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一種電熱式MEMS振鏡掃描模組的制作方法

文檔序號(hào):11916701閱讀:763來(lái)源:國(guó)知局
一種電熱式MEMS振鏡掃描模組的制作方法與工藝

本實(shí)用新型屬于光電領(lǐng)域,具體涉及一種電熱式MEMS振鏡掃描裝置的封裝模組。



背景技術(shù):

現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光掃描模組大都采用靜電/電磁式振鏡掃描的方式獲得物體的三維結(jié)構(gòu)信息。其掃描角度和掃描位置相對(duì)比較固定,不便于對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)定位掃描。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了解決上述實(shí)用新型問(wèn)題,本實(shí)用新型提供了一種電熱式MEMS振鏡掃描模組,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有掃描模組全畫(huà)幅掃描功能的同時(shí),也解決了現(xiàn)有激光掃描模組掃描區(qū)域固定,掃描角度較小的問(wèn)題。

技術(shù)方案表現(xiàn)為,一種電熱MEMS振鏡掃描模組,包括基座112及罩扣在基座112的外殼108,基座112上設(shè)置依次排列的激光器102、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡104及電熱式MEMS振鏡106,所述外殼108設(shè)置有出光窗110。

優(yōu)選為,所述激光器102、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡104及電熱式MEMS振鏡106構(gòu)成光路,所述準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡104的入射面為準(zhǔn)直鏡面,出射面為擴(kuò)束鏡面。

優(yōu)選為,所述電熱式MEMS振鏡106傾斜固定在所述準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104的出射面一側(cè),所述出光窗110位于所述電熱式MEMS振鏡106的正上方,電熱式MEMS振鏡106處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),由準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104出射的光束,經(jīng)電熱式MEMS振鏡106反射后垂直出射至所述光窗110。

所述準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104將所述激光器102發(fā)出的光先行準(zhǔn)直再擴(kuò)束得到能量分布均勻的一字光斑,經(jīng)控制系統(tǒng)控制所述掃描振鏡106的偏轉(zhuǎn)位置及偏轉(zhuǎn)角度,經(jīng)所述出光窗110投射的外部三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行特定區(qū)域結(jié)構(gòu)掃描。

優(yōu)選為,所述激光器102,其波長(zhǎng)覆蓋可見(jiàn)光與紅外光波段。

優(yōu)選為,所述出光窗110由光學(xué)材料制成。

優(yōu)選為,所述出光窗110鍍有增透膜。

優(yōu)選為,所述基座112為一體化成型,基座112上設(shè)置激光器定位孔、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡定位卡槽、振鏡基臺(tái)。

優(yōu)選為,所述外殼108外側(cè)側(cè)設(shè)置電路室114,電路室114內(nèi)設(shè)置電路板,電路板與外殼108側(cè)壁內(nèi)的外殼觸點(diǎn)電路連接,所述基座112一側(cè)設(shè)置有與所述外殼觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的基座觸點(diǎn),基座觸點(diǎn)分別與所述電熱式MEMS振鏡106和所述激光器102電連接。

優(yōu)選為,所述電熱式MEMS振鏡106與所述激光器102出射光束光軸的夾角為135°。

一種電熱式MEMS振鏡掃描模組的封裝方法,使用激光器作為光源,使用擴(kuò)束透鏡對(duì)激光光源進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束,使用定位掃描振鏡,通過(guò)控制系統(tǒng)輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào),使振鏡在設(shè)計(jì)機(jī)械轉(zhuǎn)角區(qū)間內(nèi)進(jìn)行任意位置,任意角度的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)三維物體的指定區(qū)域特定形狀的掃描。

制作一體化基座,所述一體化基座包括激光器定位孔、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡定位卡槽、定位掃描振鏡基臺(tái)。將激光器與擴(kuò)束鏡和結(jié)構(gòu)光定位振鏡固定在預(yù)制好的基座上,將帶有出光窗的外殼與基座裝配好并加以密封即完成結(jié)構(gòu)光定位掃描模組的封裝。

