一种新型压电式MEMS微振镜结构

    技术2025-02-28  49


    本技术涉及微镜芯片结构,具体为一种新型压电式mems微振镜结构。


    背景技术:

    1、mems微振镜是激光雷达半固态方案的核心扫描元件,mems微振镜是通过精确控制镜面的偏角来控制激光的偏转方向,从而实现光束的指向控制和扫描,目前,成熟的微镜工作机械偏转角度通常需要限制在10°以内。

    2、半固态激光雷达方案主要为转镜式及mems振镜式,其中转镜式的主要运动部件是无刷电机,较为成熟,但由于是金属机械部件,体积较大;而mems振镜没有金属机械部件,整体为硅基材料,便于实现小型化,扫描频率快、可靠性提升,现有mems微镜结构绝大多数为正交轴对称微镜结构,快慢两轴振动频率受微镜梁的宽度和厚度影响较大,为得到较为清晰、分辨度较高的图像,需要快慢两轴的振动频率相差较大,因此对传统对称微镜的材料、框架和梁的形状要求较高。


    技术实现思路

    1、针对现有技术的不足,本实用新型提供了一种新型压电式mems微振镜结构,具备实用性强、稳定性好的优点,解决了上述背景技术所提出的问题。

    2、本实用新型提供如下技术方案:一种新型压电式mems微振镜结构,包括外框,所述外框的内壁开设有环形槽,所述环形槽的内壁滑动连接有限位板,所述限位板的外壁固定装配有扭转梁,所述扭转梁远离外框的一端固定装配有外环,所述外环的内壁开设有活动槽,所述活动槽的内壁滑动连接有悬臂梁,所述悬臂梁的外壁分别固定装配有内环和镜面,所述外框的外壁固定装配有夹具。

    3、作为本实用新型的一种优选技术方案:所述扭转梁的数量为两个,且两个扭转梁皆沿外框的内壁均匀分布。

    4、作为本实用新型的一种优选技术方案:所述夹具和限位板皆通过单晶硅制备而成,所述活动槽的内部结构与环形槽的内部结构相同。

    5、作为本实用新型的一种优选技术方案:所述内环通过悬臂梁与镜面固定连接,所述扭转梁和悬臂梁皆通过多元单晶压电体制备而成。

    6、作为本实用新型的一种优选技术方案:所述扭转梁的外壁与外框的内壁转动连接,所述悬臂梁的外壁与外环的内壁转动连接。

    7、作为本实用新型的一种优选技术方案:所述外框通过夹具与压电驱动器固定连接,所述扭转梁和悬臂梁的外壁皆粘接有压电薄膜。

    8、与现有技术对比,本实用新型具备以下有益效果:

    9、该微振镜结构,通过设置的外框、外环、内环、镜面、扭转梁、悬臂梁结构,使得该压电式mems微振镜结构在作业过程中,利用压电驱动器对压电材料的输出电压的变化使得镜面在高速旋转的状态下进行角度调节作业,相较于现有的镜面结构作业范围更广,可实现测距精度小于1米,测角精度小于20毫弧度,水平扫描角度范围为90°~10°,竖直扫描角度范围45°~10°,采用非正交的扭转轴,可以有效提高微镜的谐振性能,可用于制作单输入驱动式微镜,减少同时输入两种信号可能带来的干扰情况,同时非正交扭转轴的微镜有助于微镜振动性能提高,快轴频率更高,慢轴频率更低,从而提高扫描的清晰度和分辨率,最后通过模拟分析不同结构参数对快慢两轴旋转角度的影响规律,构建单一信号输入对双轴驱动输出的协调控制调控,实现宽频带模型设计,解决控制稳定性。



    技术特征:

    1.一种新型压电式mems微振镜结构,包括外框(1),其特征在于:所述外框(1)的内壁开设有环形槽(8),所述环形槽(8)的内壁滑动连接有限位板(10),所述限位板(10)的外壁固定装配有扭转梁(6),所述扭转梁(6)远离外框(1)的一端固定装配有外环(2),所述外环(2)的内壁开设有活动槽(9),所述活动槽(9)的内壁滑动连接有悬臂梁(7),所述悬臂梁(7)的外壁分别固定装配有内环(3)和镜面(4),所述外框(1)的外壁固定装配有夹具(5)。

    2.根据权利要求1所述的一种新型压电式mems微振镜结构,其特征在于:所述扭转梁(6)的数量为两个,且两个扭转梁(6)皆沿外框(1)的内壁均匀分布。

    3.根据权利要求1所述的一种新型压电式mems微振镜结构,其特征在于:所述夹具(5)和限位板(10)皆通过单晶硅制备而成,所述活动槽(9)的内部结构与环形槽(8)的内部结构相同。

    4.根据权利要求1所述的一种新型压电式mems微振镜结构,其特征在于:所述内环(3)通过悬臂梁(7)与镜面(4)固定连接,所述扭转梁(6)和悬臂梁(7)皆通过多元单晶压电体制备而成。

    5.根据权利要求1所述的一种新型压电式mems微振镜结构,其特征在于:所述扭转梁(6)的外壁与外框(1)的内壁转动连接,所述悬臂梁(7)的外壁与外环(2)的内壁转动连接。

    6.根据权利要求1所述的一种新型压电式mems微振镜结构,其特征在于:所述外框(1)通过夹具(5)与压电驱动器固定连接,所述扭转梁(6)和悬臂梁(7)的外壁皆粘接有压电薄膜。


    技术总结
    本技术涉及微镜芯片结构技术领域,且公开了一种新型压电式MEMS微振镜结构,包括外框,所述外框的内壁开设有环形槽。通过设置的外框、外环、内环、镜面、扭转梁、悬臂梁结构,利用压电驱动器对压电材料的输出电压的变化使得镜面在高速旋转的状态下进行角度调节作业,相较于现有的镜面结构作业范围更广,可实现测距精度小于1米,测角精度小于20毫弧度,水平扫描角度范围为±5°~±45°,竖直扫描角度范围±5°~±45°,采用非正交的扭转轴,可以有效提高微镜的谐振性能,减少同时输入两种信号可能带来的干扰情况,同时非正交扭转轴的微镜有助于微镜振动性能提高,从而提高扫描的清晰度和分辨率。

    技术研发人员:申强,李茂影,郭翔,唐雨桐,夏园林
    受保护的技术使用者:四川大学
    技术研发日:20240326
    技术公布日:2024/10/24
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