MEMS微镜：MEMS技术的新一波重大应用浪潮
2026-07-04 11:18:30 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
MEMS微镜的基本功能是在光束入射时偏转或调整光束的传播路径。光束可沿单轴偏转（一维运动MEMS微镜），或实现两轴偏转（二维运动MEMS微镜）。这种接收并偏转光束的简单动作，正是MEMS扫描技术的核心。近年来，这项MEMS技术在众多应用领域迅速发展。
经过数十年的深入研发之后，MEMS微镜正逐步进入新的应用领域，有望掀起MEMS技术的新一波重大应用浪潮。
图1：MEMS技术的重大应用浪潮：20世纪80至90年代的MEMS压力传感器、21世纪00至10年代的MEMS惯性传感器和MEMS麦克风、21世纪20至30年代的MEMS微镜
据麦姆斯咨询介绍，MEMS微镜的基本功能是在光束入射时偏转或调整光束的传播路径。光束可沿单轴偏转（一维运动MEMS微镜），或实现两轴偏转（二维运动MEMS微镜）。这种接收并偏转光束的简单动作，正是MEMS扫描技术的核心。近年来，这项MEMS技术在众多应用领域迅速发展，而在此之前，这几乎是难以想象的。
图2：一维运动MEMS微镜（单轴偏转）和二维运动MEMS微镜（双轴偏转）的光束扫描原理
MEMS微镜的驱动机制及竞争性设计
过去十年间，MEMS微镜制造技术日趋成熟，主要形成了三种基于驱动机制的主要竞争性设计技术。它们分别是：静电驱动、电磁驱动和压电驱动；这三种驱动机制及相关MEMS微镜设计各有优劣，图3对其进行了对比总结。
图3：三种驱动机制（静电驱动、电磁驱动、压电驱动）MEMS微镜的基础性能参数对比
这三种驱动机制均以硅作为制造MEMS微镜的核心材料，尽管其中某些技术需要额外的材料来实现MEMS微镜的运动。例如，在电磁驱动的情况下，需要磁铁；在压电驱动的情况下，则需要锆钛酸铅（PZT）或氮化铝（AlN）压电薄膜。客户在选择合适的MEMS微镜之前，需要根据特定应用考量关键性能参数。
图4：基于AlN/AlScN压电薄膜的MEMS微镜
MEMS微镜的规格选择取决于目标应用。查阅各MEMS微镜厂商官网可知，目前MEMS微镜的镜面直径范围从0.5 mm到10 mm不等。大多数MEMS微镜的镜面呈圆形，也有一些呈椭圆形。
MEMS微镜的应用领域正在拓展
MEMS微镜过去主要应用于少数领域，例如电信领域的光开关、消费电子领域的投影仪，以及生物医学光学相干断层扫描（OCT）等专业应用。然而，随着新兴应用的不断涌现，这种情况正在发生变化。
MEMS微镜操控光线的能力被巧妙地用于创造两大类产品，这两大类产品推动了绝大多数新兴应用的发展。它们分别是：用于动态视觉信息和视频投影的激光投影仪，以及用于三维（3D）感知的激光雷达（LiDAR）。
激光投影仪将扫描的动态光转换为高层级信息显示，从而以标识、图形和视频等形式进行实际应用。这些信息本身可以矢量图形激光投影（VGLP）模式或光栅模式呈现，而MEMS微镜的使用对这两种模式都至关重要。基于MEMS微镜的VGLP（MEMS VGLP）目前备受关注，因为它能够在日间户外环境下呈现高对比度成像效果，为众多新兴应用开辟了道路。
如今，激光雷达产品采用了多种光束扫描技术。其中一种解决方案是基于MEMS微镜的激光雷达，它将扫描的光束转换为关于周围环境的三维空间信息，从而支持各种应用场景。在激光雷达中使用MEMS微镜进行光束扫描，可以实现整机小型化、低功耗、高性能与低成本。
除此之外，基于MEMS微镜的光束扫描技术与其它技术的融合，可以实现以往技术无法达成的全新功能，催生出新型产品。一个典型的例子是MEMS微镜扫描仪与摄像头的融合，由此开发出的三维计量产品正迅速在精密制造领域得到应用。这类产品具有微型化、测量速度快、微米级超高测量分辨率，以及低成本等优势。
MEMS微镜的汽车应用
近几十年来，微电子技术与众多MEMS传感器的发展相结合，推动了半导体器件在汽车行业的广泛应用。如今，一辆汽车大约装有1500颗半导体器件，它们协同工作以提升车辆性能或安全性。安全性一直是汽车行业关注的焦点，在“高级驾驶辅助系统（ADAS）”这一框架下，众多新功能被应用于汽车之中。其中许多功能已成为标配，也为基于MEMS 微镜的系统提供了广阔的应用空间，主要应用领域包括：
- 自动紧急制动（AEB）——使用MEMS激光雷达
- 行人检测（PD）——使用MEMS激光雷达
- 作为自动驾驶服务的机器人出租车（Robotaxi）——使用MEMS激光雷达
- 动态激光大灯（DLH）——使用基于MEMS微镜的白光投影仪
- 抬头显示（HUD）——使用MEMS矢量图形激光投影仪
- 车辆迎宾投影灯——使用MEMS矢量图形激光投影仪
MEMS微镜的非汽车应用
MEMS微镜及其相关的MEMS矢量图形激光投影仪和MEMS激光雷达在非汽车市场同样拥有众多机遇（包括工业、电信、商业、消费电子和生物医疗等细分市场），主要应用领域包括：
- 扩展现实（XR）/增强现实（AR）/虚拟现实（VR）——使用MEMS微镜
- 电信/数据中心/光路交换/自由空间光通信（FSOC）——使用MEMS微镜
- 生物医学/光学相干断层扫描（OCT）——使用MEMS微镜
- 精密制造与3D计量——使用MEMS微镜
- 智慧城市——使用MEMS激光雷达和MEMS矢量图形激光投影仪
- 机器人——使用MEMS激光雷达和MEMS矢量图形激光投影仪
- 交通运输/铁路/公交——使用MEMS激光雷达和MEMS矢量图形激光投影仪
- 节日照明——使用MEMS矢量图形激光投影仪
MEMS微镜的爆发式增长
MEMS微镜出货量将迎来爆发式增长，这主要归功于众多应用场景采用了基于多颗MEMS微镜的系统配置，或是包含多颗MEMS微镜的系统解决方案。
下图展示了MEMS微镜在某些应用中的配置方案。在部分应用中可能需要的MEMS微镜数量接近10颗，这将使未来MEMS微镜市场快速增长。
图5：面向不同应用场景的MEMS微镜配置方案
正如新技术常有的情况一样，极有可能出现更多未预料到的MEMS微镜应用。我们相信，继成熟的MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器和MEMS麦克风之后，MEMS微镜正成为MEMS技术的新一波重大应用浪潮。预计在未来数年内，MEMS微镜的年出货量将达到10亿颗，主要市场驱动力从各种汽车应用到XR/AR/VR、光开关及光路交换（OCS）应用。
延伸阅读：
上一篇：综述：可穿戴超声关键技术及其心血管监测应用进展
下一篇：最后一页