[实用新型]运动解耦的二维扫描微镜装置

说明书

本实用新型公开了一种运动解耦的二维扫描微镜装置，包括微镜、闭合线圈以及与微镜间隔设置的磁场发生装置、第一导磁柱、第二导磁柱，微镜的反射镜通过一对Y转轴与内框连接，内框通过一对垂直于Y转轴的X转轴与外框连接；第一导磁柱、第二导磁柱均设于闭合线圈正下方，且在内框上的正投影分别与X转轴、Y转轴所在的直线相交；第一导磁柱和第二导磁柱分别用于在磁场发生装置的作用下驱动通电的内框上的闭合线圈发生偏转。本实用新型将导磁柱设于闭合线圈正下方，并分别对应微镜的慢轴、快轴轴线所在部位，即可实现闭合线圈的对称受力，从而避免反射镜沿快轴偏转过程中在慢轴方向上发生偏移，使得慢轴、快轴单独受力，精确保证微镜的偏转轨迹。

技术领域

本实用新型涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种运动解耦的二维扫描微镜装置。

背景技术

人工智能时代的背景下，激光投影、激光雷达、三维扫描、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，即微机电系统)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。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。但压电驱动的MEMS微镜由于难以与MEMS工艺相结合，并不适于量产。与之不同，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闭合线圈相互作用来产生洛伦兹力对扭转轴进行驱动，工艺成熟。对于电磁驱动而言，外部磁场系统的设计对于MEMS微镜具有至关重要的意义，磁场系统设计的好坏会直接影响MEMS微镜的性能。

目前的电磁驱动的磁场系统通常是通过外部放置的永磁铁为线圈提供一定强度的磁感应强度，当激励信号通过驱动线圈时，驱动线圈在磁场的作用下发生偏转，磁场强度越强，驱动线圈受到的力越大。对于二维MEMS扫描镜，其两组扭转轴通常共用一组闭合线圈，由于外部磁场系统提供的磁场会作用于整个驱动线圈上，理想状态下，当接入两路交流叠加信号后，外部磁场与永磁铁产生的静态磁场交互作用从而分别产生X向和Y向的扭矩，驱动线圈的内外转轴分别对各自的输入信号进行响应，从而实现反射镜面的双向运动。

然而，在实际封装过程中，由于受到装配工艺等误差的影响，外部磁铁提供给二维MEMS扫描镜的驱动线圈的力无法做到完全对称。

这里，快轴即定义为对高频信号响应的内扭转轴，慢轴即定义为对低频信号响应的外扭转轴。当只提供给微镜一个高频的激励信号来使快轴发生振动时，由于线圈受力的不平衡，实际则会造成快轴绕Y轴扭转的同时微镜也会绕X轴产生一定的位移，无法做到快、慢轴单独受力运动。如此，当高频信号与低频信号叠加作用时，微镜绕X轴的运动除了受到低频信号的激励外，还受到高频信号的额外作用，则导致微镜在做二维扫描时不是按照预定轨迹进行运动，其运动精度无法保证。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种运动解耦的二维扫描微镜装置，可以将X、Y轴解耦，实现微镜的快慢轴单独受力运动，保证微镜在进行二维扫描过程中的精度。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案：