CN114019675A - 二维微镜 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种二维微镜。该二维微镜包括外框架及套设于所述外框架内侧的内框架；所述外框架与所述内框架之间设置有第一驱动器；所述内框架的内侧设置有第二驱动器；所述第一驱动器和所述第二驱动器均为电热驱动器，或者，所述第一驱动器为电热驱动器、所述第二驱动器为静电驱动器；所述第一驱动器包括支撑梁及驱动臂组件；所述支撑梁连接在所述内框架的外侧，所述驱动臂组件与所述支撑梁连接，所述驱动臂组件设置有多个，多个所述驱动臂组件沿第一方向排布，所述第一方向为所述支撑梁的长度方向。
Description
技术领域
本公开涉及电子产品技术领域，更具体地，涉及一种二维微镜。
背景技术
目前二维MEMS微镜存在镜面难以做大、扫描角度偏小的问题。特别是对于外轴扫描角度，由于驱动器需带动整个内框架转动，通常难以获得较大偏转。电热驱动方式可提供较大的位移与偏转角度，但由于其自身刚度较低，带动较大质量的内框架结构时可靠性较低。
现有技术中，无论是电热驱动器结合静电驱动器的二维微镜，还是两个电热驱动器相结合的二维微镜，外围设置的电热驱动器均无法在较小的空间内形成较多的驱动臂结构以提供较大的刚度，这样就会导致二维微镜的整体强度不足、抗冲击力较差。
有鉴于此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种二维微镜的新技术方案。
根据本公开的第一方面，提供了一种二维微镜，所述二维微镜包括：
外框架及套设于所述外框架内侧的内框架；
所述外框架与所述内框架之间设置有第一驱动器；
所述内框架的内侧设置有第二驱动器；
所述第一驱动器和所述第二驱动器均为电热驱动器，或者，
所述第一驱动器为电热驱动器、所述第二驱动器为静电驱动器；
所述第一驱动器包括支撑梁及驱动臂组件；
所述支撑梁连接在所述内框架的外侧，所述驱动臂组件与所述支撑梁连接，所述驱动臂组件设置有多个，多个所述驱动臂组件沿第一方向排布，所述第一方向为所述支撑梁的长度方向。
可选地，所述驱动臂组件包括驱动臂和悬臂梁，所述驱动臂的第一端与所述支撑梁连接，所述驱动臂的第二端与所述悬臂梁的第一端连接，所述悬臂梁的第二端与所述外框架连接。
可选地，每个所述驱动臂组件均包括两个驱动臂和一个悬臂梁；
在每个所述驱动臂组件中：沿着所述支撑梁的长度方向，所述悬臂梁的两侧各设置一个所述驱动臂；所述悬臂梁两侧的两个所述驱动臂对称分布。
可选地，所述驱动臂呈U型弯折形状。
可选地，所述支撑梁的两侧均连接有所述驱动臂组件。
可选地，所述第一驱动器设置有四个，其中两个所述第一驱动器组成第一驱动器组，另外两个所述第一驱动器组成第二驱动器组；
所述第一驱动器组和所述第二驱动器组沿第二方向对称分布，所述第二方向与所述第一方向垂直。
可选地，所述二维微镜还包括设置于所述内框架内侧的镜面；所述第二驱动器位于所述内框架和所述镜面之间。
可选地，所述电热驱动器包括至少两层热膨胀系数不同的薄膜材料，且所述电热驱动器内置有加热电阻。
可选地，在所述第二驱动器为静电驱动器的情况下，所述第二驱动器包括静梳齿、动梳齿、扭转梁、静梳齿电极、动梳齿电极和绝缘结构。
可选地，所述第二驱动器具有电极，所述电极可经由所述内框架、支撑梁和悬臂梁引出至外框架上。
本公开提供的二维微镜，其外框架连接的第一驱动器可以在较小的空间内设置较多的驱动臂，以提供较大的刚度和强度，在大角度扫描时确保该二维微镜具有较强的抗冲击能力。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。
