镜驱动设备和控制该设备的方法技术

一种镜驱动设备，能够包括：镜部件，具有配置为反射光的反射表面；镜支撑部件，形成于所述镜部件的彼此对角的部分处；以及第一致动器和第二致动器，放置为围绕所述镜部件，其中，所述第一致动器和所述第二致动器均具有如下结构：纵向方向取向为第一轴的方向的多个第一压电悬臂和纵向方向取向为第二轴的多个第二压电悬臂耦合到一起以便被折叠，并且所述第一致动器和所述第二致动器中的每一个具有经由所述镜支撑部件中相关的一个镜支撑部件连接至所述镜部件的一端和连接至所述镜支撑部件附近的固定部件的另一端，所述一端耦合至所述镜支撑部件。

【技术实现步骤摘要】

本公开的主题涉及，并且具体地涉及适用于用于光学扫描等中的光学偏转器的微镜设备的结构和用于控制该微镜设备的驱动的技术。
技术介绍
微扫描器(以下称为通过使用硅(Si)微制造处理制造的“MEMS (微机电系统)扫描器)具有尺寸小并且与聚合物镜等相比功耗低的特征，聚合物镜为常规光学扫描模块。为此原因，MEMS扫描器预期广泛应用于从激光投影仪至诸如光学相干断层摄影(OCT)的光学诊断扫描器。在用于驱动MEMS扫描器的各种方案中，使用压电物质的变形的压电驱动方案与其它方案相比能够实现每单位面积大的扭矩，并且使用简单的驱动电路，并且因此具有作为容许小尺寸和大扫描角的方案的潜力。然而，不使用谐振的压电致动器具有小移位的问题。例如，在诸如OCT的内窥镜光学诊断的现场，期望待测量的目标上的扫描长度为至少Imm或更大(参照McCormick，D.等,“A Three Dimensional Real-Time MEMS Based Optical Biopsy System for In-VivoClinical Imaging，，，Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference,2007，TRANSDUCERS2007, International’，pp.203-208)。例如，当并入直径为 5 毫米(5.ιΦ )的内窥镜探针中的MEMS扫描器对探针外0.5mm的点执行径向扫描，扫描Imm或更多时，需要至少20度或更大的光学偏转角。在单个压电单晶(unimorph)悬臂中实现该大的光学偏转角是困难的，并且需要一些专利技术才能。作为显著地倾斜镜的手段，提出了一种结构，其中，例如悬臂本身折叠多次，形成波形形状，以插入镜部分，并且活动板用于万向节结构，由此实现非谐振二维(2D)驱动(参照 Tani, M., Akamatsu, M., Yasuda, Y., Toshiyoshi, H., “A two-axis piezoelectrictilting micromi rror with a newly developed PZT-meandering actuator”， MicroElectro Mechanical Systems,2007, MEMS.1EEE20th International Conference(2007)PP.699-702)。在此方案中，压电悬臂被折叠以容许驱动，以交替地在相反方向上引起弯曲，由此放大移位。利用这个，镜能够显著地倾斜，无需使用谐振。然而，虽然随压电悬臂折叠多次，此结构能够实现较大的旋转角，但是镜旋转运动和平移运动的谐振频率同时降低。这引起以下问题。(I)镜的谐振容易由环境振动激发。(2)当驱动镜以三角波或锯齿波旋转时，叠加旋转运动的谐振振动(正弦波分量)以改变驱动响应波形。具体地，问题(I)在在诸如车辆装配目的或内窥镜目的的具有许多环境振动的使用目的的情况下的扫描期间引起光学路径长度和点的位置移动的波动，并且因此在实际使用中变得严重。还有，采用万向节结构，增大了设备尺寸，并且因此用于总体需要3X3mm或更小的设备尺寸的内窥镜目的的应用是困难的。考虑到设备的尺寸的降低，期望不采用万向节结构的非谐振二维(2D)扫描器。在 Singh, J., Teo, J.H.S., Xu, Y., Premachandran, C.S., Chen N., Kotlanka, R., Olivo, M.&Sheppard, C.J.R.