双金属线圈的电磁驱动微镜的制作方法

本实用新型涉及微光电机系统领域，特别是涉及一种双金属线圈的电磁驱动微镜。

背景技术：

一般来说，电磁驱动的微镜有两种最主要的驱动方案：可动磁体和可动线圈。可动磁体使用一个外部线圈结合一块磁体或沉积的磁性薄膜。在可动线圈方案中，线圈被制作在扫描镜器件的结构上，外部磁铁提供一个静态磁场。当可动线圈通入变化的电流时，线圈产生的洛仑兹力提供微镜振动的扭矩。

采用可动线圈的方案目前来说线圈一般采用单种材料（金、镍、铜等等）。单材料的线圈由于材料本身性质所限，不能使微镜的性能达到最优化。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种采用双金属复合材料做线圈的电磁驱动微镜，能够使微镜获得更大的转角以及更高的响应频率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种双金属线圈的电磁驱动微镜，包括固定框架，所述固定框架内围设有镜面组件，外围为磁场系统；镜面组件包括扭转镜板，扭转镜板两侧分别通过扭转轴与固定框架连接，所述扭转镜板上环绕有驱动线圈，驱动线圈两侧分别引出输入端和输出端导线，所述导线与驱动线圈为两种不同材质金属线，且导线与驱动线圈的厚度为可调节式的。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述导线采用剪切模量小的金属，并通过减小导线厚度，从而增大微镜的转角。

在本实用新型一个较佳实施例中，剪切模量小的金属包括金。

在本实用新型一个较佳实施例中，驱动线圈采用密度小的金属，并通过增加驱动线圈厚度，从而保证线圈的整体有足够小的电阻同时不影响扭转的转动惯量。

在本实用新型一个较佳实施例中，密度小的金属包括镍或铜。

在本实用新型一个较佳实施例中，输入端和输出端导线分别从两侧的扭转轴引出，并与连接芯片上的金属电极连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述扭转镜板上环绕的驱动线圈中至少包括一圈封闭式线圈。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述驱动线圈相围形成的区域内设有反射镜面。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述驱动线圈和导线设于扭转镜板一侧，扭转镜板另一侧为反射镜面。

在本实用新型一个较佳实施例中，磁场系统包括多个永磁体组成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用双金属材料作为线圈，在微镜的扭转轴上的金属导线使用剪切模量较小的金属材料，可以降低扭转轴的转动惯量。在相同的驱动力的作用下，扭转轴上的金属导线材料使用金相比于镍或铜等材料，可以使微镜的转角更大。而驱动线圈使用密度更小的金属材料作为线圈，可以降低质量，提高微镜的响应频率，并且铁磁材料可使驱动线圈的磁感应强度增大从而增加驱动力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型双金属线圈的电磁驱动微镜一较佳实施例中镜面组件的结构示意图；

图2是图1所示的镜面组件的截面图；

图3是本实用新型双金属线圈的电磁驱动微镜另一较佳实施例中镜面组件的截面图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例包括：

一种双金属线圈的电磁驱动微镜，包括固定框架，所述固定框架内围设有镜面组件，外围是包括多个永磁体组成的磁场系统。

如图1所示，镜面组件包括扭转镜板1，扭转镜板1两侧分别通过扭转轴2与固定框架连接，所述扭转镜板1上环绕有驱动线圈3，且驱动线圈3中至少包括一圈封闭式线圈。

当驱动线圈3通入电流之后，驱动线圈3与外部永磁体的相互作用下产生的电磁力会使扭转镜板绕扭转轴2扭转。

驱动线圈3两侧分别引出输入端和输出端导线4，输入端和输出端导线4分别从两侧的扭转轴2引出，并与连接芯片上的金属电极连接。

所述导线4与驱动线圈3为两种不同材质金属线，且导线4与驱动线圈3的厚度为可调节式的，调节范围在10µm-40µm之间。

其中，所述导线4采用剪切模量小的金属，优选金，在相同的驱动力的作用下，扭转轴2上的导线材料使用金相比于镍或铜等材料，可以使微镜的转角更大。并通过减小导线厚度，从而增大微镜的转角。

金的剪切模量为27Gpa，而镍的剪切模量为76Gpa，铜的剪切模量为48GPa，采用剪切模量小的金属，导线4的厚度可以适当降低到10µm-20µm，例如导线的厚度为12µm、15µm或18µm等等。

