無萬向節(jié)MEMS
光學(xué)掃描鏡是一種矢量掃描設(shè)備，能使入射光束按照特定的方式與時(shí)間順序發(fā)生反射，從而在像面上實(shí)現(xiàn)掃描成像.傳統(tǒng)的光學(xué)掃描鏡體積大、成本高，且多為散裝，大大限制了其應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的掃描鏡，MEMS掃描鏡具有尺寸小、成本低、掃描頻率高、響應(yīng)速度快和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，以被廣泛的應(yīng)用在光通信、掃描成像、、內(nèi)窺鏡、3D掃描成像等領(lǐng)域。
按照掃描維度不同，MEMS掃描鏡可以分為一維掃描鏡和二維掃描鏡，一維掃描鏡是指在鏡面在一個(gè)維度內(nèi)，二維掃描鏡是指沿著兩個(gè)方向同時(shí)對光束進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)二維掃描，可以選用兩個(gè)一維的掃描鏡，也可以選用兩個(gè)一個(gè)二維的掃描鏡。相比較而言二維掃描鏡功能更強(qiáng)大，但是結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，控制的難度也就越大。
按照驅(qū)動方式的不同，MEMS掃描鏡可以分為靜電驅(qū)動、電磁驅(qū)動、驅(qū)動和電熱驅(qū)動四種驅(qū)動方式。電熱驅(qū)動是，利用電能轉(zhuǎn)換為熱能，再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動，其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動力和驅(qū)動位移較大，但是響應(yīng)速度較慢。壓電驅(qū)動是利用壓電材料的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，具有驅(qū)動力大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是壓電材料存在遲滯現(xiàn)象。電磁驅(qū)動是利用電磁或者永磁體實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，具有較大的驅(qū)動力力和驅(qū)動位移，但是響應(yīng)速度偏慢，且容易受到電磁干擾。靜電驅(qū)動是利用帶電導(dǎo)體間的靜電作用力實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，具有功耗低、速度快、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。是目前使用廣泛的驅(qū)動方式。
下圖給出了各種驅(qū)動方式的性能對比：
驅(qū)動方式 | 速度 | 力 | 幅度 | 電壓 |
壓電驅(qū)動 | 快 | 大 | 小 | 高 |
電磁驅(qū)動 | 慢 | 大 | 大 | 低 |
熱驅(qū)動 | 慢 | 大 | 大 | 較低 |
靜電驅(qū)動 | 快 | 小 | 較小 | 高 |
上海昊量光電推出的MEMS掃描鏡全部由硅制成，也就是說這種設(shè)計(jì)使運(yùn)動部件不包括任何易出故障的部件，例如，金屬、聚合物、壓電材料等。使其擁有的重復(fù)性和可靠性。采用無萬向節(jié)設(shè)計(jì)，使大鏡面尺寸和大角度偏轉(zhuǎn)的MEMS微擁有更高的速度。靜電驅(qū)動的MEMS掃描微振鏡兩個(gè)軸的偏轉(zhuǎn)角度可達(dá)到32°，在滿振幅運(yùn)轉(zhuǎn)功耗僅為幾毫瓦。目前靜電驅(qū)動的微振鏡可提供的一維和二維的MEMS掃描鏡，可提供直徑從0.8mm到5mm微型振鏡。
該款微振鏡針對對點(diǎn)對點(diǎn)（受迫振動）光束掃描進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)及優(yōu)化。該MEMS掃描鏡采用靜電驅(qū)動且選用整個(gè)單晶硅制備而成，因此使得驅(qū)動電壓和偏轉(zhuǎn)角度之間存在良好的一一對應(yīng)的關(guān)系，并且有著可重復(fù)性，而且隨著使用時(shí)間的推移依然保持著的性能。對于開環(huán)的微振鏡，致動器在每個(gè)軸上至少有14Bits（約16384個(gè)位置），因此當(dāng)機(jī)械偏轉(zhuǎn)角度為-5°到+5°是，角度的分辨率可達(dá)到10微弧度。
在整片的單晶硅上采用無萬向節(jié)設(shè)計(jì)和的多級懸梁制造工藝制作一個(gè)完整的微鏡促動器。其中采用無萬向節(jié)設(shè)計(jì)可以使微鏡在成像或光束偏轉(zhuǎn)時(shí)可以在兩個(gè)軸上達(dá)到同樣的高速度。一個(gè)普通的擁有0.8mm直徑的微鏡，當(dāng)機(jī)械偏角為-6°到+6°時(shí)，非諧振偏轉(zhuǎn)速度超過1000rad/s，諧振頻率更是達(dá)到3.6KHz。
與常規(guī)的MEMS掃描鏡不同的是，該微型振鏡可以在多個(gè)模式下工作，即點(diǎn)對點(diǎn)模式（受迫振動）、混合模式和諧振模式。如下圖所示：
