CN107966810A - 一种二维扫描微镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二维扫描微镜，所述微镜包括：镜面和外框架，所述镜面和外框架之间通过第一扭转轴相连，所述第一扭转轴定义第一方向；所述外框架具有沿着第二方向，向所述外框架两侧延伸的横梁，所述横梁末端具有沿着第二方向延伸第二扭转轴；所述第二扭转轴与固定锚点连接，通过所述固定锚点上的焊盘与外电路实现电连接；所述横梁的两侧均设置有动梳齿，静梳齿与动梳齿交错设置，并布置在横梁外侧的焊盘上，静梳齿与动梳齿构成第一梳齿对结构。

Description

一种二维扫描微镜

技术领域

本发明涉及微机电***(MEMS:Micro-electromechanical Systems)技术领域，具体涉及一种具有分布式弹性结构的微镜。

背景技术

微镜是基于半导体微加工技术的光学装置。由于具有体积小、扫描频率高和能耗低的特点，微镜在激光雷达、激光扫描投影、内窥镜、光开关和红外光谱仪等领域，拥有广泛的应用前景。其中激光雷达和激光扫描投影等应用需要将激光在两个互相垂直的方向上进行扫描，在这样的应用情境下，使用具有二维扫描能力的微镜是最好的选择。

微镜的驱动手段分为多种，其中静电驱动微镜工艺简单、结构紧凑，具有最广阔的应用前景。通常，二维静电驱动微镜使用平衡架结构，其中快轴扫描模式的动梳齿和静梳齿都位于微镜的可动部分上，必须要对外框架进行深槽刻蚀以实现该梳齿对的电隔离。然而刻蚀槽的存在会影响外框架的机械强度，通常需要先沉积二氧化硅绝缘层，再基于LPCVD技术将刻蚀槽用多晶硅填平，最后使用化学机械研磨去除沉积到刻蚀槽外的物质。相对于简单的一维扫描微镜，上述操作大大增加了二维扫描微镜的加工工艺难度和成本，对产品良率也构成威胁。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种二维扫描微镜及其制造方法，其具体技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种二维扫描微镜，所述微镜包括：镜面和外框架，所述镜面和外框架之间通过第一扭转轴相连，所述第一扭转轴定义第一方向；所述外框架具有沿着第二方向，向所述外框架两侧延伸的横梁，所述横梁末端具有沿着第二方向延伸第二扭转轴；所述第二扭转轴与固定锚点连接，通过所述固定锚点上的焊盘与外电路实现电连接；所述横梁的两侧均设置有动梳齿，静梳齿与动梳齿交错设置，并布置在横梁外侧的焊盘上，静梳齿与动梳齿构成第一梳齿对结构。

本发明的第二方面，提供一种二维扫描微镜，所述微镜包括：镜面和外框架，所述镜面和外框架之间通过第一扭转轴相连，所述第一扭转轴定义第一方向；所述外框架具有沿着第二方向，向所述外框架两侧延伸的横梁，所述横梁末端具有沿着第二方向延伸第二扭转轴；所述第二扭转轴与固定锚点连接，通过所述固定锚点上的焊盘与外电路实现电连接；所述横梁的一侧均设置有单侧动梳齿，与所述横梁对应的横梁区焊盘上设置有与所述动梳齿交错设置的单侧静梳齿，所述单侧静梳齿与所述单侧动梳齿构成第一梳齿对结构。

本发明能够达到的有益效果：

第一，本发明实施例提供的微镜结构，梳齿对都布置在外框架以外，与镜面之间不存在梳齿对，结构更为紧凑。

第二，与驱动梳齿电隔离的探测梳齿可以精确地测定两个维度上镜面的转动幅度。

第三，外框架绕快轴转动的幅度很小，可以有效缓解快轴扫描模式对慢轴扫描模式的调制效应。

第四，在制造过程中无需在外框架上进行深槽刻蚀、填平和化学机械研磨，大大减小了工艺复杂度，降低了成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图2是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图3是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图4是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图5是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图6是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图7是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图8是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图9是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图10是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图11是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

