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一种微镜装置

申请号 CN202211253464.4 申请日 2022-10-13 公开(公告)号 CN117930493A 公开(公告)日 2024-04-26
申请人 虞涛; 发明人 虞涛;
摘要 本 发明 公开一种微镜装置,包括反射镜、驱动臂以及 支撑 结构,所述反射镜的上表面为反射面,所述反射镜的下表面连接有支柱,所述驱动臂包括依次连接的多段悬臂,相邻悬臂之间偏转预设 角 度,每段悬臂上都包括有压电驱动元件,所述驱动臂的一端与支柱连接,所述驱动臂的另一端与支撑结构连接,沿着所述支柱的周向设置有多个所述驱动臂,通过对压电驱动元件施加 电压 以使驱动臂形变进而带动所述反射镜偏转。本发明采用压电驱动的结构,结构紧凑,易于制作实施,驱动效率高、损耗低,控制方便、 稳定性 好,单个微镜装置仅需要简单的 电路 进行驱动,不需要复杂的驱动电路,简化了后续数字微镜器件开发时的复杂度,降低成本。
权利要求

1.一种微镜装置,其特征在于,包括反射镜(1)、驱动臂(2)以及支撑结构(3),所述反射镜(1)的上表面为反射面,所述反射镜(1)的下表面连接有支柱(11),所述驱动臂(2)的一端与支柱(11)连接,所述驱动臂(2)的另一端与支撑结构(3)连接,所述驱动臂(2)上包括有压电驱动元件(22),所述驱动臂(2)基于压电驱动元件(22)产生形变进而带动所述反射镜(1)偏转。
2.根据权利要求1所述的微镜装置,其特征在于,沿着驱动臂(2)的路径方向设置有若干的压电驱动元件(22),相邻压电驱动元件(22)的机械变形相反以使驱动臂(2)形变进而带动所述反射镜(1)偏转。
3.根据权利要求1所述的微镜装置,其特征在于,对所述驱动臂(2)上的相邻压电驱动元件(22)施加波形相同但相位相差180度的电压以产生相反的机械变形,进而使驱动臂(2)形变来带动所述反射镜(1)偏转。
4.根据权利要求1所述的微镜装置,其特征在于,所述驱动臂(2)位于反射镜(1)下表面的正下方,并且所述驱动臂(2)不超出所述反射镜(1)未偏转时的投影区域范围。
5.根据权利要求1所述的微镜装置,其特征在于,沿着所述支柱(11)的周向设置有多个所述驱动臂(2),所述驱动臂(2)以支柱(11)为中心呈中心对称分布,或者所述驱动臂(2)呈轴对称分布在支柱(11)两侧。
6.根据权利要求1所述的微镜装置,其特征在于,所述驱动臂(2)包括依次连接的多段悬臂(21),相邻悬臂(21)之间偏转预设度,每段悬臂(21)上都包括有压电驱动元件(22)。
7.根据权利要求6所述的微镜装置,其特征在于,相邻悬臂(21)之间的偏转角度包括90度、360度其中一种。
8.根据权利要求6所述的微镜装置,其特征在于,所述悬臂(21)上沿着其长度方向间隔设置有多个压电驱动元件(22)。
9.根据权利要求1至8任一项所述的微镜装置,其特征在于,所述压电驱动元件(22)包括层叠设置的第一电极层(221)、压电材料层(222)和第二电极层(223)。
10.根据权利要求1至8任一项所述的微镜装置,其特征在于,所述驱动臂(2)包括构成驱动臂(2)整个路径的基板层(23),所述压电驱动元件(22)设置在基板层(23)上。
11.根据权利要求10所述的微镜装置,其特征在于,基板层(23)采用弹性材料制成,所述弹性材料包括、氮化硅以及金属其中一种。
12.根据权利要求1至8任一项所述的微镜装置,其特征在于,所述支撑结构(3)包括有位于驱动臂(2)和支柱(11)下方的空腔(31)。
