具有压电致动的MEMS设备、投射MEMS系统以及相关驱动方法与流程

文档序号:14886483发布日期:2018-07-07 12:59

本发明涉及所谓的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)型设备。具体地,本发明涉及具有压电致动的MEMS设备。进一步地,本发明涉及一种包括该MEMS设备的投射MEMS系统、以及相应控制方法。



背景技术:

如已知的,现今众多MEMS设备可用。例如,已知包括由反射镜形成的移动元件的所谓MEMS反射器。

通常,MEMS反射器被设计成用于接收光束并用于经由其自身的反射镜来改变该光束的传播方向。通常,光束的传播方向以周期性或准周期性的方式变化,以便使用被反射光束来对空间的一部分进行扫描。

进一步地,已知谐振型MEMS反射器。通常,谐振MEMS反射器包括致动系统,该致动系统使对应反射镜以基本上周期性的方式在静止位置周围进行振荡,振荡周期尽可能接近反射镜的谐振频率,以便在每次振荡期间使由反射镜覆盖的角距离最大化,并且因此使被扫描空间部分的大小最大化。

为了提高使用光束来执行扫描的分辨率,感觉需要为MEMS反射器提供直径大于现今可用直径并且谐振频率高于或等于现今可用谐振频率的反射镜。为此,需要能够对反射镜施加更大力的驱动系统。就这点而论,通常,在MEMS反射器中实施的致动系统属于静电型或电磁型。

为了增大施加在反射镜上的力,已经提出了如例如在U.Baran(U·巴兰)的“Resonant PZT MEMS Scanner for High-Resolution Displays(用于高分辨率显示器的谐振PZT MEMS扫描器)”(Journal of Micro-electro-mechanical Systems(微机电系统杂志),第21卷,第6期,第1303-1310页)中所描述的压电型致动系统。然而,所提出的解决方案的特征在于相对大的整体尺寸以及因此高制造成本。



技术实现要素:

因此,本发明的目标是提供一种将至少部分地解决已知领域的缺点的具有压电致动的MEMS设备。

根据本发明,因此提供了如在所附权利要求中限定的一种MEMS设备、一种投射MEMS系统以及一种控制方法。

附图说明

为了更好地理解本发明,现在仅通过非限制性示例的方式并参照附图来描述本发明的优选实施例,在附图中:

-图1示出了包括本MEMS设备的投射系统的框图;

-图2是移除了本MEMS设备的部分的示意性顶视平面图;

-图3是沿着图2中出现的剖面线III-III截取的本发MEMS设备的一部分的示意性横截面视图;

-图4示出了包括本MEMS设备的MEMS系统的框图;

-图5是当经受通过示例的方式来提供的变形时的本MEMS设备的一部分的示意性透视图;

-图6是移除了本MEMS设备的进一步实施例的部分的示意性顶视平面图;

-图7是移除了本MEMS设备的进一步实施例的部分的示意性透视图;

-图8是移除了本MEMS设备的进一步实施例的部分的示意性顶视平面图;

-图9示出了图8中示出的实施例的部件的顶视平面图;

-图10示出了图8中示出的实施例的部件所形成的电路图;

-图11示出了包括图8中示出的实施例的MEMS系统的框图;并且

-图12和图13是结合了本投射系统的便携式装置的示意性透视图。

具体实施方式

在下文中仅通过示例的方式参照被设计成用于以电子可控方式来反射光束并且因此包括至少一个反射镜的MEMS设备的情况来描述了本发明。然而,下文所描述的MEMS设备的其他用途是可能的。

这就是说,图1示出投射系统2,该投射系统包括由多个激光或LED型二极管6形成的光源4,该多个二极管中的每一个发射相应波长的电磁辐射。例如,在图1中示出了三个二极管6,这些二极管中的每一个分别发射大致红色(620nm-750nm)辐射、绿色(495nm-570nm)辐射以及蓝色(450nm-475nm)辐射。

