專利名稱：一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡。
背景技術(shù)：
一般而言，微鏡的驅(qū)動(dòng)方式有四種，分別為靜電驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)以及電磁驅(qū)動(dòng)等。采用不同驅(qū)動(dòng)方式的微鏡具有不同的性能特點(diǎn)。目前，靜電驅(qū)動(dòng)是微鏡最為廣泛采用的驅(qū)動(dòng)方式。靜電驅(qū)動(dòng)微鏡有平板電容式和梳狀叉指式兩種類型。相比較，梳狀叉指式靜電驅(qū)動(dòng)微鏡可以在相對(duì)較小的驅(qū)動(dòng)電壓下，獲得更大的扭轉(zhuǎn)角度，但是仍然存在驅(qū)動(dòng)力不足，驅(qū)動(dòng)電壓過高的問題，使其在非諧振態(tài)下，很難獲得較大的扭轉(zhuǎn)角度。另外，反射鏡周圍過多的梳齒電極增加了微鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使得微鏡的諧振頻率難以進(jìn)一步提高，限制了微鏡的掃描速度。 壓電驅(qū)動(dòng)微鏡利用了壓電材料的逆壓電效應(yīng)，一般是采用壓電薄膜懸臂梁或是壓電塊作為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。壓電驅(qū)動(dòng)具有驅(qū)動(dòng)力大、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是，壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)需要與反射鏡直接相連，限制了驅(qū)動(dòng)位移并可能會(huì)造成鏡面變形。電熱驅(qū)動(dòng)微鏡較常見的方式是采用電熱雙鏡片懸臂梁作為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。雖然電熱驅(qū)動(dòng)具有較大的驅(qū)動(dòng)力，但是其響應(yīng)速度慢、能耗高的缺點(diǎn)限制了它在微鏡中的進(jìn)一步使用。電磁驅(qū)動(dòng)具有驅(qū)動(dòng)力大、驅(qū)動(dòng)電壓低、雙向驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，并且使用磁場(chǎng)力作為驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)無須與被驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)直接相連，避免了位移限制。因此，電磁驅(qū)動(dòng)微鏡不僅可以在低電壓諧振態(tài)下實(shí)現(xiàn)高頻大扭轉(zhuǎn)角度掃描，而且還可以在低電壓非諧振態(tài)實(shí)現(xiàn)低速大扭轉(zhuǎn)角度掃描。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有微鏡的局限性，提供了一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，該電磁驅(qū)動(dòng)微鏡具有扭轉(zhuǎn)角度大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)高頻諧振大角度掃描，又可以實(shí)現(xiàn)非諧振低速大角度掃描，可應(yīng)用在光束掃描投影顯示系統(tǒng)、光譜儀、條形碼掃描器、共聚焦顯微鏡、內(nèi)窺鏡等光學(xué)儀器。為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案
一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，包括微反射鏡板，所述微反射鏡板的中心設(shè)置有一反射鏡面，其特征在于所述微反射鏡板的邊緣部設(shè)置有至少一閉合環(huán)狀的驅(qū)動(dòng)線圈，兩端則分別通過一扭轉(zhuǎn)梁與一支撐框架連接，所述支撐框架兩側(cè)分別設(shè)有至少一永磁磁鐵，在所述驅(qū)動(dòng)線圈被通入電流后，所述微反射鏡板可在驅(qū)動(dòng)線圈與永磁磁鐵相互作用產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)下繞扭轉(zhuǎn)梁扭轉(zhuǎn)。進(jìn)一步的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈相對(duì)于扭轉(zhuǎn)梁具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈在平行于扭轉(zhuǎn)梁的方向上的長(zhǎng)度大于反射鏡面的長(zhǎng)度。優(yōu)選的，所述的微反射鏡板由上而下依次包括聚酰亞胺介質(zhì)層、氧化硅介質(zhì)層和硅基板；所述的驅(qū)動(dòng)線圈設(shè)置于氧化硅介質(zhì)層上。
進(jìn)一步的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈包括由聚酰亞胺介質(zhì)層隔離的上層驅(qū)動(dòng)線圈和下層驅(qū)動(dòng)線圈，上層驅(qū)動(dòng)線圈和下層驅(qū)動(dòng)線圈之間設(shè)置有一個(gè)連接點(diǎn)。所述的驅(qū)動(dòng)線圈的材料為高電導(dǎo)率的金屬材料，優(yōu)選為金材料。所述的永磁磁鐵為高磁場(chǎng)強(qiáng)度磁鐵材料，優(yōu)選為釹鐵硼系磁材料。所述的反射鏡面為金屬薄膜層；該金屬薄膜層的材料為反光金屬材料。優(yōu)選的，扭轉(zhuǎn)梁與微反射鏡板以及支撐框架連接處采用過渡圓角結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是 1、本發(fā)明采用電磁驅(qū)動(dòng)方式對(duì)微鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于其它驅(qū)動(dòng)方式的微鏡可以在較低電壓下實(shí)現(xiàn)大扭轉(zhuǎn)角度；
