准静态偏转的电热式MEMS微镜

准静态偏转的电热式mems微镜
技术领域
1.本实用新型属于光电技术领域，涉及mems微镜的结构及性能改进，具体为一种准静态偏转的电热式mems微镜。


背景技术：

2.mems微镜技术是微光学系统与微系统的结合，被普遍应用于激光雷达、智能投影、虚拟现实以及智能医疗等相关领域。经过几十年的迅速发展，mems微镜在微机电领域更是大放异彩，其在通讯电子、照明、清洁能源以及汽车领域都有广泛的应用。
3.从驱动方式分类，现有的mems微镜一般为电磁式或者静电式。静电式mems微镜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，其驱动力较小。电磁式mems微镜为电流驱动，通过线圈等产生的磁场来使镜面产生扭转。与静电式mems微镜比较，电磁式需要配置永磁铁，模块尺寸相对较大。受现有结构的限制，电磁式或者静电式mems微镜难以实现偏转的精确控制以及大角度偏转或位移。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种准静态偏转的电热式mems微镜，用于解决现有技术中存在的问题。
5.为了实现本实用新型的目的，采用以下技术方案：
6.准静态偏转的电热式mems微镜，所述mems微镜包括带有镜片金属层的镜片应用层，所述镜片应用层底面与电热驱动层连接，电热驱动层下方设置基底层；所述电热驱动层从上至下依次为高膨胀层、电阻加热层、低膨胀层，电热驱动层的一端与基底层连接，另一端可以相对于基底层进行偏转，电阻加热层通过引线连接外部电源；当电阻加热层通电发热使高膨胀层、低膨胀层吸热膨胀并产生弯曲，带动镜片应用层沿电热驱动层与基底层的连接端偏转，调节电阻加热层的电流可以控制高膨胀层、低膨胀层的温度以及所述镜片应用层的偏转角度。
7.为了进一步实现本实用新型的目的，还可以采用以下技术方案：
8.如上所述的准静态偏转的电热式mems微镜，所述镜片应用层从上至下依次为镜片补偿层、镜片金属层和镜片承载层；所述镜片补偿层和镜片金属层面积应小于镜片承载层。
9.如上所述的准静态偏转的电热式mems微镜，所述镜片金属层采用聚酰亚胺材料制成，镜片承载层采用陶瓷材料制成，镜片补偿层采用sio2或者si3n4材料制成。
10.如上所述的准静态偏转的电热式mems微镜，所述引线设置在基底层内，引线位于电热驱动层与基底层连接端的外侧。
11.如上所述的准静态偏转的电热式mems微镜，所述基底层内设有与引线电连接的导电金属层，导电金属层位于电热驱动层与基底层连接端的外侧。
12.如上所述的准静态偏转的电热式mems微镜，所述导电金属层、引线为钛或者铂金
属材料制成。
13.如上所述的准静态偏转的电热式mems微镜，所述低膨胀层采用二氧化硅材料制成，高膨胀层采用铝或者铜金属材料制成，电阻加热层为钛或者铂金属材料制成的导电薄膜。
14.如上所述的准静态偏转的电热式mems微镜，所述基底层采用sio2或者si3n4材料制成。
15.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
16.本实用新型的电热式mems微镜属于一种新型光调配器件。基于mems制造工艺，与现有的自然光调配技术完全不同，它可以根据输入电压或电流的大小值来精准控制微镜镜面的偏转角度，实现对微镜偏转的精准控制。
17.该电热式mems微镜可以安装在车载前照大灯前部，替代传统afs自适应转向大灯，采用微镜偏转来实现控制光照范围的变化，相比传统自适应转向大灯，采用本实用新型公开的技术不仅可以提高光线转向速率，同时功耗更低，照射扫描范围也更广，在未来电动汽车领域自动驾驶与无人驾驶领域有更优异的应用价值。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。
19.图1为本实用新型的结构示意图；
20.图2是图1中所述引线部分的放大图；
21.图3是本实用新型的另一种状态图。
22.附图标记：
23.1-基底层，2-导电金属层，3-牺牲层，4-低膨胀层，5-电阻加热层，6-高膨胀层，7-镜片承载层，8-镜片金属层，9-镜片补偿层，10-引线。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.如图1-图3所示，本实施例公开的一种准静态偏转的电热式mems微镜，结构上由基底层1、电热驱动层和镜片应用层构成。镜片应用层底面与电热驱动层连接，电热驱动层下方设置基底层1。
26.基底层1材料和现有技术中的衬底类似，在结构上不同。该基底层1作为电热驱动层和镜片应用层的基座。电热驱动层从下至上包括相连接的低膨胀层4、电阻加热层5、高膨胀层6。镜片应用层从下至上包括相连接的镜片承载层7、镜片金属层8、镜片补偿层9。
