一种双轴电磁扫描微镜制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双轴电磁扫描微镜，包括基板、外框架、内框架、镜面、第二扭转轴和第一扭转轴；外框架和内框架均为两个半圆组成的圆环，同一框架的两个半圆端部之间间隙设置，镜面设置在内框架中，内框架设置在外框架中；内框架与镜面通过第一扭转轴转动连接，外框架与基板通过第二扭转轴转动连接；镜面下方设置第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁间隙设置，第一磁铁磁极方向为轴向，第一磁铁和第二磁铁磁极方向相反；内框架朝向第一磁铁的一面设置有第一线圈，第一线圈以内框架的间隙处为界分为两部分，每部分均呈蛇形折叠状绕内框架半圆处分布形成回路；外框架朝向第一磁铁的一面设置有第二线圈，第二线圈为圆环形。第二线圈为圆环形。第二线圈为圆环形。

【技术实现步骤摘要】
一种双轴电磁扫描微镜


[0001]本技术属于微机电领域，涉及一种双轴电磁扫描微镜。

技术介绍

[0002]激光雷达系统是一种以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，综合了激光器技术、光电子技术、微芯片技术和光学技术等多种先进的技术。随着近几年无人驾驶与自主驾驶渐渐成为研究热点，激光雷达因具有扫描速度快、精度高、相比微波雷达体积小重量轻和抗干扰能力强等优点被迅速地应用在汽车的无人驾驶、复杂地形的勘探检测以及城市建筑的三维建模等领域。
[0003]MEMS激光雷达其中一个重要的光学器件——MEMS微镜，属于一种光学MEMS执行器芯片，可以在驱动作用下对激光光束进行偏转、调制、开启闭合及相位控制。
[0004]现有的电磁MEMS微镜，磁场放置方式大多采用与微镜成斜45
°
，磁场的X、Y分量分别提供微镜两个轴所需的驱动力矩，这种方式磁场未得到充分利用，从而使驱动力矩受限，微镜无法获得较大偏转角。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双轴电磁扫描微镜，在微镜下方产生径向磁场实现微镜驱动，有效的提高了驱动力矩。
[0006]为达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种双轴电磁扫描微镜，包括基板、外框架、内框架、镜面、第二扭转轴和第一扭转轴；
[0008]外框架、内框架和镜面均共面，且均平铺在基板上，外框架和内框架均为两个半圆组成的圆环，同一框架的两个半圆端部之间间隙设置，镜面设置在内框架中，内框架设置在外框架中；内框架与镜面通过第一扭转轴转动连接，外框架与基板通过第二扭转轴转动连接；
[0009]镜面下方设置有圆柱体的第一磁铁，第一磁铁周面外部设置有圆环体的第二磁铁，第一磁铁和第二磁铁间隙设置，镜面、第一磁铁和第二磁铁同心设置，第一磁铁磁极方向为轴向，第一磁铁和第二磁铁磁极方向相反；
[0010]内框架朝向第一磁铁的一面设置有第一线圈，第一线圈以内框架的间隙处为界分为两部分，每部分均呈蛇形折叠状绕内框架半圆处分布形成回路；外框架朝向第一磁铁的一面设置有第二线圈，第二线圈为圆环形。
[0011]优选的，第一转轴和第二转轴的轴向垂直。
[0012]优选的，镜面与内框架之间设置有加强筋，加强筋为两个半圆筋组成的圆环，两个半圆筋端部之间间隙设置，加强筋与镜面通过第一扭转轴转动连接。
[0013]优选的，第二扭转轴为蛇形折叠结构。
[0014]优选的，第一扭转轴为直梁结构。
[0015]优选的，第二线圈位于第一磁铁和第二磁铁的间隙处。
[0016]优选的，镜面表面镀有反射薄膜。
[0017]进一步，反射薄膜材质为金或铝。
[0018]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0019]本技术所述微镜，通过第一磁铁和第二磁铁磁极方向相反，二者耦合形成径向分布稳定磁场，从而获得径向磁场驱动两个扭转轴，通过第一扭转轴和第二扭转轴将镜面转动，进而实现镜面的正交方向的二维偏转工作，有效的提高了驱动力矩。并且本技术的微镜结构中镜面上没有电镀线圈或薄膜，属于无源器件，不会产生由于长时间工作或大电流驱动时，产生欧姆热而导致的镜面变形等失效问题。
[0020]进一步，第二扭转轴设计为蛇形折叠梁结构，从而在相同的驱动力矩下，实现更大的扭转位移输出，获取微镜更大的偏转角度，满足MEMS激光雷达系统广扫描视场要求。
[0021]进一步，第二线圈位于第一磁铁和第二磁铁的间隙处，实现磁场在外框架处耦合得到径向强磁场，获得最大安培力，可以避免因大驱动力矩需求而使得磁铁体积过大。
附图说明
