CN112965240B - 一种离轴式mems微镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离轴式MEMS微镜及其制备方法，涉及微机电技术领域，包括第一微镜、第二微镜、第一固定梳齿、第二固定梳齿、驱动电极，第一微镜和第二微镜以转轴为轴同步转动，第一微镜用于入射激光的扫描反射，第二微镜用于同步接收反射激光，驱动电极提供驱动电压；两个微镜的动梳齿之间以及分别与两个固定梳齿形成第一垂直梳齿对、第二垂直梳齿对和第三垂直梳齿对，第一垂直梳齿对、第二垂直梳齿对分别为第一微镜和第二微镜提供顺时针方向偏转的驱动力，第三垂直梳齿对为第一微镜和第二微镜提供逆时针方向偏转的驱动力，通过制造垂直梳齿对结构间的电势差使两个微镜在某个周期段相互吸引、不再独立控制，实现完全同频、同相位的偏转状态。

Description

一种离轴式MEMS微镜及其制备方法

技术领域

本发明涉及微机电技术领域，尤其是一种离轴式MEMS微镜及其制备方法。

背景技术

激光雷达主要包括离轴式和同轴式两种方案，相比于同轴式方案，离轴式方案的优点在于发射系统和接收系统分离，系统内的杂散光较少，且探测能力强，然而传统的离轴式双MEMS微镜通常采用两个完全分离的微镜，再通过两路驱动信号分别驱动，但实际工艺导致两微镜的驱动频率、角度、相位差必然存在差异，两路驱动信号做到完全同步无延迟也有难度，因此对于实现激光雷达系统的同步收发还存在一定的难度。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种离轴式MEMS微镜及其制备方法，通过设置第一电极对和第二电极对分别为离轴式MEMS微镜提供一路固定电压和一路交流电压，且仅通过该交流电压同时控制第一微镜、第二微镜同步转动，解决了传统技术两分离MEMS微镜的频率、角度、相位存在差异，且两路驱动信号难同步的问题。

本发明的技术方案如下：

一种离轴式MEMS微镜，包括包括第一微镜、第二微镜、第一固定梳齿、第二固定梳齿、驱动电极和边框，第一微镜和第二微镜分别通过两个对称的转轴连接边框的第一内侧，每组转轴位于各自微镜的中轴线，第一微镜和第二微镜以转轴为轴同步转动，第一微镜用于入射激光的扫描反射，第二微镜用于同步接收经过待测物的反射激光；第一固定梳齿和第二固定梳齿分别位于边框的第二内侧，驱动电极位于边框上，为离轴式MEMS微镜提供驱动电压，第一微镜的第一动梳齿Ⅰ与第一固定梳齿形成第一垂直梳齿对，第二固定梳齿与第二微镜的第二动梳齿Ⅱ形成第二垂直梳齿对，第一垂直梳齿对和第二垂直梳齿对分别为第一微镜和第二微镜提供顺时针方向偏转的驱动力，第一微镜的第二动梳齿Ⅰ与第二微镜的第一动梳齿Ⅱ形成第三垂直梳齿对，为第一微镜和第二微镜提供逆时针方向偏转的驱动力，实现离轴式MEMS微镜对激光的同步收发。

其进一步的技术方案为，驱动电极包括第一电极对和第二电极对，均位于边框的同一第一内侧上，第一电极对包括第一电极Ⅰ和第一电极Ⅱ，第一电极Ⅰ作为正电极连接第一固定梳齿，第一电极Ⅱ作为负电极连接第二微镜，用于提供固定电压；第二电极对包括第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ，第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ之间连接交流方波驱动电压，用于提供交流电压，方波驱动频率为第一微镜和第二微镜的扫描频率，第二电极Ⅰ连接第一微镜，第二电极Ⅱ连接第二固定梳齿，第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ的电势随方波周期交替变化。

其进一步的技术方案为，在一个方波周期内，当处于前一半方波周期时，第二电极Ⅰ为正电势、第二电极Ⅱ为零电势，则第一垂直梳齿对均为相同高电势，电势差为零，第二垂直梳齿对均为零电势，第三垂直梳齿对存在电势差，梳齿相互吸引，第一微镜和第二微镜逆时针方向偏转；当处于后一半方波周期时，第二电极Ⅰ为零电势、第二电极Ⅱ为正电势，则第三垂直梳齿对均为零电势，第一垂直梳齿对、第二垂直梳齿对均存在电势差，梳齿相互吸引，第一微镜和第二微镜同步顺时针方向偏转。

