一种具有分布式弹性结构的微镜

摘要

本发明涉及一种具有分布式弹性结构的微镜，包括：镜面，镜面支架，所述镜面支架环绕所述镜面设置，且所述镜面和镜面支架之间通过第一扭转轴相连；所述镜面和镜面支架关于所述扭转轴确定的旋转轴对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴产生偏转；所述镜面支架外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架两侧设置有静梳齿结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿对应的动梳齿结构，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成梳齿对；所述镜面支架通过分布式弹性结构与所述第一外框架连接。基于本发明提供的结构，能够更加有效地抑制干扰模式，同时实现高频、大角度和低动态形变的机械扫描。

权利要求

1.一种具有分布式弹性结构的微镜，其特征在于，所述微镜包括：镜面(11)，镜面支架(3)，所述镜面支架(3)环绕所述镜面(11)设置，且所述镜面(11)和镜面支架(3)之间通过第一扭转轴(9)相连；

所述镜面(11)和镜面支架(3)关于所述扭转轴确定的旋转轴(12)对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴(12)产生偏转；

所述镜面支架(3)外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架(3)两侧设置有静梳齿(1)结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿(1)对应的动梳齿(2)结构，所述静梳齿(1)结构和动梳齿(2)结构构成梳齿对；

所述镜面支架(3)通过分布式弹性结构与第一外框架(13)连接。

2.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，所述分布式弹性结构设置于所述镜面支架(3)中央延伸出来的横梁上，其延伸方向与所述旋转轴垂直，并通过锚点与第一外框架连接。

3.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，所述第一扭转轴包括线型扭转轴(9)和环形支撑件(10)，所述线型扭转轴(9)的一端与所述镜面支架(3)连接，所述线型扭转轴(9)的另一端连接于所述环形支撑件(10)的中部,所述环形支撑件(10)的两个端点与所述镜面(11)相连接。

4.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，柔性扭转轴(7)连接于镜面支架(3)与固定锚点(8)之间，用于支撑所述镜面支架(3)和导电。

5.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，所述静梳齿(1)结构和动梳齿(2)结构构成的梳齿对为垂直梳齿对或平面梳齿对。

6.一种具有分布式弹性结构的微镜，其特征在于，所述微镜包括：镜面，镜面支架，所述镜面支架环绕所述镜面设置，且所述镜面和镜面支架之间通过第一扭转轴相连；

所述镜面和镜面支架关于所述扭转轴确定的旋转轴对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴产生偏转；

所述镜面支架外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架两侧设置有静梳齿结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿对应的动梳齿结构，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成第一梳齿对；

所述镜面支架通过第一分布式弹性结构与第一外框架连接；

所述第一外框架外还具有包绕所述第一外框架的第二外框架，所述第一外框架外侧和所述第二外框架内侧还设置有第二梳齿对，以使得第一框架可以相对第二外框架发生偏转；

所述第一外框架和第二外框架之间经由第二分布式弹性结构连接。

7.根据权利要求6所述的微镜，其特征在于，所述第一梳齿对为垂直梳齿对或平面梳齿对；所述第二梳齿对为垂直梳齿对或平面梳齿对。

8.根据权利要求6所述的微镜，其特征在于，所述第一梳齿对于所述第二梳齿对垂直设置。

9.根据权利要求6所述的微镜，其特征在于，所述分布式弹性结构为如下弹性结构之一或其组合：平面弯折弹簧结构；

平面Z字形弹簧结构；

具有直线轴和至少一个方形框的平面弹簧结构；

具有直线轴和至少一个菱形框的平面弹簧结构。

10.一种激光雷达，包含权利要求1-9之一所述的具有分布式弹性结构的微镜。

说明书

一种具有分布式弹性结构的微镜

技术领域

[0001] 本发明涉及微机电系统(MEMS:Micro-electromechanical Systems)技术领域，具体涉及一种具有分布式弹性结构的微镜。

背景技术

[0002] 微镜是基于半导体微加工技术的光束偏转装置。由于具有体积小、扫描频率高和能耗低的特点，微镜在激光雷达、激光扫描投影、内窥镜和光开关等领域，拥有广泛的应用前景。其中激光雷达等应用对探测视场有很高的要求，这就需要微镜拥有充分的机械偏转角度。此外，为了实现更高的帧频和分辨率，微镜必须工作在高频模态。其次，过大的动态形变会导致出射激光光斑畸变，严重影响激光雷达的探测精度或扫描式投影的质量，通常要求微镜的最大动态形变不超过激光波长的十分之一。成熟的微镜芯片必须同时满足以上三个条件，对器件的设计和加工提出了很高的要求。

