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基于MEMS微镜的混合式扫描同步设计

2021年电子技术应用第7期

周珏1，2，吴东岷2

1.中国科学技术大学微电子学院，安徽合肥230026； 2.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏苏州215000

摘要： 为了解决MEMS微镜扫描角度较小的缺点，设计了一种MEMS微镜与无刷电机同步扫描系统。该系统由STM32微控制器、DDS驱动电路、相位检测电路组成。通过设计光栅码盘实现对无刷电机速度的测量，由PID算法控制电机转速使电机反馈信号与MEMS微镜反馈信号频率相同，并检测两路反馈信号的相位差，调节DDS驱动信号的相位实现相位同步。实验表明，系统工作稳定，相位误差不超过1.5%。

關(guān)鍵詞： MEMS STM32微控制器 DDS 激光扫描相位同步

中圖分類號(hào)： TP273+.5；TN41
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211300
中文引用格式： 周玨，吳東岷. 基于MEMS微鏡的混合式掃描同步設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(7)：92-96.
英文引用格式： Zhou Jue，Wu Dongmin. Design of hybrid scanning synchronization based on MEMS micromirror[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：92-96.

Design of hybrid scanning synchronization based on MEMS micromirror

Zhou Jue1，2，Wu Dongmin2

1.School of Microelectronics，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China； 2.Suzhou Institue of Nano-Tech and Nano-Bionics，Chinese Academy of Sciences，Suzhou 215000，China

Abstract： In order to solve the shortcoming of narrow scanning angle of micro-electro-mechanical system(MEMS) micromirror,a synchronous scanning system of MEMS micromirror and brushless motor was designed.The system consists of STM32 microcontroller,direct digital synthesis(DDS) drive circuit,and phase detection circuit.The speed measurement of the brushless motor is realized by designing the grating code disc.The proportion integration differentiation(PID) algorithm controls the motor speed so that the motor feedback signal and the MEMS micromirror feedback signal have the same frequency and the phase difference of the two feedback signals can be detected. Adjust the phase of DDS drive signal to achieve phase synchronization.Experiments show that the system works stably and the phase error does not exceed 1.5%.

Key words : MEMS；STM32 microcontroller；DDS；laser scanning; phase synchronization

0 引言

激光掃描在激光雕刻、激光雷達(dá)、激光精密打標(biāo)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。目前激光掃描方式主要分為振鏡掃描、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)微鏡掃描以及轉(zhuǎn)鏡掃描^[1]。

振鏡掃描是指振鏡電機(jī)帶動(dòng)反射鏡偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而使入射到反射鏡表面的光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)掃描^[2]。振鏡掃描方式由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其掃描速度較慢，掃描頻率一般為20 Hz左右，掃描角度一般為20°×20°。

MEMS微鏡采用微機(jī)電系統(tǒng)工藝，相比機(jī)械振鏡具有體積小、諧振頻率高、光學(xué)特性好的優(yōu)點(diǎn)^[3]，由于其工作在諧振頻率處，快軸掃描頻率能達(dá)到27 kHz，掃描角度一般為40°×10°^[4]。

轉(zhuǎn)鏡掃描是一種比較常見(jiàn)的機(jī)械掃描方式，其物面掃描點(diǎn)的形狀是線狀的。有些商業(yè)LIDAR(Light Detection and Ranging)系統(tǒng)采用這種方式。轉(zhuǎn)鏡掃描具有轉(zhuǎn)速高、掃描速度大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)^[5]。但轉(zhuǎn)鏡相比MEMS微鏡，掃描圖像分辨率較低。

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作者信息：

周玨1，2，吳東岷2

(1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 微電子學(xué)院，安徽合肥230026；

2.中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，江蘇蘇州215000)

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