[发明专利]双极型电磁式扫描微镜

说明书

技术领域

本发明涉及微光机电系统技术领域，特别涉及一种双极型电磁式扫描微镜。

背景技术

扫描微镜作为微光机电系统（MOEMS）一种重要的器件之一，已被广泛应用于医学成像、投影仪、光谱仪及图形码阅读器等领域。其基本原理为：通过精确控制镜面旋转的驱动力，实现精确控制微镜镜面的旋转角度，从而达到精确控制光线的传播方向。

目前扫描微镜大都采用静电、电磁、电热及压电等驱动原理实现驱动。传统的电磁式MOEMS扫描微镜一般只具有单极型驱动，从而造成了器件具有体积大、旋转角度小、稳定性差、功耗大、寿命短等缺点。在已受到广泛研究的电磁式MOEMS 微镜中大都采用单极型（吸引力或排斥力）驱动，这就造成了在磁场和电流一定的情况下，微镜的最大偏转角度位移非常有限，该结构的特点严重限制了电磁式微镜在MOEMS领域的广泛应用，造成目前极少数有采用电磁式驱动的成熟的MOEMS商品化器件的出现。这种单极型驱动结构若要实现大的偏转位移或偏转角度，就要增强磁场强度和提高驱动电流，或者降低梁的刚度，这就势必会在增大系统体积的同时，提高系统的驱动电压，严重限制了它的应用范围。另一方面降低了梁的强度就使得微镜的机械强度显著降低，从而造成工作中的线性度降低，且易受冲击损坏。另外，这种单极型驱动的结构，器件本身的响应时间较长，因此工作频率也只能在较低的频率环境中，不适应于频率较高的应用场合。另外，前期的MOEMS扫描微镜大都需要额外增加一套外在的测量系统对其旋转角度进行测量，整个系统体积庞大，后续处理电路复杂。这些都限制了扫描微镜在MOEMS中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双极型电磁式扫描微镜，具有功耗低、转动角度大、控制精度高、角度测量准确、稳定性高、线性度好等优点，能够大范围地推广使用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该双极型电磁式扫描微镜，包括微反射镜面、双极型电磁微驱动线圈以及支撑框架，所述反射镜面、双极型电磁微驱动线圈以及支撑框架均制作在同一片硅结构层上并以硅结构层作为其共同的底层，所述反射镜面、双极型电磁微驱动线圈位于支撑框架结构的内部；

所述微反射镜面的上、下两侧的中部位置分别设置有相互对称的扭转梁，所述扭转梁具有与微反射镜面、双极型电磁微驱动线圈以及支撑框架相同的硅结构层，扭转梁的一端通过硅结构层与微反射镜面相连接，另一端通过硅结构层与支撑框架相连接；

所述双极型电磁微驱动线圈包括微驱动线圈I和微驱动线圈II，两者沿微反射镜面的纵向中轴线对称设置在微反射镜面的左、右两侧，微驱动线圈I和微驱动线圈II的绕向相反，在通入电流时，可实现吸引力和排斥力同时作用于扭转梁上（类似跷跷板结构）；

所述微驱动线圈I的起绕端设置有连接电极I，终绕端设置有驱动电极I，所述微驱动线圈II的起绕端设置有连接电极I，终绕端设置有驱动电极I，所述连接电极I与连接电极I导电连接，用于驱动微驱动线圈I和微驱动线圈II的电信号通过驱动电极I、驱动电极I输入；

进一步，所述连接电极I和连接电极II分别设置于微反射镜面左、右侧部分的中心位置处；

进一步，所述驱动电极I和驱动电极II设置于微反射镜面上、下两侧的其中一个扭转梁上，且以扭转梁的中轴为对称轴对称设置。

进一步，所述双极型电磁式扫描微镜还包括设置在微反射镜面上的角度传感器；

进一步，所述角度传感器的主体为一沿反射镜面的表面轮廓且沿微反射镜面的纵向中轴线对称设置的未封闭矩形条状框，正好将双极型电磁微驱动线圈包围在内，所述角度传感器的两个断点以微反射镜面的纵向中轴线为对称轴分别设置于微反射镜面的左、右两侧，分别向外引出设置为角度传感器电极I和角度传感器电极II。

进一步，角度传感器电极I和角度传感器电极II设置于微反射镜面上、下两侧的其中一个扭转梁上，且以扭转梁的中轴为对称轴对称设置；

或者，所述角度传感器为压电式角度传感器；

或者，所述角度传感器为压阻式角度传感器，所述压阻式角度传感器包括采用掺杂工艺掩埋在硅结构层内部的电阻；

压阻式角度传感器的电信号通过连接在电阻上的引线进行输出和测量。

或者，所述角度传感器为应变式角度传感器，应变式角度传感器包括采用MEMS工艺依次层叠制作在硅结构层上的绝缘层和应变片，应变片为Pt片；

应变式角度传感器的电信号通过连接在应变片上的引出线进行输出和测量。

进一步，所述微反射镜面包括所述硅结构层和采用MEMS工艺制作在硅结构层上的微镜面反射层。