(2008), “A two axes scanningSOI MEMS micromirror for endoscopic bioimaging”， Journal of Micromechanics andMicroengineeringl8 (2) ,025001中提出了不使用万向节结构的热双晶类型的非谐振二维(2D) MEMS扫描器。然而，例如Singh等公开的结构，在驱动镜绕X轴旋转时，归因于不涉及驱动的另一轴的致动器，反作用力工作，并且因此驱动效率显著降低。相反，在日本专利申请特开N0.2008-040240中暗示了图26中描绘的结构。此图26引用如日本专利申请特开N0.2008-040240中图3公开的图。上述紧接着的致动器受到相反方向上的弯曲移位的影响，以累积偏转角用于至镜的传递，并且均具有受到绕彼此正交的两个轴方向的弯曲旋转的影响的多个悬臂，由此容许绕这些轴的二维旋转。根据此结构，在绕轴旋转的情况下，致动器响应于绕任何其它轴的驱动的反作用力不产生，并且因此能够有效地使用力。然而，图26中描绘的结构具有以下问题。 当产生竖直方向上的外来振动时，归因于惯性力，对镜产生角移位。 因为许多悬臂被折叠以获得足够的移位，所以谐振频率低，并且结构容易受到扰动的影响。 因为镜的中心与设备的中心不相配，所以当安装MEMS以便镜的中心放置在诸如内窥镜的圆柱管内时，需要大约双倍的空间
技术实现思路
·如上所述，常规MEMS扫描器具有以下问题。<关于偏转角的问题>不使用谐振的MEMS扫描器通常具有小的偏转角。如果例如通过折叠(fold)压电悬臂增大了偏转角，则谐振频率降低，响应速度下降，并且归因于干扰振动的噪声显著增大。还有，当通过使用诸如溅射的薄膜制作技术形成PZT薄膜来制作压电致动器时，归因于PZT薄膜的残余应力，致动器发生初始翘曲，由此引起镜的初始倾斜。特别是，当使用具有高压电性能的Nb掺杂的PZT时，此问题是显著的，因为残余应力高。当激活压电致动器时，如果执行施加有DC偏移的驱动，以防止PZT的极化反转，则镜的旋转角发生偏移。特别是，当使用具有高压电性能的Nb掺杂的PZT时，此问题是严重的，因为极化反转电场小并且因此需要施加DC偏移电压。<关于二维驱动的问题>在通过使用旋转活动板绕两个轴驱动的“万向节方案”的情况下，元件尺寸增大。在不使用万向节结构的常规结构的情况下，如果镜由用于绕X轴的旋转的致动器绕X轴旋转，则用于绕I轴旋转的致动器也变形，由此接收排斥力。为此原因，与万向节结构相比，偏转角降低了。考虑到这些背景作出了本公开主题并且本公开主题的目的是提供能够解决上述问题的镜驱动设备和控制该镜驱动设备的方法。为了实现上述目的，根据本公开主题的一种镜驱动设备包括:镜部件，具有反射光的反射表面；镜支撑部件，形成于所述镜部件的彼此对角的部分处；以及第一致动器和第二致动器，放置为围绕所述镜部件，所述第一致动器和所述第二致动器均具有如下结构:其中，纵向方向取向为第一轴的方向的多个第一压电悬臂和纵向方向取向为不与第一轴平行的第二轴的多个第二压电悬臂耦合到一起以便被折叠，并且所述致动器中的每一个具有经由所述镜支撑部件中相关的一个镜支撑部件连接至所述镜部件的一端和连接至所述镜支撑部件附近的固定部件的另一端，所述一端耦合至所述镜支撑部件。将根据说明书和对附图的描述阐述本专利技术的其它实施例。根据本公开主题，使用多个压电悬臂的组合，镜部件能够以大的偏转角倾斜。还有，如果使用诸如具有高压电常数的Nb掺杂的PZT的具有极优压电特性的材料，能够以相对小次数的折叠获得大的偏转角，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镜驱动设备，包括：镜部件，具有配置为反射光的反射表面；镜支撑部件，形成于所述镜部件的彼此对角的部分处；以及第一致动器和第二致动器，放置为围绕所述镜部件，其中，所述第一致动器和所述第二致动器均具有如下结构：纵向方向取向为第一轴的方向的多个第一压电悬臂和纵向方向取向为第二轴的多个第二压电悬臂耦合到一起以便被折叠，并且所述第一致动器和所述第二致动器中的每一个具有经由所述镜支撑部件中相关的一个镜支撑部件连接至所述镜部件的一端和连接至所述镜支撑部件附近的固定部件的另一端，所述一端耦合至所述镜支撑部件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：直野崇幸，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：