[發(fā)明專利]一種帶閉環(huán)控制系統(tǒng)的微機(jī)電干涉平臺(tái)及其控制方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310241484.4
• 申請(qǐng)日: 2013-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103293667A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘭樹(shù)明;謝會(huì)開(kāi);陳巧;王元光;王衛(wèi)喜;周正偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫微奧科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B26/08
• 分類號(hào): G02B26/08
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)的光學(xué)及電子電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種帶閉環(huán)控制系統(tǒng)的微機(jī)電干涉平臺(tái)及其控制方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-electro-mechanical?systems,簡(jiǎn)稱MEMS)是利用微加工技術(shù)制造出來(lái)的三維裝置，至少包括一個(gè)可運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)滿足某種機(jī)械作用。MEMS器件由于借鑒了集成電路的工藝因此應(yīng)用于很多不同的領(lǐng)域。本世紀(jì)越來(lái)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(jī)電系統(tǒng)微鏡就是其中一個(gè)絕佳的例證。微機(jī)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力很小，但足以驅(qū)動(dòng)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(jī)電系統(tǒng)。微鏡主要包括鏡面、支撐臂和驅(qū)動(dòng)臂三個(gè)部分，其中驅(qū)動(dòng)臂就是依靠電熱效應(yīng)產(chǎn)生形變驅(qū)動(dòng)鏡子偏轉(zhuǎn)。微機(jī)電干涉平臺(tái)基于微鏡加工工藝，將兩個(gè)完全相同的一維軸向大位移微鏡通過(guò)微加工的方式做到一個(gè)基板平臺(tái)上，利用立方棱鏡作為分光裝置即構(gòu)成整個(gè)微機(jī)電干涉平臺(tái)。

微機(jī)電干涉平臺(tái)集成度高，精度優(yōu)良，是光學(xué)干涉良好的載體，將傳統(tǒng)的干涉平臺(tái)微型化，應(yīng)用場(chǎng)所更加廣泛。微機(jī)電干涉平臺(tái)控制需要利用外部機(jī)械固定系統(tǒng)和電路系統(tǒng)實(shí)時(shí)的糾正微鏡的鏡面偏移，以此來(lái)達(dá)到預(yù)想的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)方式。微機(jī)電干涉平臺(tái)在光的干涉上提供了微型的解決方案，微機(jī)電干涉平臺(tái)配合光譜技術(shù)，應(yīng)用于光譜儀系統(tǒng)中用于檢測(cè)物質(zhì)成分構(gòu)成，其市場(chǎng)價(jià)值相當(dāng)龐大，尤其是微型便攜式的光譜儀，其應(yīng)用前景更是惹人關(guān)注。

雖然在MEMS微鏡領(lǐng)域已經(jīng)有一些較為成熟的控制方案，但是針對(duì)微機(jī)電干涉平臺(tái)尚未有成熟的系統(tǒng)方案，尤其是低成本，可靠性較高的微干涉平臺(tái)。

基于上述描述，亟需要一種帶閉環(huán)控制系統(tǒng)的微機(jī)電干涉平臺(tái)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的微機(jī)電干涉平臺(tái)所需控制分辨率低，成本高，可靠性較差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種帶閉環(huán)控制系統(tǒng)的微機(jī)電干涉平臺(tái)及其控制方法，以閉環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，保證兩個(gè)動(dòng)鏡初始角度不變，并且準(zhǔn)確性高，成本低，易實(shí)現(xiàn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種帶閉環(huán)控制系統(tǒng)的微機(jī)電干涉平臺(tái)，包括光路系統(tǒng)和閉環(huán)控制電路系統(tǒng)；

所述光路系統(tǒng)包括激光光源、第一分光鏡、第二分光鏡、第一微鏡、第一四象限探測(cè)器、第三分光鏡、第二微鏡、第二四象限探測(cè)器；

第一分光鏡用于把激光光源發(fā)出的一束激光分成相同的兩束光，一束打在第二分光鏡上，一束打在第三分光鏡上；

第二分光鏡用于將一束光分成相同的兩束光，一束打在微鏡上，一束打在外部吸收，微鏡反射后的光打在第一四象限探測(cè)器上；

第三分光鏡用于將一束光分成兩束光，一束打在微鏡上，一束打在外部吸收，微鏡反射的光打在第二四象限探測(cè)器上；

所述閉環(huán)控制電路系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理模塊，信號(hào)整形模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊；

所述數(shù)據(jù)處理模塊是程序運(yùn)算的中心，負(fù)責(zé)算法的運(yùn)行和功能調(diào)度；

所述信號(hào)整形模塊用于將采集到的光電信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到合適的范圍；

所述光電轉(zhuǎn)換模塊是將四象限探測(cè)器檢測(cè)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊是將光電轉(zhuǎn)換模塊輸出的模擬信號(hào)采集到數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，以及將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)作為動(dòng)鏡的微鏡。

作為優(yōu)選，還包括機(jī)械固定裝置，所述機(jī)械固定裝置包括硅基座、硅基轉(zhuǎn)接板、機(jī)械基座、防震墊和外殼；

所述機(jī)械基座底部與外殼底部受力點(diǎn)，外殼與外界接觸受力點(diǎn)均采用軟接觸式方式；

所述硅基座刻有第一微鏡固定槽、第二微鏡固定槽、立方棱鏡固定槽和焊盤。

作為優(yōu)選，所述第一微鏡和第二微鏡通過(guò)插裝的方式植入硅基座卡槽內(nèi)，其焊盤通過(guò)導(dǎo)電膠連接到硅基座的焊盤上。

作為優(yōu)選，所述激光光源、第一分光鏡和第二分光鏡分別置于機(jī)械基座的卡槽內(nèi)部。

作為優(yōu)選，所述閉環(huán)控制電路系統(tǒng)還包括安全保護(hù)模塊。

作為優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊分為數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

作為優(yōu)選，所述第一微鏡和第二微鏡可以是電熱式垂直大位移MEMS微鏡。

作為優(yōu)選，所述第一微鏡和第二微鏡為固定鏡或動(dòng)鏡，也可以全部為動(dòng)鏡。

一種帶閉環(huán)控制系統(tǒng)的微機(jī)電干涉平臺(tái)的控制方法，包括以下步驟：

步驟S10、第一微鏡將反射光打在第一四象限探測(cè)器上，第二微鏡將反射光打在第二四象限探測(cè)器上；