優(yōu)選為,所述透鏡組具有準(zhǔn)直光學(xué)表面和擴(kuò)束光學(xué)表面,可提供均勻準(zhǔn)直的線型光斑入射到掃描振鏡,也可根據(jù)需要,不進(jìn)行擴(kuò)束處理,僅使用準(zhǔn)直透鏡直接提供準(zhǔn)直后的激光點(diǎn)光源。

優(yōu)選為,所述掃描振鏡可在機(jī)械轉(zhuǎn)角區(qū)域內(nèi)進(jìn)行任意位置,任意角度范圍的掃描,可大幅度提高掃描角度,適合大角度掃描。

優(yōu)選為,所述控制系統(tǒng)可輸入矩形波、正弦波、三角波、脈沖等任意信號(hào)對(duì)掃描振鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng),得到不同的結(jié)構(gòu)光掃描效果,輸入輸出具有穩(wěn)定的線性關(guān)系。

優(yōu)選為,掃描振鏡的振動(dòng)頻率與控制系統(tǒng)輸入頻率保持一致,工作頻率可調(diào)節(jié)變化,且功耗低。

優(yōu)選為,采用的掃描振鏡有兩個(gè)正交轉(zhuǎn)動(dòng)軸和四個(gè)驅(qū)動(dòng)臂,驅(qū)動(dòng)力強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)大角度多方位偏轉(zhuǎn),是反射光形成多種結(jié)構(gòu)光模式,并且通過(guò)其驅(qū)動(dòng)臂的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)可抵消鏡面橫向偏移對(duì)模組掃描不穩(wěn)定產(chǎn)生的影響。

使用半導(dǎo)體激光器作為光源,將準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡、定位掃描振鏡集成到基座上。根據(jù)使用需求,通過(guò)使用驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)使定位掃描振鏡工作在不同的狀態(tài),通過(guò)以上方式可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的效果,極大的擴(kuò)展了激光掃描模組的使用的靈活性,減少型號(hào)數(shù)量,降低開(kāi)發(fā)成本。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:使用電熱式MEMS振鏡掃描振鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)靜電/電磁式掃描振鏡,優(yōu)化完善了激光掃描模組的功能,減少了電路控制系統(tǒng)部分,使得整個(gè)模組結(jié)構(gòu)擁有更小的體積,使模組可以更容易的嵌入在移動(dòng)設(shè)備中,提高掃描模組的應(yīng)用范圍和使用的靈活性。電熱式MEMS振鏡掃描模組可通過(guò)控制系統(tǒng)輸入特定的驅(qū)動(dòng)信號(hào),使掃描振鏡具有不同的工作模式,即可實(shí)現(xiàn)靜電/電磁式振鏡連續(xù)全幅掃描,也可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維物體特定區(qū)域的定點(diǎn)掃描。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一體化基座。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一體化外殼。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的光路示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的單線定位掃描效果示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的任意位置局部掃描效果示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的大角度全局掃描效果示意圖。

附圖標(biāo)記為:102、激光器;104、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡;106、掃描振鏡;108、外殼;110、出光窗;112、基座;114、電路室。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

參見(jiàn)圖1至圖6本實(shí)用新型提供一種電熱式MEMS振鏡掃描模組,包括基座112及罩扣在基座112的外殼108,基座112上設(shè)置依次排列的激光器102、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡104及電熱式MEMS振鏡106,外殼108設(shè)置有出光窗110。

激光器102、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡104及電熱式MEMS振鏡106構(gòu)成光路,準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡104的入射面為準(zhǔn)直鏡面,出射面為擴(kuò)束鏡面。

電熱式MEMS振鏡106傾斜固定在準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104的出射面一側(cè),所述出光窗110位于所述電熱式MEMS振鏡106的正上方,電熱式MEMS振鏡106處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),由準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104出射的光束,經(jīng)電熱式MEMS振鏡106反射后垂直出射至光窗110。