13.根据权利要求1至8任一项所述的微镜装置,其特征在于,所述反射镜(1)的外径尺寸为5~10μm。

说明书全文

一种微镜装置

技术领域

[0001] 本发明涉及微机电系统技术领域,尤其涉及一种微镜装置。

背景技术

[0002] 数字微镜器件(Digtial Micromirror Devices,DMD),是一种电子输入、光学输出的微机电系统(optical micro‑electrical‑mechanical system(MEMS)),是DLP投影系统的核心器件,它通常由呈矩阵分布的数十万至数百万的微米级的微镜组成,每个微镜对应一个像素,通过控制微镜的旋转和时域响应(决定光线的反射度和停滞时间)来决定成像图形和其特性,是一种新型、全数字化的器件,应用MEMS的工艺将微镜阵列和CMOS SRAM集成在同一芯片上。数字微镜器件中每个微镜单元都是一个独立的个体,可以独立的翻转不同的角度,以将光线反射至照明光路或者是吸收光路,现有数字微镜器件的微镜单元的主要结构包括四层,第一层是微镜,处于悬浮状态,由合金制成,第二层是连接微镜的扭臂梁—铰链,以及微镜的寻址电极,第三层为金属层,包括扭臂梁的寻址电极、偏置/复位电极、以及微镜的着陆平台(限制镜面偏转±12°或±10°),第四层为静态存储器(RAM),其采用大规模集成电路标准CMOS工艺,微镜与扭臂梁相连接,而扭臂梁通过铰链悬置于两个铰链支撑柱上,可以围绕铰链轴进行旋转,铰链支撑柱连接到偏置/复位电极,其为每一个微镜单元提供偏置电压,对于每一个微镜单元,都有两个导电通道,并且扭臂梁的寻址电极和数字微反射镜的寻址电极连接到底层的静态存储器上。数字微镜器件工作中,微镜的偏转(正极和负极)是通过更改底层CMOS控制电路和镜片复位信号的二进制状态进行单独控制的,具体的,施加偏置电压,其中一个寻址电极上加+5V(数字1),另一个寻址电极接地(数字0),这样使微镜与微镜的寻址电极、扭臂梁与扭臂梁的寻址电极之间就形成一个静电场,从而产生一个静电矩,使微镜绕扭臂梁旋转,直到接触到着陆平台为止,微镜单元将一直定于该位置上,直至复位信号出现为止。现有的数字微镜器件是采用静电控制的结构,驱动效率低,控制难度大,复杂程度高。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进,提供一种微镜装置,解决目前技术中的数字微镜器件采用的静电控制结构,控制难度大,复杂程度高的问题。
[0004] 为解决以上技术问题,本发明的技术方案是:
[0005] 一种微镜装置,包括反射镜、驱动臂以及支撑结构,所述反射镜的上表面为反射面,所述反射镜的下表面连接有支柱,所述驱动臂的一端与支柱连接,所述驱动臂的另一端与支撑结构连接,所述驱动臂上包括有压电驱动元件,所述驱动臂基于压电驱动元件产生形变进而带动所述反射镜偏转。本发明所述的微镜装置采用压电驱动的方式,结构精简、紧凑性好,无需传统扭转梁的支撑,驱动损耗小,易于制作,有效降低控制难度,对压电驱动元件施加电压即可使驱动臂弯曲形变,进而实现反射镜的转动,控制方便、稳定性好,单个微镜装置仅需要简单的电路进行驱动,不需要复杂的驱动电路,简化了后续数字微镜器件开发时的复杂度,降低成本。
[0006] 进一步的,沿着驱动臂的路径方向设置有若干的压电驱动元件,相邻压电驱动元件的机械变形相反以使驱动臂形变进而带动所述反射镜偏转。相邻压电驱动元件的机械变形相反,从而相邻压电驱动元件将产生方向相反的驱动力,而使得相邻压电驱动元件所处的驱动臂位置产生相反的形变,以此控制反射镜在横向上的偏移量,使得反射镜在进行偏转倾斜的同时能保持反射镜中心位置的横向偏移量尽量最小。