其进一步的技术方案为，边框的第一内侧上还设有六个对称分布的隔离槽，且两两共轴设置作为一组隔离槽，第一组隔离槽位于第一电极Ⅰ和第二电极Ⅰ之间，第二组隔离槽位于第二电极Ⅰ和第一电极Ⅱ之间(具体的，位于第三垂直梳齿对的中轴线上)，第三组隔离槽位于第一电极Ⅱ和第二电极Ⅱ之间，隔离槽用于隔离相邻电极间的电势。

一种离轴式MEMS微镜的制备方法，该制备方法包括：

获取第一SOI圆片并清洗表面，第一SOI圆片由上至下依次包括器件层、绝缘层和衬底层；

制备光刻板，光刻板从左到右依次设有外边、第一动梳齿、转轴、第二动梳齿、固定梳齿的图形，其中外边图形与第一动梳齿图形之间留有活动间隙；

对第一SOI圆片的器件层表面通过光刻板刻蚀得到第一外边、第一动梳齿Ⅰ、转轴、第二动梳齿Ⅰ、第二固定梳齿，转轴位于第一动梳齿Ⅰ和第二动梳齿Ⅰ组成的动梳齿结构Ⅰ的中轴线上；剥离第二动梳齿Ⅰ和第二固定梳齿之间的器件层，露出绝缘层；

获取第二SOI圆片并清洗表面；

将第二SOI圆片的器件层与刻蚀后的第一SOI圆片的器件层进行硅硅键合，得到键合结构；

剥离第二SOI圆片的衬底层和绝缘层；

将光刻板以离轴式MEMS微镜的中心点为轴水平旋转180°后，对第二SOI 圆片的器件层表面通过旋转后的光刻板刻蚀得到第一固定梳齿、第一动梳齿Ⅱ、转轴、第二动梳齿Ⅱ、第二外边，转轴位于第一动梳齿Ⅱ和第二动梳齿Ⅱ组成的动梳齿结构Ⅱ的中轴线上；剥离第一固定梳齿和第一动梳齿Ⅱ之间的器件层，露出第一SOI圆片的器件层；第一动梳齿Ⅰ与第一固定梳齿形成第一垂直梳齿对，第二固定梳齿与第二动梳齿Ⅱ形成第二垂直梳齿对，第二动梳齿Ⅰ与第一动梳齿Ⅱ形成第三垂直梳齿对；

在第一SOI圆片的衬底层上沿着两个外边内侧刻蚀出背腔，刻蚀后的衬底层与第一外边、位于第一外边上的部分第一固定梳齿、位于衬底上的部分第二固定梳齿以及第二外边形成边框；

在键合结构的器件层表面溅射金属层，位于动梳齿结构Ⅰ上的金属层作为第一微镜，位于动梳齿结构Ⅱ上的金属层作为第二微镜，位于边框上的金属层作为驱动电极；第一微镜和第二微镜分别通过两个对称的转轴连接边框的第一内侧，第一微镜和第二微镜以转轴为轴同步转动，第一微镜用于入射激光的扫描反射，第二微镜用于同步接收经过待测物的反射激光，驱动电极为离轴式 MEMS微镜提供驱动电压。

其进一步的技术方案为，制备光刻板，还包括：

光刻板上还设有六个隔离槽图形，六个隔离槽图形对称分布且两两共轴设置作为一组隔离槽图形，第二组隔离槽图形位于离轴式MEMS微镜的中轴线上，第一组隔离槽图形和第三组隔离槽图形对称分布在第二组隔离槽图形的两侧；

则对第一SOI圆片的器件层表面通过光刻板刻蚀还得到第一组隔离槽Ⅰ、第二组隔离槽Ⅰ和第三组隔离槽Ⅰ；

对第二SOI圆片的器件层表面通过旋转后的光刻板刻蚀还得到第一组隔离槽Ⅱ、第二组隔离槽Ⅱ和第三组隔离槽Ⅱ，第一组隔离槽Ⅰ和第一组隔离槽Ⅱ重叠形成第一组隔离槽，同理还形成第二组隔离槽和第三组隔离槽，隔离槽贯穿器件层。

