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MEMS扫描镜
姓名：许工(Gary)
电话：（微信同号）
光学扫描镜是矢量扫描设备，能使入射光束按照特定的方式与时间顺序发生反射，从而在像面上实现扫描成像.传统的光学扫描镜体积大、成本高，且多为散装，大大限制了其应用。相较于传统的扫描镜，MEMS扫描镜具有尺寸小、成本低、扫描频率高、响应速度快和功耗低等优点，以被广泛的应用在光通信、扫描成像、激光雷达、内窥镜、3D扫描成像等领域。
按照扫描维度不同，MEMS扫描镜可以分为一维扫描镜和二维扫描镜，一维扫描镜是指在镜面在一个维度内偏转，二维扫描镜是指沿着两个方向同时对光束进行调节。实现二维扫描，可以选用两个一维的扫描镜，也可以选用两个一个二维的扫描镜。相比较而言二维扫描镜功能更强大，但是结构也更复杂，控制的难度也就越大。
按照驱动方式的不同，MEMS扫描镜可以分为静电驱动、电磁驱动、压电驱动和电热驱动四种驱动方式。电热驱动是，利用电能转换为热能，再转换为机械能驱动，其优点是驱动力和驱动位移较大，但是响应速度较慢。压电驱动是利用压电材料的压电效应实现驱动，具有驱动力大、响应速度快等优点，但是压电材料存在迟滞现象。电磁驱动是利用电磁或者永磁体实现驱动，具有较大的驱动力力和驱动位移，但是响应速度偏慢，且容易受到电磁干扰。静电驱动是利用带电导体间的静电作用力实现驱动，具有功耗低、速度快、兼容性好等优点。是目前使用广泛的驱动方式。下图给出了各种驱动方式的性能对比
驱动方式 | 速度 | 力 | 幅度 | 电压 |
压电驱动 | 快 | 大 | 小 | 高 |
电磁驱动 | 慢 | 大 | 大 | 低 |
热驱动 | 慢 | 大 | 大 | 较低 |
静电驱动 | 快 | 小 | 较小 | 高 |
上海昊量光电推出的MEMS扫描镜全部由单晶硅制成，也就是说这种设计使运动部件不包括任何易出故障的部件，例如，金属、聚合物、压电材料等。使其拥有卓越的重复性和可靠性。采用无万向节设计，使大镜面尺寸和大角度偏转的MEMS微振镜拥有更高的速度。静电驱动的MEMS扫描微振镜两个轴的偏转角度可达到32°，在满振幅运转功耗仅为几毫瓦。目前静电驱动的微振镜可提供的一维和二维的MEMS扫描镜，可提供直径从0.8mm到5mm微型振镜。
该款微振镜针对对点对点（受迫振动）光束扫描进行了特殊设计及优化。该MEMS扫描镜采用静电驱动且选用整个单晶硅制备而成，因此使得驱动电压和偏转角度之间存在良好的一一对应的关系，并且有着可重复性，而且随着使用时间的推移依然保持着极高的性能。对于开环的微振镜，致动器在每个轴上至少有14Bits（约16384个位置），因此当机械偏转角度为-5°到+5°是，角度的分辨率可达到10微弧度。
在整片的单晶硅上采用无万向节设计和独特的多级悬梁制造工艺制作一个完整的微镜促动器。其中采用无万向节设计可以使微镜在成像或光束偏转时可以在两个轴上达到同样的高速度。一个普通的拥有0.8mm直径的微镜，当机械偏角为-6°到+6°时，非谐振偏转速度超过1000rad/s，谐振频率更是达到3.6KHz。
与常规的MEMS扫描镜不同的是，该微型振镜可以在多个模式下工作，即点对点模式（受迫振动）、混合模式和谐振模式。如下图所示：
a)这种模式可称为点对点模式，或者是静态模式。在这种情况下两个轴利用设备操作的宽带宽从直流到某个频率，并且不允许谐振。因此镜子可以保持在某一位置，或者以匀速运动或执行矢量图形等。
b）第二种模式为混合模式，即其中一个轴处于准静态模式，另外一个轴处于谐振模式
c）第三种模式为谐振模式，这时两个轴利用狭窄高增益共振来获得较大的偏角较低的电压以及较高的速度。设计用于点对点模式的设备，在接近共振或共振时倍驱动，很容易超过安全偏转角而损坏。因此需要使用非常小的正弦驱动电压驱动接近谐振工作模式，并且非常仔细的寻找所需要的工作点和角度，以便不超过给定的机械偏角限制。
可提供的产品如下：
1）开发套件（Development Kits）
开发套件是为了方便客户更快速而有效的了解设备的性能、用途及使用方法。它可以通过专门开发的软件及驱动器安全的使设备运转。
产品图片 | 产品描述 |
 | 标准开发套件：[可按需求删减其中配件] 该套件包含以下部分 1） 三个二维扫描镜；1.2mm 偏角±5°；2.0mm 偏角±5°; 3.6mm偏角±5.5 2）USB控制器 3）软件及C++; LabVIEW；Matlab SDK 4）激光和光学面包板，包含635nm 5W激光器、光学面包板等 |
 | 半定制开发套件： 该套件可自主选择套件中镜子的尺寸及偏角；其余配件与标准开发套件相同 |
 | 包含扫描模块的开发套件： 1） 扫描模块： 该套件扫描模块只包含一个1.2mm的镜子，该镜子与635nm激光器广角透镜预装到一个模块中，扫描角度可达±20° 2） USB控制器 3）软件及C++; LabVIEW；Matlab SDK |
| 激光雷达开发套件I： 1） 三个镀金膜二维扫描镜；2个4.6mm，偏角±5°；1个5mm，偏角±5° 2）USB控制器 3）软件及C++; LabVIEW；Matlab SDK 4）激光和光学面包板，包含635nm 5W激光器、光学面包板等 |
 | 激光雷达开发套件II 1） 四个二维扫描镜；2个2mm，偏角±4.8°；2个2.4mm±5° 2）USB控制器 3）软件及C++; LabVIEW；Matlab SDK 4）激光和光学面包板，包含635nm 5W激光器、光学面包板等 |