[0007] 进一步的,对所述驱动臂上的相邻压电驱动元件施加波形相同但相位相差180度的电压以产生相反的机械变形,进而使驱动臂形变来带动所述反射镜偏转。相邻压电驱动元件上施加的电压极性相反,从而相邻压电驱动元件将产生方向相反的驱动力,而使得相邻压电驱动元件所处的驱动臂位置产生相反的形变,沿着驱动臂的路径方向所述压电驱动元件导致的形变依次叠加作用,最终使得反射镜相对于初始状态进行偏转倾斜,并且当施加在各压电驱动元件上电压极性发生改变时,可使得驱动臂整体产生相反的形变,也就是实现反射镜进行相反的偏转倾斜。
[0008] 进一步的,所述驱动臂位于反射镜下表面的正下方,并且所述驱动臂不超出所述反射镜未偏转时的投影区域范围。结构紧凑,占用空间小,整个微镜装置的尺寸与反射镜的尺寸相当,能够提高集成度,在小尺寸的DMD芯片上实现高分辨率,清晰而准确的显示图像的细节,减少了在成像过程中图形产生的畸变。
[0009] 进一步的,沿着所述支柱的周向设置有多个所述驱动臂,所述驱动臂以支柱为中心呈中心对称分布,或者所述驱动臂呈轴对称分布在支柱两侧,反射镜通过支柱支撑在驱动臂上,呈轴对称或中心对称的分布的驱动臂能够提高对反射镜的支撑稳定性,并且,呈轴对称或中心对称的分布的驱动臂相互协作,在驱动反射镜偏转倾斜时保障整体作用力均衡稳定。
[0010] 进一步的,相邻悬臂之间的偏转角度包括90度、360度其中一种,结构简单,易于制作、控制,结构稳定性好。
[0011] 进一步的,所述悬臂上沿着其长度方向间隔设置有多个压电驱动元件,能使悬臂分段进行需要的形变,进而使得对驱动臂的形变更加精确可控,最终使得对反射镜进行相反的偏转倾斜控制精度更高。
[0012] 进一步的,所述压电驱动元件包括层叠设置的第一电极层、压电材料层和第二电极层,结构简单,在第一电极层和第二电极层上施加电压,通过调控电压大小以及电压极性即可控制反射镜的偏转倾斜。
[0013] 进一步的,所述驱动臂包括构成驱动臂整个路径的基板层,所述压电驱动元件设置在基板层上,基板层用于支撑压电驱动元件并且与压电驱动元件耦合,将压电驱动元件的电致伸缩形变转换为用于驱动反射镜进行偏转倾斜的整体驱动臂的弯曲形变。
[0014] 进一步的,基板层采用弹性材料制成,所述弹性材料包括、氮化硅以及金属其中一种,有利于在压电驱动元件的作用下进行有效形变,进而高效的驱动反射镜进行偏转倾斜。
[0015] 进一步的,所述支撑结构包括有位于驱动臂和支柱下方的空腔,空腔为驱动臂进行形变提供活动空间,确保能带动支柱进行偏转倾斜,进而实现反射镜的偏转倾斜。
[0016] 进一步的,所述反射镜的外径尺寸为5~10μm,结构尺寸小,能有效提高集成度,实现高分辨率。
[0017] 与现有技术相比,本发明优点在于:
[0018] 本发明所述微镜装置采用压电驱动的结构,结构紧凑,占用空间小,易于制作实施,驱动效率高、损耗低,控制方便、稳定性好,单个微镜装置仅需要简单的电路进行驱动,不需要复杂的驱动电路,简化了后续数字微镜器件开发时的复杂度,降低成本。附图说明
[0019] 图1为本发明实施例一的微镜装置的整体结构示意图;
[0020] 图2为本发明实施例一的微镜装置隐藏反射镜的结构示意图;
[0021] 图3为悬臂的剖面结构示意图;
[0022] 图4为悬臂上设置多个压电驱动元件的结构示意图;
[0023] 图5为本发明实施例一的另一种微镜装置的整体结构示意图;
[0024] 图6为本发明实施例一的另一种微镜装置隐藏反射镜的结构示意图;
[0025] 图7为本发明实施例二的微镜装置的整体结构示意图;