投射系统2进一步包括组合器8、MEMS系统10和显示器12。组合器8安排在光源4的下游,以便接收由二极管6发射的电磁辐射并且形成通过组合此电磁辐射而获得的单个光束OB1。组合器8被进一步被设计成用于将光束OB1引导至MEMS系统10上。继而,下文更详细地描述的MEMS系统10被设计成用于生成反射光束OB2并且用于将反射光束OB2发送到显示器12上,以便使在显示器12上形成图像成为可能。

详细地,MEMS系统10被设计成用于在时间上改变反射光束OB2的轴线在空间中的取向,以便周期性地扫描显示器12的部分。

MEMS系统10包括MEMS设备11(图2和图3中示出),该MEMS设备形成于第一裸片20中并且包括限定了腔体24的由半导体材料(例如,硅)组成的固定支撑体22。

MEMS设备11进一步包括悬置的结构26,该悬置的结构在其自身的端部处受约束于固定支撑体22并且悬于腔体24上方。

悬置的结构26包括由半导体材料组成的可变形结构27和内部结构29。

详细地,可变形结构27包括第一臂B1和第二臂B2,该第一臂和该第二臂在物理上不同,具有细长形状,被安排在内部结构29周围,并且具体地,以悬臂方式在固定支撑体22与内部结构29之间延伸。第一臂B1和第二臂B2中的每一个是可变形的并且用作弹簧,此弹簧主要经受如下文中描述的偏转(其次,还经受扭转)。

不失一般性地,在图2和图3中示出的实施例中,内部结构29包括框架状部分36、中心部分38和两个连接部分40。在顶部平面图中,框架状部分36具有环形形状(例如,环的形状)。中心部分38在框架状部分36内延伸,该中心部分经由这两个连接部分40连接至该框架状部分。中心部分38在顶视平面图中具有例如圆形形状,并且被设计成用于携带反射镜41(只在图3中示出),该反射镜由例如金属膜形成并且被设计成用于接收来自组合器8的光束OB1并且用于生成反射光束OB2。

大致地,中心部分38、框架状部分36和这两个连接部分40形成刚性体。另外,如下文中描述的,框架状部分36用作可旋转框架。

更详细地,在下文中,我们假定彼此垂直且限定与第一裸片20的主表面平行的平面的(取向的)轴H和轴Z。我们进一步假定垂直于轴H和轴Z并且穿过内部结构29的中心部分38的几何中心的进一步轴K。下文中,轴K将被称为“对称轴K”。

这就是说,不失一般性地,连接部分40从中心部分38的相对点开始沿着轴H延伸。

至于可变形结构27,在静止条件下,第一臂B1和第二臂B2平行于平面HZ延伸。进一步地,如下文中解释的,第一臂和第二臂中的每一个固定至固定支撑体22在该固定支撑体的相应单个区域中。

更详细地,第一臂B1和第二臂B2中的每一个包括对应细长部分(分别用30和32指定),该细长部分具有带单个凹陷的弯曲形状,凹陷面向内部结构29,并且具体地,面向内部结构29的框架状部分36,该框架状部分位于由第一细长部分30和第二细长部分32的凹陷所限定的空间的一部分中,与该部分相隔一定距离,因此不与其接触。具体地,内部结构29的框架状部分36的部分在由第一细长部分30和第二细长部分32的凹陷所形成的凹陷内延伸。

不失一般性地,在顶视平面图中,第一细长部分30在由轴Z所限定的第一半平面中延伸,而第二细长部分32在由轴Z限定的另一半平面中延伸。

第一细长部分30和第二细长部分32中的每一个具有第一端,该第一端被固定至固定支撑体22。假定以对称轴K为中心的圆柱参考系,第一细长部分30和第二细长部分32的第一端具有同一个第一径向坐标,即,它们与对称轴K的距离相等,并且具有彼此相差180°的角坐标。第一细长部分30的第一端可具有相对于轴Z测得的角坐标,例如,30°。

如下文中更详细地描述的,第一细长部分30和第二细长部分32中的每一个进一步具有对应第二端,该第二端被固定至内部结构29。不失一般性地,第一细长部分30和第二细长部分32的第二端具有相同的小于第一径向坐标的第二径向坐标,并且具有彼此相差180°的角坐标。再次,不失一般性地,第一细长部分30的第二端可具有例如150°的角坐标。

