[实用新型]多折扭转梁及包括其的非线性减弱的MEMS扭转镜

说明书

本实用新型属于微光机电领域，具体涉及MEMS扭转镜，特别是一种多折扭转梁及包括该多折扭转梁的非线性减弱的MEMS扭转镜。解决由非线性引起的频率范围和转角限制以及角度控制难度大等问题。多折扭转梁包括三组扭转梁、六组横梁及两组过渡梁，通过布置多组横梁使各段扭转梁的扭转中心与各自几何中心重合，减弱因多折扭转梁各位置扭转变形差异大而带来的MEMS扭转镜的运动非线性。结合可以提供线性扭矩的驱动器，实现非线性减弱的MEMS扭转镜。其在采用多折扭转梁时，不表现出明显的非线性特征，即谐振运动不出现非稳定域和双向扫频相差大的现象，静态转动不出现驱动力和转角之间的非线性关系，提升MEMS扭转镜的性能。

技术领域

本实用新型属于微光机电领域，具体涉及MEMS扭转镜，特别是一种多折扭转梁及包括该多折扭转梁的非线性减弱的MEMS扭转镜。

背景技术

相较于传统的机械光扫描装置，MEMS扭转镜具有体积小、重量轻、易集成、响应快和寿命长等优点，在激光投影、激光雷达和3D成像等领域内得到越来越多的应用。大多数情况下，MEMS扭转镜直接决定了整个扫描装置的性能，因此，提高MEMS扭转镜的性能成为技术人员关注的重点。

在MEMS扭转镜的结构设计中，常选用扭转梁作为弹性元件提供回复力。工作过程中，外部驱动力(可由压电驱动、静电驱动、电磁驱动，热电驱动和磁滞伸缩驱动等常用的驱动方式产生)施加扭矩到扭转梁上，使其发生弹性扭转变形，以产生回复力，而驱动力、阻尼力和回复力的共同作用决定扭转镜的运动状态。回复力与转角之间的非线性关系极大地影响了扭转镜性能，使得谐振运动出现非稳定域和双向扫频谐振频率相差大的现象，限制了运动的频率范围和转角。同时，静态转动出现的驱动力与转角之间的非线性关系，增加了转角控制难度。

专利文献(CN102540459B)公开了在扭转梁上设置狭缝的方法，解决了因离扭转中心轴的距离不同导致扭转梁的变形状态不同而产生的位移非线性的问题，实现了高频驱动下减少非线性共振发生的目的。但该文献中所采用的扭转梁为直梁，结构相对简单。然而在不同的设计中，出于芯片尺寸和振动模态等因素的考虑，往往需要将扭转梁设计为多折扭转梁或者蛇形梁(如专利文献 (CN101655602A))。多折扭转梁形状复杂，在扭转过程中外侧梁距离扭转中心轴更远，扭转梁各位置的扭转变形差异更大，因此所呈现的非线性更强。

因此，期望通过设计形状特殊的多折扭转梁，实现非线性减弱的MEMS扭转镜。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种多折扭转梁及包括该多折扭转梁的非线性减弱的MEMS扭转镜，通过设计形状特殊的多折扭转梁，减弱MEMS扭转镜的非线性，提高扭转镜的谐振运动和静态运动的性能，解决由非线性引起的频率范围和转角限制以及角度控制难度大等问题。

本实用新型的实用新型构思为：

本实用新型通过布置多折横梁使各段扭转梁的扭转中心与各自几何中心重合，减弱因多折扭转梁各位置扭转变形差异大而带来的MEMS扭转镜的运动非线性。结合可以提供线性扭矩的驱动器，实现非线性减弱的MEMS扭转镜。其在采用多折扭转梁时，不表现出明显的非线性特征，即谐振运动不出现非稳定域和双向扫频相差大的现象，静态转动不出现驱动力和转角之间的非线性关系，提升MEMS 扭转镜的性能。

需要强调的是本实用新型公开的多折扭转梁与公开号为CN109633893A的中国专利公开的扭转梁虽然在形状上有相似之处，但本实用新型中的多折扭转梁的特殊形状(第二横梁和第五横梁为细长梁，确保在扭转过程中发生一定的变形，变形可将第一扭转梁和第三扭转梁的扭转变形中心由第二扭转梁的几何中心调整到各自的几何中心)可以实现非线性的减弱，而CN109633893A专利中没有描述该部分内容，同时这也是以往公开的多折扭转梁所不具备的。普通的多折扭转梁仅能实现减小扭转梁整体尺寸，增大扭转谐振频率而不增加应力的目的，具有很强的非线性特征。

本实用新型的技术方案是提供一种多折扭转梁，其特殊之处在于：包括三组扭转梁、六组横梁及两组过渡梁；