微电动机械电视扫描装置及其制造方法制造方法及图纸

一种扫描装置，包括： 一块基板； 位于基板上的一个柔性接头； 连接在柔性接头上的一个支座； 形成在基板、柔性接头及支座中至少一个上的一个致动器，该致动器能使支座相对于基板运动；以及 该支座的上表面上的一个辐射准直元件。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及机械电视扫描机构，更具体地涉及按照用来制造单片集成电路的原理制造的微电动机械电视扫描机构，从而使扫描机构的物理尺寸为亚毫米大小的。通常，先有技术的机械电视扫描机构的尺寸较大，需要外部光源或传感器、具有有限的工作频率与几何视野、并且是易损坏的。此外，先有技术的机械扫描器通常包含许多部件。这种机构通常需要大量的复杂制造处理，因而成本高且可靠性低。因此，存在着对尺寸小、简化整体或其它非整体幅射源或传感器、具有宽广的几何视野、高工作频率及结构坚固的扫描机构的需求。在已知的机械电视扫描机构中，只有本专利技术所提供的扫描器是以十分相似于单片集成电路的方式制造的，从而使得装置的物理尺寸十分小。GOTO在5,097,354号美国专利中公开了一种静电致动的、扭力支承的二维扫描镜束扫描器。该扫描器由两个部件构成。除了其简单性以外，该扫描器的特征还在于限定反射镜的角偏转范围的扭力反射镜支架，该专利还公开了在Fresnel透镜的焦点平面中包括一摆动光电传感器的换能器。PETERSEN在IBMJ.Res.Develop.，卷24，第5号，1980年9月的名为“硅扭力扫描镜”的论文中公开了一种静电致动的且扭力支承在一条单一的扫描轴上的硅扭力扫描镜。这一公开的装置以两个部件构成，其中包含一个扫描镜元件。该扫描镜元件由单晶硅制成，从而由于晶体平面蚀刻而限制了制造精度。LIDDIARD在4,708,420号美国专利中公开了采用压电致动器及刚性固定在中央柔顺弯曲件上的反射镜的一种焦点平面扫描装置，这种配置容许绕两条轴的偏转。BURKE在4,230,393号美国专利中公开了采用柔顺弯曲件的一种双轴光学扫描器。该弯曲件是在两条轴上柔顺的，每一根轴具有一个相关的谐振。用一个机械振荡器在一端激励该弯曲件的振动，而一面扫描镜则位于其另一端上。该扫描镜响应机械振荡器的激励在相关的谐振频率上在两条轴上扫描。LAKERVELD等人在4,073,567号美国专利中公开了一种电磁致动的转动反射镜装置。该装置包含一个由一个单点轴承中心支承的摆动反射镜，轴承容许反射镜绕两条轴摆动。最后，BAKER等人在3,471,641号美国专利中公开了用电磁或压电致动器偏转反射镜的谐振扫描装置。该装置包含刚性固定在受致动器致动而能绕两条轴偏转的一个中央柔顺弯曲件上的一面反射镜。在下面的说明中所公开并详细描述的专利技术完成了对具有小的物理尺寸、整体光或其它辐射源或传感器、宽广的几何视野、高工作频率、坚固的结构、容易制造、低成本与高可靠性等理想特征的扫描装置的长期存在但在此前尚未完成的需求。按照一个方面，本专利技术为一扫描装置。该扫描装置包括用第一种材料制造的一块基板及位于基板上方的一个柔性接头。该柔性接头是用第二种材料制造的。该扫描装置还包括连接在柔性接头上的一个支座。该支座由第三种材料制成。此外，该扫描装置包括至少构成在基板、柔性接头与支座之一上的一个致动器。该致动器能使支座相对于基板运动。再者，该扫描装置在支座的上表面上包括一个诸如光学准直器等光学元件或其它能量处理元件。上面提及的材料可以是相同的或者为该装置的有效操作所需要的材料的组合。在一个实施例中，扫描组件由一块导电材料(诸如掺硼多晶硅)的十字(或其它)形薄片板构成。该板由一个由类似于制造该板的材料制成的柔性件通常中心地支承在一块基板上。该柔性件终止在通常在基板上的一个固定基座上，该基座包含四个(或任何其它所希望的适当数目)静电致动器电极。