CN210243982U - 一维扫描器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光电检测和光学成像技术领域，尤其涉及一维扫描器，包括支撑体，支撑体上设有镜面，镜面包括超薄片和位于超薄片上的光学薄膜，支撑体能够围绕同一直线旋转。本方案实现了将若干功能的光学元件集合到一个器件上，进一步的减小了微型成像探头的体积和重量。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电检测和光学成像技术领域，尤其涉及一维扫描器。
背景技术
在激光扫描及光电检测领域中，如条码阅读器，激光扫描显微镜和激光雷达(LIDAR)等，往往需要扫描器将光束的方向进行快速改变，投射到被观测物体上，被观测物体的反射光或背向散射光或激发出的发射光经透镜收集后，由光电检测器完成光电转换并最终实现检测。
常用的扫描器有检流计振镜，共振扫描器(例如Cambridge Technology公司和Electro-Optical Products Corp.公司的产品)，多面体(Polygon)扫描器，基于各种驱动原理的微机电***(Microelectromechnical Systems，MEMS)扫描器等。常用的光电检测器包括光电二极管，光电三极管，光电真空管和固态光电检测器等。这种基于光源-扫描器-透镜(可选)-被观测物体—透镜-扫描器(可选)-光电检测器方案的***结构对于某些对设备体积要求非常高的应用，如微型激光雷达模块，微型扫描显微镜(包括超紧凑台式扫描显微镜，手持式扫描显微镜，实验动物头戴式扫描显微镜和内窥镜等)(以下简称微型成像探头)等来说，结构过于复杂，体积庞大，并且无法通过缩小全部元件的方法来缩小***的体积。
因此，如果能够将减少上述方案中的器件(光学元件)的数量，或者实现将若干功能的光学元件集成到一个器件上，将能够进一步的减小微型成像探头的体积和重量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一维扫描器,以实现将若干功能的光学元件集合到一个器件上，进一步的减小微型成像探头的体积和重量。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一维扫描器，包括支撑体，支撑体上设有镜面，镜面包括超薄片和位于超薄片上的光学片，支撑体能够围绕同一直线自转。
本方案的工作原理和效果为：支撑体用于对镜面进行支撑。由于支撑体能够围绕同一直线自转，故支撑体围绕同一直线旋转时，可改变支撑体上镜面的角度，从而可接受和反射不同角度的光信号，进而实现了一维扫描。光学片用于将激发光和发射光分开、改变激发光的反射角角度以实现扫描、将非特定波长的激发光滤除的三个作用。
本方案通过在支撑体上设置镜面，并且镜面上设有超薄片和位于超薄片上的光学片，让本方案具有将激发光和发射光分开、改变激发光的反射角角度以实现扫描、将非特定波长的激发光滤除的三个作用，让扫描器件同时具备了三个功能，达到了减小微型成像探头内器件的数量目的，让微型成像探头能够进一步减小体积和重量。
进一步，光学片包括偏振分光片和滤光片。光学片为偏振分光片和滤光片，用于反射S线偏振光并透过P线偏振光。偏振分光片用于反射入射的S线偏振光，经过反射的S线偏振光穿过外部波片后偏振方向旋转一定角度，由被观测物体反射后再次经过外部波片后偏振方向再次旋转一定角度后为S线偏振光和P线偏振光(以P线偏振光为主)的混合光，该混合光中只有P线偏振光能够经过偏振分光片之后在经过滤光片的过滤后照射在外界的光电检测器上实现光电转换。由此，通过本方案可对微型激光雷达模块等被观测物体的具有相同波长的反射光和入射光进行扫描。
进一步，光学片包括二向色镜片和滤光片。二向色镜片用于将激发光反射到被观测物体，被观测物体激发的发射光从二向色镜片穿过，滤光片用于滤出剩余的激发光，穿过的滤光片的发射光经过外界的光电检测器从而实现了光电转换。由此，通过本方案实现了微型扫描显微镜等被观测物体的具有不同波长的激发光和发射光的扫描。
进一步，镜面的形状为多边形或圆形或椭圆形等任意轴对称形状。由此，镜面的形状可以根据扫描器的实际需求可为多种不同的形状。由于镜面为轴对称形状，故镜面的重量分布比较均匀，镜面发生跟随支撑体发生转动时更加稳定和精准。
进一步，支撑体的形状为多边形或圆形或椭圆形等任意轴对称形状。由此，支撑体的形状可以根据扫描器的实际需求可为多种不同的形状。由于支撑体为轴对称形状，故支撑体的重量分布比较均匀，支撑体发生转动时更加稳定和精准。
进一步，光学片为光学镀膜。通过这样的方式，可使光学片更薄更轻，更有利于减少微型探头的体积和重量。
