[发明专利]一种降低摇摆运动的电磁驱动振镜

说明书

本发明属于微光机电领域，具体涉及降低摇摆运动的电磁驱动振镜，包括电磁振镜芯片、结构体及驱动磁路；结构体用于固定电磁振镜芯片及驱动磁路；电磁振镜芯片包括可动结构、扭转梁及固定框架，可动结构通过扭转梁固定在固定框架上；驱动磁路用于驱动可动结构运动；可动结构包括可动镜面及设置在可动镜面反面的磁性材料；定义可动镜面位于水平位置时，可动镜面上表面中心为原点，Z轴垂直于可动镜面；可动结构重心在Z轴上，且可动结构重心Z向坐标与扭转梁Z向中心坐标相同。通过匹配振镜扭转梁与振镜重心的位置，减小振镜扭转梁与振镜重心的偏离程度，降低了振镜摇摆运动。

技术领域

本发明属于微光机电领域，具体涉及MEMS微振镜，特别是基于电磁驱动 的微振镜。

背景技术

MEMS振镜与传统光束偏转元件相比，具有微型化、能耗低、响应快、易 集成、寿命长等优点，随着人工智能的发展和对装置高精度、小型化、低成本 需求，MEMS振镜在三色激光投影、激光雷达、3D测量等领域大放异彩，与此 同时，对振镜性能要求也进一步提高。

电磁驱动具有线性响应、驱动力大、响应速度快、驱动电压低、对尺寸不 敏感等优点，是微振镜最常用的驱动方式之一。电磁驱动扭转镜从磁力来源可 分为，洛伦兹力驱动和电磁薄膜与交变磁场的相互作用驱动两类。前者在微扭 转镜上制作线圈，线圈上通周期变化的电流，并将微扭转镜结构置于外加永恒 磁场中，线圈就会产生周期变化的洛伦兹力，从而驱动微扭转镜扭转；后者通 常在扫描微扭转镜结构上制作磁性材料薄膜，磁性材料薄膜在外部周期变化的 电场产生的交变磁场作用下产生驱动力。不论是前者还是后者，都需要在振镜 镜面上外加材料，导致镜面重心与转轴的偏离，使振镜产生摇摆运动(wobble motion)，严重降低振镜扫描的分辨率。

振镜工作过程中，高速往复扭转时，镜面会由于惯性产生变形，即动态变 形，导致振镜投影或扫描的分辨率下降，为了减小动态变形通常会在镜面反面 加加强筋结构，来改善振镜的动态变形，但这也会带来重心与扭转轴偏离。

2011年清华大学Tsung-Lin Tang,Rongshun Chen等人提出内嵌式磁性材料 的微振镜设计，来改善微振镜摇摆运动(Tang T L,Fang W.Magnetostatic torsionalactuator with embedded nickel structures for the improvement of driving forceand wobble motion[J].Journal of Micromechanics and Microengineering,2011,21(9): 095007.)。但该微振镜采用软磁材料，驱动效果较差。

发明内容

为了降低振镜的摇摆运动，本发明通过匹配振镜扭转梁与振镜重心的位置， 减小振镜扭转梁与振镜重心的偏离程度，提供一种驱动效果好、振动性能稳定 的电磁驱动振镜。

本发明的技术解决方案是提供一种降低摇摆运动的电磁驱动振镜，包括电 磁振镜芯片、结构体及驱动磁路；上述结构体用于固定电磁振镜芯片及驱动磁 路；

其特殊之处在于：

上述电磁振镜芯片包括可动结构、扭转梁及固定框架，上述可动结构通过 扭转梁固定在固定框架上；上述驱动磁路用于带动可动结构运动；

上述可动结构包括可动镜面及设置在可动镜面反面的磁性材料；

定义可动镜面位于水平位置时，可动镜面上表面中心为原点，Z轴垂直于可 动镜面；

可动结构重心在Z轴上，且可动结构重心Z向坐标与扭转梁Z向中心坐标 相同。

进一步地，为了防止镜面惯性形变，上述可动结构还包括设置在可动镜面 反面的加强筋，上述扭转梁一端与加强筋固定连接，另一端固定在固定框架上。 扭转梁在厚度方向的位置，与加强筋同层。