏡片反射到被測(cè)目標(biāo)上，連續(xù)激光光束透 過(guò)光學(xué)鏡片照射到二維PSD上；
[0018] 4) PSD信號(hào)采集電路采集二維PSD輸出的信號(hào)，并計(jì)算出連續(xù)激光光束在PSD上的 位置（x，y)，并根據(jù)公式轉(zhuǎn)化為二維掃描鏡轉(zhuǎn)角α和β ;
[0019] 其中：

【權(quán)利要求】
1. 激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于：包括脈沖激光器（1) 以及連續(xù)激光器（2)，在脈沖激光器（1)的激光光軸上設(shè)置有三號(hào)光學(xué)鏡片（10)，在連續(xù)激 光器（2)的激光光軸上設(shè)置有一號(hào)光學(xué)鏡片（3); 所述的一號(hào)光學(xué)鏡片（3)位于脈沖激光器（1)的激光光軸與連續(xù)激光器（2)的激光光 軸重合處；在一號(hào)光學(xué)鏡片（3)正后方設(shè)置有二維掃描鏡（4); 所述的二維掃描鏡（4)的反射光路上依次固定有二號(hào)光學(xué)鏡片（5)以及二維PSD (6)， 所述的二維PSD (6)的輸出端與PSD信號(hào)采集電路（7)的輸入端連接； 所述的光學(xué)鏡片（10)與采樣同步電路（9)的輸入端連接，采樣同步電路（9)的輸出端 與PSD信號(hào)采集電路（7)的輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在 于：所述的連續(xù)激光器（2)固定在光學(xué)支架（8)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在 于：所述的二維掃描鏡（4)為MEMS二維掃描鏡。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置的測(cè)量方 法，其特征在于 ： 1) 脈沖激光器（1)發(fā)射的連續(xù)激光光束經(jīng)三號(hào)光學(xué)鏡片（10)后分為兩路脈沖激光光 束，一路脈沖激光光束照射到采樣同步電路（9)中，采樣同步電路（9)中接收到脈沖激光 后，發(fā)出同步采集脈沖給PSD信號(hào)采集電路（7)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PSD信號(hào)的同步采樣； 2) 調(diào)整光學(xué)支架（8)，使得連續(xù)激光器（2)發(fā)射的連續(xù)激光光束經(jīng)一號(hào)光學(xué)鏡片（3) 后與脈沖激光器（1)發(fā)射的另一路脈沖激光光束重合，且該另一路脈沖激光光束與連續(xù)激 光光束均照射到二維掃描鏡（4)上； 3) 經(jīng)過(guò)MEMS二維掃描鏡（4)反射的另一路脈沖激光光束與連續(xù)激光光束照射到二號(hào) 光學(xué)鏡片（5)上，其中另一路脈沖激光經(jīng)過(guò)二號(hào)光學(xué)鏡片（5)反射到被測(cè)目標(biāo)（11)上，連 續(xù)激光光束透過(guò)光學(xué)鏡片（5)照射到二維PSD (6)上； 4. PSD信號(hào)采集電路（7)采集二維PSD(6)輸出的信號(hào)，并計(jì)算出連續(xù)激光光束在PSD 上的位置（x，y)，并根據(jù)公式轉(zhuǎn)化為二維掃描鏡（4)轉(zhuǎn)角α和β ; 其中：
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光三維成像MEMS二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角測(cè)量方法，其特征 在于：所述的采樣同步電路（9)包括控制計(jì)算機(jī)及延遲模塊。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK104111041SQ201410341496
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】孫劍, 尤政, 徐飛 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)