文献综述
本课题开展MEMS二维扫描微镜动力学模型的优化和结构设计的优化，来获得大转角、高精度扫描性能的扫描微镜系统，并对微绕x轴，y轴周期性摆动的频率进行分析。进而在刚度[1]允许的范围下获得更大的工作角度。
1.国内外研究现状
1. 国外概况
MEMS微镜是在外力驱动下，使反射镜发生二维偏转并对偏转角度、频率进行控制的执行器件[2]。自 20世纪80年代末开始受到世界各国的广泛重视，其主要技术途径有3种:（1）以美国为代表的、以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术；( 2 )以德国为代表发展起来的LIGA技术；（3）以日本为代表发展的精密加工技术。
1987年，美国UC Berkeley大学发明了基于表面牺牲层技术的微马达，引起国际学术界的轰动，人们看到了电路与执行部件集成制作的可能性，这是MEMS技术的开端。20世纪90年代，发达国家先后投巨资并设立国家重大项目促进其发展。此后，MEMS技术发展迅速，特别是深槽刻蚀技术出现后，围绕该技术发展了多种新型加工工艺。最近，美国朗讯公司开发的基于 MEMS光开关的路由器已经试用，预示着MEMS发展又一高潮的来临。目前部分器件已经实现了产业化，如微型加速度计、微型压力传感器、数字微镜器件（DMD）、光学数据存储[3,4]、生物芯片等。因为相对容易制造，MEMS构成大多数此类零件[5]并且应用领域十分广泛。近年来国际上 MEMS的专利数正呈指数规律增长，说明MEMS技术全面发展和产业快速起步的阶段已经到来。现在在民用和军事领域，人们对微机电系统MEMS的兴趣日益增长[6,7,8]。
近年来压电薄膜驱动微镜得到了快速的发展，Smits等人在2005年成功设计了一种压电薄膜驱动共振扫描仪，在17.2kHz的频率下可以偏转30°[9]。同年，Filhol等人提出了一种新型的微镜结构，一个直径为500mu;m的圆形微镜，非对称地安装在与驱动器相连的两个侧面的扭转铰链上，工作频率可达25.4kHz。为了解决压电薄膜驱动微镜转角与驱动器有效行程之间的矛盾， Baran等人在2012年提出了一种新型的机械连接间接驱动的驱动结构。PZT薄膜沉积在外部框架上，通过两个垂直弯曲结构与扭转条相连以限制其变形，该微镜驱动频率可达40kHz，角度耦合比率为17，但是驱动电压过大，限制了其使用。为了解决驱动电压过大的问题，H. Urey等人在2013年提出一种低电压下的驱动方案，在不损失微镜动态特性的条件下，驱动电压可以降低40％，在25V电压下，偏转角度达到54.4°，其转角与直径的乘积值为76.3°，其转角、直径和共振频率的乘积值为3052 °。另外电磁驱动具有比较好的线性响应，近年来发展的也非常迅速，在许多高性能二维扫描系统中得到了广泛的应用。2001年，Miyajima等人提出了一种5times;3.7mm2大小的二维电磁扫描微镜,其最大偏转角度为34°，共振频率为2.7KHz，线圈驱动电流为350mA。2010年，Raboud等提出了应于激光投影设备的一维电磁驱动微镜，其共振频率为19.5KHz，在VGA系统中得到了良好的应用。2002年，Reyne提出了一种共振频率为20kHz的电磁驱动微镜，大小为2times;4 mm2的矩形，扫描角度可达到5°。2007年，Yalcinkaya等提出了一种动磁体式二维扫描仪，它由一个电镀软性铁镍磁化层和一个外部线圈共同驱动，在共振模式下，慢轴和快轴能达到的光学扫描角度分别为88°和1.8°。有学者对有限元模态分析得出其中第五阶模态为镜面绕 y 轴的转动，其频率值为 28.306kHz，与系统级仿真分析所得固有频率误差为 0.6% 。由此可见，系统级仿真与有限元仿 真所得结果误差很小，系统级仿真运算速度极快，准确度高。
由于对微镜尺寸要求越来越严苛，微镜的质量因数对微镜的影响效果逐渐凸显。今年来一批学者对质量因数的影响逐渐展开。2015年Shirin Ghaffari, Eldwin Jiaqiang Ng等人发现谐振器的质量因子代表振动能量随时间的衰减，然后准确地预测质量因子是设计高性能微机电(MEMS)器件的关键.提出了几种消能降低质量因数影响的机制[11]。2016年，Anoushka Kumar A， Resmi R分析了不同材质对MEMS的影响.对铝、铂、铜、钛、比斯木等固定材料进行了挤压膜空气阻尼分析[12]。模拟膜上的表面压力分布和阻尼力.发现使用钛和铝的膜比使用其他材料的膜好。此外共振频率[13]、偏转角度和微镜尺寸是MEMS重要的应用指标，M. Gologanu ,C.G. Bostan 等人研究了MEMS谐振器的操作原理，包括建模、特性、共振模式、阻尼机制和转导机制。然后讨论了MEMS共振器制造背后的技术和挑战，涉及其制造中使用的材料和工艺，包括使用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺进行制造[14]。
2.国内概况
我国MEMS的研究始于20世纪90年代初，在“八五”、“九五”期间得到了科技部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委和原国防科工委的支持。经过10年的发展，我国在多种微型传感器、微型执行器和若干微系统样机等方面已有一定的基础和技术储备，初步形成了几个MEMS研究力量比较集中的地区。包括京津地区，如清华大学、北京大学、中科院电子所、信息产业部电子13所、南开大学等。1996年建设的微米/纳米加工技术国家级重点实验室，使我国的MEMS加工技术研究得到较大提高，实验室购置了当时国际上最先进的MEMS加工关键设备，如 STS深槽刻蚀机、Karlsuss双面光刻机/键合对准机、可用于硅/玻璃静电键合和硅/硅预键合的Karlsuss键合机、LPCVD、压塑机等，连同配套的IC设备，如溅射台、扩散炉、RIE刻蚀机、PECVD、光刻机等设备，初步构成了具有国际先进水平的MEMS加工线。这些设备结合一些分散于各研究机构的微电子工艺线和微加工设备，组成了目前我国的MEMS加工技术基础。在上述设备的基础上，已开发出具有一定水平的MEMS加工技术。其中北京大学所属微米/纳米加工技术重点实验室分部开发出4种MEMS全套加工工艺和多种先进的单项工艺，已制备出加速度计样品，并已开始为国内研究MEMS的单位提供加工服务。上海交通大学所属微米/纳米加工技术重点实验室分部可以提供非硅材料的微加工服务，如 LIGA技术制作高深宽比微结构的基本加工技术，紫外深度光刻口(UV—LIGA)口、高深宽比微电铸和模铸加工，功能材料薄膜制备等。近年来有学者讨论了开普勒式扩束望远镜系统对扫描光束扩束之后光斑大小与扫描 视场角之间的制约关系；推演得到了扫描角与扩束倍率之间的关系式；提出了一种三维成像激光雷达系统中的基于 MEMS和开普勒式望远镜的扫描与变焦扩东系统结构，并在此基础上利用Zemax软件设计出了11片式的扫描变倍扩东光学系统,将广泛用于机器人视觉，战场环境监测，车辆导航等军用民用领域，未来市场广大[15]。
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