图1是根据本公开的一个实施例的二维微镜的结构示意图一；
图2是根据本公开的一个实施例的二维微镜的结构示意图二；
图3是图1、图2中A处的放大示意图；
图4是图2中B处的放大示意图；
图5是图2中C处的放大示意图；
图6是根据本公开的一个实施例的二维微镜的结构示意图三；
图7是根据本公开的一个实施例的二维微镜的结构示意图四。
附图标记说明：
1、外框架；2、第一驱动器；21、支撑梁；22、驱动臂；23、悬臂梁；3、第二驱动器；31、静梳齿；32、动梳齿；33、扭转梁；34、静梳齿电极；35、绝缘结构；36、动梳齿电极；4、镜面；5、内框架；6、电极；7、引线。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参照图1-图7所示，本公开实施例提供了一种二维微镜，所述二维微镜包括外框架1及套设于所述外框架1内侧的内框架5；所述外框架1与所述内框架5之间设置有第一驱动器2；所述内框架5的内侧设置有第二驱动器3；所述第一驱动器2和所述第二驱动器3均为电热驱动器，或者，所述第一驱动器2为电热驱动器、所述第二驱动器3为静电驱动器；所述第一驱动器2包括支撑梁21及驱动臂组件；所述支撑梁21连接在所述内框架5的外侧，所述驱动臂组件与所述支撑梁21连接，所述驱动臂组件设置有多个，多个所述驱动臂组件沿第一方向排布，所述第一方向为所述支撑梁21的长度方向。
本公开实施例提供了两种二维微镜，其中一个参照图1所示，其外框架1连接的第一驱动器2为电热驱动器、其内框架5连接的第二驱动器3为静电驱动器。另外一个参照图2所示，其外框架1连接的第一驱动器2为电热驱动器、其内框架5连接的第二驱动器3也为电热驱动器。无论是上述哪一种二维微镜，外框架1连接的第一驱动器2均包括相互连接的支撑梁21及驱动臂组件，其中，驱动臂组件设置有多个且多个驱动臂组件沿支撑梁21的长度方向排布；这样的驱动臂组件排布方式有利于在较小的空间内设置较多的驱动臂，以提供较大的刚度和强度，在大角度扫描时确保该二维微镜具有较强的抗冲击能力。
在一个实施例中，进一步地，所述驱动臂组件包括驱动臂22和悬臂梁23，所述驱动臂22的第一端与所述支撑梁21连接，所述驱动臂22的第二端与所述悬臂梁23的第一端连接，所述悬臂梁23的第二端与所述外框架1连接。
在该具体的例子中，驱动臂组件具体包括驱动臂22和悬臂梁23，其中悬臂梁23的第二端与外框架1连接，悬臂梁23远离外框架1的第一端与支撑梁21具有间隙；驱动臂22的第一端与支撑梁21连接，驱动臂22的第二端与悬臂梁23的第一端齐平并连接。进一步具体地，驱动臂22呈U型弯折的形状，U型开口的两端即为驱动臂22的第一端和第二端，第一端和第二端在与支撑梁21垂直的方向上错位设置。U型弯折的驱动臂22有利于提高驱动臂22的强度。
在一个实施例中，进一步地，每个所述驱动臂组件均包括两个驱动臂22和一个悬臂梁23；在每个所述驱动臂组件中：沿着所述支撑梁21的长度方向，所述悬臂梁23的两侧各设置一个所述驱动臂22；所述悬臂梁23两侧的两个所述驱动臂22对称分布。
驱动臂组件沿支撑梁21的长度方向呈阵列排布的方式，且每个驱动臂组件中均包含两个对称设置的驱动臂22，这样有利于在较小的空间内形成较多的驱动臂22，提高该二维微镜的刚度。
在一个实施例中，进一步地，所述支撑梁21的两侧均连接有所述驱动臂组件。
支撑梁21可以只在其一侧设置驱动臂组件；还可以在支撑梁21的两侧均设置驱动臂，这样可以进一步增加驱动臂22设置的数量，提高该二维微镜的刚度。
