音圈電機驅動型掃描微鏡的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種音圈電機驅動型掃描微鏡，包括反射鏡面，所述反射鏡面由音圈驅動電機驅動，所述音圈驅動電機由海爾貝克永磁陣列和通電線圈組成，所述通電線圈在海爾貝克永磁陣列形成的磁場中帶動反射鏡面運動。在本實用新型中，海爾貝克永磁陣列具有的“磁單極子”特性能夠實現音圈電機的磁自屏蔽功能，減少電機對外部環境的電磁干擾；更重要的是，海爾貝克永磁陣列能夠以最少量的磁體實現最強的磁場，從而顯著降低掃描微鏡驅動裝置的質量和體積；再者，通過精確設計永磁陣列還可進一步提高微鏡扭轉或運動的方向性和精確性，為掃描微鏡終端產品的小型化、智能化發展提供無限可能。
【專利說明】
音圈電機驅動型掃描微鏡
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種掃描微鏡，具體涉及一種音圈電機驅動型掃描微鏡。
【背景技術】
[0002]采用MEMS工藝制造的掃描微鏡具有小尺寸、低成本、低功耗等顯著的優勢，可廣泛應用于光學掃描投影顯示系統、激光成像雷達、光譜儀、條形碼掃描器、共聚焦顯微鏡、內窺鏡等光學儀器。
[0003]掃描微鏡的驅動方式主要有靜電驅動和電磁驅動。其中，靜電驅動主要是利用電極之間的電容變化產生靜電力，從而驅動微鏡繞軸運動。靜電驅動微鏡又分為平板電容式和梳齒驅動兩種類型，相比較而言，梳齒靜電驅動微鏡可以在相對較小的驅動電壓下獲得更大的扭轉角度，但仍然存在驅動力小、驅動電壓高的缺點，并且反射鏡周圍過多的梳齒電極增加了微鏡的轉動慣量，使得微鏡諧振頻率難以進一步提高，限制了微鏡的掃描速度。
[0004]電磁驅動主要是利用交變電流在磁場中產生磁力從而驅動微鏡繞軸運動，或者是通過電磁鐵對磁極的吸引力或排斥力來實現驅動微鏡繞軸運動的目的。與靜電驅動相比，電磁驅動具有驅動力大、電磁轉換效率高、雙向驅動等優點，并且使用磁場力作為驅動力，驅動結構無需與被驅動結構直接連接，避免了位移限制，但電磁驅動方式的MEMS掃描微鏡需要工作在外部磁場環境下，需要采用裝配集成技術，增加了系統加工制造的難度。
[0005]為了中和靜電驅動和電磁驅動優缺點，美國maradin公司在US20100020379A1專利中實用新型了一種電磁-靜電混合驅動二維掃描微鏡，利用靜電梳齒產生的靜電力驅動內鏡面，用U型通電螺線管驅動固定在框架梁結構上的永磁鐵，帶動框架扭轉，來實現微鏡在二維方向上的反射掃描，但在此掃描鏡中需要將磁性材料裝配固定在微鏡框架扭轉梁上，其生產工藝與IC工藝不兼容。為了解決上述問題，西北工業大學在申請公布號為CN104765144A的專利中公開了一種動靜梳齒的靜電驅動并采用刻蝕、剝離、電鍍等工藝手段在微鏡周邊制得電磁驅動所用線圈。在上述現有技術中存在的問題在于，掃描微鏡電磁驅動所采用的永磁體或電磁鐵需要在外部設置磁屏蔽防護層，以放置外界環境對驅動裝置以及驅動裝置對外界環境造成的電磁干擾;另外，永磁體和電磁鐵的質量和體積較大，導致裝配后終端產品體積無法進一步縮小，限制掃描微鏡向小型化、智能化的方向發展。
【實用新型內容】
[0006]為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種新型的音圈電機驅動型掃描微鏡，對傳統電磁驅動結構及功能進行了突破性的改進，顯著降低磁體體積并提高掃描微鏡扭轉的方向性和精確性。
[0007]本實用新型采用的技術方案為:一種音圈電機驅動型掃描微鏡，包括反射鏡面，所述反射鏡面由音圈驅動電機驅動，所述音圈驅動電機由海爾貝克永磁陣列和通電線圈組成，所述通電線圈在海爾貝克永磁陣列形成的磁場中帶動反射鏡面運動。
[0008]優選地，所述海爾貝克永磁陣列是直線陣列，所述直線陣列可提供反射鏡面繞X軸和/或Y軸扭轉的驅動力矩。
