[發(fā)明專利]一種軸向運動電熱式微鏡的自動測試系統(tǒng)及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210215577.5
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102721526A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘭樹明;謝會開;陳巧;傅霖來;周亮;丁金玲;王東琳
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫微奧科技有限公司
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種軸向運動電熱式微鏡的自動測試系統(tǒng)及測試方法，屬于針對微機電系統(tǒng)的光學及電子電路設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機電系統(tǒng)（Micro-electro-mechanical?systems,簡稱MEMS)是利用微加工技術(shù)制造出來的三維裝置，至少包括一個可運動結(jié)構(gòu)滿足某種機械作用。MEMS器件由于借鑒了集成電路的工藝因此應用于很多不同的領(lǐng)域。本世紀越來越多的傳感器和執(zhí)行器都傾向于采用MEMS技術(shù)，其中微機電系統(tǒng)微鏡就是其中一個絕佳的例證。微機電系統(tǒng)驅(qū)動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力很小，但足以驅(qū)動鏡面使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在眾多MEMS微鏡中電熱式微鏡是一款依靠熱形變使鏡子偏轉(zhuǎn)的微機電系統(tǒng)。電熱式微鏡系統(tǒng)主要包括鏡面、支撐臂和驅(qū)動臂三個部分，其中驅(qū)動臂就是依靠電熱效應產(chǎn)生形變驅(qū)動鏡子偏轉(zhuǎn)。如圖1所示一維MEMS微鏡具有兩個完全相同的驅(qū)動臂2，同時加載相同的信號，微鏡鏡面1就會發(fā)生軸向的位移運動。

一維電熱式微鏡性能測試是一個十分重要的過程，需要利用外部光路及電路系統(tǒng)衡量系統(tǒng)本身的屬性。其中微鏡軸向位移與所加電壓之間的關(guān)系，微鏡晃動位移與加載電壓的關(guān)系、微鏡的延時特性及工作極限頻率是一維電熱式微鏡的幾個基本特性。電熱式微鏡軸向運動控制技術(shù)，應用于微型光譜檢測技術(shù)中可以用于鑒定樣品的成分構(gòu)成，可應用于食品安全檢測、醫(yī)藥，防恐，環(huán)境監(jiān)測，工業(yè)檢測等領(lǐng)域，與光學元件配合還可以作為變焦的透鏡使用，應用范圍十分廣泛。

雖然在MEMS微鏡領(lǐng)域已經(jīng)有一些較為成熟的測試方案，但是尚未有針對一維軸向運動的電熱式微鏡的自動測試方案，尤其是低成本，實現(xiàn)簡單，可靠性較高的測試方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種低成本，實現(xiàn)簡單，可靠性較高的軸向運動電熱式微鏡的自動測試系統(tǒng)及測試方法。文中PD為光電轉(zhuǎn)換器，PSD為位置敏感傳感器，下述均采用英文縮寫。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種軸向運動電熱式微鏡的自動測試系統(tǒng)，其特征在于：其包括測試光學系統(tǒng)和自動測試控制電路系統(tǒng)；

所述測試光學系統(tǒng)包括激光光源、第一分光鏡、第二分光鏡、參考鏡、軸向運動電熱式微鏡裝置、PD和PSD；激光光源經(jīng)過第一分光鏡后分為兩束激光，一束打到電熱式微鏡裝置上，一束打到參考鏡上；第一分光鏡出射后到微鏡的距離和到參考鏡的距離大致相等；兩束光分別再反射回第一分光鏡并匯聚到第二分光鏡上，第二分光鏡將干涉光分成兩束，一束打在PSD上，一束打在PD上；

所述自動測試控制電路系統(tǒng)包括中央處理器，輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，信號整形模塊，信號采集模塊和安全保護模塊；中央處理器是程序運算的中心，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊是將中央處理器的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，模擬電壓信號經(jīng)過信號整形模塊得到設(shè)定的驅(qū)動微鏡的信號加載到微鏡上；微鏡軸向位移導致干涉條紋的明暗變化，PD及PSD光電轉(zhuǎn)換后輸出相應的電壓值，將信息通過信號采集模塊采集到中央處理器內(nèi)部，中央處理器通過將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機軟件上進行下一步處理；安全保護模塊主要避免系統(tǒng)上電瞬間及工作中瞬時大電壓對微鏡的沖擊。

一種軸向運動電熱式微鏡的自動測試方法，包括下述步驟：

（1）在搭建好的測試光學系統(tǒng)中，調(diào)整微鏡與參考鏡的角度使參考鏡反射的光和微鏡反射的光在分光鏡處匯聚后發(fā)生干涉，出現(xiàn)干涉條紋；

（2）首先調(diào)整參考鏡和微鏡的角度，使在PSD處觀察到的干涉條紋密度最小化；然后利用電熱式微鏡的電熱特性，在電熱式微鏡的驅(qū)動臂上加載不同的峰峰值電壓的三角波信號，范圍根據(jù)待測微鏡的特性而定，等間隔取N個峰峰值；電熱式微鏡在不同電壓的驅(qū)動下軸向運動到不同的位置，從而通過步驟（1）所述光學系統(tǒng)形成干涉條紋，這些干涉條紋打在PD上后，通過采集系統(tǒng)將信號采集到計算機中，記錄光電轉(zhuǎn)換后信號峰值的個數(shù)，存儲微鏡位移與加載電壓的數(shù)據(jù)值，系統(tǒng)將記錄的數(shù)據(jù)自動擬合出電壓值與微鏡軸向位移的關(guān)系曲線，同時標定出微鏡工作的電壓線性區(qū)，每個軸向位移對應的電壓值；另外，PSD記錄的干涉光斑中心在軸向運動過程中的變化量；微鏡的晃動可通過計算每個二維干涉圖的亮度中心的偏移來得到；根據(jù)PSD輸出的坐標值的變化來標定此參數(shù)；存儲并記錄偏移量的數(shù)據(jù)，擬合出不同電壓下干涉光斑的偏移量與驅(qū)動電壓的關(guān)系；