[发明专利]一种振荡式反射镜的相位校准系统及方法

说明书

本发明公开了一种振荡式反射镜的相位校准系统及方法，通过利用振荡式反射镜简谐振荡运动的往复扫描对称特征，构造像素明暗互补的扫描图案数据，当扫描控制器所应用的相位差参数，与振荡式反射镜简谐振荡的实际相位一致时，像素明暗互补的图案数据与振荡式反射镜的往复运动精确匹配，进而在投影平面上得到完美拼接后的连续且亮度均匀的扫描线，从而达到清晰可辨，易检测，方便校准操作的效果。

技术领域

本发明属于电气控制系统及方法类，具体是一种振荡式反射镜的相位校准系统及方法。

背景技术

随着超精密制造技术的进步，近年来，采用微缩工艺制作的微型振荡式反射镜正不断涌现，其中有采用脉冲电压激励，通过周期性静电场驱动的微型振镜器件，也有采用脉冲电流激励，通过周期性磁场驱动的微型振镜器件。它们的振荡频率可达20千赫兹以上，角度振幅可达±25°以上。这些器件已被用于构建多种光学扫描或光学成像装置，如汽车HUD显示器、激光雷达、结构光三维扫描仪等。受到微型振荡式反射镜普遍采用硅/石英材质扭转梁结构及材料特性影响，施加到微型振镜驱动机构上的电激励脉冲信号，其相位与微型振镜所产生的简谐振荡之间存在相位差，并且该相位差受微型振镜制作工艺、材料不一致性等因素影响，存在一定分散性。

另一方面，要达成微型振镜反射光束的精确扫描控制，必须依赖准确的振镜偏转角度信号，而区别于大尺寸振镜电机所采用的角度传感器方案，微型振镜受尺寸限制，很难设置高分辨率角度传感器。目前普遍采用的方式是基于微型振镜简谐振荡运动特性，根据电激励信号相位及其与简谐振荡之间的相位差参数，计算得出振镜实时偏转角度，从而用于光束开关以及亮度控制，该方式要求每个微型振镜器件必须有一一对应的准确相位差参数，这已成为微型振镜批量应用的主要难点之一。

在缺失准确相位差参数的情况下，现有工程解决方案一般通过检测微型振镜所投射图案边缘位置偏差，间接推算电激励信号与简谐振荡之间的相位差，或直接根据所投射图案边缘变化规律，手动调整投射控制器的相位差参数，直至边缘位置相同，上述方案的相位校准效果不仅依赖于图像边缘位置的检测精度，而且要求微型反射镜与投影平面保持精确平行且中心对齐，因此操作困难、实际校准效果差。目前，在电激励振荡式微型反射镜技术领域，还缺少一种方案简便、精度高的相位校准方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种方案简单、精度高、能实现电激励的振荡式反射镜相位校准的技术系统和方法。

本发明的技术方案如下：

一种振荡式反射镜的相位校准系统，包含激光光源、振荡式反射镜和扫描控制器，所述激光光源射出位于振荡式反射镜偏转轴线引出的法平面内的激光光束，所述激光光束以固定入射角照射至所述振荡式反射镜中心位置，并经反射后照射到投影平面上；所述投影平面与静态时振荡式反射镜平面平行；所述扫描控制器与振荡式反射镜和激光光源电连接；

扫描时，所述扫描控制器根据振荡式反射镜的固有频率发出电激励信号，并通过信号线路施加到振荡式反射镜驱动机构上；所述振荡式反射镜驱动机构驱动振荡式反射镜做顺时针或逆时针偏转；所述扫描控制器输出光束开关信号至激光光源，所述激光光源发出的激光光束经振荡式反射镜反射后，在投影平面上形成一条连续扫描线段；

校准时，构造第一扫描线和第二扫描线；所述扫描控制器将第一扫描线匹配至振荡式反射镜的顺时针扫描阶段，将第二扫描线匹配到振荡式反射镜的逆时针扫描阶段，并依次进行扫描；检测扫描出的第一扫描线和第二扫描线的相对位置，并根据所述第一扫描线和第二扫描线的相对位置调节扫描控制器相位差参数。

优选的，所述振荡式反射镜驱动机构包含静电电极或电磁线圈。

优选的，所述连续扫描线段为可将长度等分量化为2n个像素的线图案。

优选的，当振荡式反射镜从极限位置开始顺时针偏转时，激光光束在投影平面上依次扫描第1至第2n个像素；当振荡式反射镜从极限位置开始逆时针偏转时，激光光束在投影平面上依次扫描第2n至第1个像素。