驱动线圈3采用密度小的金属，优选镍或铜，可以降低质量，提高微镜的响应频率，并且镍为铁磁材料可使驱动线圈3的磁感应强度增大从而增加驱动力。并通过增加驱动线圈3厚度，从而保证线圈的整体有足够小的电阻同时不影响扭转的转动惯量。

镍的密度为8.908g/cm³,铜的密度为8.96 g/cm³，金的密度为19.30 g/cm³，驱动线圈3为镍或铜时，厚度可以增加到20µm到30µm之间甚至30µm以上，例如驱动线圈3的厚度为22µm、25µm、28µm或40µm等等。

而铜和镍的密度差不多，本实用新型优选的是镍，原因是因为镍是铁磁材料，可以增大线圈的磁感应强度从而增大驱动力使微镜转角变大。

这样双金属的结构通过自由调节金属导线4与驱动线圈3的材料以及厚度来实现微镜大转角扭转的目的。

本实用新型具体的工作原理：将如图1所示的微镜放在由外部永磁体组成的磁场系统中，将交流电从扭转轴2上的金属导线4一端输入，经过微镜扭转镜板1上环绕的驱动线圈3，从扭转轴2的金属导线4另一端输出，驱动线圈3在磁场的作用下会产生洛伦兹力，使微镜发生扭转，实现扫描的功能。

如图2所示，驱动线圈3相围形成的区域内设有反射镜面。扭转轴2上沉积剪切模量小的金属材料且适当的减小厚度可以有效提高微镜的转角；而驱动线圈3电镀密度小的金属材料如镍并适当的增加厚度来减小电阻，微镜的响应频率将提高而且由于电阻的减小同样的电流驱动下线圈的发热会减轻。

如图3所示，将驱动线圈3和导线4全沉积到扭转镜板1一侧，扭转镜板1另一侧为反射镜面。

上述结论的推理过程为：

上述理论公式中推导出微镜的转角以及谐振频率，可以看到微镜的扭转轴剪切模量G越小，在相同的力的作用下，微镜的转角越大（转角越大可以实现更大范围的扫描）；微镜的密度越小，微镜的响应频率越高（响应频率越高，响应时间越短，抗干扰能力越强）。

而目前一般采用的都是单金属线圈材料。例如：金的剪切模量小但是密度大而镍的剪切模量大但密度小。这就使单一的使用金材料可以使微镜转角较大，但会降低微镜的响应频率；而使用镍材料可以提高微镜的响应频率，但会降低微镜的转角。

为了解决目前的问题，提出使用双金属线圈，可以同时提高微镜的转角并提高微镜的响应频率。

公式（2）中的G为材料的剪切模量，a为扭转轴宽度，b为扭转轴厚度，Lf为扭转轴长度。双金属的优点在于可以灵活的控制金属导线与驱动线圈的材料以及厚度，如金属导线采用剪切模量小的金属，而且金属导线的厚度可以薄一点来减小转动惯量从而增大微镜的转角；驱动线圈除了可以采用密度较小的金属以外可以电镀厚一点，这样可以保证线圈的整体有足够小的电阻同时不影响扭转的转动惯量。这样双金属的设计通过自由调节金属导线与驱动线圈的材料以及厚度来实现微镜大转角扭转的目的。

因此，根据理论公式，在微镜结构确定的情况下即扭转轴长、宽等参数确定，以及外部磁场力固定的情况下，转角主要跟扭转轴的剪切模量以及厚度有关，即剪切模量越小，厚度越小，转角越大。因此选择剪切模量较小的金属材料作为扭转轴上的线圈且厚度适当的薄一点，从而使微镜实现大转角。

而微镜的响应频率在结构确定的情况下，扭转轴材料的剪切模量也确定的情况下，驱动线圈材料的密度越小，微镜的响应频率越高。另外适当的增加驱动线圈的厚度可以减小线圈整体的电阻，从而降低线圈的发热量，降低功耗。

综上所述，得出结论：使用双金属材料作为线圈的方法将提高微镜的性能。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用双金属材料作为线圈，在微镜的扭转轴上的金属导线使用剪切模量较小的金属材料，可以降低扭转轴的转动惯量。在相同的驱动力的作用下，扭转轴上的金属导线材料使用金相比于镍或铜等材料，可以使微镜的转角更大。而驱动线圈使用密度更小的金属材料作为线圈，可以降低质量，提高微镜的响应频率，并且铁磁材料可使驱动线圈的磁感应强度增大从而增加驱动力。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。