一种MEMS扫描器及扫描成像系统的制作方法

本实用新型涉及光学成像领域，尤其涉及一种MEMS扫描器及扫描成像系统。

背景技术：

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System；微机电系统)扫描器，一般采用电磁、静电、压电等方式进行驱动。激光光斑打在MEMS扫描器的反射镜上，反射镜将激光光斑反射至成像界面上，随着反射镜的运动，反射光斑的轨迹发生变化，通过一定的驱动频率配比，使得反射至成像界面上的光斑的轨迹形成稳定的图形输出，再配合实时的激光调制，从而实现图片或视频显示。

但是，现有技术的MEMS扫描器中，扫描驱动器和反射镜通常采用一体式设计，如图1所示，反射镜设置在MEMS扫描器的中心，为了增大反射镜的振动幅度，需要使MEMS扫描器工作在其共振频率上，而一体式设计的 MEMS扫描器的共振频率由扫描驱动器和反射镜共同决定，要使一体式设计的 MEMS扫描器按照共振频率振动，需要对扫描致动器结构、尺寸，以及反射镜的结构、尺寸都进行精确控制，导致现有技术的MEMS扫描器设计难度较高，结构复杂，加工精度要求苛刻，因此，MEMS扫描器的成本一直居高不下。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种MEMS扫描器及扫描成像系统，该MEMS 扫描器的结构简单，成本较低。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型第一方面提供一种MEMS扫描器，包括：

扫描驱动器，所述扫描驱动器包括固定端和自由端；

反射镜，设置在所述自由端上，所述扫描驱动器用于带动所述反射镜转动，所述反射镜用于将投射到所述反射镜上的光斑反射至一成像面上，形成图像。

可选的，所述反射镜粘接在所述自由端上。

可选的，所述反射镜的材质为高反射率的玻璃、塑料和金属中的一种或多种。

可选的，所述扫描驱动器为二维扫描驱动器，所述二维扫描驱动器包括X 方向扫描驱动器和与X方向垂直的Y方向扫描驱动器。

可选的，所述X方向扫描驱动器和所述Y方向扫描驱动器为压电扫描驱动器。

可选的，所述X方向扫描驱动器和所述Y方向扫描驱动器的结构为晶片结构。

可选的，所述X方向扫描驱动器和所述Y方向扫描驱动器为一体成型的；或

所述X方向扫描驱动器和所述Y方向扫描驱动器粘接或镶嵌固结在一起；或

所述X方向扫描驱动器和所述Y方向扫描驱动器通过正交型转接器连接。

可选的，所述二维扫描驱动器的扫描模式为螺旋式、栅格式或利萨如图形。

本实用新型第二方面提供一种扫描成像系统，包括光源；

如第一方面所述的MEMS扫描器，所述MEMS扫描器设置在所述光源的出射光路上，所述反射镜用于将所述光源投射到所述反射镜上的光斑反射至一成像面上，形成图像。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型实施例中，MEMS扫描器包括扫描驱动器，所述扫描驱动器包括固定端和自由端，自由端上设置有反射镜，扫描驱动器用于带动反射镜转动，从而将投射到所述反射镜上的光斑反射至一成像面上，形成图像。由于反射镜设计在扫描驱动器的自由端，反射镜的作用为转折光路，将光斑反射至成像面， MEMS扫描器的共振频率、摆动幅度由扫描驱动器的结构和尺寸决定，与反射镜无关，因此，本实用新型实施例中，对反射镜的结构和尺寸没有精确要求， MEMS扫描器的结构相比于现有技术更简单，易于实现，从而替代现有技术中结构复杂的MEMS扫描器，降低MEMS扫描器的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为现有技术中MEMS扫描器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的MEMS扫描器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的MEMS扫描器的光路示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种可能的二维扫描驱动器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的扫描驱动器通过正交型转接器连接的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的正交型转接器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种MEMS扫描器，如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的MEMS扫描器的结构示意图，该装置包括：扫描驱动器10，所述扫描驱动器10包括固定端101和自由端102；反射镜11，设置在所述自由端102上，所述扫描驱动器10用于带动所述反射镜11转动，所述反射镜11 用于将投射到所述反射镜11上的光线反射至一成像面上，形成图像。

如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的MEMS扫描器的光路示意图。其中，MEMS扫描器所在的扫描成像系统还包括光源12，MEMS扫描器设置在光源12的出射光路上(图中只示出反射镜11)，光源12发出的光线投射到反射镜11上，随着扫描驱动器10带动反射镜11的振动，反射镜11的位置从a移动到b，对应的，由反射镜11反射至成像面13上的光斑的位置从c 移动到d，在扫描过程中，通过对扫描驱动器10的扫描频率进行控制，并对光源12发出的光进行调制，从而在成像面13上扫描形成图像。其中，光源12 可以为UHP(Ultra High Power；超高功率)光源、激光光源或LED(Light Emitting Diode；发光二极管)光源等，成像面13可以为投影幕布或墙壁等。

本实用新型实施例中，反射镜11可以粘接在自由端102上，反射镜11的材质可以为高反射率的玻璃、塑料和金属中的一种或多种，本实用新型对此不做限制。由于反射镜11设计在扫描驱动器10的自由端，MEMS扫描器可以看作是自由端102带质量(即，反射镜11)的悬臂梁，MEMS扫描器的共振频率、摆动幅度由扫描驱动器10的结构决定，与反射镜11无关，反射镜10的作用为转折光路，将光斑反射至成像面，因此，本实用新型实施例中，对反射镜的尺寸参数没有精确要求，相比于现有技术中既要考虑扫描驱动器的结构和尺寸，又要考虑反射镜的结构和尺寸，本实用新型实施例中的MEMS扫描器的设计更简单，有利于降低成本。