图12是本发明实施例提供的二维微镜结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种二维扫描微镜，如图1所示，所述二维微镜包括镜面101和外框架103，镜面101和外框架103之间通过扭转轴102相连。

在本实施例中，镜面101为圆形，第一扭转轴102为沿着所述镜面101直径方向向外延伸的直线型轴。将第一扭转轴102所在的直线定义为第一方向，那么在外力驱动下，镜面101将绕着该第一方向定义的第一旋转轴111发生偏转。

所述外框架103环绕所述镜面101，其是在SOI晶圆上定义镜面101和第一扭转轴102的图形后刻蚀掉其余部分，保留镜面101和第一扭转轴102的对应部分形成的结构。

外框架103的外边沿整体呈矩形，所述第一方向为矩形的一边，与所述第一方向垂直的方向为第二方向。在所述外框架的中部，沿着所述第二方向，具有向外延伸横梁104，所述横梁104具有一宽度。

横梁104末端连接第二扭转轴108，所述第二扭转轴108沿第二方向延伸，并与固定锚点109相连。所述微镜的可动部分，通过锚点109上的焊盘与外电路

横梁104的两侧均设置有动梳齿106，静梳齿105与动梳齿106交错设置，并布置在横梁外侧的焊盘107上，静梳齿105与动梳齿106构成梳齿对结构。通过在静梳齿105与动梳齿106之间施加电压，所述微镜还会绕第二扭转轴108所在的第二旋转轴110发生偏转。

在本实施例中，镜面沿第一转轴111的转动频率大于沿第二转轴110的转动频率，因此，第一转轴111称为“快轴”，第二转轴110称为“慢轴”。

施加在静梳齿105上的驱动电压是两个频率的电压的运算结果，其中驱动电压的低频成分驱动整个框架绕慢轴110进行低频谐振，驱动电压的高频成分驱动外框架103和横梁104的整体绕快轴111进行高频谐振，进而耦合激发镜面101绕快轴111进行高频谐振。

微镜可动部分由锚点109上的焊盘与外电路相连，初始状态下，置于零电位。静梳齿由焊盘区域107与外电路相连，施加驱动电压。

依照本实施例提供的结构，可以以最简化的微镜结构实现微镜二维扫描，其通常是静梳齿105和动梳齿106位于同一平面的平面梳齿对形式实现。但是，但是外框架103绕快轴111的振动幅度虽然很小，也会引起梳齿对的垂直错位，降低慢轴扫描模式的驱动效率。同样地，绕慢轴的振动幅度较大，会引起梳齿的角度和垂直错位，也会降低快轴扫描模式的驱动效率。因此，要扫描出矩形二维面，需要对驱动电压的幅值进行时域上的预先设定好的调整。

本实施例中，仅在横梁的两侧布置梳齿对，该梳齿对关于慢轴对称。快轴扫描模式和慢轴扫描模式可以由同一梳齿对驱动；此时驱动电压由具有不同频率的两个电压运算而成。快轴扫描模式和慢轴扫描模式也可以由互相电隔离的两组梳齿对分别驱动；此时两组梳齿上的电压的频率分别对应各自的扫描模式。此方案的梳齿布置下，快轴扫描模式和慢轴扫描模式会对彼此的驱动力矩造成干扰，有比较大的相互调制效应。

实施例二：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，其具有垂直梳齿对结构，如图2所示。

所述二维微镜包括镜面201和外框架203，镜面201和外框架203之间通过扭转轴202相连。

在本实施例中，镜面201为圆形，第一扭转轴202为沿着所述镜面201直径方向向外延伸的直线型轴。将第一扭转轴202所在的直线定义为第一方向，那么在外力驱动下，镜面201将绕着该第一方向定义的第一旋转轴发生偏转。

所述外框架203环绕所述镜面201，其是在SO I晶圆上定义镜面201和第一扭转轴2的图形后刻蚀掉其余部分，保留镜面201和第一扭转轴202的对应部分形成的结构。