[0026] 图8为本发明实施例二的微镜装置隐藏反射镜的结构示意图。
[0027] 图中:
[0028] 反射镜1、支柱11、驱动臂2、悬臂21、压电驱动元件22、第一电极层221、压电材料层222、第二电极层223、基板层23、支撑结构3、空腔31。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例,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,都属于本发明保护的范围。
[0030] 本发明实施例公开一种微镜装置,结构精简、紧凑性好,易于制作,控制方便、简单,驱动效率高。
[0031] 实施例一
[0032] 如图1和图2所示,一种微镜装置,主要包括反射镜1、驱动臂2以及支撑结构3,所述反射镜1的上表面为反射面,所述反射镜1的下表面连接有支柱11,所述驱动臂2的一端与支柱11连接,所述驱动臂2的另一端与支撑结构3连接,沿着所述支柱11的周向设置有多个所述驱动臂2,所述驱动臂2包括依次连接的多段悬臂21,相邻悬臂21之间偏转预设角度,从而构成整体呈弯折形的驱动臂结构,每段悬臂21上都包括有压电驱动元件22,通过对压电驱动元件22施加电压以使驱动臂2形变进而带动所述反射镜1偏转,每段悬臂21上的压电驱动元件22都独立工作,在对压电驱动元件22施加电压时,压电驱动元件22会发生电致伸缩的形变,从而导致悬臂21发生弯曲形变,各段悬臂21的弯曲形变叠加相互作用使得驱动臂2整体产生所需的变形,进而驱动臂2会带动支柱11进行偏转倾斜,反射镜1是连接在支柱11上的,从而实现了反射镜1的偏转倾斜,通过控制施加在压电驱动元件22上的电压的大小以及极性,能够控制反射镜1的偏转方向以及角度大小,进而将微镜装置设置在光路中时,能按照需求将光线反射至照明光路或者是吸收光路,仅需要简单的电路进行驱动,结构简单、紧凑,驱动效率小,控制方便。
[0033] 所述反射镜1是通过支柱11间接的与驱动臂2连接,为了提高结构紧凑性,减小占用体积,提高集成度,所述驱动臂2位于反射镜1下表面的正下方,并且所述驱动臂2不超出所述反射镜1未偏转时的投影区域范围,具体的,所述支柱11连接在反射镜1下表面的正中心,所述支柱11的横截面尺寸小于反射镜1的表面尺寸,所述反射镜1连接在支柱11的顶侧,而所述驱动臂2连接在支柱11的底侧,所述驱动臂2位于支柱11的周向外围,从而所述驱动臂2位于反射镜1下表面的正下方,并且所述驱动臂2与反射镜1在垂直于反射镜1表面方向上具有间距,从而驱动臂2发生变形时并不会与反射镜1发生干涉,为了减小微镜装置的体积尺寸,所述驱动臂2不超出所述反射镜1未偏转时的投影区域范围,即,所述驱动臂2与支撑结构3的连接端不超出反射镜1的边缘,这样有利于提高集成度,用于DLP投影系统的数字微镜器件包含数十万至数百万的上述微镜装置,每个微镜装置对应一个像素,微镜装置的尺寸越小,则能在小尺寸芯片上实现高分辨率,有利于减小投影系统的体积,满足小型化的发展。
[0034] 所述支撑结构3为包围在驱动臂2外围的环形框部件,当然,所述支撑结构3也不限于呈环形框部件,例如,所述驱动臂2设置有两个,则所述支撑结构3可以是由两个独立的固定部构成,每个固定部分别连接一个驱动臂2。