在一个实施例中，进一步地，所述第一驱动器2设置有四个，其中两个所述第一驱动器2组成第一驱动器组，另外两个所述第一驱动器2组成第二驱动器组；所述第一驱动器组和所述第二驱动器组沿第二方向对称分布，所述第二方向与所述第一方向垂直。
在该具体的例子中，第一驱动器2的设置方式有利于平衡整个二维微镜。
在一个实施例中，进一步地，所述二维微镜还包括设置于所述内框架5内侧的镜面4；所述第二驱动器3位于所述内框架5和所述镜面4之间。
镜面4可绕X轴及Y轴进行二位旋转，以获得两轴偏转运动；Y轴方向对应于上述的第一方向，X轴方向对应于上述的第二方向。
在一个实施例中，进一步地，所述电热驱动器包括至少两层热膨胀系数不同的薄膜材料，且所述电热驱动器内置有加热电阻。
在一个实施例中，进一步地，在所述第二驱动器3为静电驱动器的情况下，所述第二驱动器3包括静梳齿31、动梳齿32、扭转梁33、静梳齿电极34、动梳齿电极36和绝缘结构35；绝缘结构35将静梳齿31和动梳齿32进行电隔离。
参照图6、图7所示，在一个实施例中，进一步地，所述二维微镜还包括分布在外框架1四周的电极6，电极6通过引线与第一驱动器2和第二驱动器3连接，其中与第二驱动器3连接的引线可通过第一驱动器2引出至电极6。进一步具体地，所述第二驱动器3具有电极，所述电极可经由所述内框架5、支撑梁21和悬臂梁23通过引线7引出至外框架1设置的电极6上。
实施例1
参照图1所示为一种静电/电热二维MEMS微镜，由镜面4、第二驱动器3、第一驱动器2、内框架5及外框架1构成，其中，第二驱动器3为静电驱动器，第一驱动器2为电热驱动器；电热驱动器具有支撑梁21、驱动臂22和悬臂梁23。镜面4的两端分别通过一个扭转梁与内框架5连接。两组静电驱动器分别位于镜面4左右两侧，静电驱动器具有动梳齿32与静梳齿31，其中动梳齿32可位于扭转梁上或镜面4上，与镜面4一同旋转，静梳齿31位于内框架5上。动梳齿32与静梳齿31之间存在电隔离结构，即绝缘结构35，其使动梳齿32与静梳齿31之间电学不导通。当对动梳齿32与静梳齿31的电极施加一定频率的驱动电压时，镜面4可绕扭转梁方向旋转。
内框架5上下两侧各连接两个支撑梁21，用于与电热驱动器的其他部分连接。电热驱动器的驱动臂22呈U型，电热驱动器由至少两层热膨胀系数不同的薄膜组成，并且内嵌由加热电阻，可实现垂直位移。电热驱动器的驱动臂22一端连接支撑梁21、另一端连接一个与外框架1相连的悬臂梁23。参照图7所示，一根悬臂梁23可在两侧各与一个驱动臂22连接。驱动臂22沿支撑梁21依次排列，驱动臂22和悬臂梁23形成驱动臂组件。支撑梁21与内框架5之间可开槽形成隔热结构，防止电热驱动器的热量影响内框架5的结构。当对左右其中一侧的电热驱动器组施加电压时，电热驱动器受焦耳热温的提高，从而抬升一侧支撑梁21，因此形成绕与内轴扭转梁垂直方向的旋转，从而实现二维扫描。其中静电驱动器的电极可通过引线7，由内框架5、支撑梁21和悬臂梁23引出至外框架1。电热驱动器的电极直接由悬臂梁23引出。
实施例2
参照图2所示为一种电热二维MEMS微镜。由镜面4、内轴处的第二驱动器3、内框架5、外轴处的第一驱动器2及外框架1构成。其中，第二驱动器3为电热驱动器，第一驱动器2也为电热驱动器；第一驱动器2具有支撑梁21、驱动臂22和悬臂梁23。镜面4的上下两端分别由三个并排排列的电热驱动器与内框架5连接。电热驱动器由至少两层热膨胀系数不同的薄膜组成，并且内嵌加热电阻。当对一侧电热驱动器的电极施加一定电压时，镜面4可向另一侧翻转。
