[发明专利]静电MEMS微镜

说明书

本申请提供了一种静电MEMS微镜，可以应用在手机、麦克风、摄像头、雷达、光开光等器件上，包括：支撑梁、微镜和驱动组件；驱动组件包括梳齿框、以及位于梳齿框内的驱动梳齿；支撑梁和微镜通过梳齿框相连，梳齿框中与微镜连接的两条边框分别位于支撑梁的延伸线确定的旋转轴的两侧；驱动梳齿包括至少一对梳齿对，梳齿对包括动梳齿结构和静梳齿结构，动梳齿结构包括多个动梳齿，动梳齿的一端固定在梳齿框上，静梳齿结构用于与动梳齿结构产生静电力，其中，动梳齿的固定端到旋转轴的距离大于动梳齿的另一端到旋转轴的距离。该结构能够进一步提高静电MEMS微镜的转角范围和稳定性。

技术领域

本申请涉及微机电技术领域，尤其涉及一种静电MEMS微镜。

背景技术

微机电系统(micro electro-mechanical system，MEMS)技术是一种基于微电子技术将电子、机械和光学等功能模块集成为微米级系统的技术。MEMS技术将机械构件、光学系统、驱动部件和电控系统集成为一个整体单元，不仅能够实现采集、处理与发送信息或指令，还能够实现按照信息采取行动。与传统机械系统相比，采用MEMS技术的系统具有微型化、集成化、低能耗、低成本、高精度、长寿命，以及动态性好等优势。

现代光通信产业中的一项重要技术是在多个信道之间实现光互通，而转动式MEMS器件正是实现这一技术的关键器件之一。如图1所示，在驱动电压的作用下，MEMS驱动器带动反光面绕着转轴发生转动，从而可以精确地将入射光反射到不同的端口。

静电MEMS微镜是转动式微机电系统产品中的一种，其采用静电驱动的方式。所谓静电驱动技术，就是利用电荷间的库仑力作为驱动力进行驱动的技术。通过静电作用使可以活动的微镜面转动，从而改变光路。静电MEMS微镜的转角范围与稳定性直接决定了该器件的性能。扩大转角范围意味着反射光可以进入更多的端口，实现多端口光切换。此外，静电MEMS微镜的稳定性会受到诸如残余应力、温度变化、外界冲击等因素的干扰，比如残余应力会使器件发生屈曲，外界冲击会导致器件的断裂失效。

因此，如何提高静电MEMS微镜的性能是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种静电MEMS微镜，能够提高静电MEMS微镜的转角范围和稳定性。

第一方面，提供了一种静电MEMS微镜，包括：支撑梁、微镜和驱动组件；所述驱动组件包括梳齿框、以及位于所述梳齿框内的驱动梳齿；所述支撑梁和所述微镜通过所述梳齿框相连，所述梳齿框中与所述微镜连接的两条边框分别位于所述支撑梁的延伸线确定的旋转轴的两侧；所述驱动梳齿包括至少一对梳齿对，所述梳齿对包括动梳齿结构和静梳齿结构，所述动梳齿结构包括多个动梳齿，所述动梳齿的一端固定在所述梳齿框上，所述静梳齿结构用于与所述动梳齿结构产生静电力，其中，所述动梳齿的固定端到所述旋转轴的距离大于所述动梳齿的另一端到所述旋转轴的距离。

本申请实施例中，静电MEMS微镜的梳齿框位于旋转轴两侧，通过多个点与微镜接触并支撑微镜，该设计增大了静电MEMS微镜的惯性矩，从而提高了器件的稳定性。另外，动梳齿的一端固定在梳齿框上，由于旋转轴附近无梳齿框，因此可以把动梳齿的自由端延伸至旋转轴附近来增加动梳齿的长度，从而能够有效提高该器件的驱动力，进而提高转角范围。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述梳齿框关于所述旋转轴对称。

本申请实施例中，梳齿框关于所述旋转轴对称的情况下，该器件的驱动力和稳定性最佳。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述动梳齿在所述梳齿框上的固定点与所述旋转轴之间的垂直距离L₀的范围满足如下关系：0.7T₁/sinθ≤L₀≤1.1T₁/sinθ，其中，θ为所述微镜的最大转角，T₁为所述动梳齿的厚度。