CN102662235A - 直接光驱动扫描微镜 - Google Patents

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Abstract

一种直接光驱动扫描微镜，它包括微驱动器、平面弹簧、可动镜片和微透镜。微驱动器的输出端与平面弹簧的输入端相连，平面弹簧的输出端与可动镜片的输入端相连，微透镜的输出端与微驱动器的输入端相连；每个器件包括1个可动镜片、2个平面弹簧、2个微驱动器和1个微透镜，可动镜片与2个平面弹簧相连，每个平面弹簧与1个微驱动器相连；本发明采用硅微加工技术制成，可由入射激光中的特定波长驱动激光直接驱动镜片完成扫描，从而免除传统的电气连接相关的引线键合工序，结构简单，成本低廉。

Description

直接光驱动扫描微镜
技术领域
本发明涉及一种用于光学扫描的微机电系统器件，特别是采用激光直接驱动微驱动器。
背景技术
采用硅微加工技术制造的微型光学扫描器件在光学扫描，光学成像，激光投影等领域有非常重要的应用。特别是在光学内窥成像领域，集成有微型光学扫描器件的成像探针可在人体各种直径的管道(如血管，消化道等)内完成扫描，与外部的光学成像设备相结合，从而获得人体组织二维图像或三维图像。
通常，微型光学扫描器件都采用铝或金导线键合技术在器件表面的焊盘与外部金属导线之间建立稳定可靠的电气连接，从而接收外部电驱动信号以完成扫描工作。金属引线键合工艺存在一定的失效风险。对于某些特殊应用，如上述的光学内窥成像应用，进入人体内的设备需要尽可能地简化设计以提供更佳的可靠性和安全性，并进一步缩小设备的体积。由于微型光学扫描器件用于光学扫描，必然会有激光光束投射到微型光学扫描器件的可动镜片表面，因此提供了采用光电转换技术将入射激光光束的部分能量转换为驱动微型光学扫描器件的电信号的可能性。
本发明提出一种用于光学扫描的微机电系统器件，特别是采用激光直接驱动微驱动器。主要通过与微驱动器连接的微透镜聚焦入射激光光束，从而在微透镜的聚焦区域获得高热量以直接驱动基于双金属效应的微驱动器。本发明免除了传统的必不可少的微机电系统器件的金属引线键合工序，进一步缩小了体积，进一步提高了可靠性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直接光驱动扫描微镜，特别是采用激光直接驱动微驱动器。主要通过与微驱动器连接的微透镜聚焦入射激光光束，从而在微透镜的聚焦区域获得高热量以直接驱动基于双金属效应的微驱动器。
为实现上述目的，本发明采用技术方案是：它包括微驱动器、平面弹簧、可动镜片和微透镜。微驱动器的输出端与平面弹簧的输入端相连，平面弹簧的输出端与可动镜片的输入端相连，微透镜的输出端与微驱动器的输入端相连；每个器件包括1个可动镜片、2个平面弹簧、2个微驱动器和1个微透镜，可动镜片与2个平面弹簧相连，每个平面弹簧与1个微驱动器相连；
所述的微驱动器采用微加工技术制成，基于双金属效应，由多层材料，如硅，二氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于将外部输入的驱动信号通过双金属效应转换为机械形变；
所述的平面弹簧采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅等组成，用于将微驱动器一端的位移传递给可动镜片；
所述的可动镜片采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅等组成；可动镜片的表面镀有高反射率的薄膜；
所述的微透镜采用微加工技术制成，位于直接光驱动扫描微镜芯片表面，与微驱动器的固定端相连，具有低热阻，与周围芯片部分相隔开，利用空气构成高热阻，阻止热量自由扩散，将热量聚集在微驱动器的固定端周围，使热量仅仅能向微驱动器传播；
本发明的工作原理是这样的：入射激光光束由多束激光组成，一种照射在直接光驱动扫描微镜的可动镜片上为工作激光，另一种照射在直接光驱动扫描微镜的微透镜上为驱动激光。工作激光可以为单频激光或宽带低相干激光，取决于光学成像设备的要求；驱动激光为单频激光，其波长与微透镜的透射波长相匹配。驱动激光通过微透镜据聚焦在微驱动器的固定端产生足够高的热量，热量向微驱动器内的多层材料扩散，使微驱动器的温度上升。微驱动器为多层材料构成，不同的材料具有不同的热膨胀系数，因此随着温度上升，微驱动器会发生形变，向热膨胀系数较小的材料一侧弯曲。微驱动器的一端固定在硅片上，另一端通过平面弹簧连接在可动镜片上。不同强度的驱动激光聚焦后产生不同的热量，使微驱动器发生不同幅度的形变，使可动镜片振动，完成扫描。
本发明由于采用了上述技术方案，具有如下优点：
1、结构简单，成本低廉；
2、免除了传统的必不可少的微机电系统器件的金属引线键合工序；
3、进一步缩小了器件体积，提高了可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：如图1-2所示，它包括微驱动器1、平面弹簧2、可动镜片3和微透镜4。微驱动器1的输出端与平面弹簧2的输入端相连，平面弹簧2的输出端与可动镜片3的输入端相连，微透镜4的输出端与微驱动器1的输入端相连；每个器件包括1个可动镜片3、2个平面弹簧2、2个微驱动器1和1个微透镜4，可动镜片3与2个平面弹簧2相连，每个平面弹簧2与1个微驱动器1相连；
所述的微驱动器1采用微加工技术制成，基于双金属效应，由多层材料，如硅，二氧化硅，金属，金属氧化物等组成，用于将外部输入的驱动信号通过双金属效应转换为机械形变；
所述的平面弹簧2采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅等组成，用于将微驱动器1一端的位移传递给可动镜片；
所述的可动镜片3采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅等组成；可动镜片3的表面镀有高反射率的薄膜；
所述的微透镜4采用微加工技术制成，位于直接光驱动扫描微镜芯片表面，与微驱动器1的固定端相连，具有低热阻，与周围芯片部分相隔开，利用空气构成高热阻，阻止热量自由扩散，将热量聚集在微驱动器1的固定端周围，使热量仅仅能向微驱动器1传播；
本发明的工作原理是这样的：入射激光光束由多束激光组成，一种照射在直接光驱动扫描微镜的可动镜片3上为工作激光，另一种照射在直接光驱动扫描微镜的微透镜4上为驱动激光。工作激光可以为单频激光或宽带低相干激光，取决于光学成像设备的要求；驱动激光为单频激光，其波长与微透镜4的透射波长相匹配。驱动激光通过微透镜4据聚焦在微驱动器1的固定端产生足够高的热量，热量向微驱动器1内的多层材料扩散，使微驱动器1的温度上升。微驱动器1为多层材料构成，不同的材料具有不同的热膨胀系数，因此随着温度上升，微驱动器1会发生形变，向热膨胀系数较小的材料一侧弯曲。微驱动器1的一端固定在硅片上，另一端通过平面弹簧连接在可动镜片3上。不同强度的驱动激光聚焦后产生不同的热量，使微驱动器1发生不同幅度的形变，使可动镜片3振动，完成扫描。

