CN117289450A - Mems扫描镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS扫描镜，包括：反射镜；压电驱动结构，所述压电驱动结构的数量为多个，多个所述压电驱动结构环绕所述反射镜间隔布置，所述压电驱动结构的一端固定，所述压电驱动结构的另一端悬置；弹性结构，所述压电驱动结构的所述另一端通过所述弹性结构与所述反射镜相连。根据本发明的MEMS扫描镜，通过设置弹性结构，可以给反射镜带来更大角度的偏转，扩大反射镜反射光线的偏转范围，从而便于提高MEMS扫描镜扫描范围。

Description

MEMS扫描镜

技术领域

本发明涉及MEMS扫描镜制造技术领域，尤其是涉及一种MEMS扫描镜。

背景技术

现有技术中MEMS扫描镜，压电驱动结构产生形变位移驱动反射镜转动，但压电驱动结构的形变位移较小，导致反射镜的反射光线的偏转角度较小，从而会限制扫描镜的扫描范围，给MEMS扫描镜的使用带来不便。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种MEMS扫描镜，所述MEMS扫描镜可以扩大扫描镜的扫描范围。

根据本发明实施例的MEMS扫描镜，所述MEMS扫描镜包括：反射镜；压电驱动结构，所述压电驱动结构的数量为多个，多个所述压电驱动结构环绕所述反射镜间隔布置，所述压电驱动结构的一端固定，所述压电驱动结构的另一端悬置；弹性结构，所述压电驱动结构的所述另一端通过所述弹性结构与所述反射镜相连。

根据本发明的MEMS扫描镜，通过设置弹性结构，可以给反射镜带来更大角度的偏转，扩大反射镜反射光线的偏转范围，从而便于提高MEMS扫描镜扫描范围。

根据本发明的一些实施例，所述弹性结构的一端与所述压电驱动结构相连，所述弹性结构的另一端迂回延伸至与所述反射镜相连。

根据本发明的一些可选实施例，所述弹性结构包括多个弹性梁和连接梁，多个所述弹性梁平行且间隔排布，多个所述弹性梁通过至少一个所述连接梁顺次相连，在多个所述弹性梁的排布方向上，位于两侧的两个所述弹性梁分别为第一梁和第二梁，所述第一梁与所述压电驱动结构相连，所述第二梁与所述反射镜相连。

根据本发明的一些可选实施例，所述连接梁连接在相邻的所述弹性梁在长度方向上的端部；和/或，所述第二梁的一端通过所述连接梁与相邻的所述弹性梁相连，所述第二梁的另一端与所述反射镜的周沿相连。

根据本发明的一些实施例，所述第一梁的一端通过所述连接梁与相邻的所述弹性梁相连，所述第一梁通过第一短梁与所述压电驱动结构相连。

根据本发明的一些实施例，所述压电驱动结构的长度方向上的一端固定且另一端连接所述弹性结构，所述弹性梁沿所述压电驱动结构的宽度方向延伸并在所述压电驱动结构的长度方向上间隔排布，其中，所述弹性梁的两端分别与所述压电驱动结构在宽度方向上的两侧边沿平齐，或，所述弹性梁的至少一端超出所述压电驱动结构在宽度方向上的同一侧边沿。

根据本发明的一些实施例，所述压电驱动结构包括：压电材料层；第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层分别布置在所述压电材料层在厚度方向上的两侧；基层，所述基层设在所述第二电极层的背离所述压电材料层的一侧。

根据本发明的一些可选实施例，所述基层为硅材料层。

根据本发明的一些实施例，多个所述压电驱动结构对称布置在所述反射镜在第一方向上的相对两侧。

根据本发明的一些可选实施例，所述压电驱动结构的数量为四个，四个所述压电驱动结构关于所述第一方向和第二方向对称布置，所述第二方向垂直于所述第一方向。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的MEMS扫描镜的一个角度示意图；

图2是图1中所示的MEMS扫描镜的再一个角度的示意图；

图3是沿图2中A-A线的剖视图；

图4是图2中B处的局部放大图。

附图标记：

100、MEMS扫描镜；

10、反射镜；

20、压电驱动结构；21、压电材料层；22、第一电极层；23、第二电极层；24、基层；

30、弹性结构；31、弹性梁；311、第一梁；312、第二梁；32、连接梁；33、第一短梁。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-图4描述根据本发明实施例的MEMS扫描镜100。

