激光振镜扫描图形失真分析及校正方法研究

赵群，王超，杨进华

（长春理工大学 光电工程学院，长春 130022）

振镜在扫描过程中存在着图形的失真，主要有映射关系非线性、控制模型忽略的一些光学因素、扫描系统结构参数误差、入瞳漂移、机械装置控制器本身带来的误差等。对映射关系非线性失真可以采用软件校正，也可以采用硬件校正。硬件校正相对成本较高，采用软件校正则经济、准确，且可灵活调整参数，简单实用。下面分析误差原因及校正方法。

1 振镜扫描系统失真原因分析

1.1 映射关系非线性

如图1所示的坐标系中，激光束入射方向平行于X轴，X轴振镜(镜1)以平行于Z的轴转动，其偏转角为θx，光束经过镜1反射后的偏转角为2θx；Y轴振镜(镜2)以平行于X的轴转动，其偏转角为θy，光束经过镜2后的偏转角为2θy。当激光束垂直射到工作台时，激光束在工作台面上的投影为(0，0)点，此时镜1与镜2的偏转角θx和θy分别为零。当激光束射到工作面上的任一点( )x，y时，可以得出光束在XOY平面上的扫描轨迹。

其中e为x轴反射镜和y轴反射镜之间的距离，d为镜2的轴线到XOY平面坐标原点的距离。

对（1）式进行分析可知，

（1）当镜1固定（θx=0），镜2连续偏转时（θy≠0），由（1）式有

可知扫描轨迹为沿Y轴的一条直线；

图1 振镜扫描光路图Fig.1 Galvanom scanning scheme

若镜1固定且θx≠0，令2θx=a，则由式（1）有：

方程为双曲线方程，这时扫描轨迹是双曲线。

（2）当镜2固定，而镜X连续偏转时，由（1）式有

由于此时的θy是一个常数，且θx是连续变量，则这时的扫描轨迹是平行于X轴的直线。

综上所述，当X轴振镜固定，Y轴振镜连续偏转时，将在X方向产生枕形失真，这是一种原理性的失真，是系统固有的。……