CN212276104U - 一种一维微镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种一维微镜，包括：第一器件层和第二器件层，所述第一器件层包括第一固定框架、镜面和驱动杆，所述驱动杆上排布有动梳齿，所述第一固定框架靠近所述驱动杆的一侧设有所述第一静梳齿，所述动梳齿和所述第一静梳齿同一平面内交错排布；所述第二器件层包括第二固定框架，所述第二固定框架设有第二静梳齿，所述第二静梳齿和所述动梳齿垂直方向上交错排布；本实用新型所述动梳齿和所述第一静梳齿组成了平面内梳齿对，所述动梳齿又和所述第二静梳齿组成了垂直方向梳齿对，通过平面梳齿结构和垂直梳齿结构相组合的混合梳齿驱动结构，同时具备了准静态和谐振两种工作模式，适用于多种应用场景，达到“一镜多用”的效果。

Description

一种一维微镜

技术领域

本实用新型涉及微机电系统技术领域，特别涉及一种一维微镜。

背景技术

自1980年第一款扫描式硅镜发布以来，微机电系统，microelectromechanicalsystems，以下简称MEMS，被广泛应用于光学扫描领域，并发展出大量的技术及产品。光学扫描领域已经成为了MEMS研究的重要方向。而随着技术的发展，在过去的十年间，微型投影技术和众多的医学成像技术的应用，成为了当前MEMS光学扫描装置，尤其是激光扫描装置发展的主要方向。微型投影技术的发展，促使了一系列新型产品的出现，比如手机大小的微型激光投影仪或者带有激光投影功能的智能手机、驾驶车辆时车内放置的可用于显示导航信息的抬头显示器HUD，虚拟现实技术VR、增强现实技术AR等在内的各种可穿戴设备等。

静电驱动是MEMS微镜的主要驱动方式之一。工作时，通过周期性的电信号驱动微镜，产生静电力，使微镜的镜面作周期性运动。

现有的静电驱动式一维微镜，多采用平面梳齿驱动结构或者是垂直梳齿驱动结构，相应的工作模式仅是谐振模式或准静态模式。传统的MEMS微镜装置可提供的工作模式比较单一，采用不同的工作模式的设计，只能应用于相应的工作场景，而面对复杂的应用场景，需采用多款微镜装置，大大地提高了成本。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是传统一维微镜工作模式单一，不能应用于不同的工作场景的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种一维微镜，由SOI晶圆制成，所述SOI晶圆包括：第一器件层和第二器件层，所述第二器件层位于所述第一器件层的下方；

所述第一器件层包括镜面、驱动杆和第一固定框架，所述第一固定框架设置于所述驱动杆四周，所述驱动杆的一端和所述镜面刚性连接，所述驱动杆的另一端向远离所述镜面的方向延伸；

所述驱动杆上排布有动梳齿，所述第一固定框架靠近所述驱动杆的一侧设有第一静梳齿，所述动梳齿和所述第一静梳齿交错排布；

所述第二器件层包括第二固定框架，所述第二固定框架设有第二静梳齿，所述第二静梳齿和所述动梳齿垂直方向上交错排布。

进一步的，所述动梳齿包括外梳齿和内梳齿；

所述外梳齿排布在所述驱动杆靠近所述第一固定框架的一侧，所述内梳齿排布在所述驱动杆远离所述第一固定框架的一侧。

进一步的，所述驱动杆的数量为四个，所述驱动杆沿X轴方向设置，其中两个所述驱动杆分布于所述镜面的一侧，另两个所述驱动杆对称分布于所述镜面的另一侧。

进一步的，所述第一器件层还包括扭转轴，所述扭转轴的一端和所述第一固定框架相连，所述扭转轴的另一端和所述镜面相连。

进一步的，所述第一固定框架设有锚点，所述锚点向所述镜面方向延伸有连接杆，所述连接杆的一端和所述锚点相连，所述连接杆的另一端和所述扭转轴相连。

进一步的，所述第一固定框架上设有第一电隔离槽，所述第一电隔离槽为分隔式电隔离槽。

进一步的，所述扭转轴靠近所述连接杆的一端设有第一应力缓解槽，所述扭转轴靠近所述镜面的一端设有第二应力缓解槽，所述镜面上靠近所述扭转轴的边缘设有第三应力缓解槽。

进一步的，所述第二器件层还包括加固框架，所述加固框架的位置与所述驱动杆的位置相配合。

进一步的，所述SOI晶圆还包括第一绝缘层、第二绝缘层和衬底层，所述SOI晶圆由所述第一器件层、所述第一绝缘层、所述第二器件层、所述第二绝缘层和所述衬底层从上至下依次堆叠形成；

