CN1731236A - 片式化的二维压电光反射结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密机械中光驱动技术领域，其特征在于，它含有：由一组压电陶瓷片与基片构成的复合悬臂梁，压电陶瓷片有二个电极区；铰链；反射镜片及镜框；支撑框架。镜框经铰链与基片相连，基片依靠支撑框架固定。当电源正极与两组电极区并联，电源负极与基片相连，使复合悬臂梁产生弯曲变形；当电源正极与负极分别与两组电极区相连，使复合悬臂梁产生扭转变形。复合悬臂梁也可以由四个呈十字对称分布的悬臂梁构成，而反射镜片处于十字对称中心；也可由两个相垂直的悬臂梁构成，反射镜片位于垂直交点处；镜框同时也可与支撑框架相连。本发明具有结构简单、驱动电压低、响应快、振颤小、无电磁干扰、无间隙、无摩擦损耗的优点。
Description
技术领域
本发明属于精密机械中光驱动技术领域，特别涉及到新型的二维压电光扫描的几种典型结构。
技术背景
在背景技术中，扫描式光学***在光学仪器中占有重要的地位。常用的光扫描结构有：机械驱动扫描结构、电磁驱动扫描结构、静电驱动扫描结构、压电驱动扫描结构、声光偏转扫描结构、电光偏转扫描结构以及多面棱镜回转式扫描结构等多种。
其中，电磁、静电振荡式扫描结构的研究工作开展得比较早，理论与工艺已经成熟，在光扫描应用领域得到了非常广泛的应用。由于电磁、静电驱动也存在结构振颤明显，有电磁辐射等缺陷，而压电驱动光扫描结构凭借着结构简单，响应快，启动制动振颤小，无电磁辐射，无间隙，无摩擦损耗等特点，使得更多学者越来越关注压电驱动扫描结构的研制。目前，已有的压电光扫描结构主要是可实现一维摆动的压电复合结构或者是可实现二维摆动但结构非常复杂的压电复合结构。
发明内容
为了解决既可以实现光反射镜的二维摆动，同时自身结构简单、可靠，本发明提出几种二维压电光扫描的设计结构，几种结构中都采用了结构非常简单的压电复合悬臂梁结构，所采用的片式化的压电陶瓷易于同半导体加工工艺兼容，将来进一步实现结构或器件的微型化。
片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁，由一块基片以及位于该基片同侧的一组压电陶瓷片固定连接形成，该压电陶瓷片上有两个电极区，它们在被沿厚度方向极化后所形成的两个对应的极化区内的极化方向相同；
(2)铰链，该铰链的一侧与所述基片的一侧活动连接；
(3)反射镜片，该镜片固定在一个镜框内，该镜框与所述铰链的另一侧相连；
(4)支撑框架，该框架与所述基片的另一侧固定连接；
当激励信号正极与两组电极区并联，而负极与所述基片相连时，该复合悬臂梁产生相对于所述基片平面的弯曲变形；
当激励信号正极和负极分别与所述两组电极区相连，该复合悬臂梁产生以所述复合悬臂梁长轴为中心线的扭转变形。
片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁，由一块基片以及位于该基片同侧的一组压电陶瓷片固定连接形成，该压电陶瓷片上有两个电极区，它们在被沿厚度方向极化后形成的两个对应的极化区内的极化方向相同；
(2)铰链，该铰链的一侧与所述基片的一侧活动连接；
(3)反射镜片，该镜片固定在一个镜框内，该镜框的一侧与所述铰链的另一侧相连；
(4)支撑框架，该框架一侧与所述基片的另一侧固定连接，而该框架的另一侧则通过另外一个铰链与所述镜框的另一侧活动连接；
当激励信号正极与所述两组电极区并联，而负极与所述基片相连时，该复合悬臂梁产生相对于所述基片平面的弯曲变形；
当激励信号正极和负极分别与所述两组电极区相连，则该复合悬臂梁产生以所述复合悬臂梁长轴为中心线的扭转变形。
片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁组合，由四个互相呈十字对称分布的复合悬臂梁构成，每一个复合悬臂梁由一块基片以及与该基片相固接的压电陶瓷片构成，该压电陶瓷片都位于各基片同侧，且均沿厚度方向极化且极化方向相同；
(2)反射镜片，固定在一个镜框内，该镜框通过四个铰链分别与四块基片的一侧相活动连接，位于所述十字对称分布的中心之处；
(3)支撑框架，该框架与所述四块基片的另一侧固定连接；
