[发明专利]一种压电驱动的真空密封微镜

说明书

本发明公开了一种压电驱动的真空密封微镜，自下而上依次由基板、背腔板、隔离层、结构层以及前腔板连接构成。微镜内部具有真空腔体，结构层中的可动部分位于该真空腔体内；可动部分的振动均发生在真空环境中，不产生结构与空气相互作用的噪声，同时结构内部的微弱振动由于处于真空环境而无法通过空气传导至微镜外。微镜的结构层包括单轴和双轴两种形式，分别对应单轴微镜和双轴微镜。微镜采用压电驱动。本发明微镜采用一体化微纳制造工艺制备，实现了芯片级的真空密封，极大降低乃至消除了噪声，同时芯片体积小，结构紧凑，适用范围大。

技术领域

本发明涉及三维成像领域，具体涉及一种压电驱动的真空密封微镜。

背景技术

基于MEMS技术的振镜在投影、3D成像、汽车导航等领域广泛使用，是这些领域的核心器件之一。目前的MEMS振镜本身均为开放式结构，即振镜的反射面、可动结构等在流片完成之后均暴露在环境中，使用时通过后续的模组封装，将振镜封装在密封组件中，实现对振镜的保护。当前振镜的封装多为非真空封装，振镜在工作中由于反射镜面等可动部分在气体中的高频振动，产生不可忽视的噪声。这种噪声在部分应用场合影响较小，例如工业3D成像，但在消费电子领域，这样的噪声严重影响设备的使用体验，如不能有效消除噪声，这样的振镜无法在消费电子产品中真正规模化应用。如采用真空封装，则会造成密封难度增大，模组体积增大，成本升高问题；同时，目前对于振镜的真空封装主要采用胶粘剂等方式，难以长期保持真空，在较短期限内封装真空度下降，噪声水平显著上升，振镜模组在低噪声要求场景中无法继续使用。

发明内容

为接近上述问题，本发明提出一种压电驱动的真空密封微镜，该微镜具有真空密封腔体，可动结构均位于真空密封腔体内，微镜工作中可动结构不与空气作用，从而不产生噪声，与此同时，结构内部的微弱振动由于处于真空环境而不会传导至微镜外部，因此显著降低了微镜的噪声。微镜采用微纳制造工艺一体化制备，体积小，成本低，便于规模化应用。

为实现以上目的，采用如下方案：

一种压电驱动的真空密封微镜，所述真空密封微镜由自下而上依次连接的基板、背腔板、隔离层、结构层以及前腔板构成；所述背腔板是环状结构或框架结构；所述隔离层是环状结构或框架结构；所述结构层是环状结构或框架结构，所述前腔板的底部设置有凹型结构；所述基板、背腔板、隔离层、结构层以及前腔板围成的区域形成一个真空腔体。微镜内部具有真空腔体，结构层中的可动部分位于该真空腔体内；可动部分的振动均发生在真空环境中，不产生结构与空气相互作用的噪声，同时结构内部的微弱振动由于处于真空环境而无法传导至微镜外。

所述结构层由单轴微镜和外框构成，该单轴微镜设置在真空腔体内部。

所述单轴微镜由反射镜、第一驱动臂、第二驱动臂构成；所述的反射镜两侧分别通过第一驱动臂和第二驱动臂与外框连接；第一驱动臂和第二驱动臂共同驱动反射镜绕第一转轴振动；该第一转轴与第一驱动臂和第二驱动臂的连线平行。

所述的第一驱动臂、第二驱动臂由衬底和设置在衬底上表面的自下而上依次叠加的绝缘层、下电极、压电层以及上电极构成。

所述结构层由双轴微镜、动框以及外框构成，该双轴微镜和动框设置在真空腔体内部。

所述的双轴微镜由反射镜、第一驱动臂、第二驱动臂、第三驱动臂、第四驱动臂和动框构成；所述反射镜两侧分别通过第一驱动臂和第二驱动臂与动框连接，动框两侧分别通过第三驱动臂和第四驱动臂与外框连接；其中第一驱动臂和第二驱动臂的连线与第三驱动臂和第四驱动臂的连线垂直；第一驱动臂和第二驱动臂共同驱动反射镜绕第一转轴振动；第三驱动臂和第四驱动臂共同驱动动框绕第二转轴振动；其中第一转轴与第一驱动臂和第二驱动臂的连线平行，第二转轴与第三驱动臂和第四驱动臂的连线平行；即反射镜具有绕两个相互垂直的转轴振动的工作方式。

所述的第一驱动臂、第二驱动臂、第三驱动臂、第四驱动臂由衬底和设置在衬底上表面的自下而上依次叠加的绝缘层、下电极、压电层以及上电极构成。