所述SOI晶圆设有空腔，所述驱动杆、所述镜面、所述扭转轴、所述第一静梳齿、所述动梳齿和所述第二静梳齿均位于所述空腔的正上方。

进一步的，所述衬底层还包括支撑杆，所述支撑杆的位置和所述连接杆的位置相配合，所述支撑杆在的长度小于所述连接杆。

采用上述技术方案，本实用新型所述的一维微镜装置具有如下有益效果：

本实用新型所述一维微镜包括：第一器件层和第二器件层，所述第二器件层位于所述第一器件层的下方；所述第一器件层包括第一固定框架、镜面和驱动杆，所述驱动杆上排布有动梳齿，所述第一固定框架靠近所述驱动杆的一侧设有所述第一静梳齿，所述动梳齿和所述第一静梳齿同一平面内交错排布；所述第二器件层包括第二固定框架，所述第二固定框架设有第二静梳齿，所述第二静梳齿和所述动梳齿垂直方向上交错排布；本实用新型所述动梳齿和所述第一静梳齿组成了平面内梳齿对，所述动梳齿又和所述第二静梳齿组成了垂直方向梳齿对，通过平面梳齿结构和垂直梳齿结构相组合的混合梳齿驱动结构，同时具备了准静态和谐振两种工作模式，适用于多种应用场景，达到“一镜多用”的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的一种一维微镜；

图2为本实用新型实施例的一种一维微镜侧视图；

图3为本实用新型实施例的一种第一器件层；

图4为本实用新型实施例的一种第二器件层；

图5为图1中A-A方向的断面图；

图6为图3中a框的细节图；

图7为本实用新型实施例的一种衬底层；

以下对附图作补充说明：

110-第一器件层；111-镜面；112-驱动杆；113-第一固定框架；114a-动梳齿；114b-第一静梳齿；115-扭转轴；116-锚点；117-连接杆；118-第一电隔离槽；119a-第一应力缓解槽；119b-第二应力缓解槽；119c-第三应力缓解槽；

210-第一绝缘层；

310-第二器件层；311-第二固定框架；312-加固框架；313-第二电隔离槽；314-第二静梳齿；

410-第二绝缘层；

510-衬底层；511-空腔；512-支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例1：

如图1和图2所示，一种一维微镜，由SOI晶圆制成，所述SOI晶圆包括：第一器件层110和第二器件层310，所述第二器件层310位于所述第一器件层110的下方；

如图3所示，所述第一器件层110包括镜面111、驱动杆112和第一固定框架113，所述第一固定框架113设置于所述驱动杆112四周，所述驱动杆112的一端和所述镜面111刚性连接，所述驱动杆112的另一端向远离所述镜面111的方向延伸；

所述驱动杆112上排布有动梳齿114a，所述第一固定框架113靠近所述驱动杆112的一侧设有第一静梳齿114b，所述动梳齿114a和所述第一静梳齿114b交错排布；

如图4和图5所示，所述第二器件层310包括第二固定框架311，所述第二固定框架311设有第二静梳齿314，所述第二静梳齿314和所述动梳齿114a垂直方向上交错排布。

通过上述技术方案的实施，本实用新型所述动梳齿114a和所述第一静梳齿114b组成了平面内梳齿对，所述动梳齿114a又和所述第二静梳齿314组成了垂直方向梳齿对，通过平面梳齿结构和垂直梳齿结构相组合的混合梳齿驱动结构，同时具备了准静态和谐振两种工作模式，适用于多种应用场景，达到“一镜多用”的效果。

所述镜面111的上表面蒸镀有金属反射层，材料为金或铝，厚度在50～500nm之间，所述镜面111的直径为1-20mm。

如图3所示，所述驱动杆112的数量为四个，所述驱动杆112沿X轴方向设置，其中两个所述驱动杆112分布于所述镜面111的一侧，另两个所述驱动杆112对称分布于所述镜面111的另一侧。

