MEMS振鏡是一種將激光束以指定方式投射的微執(zhí)行器，被廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)（LiDAR）、激光顯示、光通信、3D傳感等領(lǐng)域。其芯片部分基于成熟半導(dǎo)體工藝制造，易于批量生產(chǎn)，具有良好的一致性。以驅(qū)動(dòng)方式不同，目前主流的技術(shù)方案分為電磁式、靜電式、壓電式三種。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，覺(jué)芯電子通過(guò)多年自主研發(fā)，已同時(shí)具備電磁、靜電和壓電MEMS振鏡批量供應(yīng)能力。

MEMS振鏡賦能車載激光雷達(dá)

近年來(lái)，車載激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了批量上車，并開始滲透十幾萬(wàn)元車型的大眾市場(chǎng)，其中MEMS激光雷達(dá)正是攻堅(jiān)拔寨的主角之一。電磁二維振鏡，基于通電線圈在磁場(chǎng)中受力驅(qū)動(dòng)鏡面運(yùn)動(dòng)，由于突出的準(zhǔn)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)能力，可以提供更大的鏡面尺寸，從而提高同軸收發(fā)光路的通光口徑。

但市面上主流產(chǎn)品的鏡面直徑不超過(guò)8mm，阻礙了探測(cè)距離進(jìn)一步提升。覺(jué)芯電子通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，打破了鏡面尺寸上限，推出了一系列大口徑二維電磁振鏡（圖1）。其中MM-S13擁有邊長(zhǎng)13.5mm的超大鏡面尺寸，支持超遠(yuǎn)距離探測(cè)；MM-S10具有10mm鏡面邊長(zhǎng)，兼顧了大鏡面和緊湊的外形，支持250米遠(yuǎn)距離探測(cè)；MM-D8有更好的成本經(jīng)濟(jì)性，且具有優(yōu)秀的抗振動(dòng)沖擊可靠性；MM-D6擁有65°×75°的超大視場(chǎng)角，滿足中近距離補(bǔ)盲雷達(dá)對(duì)視場(chǎng)角（FOV）的極致追求。

圖1 二維電磁振鏡系列產(chǎn)品

更大的視場(chǎng)角意味著可以減少收發(fā)對(duì)數(shù)量，從而降低成本。例如基于MM-S10或者M(jìn)M-D8 36°×25°的視場(chǎng)角，只需四個(gè)收發(fā)對(duì)拼接即可實(shí)現(xiàn)120°以上的水平視場(chǎng)角，相比于市面上五收發(fā)對(duì)設(shè)計(jì)，有效降低了光機(jī)成本，也有利于壓縮整機(jī)尺寸?；贛M-D6，用兩個(gè)收發(fā)對(duì)拼接即可實(shí)現(xiàn)120°×70°的大視場(chǎng)角（圖2左）；規(guī)避了大量收發(fā)對(duì)的堆砌，且探測(cè)距離不會(huì)因?yàn)橐晥?chǎng)變大而犧牲。值得一提的是，本產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)規(guī)整的逐行掃描軌跡，不會(huì)出現(xiàn)上下兩線交錯(cuò)的“螺線管”情形（圖2右）。

圖2 120°×70°雙視場(chǎng)角拼接方案(左)；MM-S10 實(shí)際掃描軌跡（右）

MM系列電磁振鏡的第三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，是支持靈活調(diào)控線密度。通過(guò)對(duì)掃描幅度和軌跡的定制化控制，激光雷達(dá)廠商可以在任意位置實(shí)現(xiàn)感興趣區(qū)域（ROI）功能（圖3）。這一特性使得MEMS激光雷達(dá)在車載、港口、軌道、交通監(jiān)控等不同領(lǐng)域內(nèi)有更好的泛用性。

圖3 ROI功能開啟前（左）、后（右）點(diǎn)云對(duì)比（由整機(jī)客戶授權(quán)提供）

針對(duì)車規(guī)級(jí)產(chǎn)品嚴(yán)苛的環(huán)境適應(yīng)性要求，覺(jué)芯電子進(jìn)行了全面的內(nèi)部驗(yàn)證。測(cè)試項(xiàng)目包含-45℃/105℃的極端溫度試驗(yàn)、機(jī)械沖擊、掃頻振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)等，測(cè)試結(jié)果顯示本產(chǎn)品有能力應(yīng)對(duì)各類極端工況。此外，加速老化和長(zhǎng)期工作試驗(yàn)，讓我們實(shí)際確認(rèn)了單晶硅材料極佳的抗疲勞特性。

