偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜制造技术

一种偏转轴可以自由变换的二维MEMS倾斜镜，其上电极单边非对称的固定在基底上，通过在倾斜镜的不同排布方式的下电极块上加相同的电压值或在相同排布方式的下电极块上加不同的电压值，或将以上两种方案综合使用，完成二维MEMS倾斜镜的偏转轴的自由变换。本发明专利技术的倾斜镜灵活性高，有效提高了倾斜镜的光路转换效率和质量，降低了使用成本，有利于促进倾斜镜在光通讯、投影显示、光学成像以及激光共焦显微等领域的进一步应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于MEMS (Micro-electromechanical Systems)倾斜镜的制作领域，涉及用于光通讯、投影显示、光学成像以及激光共焦显微等领域的MEMS倾斜镜的设计制作，具体涉及一种偏转轴可以自由变换的二维MEMS倾斜镜。
技术介绍
光学倾斜镜在光通讯、投影显示、光学成像以及激光共焦显微系统中具有重要的应用价值。MEMS倾斜镜除了具备MEMS器件所共有的成本低、易于实现批量生产外，还具有动态响应快，功耗低等优点。二维MEMS倾斜镜可在一个器件上实现两维方向的光路转换， 空间占用体积小，工作效率高。传统的二维MEMS倾斜镜的偏转轴是正交的，当转换光路有特殊性要求时，如在一个受限空间内实现非正交方向上的两光路的相互转换时，不仅需要两次高精度的镜面偏转，效率低，而且还可能因空间局限性的限制而无法完成预定目标。若倾斜镜的偏转轴是非正交的，则镜子在实现绕其非正交轴方向上的光路转换时，偏转一次既可完成，相对效率高。可见在所转换光路呈非正交状态排布时，非正交二维MEMS倾斜镜具有独特的优势。根据文献1 [庄须叶、汪为民、陶逢刚、姚军、高福华。非正交二维MEMS倾斜镜的研制。光学精密工程，2011 (8)，In I^ress]报道，作者基于硅表面加工工艺设计并制作了非正交的二维MEMS 倾斜镜，镜面可以实现绕两个非正交偏转轴的倾斜偏转，两偏转轴的夹角是145. 37°，对实现绕145. 37°轴的光路转换可以一次完成，效率高。但是镜子的偏转轴固定不能移动，对于特定的需求，需要设计特定的镜子结构，使镜子的两偏转轴交成特定的角度，以使需要转换的光路恰好方便的被绕此轴旋转的镜面调制，增加了二维MEMS倾斜镜的制作成本，且由于设计和加工误差的存在，加工后的二维MEMS倾斜镜的两偏转轴夹角与设计的要求总存在一定的差别，如文献1中设计的两偏转轴的夹角角度是145°，但实际角度是145. 37°，造成倾斜镜对光路调制质量的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，以克服公知技术中存在的不足。为实现上述目的，本专利技术提供的偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，偏转轴可以自由变换的二维MEMS倾斜镜，其上电极单边非对称的固定在基底上，通过在倾斜镜的不同排布方式的下电极块上加相同的电压值或在相同排布的下电极块上加不同的电压值，或将以上两种方案综合使用，完成二维MEMS倾斜镜的偏转轴的自由变换。所述偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，其下电极由多个下电极块6排列组合而成，下电极块6的个数大于2个，且每个下电极块之间留有间距。所述偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，其中，下电极块超出上电极边界的纵向距离控制在-500 μ m至500 μ m之间，超出上电极边界的横向尺寸距离控制在-500 μ m至3500 μ m之间，负号表示下电极块在上电极内部。所述偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，其中，上电极与下电极块的距离为 0.5-100 μm。所述偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，其中，倾斜镜的镜面纵向在上电极内的缩进距离控制在-500 μ m至500 μ m之间，倾斜镜的镜面横向在上电极内的缩进尺寸控制在-500 μ m至500 μ m之间，倾斜镜的镜面与上电极上表面的距离为0. 5-100 μ m之间，负号表示倾斜镜的镜面在上电极的外部。本专利技术通过将倾斜镜的上电极单边非对称的固定在基底上并通过对倾斜镜的下电极块进行不对称加电，实现镜子偏转轴的自由变换，并使镜面可以绕所需角度的偏转轴自由的偏转，高效可靠的实现所要求的光路转换，提高倾斜镜的光路转换效率和质量。附图说明图1是本专利技术偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的结构示意图。图2是偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的剖面示意图。图3是偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的俯视图。图4是偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜上电极5与下电极块6的排布图。图5是偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的镜面1与上电极5的排布图。图6是偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6的排布示意图。