专利名称：移动元件仅受静电力驱动的静电平行板致动器以及相结合使用的方法
移动元件仅受静电力驱动的静电平行板致动器以及相结合使用的方法
对共同未决申请案的参考
无优先权主张。共同未决申请案包括如下
权利要求
1.一种静电平行板致动器设备，用于产生一个物理效应，该物理效应的至少一个属性对应于被周期性地取样的一个数字输入信号的至少一个特性，该设备包括至少一个静电平行板致动器装置，每一个致动器装置包括一个导电移动元件阵列，该导电移动元件阵列界定一个第一平面，其中每一单独的移动元件操作而受约束以响应于作用其上的一个单独的第一静电力而沿着一条对应轴线来回交替地行进，其中每一个移动元件具有一个静止位置并且仅被所述第一静电力驱动远离其静止位置；以及至少一个平面电极，该至少一个平面电极界定总体上平行于所述第一平面的一个第二平面，所述平面电极操作以对来自所述移动元件阵列当中的至少一个单独的移动元件施加一个受控的电位差时间序列，从而可选择地产生所述第一静电力；以及一个控制器，该控制器操作以接收所述数字输入信号，并且相应地控制所述至少一个电极和所述单独的移动元件中的至少一者以施加所述电位差序列，使得所述物理效应表示所述信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动元件中的至少一个单独的移动元件沿着其对应轴线的移动进一步受到沿着所述单独的移动元件的轴线安置的至少一个机械限制器约束，所述机械限制器界定一个极限位置并且防止所述移动元件移动越过所述极限位置。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括至少一个闩锁，该至少一个闩锁操作以通过选择性地防止已经到达所述极限位置之一的至少一个所述移动元件朝向其先前位置往回移动远离所述机械限制器来锁定至少一个所述移动元件。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述移动元件的所述锁定是借助于由所述电极产生的一个第二静电力来实现，所述第二静电力在与所述第一静电力相同的方向上作用。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述机械限制器和所述电极一体地形成。
6.根据权利要求2所述的设备，具有安置于所述移动元件和所述机械限制器的至少一个表面上的至少一个凸出的凸痕，从而当所述移动元件处于所述极限位置中时在所述表面之间产生一个间隙。
7.根据权利要求2所述的设备,其中在权利要求1中描述的第一静电力以一种方式被调整以便将所述移动元件沿着其对应轴线的移动范围限制于一个比由所述机械限制器界定的范围短的范围。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器以规则的时间间隔来控制所述至少一个电极，因此界定一个致动时钟频率。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述移动元件的机械谐振频率被调谐到所述致动时钟频率。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述移动元件的机械谐振频率低于所述致动时钟频率的一半。
11.根据权利要求8所述的设备，其中根据一个取样时钟周期性地对一个数字输入信号的至少一个特性进行取样，其中所述致动时钟频率是所述取样时钟的频率的整数倍。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述移动元件的机械谐振频率是所述致动时钟频率的一半。
13.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一和第二静电力具有相同的振幅和极性。
14.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一和第二静电力在振幅和极性中的至少一者上有所不同。
15.根据权利要求1到14中任一项所述的设备，其中至少一个电极延伸经过一个以上致动器元件并且控制其移动。
