技术领域本发明属于光机系统领域，涉及微电子机械、光学透镜、系统，具体涉及平行光出射的角放大MEMS扫描方法和光学系统。
背景技术：
目前大部分光学扫描系统都是通过机电设备带动相关光学元件转动实现的，存在着体积大，控制难度大等问题。随着制造工艺水平的进步，MEMS(微电子机械系统)技术得到了快速的发展。基于MEMS技术的各种器件由于具有体积小、功耗低、灵敏度高、重复性好、加工工艺稳定、成本低廉等优点,已被大量用于高精技术领域。MEMS扫描光学振镜的出现，解决了机械扫描的体积大和质量大的问题，而且具有很高的控制精度，但是目前的MEMS扫描振镜的扫描角度却很小，一般只有几度，这很大的限制了其应用范围。现有技术一般通过在MEMS扫描振镜后面加入鱼眼镜头的方法来扩展其扫描角度，这种方法会使扫描光束的发散角变大，光斑畸变严重。随着应用距离的增加，光束能量严重下降，激光器能量的增加会大大提高系统的成本，而在某些扫描成像系统，不得不在后续接收系统增加畸变补偿系统，增加了仪器的处理时间和复杂度。因此，针对上述函待解决的问题，提供一种既可以扩展光学扫描角度，又可以保障光束质量的平行光出射的光学扫描系统是十分必要的。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种MEMS扫描光学系统，实现扩展光学扫描角度，又可以保障光束质量的平行光出射，为此，本发明采用的技术方案是，平行光出射的角放大MEMS扫描光学系统，由正透镜，MEMS振镜和负透镜组成，正透镜放置于光束入射MEMS振镜之前，负透镜放置于光束入射MEMS振镜之后；负透镜的后焦平面与正透镜的经过MEMS振镜转折之后的后焦平面重合，平行或非平行光束经过正透镜汇聚和MEMS振镜反射后，向着正透镜的转折后焦点聚焦，入射负透镜后，由于负透镜的发散作用，成为新的平行光束出射出去；MEMS振镜可在其驱动器的控制下进行精密的小角度摆动，完成光束扫描功能。正透镜为消色差双胶合透镜或离轴抛物面镜，负透镜为消色差双胶合透镜。MEMS振镜是一种基于微电子机械系统技术开发的微光学元件，为具有可绕一固定轴扭摆的平行反射镜面的微光机电装置，镜面的摆动幅度为几度。正透镜焦距为fi,MEMS振镜到正透镜的距离x1，MEMS中心到负透镜的距离x2，负透镜的焦距fn，正透镜，MEMS振镜和负透镜焦距及位置关系应满足并满足fi＝x1+x2+fn。平行光出射的角放大MEMS扫描方法，利用正透镜，MEMS振镜和负透镜实现，正透镜放置于光束入射MEMS振镜之前，负透镜放置于光束入射MEMS振镜之后；负透镜的后焦平面与正透镜的经过MEMS振镜转折之后的后焦平面即非平行光时为光束的焦点所在垂直平面重合，平行或非平行光束经过正透镜汇聚和MEMS振镜反射后，向着正透镜的转折后焦点聚焦，入射负透镜后，由于负透镜的发散作用，成为新的平行光束出射出去；MEMS振镜可在其驱动器的控制下进行精密的小角度摆动，完成光束扫描功能。MEMS扫描角度与光线在负透镜的入射高度满足：h＝θi·x2(1)其中x2为MEMS中心到负透镜的距离，同时从负透镜出射的光线的出射角θout满足θout=hx3---(2)]]>其中x3为出射光线主光线与光轴的焦点，不同扫描角度的主光线都会从MEMS的中心被反射，因此它们可以看作MEMS中心点发出的光线，根据负透镜的成像公式，x3满足：1x3-1x2=1fn---(3)]]>通过(1)、(2)、(3)式得到θout和θi的关系：θout=x2+fnfn·θi---(4)]]>为系统的角放大率；从式4得到出射角度θout和MEMS扫描角θi具有线性关系，通过合理的选择x2和fn,并确保x2比fn足够大,实现放大扫描角度。使正透镜焦距fi,MEMS振镜到正透镜的距离x1，MEMS中心到负透镜的距离x2，以及负透镜的焦距fn，满足fi＝x1+x2+fn；以及满足本发明的特点及有益效果是：1、利用正透镜的汇聚作用将入射光束汇聚到MEMS振镜有效扫描孔径内，通过负透镜的发散作用使扫描角度放大。2、正透镜和负透镜构成一个光束压缩系统，可以有效压缩扫描光束光斑口径，同时正透镜和负透镜的后焦面重合，保证出射光束的平行性。3、本结构的角放大倍率和出射光束光斑口径，根据具体需要可以采用灵活的参数设计。