其进一步的技术方案为，在光刻板中，所有图形化的梳齿等宽、等间距，第一动梳齿和第二动梳齿的梳齿数相同且对应设置，固定梳齿的梳齿数比第一动梳齿的梳齿数多一个，多出的梳齿位于其余梳齿的下方，且其余梳齿与第一动梳齿对应设置；第二动梳齿的每个梳齿中心线与相对应的第一动梳齿的梳齿中心线相差w/3+d/4，固定梳齿的其余梳齿中心线与相对应的第一动梳齿的梳齿中心线相差w/2+d/2，其中，w为梳齿的宽度，d为相邻梳齿间的间距，梳齿中心线与中轴线垂直。

其进一步的技术方案为，位于边框上的金属层作为驱动电极，包括：

驱动电极包括第一电极对和第二电极对，第一电极对包括第一电极Ⅰ和第一电极Ⅱ，第二电极对包括第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ，第一电极Ⅰ和第二电极Ⅰ分别设置在第一组隔离槽的两侧，第一电极Ⅱ和第二电极Ⅱ分别设置在第三组隔离槽的两侧，且第二电极Ⅰ和第一电极Ⅱ分别设置在第二组隔离槽的两侧，隔离槽用于隔离相邻电极间的电势；第一电极Ⅰ作为正电极连接第一固定梳齿，第一电极Ⅱ作为负电极连接第二微镜，用于提供固定电压；第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ之间连接交流方波驱动电压，用于提供交流电压，方波驱动频率为第一微镜和第二微镜的扫描频率，第二电极Ⅰ连接第一微镜，第二电极Ⅱ连接第二固定梳齿，第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ的电势随方波周期交替变化。

本发明的有益技术效果是：

本申请通过设置两个能够同步收发的离轴式双微镜，避免传统的同轴式微镜结构带来的收发系统互相干扰、信号精度差的问题；通过设置第一电极对和第二电极对分别为离轴式MEMS微镜提供一路固定电压和一路交流电压，且仅通过该交流电压同时控制第一微镜、第二微镜同步转动，也即通过制造垂直梳齿对结构间的电势差使两个微镜在某个周期段相互吸引、不再独立控制，实现完全同频、同相位的偏转状态；通过在相邻电极间设置隔离槽，防止电极间出现短路，提升了离轴式双微镜的可靠性；在制备方法上，对于不同高度的SOI 圆片器件层的刻蚀仅通过同一张光刻板水平旋转180°得到，降低流片成本，减少多版本引起的工艺误差，整体制备工艺简单、高效可靠。

附图说明

图1是本申请提供的离轴式双微镜的整体剖面图。

图2是本申请提供的离轴式双微镜的俯视图。

图3A-3C是本申请提供的离轴式双微镜的驱动示意图。

图4A-4G是本申请提供的离轴式双微镜的制备过程图。

图5是本申请提供的光刻板的俯视图。

图6是本申请提供的梳齿排布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种离轴式MEMS微镜，结合图1、图2所示，包括第一微镜1、第二微镜2、第一固定梳齿3、第二固定梳齿4、驱动电极、边框5和隔离槽，第一微镜1和第二微镜2分别通过两个对称的转轴6连接边框5的第一内侧，每组转轴6位于各自微镜的中轴线，第一微镜1和第二微镜2以转轴6 为轴同步转动。离轴式MEMS微镜配合光源7和探测器8使用，其中光源7提供入射激光，探测器8接收反射激光，第一微镜1用于入射激光的扫描反射，第二微镜2用于同步接收经过待测物9的反射激光，再反射至探测器8中。

第一固定梳齿3和第二固定梳齿4分别位于边框5的第二内侧，驱动电极位于边框5上，为离轴式MEMS微镜提供驱动电压，第一微镜1的第一动梳齿Ⅰ152与第一固定梳齿3形成第一垂直梳齿对101，第二固定梳齿4与第二微镜 2的第二动梳齿Ⅱ172形成第二垂直梳齿对102，第一垂直梳齿对101和第二垂直梳齿对102分别为第一微镜1和第二微镜2提供顺时针方向偏转的驱动力，第一微镜1的第二动梳齿Ⅰ153与第二微镜2的第一动梳齿Ⅱ171形成第三垂直梳齿对103，为第一微镜1和第二微镜2提供逆时针方向偏转的驱动力，实现离轴式MEMS微镜对激光的同步收发。