在本实施例中,所述反射镜1表面呈矩形,具体可以是正方形,也可以是长方形,当然所述反射镜1也能采用其他形状,例如圆形、椭圆等,以反射镜1为正方形为例进行说明,所述支撑结构3为正方形的环形框,该正方形的环形框的内部空心区域的尺寸与所述反射镜1表面尺寸相同,即,支撑结构3的内部空心区域的边长等于反射镜1的边长,所述驱动臂2的端部连接在支撑结构3的内部空心区域的边缘上,从而实现驱动臂2不超出所述反射镜1未偏转时的投影区域范围,保障结构紧凑性,同时,为了保障驱动臂2能自由不受干涉的进行形变活动,所述支撑结构3包括有位于驱动臂2和支柱11下方的空腔31,即,在驱动臂2和支柱11下方需要有活动空间,以确保所述驱动臂2为悬空的支臂结构,要实现反射镜1的偏转倾斜,所述驱动臂2需要进行局部抬高、局部下沉的形变,因此在驱动臂2下方需要有空间以供驱动臂2活动,进而保障能精确、可靠的驱动反射镜1偏转倾斜。
[0035] 具体的,所述反射镜1的外径尺寸在5~10μm,本实施例具体为,所述反射镜1的边长为7.6μm,支撑结构3的内部空心区域的边长也为7.6μm,而支撑结构3外围边长为8.3μm,所述反射镜1在进行偏转倾斜时不会超出支撑结构3外围,在集成了若干微镜装置的数字微镜器件中,相邻的微镜装置的支撑结构3连接在一起,相邻微镜装置的反射镜1之间具有0.7μm的间距,各微镜装置的反射镜1不会发生相互干涉,能够可靠的各自独立工作,并且保障高集成度,在小尺寸芯片上实现高分辨率。
[0036] 压电驱动元件22是基于逆压电效应而发生形变,逆压电效应指在压电材料的极化方向上施加电压时,压电材料发生形变,电压去掉后,压电材料的变形随之消失。具体的,如图3所示,所述压电驱动元件22为复合材料结构,其包括依次层叠设置的第一电极层221、压电材料层222和第二电极层223,通过沉积加工的方式而使三层材料叠加连接在一起,第一电极层221和第二电极层223采用导电材料制成,具体可采用铂、钼等材料,压电材料层222则是采用酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT、铌镁酸铅PMN、氮化铝AlN、掺钪氮化铝ScAlN等材料制成,具体不做限定;为了增加驱动臂2的机械强度,所述驱动臂2包括基板层23,所述基板层23构成驱动臂2的整个路径,基板层23的路径进行弯折以构成依次相连的多个悬臂21,压电驱动元件22设置在基板层23上,基板层23用于支撑压电驱动元件22并且与压电驱动元件22耦合,从而压电驱动元件22在发生电致伸缩形变时,会导致基板层23发生弯曲形变,也就是使得悬臂21整体发生弯曲形变,依次连接的多个悬臂21的形变相叠加最终使得驱动臂2整体产生所需的变形,进而带动反射镜1进行偏转倾斜,所述基板层23采用弹性材料制成,所述弹性材料具体可以是硅、氮化硅以及金属其中一种,金属具体可采用钛等,基板层23能够有效的在压电驱动元件22的驱动下发生弯曲形变,进而实现驱动反射镜1进行偏转倾斜。
[0037] 具体的,所述驱动臂2整体平行于未进行偏转倾斜的反射镜1,即,在驱动臂2未形变时,所述驱动臂2的曲折路径所构成的平面平行于未进行偏转倾斜的反射镜1,在垂直于反射镜1表面的方向上所述基板层23、第一电极层221、压电材料层222以及第二电极层223由下至上依次层叠设置,也可以是第一电极层221、压电材料层222、第二电极层223和基板层23由下至上依次层叠设置,即是指压电驱动元件22可设置在基板层23的上表面,也可以是压电驱动元件22设置在基板层23的下表面,不影响驱动臂2的正常工作,所述基板层23与压电驱动元件22之间还可设置连接层,连接层可采用金属钛等材料,连接层用于将压电驱动元件22更稳固的连接在基板层23上。
