[发明专利]带压阻传感器的微型二维扫描镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型二维扫描镜，属于微扫描技术(Micro Scanning)和MOEMS技术(MicroOptical-Electro-Mechanical System)领域。

背景技术

自主扫描是用于空间目标探测的关键技术，主要用于扫描探测空间某一区域中的目标航天器，并对其相对距离和相对方位进行测量。自主扫描技术可分为卫星本体扫描、吊舱跟踪扫描和反射镜二维空间扫描等方式，其中卫星本体扫描增加了卫星姿态控制的复杂性，吊舱跟踪扫描在重量、功耗和体积等方面相对较大，不合适微型卫星(质量小于20kg)和纳型/皮型卫星(质量小于10kg)的使用。而反射镜二维空间扫描传统的反射镜扫描方式有转镜扫描和振镜扫描，多采用电机驱动。目前，随着微机械和微机电技术的发展，微反射镜扫描作为一种新型的扫描方式，具有体积小、质量轻、精度高、功耗低等特点，可取代传统的激光扫描机构，更加适用于微小型卫星。

微扫描镜尤其是基于MOEMS技术的微型二维扫描镜(简称MOEMS二维扫描镜)目前在国际上是一个新兴的研究领域。由美国德州仪器公司研制的DMD(Digital Micro mirror Device)数字微镜阵列，是目前应用最成功的MOEMS微反射镜器件，成功的应用于图像显示领域。美国Florida大学、日本Hyogo大学以及欧洲等国的大学和科研机构也在从事MOEMS二维扫描镜方面的工作。国内目前在这方面的研究还比较少，尚处于起步阶段。

MOEMS二维扫描镜在结构上对传统的扫描镜进行了改进和微型化，在工艺上结合了先进的微/纳米技术和微加工技术。目前研究的MOEMS二维扫描镜，按照工作原理分主要有静电型、电磁型、电热型和压电型几大类。

现有的几种MOEMS二维扫描镜存在以下不足：

1.静电型MOEMS二维扫描镜，虽然驱动方式简单，功率消耗相对较小，但是其驱动电压往往较高，偏转角度较小，工艺流程较为复杂，因此如何提高加工可靠性，提高致动效率是目前静电型MOEMS二维扫描镜面临的主要问题。

2.电磁型MOEMS二维扫描镜，其驱动方式的输出力矩比较大，因此镜片的扭转运动幅度相对较大，致动效率较高，但是器件需要工作在外部磁场环境下，需要通过装配技术将外部磁场与器件集成在一起，大大增加了系统结构设计和加工制造的复杂性。

3.电热型MOEMS二维扫描镜，驱动通过集成于金属氧化物中的多晶硅加热器来实现，在电流驱动下的偏转角度较大，但是由于热致动器的迟滞效应，微扫描镜的响应速度往往比较慢，不适合应用于自主扫描技术领域。

4.压电型MOEMS二维扫描镜，由于压电材料高分辨率的致动特性，比较适用于对运动位移的精密控制，但在较大驱动电压下的运动幅度很小，所以直接驱动的致动效率比较低。

5.现有的几种MOEMS二维扫描镜，可用于对目标进行扫描探测技术领域的较少，主要是因为各类扫描镜基本没有涉及到对镜片偏转角度的测量问题，不能在扫描探测时对偏转角进行实时获取。

发明内容

本发明的目的是解决现有MOEMS二维扫描镜致动效率低，结构复杂，加工难度大，无法测量镜片偏转角度的问题。

本发明提供了一种带压阻传感器的微型二维扫描镜，结构见图1，其特征在于：含有反射镜片1、惯性产生器2、受激块3、压电驱动器4和柔性梁5，其中，反射镜片1和惯性产生器2形成一个整体，呈形，水平部分是反射镜片1，垂直部分是惯性产生器2，其质心偏离柔性梁5的x方向的弯曲轴和y方向的扭转轴；压电驱动器4是一块压电陶瓷片，其输入信号是相互叠加的两个具有不同频率的正弦直流脉动电压，分别使反射镜片1对弯曲轴作弯曲偏转运动以及对扭转轴作扭曲偏转运动，所述的正弦直流脉动电压U_入表示如下：

U_入＝U_1m(1+sinω₁t)+U_2m(1+sinω₂t)