接下来，对本实用新型实施例中的扫描驱动器10进行说明。

具体的，扫描驱动器10可以为二维压电扫描驱动器，二维压电扫描驱动器的扫描模式可以为螺旋式扫描、栅格式扫描、利萨如图形扫描等。扫描驱动器10可以为圆管型压电管或正方形压电管等，根据一种可能的实施方式，如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的一种可能的二维扫描驱动器的结构示意图，其中，二维扫描驱动器包括X方向扫描驱动器103和与X方向垂直的Y方向扫描驱动器104，X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104 可以均为晶片结构，如：单晶片结构、双晶片结构、堆叠型单晶片结构或堆叠型双晶片结构等。

以栅格式扫描为例，在扫描过程中，X方向扫描驱动器103作为快轴，沿 X方向振动，Y方向扫描驱动器104作为慢轴，沿Y方向振动，从而实现栅格式扫描，其中，X方向是指与X方向扫描驱动器103的侧面1031垂直的方向， Y方向是指与Y方向扫描驱动器104的上表面1041垂直的方向。

在具体实施过程中，可以通过电压信号分别扫描驱动器10进行驱动，将电能转换为机械能，以带动反射镜11振动。其中，如图4所示，X方向扫描驱动器103的端部1032为自由端，Y方向扫描驱动器104的端部1042为固定端，通过对X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104同时施加一定的电压，可以实现扫描驱动器10在X方向和Y方向的弯曲位移，将两个方向的弯曲位移合成，可以实现二维的弯曲位移，从而带动反射镜11实现二维的弯曲位移。

本实用新型实施例中，MEMS扫描器可以看作是自由端102带质量(即，反射镜11)的悬臂梁，由于X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104 是相对分离的，且X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104均为晶片结构，因此，可以通过改变晶片结构的长度和厚度，精确控制压电扫描驱动器的共振频率，十分利于批量生产，相比现有技术中的一体式设计的MEMS扫描器，降低了扫描驱动器本身的设计难度。

在具体实施过程中，X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104的实施方式有很多种，本实用新型实施例中，对以下几种实施方式进行说明。

在第一种可能的实施方式中，所述X方向扫描驱动器103和所述Y方向扫描驱动器104为一体成型的。

在第二种可能的实施方式中，如图4所示，所述X方向扫描驱动器103 和所述Y方向扫描驱动器104为两个独立的结构，然后通过粘接或镶嵌固结等方式连接在一起。

在第三种可能的实施方式中，如图5所示，扫描驱动器10还包括正交型转接器105，所述X方向扫描驱动器103和所述Y方向扫描驱动器104，通过正交型转接器105连接在一起，从而增强扫描驱动器10的稳定性。

其中，如图6所示，图6为本实用新型实施例提供的正交型转接器的结构示意图，正交型转接器105包括与X方向扫描驱动器103对应的第一凹槽和与所述Y方向扫描驱动器104对应的第二凹槽，在连接时，将X方向扫描驱动器103的端部插入第一凹槽，将Y方向扫描驱动器104的端部插入第二凹槽，再通过粘接剂固定，从而增强X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104 的连接的稳定性。

在上述几种实施方式中，需要对X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104进行分别极化，使得X方向扫描驱动器103在被施加电压时沿X方向振动，Y方向扫描驱动器104在被施加电压时沿Y方向振动。

本实用新型实施例中，构成压电扫描驱动器的压电材料可以为无机压电材料(分为压电晶体和压电陶瓷)、有机压电材料或复合压电材料等，本实用新型对此不作限制。举例来讲，假设X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104为一整块压电陶瓷，在对整块压电陶瓷进行极化处理时，对X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104对应的两部分压电陶瓷进行分别极化，使得X方向扫描驱动器103在被施加电压时沿X方向振动，Y方向扫描驱动器 104在被施加电压时沿Y方向振动。

本实用新型实施例中，X方向扫描驱动器103和Y方向扫描驱动器104 均为一维压电扫描驱动器，由于一维压电扫描驱动器工艺成熟，价格低廉，因此，通过两个一维的压电扫描驱动器构成二维压电扫描驱动器，易于实现量产化，并且，二维压电扫描驱动器的尺寸可以根据压电材料的特性进行灵活设计，易于实现小型化。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例中，MEMS扫描器包括扫描驱动器，所述扫描驱动器包括固定端和自由端，自由端上设置有反射镜，扫描驱动器用于带动反射镜转动，从而将投射到所述反射镜上的光斑反射至一成像面上，形成图像。由于反射镜设计在扫描驱动器的自由端，反射镜的作用为转折光路，将光斑反射至成像面，MEMS扫描器的共振频率、摆动幅度由扫描驱动器的结构和尺寸决定，与反射镜无关，因此，本实用新型实施例中，对反射镜的结构和尺寸没有精确要求， MEMS扫描器的结构相比于现有技术更简单，易于实现，从而替代现有技术中结构复杂的MEMS扫描器，降低MEMS扫描器的成本。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。