[0009]優選地，所述直線陣列磁體結構為每極2塊、每極3塊或每極4塊。
[0010]優選地，所述海爾貝克永磁陣列是環形陣列，所述環形陣列可提供反射鏡面繞X軸和/或Y軸扭轉的驅動力矩，或者是提供反射鏡面沿Z軸方向上下移動的驅動力矩。
[0011]優選地，所述反射鏡面為方形或圓形。
[0012]優選地，所述通電線圈為方形或圓形。
[0013]與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于:
[0014]本實用新型開拓性地將海爾貝克永磁陣列應用至音圈電機中，利用海爾貝克永磁陣列的“磁單極子”特性使其在反射鏡面空間中產生磁場，并通過通電線圈實現對反射鏡面的電磁驅動。在本實用新型中，海爾貝克永磁陣列具有的“磁單極子”特性，能夠實現音圈電機的磁自屏蔽功能，顯著減少音圈電機對外部環境的電磁干擾;更重要的是，海爾貝克永磁陣列能夠以最少量的磁體實現最強的磁場，從而顯著降低掃描微鏡驅動裝置的質量和體積;再者，通過精確設計永磁陣列還可進一步提高微鏡扭轉的方向性和精確性，為掃描微鏡終端產品的小型化、智能化發展提供無限可能。
【附圖說明】
[0015]圖1是現有技術I的結構示意圖；
[0016]圖2是現有技術2的結構示意圖
[0017]圖3是本實用新型音圈驅動型掃描微鏡立體結構示意圖1;
[0018]圖4是圖3中反射鏡面俯視結構示意圖；
[0019]圖5(a)是本實用新型實施例提供的海爾貝克永磁陣列排列方式一；
[0020]圖5(b)是本實用新型實施例提供的海爾貝克永磁陣列排列方式二；
[0021]圖5(c)是本實用新型實施例提供的海爾貝克永磁陣列排列方式三；
[0022]圖6是本實用新型音圈驅動型掃描微鏡立體結構示意圖2;
[0023]圖7是圖6中反射鏡面俯視結構示意圖；
[0024]圖8(a)是本實用新型實施例提供的海爾貝克永磁陣列排列方式四；
[0025]圖8(b)是本實用新型實施例提供的海爾貝克永磁陣列排列方式五；
[0026]圖8(c)是本實用新型實施例提供的海爾貝克永磁陣列排列方式六。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0028]實施例1:參見圖3和圖4，一種音圈電機驅動型掃描微鏡，包括反射鏡面10，所述反射鏡面10由音圈驅動電機驅動，所述音圈驅動電機由海爾貝克永磁陣列20和通電線圈11組成，所述通電線圈11在海爾貝克永磁陣列20形成的磁場中帶動反射鏡面10運動。
[0029]在本實施例中，所述反射鏡面10通過Y軸橋臂12、X軸橋臂13和X軸橋臂支架14來實現二維方向的扭轉，所述通電線圈11分別設置在反射鏡面10和X軸橋臂支架14上，具體可以設置在反射鏡面的正面或者背面以及X橋臂支架的正面或者背面上，從而帶動反射鏡面繞軸扭轉，所述反射鏡面10、通電線圈11、Y軸橋臂12、X軸橋臂13和X軸橋臂支架14和通電線圈電路接入點15均采用IC工藝在硅晶圓片100上加工制成。
[0030]具體地，所述海爾貝克永磁陣列20可以為直線陣列組成的方形陣列，其中，永磁體的排列有多種方式，按照構成每極的塊數不同可以為每極2塊(90°)、每極3塊(60°)或者是每極4塊(45°)，分別如圖5(a)、5(b)和5(c)所示。采用上述排列方式的海爾貝克永磁陣列能夠在反射鏡面空間上產生較強的橫向磁場，而在另一側上的磁場幾乎為零，再通過電路連接點15向通電線圈11中導入電流，即可提供反射鏡面繞Y軸和/或X軸的驅動力矩，通過Y軸橋臂12和X軸橋臂13帶動反射鏡面10單獨繞Y軸扭轉、單獨繞X軸扭轉或者同時繞X、Y軸混合方向的扭轉，應用至激光掃描投影設備中即可實現矩形掃描圖像的顯示。
[0031]實施例2:參見圖6和圖7，其他部分與實施例1相同，區別在于:所述反射鏡面10為圓形，通電線圈11的形狀為環形，而海爾貝克永磁陣列則為環形陣列。
