二维振镜扫描控制技术研究
二维振镜扫描控制技术是基于激光扫描技术而发展起来的一项技术，在激光加工、高分辨打印和成像、DNA分析、药物研发、以及生物医学等领域有广泛应用。本课题针对眼科用激光振镜扫描系统进行了研究。首先介绍了国际与国内二维振镜扫描技术的发展状况，并讨论了振镜的基本结构及工作原理。然后利用ZEMAX软件对振镜扫描光路进行了理论模拟，比较了单透镜系统与双胶合透镜系统之间在扫描畸变、光斑大小及色差方面的区别，在数值模拟的基础上，设计了基于双胶合透镜的二维振镜扫描光学系统。最后建立了振镜扫描实验装置，并将振镜扫描系统作为采样光路，与光学CT相结合，开展了生物组织成像实验。关键词 振镜，光学模拟，扫描控制，畸变优化。
目 录
1诸论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2国内外研究历史与现状 1
1.2.1振镜扫描的发展历史 1
1.2.2二维振镜的国内外现状 1
1.3本文研究的主要内容 3
2二维振镜扫描系统的基本结构与工作原理 4
2.1二维振镜扫描系统的基本结构 4
2.2二维振镜扫描系统各部件的工作原理 4
2.2.1振镜头的工作原理 4
2.2.2驱动卡工作原理 5
2.2.3光束扫描系统 5
3数值模拟 6
3.1软件介绍 7
3.2单透镜望远镜系统 7
3.3双胶合透镜望远镜系统 11
3.4扫描光路优化 15
4二维振镜扫描控制及装配 19
4.1二维振镜扫描控制组成与连接 19
4.2扫描光学系统的装配 20
5二维振镜扫描实验 22
5.1角度定标 22
5.2实验结果 23
5.2.1红外卡扫描实验 23
5.2.2扫描成像实验 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 课题背景及意义
振镜是一种精密的微电机扫描产品。它的设计思路与电流表的原理毫无二致。振镜镜片替换了表针，偏转信号由计算机软件控制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
输出电流。其基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩，但与旋转电机不同，振镜转子上通过机械纽簧或电子的方法装有复位力矩，力矩大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流通过时，偏转力矩与复位力矩相同时，振镜就实现了定量偏转。
二维振镜扫描控制技术是基于激光扫描技术而发展起来的一项技术，也是激光扫描技术中应用最广泛的一种扫描方式，例如激光打标。
在激光定位应用领域，虽然有多种扫描方法可供使用，但基于振镜的光学扫描仪正在成为日益广泛的的解决方案，它以具有吸引力的成本提供扫描灵活性、速度和准确性。随着技术的不断进步，当今的振镜设备即使对于较大的光束也能提供数百??赫兹的闭环带宽，阶跃响应时间在100微妙左右，具有微弧度级别的定位分辨率，可以在较低的单轴成本下以灵活的定位控制来实现各种大角度的运动，效率高，精度高，无污染。基于振镜的光学扫描仪在生物医学领域有广泛的应用，例如共焦成像、眼科检测等。
1.2 国内外研究历史与现状
1.2.1振镜扫描的发展历史
振镜扫描，是指通过振镜电机带动反射镜发生偏转，进而引导激光光束在二维扫描平面上移动，进行扫描。在二维扫描振镜系统中，它的机械部分是由X方向和Y方向两个互相正交垂直的振镜组成的，每个振镜电机轴上都安装了一个反射镜片，这两个反射镜相互配合，通过偏转不同的角度，就可以带动激光束在二维扫描平面上扫出相应的二维图形。不同于磁场改变，也不同于电机直接驱动，振镜是由电流大小控制光束偏转，从而具有更高的准确性。
1.2.2二维振镜的国内外现状
国际市场上，激光振镜扫描系统处于领先位置的生产商为:德国施肯拉公司(SCANLAB AG)，美国的CTI公司、美国的GSI公司。，这是施肯拉公司生产的高速扫描振镜ScanLAB图1. 1。密封性好、防水防灰尘、体积小、速度快。通过控制和改变光束方向，使得定位精准、紧凑坚实、卓越的动力以及超强稳定的性能，确保了整机长时间连续无故障运行。
图1.1 ScanLAB外形图
这是实验用索雷博公司的GVS012振镜系统图1. 2，其优点为能够快速响应而设计的移动磁性电机(±0.2度是400微秒)，高精度(15微弧度)电容式反射镜位置探测，带电流抑制和误差限制器的模拟控制电路，反射镜镀膜选项，可根据要求定制镀膜等。
图1.2 GVS012外形图
国内业界有名的激光振镜生产公司是上海通用扫描公司和北京世纪桑尼科技有限公司。国际上大部分的激光振镜扫描系统应用的都是应用美国GSI公司的内核架构，仅在扫描框架、驱动方式和振镜控制方式等方面有所不同之处。
1.3 本文研究的主要内容
本文主要研究了二维振镜光学扫描系统的原理，控制机制以及光学系统的优化。利用光学模拟软件，对比了不同透镜系统对成像质量的影响。根据数值模拟结果建立了光束扫描实验装置，并成功开展了成像实验。全文分成以下几个章节：
：绪论
该章节从二维振镜扫描系统的研究背景及意义、在实际生活中的应用以及展望、国内外发展历史及现状入手，全面介绍了二维振镜扫描技术的发展进程。
：二维振镜扫描系统的基本结构与工作原理
本章阐述了二维振镜扫描系统的基本组成结构以及工作原理，并介绍了扫描系统中影响光学成像质量的因素。
第三章：数值模拟
本章通过ZEMAX软件数值模拟，比较了单透镜系统与双胶合透镜系统之间在扫描畸变、光斑大小及色差方面的区别，在数值模拟的基础上，设计了基于双胶合透镜的二维振镜扫描光学系统。
