电磁驱动微扫描镜

  • 参数规格
  • 曲线
  • 技术说明
  • 应用案例
产品说明
  • 驱动类型:电磁驱动
  • 扫描轴数:2轴
  • 可应用激光雷达、激光散斑抑制等

     电磁驱动微扫描镜(EM-MSM)是一种矢量扫描设备,能使入射光按照特定的方式和时间来发生反射,从而实现扫描成像。传统的光学扫描镜体积大、成本高且多为散装。相较于传统扫描镜,电磁驱动微扫描镜由于其可靠性高、小型化和重量轻等优点,得以在激光雷达、激光散斑抑制等领域应用。 LBTEK电磁驱动微扫描镜采用在镜面背面放置4个线圈(2对,水平和垂直方向),线圈距离磁铁具有一定距离。当其中一对线圈(水平方向)施加频率相同,相位相差90°的交流信号时,线圈产生的磁场的极性恰好相反且交替变化,线圈产生的磁场与磁铁间产生相互作用,产生方向相反的转矩。根据对称性,给垂直方向对应的线圈施加一定电流也会实现同样效果,从而达到二维扫描的目的。

示意图
通用参数
工作波长
800 nm-20 um
镜面直径
5 mm
扫描角度
30°×20°
驱动信号类型
正弦信号

电磁驱动微扫描镜

一、工作原理

电磁驱动微扫描镜(EM-MSM)是一种矢量扫描设备,能使入射光按照特定的方式和时间来发生反射,从而实现扫描成像。传统的光学扫描镜体积大、成本高且多为散装。相较于传统扫描镜,电磁驱动微扫描镜由于其可靠性高、小型化和重量轻等优点,得以在激光显示、激光雷达、激光散斑抑制等领域应用。

LBTEK电磁驱动微扫描镜采用在镜面背面放置4个线圈,线圈距离磁铁具有一定距离。如示意图所示,线圈分别对应磁铁Coil 1~Coil 4四个位置。以Coil 1Coil 3线圈为例,当Coil 1Coil 3两个线圈施加频率相同,相位相差90°的交流信号时,线圈产生的磁场的极性恰好相反且交替变化,线圈产生的磁场与磁铁间产生相互作用,产生方向相反的转矩。根据对称性,给Coil 2Coil 4对应的线圈施加一定电流也会实现同样效果,从而达到二维扫描的目的。同时,两组线圈所加的电流信号相互独立,微扫描镜的双轴扭转能保持很好的独立性、线性度和扫描准确度。

1 电磁微扫描镜的工作原理图

二、MEMS微扫描镜的对比

MEMS微扫描镜根据驱动方式的不同,可以分为静电驱动式、电热驱动式、电磁驱动式和压电驱动式等四类,这四种驱动方式的特点如下表所示。

 

驱动方式

速度

扫描角度

电压

功耗

工艺难度

线性度

电磁驱动

复杂

压电驱动

较大

较低

复杂

较好

电热驱动

较低

简单

一般

静电驱动

较小

较低

简单

三、电磁微扫描镜的角度计算

  电磁微扫描镜的运动过程可以采用质量-阻尼-弹簧的二阶振动系统方程:

其中,T驱动力力矩,Im微扫描镜的转动惯量,C为阻尼系数,Ks为扭转轴的弹性常量,θ为转动角度,Ks的表达式如下所示:

式中,ab分别为转动轴横截面宽度与高度的一半,Lf是转动轴的长度,G是材料的剪切模量。由于微扫描镜的形状为椭圆,长轴及短轴的转动惯量ImlIms计算公式为

式中,ρ微扫描镜基底材料硅的密度,tm是镜面的厚度,LmD为镜面的长和宽,微扫描镜的谐振频率f的计算公式为:

磁铁和线圈产生的电磁力为:

式中,V是磁铁的体积,Ms是磁铁的磁化强度,H是由外部线圈产生的磁场强度。由电磁力产生的微扫描镜扭转力矩Tmag以及在此力矩下微扫描镜的静态倾斜角θ0可以描述为:

式中,L′是电磁力与扭转轴间的距离。当微扫描镜的驱动信号的频率为ω,通过微扫描镜的二阶振动系统方程,得到微扫描镜的转动角度θ为:

式中,ξ为介质的阻尼比,f为谐振频率。

四、扫描实例

电磁驱动微扫描镜的运动轨迹,在X轴和Y轴的运动方程可以写作:

下图是对慢轴和快轴分别施加1264 Hz187 Hz的正弦信号,得到的扫描图像如下所示:

