[发明专利]一种线型微机械双向扭转镜阵列及其制作方法

说明书

本发明公开了一种线型微机械双向扭转镜阵列及其制作方法，属于微光机电系统领域。该阵列的每组微镜单元主要包括一个镀有金属反射层8的微镜反射梁6和一个扭转支点3，两者形成为一体化结构，扭转支点3置于反射梁6下方的中线位置处，且贯穿整个微镜反射梁6的长度方向；微镜反射梁6通过其两端的微镜支撑结构9置于基底1上，且所述扭转支点3与基底1之间存在间隙。该扭转镜阵列可实现单一维度的偏转角度双向连续变化,具有高镜面填充率，工艺流程简单，其扭转支点与微镜反射梁一体化结构，提高了微镜单元偏转角度和偏转均匀性，保证了入射光线与法线所决定的平面与反射镜元阵列方向平行，改善了微镜在光学系统中的光场匹配特性。

所属领域

本发明属于微光机电系统领域，主要涉及微机电系统技术、微加工技术、光学反射技术等。

现有技术

作为一种重要的微光机电系统(Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems，MEOMS)器件，微镜在光纤通讯、投影显示、数据存储、精密测量、医疗成像和生物技术等国防和民用领域都有着广泛的应用，尤其是随着美国TI(Texas Instruments)公司的数字微镜器件(digital micromirror devices，DMD)在数字投影仪等商业领域的成功应用，微镜已逐渐成为MEMS领域的一个研究热点。尽管微镜的结构形式、制作材料、加工方法、扭转方式与应用领域千差万别，但是，微镜的驱动方式不外乎压电驱动、电磁驱动、电热驱动和静电驱动四种类型。电磁型微镜扫描范围大，频率高，但需外加磁场，整体体积大。压电型微镜驱动力大，但扫描范围小。热电型微镜驱动响应慢，频率低。而静电型微镜的研究比较早，且技术成熟，因为其驱动方式简单、加工制造容易以及功率消耗比较小，所以静电驱动方式在微镜的研究中得到了最为广泛的应用。

通过文献检索发现，TI公司早在1986年提出了DMD结构(US patent4615595(1986.10.7))，其由许多小型铝制反射镜、CMOS静态存储器、寻址电极、偏置电极、轭架、铰链等组成。DMD是微机电系统领域的重要器件，采用CMOS工艺制造微镜阵列并集成在CMOS存储器上面，在数字驱动信号的控制下能够迅速改变偏转角度，从而改变入射光的出射方向。微镜的转动是由微镜本身与下面的存储单元之间的电压差所产生的静电吸引来完成。当存储器单元处于“开”即“1”状态时，微镜转到+10°；当存储器单元处于“关”即“0”状态时，微镜转到-10°。2013年，上海交通大学提出了一种全铝型静电驱动微镜(CN 103336363A(2013.06.06))，包括微镜、支柱和下电极，通过静电驱动，可以实现绕反射镜元表面对角线连续偏转。上述微镜，主要有以下几点不足：多层结构导致制作工艺复杂，价格昂贵；像素型微镜阵列有效光学反射面积小；反射镜元表面不是沿垂直于阵列方向的轴偏转，使得后续光路设计变得复杂，在光学系统中的光场匹配特性较差。

发明内容

发明目的

针对现有技术中存在的问题，即多层结构导致制作工艺复杂和价格昂贵；有效光学面积小；在光学系统中的光场匹配性差，本发明提出了一种新型的线型微机械双向扭转镜及其阵列的加工方法，旨在通过采用复杂接触状况下的跨尺度反射镜特殊结构设计，提高微镜的有效光学反射面积以及镜面填充率；简化微镜制备工艺流程，降低加工成本；改善微镜在光学系统中的光场匹配特性，简化光学系统光路设计，促进光学系统小型化发展。

技术方案

本发明提出的线型微机械双向扭转镜阵列的结构参阅图1，采用静电驱动方式。所述线型微机械静电驱动双向扭转镜主要包括基底1和置于基底1上的N组微镜单元，每组微镜单元主要包括一个微镜反射梁6和一个扭转支点3，所述扭转支点3置于反射梁6下方的中线位置处，且贯穿整个微镜反射梁6的长度方向；所述微镜反射梁6和扭转支点3为一体化结构，通过微镜反射梁6两端的微镜支撑结构9与锚点10相连，使得所述微镜单元悬置于基底1上；且所述扭转支点3与基底1之间存在间隙；微镜反射梁6上镀有金属反射层8。