外框架203的外边沿整体呈矩形，所述第一方向为矩形的一边，与所述第一方向垂直的方向为第二方向。在所述外框架的中部，沿着所述第二方向，具有向外延伸横梁204，所述横梁204具有一宽度。

横梁204末端连接第二扭转轴208，所述第二扭转轴208沿第二方向延伸，并与固定锚点209相连。所述微镜的可动部分，通过锚点209上的焊盘与外电路

横梁204的两侧均设置有动梳齿206，，静梳齿205与动梳齿206交错设置，并布置在横梁外侧的焊盘207上，静梳齿205与动梳齿206构成垂直梳齿对结构。通过在静梳齿205与动梳齿206之间施加电压，所述微镜还会绕第二扭转轴208所在的第二旋转轴发生偏转。

与平面梳齿对中静梳齿与动梳齿完全处于同一平面不同，垂直梳齿对中的动梳齿216与静梳齿215不完全处于一个平面内。具体而言，垂直梳齿结构可以是如图2中所示出动梳齿在上、静梳齿在下的构型。当然，垂直梳齿对也可以是动梳齿在下、静梳齿在上的构型。动梳齿和静梳齿可以是完全错开，不存在重叠面积，也可以具有一定的重叠面积。动梳齿和静梳齿的厚度可以相同，也可以不同。在使用垂直梳齿的情况下，镜面绕快轴作谐振式扫描，微镜可动部分绕慢轴作谐振式扫描或准静态扫描。可动部分绕慢轴作谐振式扫描时，镜面扫描出李萨如图形；可动部分绕慢轴作准静态扫描时，镜面作逐行扫描。

在本实施例中，镜面沿第一旋转轴的转动频率大于沿第二转轴的转动频率，因此，第一转轴称为“快轴”，第二转轴称为“慢轴”。

施加在静梳齿205上的驱动电压是两个频率的电压的运算结果，其中驱动电压的低频成分驱动整个框架绕慢轴进行低频谐振或准静态振动，驱动电压的高频成分驱动外框架203和横梁204的整体绕快轴进行高频谐振，进而耦合激发镜面201绕快轴进行高频谐振。此处也是垂直梳齿对于平面的梳齿对由于结构导致的不同。平面梳齿对在低频成分驱动下进行低频谐振，而垂直梳齿在低频成分驱动下既可以是谐振也可以是准静态振动。

微镜可动部分由锚点209上的焊盘与外电路相连，初始状态下，置于零电位。静梳齿由焊盘区域207与外电路相连，施加驱动电压。

依照本实施例提供的结构，可以以最简化的微镜结构实现微镜二维扫描，其通过静梳齿205和动梳齿206位于不同平面的垂直梳齿对形式实现。其受到梳齿对垂直错位的影响小。

实施例三：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图3所示，所述二维微镜包括镜面301和外框架303，镜面301和外框架303之间通过扭转轴302相连。

在本实施例中，镜面301为圆形，第一扭转轴302为沿着所述镜面301直径方向向外延伸的直线型轴。将第一扭转轴302所在的直线定义为第一方向，那么在外力驱动下，镜面301将绕着该第一方向定义的第一旋转轴发生偏转。

所述外框架303环绕所述镜面301，其是在SOI晶圆上定义镜面301和第一扭转轴302的图形后刻蚀掉其余部分，保留镜面301和第一扭转轴302的对应部分形成的结构。

外框架303的外边沿整体呈矩形，所述第一方向为矩形的一边，与所述第一方向垂直的方向为第二方向。在所述外框架的中部，沿着所述第二方向，具有向外延伸横梁304，所述横梁304具有一宽度。

横梁304末端连接第二扭转轴308，所述第二扭转轴308沿第二方向延伸，并与固定锚点309相连。所述微镜的可动部分，通过锚点309上的焊盘与外电路

横梁304的两侧均设置有动梳齿306，静梳齿305与动梳齿306交错设置，并布置在横梁外侧的焊盘307上，静梳齿305与动梳齿306构成垂直梳齿对结构。通过在静梳齿305与动梳齿306之间施加电压，所述微镜还会绕第二扭转轴308所在的第二旋转轴310发生偏转。