六个隔离槽设置在边框5的第一内侧上且对称分布，两两共轴设置作为一组隔离槽，第一组隔离槽121位于第一电极Ⅰ111和第二电极Ⅰ113之间，第二组隔离槽122位于第二电极Ⅰ113和第一电极Ⅱ112之间，具体位于第三垂直梳齿对103的中轴线上，第三组隔离槽123位于第一电极Ⅱ112和第二电极Ⅱ114 之间，隔离槽用于隔离相邻电极间的电势，防止电极间出现短路，提升了离轴式双微镜的可靠性。

结合图2、图3A所示，驱动电极包括第一电极对和第二电极对，均位于边框5的同一第一内侧上，第一电极对包括第一电极Ⅰ111和第一电极Ⅱ112，第一电极Ⅰ111作为正电极连接第一固定梳齿3，第一电极Ⅱ112作为负电极连接第二微镜2，用于提供固定电压，可选的，第一电极Ⅰ111和第一电极Ⅱ112之间连接固定直流偏置电压+U。第二电极对包括第二电极Ⅰ113和第二电极Ⅱ114，第二电极Ⅰ113和第二电极Ⅱ114之间连接交流方波驱动电压+U-0V(设方波驱动频率为f、占空比为50％)，用于提供交流电压，方波驱动频率为第一微镜1和第二微镜2的扫描频率，方波周期T＝1/f。第二电极Ⅰ113连接第一微镜1，第二电极Ⅱ114连接第二固定梳齿4，第二电极Ⅰ113和第二电极Ⅱ114 的电势随方波周期交替变化。

在一个方波周期内，当处于前一半方波周期时(也即前T/2)，如图3B所示，第二电极Ⅰ113为正电势、第二电极Ⅱ114为零电势，则第一垂直梳齿对 101均为相同高电势，电势差为零，第二垂直梳齿对102均为零电势，第三垂直梳齿对103存在电势差，梳齿相互吸引，第一微镜1和第二微镜2逆时针方向偏转。当处于后一半方波周期时(也即后T/2)，如图3C所示，第二电极Ⅰ113 为零电势、第二电极Ⅱ114为正电势，则第三垂直梳齿对103均为零电势，第一垂直梳齿对101、第二垂直梳齿对102均存在电势差，梳齿相互吸引，第一微镜1和第二微镜2同步顺时针方向偏转。

本申请通过设置两个能够同步收发的离轴式双微镜，避免传统的同轴式微镜结构带来的收发系统互相干扰、信号精度差的问题；通过设置第一电极对和第二电极对分别为离轴式MEMS微镜提供一路固定电压和一路交流电压，且仅通过该交流电压同时控制第一微镜、第二微镜同步转动，也即通过制造垂直梳齿对结构间的电势差使两个微镜在某个周期段相互吸引、不再独立控制，实现完全同频、同相位的偏转状态。

本申请还公开了一种离轴式MEMS微镜的制备方法，结合图4A-4G所示，制备方法包括如下步骤：

步骤1：如图4A所示，获取第一SOI圆片13并清洗表面，第一SOI圆片 13由上至下依次包括器件层131、绝缘层132和衬底层133。

步骤2：制备光刻板，如图5所示，光刻板从左到右依次设有外边141、第一动梳齿142、转轴6、第二动梳齿143、固定梳齿144的图形，其中外边图形与第一动梳齿图形之间留有活动间隙。

制备光刻板的步骤还包括：光刻板上还设有六个隔离槽图形，六个隔离槽图形对称分布且两两共轴设置作为一组隔离槽图形，第二组隔离槽图形146位于离轴式MEMS微镜的中轴线上，第一组隔离槽图形145和第三组隔离槽图形 147对称分布在第二组隔离槽图形146的两侧。

