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%。
中图分类号： TP273+.5；TN41
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211300
中文引用格式： 周珏，吴东岷. 基于MEMS微镜的混合式扫描同步设计[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211300
中文引用格式： 周珏，吴东岷. 基于MEMS微镜的混合式扫描同步设计[J].电子技术应用，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
激光扫描在激光雕刻、激光雷达、激光精密打标等领域都有广泛的应用。目前激光扫描方式主要分为振镜扫描、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)微镜扫描以及转镜扫描[1]。
振镜扫描是指振镜电机带动反射镜偏转，进而使入射到反射镜表面的光束发生偏转，实现扫描[2]。振镜扫描方式由于其机械结构导致其扫描速度较慢，扫描频率一般为20 Hz左右，扫描角度一般为20°×20°。
MEMS微镜采用微机电系统工艺，相比机械振镜具有体积小、谐振频率高、光学特性好的优点[3]，由于其工作在谐振频率处，快轴扫描频率能达到27 kHz，扫描角度一般为40°×10°[4]。
转镜扫描是一种比较常见的机械扫描方式，其物面扫描点的形状是线状的。有些商业LIDAR(Light Detection and Ranging)系统采用这种方式。转镜扫描具有转速高、扫描速度大、稳定性好的优点[5]。但转镜相比MEMS微镜，扫描图像分辨率较低。
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作者信息：
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)
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