所述外框架303外边沿与所述横梁304所在边垂直的两条边上设置有两组平面梳齿对3051/3061和3052/3062，两组梳齿对分别通过部件312上的焊盘与外部电路连接。其中静梳齿3061/3062与(本实施例中称为第二平面梳齿对)与位于横梁304两侧的梳齿对306(本实施例中称为第一平面梳齿对)相互保持电隔离，且分别作用。

在上述结构中，慢轴扫描模式由外框架两侧第二平面的梳齿对驱动，快轴扫描模式由横梁两侧的第一平面梳齿对驱动。在驱动过程中，两组平面梳齿对的驱动电压独立运作，不进行运算叠加。此时，外框架的轻微振动同样会引起分布于其上的动梳齿与其相对的静梳齿发生垂直错位，但是由于框架的作用，幅度明显小于分布于横梁上的梳齿对。因此，快轴扫描模式对慢轴扫描模式的调制效应得到了有效地缓解，在结构中仍存在不利的是慢轴扫描模式对快轴扫描模式的调制作用仍然存在。

本实施例中，在第一种方案的基础上增添了位于外框架上下两侧的梳齿对。快轴扫描模式由横梁上的梳齿对驱动，慢轴扫描模式由外框架上下两侧的梳齿对驱动。此方案的梳齿布置下，快轴扫描模式对慢轴扫描模式的调制减弱，而后者对前者的调制效应仍然较大。

综上所述，本实施例提出的结构与实施例一中结构的差别在于在所述外框架上与横梁所在边垂直的另外两条上增设两组第二平面梳齿对，其与位于横梁两侧的第一平面梳齿对分别作用，且静梳齿对之间相互保持电隔离。静梳齿对之间保持相互电隔离可以通过深槽刻蚀来实现，深槽刻蚀可以在框架的非可动部分进行，对微镜的机械强度不会造成影响。

实施例四：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图4所示，该结构为在实施例二中的微镜结构的基础上，在外框架上与横梁所在边垂直的另外两条上增设两组第二垂直梳齿对，其与位于横梁两侧的第一垂直梳齿对分别作用，且静梳齿对之间相互保持电隔离。在该结构中，第一垂直梳齿对和第二垂直梳齿对中的静梳齿均在外框架和横梁所定义的平面上，而动梳齿与静梳齿不完全处于一个平面内。具体而言，该垂直梳齿结构可以是如图4所示的动梳齿在上、静梳齿在下的构型，也可以是动梳齿在下、静梳齿在上的构型；动梳齿和静梳齿可以是完全错开，也可以具有一定的重叠面积；动梳齿和静梳齿的厚度可以相同，也可以不同。使用垂直梳齿的情况下，镜面绕快轴作谐振式扫描，微镜可动部分绕慢轴作谐振式扫描或准静态扫描。可动部分绕慢轴作谐振式扫描时，镜面扫描出李萨如图形；可动部分绕慢轴作准静态扫描时，镜面作逐行扫描。

在驱动过程中，两组垂直梳齿对的驱动电压独立运作，不进行运算叠加。此时，外框架的轻微振动同样会引起分布于其上的动梳齿与其相对的静梳齿发生垂直错位，但是由于框架的作用，幅度明显小于分布于横梁上的梳齿对。因此，快轴扫描模式对慢轴扫描模式的调制效应得到了有效地缓解，在结构中仍存在不利的是慢轴扫描模式对快轴扫描模式的调制作用仍然存在。此外，由于垂直梳齿对的结构影响，其受到梳齿对垂直错位的影响小。

实施例五：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图5所示，该结构在实施例三的基础上对静梳齿进行了划分和电隔离。通过深刻蚀槽507X将静梳齿的焊盘区域分为第一横梁子焊盘区5071和第二横梁子焊盘区5072，通过深刻蚀槽512X将框架处的焊盘区分为第一框架子焊盘区5121、第二框架子焊盘区5122和第三框架子焊盘区5123。