换句话讲,第一细长部分30和第二细长部分32的第一端安排在对称轴K所处的平面SH1中,而第二细长部分30和第二细长部分32的第二端安排在沿着对称轴K与平面SH1相交的平面SH2中。另外,第一细长部分30和第二细长部分32横向地并且以一定距离围绕框架状部分36的相互相对部分。

更详细地,第一细长部分30和第二细长部分32中的每一个具有自身的弯曲型对称线(分别用L1和L2指定)。就这点而论,之前关于每个细长部分的端部的坐标的考虑可适用于相应对称线的端部。

不失一般性地,每条对称线L1、L2由缠绕对称轴K的(即,具有随着角坐标增大而减小或至多局部恒定的曲率半径)相应螺线的一部分形成,并且因此随着角坐标增大而减小其自身与对称轴K的距离。另外,对称线L1、L2在相应角域上延伸,这些角域具有小于180°的幅度,不重叠并且分别等于例如[30°,150°]和[210°,330°]。

另外,不失一般性地,考虑第一细长部分30和第二细长部分32中的每一个,并且在相应对称线的所考虑的任何点处,将在所考虑点处与该对称线正交的平面中的截面表示为“横截面”,发现被理解为横截面的平面HZ中的尺寸的细长部分宽度随着角坐标增大而减小。

再次,不失一般性地,第一细长部分30和第二细长部分32彼此相同,相对于对称轴K对称地安排(中心对称),并且假想地,这些细长部分的每个细长部分可通过将另一个细长部分旋转平移而获得,其中,旋转平移包括平行于平面HZ的平移以及关于垂直于平面HZ的轴的旋转。

如在图2中可以看到的,第一细长部分30和第二细长部分32的第二端通过对相应端子部分的插置而连接至内部结构29的框架状部分36的相应点。

具体地,第一臂B1和第二臂B2分别地包括第一端子部分31和第二端子部分33。另外,第一细长部分30的第二端连接至第一端子部分31的与第一细长部分30形成单件的第一端。第一端子部分31的第二端连接至内部结构29的框架状部分36的沿着轴Z的相应点。

第二细长部分32的第二端连接至第二端子部分33的与第二细长部分32形成单件的第一端。第二端子部分33的第二端连接至框架状部分36的相应点,该相应点沿着轴Z并且相对于第一端子部分31所连接起来的框架状部分36的点而在直径上是相对的。

不失一般性地,第一端子部分31和第二端子部分33彼此相同,并且相对于对称轴K以对称方式(中心对称)安排。

更详细地并且不失一般性地,第一端子部分31和第二端子部分33中的每一个具有大致恒定的宽度,该宽度与该端子部分所连接的细长部分的第二端的宽度大致相等。另外,对应对称线(分别用L31和L33指定)连接至相应细长部分的对称线,并且具有比第一(并且等同地,第二)对称线L1所展现的最小曲率半径短的大致恒定的曲率半径。而且,第一端子部分31和第二端子部分33各自形成相应单个凹陷,内部结构29安排在该凹陷的外部上。

另外,第一端子部分31和第二端子部分33中的每一个的对称线呈现了行程,以便形成相对于该端子部分所连接的细长部分的第二端而径向且向外进行投射的投射,此投射相对于所该第二端按(例如)15°成角度地交错。

换句话讲,如果我们将由框架状部分36、由第一细长部分30以及由第一端子部分31所界定的间隙表示为“第一间隙I1”,则此第一间隙I1形成某种第一小孔O1,该第一小孔由第一端子部分31部分地界定。进一步地,第一间隙I1包括对应部分,该对应部分由第一细长部分30以及由框架状部分36界定并且具有随着角坐标增大而单调减小的宽度,远至第一细长部分30的第二端,在该第二端处,该对应部分连接至以上提到的第一小孔O1。相同的考虑适用于第二间隙I2,该第二间隙由第二细长部分32界定并且形成第二小孔O2。

