一种高占空比的反射镜的制作方法

本发明涉及微机电系统领域，尤其是一种高占空比、大驱动力的反射镜。

背景技术：

在光通信、激光投影、激光雷达、三维成像等领域，需要配置具有偏转功能的反射镜。特别是在激光雷达领域，为实现远距离精确探测，需要大口径、大功率激光器作为光源，这样就对用于光束反射的反射镜，提出了大尺寸、大角度的要求。应用mems工艺制作反射镜，具有精度高、易批量、工艺成熟的优势。mems指微机电系统（micro-electro-mechanicalsystem），是在微电子技术基础上发展起来的革命性新技术，融合光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。mems器件广泛应用于高新技术产业，是一项关系到科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。其中，通过mems工艺制作的反射镜是一种应用mems技术研制的光反射型器件，通过连接反射镜面的扭转结构，在微驱动力的作用下，带动镜面偏转，实现对光束在一维或二维方向的反射扫描，具有成本低、可靠性高、小型化和易批量生产等优点，在诸多领域具有巨大的应用市场。

现有通过技术中，通过mems工艺制作的反射镜主要有电磁驱动式反射镜和静电驱动式反射镜，但是现有技术中电磁驱动式反射镜的驱动线圈位于镜面上，静电驱动式反射镜的驱动梳齿位于镜面或者转轴边缘，驱动线圈长度或者驱动梳齿数量有限，导致整个反射镜的驱动力受限。同时，现有反射镜结构中，由于需要在边框外围设置用于固定反射镜的锚点，导致镜面占空比很低，很难制作激光雷达所需的大尺寸镜面的反射镜，如果把镜面做大，将导致反射镜整体尺寸过大，增加制造成本。而且，对于大尺寸镜面，由于传统结构的驱动线圈或者梳齿位于镜面边缘，当镜面偏转角度过大时，驱动线圈容易超出强磁场区域，或者动齿与定齿完全脱离，导致驱动力急剧减小，限制了反射镜的最大偏转角度。

技术实现要素：

本申请人针对现有技术中的反射镜存在驱动力小、镜面占空比低、最大偏转角度受限等缺点，提供一种新型的高占空比的反射镜，可以在保持镜面面积不变的条件下，大大缩小反射镜的整体面积，并可以提供更大的驱动力，提高镜面的最大偏转角度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种高占空比的反射镜，包括镜面、可动边框和驱动结构，镜面位于反射镜的中心位置，镜面通过对称的两个转轴连接可动边框的内侧；镜面与可动边框之间的间隙内设置有锚点，锚点用于固定反射镜，锚点与可动边框之间通过连接梁连接在一起，连接梁的位置靠近转轴；所述驱动结构用于驱动镜面和可动边框以转轴为轴线偏转。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述连接梁的形状为l型，l型的一边平行于转轴，端点连接在可动边框内侧，另一边的端点连接在锚点上。

所述驱动结构包括可动边框上的驱动线圈，驱动线圈的两端分别连接驱动电极；可动边框外侧放置有两块ns极相对永磁体，在反射镜所在区域内形成强磁场。

所述驱动电极位于锚点上。

所述驱动结构包括梳齿组，梳齿组的动齿位于可动边框没有连接转轴的两边，锚点边缘与动齿相对的位置加工有梳齿组的静齿；所述锚点上加工有隔离槽，将锚点分隔为梳齿部和连接部；在梳齿部上加工有第一电极，连接部上加工有第二电极，通过第一电极和第二电极提供驱动信号或者测量梳齿组的电容。

所述可动边框没有连接转轴的两边接近镜面的边缘。

所述镜面的形状为圆形、椭圆形或方形；可动边框为方形、圆形或椭圆形。

本发明的有益效果如下：

本发明的高占空比反射镜在可动边框和镜面的空隙设置固定的锚点，无需在可动边框之外再设置特殊的固定结构，可以大大减小反射镜的体积，提高镜面的占空比。同时，本发明的反射镜工作时，由于驱动线圈或者梳齿组位于可动边框上，可动边框的偏转角度较小，线圈不会超出强磁场区域，或者梳齿组的动齿和静齿不会完全脱离，避免发生驱动力突然减小的现象，大大提高镜面的最大偏转角。

本发明的驱动线圈或者驱动梳齿均位于可动边框上，与现有技术中线圈或者动齿加工在镜面或转轴上相比，驱动线圈更长、或者驱动梳齿数量更多，可以提供更大的驱动力。而且，由于驱动力直接作用于可动边框，相比现有技术中作用力直接作用在镜面上，镜面受力更小，动态变形小，可以避免镜面变形对反射激光造成影响，更加精确的反射激光。