进一步，还包括用于驱动支撑体旋转的驱动器。驱动器用于驱动支撑体转动，当然驱动器可位于支撑体上直接驱动支撑体转动，驱动件也可位于支撑体的外侧而间接驱动支撑体转动。
进一步，还包括固定框，所述支撑体转动连接在固定框上。由此，通过固定框可对支撑体进行支撑，固定框为支撑体转动的载体。
进一步，支撑体上设有容纳槽，所述光学片和超薄片位于容纳槽中。由此，容纳槽用于容纳光学片和超薄片，这样通过设置容纳槽，一方面可使光学片和超薄片的安装在支撑体上的位置更加精准，另一方面，由于光学片和超薄片位于容纳槽中，光学片和超薄片在支撑体上不会凸出，从而进一步减少了支撑体、光学片和超薄片的三者的体积之和，进而更进一步的减少了微型探头的体积和重量。
附图说明
图1为实施例1中一维扫描器的立体图；
图2为实施例2中一维扫描器的立体图；
图3为微型激光雷达模块等被观测物体的反射光和入射光具有相同波长时的镜面示意图；
图4为微型扫描显微镜等被观测物体的激发光和发射光具有不同波长时的镜面示意图；
图5为本实用新型应用于微型激光雷达模块时的结构示意图；
图6为本实用新型以一维扫描振镜形式应用于点扫描微型扫描显微镜时的结构示意图；
图7为本实用新型以一维扫描振镜形式应用于线扫描实验动物头戴式扫描显微镜和内窥镜时的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：固定框1、支撑体2、超薄片3、滤光片4、转动轴7、外部放大电路和计算机8、光电检测器9、外部波片11、外部透镜12、外部光源13、第一外部透镜15、外部扫描器16、第二外部透镜17、第三外部透镜18、外部载物台21、外部光纤22、外部反射镜23、柱状透镜24。
实施例1
基本如附图1所示：一维扫描器，包括方形的固定框1和截面形状为圆形的支撑体2，支撑体2通过转动轴7转动连接在固定框1的内部。本实施例中的支撑体2的材质为光学玻璃或高分子聚合物或半导体材料或金属或碳纤维或以上任意材料的混合物，支撑体2上设有镜面，镜面包括超薄片3和位于超薄片3上的光学片，本实施例中的超薄片3的材质为光学玻璃或高分子聚合物或半导体材料或以上任意材料的混合物，超薄片3的材质在390nm至1720nm范围中的任意波长范围内具有50％以上透射率，超薄片3通过键合的方式固定在支撑体2上。本实施例中结合图3所示，本实施例中的一维扫描器可用于微型激光雷达模块，当用于微型激光雷达模块等被观测物体的反射光和入射光具有相同波长时，本实施例中的光学片为光学薄膜，光学片采用偏振分光片和滤光片4，本实施例中偏振分光片为偏振分光薄膜，滤光片4为滤光薄膜，光学薄膜镀在超薄片3上。当然光学片也可为其他材质制成，如玻璃材质制成等，光学片也可通过其他方式固定在超薄片3上，如卡接等。偏振分光片位于滤光片4上，偏振分光片用于反射入射的S线偏振光，经过反射的S线偏振光穿过外部波片后偏振方向旋转一定角度，由被观测物体反射后再次经过外部波片后偏振方向再次旋转一定角度后为S线偏振光和P线偏振光(以P线偏振光为主)的混合光，该混合光中只有P线偏振光能够经过位于超薄片3上的偏振分光片之后在经过滤光片4的过滤后照射在位于一维扫描器外侧的光电检测器上而实现光电转换。本实施例中的支撑体2远离超薄片3的侧面上设有使光信号通过的通道，这样使得相应的光信号能够通过支撑体2照射在位于一维扫描器外侧的光电检测器上。
本实施例中结合图4所示，本实施例中的一维扫描器可用于微型扫描显微镜，当用于微型扫描显微镜等被观测物体的激发光和发射光具有不同波长时，光学片采用二向色镜片和滤光片4，本实施例中的光学片为镀在超薄片3上的光学薄膜，二向色镜片为二向色镜薄膜，滤光片4为滤光薄膜，当然光学片也可为其他材质制成，如玻璃材质制成等。二向色镜片位于滤光片4上，二向色镜片用于将激发光反射到被观测物体，被观测物体激发的发射光从二向色镜片穿过，滤光片4用于滤出剩余的激发光，穿过的滤光片4的发射光经过位于一维扫描器外侧的光电检测器9从而实现了光电转换。
支撑体2的底部设有用于驱动支撑体2旋转的驱动件。当然驱动件可位于支撑体2上直接驱动支撑体2转动，驱动件也可位于支撑体2的外侧而间接驱动支撑体2转动。本实施例中采用的是驱动件直接位于支撑体2上驱动支撑体2转动，具体的，驱动件为驱动器，驱动器通过键合的方式固定在支撑体2上，本实施例中的驱动器为平行板电容器，具体的，支撑体2远离镜面的一侧的两侧上固定有第一电容板，在固定框1内侧壁上与第一电容板相对的位置处固定有与第一电容板相对的第二电容板，第一电容板与第二电容板之间构成一个平行板电容器，第一电容板和第二电容板均与转动轴7平行，在通过给第二电容板供电，利于静电力的大小，可以调节支撑体2的偏转角度。由此，驱动器位于支撑体2上，通过驱动器可对支撑体2的角度进行调整，驱动器不必安装在其他地方，减少了驱动器的空间占用，使得微型成像探头的体积得以减小。由此，本实施例通过支撑体2的转动，从而实现了镜面方向围绕转动轴7进行旋转，进而实现了一维方向的扫描。另外，本实施例中的驱动器还可采用MEMSCAP公司的表面微加工工艺SOIMUMP。