在实践中,假想地,第一端子部分31和第二端子部分33中的每个端子部分可通过将另一个端子部分旋转平移而获得,其中,旋转平移包括平行于平面HZ的平移和关于垂直于平面HZ的轴的旋转。

大致地,悬置的结构26因此具有螺旋星云(在顶视平面图中)的构造,其中,臂的固定至内部结构29的第二端在相对于臂的固定至固定支撑结构22的相应第一端的同一旋转方向(逆时针)上安排。如下文中描述的虽然保证了对内部结构29施加高致动力,但是这使得MEMS设备11的面积能够减小。

详细地,内部结构29的旋转元件的移动由于存在压电元件而获得。就这点而论,MEMS设备11包括由压电材料(例如,锆钛酸铅(PZT)或氮化铝(AlN))组成的第一压电元件50、第二压电元件52、第三压电元件54以及第四压电元件56。

第一压电元件50和第三压电元件54安排在第一细长部分30上,而第二压电元件52和第三压电元件56安排在第二细长部分32上。就这点而论,在图2中,已经移除了MEMS设备11的部分,以便促进对压电元件的安排的理解。在图3中,被移除元件的部分是可见的。

详细地,第一压电元件50和第三压电元件54彼此分离。进一步地,第一压电元件50(从更定量的观点看,其几何中心)位于比第三压电元件54(从更定量的观点看,其几何中心)的角坐标更大的角坐标处。就这点而论,不失一般性地,在顶视平面图中并且在静止条件下,第一压电元件50相对于轴H而完全位于左手边的半平面中,而第三压电元件54具有次要部分和主要部分,该次要部分也位于左手边的半平面中,并且该主要部分位于右手边的半平面中。

第二压电元件52和第四压电元件56彼此分离,并且分别与第一压电元件50和第三压电元件54相同,并且分别相对于对称轴K以与第二压电元件50和第三压电元件54对称的方式安排。因此,第二压电元件52位于比第四压电元件56更大的角坐标处。进一步地,在顶视平面图中并且在静止条件下,第二压电元件52相对于轴H而完全位于右手边的半平面中,而第四压电元件56具有次要部分和主要部分,该次要部分也位于右手边的半平面中,并且该主要部分位于左手边的半平面中。

更详细地,如图3中可见的,MEMS设备11包括第一介电区域60和第二介电区域62,该第一介电区域和该第二介电区域分别在与其直接接触的第一细长部分30和第二细长部分32上方延伸,并且由例如氧化硅制成。

进一步地,MEMS设备11包括第一底部电极64和第二底部电极66,该第一底部电极和该第二底部电极由例如钛制成,并且分别在与其直接接触的第一介电区域60和第二介电区域62上方延伸。继而,第一压电元件50和第三压电元件54安排在与其直接接触的第一底部电极64上,而第二压电元件52和第四压电元件56安排在与其直接接触的第二底部电极66上。

对于每个压电元件,MEMS设备11进一步包括对应顶部电极,该顶部电极由例如铂制成并且覆盖(直接接触)对应压电元件。就这点而论,在图3中,第一顶部电极68和第二顶部电极70是可见的,它们分别安排在第三压电元件54和第四压电元件56上。

MEMS设备11进一步包括介电涂层72,该介电涂层在顶部电极上方以及在压电元件和底部电极的暴露部分上方延伸。为了使与第一底部电极64和第二底部电极66的电接触成为可能,MEMS设备11包括第一底部电极金属喷镀74和第二底部电极金属喷镀76,该第一底部电极金属喷镀和该第二底部电极金属喷镀延伸穿过介电涂层72并且分别接触第一底部电极64和第二底部电极66。同样地,对于每个顶部电极,MEMS设备11包括相应顶部电极金属。就这点而论,在图3中,第一顶部电极金属喷镀78和第二顶部电极金属喷镀80是可见的,该第一顶部电极金属喷镀和该第二顶部电极金属喷镀延伸穿过介电涂层72并且分别接触第一顶部电极68和第二顶部电极70。

