[发明专利]一种超大角度电磁驱动微镜

说明书

本发明公开了一种超大角度电磁驱动微镜，涉及微机电系统技术领域，包括微镜以及设于微镜两侧的新型磁体结构、驱动线圈和锚点，微镜通过两个对称的扭转梁分别连接锚点的一侧，锚点的另一侧通过扭转梁连接微镜的硅基板，锚点用于固定微镜；驱动线圈设置在微镜两侧的硅基板上，每侧的新型磁体结构围绕驱动线圈设置，用于产生与驱动线圈运动轨迹相切的辐射状磁场；驱动线圈外接电源时，使作用于硅基板上的扭转力矩方向相同，微镜通过硅基板传递的扭转力矩以扭转梁为轴发生偏转。该结构能够在小电流下得到更大的偏转角度，减低了功率；且偏转时磁场强度不变，驱动线圈的电磁力只沿扭转力矩方向，并与驱动电流呈线性关系，可控性高。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，尤其是一种超大角度电磁驱动微镜。

背景技术

电磁微镜是一种应用MEMS技术研制的光反射型器件，电磁微镜是在电磁力的作用下，通过扭转结构带动镜面偏转，改变反射光路的一种微镜，可以通过控制电流的大小和频率来控制微镜的偏转角度和频率。

现有的电磁驱动微镜的简易示意图如图1所示，首先，空间中平行放置的永磁体1产生的磁场是近似水平分布的，驱动线圈2在两个永磁体之间通过电磁力的作用下产生偏转，随着微镜偏转角度θ的增大，驱动线圈2距离永磁体1的距离d增大，根据毕奥-萨伐尔定律描述的恒定磁体在空间中磁感应强度和距离的关系中，磁感应强度B和距离的平方d²成反比，驱动线圈受到的总电磁力F也与磁体距离的平方d²成反比，磁感应强度变弱，同时驱动线圈2所在扭转方向上的电磁力F·cosθ也会减小。在这样的驱动情况下，控制偏转角度θ时需要考虑驱动线圈2与永磁体1的距离d，角度变化带来的有效扭转电磁力F·cosθ的减小，偏转力矩与电流大小关系呈非线性，可控性差，无法达到大于180°的光学反射角。若现有的电磁驱动微镜要达到大于180°的光学反射角度，需要采用透镜扩束方法或者由多个电磁微镜拼接完成。如图2所示的透镜扩束方法中，光束通过微镜4反射后再穿过透镜3会造成能量损耗，经扩束后的分辨精度也会下降。如图3所示的多电磁微镜拼接方法中，微镜5a、5b、5c要求体积大，功耗大，如图3阴影表示的视场叠加处需要裁剪、拼接和融合，同时在驱动和算法上的难度也会因为拼接方法大大提升。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种超大角度电磁驱动微镜，本发明的技术方案如下：

一种超大角度电磁驱动微镜，包括微镜以及设于微镜两侧的新型磁体结构、驱动线圈和锚点，微镜通过两个对称的扭转梁分别连接锚点的一侧，锚点的另一侧通过扭转梁连接微镜的硅基板，锚点用于固定微镜；驱动线圈设置在微镜两侧的硅基板上，每侧的新型磁体结构围绕驱动线圈设置，用于产生与驱动线圈运动轨迹相切的辐射状磁场；驱动线圈的两端位于锚点上，外接电源时使作用于硅基板上的扭转力矩方向相同，微镜通过硅基板传递的扭转力矩以扭转梁为轴发生偏转。

其进一步的技术方案为，新型磁体结构的底部通过外部支架固定，微镜的偏转角度不超过外部支架，每侧的新型磁体结构包括两个极性相对摆放的弧形永磁体和圆柱形导磁体；弧形永磁体为圆弧柱状，圆柱形导磁体和承载有驱动线圈的硅基板位于两个弧形永磁体之间，承载驱动线圈的硅基板为中空矩形，圆柱形导磁体位于硅基板的中空部，圆柱形导磁体用于强化辐射状磁场强度，圆柱形导磁体的中轴线、弧形永磁体的组合轴线和扭转梁同轴，使驱动线圈和弧形永磁体的距离在任意角度相等。

其进一步的技术方案为，弧形永磁体的弧长夹角大于90°，使微镜达到大于180°的光学反射角度。

其进一步的技术方案为，锚点无需包裹微镜设置，超大角度电磁驱动微镜的最外侧无需设置外部固定边框连接锚点，增大了占空比、减小了超大角度电磁驱动微镜的整体平面面积。

其进一步的技术方案为，弧形永磁体的材料为钕铁硼磁铁、钐钴磁铁或铝镍钴磁铁；圆柱形导磁体的材料为纯铁、硅钢或铝铁合金；硅基板的材料为单晶硅或多晶硅。