CN110967825A - 一种高占空比的反射镜 - Google Patents
一种高占空比的反射镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110967825A CN110967825A CN202010073735.2A CN202010073735A CN110967825A CN 110967825 A CN110967825 A CN 110967825A CN 202010073735 A CN202010073735 A CN 202010073735A CN 110967825 A CN110967825 A CN 110967825A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- movable frame
- mirror surface
- mirror
- driving
- reflector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/085—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高占空比的反射镜，包括镜面、可动边框和驱动结构，镜面位于反射镜的中心位置，镜面通过对称的两个转轴连接可动边框的内侧；镜面与可动边框之间的间隙内设置有锚点，锚点用于固定反射镜，锚点与可动边框之间通过连接梁连接在一起，连接梁的位置靠近转轴；所述驱动结构用于驱动镜面和可动边框以转轴为轴线偏转。本发明的高占空比反射镜在可动边框和镜面的空隙设置固定的锚点，无需在可动边框之外再设置特殊的固定结构，可以大大减小反射镜的体积，提高镜面的占空比。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统领域，尤其是一种高占空比、大驱动力的反射镜。
背景技术
在光通信、激光投影、激光雷达、三维成像等领域，需要配置具有偏转功能的反射镜。特别是在激光雷达领域，为实现远距离精确探测，需要大口径、大功率激光器作为光源，这样就对用于光束反射的反射镜，提出了大尺寸、大角度的要求。应用MEMS工艺制作反射镜，具有精度高、易批量、工艺成熟的优势。MEMS指微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystem），是在微电子技术基础上发展起来的革命性新技术，融合光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS器件广泛应用于高新技术产业，是一项关系到科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。其中，通过MEMS工艺制作的反射镜是一种应用MEMS技术研制的光反射型器件，通过连接反射镜面的扭转结构，在微驱动力的作用下，带动镜面偏转，实现对光束在一维或二维方向的反射扫描，具有成本低、可靠性高、小型化和易批量生产等优点，在诸多领域具有巨大的应用市场。
现有通过技术中，通过MEMS工艺制作的反射镜主要有电磁驱动式反射镜和静电驱动式反射镜，但是现有技术中电磁驱动式反射镜的驱动线圈位于镜面上，静电驱动式反射镜的驱动梳齿位于镜面或者转轴边缘，驱动线圈长度或者驱动梳齿数量有限，导致整个反射镜的驱动力受限。同时，现有反射镜结构中，由于需要在边框外围设置用于固定反射镜的锚点，导致镜面占空比很低，很难制作激光雷达所需的大尺寸镜面的反射镜，如果把镜面做大，将导致反射镜整体尺寸过大，增加制造成本。而且，对于大尺寸镜面，由于传统结构的驱动线圈或者梳齿位于镜面边缘，当镜面偏转角度过大时，驱动线圈容易超出强磁场区域，或者动齿与定齿完全脱离，导致驱动力急剧减小，限制了反射镜的最大偏转角度。
发明内容
本申请人针对现有技术中的反射镜存在驱动力小、镜面占空比低、最大偏转角度受限等缺点，提供一种新型的高占空比的反射镜，可以在保持镜面面积不变的条件下，大大缩小反射镜的整体面积，并可以提供更大的驱动力，提高镜面的最大偏转角度。
本发明所采用的技术方案如下：
一种高占空比的反射镜，包括镜面、可动边框和驱动结构，镜面位于反射镜的中心位置，镜面通过对称的两个转轴连接可动边框的内侧；镜面与可动边框之间的间隙内设置有锚点，锚点用于固定反射镜，锚点与可动边框之间通过连接梁连接在一起，连接梁的位置靠近转轴；所述驱动结构用于驱动镜面和可动边框以转轴为轴线偏转。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述连接梁的形状为L型，L型的一边平行于转轴，端点连接在可动边框内侧，另一边的端点连接在锚点上。
