基于光学转角测量装置的MEMS微镜高温可靠性测试方法

本发明涉及的是一种微机电系统(mems)领域测量装置，具体是一种应用于mems微镜高温可靠性试验的光学转角测量装置及其测试方法。

背景技术：

现有mems微镜以其功耗低、成本低、响应速度快、光束操控灵活等优点在汽车雷达领域展现出广阔的发展空间。温度可靠性是可靠性试验中的重要组成部分，激光偏转能力可作为衡量mems微镜可靠性的指标。

现有的mems微镜光学转角检测手段基本上依赖于微镜快慢轴梁上压阻应变传感器，但是外界温度同样会对压阻传感器的响应输出产生影响。在对mems微镜的高温可靠性测试时，环境温度较高，此时压阻应变传感器的监测信息不再可靠，无法作为微镜样品性能的观测指标。

技术实现要素：

本发明针对现有温度可靠性测试中，需要将mems微镜放置在密闭高低温实验箱进行实验，仅能通过其上的观察窗观察当前测试样品的工作情况，无法对其当前光学偏转信息进行定量化分析的缺陷和不足，提出一种基于光学转角测量装置的mems微镜可靠性测试方法，且实现便捷，可靠性高，检测机构易于生产加工。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及到一种基于光学转角测量装置的mems微镜可靠性测试方法，将待测试mems微镜置于高低温试验箱中，调整微镜的反射镜面与观察窗平行，测量观察窗与mems微镜封装玻璃片的距离，安装光学转角测量装置并打开激光器，使得激光出射点落在准直透镜的焦点上，利用凸透镜光会聚特性减小出射激光束的发散角，通过调节双头反向微调螺杆的旋进旋出程度调整前端机构和后端机构的相对位姿关系使得准直后激光垂直入射观察窗并对准mems微镜工作反射镜面，利用光学转角测量装置在光屏坐标纸上读取mems微镜的光学扫描长度，通过三角函数关系式计算所测试的mems微镜的光学转角。

所述的测量，至少三次并取平均值。

所述的光学转角测量装置包括：前端机构、后端机构以及两端分别与前端机构和后端机构活动连接的双头反向微调螺柱组件，其中：前端机构设置于高低温试验箱的观察窗上。

所述的前端机构包括：亚克力光屏、透光孔、坐标纸和支撑架，其中：坐标纸设置于亚克力光屏一侧以形成带有刻度的反射激光接收光屏，支撑架与亚克力光屏有坐标纸一侧粘接的同时与双头反向微调螺柱组件的一端活动连接。

所述的后端机构包括：夹持基体、准直透镜、激光器、紧定螺钉和透镜压板，其中：透镜压板与夹持基体同轴放置，准直透镜放置在透镜压板中间，上下两块半圆压板由压紧螺栓紧固，从而固定准直透镜；激光器设置于与双头反向微调螺柱组件活动连接的夹持基体中，其射出的激光在准直透镜焦点位置对心入射，经凸透镜会聚，达到减小激光发散角的目的。

所述的双头反向微调螺杆组件包括：四根双头反向细牙螺柱，该双头反向细牙螺柱相较于普通螺柱，可实现螺柱两端在前端机构和后端机构中同时旋进或者旋出，提高前后装置间距离的调节速度。

所述的粘接，采用氰基丙烯酸酯粘合剂。

所述的亚克力光屏中心处设有一透光孔，其半径优选为1mm。

所述的前端机构上设有坐标纸作为反射激光接收光屏以获得mems微镜当前光学扫描长度。

所述的激光器通过四个紧定螺钉固定于夹持基体中，通过调节四个紧定螺钉的旋进程度可以实现激光器空间位置的改变，四个紧定螺钉的可调节性允许该装置匹配不同型号不同直径的激光器。

所述的夹持基体采用圆形套筒结构。

所述的套筒上设有四个螺纹孔，沿周向呈90°间隔分布。

所述的透镜压板为两块半圆压板构成。

所述的四根双头反向细牙螺柱不仅可以现在前后装置之间距离调整，还可以实现前后端机构俯仰程度的调整，从而在有限的运动空间内实现更大行程、更高效的相对位姿调节。

所述的双头反向微调螺杆优选均采用细牙螺纹。

技术效果

本发明整体解决了在高温可靠性试验中的mems微镜光学转角测量的技术问题。高温试验环境会造成mems微镜的内置压阻应变传感器发生漂移，无法测量当前微镜样品的光学转角。