参照图1和图2，根据本发明实施例的MEMS扫描镜100，MEMS扫描镜100包括：反射镜10、压电驱动结构20和弹性结构30。反射镜10可以反射光线，压电驱动结构20可以通过弹性结构30驱动反射镜10偏转，反射镜10偏转后可以调整反射光线的偏转角度。

具体的，压电驱动结构20的数量为多个，也就是说，压电驱动结构20的数量可以是两个、三个或四个及以上，多个压电驱动结构20环绕反射镜10间隔布置，压电驱动结构20的一端(如图1所示的压电驱动结构20靠近外侧的一端)固定，压电驱动结构20的另一端(如图1所示的压电驱动结构20靠近内侧的一端)悬置；压电驱动结构20的另一端通过弹性结构30与反射镜10相连。

需要说明的是，弹性结构30是具有弹性的结构，例如弹性结构30可以为片簧、平面涡卷弹簧或螺旋弹簧。当触碰弹性结构30一端使弹性结构30的一端发生形变位移时，弹性结构30会将这种形变位移传递到弹性结构30的另一端，且由于弹性结构30具有弹性，在弹性结构30一端到另一端的方向上，弹性结构30会逐渐放大这种形变位移，使弹性结构30的另一端发生更大的形变位移。在MEMS扫描镜100应用的过程中，弹性结构30可以将压电驱动结构20的形变位移进行放大。

反射镜10需要偏转时，给压电驱动结构20通电，压电驱动结构20形变后产生位移，压电驱动结构20的位移经过弹性结构30放大后传递给反射镜10，反射镜10发生偏转。

本发明的MEMS扫描镜100，设置弹性结构30，在将反射镜10偏转时，压电驱动结构20通电形变后，弹性结构30会将压电驱动结构20的形变位移进行放大，使弹性结构30带动反射镜10发生更大角度的偏转，相比现有技术中未设置弹性结构30的MEMS扫描镜100的方案，本实施例的MEMS扫描镜100，在给压电驱动结构20施加相同电压的条件下，压电驱动结构20通过弹性结构30可以给反射镜10带来更大角度的偏转，从而可以扩大反射镜10反射光线的偏转范围，便于提高MEMS扫描镜100扫描范围。

根据本发明的实施例的MEMS扫描镜100，通过设置弹性结构30，可以给反射镜10带来更大角度的偏转，扩大反射镜10反射光线的偏转范围，从而便于提高MEMS扫描镜100扫描范围。

根据本发明的一些实施例，参照图1和图4，弹性结构30的一端与压电驱动结构20相连，弹性结构30的另一端迂回延伸至与反射镜10相连。这样，压电驱动结构20通电后产生的形变位移可以通过弹性结构30传递至反射镜10上，从而可以保证反射镜10的正常转动。

例如，以图4中的弹性结构30为例，弹性结构30的左端与压电驱动结构20相连，弹性结构30从左向右沿前后方向可以迂回延伸为S形、Z形或螺旋形，弹性结构30的右端与反射镜10相连。

根据本发明的一些实施例，参照图1和图4，弹性结构30包括多个弹性梁31和连接梁32，也就是说，弹性结构30可以包括两个、三个或四个及以上数量的弹性梁31和连接梁32，多个弹性梁31平行且间隔排布，多个弹性梁31通过至少一个连接梁32顺次相连，也就是说，多个弹性梁31可以通过一个、两个或三个及以上数量的连接梁32顺次相连，在多个弹性梁31的排布方向上，位于两侧(如图4所示的左右两侧)的两个弹性梁31分别为第一梁311和第二梁312，第一梁311与压电驱动结构20相连，第二梁312与反射镜10相连。

这样，第一梁311接收压电驱动结构20的形变位移，连接梁32将形变位移传递至中间位置的弹性梁31，多个中间位置的弹性梁31将第一梁311接收的形变位移放大，第二梁312接收经过放大后的形变位移后带动反射镜10偏转，从而给反射镜10带来更大角度的偏转。