所述驱动结构包括可动边框上的驱动线圈，驱动线圈的两端分别连接驱动电极；可动边框外侧放置有两块NS极相对永磁体，在反射镜所在区域内形成强磁场。
所述驱动电极位于锚点上。
所述驱动结构包括梳齿组，梳齿组的动齿位于可动边框没有连接转轴的两边，锚点边缘与动齿相对的位置加工有梳齿组的静齿；所述锚点上加工有隔离槽，将锚点分隔为梳齿部和连接部；在梳齿部上加工有第一电极，连接部上加工有第二电极，通过第一电极和第二电极提供驱动信号或者测量梳齿组的电容。
所述可动边框没有连接转轴的两边接近镜面的边缘。
所述镜面的形状为圆形、椭圆形或方形；可动边框为方形、圆形或椭圆形。
本发明的有益效果如下：
本发明的高占空比反射镜在可动边框和镜面的空隙设置固定的锚点，无需在可动边框之外再设置特殊的固定结构，可以大大减小反射镜的体积，提高镜面的占空比。同时，本发明的反射镜工作时，由于驱动线圈或者梳齿组位于可动边框上，可动边框的偏转角度较小，线圈不会超出强磁场区域，或者梳齿组的动齿和静齿不会完全脱离，避免发生驱动力突然减小的现象，大大提高镜面的最大偏转角。
本发明的驱动线圈或者驱动梳齿均位于可动边框上，与现有技术中线圈或者动齿加工在镜面或转轴上相比，驱动线圈更长、或者驱动梳齿数量更多，可以提供更大的驱动力。而且，由于驱动力直接作用于可动边框，相比现有技术中作用力直接作用在镜面上，镜面受力更小，动态变形小，可以避免镜面变形对反射激光造成影响，更加精确的反射激光。
附图说明
图1为本发明反射镜的结构示意图。
图2为本发明实施例一的结构示意图。
图3为本发明实施例二的结构示意图。
图4为本发明的反射镜工作时偏转示意图。
图中：1、镜面；2、可动边框；2-1、梳齿部；2-2、连接部；3、转轴；4、锚点；5、连接梁；6、驱动线圈；7、驱动电极；8、永磁体；9、隔离槽；10、第一电极；11、第二电极；12、梳齿组。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的反射镜包括镜面1和可动边框2，镜面1位于反射镜整体结构的中心位置，可动边框2位于镜面1的外圈，镜面1通过对称的两个转轴3连接可动边框2的两边，可动边框2的另外两边接近镜面1的边缘。
本发明的镜面1的形状优选为圆形、椭圆形或方形，可动边框2的形状优选为方形、圆形或椭圆形。如图1所示，镜面1为圆形，圆形的镜面1与方形的可动边框2之间存在很大的间隙，间隙内设置有四个锚点4，锚点4用于固定整个反射镜，锚点4与可动边框2之间通过连接梁5连接在一起，连接梁5的位置靠近转轴3。本实施例中，连接梁5的形状为L型，L型的一边平行于转轴3，端点连接在可动边框2内侧，另一边的端点连接在锚点4上。本发明通过转轴3和连接梁5的组合，可以同时为镜面1和可动边框2提供支撑，将所有部件连接在一起。同时，本发明的反射镜还包括驱动结构，用于驱动镜面1和可动边框2偏转，反射镜工作时，可动边框2和镜面1同时以转轴3为轴线，进行不同频率和幅度的偏转。
本发明有效利用可动边框2和镜面1的空隙，设置固定的锚点4，无需在可动边框2之外再设置特殊的固定结构，因此可以大大减小反射镜的体积，提高镜面的占空比。
实施例一：
如图2所示，本实施例中反射镜的驱动方式为电磁驱动，在可动边框2上设置有多圈驱动线圈6，驱动线圈6的两端分别连接一个驱动电极7，驱动电极7位于锚点4上。在可动边框2没有连接转轴3的两边外侧放置有两块永磁体8，NS极相对，在反射镜所在区域内形成强磁场。
本实施例的反射镜工作时，通过驱动电极7向驱动线圈6提供驱动信号，驱动线圈6在磁场的作用下，产生洛伦兹力，带动可动边框2以一定的频率和幅度振动。由于可动边框2与锚点4连接的特殊结构，可动边框2偏转角度较小。可动边框2在振动的过程中，通过转轴3的扭转力带动镜面1偏转。由于可动边框2和镜面1的形状、转轴3和连接梁5的形状尺寸不同，可动边框2和镜面1谐振频率不一致。如图4所示，通过提供特殊的驱动信号，最终使得镜面1以一定的谐振频率振动时，可动边框2仅偏转很小的角度θ1，而镜面1即可获得大偏转角θ2。由于驱动线圈6位于可动边框2上，可动边框2的小角度偏转并不会导致线圈超出强磁场区域，因此不会发生驱动力突然减小的现象，可以保证可动边框2始终在磁场范围内振动，而镜面1却可以获得大角度的偏转。相比现有技术，本实施例的结构可以大大提高镜面1的最大偏转角。
实施例二：