27.参见图2所示，电热驱动层中电阻加热层5、高膨胀层6、低膨胀层4依次通过图形化与薄膜沉积的方式生长在基底层1材料上。其中，薄膜沉积方式可以采用化学气相沉积，也可以采用物理气相沉积。
28.电热驱动层的一端与基底层1固定连接，另一端可以相对于基底层1进行偏转，电
阻加热层5通过引线10连接外部电源。
29.继续参见图2所示，该镜片应用层包括镜片承载层7、镜片金属层8、镜片补偿层9。镜片承载层7通过图形化与薄膜沉积的方式生长在高膨胀层6上，同样的，薄膜沉积方式可以采用化学气相沉积，也可以采用物理气相沉积。镜片金属层8采用物理气相沉积沉积在镜片承载层7上，镜片补偿层9通过化学气相沉积沉积在镜片金属层8上。
30.如图3所示，本实施例的电阻加热层5可以由外部电源进行供电，电阻加热层5通电发热，使其上下两侧的高膨胀层6、低膨胀层4吸热膨胀并产生弯曲，带动镜片应用层沿电热驱动层与基底层1的连接端偏转。
31.因此，控制或者调节外部电源的电压或电流大小，实质上也是调节电阻加热层5的电流，就可以控制高膨胀层6、低膨胀层4的温度、膨胀变化，从而控制该镜片应用层的偏转角度，实现对该电热式mems微镜偏转角度的精准控制，除此外，通过结构及材料特性的设置，该镜片应用层在电阻加热层5的驱动下可以实现较大偏转角度，从而提高mems微镜的性能和适配范围、场景
32.为了方便引线10设置以及电阻加热层5供电，将引线10直接刻蚀在基底层1内，同时在基底层1内沉积有导电金属层2，方便该电热式mems微镜与外部电源的电连接。在导电金属层2上施加外接电压，通过调节电压或者电流强度，可以控制电阻加热层5的发热温度，进而实现调整热膨胀材料发热温度控制微镜偏转角度。
33.参见图1所示，本实施例中的镜片金属层8面积小于镜片承载层7的面积。
34.在加工制作后，由于该电热式mems微镜在生产过程中会产生一定的内应力，并且在该内应力的作用下导致电热式mems微镜开始就会存在一定的角度，因此电热驱动层自然上翘，覆盖有镜片金属层8保护的部分保持平直，没有镜片金属层8保护的部分自然弯曲，同时保证电荷的传递与电荷累积。
35.本实施例中基底层1材料采用sio2或者si3n4；导电金属层2、电阻加热层5采用铂或者钛导电金属薄膜。高膨胀层6、电阻加热层5采用铝或者铜，低膨胀层4采用sio2或者si3n4。引线10采用铂。镜片承载层7选用陶瓷材料、镜片金属层8采用聚酰亚胺、镜片补偿层9选用sio2或者si3n4。
36.本实用新型的电热式mems微镜制作方法流程如下：
37.（1）清洗基底层1，使用光刻法再通过图形化方法在基底层1上生长牺牲层3；然后使用化学气相沉积方法在牺牲层3上生长导电金属层2，完成后的制件作为基座；
38.（2）使用化学气相沉积方法在牺牲层3上沉积低膨胀层4，低膨胀层4上沉积电阻加热层5；
39.（3）采用光刻法在电阻加热层5与基座制件上刻蚀引线10，引线10与导电金属层2物理连接形成整体并电连接；
40.（4）使用化学气相沉积方法在电阻加热层5上沉积高膨胀层6；
41.（5）去除牺牲层3，使用物理气相沉积在高膨胀层6上沉积镜片承载层7，并以此沉积镜片金属层8、镜片补偿层9；
42.（6）器件结构形成后，将电阻加热层55与引线10相连，导电金属层22用于接外部电源的电压或者电流输入。
43.本实用新型的电热式mems微镜可以在多个领域广泛应用，举例如下：
44.1、智能百叶窗系统
45.百叶窗是常见的日光系统，由多个窗帘或水平放置的百叶窗组成，它们的角度可以调节以接收和重新定向日光，它可以将不同角度的入射阳光引向室内，百叶窗系统的局限性在于，百叶窗只能手动调节外界光线的进通量且不能将反射的太阳光加以利用，利用mems微镜技术可以将反射的太阳光聚焦在一点处，将太阳能转化为电能加工储存利用。
46.2、太阳能屋顶照明系统
47.太阳能屋顶照明是一种新型的采光技术，它安装在窗户上方，将阳光直射方向改为房间的中心，它由自适应蝴蝶阵列和菲涅耳透镜组成，将日光投射到弯曲的转向反射镜上，以适当的角度引入日光，太阳能屋顶照明系统的主要缺点是成本较高，需要安装太阳光收集器与导光管，同时也存在眩光效应。
48.3、车载自适应转向头灯照明系统
49.这是一种取代传统afs自适应转向大灯技术，将mems微镜安装在汽车前照灯前部，利用控制偏转微镜来实现光线偏转，不仅可以提高光线调整的灵敏度，还能够有效降低功耗，同时获得更广的照射区域。
50.4、太阳导向玻璃
51.太阳导向玻璃是另一种采光技术，其中双层玻璃之间应用不透明凹面丙烯酸树脂条，将来自任何方向的入射阳光重定向到房间的天花板。该系统不需要维护，并受两面玻璃的保护而不会损坏或污染，它的局限性在于阻碍了外部视觉而且重定向的角度也被固定。
52.本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。