声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置的制作方法

本发明涉及激光扫描技术领域，尤其涉及一种声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置。

背景技术：

随着工业技术和科学研究的发展，人们对光学扫描仪器的要求越来越高，既希望扫描视场的范围大，也希望扫描的速度更快。这些扫描参数的提高是通过扫描器件参数的提高实现。但是扫描器件的优化和开发是一个很长的周期，而现有的扫描器件却各有优缺点。

声光偏转器(AOD)是一种利用声光效应来改变激光方向的衍射器件。它相对机械式偏转器具有无机械惯性的特点，因此可以获得更快的扫描速度，行扫描频率可高达80kHz，二维扫描频率可高达0.5kHz～2kHz。它的缺点是扫描范围较小，在扫描超短脉冲激光时会引入色散。

共振扫描器(resonant scanner)是一种高速的机械式扫描器。它利用一个反射镜处于共振状态，从而获得高达12kHz的行扫描频率。如果在一个共振周期的正反转阶段各扫描一行，则可以获得24kHz的行扫描频率。共振扫描器在高速扫描的同时，可以保持较大的扫描范围。但其共振行频率是固定的，在实现更快的扫描速度时只能通过减小行数量，牺牲了采样密度。目前基于共振扫描器的扫描仪器最高的二维扫描频率只能达到0.5kHz。共振扫描器另外一个缺点是其扫描速度是正弦分布而非线性分布，导致了一定程度的照明不均匀。

鉴于此，本发明亟需解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够在一台机器上实现大视场刷新频率和小视场超高刷新频率的声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置，其包括声光偏转器、共振扫描器、光路切换组件和控制器，控制器首先用于控制光路切换组件使入射激光进入声光偏转器所在的第一扫描支路，或者控制光路切换组件使入射激光进入共振扫描器所在的第二扫描支路，以及控制光路切换组件使得第一扫描支路及第二扫描支路的激光束统一出射路径。

其中，光路切换组件包括第一二分之一波片、第二二分之一波片、第一偏振分光器、第二偏振分光器、第一反射镜和第二反射镜，入射激光经第一二分之一波片到达第一偏振分光器，第一偏振分光器将入射激光分为水平偏振光和垂直偏振光，控制器控制垂直偏振光进入第一扫描支路经声光偏转器再由第二反射镜反射和第二偏振分光器偏振后到达出射路径，或者控制水平偏振光依次经由第一反射镜反射后进入第二扫描支路依次经第二二分之一波片、共振扫描器和第二偏振分光器后到达出射路径。

其中，光路切换元件包括第一电动反射镜、第二电动反射镜、第一反射镜和第二反射镜，控制器控制第一电动反射镜离开光路以及使第二电动反射镜进入光路以使入射激光进入第一扫描支路通过声光偏转器再经由第二反射镜和第二电动反射镜反射后到达出射路径，或者控制第一电动反射镜进入光路以及使第二电动反射镜离开光路以使入射激光经由第一电动反射镜和第一反射镜反射后进入第二扫描支路通过共振扫描器最后达到出射路径。

其中，第二反射镜是第一检流计振镜。

其中，并行扫描装置进一步包括色散补偿单元和像散补偿单元，沿第一扫描支路的传播方向色散补偿单元、像散补偿单元和声光偏振器依次设置在第一扫描支路上。

其中，并行扫描装置进一步包括第二检流计振镜，沿第二扫描支路的传播方向共振扫描器和第二检流计振镜依次设置在第二扫描支路上。

其中，并行扫描装置进一步包括扫描透镜，扫描透镜设置于出射路径上，用于将出射激光束聚焦在目标平面内。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明并行扫描装置中包括两条扫描支路，共振扫描器和声光偏转器分别设置于其中的一条扫描支路上，通过快速切换扫描支路的方式可以在同一台光学扫描装置上实现大视场的扫描频率大于40Hz、小于500Hz的二维激光扫描，以及小视场的二维扫描频率大于500Hz的二维激光扫描。

附图说明

图1是应用于本发明声光偏振器与共振扫描器的并行扫描装置中的光路切换组件一较佳实施方式的结构示意图；

图2是应用于本发明声光偏振器与共振扫描器的并行扫描装置中的光路切换组件另一较佳实施方式的结构示意图；

图3是本发明声光偏振器与共振扫描器的并行扫描装置的一较佳实施例的结构示意图；

图4是本发明声光偏振器与共振扫描器的并行扫描装置的另一较佳实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置。并行扫描装置包括声光偏转器、共振扫描器、光路切换组件和控制器。控制器首先用于控制光路切换组件使入射激光进入声光偏转器所在的第一扫描支路，或者控制光路切换组件使入射激光进入共振扫描器所在的第二扫描支路，以及控制光路切换组件使得第一扫描支路及第二扫描支路的激光束统一出射路径。

请参照图1，图1提供了一种光路切换组件的较佳实施方式，可应用于本发明声光偏振器与共振扫描器的并行扫描装置中。

本实施方式中，光路切换组件具体包括二分之一波片11、16和14，偏振分光器12和15，反射镜13和17。入射激光经二分之一波片11到达偏振分光器12，偏振分光器12将入射激光分为水平偏振光和垂直偏振光，通过控制器控制的方式选择垂直偏振光出射或水平偏振光出射以选择入射激光进入第一扫描支路或进入第二扫描支路。当选择垂直偏振光出射，入射激光的垂直偏振光将进入第一扫描支路经过二分之一波片16再由反射镜17反射和偏振分光器15偏振后到达出射路径；当选择水平偏振光出射，入射激光的水平偏振光经由反射镜13反射后进入第二扫描支路经二分之一波片14和偏振分光器15偏振后到达出射路径。如果将声光偏转器和共振扫描器分别放入第一扫描支路和第二扫描支路中将得到一并行扫描装置。

