[发明专利]基于MEMS微镜的全景光学系统、全景扫描系统及成像系统

权利要求书

1.基于MEMS微镜的全景光学系统，其特征在于，所述的基于MEMS微镜的全景光学系统，包括一个折反式全景棱镜；

所述的折反式全景棱镜为一个圆柱体，圆柱体中心设置有通孔，且圆柱体内设有圆锥形空间，圆锥形空间的高度小于圆柱体的高度，圆锥形空间与通孔相连通，圆锥形空间与圆柱体轴线重合，且圆锥形空间的最大扩口面为圆柱体未设有圆锥形空间时的一个端面；圆锥形空间沿轴线的切面的底角为36.5°；

所述折反式全景棱镜的材料选用玻璃BK7，折射率n为1.52；

所述的基于MEMS微镜的全景光学系统还包括一个补偿棱镜；

所述补偿棱镜呈斜台形状，其设有四个侧面和上下两个底面，四个侧面中的三个侧面为平面，一个侧面为曲面，三个侧面中相对的两个侧面为梯形且相互平行，上下两个底面平行且面积不等；

所述的补偿棱镜的曲面对应的中心半径是160mm，补偿棱镜中心焦距为300mm；

所述补偿棱镜置于折反式全景棱镜的光路前端，即激光出射后，先经过补偿棱镜，之后经过折反式全景棱镜折反射；

所述的补偿棱镜的材料是玻璃BK7，n＝1.52。

2.基于MEMS微镜的全景扫描系统，其特征在于，所述基于MEMS微镜的全景扫描系统包括：发射系统、光学隔离器、基于MEMS微镜的全景光学系统、MEMS微镜和MEMS微镜控制系统，以及接收系统和信号处理控制系统；所述基于MEMS微镜的全景光学系统为权利要求1所述的基于MEMS微镜的全景光学系统；

发射系统包括激光器及激光器控制系统；

接收系统包括高速APD光电探测器；

信号处理控制系统包括定时和测时系统；

基于MEMS微镜的全景扫描系统采用收发合置的方式，基于MEMS微镜的全景扫描系统工作时，激光器控制系统、MEMS微镜控制系统和测时系统接收到同步信号后同时开始工作；激光器控制系统接收到信号之后控制激光器产生脉冲激光束，脉冲激光束入射到光学隔离器发生反射，之后通过折反式全景棱镜的通孔打到MEMS扫描微镜上，MEMS微镜控制系统控制MEMS微镜按照扫描轨迹将光束反射至折反式全景棱镜上，经过折反式全景棱镜中折反将光束打到目标空间中；

经目标反射回来的散射信号被高速APD光电探测器接收，探测器将光信号转化为电信号，然后将处理后的电信号送入定时和测时系统。

3.根据权利要求2所述的基于MEMS微镜的全景扫描系统，其特征在于，所述激光器采用高重频高功率1550nm脉冲光纤激光器，重频为100KHz。

4.根据权利要求2所述的基于MEMS微镜的全景扫描系统，其特征在于，MEMS微镜控制系统控制MEMS微镜进行扫描的过程包括以下步骤：

MEMS微镜绕中心轴旋转角速度为ω，上升线速度为v_z，螺旋线在xoy坐标面上投影曲线为等距阿基米德螺旋线，则运动和参数方程为：

其中，δ为扫描点在扫描平面的极角；R为折反式全景棱镜内部的圆锥形空间的圆锥底面半径，H为圆锥空间高度；t为时间；

所述xoy坐标面为全景棱镜内部的圆锥形空间的圆锥底面所在平面，或者与全景棱镜内部的圆锥形空间的圆锥底面平行的平面，z轴为垂直于xoy坐标面的坐标轴；

令h＝H/n为螺旋线每圈上升的距离，则每圈螺旋线半径伸长长度d＝(H/R)×h；根据运动方程，螺旋线的轨迹长度L为：

式中，n为螺旋线的圈数，螺旋线极径δ_min为初始极角，δ_max为结束极角。

5.根据权利要求4所述的基于MEMS微镜的全景扫描系统，其特征在于，MEMS微镜控制系统控制MEMS微镜进行扫描的过程中，初始极角δ_min＝2πr_min/d，结束极角δ_max＝2πr_max/d；其中r_min为最小螺旋线极径，r_max为最大螺旋线极径。