[0003] 微镜的驱动手段分为多种，其中静电驱动微镜工艺简单、结构紧凑，具有最广阔的应用前景。但是传统的静电驱动微镜中，梳齿和镜面构成近似刚性的整体，拥有相同的偏转角度。该类微镜通常有两种设计：其一，动梳齿直接分布在镜面边缘，当偏转角度增大时，动静梳齿对的极板间距会迅速变大，致使驱动力矩不足，角度无法持续增加；而且动梳齿直接与镜面边缘相连，会显著增大微镜的动态形变。其二，动梳齿分布在与微镜相连的刚性连接体上，此时梳齿的数量受微镜总尺寸限制，电容极板面积有限，静电驱动力无法支撑高频、大角度扫描。除上述缺陷外，传统微镜设计中动梳齿与镜面一起进行高速振动，面临更大的空气阻尼。因此，传统的微镜结构难以同时满足高频、大角度和低动态形变的指标。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种微镜结构，旨在实现高频、大角度和低动态形变的机械扫描功能，其具体技术方案如下：

[0005] 本发明的第一方面，提出一种具有分布式弹性结构的微镜，包括：镜面，镜面支架，所述镜面支架环绕所述镜面设置，且所述镜面和镜面支架之间通过第一扭转轴相连；所述镜面和镜面支架关于所述扭转轴确定的旋转轴对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴产生偏转；所述镜面支架外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架两侧设置有静梳齿结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿对应的动梳齿结构，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成梳齿对；所述镜面支架通过分布式弹性结构与所述第一外框架连接。

[0006] 进一步地，所述分布式弹性结构设置于所述镜面支架中央延伸出来的横梁上，其延伸方向与所述旋转轴垂直，并通过锚点与第一外框架连接。

[0007] 进一步地，所述第一扭转轴包括线型扭转轴和环形支撑件，所述线性扭转轴的一端与所述镜面支架连接，所述线性扭转轴的另一端连接于所述环形支撑件的中部,所述环形支撑件的两个端点与所述镜面相连接，

[0008] 进一步地，柔性扭转轴连接于镜面支架与固定锚点之间，用于支撑所述镜面支架和导电。

[0009] 进一步地，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成的梳齿对为垂直梳齿对或平面梳齿对。

[0010] 本发明的第二方面，提供一种具有分布式弹性结构的微镜，包括：镜面，镜面支架，所述镜面支架环绕所述镜面设置，且所述镜面和镜面支架之间通过第一扭转轴相连；所述镜面和镜面支架关于所述扭转轴确定的旋转轴对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴产生偏转；所述镜面支架外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架两侧设置有静梳齿结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿对应的动梳齿结构，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成第一梳齿对；所述镜面支架通过第一分布式弹性结构与所述第一外框架连接；所述第一外框架外还具有包绕所述第一外框架的第二外框架，所述第一外框架外侧和所述第二外框架内侧还设置有第二梳齿对，以使得第一框架可以相对第二外框架发生偏转；所述第一外框架和第二外框架之间经由第二分布式弹性结构连接。

[0011] 进一步地，所述第一梳齿对为垂直梳齿对或平面梳齿对；所述第二梳齿对为垂直梳齿对或平面梳齿对。

[0012] 进一步地，所述第一梳齿对于所述第二梳齿对垂直设置。

[0013] 进一步地，所述分布式弹性结构为如下弹性结构之一或其组合：平面弯折弹簧结构；平面Z字形弹簧结构；具有直线轴和至少一个方形框的平面弹簧结构；具有直线轴和至少一个菱形框的平面弹簧结构；

