CN110426843A - 二维扫描微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维扫描微镜，包括边框、反射部、关于反射部中心对称的半包围式结构的扭转梁，扭转梁两端分别与反射部和边框连接；所述边框上加工有金属电极，金属电极与导电线圈连接，导电线圈位于反射部的表面，反射部的另一面为镜面。本发明的二维扫描微镜使用新型的扭转梁结构，只需要一个边框和一组中心对称的半包围式结构的扭转梁，即可使镜面在两个方向偏转，实现对光信号的二维扫描。由于只采用了一个边框和一组扭转梁，显著提高镜面占空比，提高信号的传输效率。并且组成微镜阵列时，也可以提高镜面占空比，有利于二维扫描微镜的阵列化。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统领域，尤其是一种基于MEMS加工工艺制作的二维扫描微镜。
背景技术
MEMS指微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System），是在微电子技术基础上发展起来的革命性新技术，融合光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS器件广泛应用于高新技术产业，是一项关系到科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。其中，扫描微镜是一种应用MEMS技术研制的光反射型器件，通过连接反射镜面的扭转结构，在电磁力的作用下，带动镜面偏转，实现对光束在一维或二维方向的反射扫描，具有成本低、可靠性高、小型化和易批量生产等优点，在光通信、激光投影、激光雷达、三维成像等领域具有巨大的应用市场。
在MEMS微镜的很多应用场景中，为减少激光光束反射过程中的衍射效应，得到高分辨率图像，必须采用高功率、大尺寸的激光光源，因此需要使用反射面积较大的MEMS微镜。图1所示为现有结构的二维扫描微镜，其具有互相垂直的外扭转梁4和内扭转梁5，内扭转梁5连接内边框2与镜面3，外扭转梁4连接外边框1和内边框2，镜面3可以分别以外扭转梁4或内扭转梁5为转动轴偏转。当外部控制系统给微镜同时输入两个方向的驱动信号时，可以控制镜面以两对扭转梁为轴实现两个方向的扭转，即可实现对光线的二维扫描反射。但是这种双轴微镜结构，由于存在两对扭转梁及内、外两个边框，结构复杂，加工成本高，特别是镜面占空比很低，导致对大尺寸激光信号反射时，反射比例低，光损耗大，使得经过扫描后到达光接收端的光信号减弱，系统信号传输效率降低。即使采用微镜阵列，也无法提高镜面占空比，信号传输效率低。
发明内容
本申请人针对现有二维扫描微镜采用内外两组扭转梁、内外两个边框的结构，存在结构复杂、成本高、镜面占空比低等问题，提供了一种新型的二维扫描微镜及其阵列，只用一个边框和一组扭转梁，就可实现镜面在两个方向的扭转，实现对光线的二维扫描，结构简单，降低工艺难度以及成本。同时，可以大大提高镜面占空比，实现对光信号更高效的反射，提高信号传输效率。
本发明所采用的技术方案如下：
一种二维扫描微镜，包括边框、反射部、关于反射部中心对称的半包围式结构的扭转梁，扭转梁两端分别与反射部和边框连接；所述边框上加工有金属电极，金属电极与导电线圈连接，导电线圈位于反射部的表面，反射部的另一面为镜面。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述镜面与导电线圈在反射部的同一面；所述镜面镀有反射薄膜，导电线圈在薄膜下层。
所述反射部为方形结构，扭转梁为L形，一端与反射部连接，另一端与边框连接；所述扭转梁两条长直角边与反射部的边缘平行。
所述扭转梁两条边的长度相同，长度大于反射部边长的一半。
所述扭转梁为双L型结构。
所述反射部为圆形，所述扭转梁是两个半包围式的弧形梁，关于反射部中心对称。
所述扭转梁为两对L型结构，关于反射部中心对称。
所述金属电极通过金属引线与导电线圈连接，导电线圈内圈的端头通过跳线与一根金属引线连接；所述金属引线设置在扭转梁表面。
所述扭转梁上设置有反馈梳齿。
所述镜面镀有反射薄膜；所述反射薄膜材质为金、银或铝；所述导电线圈绕制形状为方形、圆形。
本发明的有益效果如下：
本发明的二维扫描微镜使用新型的扭转梁结构，只需要一个边框和一组中心对称的半包围式结构的扭转梁，即可使镜面在两个方向偏转，实现对光信号的二维扫描。由于只采用了一个边框和一组扭转梁，显著提高镜面占空比，提高信号的传输效率。并且组成微镜阵列时，也可以提高镜面占空比，有利于二维扫描微镜的阵列化。
本发明二维扫描微镜的整体结构简单，工艺难度低，便于加工，提高加工过程中的成品率。而且，如果镜面使用与现有结构同样面积时，相比现有结构，可以大大降低微镜的总面积，降低生产成本。
附图说明
图1为现有的二维扫描微镜的结构示意图。
图2为本发明实施例一的结构示意图。
图3为图2中偏转轴示意图。
图4为本发明实施例二的结构示意图。
图5为本发明实施例四的结构示意图。
图6为本发明实施例五的结构示意图。
图7为本发明实施例六的结构示意图。
图中：1、外边框；2、内边框；3、镜面；4、外扭转梁；5、内扭转梁；11、边框；12、扭转梁；13、反射部；14、金属电极；15、导电线圈；16、金属引线；17、反馈梳齿；18、磁铁。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
实施例一：
如图2所示，本发明的二维扫描微镜为电磁驱动微镜，以硅材料为基础结构，包括边框11和反射部13，反射部13和边框11通过两个半包围式结构的扭转梁12连接在一起，两个扭转梁12关于反射部13中心对称。本实施例中，反射部13为正方形结构，扭转梁12为L形，两条长直角边分别与邻近的反射部13的边缘平行，扭转梁12的一端与反射部13边缘连接，另一端与边框11连接。