例如，如图4所示，弹性梁31沿前后方向延伸布置，第一梁311设在左侧，第一梁311沿前后方向延伸布置，第二梁312设在右侧，第二梁312沿前后方向延伸布置。连接梁32沿左右方向延伸布置，处于最左侧位置的连接梁32的左端连接第一梁311，处于最左侧的连接梁32的右端连接中间位置的弹性梁31，处于中间位置的连接梁32的左端和右端都连接弹性梁31，处于最右侧位置的连接梁32的左端连接弹性梁31，处于最右侧的连接梁32的右端连接第二梁312，这样，第一梁311、连接梁32、中间位置的弹性梁31和第二梁312组成呈S形的弹性结构30，从而可以使弹性结构30具有较好弹性变形能力，保证弹性结构30可以将压电驱动结构20的形变位移放大。

根据本发明的一些可选实施例，参照图1和图4，连接梁32连接在相邻的弹性梁31在长度方向(如图4所示的前后方向)上的端部。这样，连接梁32可以将中间位置的弹性梁31连接起来形成一个整体，使多个弹性梁31参与压电驱动结构20形变位移的放大，同时，连接梁32连接在弹性梁31的端部可以扩大压电驱动结构20形变位移的传递距离，从而可以最大程度对形变位移进行放大。

进一步地，如图1和图4所示，第二梁312的一端(如图4所示的第二梁312的上端)通过连接梁32与相邻的弹性梁31相连，第二梁312的另一端(如图4所示的第二梁312的下端)与反射镜10的周沿相连。这样，第二梁312在接收中间位置的弹性梁31的形变位移后，可以将形变位移传递至反射镜10，从而使反射镜10能够偏转。

根据本发明的一些可选实施例，参照图1和图4，第一梁311的一端(如图4所示的第一梁311的下端)通过连接梁32与相邻的弹性梁31相连，第一梁311通过第一短梁33与压电驱动结构20相连。这样，第一短梁33可以将压电驱动结构20的形变位移传递至弹性结构30，弹性结构30带动反射镜10偏转，从而可以扩大反射镜10的偏转角度。

例如，如图1和图4所示，第一梁311的下端与相邻的弹性梁31相连，第一短梁33沿左右方向延伸布置，第一短梁33的左端连接压电驱动结构20。

根据本发明的一些实施例，参照图1、图2和图4，压电驱动结构20的长度方向(如图1所示的左右方向)上的一端(如图4所示的压电驱动结构20的左端)固定且另一端(如图4所示的压电驱动结构20的右端)连接弹性结构30，弹性梁31沿压电驱动结构20的宽度方向(如图1所示的前后方向)延伸并在压电驱动结构20的长度方向上间隔排布。这样，压电驱动结构20在长度方向产生形变时，弹性结构30的弹性梁31的排布方向与压电驱动结构20的形变方向一致，从而可以使弹性结构30能够将压电驱动结构20的形变位移全部传递，减少形变位移传递损失，保证弹性结构30传递形变位移的传递效果。

例如，如图1和图4所示，压电驱动结构20在长度方向形变后在上下方向产生位移时，压电驱动结构20右端带动弹性结构30产生形变位移，在弹性结构30内部，弹性梁31沿左右方向间隔排布，多个弹性梁31从左至右逐渐放大压电驱动结构20在上下方向的形变位移，且能够将形变位移全部传递至弹性结构30的最右端，在弹性结构30的最右端，弹性结构30将压电驱动结构20在上下方向的形变位移放大至最大，弹性结构30的最右端带动反射镜10偏转，实现反射镜10偏转角度的扩大。

其中，弹性梁31的两端(如图1所示的弹性梁31的前后两端)分别与压电驱动结构20在宽度方向(如图1所示的前后方向)上的两侧边沿平齐。由此，可以增加MEMS扫面镜的美观性。

进一步地，如图4所示，弹性梁31的至少一端超出压电驱动结构20在宽度方向上的同一侧边沿。由此，可以方便弹性梁31与反射镜10连接，避免弹性梁31与反射镜10距离过小影响反射镜10的正常偏转。

