一种大角度FOV高速扫描振镜光路系统的制作方法

一种大角度fov高速扫描振镜光路系统
技术领域
1.本发明涉及激光扫描振镜光学技术领域，特别是涉及一种大角度fov高速扫描振镜光路系统。


背景技术：

2.mems微镜是基于微纳加工工艺制作的一种光学器件，其具体原理是通过反射镜在微小驱动结构的作用力下，发生扭转或变形，通过微镜一定角度的偏转从而改变光束的传播方向；mems微镜具有体积小、成本低、机械性能稳定等优点，mems微镜在条码识别、激光通信、光纤光开关、激光雷达以及激光显示等诸多领域扮演着重要的角色；mems微镜以驱动方式进行划分主要分为：静电驱动、电热驱动、压电驱动和电磁驱动；在光路系统中mems高速扫描振镜的主要作用是将单一方向上的点光源或者线光源实现线扫或者面扫；目前普遍采用的光路系统是通过激光器将准直光源打到一维或二维振镜的镜面上，振镜在垂直于镜面方向上绕轴往返旋转高频振动实现一维线扫，或者同时绕快轴以及和快轴垂直的短轴旋转，在垂直于镜面方向往返高频振动实现二维面扫；目前采用的光路系统面临的主要问题有以下几个方面：第一，难以实现大角度fov，fov受驱动、旋转轴机械强度、温度、空气阻尼等多种因素影响，特别是旋转轴横截面大小与机械强度呈正相关，与 fov呈负相关，振镜往返振动过程中，旋转轴受到高频扭转力；为实现大角度fov，可通过减小旋转轴横截面或增大驱动力，但会导致振镜疲劳寿命快速下降甚至出现短时间内旋转轴断裂的严重后果；第二，旋转稳定性差，大镜面振镜一般会在背面增加加强结构提升振镜工作的可靠性；但在振镜制备过程中的工艺误差叠加会导致镜面的质心和中心轴线发生分离，同时振镜在振动过程中镜面的质心和中心轴线的分离会进一步加剧，最终产生明显的摇摆运动；第三，镜面尺寸受到制约，增大振镜的反射镜面可以增加反射光的能量以及成像视野，减少杂散光，但同时会导致旋转轴的可靠性、谐振频率、fov等参数下降，因此进行综合设计考虑时，通常会牺牲反射镜的镜面尺寸；综上所述，目前高速扫描振镜存在：难以实现大角度视角、旋转稳定性差、镜面尺寸受到制约等问题；因此，需要设计一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，提升振镜fov的同时减少制约镜面尺寸的因素。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是，针对现有技术中所存在的上述问题，提供一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，提升振镜fov的同时减少制约镜面尺寸的因素，使振镜能够同时实现大镜面以及大角度fov，以解决现有技术中的上述问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，包括：扫描镜、doe、激光器、驱动器和连接框；所述扫描镜设于所述连接框
内，所述驱动器设于所述扫描镜和或所述连接框上，所述驱动器用于驱动所述扫描镜水平面振动或绕轴转动；所述激光器用于发出准直光源，所述准直光源通过所述扫描镜和所述doe后投射至扫描面上。
5.作为一种改进的方案，所述doe固定在所述扫描镜上，所述激光器设于所述扫描镜下方位置。
6.作为一种改进的方案，所述doe设于所述扫描镜上方位置，所述激光器固定在所述扫描镜上。
7.作为一种改进的方案，所述扫描镜水平活动设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜上，所述驱动器驱动所述扫描镜做水平面振动。
8.作为一种改进的方案，所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括基座；所述连接框水平活动设于所述基座上，所述扫描镜固定于所述连接框内，所述驱动器设于所述连接框上，所述驱动器驱动所述连接框并带动所述扫描镜做水平面振动。
9.作为一种改进的方案，所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括基座；所述扫描镜沿第一水平方向活动设于所述连接框内，所述连接框沿第二水平方向活动设于所述基座上；所述驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器设于所述扫描镜上，所述第一驱动器驱动所述扫描镜沿所述第一水平方向做水平面振动；所述第二驱动器设于所述连接框上，所述第二驱动器驱动所述连接框并带动所述扫描镜沿所述第二水平方向做水平面振动。
10.作为一种改进的方案，所述扫描镜转动设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜上，所述驱动器驱动所述扫描镜做绕轴转动。
11.作为一种改进的方案，所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括基座；所述扫描镜沿第一轴向转动设于所述连接框内，所述连接框沿第二轴向转动设于所述基座上；所述驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器设于所述扫描镜上，所述第一驱动器驱动所述扫描镜绕所述第一轴向做绕轴转动；所述第二驱动器设于所述连接框上，所述第二驱动器驱动所述连接框绕所述第二轴向做绕轴转动。
12.作为一种改进的方案，所述doe通过胶粘方式固定在所述扫描镜上表面或下表面。
13.作为一种改进的方案，所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括供电电路，所述供电电路连接所述驱动器。