[0014] 本发明的第三方面，提供一种激光雷达，包含前述的微镜结构。

[0015] 本发明能够达到的有益效果：基于本发明提供的结构，能够更加有效地抑制干扰模式，同时实现高频、大角度和低动态形变的机械扫描。

附图说明

[0016] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

[0017] 图1是本发明实施例提供的具有分布式弹性结构的微镜结构示意图。

[0018] 图2(a)是本发明实施例提供的具有分布式弹性结构的微镜结构示意图。

[0019] 图2(b)是本发明实施例提供的具有分布式弹性结构的微镜结构示意图。

[0020] 图3(a)是本发明实施例提供的微镜异相放大模式的工作示意图。

[0021] 图3(b)是本发明实施例提供的微镜同相放大模式的工作示意图。

[0022] 图4(a)是本发明实施例提供的分布式弹性结构的示意图。

[0023] 图4(b)是本发明实施例提供的分布式弹性结构的示意图。

[0024] 图4(c)是本发明实施例提供的分布式弹性结构的示意图。

[0025] 图4(d)是本发明实施例提供的分布式弹性结构的示意图。

[0026] 图5是本发明实施例提供的基于垂直梳齿的微镜结构示意图。

[0027] 图6(a)是本发明实施例提供的具有分布式弹性结构的二维微镜结构示意图。

[0028] 图6(b)是本发明实施例提供的具有分布式弹性结构的二维微镜结构示意图。

[0029] 图7是本发明实施例提供的具有分布式弹性结构的微镜在激光雷达光路中实施的方法原理示意图。

[0030] 附图标记：

[0031] 静梳齿1；动梳齿2；镜面支架3；分布式弹簧4；固定锚点5；电隔离槽(深刻蚀槽)6；柔性扭转轴7；固定锚点8；线型扭转轴9；环形支撑件10；镜面11；旋转轴12；第一外框架13；
沿转轴方向曲折的弹簧15；沿转轴方向曲折的弹簧16；Z字形曲折所构成的弹簧 17；直线轴与一个或多个方形框架构成的弹簧18,19；一个或多个由直线轴和菱形框架构成的弹簧20；
第二外框架21；第二梳齿对22；第二分布式弹性结构23；第二固定锚点24；二维微镜的第一转轴25；二维微镜的第二转轴26；二维微镜的内部梳齿对27；二维微镜的外部梳齿对28。

具体实施方式

[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0034] 实施例一：

[0035] 本实施例将示例性描述微镜的基础结构和结构的力学性质，如图 1所展示的微镜结构，包括：镜面11，镜面支架3，所述镜面支架3 环绕所述镜面11设置。所述镜面11和镜面支架3之间通过第一扭转轴9相连。所述镜面11和镜面支架3关于所述扭转轴确定的旋转轴 12对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴12产生偏转；所述镜面支架3外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架3两侧设置有静梳齿 1结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿1对应的动梳齿2结构，所述静梳齿1结构和动梳齿2结构构成梳齿对；所述镜面支架3通过分布式弹性结构与所述第一外框架连接。

[0036] 在本实施例中，镜面11和镜面支架3是通过蚀刻同一SOI晶圆实现的，通过标准刻蚀工艺蚀刻固定区域，在SOI晶圆平面镂空镜面 11和镜面支架3之间的区域，镜面支架3整体环绕镜面11，在蚀刻过程中保留连接镜面11和镜面支架3之间的第一扭转轴9。

[0037] 所述镜面11和镜面支架3关于所述第一扭转轴确定的旋转轴12 对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴12产生偏转；所述镜面支架3外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架3两侧设置有静梳齿1 结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿1对应的动梳齿2结构，所述静梳齿1结构和动梳齿2结构构成梳齿对；所述镜面支架3通过分布式弹性结构与所述第一外框架连接。