所述动梳齿114a包括外梳齿114m和内梳齿114n；

所述外梳齿114m排布在所述驱动杆112靠近所述第一固定框架113的一侧，所述内梳齿114n排布在所述驱动杆112远离所述第一固定框架113的一侧。

该实施例中，所述动梳齿114a和所述第一静梳齿114b组成的平面梳齿对为双排梳齿驱动结构，需要说明的是，本实用新型其他实施例中，根据实际需求也可设计成单排梳齿结构或者多排梳齿结构，均属于本实用新型的保护范围；另外，本实用新型实施例中未对所述梳齿结构的数目、尺寸、间距等特征作说明，所述梳齿结构的数目、尺寸、间距等具体特征均需根据实际的需求进行设计，因此其他实施例中对所述梳齿结构进行调整和修改的，均在本实用新型的保护范围内。

如图3所示，所述第一器件层110还包括扭转轴115，所述扭转轴115的一端和所述第一固定框架113相连，所述扭转轴115的另一端和所述镜面111相连。

所述第一固定框架113设有锚点116，所述锚点116向所述镜面111方向延伸有连接杆117，所述连接杆117的一端和所述锚点116相连，所述连接杆117的另一端和所述扭转轴115相连；

所述第一固定框架113上还设有第一电隔离槽118，所述第一电隔离槽118为分隔式电隔离槽，且围绕所述锚点116设置，所述第一电隔离槽118将所述第一固定框架113、锚点116和第一静梳齿114b电隔离；

所述锚点116的表面上设置有金属焊盘，所述金属焊盘通过金属蒸镀工艺形成；所述金属焊盘材料为金，厚度在50～500nm之间；通过引线连接所述金属焊盘，将外部电路提供的电信号接入所述微镜，所述金属焊盘的数目、尺寸和具体的排布位置根据实际需要进行设置。

如图6所示，所述扭转轴115靠近所述连接杆117的一端设有第一应力缓解槽119a，所述扭转轴115靠近所述镜面111的一端设有第二应力缓解槽119b，所述镜面111上靠近所述扭转轴115的边缘设有第三应力缓解槽119c，形成了三级应力缓解结构，降低了应力集中。

该实施例中，所述第三应力缓解槽119c是弧形槽，圆心位于所述镜面111中心；需要说明的是，本实用新型所述第一应力缓解槽119a、所述第二应力缓解槽119b和第三应力缓解槽119c的形状、尺寸和位置根据实际需求进行设置，且除所述三级应力缓解结构之外还可以是其他多级应力缓解结构。

如图4所示，所述第二器件层310还包括加固框架312，所述加固框架312的位置与所述驱动杆112的位置相配合，起到加固所述驱动杆112的刚性的作用；需要说明的是，本实用新型所述加固框架312的尺寸和具体的排布位置根据实际需要进行设置，厚度范围可在10～100μm之间变化。

所述第二器件层310还设有第二电隔离槽313，所述第二电隔离槽313围绕所述第二静梳齿314设置，将所述第二静梳齿314和所述第二固定框架311电隔离；所述第二器件层310设有金属焊盘，并在所述第一器件层110上设置窗口，所述窗口开口至所述第二器件层310的金属焊盘，通过引线将外部电路信号接入所述第二静梳齿314。

如图2所示，所述SOI晶圆还包括第一绝缘层210、第二绝缘层410和衬底层510，所述SOI晶圆由所述第一器件层110、所述第一绝缘层210、所述第二器件层310、所述第二绝缘层410和所述衬底层510从上至下依次堆叠形成；其中，所述第一绝缘层210和所述第二绝缘层410均为二氧化硅掩埋层，所述衬底层为单晶硅衬底层，所述第一器件层110和所述第二器件层310的厚度在10～100μm之间，所述二氧化硅掩埋层的厚度在0.1～3μm之间，所述单晶硅衬底层的厚度在100～800μm之间。

如图7所示，所述SOI晶圆设有空腔511，定义了所述微镜的可动范围，所述空腔511通过刻蚀所述衬底层510和所述第二绝缘层410形成，所述驱动杆112、所述镜面111、所述扭转轴115、所述第一静梳齿114b、所述动梳齿114a和所述第二静梳齿314均位于所述空腔511的正上方。