当激励信号正极与所述复合悬臂梁组合中任何一个复合悬臂梁上的压电陶瓷片的电极表面相连，而负极与相对侧的一个复合悬臂梁上的压电陶瓷片的电极表面相连时，将始终保持这两个压电陶瓷片中的一个收缩而另一个伸长，导致面对面的两个复合悬臂梁产生上、下两种相位反向的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片产生摆动，所述十字对称分布的复合悬臂梁组合所形成的反射镜片的两种摆动在空间是正交的。
片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁组合，由两个互相垂直的复合悬臂梁构成，每一个复合悬臂梁由一块基片以及与该基片相固接的压电陶瓷片构成，各压电陶瓷片都位于各基片同侧，均沿厚度方向被极化，且极化方向相同；
(2)反射镜片，该镜片固定在一个镜框内，位于所述两个复合悬臂梁的垂直相交处；
(3)支撑框架，该框架分别与所述两个相互垂直的复合悬臂梁的一侧固定连接；
(4)铰链，共有四个，第1铰链、第2铰链的一侧分别与所述两个相互垂直的复合悬臂梁的另一侧活动连接而第1铰链、第2铰链的另一侧则分别与所述镜框活动连接；第3铰链、第4铰链的一侧分别与所述支撑框架活动连接，而第3铰链、第4铰链的另一侧则分别与所述镜框相活动连接；
所述两个相互垂直的复合悬臂梁通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片的二维光扫描，即当激励信号正极与其中任何一个复合悬臂梁上的压电陶瓷片的电极表面相连，而负极与基片相连时则该复合悬臂梁产生弯曲变形，进而使所述反镜片产生摆动；对于另外一个复合悬臂梁，采用所述方法时其结果相同，但前后两种摆动空间正交实现了所述反射镜片的二维摆动。
所述压电陶瓷片是单层片，或者是多层叠片式结构中的任何一种。
所述基片和支撑框架采用金属材料或硅材料中的任何一种。
所述的反射镜片采用溅射铝膜或者金膜表面中的任何一种。
所述铰链呈细长条结构，与所述的基片、或镜框、或支撑框架刚性活动连接。
同传统基于其它原理的光扫描结构相比，二维压电光反射结构具有非常显著的优点。
由于电磁、静电驱动也存在结构振颤明显，有电磁辐射等缺陷，而压电驱动光扫描结构凭借着结构简单，响应快，启动制动振颤小，无电磁辐射，无间隙，无摩擦损耗等特点。同已有的压电扫描结构比，由具有结构简单，外形片式化，易于半导体加工工艺兼容，提供了将来规模化、批量化生产的可能。
光扫描技术的进步促使其应用和相应的产品飞速发展，如：读码器、扫描仪、投影仪、显示器、激光打印、非接触测量、无线光通讯等。尤其将该结构用到无线光通讯方面，极大提高了无线光网通讯中空间光扫描搜索和定位的速度，增大了信息传输的可靠性、稳定性，同时保证节点转换器紧凑的结构设计，低廉的制造成本，为国内外的无线光网通讯市场注入新的活力与生机，压电驱动控制技术和压电扫描微结构在无线光网通讯节点转换器中的应用，将极有可能形成一种全新的，甚至与以往传统产品完全不同的设计理念。同时，可以极大节省网络通讯在基础设施方面的投入，避免了过多在城市地下铺设光缆等设施，是中短距离网络信息通讯有意的补充，特别适于在住宅楼比较集中、密集的小区设立这种无线光网通讯技术。
附图说明
图1为本发明单悬臂型二维压电光反射结构实施例一的结构示意图。a)为采用一片压电陶瓷，表面分割两个电极区的结构示意图；b)为采用两片压电陶瓷的结构示意图。
图2为本发明单悬臂型二维压电光反射结构的工作原理图。a)结构弯曲变形有限元分析结果；b)结构扭转变形有限元分析结果。
图3为本发明单悬臂型二维压电光反射结构实施例一的实物照片。
图4为本发明单悬臂型二维压电光反射结构实施例一的激光多普勒测试结果。a)结构弯曲变形结果；b)结构扭转变形结果。
图5为单悬臂型二维压电光反射结构实施例二的结构示意图。a)为采用一片压电陶瓷，表面分割两个电极区的结构示意图，b)为采用两片压电陶瓷的结构示意图。
图6为本发明四悬臂型二维压电光反射结构实施例三的结构示意图。
图7为本发明四悬臂型二维压电光反射结构的工作原理图。
图8为本发明四悬臂型二维压电光反射结构实施例四的结构示意图。
图9为本发明四悬臂型二维压电光反射结构实施例五的结构示意图。
图10为本发明双悬臂型二维压电光反射结构实施例六的结构示意图。
图11为本发明双悬臂型二维压电光反射结构实施例七的结构示意图。
图12为本发明双悬臂型二维压电光反射结构实施例八的结构示意图。
具体实施方式
本发明主要设计出单悬臂型、双悬臂型和四悬臂型新型片式化的二维压电光反射结构。