a)這種模式可稱為點(diǎn)對點(diǎn)模式，或者是靜態(tài)模式。在這種情況下兩個(gè)軸利用設(shè)備操作的寬帶寬從直流到某個(gè)頻率，并且不允許諧振。因此鏡子可以保持在某一位置，或者以勻速運(yùn)動或執(zhí)行矢量圖形等。
b）第二種模式為混合模式，即其中一個(gè)軸處于準(zhǔn)靜態(tài)模式，另外一個(gè)軸處于諧振模式
c）第三種模式為諧振模式，這時(shí)兩個(gè)軸利用狹窄高增益共振來獲得較大的偏角較低的電壓以及較高的速度。設(shè)計(jì)用于點(diǎn)對點(diǎn)模式的設(shè)備，在接近共振或共振時(shí)倍驅(qū)動，很容易超過安全偏轉(zhuǎn)角而損壞。因此需要使用小的正弦驅(qū)動電壓驅(qū)動接近諧振工作模式，并且仔細(xì)的尋找所需要的工作點(diǎn)和角度，以便不超過給定的機(jī)械偏角限制。
可提供的產(chǎn)品如下：
1）開發(fā)套件（Development Kits）
開發(fā)套件是為了方便客戶更快速而有效的了解設(shè)備的性能、用途及使用方法。它可以通過專門開發(fā)的軟件及驅(qū)動器安全的使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。
產(chǎn)品圖片 | 產(chǎn)品描述 |
 | 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)套件：[可按需求刪減其中配件] 該套件包含以下部分 1） 三個(gè)二維掃描鏡；1.2mm 偏角±5°；2.0mm 偏角±5°; 3.6mm偏角±5.5 2）USB控制器 3）軟件及C++; LabVIEW；Matlab SDK 4）激光和光學(xué)面包板，包含635nm 5W激光器、光學(xué)面包板等 |
 | 半定制開發(fā)套件： 該套件可自主選擇套件中鏡子的尺寸及偏角；其余配件與標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)套件相同 |
 | 包含掃描模塊的開發(fā)套件： 1） 掃描模塊： 該套件掃描模塊只包含一個(gè)1.2mm的鏡子，該鏡子與635nm激光器廣角透鏡預(yù)裝到一個(gè)模塊中，掃描角度可達(dá)±20° 2） USB控制器 3）軟件及C++; LabVIEW；Matlab SDK |
| 激光雷達(dá)開發(fā)套件I： 1） 三個(gè)鍍金膜二維掃描鏡；2個(gè)4.6mm，偏角±5°；1個(gè)5mm，偏角±5° 2）USB控制器 3）軟件及C++; LabVIEW；Matlab SDK 4）激光和光學(xué)面包板，包含635nm 5W激光器、光學(xué)面包板等 |
 | 激光雷達(dá)開發(fā)套件II 1） 四個(gè)二維掃描鏡；2個(gè)2mm，偏角±4.8°；2個(gè)2.4mm±5° 2）USB控制器 3）軟件及C++; LabVIEW；Matlab SDK 4）激光和光學(xué)面包板，包含635nm 5W激光器、光學(xué)面包板等 |
2）演示套件（Demonstrator Kits）
產(chǎn)品圖片 | 產(chǎn)品描述 |
 | 激光跟蹤及MEM微鏡演示套件；套件包含以下產(chǎn)品 1）掃描模塊；該模塊將1.2mm的鏡子與3-10mW綠光激光器廣角透鏡預(yù)裝到一個(gè)模塊中，掃描角度可達(dá)±20° 2）光電傳感器，包含、60°FOV和電纜 3）USB控制器 4）軟件及C++; LabVIEW；Matlab SDK |
 | 激光掃描和相機(jī)感知演示套件；套件包含以下產(chǎn)品 1）掃描模塊；該模塊將1.2mm的鏡子與3-10mW綠光激光器激光器廣角透鏡預(yù)裝到一個(gè)模塊中，掃描角度可達(dá)±20° 2）USB 3.0 相機(jī)包含 6mm鏡頭 (~45°x 34.5° FoV) 720x540 像素；>500 fps 3）相機(jī)及掃描模塊機(jī)械裝配件 4）USB控制器 5）軟件及C++; LabVIEW；Matlab SDK+相機(jī)感知API 6）專為該套件開發(fā)的軟件示例 |
 | 3D掃描演示套件；該套件包含以下產(chǎn)品 1） 掃描模塊；該模塊將1.2mm的鏡子與3-10mW紅色激光器激光器廣角透鏡預(yù)裝到一個(gè)模塊中，掃描角度可達(dá)±20° 2） USB3.0 相機(jī)包含8mm鏡頭（~34.5°x 26.2° FoV） 720x540 像素；>500 fps 3） 相機(jī)及掃描模塊機(jī)械裝配件 4） USB控制器 5） 軟件及C++; LabVIEW；Matlab SDK+相機(jī)感知API 6） 專為該套件開發(fā)的軟件示例 |
| MEMS掃描鏡3D激光雷達(dá)演示套件； 1）3D激光雷達(dá) 2）專用軟件 3）附件包含1個(gè)USB數(shù)據(jù)線用于數(shù)據(jù)傳輸和供電 |
| 視頻投影和成像演示套件；該套件包含 1） 兩個(gè)MEMS模塊；MEMS1 – 0.9mm；MEMS2 – 3.2mm x 1.3mm 長鏡 2） 激光及鏡子線纜 3） 激光模塊（單波長激光）綠光 ~520nm, ~20-40mW；調(diào)制能力>100MHz；光斑直徑1mm 4） 控制器-基于FPGA的控制器及USB接口 5） 軟件 -基于MATLAB的GUI應(yīng)用程序用于掃描參數(shù)探究 -基于Windows的演示應(yīng)用程序 |