在该结构下，通过固定锚点对微镜可动部分施加零偏压，在第二横梁子焊盘区5072施加快轴扫描模式的驱动电压，在第一框架子焊盘区5121和第三框架子焊盘区5123施加慢轴扫描模式的驱动电压。

位于外框架两侧中央的第二框架子焊盘区5122可以施加一个静偏压，通过提取电容变化检测慢轴扫描模式的偏转角度。在本结构中，与第二框架子焊盘区5122相对的动梳齿位于快轴附近，绕快轴的垂直摆动很小，对慢轴扫描的角度探测影响很小。

在第一横梁子焊盘区5071可以施加另一个静偏压以检测快轴扫描模式的偏转角度。由于第一横梁子焊盘区5071所对应的动梳齿离快轴最远，拥有最大的垂直偏移量，因此能够获得最大的信号强度。通过提取第二框架子焊盘区5122和第一横梁子焊盘区5071的信号，并进行后续的信号处理，即可精确反馈两个维度上角度的偏转量。

如本领域技术人员在阅读完本实施例后所能够知晓和理解，本实施例所限定焊盘区域划分并不局限于实施例中的区域划分，横梁区域焊盘可以根据划分数量和面积进行不同形式的划分。对于采集信号而言，采集距离快轴最远横梁子焊盘区，以及在快轴附近，绕快轴垂直摆动最小的框架子焊盘区，并进行后续的信号处理，即可精确反馈两个维度上角度的偏转量。

在本实施例中，通过隔离槽，将原驱动梳齿分割为多个分布，其中部分梳齿具有了探测镜面转动幅度的功能。具体在本实施例中，通过探测第二框架子焊盘区5122和第一横梁子焊盘区5071的信号，并进行后续的信号处理，即可精确反馈两个维度上角度的偏转量。

此外，在以上实施例中，外框架绕快轴转动的幅度很小，可以有效缓解快轴扫描模式对慢轴扫描模式的调制效应。

本实施例中，通过隔离槽在横梁上或外框架的上下两侧添加与驱动梳齿电隔离的探测梳齿。探测梳齿可以施加一个静偏压，以便于对快轴扫描模式和慢轴扫描模式的转动角度进行反馈。该反馈信号可以用于修正两个维度扫描的互相调制效应所带来的振幅变化。

实施例六：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图6所示，该结构在实施例五的基础上，将平面梳齿对设置为垂直梳齿对，其中各梳齿对中的静梳齿基本处于框架和横梁所定义的平面上，而动梳齿与静梳齿并不处于同一平面。具体而言，该垂直梳齿结构可以是如图6所示的动梳齿在上、静梳齿在下的构型，也可以是动梳齿在下、静梳齿在上的构型；动梳齿和静梳齿可以是完全错开，也可以具有一定的重叠面积；动梳齿和静梳齿的厚度可以相同，也可以不同。

在本实施例使用的垂直梳齿结构中，镜面可以绕绕快轴作谐振式扫描，微镜可动部分绕慢轴作谐振式扫描或准静态扫描。可动部分绕慢轴作谐振式扫描时，镜面扫描出李萨如图形；可动部分绕慢轴作准静态扫描时，镜面作逐行扫描。使用垂直梳齿时不仅可以探测镜面的偏转角度，还可以探测其偏转方向。

实施例七：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图7所示，所述二维微镜包括镜面701和外框架703，镜面701和外框架703之间通过扭转轴702相连。

在本实施例中，镜面701为圆形，第一扭转轴702为沿着所述镜面701直径方向向外延伸的直线型轴。将第一扭转轴702所在的直线定义为第一方向，那么在外力驱动下，镜面701将绕着该第一方向定义的第一旋转轴711发生偏转。所述外框架703环绕所述镜面701，其是在SO I晶圆上定义镜面701和第一扭转轴702的图形后刻蚀掉其余部分，保留镜面701和第一扭转轴702的对应部分形成的结构。外框架703的外边沿整体呈矩形，所述第一方向为矩形的一边，与所述第一方向垂直的方向为第二方向。在所述外框架的中部，沿着所述第二方向，具有向外延伸横梁704，所述横梁704具有一宽度。