14.本发明的有益效果是：本发明所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，具有以下有点：1、通过振镜在水平方向上振动实现光源的线扫以及面扫，通过合理设计doe模组，实现大角度fov；2、区别于一般的绕轴旋转振动的振镜，克服了振镜由于旋转产生质心分离的缺点，振镜工作过程中的整体稳定性得到提升；3、对于振镜镜面尺寸的限制因素减少，能够同时实现大镜面及大角度fov。
附图说明
15.图1是本发明实施例1中一种大角度fov高速扫描振镜光路系统的示意图；图2是本发明实施例5中一种大角度fov高速扫描振镜光路系统的示意图；
图3是本发明实施例3中一种大角度fov高速扫描振镜光路系统的示意图；图4是本发明实施例2中扫描镜在水平面沿x轴振动示意图；图5是本发明实施例2中扫描镜在水平面沿y轴振动示意图；附图中各部件的标记如下：1、扫描镜；2、doe；3、激光器；4、连接框；5、多匝线圈。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
17.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
18.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。在本发明的描述中，“多个”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。
19.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
21.需要说明的是，当元件被称为“固定在”或“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
22.在本发明的描述中，需要说明的是：mems（micro-electro-mechanical system），是微机电系统，也叫做微电子机械系统，是指尺寸在几毫米乃至更小的微小装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统；mems微镜，是采用光学mems技术制造的，把微光反射镜与mems驱动器集成在一起的光学mems器件；fov，是指：视场，视场角，视野，视角，视场角度；doe，是diffractive optical element的缩写，中文表示：衍射光学器件。
23.本发明实施例包括：
一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，包括：扫描镜、doe、激光器、驱动器、供电电路和连接框；所述扫描镜设于所述连接框内，所述供电电路连接所述驱动器，所述驱动器设于所述扫描镜和或所述连接框上，所述驱动器用于驱动所述扫描镜水平面振动或绕轴转动；所述激光器用于发出需要大小及波长的准直光源，所述准直光源通过所述扫描镜和所述doe后实现线扫或面扫；驱动器可采用多种驱动形式，本实施例中以电磁驱动举例，但并非限制本技术的驱动方式，电热、静电、压电等形式均可；扫描镜可采用平面、椭圆形等形状，本技术中以平面举例。
24.实施例1，如图1所示，所述doe通过胶粘方式固定在所述扫描镜上表面，所述激光器设于所述扫描镜下方位置；所述扫描镜水平活动设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜上，所述驱动器驱动所述扫描镜做水平面振动；工作时，扫描镜和doe在水平方向一起振动，激光器光源经过水平振动的振镜及doe后实现线扫或面扫。
25.实施例2，还包括基座，所述doe2通过胶粘方式固定在所述扫描镜1上表面，所述激光器设于所述扫描镜下方位置；所述扫描镜沿第一水平方向活动设于所述连接框内，所述连接框沿第二水平方向活动设于所述基座上；所述驱动器为多匝线圈5，驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器设于所述扫描镜上，所述第一驱动器驱动所述扫描镜沿所述第一水平方向做水平面振动；所述第二驱动器设于所述连接框上，所述第二驱动器驱动所述连接框并带动所述扫描镜沿所述第二水平方向做水平面振动；第一水平方向垂直于第二水平方向，第一水平方向与第二水平方向形成二维坐标系中x轴和y轴的位置关系，见图4和图5，扫描镜在水平面可沿x轴或y轴振动，图4和图5中“+”表示垂直板面向内的磁场；工作时，扫描镜和doe在水平方向一起振动，激光器光源经过水平振动的振镜及doe后实现线扫或面扫。
26.实施例3，如图3所示，所述doe设于所述扫描镜上方位置，所述激光器固定在所述扫描镜上；所述扫描镜水平活动设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜上，所述驱动器驱动所述扫描镜做水平面振动；工作时，扫描镜和激光器在水平方向一起振动，激光器光源经过水平振动的振镜及doe后实现线扫或面扫。
27.实施例4，还包括基座，所述doe设于所述扫描镜上方位置，所述激光器固定在所述扫描镜上；所述扫描镜沿第一水平方向活动设于所述连接框内，所述连接框沿第二水平方向活动设于所述基座上；所述驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器设于所述扫描镜上，所述第一驱动器驱动所述扫描镜沿所述第一水平方向做水平面振动；所述第二驱动器设于所述连接框上，所述第二驱动器驱动所述连接框并带动所述扫描镜沿所述第二水平方向做水平面振动；第一水平方向垂直于第二水平方向，第一水平方向与第二水平方向形成二维坐标系中x轴和y轴的位置关系，扫描镜在水平面可沿x轴或y轴振动；工作时，扫描镜和激光器在水平方向一起振动，激光器光源经过水平振动的振镜及doe后实现线扫或面扫。