2 电磁驱动微扫描镜产生的Lissajous图形

五、注意事项

1. 微扫描镜内含永久磁铁,请勿将微扫描镜放置在磁性材料的物体表面,以免微扫描镜吸附损坏微扫描镜;

2. 使用过程中请勿用力拉扯微扫描镜的FPC软排线,以免损坏内部金线的连接;

3. 请注意微扫描镜的使用环境,禁止将具有磁性的细小颗粒放在在微扫描镜周围,如铁屑、针具等。

1. 激光雷达扫描系统

激光雷达与微波雷达的工作原理类似,其工作波长为0.5-1.55 um。先向目标发射光频波段的激光脉冲信号,然后再接收回波信号并进行比较,从而获得目标的位置(距离、方位和高度)等信息,实现对目标的探测、跟踪及识别。

1 基于MEMS微镜扫描的激光雷达原理图

2. 激光散斑抑制系统

激光的高相干性造成的散斑现象是激光显示中必须要解决的关键技术问题之一。当一束连续的相干激光打在磨砂玻璃或者墙壁等粗糙表面时,就能看见光强明暗分布且带有颗粒状的点,称之为散斑。激光散斑形成的本质是粗糙表面反射或透射的光之间发生的干涉。在激光显示中,散斑的存在将会降低图像质量,影响人们从图像中提取所需要的信息,因而必须被抑制。

2是激光散斑抑制系统的实物图,激光通过电磁驱动微扫描镜(EM-MSM)进行光束扫描,通过多模光纤耦合输出。由于激光经EM-MSM快速扫描,经透镜耦合到多模光纤,在多模光纤内进行全反射,最终通过人眼或相机的积分效应,进行时间平均来抑制激光散斑。

 

2 激光散斑抑制系统

参考文献:

1. L. Ye, et al. Laser speckle reduction due to spatial and angular diversity introduced by fast scanning micromirror. Micromachines, 2017, 8, 120, 1-14.

2. M. N. Akram, et al. Laser speckle reduction due to spatial and angular diversity introduced by fast scanning micromirror. Appl. Opt., 2010, 49(17), 3297-3304.

电磁驱动微扫描镜套件
  • 大光学转角
  • 对称式扫描
  • 电磁驱动微扫描镜套件包括微扫描镜主体、外壳、驱动转接板

LBTEK所提供的电磁驱动微扫描镜,主体部分由反射镜、永久磁铁(汝铁硼磁铁)和绕闸线圈三部分组成,反射镜采用半导体加工工艺(光刻和刻蚀),在硅片基底上进行镀金,最终裂片得到。微扫描镜底部粘有永久磁铁,通过绕闸线圈的电磁感应现象,和永久磁铁间产生排斥力和吸引力,线圈产生的磁场的极性恰好相反且交替变化,产生方向相反的转矩。两组线圈所加的电流相互独立,从而实现二维扫描。
LBTEK电磁驱动微扫描镜套件包括微扫描镜主体、外壳和驱动转接板三部分。微扫描镜通过4个M2×8螺丝呈45°安装于机械外壳内部,镜面中心与入射口的中心等高。机械外壳兼容30 mm同轴系统,底部带M4螺纹孔,可与光学接杆连接。

电磁驱动微扫描镜应用于30 mm同轴系统
产品型号 工作波长 镜面直径 扫描角度 对比 单价 发货日期 购物车
EM-MSM-5-1.2K-KIT 800 nm-20 um 5 mm 30°×20°
¥13000 联系客服
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电磁驱动微扫描镜
  • 大光学转角
  • 对称式扫描
  • 电磁驱动微扫描镜套件包括微扫描镜主体、驱动转接板

LBTEK所提供的电磁驱动微扫描镜,主体部分由反射镜、永久磁铁(汝铁硼磁铁)和绕闸线圈三部分组成,反射镜采用半导体加工工艺(光刻和刻蚀),在硅片基底上进行镀金,最终裂片得到。微扫描镜底部粘有永久磁铁,通过绕闸线圈的电磁感应现象,和永久磁铁间产生排斥力和吸引力,线圈产生的磁场的极性恰好相反且交替变化,产生方向相反的转矩。两组线圈所加的电流相互独立,从而实现二维扫描。

电磁驱动微扫描镜扫描的Lissajous图形
产品型号 工作波长 镜面直径 扫描角度 对比 单价 发货日期 购物车
EM-MSM-5-1.2K 800 nm-20 um 5 mm 30°×20°
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