[0038] 驱动臂2的驱动原理是利用压电材料的逆压电效应,通过在压电材料的极化方向上施加电压,使得压电材料发生形变,带动整个悬臂21发生形变,进而得驱动臂2整体产生所需的变形,具体的,假设悬臂21的一端固定,第一电极层221接地,第二电极层223接正电压,则悬臂21的另外一端会弯曲形变,若第一电极层221接地,第二电极层223接负电压,则压电驱动臂的另外一端会向相反方向弯曲形变,悬臂21的弯曲形变与压电材料层222的材料特性以及对压电驱动元件22施加的电压大小以及极性有关,从而能通过控制对压电驱动元件22施加的电压来实现驱动臂2的不同形变,进而实现驱动反射镜1朝不同的方向进行偏转倾斜,也就是可实现反射镜1在正偏转角度、0度和负偏转角度三种状态间切换,反射镜1偏转角度的大小与施加在压电驱动元件22上的电压大小相关,施加的电压越大,压电驱动元件22的形变量越大,而反射镜1的偏转角度就越大,从而通过控制施加在压电驱动元件22上的电压值大小来控制反射镜1的偏转角度。
[0039] 在本实施例中,驱动臂2的每段悬臂21上仅设置有一个所述压电驱动元件22,每段悬臂21都呈直条状,所述压电驱动元件22呈沿着悬臂21长度方向的直条,压电驱动元件22的长度越长,在施加的电压相同的条件下形变量越大,因此所述压电驱动元件22的长度与悬臂21的长度相当,即,所述压电驱动元件22覆盖悬臂21的整个长度,从而能使悬臂21产生最大的弯曲形变量,进而能使驱动臂2整体产生足够大的变形,最终能使反射镜1产生较大的偏转倾斜角度。
[0040] 进一步的,本实施例中的所述驱动臂2呈U形弯折结构,即,相邻悬臂21通过弧形的连接部衔接以构成U形,从而相邻悬臂21之间的偏转角度为360度,也可表述为相邻悬臂21为平行状态,如图1和图2所示,所述驱动臂2可以仅包括一个U形弯折,所述驱动臂2仅包含两个悬臂21,如图5和图6所示,所述驱动臂2也可包括多个依次连接的U形弯折,所述驱动臂2则包含三个及以上的悬臂21,所述驱动臂2仅设置有两个,呈轴对称分布在支柱11两侧,即,支柱11两侧的驱动臂2形状、结构是相同的,两侧的驱动臂2连接至支柱11周向上的同一部位,两侧的驱动臂2进行镜像对称的形变即可驱动反射镜1进行偏转倾斜,并且所述反射镜1的偏转轴向垂直于所述驱动臂2的对称轴,以图1和图2进行说明,定义图中未进行偏转时的反射镜1的表面法线方向为Z轴方向,未进行偏转时的反射镜1的表面方向为X‑Y平面方向,更具体的,呈正方形的所述反射镜1的一条边为X轴方向,呈正方形的所述反射镜1的另一条边为Y轴方向,而两个驱动臂2之间的对称轴则是平行于X轴方向,或者表述为两侧驱动臂2之间的对称轴沿着反射镜1边长的中线方向,则所述反射镜1的偏转轴向平行于Y轴方向,或者表述为所述反射镜1的偏转轴向沿着反射镜1另一边长的中线方向;以图5和图6进行说明,定义图中未进行偏转时的反射镜1的表面法线方向为Z轴方向,未进行偏转时的反射镜1的表面方向为X‑Y平面方向,更具体的,呈正方形的所述反射镜1的一条边为X轴方向,呈正方形的所述反射镜1的另一条边为Y轴方向,两侧驱动臂2之间的对称轴沿着反射镜1的对角线方向,或者表达为,两侧驱动臂2之间的对称轴与X轴呈45度角,则所述反射镜1的偏转轴向沿着反射镜1另一对角线方向,或者表达为,所述反射镜1的偏转轴向与X轴呈负45度角。
[0041] 进一步的,在驱动反射镜1进行偏转时,沿着驱动臂2的路径方向,每条驱动臂2上的相邻压电驱动元件22施加波形相同但相位相差180度的电压以使相邻压电驱动元件22产生相反的机械变形,进而使得驱动臂2整体形变来带动所述反射镜1偏转,相邻压电驱动元件22上施加的电压极性是相反的,从而相邻压电驱动元件22产生的机械变形是相反的,进而相邻压电驱动元件22导致驱动臂2产生的弯曲形变方向是相反,换言之,前一段悬臂21向下弯曲形变时,下一段悬臂21则是向上弯曲形变,采用此种方式时为了控制反射镜1在XY平面上的偏移量,使得各悬臂弯曲形变产生的横向偏移能相互抵消,从而使得反射镜1在进行偏转倾斜的同时能保持反射镜1中心位置的横向偏移量尽量最小。
