CN205301703U - 一种激光光幕投影扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种激光光幕扫描投影装置，包括：激光器、光学透镜组、扫描振镜、遮挡窗和控制系统；其中，激光器提供连续或间断的平行光束；光学透镜将平行光束汇聚后发散成线型光束；扫描振镜镜面能够绕回转轴来回旋转将线型光束往复扫描成平面光幕投影；遮挡窗用来遮挡多余线型光束。本实用新型由于采用平行光束直接整形并投影到扫描振镜上，相比一般投影系统有更小的体积和更低的功耗。

Description

一种激光光幕投影扫描装置

【技术领域】

本实用新型涉及激光投影领域，尤其涉及微型激光光幕投影扫描装置。

【背景技术】

在激光投影装置中，将特定图案照射到待测物体上，再通过拍摄被物体表面调制的图案计算出物体的信息，是目前常用的一种3D扫描成像技术。扫描图案是3D扫描成像中一个重要技术，是3D扫描成像质量的制约因素。基于扫描振镜的激光光幕投影扫描装置，可实现高质量可调节的光幕，而且，可以节省大量的体积和重量。例如在手机等移动设备上，由于尺寸的限制，需要体积微小的投影扫描系统。

【实用新型内容】

本实用新型提供一种激光光幕投影扫描装置，实现激光扫描和投影的功能，并拥有较小的体积和功耗。

本实用新型采用以下技术方案：

一种激光投影光幕扫描装置，包括设置在壳体内的激光器、光学透镜组、扫描振镜和遮挡窗，其中，所述光学透镜组和扫描振镜依次排列在激光器出射光线的路径上；所述光学透镜组包括依次布置在激光器和扫描振镜之间的准直透镜和散射透镜。

所述扫描振镜进一步包括有回转轴和基座，所述回转轴连接反射镜和基座，在静止状态下，回转轴保持反射镜和基座在同一平面上。

所述回转轴连接反射镜中间位置，保证反射镜绕回转轴做对称旋转。

所扫描描镜与平行光束呈45°配置。

所述反射镜镜面设有镀层，该镀层为金或者铝。

所述基座、回转轴和反射镜采用硅片刻蚀而成。

所述壳体开设有遮挡窗，保证：中心较均匀的光线可以自该遮挡窗射出，而周围不均匀的光线不能射出。

所述准直透镜为球面镜、半球面镜或其他非球面镜，以将激光器发出的光线汇聚成平行光束；当散射透镜为柱面透镜时，其横截面是圆形或半圆形，纵切面是矩形，当散射透镜的横截面为非球面或者半非球面，纵切面是矩形，保证将平行光束进行散射。

所述散射透镜包括前镜面和后镜面，当光束进入散射透镜前镜面至后镜面出射时，光束被汇集并在出射后镜面后开始汇集成焦点，经过焦点后光束继续被发散成散射光束。

该激光光幕投影扫描装置进一步设置有控制系统，保证：激光器工作时，所述扫描振镜与激光光线成45°夹角，当激光器不工作时，所述扫描振镜与激光光线成-45°夹角。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的激光光幕投影扫描装置，采用光学透镜组，将单点的激光光源提前整形成线型光束，使扫描振镜由两轴扫描降低为单轴扫描。使得扫描装置的成本、尺寸和功耗大为降低。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述激光光幕投影扫描装置的原理图，其中，图1(a)为正视图，图1(b)为俯视图；

图2为本实用新型所述光学透镜的立体结构示意图；

图3为本实用新型所述光学透镜的结构示意图，其中，图3(a)的正视图，图3(b)为另一角度的结构示意图；

图4为本实用新型所述光学透镜组仿真示意图，其中，图4(a)为正视图，图4(b)为俯视图，图4(c)为左视图；

图5为第二种光学透镜组的散射透镜的仿真示意图，其中，散射透镜是一个柱面透镜，其出射面的水平面截面是圆形，其垂直面截面是矩形；

图6为第三种光学透镜组的散射透镜的仿真示意图，其中，散射透镜是一个鲍威尔透镜，其出射面的水平面截面是非球面，其垂直面截面是矩形；

图7为本实用新型所述扫描振镜的结构示意图；

图8为本实用新型所述遮挡窗的结构示意图；

图9为本实用新型装置包括有控制系统的结构示意图。

【具体实施方式】

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例的激光光幕投影扫描装置适用于激光光幕扫描投影应用，本实用新型实施例并不限定，下面实施例中仅用二维光学扫描装置进行说明。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本实用新型激光光幕投影扫描装置一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例的激光投影扫描装置，包括：