如图4中所示出的,MEMS系统10进一步包括第二裸片102,在该第二裸片之内形成了驱动电路104,该驱动电路电连接至第一压电元件50、第二压电元件52、第三压电元件54和第四压电元件56并且被设计成用于通过顶部电极金属和底部电极金属对这些压电元件进行偏置。

在使用中,驱动电路104对第一压电元件50和第四压电元件56施加属于交流类型的第一控制信号,并且进一步对第二压电元件52和第三压电元件54施加同样属于交流类型的并且相对于第一信号相移180°的第二控制信号。以此方式,可表明,可变形结构27经历周期性变形,以便引起内部结构29(并且具体地,其中心部分38)关于第一旋转轴的旋转,该第一旋转轴位于平面HZ中并且包括在轴H与轴Z之间。在图5中示出了可变形结构27在给定时刻经历的变形的示例。总体上,第一旋转轴的精确位置取决于第一细长部分30和第二细长部分32的第一端以及端子部分31、33与框架状部分36的接触点的角安排。

更详细地,内部结构29(在其是机械结构的范围内)展现出一定数量的振荡模式,在另一方面,可通过分析和/或实验和/或数值来研究这些振荡模式。另外,可表明,第一压电元件50、第二压电元件52、第三压电元件54和第四压电元件56安排在第一细长部分30和第二细长部分32的部分上,在考虑到操作模式(即,设想到关于上述第一旋转轴的振荡的模式)的情况下,这些部分经受相对于对应静止位置的更大偏离(绝对值)。在下文中,还将这些部分表示为“中间部分”。以此方式,在给定内部结构29并且因此反射镜41的相同旋转幅度的情况下,提供给压电元件以获得此旋转的能量减小,从而改善了消耗量。

根据图6中示出的不同实施例,MEMS设备11的可变形结构27包括第三臂B3和第四臂B4,该第三臂和该第四臂进而分别包括第三细长部分90和第四细长部分92。

详细地,在图6中,用D1和D2来指定第一细长部分30和第二细长部分32的角域。进一步地,图6示出了分别用D3和D4指定的第三细长部分90和第四细长部分92的角域。完整臂的角域没有加以指示,而是可根据相应细长部分的角域推导出,并且对于这些臂中的每一个,通过相应端子部分的第二端的角坐标与相应细长部分的第一端的角坐标之间的差异给出。

更详细地,第三细长部分90和第四细长部分92安排在第一细长部分30和第二细长部分32的外部上,并且具有带有分别面向第一细长部分30和第二细长部分32的个别凹陷的弯曲形状。第一细长部分30和第二细长部分32的部分分别在由第三细长部分90和第四细长部分92的凹陷形成凹陷内延伸。

第三细长部分90和第四细长部分92中的每一个具有第一端,该第一端被固定至固定支撑体22。不失一般性地,第三细长部分90和第四细长部分92的第一端具有相同的径向坐标(大于第一细长部分30和第二细长部分32的第一端的径向坐标),并且具有彼此相差180°的角坐标。再次,不失一般性地,第三细长部分90的第一端具有包括在第一细长部分30的第一端和第二端的角坐标之间的角坐标,而第四细长部分92的第一端具有包括在第二细长部分32的第一端和第二端的角坐标之间的角坐标。

如下文中更详细地描述的,第三细长部分90和第四细长部分92中的每一个进一步具有对应第二端,该第二端被固定至内部结构29。不失一般性地,第三细长部分90和第四细长部分92的第二端具有相同的小于对应第一端的第一径向坐标的第二径向坐标,并且具有彼此相差180°的角坐标。再次,不失一般性地,第三细长部分90的第二端具有包括在第一细长部分30的第二端的角坐标与第二细长部分32的第一端的角坐标之间的角坐标,而第四细长部分92的第二端具有包括在第二细长部分32的第二端的角坐标与第一细长部分30的第一端的角坐标之间的角坐标。

