CN113534449A - 一种弯折梁及具有该弯折梁的电磁式扫描微镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弯折梁及具有该弯折梁的电磁式扫描微镜，属于微光机电系统领域。该弯折梁的中间部分经多次弯折形成近回形结构。通过两个弯折梁将微镜板悬置连接在固定边框内侧，微镜板能够绕弯折梁轴线进行偏转。弯折梁能够有效降低梁的扭转刚度，提升扫描微镜的机械扫描性能，还能起到缓冲作用，提高了器件的抗振动和抗冲击能力，从而弯折梁可以支撑较大尺寸的扫描微镜。可以与微镜板的厚度相同，这不仅减小了器件的加工时间和加工难度，提高加工效率，同样有助于提高器件的结构可靠性。微镜板背面掏槽以减重，提高器件在环境振动中的稳定性，减少谐振频率。利用MEMS技术将固边边框、微镜板与弯折梁集成在一起，工艺简单。

Description

一种弯折梁及具有该弯折梁的电磁式扫描微镜

技术领域

本发明属于微光机电系统领域，涉及一种弯折梁及具有该弯折梁的电磁式扫描微镜。

背景技术

电磁式扫描微镜是微型近红外光谱仪核心工作器件，它利用微加工技术将扫描微镜、驱动器集成在一起，使其同时具有分光和扫描的功能。利用物质对不同波长红外辐射的吸收特性，近红外光谱仪能快速、无损地对物质的组分和含量进行定性、定量检测和分析。然而，传统的光谱仪大多采用固定光栅作为核心的分光器件，需要结合价格昂贵的近红外阵列式探测器进行光谱探测，使得光谱仪的价格一直居高不下，严重制约了光谱检测器件的应用与发展。

目前，国内外众多研究机构都对电磁式扫描微镜进行了研发和设计。但是，微镜的尺寸普遍较小，梁也大多采用扭转刚度较大的矩形截面直梁结构。而且，为了降低梁的扭转刚度，增大扫描微镜器件的机械扫描角，梁的厚度会被设计的比较薄，与扫描微镜板的厚度相差较大，这不仅导致器件的加工难度变大，而且影响了器件的结构可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弯折梁及具有该弯折梁的电磁式扫描微镜，以解决当前扫描微镜采用矩形截面直梁结构厚度较薄导致扫描微镜加工难度大、结构可靠性差的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弯折梁，弯折梁两端的梁体为平直结构，中间的梁体多次弯折形成近回形结构，两端平直结构的梁体与中间近回形结构的梁体处于同一轴线上；对于近回形结构中与轴线平行的多段梁体，处于近回形结构内侧的相邻梁体的间距大于外侧相邻梁体的间距。

一种电磁式扫描微镜，包括如上所述的两个弯折梁、固定边框和微镜板，两个弯折梁的轴线与微镜板的轴线共线，两个弯折梁的一端分别连接微镜板，另一端分别连接固定边框，以将微镜板悬置在固定边框内侧，并且能够绕弯折梁的轴线进行偏转。

进一步，两个弯折梁、固定边框和微镜板的厚度保持一致。

进一步，微镜板的背面掏蚀有十字型凹槽。

进一步，十字型凹槽位于微镜板背面的中部，为轴对称结构，在其两个相互垂直的方向上所掏蚀的长度不同，形成短向侧和长向侧。

进一步，十字型凹槽的短向侧与弯折梁共轴线布置，且未贯穿微镜板，长向侧则贯穿微镜板。

进一步，固定边框和微镜板均呈矩形，弯折梁与固定边框共轴线布置。

进一步，固定边框、微镜板和弯折梁通过MEMS技术集成在硅基片上。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过将梁结构多次弯折得到弯折梁，能够有效降低梁的扭转刚度，提升扫描微镜的机械扫描性能，还能起到缓冲作用，提高了器件的抗振动和抗冲击能力，从而弯折梁可以支撑较大尺寸的扫描微镜。

2.由于弯折梁不必通过减小厚度来降低扭转刚度，所以在器件的设计过程中，弯折梁的厚度可以与微镜板的厚度相同，这不仅减小了器件的加工时间和加工难度，提高加工效率，同样有助于提高器件的结构可靠性。