28.实施例5，如图2所示，所述doe2通过胶粘方式固定在所述扫描镜1上表面，所述激光器3设于所述扫描镜1下方位置；所述扫描镜1转动设于所述连接框4内，所述驱动器设于所述扫描镜1上，所述驱动器驱动所述扫描镜1做绕轴转动；工作时，扫描镜1和doe2一起绕轴转动，激光器3的光源经过旋转振动的扫描镜1及doe2后实现线扫或面扫；实施例6，还包括基座，所述doe通过胶粘方式固定在所述扫描镜上表面，所述激光
器设于所述扫描镜下方位置；所述扫描镜沿第一轴向转动设于所述连接框内，所述连接框沿第二轴向转动设于所述基座上；所述驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器设于所述扫描镜上，所述第一驱动器驱动所述扫描镜绕所述第一轴向做绕轴转动；所述第二驱动器设于所述连接框上，所述第二驱动器驱动所述连接框绕所述第二轴向做绕轴转动；第一轴向垂直于第二轴向，工作时，扫描镜和doe一起绕轴转动，激光器光源经过旋转振动的振镜及doe后实现线扫或面扫。
29.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于，包括：扫描镜、doe、激光器、驱动器和连接框；所述扫描镜设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜和或所述连接框上，所述驱动器用于驱动所述扫描镜水平面振动或绕轴转动；所述激光器用于发出准直光源，所述准直光源通过所述扫描镜和所述doe后投射至扫描面上。2.根据权利要求1所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于：所述doe固定在所述扫描镜上，所述激光器设于所述扫描镜下方位置。3.根据权利要求1所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于：所述doe设于所述扫描镜上方位置，所述激光器固定在所述扫描镜上。4.根据权利要求2或3所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于：所述扫描镜水平活动设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜上，所述驱动器驱动所述扫描镜做水平面振动。5.根据权利要求2或3所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于，所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括基座；所述连接框水平活动设于所述基座上，所述扫描镜固定于所述连接框内，所述驱动器设于所述连接框上，所述驱动器驱动所述连接框并带动所述扫描镜做水平面振动。6.根据权利要求2或3所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于，所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括基座；所述扫描镜沿第一水平方向活动设于所述连接框内，所述连接框沿第二水平方向活动设于所述基座上；所述驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器设于所述扫描镜上，所述第一驱动器驱动所述扫描镜沿所述第一水平方向做水平面振动；所述第二驱动器设于所述连接框上，所述第二驱动器驱动所述连接框并带动所述扫描镜沿所述第二水平方向做水平面振动。7.根据权利要求2所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于：所述扫描镜转动设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜上，所述驱动器驱动所述扫描镜做绕轴转动。8.根据权利要求2所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于：所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括基座；所述扫描镜沿第一轴向转动设于所述连接框内，所述连接框沿第二轴向转动设于所述基座上；所述驱动器包括第一驱动器和第二驱动器，所述第一驱动器设于所述扫描镜上，所述第一驱动器驱动所述扫描镜绕所述第一轴向做绕轴转动；所述第二驱动器设于所述连接框上，所述第二驱动器驱动所述连接框绕所述第二轴向做绕轴转动。9.根据权利要求2所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于：所述doe通过胶粘方式固定在所述扫描镜上表面或下表面。10.根据权利要求2或3所述的一种大角度fov高速扫描振镜光路系统，其特征在于：所述大角度fov高速扫描振镜光路系统还包括供电电路，所述供电电路连接所述驱动器。

技术总结
本发明公开了一种大角度FOV高速扫描振镜光路系统，包括：扫描镜、DOE、激光器、驱动器和连接框；所述扫描镜设于所述连接框内，所述驱动器设于所述扫描镜和或所述连接框上，所述驱动器用于驱动所述扫描镜水平面振动或绕轴转动；所述激光器用于发出准直光源，所述准直光源通过所述扫描镜和所述DOE后投射至扫描面上；本发明能够使振镜能够同时实现大镜面以及大角度FOV，能够使振镜工作过程的整体稳定性得到提升。得到提升。得到提升。


技术研发人员：周宇 万飞
受保护的技术使用者：中科融合感知智能研究院（苏州工业园区）有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/22