与现有技术相比，本发明在常温环境中，从高低温试验箱外便可对mems微镜的光学转角进行实时测量，对当前测试样品的性能进行定量评估。采用的测试装置结构简单且加工成本低，易于实现；通用性强，可对进行高温可靠性测试的微镜样品的激光偏转能力进行简易测量，同时也能在开放环境中测试mems微镜的光学偏转角；利用该装置和对应的三角关系式能够准确获知mems微镜当前两个方向上的光学转角。

本装置采取精细调节的机械结构，手动调节就可保证入射激光垂直入射高低温试验箱的观察窗，降低了光学转角测量过程中激光对准难度，增加了高温可靠性试验的精确性和可靠性。此外，该装置中的凸透镜能够有效地减小激光束的发散角，获得发散角更小的入射激光束，从而经过微镜反射的激光在光屏上形成的扫描图样边缘更加清晰，以便测得准确的光学扫描长度，使mems微镜高温可靠性试验结果更有说服力。

附图说明

图1为本发明的斜二测视图；

图2为本发明的装配体爆炸体；

图3为本发明的前端机构示意图；

图4为本发明的双头反向螺柱示意图；

图5为本发明的后端机构示意图；

图6为本发明的光学转角计算示意图；

图7为实施例效果示意图；

图中：观察窗1、透光口(光屏)2、支撑架3、亚克力光屏4、准直透镜5、双头反向螺柱6、右旋螺纹6.1、左旋螺纹6.2、微调码盘6.3、夹持基体7、激光器8、紧定螺钉9、透镜压板10、压紧螺栓螺母11。

具体实施方式

如图1所示，为本实例涉及一种基于光学转角测量装置的mems微镜高温光学性能测试方法，具体包括以下步骤：

1)将坐标纸平整的粘贴到亚克力光屏4一侧，粘贴过程中保证坐标纸与光屏贴合良好，没有凸起与褶皱。

2)将前端机构、后端机构和双头反向微调螺柱组件三部分组装到一起，其中，四根双头反向细牙螺柱一端旋进前端机构的支撑架中，另一端旋进后端机构的夹持基体中。调节四根螺柱的旋进程度，初步调整前后装置相对位姿。

本装置可容纳直径9-15mm的激光器。

3)将亚克力光屏4未粘贴坐标纸一侧通过丙稀酸胶粘贴于实验箱的观察窗1上，在固定过程中要注意保证坐标纸光屏未发生偏转。

4)将激光器8插进夹持基体7中，打开激光器8电源开关，通过调节四个紧定螺钉9旋进程度使激光出射点落在准直透镜5的焦点上，该调节过程通过观察落在光屏4上的光斑进行判断，当在光屏4上可观察到边缘清晰、亮度高的圆形光斑时则证明激光器8位置调节完成，激光器8与透镜5对心成功，调节过程结束。

5)对心成功后，分别调节四根双头微调反向螺柱6的旋进程度来调整后端机构与前端机构的相对位姿关系。由于透光孔2直径足够小，当在坐标纸上无法观察到上一步观察到的光斑时，则证明此时激光束垂直透过透光孔，前后装置相对位姿调节成功，垂直调节过程结束，此时激光通过准直透镜5的光会聚作用达到消散效果，而且垂直入射观察窗1输出至mems微镜的反光镜上，驱动mems微镜，开始高温可靠性测试。

6)测量待测mems微镜镜面与光屏之间的距离，记录为d。读取光屏坐标纸上反射激光的扫描长度，如图6所示，记录两个方向上的激光扫描长度l，通过三角关系式可计算得知当前待测mems微镜的机械转角：从图6可知，光学扫描长度l和光屏到mems微镜样品的距离d构成了一个直角三角形，图中待测mems微镜的机械转角α等于直角三角形中的锐角θ，其中l、d均可由测量得知，则待测mems微镜的机械转角通过记录激光扫描长度l随时间变化的曲线，再结合上式可得到待测mems微镜在某一特定工况下的偏转性能退化曲线，即α-t曲线，从而评估微镜的温度可靠性。

经过具体实际实验，在150℃温度试验箱中对mems微镜进行高温可靠性实验，选择波长为660nm红光二极管作为激光源，透镜焦距为15mm，按照上述步骤调节整个测量装置进行试验，能够得到的实验数据是：随试验时间增加光屏上水平和垂直方向上的激光扫描长度l，从而得到mems微镜的fov视场角，部分试验结果如下图7所示，从图中可得知在试验的230小时内，待测mmes微镜的激光偏转性能未出现明显退化。

与现有技术相比，本发明通过在光屏上坐标纸可直接读取当前激光扫描长度；通过凸透镜会聚功能减小了激光器的发散角；使用精细机械结构降低的入射角调整难度；通过简易的三角数学关系式即可获知当前样品的机械转角，从而准确评估待测mems微镜的偏转性能。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。