2、驅(qū)動(dòng)線圈在平行于扭轉(zhuǎn)梁的方向上的長(zhǎng)度大于反射鏡面的長(zhǎng)度，在沒有延長(zhǎng)平行于扭轉(zhuǎn)梁方向的微鏡長(zhǎng)度的同時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)垂直于磁場(chǎng)方向的驅(qū)動(dòng)線圈的導(dǎo)線的長(zhǎng)度，增大驅(qū)動(dòng)力；并且在垂直于微反射鏡板的方向上可以采用多層線圈結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加驅(qū)動(dòng)能力，減小驅(qū)動(dòng)電壓或電流；
3、該電磁驅(qū)動(dòng)微鏡不僅可以在低電壓諧振態(tài)下實(shí)現(xiàn)高頻大扭轉(zhuǎn)角度掃描，而且還可以在低電壓非諧振態(tài)實(shí)現(xiàn)低速大扭轉(zhuǎn)角度掃描；
4、反射金屬薄膜和驅(qū)動(dòng)線圈制作在微鏡同一面，降低工藝制作難度，本發(fā)明可應(yīng)用在光束掃描投影顯示系統(tǒng)、光譜儀、條形碼掃描器、共聚焦顯微鏡、內(nèi)窺鏡等光學(xué)儀器中。


為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡結(jié)構(gòu)原理 圖2為沿圖I中A-A'向首I]面不意 圖3為圖2中驅(qū)動(dòng)線圈的結(jié)構(gòu)的放大示意 附圖中各個(gè)附圖標(biāo)記的含義為1、微反射鏡板；la、聚酰亞胺介質(zhì)層；lb、氧化硅介質(zhì)層；lc、硅基板；2、驅(qū)動(dòng)線圈；2a、上層驅(qū)動(dòng)線圈；2b、下層驅(qū)動(dòng)線圈；3、扭轉(zhuǎn)梁；4、永磁磁鐵；5、支撐框架；6、反射鏡面；7、上下線圈連接點(diǎn)；8、過渡圓角。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參閱圖1-3,該電磁驅(qū)動(dòng)微鏡包括微反射鏡板I,所述微反射鏡板I的中心設(shè)置有一反射鏡面6，所述微反射鏡板I的邊緣部設(shè)置有至少一閉合環(huán)狀的驅(qū)動(dòng)線圈2，兩端則分別通過一扭轉(zhuǎn)梁3與一支撐框架5連接，所述支撐框架5的兩側(cè)分別設(shè)有至少一永磁磁鐵4，在所述驅(qū)動(dòng)線圈2被通入電流后，所述微反射鏡板I可在驅(qū)動(dòng)線圈2與永磁磁鐵4相互作用產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)下繞扭轉(zhuǎn)梁3扭轉(zhuǎn)。優(yōu)選的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈2相對(duì)于扭轉(zhuǎn)梁3具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)。如上所述，設(shè)置于微反射鏡板I的邊緣部的驅(qū)動(dòng)線圈2具有關(guān)于所述扭轉(zhuǎn)梁3相互對(duì)稱的兩部分；當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈2中通入電流時(shí)，所述永磁磁鐵4產(chǎn)生的磁場(chǎng)與流過所述驅(qū)動(dòng)線圈2的電流相互作用后產(chǎn)生的電磁力F ;由于驅(qū)動(dòng)線圈2具有閉合環(huán)狀的結(jié)構(gòu)，相互對(duì)稱的兩部分的導(dǎo)線中電流方向相反，受到的電磁力F的方向相反，從而圍繞扭轉(zhuǎn)梁3產(chǎn)生扭矩，使得微反射鏡板I繞扭轉(zhuǎn)梁3發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈2中通入適當(dāng)頻率的交變電流時(shí)，微反射鏡板I就會(huì)按一定頻率做往復(fù)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。本優(yōu)選實(shí)施例的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡米用娃材料做基底材料，其中微反射鏡板I、支撐框架5和一對(duì)扭轉(zhuǎn)梁3制作在同一結(jié)構(gòu)層上;扭轉(zhuǎn)梁3連接微反射鏡板I和支撐框架5，扭轉(zhuǎn)梁3的形狀尺寸影響微鏡的諧振頻率以及扭轉(zhuǎn)剛度的大小，可以根據(jù)微鏡性能要求做出調(diào) 整；扭轉(zhuǎn)梁3與微反射鏡板I以及支撐框架5連接部，采用圓角結(jié)構(gòu)8過渡處理，減小應(yīng)力集中。本實(shí)施例中，所述的微反射鏡板I由上而下依次包括聚酰亞胺介質(zhì)層la、氧化硅介質(zhì)層Ib和硅基板Ic ;硅基板Ic的厚度根據(jù)微鏡性能可以做出調(diào)整，可以通過干法刻蝕實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，驅(qū)動(dòng)線圈2設(shè)置于氧化硅介質(zhì)層Ib上，圍繞在反光鏡面6的周圍，位于微反射鏡板I的邊緣。驅(qū)動(dòng)線圈2的材料為具有高電導(dǎo)率的金，采用電鍍工藝制得。