CN210155427U - 一种包含光电检测器的扫描器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光电检测和光学成像技术领域，具体公开了一种包含光电检测器的扫描器，包括驱动器和扫描组件，所述扫描组件包括依次固定连接的光电检测器、超薄片、滤光薄膜和表层薄膜，光电检测器固定在驱动器上，表层薄膜为偏振分光薄膜或二向色镜薄膜。本方案中的扫描器可以减小各元件体积从而缩小系统体积。

Description

一种包含光电检测器的扫描器

技术领域

本实用新型涉及光电检测和光学成像技术领域，尤其涉及一种包含光电检测器的扫描器。

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系统(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)-光电检测器方案的系统结构对于某些对设备体积要求非常高的应用，如包括微型激光雷达模块、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)等，结构过于复杂，体积庞大，购买费用高达数百万美元，并且无法通过缩小全部元件的方法来缩小系统的体积，使用、移动和安装均即为不变。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种减小各元件体积从而缩小系统体积的包含光电检测器的扫描器。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种包含光电检测器的扫描器，包括驱动器和扫描组件，扫描组件包括依次固定连接的光电检测器、超薄片、滤光薄膜和表层薄膜，光电检测器固定在驱动器上，表层薄膜为偏振分光薄膜或二向色镜薄膜。

本方案的有益效果为：

1.当本方案中的镜面用于反射光线，当扫描器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，采用偏振分光薄膜作为表层薄膜，偏振分光薄膜用于反射入射的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转动，由被观测物体反射后再次经过外部波片后偏振方向再次转动后，形成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薄膜，并经过滤光薄膜的过滤，照射在光电检测器上实现光电转换。

本方案中的扫描器能够实现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、将激发光滤除和进行光电转换四个功能，而不再需要单独的四个器件分别实现这四个功能，能够减少微型成像探头内器件的数量，微型成像探头的体积和重量均得以减小。

2.当本方案中的扫描器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，采用二色镜薄膜作为表层薄膜，二向色镜薄膜用于将激发光反射到被观测物体上，被观测物体激发的发射光穿过二向色镜薄膜，滤光薄膜用于滤出剩余的激发光，光电检测器接收穿过的滤光薄膜的发射光实现光电转换。

进一步，滤光薄膜为镀在超薄片上的光学薄膜。

本方案的有益效果为：本方案中的滤光薄膜较薄，进一步减小扫描器的体积。

进一步，驱动器上固定有第一转轴，第一转轴与驱动器同轴。

本方案的有益效果为：驱动器在使用过程中需要转动，驱动器上固定有第一转轴，在安装时不需要将驱动器与外部的转动件固定，安装更为方便。

进一步，超薄片为轴对称形状。

本方案的有益效果为：本方案中的超薄片加工更为方便

进一步，扫描组件设有多个，且多个扫描组件沿第一转轴周向固定在驱动器上。

本方案的有益效果为：扫描成像时，为了保证能够形成二维图像，在单位时间内需要多点进行扫描，故扫描组件需要不断偏转，从而完成若干次扫描，若仅设置一个扫描组件，扫描时扫描组件需要转动较大角度才能完成扫描一次，扫描组件的转动速度需要极快；但本方案中的扫描器包括多个扫描组件，扫描时，扫描组件只需要转动较小角度即可使下一扫描组件对待扫描的点进行扫描，扫描组件的转动速度可以稍慢，故对驱动件的要求比仅设置一个扫描组件的扫描器更低。

进一步，第一转轴的数量为两个，且两个第一转轴分别位于驱动器的两端。

本方案的有益效果为：两个第一转轴分别位于驱动器的两端，两个第一转轴均可受力，驱动器两端受力均匀，不会发生歪斜。

进一步，超薄片和滤光薄膜均为矩形。

本方案的有益效果为：本方案中的驱动器的侧壁为矩形，与圆形、椭圆形等具有弧形边缘的超薄片相比，本方案中的超薄片为矩形与驱动器的侧壁形状相同，在驱动器的侧壁尺寸相同的情况下，本方案中的超薄片能更好的覆盖驱动器的侧壁，避免出现没有超薄片的空隙。