：二维振镜扫描控制及装配
本章阐述了二维扫描振镜的控制机制，及扫描光学系统的安装方法。
：二维振镜扫描实验
本章介绍了扫描光学系统的验证方法，并开张了生物样品成像实验。
总结与致谢
目 录
1诸论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2国内外研究历史与现状 1
1.2.1振镜扫描的发展历史 1
1.2.2二维振镜的国内外现状 1
1.3本文研究的主要内容 3
2二维振镜扫描系统的基本结构与工作原理 4
2.1二维振镜扫描系统的基本结构 4
2.2二维振镜扫描系统各部件的工作原理 4
2.2.1振镜头的工作原理 4
2.2.2驱动卡工作原理 5
2.2.3光束扫描系统 5
3数值模拟 6
3.1软件介绍 7
3.2单透镜望远镜系统 7
3.3双胶合透镜望远镜系统 11
3.4扫描光路优化 15
4二维振镜扫描控制及装配 19
4.1二维振镜扫描控制组成与连接 19
4.2扫描光学系统的装配 20
5二维振镜扫描实验 22
5.1角度定标 22
5.2实验结果 23
5.2.1红外卡扫描实验 23
5.2.2扫描成像实验 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 绪论
1.1 课题背景及意义
振镜是一种精密的微电机扫描产品。它的设计思路与电流表的原理毫无二致。振镜镜片替换了表针，偏转信号由计算机软件控制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
输出电流。其基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩，但与旋转电机不同，振镜转子上通过机械纽簧或电子的方法装有复位力矩，力矩大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流通过时，偏转力矩与复位力矩相同时，振镜就实现了定量偏转。
二维振镜扫描控制技术是基于激光扫描技术而发展起来的一项技术，也是激光扫描技术中应用最广泛的一种扫描方式，例如激光打标。
在激光定位应用领域，虽然有多种扫描方法可供使用，但基于振镜的光学扫描仪正在成为日益广泛的的解决方案，它以具有吸引力的成本提供扫描灵活性、速度和准确性。随着技术的不断进步，当今的振镜设备即使对于较大的光束也能提供数百??赫兹的闭环带宽，阶跃响应时间在100微妙左右，具有微弧度级别的定位分辨率，可以在较低的单轴成本下以灵活的定位控制来实现各种大角度的运动，效率高，精度高，无污染。基于振镜的光学扫描仪在生物医学领域有广泛的应用，例如共焦成像、眼科检测等。
1.2 国内外研究历史与现状
1.2.1振镜扫描的发展历史
振镜扫描，是指通过振镜电机带动反射镜发生偏转，进而引导激光光束在二维扫描平面上移动，进行扫描。在二维扫描振镜系统中，它的机械部分是由X方向和Y方向两个互相正交垂直的振镜组成的，每个振镜电机轴上都安装了一个反射镜片，这两个反射镜相互配合，通过偏转不同的角度，就可以带动激光束在二维扫描平面上扫出相应的二维图形。不同于磁场改变，也不同于电机直接驱动，振镜是由电流大小控制光束偏转，从而具有更高的准确性。
1.2.2二维振镜的国内外现状
国际市场上，激光振镜扫描系统处于领先位置的生产商为:德国施肯拉公司(SCANLAB AG)，美国的CTI公司、美国的GSI公司。，这是施肯拉公司生产的高速扫描振镜ScanLAB图1. 1。密封性好、防水防灰尘、体积小、速度快。通过控制和改变光束方向，使得定位精准、紧凑坚实、卓越的动力以及超强稳定的性能，确保了整机长时间连续无故障运行。
图1.1 ScanLAB外形图
这是实验用索雷博公司的GVS012振镜系统图1. 2，其优点为能够快速响应而设计的移动磁性电机(±0.2度是400微秒)，高精度(15微弧度)电容式反射镜位置探测，带电流抑制和误差限制器的模拟控制电路，反射镜镀膜选项，可根据要求定制镀膜等。
图1.2 GVS012外形图
国内业界有名的激光振镜生产公司是上海通用扫描公司和北京世纪桑尼科技有限公司。国际上大部分的激光振镜扫描系统应用的都是应用美国GSI公司的内核架构，仅在扫描框架、驱动方式和振镜控制方式等方面有所不同之处。
1.3 本文研究的主要内容
本文主要研究了二维振镜光学扫描系统的原理，控制机制以及光学系统的优化。利用光学模拟软件，对比了不同透镜系统对成像质量的影响。根据数值模拟结果建立了光束扫描实验装置，并成功开展了成像实验。全文分成以下几个章节：
：绪论
该章节从二维振镜扫描系统的研究背景及意义、在实际生活中的应用以及展望、国内外发展历史及现状入手，全面介绍了二维振镜扫描技术的发展进程。
：二维振镜扫描系统的基本结构与工作原理
本章阐述了二维振镜扫描系统的基本组成结构以及工作原理，并介绍了扫描系统中影响光学成像质量的因素。
第三章：数值模拟
本章通过ZEMAX软件数值模拟，比较了单透镜系统与双胶合透镜系统之间在扫描畸变、光斑大小及色差方面的区别，在数值模拟的基础上，设计了基于双胶合透镜的二维振镜扫描光学系统。
：二维振镜扫描控制及装配
本章阐述了二维扫描振镜的控制机制，及扫描光学系统的安装方法。
：二维振镜扫描实验
本章介绍了扫描光学系统的验证方法，并开张了生物样品成像实验。
总结与致谢
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