[發明專利]一種微鏡及包含該微鏡的激光投影系統

在審

• 申請號: 201911256880.8
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN113031255A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 馬宏
• 申請（專利權）人: 覺芯電子（無錫）有限公司
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;G02B26/10;G02B27/48;G03B21/28
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發明提出一種微鏡及包含該微鏡的激光投影系統，所述微鏡包括鏡面、過渡框架、多個柔性彈簧、多個懸臂梁和多個驅動部分，多個所述柔性彈簧、懸臂梁和驅動部分一一對應；所述微鏡外圍設置有所述過渡框架，所述微鏡與所述過渡框架通過多個連接梁連接；多個所述柔性彈簧沿所述過渡框架外側周向間隔設置，所述懸臂梁的一端通過所述柔性彈簧與所述過渡框架動態連接，所述懸臂梁的另一端與所述驅動部分連接。本發明微鏡利用杠桿放大原理將動梳齒的小幅振動放大為鏡面的大幅振動，有利于提高微鏡的行程或者偏轉角度，鏡面帶刻蝕圖案有效對激光束的波前相位進行調制且工藝簡單、性能優良，特別適合用于傅里葉變換紅外光譜儀和消除激光散斑的投影系統。

技術領域

本發明涉及半導體技術中的微機電系統技術領域，特別涉及一種微鏡。

背景技術

微鏡是基于半導體微加工技術的光學裝置。由于具有體積小、掃描頻率高和能耗低的特點，微鏡在激光雷達、激光掃描投影、內窺鏡、光開關和紅外光譜儀等領域都擁有廣泛的應用前景。其中激光雷達等應用對探測視場有很高的要求，需要微鏡進行大角度的機械偏轉。紅外光譜儀等應用又需要微鏡在垂直方向進行振動，并且要求有較大的行程。

為了實現更高的幀頻和分辨率，微鏡必須工作在高頻模態。然而，過大的動態形變會導致出射激光光斑畸變，嚴重影響激光雷達的探測精度或掃描式投影的質量。通常要求微鏡的最大動態形變不超過激光波長的十分之一。成熟的微鏡芯片必須同時滿足以上條件，因此，對器件的設計和加工提出了很高的要求。

微鏡的驅動手段分為多種，其中靜電驅動微鏡工藝簡單、結構緊湊，具有最廣闊的應用前景。但是傳統的靜電驅動微鏡中，梳齒和鏡面構成近似剛性的整體，擁有相同的振動幅度。如果鏡面振幅較大時，動梳齒將會過于遠離靜梳齒，導致靜電力大幅下降，從而要求更大的電壓以維持大振幅的振動。更大的電壓需求會對升壓電路造成壓力，導致不必要的能耗。因此如何以更小的動梳齒振幅實現更大的鏡面振幅，是微鏡器件設計的重要方向。

此外，微鏡通常與激光搭配起來構成多種應用系統。其中激光掃描投影是一種應用廣泛的新型投影技術。但該技術面臨的一個重大問題就是激光散斑效應，亦即高度相干的激光束入射到粗糙的成像面時，會干涉形成明暗不等的光斑，嚴重影響了觀看的視覺效果。對于激光顯示而言，散斑對比度需要抑制到4％以下，人眼系統才無法分辨。目前，消除激光散斑通常有兩種方法，第一種方法使用波長可調激光器，通過在時域上掃描激光器波長來調制散斑的分布，但激光器的波長調整范圍通常有限，不足以徹底消除散斑現象。第二種方法使用毛玻璃或者積分器，并將其與旋轉式馬達相連，但這些裝置不僅體積大、功耗大而且伴有噪聲。

另一種潛在的替代方案就是使用具有微納結構反射面的微鏡來代替上述消散斑裝置。該微納結構反射面可以打亂激光束的等相面，并通過微鏡的振動使激光的等相面發生時域變化。基于該方案，投影面上激光散斑的分布將發生高頻時域變化，最終實現光斑能量的均勻化，消除人眼觀察時的散斑效應。然而，微鏡通常只有很小的振動幅度，導致激光等相面的變化幅度很小，不足以徹底實現光斑能量的均勻化。

發明內容

為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明提出一種微鏡結構，旨在現一種振幅可放大的、工作模式多樣的MEMS微鏡，并利用該微鏡振幅大的獨特優勢，提出一種可以高效消除激光散斑的投影系統，其具體技術方案如下：

本發明的第一方面，提出一種微鏡，包括鏡面、過渡框架、多個柔性彈簧、多個懸臂梁和多個驅動部分，多個所述柔性彈簧、懸臂梁和驅動部分一一對應；所述微鏡外圍設置有所述過渡框架，所述微鏡與所述過渡框架通過多個連接梁連接；

多個所述柔性彈簧沿所述過渡框架外側周向間隔設置，所述懸臂梁的一端通過所述柔性彈簧與所述過渡框架動態連接，所述懸臂梁的另一端與所述驅動部分連接；

所述驅動部分包括扭轉梁、兩個固定錨點和固定框架，所述固定框架環繞所述扭轉梁和兩個固定錨點設置，所述扭轉梁與所述懸臂梁連接，所述扭轉梁的兩端分別與兩個所述固定錨點通過彈性連接部件連接；