[0038] 本实施例中，所述分布式弹性结构设置于所述镜面支架中央延伸出来的横梁上。如图1所示，所述横梁通过一蚀刻槽与镜面支架分隔，通过具有第一面积的连接部与镜面支架连接，并沿着与所述旋转轴垂直的方向向两侧延伸，所述分布式弹性结构设置在横梁的端部，所述分布式弹性结构自所述横梁的端部沿着与所述旋转轴垂直的方向延伸，并通过锚点与第一外框架连接。在图1所示的实施例中，四个分布式弹性结构分别通过四个锚点与第一镜面支架相连。由于分布式弹性结构具有在产生形变时提供反向作用力的性质，在镜面支架受力偏转时，分别位于镜面支架四周的分布式弹性结构会被拉伸，从而产生回复力，这样可以避免镜面支架在偏转过程中由于受力不均导致的非均匀形变。

[0039] 本实施例中，所述第一扭转轴包括线型扭转轴9和环形支撑件 10，所述线性扭转轴9的一端与所述镜面支架3连接，所述线性扭转轴9的另一端连接于所述环形支撑件10的中部,所述环形支撑件10 的两个端点与所述镜面11相连接。示例性地所述环形支撑件10呈圆弧形，所述圆弧、所述圆弧的两端向圆弧所在圆心延伸的两条半径与镜面外延围成环形支撑件10。所述圆弧的两端向圆弧所在圆心延伸的两条半径与镜面11形成两个触点，位于微镜两侧的两个弧形支撑件共形成四个接触点。多个接触点有利于改善镜面在受力偏转过程的动态特性，减少镜面本体由于局部受力而导致的过大形变。此外，环形结构与镜面形成的整体也有利于改善微镜的力学性质。多个接触点相较于双接触点也能够延长微镜的使用寿命。

[0040] 本实施例中，柔性扭转轴7连接于镜面支架3与固定锚点8之间，用于支撑所述镜面支架8和导电。具体地，镜面支架3与中央固定锚点8之间由柔性扭转轴相连，该扭转轴的扭转劲度远小于前述的分布式弹性结构，所提供的回复力矩可以忽略不计，只起支撑和导电的作用。

[0041] 本实施例中，所述静梳齿1结构和动梳齿2结构构成的梳齿对，为垂直梳齿对或平面梳齿对。

[0042] 图2(b)展示了微镜器件层正下方的掩埋绝缘层，材料为二氧化硅，厚度在0.2～20μm之间。绝缘层下方的单晶硅衬底层，经由反面深刻蚀形成了背腔，释放微镜器件层的可动部分。

[0043] 实施例二：

[0044] 本实施例将示例性讨论微镜的驱动原理和驱动特性，微镜结构如图1所示，包括：镜面11和镜面支架3，镜面11和镜面支架3关于旋转轴12对称，并且能够在外部驱动下绕转轴12关于平衡位置产生偏转。所述镜面11和镜面支架3之间由扭转轴相连，扭转轴为镜面提供回复力矩。静梳齿1分布于镜面支架3的两侧，与静梳齿1对应的动梳齿2对称分布于镜面支架3的两侧，与静梳齿1构成梳齿对。

[0045] 具体地，图1所展示的微镜结构中，使用单晶硅作为器件层，单晶硅器件层的厚度选择在10～100μm之间，镜面支架3的轴向长度在 0.25～10mm之间，其中动梳齿2对称分布于镜面支架3的两侧，并且梳齿对基本布满镜面支架的整个侧面。

[0046] 镜面支架3与两侧的第一固定锚点5之间由分布式弹簧4连接，所述分布式弹簧4布置于微镜的四个角上，呈对称分布，且与对应的第一固定锚点5相连。分布式弹簧4连接在由镜面支架3中央延伸出来的较短横梁上，这样的设计有利于减小镜面支架3两侧的非均匀形变。

[0047] 具体地，分布式弹簧的形貌可以是图1所示，在垂直于转轴的方向上拥有多个曲折。微镜的每一个角上可以布置多个弹簧单元，不同弹簧单元可以拥有不同的曲折数量。

[0048] 深刻蚀槽6用于将镜面支架3与静梳齿1电隔离，镜面支架3与第二固定锚点8之间由柔性扭转轴7连接，所述柔性扭转轴7的扭转劲度很小，基本不提供回复力，只起支撑镜面支架和导电的作用。

