用于激光掃描顯示的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于激光掃描顯示的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]激光掃描顯示技術(shù)是指利用可動反射鏡完成水平方向和豎直方向的激光束掃描，在屏幕形成掃描圖像，其掃描方式類似傳統(tǒng)陰極射線管(CRT，Cathode Ray Tube)電視，不同之處在于用激光束代替了電子束。為實(shí)現(xiàn)高分辨率的圖像，微鏡在水平方向的掃描頻率(行頻)需要在20KHz以上，在豎直方向的掃描頻率(幀頻)一般為60Hz。激光掃描顯示技術(shù)使用RGB三基色激光束形成彩色圖像，得到的圖像色域更加寬廣，色彩更加逼真。由于激光的特性，可以在任何形狀表面顯示不失真的圖像。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)微鏡具有體積小、成本低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，使用微機(jī)電系統(tǒng)微鏡可以實(shí)現(xiàn)微型激光掃描顯示模塊。這種微型激光掃描顯示模塊具有巨大的市場應(yīng)用前景。
[0003]如Microvis1n公司所公開的電磁驅(qū)動二維微鏡，其結(jié)構(gòu)上使用萬向節(jié)實(shí)現(xiàn)二維掃描，中間懸空框架上做有一組電磁驅(qū)動線圈，外加磁場與內(nèi)外兩對扭轉(zhuǎn)梁均成45°夾角。驅(qū)動線圈中通入實(shí)現(xiàn)水平掃描的高頻信號與實(shí)現(xiàn)豎直掃描的低頻信號的疊加信號，在磁場中產(chǎn)生洛倫茲力，通過扭轉(zhuǎn)梁及萬向節(jié)結(jié)構(gòu)的機(jī)械轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)微鏡的水平掃描與豎直掃描。水平方向可以在21.3kHz的諧振頻率下獲得65°的光學(xué)掃描角，豎直方向可以在60Hz的非諧振頻率下獲得53°的光學(xué)掃描角。然而，這種特定的結(jié)構(gòu)存在一些弊端限制了性能的進(jìn)一步提高，磁場和通電導(dǎo)線夾角45°降低了磁場強(qiáng)度的利用率；在同一驅(qū)動線圈通入疊加信號產(chǎn)生兩個方向的掃描，兩個方向的掃描性能存在相互影響；信號需要疊加處理，使得驅(qū)動電路復(fù)雜化。
[0004]又如美國專利申請第US20040012460號公開的一種結(jié)合懸臂梁結(jié)構(gòu)的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡，其結(jié)構(gòu)上使用反射鏡上面的電磁線圈驅(qū)動實(shí)現(xiàn)繞Y軸的扭轉(zhuǎn)掃描，使用做有電磁驅(qū)動線圈的四根懸臂梁實(shí)現(xiàn)繞X軸的扭轉(zhuǎn)掃描。反射鏡上直接做有電磁線圈，容易使鏡面變形，而且使反射鏡面積和質(zhì)量增大，相對較難實(shí)現(xiàn)高頻扭轉(zhuǎn)。做有電磁線圈的懸臂梁驅(qū)動反射鏡繞X軸扭轉(zhuǎn)，懸臂梁和扭轉(zhuǎn)萬向結(jié)直接相連，并且離扭轉(zhuǎn)軸位置較遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)上的制約，使反射鏡很難得到較大的扭轉(zhuǎn)角度。
[0005]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研宄創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于激光掃描顯示的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡，其可降低兩個方向間的相互干擾，容易獲得較大的扭轉(zhuǎn)角度，且可提高磁場利用率，簡化了驅(qū)動方案。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:一種用于激光掃描顯示的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡，包括外圍框架、設(shè)置在外圍框架內(nèi)的內(nèi)框架、連接所述外圍框架和內(nèi)框架的豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁、設(shè)置在所述內(nèi)框架內(nèi)的微反射鏡及一對磁體，所述外圍框架具有懸臂，所述內(nèi)框架通過豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁連接至外圍框架的懸臂上，所述懸臂上設(shè)置有懸臂驅(qū)動線圈，所述內(nèi)框架上設(shè)置有內(nèi)框架驅(qū)動線圈，所述一對磁體分別相對設(shè)置在懸臂的兩側(cè)，所述磁體所產(chǎn)生的磁感線垂直于懸臂驅(qū)動線圈、內(nèi)框架驅(qū)動線圈通電后的電流方向。
[0008]進(jìn)一步的，所述微反射鏡與內(nèi)框架為分體設(shè)置，所述用于激光掃描顯示的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡還包括將所述微反射鏡固定在內(nèi)框架上的水平掃描扭轉(zhuǎn)梁。
[0009]進(jìn)一步的，所述水平掃描扭轉(zhuǎn)梁為相對設(shè)置在微反射鏡兩側(cè)的兩根，所述微反射鏡為以水平掃描扭轉(zhuǎn)梁為軸線的軸對稱形狀。
[0010]進(jìn)一步的，所述水平掃描扭轉(zhuǎn)梁與豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁垂直設(shè)置。
[0011]進(jìn)一步的，所述豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁與所述內(nèi)框架、外圍框架之間的連接處采用圓角結(jié)構(gòu)過渡；所述水平掃描扭轉(zhuǎn)梁與所述內(nèi)框架、微反射鏡之間的連接處采用圓角結(jié)構(gòu)過渡。
[0012]進(jìn)一步的，所述懸臂驅(qū)動線圈、內(nèi)框架驅(qū)動線圈均為通過電鍍工藝鍍金制成的雙層線圈結(jié)構(gòu)。
