CN109950793A - 基于mems微镜扫描的vcsel点阵光源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其包括：VCSEL激光器以及MEMS微镜；VCSEL激光器包括：背面电极、衬底层、外延层、正面电极，正面电极、外延层、衬底层、背面电极自上而下依次层叠设置。正面电极为多个，多个正面电极以阵列形式排布于外延层上，且多个正面电极通过金属层相连接，MEMS微镜位于VCSEL激光器的出射光路上。MEMS微镜包括：反射镜以及驱动反射镜转动的驱动机构，反射镜具有第一转轴以及第二转轴，第一转轴与第二转轴相垂直。本发明通过MEMS微镜将VCSEL激光器发射的光线进行反射，快速地以点阵的方式投射到物体上，实现物体的成像，在避免了设置密集的激光器点阵的同时，提升了激光扫描的密度和成像精度。
Description
技术领域
本发明涉及VCSEL面光源技术领域，尤其涉及一种基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统。
背景技术
VCSEL器件全称为垂直腔面发射激光器，兴起于上个世纪70年代，经过近几十年的发展获得了长足的进步。相比于边发射半导体激光器，VCSEL具有激光出射方向垂直于衬底表面、可获得圆形光斑、动态单模性好、易于和其他半导体器件集成等优点。凭借这些优点VCSEL器件获得了人们的广泛关注，逐步在3D成像、光通信、光存储、激光显示和照明等领域获得了应用。
在3D成像领域中，例如VCSEL器件用于智能手机上进行人脸识别时，目前主流的VCSEL面光源系统主要通过提高激光器点阵发光点数目和密度实现高精度的3D成像。然而，上述方式存在成本高，工艺复杂的问题。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其包括：VCSEL激光器以及MEMS微镜；
所述VCSEL激光器包括：背面电极、衬底层、外延层、正面电极，所述正面电极、外延层、衬底层、背面电极自上而下依次层叠设置，所述正面电极为多个，多个正面电极以规则或者非规则阵列形式排布于所述外延层上，且多个正面电极通过金属层相连接，所述MEMS微镜位于所述VCSEL激光器的出射光路上，所述MEMS微镜包括：反射镜以及驱动所述反射镜转动的驱动机构，所述反射镜具有第一转轴以及第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴相垂直。
作为本发明的VCSEL点阵光源系统的改进，所述衬底层为导电的半导体衬底层。
作为本发明的VCSEL点阵光源系统的改进，所述外延层为高掺杂的半导体外延层。
作为本发明的VCSEL点阵光源系统的改进，任一所述外延层包括：上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构，所述上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构自上而下依次层叠设置。
作为本发明的VCSEL点阵光源系统的改进，所述驱动机构包括：金属线圈以及磁铁，所述金属线圈位于所述反射镜的外围，并与所述反射镜的四周边缘相抵靠，所述磁铁位于所述反射镜下方。
作为本发明的VCSEL点阵光源系统的改进，所述反射镜以第一转轴进行转动时，所述VCSEL激光器对扫描区域的一列进行扫描，所述反射镜以第二转轴进行转动时，所述VCSEL激光器对扫描区域的一行进行扫描。
作为本发明的VCSEL点阵光源系统的改进，通过控制MEMS微镜转动轴，实现所述VCSEL激光器对扫描区域的规则扫描或者非规则扫描。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过MEMS微镜将VCSEL激光器发射的光线进行反射，快速地以点阵的方式投射到物体上，实现物体的成像，其避免了设置密集的激光器点阵，通过一个VCSEL激光器即可实现物体的扫描成像。
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中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统的静态结构示意图，其中，多个正面电极以规则的阵列形式排布于外延层上；
图2为本发明的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源一扫描方式的示意图；
图3为本发明的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源一扫描方式的示意图；
图4为本发明的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统的静态结构示意图，其中，多个正面电极以不规则的阵列形式排布于外延层上；
图5为本发明的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源一扫描方式的示意图；
图6为本发明的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源一扫描方式的示意图；
图7为本发明的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统中MEMS微镜的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，本发明提供一种基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其包括：VCSEL激光器1以及MEMS微镜2。
