CN111615659A - 微机械光偏转设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微机械光偏转设备，包括：可运动式射束偏转元件，其构造成，将输入光束偏转为输出光束；以及静态射束偏转装置，其包括多个不同取向的面，静态射束偏转装置在光的射束路径中对于可运动式射束偏转元件如此设置，从而用于可运动式射束偏转元件的输入光束和/或从可运动式射束偏转元件出来的输出光束穿过静态射束偏转装置的两个不同取向的面。

Description

微机械光偏转设备
技术领域
本发明涉及一种微机械光偏转设备。
本发明还涉及一种用于偏转光的方法。
虽然本发明一般性可应用于微机械光偏转设备，但是在此本发明参照在激光雷达系统中的微机械镜或同义的MEMS镜进行描述。
虽然本发明一般性可应用于任意类型的光学透明的遮盖件，但是在此本发明参照呈覆盖玻璃形式的光学透明的遮盖件进行描述。
虽然本发明一般性可应用于任意波长的电磁波，但是在此本发明参照可见光进行描述。
背景技术
微机械光偏转设备此外用于激光雷达系统中。这些微机械光偏转设备例如利用激光器的光束，该光束被偏转或转向，以便照射确定的区域。如果该光束达到该区域中的一个对象，那么例如可以根据散射回来的光(更准确地说是根据激光雷达系统与对象之间的光运行时间)求取出该对象与激光雷达系统之间的间隔。为此，例如可以采用微机械镜系统(MEMS镜系统)，这些微机械镜系统将光束相应地偏转或转向。通常，这种MEMS镜设备是通过透光的遮盖件来保护且密封地封闭，由此保护在其中可运动地设置的微机械镜免于环境影响。此外，这种MEMS镜设备可以在负压下运行，这提高了对于MEMS镜的可实现的偏转角。已知的是，将覆盖玻璃设置成相对于MEMS镜的零位态平行或稍微倾斜。
由文献US 2015/0370085 A1已知一种具有MEMS镜和遮盖件的微机械镜系统。在此，在遮盖件中集成有压电执行器，该压电执行器与透明层相连接用于其成型。
发明内容
在一个实施形式中，本发明提供一种微机械光偏转设备，所述设备包括可运动式射束偏转元件，所述可运动式射束偏转元件构造用于将输入光束偏转成输出光束；所述设备还包括静态射束偏转装置，所述静态射束偏转装置具有不同取向的多个面，所述静态射束偏转装置在光的射束路径中针对所述可运动式射束偏转元件如此设置，从而使得对于所述可运动式射束偏转元件的输入光束和/或从所述可运动式射束偏转元件出来的输出光束穿过所述静态射束偏转装置的不同取向的两个面。
在另一个实施形式中，本发明提供一种用于偏转光的方法，其中，借助于可运动式射束偏转元件将输入光束偏转成输出光束；并且将具有不同取向的多个面的静态射束偏转装置在光的射束路径中如此针对所述可运动式射束偏转元件如此设置，从而使得对于所述可运动式射束偏转元件的输入光束和/或从所述可运动式射束偏转元件出来的输出光束穿过所述静态射束偏转装置的不同取向的两个面。
由此实现的优点之一在于，在此避免了特别是通过遮盖件(例如覆盖玻璃)造成的静态和非静态反射。静态反射在此理解为这样的反射：这种反射并不会在所述可运动式射束偏转元件运动时与之一同运动。另一优点在于，微机械光偏转设备能够简单地制造，并且能够实现遮盖件的高程度的倾翻角度，这能实现大的视场(Field of View)。此外的优点在于，在微机械光偏转设备在负压下运行时，通过所述可运动式射束偏转元件的变形能够至少部分补偿射束轮廓变化。另一优点在于，避免了多重反射。
另一优点在于，在采用激光雷达系统的情况下，几乎完全抑制了静态反射，这提高了对眼睛的安全性。此外，使得这些激光雷达系统以较高功率的运行是可能的，从而能实现基于此的激光雷达系统的较大的作用范围。另一优点在于，至少部分抑制了动态反射，从而抑制了重影，这促成了较低的故障率和提高的安全性。同样地，使得简单的且成本有利的制造例如借助于结构及连接技术AVT是可能的。此外可以将光通过简单的方式耦入，从而简单的调节(或者说较大的制造允差)是可能的。
本发明另外的特征、优点和另外的实施形式在下文中描述或由此得以公开：
按照一个有利的改进方案，所述静态射束偏转装置具有两个光学分离区域。借助于这两个光学分离区域使得所述静态射束偏转装置的细分是可能的，从而将光路径在这些区域之间可靠地分离(或抑制)，并且由此避免了反射。
按照另一有利的改进方案，所述静态射束偏转装置构造成用于所述可运动式射束偏转元件的遮盖件。这能简单地制造同时可靠地保护所述可运动式射束偏转元件。此外可以省去用于所述可运动式射束偏转元件的单独的遮盖件，这降低了制造成本。