例如，如图4所示，第二梁312的前端超出压电驱动结构20的前端沿，可以方便第二梁312与反射镜10的连接。

根据本发明的一些实施例，参照图2和图3，压电驱动结构20包括：压电材料层21、第一电极层22、第二电极层23和基层24。第一电极层22和第二电极层23分别布置在压电材料层21在厚度方向(如图3所示的上下方向)上的两侧；基层24设在第二电极层23的背离压电材料层21的一侧(如图3所示的第二电极层23的下侧)。这样，第一电极层22和第二电极层23在压电材料层21上形成电势差，通过逆压电效应会使压电材料层21翘曲形变，从而使压电驱动结构20产生形变位移。

例如，如图3所示，基层24、第二电极层23、压电材料层21和第一电极层22，从下至上依次层叠布置，基层24、第二电极层23、压电材料层21和第一电极层22粘接连接。在给第一电极层22和第二电极层23通电后，第一电极层22和第二电极层23会在压电材料层21的上下两端形成电势差，电势差会在压电材料层21上形成逆压电效应，从而使压电材料层21在长度方向上产生形变，压电材料层21会向下翘曲或向上翘曲，压电材料层21带动基层24翘曲，此时，形成压电驱动结构20的形变位移。

根据本发明的一些可选实施例，参照图2和图3，基层24为硅材料层。这样，硅材料层形变相对较小，只有压电材料层21会产生形变，从而可以保证压电驱动结构20能够对形变位移进行准确控制。

根据本发明的一些实施例，参照图1和图2，多个压电驱动结构20对称布置在反射镜10在第一方向(如图1所示的前后方向)上的相对两侧。这样，可以在两个方向对反射镜10进行驱动偏转，从而可以保证反射镜10转动的稳定性。

根据本发明的一些可选实施例，参照图1和图2，压电驱动结构20的数量为四个，四个压电驱动结构20关于第一方向(如图1所示的前后方向)和第二方向(如图1所示的左右方向)对称布置，第二方向垂直于第一方向。这样，两个压电驱动结构20在第一方向和第二方向对称布置，可以驱动反射镜10在第一方向和第二方向偏转，从而可以实现反射镜10在第一方向和第二方向对反射光线的角度调整，进一步扩大MEMS扫描镜100的扫描范围。

例如，如图1和图2所示，压电驱动结构20布置在反射镜10的前后两侧，每侧布置两个压电驱动结构20，每侧的压电驱动结构20沿左右方向间隔布置，压电驱动结构20靠近外侧的一端固定，压电驱动结构20靠近内侧的一端与弹性结构30连接。

根据本发明的一些实施例，参照图1和图2，压电驱动结构20为沿第二方向(如图1所示的左右方向)延伸的长条形状。由此，第二电极层23和第一电极层22通电后，可以使压电材料层21在长度方向发生形变位移，从而可以使压电驱动结构20能够驱动反射镜10偏转。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的MEMS扫描镜100。

根据本发明实施例的MEMS扫描镜100，MEMS扫描镜100包括：反射镜10、压电驱动结构20和弹性结构30。压电驱动结构20产生形变位移，弹性结构30放大压电驱动结构20的形变位移，弹性结构30带动反射镜10偏转。

压电驱动结构20共布置四个，四个压电驱动结构20关于前后方向和左右方向对称布置。压电驱动结构20靠近外侧的一端固定，压电驱动结构20靠近内侧的一端悬置且与弹性结构30连接。压电驱动结构20包括：压电材料层21、第一电极层22、第二电极层23和基层24。其中，基层24、第二电极层23、压电材料层21和第一电机层从下至上依次层叠布置。

弹性结构30包括：多个弹性梁31、连接梁32和第一短梁33。其中，弹性梁31沿前后方向延伸布置，多个弹性梁31在左右方向间隔排布，连接梁32沿左右方向延伸布置，连接梁32连接在相邻弹性梁31的端部，与压电驱动结构20连接的弹性梁31为第一梁311，第一梁311通过第一短梁33与压电驱动结构20连接，第一短梁33连接在第一梁的后端，与反射镜10连接的弹性梁31为第二梁312，第二梁312的前端超出压电驱动结构20在前后方向上的同一侧边沿。

