無(wú)萬(wàn)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(duì)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(dòng)方式的不同，MEMS掃描鏡可以分為靜電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)和電熱驅(qū)動(dòng)四種驅(qū)動(dòng)方式。電熱驅(qū)動(dòng)是，利用電能轉(zhuǎn)換為熱能，再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)位移較大，但是響應(yīng)速度較慢。壓電驅(qū)動(dòng)是利用壓電材料的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，具有驅(qū)動(dòng)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(dòng)是利用電磁或者永磁體實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，具有較大的驅(qū)動(dòng)力力和驅(qū)動(dòng)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(dòng)是利用帶電導(dǎo)體間的靜電作用力實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，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(dòng)方式。

下圖給出了各種驅(qū)動(dòng)方式的性能對(duì)比：

上海昊量光電推出的MEMS掃描鏡全部由硅制成，也就是說(shuō)這種設(shè)計(jì)使運(yùn)動(dòng)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(wú)萬(wàn)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(dòng)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(dòng)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(duì)對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（受迫振動(dòng)）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(dòng)且選用整個(gè)單晶硅制備而成，因此使得驅(qū)動(dòng)電壓和偏轉(zhuǎn)角度之間存在良好的一一對(duì)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(duì)于開(kāi)環(huán)的微振鏡，致動(dòng)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(wú)萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)和的多級(jí)懸梁制造工藝制作一個(gè)完整的微鏡促動(dòng)器。其中采用無(wú)萬(wàn)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(guò)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(duì)點(diǎn)模式（受迫振動(dòng)）、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(duì)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(dòng)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(lái)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(duì)點(diǎn)模式的設(shè)備，在接近共振或共振時(shí)倍驅(qū)動(dòng)，很容易超過(guò)安全偏轉(zhuǎn)角而損壞。因此需要使用小的正弦驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)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(guò)給定的機(jī)械偏角限制。

可提供的產(chǎn)品如下：

1）開(kāi)發(fā)套件（Development Kits）

開(kāi)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(guò)專門開(kāi)發(fā)的軟件及驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)套件相同
	包含掃描模塊的開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(zhǎng)鏡 2）  激光及鏡子線纜 3）  激光模塊（單波長(zhǎng)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

Bonded Mirror

4）微鏡控制器

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(dòng)）

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(cè)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(guó)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(cè)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(guó)防及更細(xì)分的前沿市場(chǎng)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(kāi)發(fā)，軟件開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)集成等優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

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