结合图3和图5所示，为了充分说明本方案的效果，本实施例中，还公开了一种采用本一维扫描器的微型激光雷达模块，外部光源13发出的S线偏振光经过外部透镜12准直后，由偏振分光片反射，再由外部波片11改变线偏振光的偏振方向，经过被检测物体反射后再次穿过外部波片11使大部分反射光的偏振方向为P方向，偏振分光片反射S线偏振光并透过P线偏振光，最终P线偏振光穿过超薄片3和滤光片4以及支撑体2上的通道照射到位于一维扫描器外界的光电检测器9转换为电信号，最后送至外部放大电路和计算机8进行处理。
结合图6所示，为了充分说明本方案的效果，本实施例中，还公开了一种采用一维扫描器以一维扫描振镜形式应用的点扫描微型扫描显微镜，被观测物体放置于外部载物台21上，外部光源13发出的激发光经过第一外部透镜15准直后由外部扫描器16进行X方向扫描，再经过第二外部透镜17和第三外部透镜18组成的透镜对照射到作为一维扫描振镜的二向色镜片上反射并进行Y方向扫描，二维扫描光束由外部透镜12聚焦在被检测物体中，被检测物体中激发的发射光(如单光子荧光或非线性光学信号)被外部透镜12收集后，穿过一维扫描振镜的二向色镜片、超薄片3、滤光片4和支撑体2上的通道而照射到位于一维扫描器外界的光电检测器9转换为电信号，最后送至外部放大电路和计算机8进行处理。
结合图7所示，为了充分说明本方案的效果，本实施例中，还公开了一种采用本一维扫描器以一维扫描振镜形式应用的线扫描实验动物头戴式扫描显微镜和内窥镜，外部光源13发出的激发光由外部光纤22传入，经过外部反射镜23反射并准直，经过外部柱状透镜24聚焦成线状焦点照射在作为一维扫描振镜的二向色镜片上，反射并进行扫描，一维扫描光束由外部透镜12(为外部高色散物镜)聚焦在被检测物体中形成扫描线，被检测物体中激发的发射光(如单光子荧光或非线性光学信号)被外部高色散物镜收集后，穿过一维扫描振镜的二向色镜片、超薄片3、滤光片4和支撑体2上的通道聚焦在一维扫描器的外部的光电检测器9上并转换为电信号，最后送至外部放大电路和计算机8进行处理。在线扫描应用中，光电检测器9为二维光电检测器9件，二维扫描振镜为MEMS扫描器件。由于被检测物体中激发的发射光(如单光子荧光或非线性光学信号)的波长比激发光短，通过外部高色散物镜的发射光的焦距小于激发光，因此通过选择合适的材料和参数可以使焦点发出的发射光经过外部高色散物镜的聚焦后再次聚焦在光电检测器9上。
实施例2
结合图2所示，本实施例中的镜面的形状和支撑体2的形状还可为长方体的形状，当然，只有镜面的形状和支撑体2的形状多边形或圆形或椭圆形等任意轴对称形状均可，由于支撑体2和镜面均为轴对称的形状，因此镜片和支撑体2的重量分布比较均匀，便于对支撑体2进行旋转，避免出现支撑体2重量分布不均匀而造成的支撑体2的旋转出现误差。
实施例3
支撑体2上设有容纳槽，光学片和超薄片3位于容纳槽中，由此，容纳槽用于容纳光学片和超薄片3，这样通过设置容纳槽，一方面可使光学片和超薄片3的安装在支撑体2上的位置更加精准，另一方面，由于光学片和超薄片3位于容纳槽中，光学片和超薄片3在支撑体2上不会凸出，从而进一步减少了支撑体2、光学片和超薄片3的三者的体积之和，进而更进一步的减少了微型探头的体积和重量。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本实用新型所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一维扫描器，其特征在于：包括支撑体和固定框，所述支撑体转动连接在固定框上，所述支撑体上设有镜面，所述镜面包括超薄片和位于超薄片上的光学片，所述支撑体能够围绕同一直线自转。
2.根据权利要求1所述的一维扫描器，其特征在于：所述光学片包括偏振分光片和滤光片。
3.根据权利要求1所述的一维扫描器，其特征在于：所述光学片包括二向色镜片和滤光片。
4.根据权利要求1所述的一维扫描器，其特征在于：所述镜面的形状为多边形或圆形或椭圆形等任意轴对称形状。
5.根据权利要求1所述的一维扫描器，其特征在于：所述支撑体的形状为多边形或圆形或椭圆形等任意轴对称形状。
6.根据权利要求1-3任一所述的一维扫描器，其特征在于：所述光学片为光学镀膜。
7.根据权利要求1所述的一维扫描器，其特征在于：还包括用于驱动支撑体旋转的驱动器。
8.根据权利要求1所述的一维扫描器，其特征在于：所述支撑体上设有容纳槽，所述光学片和超薄片位于容纳槽中。
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