[发明专利]一种基于MEMS微镜的光学扫描装置

说明书

本发明涉及一种基于MEMS微镜的光学扫描装置，一种基于MEMS微镜的光学扫描装置，包括：激光光源、激光自准直仪、MEMS微镜和反射镜，激光光源发出入射光线，入射光线进入激光自准直仪，光线准直后由MEMS微镜反射，MEMS微镜反射光线到反射镜面，反射镜面将光线折射回MEMS微镜，MEMS微镜进行圆周扫描将光线反射至样本上，与现有技术相比，本发明通过使用反射镜与MEMS微镜配合使用，将MEMS微镜反射的光线再次反射到反射镜，有效的扩大了光学扫描装置扫描的角度和扩展了光学扫描装置扫描的范围。

技术领域

本发明涉及光学扫描技术领域，尤其涉及一种基于MEMS微镜的光学扫描装置。

背景技术

MEMS扫描镜是激光应用必不可少的关键激光元器件，应用领域已渗透到消费电子、医疗、军事国防、通讯等领域；扫描镜主要可用在激光雷达LiDAR、3D摄像头、条形码扫描、激光打印机、医疗成像等等领域。

MEMS微镜是指采用光学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，MEMS扫描镜的尺寸很小，其反射镜面直径通常为数毫米，镜面厚度、支撑悬臂梁的厚度/宽度仅为数十微米至数百微米，MEMS扫描镜面采用金属反射薄膜，可以承受的激光功率可达到瓦级以上，因此可以满足信息激光应用的要求，但是现阶段MEMS微镜的转角受材料、工艺或者成本等因素的限制，现有的MEMS扫描镜面较小导致了光学扫描装置扫描的角度较小，扫描的范围受到了限制。

MEMS微镜虽然不同的设计有不同的性能，但是现阶段MEMS微镜的转角受材料、工艺或者成本等因素的限制，其转角较小(通常小于30度)，因此扫描范围较小，大角度扫描(特别是侧向圆周扫描)很难实现。同时，由于MEMS微镜的入射光线与反射光线的方向不同，要实现MEMS微镜的前向扫描也十分困难。

日本特许公开专利申请No.2006-235069披露了这样一种光学扫描装置(激光扫描装置)，其中考虑了与温度变化相关联的光学特性变化和光源波长变化，其中采用衍射表面来使光学特性稳定。

该光学扫描装置包括用于将由激光源发射出的激光转换成所期望地形式的耦合透镜以及用于将光只是沿着副扫描方向聚集在光学反射器的偏转/反射表面附近的柱状透镜，其中柱状透镜具有同心衍射表面和线性衍射表面。

这样，可以消除由在整个光学扫描装置中的温度变化引起的沿着主扫描方向和副扫描方向的屈光力变化，从而可以总是获得稳定的光束点尺寸。

但是，这种装置需要至少两个衍射表面。采用多个衍射表面的一个问题在于衍射效率下降，即由于形成除了所期望的衍射级的衍射光之外的衍射光而导致光学透射效率降低。

如果光学元件按照其设计数值模制出，则不会出现这种问题；但是，在实际模制过程中，加工误差是不可避免的，因此衍射效率降低也是不可避免的。通常，树脂作为光透射装置比正常玻璃更差。如果树脂的透射效率由于衍射效率降低而额外降低，则会出现这样的情况，即：放置在扫描表面上的光导体即使在光束已经到达光导体的情况下也不能显影。

最简单的解决方案在于增大半导体激光器的输出功率。但是，这会引起其它问题，例如功耗增大以及产生过多热量。

日本特许公开专利申请No.2006-154701和2007-11113披露了采用椭圆形凹槽，从而多个衍射表面可以合并在一个表面上。

在上面的日本特许公开专利申请No.2006-154701和2007-11113中，解决了上述衍射效率降低的问题。但是，椭圆形凹槽带来了可加工性的问题。

也就是说，与圆形形状相反，椭圆形形状具有一直改变的局部曲率，这在位于其主轴上的椭圆边缘处呈现最大值。通常，这种平面形状是通过使用刀具对金属模制件进行机加工来形成的。

刀具由于其强度、使用寿命等本身具有有限的尺寸。因此，当在金属模制件上的椭圆形形状的曲率非常大时，原则上可能不能加工该金属模制件。