[技術分享] 光束控制器在光學雷達與監控領域的解決方案
2017年Optotune首次推出基於音圈馬達技術的MR-15-30雙軸光束控制器。大孔徑與大角度是我們主要的優勢，有別於傳統的Galvo掃描儀和MEMS反射鏡，除了具有15 mm的通光孔徑、各方向+/- 25°的機械傾角和迅速的反應時間，使得MR-15-30可以在現有的解決方案中脫穎而出。
MR-15-30可以應用在多種領域，包括機器視覺、光學雷達 (LiDAR)、光學相干斷層掃描和雷射處理…等。由於市場反應良好並激勵我們持續改善產品，現在我們也提供了另一種選擇:MR-10-30，這種控制器是雙軸的，除了有準靜態軸外還有一個可達280 Hz的快速諧振軸，因此也特別適用於LiDAR等應用。
另一方面，Optotune專為開發者發布一款經濟實惠的開發者套件MR-E-2 (如圖一)。MR-E-2內包含+/- 700 mA雙通道電流的驅動器，可讓MR-15-30在20 ms內由靜止驅動到20°，且最大可達20 Hz的動態振盪頻率。而內建的PID控制器和光學反饋機制可實現精確的閉環控制，並且指向精度為1 mrad（或0.06°）。開發者有多種選擇來控制驅動器，包括透過:
- PC端執行的Optotune軟體介面;
- USB、UART或 SPI;
- 使用Optotune提供的Python或C# SDK;
- 通過類比電壓輸入
MR-E-2主要由包含鏡面的鏡面主機端 (Head unit)與內建驅動器的基底控制端 (Base unit)組成。鏡面主機端內建鏡面與類比驅動板，並經由一條Dsub的線連接至內建CPU板的底部，而基底控制端的其它配件包含電源供應器與USB線等。在頭部鏡面的標準選項中，我們提供MR-15-30 (金或保護銀鍍膜)作為選擇，或是您也可以選用MR-10-30 (金或保護銀鍍膜)，亦或是根據需求的客製化鍍膜材質甚至是鏡面尺寸。
| Standard product | Mirror type included | Components included |
| MR-E-2 Base unit | N/A | MR-E-2 Base unit controller box Power supply USB cable |
| MR-E-2 Mirror head gold | MR-15-30-G-25x25D | Mirror head (incl. mirror and cable) Protection cap Heatsink |
| MR-E-2 Mirror head silver | MR-15-30-PS-25x25D | |
| MR-E-2 Mirror head custom | MR-C-15-30 (custom mirror) or resonant mirror MR-10-30-G/MR-10-30-PS | |
| MR-E-2 OEM version | N/A | Carrier board (without housing) CPU board (without housing) Proxy board (without mirror head) Connection cable |
開發套件成功測試成功後，便可以考慮將Optotune提供的OEM版本近一步設計至您的系統中。在OEM版本的驅動器中，所有的控制程序可透過SPI接受來自系統的指令。另外若您希望透過自己的控制器控制鏡面，Optotune也可以單獨提供proxy-board開發使用。
在LiDAR、視野拓展 (FOV expansion) 、選定感興趣的特定視野(Area-of-interest) 和雷射光束控制 (Laser beam steering)是三個主要的應用市場。
首先最常連想到的應用就是汽車工業。隨著自動駕駛技術的蓬勃發展，LiDAR已成為汽車製造和供應商關注的焦點，目前現存的解決方案包括旋轉機械件或MEMS，而價格、反應速度、通光孔徑和FOV為主要考量的條件。Optotune開發的光束控制器在上述的四個方面均有出色的表現，且很好被應用在頻率調變連續波雷達或是時差測距上。目前這種獨特的功能使我們的客戶能夠快速開發集成到汽車中的LiDAR的原型機。
圖二為集成LiDAR的頭燈照明系統。每個頭燈利用4組FMCW的視覺芯片與兩組來自Optotune的MR-15-30進行光束轉向，可提供完整20×80度的FOV。
最大可達15 mm的通光孔徑以及高達/- 25°的機械傾角等優勢，視野拓展 (FOV expansion_是另一項MR-15-30的重要應用領域。現有相機的許多用途中，例如臉部辨識或是零件檢測接常要求在遠距工作下仍保持高解析度。必要的長焦限制了成像系統可涵蓋的空間。通過將單一圖形拼接成高解析度的完整圖像或是快速選定感興趣的特定視野都是將Optotune的MR-15-30設計至光學系統後能展現的多功能性以及優勢。
圖3顯示了集成MR-15-30監視系統的作用原理。右側的獨立相機配有可捕捉大範圍的廣角鏡，而左側搭配集成MR-15-30的長焦距相機。可以在100°的FOV內專注在特定區域上。可應用在機場等公共場所。
如上所述，結合了大面積、大角度以及反應迅速等優點，搭配容易使用的MR-E-2開發者套件，讓Optotune光束控制器在市場上廣受歡迎。我們也在與客戶的互動中不斷發現MR-15-30意想不到的有趣應用。作為光學技術的領導企業，銓州光電致力於為您提供一系列可調焦光學組件，幫助您開發具有創新功能的產品。我們的專家隨時提供支援，幫助您打造功能豐富、外型精緻、快速反應的光學系統。為什麼不嘗試與我們聯繫並以您遇到的光學難題項我們發起挑戰呢? 如果有需要，請隨時與我們聯繫。[email protected]