[0022]图1为本技术的MEMS微镜结构示意图；
[0023]图2为本技术的MEMS微镜俯视图；
[0024]图3为本技术的第二扭转轴结构示意图；
[0025]图4为本技术的MEMS微镜的外框架图形化线圈示意图；
[0026]图5为本技术的MEMS微镜的内框架图形化线圈示意图；
[0027]图6为本技术的磁铁布置示意图；
[0028]图7为本技术的沿外扭转轴偏转的有限元模态仿真图；
[0029]图8为本技术的沿外扭转轴偏转的谐响应位移云图；
[0030]图9为本技术的沿内扭转轴偏转的有限元模态仿真图；
[0031]图10为本技术的沿内扭转轴偏转的谐响应位移云图。
[0032]其中：1
‑
基板；2
‑
外框架；3
‑
内框架；4
‑
镜面；5
‑
第二扭转轴；6
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第一扭转轴；7
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加强筋；8
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第一磁铁；9
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第二磁铁；10
‑
铁轭；11
‑
第一线圈；12
‑
第二线圈。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本技术做进一步详细描述：
[0034]如图1和图2所示，本技术所述的双轴电磁扫描微镜，为二维电磁MEMS微镜，以硅材料为基础结构，包括基板1、外框架2、内框架3、镜面4、第二扭转轴5、第一扭转轴6、加强筋7、第一磁铁8和第二磁铁9。
[0035]外框架2、内框架3和镜面4均共面，且均平铺在基板1上，外框架2和内框架3均为两个半圆组成的圆环，同一框架的两个半圆端部之间间隙设置，外框架2的半圆端部向内框架延伸，镜面4设置在内框架3中，内框架3设置在外框架2中，第一转轴和第二转轴的轴向垂直；内框架3与镜面4通过第一扭转轴6转动连接，外框架2与基板1通过第二扭转轴5转动连接；第二扭转轴5为蛇形折叠结构，第一扭转轴6为直梁结构，外框架2可绕第二扭转轴5进行偏转，内框架3和圆形镜面4可绕第一扭转轴6进行偏转，进而实现镜面4的正交方向的二维
偏转工作。
[0036]镜面4表面镀有反射薄膜，反射薄膜材质为金或铝。
[0037]镜面4与内框架3之间设置有加强筋7，加强筋7为两个半圆筋组成的圆环，两个半圆筋端部之间间隙设置，加强筋7与镜面4通过第一扭转轴6转动连接。
[0038]如图5和图1所示，本技术的双轴电磁扫描微镜本体下方放置第一磁铁8和第二磁铁9，第一磁铁8周面外部设置第二磁铁9，第一磁铁8和第二磁铁9间隙设置，第二磁铁9下方设置有铁轭10，铁轭10将第一磁铁8和第二磁铁9连接固定，镜面4、第一磁铁8和第二磁铁9同心设置，第一磁铁8为圆柱体的钕铁硼磁体，第二磁铁9为环形的钕铁硼磁体。其中，第一磁铁8磁极方向竖直向上，第二磁铁9磁极方向与之相反，二者耦合形成径向分布稳定磁场。
[0039]内框架3朝向第一磁铁8的一面设置有第一线圈11，第一线圈11以内框架3的间隙处为界分为两部分，每部分均呈蛇形折叠状绕内框架3和加强筋7的半圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双轴电磁扫描微镜，其特征在于，包括基板(1)、外框架(2)、内框架(3)、镜面(4)、第二扭转轴(5)和第一扭转轴(6)；外框架(2)、内框架(3)和镜面(4)均共面，且均平铺在基板(1)上，外框架(2)和内框架(3)均为两个半圆组成的圆环，同一框架的两个半圆端部之间间隙设置，镜面(4)设置在内框架(3)中，内框架(3)设置在外框架(2)中；内框架(3)与镜面(4)通过第一扭转轴(6)转动连接，外框架(2)与基板(1)通过第二扭转轴(5)转动连接；镜面(4)下方设置有圆柱体的第一磁铁(8)，第一磁铁(8)周面外部设置有圆环体的第二磁铁(9)，第一磁铁(8)和第二磁铁(9)间隙设置，镜面(4)、第一磁铁(8)和第二磁铁(9)同心设置，第一磁铁(8)磁极方向为轴向，第一磁铁(8)和第二磁铁(9)磁极方向相反；内框架(3)朝向第一磁铁(8)的一面设置有第一线圈(11)，第一线圈(11)以内框架(3)的间隙处为界分为两部分，每部分均呈蛇形折叠状绕内框架(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨，徐士浩，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：