[0049] 在图1所示的微镜结构中，镜面支架3经由线型扭转轴9与环形支撑件10相连，环形支撑件10的一侧呈圆弧形，所述圆弧中部与线型扭转轴9的一端相连，所述圆弧、所述圆弧的两端向圆弧所在圆心延伸的两条半径与镜面外延围成环形支撑件10。所述圆弧的两端向圆弧所在圆心延伸的两条半径与镜面11形成两个触点，位于微镜两侧的两个环形支撑件共形成四个接触点。

[0050] 上述结构的微镜，若在动梳齿2和静梳齿1之间施加周期电压信号，即可在特定频率下激发共振模式，使镜面发生偏转。

[0051] 由于在结构中具有第一固定锚点5和第二固定锚点8两种固定锚点，与第一固定锚点5相连接的是分布式弹性结构，与第二固定锚点 8相连接的是线型扭转轴9。

[0052] 当分布式弹性结构4的扭转劲度小于线型扭转轴9时，微镜可以工作在异相放大模式，即镜面支架与镜面的振动相位相差180°(π)，且镜面支架偏转角度明显小于镜面。图3(a)是异相放大模式的工作示意图，在异相放大模式下，镜面11与镜面支架3绕转轴12反向同频偏转。

[0053] 当分布式弹簧4的扭转劲度大于线型扭转轴9时，微镜可以工作在同相放大模式，即镜面支架与镜面的振动没有相位差，且镜面支架偏转角度明显小于镜面。图3(b)是同相放大模式的工作示意图，在同相放大模式下，镜面11与镜面支架3绕转轴12同相同频偏转。

[0054] 一旦确定分布式弹簧4和线型扭转轴9的劲度系数，以及镜面支架3、环形支撑件10和镜面11的转动惯量，即可确定镜面偏转角度相对于镜面支架偏转角度的放大倍数M。

[0055] M的取值范围控制在2～50倍，此时动梳齿2的最大角速度是镜面最大角速度的M分之一，有效缓解了空气阻力对动梳齿2施加的阻力力矩。由于动梳齿2偏转角度小，与静梳齿之间的极板间距保持在有限的范围内，静电驱动力矩不会出现过大的衰减，从而扩大了镜面振幅与驱动电压曲线的线性范围，有利于实现更大角度扫描。

[0056] 镜面支架3尺寸比较大，有利于布置更多的梳齿对，增大电容极板面积，提高梳齿驱动力，使微镜器件能够满足高频、大角度的工作要求。镜面与线型扭转轴之间的多接点连接方式，能够有效压制镜面动态形变。

[0057] 动梳齿位于外镜两侧与静梳齿交叉分布，静梳齿经由焊接区与外部电源的另一极相连。当外部电源施加周期性电压激励时，微镜镜面即可进行一维旋转。

[0058] 在一个示例中，动静梳齿为平面梳齿。

[0059] 在一个示例中，动静梳齿为垂直梳齿。

[0060] 基于梳齿结构，该微镜既可以工作于谐振模式也可以工作于准静态模式。

[0061] 在本实施例中，动梳齿直接设置于外镜镜面两侧会增大外镜的动态形变。利用内镜和外镜分离，以及将连接机构设置于动态形变最小的设计可以有效地削弱该动态形变向内镜的传递。

[0062] 实施例三：

[0063] 图1中展示了在平面上回旋曲折的单弹簧结构作为分布式弹性结构。如图4所示，分布式弹性结构的具体结构还可以具有除图1所示的分布式弹簧4之外的其他结构。不同的分布式弹性结构在不同的扫描方式和微镜结构相配合。不同的分布式弹性结构还可以在同一个微镜结构中的不同位置。

[0064] 如图4(a)所示，分布式弹性结构包括沿转轴方向曲折的平面弹簧结构15、16，平面弹簧结构15、16的曲折数量和间距确定分布式弹性结构的胡克系数，通过调整弹性结构15,16的胡克系数，两个并列的弹簧结构会在同一形变量下产生不同的弹力，从而为镜面提供阶梯状的回复力，在压制动态形变方面具有更好的效果。