MEMS扫描镜100在使用时，压电驱动结构20需控制反射镜10在左右方向和前后方向偏转。当反射镜10需要向右偏转时，左侧的两个压电驱动结构20通正向电压，第一电极层22和第二电极层23带动压电材料层21的右端向上翘曲形变，与左侧的两个压电驱动结构20相连的弹性结构30将形变位移传递给反射镜10，右侧的两个压电驱动结构20通反向电压，第一电极层22和第二电极层23带动压电材料层21的左端向下翘曲形变，与右侧的两个压电驱动结构20相连的弹性结构30将形变位移传递给反射镜10，左侧的两个压电驱动结构20和右侧的两个压电驱动结构20配合，带动反射镜10向右偏转。当反射镜10需要向左偏转时，左侧的两个压电驱动结构20通反向电压，右侧的两个压电驱动结构20通正向电压，实现反射镜10向左偏转。

当反射镜10需要向后偏转时，前侧的两个压电驱动结构20通正向电压，第一电极层22和第二电极层23带动压电材料层21的右端向上翘曲形变，与前侧的两个压电驱动结构20相连的弹性结构30将形变位移传递给反射镜10，后侧的两个压电驱动结构20通反向电压，第一电极层22和第二电极层23带动压电材料层21的左端向下翘曲形变，与后侧的两个压电驱动结构20相连的弹性结构30将形变位移传递给反射镜10，前侧的两个压电驱动结构20和后侧的两个压电驱动结构20配合，带动反射镜10向后偏转。当反射镜10向前偏转时，前侧的两个压电驱动结构20通反向电压，后侧的两个压电驱动结构20通正向电压，实现反射镜10向前偏转。

本发明的电MEMS扫描镜100，通过设置弹性结构30，可以给反射镜10带来更大角度的偏转，扩大反射镜10反射光线的偏转范围，从而便于提高MEMS扫描镜100扫描范围。同时，四个压电驱动结构20可以实现反射镜10在第一方向和第二方向的偏转，进一步扩大反射镜10的偏转角度，增加MEMS扫描镜100的扫描范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种MEMS扫描镜，其特征在于，包括：

反射镜；

压电驱动结构，所述压电驱动结构的数量为多个，多个所述压电驱动结构环绕所述反射镜间隔布置，所述压电驱动结构的一端固定，所述压电驱动结构的另一端悬置；

弹性结构，所述压电驱动结构的所述另一端通过所述弹性结构与所述反射镜相连。

2.根据权利要求1所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述弹性结构的一端与所述压电驱动结构相连，所述弹性结构的另一端迂回延伸至与所述反射镜相连。

3.根据权利要求2所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述弹性结构包括多个弹性梁和连接梁，多个所述弹性梁平行且间隔排布，多个所述弹性梁通过至少一个所述连接梁顺次相连，在多个所述弹性梁的排布方向上，位于两侧的两个所述弹性梁分别为第一梁和第二梁，所述第一梁与所述压电驱动结构相连，所述第二梁与所述反射镜相连。

4.根据权利要求3所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述连接梁连接在相邻的所述弹性梁在长度方向上的端部；和/或，

所述第二梁的一端通过所述连接梁与相邻的所述弹性梁相连，所述第二梁的另一端与所述反射镜的周沿相连。

5.根据权利要求3所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述第一梁的一端通过所述连接梁与相邻的所述弹性梁相连，所述第一梁通过第一短梁与所述压电驱动结构相连。

6.根据权利要求3所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述压电驱动结构的长度方向上的一端固定且另一端连接所述弹性结构，所述弹性梁沿所述压电驱动结构的宽度方向延伸并在所述压电驱动结构的长度方向上间隔排布，

其中，所述弹性梁的两端分别与所述压电驱动结构在宽度方向上的两侧边沿平齐，或，所述弹性梁的至少一端超出所述压电驱动结构在宽度方向上的同一侧边沿。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述压电驱动结构包括：

压电材料层；

第一电极层和第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层分别布置在所述压电材料层在厚度方向上的两侧；

基层，所述基层设在所述第二电极层的背离所述压电材料层的一侧。

8.根据权利要求7所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述基层为硅材料层。

9.根据权利要求1所述的MEMS扫描镜，其特征在于，多个所述压电驱动结构对称布置在所述反射镜在第一方向上的相对两侧。

10.根据权利要求9所述的MEMS扫描镜，其特征在于，所述压电驱动结构的数量为四个，四个所述压电驱动结构关于所述第一方向和第二方向对称布置，所述第二方向垂直于所述第一方向。