其中，单悬臂型二维压电光反射结构由一组压电陶瓷片与基片构成的压电复合悬臂梁，活动铰链，反射镜片，支撑框架组成。其特征是：反射镜片通过活动铰链与复合悬臂梁或支撑框架相连，复合悬臂梁依靠周围的支撑框架固定。所述的压电陶瓷片表面电极分割成两个电极区，每个电极区沿厚度方向极化且极化方向相同，压电陶瓷片粘贴在基片之上，且电极区分割线走向与悬臂长度方向平行。当两个电极区加同相交流电时，悬臂产生弯曲振动，镜片随着振动。当两个电极区加反相交流电时，一个陶瓷区伸张，另外一个陶瓷区收缩，镜片沿悬臂长度方向的中线扭转。这样，镜片的偏转角度就具有了两个自由度，工作时依靠压电复合悬臂梁的弯曲和扭转变形，带动端部的反射镜片二维方向的摆动，进而实现了光在二维空间的调整。
双悬臂型二维压电光反射结构，由两组压电陶瓷片与基片分别构成两个压电复合悬臂梁，活动铰链，反射镜片，支撑框架组成。其特征是：两个复合悬臂梁之间呈垂直分布，反射镜片通过铰链设置在两个复合悬臂梁的交会点处，且通过活动铰链与支撑框架相连，两个复合悬臂梁依靠周围的支撑框架固定。
四悬臂型二维压电光反射结构，由四组压电陶瓷片与基片分别构成四个复合悬臂梁，活动铰链，反射镜片，支撑框架组成。其特征是：四个复合悬臂梁呈十字对称分布，反射镜片通过活动铰链设置在十字的中心点处，四个复合悬臂梁依靠周围的支撑框架固定。双和四悬臂型二维压电光反射结构，工作时都是依靠压电复合悬臂梁的弯曲变形，带动端部的反射镜片二维方向的摆动，进而实现光在二维空间的调整。
本发明提出的片式化的二维压电光反射结构结合实施例及附图详细说明如下。
实施例一：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例一，如图1-4所示。
片式化的二维压电光反射结构，由一组压电陶瓷片11与基片12构成的复合悬臂梁1，活动铰链13，反射镜片14，支撑框架15组成。其特征是：反射镜片14通过活动铰链13与复合悬臂梁1相连，复合悬臂梁1依靠周围的支撑框架15固定，141是镜框。
所述的压电陶瓷片11是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片11的厚度方向。压电陶瓷片11与所述的基片12用环氧胶粘接，压电陶瓷片11固定在基片12的同一侧。
所述的压电陶瓷片11是在同-压电陶瓷片11表面分割成两组电极区110和111，两组极化区极化方向相同；或者所述的压电陶瓷片11是两块压电陶瓷片112和113沿所述的复合悬臂梁长度方向有一定间隔并列排列，两块压电陶瓷112和113的极化方向相同。
所述的基片12和支撑框架15采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片14表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面140。
所述的活动铰链13呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁1，镜框141刚性连接。
所述的支撑框架15通过通孔150与外界固定。
所述的复合悬臂梁1通过弯曲变形和扭转变形实现所述反射镜片14的二维光扫描。特征是：当激励信号正极分别与所述的两组电极区110、111相连，或者分别与两块压电陶瓷片112和113的表面相连，激励信号负极与基板12相连，这种连接方式将使复合悬臂梁1产生弯曲变形。当激励信号正极和负极分别与所述的两组电极区110、111相连，或者分别与两块压电陶瓷片112和113的表面相连，这种连接方式将使复合悬臂梁1产生扭转变形。
实施例二：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例二，如图5所示。
片式化的二维压电光反射结构，由一组压电陶瓷片51与基片52构成的复合悬臂梁5，活动铰链53，反射镜片54，541是镜框，支撑框架55组成。其特征是：反射镜片54通过活动铰链53与复合悬臂梁55和支撑框架55相连，复合悬臂梁5依靠周围的支撑框架55固定。
所述的压电陶瓷片51是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片51的厚度方向。压电陶瓷片51与所述的基片52用环氧胶粘接，压电陶瓷片51固定在基片52的同一侧。