[0065] 如图4(b)所示，分布式弹性结构17包括两个平行的Z字形结构。根据具体的设计，分布式弹簧结构还可以采用一个或多个Z字形曲折所构成的弹簧结构。

[0066] 如图4(c)所示，分布式弹性结构包括直线轴与一个或多个方形框架构成的弹簧结构18、19，微镜发生偏转带动分布式弹性结构 18、19发生形变，其中的一个或多个方框可以缓冲形变对结构本身带来的冲击，延长其设计寿命，也能够使结构更加适合微镜的高频扫描场景。

[0067] 如图4(d)所示，分布式弹性结构包括一个或多个由直线轴和菱形框架构成的弹簧结构20，与图4(c)中的结构类似，菱形框架可以缓冲形变对结构本身带来的冲击，延长其设计寿命，也能够使结构更加适合微镜的高频扫描场景。与图4(c)中结构不同的是，棱形框架对缓冲直线轴向的拉伸力具有更好的效果。

[0068] 上述分布式弹簧4的四个角上的弹簧呈对称分布，每个角上的弹簧可以由一个或多个相同形貌的弹簧单元组成；每个角上的弹簧也可以由一个或多个、数量相同或不同的、不同形貌的弹簧单元混合组成。混合式的弹簧结构设计的优点是，更加有利于抑制只有单个弹簧形貌时微镜的干扰模式，有利于微镜保持在设计振动模态上稳定工作。

[0069] 实施例四：

[0070] 图1中展示了平面梳齿的微镜结构，图5则是基于垂直梳齿的微镜结构。如图5所示，该垂直梳齿结构中动梳齿与静梳齿不完全处于一个平面内，可以是图中所示的动梳齿在上、静梳齿在下的构型，也可以是与图中位置相反的动梳齿在下、静梳齿在上的构型。动梳齿和静梳齿可以是完全错开，也可以具有一定的重叠面积；动梳齿和静梳齿的厚度可以相同，也可以不同。

[0071] 实施例五：

[0072] 本实施例将描述二维扫描的微镜结构，图6(a)展示了基于分布式弹簧的二维微镜结构，该结构使用平面梳齿结构。从结构设计角度，本实施例二维微镜的结构实现是在一维微镜的基础上，增加包围在原镜面支架外围的第二镜面支架21，并在原第一镜面支架(下称第一镜面支架)和包绕所述第一镜面支架的第二镜面支架之间对称地布置第二组梳齿对22。第一框架与第二镜面支架之间经由分布式弹性部件23和固定锚点24实现相连。第一框架和第二框架分别具有旋转轴，第一框架的第一旋转轴25，第二框架的第二旋转轴26。在本实施例中，所述第一旋转轴和第二旋转轴相互垂直。位于第一框架和镜面之间的第一梳齿对驱动镜面绕第一旋转轴25转动，位于第一框架和第二框架之间的第二梳齿对驱动镜面绕第二旋转轴26转动。同时，驱动内部梳齿对和外部梳齿对即可实现微镜的二维扫描。

[0073] 图6(b)展示了另一种基于分布式弹簧的二维微镜结构，该结构是基于垂直梳齿的二维微镜结构。其中内部梳齿对27保持平面梳齿对的结构，外部梳齿对28使用垂直梳齿结构。

[0074] 具体而言，该垂直梳齿结构可以是如图6(b)所示的动梳齿在上、静梳齿在下的构型，也可以是动梳齿在下、静梳齿在上的构型；动梳齿和静梳齿可以是完全错开，也可以具有一定的重叠面积；动梳齿和静梳齿的厚度可以相同，也可以不同。同时驱动内部梳齿对27 和外部梳齿对28，即可实现镜面的二维扫描。其中内部梳齿对27必须驱动镜面进行谐振式扫描，而外部梳齿对28可以驱动第二镜面支架进行谐振式扫描或者准静态扫描；当两组梳齿对都进行谐振式驱动时，镜面可以对激光进行李萨如扫描；当内部梳齿对进行谐振式扫描，而外部梳齿对进行准静态扫描时，镜面可以对激光进行逐行扫描。

