[发明专利]微机电反射器系统

说明书

一种紧凑并且稳健的微机电反射器系统，其包括支承件、反射器、包括边缘点的反射器的外围边缘以及包括压电致动器并且从支承件悬挂反射器的悬挂件。两对悬挂件从两个固定点被固定至支承件，使得在每对悬挂件中，成对悬挂件的第一端被固定至该对悬挂件共同的固定点。第一旋转轴与穿过两个固定点的线对准，并且将反射器分成第一反射器部分和第二反射器部分。在每对悬挂件中，一个悬挂件的第二端被耦接至第一反射器部分，并且另一悬挂件的第二端被耦接至第二反射器部分。

技术领域

本公开内容涉及微机电致动的反射器系统。

背景技术

微机电(MEMS)反射器可以用于在成像装置例如光检测与测距传感器(LIDAR)中。MEMS反射器是包含至少一个平面反射表面的平面元件，并且因此能够朝向周围环境反射入射光束。MEMS反射器系统可以包括可以反射来自激光发射器的光束的至少一个移动反射器。附加的固定反射器或透镜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。

图1示出了具有平面移动反射器12以及朝向其发射光束111的激光发射器11的反射器系统的简化二维图。移动反射器12以其可以相对于入射光束111倾斜的方式从支承件13悬挂。反射器12被以在其倾斜的位置中的粗实线示出，并且从该位置中的平面反射器反射的光束112被以较细的实线示出。

可以通过以适当协调和定时的顺序倾斜反射器来生成图像区域的扫描。在简单扫描模式中，移动反射器12可以被布置成围绕两个正交旋转轴振荡。两个振荡都可以被同时激励并且驱动，并且镜子的最终位置是振荡模式的叠加。有利地谐振地操作振荡模式。

典型的现有技术双轴扫描器应用悬挂系统，其中一组两个万向节将两个振荡模式彼此分开。例如，文献US 2015/0286048 A1公开了常规的万向节结构、利萨如(Lissajous)双轴扫描部件及其扫描频率生成方法。该部件包括快轴和慢轴、镜子、块体和支承件。镜子被设置在中心并且通过成对快轴被连接至块体，并且块体通过成对慢轴被连接至支承件。当部件由致动器驱动时，快轴以快轴谐振频率扭转，并且慢轴以慢轴谐振频率扭转，从而产生扫描投影。

万向节组占据与反射表面相同的平面区域，这意味着可用的MEMS芯片区域的较小部分仍然可用于镜子。因此，对于与反射器系统的MEMS芯片的尺寸相关的解决方案，万向节悬挂不是最佳的。此外，万向节需要足够大以避免不期望的过耦接移动，但是大的万向节块体容易导致对外部振动和冲击效应的高灵敏度。万向节悬挂还表现出各种寄生模式，这进一步使结构的设计复杂化。此外，在嵌套万向节结构中，必须对外万向节弹簧轴的顶部进行与内万向节电连接的布线。通常弹簧很窄并且对过程变形敏感，这使得在它们上形成图案层非常困难。

在文献US 2012/0320379 A1中公开了一种替选解决方案，其描述了用于微镜扫描仪的偏转装置。该结构不包括万向节，而是包括惰性环绕支承件和由悬挂支架支承的镜板。在US 2012/0320379 A1中示出的悬挂支架结构接近对称，并且仅区别使得X谐振模式频率和Y谐振模式频率可以通过设计的成像帧速率(60Hz)而不同。由于制造公差在大规模生产中难以以受控方式获得这样小的尺寸差异。此外，该结构应用梳状结构来测量微镜的相位位置。这是非常低效的，因为当施加大于器件层的平面外尺寸的振幅时，垂直梳状电极表面的交叠以及因此测量的容量并不真正与运动对应。然而，在检测返回光信号的激光雷达应用中准确检测反射器的位置是非常重要的，并且需要精确地知道所检测的光束的方向。所示的悬挂结构的柔性部分也在许多方向上弯曲并且因此也容易响应于外部冲击和振动。未来的激光雷达应用可能会用于不可接受这样的敏感的车辆和其他挑战环境。此外，谐振器的支承件是不平衡的。在不平衡谐振器中，支承件结构在大振幅谐振振动中变形，这引起能量耗散并且降低谐振器Q值。

发明内容

本公开内容的目的是提供一种用于克服或至少减轻上述问题中的一些问题的装置和关联的方法。