所述的压电陶瓷片51是在同一压电陶瓷片51表面分割成两组电极区510和511，两组极化区极化方向相同；或者所述的压电陶瓷片51是两块压电陶瓷片512和513沿所述的复合悬臂梁长度方向有一定间隔并列排列，两块压电陶瓷512和513的极化方向相同。
所述的基片52和支撑框架55采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片54表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面540。
所述的活动铰链53呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁1，镜框141，支撑框架55刚性连接。
所述的支撑框架55通过通孔550与外界固定。
所述的复合悬臂梁5通过弯曲变形和扭转变形实现所述反射镜片54的二维光扫描。特征是：当激励信号正极分别与所述的两组电极区510、511相连，或者分别与两块压电陶瓷片512和513的表面相连，激励信号负极与基板52相连，这种连接方式将使复合悬臂梁5产生弯曲变形。当激励信号正极和负极分别与所述的两组电极区510、511相连，或者分别与两块压电陶瓷片512和513的表面相连，这种连接方式将使复合悬臂梁5产生扭转变形。
实施例三：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例三，如图6所示。
片式化的二维压电光反射结构，由四组压电陶瓷片610、620、630、640与基片611、621、631、641分别构成四个复合悬臂梁61、62、63、64，活动铰链65，反射镜片66，支撑框架67组成。其特征是：四个复合悬臂梁61、62、63和64呈十字对称分布，反射镜片66通过活动铰链65设置在十字的中心点处，四个复合悬臂梁61、62、63和64依靠周围的支撑框架67固定。
所述的压电陶瓷片610、620、630、640是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片的厚度方向。压电陶瓷片610、620、630、640分别与所述的基片611、621、631、641用环氧胶粘接，压电陶瓷片610、620、630、640都固定在基片611、621、631、641的同一侧。
所述的基片611、621、631、641和支撑框架67采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片66表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面660。
所述的活动铰链65呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁61、62、63、64，镜框661刚性连接。
所述的支撑框架67通过通孔670与外界固定。
所述的复合悬臂梁61、62、63、64通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片66的二维光扫描。特征是：当激励信号正极与复合悬臂梁61上的压电陶瓷片610的电极表面相连，激励信号负极与对面的复合悬臂梁63上的压电陶瓷片630的电极表面相连，这种连接方式将始终保持两个压电陶瓷片610和630中的一个收缩另一个伸张，导致面对面的两个复合悬臂梁61和63产生上下两种相位相反的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片66产生摆动。同理，当激励信号正极与复合悬臂梁62上的压电陶瓷片620的电极表面相连，激励信号负极与对面的复合悬臂梁64上的压电陶瓷片640的电极表面相连，这种连接方式将始终保持两个压电陶瓷片620和640中的一个收缩另一个伸张，导致面对面的两个复合悬臂梁62和64产生上下两种相位相反的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片66产生摆动，前后两种摆动空间正交，即反射镜片66实现二维摆动。
实施例四：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例四，如图8所示。
实施例四的结构与实施例三基本一致，唯一不同在于支撑框架的具体结构，见图8。
