[发明专利]一种大转角高频率一维电磁驱动微镜

说明书

本发明公开了一种大转角高频率一维电磁驱动微镜，包括驱动外框、驱动线圈、外框扭转轴、内部镜面和内部扭转轴；所述驱动线圈固定安装在驱动外框内部；所述外框扭转轴一端伸出驱动外框，另一端穿过驱动线圈向内延伸；所述外框扭转轴向内延伸端与内部扭转轴连接；所述内部镜面通过内部扭转轴安装在驱动外框内；所述外框扭转轴上设有驱动导线；所述驱动导线将驱动信号引入驱动线圈；所述驱动线圈控制内部扭转轴驱动使内部镜面发生偏转运动；本发明采用驱动外框与内部镜面分离的设计，驱动外框与内部镜面具有不同的工作频率，且内部镜面的内部扭转轴上没有驱动导线，实现了高频率大转角的扫描，提高了微镜的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种大转角高频率一维电磁驱动微镜，属于微光电机系统技术领域。

背景技术

人工智能时代背景下，激光投影，激光雷达，三维扫描，MEMS光开关等光电技术已成为众多科研机构研究的热点，其中MEMS微镜作为关键元件，对于相关技术的开发研究有着重要意义。MEMS微镜是基于微纳加工工艺制作的一种光学器件，其基本原理为反射镜在微小驱动结构的作用力下，发生扭转或变形，通过微镜一定角度的偏转从而改变光束的传播方向。MEMS微镜具有快的扫描速度，紧凑的结构，良好的机械性能等优点，在条码识别、激光通信、光纤光开关、激光雷达以及激光显示等诸多领域扮演着重要的角色。

MEMS微镜的驱动方式通常分为四种：静电驱动、电热驱动、压电驱动以及电磁驱动。静电驱动是通过平行板电极或者梳齿电极的相互运动来产生静电力，结构简单且封装尺寸小，工艺成熟，但容易发生吸合现象；电热驱动是依靠材料的热膨胀效应使得轴部结构变形来使微镜振动；一般来说静电驱动和电热驱动所产生的力较小，多用于如小尺寸微镜（即镜面面积小）的应用领域，静电驱动提供的驱动力在高驱动电压下最大为0.1mN左右；压电驱动是将金属/压电材料/金属三层材料作为驱动器，基于晶体的逆压电效应，交变电场引起材料发生机械变形从而产生力，压电驱动与电磁驱动由于驱动力大等特点可用于大尺寸镜面的MEMS微镜的驱动，压电驱动的MEMS微镜由于难以与MEMS工艺相结合，并不适用于量产，电磁驱动式MEMS微镜研究较为广泛，通常利用外部磁铁和平面线圈相互作用来产生洛伦兹力驱动，工艺成熟。

目前的电磁驱动微镜都是将通电线圈做到扭转梁上，而通电线圈一般为电镀沉积上的金属，而电镀沉积的金属缺陷较多，由于扭转梁上的导线金属的这些缺陷无法实现高Q值，无法满足在MEMS微镜高的工作频率下的大转角的应用；再者，由于电镀金属缺陷的问题，在抗疲劳方面也不如单晶硅，长时间工作在大转角的谐振状态，寿命会明显降低，电镀金属在大转角下容易断裂。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种大转角高频率一维电磁驱动微镜，实现了高频率大转角的扫描，提高了微镜的使用寿命。

本发明的技术解决方案是这样实现的：一种大转角高频率一维电磁驱动微镜，包括驱动外框、驱动线圈、外框扭转轴、内部镜面和内部扭转轴；所述驱动线圈固定安装在驱动外框内部；所述外框扭转轴一端伸出驱动外框，另一端穿过驱动线圈向内延伸；所述外框扭转轴向内延伸端与内部扭转轴连接；所述内部镜面通过内部扭转轴安装在驱动外框内；所述外框扭转轴上设有驱动导线；所述驱动导线将驱动信号引入驱动线圈；所述驱动线圈控制内部扭转轴驱动使内部镜面发生偏转运动。

优选的，所述驱动外框及内部镜面具有不同的工作频率。

优选的，所述驱动导线为沉积金属。

优选的，所述沉积金属的厚度为10um-30um。

优选的，所述驱动外框及内部镜面转动时不同步转动。

优选的，所述驱动线圈通过梯度磁场的驱动方式提供驱动力，驱动力大于1mN。

优选的，所述驱动线圈形变受到的应力小于200MPa。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：