[发明专利]带压阻传感器的微型二维扫描镜

摘要

带压阻传感器的微型二维扫描镜属于微扫描技术和MOEMS技术领域，其特征在于，该微型二维扫描镜由集成在单晶硅上的反射镜片、惯性产生器、受激块和柔性梁以及另外一个与所述受激块粘结的压电驱动器构成，其中，柔性梁的上下两端分别与反射镜片和受激块相连，在压电驱动器上叠加两个不同频率的正弦直流脉动电压后，反射镜片同时相对于柔性梁的x方向的弯曲轴和y方向的扭转轴作偏转运动，弯曲偏转角和扭曲偏转角分别由位于靠近受激块端部的以及位于柔性梁中部的两个惠斯顿电桥测出的电压V_B和V_T计算出，各惠斯顿电桥由分别采用掺硼或掺磷的压阻构成。本发明能对反射镜片两个方向上的偏转角进行实时测量，致动效率高，整体结构简单，加工容易。

主权项

1.带压阻传感器的微型二维扫描镜，其特征在于，含有：反射镜片(1)、惯性产生器(2)、受激块(3)、压电驱动器(4)和柔性梁(5)，其中，反射镜片(1)和惯性产生器(2)形成一个整体，呈“”形，水平部分是反射镜片(1)，垂直部分是惯性产生器(2)，其质心偏离柔性梁(5)的x方向的弯曲轴和y方向的扭转轴；压电驱动器(4)是一块压电陶瓷片，其输入信号是相互叠加的两个具有不同频率的正弦直流脉动电压，分别使反射镜片(1)对弯曲轴作弯曲偏转运动和对扭转轴作扭曲偏转运动，所述的正弦直流脉动电压U入表示如下： U入＝U1m(1+sinω1t)+U2m(1+sinω2t)其中U1m和U2m分别为两个正弦直流脉动电压的幅值，ω1和ω2分别为反射镜片(1)作弯曲偏转运动和作扭曲偏转运动的谐振频率；受激块(3)，与所述压电驱动器(4)相粘结；柔性梁(5)，上下两端分别与反射镜片(1)和受激块(3)相连接，在柔性梁(5)上设有：惠斯顿电桥电路(B)和惠斯顿电桥电路(T)，其中：惠斯顿电桥电路(B)位于柔性梁(5)靠近受激块(3)的端部，由四个P型压阻(6)、(7)、(8)、(9)组成，压阻(6)和压阻(8)形成对角，布置于[110]晶向，压阻(7)和压阻(9)形成对角，布置于[-110]晶向，该惠斯顿电桥电路(B)用于反射镜片(1)弯曲偏转角θB的测量，送往外部信号处理器的输出电压VB与弯曲偏转角θB的关系用下式表示：${\theta }_B=\frac{1.45l·V_B}{h·E·V_i}$ 其中l为柔性梁的长度，h为柔性梁的厚度，单位均为mm；E为硅的杨氏模量，单位为GPa；Vi为电桥的输入电压，与电桥输出电压VB的单位均为V；弯曲偏转角θB的单位为rad；惠斯顿电桥电路(T)由四个N型电阻(10)、(11)、(12)、(13)组成，位于柔性梁(5)的中部，压阻(10)和压阻(13)形成对角，布置于[-100]晶向，压阻(11)和电阻(12)形成对角，布置于[010]晶向，用于测量反射镜片(1)的扭曲偏转角θT，该惠斯顿电桥电路送往外部信号处理器的输出电压VT与扭曲偏转角θT的关系式如下：${\theta }_T=\frac{0.64\alpha ·l·V_T}{\beta ·b·G·V_i}$ 其中b为柔性梁的宽度，单位为mm；G为硅的剪切模量，单位为GPa；电桥输出电压VT的单位为V；扭曲偏转角θT的单位为rad；α和β为矩形截面柔性梁的扭转系数设定值；所述反射镜片(1)、惯性产生器(2)、受激块(3)和柔性梁(5)作为一个整体，选用(001)晶向的单晶硅，采用感应耦合等离子刻蚀ICP工艺加工而成，通过受激块(3)与压电驱动器(4)相粘结；所述压阻(6)至压阻(13)采用在硅材料中掺杂硼和磷形成。