附图说明

图1为本发明反射镜的结构示意图。

图2为本发明实施例一的结构示意图。

图3为本发明实施例二的结构示意图。

图4为本发明的反射镜工作时偏转示意图。

图中：1、镜面；2、可动边框；2-1、梳齿部；2-2、连接部；3、转轴；4、锚点；5、连接梁；6、驱动线圈；7、驱动电极；8、永磁体；9、隔离槽；10、第一电极；11、第二电极；12、梳齿组。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的反射镜包括镜面1和可动边框2，镜面1位于反射镜整体结构的中心位置，可动边框2位于镜面1的外圈，镜面1通过对称的两个转轴3连接可动边框2的两边，可动边框2的另外两边接近镜面1的边缘。

本发明的镜面1的形状优选为圆形、椭圆形或方形，可动边框2的形状优选为方形、圆形或椭圆形。如图1所示，镜面1为圆形，圆形的镜面1与方形的可动边框2之间存在很大的间隙，间隙内设置有四个锚点4，锚点4用于固定整个反射镜，锚点4与可动边框2之间通过连接梁5连接在一起，连接梁5的位置靠近转轴3。本实施例中，连接梁5的形状为l型，l型的一边平行于转轴3，端点连接在可动边框2内侧，另一边的端点连接在锚点4上。本发明通过转轴3和连接梁5的组合，可以同时为镜面1和可动边框2提供支撑，将所有部件连接在一起。同时，本发明的反射镜还包括驱动结构，用于驱动镜面1和可动边框2偏转，反射镜工作时，可动边框2和镜面1同时以转轴3为轴线，进行不同频率和幅度的偏转。

本发明有效利用可动边框2和镜面1的空隙，设置固定的锚点4，无需在可动边框2之外再设置特殊的固定结构，因此可以大大减小反射镜的体积，提高镜面的占空比。

实施例一：

如图2所示，本实施例中反射镜的驱动方式为电磁驱动，在可动边框2上设置有多圈驱动线圈6，驱动线圈6的两端分别连接一个驱动电极7，驱动电极7位于锚点4上。在可动边框2没有连接转轴3的两边外侧放置有两块永磁体8，ns极相对，在反射镜所在区域内形成强磁场。

本实施例的反射镜工作时，通过驱动电极7向驱动线圈6提供驱动信号，驱动线圈6在磁场的作用下，产生洛伦兹力，带动可动边框2以一定的频率和幅度振动。由于可动边框2与锚点4连接的特殊结构，可动边框2偏转角度较小。可动边框2在振动的过程中，通过转轴3的扭转力带动镜面1偏转。由于可动边框2和镜面1的形状、转轴3和连接梁5的形状尺寸不同，可动边框2和镜面1谐振频率不一致。如图4所示，通过提供特殊的驱动信号，最终使得镜面1以一定的谐振频率振动时，可动边框2仅偏转很小的角度θ1，而镜面1即可获得大偏转角θ2。由于驱动线圈6位于可动边框2上，可动边框2的小角度偏转并不会导致线圈超出强磁场区域，因此不会发生驱动力突然减小的现象，可以保证可动边框2始终在磁场范围内振动，而镜面1却可以获得大角度的偏转。相比现有技术，本实施例的结构可以大大提高镜面1的最大偏转角。

实施例二：

如图3所示，本实施例中反射镜的驱动方式为静电驱动，在可动边框2没有连接转轴3的两边的内侧加工有梳齿组12的动齿，锚点4边缘与动齿相对的位置加工有梳齿组12的静齿。锚点4上加工有隔离槽9，将锚点4分隔为梳齿部2-1和连接部2-2，两部分电学隔离。在梳齿部2-1上加工有第一电极10，连接部2-2上加工有第二电极11，通过第一电极10和第二电极11提供驱动信号或者测量梳齿组12的电容。

在一种工作方式中，通过多个第一电极10向两边的梳齿组12同时提供驱动信号，梳齿组12全部为驱动梳齿，为反射镜提供静电驱动力。在另一种工作方式中，一边的第一电极10提供驱动信号，另一边的第一电极10则用于测量梳齿组12的电容，进而计算得到镜面1的实时偏转角度。

本实施例反射镜工作时，可动边框2和镜面1同实施例一一样，以不同的频率和角度振动，可动边框2的振动幅度较小，动齿和静齿不会完全脱离，避免发生驱动力突然变小的情况，提高镜面1的最大偏转角。

当然，不管是实施例一还是实施例二的结构，其驱动线圈或者驱动梳齿均位于可动边框2上，与现有技术中将线圈或者动齿加工在镜面或转轴上相比，驱动线圈更长、或者驱动梳齿数量更多，可以提供更大的驱动力。而且，由于驱动力直接作用于可动边框2，相比现有技术中作用力直接作用在镜面上，镜面受力更小，动态变形小，可以避免镜面变形对反射激光造成影响，更加精确的反射激光。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。