[发明专利]镜驱动设备和控制该设备的方法

说明书

技术领域

本公开的主题涉及镜驱动设备和控制该设备的方法，并且具体地涉及适用于用于光学扫描等中的光学偏转器的微镜设备的结构和用于控制该微镜设备的驱动的技术。

背景技术

微扫描器（以下称为通过使用硅（Si）微制造处理制造的“MEMS（微机电系统）扫描器）具有尺寸小并且与聚合物镜等相比功耗低的特征，聚合物镜为常规光学扫描模块。为此原因，MEMS扫描器预期广泛应用于从激光投影仪至诸如光学相干断层摄影（OCT）的光学诊断扫描器。

在用于驱动MEMS扫描器的各种方案中，使用压电物质的变形的压电驱动方案与其它方案相比能够实现每单位面积大的扭矩，并且使用简单的驱动电路，并且因此具有作为容许小尺寸和大扫描角的方案的潜力。

然而，不使用谐振的压电致动器具有小移位的问题。例如，在诸如OCT的内窥镜光学诊断的现场，期望待测量的目标上的扫描长度为至少1mm或更大（参照McCormick,D.等，“A Three Dimensional Real-Time MEMS Based Optical Biopsy System for In-Vivo Clinical Imaging”，Solid-State Sensors,Actuators and Microsystems Conference，2007，TRANSDUCERS2007，International’，pp.203-208）。例如，当并入直径为5毫米（5mmφ）的内窥镜探针中的MEMS扫描器对探针外0.5mm的点执行径向扫描，扫描1mm或更多时，需要至少20度或更大的光学偏转角。在单个压电单晶（unimorph）悬臂中实现该大的光学偏转角是困难的，并且需要一些发明才能。

作为显著地倾斜镜的手段，提出了一种结构，其中，例如悬臂本身折叠多次，形成波形形状，以插入镜部分，并且活动板用于万向节结构，由此实现非谐振二维（2D）驱动（参照Tani,M.，Akamatsu,M.，Yasuda,Y.，Toshiyoshi,H.，“A two-axis piezoelectric tilting micromirror with a newly developed PZT-meandering actuator”，Micro Electro Mechanical Systems，2007，MEMS.IEEE20^th International Conference(2007)pp.699-702）。在此方案中，压电悬臂被折叠以容许驱动，以交替地在相反方向上引起弯曲，由此放大移位。利用这个，镜能够显著地倾斜，无需使用谐振。

然而，虽然随压电悬臂折叠多次，此结构能够实现较大的旋转角，但是镜旋转运动和平移运动的谐振频率同时降低。这引起以下问题。

（1）镜的谐振容易由环境振动激发。

（2）当驱动镜以三角波或锯齿波旋转时，叠加旋转运动的谐振振动（正弦波分量）以改变驱动响应波形。

具体地，问题（1）在在诸如车辆装配目的或内窥镜目的的具有许多环境振动的使用目的的情况下的扫描期间引起光学路径长度和点的位置移动的波动，并且因此在实际使用中变得严重。

还有，采用万向节结构，增大了设备尺寸，并且因此用于总体需要3×3mm或更小的设备尺寸的内窥镜目的的应用是困难的。考虑到设备的尺寸的降低，期望不采用万向节结构的非谐振二维（2D）扫描器。在Singh,J.，Teo,J.H.S.，Xu,Y.，Premachandran,C.S.，Chen N.，Kotlanka,R.，Olivo,M.&Sheppard,C.J.R.（2008），“A two axes scanning SOI MEMS micromirror for endoscopic bioimaging”，Journal of Micromechanics and Microengineering18(2)，025001中提出了不使用万向节结构的热双晶类型的非谐振二维（2D）MEMS扫描器。

然而，例如Singh等公开的结构，在驱动镜绕x轴旋转时，归因于不涉及驱动的另一轴的致动器，反作用力工作，并且因此驱动效率显著降低。