與離扭轉(zhuǎn)梁3的垂直距離越遠(yuǎn)的驅(qū)動(dòng)線圈2的導(dǎo)線產(chǎn)生的扭矩越大，因此驅(qū)動(dòng)線圈2圍繞反光鏡面6放置在微反射板I邊緣。微反射板I中間位置留作反光鏡面6，使得驅(qū)動(dòng)線圈2和反光鏡面6制作在同一側(cè)，可以降低工藝難度。驅(qū)動(dòng)線圈2在平行于扭轉(zhuǎn)梁3的方向上的長(zhǎng)度大于反射鏡面6的長(zhǎng)度，在沒有延長(zhǎng)平行于扭轉(zhuǎn)梁3方向的微鏡長(zhǎng)度的同時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)垂直于磁場(chǎng)方向的驅(qū)動(dòng)線圈2的導(dǎo)線的長(zhǎng)度，增大驅(qū)動(dòng)力。優(yōu)選的，所述的驅(qū)動(dòng)線圈2包括上層驅(qū)動(dòng)線圈2a和下層驅(qū)動(dòng)線圈2b，上層驅(qū)動(dòng)線圈2a和下層驅(qū)動(dòng)線圈2b之間由聚酰亞胺介質(zhì)層Ia隔離；上層驅(qū)動(dòng)線圈2a和下層驅(qū)動(dòng)線圈2b之間設(shè)置有一個(gè)連接點(diǎn)7 ;采用兩層驅(qū)動(dòng)線圈的結(jié)構(gòu)，用以增大輸出驅(qū)動(dòng)力。所述的反光鏡面6為由反光金屬材料形成的金屬薄膜，用來反射光束獲得高反射率；金屬薄膜的形狀、面積、厚度以及金屬薄膜種類根據(jù)反射率、光波長(zhǎng)以及實(shí)際應(yīng)用需求可以做出調(diào)整。優(yōu)選的，所述的永磁磁鐵4為釹鐵硼系磁材料；磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，單位電流產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力越大。以上所述僅是本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡,包括微反射鏡板,所述微反射鏡板的中心設(shè)置有一反射鏡面，其特征在于所述微反射鏡板的邊緣部設(shè)置有至少一閉合環(huán)狀的驅(qū)動(dòng)線圈，兩端則分別通過一扭轉(zhuǎn)梁與一支撐框架連接，所述支撐框架兩側(cè)分別設(shè)有至少一永磁磁鐵，在所述驅(qū)動(dòng)線圈被通入電流后，所述微反射鏡板可在驅(qū)動(dòng)線圈與永磁磁鐵相互作用產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)下繞扭轉(zhuǎn)梁扭轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)線圈相對(duì)于扭轉(zhuǎn)梁具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)線圈在平行于扭轉(zhuǎn)梁的方向上的長(zhǎng)度大于反射鏡面的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于所述的微反射鏡板由上而下依次包括聚酰亞胺介質(zhì)層、氧化硅介質(zhì)層和硅基板；所述的驅(qū)動(dòng)線圈設(shè)置于氧化硅介質(zhì)層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)線圈包括由聚酰亞胺介質(zhì)層隔離的上層驅(qū)動(dòng)線圈和下層驅(qū)動(dòng)線圈，上層驅(qū)動(dòng)線圈和下層驅(qū)動(dòng)線圈之間設(shè)置有一個(gè)連接點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)線圈的材料為金。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于所述的永磁磁鐵為釹鐵硼系磁材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于扭轉(zhuǎn)梁與微反射鏡板以及支撐框架連接部采用過渡圓角結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，其特征在于所述的反射鏡面為由反光金屬材料制成的金屬薄膜層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁驅(qū)動(dòng)微鏡，它包括微反射鏡板，所述微反射鏡板的中心設(shè)置有一反射鏡面，所述微反射鏡板的邊緣部設(shè)置有至少一閉合環(huán)狀的驅(qū)動(dòng)線圈，兩端則分別通過一扭轉(zhuǎn)梁與一支撐框架連接，所述支撐框架兩側(cè)分別設(shè)有至少一永磁磁鐵，在所述驅(qū)動(dòng)線圈被通入電流后，所述微反射鏡板可在驅(qū)動(dòng)線圈與永磁磁鐵相互作用產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)下繞扭轉(zhuǎn)梁扭轉(zhuǎn)。本發(fā)明具有扭轉(zhuǎn)角度大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)高頻諧振大角度掃描，又可以實(shí)現(xiàn)非諧振低速大角度掃描，可應(yīng)用在光束掃描投影顯示系統(tǒng)、光譜儀、條形碼掃描器、共聚焦顯微鏡、內(nèi)窺鏡等光學(xué)儀器。
文檔編號(hào)H02K33/18GK102967934SQ201210510380
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王敏銳, 李文翔, 張寶順 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所