横梁704末端连接第二扭转轴708，所述第二扭转轴708沿第二方向延伸，并与固定锚点709相连。所述微镜的可动部分，通过锚点709上的焊盘与外电路

横梁704的两侧均设置有动梳齿706，静梳齿705与动梳齿706交错设置，并布置在横梁外侧的焊盘707上，静梳齿705与动梳齿706构成梳齿对结构。通过在静梳齿705与动梳齿706之间施加电压，所述微镜还会绕第二扭转轴708所在的第二旋转轴710发生偏转。

在本实施例中，镜面沿第一转轴711的转动频率大于沿第二转轴710的转动频率，因此，第一转轴711称为“快轴”，第二转轴710称为“慢轴”。

施加在静梳齿705上的驱动电压是两个频率的电压的运算结果，其中驱动电压的低频成分驱动整个框架绕慢轴710进行低频谐振，驱动电压的高频成分驱动外框架703和横梁704的整体绕快轴711进行高频谐振，进而耦合激发镜面701绕快轴711进行高频谐振。

微镜可动部分由锚点709上的焊盘与外电路相连，初始状态下，置于零电位。静梳齿由焊盘区域707与外电路相连，施加驱动电压。

本实施例中，横梁704的对称方式为关于快轴711对称，而关于慢轴710不对称，横梁704仅单侧具有梳齿对705/706，与横梁704直接相连的动梳齿706关于慢轴710呈对称分布。

在所述外框架704上与横梁704所在边垂直的另外两条上设置两组第二平面梳齿对7051/7061，其与位于横梁两侧的第一平面梳齿705/706对分别作用，且静梳齿对之间相互保持电隔离。静梳齿对之间保持相互电隔离可以通过深槽刻蚀来实现，深槽刻蚀可以在框架的非可动部分进行，对微镜的机械强度不会造成影响。

本实施例中，与实施例三的扫描模式相似，横梁上的梳齿对驱动快轴扫描模式，外框架上的梳齿对驱动慢轴扫描模式。由于外框架上的梳齿对离快轴较近，慢轴扫描模式受到快轴扫描模式的调制较小。又由于单侧梳齿对中的动梳齿位于慢轴附近，慢轴扫描模式导致的梳齿对中的动静梳齿对的垂直错位很小，因而对快轴扫描模式的调制效应很弱。使用本结构进行二维扫描时，可以得到近似矩形的激光扫描成像面。对于仍然存在的偏差，可以采用预先设定好的驱动电压进行调整，以及驱动电压幅值的实时反馈和补偿机制，最终保证使镜面在两个方向上的振幅稳定在设计值。

本实施例中，将横梁两侧的梳齿对改为只有一侧有梳齿对，且位于横梁上的动梳齿相对于慢轴对称布置。采用本方案时，快轴扫描模式由横梁上的梳齿对驱动，慢轴扫描模式由外框架上下两侧的梳齿对驱动。此方案的梳齿布置下，快轴扫描模式和慢轴扫描模式的相互调制效应均得到良好的抑制。

实施例八：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图8所示，其中将实施例七中的平面梳齿对设置为垂直梳齿对，其中各梳齿对中的静梳齿基本处于框架和横梁所定义的平面上，而动梳齿与静梳齿并不处于同一平面。具体而言，该垂直梳齿结构可以是动梳齿在上、静梳齿在下的构型，也可以是动梳齿在下、静梳齿在上的构型；动梳齿和静梳齿可以是完全错开，也可以具有一定的重叠面积；动梳齿和静梳齿的厚度可以相同，也可以不同。使用垂直梳齿的情况下，镜面绕快轴作谐振式扫描，微镜可动部分绕慢轴作谐振式扫描或准静态扫描。可动部分绕慢轴作谐振式扫描时，镜面扫描出李萨如图形；可动部分绕慢轴作准静态扫描时，镜面作逐行扫描。