在实践中,第三臂B3和第四臂B4的角坐标分别与第一臂B1和第二臂B2的角坐标重叠至少50%。

更详细地,第三细长部分90和第四细长部分92中的每一个具有自身的弯曲型对称线(未示出),该对称线随着角坐标增大而减小其自身与对称轴K的距离。进一步地,第三细长部分90和第四细长部分92的对称线在相应角域上延伸,这些角域具有小于180°的幅度并且不重叠。不失一般性地,在考虑到第三细长部分90和第四细长部分92中的每一个的情况下,细长部分的宽度随着角坐标增大而减小。

再次,不失一般性地,第三细长部分90和第四细长部分92彼此相同,并且相对于对称轴K以对称方式安排。

第三细长部分90和第四细长部分92的第二端通过对相应端子部分(未指示)的插置而连接至内部结构29的框架状部分36的相应点,这些端子部分间隔一定距离以180°成角度安排。

MEMS设备11进一步包括:第五压电元件95;第六压电元件96;第七压电元件97和第八压电元件95、96、97、98。

第五压电元件95和第七压电元件97安排在第三细长部分90上,而第六压电元件96和第八压电元件98安排在第四细长部分92上。进一步地,使用第一控制信号来驱动第五压电元件95和第八压电元件98,而使用第二控制信号来驱动第六压电元件96和第七压电元件97。

在实践中,图6中示出的实施例使得有可能对内部结构29施加更大的力,并且有可能增大旋转频率,这是由于存在许多并行操作的可变形元件。就此而论,虽然未示出,但是在任何情况下,实施例可能具有甚至更大数量的臂和/或压电元件。

根据图7中示出的不同实施例,内部结构(此处用109指定)再次包括此处用136指定的框架状部分(中空型),该框架状部分在下文中将被称为“外部框架136”。

在由外部框架136限定的腔内延伸的是:进一步可变形结构,该进一步可变形结构包括一对进一步臂,这些进一步臂在下文中将被称为第一次要臂SB1和第二次要臂SB2;内部框架170;以及支撑部分138,该支撑部分被设计成用于携带反射镜41(图7中未示出)。第一次要臂SB1和第二次要臂SB2分别包括第一次要细长部分160和第二次要细长部分162以及分别地,第一次要端子部分131和第二次要端子部分133。

更详细地,支撑部分138以与已经关于框架状部分36和中心部分38而描述的方式类似的方式,通过连接部分(与图7中的参考标号不相关联)连接至内部框架170。

第一次要细长部分160和第二次要细长部分162是可变形的并且充当弹簧。

更详细地,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162中的每一个具有带有单个凹陷的弯曲形状,凹陷面向内部框架170,该内部框架位于由第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的凹陷所限定的空间的一部分中。具体地,在顶视平面图中,内部框架170具有带有圆形外周长的环形形状。进一步地,内部框架170的部分在由第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的凹陷所形成的凹陷内延伸。

第一次要细长部分160和第二次要细长部分162中的每一个具有第一端,该第一端被固定至外部框架136。不失一般性地,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的第一端具有相同的径向坐标,并且具有彼此相差180°的角坐标。进一步地,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的第一端具有分别以与第一细长部分30和第二细长部分32的第一端相隔例如90°(在逆时针方向上)的距离安排的角坐标(在此实施例中,该第一细长部分和该第二细长部分具有大致等于60°和240°的角坐标)。

如下文中更详细地描述的,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162中的每一个进一步具有对应第二端,该第二端被固定至内部框架170。不失一般性地,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的第二端具有相同的小于相应第一端的径向坐标的第二径向坐标,并且具有彼此相差180°的角坐标。

更详细地,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162中的每一个具有自身的弯曲型对称线,不失一般性地,该对称线由相应螺线的一部分形成。进一步地,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的第二端分别通过对第一次要端子部分131和第二次要端子部分133的插置而连接至内部框架170。进而,第一次要端子部分131和第二次要端子部分133被固定在内部框架170的相应点中,这些相应点彼此相隔一定距离以180°成角度安排并进一步相对于第一端子部分31和第二端子部分33连接至外部框架136的连接点而以90°成角度交错。

