CN2639915Y - 一种mems扫描微镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了属于光机电装置领域的一种MEMS扫描微镜。由两组多级折叠级联的压电复合弹性悬浮薄膜驱动臂驱动平面反射微镜构成。平面反射微镜由多级折叠级联的弹性压电悬浮结构驱动，在悬浮驱动臂上有压电薄膜，及其上、下电极。在邻近驱动臂的压电薄膜的上、下电极上施加相反电压，悬浮驱动臂的偏转角度逐级增加，在不同电压下，通过制作不同的压电薄膜及弹性梁臂的厚度和长度，可实现平面微镜的不同偏转角度。本实用新型可使微镜获得较大偏转角度，具有较大的驱动力、工作性能和工作频率稳定。其结构简单，器件可靠性高，工艺简单，较高的制造成品率，易加工，适合批量生产。
Description
技术领域
本实用新型属于光机电装置领域，特别涉及一种MEMS扫描微镜。
背景技术
目前光学MEMS的大量应用之一是在光学扫描器和光学成像方面，TexasInstruments，Inc已制造了一种用于家庭，办公室和剧场的图象投影仪的数字镜器件(Digital Mirror DeviceTM)。DMDTM目前已用于商业的投影仪。但是这类MEMS器件大多数采用静电、电磁、热、压电等原理实现驱动。利用这些原理的已有的微执行结构大多具有较大驱动器尺寸、占用较多的芯片面积，而实现的驱动位移和偏转量却有限，制作工艺复杂，可靠性不高，功耗大，寿命短。在已受到广泛研究的MEMS压电薄膜驱动方式中大多采用单悬臂梁结构，由于压电薄膜的伸长量有限，因此单悬臂梁结构上的最大偏转位移非常有限，这种特点限制了压电驱动方式在MEMS领域的广泛应用，造成目前极少有采用压电薄膜驱动的成熟MEMS商品化器件出现。这种单悬臂驱动结构若要实现大的位移或偏转，则要求加长梁长和增大驱动电压，这样就一方面增加了悬臂梁静态偏转量，致使未加电压时，悬臂即有较大偏转位移，严重限制它的应用泛围。另一方面这种长的单悬臂梁驱动结构使驱动器的机械强度显著降低，工作中容易产生抖动现象，且极易受冲击折断。另外，这种长的单悬臂驱动结构增加了悬臂本身的惯性影响，使驱动器的工作频率降低，不适应许多工作频率较高的应用场合。同时，大的驱动电压极易造成压电薄膜击穿，给压电薄膜带来许多附加效应，并增加了相应电子电路的复杂性。在制造方面，长的梁长和本身的静态偏转特点严重降低微机械加工的成品率，显著增加制造的复杂性；大的驱动电压对压电薄膜的质量提出较高的要求，增加压电薄膜淀积的工艺难度。大的驱动器体积，也使其很难适应在一些高密度，微结构器件或器件阵列中的应用。这些都严重限制了单悬臂压电驱动器在微电子机械器件和***中的应用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种MEMS扫描微镜，所述扫描微镜采用两个折叠形多级回转压电复合弹性悬浮薄膜驱动臂驱动平面反射微镜构成，其特征在于：所述扫描微镜是在衬底1上沉积出压电复合膜层形成折叠驱动臂2，及平面反射微镜3构成单个MEMS扫描微镜。
所述折叠形驱动臂是由弹性衬底1及在衬底1上的缓冲材料层4上面复合叠加下薄膜电极层5、上薄膜电极层7、下电极引线9、上电极引线10、在两薄膜电极层之间的压电薄膜层6及绝缘介质层8组成。
所述压电折叠驱动臂在平面反射微镜3两边的数目相等，可为2～20根；可以具有多种折叠形折叠形式，两侧驱动臂的固定端可以是对称的也可以非对称。
所述平面反射微镜与压电折叠驱动臂2平行、摆置在同一平面上；在衬底1上或缓冲材料层4上面覆盖一层金属膜反射层。
所述扫描微镜可由1～1000个在同一平面衬底1上摆放陈列，组成阵列结构的MEMS扫描微镜。
