用于扫描仪技术领域的带振镜的偏转设备的制作方法

背景技术：

1、在光学领域，微机电系统(micro-electrical-mechanical-system，mems)技术一直是许多光通信尖端设备的使能工具。基于mems技术的偏转设备或扫描仪能够进行二维光学扫描，并在各种低功耗和紧凑的扫描应用中发挥着至关重要的作用，包括投影、传感和成像。通常，扫描仪等会使用偏转设备。对于扫描激光投影系统，更大的振幅相当于更高的光学分辨率。因此，基于微机电系统(micro electro mechanical system，mems)振镜谐振操作的激光投影被广泛采用。具体来说，光沿着两个轴的偏转可以使用振镜的万向节安装来实现。偏转设备的扫描角度可以相当于振镜机械旋转角度的两倍。振镜可以耦合到弹簧，并机械稳定在芯片结构中，能够沿着至少两个轴振荡。振镜由内部致动器驱动，或通过使用具有连接mems振镜以形成耦合振荡系统的致动器的外部驱动机构驱动。

2、如果使用内部致动器，通常可以利用压电元件来利用振镜振荡幅度。压电层放置在耦合到振镜的弹簧上，这使得振镜在压电层伸长或收缩时运动，从而引起弹簧的偏转。用于放置压电层的区域受弹簧的几何形状的限制。与区域成比例的最大可实现的偏转力不能独立于弹簧来控制。因此这将导致扫描角受限。扫描角是基于mems技术的偏转设备或扫描仪通常可以以每秒给定的点速率实现的光角。

3、带有与mems振镜连接的致动器的外部驱动机构具有更高的空间要求。扫描角越大，偏转设备覆盖的区域就越大，但由于受到外部驱动机构的物理限制，导致偏转设备难以保证扫描的准确性，同时也变得笨重。此外，这种具有致动器的外部驱动机构相对昂贵。另外，难以保证振镜运动的精度和实现控制，并且在激活期间也存在显著的能量损失。

4、上述偏转设备的共同缺点包括在实现更大的扫描角值方面不能发挥作用，同时对偏转设备提出了更大的空间要求，对偏转设备的制造工艺提出了更多的时间和成本要求。

5、因此，根据上述讨论，需要解决现有技术中的上述缺点，使偏转设备与现有技术的传统偏转设备相比，能够以更小的空间要求实现更大的扫描角值。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能够实现更大扫描角的偏转设备，与具有内部致动或外部驱动机构的传统偏转设备相比，采用相同制造工艺的所述偏转设备可同时提供致动和传感，因此成本更低。

2、这个目的是通过独立权利要求的特征来实现的。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

3、根据第一方面，提供了一种用于扫描仪的偏转设备。所述偏转设备包括衬底、振镜和致动器装置。所述振镜布置在所述衬底中的凹槽中，并通过连接器装置连接到衬底，使得它可以以振荡的方式绕至少两个轴旋转。所述致动器装置使振镜振荡。所述致动器装置布置在围绕凹槽的衬底中的一个或多个沟槽中，使得致动器装置的形状的变化引起衬底中的运动，从而引起振镜的振荡运动。偏转设备具有使衬底以与振镜的谐振频率相同或相似的频率振荡的优点。偏转设备不限制与连接器装置处的弹簧几何形状相关的区域。因此，偏转设备通过具有更大有效致动区域的致动器装置，利用更高的可用致动能量来实现更大的可实现扫描角。高分辨率的扫描仪需要非常大的扫描角，由于所述偏转设备的有利设计，这可以在没有机械应力的情况下实现。

4、所述振镜可以是mems振镜。所述振镜可以使偏转设备能够在扫描应用中实现纳米级精度。

5、在第一方面的偏转设备的第一种可能的实现方式中，致动器装置布置成响应于电信号而改变其形状。致动器装置可选地包括一个或多个由电压信号控制的压电元件。与传统的偏转设备相比，一个或多个压电元件提供了更大的扫描角。可选地，致动器装置包括一个或多个由电压信号控制的静电梳状元件。所述致动器装置可以包括一个或多个由电流信号控制的磁力激励元件。所述静电梳状元件或磁力激励元件使偏转设备具有外部可激励的内部致动。

6、在第一方面的偏转设备的第二种可能的实现方式中，质量元件布置在致动器装置下方的一个或多个沟槽的至少一个中。所述质量元件为偏转设备提供垂直致动和/或还提供压电元件的相移致动，所述压电元件引起偏转设备的旋转振荡。

7、所述连接器装置可选地包括一个或多个弹簧，所述弹簧一端连接到振镜，另一端连接到围绕凹槽的衬底。所述一个或多个弹簧使偏转设备能够实现更大的扫描角。

8、在第一方面的偏转设备的第三种可能的实现方式中，压电元件连接到至少一个弹簧上，用于检测振镜的方向，并为布置成控制致动器装置的控制装置生成表示方向的信号。偏转设备采用相同制造工艺就可同时提供致动和传感，从而降低了制造工艺成本。

9、致动器装置可选地包括四个致动器元件，所述致动器元件定位在围绕凹槽的矩形的角上。四个致动器元件可以引起偏转设备的旋转振荡。可选地，致动器装置包括至少三个弯曲的致动器元件，每个弯曲的致动器元件覆盖围绕凹槽的圆周段。

10、根据第二方面，提供了一种用于增强现实或虚拟现实(augmented reality/virtual reality，ar/vr)设备的光引擎，所述光引擎包括激光发射设备、一个或多个布置成对从激光发射设备发射的激光束进行整形的光学元件、根据本发明并布置成将成形的激光束投射到反射表面上的偏转设备。偏转设备向增强现实或虚拟现实(augmentedreality/virtual reality，ar/vr)设备的用户显示图像。

11、根据第三方面，提供了一种用于增强现实或虚拟现实的显示设备，所述设备包括一个或多个光引擎。所述一个或多个光引擎提供活动场景/物体的光源或信息到表面的投影。

12、本发明解决了现有技术中的技术问题，所述技术问题即压电薄膜的应用区域受到用于内部致动的弹簧几何形状的限制。由于用于内部致动的弹簧几何形状，传统偏转设备中的最大可实现力不能独立于弹簧进行控制。因此这将导致扫描角受限。本发明解决了现有技术中的另一个技术问题，所述技术问题即在使用外部致动的情况下，混合驱动机构具有更高的空间要求，并且相对昂贵。

13、因此，与现有技术相比，相较于具有内部致动或外部驱动机构的传统偏转设备，根据本发明具有使用致动器装置致动的振镜的偏转设备可以具有更小的占地面积。所述偏转设备也可以具有更高的整合系数。与具有内部致动或外部驱动机构的传统偏转设备相比，所述偏转设备采用同一制造工艺就可同时提供致动和传感，从而降低了制造工艺成本。与具有内部致动或外部驱动机构的传统偏转设备相比，所述偏转设备具有更久的使用寿命。由于利用了外围，因此所述偏转装置对于致动结构具有更大的设计灵活性。相反，对于具有内部致动或外部驱动机构的传统偏转设备，由于其振镜连接有活动部件，因此空间有限。

14、与现有技术的传统偏转设备相比，本发明基本上消除或至少部分解决了现有技术中的上述技术缺陷，使得所述偏转设备以较小的空间要求实现较大的扫描角。偏转设备的所述致动器装置可用于汽车、消费者和工业应用，所述装置可以通过典型的半导体工艺制造。

15、本发明的这些和其它方面在下面描述的实现方式中是显而易见的。