在光刻板中，所有图形化的梳齿等宽、等间距，如图6所示，第一动梳齿 142和第二动梳齿143的梳齿数相同且对应设置，固定梳齿144的梳齿数比第一动梳齿142的梳齿数多一个，多出的梳齿(也即图5中固定梳齿144由上至下排在最后一个的梳齿)位于其余梳齿的下方，且其余梳齿与第一动梳齿142 对应设置。第二动梳齿143的每个梳齿中心线与相对应的第一动梳齿142的梳齿中心线相差w/3+d/4，固定梳齿144的其余梳齿中心线与相对应的第一动梳齿142的梳齿中心线相差w/2+d/2，其中，w为梳齿的宽度，d为相邻梳齿间的间距，梳齿中心线与中轴线垂直。采用上述梳齿排布方式保证光刻版旋转后上下两层结构的梳齿间等距、无多余分力。

步骤3：如图4B所示，对第一SOI圆片13的器件层131表面通过光刻板刻蚀得到第一外边151、第一动梳齿Ⅰ152、第一组隔离槽Ⅰ、转轴6、第二动梳齿Ⅰ153、第二组隔离槽Ⅰ、第三组隔离槽Ⅰ和第二固定梳齿4，其中隔离槽 (图中未示出)贯穿器件层。转轴6位于第一动梳齿Ⅰ152和第二动梳齿Ⅰ153 组成的动梳齿结构Ⅰ的中轴线上。剥离第二动梳齿Ⅰ153和第二固定梳齿4之间的器件层，露出绝缘层132。

步骤4：获取第二SOI圆片16并清洗表面。

步骤5：如图4C所示，将第二SOI圆片16的器件层161与刻蚀后的第一 SOI圆片13的器件层进行硅硅键合，得到键合结构。

步骤6：如图4D所示，剥离第二SOI圆片16的衬底层163和绝缘层162。

步骤7：如图4E所示，将光刻板以离轴式MEMS微镜的中心点为轴水平旋转180°后，对第二SOI圆片16的器件层表面通过旋转后的光刻板刻蚀得到第一固定梳齿3、第一组隔离槽Ⅱ、第二组隔离槽Ⅱ、第一动梳齿Ⅱ171、转轴 6、第二动梳齿Ⅱ172、第三组隔离槽Ⅱ、第二外边173，其中，隔离槽(图中未示出)贯穿器件层，第一组隔离槽Ⅰ和第一组隔离槽Ⅱ重叠形成第一组隔离槽，同理还形成第二组隔离槽和第三组隔离槽。转轴6位于第一动梳齿Ⅱ171 和第二动梳齿Ⅱ172组成的动梳齿结构Ⅱ的中轴线上。剥离第一固定梳齿3和第一动梳齿Ⅱ171之间的器件层，露出第一SOI圆片13的器件层131。则第一动梳齿Ⅰ152与第一固定梳齿3形成第一垂直梳齿对101，第二固定梳齿4与第二动梳齿Ⅱ172形成第二垂直梳齿对102，第二动梳齿Ⅰ153与第一动梳齿Ⅱ171 形成第三垂直梳齿对103。

步骤8：如图4F所示，在第一SOI圆片13的衬底层133上沿着两个外边内侧刻蚀出背腔，刻蚀后的衬底层133与第一外边151、位于第一外边151上的部分第一固定梳齿3、位于衬底上的部分第二固定梳齿4以及第二外边173 形成边框5。

步骤9：如图4G所示，在键合结构的器件层表面溅射金属层，位于动梳齿结构Ⅰ上的金属层作为第一微镜1，位于动梳齿结构Ⅱ上的金属层作为第二微镜2，位于边框5上的金属层作为驱动电极。第一微镜1和第二微镜2分别通过两个对称的转轴6连接边框5的第一内侧，第一微镜1和第二微镜2以转轴 6为轴同步转动。

在制备方法上，对于不同高度的SOI圆片器件层的刻蚀仅通过同一张光刻板水平旋转180°得到，降低流片成本，减少多版本引起的工艺误差，整体制备工艺简单、高效可靠。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种离轴式MEMS微镜，其特征在于，包括第一微镜、第二微镜、第一固定梳齿、第二固定梳齿、驱动电极和边框，所述第一微镜和第二微镜分别通过两个对称的转轴连接所述边框的第一内侧，每组转轴位于各自微镜的中轴线，所述第一微镜和第二微镜以转轴为轴同步转动，所述第一微镜用于入射激光的扫描反射，所述第二微镜用于同步接收经过待测物的反射激光；所述第一固定梳齿和第二固定梳齿分别位于所述边框的第二内侧，所述驱动电极位于所述边框上，为所述离轴式MEMS微镜提供驱动电压，所述第一微镜的第一动梳齿Ⅰ与所述第一固定梳齿形成第一垂直梳齿对，所述第二固定梳齿与所述第二微镜的第二动梳齿Ⅱ形成第二垂直梳齿对，所述第一垂直梳齿对和第二垂直梳齿对分别为所述第一微镜和第二微镜提供顺时针方向偏转的驱动力，所述第一微镜的第二动梳齿Ⅰ与所述第二微镜的第一动梳齿Ⅱ形成第三垂直梳齿对，为所述第一微镜和第二微镜提供逆时针方向偏转的驱动力，实现所述离轴式MEMS微镜对激光的同步收发。