内框架5上下两侧各连接两个支撑梁21，用于与第一驱动器2的其他部分连接。第一驱动器2的驱动臂22呈U型，可实现垂直位移。第一驱动器2的驱动臂22一端连接支撑梁21、另一端连接一个与外框架1连接的悬臂梁23。参照图7所示，每根支撑梁21的两侧均可连接驱动臂22。一根悬臂梁23可在两侧各与一个驱动臂22连接。驱动臂22沿支撑梁21依次排列，驱动臂22和悬臂梁23形成驱动臂组件。支撑梁21与内框架5之间可开槽形成隔热结构，防止电热驱动器的热量影响内框架5的结构。当对左右其中一侧的电热驱动器组施加电压时，电热驱动器受焦耳热温的提高，从而抬升一侧支撑梁21，因此形成与内轴处的电热驱动器的翻转方向垂直的旋转，从而实现二维扫描。其中内轴处的第二驱动器3的电极可通过引线7，由内框架5、支撑梁21和悬臂梁23引出至外框架1。第一驱动器2的电极直接由悬臂梁23引出。
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种二维微镜，其特征在于，所述二维微镜包括：
外框架(1)及套设于所述外框架(1)内侧的内框架(5)；
所述外框架(1)与所述内框架(5)之间设置有第一驱动器(2)；
所述内框架(5)的内侧设置有第二驱动器(3)；
所述第一驱动器(2)和所述第二驱动器(3)均为电热驱动器，或者，
所述第一驱动器(2)为电热驱动器、所述第二驱动器(3)为静电驱动器；
所述第一驱动器(2)包括支撑梁(21)及驱动臂组件；
所述支撑梁(21)连接在所述内框架(5)的外侧，所述驱动臂组件与所述支撑梁(21)连接，所述驱动臂组件设置有多个，多个所述驱动臂组件沿第一方向排布，所述第一方向为所述支撑梁(21)的长度方向。
2.根据权利要求1所述的二维微镜，其特征在于，所述驱动臂组件包括驱动臂(22)和悬臂梁(23)，所述驱动臂(22)的第一端与所述支撑梁(21)连接，所述驱动臂(22)的第二端与所述悬臂梁(23)的第一端连接，所述悬臂梁(23)的第二端与所述外框架(1)连接。
3.根据权利要求2所述的二维微镜，其特征在于，每个所述驱动臂组件均包括两个驱动臂(22)和一个悬臂梁(23)；
在每个所述驱动臂组件中：沿着所述支撑梁(21)的长度方向，所述悬臂梁(23)的两侧各设置一个所述驱动臂(22)；所述悬臂梁(23)两侧的两个所述驱动臂(22)对称分布。
4.根据权利要求2所述的二维微镜，其特征在于，所述驱动臂(22)呈U型弯折形状。
5.根据权利要求1所述的二维微镜，其特征在于，所述支撑梁(21) 的两侧均连接有所述驱动臂组件。
6.根据权利要求1所述的二维微镜，其特征在于，所述第一驱动器(2)设置有四个，其中两个所述第一驱动器(2)组成第一驱动器组，另外两个所述第一驱动器(2)组成第二驱动器组；
所述第一驱动器组和所述第二驱动器组沿第二方向对称分布，所述第二方向与所述第一方向垂直。
7.根据权利要求1所述的二维微镜，其特征在于，所述二维微镜还包括设置于所述内框架(5)内侧的镜面(4)；所述第二驱动器(3)位于所述内框架(5)和所述镜面(4)之间。
8.根据权利要求2所述的二维微镜，其特征在于，所述电热驱动器包括至少两层热膨胀系数不同的薄膜材料，且所述电热驱动器内置有加热电阻。
9.根据权利要求1所述的二维微镜，其特征在于，在所述第二驱动器(3)为静电驱动器的情况下，所述第二驱动器(3)包括静梳齿(31)、动梳齿(32)、扭转梁(33)、静梳齿电极(34)、动梳齿电极(36)和绝缘结构(35)。
10.根据权利要求2所述的二维微镜，其特征在于，所述第二驱动器(3)具有电极，所述电极可经由所述内框架(5)、支撑梁(21)和悬臂梁(23)引出至外框架(1)上。
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