至于第一次要端子部分131和第二次要端子部分133的形状,针对第一端子部分31和第二端子部分33(具体地,关于对应对称线的宽度、曲率半径和投射行程)而表述的相同考虑适用。

在图7中示出的实施例中,MEMS设备11还包括第五压电元件95、第六压电元件96、第七压电元件97和第八压电元件98。

第五压电元件95和第七压电元件97安排在第一次要细长部分160上,而第六压电元件96和第八压电元件98安排在第二次要细长部分162上。具体地,至于第一次要细长部分160和第二次要细长部分162上的第五压电元件95、第六压电元件96、第七压电元件97和第八压电元件98,针对第一压电元件50、第二压电元件52、第三压电元件54和第四压电元件56(具体地,关于第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的具有较大偏离(相对于静止状况)的部分上的安排)而表述的相同考虑适用。。

用第三控制信号来驱动第五压电元件95和第八压电元件98,而用第四控制信号来驱动第六压电元件96和第七压电元件97。

第三控制信号和第四控制信号属于交流类型并且可由驱动电路104生成,以便相对于彼此相移180°。进一步地,第三控制信号和第四控制信号可具有与第一控制信号和第二控制信号不同的频率和/或振幅。

在实践中,第一细长部分30和第二细长部分32以及相应压电元件形成第一对致动器,而第一次要细长部分160和第二次要细长部分162形成第二对致动器,该第二对致动器相对于第一对致动器嵌套并且相对于第一对致动器正交地安排(即,旋转过90°);然而,致动器对的安排不正交的实施例(未示出)是可能的。

再次,参照图7中示出的实施例,不失一般性地,第一次要细长部分160和第二次要细长部分162可与第一细长部分30和第二细长部分32相同,但是标尺度因子不同。

在操作上,第一压电元件50、第二压电元件52、第三压电元件54和第四压电元件56是使第一细长部分30和第二细长部分32的变形(以及因此外部框架136关于第一旋转(相对于固定支撑体22)轴的旋转)成为可能的致动器。另外,第五压电元件95、第六压电元件96、第七压电元件97和第八压电元件98是使第一次要细长部分160和第二次要细长部分162的变形(以及因此内部框架170关于垂直于第一旋转轴并且位于平面HZ中的第二旋转轴(未示出)的旋转(严格上讲,这应用于没有变形的情况))成为可能的致动器。内部框架170的旋转需要基本上与内部框架170形成刚性体的支撑部分138的同时旋转。

在下文中,相对于固定支撑体22,携带反射镜41的支撑部分138可关于彼此正交的两个轴转动。在这种情况下,投射系统2属于双轴型。

总体上,如在图8中仅通过示例的方式参照图2中示出的实施例而示出的,所描述的所有实施例可包括一个或多个应变计。

详细地,MEMS设备11包括第一应变计300、第二应变计302、第三应变计304和第四应变计306,这些应变计中的每一个由例如图9中示出的金属蜿蜒物310(例如由铂制成)形成。可在MEMS设备11的工艺流程期间(例如,在形成电极的步骤期间)形成蜿蜒物。

再次,参照图8,第一应变计300和第二应变计302分别以相对于对称线K的对称方式(中心对称)安排在第一细长部分30的第一端上和第二细长部分32的第一端上。第三应变计304和第四应变计306反而以相对于对称线K的对称方式(中心对称)安排在固定支撑体22上。

MEMS设备11进一步包括图10中示出的导电路径(未示出),该导电路径连接应变计,从而使得它们形成惠斯登电桥312,在惠斯登电桥中,应变计被建模为等效电阻器。

详细地,第一应变计300的第一端子和第二端子分别形成节点N1和节点N2。第二应变计302的第一端子连接至节点N1,而第二端子形成节点N3。第三应变计304的第一端子连接至节点N3,而第二端子形成节点N4。第四应变计306的第一端子和第二端子分别连接至节点N2和节点N4。