3.微镜板背面掏槽能够减小微镜重量，提高器件在环境振动中的稳定性，减少谐振频率。

4.利用MEMS技术将固边边框、微镜板与弯折梁集成在一起，具有工艺简单等优势。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明正面示意图；

图2为本发明背面示意图。

附图标记：弯折梁1、微镜板2、弯折梁3、固定边框4、十字型凹槽5。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，弯折梁1和弯折梁3两端的梁体为平直结构，中间的梁体多次弯折形成近回形结构，两端平直结构的梁体与中间近回形结构的梁体处于同一轴线上；对于近回形结构中与轴线平行的多段梁体，处于近回形结构内侧的相邻梁体的间距大于外侧相邻梁体的间距，具体来说，本实施例弯折梁1和弯折梁3中间的近回形结构中与轴线平行的梁体有5段，内侧3段的间距比外侧2段的间距略大，以便降低压力。

图1还示出一种电磁式扫描微镜，包括厚度保持一致的弯折梁1、弯折梁3、固定边框4和微镜板2，通过MEMS技术集成在硅基片上，加工工艺简单。

固定边框4和微镜板2均呈矩形，弯折梁1、弯折梁3、固定边框4和微镜板2共轴线布置，弯折梁1和弯折梁3的一端分别连接微镜板2，另一端分别连接固定边框4，以将微镜板2悬置在固定边框4内侧中部，并且能够绕弯折梁1和弯折梁3的轴线进行偏转。

弯折梁1和弯折梁3能够有效降低梁的扭转刚度，提升扫描微镜的机械扫描性能，还能起到缓冲作用，提高了器件的抗振动和抗冲击能力，从而弯折梁1和弯折梁3可以支撑较大尺寸的扫描微镜。

由于弯折梁1和弯折梁3不必通过减小厚度来降低扭转刚度，所以在器件的设计过程中，弯折梁1和弯折梁3的厚度可以与微镜板2的厚度相同，这不仅减小了器件的加工时间和加工难度，提高加工效率，同样有助于提高器件的结构可靠性。

如图2所示，微镜板2的背面掏蚀有十字型凹槽5，该十字型凹槽5用于减重，能够提高器件在环境振动中的稳定性，减少谐振频率。

十字型凹槽5位于微镜板2背面的中部，为轴对称结构，在其两个相互垂直的方向上所掏蚀的长度不同，形成短向侧和长向侧。十字型凹槽5的短向侧与弯折梁1和弯折梁3共轴线布置，且未贯穿微镜板2，长向侧则贯穿微镜板2。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种弯折梁，其特征在于：弯折梁两端的梁体为平直结构，中间的梁体多次弯折形成近回形结构，两端平直结构的梁体与中间近回形结构的梁体处于同一轴线上；对于近回形结构中与轴线平行的多段梁体，处于近回形结构内侧的相邻梁体的间距大于外侧相邻梁体的间距。

2.一种电磁式扫描微镜，其特征在于：包括如权利要求1所述的两个弯折梁、固定边框和微镜板，两个弯折梁的轴线与微镜板的轴线共线，两个弯折梁的一端分别连接微镜板，另一端分别连接固定边框，以将微镜板悬置在固定边框内侧，并且能够绕弯折梁的轴线进行偏转。

3.根据权利要求2所述的电磁式扫描微镜，其特征在于：两个弯折梁、固定边框和微镜板的厚度保持一致。

4.根据权利要求2或3所述的电磁式扫描微镜，其特征在于：所述微镜板的背面掏蚀有十字型凹槽。

5.根据权利要求4所述的电磁式扫描微镜，其特征在于：所述十字型凹槽位于微镜板背面的中部，为轴对称结构，在其两个相互垂直的方向上所掏蚀的长度不同，形成短向侧和长向侧。

6.根据权利要求5所述的电磁式扫描微镜，其特征在于：所述十字型凹槽的短向侧与弯折梁共轴线布置，且未贯穿微镜板，长向侧则贯穿微镜板。

7.根据权利要求2所述的电磁式扫描微镜，其特征在于：所述固定边框和微镜板均呈矩形，弯折梁与固定边框共轴线布置。

8.根据权利要求2所述的电磁式扫描微镜，其特征在于：所述固定边框、微镜板和弯折梁通过MEMS技术集成在硅基片上。

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