[发明专利]扫描微机电反射器系统

说明书

本公开内容涉及扫描微机电反射器系统。通过将致动器的移动端固定至使反射器从框架悬挂下来的悬挂件来机械地放大使用MEMS反射镜系统中的弯曲压电致动器获得的致动范围。固定点位于悬挂件的两个端部之间的某个地方。致动器和悬挂件一起形成其制动范围比致动器通过其自身可以获得的致动范围大的致动器单元。在一个实施方式中，悬挂件是刚性杆。在另一实施方式中，悬挂件是另一弯曲致动器，使得可以从第二致动器的致动运动获得致动范围的额外增加。

技术领域

本公开内容涉及微机电致动的扫描反射器。

背景技术

扫描微机电(MEMS)反射器可以用在成像设备例如光检测与测距传感器(LIDAR)中。扫描MEMS反射器可以包括至少一个移动反射器，其可以将来自激光发射器的光束朝周围环境反射。额外的固定反射器可以被包括在移动反射器与环境之间的光路中。返回光束可以由反射出射光束的同一固定反射器和移动反射器向内朝光检测器反射。

扫描MEMS反射器的成像区域(即，视场)部分地由移动反射器可以倾斜的程度确定。这在图1中进行说明，图1示出了反射器系统的简化的二维简图。激光发射器11发射光束111。移动反射器12从扭力梁悬挂下来并且可以绕z轴线旋转。用实线示出已经旋转至其逆时针极端位置处的发射器12。从该位置反射的光束121也用实线示出。用虚线示出已经旋转至其顺时针极端位置处的发射器12。从该位置反射的光束122也用虚线示出。例如，在适当地布置固定反射器(图1未示出)的情况下，光束121和122可以在平行于y轴线的方向上投影。在该简化的简图中，反射器的成像区域将由两个光束121与122之间的角度α和固定反射器(未示出)的布置确定。如图1所见，α的大小由反射器12可以获得的倾斜角度的范围确定。

在一些扫描反射器中，成像区域延伸至图1的激光反射器11的右边和左边。在该情况下，反射器12绕z轴线逆时针旋转的极端必须延伸得远到使得光束121在图1的向左的方向上被反射。扫描反射器的成像区域将再次依赖于光束121与122之间的角度α，并且依赖于固定反射器如何布置在移动反射器12的周围和上方。

上述的运动是反射器绕一个轴线——图1的z轴线——的振荡旋转。这在本公开内容中将称为倾斜模式振荡。倾斜模式振荡中的扫描运动仅由一个线扫描组成并且被限制在图1的xy平面的一个层。

如果需要通过多个层的扫描运动，则光束111必须反射出图1的xy平面。这可以使用所谓的摆动反射器来实现。摆动反射器不附接至旋转轴线，但是摆动反射器经受模拟绕两个轴线旋转的运动。该摆动运动涉及以适当地协调且定时的顺序使各个反射器侧面上升和下沉。

可以使用图2中示意性图示的系统来生成摆动运动。图2示出了在yz平面中的圆形反射器21。该反射器21通过固定在围绕反射器21的边缘的对称定位的位置处的四个致动器221、222、223以及224从框架22悬挂下来。每个致动器由电压控制，并且每个致动器可以在该致动器被固定至边缘的点处使反射器边缘向上上升或使反射器边缘向下下沉。

通过适当地协调每个致动器的上升和下沉运动，反射器表面可以在任何方向远离yz平面地倾斜。例如，如果致动器224使其被固定至的边缘上升，而致动器222使其被固定至的边缘下沉，并且221和223二者均使它们被固定至的边缘保持在中间位置，则反射器的运动模拟绕y轴线的倾斜。如果致动器221上升而223下沉，并且222和224二者均停留在中间位置，则反射器的运动模拟绕z轴线的倾斜。如果致动器222和221上升而223和224下沉，则反射器的运动模拟绕y轴线和z轴线二者的复合倾斜。

使用适当地定时且协调的致动，当反射器经受摆动运动时，反射光束121和122可以因此围绕x轴线环形移动。然后扫描反射器的成像区域近似于围绕x轴线的图1所示的角度α的360°圆形映射。在本公开内容中该扫描运动将称为摆动模式振荡。