[發明專利]一種狹長形的壓電MEMS微鏡

在審

• 申請號: 202211280245.5
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115561895A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 余洪斌;張峻寧;王巖;呂途南
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛

本發明公開了一種狹長形的壓電MEMS微鏡，屬于微機電系統技術領域，包括：狹長形的鏡面層；支撐柱，與鏡面層連接；驅動層，包括支撐平臺和對稱分布在其兩側的四個壓電驅動臂；支撐平臺通過支撐柱與鏡面層連接；壓電驅動臂包括彈簧、壓電驅動器和形變傳感器；壓電驅動臂通過彈簧與支撐平臺連接；外側框架與各個壓電驅動臂遠離對應彈簧的一側連接。本發明采用驅動層和鏡面層分離的雙層結構設計，上層鏡面層的長寬比例較大，特別適用于狹長型光斑的應用場景。通過將壓電驅動器中懸臂梁沿著與X軸方向成一定的夾角范圍進行布置，使支撐平臺兩側的壓電驅動臂同時獲得繞X、Y軸的較大轉動能力，可以實現鏡面層的多自由度運動和大的準靜態轉角。

技術領域

本發明屬于微機電系統技術領域，更具體地，涉及一種狹長形的壓電MEMS微鏡。

背景技術

MEMS微鏡是采用MEMS技術將反射鏡與微驅動器組合在一起的光學器件，它可以利用微驅動器控制鏡面層轉動從而實現對光束的操控。微鏡作為激光應用中的核心器件之一，已用于光學、電信、生物學、天文學、增材制造及其他科技前沿應用中。

根據驅動器的工作原理，MEMS微鏡一般可以分為電磁驅動、靜電驅動、熱電驅動和壓電驅動四種類型。電磁驅動式微鏡利用磁場對線圈中電流的作用來驅動鏡面層運動；靜電驅動式微鏡利用平行電極板上的電荷間吸引來產生驅動力，進而實現鏡面層的平移或扭轉；熱電驅動式微鏡利用物體受熱膨脹的特性來驅動鏡面層運動；而壓電驅動式微鏡則利用壓電材料的正逆向壓電效應進行工作，通過在壓電材料兩端施加驅動電壓來引發材料形變，由此驅動微鏡。

在目前提出的壓電驅動式MEMS微鏡的結構中，很少有專門針對狹長形光斑情景的微鏡，尤其是光斑長寬比較大的情況。且目前提出的含長方形鏡面層的壓電微鏡大多都只能實現鏡面層的單軸轉動，很難實現狹長型鏡面層的多自由度運動，同時保證較高的準靜態轉角。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種狹長形的壓電MEMS微鏡，其目的在于采用驅動層和鏡面層分離的雙層結構設計，上層鏡面層的長寬比例較大，特別適用于狹長型光斑的應用場景，可以實現鏡面層的多自由度運動和大的準靜態轉角，由此解決現有技術難以實現狹長型鏡面層的多自由度運動的同時保證較高的準靜態轉角的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種狹長形的壓電MEMS微鏡，包括：

狹長形的鏡面層；

支撐柱，與所述鏡面層連接；

驅動層，包括支撐平臺和對稱分布在其兩側的四個壓電驅動臂；所述支撐平臺通過所述支撐柱與所述鏡面層連接；所述壓電驅動臂包括依次連接的彈簧、形變傳感器和壓電驅動器；所述壓電驅動臂通過所述彈簧與所述支撐平臺連接；

外側框架，與各個所述壓電驅動臂遠離對應所述彈簧的一側連接；

其中，定義所述支撐平臺的橫向中軸線為X軸，縱向中軸線為Y軸，垂直所述鏡面層的方向為Z軸；各個所述壓電驅動器中懸臂梁均需要沿著與X軸方向成一定的夾角范圍進行布置，以同時獲得繞X軸和繞Y軸的較大轉動能力；通過為所述壓電驅動器施加設定的驅動電壓，能夠使所述鏡面層繞X軸或Y軸軸向轉動，或沿Z軸上下平動。

在其中一個實施例中，

四個所述壓電驅動臂沿X軸對稱設置在所述支撐平臺的左、右兩側，同側的兩個所述壓電驅動臂沿X軸上下對稱；

所述壓電驅動臂去除彈簧的部分為一個折疊梁，包括多個級聯且交錯分布的長懸臂梁和短懸臂梁；每個所述壓電驅動臂中的所述長懸臂梁和所述短懸臂梁相互平行。

在其中一個實施例中，

每個所述長懸臂梁和所述短懸臂梁均自下而上為包括襯底層、底電極、壓電層和頂電極的層級結構；