请参照图2，图2提供了一种光路切换组件的另一较佳实施方式，可应用于本发明声光偏振器与共振扫描器的并行扫描装置中。

本实施方式中，光路切换组件包括电动反射镜20和21，反射镜13和17。通过控制器控制的方式选择电动反射镜20离开光路以及使电动反射镜21进入光路，或者选择电动反射镜20进入光路以及使电动反射镜21离开光路。当电动反射镜20离开光路而电动反射镜21进入光路，入射激光进入第一扫描支路再经由反射镜17和电动反射镜21反射后到达出射路径；当电动反射镜20进入光路而电动反射镜21离开光路，入射激光经由电动反射镜20和反射镜13反射后进入第二扫描支路最后到达出射路径。如果将声光偏转器和共振扫描器分别放入第一扫描支路和第二扫描支路中将得到一并行扫描装置。

请参照图3，图3提供了一种声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置的一较佳实施例。

本实施例并行扫描装置包括声光偏转器42、共振扫描器30、光路切换组件、色散补偿单元40、像散补偿单元41和检流计振镜31。其中光路切换组件包括二分之一波片11和14，偏振分光器12和15，反射镜13和检流计振镜43。

入射激光经二分之一波片11到达偏振分光器12，偏振分光器12将入射激光分为水平偏振光和垂直偏振光，控制器控制垂直偏振光出射或水平偏振光出射以选择入射激光进入第一扫描支路或进入第二扫描支路。当选择垂直偏振光出射，入射激光的垂直偏振光将进入第一扫描支路依次经过色散补偿单元40、像散补偿单元41、声光偏转器42再由检流计振镜43反射和偏振分光器15偏振后到达出射路径；当选择水平偏振光出射，入射激光的水平偏振光经由反射镜13反射后进入第二扫描支路经依次二分之一波片14、共振扫描器30、检流计振镜31后由偏振分光器15偏振到达出射路径。

换言之，沿所述第一扫描支路的传播方向所述色散补偿单元、像散补偿单元和声光偏振器依次设置在所述第一扫描支路上；沿所述第二扫描支路的传播方向所述共振扫描器和所述第二检流计振镜依次设置在所述第二扫描支路上。

本实施例中的光路切换元件与图1所示光路切换元件相比，将图1中的反射镜17替换为检流计振镜43，此外，本实施例声光偏转器42为反常型声光偏振器，会将衍射光，即出射光的偏振态相对入射光旋转90°，起到了二分之一波片的作用，因此，本实施例无需二分之一波片。

进一步地，本实施例并行扫描装置还包括扫描透镜50。扫描透镜50设置于出射路径上，其本质是一透镜或一透镜组，用于使激光束聚焦在目标平面内。当并行扫描装置的激光出射路径的后面接显微镜时，扫描透镜50与显微镜内的筒镜将形成望远镜结构，使得扫描平面显微镜处于焦面上，以及进入物镜的激光是平行准直光。

请参照图4，图4提供了一种声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置的另一较佳实施例。

本实施例并行扫描装置包括声光偏转器42、共振扫描器30、光路切换组件、色散补偿单元40、像散补偿单元41和检流计振镜31。其中，光路切换组件包括电动反射镜20、21，反射镜13和检流计振镜43。

控制器控制电动反射镜20离开光路以及使电动反射镜21进入光路，或者控制电动反射镜20进入光路以及使电动反射镜21离开光路。当电动反射镜20离开光路而电动反射镜21进入光路，入射激光进入第一扫描支路依次经过色散补偿单元40、像散补偿单元41、声光偏转器42再经由检流计振镜43和电动反射镜21反射后到达出射路径；当电动反射镜20进入光路而电动反射镜21离开光路，入射激光经由电动反射镜20和反射镜13反射后进入第二扫描支路经依次共振扫描器30、检流计振镜31最后到达出射路径。

本实施例中的光路切换元件与图2所示光路切换元件相比，将图2中的反射镜17替换为检流计振镜43。

进一步地，本实施例并行扫描装置还包括扫描透镜50。扫描透镜50设置于出射路径上，其本质是一透镜或一透镜组，用于使激光束聚焦在目标平面内。当并行扫描装置的激光出射路径的后面接显微镜时，扫描透镜50与显微镜内的筒镜将形成望远镜结构，使得扫描平面显微镜处于焦面上，以及进入物镜的激光是平行准直光。

本发明在显微成像、激光显示与记录系统、激光打印、激光加工等领域有应用价值。

区别于现有技术，本发明并行扫描装置中包括两条扫描支路，共振扫描器30和声光偏转器42分别设置于其中的一条扫描支路上，通过快速切换扫描支路的方式可以在同一台光学扫描装置上实现大视场的扫描频率大于40Hz、小于500Hz的二维激光扫描，以及小视场的二维扫描频率大于500Hz的二维激光扫描。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。