片式化的二维压电光反射结构，由四组压电陶瓷片810、820、830、840与基片811、821、831、841分别构成四个复合悬臂梁81、82、83、84，活动铰链85，反射镜片86，支撑框架87组成。其特征是：四个复合悬臂梁81、82、83和84呈十字对称分布，反射镜片86通过活动铰链85设置在十字的中心点处，四个复合悬臂梁81、82、83和84依靠周围的支撑框架87固定。
所述的压电陶瓷片810、820、830、840是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片的厚度方向。压电陶瓷片810、820、830、840分别与所述的基片811、821、831、841用环氧胶粘接，压电陶瓷片810、820、830、840都固定在基片811、821、831、841的同一侧。
所述的基片811、821、831、841和支撑框架87采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片86表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面860。
所述的活动铰链85呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁81、82、83、84，镜框861刚性连接。
所述的支撑框架87通过通孔870与外界固定。
所述的复合悬臂梁81、82、83、84通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片86的二维光扫描。特征是：当激励信号正极与复合悬臂梁81上的压电陶瓷片810的电极表面相连，激励信号负极与对面的复合悬臂梁83上的压电陶瓷片830的电极表面相连，这种连接方式将始终保持两个压电陶瓷片810和830中的一个收缩另一个伸张，导致面对面的两个复合悬臂梁81和83产生上下两种相位相反的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片86产生摆动。同理，当激励信号正极与复合悬臂梁82上的压电陶瓷片820的电极表面相连，激励信号负极与对面的复合悬臂梁84上的压电陶瓷片840的电极表面相连，这种连接方式将始终保持两个压电陶瓷片820和840中的一个收缩另一个伸张，导致面对面的两个复合悬臂梁82和84产生上下两种相位相反的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片86产生摆动，前后两种摆动空间正交，即反射镜片86实现二维摆动。
摆动，前后两种摆动空间正交，即反射镜片66实现二维摆动。
实施例五：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例五，如图9所示。
实施例五的结构与实施例三基本一致，唯一不同在于支撑框架的具体结构，见图9。
片式化的二维压电光反射结构，由四组压电陶瓷片910、920、930、940与基片911、921、931、941分别构成四个复合悬臂梁91、92、93、94，活动铰链95，反射镜片96，支撑框架97组成。其特征是：四个复合悬臂梁91、92、93和94呈十字对称分布，反射镜片96通过活动铰链95设置在十字的中心点处，四个复合悬臂梁91、92、93和94依靠周围的支撑框架97固定。
所述的压电陶瓷片910、920、930、940是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片的厚度方向。压电陶瓷片910、920、930、940分别与所述的基片911、921、931、941用环氧胶粘接，压电陶瓷片910、920、930、940都固定在基片911、921、931、941的同一侧。
所述的基片911、921、931、941和支撑框架97采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片96表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面960。
所述的活动铰链95呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁91、92、93、94，镜框961刚性连接。
所述的支撑框架97通过通孔970与外界固定。