[0075] 实施例六：

[0076] 本实施例将介绍微镜的加工工艺和尺寸，如图1所示，微镜单晶硅器件层的结构图，该层厚度在10～100μm之间。静梳齿1和动梳齿 2构成平面梳齿对。其中动梳齿2对称分布于外框架3的两侧。外框架的轴向长度在0.25～10mm之间，梳齿对的布局要充分利用外框架的整个侧面。外框架3与两侧固定锚点5之间由分布式弹簧4连接，该弹簧布置于微镜的四个角上，呈对称分布。需要指出的是，分布式弹簧连接在由外框架中央延伸出来的较短横梁上，这样的设计有利于减小外框架两侧的非均匀形变。分布式弹簧的形貌可以是图1 所示，在垂直于转轴的方向上拥有多个曲折。微镜的每一个角上可以布置多个弹簧单元，不同弹簧单元可以拥有不同的曲折数量。深刻蚀槽6将外框架3与静梳齿1电隔离。外框架3与固定锚点8之间由柔性扭转轴 7连接，由于扭转轴7的扭转劲度很小，不提供回复力，只起支撑外框架和导电的作用。外框架3经由线型扭转轴9与环形支撑件10相连，进而由四个接触点与镜面11相接。镜面的特征尺寸在0.25～10mm 之间。

[0077] 微镜是光路中重要的光学中继部件和扫描器件。一方面，微镜的反射面尺寸定义了最大反射面积，另一方面，微镜基于自身的扫描式结构实现对于光束的扫描。

[0078] 实施例七：

[0079] 在前述实施例中提及了扫描镜的梳齿结构，本实施例则着重介绍前述具有垂直梳齿结构的微镜并阐述其加工方法。

[0080] 微镜结构设置在SOI晶圆上，所述SOI晶元从上到下依次为第一层单晶硅器件层、第一层氧化硅绝缘层、第二层单晶硅器件层、第二层氧化硅绝缘层和单晶硅衬底层。按照如下步骤制造所述微镜边缘的梳齿结构：

[0081] 步骤1，通过一次光刻，形成动梳齿和静梳齿的掩膜。

[0082] 步骤2，再通过干刻工艺依次刻蚀穿透第一层单晶硅器件层、第一层氧化硅绝缘层、第二层单晶硅器件层，并在第二层氧化硅绝缘层表面处停止。

[0083] 步骤3，在步骤2的刻蚀过程结束后，在晶圆表面形成光刻胶，光刻胶的种类和厚度要能够遮盖住干刻形成的缝隙。具体地，所述涂胶过程，可以一次涂胶形成，也可多次涂胶完成缝隙的覆盖。

[0084] 步骤4，也可以先沉积一层介质封住干刻缝隙，再进行涂胶。

[0085] 步骤5，然后光刻裸露出动梳齿和镜面部分，以光刻胶为掩膜刻蚀掉动梳齿和镜面结构上的第一层单晶硅器件层和第一层氧化硅绝缘层，并去除光刻胶。

[0086] 步骤6，接着沉积金属薄膜形成反射镜面和焊盘。

[0087] 步骤7，最后进行背腔刻蚀，释放微镜的可动结构。

[0088] 通过以上步骤形成的微镜，其静梳齿有上下两层，因此驱动电压的施加至少有如下三种情况：

[0089] 第一种情况，在上层静梳齿与动梳齿之间施加电压，实现谐振式、准静态或数字式扫描；

[0090] 第二种情况，下层静梳齿与动梳齿之间，实现谐振式扫描；

[0091] 第三种情况，上下层静梳齿交替施加驱动电压，不间断地对动梳齿施加静电力。

[0092] 在上述驱动方式中，静梳齿的某一层或两层的某一部分或全体可以施加静偏压，实现谐振频率的调节和偏转角度的反馈。本发明提出的垂直梳齿微镜，工艺简单、成本可控、功能丰富，并且无需牺牲器件性能，适用于多样的应用场景。

[0093] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。