CN104898273A - 光学扫描识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学扫描识别系统，包括：激光光源，用于发射激光；光处理系统，用于对激光光源发出的激光进行准直处理，并将处理后的激光反射至光学扫描系统；光学扫描系统，所述光学扫描系统包括MEMS微转镜和MEMS驱动电路，MEMS驱动电路用于控制MEMS微转镜的扫描角度，以将处理后的激光调整为不同角度的扫描激光，并将扫描激光反射至待识别对象；光接收系统，用于接收识别对象反射的光信号，将光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别待识别对象的信息，从而使得所述MEMS微转镜的扫描角度范围大，扫描效率高，且使得所述光学扫描识别系统的体积较小、重量轻、耐用性好、价格低廉、抗振动、易封装。

Description

光学扫描识别系统

技术领域

本发明涉及光学扫描技术领域，更具体地说，涉及一种光学扫描识别系统。

背景技术

以光电传感技术为核心的光电传感扫描器，能够对待测对象进行信息获取、转换、处理与显示等功能，便于实现数字化、智能化和自动化。其中，由于在扫描距离超过300mm时激光扫描是唯一的选择，因此，激光扫描可以很好的应用在非接触式扫描和自动识别领域。基于此，具有大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等优点的激光扫描识别器已经得到了人们广泛的关注。

激光扫描识别系统由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换和译码等部分组成。其中，光学扫描引擎是扫描识别系统的核心部分，它决定着扫描识别系统的性能和质量。现有的扫描识别系统的光路设计中，光学扫描多采用扫描棱镜系统或电磁振镜系统。

其中，扫描棱镜系统通过棱镜的旋转来实现扫描，但是，由于其体积笨重、结构复杂，因此，难以实现高速扫描即扫描效率低；电磁振镜系统使用电磁力驱动电机旋转振动来使与其相连的反射镜随之振动以达到扫描的效果，由于大部分的能量都消耗在振镜电机的转动惯量及其摩擦力上，只有小部分用于反射镜的振动，因此，导致其扫描效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光学扫描识别系统，以解决现有的扫描识别系统扫描效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光学扫描识别系统，包括：

激光光源，用于发射激光；

光处理系统，用于对所述激光光源发出的激光进行准直处理，并将所述处理后的激光反射至光学扫描系统；

光学扫描系统，所述光学扫描系统包括MEMS微转镜和MEMS驱动电路，所述MEMS驱动电路用于控制所述MEMS微转镜的扫描角度，以将所述处理后的激光调整为不同角度的扫描激光，并将所述扫描激光反射至待识别对象；

光接收系统，用于接收所述待识别对象反射的光信号，将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别所述待识别对象的信息。

优选的，所述MEMS驱动电路通过驱动信号控制所述MEMS微转镜，并通过调整所述驱动信号的电压幅度、频率以及占空比调整所述MEMS微转镜的扫描角度。

优选的，所述光处理系统包括小孔光阑、准直透镜和反射镜；所述小孔光阑设置在所述光源的出光面；所述准直透镜设置在所述小孔光阑的出光面；所述反射镜设置在所述准直透镜的出光面，且所述反射镜将所述光线反射至所述MEMS微转镜上。

优选的，所述准直透镜镀有红光增透膜。

优选的，所述光接收系统包括两个对称设置的聚光镜和两个光电探测器；

所述聚光镜的凹面朝向所述待识别对象，用于接收所述待识别对象反射的光信号，并将所述光信号反射至所述光电探测器；

所述光电探测器一一对应设置在所述聚光镜的焦点处，所述光电探测器用于接收所述聚光镜反射的光信号，将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别所述待识别对象。

优选的，所述聚光镜和对应的所述光电探测器之间还具有滤波装置，以对所述聚光镜反射的光信号进行窄带滤波。

优选的，所述聚光镜的凹面的曲率半径为10mm。

优选的，所述聚光镜背向所述待识别对象的表面镀有金属反射膜。

优选的，所述激光光源通过管座固定，且所述管座为所述激光光源的散热器。

优选的，所述激光光源发射的激光的波长为650nm。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的光学扫描识别系统，光学扫描系统包括MEMS微转镜和MEMS驱动电路，所述MEMS驱动电路通过静电触发的方式控制所述MEMS微转镜的扫描角度，从而使得所述MEMS微转镜的扫描角度范围大，扫描效率高，且使得所述光学扫描识别系统的体积较小、重量轻、耐用性好、价格低廉、抗振动、易封装；此外，MEMS驱动电路可以使MEMS微转镜在两个方向上产生振动，从而实现了一维或二维的信息采集功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的一种光学扫描识别系统的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的一种光学扫描识别系统的各组件的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的光学扫描多采用扫描棱镜系统或电磁振镜系统，但是，扫描棱镜系统和电磁振镜系统均具有扫描效率低的问题。

