CN104049361A - 一种面内mems驱动运动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面内MEMS驱动运动装置，采用两根V型电热驱动臂（7）配合杠杆原理，更加方便的实现了面内转动操作，且本发明设计面内MEMS驱动运动装置结构简单，实际应用过程中，更加便于实际操作控制面内的转动的角度，工作效率得到了提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种面内MEMS驱动运动装置。
背景技术
可变光衰减器被广泛地用于控制或调节光通信系统中的光强度。例如，在光通信网激光源中需要通过可变光衰减器来调节输出光强。可变光衰减器可基于不同的技术，包括波导指数变化，光束阻挡或偏转等。在微型机电系统(MEMS) 的可变光衰减器中，基于静电的装置是最常见的方法，通过施加电压来产生足够的驱动力，该原理需要大的尺寸与高昂封装成本，专利“一种基于杠杆放大原理的静电驱动MEMS变形镜”CN 101515065 B 利用四个静电驱动臂驱动其连接面外的杠杆机构构成二维MEMS扫描镜。在可变光衰减器中，也有少数使用电热驱动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电热驱动方式，采用杠杆原理，实现面内转动控制的面内MEMS驱动运动装置。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种面内MEMS驱动运动装置，包括底座边框、设置在底座边框表面上的供电焊盘、以及设置在底座边框内的运动架构；运动架构包括第一驱动杆、第二驱动杆、转动杆、长杆和两根V型电热驱动臂；两根V型电热驱动臂顶点相对、且运动方向相反的分别设在底座边框上相对的两条边上，其中，各根V型电热驱动臂的两端分别固定连接在底座边框上，并分别与供电焊盘电连接；第一驱动杆的一端与其中一根V型电热驱动臂的顶点柔性连接，第一驱动杆的另一端与转动杆的一端柔性连接，第二驱动杆的一端与另一根V型电热驱动臂的顶点柔性连接，第二驱动杆的另一端与转动杆的杆身柔性连接，转动杆的另一端与长杆的一端固定连接。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括电流隔离层，电流隔离层设置在底座边框与运动架构之间，以及设置在底座边框表面与供电焊盘之间。
作为本发明的一种优选技术方案：所述V型电热驱动臂的两边分别包括至少一根并排设置的电热驱动梁，各根电热驱动梁串联后与所述供电焊盘相连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述长杆为刚性长杆。
本发明所述一种面内MEMS驱动运动装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明设计的面内MEMS驱动运动装置，采用两根V型电热驱动臂配合杠杆原理，更加方便的实现了面内转动操作，且本发明设计面内MEMS驱动运动装置结构简单，实际应用过程中，更加便于实际操作控制面内的转动的角度，工作效率得到了提高；
（2）本发明设计的面内MEMS驱动运动装置中，还设计了位于底座边框与运动架构之间、底座边框表面与供电焊盘之间的电流隔离层，用于阻挡供电电流流入底座边框的结构中，影响对V型电热驱动臂的控制，进一步保证了针对面内转动的精确控制，使得工作效率进一步得到了提高；
（3）本发明设计的面内MEMS驱动运动装置中，针对V型电热驱动臂的两边，采用并排设置至少一根电热驱动梁，在实际应用过程中，能够有效提高V型电热驱动臂实时控制动作与效率；
