[发明专利]一种抑制激光散斑的MEMS振镜及其制作方法

说明书

本发明提供一种激光显示系统中抑制激光散斑的MEMS振镜及其制作方法，该MEMS振镜以SOI片(Silicon‑On‑Insulator)为加工对象，采用光刻、刻蚀和镀膜等微加工工艺制作，主要包含反射镜面、谐振悬梁、驱动梳齿和检测梳齿等结构。反射镜面表面设计有随机分布且微小的波浪起伏特征，在实现激光反射的同时通过干扰激光相位实现散斑抑制功能。反射镜面上设计有与之相匹配的驱动梳齿、检测梳齿和谐振梁结构，通过梳齿静电驱动可以实现反射镜的面内振动，利用人眼视觉暂留时间内散斑图像的叠加从而实现散斑对比度因时间平均而被降低，增强器件的散斑抑制效果。本发明所提供的MEMS振镜形式的激光散斑抑制器件具有可靠性高、能耗低、散斑抑制效果明显、加工简单，易于大批量生产等特点。

【技术领域】

本发明涉及激光投影显示领域，尤其涉及一种抑制激光散斑的MEMS振镜及其制作方法。

【背景技术】

相对于传统的显示技术，激光投影显示技术具有较宽色域而容易获得生动鲜明的画面，具有超高的亮度和对比度而容易提高显示画面质量，同时还具有寿命长、功耗低、可靠性高和节能环保等特点，是一种极具竞争力的显示技术。目前激光显示中存在的一个主要应用障碍是激光散斑现象。激光光源具有高相干性，激光光源照射在粗糙屏幕后产生的漫反射光线将在空间光路上发生严重的干涉而形成明显的干涉条纹。由于屏幕表面的粗糙特性并无规律，因此所形成的干涉图像也无规律，而是随机分布的细小尺寸的亮斑，即为散斑(laser speckle)。该亮斑将影响漫反射空间中任意位置的观察者所看到图像的视觉效果。激光散斑通常用画面的光强分布来表征度量，具体定义为光强的标准偏差与画面平均光强的比值，可以通过CCD拍摄并利用图像处理系统来分析计算。

依据激光散斑的形成原理，激光散斑的抑制方法大体可以分为三类。第一类是通过降低光源的相干性，如增加激光光源的谱带宽度，激光器谐振腔调制、脉冲光源、多光源、出射方向的光源振动等方法。第二类是通过降低屏幕终端的反射光散斑，如振动屏幕。第三类是通过在光路中改变激光的相干性从而抑制激光散斑现象，如振动镜，随机相位片，光导管等。激光在传播过程中(反射或透射)与界面或器件发生作用形成出射角度多样化(微小差异)、相位差异随机化或偏振差异化的出射激光，最终降低散斑对比度。相对于前两类方法，在光路中降低激光散斑的方案具有操作设计空间大，选择多，成本低，局限小等优点。

CN105301793A公开了一种旋转透射式，具有凹凸表面的消散斑光学元件，CN105700169A公开了一种将振动装置与光源、光路器件和屏幕等任意元件结合的消散斑装置。近几年的研究文献中介绍了旋转式和振动式激光匀散器(diffuser)，旋转匀光管(light pipe)和微镜阵列光束整形器件(Vibrating microlens array beam shaper ordiffuser)，均有较明显的散斑对比度消减效果。

目前随着产品微型便携化发展，还有众多此类消减散斑器件从MEMS角度开发设计，如静电驱动的动态衍射光栅、压电驱动的MEMS变形反射镜、MEMS微镜阵列二元相位调制器(CN102967933A)、MEMS平面光波导分路器(CN102053385A)、MEMS面外垂直振动膜(CN102141687A)，抛光粗化的MEMS振动反射镜(CN102207634A)。上述器件或装置可以对散斑对比度产生消减效果，具有各自的优点，但是也存在各方面不足，例如制作工艺复杂，工艺可控性差，成本居高，光能量损失严重，结构复杂，不易实现微型化和集成化等等。现实激光显示技术仍然在努力追求一种能有效降低散斑现象的简单可靠装置。

【发明内容】

本发明提供了一种抑制激光散斑的MEMS振镜及其制作方法，结构及制作工艺简单，可靠性高，能耗低，且光能量损失较小。

一种抑制激光散斑的MEMS振镜，该MEMS振镜由SOI片制成，包括反射镜面、驱动反射镜面振动的驱动梳齿和检测反射镜面振动的检测梳齿，其中，所述反射镜面的表面有波浪起伏结构，保证对入射光进行反射，同时干扰激光相位实现散斑抑制功能。