[發(fā)明專利]一種基于MEMS微鏡的光學(xué)掃描裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110033979.2
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112630959A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦毅;任斌;王福杰;郭芳;胡耀華;姚智偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;G02B26/10
• 代理公司: 北京欣鼎專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11834
• 代理人: 王陽虹

本發(fā)明涉及一種基于MEMS微鏡的光學(xué)掃描裝置，一種基于MEMS微鏡的光學(xué)掃描裝置，包括：激光光源、激光自準(zhǔn)直儀、MEMS微鏡和反射鏡，激光光源發(fā)出入射光線，入射光線進(jìn)入激光自準(zhǔn)直儀，光線準(zhǔn)直后由MEMS微鏡反射，MEMS微鏡反射光線到反射鏡面，反射鏡面將光線折射回MEMS微鏡，MEMS微鏡進(jìn)行圓周掃描將光線反射至樣本上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過使用反射鏡與MEMS微鏡配合使用，將MEMS微鏡反射的光線再次反射到反射鏡，有效的擴(kuò)大了光學(xué)掃描裝置掃描的角度和擴(kuò)展了光學(xué)掃描裝置掃描的范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)掃描技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MEMS微鏡的光學(xué)掃描裝置。

背景技術(shù)

MEMS掃描鏡是激光應(yīng)用必不可少的關(guān)鍵激光元器件，應(yīng)用領(lǐng)域已滲透到消費(fèi)電子、醫(yī)療、軍事國防、通訊等領(lǐng)域；掃描鏡主要可用在激光雷達(dá)LiDAR、3D攝像頭、條形碼掃描、激光打印機(jī)、醫(yī)療成像等等領(lǐng)域。

MEMS微鏡是指采用光學(xué)MEMS技術(shù)制造的，把微光反射鏡與MEMS驅(qū)動器集成在一起的光學(xué)MEMS器件，MEMS掃描鏡的尺寸很小，其反射鏡面直徑通常為數(shù)毫米，鏡面厚度、支撐懸臂梁的厚度/寬度僅為數(shù)十微米至數(shù)百微米，MEMS掃描鏡面采用金屬反射薄膜，可以承受的激光功率可達(dá)到瓦級以上，因此可以滿足信息激光應(yīng)用的要求，但是現(xiàn)階段MEMS微鏡的轉(zhuǎn)角受材料、工藝或者成本等因素的限制，現(xiàn)有的MEMS掃描鏡面較小導(dǎo)致了光學(xué)掃描裝置掃描的角度較小，掃描的范圍受到了限制。

MEMS微鏡雖然不同的設(shè)計(jì)有不同的性能，但是現(xiàn)階段MEMS微鏡的轉(zhuǎn)角受材料、工藝或者成本等因素的限制，其轉(zhuǎn)角較小(通常小于30度)，因此掃描范圍較小，大角度掃描(特別是側(cè)向圓周掃描)很難實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于MEMS微鏡的入射光線與反射光線的方向不同，要實(shí)現(xiàn)MEMS微鏡的前向掃描也十分困難。

日本特許公開專利申請No.2006-235069披露了這樣一種光學(xué)掃描裝置(激光掃描裝置)，其中考慮了與溫度變化相關(guān)聯(lián)的光學(xué)特性變化和光源波長變化，其中采用衍射表面來使光學(xué)特性穩(wěn)定。

該光學(xué)掃描裝置包括用于將由激光源發(fā)射出的激光轉(zhuǎn)換成所期望地形式的耦合透鏡以及用于將光只是沿著副掃描方向聚集在光學(xué)反射器的偏轉(zhuǎn)/反射表面附近的柱狀透鏡，其中柱狀透鏡具有同心衍射表面和線性衍射表面。

這樣，可以消除由在整個(gè)光學(xué)掃描裝置中的溫度變化引起的沿著主掃描方向和副掃描方向的屈光力變化，從而可以總是獲得穩(wěn)定的光束點(diǎn)尺寸。

但是，這種裝置需要至少兩個(gè)衍射表面。采用多個(gè)衍射表面的一個(gè)問題在于衍射效率下降，即由于形成除了所期望的衍射級的衍射光之外的衍射光而導(dǎo)致光學(xué)透射效率降低。

如果光學(xué)元件按照其設(shè)計(jì)數(shù)值模制出，則不會出現(xiàn)這種問題；但是，在實(shí)際模制過程中，加工誤差是不可避免的，因此衍射效率降低也是不可避免的。通常，樹脂作為光透射裝置比正常玻璃更差。如果樹脂的透射效率由于衍射效率降低而額外降低，則會出現(xiàn)這樣的情況，即：放置在掃描表面上的光導(dǎo)體即使在光束已經(jīng)到達(dá)光導(dǎo)體的情況下也不能顯影。

最簡單的解決方案在于增大半導(dǎo)體激光器的輸出功率。但是，這會引起其它問題，例如功耗增大以及產(chǎn)生過多熱量。

日本特許公開專利申請No.2006-154701和2007-11113披露了采用橢圓形凹槽，從而多個(gè)衍射表面可以合并在一個(gè)表面上。

在上面的日本特許公開專利申請No.2006-154701和2007-11113中，解決了上述衍射效率降低的問題。但是，橢圓形凹槽帶來了可加工性的問題。

也就是說，與圓形形狀相反，橢圓形形狀具有一直改變的局部曲率，這在位于其主軸上的橢圓邊緣處呈現(xiàn)最大值。通常，這種平面形狀是通過使用刀具對金屬模制件進(jìn)行機(jī)加工來形成的。

刀具由于其強(qiáng)度、使用壽命等本身具有有限的尺寸。因此，當(dāng)在金屬模制件上的橢圓形形狀的曲率非常大時(shí)，原則上可能不能加工該金屬模制件。