进一步，扫描组件外周设有环状的外框，第一转轴与外框转动连接，外框上固定有第二转轴，第二转轴与驱动器同轴，且第一转轴与第二转轴垂直。

本方案的有益效果为：本方案中的驱动器能够以第一转轴和第二转轴转动中心转动，而第一转轴和第二转轴垂直，故驱动器能在两个方向上转动，实现二维扫描。

进一步，超薄片为圆形。

本方案的有益效果为：本方案中的扫描器以第一转轴和第二转轴为转动中心转动时，由于超薄片为圆形，超薄片侧壁不存在尖角，不会损伤扫描器周围的器件。

进一步，超薄片远离光电检测器的一侧设有环状的凹槽，凹槽位于超薄片的边缘，滤光薄膜以及表层薄膜位于凹槽内侧。

本方案的有益效果为：在加工滤光薄膜时，由于凹槽的存在，可以避免滤光薄膜和偏振分光薄膜被加工至超薄片外周，减小加工难度。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的立体示意图；

图2为本实用新型实施例1中的扫描器应用的示意图；

图3为本实用新型实施例1中的扫描器工作的原理图；

图4为本实用新型实施例2的立体示意图；

图5为本实用新型实施例2中的扫描器工作的原理图；

图6为本实用新型实施例3的立体示意图；

图7为本实用新型实施例4的立体示意图；

图8为本实用新型实施例5的立体示意图。

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：光电检测器1、偏振分光薄膜2.1a、二向色镜薄膜2.1b、超薄片2.2、滤光薄膜2.3、凹槽2.4、驱动器3、第一转轴4、外框5、第二转轴51。

实施例1

一种包含光电检测器的扫描器，如图1所示，包括驱动器3和扫描组件，本实施例中的驱动器3选用微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，具体的，采用MEMSCAP公司的表面微加工工艺SOIMUMP，扫描组件包括依次设置的光电检测器1、超薄片2.2、滤光薄膜2.3和偏振分光薄膜2.1a。其中光电检测器1可为光电二极管、光电三极管、光电倍增管、电荷耦合器件、金属半导体氧化物器件，具体的，本实施例中的光电检测器1为光电二极管。超薄片2.2和滤光薄膜2.3均为轴对称形状，具体的，本实施例中的光电检测器1、超薄片2.2和滤光薄膜2.3均为圆柱状。

其中超薄片2.2选用对波长为390nm～1720nm的光具有50％以上透射率的材质，具体的，超薄片2.2的材质为光学玻璃、高分子聚合物或半导体材料中的一种或多种的混合物，本实施例中的超薄片2.2选用光学玻璃材质。其中滤光薄膜2.3和偏振分光薄膜2.1a为依次镀在超薄片2.2上的光学薄膜。

本实施例中的驱动器3的上侧壁为平面，光电检测器1与驱动器3的平面键合固定，超薄片2.2与光电检测器1远离驱动器3的侧壁键合固定。驱动器3的两端均键合固定有第一转轴4，驱动器3和两个第一转轴4同轴。

本实施例中的扫描器的具体工作过程如下：

如图2和图3所示，本实用新型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，外部光源发出的S线偏振光经过外部透镜准直后，由偏振分光薄膜2.1a反射，再由外部波片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使大部分反射光的偏振方向为P方向，偏振分光薄膜2.1a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2.2和滤光片由光电检测器1转换为电信号输出至外界的计算机，由计算机进行处理。

实施例2

一种包含光电检测器的扫描器，如图4所示，本实施例与实施例1不同之处在于：本实施例中未设置偏振分光薄膜2.1a，本实施例中的滤光薄膜2.3远离超薄片2.2的一侧镀有二向色镜薄膜2.1b，除此之外，本实施例中的其它结构均与实施例1相同。

