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成果名称: 激光三维成像MEMS二维扫描镜的转角测量装置及方法

成果登记号: 9612023Y1091

第一完成单位: 西安深锐智能科技有限公司

联 系 人: 孙剑

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新产品

技术领域: 先进制造

应用行业: 科学研究和技术服务业

学科分类: 激光物理(140.3055)

应用状态: 小批量或小范围应用

完成人: 孙剑,尤政,徐飞

成果简介:

背景:目前,随着微电子机械系统(Micro Electronic Mechanical System,MEMS)加工技术的日趋成熟,采用MEMS光学扫描镜为核心扫描器件被广泛运用到工业、军事、航天、航海和通讯等许多领域,这些都源于MEMS工艺制作的光学扫描镜除了具备MEMS器件所共有的易于实现批量生产,价格低的特点之外,与传统的扫描机构相比MEMS扫描机构还具有体积小、质量轻、功耗低、响应快的优势。现时对于MEMS运动过程中各个时刻转角测量的方法主要采用相位相关方法;而相位相关技术具有对图像的灰度依赖较小,有较强的抗干扰能力和很高的匹配精度等特点,在平面位移和图像配准中有很好的效果,但是直接应用在旋转角度测量上,需要在测量角度变化范围内遍历搜索,运算量非常大,而且在旋转运动中图像特征结构的成像会发生形变,从而影响测量分辨力的提高,所以MEMS二维扫描管的角度测量并不适合采用相位相关方法。同时,对于高精度激光扫描控制系统的空间光束指向测量常直接采用角度传感器,如光电白准直仪、光电编码盘等,但是很难同时满足测量范围和精度的要求。随着MEMS(微机械系统)二维扫描镜的激光扫描技术的发展,对于扫描角度的测量也提出了更高的要求。在此基础上,以光能/位置转换器件PSD为核心建立了一套具有高灵敏度、高分辨率、快速响应速度的测量系统就应运而生了。在基于MEMS扫描镜的三维激光成像系统中,需要实时测量MEMS扫描镜的转角,但是由于在使用脉冲法激光成像系统中,PSD探测器对脉冲激光信号的相应受到很多条件的限制,而且精度不高,所以如何提高PSD对脉冲激光(特别是短脉冲激光)的响应精度成为制约基于脉冲法激光主动成像的一个难点。

主要论点与论据:激光三维成像MEMS二维扫描镜的转角测量装置包括脉冲激光器以及连续激光器,在脉冲激光器的激光光轴上设置有三号光学镜片,在连续激光器的激光光轴上设置有一号光学镜片,一号光学镜片位于脉冲激光器的激光光轴与连续激光器的激光光轴重合处;在一号光学镜片正后方设置有二维扫描镜;二维扫描镜的反射光路上依次固定有二号光学镜片以及二维PSD,二维PSD的输出端与PSD信号采集电路的输入端连接;三号光学镜片与采样同步电路的输入端连接,采样同步电路的输出端与PSD信号采集电路的输入端连接,连续激光器固定在光学支架上,二维扫描镜为MEMS二维扫描镜。

创新点:1.结构简单,精度较高;2.实时性强,测量范围大。