УДК 621.3.049.77.001.2
ЛЫСЕНКО И.Е., ПЕРЕВЕРЗЕВА А.С.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО МИКРОЗЕРКАЛА
Таганрогский государственный радиотехнический университет,
347928, г. Таганрог, ГСП-17а, пер. Некрасовский, 44, кафедра КЭС,
тел.: (8634) 311584, e-mail: igor@fep.tsure.ru
В настоящее время микрозеркала являются одним из основных
элементов микрооптоэлектромеханических систем (МОЭМС). Изме-
нение направления оптического сигнала путем отражения от рефлек-
тивной поверхности требуется во многих случаях применения
МОЭМС [1,2].
На рис.1 представлена конструкция интегрального микромеха-
нического зеркала с электростатической активацией, изготовляемого
по технологии поверхностной микрообработки [3].
0
X
1
7
2
6
Y
5
7
7
3
4
7

Рис.1 Интегральное микрозеркало
Для отклонения структуры микрозеркала используются четыре
электростатических актюатора, образованных отклоняющими элек-
тродами 1-4 и зеркальным элементом 5. Как видно на рис.1, поворот-
ный узел 6 интегрального микрозеркала располагается под структурой
зеркального элемента, что позволяет сократить занимаемую микрозер-
калом площадь на кристалле. Для контроля положения структуры
микрозеркала используются четыре емкостных преобразователей пе-
ремещений 7.
В данной работе выполнено моделирование микрозеркала в
двух режимах работы.

Первый режим. При подаче напряжения на один из отклоняю-
щих электродов, между ним и структурой микрозеркала возникает
электростатическая сила, которая притягивает зеркальный элемент к
отклоняющему электроду. Торсионные балки упругого подвеса испы-
тывают кручение. Собственная угловая частота колебаний зеркального
элемента в данном случае определяется следующим выражением:
G ((
3
w h ) / 3 + ( 3
w h) / )
4

0
w =
, (1)

6
2
L h ( 2
L - (L + 2 cos L )2 )
b
m
o
b
где G - модуль сдвига; w, h - ширина и толщина торсионных балок;
- плотность структурного материала; Lb - длина упругого подвеса;
Lm - длина зеркального элемента; Lo - длина крепления; - угол на-
клона балок.
На рис.2 представлено изменение собственной угловой частоты
колебаний зеркального элемента от длины балок упругого подвеса с
прямоугольным сечением.

Рис.2. Изменение собственной угловой частоты колебаний
зеркального элемента от длины балок
Второй режим. При подаче напряжения на два отклоняющих
электродов, между ним и структурой микрозеркала возникает электро-
статическая сила, которая притягивает зеркальный элемент к откло-
няющему электроду. Торсионные балки упругого подвеса испытывают
изгиб. Собственная угловая частота колебаний зеркального элемента в
данном случае определяется следующим выражением:

E
(
3
wh ) ( 3
w )
h

0
w =
(
+
) , (2)
24 3
L h( 2
L -(L +2cosL )2)
3
4
b
m
0
b
где Е - модуль Юнга.
На рис.3 представлено изменение собственной угловой частоты
колебаний микрозеркала от длины балок с прямоугольным сечением.

Рис.3. Изменение собственной угловой частоты колебаний
зеркального элемента от длины балок

Как показали результаты моделирования, для согласования соб-
ственных частот колебаний микромеханического зеркала в двух режи-
мах работы, необходимо выполнить оптимизацию конструкции упру-
гого подвеса.

1. H.Fujita, H.Toshiyoshi. Optical MEMS // IEICE Trans. Electron.-
2000.- vol. E83-C, 9.- pp.1427-1434.
2. H.Toshiyoshi, A.Piyawattanamentha. A linearization of the electrostati-
cally actuated two-dimensional optical scanner fabricated by microme-
chanical surface processing // IEEE Transaction on Electronic Devices.-
2000.- 4.- pp.123-131.
3. Лысенко И.Е. Интегральное микромеханическое зеркало. Патент РФ
2265871, 2005г.


Document Outline