实施例九：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图9所示，与实施例七中横梁处的梳齿对关于快轴轴对称不同，实施例中横梁区域梳齿对关于镜面中心呈中心对称。两种结构反映不同的力学模型，适用不同的扫描环境。在实施例七中，横梁区域的梳齿关于快轴对称，其中梳齿之间的作用力均来自于同一方向，微镜的可动部分易受横向平动模式的影响，因此，微镜更适于对慢轴方向扫描精度要求高的扫描模式。

本实施例中的结构，则由于在两个横梁部分受力方向是相反的，并且二者的作用力不是作用在同一个点上，并且分别与镜面中心对称，因此，其会形成力矩，在力矩的作用下，微镜结构的可动部分有发生转动的趋势，使本发明的整体结构容易受到面内转动模式的影响，因此，微镜更适于对镜面中心点附近扫描精度要求高的扫描模式。

实施例十：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图10所示，本实施例中横梁区域梳齿对关于镜面中心呈中心对称。本实施例中的结构，则由于在两个横梁部分受力方向是相反的，并且二者的作用力不是作用在同一个点上，并且分别与镜面中心对称，因此，其会形成力矩，在力矩的作用下，微镜结构的可动部分有发生转动的趋势，使本发明的整体结构容易受到面内转动模式的影响，因此，微镜更适于对镜面中心点附近扫描精度要求高的扫描模式。本实施例中的梳齿结构采用垂直梳齿结构，从而可以实现更加丰富的扫描模式。

实施例十一：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图11所示，本实施例中在实施例九的基础上对静梳齿进行了划分和电隔离，与实施例五类似，通过生成深刻蚀槽，将静梳齿的焊盘区域分成若干块。通过固定锚点对微镜可动部分施加零偏压，在焊盘区域施加快轴扫描模式的驱动电压，在焊盘区域和施加慢轴扫描模式的驱动电压。

位于外框架两侧中央的焊盘区域11122可以施加一个静偏压，通过提取电容变化检测慢轴扫描模式的偏转角度。在焊盘区域11071可以施加另一个静偏压以检测快轴扫描模式的偏转角度。由于横梁上的梳齿1104对受慢轴扫描模式的调制较弱，快轴扫描模式引起的电容变化更为明显，有利于对快轴扫描角度进行反馈。

实施例十二：

本实施例提供一种二维微镜扫描结构，如图12所示，本实施例中在实施例11的基础上将平面梳齿对改为了垂直梳齿对。其中动梳齿与静梳齿不完全处于一个平面内。具体而言，该垂直梳齿结构可以是如图12所示的动梳齿在上、静梳齿在下的构型，也可以是动梳齿在下、静梳齿在上的构型；动梳齿和静梳齿可以是完全错开，也可以具有一定的重叠面积；动梳齿和静梳齿的厚度可以相同，也可以不同。使用垂直梳齿的情况下，镜面绕快轴作谐振式扫描，微镜可动部分绕慢轴作谐振式扫描或准静态扫描。可动部分绕慢轴作谐振式扫描时，镜面扫描出李萨如图形；可动部分绕慢轴作准静态扫描时，镜面作逐行扫描。使用垂直梳齿时不仅可以探测镜面的偏转角度，还可以探测其偏转方向。

在本发明的实施例中，微镜具有如下优选尺寸，镜面的特征尺寸在0.25～10mm之间，外框架3的特征尺寸在0.25～10mm之间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二维扫描微镜，其特征在于，所述微镜包括：

镜面(101,201)和外框架(103，203)，所述镜面(101,201)和外框架(103，203)之间通过第一扭转轴(102，202)相连，所述第一扭转轴(102，202)定义第一方向；