本实施例中的扫描器的具体工作过程如下：

如图5所示，本实施例中的扫描器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，外部光源发出的激发光经过外部透镜准直后由外部柱状透镜聚焦成线状焦点在表层薄膜6上，经镜面反射、并被光电检测器1扫描，一维扫描光束由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，穿过多面体扫描镜的表层薄膜6、超薄片2.2和滤光薄膜2.3，并聚焦在光电检测器1上转换为电信号，最后送至外部放大电路和计算机进行处理。

实施例3

本实施例在实施例1或实施例2的基础上，如图6所示，在扫描组件外周设有环状的外框5，两个第一转轴4远离驱动器3的一端均贯穿外框5并与外框5间隙配合，外框5外壁一体成型有两个第二转轴51，两个第二转轴51分别位于外框5两侧，两个第二转轴51与驱动器3同轴，且两个第二转轴51均与第一转轴4垂直。

本实施例的扫描器对光线的检测原理与实施例1或实施例2相同，只是在扫描过程中，本实施例中的扫描器可以第一转轴4和第二转轴51为转动中心，实现二维扫描。

实施例4

与实施例1和实施例2不同之处在于，如图7所示，本实施例中的驱动器3外形不同，本实施例中的驱动器3的外形为六棱柱状，且驱动器3沿径向的截面为等边六边形，且第一转轴4分别位于驱动器3的上下两端。

其次，扫描组件的数量与驱动器3侧壁的数量相同，本实施例中的扫描组件的数量为六个，六个扫描组件分别位于驱动器3的六个侧壁上，即六个扫面组件沿第一转轴4周向设置，且本实施例中的六个扫描组件的光电检测器1、超薄片2.2、滤光薄膜2.3均为矩形，而由于偏振分光薄膜2.1a或二向色镜薄膜2.1b为镀在超薄片2.2上的光学薄膜，故偏振分光薄膜2.1a或二向色镜薄膜2.1b也为矩形。本实施例的扫描器对光线的检测原理与实施例1或实施例2相同。

实施例5

与实施例1不同之处在于，如图8所示，本实施例中的超薄片2.2远离光电检测器1的侧壁上设有环状的凹槽2.4，凹槽2.4位于超薄片2.2的外缘，且凹槽2.4由蚀刻加工形成。滤光薄膜2.3和偏振分光薄膜2.1a均位于环状的凹槽2.4内侧。

本实施例中的扫描器的工作远离和方法与实施例1相同，只是本实施例中的扫描器在加工滤光薄膜2.3时，由于凹槽2.4的存在，可以避免滤光薄膜2.3和偏振分光薄膜2.1a被加工至超薄片2.2外周，减小加工难度。

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 (10)

1.一种包含光电检测器的扫描器，其特征在于：包括驱动器和扫描组件，所述扫描组件包括依次固定连接的光电检测器、超薄片、滤光薄膜和表层薄膜，所述光电检测器固定在驱动器上，所述表层薄膜为偏振分光薄膜或二向色镜薄膜。

2.根据权利要求1所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述滤光薄膜为镀在超薄片上的光学薄膜。

3.根据权利要求2所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述驱动器上固定有第一转轴，所述第一转轴与驱动器同轴。

4.根据权利要求3所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述超薄片为轴对称形状。

5.根据权利要求4所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述扫描组件设有多个，且多个扫描组件沿第一转轴周向固定在驱动器上。

6.根据权利要求5所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述第一转轴的数量为两个，且两个第一转轴分别位于驱动器的两端。

7.根据权利要求6所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述超薄片和滤光薄膜均为矩形。

8.根据权利要求3所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述扫描组件外周设有环状的外框，所述第一转轴与外框转动连接，所述外框上固定有第二转轴，所述第二转轴与驱动器同轴，且第一转轴与第二转轴垂直。

9.根据权利要求8所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述超薄片为圆形。

10.根据权利要求2所述的包含光电检测器的扫描器，其特征在于：所述超薄片远离光电检测器的一侧设有环状的凹槽，所述凹槽位于超薄片的边缘，所述滤光薄膜以及表层薄膜位于凹槽内侧。

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