2）演示套件（Demonstrator Kits）
产品图片 | 产品描述 |
 | 激光跟踪及MEM微镜演示套件；套件包含以下产品 1）扫描模块；该模块将1.2mm的镜子与3-10mW绿光激光器广角透镜预装到一个模块中，扫描角度可达±20° 2）光电传感器，包含滤光片、60°FOV和电缆 3）USB控制器 4）软件及C++; LabVIEW；Matlab SDK |
 | 激光扫描和相机感知演示套件；套件包含以下产品 1）扫描模块；该模块将1.2mm的镜子与3-10mW绿光激光器激光器广角透镜预装到一个模块中，扫描角度可达±20° 2）USB 3.0 相机包含 6mm镜头 (~45°x 34.5° FoV) 720x540 像素；>500 fps 3）相机及扫描模块机械装配件 4）USB控制器 5）软件及C++; LabVIEW；Matlab SDK+相机感知API 6）专为该套件开发的软件示例 |
 | 3D扫描演示套件；该套件包含以下产品 1） 扫描模块；该模块将1.2mm的镜子与3-10mW红色激光器激光器广角透镜预装到一个模块中，扫描角度可达±20° 2） USB3.0 相机包含8mm镜头（~34.5°x 26.2° FoV） 720x540 像素；>500 fps 3） 相机及扫描模块机械装配件 4） USB控制器 5） 软件及C++; LabVIEW；Matlab SDK+相机感知API 6） 专为该套件开发的软件示例 |
| MEMS扫描镜3D激光雷达演示套件； 1）3D激光雷达 2）专用软件 3）附件包含1个USB数据线用于数据传输和供电 |
| 视频投影和成像演示套件；该套件包含 1） 两个MEMS模块；MEMS1 – 0.9mm；MEMS2 – 3.2mm x 1.3mm 长镜 2） 激光及镜子线缆 3） 激光模块（单波长激光）绿光 ~520nm, ~20-40mW；调制能力>100MHz；光斑直径1mm 4） 控制器-基于FPGA的控制器及USB接口 5） 软件 -基于MATLAB的GUI应用程序用于扫描参数探究 -基于Windows的演示应用程序 |
3）MEMS扫描镜
Integrate mirror
促动器名称 | 机械偏角[°] | 镜面直径[mm] | 数据单 |
| A3I8.2 | ±6 | 0.8 | 数据单1 |
A7M8.1 | ±4.75 | 0.8 | 数据单2 |
A7M10.2 | ±4.75 | 1.0 | 数据单3 |
A3I12.2 | ±5 | 1.2 | 数据单4 |
F1M16.1 | ±5 | 1.6 | 数据单5 |
A7M20.2 | ±4.8 | 2.0 | 数据单6 |
A5M24.2 | ±5 | 2.4 | 数据单7 |
Bonded Mirror
促动器名称 | 机械偏角 | 镜面直径（mm） | ||||||||
2.0 | 2.4 | 3.0 | 3.6 | 4.2 | 4.6 | 5.0 | 6.4 | 7.5 | ||
A7B1.1 | ±7 | 数据单8 | 数据单9 | 数据单 10 | 数据单11 | NR | NR | NR | NR | NR |
A7B2.1 | ±5.5 | NR | 数据单12 | 数据单 13 | 数据单14 | NR | NR | NR | NR | NR |
A8L2.2 | ±5 | NR | NR | 数据单 15 | 数据单16 | 数据单17 | 数据单18 | 数据单19 | NR | NR |
| A5L3.3(C2) | ±4.25 | 数据单20 | 数据单21 | 数据单22 | 数据单23 | 数据单24 | 数据单25 | 数据单26 | NR | NR |
A5L3.3(C1) | ±2.5 | 数据单27 | 数据单28 | 数据单29 | 数据单30 | 数据单31 | 数据单32 | 数据单33 | 数据单34 | NR |
| A5L2.2 | ±1 | 数据单35 | 数据单36 | 数据单 37 | 数据单38 | 数据单39 | 数据单40 | 数据单41 | 数据单42 | 数据单43 |
4）微镜控制器
产品图片 | 产品描述 |
| USB控制器， 该控制器装配了一个高速的集成芯片PIC32MZ MCU；它可以直接与电脑连接，并使用我们的软件运行MEMS扫描镜，此外控制器可以作为一些固定波形的存储区域，并以开环方式运行/输出这些波形，以驱动MEMS反射镜和外围设备。该控制器由USB供电，功耗<1000mW。 |
| OEM模拟驱动板；
|
| OEM数字驱动板；
NOTE：对于初次使用，不购买套件的用户，不提供该驱动板，只提供模拟OEM板 |
MEMS扫描镜主要特点：
l 大的镜面尺寸
l 大的光学偏角可达32°
l 重复精度可达到0.001°
l 可实现静态扫描模式（受迫振动）
MEMS扫描镜主要应用：
l 投影显示装置
l 扫描成像及激光雷达成像
l 3D跟踪和位置测量
l 激光打标、雕刻
l 光束偏转、扫描
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；
产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。
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