【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光学元件，特别涉及一种集成光源的mems振镜。
技术介绍
1、自动驾驶、机器人定位、3d扫描等领域的发展对光学投射模组的需求越来越多，对视场、扫描速度等参数要求越来越高，同时，对模组集成度、体积和功耗要求也不断提高，尤其是在消费电子领域，要求更小的体积、更低功耗和更高集成度。
2、基于mems振镜的光学投射模组在激光雷达、三维成像等领域广泛应用，但现有的基于mems振镜的光学投射模组多采用半导体激光器作为光源，发出光束到mems振镜，经过mems振镜实现光束方向调制。例如专利申请号为201910767193.6的专利技术，公开了一种二维mems扫描振镜激光雷达系统的结构；这种模组需要激光器、扫描振镜以及配套光束整形元件等，装配复杂、集成度低，体积难以显著减小，不利于整机体积和功耗控制。专利申请号为202210074281 .x的专利技术，公开了一种大角度收发同步激光雷达光学系统，将激光发射芯片和光电探测器响应芯片植入到mems扫描振镜的扫描元件表面，该方案一定程度上实现了激光光源与振镜的集成，但其是将激光发射芯片通过焊接植入到mems扫描镜表面，仍然需要首先分别制造mems振镜及激光芯片，然后再通过焊接的方式实现二者的组装，对组装工艺要求高，无法实现一次流片制造。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种集成光源的mems振镜，该mems振镜的镜体表面集成了发光单元，镜体运动的同时发出光束，实现视场范围内的光束可控投射
2、为实现以上目的，本专利技术采用如下方案：
3、一种集成光源的mems振镜，其整体是采用半导体工艺制备的芯片，包括旋转衬底晶圆，在旋转衬底晶圆的上表面设置有发光单元，在整个旋转衬底晶圆上表面覆盖保护层且发光单元位于旋转衬底晶圆上表面和保护层下表面之间；在保护层上表面依次叠加调向层一，调向层二以及匀光层；匀光层上表面设置有出光孔。
4、所述旋转衬底晶圆垂直方向两侧分别连接第一转轴和第二转轴的一端，第一转轴和第二转轴的另一端分别与内框连接，第一转轴和第二转轴位于同一轴线上，即第一轴线，旋转衬底晶圆绕第一轴线往复转动，转动角度为﹣50°至50°。
5、所述内框水平方向两侧设置第三转轴和第四转轴，第三转轴和第四转轴位于同一条轴线上，即第二轴线；所述第一轴线和第二轴线之间的夹角大于0度，小于等于90度。
6、所述第一轴线和第二轴线之间的夹角为90度。
7、所述发光单元采用发光二极管结构、vcsel结构或量子点结构，通过外延、离子注入、匀胶-凝胶、化学沉积、物理沉积、光刻或刻蚀的方式集成在旋转衬底晶圆的上表面。
8、所述发光单元至少有一个，发光单元为中心对称结构，且其对称中心位于所述第一轴线和第二轴线的交点。
9、所述保护层是厚度在200nm-10um之间的薄膜，材料选自二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅、氧化铝、聚酰亚胺中的一种或者多种，采用化学沉积、喷涂或匀胶-凝胶的方式覆盖在集成了发光单元的旋转衬底晶圆的上表面。
10、所述调向层一、调向层二以及匀光层均是厚度为300nm-2um的薄膜，材料选自二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、全氟丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；或者在薄膜材料中混入直径在2nm-20nm之间的纳米颗粒，混入量按体积计不大于总量的10%，纳米颗粒选自金、银、二氧化硅或钛中的一种或多种。
11、所述调向层一以及调向层二通过化学沉积、物理沉积、喷涂、匀胶－凝胶、压印、刻蚀或者薄膜转移的方式依次叠加在保护层上表面，所述匀光层采用薄膜转移的方式叠加在调向层二上表面。
12、所述调向层一、调向层二的上表面或者下表面或者上、下两个表面均具有微观结构，所述微观结构的长、宽、高均在25-200nm之间，所述微观结构的长、宽、高均小于各自所在薄膜厚度的1/5。
13、所述匀光层的下表面具有微观结构，所述微观结构的长、宽、高在25-200nm之间，所述微观结构的长、宽、高均小于各自所在薄膜厚度的1/5。
14、相较于现有技术，本专利技术的有益效果为：
15、（1）、本专利技术将发光单元集成在mems振镜的旋转衬底晶圆上，形成一个芯片，无需单独光源即可实现光束发射与扫描功能二合一，极大压缩了光投射模组的体积，能够应用在消费电子等紧凑型设备中。
16、（2）、本专利技术各层之间采用沉积、喷涂、匀胶-凝胶、压印或刻蚀等半导体加工工艺形成一体化mems振镜芯片，不仅厚度变薄，而且一致性高，成本低，消除了后期装配带来的误差和装配损失。
17、（3）、本专利技术发光单元至少有一个，为中心对称结构、转轴能够设置成两组，能够根据具体扫描场景需求，确定mems振镜转轴数量与发光单元数量、布置方式，满足多种应用需求。
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1.一种集成光源的MEMS振镜，其整体是采用半导体工艺制备的芯片，包括旋转衬底晶圆（1），其特征在于，在旋转衬底晶圆（1）的上表面设置有发光单元（3），在整个旋转衬底晶圆（1）上表面覆盖保护层（4）且发光单元（3）位于旋转衬底晶圆（1）上表面和保护层（4）下表面之间；在保护层（4）上表面依次叠加调向层一（5），调向层二（6）以及匀光层（7）；匀光层（7）上表面设置有出光孔（71）。