所述的复合悬臂梁91、92、93、94通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片96的二维光扫描。特征是：当激励信号正极与复合悬臂梁91上的压电陶瓷片910的电极表面相连，激励信号负极与对面的复合悬臂梁93上的压电陶瓷片930的电极表面相连，这种连接方式将始终保持两个压电陶瓷片910和930中的一个收缩另一个伸张，导致面对面的两个复合悬臂梁91和93产生上下两种相位相反的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片96产生摆动。同理，当激励信号正极与复合悬臂梁92上的压电陶瓷片920的电极表面相连，激励信号负极与对面的复合悬臂梁94上的压电陶瓷片940的电极表面相连，这种连接方式将始终保持两个压电陶瓷片920和940中的一个收缩另一个伸张，导致面对面的两个复合悬臂梁92和94产生上下两种相位相反的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片96产生摆动，前后两种摆动空间正交，即反射镜片96实现二维摆动。
实施例六：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例六，如图10所示。
片式化的二维压电光反射结构，由两组压电陶瓷片1010、1020与基片1011、1021分别构成两个复合悬臂梁101、102，活动铰链103，反射镜片104，支撑框架105组成。其特征是：两个复合悬臂梁101和102之间呈垂直分布，反射镜片104通过铰链103设置在两个复合悬臂梁101和102的交会点处，且通过活动铰链103与支撑框架105相连，两个复合悬臂梁101和102依靠周围的支撑框105架固定。
所述的压电陶瓷片1010和1020是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片的厚度方向。压电陶瓷片1010和1020分别与所述的基片1011和1021用环氧胶粘接，压电陶瓷片1010和1020都固定在基片1011和1021的同一侧。
所述的基片1011和1021和支撑框架105采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片104表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面1040。
所述的活动铰链103呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁101和102，镜框1041刚性连接。
所述的支撑框架105通过通孔1050与外界固定。
所述的复合悬臂梁101、102通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片104的二维光扫描。特征是：当激励信号正极与复合悬臂梁101上的压电陶瓷片1010的电极表面相连，激励信号负极与基板1011相连，复合悬臂梁101产生弯曲变形，进而使所连接的反射镜片104产生摆动。同理，当激励信号正极与复合悬臂梁102上的压电陶瓷片1020的电极表面相连，激励信号负极与基板1021相连，复合悬臂梁102产生弯曲变形，进而使所连接的反射镜片104产生摆动。前后两种摆动空间正交，即反射镜片104实现二维摆动。
实施例七：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例七，如图11所示。
实施例七的结构与实施例六基本一致，唯一不同在于支撑框架的具体结构，见图11。
片式化的二维压电光反射结构，由两组压电陶瓷片1110、1120与基片1111、1121分别构成两个复合悬臂梁111、112，活动铰链113，反射镜片114，支撑框架115组成。其特征是：两个复合悬臂梁111和112之间呈垂直分布，反射镜片114通过铰链113设置在两个复合悬臂梁111和112的交会点处，且通过活动铰链113与支撑框架115相连，两个复合悬臂梁111和112依靠周围的支撑框115架固定。
所述的压电陶瓷片1110和1120是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片的厚度方向。压电陶瓷片1110和1120分别与所述的基片1111和1121用环氧胶粘接，压电陶瓷片1110和1120都固定在基片1111和1121的同一侧。