2.根据权利要求1所述的离轴式MEMS微镜，其特征在于，所述驱动电极包括第一电极对和第二电极对，均位于所述边框的同一第一内侧上，所述第一电极对包括第一电极Ⅰ和第一电极Ⅱ，所述第一电极Ⅰ作为正电极连接所述第一固定梳齿，所述第一电极Ⅱ作为负电极连接所述第二微镜，用于提供固定电压；所述第二电极对包括第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ，所述第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ之间连接交流方波驱动电压，用于提供交流电压，方波驱动频率为所述第一微镜和第二微镜的扫描频率，所述第二电极Ⅰ连接所述第一微镜，所述第二电极Ⅱ连接所述第二固定梳齿，所述第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ的电势随方波周期交替变化。

3.根据权利要求2所述的离轴式MEMS微镜，其特征在于，在一个方波周期内，当处于前一半方波周期时，所述第二电极Ⅰ为正电势、第二电极Ⅱ为零电势，则所述第一垂直梳齿对均为相同高电势，电势差为零，所述第二垂直梳齿对均为零电势，所述第三垂直梳齿对存在电势差，梳齿相互吸引，所述第一微镜和第二微镜逆时针方向偏转；当处于后一半方波周期时，所述第二电极Ⅰ为零电势、第二电极Ⅱ为正电势，则所述第三垂直梳齿对均为零电势，所述第一垂直梳齿对、第二垂直梳齿对均存在电势差，梳齿相互吸引，所述第一微镜和第二微镜同步顺时针方向偏转。

4.根据权利要求3所述的离轴式MEMS微镜，其特征在于，所述边框的第一内侧上还设有六个对称分布的隔离槽，且两两共轴设置作为一组隔离槽，第一组隔离槽位于所述第一电极Ⅰ和第二电极Ⅰ之间，第二组隔离槽位于所述第二电极Ⅰ和第一电极Ⅱ之间，具体的，位于第三垂直梳齿对的中轴线上，第三组隔离槽位于所述第一电极Ⅱ和第二电极Ⅱ之间，所述隔离槽用于隔离相邻电极间的电势。

5.一种离轴式MEMS微镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

获取第一SOI圆片并清洗表面，所述第一SOI圆片由上至下依次包括器件层、绝缘层和衬底层；

制备光刻板，所述光刻板从左到右依次设有外边、第一动梳齿、转轴、第二动梳齿、固定梳齿的图形，其中外边图形与第一动梳齿图形之间留有活动间隙；

对所述第一SOI圆片的器件层表面通过所述光刻板刻蚀得到第一外边、第一动梳齿Ⅰ、转轴、第二动梳齿Ⅰ、第二固定梳齿，所述转轴位于所述第一动梳齿Ⅰ和第二动梳齿Ⅰ组成的动梳齿结构Ⅰ的中轴线上；剥离所述第二动梳齿Ⅰ和第二固定梳齿之间的器件层，露出绝缘层；

获取第二SOI圆片并清洗表面；

将所述第二SOI圆片的器件层与刻蚀后的所述第一SOI圆片的器件层进行硅硅键合，得到键合结构；

剥离所述第二SOI圆片的衬底层和绝缘层；

将所述光刻板以所述离轴式MEMS微镜的中心点为轴水平旋转180°后，对所述第二SOI圆片的器件层表面通过旋转后的光刻板刻蚀得到第一固定梳齿、第一动梳齿Ⅱ、转轴、第二动梳齿Ⅱ、第二外边，所述转轴位于所述第一动梳齿Ⅱ和第二动梳齿Ⅱ组成的动梳齿结构Ⅱ的中轴线上；剥离所述第一固定梳齿和第一动梳齿Ⅱ之间的器件层，露出所述第一SOI圆片的器件层；所述第一动梳齿Ⅰ与所述第一固定梳齿形成第一垂直梳齿对，所述第二固定梳齿与所述第二动梳齿Ⅱ形成第二垂直梳齿对，所述第二动梳齿Ⅰ与所述第一动梳齿Ⅱ形成第三垂直梳齿对；