[0042] 如图4所示,还可以是每段悬臂21上沿着其长度方向间隔设置有多个压电驱动元件22,每个压电驱动元件22都是独立控制,从而能使悬臂21进行更精细化的形变,悬臂21上被各压电驱动元件22覆盖的局部都在各压电驱动元件22的作用下进行相应的形变,可以在各压电驱动元件22上的施加大小各不相同或者电压极性不同的电压来使悬臂21的局部进行精确的形变,进而精确的控制驱动臂2的整体变形,最终实现精确控制反射镜1的偏转倾斜,在实现反射镜1偏转倾斜的同时,避免反射镜1在其平面方向上产生过大的横向偏移量而导致由反射镜1反射而出的光路产生过大的光轴偏移。
[0043] 上述微镜装置的制作方法,步骤包括:
[0044] 制作衬底,所述衬底包括由下至上依次层叠的基底层、绝缘层和顶层,所述基底层为硅层,所述绝缘层可以采用化硅、氮化硅、氧化铝等绝缘材料制成,所述顶层采用硅、金属铝、钛等材料制成,其中顶层用于形成驱动臂的基底层,而基底层、绝缘层主要用于形成支撑结构以及位于驱动臂下方的空腔;
[0045] 在顶层上通过沉积方式依次生长出用于构成压电驱动元件的第一电极层、压电材料层和第二电极层的各膜层,所述压电驱动元件与顶层之间还可通过沉积形成连接层的膜层;
[0046] 对压电驱动元件的各膜层进行图形化,从上至下依次对第二电极层、压电材料层和第一电极层进行刻蚀,从而形成压电驱动元件,然后对连接层的膜层进行刻蚀以得到压电驱动元件之下的连接层;
[0047] 再对顶层进行图形化,通过刻蚀去除部分顶层来形成驱动臂的基底层,从而得到驱动臂以及用于连接支柱的部位和用于构成支撑结构的环形框部位;
[0048] 在用于连接支柱的部位沉积生长出支柱以及反射镜,支柱以及反射镜采用金属材料,具体包括铂、铝等;
[0049] 从衬底的底面对基底层和绝缘层依次进行刻蚀以得到支撑结构及位于驱动臂下方的空腔,最终得到微镜装置。
[0050] 实施例二
[0051] 如图7和图8所示,与实施例一的不同点在于,所述驱动臂2以支柱11为中心呈中心对称分布,具体的,相邻悬臂21之间的偏转角度为90度,在所述驱动臂2上从支撑结构3至支柱11的路径方向,所述悬臂21的长度依次缩短,对应的,所述压电驱动元件22的长度也依次缩短,所述驱动臂2整体构成螺旋状,所述驱动臂2具体设置有两个,该两个驱动臂2分别连接至支柱11周向上的两对侧以构成中心对称分布。
[0052] 在本实施例中,所述驱动臂2的控制方式与实施例一相同,沿着驱动臂2的路径方向,每条驱动臂2上的相邻压电驱动元件22施加波形相同但相位相差180度的电压以使驱动臂2形变进而带动所述反射镜1偏转,如图7和图8所示,定义图中未进行偏转时的反射镜1的表面法线方向为Z轴方向,未进行偏转时的反射镜1的表面方向为X‑Y平面方向,更具体的,呈正方形的所述反射镜1的一条边为X轴方向,呈正方形的所述反射镜1的另一条边为Y轴方向,两个驱动臂2分别连接至支柱11上的沿着反射镜1对脚线方向的两侧,或者表达为,两个驱动臂2与支柱11的连接处的连线方向与X轴呈45度,从而所述反射镜1的偏转轴向沿着反射镜1另一对角线方向,或者表达为,所述反射镜1的偏转轴向与X轴呈负45度。
[0053] 以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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