16.一种用于产生物理效应的致动方法，该物理效应的至少一个属性对应于被周期性地取样的一个数字输入信号的至少一个特性，该方法包括提供至少一个静电平行板致动器装置，每一个致动器装置包括一个导电移动元件阵列，该导电移动元件阵列界定一个第一平面，其中每一单独的移动元件操作而受约束以响应于作用其上的一个单独的第一静电力而沿着一条对应轴线来回交替地行进，其中每一个移动元件具有一个静止位置并且仅被所述第一静电力驱动远离其静止位置；以及至少一个平面电极，该至少一个平面电极界定总体上平行于所述第一平面的一个第二平面，所述平面电极操作以对来自所述移动元件阵列当中的至少一个单独的移动元件施加一个受控的电位差时间序列，从而可选择地产生所述第一静电力；以及使用一个控制器以接收所述数字输入信号，并且相应地控制所述至少一个电极和所述单独的移动元件中的至少一者以施加所述电位差序列，使得所述物理效应表示所述信号。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个致动器装置还包括第一多个电连接，该第一多个电连接由所述控制器驱动并且被安排成下文称为“行”的一个第一几何图案；至少再多个电连接，该至少再多个电连接也由所述控制器驱动并且被安排成下文称为 “列”的至少再一个几何图案，该几何图案不同于所述第一几何图案；以及多个元件驱动电路；其中所述第一几何图案和所述再一个几何图案被设计成使得一行与一列重叠的每一个区域都含有一个移动兀件；每一个所述元件驱动电路控制一个所述移动元件，并且电连接到所述行之一以及所述列中的至少一列；使所述控制器能够间接地通过驱动所述行和所述列来控制作用于每一个所述移动元件上的静电力，这又决定所述元件驱动电路的行为。
18.一种静电平行板致动器设备，用于产生一个物理效应，该物理效应的至少一个属性对应于被周期性地取样的一个数字输入信号的至少一个特性，该设备包括至少一个致动器装置，每一个致动器装置包括一个移动元件阵列，该移动元件阵列界定一个第一平面，其中每一单独的移动元件操作而受约束以(a)响应于作用其上的一个第一静电力而沿着一条对应轴线来回交替地行进，以及(b)被选择性地锁定到至少一个锁定位置中；以及至少一个平面电极，该至少一个平面电极界定平行于该第一平面的一个第二平面，该电极操作以对来自所述移动元件阵列当中的至少一个单独的移动元件施加一个受控的电位差时间序列，从而可选择地产生所述第一静电力；以及一个控制器，该控制器操作以接收所述数字输入信号，并且控制所述至少一个电极和所述单独的移动元件中的至少一者以施加所述电位差序列。
19.一种用于产生物理效应的静电平行板致动的方法，该物理效应的至少一个属性对应于被周期性地取样的一个数字输入信号的至少一个特性，该方法包括提供至少一个致动器装置，每一个致动器装置包括一个移动元件阵列，该移动元件阵列界定一个第一平面，其中每一单独的移动元件操作而受约束以(a)响应于作用其上的一个第一静电力而沿着一条对应轴线来回交替地行进；以及(b)被选择性地锁定到至少一个锁定位置中；以及至少一个平面电极，该至少一个平面电极界定平行于该第一平面的一个第二平面，该电极操作以对来自所述移动元件阵列当中的至少一个单独的移动元件施加一个受控的电位差时间序列，从而可选择地产生所述第一静电力；以及使用一个控制器以接收所述数字输入信号，并且控制所述至少一个电极和所述单独的移动元件中的至少一者以施加所述电位差序列。
20.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动元件阵列包括被安排成一个第一几何图案的第一多个第一组电互连移动元件；其中所述至少一个电极包括至少一个电极阵列，该至少一个电极阵列被划分成被排列成至少一个第二几何图案的至少第二多个第二组电互连电极，该第二几何图案不同于所述第一几何图案；其中所述第一和第二多个组中的每一组电连接到所述控制器，并且所述第一和第二几何图案的特征在于一个第一组与一个第二组重叠的每一个区域都含有仅一个移动元件，并且其中所述控制器操作以通过在所述第一组中的一个单独的组与所述第二组中的一个单独的组之间施加电压而控制作用于所述阵列内的每一个所述移动元件上的静电力，来寻址每一个所述移动元件。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述致动装置包括多个阵列，每一个阵列具有未分别电连接到所述致动装置内的其他阵列的行和列的行和列。
