MEMS振镜简介

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MEMS振镜简介

2024-07-10 20:00| 来源: 网络整理| 查看: 265

MEMS振镜基本理论

MEMS振镜是一种基于微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)技术制作而成的微小可驱动反射镜。镜面直径通常只有几毫米。与传统的光学扫描镜相比,具有重量轻,体积小,易于大批量生产,生产成本较低的优点。在光学,机械性能和功耗方面表现更为突出。因此,MEMS振镜已经在条形码扫描,高清投影,激光共焦显微系统等领域得到应用。

MEMS振镜分类

MEMS扫描镜可以根据以下方面进行分类:

工作原理:反射、折射或衍射;驱动原理:静电驱动、电磁驱动、压电驱动、热电驱动;制造技术:体微加工,表面微加工和其他微加工等。从工作方式来看,MEMS微镜可以分为谐振态和准静态(即非谐振态)两类: a)谐振态MEMS微镜需要工作在谐振频率点下,扫描频率偏离谐振频率点扫描角度会大幅降低至不能正常工作; b)准静态MEMS微镜的工作频率可以自由调整,从零开始到微镜结构固有谐振频率范围以内均可实时调节,大大提高了MEMS的灵活实用程度; c)MEMS微镜的动态响应以及固有谐振频率与MEMS微镜的加工制作方式以及镜片尺寸等都有关系。镜片尺寸越大,则MEMS微镜的转动惯量也越大,谐振频率会随之降低。

对于2DMEMS微镜,其在两个方向均可扫描,根据两轴扫描模式不同,其主要可以分为三类: a)两轴均用准静态扫描方式,这种MEMS微镜两个方向上的工作带宽都从直流驱动到一定频率可调,不能工作在谐振频率下。当用直流电压驱动时,镜面反射光斑可以维持在一个固定的位置,因而可以实现点到点的扫描效果。 b)x轴(也即快轴)采用谐振模式,用正弦波驱动工作在微镜固有的谐振频率点,通常为几KHz,让反射光束在水平方向上快速扫描,然后y轴(也即慢轴)采用准静态模式,用低频三角波或锯齿波驱动扫描,频率通常为几十Hz。 c)两轴均为谐振扫描模式,该模式下两轴都工作在各自狭窄的频率范围内,均用高频正弦波驱动扫描。由于工作在谐振模式下的微镜形变以及扫描角度放大效果十分显著,因而要十分注意输入正弦波的幅度控制,超过一定范围的时候MEMS微镜可能会因为微镜支撑梁形变太大而损毁。该种模式下反射光束的扫描轨迹呈现出的扫描效果为李萨如图形。可以通过x轴和y轴的工作频率之比来调节李萨如图形曲形轨迹。 图1 静电驱动MEMS微镜芯片:(a)准静态扫描模式(点到点扫描);(b)x轴谐振y轴准静态扫描模式;(c)两轴谐振扫描模式(二维李萨如扫描)。

静电驱动

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电磁驱动

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压电驱动

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电热驱动

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小结

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