基于此，本发明提供了一种光学扫描识别系统，以克服现有技术存在的上述问题，包括：

激光光源，用于发射激光；光处理系统，用于对所述光源发出的激光进行准直处理，并将所述处理后的激光反射至光学扫描系统；光学扫描系统，所述光学扫描系统包括MEMS微转镜和MEMS驱动电路，所述MEMS驱动电路用于控制所述MEMS微转镜的扫描角度，以将所述处理后的激光调整为不同角度的扫描激光，并将所述扫描激光反射至待识别对象；光接收系统，用于接收所述待识别对象反射的光信号，将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别所述待识别对象。

本发明所提供的光学扫描识别系统，光学扫描系统包括MEMS微转镜和 MEMS驱动电路，所述MEMS驱动电路通过静电触发的方式控制所述MEMS微转镜的扫描角度，从而使得所述MEMS微转镜的扫描角度范围大，扫描效率高，且使得所述光学扫描识别系统的体积较小、重量轻、耐用性好、价格低廉、抗振动、易封装；此外，MEMS驱动电路可以使MEMS微转镜在两个方向上产生振动，从而实现了一维或二维的信息采集功能。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面通过实施例进行详细描述。

本发明的一个实施例提供了光学扫描识别系统，本实施例提供的光学扫描识别系统可以广泛集成到如手持式扫描器、数据采集终端、医疗仪器、移动打印机及其他自动识别设备等。

如图1所示，本实施例提供的光学扫描识别系统包括激光光源10、光处理系统20、光学扫描系统30和光接收系统40。

其中，激光光源10用于发射激光，优选的，所述激光光源10发射的激光的波长为650nm，当然，本发明并不仅限于此。该激光光源10通过管座固定，并且，所述管座为所述激光光源10的散热器。散热器可以使得半导体激光器即激光光源10的工作温度更稳定，能够保持输出的激光的波长和功率的稳定性。

光处理系统20用于对所述激光光源10发出的激光进行准直处理，并将所述处理后的激光反射至光学扫描系统30。优选的，如图2所示，所述光处理系统20包括小孔光阑201、准直透镜202和反射镜203；

所述小孔光阑201设置在所述激光光源10的出光面，用于控制所述激光光 源10出射的激光光束的光斑尺寸，所述小孔光阑201的通光孔的大小可以通过扫描的分辨率来确定；

所述准直透镜202为大数值孔径的非球面准直透镜，且所述准直透镜202设置在所述小孔光阑201的出光面，用于对所述激光光束进行准直，即可以有效压缩所述激光光束的发散角度，增加所述激光光束的扫描距离；所述准直透镜202设置在所述小孔光阑201和反射镜203之间，且所述准直透镜202通过紫外胶与所述小孔光阑201固定，进一步优选的，所述准直透镜202朝向所述小孔光阑201的一侧具有红光增透膜。

所述反射镜203设置在所述准直透镜202的出光面，且所述反射镜203将所述光线反射至所述光学扫描系统30中的基于MEMS(Micro-electromechanical Systems，微机电系统)的微转镜上。可选地，所述反射镜203与所述激光光束的出射方向呈45度角，当然，本发明并不仅限于此。

光学扫描系统30包括MEMS微转镜和MEMS驱动电路，所述MEMS驱动电路用于控制所述MEMS微转镜的扫描角度，以将所述处理后的激光调整为不同角度的扫描激光，并将所述扫描激光反射至待识别对象00。具体地，所述MEMS微转镜是采用静电扫描原理来进行驱动扫描的，该MEMS微转镜具有体积小和功耗低等优点，其转动角度在+/-20度以上，封装尺寸在10*10mm左右，所述MEMS驱动电路通过驱动信号控制所述MEMS微转镜，并通过调整所述驱动信号的电压幅度、频率以及占空比调整所述MEMS微转镜的扫描角度。

光接收系统40用于接收所述待识别对象反射的光信号，将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别所述待识别对象。如图2所示，所述光接收系统包括两个对称设置的聚光镜401和两个光电探测器402；