2.根据权利要求1所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述旋转衬底晶圆（1）垂直方向两侧分别连接第一转轴（21）和第二转轴（22）的一端，第一转轴（21）和第二转轴（22）的另一端分别与内框（8）连接，第一转轴（21）和第二转轴（22）位于同一轴线，即第一轴线，旋转衬底晶圆（1）绕第一轴线往复转动，转动角度为﹣50°至50°。
3.根据权利要求2所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述内框（8）水平方向两侧设置第三转轴（23）和第四转轴（24），第三转轴（23）和第四转轴（24）位于同一条轴线上，即第二轴线；所述第一轴线和第二轴线之间的夹角大于0度，小于等于
4.根据权利要求3所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述第一轴线和第二轴线之间的夹角为90度。
5.根据权利要求3所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述发光单元（3）至少有一个，发光单元（3）为中心对称结构，且其对称中心位于所述第一轴线和第二轴线的交点。
6.根据权利要求1所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述发光单元（3）采用发光二极管结构、VCSEL结构或量子点结构；通过外延、离子注入、匀胶-凝胶、化学沉积、物理沉积、光刻或刻蚀的方式集成在旋转衬底晶圆（1）的上表面。
7.根据权利要求1所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述保护层（4）是厚度在200nm-10um之间的薄膜，材料选自二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅、氧化铝、聚酰亚胺中的一种或者多种，采用化学沉积、喷涂或匀胶-凝胶的方式覆盖在集成了发光单元（3）的旋转衬底晶圆（1）的上表面。
8.根据权利要求1所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述调向层一（5）、调向层二（6）以及匀光层（7）均是厚度为300nm-2um的薄膜，材料选自二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、全氟丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；或者在薄膜材料中混入直径在2nm-20nm之间的纳米颗粒，混入量按体积计不大于总量的10%，纳米颗粒选自金、银、二氧化硅或钛中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述调向层一（5）以及调向层二（6）通过化学沉积、物理沉积、喷涂、匀胶－凝胶、压印、刻蚀或者薄膜转移的方式依次叠加在保护层（4）上表面，所述匀光层（7）采用薄膜转移的方式叠加在调向层二（6）上表面。
10.根据权利要求1所述的一种集成光源的MEMS振镜，其特征在于，所述调向层一（5）、调向层二（6）的上表面或者下表面或者上、下两个表面均具有微观结构，所述微观结构的长、宽、高均在25-200nm之间，所述微观结构的长、宽、高均小于各自所在薄膜厚度的1/5；
...【技术特征摘要】
1.一种集成光源的mems振镜，其整体是采用半导体工艺制备的芯片，包括旋转衬底晶圆（1），其特征在于，在旋转衬底晶圆（1）的上表面设置有发光单元（3），在整个旋转衬底晶圆（1）上表面覆盖保护层（4）且发光单元（3）位于旋转衬底晶圆（1）上表面和保护层（4）下表面之间；在保护层（4）上表面依次叠加调向层一（5），调向层二（6）以及匀光层（7）；匀光层（7）上表面设置有出光孔（71）。
2.根据权利要求1所述的一种集成光源的mems振镜，其特征在于，所述旋转衬底晶圆（1）垂直方向两侧分别连接第一转轴（21）和第二转轴（22）的一端，第一转轴（21）和第二转轴（22）的另一端分别与内框（8）连接，第一转轴（21）和第二转轴（22）位于同一轴线，即第一轴线，旋转衬底晶圆（1）绕第一轴线往复转动，转动角度为﹣50°至50°。
3.根据权利要求2所述的一种集成光源的mems振镜，其特征在于，所述内框（8）水平方向两侧设置第三转轴（23）和第四转轴（24），第三转轴（23）和第四转轴（24）位于同一条轴线上，即第二轴线；所述第一轴线和第二轴线之间的夹角大于0度，小于等于90度。
4.根据权利要求3所述的一种集成光源的mems振镜，其特征在于，所述第一轴线和第二轴线之间的夹角为90度。
5.根据权利要求3所述的一种集成光源的mems振镜，其特征在于，所述发光单元（3）至少有一个，发光单元（3）为中心对称结构，且其对称中心位于所述第一轴线和第二轴线的交点。
6.根据权利要求1所述的一种集成光源的mems振镜，其特征在于，所述发光单...
【专利技术属性】
技术研发人员：白民宇，杨涛，周翔，姜军委，孟庆阳，苟勇，张妮妮，
申请(专利权)人：西安知象光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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