以上產(chǎn)品均內(nèi)置了實(shí)時(shí)角度傳感器和溫度傳感器，出廠可提供全溫區(qū)標(biāo)定數(shù)據(jù)，可提供MEMS驅(qū)動(dòng)板和上位機(jī)軟件方便快速應(yīng)用。

MEMS振鏡賦能激光顯示應(yīng)用

激光顯示是MEMS振鏡的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域。前述激光雷達(dá)通常使用紅外激光脈沖，經(jīng)由鏡面捕捉微弱回波，因此必須要求大鏡面。而激光顯示，重心在高諧振頻率，以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。以60幀逐行掃描為例，720P分辨率要求快軸頻率達(dá)到27kHz，1080P分辨率則需要快軸頻率超過(guò)40kHz。面對(duì)如此高的諧振頻率，行業(yè)內(nèi)的電磁、靜電類產(chǎn)品已經(jīng)捉襟見(jiàn)肘。

覺(jué)芯電子推出一維快慢軸鏡組（圖4上），賦能高分辨率激光顯示應(yīng)用。充當(dāng)快軸掃描鏡的PM101產(chǎn)品，在27kHz掃描頻率下，可實(shí)現(xiàn)40°以上的視場(chǎng)角；相比于常見(jiàn)的1mm直徑產(chǎn)品，有效面積提升150%，為光路設(shè)計(jì)提供更大的操作空間。充當(dāng)慢軸掃描鏡的MM105產(chǎn)品，享有6×5mm大鏡面，并支持60幀線性掃描。兩款產(chǎn)品都集成了實(shí)時(shí)角度傳感器。

圖4 一維快慢軸鏡組（上），雙振鏡掃描原理圖（下）

PM101與MM105分別使用了壓電式和電磁式驅(qū)動(dòng)原理，這樣可以同時(shí)利用壓電材料的高頻驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)和電磁線圈的線性驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)。由于有較高的機(jī)電耦合系數(shù)，壓電驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)可以輕松延伸至50kHz以上工作頻率，并維持較大的掃描角度。覺(jué)芯電子現(xiàn)有產(chǎn)品支持60幀720線分辨率，30幀1440線分辨率，未來(lái)可延伸到60幀1080線分辨率，全面賦能激光顯示應(yīng)用邁向新臺(tái)階。

MEMS激光顯示技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括AR HUD、透明介質(zhì)顯示、桌面投影交互、MR頭顯等?，F(xiàn)有的AR HUD產(chǎn)品體積龐大、車型兼容性差、易受陽(yáng)光倒灌和溫升的影響。使用MEMS掃描光源，可大幅壓縮光學(xué)體積，從原理上解決陽(yáng)光倒灌和明信片效應(yīng)。而MR頭顯應(yīng)用的一大難點(diǎn)，是兼容大視場(chǎng)角和高入瞳亮度，MEMS掃描方案可以比較容易地實(shí)現(xiàn)50°以上的對(duì)角線視場(chǎng)角，并維持1500尼特以上的亮度。覺(jué)芯電子除提供激光顯示用的MEMS振鏡，也為客戶提供高精度MEMS、激光器同步控制方案，助力合作伙伴產(chǎn)品快速落地；激光顯示演示效果參見(jiàn)圖5。

圖5 基于HOE膜的透明介質(zhì)顯示（左），普通幕布投影（右）

MEMS振鏡賦能工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用

在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，空間光調(diào)制曾長(zhǎng)期被DMD器件和機(jī)械振鏡所主導(dǎo)。例如3D結(jié)構(gòu)光測(cè)量、醫(yī)療成像等應(yīng)用。但DMD器件供應(yīng)商居于壟斷地位，采購(gòu)者很難獲得議價(jià)空間，成本居高不下；機(jī)械振鏡也受限于大尺寸和高成本。

覺(jué)芯電子布局了系列化靜電一維振鏡產(chǎn)品（圖6），涵蓋了1.1mm~6mm的鏡面尺寸、30°~80°視場(chǎng)角和多種工作頻率。靜電式振鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，易于嵌入各種工業(yè)設(shè)備。

圖6 靜電式振鏡樣品實(shí)物圖

前述MM105一維電磁振鏡，當(dāng)兩片組合時(shí)可實(shí)現(xiàn)二維矢量掃描（準(zhǔn)靜態(tài)掃描），可應(yīng)用于激光打標(biāo)、氣體傳感等。此外，壓電一維振鏡，當(dāng)頻率拓展至50kHz甚至100kHz以上時(shí)，可在一些高端檢測(cè)設(shè)備中發(fā)揮重要作用。覺(jué)芯電子具備光學(xué)鍍膜生產(chǎn)能力，可在MEMS振鏡表面定制高反膜，為高功率激光掃描應(yīng)用提供全新方案。