所述的基片1111和1121和支撑框架115采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片114表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面1140。
所述的活动铰链113呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁111和112，镜框1141刚性连接。
所述的支撑框架115通过通孔1150与外界固定。
所述的复合悬臂梁111、112通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片114的二维光扫描。特征是：当激励信号正极与复合悬臂梁111上的压电陶瓷片1110的电极表面相连，激励信号负极与基板1111相连，复合悬臂梁111产生弯曲变形，进而使所连接的反射镜片114产生摆动。同理，当激励信号正极与复合悬臂梁112上的压电陶瓷片1120的电极表面相连，激励信号负极与基板1121相连，复合悬臂梁112产生弯曲变形，进而使所连接的反射镜片114产生摆动。前后两种摆动空间正交，即反射镜片114实现二维摆动。
实施例八：
本发明设计出了片式化的二维压电光反射结构的实施例八，如图12所示。
实施例八的结构与实施例六基本一致，唯一不同在于支撑框架的具体结构，见图12。
片式化的二维压电光反射结构，由两组压电陶瓷片1210、1220与基片1211、1221分别构成两个复合悬臂梁121、122，活动铰链123，反射镜片124，支撑框架125组成。其特征是：两个复合悬臂梁121和122之间呈垂直分布，反射镜片124通过铰链123设置在两个复合悬臂梁121和122的交会点处，且通过活动铰链123与支撑框架115相连，两个复合悬臂梁121和122依靠周围的支撑框125架固定。
所述的压电陶瓷片1210和1220是单层片，或者是多层叠片式结构，极化方向沿压电陶瓷片的厚度方向。压电陶瓷片1210和1220分别与所述的基片1211和1221用环氧胶粘接，压电陶瓷片1210和1220都固定在基片1211和1221的同一侧。
所述的基片1211和1221和支撑框架125采用金属材料、或者硅材料。
所述的反射镜片124表面采用溅射铝膜或者金膜表面形成反射镜面1240。
所述的活动铰链123呈细长条结构，与所述的复合悬臂梁121和122，镜框1241刚性连接。
所述的支撑框架125通过通孔1250与外界固定。
所述的复合悬臂梁121、122通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片124的二维光扫描。特征是：当激励信号正极与复合悬臂梁121上的压电陶瓷片1210的电极表面相连，激励信号负极与基板1211相连，复合悬臂梁121产生弯曲变形，进而使所连接的反射镜片124产生摆动。同理，当激励信号正极与复合悬臂梁122上的压电陶瓷片1220的电极表面相连，激励信号负极与基板1221相连，复合悬臂梁122产生弯曲变形，进而使所连接的反射镜片124产生摆动。前后两种摆动空间正交，即反射镜片124实现二维摆动。
Claims (12)
1.片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁，由一块基片以及位于该基片同侧的一组压电陶瓷片固定连接形成，该压电陶瓷片上有两个电极区，它们在被沿厚度方向极化后所形成的两个对应的极化区内的极化方向相同；
(2)铰链，该铰链的一侧与所述基片的一侧活动连接；
(3)反射镜片，该镜片固定在一个镜框内，该镜框与所述铰链的另一侧相连；
(4)支撑框架，该框架与所述基片的另一侧固定连接；
当激励信号正极与两组电极区并联，而负极与所述基片相连时，该复合悬臂梁产生相对于所述基片平面的弯曲变形；
当激励信号正极和负极分别与所述两组电极区相连，该复合悬臂梁产生以所述复合悬臂梁长轴为中心线的扭转变形。
2.片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁，由一块基片以及位于该基片同侧的一组压电陶瓷片固定连接形成，该压电陶瓷片上有两个电极区，它们在被沿厚度方向极化后形成的两个对应的极化区内的极化方向相同；
(2)铰链，该铰链的一侧与所述基片的一侧活动连接；