所述衬底层510还包括支撑杆512，所述支撑杆512的位置和所述连接杆117的位置相配合，所述支撑杆512在的长度小于所述连接杆117。

本实用新型所述微镜具有大镜面，通过平面梳齿结构和垂直梳齿结构相组合的混合梳齿驱动结构，使所述微镜具有准静态和谐振这两种工作模式，针对不同的应用场景，可选用不同的工作模式。另外，通过所述应力缓解结构，有效地解决了应力集中问题，极大地提高了微镜的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一维微镜，其特征在于，由SOI晶圆制成，所述SOI晶圆包括：第一器件层(110)和第二器件层(310)，所述第二器件层(310)位于所述第一器件层(110)的下方；

所述第一器件层(110)包括镜面(111)、驱动杆(112)和第一固定框架(113)，所述第一固定框架(113)设置于所述驱动杆(112)四周，所述驱动杆(112)的一端和所述镜面(111)刚性连接，所述驱动杆(112)的另一端向远离所述镜面(111)的方向延伸；

所述驱动杆(112)上排布有动梳齿(114a)，所述第一固定框架(113)靠近所述驱动杆(112)的一侧设有第一静梳齿(114b)，所述动梳齿(114a)和所述第一静梳齿(114b)交错排布；

所述第二器件层(310)包括第二固定框架(311)，所述第二固定框架(311)设有第二静梳齿(314)，所述第二静梳齿(314)和所述动梳齿(114a)垂直方向上交错排布。

2.根据权利要求1所述的一维微镜，其特征在于：

所述动梳齿(114a)包括外梳齿(114m)和内梳齿(114n)；

所述外梳齿(114m)排布在所述驱动杆(112)靠近所述第一固定框架(113)的一侧，所述内梳齿(114n)排布在所述驱动杆(112)远离所述第一固定框架(113)的一侧。

3.根据权利要求2所述的一维微镜，其特征在于：

所述驱动杆(112)的数量为四个，所述驱动杆(112)沿X轴方向设置，其中两个所述驱动杆(112)分布于所述镜面(111)的一侧，另两个所述驱动杆(112)对称分布于所述镜面(111)的另一侧。

4.根据权利要求1所述的一维微镜，其特征在于：所述第一器件层(110)还包括扭转轴(115)，所述扭转轴(115)的一端和所述第一固定框架(113) 相连，所述扭转轴(115)的另一端和所述镜面(111)相连。

5.根据权利要求4所述的一维微镜，其特征在于：所述第一固定框架(113)设有锚点(116)，所述锚点(116)向所述镜面(111)方向延伸有连接杆(117)，所述连接杆(117)的一端和所述锚点(116)相连，所述连接杆(117)的另一端和所述扭转轴(115)相连。

6.根据权利要求5所述的一维微镜，其特征在于：所述第一固定框架(113)上设有第一电隔离槽(118)，所述第一电隔离槽(118)为分隔式电隔离槽。

7.根据权利要求5所述的一维微镜，其特征在于：所述扭转轴(115)靠近所述连接杆(117)的一端设有第一应力缓解槽(119a)，所述扭转轴(115)靠近所述镜面(111)的一端设有第二应力缓解槽(119b)，所述镜面(111)上靠近所述扭转轴(115)的边缘设有第三应力缓解槽(119c)。

8.根据权利要求1所述的一维微镜，其特征在于：

所述第二器件层(310)还包括加固框架(312)，所述加固框架(312)的位置与所述驱动杆(112)的位置相配合。

9.根据权利要求5所述的一维微镜，其特征在于：所述SOI晶圆还包括第一绝缘层(210)、第二绝缘层(410)和衬底层(510)，所述SOI晶圆由所述第一器件层(110)、所述第一绝缘层(210)、所述第二器件层(310)、所述第二绝缘层(410)和所述衬底层(510)从上至下依次堆叠形成；

所述SOI晶圆设有空腔(511)，所述驱动杆(112)、所述镜面(111)、所述扭转轴(115)、所述第一静梳齿(114b)、所述动梳齿(114a)和所述第二静梳齿(314)均位于所述空腔(511)的正上方。

10.根据权利要求9所述的一维微镜，其特征在于：所述衬底层(510)还包括支撑杆(512)，所述支撑杆(512)的位置和所述连接杆(117)的位置相配合，所述支撑杆(512)在的长度小于所述连接杆(117)。

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