22.根据权利要求20所述的设备，其中所述第一组包括多行并且所述第二组包括多列，并且所述行和列延伸经过一个以上致动器装置，使得所述行包括位于一个以上致动器装置内的多个移动元件，并且所述列包括位于一个以上致动器装置内的多个电极。
23.根据权利要求20所述的设备，其中依序地针对该阵列中的每一单独的行，所述控制器周期性地(a)仅将该单独的行连接到一个预定电位，同时保持所有其他行电浮动，以及(b)寻址所述单独的行中的选定的移动元件。
24.根据权利要求4所述的设备，其中该控制器通过将至少一个移动元件电连接到所述电极来将所述移动元件从一个锁定状态释放。
25.根据权利要求1所述的设备，其中该控制器周期性地刷新由所述移动元件和一个电极形成的电容器上的电荷。
26.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器通过如下方式来控制作用于至少一个所述移动元件上的静电力在至少一个所述电极与至少一个所述移动元件之间施加电压历时一个预定充电时间段，该预定充电时间段在该移动元件仍在运动中的同时终止；随后防止任何电荷转移到由所述至少一个移动元件和所述至少一个电极形成的电容器中以及转移出该电容器。
27.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个位置传感器，该至少一个位置传感器感测至少一个移动元件沿着其对应轴线的位置。
28.根据权利要求27所述的设备，其中所述位置传感器包括一个电容传感器，该电容传感器感测所述移动元件与一个电极之间的电容。
29.根据权利要求26所述的设备，还包括至少一个位置传感器，该至少一个位置传感器感测至少一个移动元件沿着其对应轴线的位置。
30.根据权利要求27所述的设备，其中所述控制器使用由所述位置传感器提供的信息来检测这些单独的移动元件中的缺陷。
31.根据权利要求27所述的设备，其中由所述位置传感器提供的位置信息用以调整在至少一个移动元件与至少一个电极之间施加的电压。
32.根据权利要求29所述的设备，其中由所述位置传感器提供的位置信息用以调整所述移动元件的充电时间。
33.根据权利要求27所述的设备，其中所述控制器在选择移动元件以产生所述物理效应时使用由所述位置传感器提供的位置信息。
34.根据权利要求29所述的设备，其中所述位置传感器包括一个电容传感器，该电容传感器感测所述移动元件与一个电极之间的电容，并且其中所述电容传感器包括一个电压传感器，该电压传感器操作以在一个移动元件和一个电极中的至少一者电浮动的同时感测所述移动元件与电极之间的电压。
35.根据权利要求34所述的设备，其中所述电压传感器包括一个模拟比较器。
36.根据权利要求34所述的设备，其中所述电压传感器包括一个模/数转换器。
37.根据权利要求18所述的设备，其中所述移动元件被所述至少一个电极选择性地锁定到至少一个锁定位置中。
38.根据权利要求18所述的设备，其中所述移动元件中的至少一个单独的移动元件的运动受到沿着所述单独的移动元件的轴线安置的至少一个机械限制器限制。
39.根据权利要求2所述的设备，其中所述电极包括沿着所述单独的移动元件的轴线安置的一个机械限制器，该限制器操作以限制所述移动元件。
40.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动元件由一个第一闩锁和一个第二闩锁选择性地锁定，以选择性地将所述移动元件的至少一个子组锁定在对应的第一和第二锁定位置中。
41.根据权利要求3所述的设备，其中每一个移动元件具有由所述至少一个机械限制器沿着所述轴线界定的至少一个极限位置，并且其中至少一个移动元件被锁定到所述至少一个极限位置中。
42.根据权利要求3所述的设备，其中每一个移动元件具有由所述至少一个机械限制器沿着所述轴线界定的至少一个极限位置，并且其中至少一个移动元件被锁定到沿着所述轴线的未达到所述移动元件的极限位置的一个位置中。