3）MEMS掃描鏡
Integrate mirror
促動器名稱 | 機(jī)械偏角[°] | 鏡面直徑[mm] | 數(shù)據(jù)單 |
| A3I8.2 | ±6 | 0.8 | 數(shù)據(jù)單1 |
A7M8.1 | ±4.75 | 0.8 | 數(shù)據(jù)單2 |
A7M10.2 | ±4.75 | 1.0 | 數(shù)據(jù)單3 |
A3I12.2 | ±5 | 1.2 | 數(shù)據(jù)單4 |
F1M16.1 | ±5 | 1.6 | 數(shù)據(jù)單5 |
A7M20.2 | ±4.8 | 2.0 | 數(shù)據(jù)單6 |
A5M24.2 | ±5 | 2.4 | 數(shù)據(jù)單7 |
Bonded Mirror
促動器名稱 | 機(jī)械偏角 | 鏡面直徑（mm） | ||||||||
2.0 | 2.4 | 3.0 | 3.6 | 4.2 | 4.6 | 5.0 | 6.4 | 7.5 | ||
A7B1.1 | ±7 | 數(shù)據(jù)單8 | 數(shù)據(jù)單9 | 數(shù)據(jù)單 10 | 數(shù)據(jù)單11 | NR | NR | NR | NR | NR |
A7B2.1 | ±5.5 | NR | 數(shù)據(jù)單12 | 數(shù)據(jù)單 13 | 數(shù)據(jù)單14 | NR | NR | NR | NR | NR |
A8L2.2 | ±5 | NR | NR | 數(shù)據(jù)單 15 | 數(shù)據(jù)單16 | 數(shù)據(jù)單17 | 數(shù)據(jù)單18 | 數(shù)據(jù)單19 | NR | NR |
| A5L3.3(C2) | ±4.25 | 數(shù)據(jù)單20 | 數(shù)據(jù)單21 | 數(shù)據(jù)單22 | 數(shù)據(jù)單23 | 數(shù)據(jù)單24 | 數(shù)據(jù)單25 | 數(shù)據(jù)單26 | NR | NR |
A5L3.3(C1) | ±2.5 | 數(shù)據(jù)單27 | 數(shù)據(jù)單28 | 數(shù)據(jù)單29 | 數(shù)據(jù)單30 | 數(shù)據(jù)單31 | 數(shù)據(jù)單32 | 數(shù)據(jù)單33 | 數(shù)據(jù)單34 | NR |
| A5L2.2 | ±1 | 數(shù)據(jù)單35 | 數(shù)據(jù)單36 | 數(shù)據(jù)單 37 | 數(shù)據(jù)單38 | 數(shù)據(jù)單39 | 數(shù)據(jù)單40 | 數(shù)據(jù)單41 | 數(shù)據(jù)單42 | 數(shù)據(jù)單43 |
4）微鏡控制器
產(chǎn)品圖片 | 產(chǎn)品描述 |
| USB控制器， 該控制器裝配了一個(gè)高速的集成芯片PIC32MZ MCU；它可以直接與電腦連接，并使用我們的軟件運(yùn)行MEMS掃描鏡，此外控制器可以作為一些固定波形的存儲區(qū)域，并以開環(huán)方式運(yùn)行/輸出這些波形，以驅(qū)動MEMS反射鏡和外圍設(shè)備。該控制器由USB供電，功耗<> |
| OEM模擬驅(qū)動板；
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| OEM數(shù)字驅(qū)動板；
NOTE：對于初次使用，不購買套件的用戶，不提供該驅(qū)動板，只提供模擬OEM板 |
MEMS掃描鏡主要特點(diǎn)：
l 大的鏡面尺寸
l 大的光學(xué)偏角可達(dá)32°
l 重復(fù)精度可達(dá)到0.001°
l 可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)掃描模式（受迫振動）
u 主要應(yīng)用：
l 投影顯示裝置
l 掃描成像及激光雷達(dá)成像
l 3D跟蹤和位置測量
l 激光打標(biāo)、雕刻
l 光束偏轉(zhuǎn)、掃描
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關(guān)于昊量光電：
上海昊量光電設(shè)備有限公司是國內(nèi)光電產(chǎn)品專業(yè)代理商，代理品牌均處于相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展前沿；
產(chǎn)品包括各類激光器、光電調(diào)制器、光學(xué)測量設(shè)備、精密光學(xué)元件等，涉及應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫(yī)療、科學(xué)研究、國防及更細(xì)分的前沿市場如、生物顯微、物聯(lián)傳感、精密加工、激光制造等；可為客戶提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)，硬件開發(fā)，軟件開發(fā)，系統(tǒng)集成等優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
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