按照另一有利的改进方案，所述静态射束偏转装置以至少一个棱镜的形式构成。借助于能够一件式或多件式实施的棱镜可几乎完全抑制静态和动态反射。基于这种至少一个棱镜的楔形角，使得通过多重反射不再可以形成平行的射束。换言之，抑制了光在这种至少一个棱镜的平行平面之间的往复反射。
按照另一有利的改进方案，所述静态射束偏转装置以包括两个单独棱镜的双棱镜的形式构成，其中，这两个单独棱镜相互镜像对称地设置。借助于双棱镜可以通过简单且特别可靠的方式控制(或抑制)静态反射。
按照另一有利的改进方案，所述静态射束偏转装置设置在用于所述可运动式射束偏转元件的光学透明遮盖件上。由此实现的优点中之一在于，能实现光学透明遮盖件的机械稳定性。例如可以抵消在所述可运动式射束偏转元件在负压下运行时呈覆盖玻璃形式的光学透明遮盖件的弯拱。
按照另一有利的改进方案，所述静态射束偏转装置借助于胶粘剂固定在光学透明遮盖件上，其中，所述静态射束偏转装置、胶粘剂和光学透明遮盖件对于至少一个波长范围具有基本上相同的折射率。通过这种方式可以避免在所述静态射束偏转装置、胶粘剂和光学透明遮盖件之间的材料过渡部上进一步反射。
按照另一有利的改进方案，这种光学透明遮盖件防反射地构成，特别是设有防反射涂层。借此进一步降低反射。
按照另一有利的改进方案，将一射束成形元件针对输入光束和/或输出光束设置，特别是设置在所述静态射束偏转装置上。借助于这种射束成形光学器具(例如具有球形的、非球形的或任意成形的透镜)可以避免用于输入光束和/或输出光束的射束成形的额外光学构件，这能实现较低的制造成本。
按照另一有利的改进方案，所述可运动式射束偏转元件以微镜的形式构成。借助于微镜可以通过简单的且同时可靠的方式将光束偏转。
本发明另外的重要的特征和优点由从属权利要求、附图和根据附图的所属的附图说明产生。
不言而喻，上文所描述的和接下来还要阐明的特征不仅以各自提出的组合、而且也以其他组合或者单独地是可用的，而不会脱离本发明的保护范围。
附图说明
本发明优选的实施方案和实施形式在附图中示出且在接下来的说明中进一步阐明，其中，相同的附图标记涉及到相同或相似或功能相同的构件或元件。
附图示出了：
图1以示意的形式示出按照本发明的实施形式的微机械光偏转设备；以及
图2示出已知的微机械光偏转设备。
具体实施方式
图1以示意的形式示出按照本发明的实施形式的微机械光偏转设备的横截面。
在图1中示出微机械光偏转设备10。该微机械光偏转设备10包括微机械镜5，该微机械镜5借助于覆盖玻璃4保护。
微机械镜5(简称微镜)绕着垂直于图1的图平面的轴线以及绕着平行于图1的图平面的轴线能够以一角度(如虚线所标明)转动并且由此能够将光源1(例如激光器、发光二极管等)的入射光束2偏转。从光源1出来，输入光束2经由第一棱镜3和覆盖玻璃4到达微镜5上。输入光束2由微镜5反射、以确定的角度偏转、并且作为输出光束2‘经由覆盖玻璃4以及经由第二棱镜6到达对象空间中。在这两个棱镜3、6之间设置有吸收层7。因此总体而言在遮盖件4上设置有双棱镜3、6。光源1在此将输入光束2在正面从前方耦入到微机械光偏转设备10上，这能实现在输入光束2耦入时较大的调节允差。这些棱镜3、6在此具有约35°的楔形角11，这抑制了通过平行射束造成的多重反射。
具体而言，这些棱镜3、6在此这样地构成：对于横截面，这两个棱镜3、6形成具有侧边31、32、33、61、62、63的直角三角形。这些侧边32、62是相应的三角形的斜边，并且在此相对于覆盖玻璃4的平面以35°的楔形角9倾斜。侧边33、63(也就是相对于楔形角11的相应的对边33、63)相对于各自另一棱镜3、6平行地设置。在这两个侧边33、63之间设置有吸收层7。这些侧边31、61(也即这些邻边)平行于覆盖玻璃4的平面设置在覆盖玻璃4上，特别是借助于光学胶粘方法(例如紫外线胶、环氧树脂等)与覆盖玻璃4胶合。这些棱镜3、6可以借助于合成材料的注塑或者借助于玻璃的空压(Blankpressen)制造，这能实现低成本同时复杂的结构形式。
覆盖玻璃4在图1中在此平面地构成并且相对于微镜5的零位态没有倾翻。在该覆盖玻璃4上(如上所述)设置有这两个棱镜3、6，优选地，这两个棱镜3、6粘接到覆盖玻璃4的表面上。输入光束2从光源1出发到达第一棱镜3，该第一棱镜3在此具有起尽可能好的反射作用的顶面32且具有不透光的(或尽可能吸收的)侧面33、63。这两个棱镜3、6彼此借助于吸收层7光学分隔。覆盖玻璃4在此可以借助于辊压来制造，这能实现更低的成本和高的件数。
图1中的覆盖玻璃4也可以省略。换言之，这两个棱镜3、6也可以没有覆盖玻璃4地直接施加(特别是粘接)到微镜5的壳体上并且一同承担其功能。此外可以将这些棱镜3、6的楔形角11和/或这些棱镜3、6的材料参照折射率方面进行适配，以便节省材料和/或成本并且简化制造。一般地，例如0°至75°之间(特别是10°至50°之间)的楔形角11也是可行的。