如图3所示，本实施例中反射镜的驱动方式为静电驱动，在可动边框2没有连接转轴3的两边的内侧加工有梳齿组12的动齿，锚点4边缘与动齿相对的位置加工有梳齿组12的静齿。锚点4上加工有隔离槽9，将锚点4分隔为梳齿部2-1和连接部2-2，两部分电学隔离。在梳齿部2-1上加工有第一电极10，连接部2-2上加工有第二电极11，通过第一电极10和第二电极11提供驱动信号或者测量梳齿组12的电容。
在一种工作方式中，通过多个第一电极10向两边的梳齿组12同时提供驱动信号，梳齿组12全部为驱动梳齿，为反射镜提供静电驱动力。在另一种工作方式中，一边的第一电极10提供驱动信号，另一边的第一电极10则用于测量梳齿组12的电容，进而计算得到镜面1的实时偏转角度。
本实施例反射镜工作时，可动边框2和镜面1同实施例一一样，以不同的频率和角度振动，可动边框2的振动幅度较小，动齿和静齿不会完全脱离，避免发生驱动力突然变小的情况，提高镜面1的最大偏转角。
当然，不管是实施例一还是实施例二的结构，其驱动线圈或者驱动梳齿均位于可动边框2上，与现有技术中将线圈或者动齿加工在镜面或转轴上相比，驱动线圈更长、或者驱动梳齿数量更多，可以提供更大的驱动力。而且，由于驱动力直接作用于可动边框2，相比现有技术中作用力直接作用在镜面上，镜面受力更小，动态变形小，可以避免镜面变形对反射激光造成影响，更加精确的反射激光。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (7)
1.一种高占空比的反射镜，其特征在于：包括镜面（1）、可动边框（2）和驱动结构，镜面（1）位于反射镜的中心位置，镜面（1）通过对称的两个转轴（3）连接可动边框（2）的内侧；镜面（1）与可动边框（2）之间的间隙内设置有锚点（4），锚点（4）用于固定反射镜，锚点（4）与可动边框（2）之间通过连接梁（5）连接在一起，连接梁（5）的位置靠近转轴（3）；所述驱动结构用于驱动镜面（1）和可动边框（2）以转轴（3）为轴线偏转。
2.根据权利要求1所述的高占空比的反射镜，其特征在于：所述连接梁（5）的形状为L型，L型的一边平行于转轴（3），端点连接在可动边框（2）内侧，另一边的端点连接在锚点（4）上。
3.根据权利要求1所述的高占空比的反射镜，其特征在于：所述驱动结构包括可动边框（2）上的驱动线圈（6），驱动线圈（6）的两端分别连接驱动电极（7）；可动边框（2）外侧放置有两块NS极相对永磁体（8），在反射镜所在区域内形成强磁场。
4.根据权利要求3所述的高占空比的反射镜，其特征在于：所述驱动电极（7）位于锚点（4）上。
5.根据权利要求1所述的高占空比的反射镜，其特征在于：所述驱动结构包括梳齿组（12），梳齿组（12）的动齿位于可动边框（2）没有连接转轴（3）的两边，锚点（4）边缘与动齿相对的位置加工有梳齿组（12）的静齿；所述锚点（4）上加工有隔离槽（9），将锚点（4）分隔为梳齿部（2-1）和连接部（2-2）；在梳齿部（2-1）上加工有第一电极（10），连接部（2-2）上加工有第二电极（11），通过第一电极（10）和第二电极（11）提供驱动信号或者测量梳齿组（12）的电容。
6.根据权利要求1所述的高占空比的反射镜，其特征在于：所述可动边框（2）没有连接转轴（3）的两边接近镜面（1）的边缘。
7.根据权利要求1所述的高占空比的反射镜，其特征在于：所述镜面（1）的形状为圆形、椭圆形或方形；可动边框（2）为方形、圆形或椭圆形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010073735.2A CN110967825A (zh) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | 一种高占空比的反射镜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010073735.2A CN110967825A (zh) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | 一种高占空比的反射镜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110967825A true CN110967825A (zh) | 2020-04-07 |
Family
ID=70038315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010073735.2A Pending CN110967825A (zh) | 2020-01-22 | 2020-01-22 | 一种高占空比的反射镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110967825A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113820852A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-21 | 安徽中科米微电子技术有限公司 | 高占空比mems微镜、微镜阵列及制备方法 |
