一種電磁驅動一維微鏡的製作方法

2023-06-15 19:08:41

本發明涉及微電子機械領域，特別是涉及一種電磁驅動一維微鏡。

背景技術：

現有的幾種MEMS微鏡存在以下不足：

1.靜電式MEMS掃描微鏡：雖然其驅動方式簡單，功率消耗相對較小，但是其驅動電壓往往較高，且產生的驅動力較小，無法提供大尺寸鏡面的微鏡扭轉所需要的力，目前的靜電式的MEMS微鏡的反射鏡面都較小而且需要工作在諧振狀態才能實現較大的轉角。

2.電熱性MEMS掃描鏡：其驅動通過集成與金屬氧化物中的多晶矽加熱器來實現，在電流驅動下的偏轉角度較大，但是由於熱制動器的遲滯效應，微鏡的響應速度往往比較慢，不適合廣泛應用於雷射掃描技術領域。

3.壓電式MEMS掃描微鏡：壓電驅動是利用壓電材料的逆壓電效應，將輸入的電信號轉換成機械能（力和位移）輸出，壓電驅動具有驅動力大，響應速度快的優點，不過大多數壓電材料與傳統集成電路工藝不兼容，這也成為壓電驅動作為微鏡驅動方式的主要障礙。

4.目前的電磁式MEMS掃描微鏡，都是將驅動線圈與反射面放在同一個面上，限制了反射面的有效尺寸，也限制了驅動線圈的長度從而減小了驅動力矩使微鏡無法獲得大的偏轉角。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種電磁驅動一維微鏡，能夠在提供大的反射鏡面的同時還能通過外部封裝磁鐵的設計，使得微鏡獲得大的偏轉角。

為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：提供一種電磁驅動一維微鏡，包括：基座和鏡面，所述鏡面通過扭轉梁架設在基座上，並繞扭轉梁任意角度旋轉；所述鏡面的一面為反射用反射面，另一面上設有用於產生輸出力矩的電磁線圈。

在本發明一個較佳實施例中，所述鏡面外圍設有磁鐵封裝結構，磁鐵封裝結構至少包括兩組磁鐵，磁鐵形成的磁場系統將鏡面包裹，為電磁線圈的力矩輸出提供動力。

在本發明一個較佳實施例中，磁鐵封裝結構包括兩組磁鐵，分別設於鏡面上下兩側。

在本發明一個較佳實施例中，所述磁鐵為釹鐵硼強磁鐵。

在本發明一個較佳實施例中，所述扭轉梁設於鏡面兩端，且與基座垂直設置。

在本發明一個較佳實施例中，所述鏡面形狀為矩形、圓形或者橢圓。

在本發明一個較佳實施例中，所述反射面上設有反射層，所述反射層為鋁、金、介質膜材料或金屬與介質膜的混合材料。

在本發明一個較佳實施例中，所述驅動線圈為單驅動線圈或雙驅動線圈，單驅動線圈的材料為鎳或金，雙驅動線圈的材料包括鎳和金。

本發明的有益效果是：本發明的微鏡整體結構緊湊，兩塊磁鐵將鏡面包裹，增加電磁線圈處的磁感應強度，增大驅動線圈產生的輸出力矩；將反射面與驅動線圈放在不同的面上相較於將反射面與驅動線圈放在一面上，可以擴大鏡面的有效尺寸，同時通過增加線圈的長度來增大驅動線圈的輸出力矩，即實現大尺寸微鏡的大角度偏轉。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1是本發明電磁驅動一維微鏡一較佳實施例的結構示意圖；

圖2是圖1所示電磁驅動一維微鏡的剖視圖；

圖3是圖1所示電磁驅動一維微鏡在封裝結構內的結構示意圖；

圖4是圖3所示的俯視圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明實施例包括：

一種電磁驅動一維微鏡，包括：基座1和鏡面2，所述鏡面2通過扭轉梁3架設在基座1上，所述扭轉梁3設於鏡面2兩端，且與基座1垂直設置。鏡面2繞扭轉梁3任意角度旋轉。如圖1和圖2所示。

所述鏡面2的一面為反射用反射面2-1，另一面上設有用於產生輸出力矩的電磁線圈2-2。該結構的鏡面不僅保證提供了較大的反射面2-1，增大了反射面的有效工作面積，而且增加了線圈的長度使產生的洛倫茲力增大，提高微鏡的轉角。

微鏡的鏡面2形狀為矩形、圓形或者橢圓。整個微鏡利用微加工工藝製備，電磁線圈採用了微加工電鍍方式。微加工工藝的精確度高，效率高，可以確保加工出的產品的質量。

所述鏡面2外圍設有磁鐵封裝結構， 磁鐵封裝結構至少包括兩組磁鐵4，所述磁鐵為釹鐵硼強磁鐵，如圖3-4所示。

磁鐵4形成的磁場系統將鏡面包裹，為電磁線圈的力矩輸出提供動力。

本發明的優選實施例中，磁鐵封裝結構包括兩組磁鐵4，採用三明治結構，磁鐵4分別設於鏡面2上下兩側。

該封裝結構可以使電磁線圈上的磁感應強度達到最大，可以起到提供高磁感應強度並增大輸出力矩的作用。

微鏡的反射面2-1上需要針對不同的入射光波長要求，沉積不同材料以及不同厚度的反射層。反射層為鋁、金、介質膜材料或金屬與介質膜的混合材料。

所述驅動線圈2-2為單驅動線圈或雙驅動線圈，單驅動線圈的線圈材料為鎳或金等，雙驅動線圈2-2的線圈材料包括鎳和金混合搭配。

本發明的微鏡整體結構緊湊，兩塊磁鐵將鏡面包裹，增加電磁線圈處的磁感應強度，增大驅動線圈產生的輸出力矩；將反射面2-1與驅動線圈2-2放在不同的面上相較於將反射面與驅動線圈放在一面上，可以擴大鏡面的有效尺寸，同時通過增加線圈的長度來增大驅動線圈的輸出力矩，即實現大尺寸微鏡的大角度偏轉。

以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。