在实践中,第三应变计304和第四应变计306用作参考电阻器,因为对应电阻并不取决于内结构29的角位置。替代地,在不存在内部结构29的旋转的情况下,第一应变计300和第二应变计302的电阻彼此相同,而当内部结构29旋转时,它们经受在模量上相同但符号相反的偏差,这些偏差与旋转程度成比例。这是因为第一应变计300和第二应变计302安排在细长部分的对称部分上而发生的,当可变形结构27经受变形时,这些对称部分经受幅度大致相同但符号相反的平面外位移。这些对称部分因此在应变计上施加大致相同强度的反向张应力。

如图11中所示出的,在第二裸片102中,除了驱动电路104之外,可形成控制电路108,该控制电路电耦合至惠斯登电桥312和驱动电路104。

详细地,控制电路108被配置成用于生成指示内部结构29的作为惠斯登电桥312的电阻的函数的角位置的信号。进一步地,控制电路108根据指示角位置的信号而控制驱动电路104;即,它控制第一控制信号和第二控制信号,以便在频率和振幅上优化的驱动,即,以便获得期望角偏转。

如图12中所示出的,投射系统2可被获得作为相对于诸如电话或智能电话(或者,例如,PDA、平板计算机、数字音频播放器或用于视频游戏的控制器)等相关联便携式电子装置200的分离且独立的附件,通过适宜的电连接元件和机械连接元件(未示出)耦合至相同便携式电子装置200。在这种情况下,投射系统2提供有自身的封装体201,该封装体具有对于由MEMS反射器8生成的反射光束OB2是透明的至少一个部分202。投射系统2的封装体201可释放地耦合至便携式电子装置200的对应壳体203。

可替代地,如图13中所示出的,投射系统2可集成到便携式电子装置200内,安排在便携式电子装置200自身的壳体203内,在这种情况下,该壳体具有对于由MEMS反射器8生成的反射光束OB2透明的对应部分204。在这种情况下,投射系统2例如耦合至存在于便携式电子装置200的壳体203内的印刷电路板。

从先前已经描述和展示的内容,明确得出了本解决方案提供的优点。

具体地,本MEMS设备以减小的整体尺寸来表征,这是由于携带致动器(即,压电元件)的可变形臂形成容纳内部结构的外壳部分的凹陷。

总之,清楚的是,可以对本文中所描述和展示的内容做出修改和变化,而不会由此脱离如在所附权利要求中限定的本发明的范围。

例如,臂的端子部分可具有与所描述形状不同的形状。

至于臂的细长部分,它们可以在与已经展示的角域不同的角域上延伸。

总体上,第一细长部分和第二细长部分的角域具有包括在区间[60°,170°]内或区间[90°,150°]内的幅度,第一次要细长部分和第二次要细长部分(如果存在的话)的角域也如此。进一步地,臂的细长部分可具有面向内部结构的多于一个凹陷和/或凸起区域。总体上,臂的对称线的行程因此可比所描述的行程更不规则,对应端的角布安排同样如此。进一步地,臂具有幅度包括在区间[65°,175°]内或在区间[95°,155°]内的幅度的角域。另外,第一臂B1和第二臂B2的角域优选地不相交,从而使得被MEMS设备11占据的面积大大减小。相似的考虑适用于于由第三臂B3和第四臂B4以及由第一次要臂SB1和第二次要臂SB2(如果存在的话)形成的对。

至于内部结构29,框架状部分36可属于完整型,而非中空的,在这种情况,该框架状部分用作中心部分38并且在存在连接部分40的情况下携带反射镜41。同样,内部框架170可被用作支撑部分138并且携带反射镜41的完整结构取代。

至于耦合至每个臂的压电元件的数量,该数量可不同于所描述的数量。例如,在每个臂上,可存在仅仅一个压电元件,该压电元件具有与另一个臂上存在的压电元件的形状不同的形状。

至于中心部分38和支撑部分138,它们可具有与所描述的形状不同的形状;例如,它们可包括被设计成用于增大刚度的形状。

最后,可使用一种或多种金属材料(例如,铝或钢)而非半导体材料来获得本设备。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1