图7是在偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6_4上加电时，倾斜镜的镜面偏转示意图。图8是在偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6_5上加电时，倾斜镜的镜面偏转示意图。图9是在偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6-1、6_2、6-3、6_4上加相同电压值时，倾斜镜的镜面偏转示意图。图10是在偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6-5、6_6、6-7、6_8上加相同电压值时，倾斜镜的镜面偏转示意图。 图11是在偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6_4、6_5上加相同电压值时，倾斜镜的镜面偏转示意图。图12是当在转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6_5上的电压值是下电极块6-4的10倍时，倾斜镜的镜面偏转示意图。图13是当在转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6_5上的电压值是下电极块6-1的10倍时，倾斜镜的镜面偏转示意图。图14是当在偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6_2和6_5上加相同的电压值时，倾斜镜的镜面偏转示意图。附图中组件符号说明1倾斜镜镜面；2-1膜层沉积基底；2-2硅基底；3固定梁；4绝缘层；5上电极板；6下电极块；7镜面支柱；8上电极与下电极的间距；9上电板与镜面的间距；10镜面的多晶硅层；11镜面金层；12固定梁的宽度尺寸；13下电极块的长度尺寸；14下电极块的宽度尺寸；15下电极块的纵向间距尺寸；16下电极块超出上电极的纵向尺寸；17下电极块的纵向间距；18上电极的纵向尺寸；19下电极块横向缩进尺寸；20上电极的横向尺寸；21固定梁的长度尺寸；22上电极超出镜面距离的横向尺寸；23镜面的横向尺寸；M镜面的纵向尺寸；25上电极超出镜面距离的纵向尺寸；6-1倾斜镜下边左端第一块下电极块；6-2倾斜镜下边左端第二块下电极块；6-3 倾斜镜下边左端第三块下电极块；6-4倾斜镜下边左端第四块下电极块；6-5倾斜镜上边右端第一块下电极块；6-6倾斜镜上边右端第二块下电极块；6-7倾斜镜上边右端第三块下电极块；6-8倾斜镜上边右端第四块下电极块；26倾斜镜偏转轴Y'与Y轴的夹角。具体实施例方式为解决
技术介绍
中偏转轴固定的二维MEMS倾斜镜在光路转换时存在的不足，提高二维MEMS倾斜镜的光路转换效率和质量，本专利技术提供一种偏转轴可以自由变换的二维 MEMS倾斜镜。请参阅图1、2、3、4、5和图6，分别是本专利技术偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的结构示意图、偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的剖面示意图、偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的俯视图、偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜上电极5与下电极块6 的排布图、偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜的镜面1与上电极5的排布图，以及偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜下电极块6的排布示意图。本专利技术的偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜由镜面1、膜层沉积基底2_1、硅基底2-2、固定梁3、绝缘层4、上电极5、下电极块6以及支撑柱7组成，其中下电极块6组合成倾斜镜的下电极。膜层沉积基底2-1与硅基底2-2共同形成偏转本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种偏转轴可以自由变换的二维ＭＥＭＳ倾斜镜，其上电极单边非对称的固定在基底上，通过在倾斜镜的不同排布方式的下电极块上加相同的电压值或在相同排布的下电极块上加不同的电压值，或将以上两种方案综合使用，完成二维ＭＥＭＳ倾斜镜的偏转轴的自由变换。

【技术特征摘要】
1.一种偏转轴可以自由变换的二维MEMS倾斜镜，其上电极单边非对称的固定在基底上，通过在倾斜镜的不同排布方式的下电极块上加相同的电压值或在相同排布的下电极块上加不同的电压值，或将以上两种方案综合使用，完成二维MEMS倾斜镜的偏转轴的自由变换。2.根据权利要求1所述偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，其下电极由多个下电极块6排列组合而成，下电极块6的个数大于2个，且每个下电极块之间留有间距。3.根据权利要求1所述偏转轴可自由变换的二维MEMS倾斜镜，其中，下电极块超出上电极边界的纵向距离控制在-500 μ m至500 μ m之间，超出...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄须叶，姚军，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90