振镜的性能对于扫描成像设备而言非常重要，PSD（位敏探测器）作为测量装置，能够对振镜的关键性能包括位置重复性和不平行度进行检测。本文借助PSD设计了不同的光路对振镜进行测试，得到一个集光机电软为一体的非接触式测量装置。
PSD在振镜性能测试中的应用（二）
振镜的测试系统集光机电软于一体，其中的光学测试系统是非常重要的环节。我们设计的光路如图1所示。因为所需要测量的参数有很多，包括z大摆角，速度均匀性，有效摆角，反射镜和电机转轴的不平行度等，所以需要通过三条光路才能够全部测出，同时为了防止不同光路之间的相互干扰，我们将三条光路设计在不同的水平面上。
图1 振镜测试系统光学平台光路布局
第1条光路由激光器1，振镜和PSD1组成，用于测量扫描电机的z大摆角，有效摆角，线性段利用率，线性段均匀性和扫描电机的频率；第二条光路由激光器2，振镜，PSD2和补偿激光器组成，用于测量扫描电机的静态、动态零位重复性，补偿激光器的作用是当激光器2的光斑超出PSD范围时利用补偿光使得PSD2的总光电流不为零，避免除法器的分母为零；第三条光路由激光器3，大柱面镜，大反射镜，小反射镜，小柱面镜和PSD3组成，用于测量扫描电机的镜面和轴的不平行度。
下面我们针对三条光路分开进行讨论。
光路一
光路一的光路图如图2所示。利用该光路可以得到如图3所示的结果，振镜的z大正负摆角为振镜反射镜摆动的加速阶段的起始位置和减速位置的终止位置，而振镜线性段的有效正负摆角则是指图3中α1和α2所对应的角度值，并根据上述数据依照式1计算出线性段时间利用率。
图2 光路一的光路布局
图3 PSD输出的电压和时间关系曲线
光路二
光路二的光路图如图4所示，可以得到如图5所示的结果，根据该结果可以得到运动零位重复性和停止零位重复性，具体计算方式如下：
运动零位重复性：根据光路一中可以得到如式2所示的线性方程，在t3处理论转角为0°，代入上式可得式3，重复n次测量每个周期t3时的转角αi，根据式4可以得到运动零位重复性。
停止零位重复性：启动振镜30S后停止，等待10S再利用PSD测量位置输出电压，取得n次数据之后可以计算停止零位重复性，计算方式和运动零位重复性一致。
为了提高测试精度，需要将光路尽可能拉长，以实验中的光路2为例，光程为370mm，为了不影响正常的输出，补偿激光要达到PSD的中心位置。因为重复定位精度测试的是一个相对值而不是绝对值，所以引入一个补偿激光不会带来任何误差，反而会提高测试精度。
图4 光路二的光路布局
图5 PSD2输出电压与时间关系曲线
光路三
光路三用于检测振镜反射面和轴的不平行度，当振镜的反射镜面与电机转轴不平行时所得到的光存在一定弧度，如图6所示，根据曲线的弧度可以求解到轴和镜面的平行度。图中OA的大小会随着平行度的变化而变化，可以通过静态校准的方法得到OA和不平行度之间的关系。
图6 不平行度测量原理图
光路3的光路和测试结果分别如图7和图8所示。其中，双柱面镜和双反射镜的作用是延长光路，提高分辨率，根据图8可以计算出平行度。
图7 光路三的光路布局
图8 PSD3输出电压随时间变化曲线
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