安装在壳体1内的激光器2、光学透镜组3、扫描振镜5、遮挡窗6和控制系统；

请结合图2和图3所示，激光器2提供激光光源；光学透镜组3包括准直透镜202和散射透镜203，所示准直透镜202和散射透镜203的中心与激光器2激光的发射路线重合；请结合图7所示，扫描振镜5包括反射镜303、回转轴302和基座301；所述基座301、回转轴302和反射镜303采用硅片光刻而成，所述反射镜303的表面涂有金层。遮挡窗6为遮光窗，在壳体1的表面开设窗口而成，其作用在于：中心较均匀的光线可以自该遮挡窗射出，而周围不均匀的光线不能射出。控制系统包括激光器控制系统和扫描振镜控制系统，保证当激光器工作时，所述扫描振镜与激光光线成45°夹角，当激光器不工作时，所述扫描振镜与极光光线成-45°夹角。

激光器2发射激光光束，依次通过准直透镜202和散射透镜203，汇聚后并散射成线型光束，汇聚的焦距落于扫描振镜5的反射镜303上，经反射镜303反射并发散。反射镜203往复转动，将线型光束扫描成二维投影。

图2为本实用新型中光学透镜组的机构示意图。

激光器2发射的为散射激光束，光学透镜组的准直透镜202将入射的散射激光束汇聚整形成平行光束。

在一些实施例中，准直透镜202是球面镜，在另外一些实施例中，准直透镜202是非球面透镜，例如，半球面透镜。准直透镜202的作用是将激光器2发出的光线汇聚成平行光束，或者接近于平行光束，以便光束能够进入散射透镜。

在一些实施例中，散射透镜是柱面透镜，其横截面是圆形或半圆形，纵切面是矩形。其作用是在水平方向对入射光束进行散射。而在另外一些实施例中，散射透镜的横截面是非球面或者半非球面，纵切面是矩形，作用相同。

当光束进入散射透镜前镜面至后镜面出射时，光束被汇集并在出射后镜面后开始汇集成焦点，经过焦点后光束继续被发散成散射光束。此情况只发散在水平面，由于垂直面透镜为矩形，并不对光束产生汇总或者发散。因此，最终经过光学透镜组的光束被散射成带焦点的线型光束。

如图2以及图3所示，激光器2光束从出射到经过光学透镜组后，形成一个先汇聚后散射的线型光束。在出射后会形成焦点，此焦点有较小的光斑能够投射在扫描振镜反射镜的反射面上。

在一些实施例中，以上出射光束先汇聚再散射，使之有一个较小的焦点，从而可以投射在较小的反射镜上。

如图4所示，是模拟散射透镜如何将激光光束散射成线型光束。入射散射透镜的平行光激光束，经过散射透镜后汇聚成一个焦点并继续散射成线型光束。

在另外一些实施例中，以上出射光束也可以直接散射，投射在反射镜中。

如图5所示，在其中一个实施例中，可以从细节上看到，从光路模拟可以看出，光学透镜组是如何将一束平行光束散射成线性光束：其在一个平面上是散射光束，而在相对应的垂直面上并不发生散射。其中，散射透镜是一个柱面透镜，其出射面的水平面截面是圆形，其垂直面截面是矩形。

如图6所示，在另外一个实施例中，从光路模拟可以看出，透镜组是如何将一束平行光束散射成线性光束：其在一个平面上是散射光束，而在相对应的垂直面上并不发生散射。其中，散射透镜是一个鲍威尔透镜，其出射面的水平面截面是非球面，其垂直面截面是矩形。