该柔性件从十字形(或其它形状)中央板的中心垂直延伸，并且有适当长度来允许十字(或其它)形状的中央板的充分角位移。四个(或其它所希望的数目)静电极(诸如具有喷镀铝膜的)位于十字(或其它)形状的中央板的四条臂的正下方的固定基座上，并作为十字(或其它)形中央板的静电致动器工作。各导电极的尺寸略小于(或等于)十字(或其它)形中央板的对应臂。导电线(诸如由喷涂铝膜制成的)或来自导电极的接点隔离的导体与位于固定基座上的垫片连通。在导电板、导电线与固定基座之间喷涂一层绝缘膜(诸如二氧化硅或者最好是氮化硅)。当在导电板与运动十字(或其它)形状中央板之间作用一电压时，在导电板与十字(或其它)形中央板之间感应产生吸力与斥力。这些力能导致十字(或其它)形中央板在绕两条各别的轴的方向上运动。上面提及的柔性件上包含任何数目的导电线(诸如用喷镀铝膜制成的)或喷镀在其外表面上的接点隔离的导体。这些线连通在位于十字(或其它)形中央板的顶侧上任何所希望的数目的光或其它辐射源或传感器与位于固定基座上的垫片之间。垂直于固定基座的柔性件并不是支承运动的十字(或其它)形中央板的唯一方法。在本专利技术的另一实施例中，十字(或其它)形中央板的悬挂是用一个薄片万向支架(完成的。在这一实施例中，将柔性材料(诸如多晶硅)的一块薄平板形片支承在固定基座上方，并穿孔成由两个薄的扭力柔性的共线支承件所外部支承的一个万向支承环。此外，该十字(或其它)形中央板是用穿孔形成在中央的。该十字(或其它)形中央板是由位于垂直于上述两共线支承件的位置上的另外两个薄的扭力柔性的共线支承件支承的。以这一方式，该中央板是能在任何要求的方向上自由地转动出柔性材料的薄片的平面的。十字(或其它)形中央板在其上表面上形成有任何要求数目的光或其它辐射源或传感器，带有从这些光或其它辐射源或传感器连通到位于固定基座上的静止电极的导线。整个万向支承组件悬挂在固定基座上方，固定基座上包含静电致动器板。悬挂运动十字(或其它)形中央板的另一种方法是用薄片形螺旋弹簧。在采用这一方法的本专利技术的一个较佳实施例中，将一块柔性材料(诸如多晶硅)薄片支承在固定基座上，并穿孔成从一个圆形(或矩形)孔的内边沿连通到十字(或其它)形中央板的外边沿上的一系列螺旋(平滑的或直线形不连续的)。以这一方式，中央板能在任何要求的方向上自由转动出柔性材料薄片的平面。十字(或其它)形中央板在其上表面上形成有任何要求数目的光或其它辐射源或传感器，带有从光或其它辐射源或传感器连通到位于固定基座上的静止电极的导线。整个弹簧组件悬挂在包含静电致动器板的固定基座上方。这些静电致动器可以上述万向支架板中相同的方式或者以下述方式工作。静电致动器基板以相同的形状形成并平行于螺旋弹簧。当在基板与弹簧之间作用一个电压电位时，便沿弹簧的全长作用了一个连续的力。由于弹簧是相当长的，作用在弹簧全长上的小力在连接中央板的点上引发一个相当大的偏移。上述创造性装置的任一实施例的致动不一定是静电的。另一种致动实施例的可能方法便是磁性。为了做到这一点，将镀铝膜的导体成形以构成十字(或其它)形中央板的臂上的螺旋线圈。当将该创造性装置放置在适当地定向的磁场中时，通过线圈中任何一个的电流会产生使十字(或其它)形件在已知方向上的偏转的力矩。通过选择的线圈的电流的适当组合能令十字(或其它)形中央板以要求的方式偏转。虽然是在线圈生成的磁场的控制下工作，本创造性装置以类似于先有技术中众所周知的圈转电流计的方式工作。又另一种致动十字(或其它)形中央板的方法涉及压电致动器。用于压电作用，构成四小块传统的压电晶体片(诸如氧化锌)，每一块在十字(或其它)形中央板的各臂正下方。压电晶体片单个地固定在创造性装置的基座与十字(或其它)形中央板的臂之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·D·约翰逊，
申请(专利权)人：米德凯姆公司，
类型：发明
国别省市：