[发明专利]一种微镜用扭梁及具有该扭梁的电磁式扫描微镜

说明书

本发明涉及一种弯折梁及具有该弯折梁的电磁式扫描微镜，属于微光机电系统领域。该弯折梁的中间部分经多次弯折形成近回形结构。通过两个弯折梁将微镜板悬置连接在固定边框内侧，微镜板能够绕弯折梁轴线进行偏转。弯折梁能够有效降低梁的扭转刚度，提升扫描微镜的机械扫描性能，还能起到缓冲作用，提高了器件的抗振动和抗冲击能力，从而弯折梁可以支撑较大尺寸的扫描微镜。可以与微镜板的厚度相同，这不仅减小了器件的加工时间和加工难度，提高加工效率，同样有助于提高器件的结构可靠性。微镜板背面掏槽以减重，提高器件在环境振动中的稳定性，减少谐振频率。利用MEMS技术将固边边框、微镜板与弯折梁集成在一起，工艺简单。

技术领域

本发明属于微光机电系统领域，涉及一种微镜用扭梁及具有该扭梁的电磁式扫描微镜。

背景技术

电磁式扫描微镜是微型近红外光谱仪核心工作器件，它利用微加工技术将扫描微镜、驱动器集成在一起，使其同时具有分光和扫描的功能。利用物质对不同波长红外辐射的吸收特性，近红外光谱仪能快速、无损地对物质的组分和含量进行定性、定量检测和分析。然而，传统的光谱仪大多采用固定光栅作为核心的分光器件，需要结合价格昂贵的近红外阵列式探测器进行光谱探测，使得光谱仪的价格一直居高不下，严重制约了光谱检测器件的应用与发展。

目前，国内外众多研究机构都对电磁式扫描微镜进行了研发和设计。但是，微镜的尺寸普遍较小，梁也大多采用扭转刚度较大的矩形截面直梁结构。而且，为了降低梁的扭转刚度，增大扫描微镜器件的机械扫描角，梁的厚度会被设计的比较薄，与扫描微镜板的厚度相差较大，这不仅导致器件的加工难度变大，而且影响了器件的结构可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微镜用扭梁及具有该扭梁的电磁式扫描微镜，以解决当前扫描微镜采用矩形截面直梁结构厚度较薄导致扫描微镜加工难度大、结构可靠性差的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微镜用扭梁，其特征在于：该扭梁为弯折梁，使其两端的梁体为平直结构，中间的梁体通过多次弯折形成近回形结构，两端平直结构的梁体与中间近回形结构的梁体处于同一轴线上；近回形结构中与轴线平行的梁体有多段，其中内侧相邻两段梁体之间的间距比外侧梁体和内侧梁体之间的间距大。

一种电磁式扫描微镜，包括两个如上所述的弯折梁、固定边框和微镜板，两个弯折梁的轴线与微镜板的轴线共线，两个弯折梁的一端分别连接微镜板，另一端分别连接固定边框，以将微镜板悬置在固定边框内侧，并且能够绕弯折梁的轴线进行偏转。

进一步，两个弯折梁、固定边框和微镜板的厚度保持一致。

进一步，微镜板的背面掏蚀有十字型凹槽。

进一步，十字型凹槽位于微镜板背面的中部，为轴对称结构，在其两个相互垂直的方向上所掏蚀的长度不同，形成短向侧和长向侧。

进一步，十字型凹槽的短向侧与弯折梁共轴线布置，且未贯穿微镜板，长向侧则贯穿微镜板。

进一步，固定边框和微镜板均呈矩形，弯折梁与固定边框共轴线布置。

进一步，固定边框、微镜板和弯折梁通过MEMS技术集成在硅基片上。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过将梁结构多次弯折得到弯折梁，能够有效降低梁的扭转刚度，提升扫描微镜的机械扫描性能，还能起到缓冲作用，提高了器件的抗振动和抗冲击能力，从而弯折梁可以支撑较大尺寸的扫描微镜。

2.由于弯折梁不必通过减小厚度来降低扭转刚度，所以在器件的设计过程中，弯折梁的厚度可以与微镜板的厚度相同，这不仅减小了器件的加工时间和加工难度，提高加工效率，同样有助于提高器件的结构可靠性。

3.微镜板背面掏槽能够减小微镜重量，提高器件在环境振动中的稳定性，减少谐振频率。