如图7所示，MEMS扫描振镜的结构示意图，在一些实施例中，扫描振镜5包含反射镜303，回转轴302和基座301。扫描振镜5的反射镜303是激光入射光束的反射面。入射光束是如前所述的散射光束，经反射镜反射后继续散射，形成一个具有角度的散射线型光束。反射镜绕回转做往复振动，将线型光束扫描成二维投影。

如图8所示，遮挡窗的结构示意图。经反射镜反射和扫描的二维光束，会形成一个较大的二维投影。遮挡窗的作用是过滤边缘部分的光线投影，留下中间部分的光学投影。而且，在大部分的实施例中，散射光束的边缘部分的能量分别是不均匀的，或者不需要的。经由遮挡窗遮挡后形成一个合适的光学扫描投影面。

如图9所示控制系统，应当具备激光器能量调制功能，扫描振镜振动的控制功能和扫描振镜扭转角度信息提取功能，可以在外部指令或内部指令的控制下控制扫描镜运动和激光器的亮度，使得实现特定的光幕图案。

本实用新型具体使用过程为：激光器产生散射激光光束，通过透镜组整形后形成线型光束，由扫描振镜的反射镜反射出去，同时，通过遮挡窗调整出射角度。由于控制系统系统控制激光器的明灭强度和扫描振镜的转动频率、幅值和相位，因此能够形成所需要的二维投影。

本实用新型提供的激光光幕投影扫描装置，由于采用特定的光学透镜组，能够将单点的激光光源提前整形成线型光束，使扫描振镜由两轴扫描降低为单轴扫描。再通过协同控制方法，即能输出所需二维投影。使得扫描装置的成本、尺寸和功耗大为降低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种激光光幕投影扫描装置，其特征在于：包括设置在壳体(1)内的激光器(2)、光学透镜组(3)、扫描振镜(5)和遮挡窗(6)，其中，所述光学透镜组(3)和扫描振镜(5)依次排列在激光器(2)出射光线的路径上；所述光学透镜组(3)包括依次布置在激光器(2)和扫描振镜(5)之间的准直透镜(202)和散射透镜(203)。

2.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描装置，其特征在于：所述扫描振镜(5)进一步包括有回转轴(302)和基座(301)，所述回转轴(302)连接反射镜(303)和基座(301)，在静止状态下，回转轴(302)保持反射镜(303)和基座(301)在同一平面上。

3.根据权利要求2所述的激光光幕投影扫描装置，其特征在于：所述回转轴(302)连接反射镜(303)中间位置，保证反射镜(303)绕回转轴(302)做对称旋转。

4.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描装置，其特征在于：所扫描描镜(5)与平行光束呈45°配置。

5.根据权利要求2所述的激光光幕投影扫描装置，其特征在于：所述反射镜镜面设有镀层，该镀层为金或者铝。

6.根据权利要求2所述的激光光幕投影扫描装置，其特征在于：所述基座(301)、回转轴(302)和反射镜(303)采用硅片刻蚀而成。

7.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描装置，其特征在于：所述壳体开设有遮挡窗(6)，保证：中心较均匀的光线可以自该遮挡窗射出，而周围不均匀的光线不能射出。

8.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描装置，特征在于：所述准直透镜(202)为球面镜、半球面镜或其他非球面镜，以将激光器(2)发出的光线汇聚成平行光束；当散射透镜为柱面透镜时，其横截面是圆形或半圆形，纵切面是矩形，当散射透镜的横截面为非球面或者半非球面，纵切面是矩形，保证将平行光束进行散射。

9.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描装置，特征在于：所述散射透镜包括前镜面和后镜面，当光束进入散射透镜前镜面至后镜面出射时，光束被汇集并在出射后镜面后开始汇集成焦点，经过焦点后光束继续被发散成散射光束。

10.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描装置，特征在于：该激光光幕投影扫描装置进一步设置有控制系统，保证：激光器工作时，所述扫描振镜与激光光线成45°夹角，当激光器不工作时，所述扫描振镜与激光光线成-45°夹角。