準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104將激光器102發(fā)出的光先行準(zhǔn)直再擴(kuò)束得到能量分布均勻的一字光斑,經(jīng)控制系統(tǒng)控制掃描振鏡106的偏轉(zhuǎn)位置及偏轉(zhuǎn)角度,經(jīng)出光窗110投射的外部三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行特定區(qū)域結(jié)構(gòu)掃描。

激光器102,其波長(zhǎng)覆蓋可見(jiàn)光與紅外光波段。

出光窗110由光學(xué)材料制成。

出光窗110鍍有增透膜。

基座112為一體化成型,基座112上設(shè)置激光器定位孔、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡定位卡槽、振鏡基臺(tái)。

外殼108外側(cè)側(cè)設(shè)置電路室114,電路室114內(nèi)設(shè)置電路板,電路板與外殼108側(cè)壁內(nèi)的外殼觸點(diǎn)電路連接,基座112一側(cè)設(shè)置有與外殼觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的基座觸點(diǎn),基座觸點(diǎn)分別與電熱式MEMS振鏡106和激光器102電連接。

電熱式MEMS振鏡106與激光器102出射光束光軸的夾角為135°。

一種電熱式MEMS振鏡掃描模組的封裝方法,使用激光器作為光源,使用擴(kuò)束透鏡對(duì)激光光源進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束,使用定位掃描振鏡,通過(guò)控制系統(tǒng)輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào),使振鏡在設(shè)計(jì)機(jī)械轉(zhuǎn)角區(qū)間內(nèi)進(jìn)行任意位置,任意角度的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)三維物體的指定區(qū)域特定形狀的掃描。

制作一體化基座,一體化基座包括激光器定位孔、準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡定位卡槽、定位掃描振鏡基臺(tái)。將激光器與擴(kuò)束鏡和結(jié)構(gòu)光定位振鏡固定在預(yù)制好的基座上,將帶有出光窗的外殼與基座裝配好并加以密封即完成結(jié)構(gòu)光定位掃描模組的封裝。

透鏡組具有準(zhǔn)直光學(xué)表面和擴(kuò)束光學(xué)表面,可提供均勻準(zhǔn)直的線型光斑入射到掃描振鏡,也可根據(jù)需要,不進(jìn)行擴(kuò)束處理,僅使用準(zhǔn)直透鏡直接提供準(zhǔn)直后的激光點(diǎn)光源。

掃描振鏡可在機(jī)械轉(zhuǎn)角區(qū)域內(nèi)進(jìn)行任意位置,任意角度范圍的掃描,可大幅度提高掃描角度,適合大角度掃描。

控制系統(tǒng)可輸入矩形波、正弦波、三角波、脈沖等任意信號(hào)對(duì)掃描振鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng),得到不同的結(jié)構(gòu)光掃描效果,輸入輸出具有穩(wěn)定的線性關(guān)系。

掃描振鏡的振動(dòng)頻率與控制系統(tǒng)輸入頻率保持一致,工作頻率可調(diào)節(jié)變化,且功耗低。

采用的掃描振鏡有兩個(gè)正交轉(zhuǎn)動(dòng)軸和四個(gè)驅(qū)動(dòng)臂,驅(qū)動(dòng)力強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)大角度多方位偏轉(zhuǎn),是反射光形成多種結(jié)構(gòu)光模式,并且通過(guò)其驅(qū)動(dòng)臂的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)可抵消鏡面橫向偏移對(duì)模組掃描不穩(wěn)定產(chǎn)生的影響。

使用半導(dǎo)體激光器作為光源,將準(zhǔn)直擴(kuò)束透鏡、定位掃描振鏡集成到基座上。根據(jù)使用需求,通過(guò)使用驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)使定位掃描振鏡工作在不同的狀態(tài),通過(guò)以上方式可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的效果,極大的擴(kuò)展了激光掃描模組的使用的靈活性,減少型號(hào)數(shù)量,降低開(kāi)發(fā)成本。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例,并不用以限制本實(shí)用新型,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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