优选的，扭转梁12的两条边的长度相同，
优选的，扭转梁12的两条边的长度大于反射部13边长的一半。
边框11上有两个金属电极14，金属电极14与外部信号源连接，并通过金属引线16与导电线圈15的两端连接，金属引线16布置在扭转梁12表面。导电线圈15绕制形状为圆形，分布在反射部13的表面，其中导电线圈15的内圈的端头通过跳线方式与一个金属引线16连接。反射部13的另一面为反射光线的镜面，表面镀有光学反射薄膜，提高光反射效率，其中光学反射薄膜的材质为金、银或铝。当然，镜面也可以与导电线圈15在反射部13的同一面，导电线圈15位于镜面反射薄膜的下层。
如图2和图3所示，本发明的二维扫面微镜本体外部放置两个磁铁18，两个磁铁18的N极和S极相对，导电线圈15位于磁铁产生的稳定磁场中。二维扫描微镜工作时，外部信号源通过金属电极14给导电线圈15通电，通电时导电线圈15产生洛伦兹力，带动反射部13偏转。为实现微镜对光信号的二维扫描，在控制信号中输入两种不同频率的叠加信号，就可以使反射部13分别以互相垂直的对角线方向A和方向B为偏转轴轴向，进行二维转动，对光信号进行二维扫描。
当微镜进行二维扫描工作时，为了实时反馈偏转角度，如图2所示，在其中一个扭转梁12的两端分别设置反馈梳齿17，反射部13偏转时将引起反馈梳齿17交叠面积改变，使电容发生变化。通过输出引线将电容信号引出，即可通过输出电容实现反射部13偏转角的实时反馈。当然，也可以分别在两个扭转梁12上各设置一个反馈梳齿17，便于更好的对电容信号作差分处理，得到更精确的偏转角度反馈信息。
实施例二：
实施例一中采用的是一组L型扭转梁12，对反射部13的偏转角度有所限制。为实现更大角度的偏转，如图4所示，扭转梁12为双L型结构。由于采用了折叠双L型结构，可以降低转轴应力，实现更大角度的偏转。
实施例三：
本实施例中，反射部13也可以加工为圆形，扭转梁12为设置在反射部13外圈的半包围式的两个弧形梁，弧形扭转梁12关于反射部13中心对称。
实施例四：
如图5所示，扭转梁12为两对L型结构，并且关于反射部13中心对称。采用两对L型结构的扭转梁12，可以使反射部13和边框11有四个连接点，提高对称性和结构稳定性。
实施例五：
如图6所示，微镜外部设置的磁铁18为两对，只要可以在微镜所在位置形成稳定的磁场即可。导电线圈15也可以绕制为方形等不同的形状。
实施例六：
如图7所示，本发明微镜可以组成M×N的二维扫描微镜阵列，M、N为任意正整数。当使用微镜阵列时，可以提高镜面的绝对面积，应用在面光源照射的情形时，对大面积的光信号进行有效的反射，提高信号传输效率。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种二维扫描微镜，其特征在于：包括边框（11）、反射部（13）、关于反射部（13）中心对称的半包围式结构的扭转梁（12），扭转梁（12）两端分别与反射部（13）和边框（11）连接；所述边框（11）上加工有金属电极（14），金属电极（14）与导电线圈（15）连接，导电线圈（15）位于反射部（13）的表面，反射部（13）的另一面为镜面。
2.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述镜面与导电线圈（15）在反射部（13）的同一面；所述镜面镀有反射薄膜，导电线圈（15）在薄膜下层。
3.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述反射部（13）为方形结构，扭转梁（12）为L形，一端与反射部（13）连接，另一端与边框（11）连接；所述扭转梁（12）两条长直角边与反射部（13）的边缘平行。
4.根据权利要求3所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述扭转梁（12）两条边的长度相同，长度大于反射部（13）边长的一半。
5.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述扭转梁（12）为双L型结构。
6.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述反射部（13）为圆形，所述扭转梁（12）是两个半包围式的弧形梁，关于反射部（13）中心对称。
7.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述扭转梁（12）为两对L型结构，关于反射部（13）中心对称。
8.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述金属电极（14）通过金属引线（16）与导电线圈（15）连接，导电线圈（15）内圈的端头通过跳线与一根金属引线（16）连接；所述金属引线（16）设置在扭转梁（12）表面。
9.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述扭转梁（12）上设置有反馈梳齿（17）。
10.根据权利要求1所述的二维扫描微镜，其特征在于：所述镜面镀有反射薄膜；所述反射薄膜材质为金、银或铝；所述导电线圈（15）绕制形状为方形、圆形。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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