[0032]這里，所述環形陣列中磁極的排列方式有多種，不同的排列方式可以在反射鏡面空間形成不同方向的磁場。
[0033]示例的，可以是如圖8(a)中示出的磁極排列方式，能夠在反射鏡面空間上形成單一方向的橫向磁場，此種類型排列方式與實施例1中直線陣列形成的磁場方向類似，可提供反射鏡面繞X軸和/或Y軸扭轉的驅動力矩；
[0034]或者，如圖8(b )中示出的磁極排列方式，可在反射鏡面空間上形成4個方向的橫向磁場;又或者是如圖8(c)中示出的磁極排列方式，可在反射鏡面空間上形成6個方向的橫向磁場，圖(b)和圖(C)中示出的排列方式與前述方式有所不同，通過改變通電線圈中通入的電流方向，所述海爾貝克永磁陣列可提供反射鏡面11沿Z軸方向上、下運動的驅動力，結合位置傳感器即可實現掃描微鏡位置偏移的動態調節。
[0035]在本實用新型中，海爾貝克永磁陣列磁體的形狀、個數、磁極和排列方式決定了反射鏡面扭轉或運動的方向性和精確性，而海爾貝克永磁陣列磁體的形狀、個數、磁極和排列方式有多種選擇，并不局限于上述實施例中所提供的實施方式。另外，在上述實施例中，以反射鏡面和通電線圈為圓形或方形為例進行闡述，但反射鏡面和通電線圈的形狀不局限于此，本實用新型不做限定。
[0036]本實用新型提供了一種新型的音圈電機驅動型掃描微鏡，對傳統掃描微鏡電磁驅動結構和功能進行了突破性的改進，將海爾貝克永磁陣列應用至音圈電機中，利用海爾貝克永磁陣列的“磁單極子”特性使其在掃描微鏡空間中產生磁場，并通過通電線圈實現對掃描微鏡的電磁驅動。在本實用新型中，海爾貝克永磁陣列具有的“磁單極子”特性能夠實現音圈電機的磁自屏蔽功能，有效減少音圈電機對外部環境的電磁干擾;更為重要的是，海爾貝克永磁陣列能夠以最少量的磁體實現最強的磁場，從而顯著降低掃描微鏡驅動裝置的質量和體積;再者，通過精確設計永磁陣列的磁極和排列方式還可以進一步提高微鏡扭轉的方向性和精確性，為掃描微鏡終端產品的小型化、智能化發展提供無限可能。
[0037]需要說明的是，本實用新型所有附圖是上述音圈電機驅動型掃描微鏡的簡略示意圖，只為清楚描述本方案體現了與實用新型點相關的結構，對于其他的與實用新型點無關的結構是現有結構，在附圖中并未體現或只體現部分。
[0038]總之，以上僅為本實用新型較佳的實施例，并非用于限定本實用新型的保護范圍，在本實用新型的精神范圍之內，對本實用新型所做的等同變換或修改均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種音圈電機驅動型掃描微鏡，包括反射鏡面，其特征在于:所述反射鏡面由音圈驅動電機驅動，所述音圈驅動電機由海爾貝克永磁陣列和通電線圈組成，所述通電線圈在海爾貝克永磁陣列形成的磁場中帶動反射鏡面運動。2.根據權利要求1所述的一種音圈電機驅動型掃描微鏡，其特征在于:所述海爾貝克永磁陣列是直線陣列，所述直線陣列可提供反射鏡面繞X軸和/或Y軸扭轉的驅動力矩。3.根據權利要求2所述的一種音圈電機驅動型掃描微鏡，其特征在于:所述直線陣列磁體結構為每極2塊、每極3塊或每極4塊。4.根據權利要求1所述的一種音圈電機驅動型掃描微鏡，其特征在于:所述海爾貝克永磁陣列是環形陣列，所述環形陣列可提供反射鏡面繞X軸和/或Y軸扭轉的驅動力矩，或者是提供反射鏡面沿Z軸方向上下移動的驅動力矩。5.根據權利要求1至4中任一項所述的一種音圈電機驅動型掃描微鏡，其特征在于:所述反射鏡面為方形或圓形。6.根據權利要求1至4中任一項所述的一種音圈電機驅動型掃描微鏡，其特征在于:所述通電線圈為方形或圓形。
【文檔編號】G02B26/08GK205562954SQ201620268737
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月5日
【發明人】趙照
【申請人】合肥芯福傳感器技術有限公司