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***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***(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***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,***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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