本实用新型的有益效果是采用两组多级折叠级联的压电复合弹性悬浮结构实现平面微镜大的偏转驱动，使微镜具有更大的扫描范围。同时缩短了驱动器的长度，减少了驱动器占用芯片的面积，降低了驱动电压，提高了驱动器的工作频率，具有很好的器件驱动性能，同时其结构简单，具有很高的器件可靠性，较低的工艺复杂度，较高的制造成品率，易加工，适合批量生产。光学扫描微镜和扫描微镜阵列，体积小、驱动性能好、工作准确、低功耗、工作频率高、成本低，易于大规模制造，是扫描微镜发展的重要方向。
附图说明
图1为一种四驱动臂轴中心对称驱动扫描微镜结构。
图2为另一种四驱动臂轴对称驱动扫描微镜结构。
图3为压电驱动臂结构示意图。
图4为一种二维扫描微镜阵列结构示意图。
图5为另一种二维扫描微镜阵列结构示意图。
具体实施方式
本实用新型为一种MEMS扫描微镜，所述扫描微镜采用两组多级折叠级联的压电复合弹性悬浮薄膜驱动臂驱动平面反射微镜构成(如图1、图2所示)。所述扫描微镜是在弹性衬底1上沉积压电复合膜层形成多级折叠级联的驱动臂2，及平面反射微镜3构成单个MEMS扫描微镜。该驱动臂2是由弹性衬底及在衬底1上的缓冲材料层4上面复合叠加下薄膜电极层5、上薄膜电极层7、下电极引线9、上电极引线10、在两薄膜电极层之间的压电薄膜层6及绝缘介质层8组成(如图3所示)。压电驱动臂2在平面反射微镜3两边的数目相等，可为2～20根；可以具有多种折叠形式，两侧驱动臂的固定端可以是对称的也可以非对称。上述平面反射微镜3与压电驱动臂2平行、摆置在同一平面上；在弹性衬底1上或缓冲材料层4上面涂一层金属膜反射层。
采用微机械加工技术在弹性材料上形成连续的折叠形结构并可覆盖相应缓冲层，在弹性材料结构的各个平行臂上分别形成互相不连接的压电薄膜图形及其上下薄膜电极。这样，在每段压电弹性材料复合臂上，形成了利用压电效应的驱动臂。驱动结构的一侧或两侧与衬底相连，为固定端。对邻***行的不同驱动臂上的压电薄膜上下电极施加相反极性驱动电压。这样邻近驱动臂上的压电薄膜由于压电效应而伸长或缩短，但弹性材料却只能伴随着压电薄膜的伸长而发生弯曲，从而造成每个驱动臂的弯曲，由于相邻驱动臂所加电压相反，因此相邻驱动臂向相反方向偏转。在每个驱动臂的端部产生最大位移，并且驱动位移和偏转角度向远离固定端的方向逐级叠加，从而在较低的应用电压下可获得较大的微镜偏转角度。
所述扫描微镜可由1～10000个在同一平面衬底1上摆放陈列，组成阵列结构的MEMS扫描微镜(如图4、图5所示)
Claims (5)
1.一种MEMS扫描微镜，所述扫描微镜采用两组多级折叠级联的压电复合弹性悬浮薄膜驱动臂驱动平面反射微镜构成，其特征在于：所述扫描微镜是在弹性衬底1上沉积压电复合膜层形成多级折叠级联的驱动臂2，及平面反射微镜3构成单个MEMS扫描微镜。
2.根据权利要求1所述MEMS扫描微镜，其特征在于：所述驱动臂2是由弹性衬底1及在弹性衬底1上的缓冲材料层4上面复合叠加下薄膜电极层5、上薄膜电极层7、下电极引线9、上电极引线10、在两薄膜电极层之间的压电薄膜层6及绝缘介质层8组成。
3.根据权利要求1所述MEMS扫描微镜，其特征在于：所述压电驱动臂2在平面反射微镜3两边的数目相等，可为2～20根；可以具有多种折叠形式，两侧驱动臂的固定端可以是对称的也可以非对称。
4.根据权利要求1所述MEMS扫描微镜，其特征在于：所述平面反射微镜与压电驱动臂2平行、摆置在同一平面上；在弹性衬底1上或缓冲材料层4上面涂一层金属膜反射层。
5.根据权利要求1所述MEMS扫描微镜，其特征在于：所述扫描微镜可由1～10000个在同一平面衬底1上摆放陈列，组成阵列结构的MEMS扫描微镜。
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