[0013]進(jìn)一步的，所述懸臂為相對設(shè)置在內(nèi)框架兩側(cè)的兩個。
[0014]進(jìn)一步的，所述懸臂為四個，所述四個懸臂分成相對設(shè)置在內(nèi)框架的兩側(cè)的兩組，其中每個懸臂具有自由端，所述自由端與豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁連接。
[0015]進(jìn)一步的，所述內(nèi)框架驅(qū)動線圈呈H型或長方形。
[0016]進(jìn)一步的，所述磁體為采用釹鐵硼永磁材料所制成的永磁磁鐵。
[0017]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):由于外圍框架和內(nèi)框架通過豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁連接，微反射鏡設(shè)置在內(nèi)框架內(nèi)，外圍框架的懸臂和內(nèi)框架上分別設(shè)置懸臂驅(qū)動線圈和內(nèi)框架驅(qū)動線圈，磁體的磁感線垂直于懸臂驅(qū)動線圈、內(nèi)框架驅(qū)動線圈通電后的電流方向，從而實(shí)現(xiàn)兩個方向掃描的兩組驅(qū)動線圈獨(dú)立控制，降低兩個方向間的相互干擾；又懸臂通過振動波驅(qū)動內(nèi)側(cè)微反射鏡做諧振扭轉(zhuǎn)，容易獲得較大的扭轉(zhuǎn)角度；另外，由于磁體的磁感線垂直于懸臂驅(qū)動線圈、內(nèi)框架驅(qū)動線圈通電后的電流方向，從而可提高磁場利用率，簡化了驅(qū)動方案。
[0018]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明用于激光掃描顯示的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是圖1沿A-A向剖面示意圖；
[0021]圖3是圖1沿B-B向的剖面示意圖；
[0022]圖4是圖1在圓圈C的放大示意圖；
[0023]圖5是圖2在圓圈D的放大示意圖；
[0024]圖6是圖3在圓圈E的放大示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026]參見圖1至圖6，本發(fā)明一較佳實(shí)施例所述的一種用于激光掃描顯示的電磁驅(qū)動二維掃描微鏡100(以下簡稱微鏡)包括外圍框架1、設(shè)置在外圍框架I內(nèi)的內(nèi)框架2、連接外圍框架I和內(nèi)框架2的豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁3、設(shè)置在內(nèi)框架2內(nèi)的微反射鏡4及一對磁體5。所述外圍框架I具有架體11、由架體11圍設(shè)形成的腔體12和橫跨在腔體12上的懸臂13，所述內(nèi)框架2通過豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁3連接至外圍框架I的懸臂13上，所述懸臂13上設(shè)置有懸臂驅(qū)動線圈6。在本實(shí)施例中，該懸臂13的數(shù)量為四個，以提高靈敏度。四個懸臂13分成兩組，相對設(shè)置在內(nèi)框架2的兩側(cè)，其中每組中兩個懸臂13分別自架體11的一側(cè)朝腔體12內(nèi)相向延伸，每個懸臂13具有與架體11銜接的固定端(未標(biāo)號)和遠(yuǎn)離架體11的自由端131，自由端131與豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁3連接。誠然，該懸臂13也可以為其他數(shù)量，如一個或者為相對設(shè)置在內(nèi)框架2兩側(cè)的兩個。
[0027]所述微反射鏡4與內(nèi)框架2為分體設(shè)置，內(nèi)框架2上設(shè)置有內(nèi)框架驅(qū)動線圈7，該微鏡100還包括將微反射鏡4固定在內(nèi)框架2上的水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8，由于微反射鏡4與內(nèi)框架2分體設(shè)置，且內(nèi)框架驅(qū)動線圈7設(shè)置在內(nèi)框架2上，從而防止線圈應(yīng)力對微反射鏡4造成變形。為了使該微鏡100在較低的電壓下，同時實(shí)現(xiàn)水平方向的高頻最大扭轉(zhuǎn)角度掃描和豎直方向的低頻靜態(tài)大扭轉(zhuǎn)角度掃描，該水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8與豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁3垂直設(shè)置。該微反射鏡4使用半導(dǎo)體鍍膜技術(shù)在上面制作金屬反光薄膜，用來反射光束，金屬反光薄膜的種類根據(jù)反射光束的波長以及反射率進(jìn)行選擇，可以是金、銀、鋁等。該水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8為相對設(shè)置在微反射鏡4兩側(cè)的兩根，微反射鏡4為以水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8為軸線的軸對稱形狀，在本實(shí)施例中，所述微反射鏡4的形狀為圓形，當(dāng)然，其他實(shí)施方式中，該微反射鏡4的形狀還可以為其他以水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8為軸線的軸對稱形狀。由于微反射鏡4為以水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8為軸線的軸對稱形狀，所以微反射鏡4可以圍繞扭轉(zhuǎn)梁實(shí)現(xiàn)水平掃描，該水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8的形狀尺寸根據(jù)扭轉(zhuǎn)固有頻率做出調(diào)整。
[0028]上述外圍框架1、內(nèi)框架2、豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁3及水平掃描扭轉(zhuǎn)梁8均制作在同一片硅底板上，其各部分的厚度依據(jù)微鏡100的性能調(diào)整。所述豎直掃描扭轉(zhuǎn)梁3與內(nèi)框架2、外圍框架I之間的連接處采