所述VCSEL激光器1用于发出扫描的激光，其包括：背面电极11、衬底层12、外延层13、正面电极14。其中，所述正面电极14、外延层13、衬底层12、背面电极11自上而下依次层叠设置。进一步地，所述正面电极为多个，多个正面电极以阵列形式排布于所述衬底12上，包括规则排列点阵和不规则排列点阵，多个正面电极通过金属层相连接。如此设置，进行扫描时，所述VCSEL激光器1发出的激光以点阵形式投射于扫描区域上。优选地，所述衬底层12采用导电的半导体衬底层。所述外延层13采用高掺杂的半导体外延层。
所述外延层13包括：上DBR结构131、有源层结构132以及下DBR结构133。其中，所述上DBR结构131、有源层结构132以及下DBR结构133自上而下依次层叠设置。
如图7所示，所述MEMS微镜2用于实现所述正面电极激光的投射，并通过自身的转动，将投射的激光以点阵的方式投射到物体上，实现物体的成像。根据芯片点阵分布类型不同，分为规则阵列激光点阵的投射和不规则激光点阵的投射。根据投射方式的不同，分为激光点阵规则投射和不规则投射投射。
具体地，所述MEMS微镜2位于所述VCSEL激光器1的出射光路上。所述MEMS微镜2包括：反射镜21以及驱动所述反射镜21转动的驱动机构22。其中，所述反射镜21具有第一转轴以及第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴相垂直。在所述驱动机构22的驱动下，所述反射镜21以所述第一转轴或第二转轴为轴线进行转动。
在一个实施方式中，所述驱动机构22包括：金属线圈221以及磁铁222，所述金属线圈221位于所述反射镜21的外围，并与所述反射镜21的四周边缘相抵靠，所述磁铁222位于所述反射镜21下方，且所述金属线圈221位于所述磁铁222的磁场范围内。通过对金属线圈221中电流大小的控制，实现对MEMS微镜转动速度的控制。
金属线圈221通入电流后，反射镜21可在金属线圈221与磁铁222相互作用产生的电磁力驱动下转动，进而改变投射在反射镜21上的激光路径，以实现VCSEL激光器1的扫描。
进行扫描时，所述反射镜21以第一转轴进行转动时，所述VCSEL激光器1对扫描区域的一列进行扫描，所述反射镜21以第二转轴进行转动时，所述VCSEL激光器1对扫描区域的一行进行扫描。通过同时控制两转轴动作，所述VCSEL激光器1对扫描区域进行规则路径扫描或者非规则路径扫描。实施时，通过控制MEMS微镜转动轴转动的角度值，对规则排布VCSEL阵列及非规则排布VCSEL阵列激光器的光斑投射，实现如图2、3、5、6方式的扫描。
综上所述，本发明通过MEMS微镜将VCSEL激光器发射的光线进行折射，快速地以点阵的方式投射到物体上，实现物体的成像，其避免了设置密集激光器点阵，通过一个VCSEL激光器即可实现物体的扫描成像。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其特征在于，所述VCSEL点阵光源系统包括：VCSEL激光器以及MEMS微镜；
所述VCSEL激光器包括：背面电极、衬底层、外延层、正面电极，所述正面电极、外延层、衬底层、背面电极自上而下依次层叠设置，所述正面电极为多个，多个正面电极以规则或者非规则阵列形式排布于所述外延层上，且多个正面电极通过金属层相连接，所述MEMS微镜位于所述VCSEL激光器的出射光路上，所述MEMS微镜包括：反射镜以及驱动所述反射镜转动的驱动机构，所述反射镜具有第一转轴以及第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴相垂直。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其特征在于，所述衬底层为导电的半导体衬底层。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其特征在于，所述外延层为高掺杂的半导体外延层。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其特征在于，任一所述外延层包括：上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构，所述上DBR结构、有源层结构以及下DBR结构自上而下依次层叠设置。
5.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其特征在于，所述驱动机构包括：金属线圈以及磁铁，所述金属线圈位于所述反射镜的外围，并与所述反射镜的四周边缘相抵靠，所述磁铁位于所述反射镜下方。
6.根据权利要求1所述的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其特征在于，所述反射镜以第一转轴进行转动时，所述VCSEL激光器对扫描区域的一列进行扫描，所述反射镜以第二转轴进行转动时，所述VCSEL激光器对扫描区域的一行进行扫描。
7.根据权利要求6所述的基于MEMS微镜扫描的VCSEL点阵光源系统，其特征在于，通过控制MEMS微镜转动轴，实现所述VCSEL激光器对扫描区域的规则扫描或者非规则扫描。
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