所述聚光镜401的凹面朝向所述待识别对象00，用于接收所述待识别对象00反射的光信号，并将所述光信号反射至所述光电探测器402；如图2所示，聚光镜401为凹面反射镜，所述反射镜的凹面朝向所述待识别对象00，且所述聚光镜401背向所述待识别对象00的表面镀有金属反射膜如银等，进一步优选的，所述聚光镜401的凹面曲率半径为10mm，材料为玻璃；此外，两个对称的聚光镜401之间具有一孔，且该孔处放置有一定形状的光缆，使得扫描激光通过光阑进入到待识别对象00的扫描区域，然后被待识别对象00反射的光信号再通过聚光镜401的凹面反射面聚焦到焦点处的光电探测器402的光敏面 上；

所述光电探测器402一一对应设置在所述聚光镜401的焦点处，所述光电探测器402用于接收所述聚光镜401反射的光信号，将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别所述待识别对象的信息。优选的，所述聚光镜401和对应的所述光电探测器402之间还具有滤波装置，以对所述聚光镜401反射的光信号进行窄带滤波。

参考图2，本实施例提供的光学扫描识别系统的工作过程为：激光光源10发射的激光经过小孔光阑201和准直透镜202处理后成为发散角极小的准直光束，反射镜203将该准直光束反射至MEMS微转镜上，该MEMS微转镜是由MEMS驱动电路控制的可大角度振动的反射镜，该MEMS微转镜将准直光束反射至待识别对象00的表面的不同区域，该准直光束经过待识别对象00表面的明暗反射后返回，通过两个对称设置的聚光镜401进行光线接收采集之后，将采集到的光线聚焦到光电探测器402上，该光电探测器402将光信号转换为电信号，经过后端的信号放大、整形、量化和译码等后完成扫描，并获得待识别对象00的待识别信息。

本实施例提供的光学扫描识别系统，光学扫描系统包括MEMS微转镜和MEMS驱动电路，所述MEMS驱动电路通过静电触发的方式控制所述MEMS微转镜的扫描角度，从而使得所述MEMS微转镜的扫描角度范围大，扫描效率高，且使得所述光学扫描识别系统的体积较小、重量轻、耐用性好、价格低廉、抗振动、易封装；此外，MEMS驱动电路可以使MEMS微转镜在两个方向上产生振动，从而实现了一维或二维的信息采集功能。

本实施例提供的光学扫描识别系统，光路整体设计适合小型化集成封装，内部光路结构简单，稳定性和能量利用率均较高；并且，本实施例通过两组对称式的凹面反射镜来采集接收光线，实现了大角度范围、大景深范围和高分辨率的扫描。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其 它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光学扫描识别系统，其特征在于，包括：

激光光源，用于发射激光；

光处理系统，用于对所述激光光源发出的激光进行准直处理，并将所述处理后的激光反射至光学扫描系统；

光学扫描系统，所述光学扫描系统包括MEMS微转镜和MEMS驱动电路，所述MEMS驱动电路用于控制所述MEMS微转镜的扫描角度，以将所述处理后的激光调整为不同角度的扫描激光，并将所述扫描激光反射至待识别对象；

光接收系统，用于接收所述待识别对象反射的光信号，将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别所述待识别对象的信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MEMS驱动电路通过驱动信号控制所述MEMS微转镜，并通过调整所述驱动信号的电压幅度、频率以及占空比调整所述MEMS微转镜的扫描角度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光处理系统包括小孔光阑、准直透镜和反射镜；所述小孔光阑设置在所述激光光源的出光面；所述准直透镜设置在所述小孔光阑的出光面；所述反射镜设置在所述准直透镜的出光面，且所述反射镜将所述光线反射至所述MEMS微转镜上。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述准直透镜镀有红光增透膜。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光接收系统包括两个对称设置的聚光镜和两个光电探测器；

所述聚光镜的凹面朝向所述待识别对象，用于接收所述待识别对象反射的光信号，并将所述光信号反射至所述光电探测器；

所述光电探测器一一对应设置在所述聚光镜的焦点处，所述光电探测器用于接收所述聚光镜反射的光信号，将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行译码，以识别所述待识别对象。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述聚光镜和对应的所述光电探测器之间还具有滤波装置，以对所述聚光镜反射的光信号进行窄带滤波。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述聚光镜的凹面的曲率半径为10mm。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述聚光镜背向所述待识别对象的表面镀有金属反射膜。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光光源通过管座固定，且所述管座为所述激光光源的散热器。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光光源发射的激光的波长为650nm。