附图说明：图1为本发明一种MEMS扫描光学系统的结构示意图。图2为本发明一种MEMS扫描光学系统的原理说明图。图3是实施例的光学设计图。图4是实施例的角度放大效果曲线图。图5是实施例的出射光束发散角变化曲线图。图6是实施例的出射光束在不同扫描角度下的光斑点列图。图7是实施例的光束光斑口径压缩效果图。图中：positivedoublet:正双胶合透镜Negativedoublet：负双胶合透镜MEMSMIRROR：MEMS振镜Scanninganglebeforeexpender：扩展之前的扫描角度Scanningangleafterexpender：扩展后的扫描角度RMSradius：平均发散角。具体实施方式本发明提供的一种MEMS扫描光学系统，由正透镜，MEMS振镜和负透镜组成。正透镜放置于光束入射MEMS振镜之前，负透镜放置于光束入射MEMS振镜之后；负透镜的后焦平面与正透镜的经过MEMS振镜转折之后的后焦平面(非平行光时为光束的焦点所在垂直平面)重合。平行光(非平行光)束经过正透镜汇聚和MEMS振镜反射后，向着正透镜的转折后焦点聚焦，入射负透镜后，由于负透镜的发散作用，成为新的平行光束出射出去。MEMS振镜可在其驱动器的控制下进行精密的小角度摆动，完成光束扫描功能。正透镜为消色差双胶合透镜或离轴抛物面镜，负透镜为消色差双胶合透镜可应用于宽谱光源应用场合。本发明中所述的MEMS振镜是一种基于MEMS(微电子机械系统)技术开发的微光学元件,其实质是具有可绕一固定轴(悬臂梁)扭摆的平行反射镜面的微光机电装置,镜面的摆动幅度为几度。本发明中,入射光束可以使平行光或有一定角度的发散光，正透镜、MEMS振镜和负透镜之间的距离根据入射光发散角度的不同可做相应设计调整。本发明中，正透镜放置在MEMS振镜前面，负透镜放置在MEMS振镜后面，并且负透镜的后焦面与正透镜的经过MEMS透镜转折后的后焦面重合，由负透镜成像规律可知，将会聚集到其虚焦平面的光束经过透镜后将是平行的，因此我们只考虑主光线。此时MEMS扫描角度与光线在负透镜的入射高度满足：h＝θi·x2(1)其中x2为MEMS中心到负透镜的距离。同时从负透镜出射的光线的出射角θout满足θout=hx3---(2)]]>其中x3为出射光线主光线与光轴的焦点。不同扫描角度的主光线都会从MEMS的中心被反射，因此它们可以看作MEMS中心点发出的光线，根据负透镜的成像公式，x3满足：1x3-1x2=1fn---(3)]]>通过(1)、(2)、(3)式我们可以得到θout和θi的关系：θout=x2+fnfn·θi---(4)]]>设为系统的角放大率。从上式可以看出。出射角度θout和MEMS扫描角θi具有线性关系，如果合理的选择x2和fn,并确保x2比fn足够大,就可以很好的放大扫描角度。同时，正透镜焦距fi,MEMS振镜到正透镜的距离x1，MEMS中心到负透镜的距离x2，以及负透镜的焦距fn，满足fi＝x1+x2+fn,这一关系在系统设计过程中必须严格满足。θout=fi-x1fn·θi---(5)]]>从式(5)可知，系统设计的步骤1的透镜设计过程中，必须满足否则步骤2将不能完成。本发明中,扫描角度扩大倍率和出射光束光斑口径可根据需求通过调整器件的间距和参数进行设计。下面结合附图对本发明做进一步详细说明。如图2所示，一种MEMS扫描光学系统的原理图。具体实施例：我们以一个扫描角度±4的MEMS振镜为基础进行设计，即未扩角前的扫描范围是±8。入射光束为直径1mm的平行光，正透镜焦距为100mm，负透镜焦距为-20.38mm，系统设计结果各参数如下表：DesignDataoftheMEMSScanningOpticalSystem系统仿真角放大倍率为3.349，最大扫描角度由8°放大为26.8°，角度拟合曲线如图4所示；出射光束的发散角度优于0.35mr，不同扫描角度下的光束发散角度分布曲线如图5所示。设计系统10m距离各个扫描角度下的光斑点列图如图6所示，光斑直径小于1.2mm。设计系统的光束光斑口径压缩效果如图7所示，入射系统光束光斑半径500微米，出射系统(负透镜后表面处)光束光斑半径110微米，光斑被缩小了4.545倍。