在所述第一SOI圆片的衬底层上沿着两个外边内侧刻蚀出背腔，刻蚀后的衬底层与所述第一外边、位于第一外边上的部分第一固定梳齿、位于衬底上的部分第二固定梳齿以及第二外边形成边框；

在所述键合结构的器件层表面溅射金属层，位于所述动梳齿结构Ⅰ上的金属层作为第一微镜，位于所述动梳齿结构Ⅱ上的金属层作为第二微镜，位于所述边框上的金属层作为驱动电极；所述第一微镜和第二微镜分别通过两个对称的转轴连接所述边框的第一内侧，所述第一微镜和第二微镜以转轴为轴同步转动，所述第一微镜用于入射激光的扫描反射，所述第二微镜用于同步接收经过待测物的反射激光，所述驱动电极为所述离轴式MEMS微镜提供驱动电压。

6.根据权利要求5所述的离轴式MEMS微镜的制备方法，其特征在于，所述制备光刻板，还包括：

所述光刻板上还设有六个隔离槽图形，六个所述隔离槽图形对称分布且两两共轴设置作为一组隔离槽图形，第二组隔离槽图形位于所述离轴式MEMS微镜的中轴线上，第一组隔离槽图形和第三组隔离槽图形对称分布在所述第二组隔离槽图形的两侧；

则对所述第一SOI圆片的器件层表面通过所述光刻板刻蚀还得到第一组隔离槽Ⅰ、第二组隔离槽Ⅰ和第三组隔离槽Ⅰ；

对所述第二SOI圆片的器件层表面通过旋转后的光刻板刻蚀还得到第一组隔离槽Ⅱ、第二组隔离槽Ⅱ和第三组隔离槽Ⅱ，所述第一组隔离槽Ⅰ和第一组隔离槽Ⅱ重叠形成第一组隔离槽，同理还形成第二组隔离槽和第三组隔离槽，隔离槽贯穿所述器件层。

7.根据权利要求5所述的离轴式MEMS微镜的制备方法，其特征在于，在所述光刻板中，所有图形化的梳齿等宽、等间距，第一动梳齿和第二动梳齿的梳齿数相同且对应设置，固定梳齿的梳齿数比所述第一动梳齿的梳齿数多一个，多出的梳齿位于其余梳齿的下方，且其余梳齿与第一动梳齿对应设置；第二动梳齿的每个梳齿中心线与相对应的第一动梳齿的梳齿中心线相差w/3+d/4，固定梳齿的其余梳齿中心线与相对应的第一动梳齿的梳齿中心线相差w/2+d/2，其中，w为梳齿的宽度，d为相邻梳齿间的间距，所述梳齿中心线与中轴线垂直。

8.根据权利要求6所述的离轴式MEMS微镜的制备方法，其特征在于，所述位于所述边框上的金属层作为驱动电极，包括：

所述驱动电极包括第一电极对和第二电极对，所述第一电极对包括第一电极Ⅰ和第一电极Ⅱ，所述第二电极对包括第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ，所述第一电极Ⅰ和第二电极Ⅰ分别设置在所述第一组隔离槽的两侧，所述第一电极Ⅱ和第二电极Ⅱ分别设置在所述第三组隔离槽的两侧，且所述第二电极Ⅰ和第一电极Ⅱ分别设置在所述第二组隔离槽的两侧，所述隔离槽用于隔离相邻电极间的电势；所述第一电极Ⅰ作为正电极连接所述第一固定梳齿，所述第一电极Ⅱ作为负电极连接所述第二微镜，用于提供固定电压；所述第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ之间连接交流方波驱动电压，用于提供交流电压，方波驱动频率为所述第一微镜和第二微镜的扫描频率，所述第二电极Ⅰ连接所述第一微镜，所述第二电极Ⅱ连接所述第二固定梳齿，所述第二电极Ⅰ和第二电极Ⅱ的电势随方波周期交替变化。

Images