[发明专利]MEMS扫描镜及激光投影仪

说明书

本发明公开一种MEMS扫描镜及激光投影仪。该MEMS扫描镜的一具体实施方式包括反射镜、角度传感器、控制单元和用作悬臂的致动器，所述致动器用于根据所述控制单元的控制使所述反射镜绕第一旋转轴旋转，所述角度传感器用于感测反射镜绕所述第一旋转轴旋转的偏转角度并向所述控制单元输出信号，所述控制单元包括驱动器和电荷读出电路，所述电荷读出电路用于根据来自所述角度传感器的输出向所述驱动器输出恒定电压信号。该实施方式可降低角度传感器输出信号的噪声功率，提升信噪比。

技术领域

本发明涉及激光投影技术领域。更具体地，涉及一种MEMS扫描镜及激光投影仪。

背景技术

采用MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)扫描镜的激光投影仪，具有低成本、小型化等优点，具有广阔的市场前景。

传统的MEMS扫描镜常采用扭杆致动方式，反射镜被两个、三个或更多的支撑该反射镜的扭杆带动倾斜并扭转，以执行光学扫描，采用谐振驱动来实现大的扫描角度，需要通过结构设计将反射镜倾斜运动的谐振频率与驱动频率相匹配。

在驱动MEMS扫描镜或监控反射镜角度时，为了维持谐振状态，目前的方式是设置用于感测反射镜偏转角度的角度传感器，驱动器根据角度传感器输出的信号控制施加到致动器的驱动电压或驱动频率，来驱动反射镜旋转。对于传统的扭杆型MEMS扫描镜，角度传感器为在扭杆边缘位置设置的采用压电效应或压阻效应的角度传感器。

对于相对较低的驱动频率的应用，需要采用较低的共振频率，为此，现有技术还提出了一种采用形成弯曲形悬臂(即折叠弹簧结构，板状铰链)的外部压电致动器的方案，作为适合于低频驱动的设计，以降低谐振频率。其结构例如，如图1所示，二维MEMS扫描镜包括：反射镜10；可动支撑件11(内部可动框)，可动支撑件11包围反射镜10以通过一对扭杆12a和12b来支承反射镜10；第一内部压电致动器13a和第二内部压电致动器13b(可合称为内部压电致动器)，第一内部压电致动器13a和第二内部压电致动器13b分别固定在可动支撑件11与扭杆12a和12b之间并且分别用作悬臂，用于通过扭杆12a和12b使反射镜10绕X轴旋转；固定支撑件14(外部固定框)，固定支撑件14包围可动支撑件11；以及第一外部压电致动器15a和第二外部压电致动器15b(可合称为外部压电致动器)，第一外部压电致动器15a和第二外部压电致动器15b分别固定在固定支撑件14与可动支撑件11之间并且分别用作弯曲形悬臂，用于通过可动支撑件11使反射镜10绕Y轴旋转(Y轴垂直于X轴)，从而实现二维扫描，其中，驱动第一内部压电致动器13a和第二内部压电致动器13b的驱动信号通常为频率20kHz以上的正弦波或矩形波信号，驱动第一外部压电致动器15a和第二外部压电致动器15b的驱动信号通常为频率60Hz左右的锯齿波信号(即X轴为快轴，Y轴为慢轴)，实现二维MEMS扫描镜的快速横向扫描及慢速纵向扫描。

在采用形成弯曲形悬臂的外部压电致动器的如图1所示的二维MEMS扫描镜结构中，使用例如压电效应的角度传感器进行反射镜10绕X轴和/或Y轴旋转的偏转角度感测时，角度传感器输出信号的信噪比(SNR)较低，会造成检测精度的降低，从而影响致动器控制的精度。对于各种结构的MEMS扫描镜来说，角度传感器输出信号的信噪比较低的一个主要原因在于：压电效应的角度传感器是可变电容元件，热噪声由与其连接的读出电路的电阻值决定，而常规的电压读取方式通常采用高电阻元件，因此低频范围内的噪声增加。

因此，需要提供一种新的MEMS扫描镜及激光投影仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS扫描镜及激光投影仪，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：