[发明专利]一种MEMS扫描镜

说明书

一种MEMS扫描镜，包括两个压电陶瓷块、两个压电驱动臂、两个横梁两个扭转梁和反射镜面，两个压电陶瓷块之间具有间隔距离，两个压电驱动臂分别设置在两个压电陶瓷块上，两个横梁并联连接在两个压电驱动臂之间，两个扭转梁与反射镜面串联连接在两个横梁之间，且反射镜面连接于两个扭转梁之间；两个压电驱动臂所加电压相反，使得两个压电驱动臂产生相反方向的弯曲，带动反射镜面发生偏转；两个压电陶瓷块所加电压相反，使得两个压电陶瓷块在垂直反射镜面方向产生相反方向的形变带动反射镜面发生偏转，并与压电驱动臂引起的反射镜面的偏转角叠加，放大反射镜面的偏转角。该扫描镜能够实现大偏转角，且体积小、可靠性高、结构和制作工艺简单。

技术领域

本发明涉及微光机电装置领域，特别是涉及一种MEMS扫描镜。

背景技术

光学扫描镜作为光学扫描核心部件在投影显示、光学成像等系统中具有重要的作用。MEMS扫描镜与传统光学扫描镜相比，除了具备MEMS器件所共有的成本低、易于实现批量生产外，还具有更好的光学和机械性能，尤其在动态响应以及功耗方面的优点更为突出。

在MEMS光学器件和系统中的执行机构必须具备尺寸小、驱动性能好、工作准确、低功耗、可靠性高、易于制造等特性。

目前，MEMS扫描镜具有静电驱动、电磁驱动、压电驱动、热驱动等多种驱动方式。热驱动的响应过慢，电磁驱动体积较大，都不适用于高速、小型化的发展趋势。市面上的MEMS扫描镜大多采用静电驱动的方式，但静电驱动的吸合效应限制了扫描镜的偏角。压电薄膜也存在相同的问题，因为压电薄膜的伸长量有限，想要实现大的位移或偏转，就需要增大驱动电压。但大的驱动电压容易将压电薄膜击穿，同时带来许多附加效应，增加电路的复杂性。大的驱动电压也对压电薄膜的质量提出了较高的要求，增加薄膜沉积的难度。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种MEMS扫描镜。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种MEMS扫描镜，包括反射镜面，还包括两个压电陶瓷块、两个压电驱动臂、两个横梁以及两个扭转梁，所述两个压电陶瓷块之间具有间隔距离，所述两个压电驱动臂分别设置在所述两个压电陶瓷块上，所述两个横梁并联连接在所述两个压电驱动臂之间，所述两个扭转梁与所述反射镜面串联连接在所述两个横梁之间，且所述反射镜面连接于所述两个扭转梁之间；所述两个压电驱动臂所加电压相反，使得所述两个压电驱动臂产生相反方向的弯曲，从而通过所述两个横梁和所述两个扭转梁带动所述反射镜面发生偏转；所述两个压电陶瓷块所加电压相反，使得所述两个压电陶瓷块在垂直所述反射镜面方向产生相反方向的形变，从而通过所述两个横梁和所述两个扭转梁带动所述反射镜面发生偏转，并与所述压电驱动臂引起的所述反射镜面的偏转角叠加，放大所述反射镜面的偏转角。

进一步地：

所述压电驱动臂包括设置在所述压电陶瓷块上的弹性衬底、设置在所述弹性衬底上的下薄膜电极层、上薄膜电极层及在两薄膜电极层之间的压电薄膜层。

所述压电驱动臂还包括设置在所述下薄膜电极层与所述弹性衬底之间的缓冲材料层。

所述两个压电陶瓷块、所述两个压电驱动臂、所述两个横梁、所述两个扭转梁均以所述反射镜面为中心对称设置。

所述弹性衬底为SOI晶片，厚550-600微米。

所述两个压电陶瓷块、所述两个压电驱动臂、所述两个横梁、所述两个扭转梁均为长方体形，所述反射镜面为圆饼形，所述两个压电陶瓷块和所述两个压电驱动臂的长度方向平行于所述两个扭转梁，所述两个横梁垂直于与所述两个扭转梁。

所述压电驱动臂的长度为2.2毫米，宽度为0.8毫米，所述下薄膜电极层与所述上薄膜电极层的厚度为0.2微米，所述压电薄膜层的厚度为2微米。

所述横梁的长度为2毫米，宽度为0.1毫米；所述扭转梁的长度为0.4毫米，宽度为50微米。