此外，射束成形元件8(例如球形透镜)可以设置在第一棱镜3的表面32上(如图1所示)或者可以与第一棱镜3一件式地构成。于是可以省去附加的射束成形元件。同样地，一个或多个射束成形元件8可以设置在第二棱镜6上。
在图2中示出已知的微机械偏转设备。输入光束2在此通过微镜5在穿过覆盖玻璃4之后被偏转。在此，如果对基本上半圆形地绕着镜5设置的虚拟收集面9进行观察，那么显著地可识别出这样的反射12，这些反射12特别是由于覆盖玻璃4相对于微镜5的所示出的零位态存在大的倾翻角而出现。
总之，本发明(特别是其至少一个实施形式)具有如下优点：
-抑制静态反射；
-至少部分抑制动态反射；
-简单的成本有利的制造；
-能够实现模块式构成；
-能够实现覆盖玻璃或一般遮盖件的机械稳定化；
-光能够简单地耦入到微机械光偏转设备中；
-用于遮盖件和静态射束偏转元件(特别是棱镜)的简单的制造过程；
-更大的允差，进而更简单的调节。
虽然本发明依据优选实施例进行描述，但是本发明并不限于此，而是能够通过多种方式进行改型。

Claims (11)

1.一种微机械光偏转设备(10)，包括：
-可运动式射束偏转元件(5)，所述可运动式射束偏转元件构造用于将输入光束(2)偏转成输出光束(2‘)；和
-静态射束偏转装置(3、6)，所述静态射束偏转装置具有不同取向的多个面，所述静态射束偏转装置在光(2、2‘)的射束路径中针对所述可运动式射束偏转元件(5)设置，从而使得对于所述可运动式射束偏转元件(5)的输入光束(2)和/或从所述可运动式射束偏转元件(5)出来的输出光束(2‘)穿过所述静态射束偏转装置(3、6)的所述不同取向的多个面(31、32、61、62)中的两个面。
2.根据权利要求1所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述静态射束偏转装置(3、6)具有两个光学分离区域(3、6)。
3.根据权利要求1至2中之一所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述静态射束偏转装置(3、6)构造成用于所述可运动式射束偏转元件(5)的遮盖件。
4.根据权利要求1至3中之一所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述静态射束偏转装置(3、6)以至少一个棱镜(3、6)的形式构成。
5.根据权利要求4所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述静态射束偏转装置(3、6)以双棱镜的形式构成，该双棱镜包括两个单独棱镜(3、6)，其中，这两个单独棱镜(3、6)相互镜像对称地设置。
6.根据权利要求1至5中之一所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述静态射束偏转装置(3、6)设置在用于所述可运动式射束偏转元件(5)的光学透明的遮盖件(4)上。
7.根据权利要求6所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述静态射束偏转装置(3、6)借助于胶粘剂固定在所述光学透明的遮盖件(4)上，其中，所述静态射束偏转元件(3、6)、所述胶粘剂和所述光学透明的遮盖件(4)对于至少一个波长范围具有基本上相同的折射率。
8.根据权利要求6或7所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述光学透明的遮盖件(4)防反射地构成，特别是设有防反射涂层。
9.根据权利要求1至8之一所述的微机械光偏转设备(10)，其中，射束成形元件(8)设置用于所述输入光束(2)和/或所述输出光束(2‘)，特别是设置在所述静态射束偏转装置(3、6)上。
10.根据权利要求1至9之一所述的微机械光偏转设备(10)，其中，所述可运动式射束偏转元件(5)以微镜的形式构成。
11.一种用于偏转光的方法，其中：
借助于可运动式射束偏转元件(5)将输入光束(2)偏转成输出光束(2‘)；以及
设有静态射束偏转装置(3、6)，所述静态射束偏转装置具有不同取向的多个面(31、32、61、62)，将所述静态射束偏转装置在光(2、2‘)的射束路径中针对所述可运动式射束偏转元件(5)设置，从而使得对于所述射束偏转装置(3、6)的输入光束(2)和/或从所述可运动式射束偏转元件(5)出来的输出光束(2‘)穿过所述静态射束偏转装置(3、6)的所述不同取向的多个面(31、32、61、62)中的两个面。
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