所述外框架(103，203)具有沿着第二方向，向所述外框架两侧延伸的横梁(104,204)，所述横梁末端具有沿着第二方向延伸第二扭转轴(108,208)；

所述第二扭转轴(108,208)与固定锚点(109,209)连接，通过所述固定锚点(109,209)上的焊盘与外电路实现电连接；

所述横梁(104，204)的两侧均设置有动梳齿(106,206)，静梳齿(105,205)与动梳齿(106,206)交错设置，并布置在横梁外侧的焊盘(107,207)上，静梳齿(105,205)与动梳齿(106,206)构成第一梳齿对结构。

2.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，在所述第一梳齿对的所述静梳齿(105，205)与所述动梳齿(106,206)之间施加驱动电压，所述驱动电压包括低频成分和高频成分，所述驱动电压的低频成分驱动整个框架绕第二方向进行低频谐振或准静态振动，所述驱动电压的高频成分驱动外框架(103，203)和横梁(104，204)的整体绕第一方向进行高频谐振，进而耦合激发镜面(101，102)绕第一方向进行高频谐振。

3.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，所述外框架(303，403)外边沿与所述横梁(304,404)所在边垂直的两条边上设置有第二梳齿对，所述第二梳齿对与所述第一梳齿对之间保持电隔离。

4.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，通过第一深刻蚀槽(507X)将所述横梁区静梳齿的焊盘隔离为第一横梁子焊盘区(5071)和第二横梁子焊盘区(5072)；通过第二深刻蚀槽(512X)将所述框架处的焊盘区隔离为第一框架子焊盘区(5121)、第二框架子焊盘区(5122)和第三框架子焊盘区(5123)。

5.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，所述第一梳齿对为平面梳齿对或垂直梳齿对；所述第二梳齿对为平面梳齿对或垂直梳齿对。

6.一种二维扫描微镜，其特征在于，所述微镜包括：

镜面和外框架，所述镜面和外框架之间通过第一扭转轴相连，所述第一扭转轴定义第一方向；

所述外框架具有沿着第二方向，向所述外框架两侧延伸的横梁，所述横梁末端具有沿着第二方向延伸第二扭转轴；

所述第二扭转轴与固定锚点连接，通过所述固定锚点上的焊盘与外电路实现电连接；

所述横梁的一侧均设置有单侧动梳齿，与所述横梁对应的横梁区焊盘上设置有与所述动梳齿交错设置的单侧静梳齿，所述单侧静梳齿与所述单侧动梳齿构成第一梳齿对结构。

7.根据权利要求6所述的微镜，其特征在于，在所述第一梳齿对的所述单侧静梳齿与所述单侧动梳齿之间施加驱动电压，所述驱动电压包括低频成分和高频成分，所述驱动电压的低频成分驱动整个框架绕第二方向进行低频谐振或准静态振动，所述驱动电压的高频成分驱动外框架和横梁的整体绕第一方向进行高频谐振，进而耦合激发镜面绕第一方向进行高频谐振。

8.根据权利要求6所述的微镜，其特征在于，所述外框架外边沿与所述横梁所在边垂直的两条边上设置有第二梳齿对，所述第二梳齿对与所述第一梳齿对之间保持电隔离；

或者，所述外框架外边沿与所述横梁所在边垂直的两条边上设置有第二梳齿对，所述第二梳齿对与所述第一梳齿对之间保持电隔离；通过第一深刻蚀槽将所述横梁区单侧静梳齿的焊盘隔离为第一横梁子焊盘区和第二横梁子焊盘区；通过第二深刻蚀槽将所述框架处的焊盘区隔离为第一框架子焊盘区、第二框架子焊盘区和第三框架子焊盘区。

9.根据权利要求6所述的微镜，其特征在于，所述横梁区的所述单侧静梳齿的方向相同；

或者，所述横梁区的所述单侧静梳齿的方向相反。

10.根据权利要求6所述的微镜，其特征在于，所述第一梳齿对为平面梳齿对或垂直梳齿对；所述第二梳齿对为平面梳齿对或垂直梳齿对。