（4）本发明设计的面内MEMS驱动运动装置中，针对长杆采用刚性长杆，具有一定的刚度，在转动过程中不会发生只是刚体运动，不发生变形，保证了面内转动动作的实时性，以及装置的使用寿命。
附图说明
图1是本发明设计的面内MEMS驱动运动装置的平面示意图；
图2是本发明设计的面内MEMS驱动运动装置的立体结构示意图；
图3是本发明设计的面内MEMS驱动运动装置中运动架构的平面示意图。
其中，1. 底座边框，2. 供电焊盘，3. 第一驱动杆，4. 第二驱动杆，5. 转动杆，6. 长杆，7. V型电热驱动臂。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本发明设计了一种面内MEMS驱动运动装置，包括底座边框1、设置在底座边框1表面上的供电焊盘2、以及设置在底座边框1内的运动架构；运动架构包括第一驱动杆3、第二驱动杆4、转动杆5、长杆6和两根V型电热驱动臂7；两根V型电热驱动臂7顶点相对、且运动方向相反的分别设在底座边框1上相对的两条边上，其中，各根V型电热驱动臂7的两端分别固定连接在底座边框1上，并分别与供电焊盘2电连接；第一驱动杆3的一端与其中一根V型电热驱动臂7的顶点柔性连接，第一驱动杆3的另一端与转动杆5的一端柔性连接，第二驱动杆4的一端与另一根V型电热驱动臂7的顶点柔性连接，第二驱动杆4的另一端与转动杆5的杆身柔性连接，转动杆5的另一端与长杆6的一端固定连接。本发明设计的面内MEMS驱动运动装置，采用两根V型电热驱动臂7配合杠杆原理，更加方便的实现了面内转动操作，且本发明设计面内MEMS驱动运动装置结构简单，实际应用过程中，更加便于实际操作控制面内的转动的角度，工作效率得到了提高。
在以上技术方案的基础之上：还包括电流隔离层，电流隔离层设置在底座边框1与运动架构之间，以及设置在底座边框1表面与供电焊盘2之间，用于阻挡供电电流流入底座边框1的结构中，影响对V型电热驱动臂7的控制，进一步保证了针对面内转动的精确控制，使得工作效率进一步得到了提高；而且所述V型电热驱动臂7的两边分别包括至少一根并排设置的电热驱动梁，各根电热驱动梁串联后与所述供电焊盘2相连接，实际应用过程中，能够有效提高V型电热驱动臂7实时控制动作与效率；不仅如此，所述长杆6为刚性长杆6，具有一定的刚度，在转动过程中不会发生只是刚体运动，不发生变形，保证了面内转动动作的实时性，以及装置的使用寿命。
本发明设计的面内MEMS驱动运动装置在实际应用过程中，设计底座边框1、设置在底座边框1表面上的供电焊盘2、以及电流隔离层和运动架构，运动架构设置在底座边框1内，电流隔离层设置在底座边框1与运动架构之间，底座边框1采用中部镂空设计，具有良好的导热率，且实际应用中具有一定厚度，一般大于200um；其中，运动架构包括第一驱动杆3、第二驱动杆4、转动杆5、长杆6和两根V型电热驱动臂7；两根V型电热驱动臂7顶点相对、且运动方向相反的分别设在底座边框1上相对的两条边上，如一根V型电热驱动臂7的顶点在驱动臂的作用下向上运动，另一根V型电热驱动臂7的顶点在驱动臂的作用下向下运动，其中，各根V型电热驱动臂7的两端分别固定连接在底座边框1上，并分别与供电焊盘2电连接，其中，所述V型电热驱动臂7的两边分别包括至少一根并排设置的电热驱动梁，各根电热驱动梁串联后与所述供电焊盘2相连接；第一驱动杆3的一端与其中一根V型电热驱动臂7的顶点柔性连接，第一驱动杆3的另一端与转动杆5的一端柔性连接，第二驱动杆4的一端与另一根V型电热驱动臂7的顶点柔性连接，第二驱动杆4的另一端与转动杆5的杆身柔性连接，转动杆5的另一端与长杆6的一端固定连接，所述长杆6采用刚性长杆6，实际应用中，长杆6的另一端可以连接透镜或MEMS微镜或反射镜。