(3)反射镜片，该镜片固定在一个镜框内，该镜框的一侧与所述铰链的另一侧相连；
(4)支撑框架，该框架一侧与所述基片的另一侧固定连接，而该框架的另一侧则通过另外一个铰链与所述镜框的另一侧活动连接；
当激励信号正极与所述两组电极区并联，而负极与所述基片相连时，该复合悬臂梁产生相对于所述基片平面的弯曲变形；
当激励信号正极和负极分别与所述两组电极区相连，则该复合悬臂梁产生以所述复合悬臂梁长轴为中心线的扭转变形。
3.片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁组合，由四个互相呈十字对称分布的复合悬臂梁构成，每一个复合悬臂梁由一块基片以及与该基片相固接的压电陶瓷片构成，该压电陶瓷片都位于各基片同侧，且均沿厚度方向极化且极化方向相同；
(2)反射镜片，固定在一个镜框内，该镜框通过四个铰链分别与四块基片的一侧相活动连接，位于所述十字对称分布的中心之处；
(3)支撑框架，该框架与所述四块基片的另一侧固定连接；
当激励信号正极与所述复合悬臂梁组合中任何一个复合悬臂梁上的压电陶瓷片的电极表面相连，而负极与相对侧的一个复合悬臂梁上的压电陶瓷片的电极表面相连时，将始终保持这两个压电陶瓷片中的一个收缩而另一个伸长，导致面对面的两个复合悬臂梁产生上、下两种相位反向的弯曲变形，进而使所连接的反射镜片产生摆动，所述十字对称分布的复合悬臂梁组合所形成的反射镜片的两种摆动在空间是正交的。
4.片式化的二维压电光反射结构，其特征在于，该结构包含：
(1)复合悬臂梁组合，由两个互相垂直的复合悬臂梁构成，每一个复合悬臂梁由一块基片以及与该基片相固接的压电陶瓷片构成，各压电陶瓷片都位于各基片同侧，均沿厚度方向被极化，且极化方向相同；
(2)反射镜片，该镜片固定在一个镜框内，位于所述两个复合悬臂梁的垂直相交处；
(3)支撑框架，该框架分别与所述两个相互垂直的复合悬臂梁的一侧固定连接；
(4)铰链，共有四个，第1铰链、第2铰链的一侧分别与所述两个相互垂直的复合悬臂梁的另一侧活动连接而第1铰链、第2铰链的另一侧则分别与所述镜框活动连接；第3铰链、第4铰链的一侧分别与所述支撑框架活动连接，而第3铰链、第4铰链的另一侧则分别与所述镜框相活动连接；
所述两个相互垂直的复合悬臂梁通过各自的弯曲变形实现所述反射镜片的二维光扫描，即当激励信号正极与其中任何一个复合悬臂梁上的压电陶瓷片的电极表面相连，而负极与基片相连时则该复合悬臂梁产生弯曲变形，进而使所述反镜片产生摆动；对于另外一个复合悬臂梁，采用所述方法时其结果相同，但前后两种摆动空间正交实现了所述反射镜片的二维摆动。
5.根据权利要求1～4中任何一项权利要求所述的片式化二维压电光反射结构，其特征在于：所述压电陶瓷片是单层片，或者是多层叠片式结构中的任何一种。
6.根据权利要求1～4中任何一项权利要求所述的片式化二维压电光反射结构，其特征在于：所述基片和支撑框架采用金属材料或硅材料中的任何一种。
7.根据权利要求1～4中任何一种权利要求所述的片式化二维压电光反射结构，其特征在于：所述的反射镜片采用溅射铝膜或者金膜表面中的任何一种。
8.根据权利要求1～4中任何一项权利要求所述的片式化的二维压电光反射结构，其特征在于：所述铰链呈细长条结构，与所述的基片、或镜框、或支撑框架刚性活动连接。
9.根据权利要求1、2两种中任何一项权利要求所述的片式化的二维压电光反射结构，其特征在于：所述的压电陶瓷片是在同一压电陶瓷片表面分割成两组电极区。
10.根据权利要求1、2两种中任何一项权利要求所述的片式化的二维压电光反射结构，其特征在于：所述压电陶瓷片是两块压电陶瓷片沿所述复合悬臂梁长度方向的上、下有一定间隔地并行排列。
11.根据权利要求2、4两种中的任何一项权利要求所述的片式化的二维压电光反射结构，其特征在于：所述的铰链是与基片、镜框、支撑框架做成一体的。
12.根据权利要求1所述的片式化的二维压电光反射结构，其特征在于：所述铰链是与基片、镜框做成一体的。
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| CN 200510012196 CN1731236A (zh) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | 片式化的二维压电光反射结构 |
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