Claims (7)

1.一种直接光驱动扫描微镜，其特征在于：它包括微驱动器、平面弹簧、可动镜片和微透镜。微驱动器的输出端与平面弹簧的输入端相连，平面弹簧的输出端与可动镜片的输入端相连，微透镜的输出端与微驱动器的输入端相连；每个器件包括1个可动镜片、2个平面弹簧、2个微驱动器和1个微透镜，可动镜片与2个平面弹簧相连，每个平面弹簧与1个微驱动器相连。
2.如权利要求1所述的一种直接光驱动扫描微镜，其特征在于：所述的微驱动器采用微加工技术制成，基于双金属效应，由多层材料，如硅，二氧化硅，金属，金属氧化物等组成。
3.如权利要求1所述的一种直接光驱动扫描微镜，其特征在于：所述的可动镜片的机械偏转角度为(0-45)度。
4.如权利要求1所述的一种直接光驱动扫描微镜，其特征在于：所述的平面弹簧采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅等组成。
5.如权利要求1所述的一种直接光驱动扫描微镜，其特征在于：所述的可动镜片采用微加工技术制成，由多层材料，如硅，二氧化硅等组成。表面镀有高反射率薄膜。
6.如权利要求1所述的一种光驱动扫描微镜，其特征在于：所述的可动镜片的反射波长为(300-1550)纳米。
7.如权利要求1所述的一种直接光驱动扫描微镜，其特征在于：所述的微透镜采用微加工技术制成，具有低热阻。
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