[实用新型]一种压电驱动二维扫描微镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及微光机电系统技术领域，尤其涉及一种压电驱动二维扫描 微镜。

背景技术

微光机电系统(Micro-optical-electromechanicalsystems，MEMS)是指利用微 加工技术用于光学系统的MEMS(Micro-electromechanicalsystems)器件与系统。 扫描微镜或微镜阵列是一种重要的MEMS器件，在驱动力的作用下微镜的反 射镜面发生偏转从而改变入射光束的反射角度，实现反射光束的扫描。可广泛 应用于医学影像、光谱仪、条形码阅读等领域。

按照微镜驱动方式的不同，主要分为：静电驱动、电磁驱动、电热驱动和 压电驱动等。静电驱动微镜是目前研究最多的一种，一般在结构中引入一对或 多对电极，通过电极间的静电力驱动微镜运动，该驱动方式需要较高的工作电 压(≥50V)，工作电压高不利于器件与电路的一体化集成；电磁驱动微镜是利用 电磁体或者永磁体产生的磁场力作为驱动力，该驱动方式的驱动电流大；电热 驱动微镜是利用驱动电流使材料受热膨胀产生驱动力，因此响应速度低，功耗 大，且受环境温度影响较大；而现有技术中，MEMS压电制造工艺还不成熟， 制造难度大，性能不稳定，使得MEMS压电驱动器件还未能在市场上得到成熟 的应用。

美国专利US8553307B2所述的扫描微镜，通过左右两侧压电悬臂梁6的 振动，驱动悬臂梁顶端中间的反射镜5绕扭转梁4和扭转梁3扭转运动。当两 个悬臂梁6振动方向相反时，如图1a所示，并且振动频率达到反射镜5绕扭转 梁4的谐振频率时，反射镜5绕扭转梁4做往复扭转谐振运动，并且扭转角度 达到最大。当两个悬臂梁6振动方向相同时，如图1b所示，并且振动频率达到 反射镜5、扭转梁4和内框架2绕扭转梁3的谐振频率时，反射镜5绕扭转梁3 做往复扭转谐振运动，并且扭转角度达到最大。从而使反射镜实现二维扫描。 该驱动结构由于是以悬臂梁支撑反射镜并使其振动，因此应力会集中在悬臂梁 的端部上，容易产生疲劳破坏，从而存在长期驱动时的可靠性较低的问题。

专利CN101630063B所述振动镜元件，如图2所示，微反射镜21通过放 置在微反射镜中心轴的扭转梁24a，连接在四根压电悬臂梁30a/30b/30c/30d的顶 端，悬臂梁的底部连接固定在结构框架10。扭转梁两侧的压电悬臂梁，被施加 相反的电压信号，使两侧悬臂梁发生相反形变，从而使扭转梁产生扭转，带动 连接在扭转梁上的反射镜产生扭转。当电压信号频率达到微反射镜绕扭转梁扭 转的谐振频率时，微反射镜绕扭转梁做往复扭转谐振运动，并且这是扭转角度 最大。同样也是以悬臂梁支撑反射镜并使其振动，因此应力会集中在悬臂梁上， 容易产生疲劳破坏，从而存在长期驱动时的可靠性较低的问题。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结 构的压电驱动二维扫描微镜，使其更具有产业上的利用价值。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种体积小、驱动结构稳 定可靠的压电驱动二维扫描微镜。

本实用新型的压电驱动二维扫描微镜，包括二维扫描微镜主体以及紧贴在 其下面的压电驱动器，所述压电驱动器包括基板以及紧贴在所述基板上面的压 电陶瓷块；所述二维扫描微镜主体具有能够在两相垂直的方向上分别做谐振转 动的反射镜。

进一步的，所述二维扫描微镜主体包括具有背腔的外框架，所述外框架通 过第一扭转轴连接有置于所述背腔内的内框架，所述内框架通过垂直于所述第 一扭转轴的第二扭转轴连接所述反射镜。

进一步的，所述第一扭转轴为两个，分别连接所述内框架相对的两侧。

进一步的，所述第二扭转轴为两个，分别位于所述反射镜中心轴的两端。

进一步的，所述基板为PCB板、金属板中的一种。

进一步的，所述压电陶瓷块通过环氧树脂粘结、金属焊料粘结中的一种连 接方式紧贴在所述外框架下面。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、使用传统压电陶瓷材料作为MEMS二维扫描微镜主体的驱动，成本更 低、制造技术成熟、容易获得且驱动结构稳定可靠；

2、使用MEMS加工技术可以制造出结构更小的反射镜，并且加工成本更 低，易于批量制造；