本发明设计的面内MEMS驱动运动装置在实际应用操作过程中，通过供电焊盘2为两根V型电热驱动臂7提供电流，并控制电流大小，在V型电热驱动臂7上产生功耗的情况下，V型电热驱动臂7的温度升高，使其结构在轴线上发生位移，由于两根V型电热驱动臂7顶点相对、且运动方向相反的设置，因此，两根V型电热驱动臂7顶点的运动方向一个向上，一个向下，而且两根V型电热驱动臂7顶点与第一驱动杆3、第二驱动杆4、以及第一驱动杆3、第二驱动杆4与转动杆5之间采用柔性连接，所以两根V型电热驱动臂7顶点的相反方向上的运动，使得第一驱动杆3、第二驱动杆4和转动杆5在柔性连接方式在推力作用下变形，由转动杆5带动与之相连的长杆6发生面内的转动，这样设置在长杆6另一端的透镜或MEMS微镜或反射镜也会随之发生面内转动，实现本发明设计面内MEMS驱动运动装置的最终效果。
本发明设计的面内MEMS驱动运动装置在实际应用操作过程中，如图3所示，可以根据需要调整第一驱动杆3的长度、第二驱动杆4的长度、以及转动杆5连接第一驱动杆3的一端与第二驱动杆4连接转动杆5位置间的距离，即可以根据需要调整L1、L2、L3和L4的长度，进而实现控制长杆6在面内转动的角度；其中，减小转动杆5连接第一驱动杆3的一端与第二驱动杆4连接转动杆5位置间的距离，可以提高长杆6的转动角度；并且通过增加长杆6的长度，可以直接增加长杆6连接透镜或MEMS微镜或反射镜的一端的位移。除了以上方式外，通过增加供给V型电热驱动臂7的电流，同样可以实现提高长杆6转动角度的作用。
综上，本发明设计的面内MEMS驱动运动装置，采用两根V型电热驱动臂7配合杠杆原理，更加方便的实现了面内转动操作，且本发明设计面内MEMS驱动运动装置结构简单，实际应用过程中，更加便于实际操作控制面内的转动的角度，工作效率得到了提高；在此基础之上，还设计了位于底座边框1与运动架构之间、底座边框1表面与供电焊盘2之间的电流隔离层，针对V型电热驱动臂7的两边，采用并排设置至少一根电热驱动梁，均是进一步保证了针对面内转动的精确控制，使得工作效率进一步得到了提高。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (4)
1.一种面内MEMS驱动运动装置，包括底座边框（1）、设置在底座边框（1）表面上的供电焊盘（2）、以及设置在底座边框（1）内的运动架构；其特征在于：运动架构包括第一驱动杆（3）、第二驱动杆（4）、转动杆（5）、长杆（6）和两根V型电热驱动臂（7）；两根V型电热驱动臂（7）顶点相对、且运动方向相反的分别设在底座边框（1）上相对的两条边上，其中，各根V型电热驱动臂（7）的两端分别固定连接在底座边框（1）上，并分别与供电焊盘（2）电连接；第一驱动杆（3）的一端与其中一根V型电热驱动臂（7）的顶点柔性连接，第一驱动杆（3）的另一端与转动杆（5）的一端柔性连接，第二驱动杆（4）的一端与另一根V型电热驱动臂（7）的顶点柔性连接，第二驱动杆（4）的另一端与转动杆（5）的杆身柔性连接，转动杆（5）的另一端与长杆（6）的一端固定连接。
2.根据权利要求1所述一种面内MEMS驱动运动装置，其特征在于：还包括电流隔离层，电流隔离层设置在底座边框（1）与运动架构之间，以及设置在底座边框（1）表面与供电焊盘（2）之间。
3.根据权利要求1所述一种面内MEMS驱动运动装置，其特征在于：所述V型电热驱动臂（7）的两边分别包括至少一根并排设置的电热驱动梁，各根电热驱动梁串联后与所述供电焊盘（2）相连接。
4.根据权利要求1所述一种面内MEMS驱动运动装置，其特征在于：所述长杆（6）为刚性长杆（6）。
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