-
2020
- 2020-01-22 CN CN202010073735.2A patent/CN110967825A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113820852A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-21 | 安徽中科米微电子技术有限公司 | 高占空比mems微镜、微镜阵列及制备方法 |
| CN113820852B (zh) * | 2021-08-30 | 2023-10-17 | 安徽中科米微电子技术有限公司 | 高占空比mems微镜、微镜阵列及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6349229B2 (ja) | 二軸光偏向器及びその製造方法 | |
| WO2011061833A1 (ja) | 駆動装置 | |
| US8094352B2 (en) | Mirror assembly with recessed mirror | |
| KR20140145074A (ko) | 광학 디바이스, 광스캐너 및 화상 표시 장치 | |
| US9759908B2 (en) | Optical scanner, image display device, head mount display, and heads-up display | |
| KR20040004172A (ko) | 마이크로구조체 및 그의 제조방법 | |
| CN210222357U (zh) | 二维扫描微镜 | |
| JP2005173411A (ja) | 光偏向器 | |
| KR20090031104A (ko) | 2축 구동 전자기 스캐너 | |
| CN103454765A (zh) | 图像显示装置以及头戴式显示器 | |
| US11061221B2 (en) | Micromechanical component, method for manufacturing a micromechanical component, and method for exciting a movement of an adjustable part about a rotational axis | |
| CN107942509B (zh) | 一种具有分布式弹性结构的微镜 | |
| EP2690764A1 (en) | Actuator, optical scanner, and image generator | |
| CN208872943U (zh) | 一种新型二维扫描微镜 | |
| US20150116805A1 (en) | Optical scanner, image display device, head mount display, and heads-up display | |
| CN108732743B (zh) | 振荡结构、光学设备以及制造振荡结构的方法 | |
| US8233208B2 (en) | Optical device, optical scanner, and image forming apparatus | |
| KR20180007468A (ko) | 스캐닝 마이크로 미러 | |
| KR20060124079A (ko) | 스캐닝 마이크로미러 및 전자력 구동 2축 스캐닝마이크로미러 디바이스 | |
| CN110967825A (zh) | 一种高占空比的反射镜 | |
| CN100380172C (zh) | 电磁扫描微镜以及使用其的光学扫描装置 | |
| CN113031255A (zh) | 一种微镜及包含该微镜的激光投影系统 | |
| CN211149066U (zh) | 一种高占空比的反射镜 | |
| CN115202032A (zh) | 静电mems微镜 | |
| CN116500776A (zh) | 动磁式电磁驱动双轴光学扫描镜、阵列及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |