【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微机电系统领域，具体涉及一种微振镜结构及提高最大偏转角的方法。
技术介绍
1、扭转微镜是一种光学器件，主要应用于现代光学通讯、光计算、投影显示、高清晰度电视等方面。随着数字微镜器件的发展和优化，扭转微镜的研究逐渐减小至微米量级，目前已开发的数字微镜单元的镜面边长由17μm减小至5.4μm，同时通过设计多层结构提高装置的填充率，偏转角度也从10°增加至12°、17°。
2、其中扭转微镜的最大偏转角度与光学效率有关，如扫描镜的最大偏转角度决定扫描视野，数字微镜的最大偏转角度决定照明f数等，当需要增加偏转角时，通常采用提高电压的方式，但是通过提高电压增加最大偏转角度会导致结构产生pull-in现象，即当反射镜偏转时会产生向下的位移。传统消除pull-in现象的方法为：通过扭转微镜的结构设计和电压限制，使反射镜的向下的垂直位移小于反射镜与电极间距的1/3，但这些方法都会减小偏转角度的调节范围，降低微镜单元的光学效率。
3、因此，为了保证装置的填充率，且采用较小电压消除pull-in现象，本专利技术提供一种微振镜结构及提高最大偏转角的方法。
技术实现思路
1、要解决的技术问题：
2、为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种微振镜结构及提高最大偏转角的方法，该结构的偏转角调节模块采用杠杆原理，将电驱动结构2所产生的吸力、铰接结构3所产生的被动力、与支撑结构4构成杠杆系统，能够在较小动力下实现反射镜1偏转角的增大；本专利技术通过对柔性梁32
3、本专利技术的技术方案是：一种微振镜结构，包括反射镜1及位于其背面的偏转角调节模块，通过偏转角调节模块调节反射镜1的偏转角度；
4、所述偏转角调节模块包括电驱动结构2、铰接结构3及支撑结构4，所述电驱动结构2与反射镜1背面的边缘相对，铰接结构3耦合于反射镜1背面，支撑结构4位于电驱动结构2、铰接结构3之间；
5、所述电驱动结构2用于向所述反射镜1的一侧边缘施加吸力并驱动所述反射镜1垂直平动和绕轴转动；
6、所述铰接结构3位于所述电驱动结构2的上方；所述铰接结构3存在柔性区域，用于限制所述反射镜1的自由度，产生弯曲和扭转变形，并产生被动力；
7、所述反射镜1位于所述铰接结构3的上方；在所述反射镜1垂直平动和绕轴转动的过程中，所述反射镜1与所述支撑结构4接触并改变转轴，所述转轴由所述铰接结构3变为所述支撑结构4；
8、所述电驱动结构2提供的吸力与所述铰接结构3提供的被动力位于所述支撑结构4的两侧，且不发生重叠；
9、所述反射镜1与所述支撑结构4接触后，所述吸力、所述被动力与所述支撑结构4为杠杆系统，支点为所述支撑结构4。
10、本专利技术的进一步技术方案是：所述偏转角调节模块的电驱动结构2包括第一电极21和第二电极22，通过在第一电极21和第二电极22上施加电压产生静电力，所述静电力的发生区域与反射镜1的待偏转侧边缘相对，该静电力即为电驱动结构2向反射镜1边缘施加的吸力。
11、本专利技术的进一步技术方案是：所述第二电极22的正上方通过支撑结构4悬置有铰接结构3；第一电极21与反射镜1背面的边缘相对，作为静电力的发生区域；反射镜1固定于铰接结构3的顶端。
12、本专利技术的进一步技术方案是：所述支撑结构4包括第二支撑柱41，第二支撑柱41的底端固定于第二电极22上，顶端与铰接结构3外缘连接；
13、或者，所述支撑结构4包括第二支撑柱41和支点42；支点42和第二支撑柱41的底端固定于第二电极22上，第二支撑柱41的顶端与铰接结构3外缘连接，支点42不与铰接结构3外缘连接，所述支点42与第一支撑柱31的距离大于或等于第二支撑柱41与第一支撑柱31的距离。
14、本专利技术的进一步技术方案是：当微振镜结构存在所述支点42时，反射镜1在运动过程中其背面偏转至与所述支点42接触，当微振镜结构不存在所述支点42时，反射镜1在运动过程中其背面偏转至与第二支撑柱41接触。
15、本专利技术的进一步技术方案是：所述偏转角调节模块的铰接结构3包括第一支撑柱31和柔性梁32，第一支撑柱31将反射镜1悬置于柔性梁32的上方，反射镜1的偏转会带动柔性梁32产生的扭转变形和弯曲变形。
16、本专利技术的进一步技术方案是：所述第一支撑柱31连接于反射镜1背面和柔性梁32上表面之间；
17、所述柔性梁32为中心对称结构时，其周向外缘固定于四个第二支撑柱41顶端；所述第一支撑柱31位于柔性梁32的中心处；所述反射镜1的偏转时，第一支撑柱31会将扭转力矩和弯曲力矩传递至柔性梁32，所述柔性梁32产生扭转变形与弯曲变形；
18、所述柔性梁32为面对称结构时，其一侧外缘固定于远离第一电极21的两个第二支撑柱41顶端，另一侧呈悬臂结构；所述第一支撑柱31位于柔性梁32的悬臂端中心处；所述反射镜1的偏转时，第一支撑柱31会将扭转力矩和弯曲力矩传递至柔性梁32，所述柔性梁32产生扭转变形与弯曲变形。
19、本专利技术的进一步技术方案是：所述第二支撑柱41与所述支点42为矩形单元或矩形阵列。
20、本专利技术的进一步技术方案是：所述柔性梁32由扭转梁321和弯曲梁322耦合而成，其中扭转梁321与第一支撑柱31连接，用于提供扭转力矩；弯曲梁322耦合于扭转梁31的周向末端，与支撑结构4的顶端连接，用于提供弯曲力矩；通过扭转梁321和弯曲梁322的配合使得反射镜1在静电力的作用下能够同时产生偏转和垂直位移。
21、本专利技术的进一步技术方案是：所述柔性梁32通过增加扭转梁321与弯曲梁322的长度，或增加柔性梁32自由度的方式降低刚度，在反射镜1与第一支撑柱31的牵引下产生扭转与弯曲变形。所述柔性梁32的结构如下：
22、加长弯曲梁322结构：所述柔性梁32的扭转梁321为设置于中间的直梁，弯曲梁322为耦合于直梁两端的波浪式悬臂梁，通过改变波浪式结构的振幅和波长增加弯曲变形和扭转变形；
23、加长扭转梁321结构：所述柔性梁32的扭转梁321为设置于中间的x形梁，弯曲梁322为耦合于x形梁四个外端的四个v形悬臂梁，通过改变x形的梁臂长度或夹角增加弯曲变形和扭转变形；
24、加长扭转梁321和弯曲梁322结构：所述柔性梁32的扭转梁321为设置于中间的1个x形梁与4个“一”字形梁一体连接形成，弯曲梁322为耦合于“一”字形的4个n形梁；
25、增加自由度结构：所述柔性梁32为悬臂式结构，其弯曲梁322末端固定于远离第一电极21的两个第二支撑柱41的顶端；扭转梁321的悬臂端与第一支撑柱31固定连接，其末端与弯曲梁322的头部连接；通过改变弯曲梁322的形状实现其长度的改变，进而增加弯曲变形和扭转变形。
26、一种微振镜结构提高最大偏转角的方法，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微振镜结构，其特征在于：包括反射镜(1)及位于其背面的偏转角调节模块，通过偏转角调节模块调节反射镜(1)的偏转角度；
2.根据权利要求1所述一种微振镜结构，其特征在于：所述偏转角调节模块的电驱动结构(2)包括第一电极(21)和第二电极(22)，通过在第一电极(21)和第二电极(22)上施加电压产生静电力，所述静电力的发生区域与反射镜(1)的待偏转侧边缘相对，该静电力即为电驱动结构(2)向反射镜(1)边缘施加的吸力。
3.根据权利要求2所述一种微振镜结构，其特征在于：所述第二电极(22)的正上方通过支撑结构(4)悬置有铰接结构(3)；第一电极(21)与反射镜(1)背面的边缘相对，作为静电力的发生区域；反射镜(1)固定于铰接结构(3)的顶端。
4.根据权利要求1所述一种微振镜结构，其特征在于：所述支撑结构(4)包括第二支撑柱(41)，第二支撑柱(41)的底端固定于第二电极(22)上，顶端与铰接结构(3)外缘连接；
5.根据权利要求4所述一种微振镜结构，其特征在于：当微振镜结构存在所述支点(42)时，反射镜(1)在运动过程中其背面
6.根据权利要求1所述一种微振镜结构，其特征在于：所述偏转角调节模块的铰接结构(3)包括第一支撑柱(31)和柔性梁(32)，第一支撑柱(31)将反射镜(1)悬置于柔性梁(32)的上方，反射镜(1)的偏转会带动柔性梁(32)产生的扭转变形和弯曲变形。
7.根据权利要求6所述一种微振镜结构，其特征在于：所述第一支撑柱(31)连接于反射镜(1)背面和柔性梁(32)上表面之间；
8.根据权利要求7所述一种微振镜结构，其特征在于：所述第二支撑柱(41)与所述支点(42)为矩形单元或矩形阵列。
9.根据权利要求1所述一种微振镜结构，其特征在于：所述柔性梁(32)由扭转梁(321)和弯曲梁(322)耦合而成，其中扭转梁(321)与第一支撑柱(31)连接，用于提供扭转力矩；弯曲梁(322)耦合于扭转梁31的周向末端，与支撑结构(4)的顶端连接，用于提供弯曲力矩；通过扭转梁(321)和弯曲梁(322)的配合使得反射镜(1)在静电力的作用下能够同时产生偏转和垂直位移。
10.根据权利要求9所述一种微振镜结构，其特征在于：所述柔性梁(32)通过增加扭转梁(321)与弯曲梁(322)的长度，或增加柔性梁(32)自由度的方式降低刚度，在反射镜(1)与第一支撑柱(31)的牵引下产生扭转与弯曲变形；所述柔性梁(32)的结构如下：
11.一种权利要求1-10任一项所述微振镜结构提高最大偏转角的方法，其特征在于具体步骤如下：
12.根据权利要求11所述一种微振镜结构提高最大偏转角的方法，其特征在于：反射镜(1)在运动过程中，转轴发生改变；
13.一种微镜阵列，其特征在于：包括单个权利要求1-10任一项所述微振镜结构或呈阵列排布的若干权利要求1-10任一项所述微振镜结构，所述阵列排布形式为矩形排布或菱形排布。
...【技术特征摘要】
1.一种微振镜结构，其特征在于：包括反射镜(1)及位于其背面的偏转角调节模块，通过偏转角调节模块调节反射镜(1)的偏转角度；
2.根据权利要求1所述一种微振镜结构，其特征在于：所述偏转角调节模块的电驱动结构(2)包括第一电极(21)和第二电极(22)，通过在第一电极(21)和第二电极(22)上施加电压产生静电力，所述静电力的发生区域与反射镜(1)的待偏转侧边缘相对，该静电力即为电驱动结构(2)向反射镜(1)边缘施加的吸力。
3.根据权利要求2所述一种微振镜结构，其特征在于：所述第二电极(22)的正上方通过支撑结构(4)悬置有铰接结构(3)；第一电极(21)与反射镜(1)背面的边缘相对，作为静电力的发生区域；反射镜(1)固定于铰接结构(3)的顶端。
4.根据权利要求1所述一种微振镜结构，其特征在于：所述支撑结构(4)包括第二支撑柱(41)，第二支撑柱(41)的底端固定于第二电极(22)上，顶端与铰接结构(3)外缘连接；
5.根据权利要求4所述一种微振镜结构，其特征在于：当微振镜结构存在所述支点(42)时，反射镜(1)在运动过程中其背面偏转至与所述支点(42)接触，当微振镜结构不存在所述支点(42)时，反射镜(1)在运动过程中其背面偏转至与第二支撑柱(41)接触。
6.根据权利要求1所述一种微振镜结构，其特征在于：所述偏转角调节模块的铰接结构(3)包括第一支撑柱(31)和柔性梁(32)，第一支撑柱(31)将反射镜(1)悬置于柔性梁(32)的上方，反射镜(1)的偏转会带动柔性梁(32)...
【专利技术属性】
技术研发人员：黎永前，丁嘉谦，张超凡，乔大勇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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