43.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动元件阵列包括第一多行移动元件，该第一多行移动元件沿着一个第一几何尺寸延伸并且在其间电连接；其中所述电极包括一个电极阵列，该电极阵列平行于所述移动元件阵列并且包括不平行于所述多行移动元件的第二多列电极，该第二多列电极沿着一个第二几何尺寸安排并且在其间电连接；并且其中所述控制器操作以确定包括来自所述多行当中的第I行中的第j个元件的第 I，j个元件的运动是强制性的，以便通过改变来自所述多列当中的第j列与所述第I行之间的电压差来产生该物理效应并且引起该第I，j个移动元件的运动。
44.根据权利要求43所述的设备，其中通过使用一个电压源在来自所述第二多列当中的第j列与所述第I行之间施加电压来改变所述电压差。
45.根据权利要求43所述的设备，其中通过短路来自所述第二多列当中的第j列与所述第I行来改变所述电压差。
46.根据权利要求43所述的设备，其中所述行垂直于所述列。
47.根据权利要求20所述的设备，其中所述控制器操作以确定至少第a，b个移动元件和第c，d个移动元件的运动是强制性的，以便通过如下方式来产生该物理效应并且引起所述移动元件的运动使用一个电压源在来自所述第二多列当中的第b列与所述第a行之间施加电压；在一个预定时间段之后从所述电压源断开该第a行和第b列中的至少一者，随后使用该电压源在来自所述第二多列当中的第d列与所述第c行之间施加电压；并且在一个预定时间段之后从所述电压源断开该第c行和第d列中的至少一者。
48.根据权利要求43所述的设备，其中施加所述电压历时一个预定时间段，在该预定时间段之后从所述电压源断开该第I行和第j列中的至少一者。
49.根据权利要求48所述的设备，其中所述时间段在该第I，j个移动元件仍在运动中的同时终止。
50.根据权利要求43所述的设备，还包括一个位置传感器，该位置传感器感测所述第 I，j个元件沿着所述轴线的位置。
51.根据权利要求50所述的设备，其中所述位置传感器包括一个电容传感器。
52.根据权利要求51所述的设备，其中施加所述电压历时一个预定时间段，在该预定时间段之后从所述电压源断开该第I行和第j列中的至少一者，并且其中所述时间段在该第I，j个移动元件仍在运动中的同时终止，其中所述电容传感器测量第I，j个移动元件与第I，j个电极之间的电压差随着时间的改变。
53.根据权利要求50所述的设备，其中由所述位置传感器提供的位置信息用以调整该电压源的电压。
54.根据权利要求50所述的设备，其中由所述位置传感器提供的位置信息用以调整所述时间段的持续时间。
55.根据权利要求50所述的设备，其中如果所述位置传感器检测到一个移动元件具有一个异常移动模式，则该控制器将该移动元件标记为故障的并且不再使用所述移动元件。
56.根据权利要求50所述的设备，其中如果所述位置传感器检测到不同移动元件的运动模式之间的差异，则所述位置传感器推断所述移动元件的至少一个操作特征的差异，并且在选择移动元件时考虑所述操作特征差异。
57.根据权利要求38所述的设备，其中所述机械限制器包括处于这些移动元件的主表面以及这些电极的主表面中的至少一者上的至少一个凸出的凸痕。主表面=垂直于所述轴线的表面。
58.根据权利要求43所述的设备，其中所述控制器操作以确定至少第a，b个移动元件和第c，b个移动元件的运动是强制性的，以便通过如下方式来产生该物理效应并且引起所述移动元件的运动使用一个电压源在来自所述第二多列当中的第b列与所述第a行和第c行之间施加电压；并且在一个预定时间段之后从所述电压源断开以下各项中的至少一者(i )该第a行和第c行两者以及(i i )该第b列。
59.根据权利要求43所述的设备，其中所述控制器操作以确定至少第a，b个移动元件和第a，d个移动元件的运动是强制性的，以便通过如下方式来产生该物理效应并且引起所述移动元件的运动使用一个电压源在来自所述第二多列当中的第b列和第d列中的每一者与所述第a行之间施加电压；并且在一个预定时间段之后从所述电压源断开以下各项中的至少一者(i)该第b列和第d列两者以及(ii)该第a行。
60.根据权利要求1所述的设备，其中所述物理效应包括声音，并且其中所述属性包括振幅和频率中的至少一者。
61.一种用于制造用于产生物理效应的静电平行板致动器设备的方法，该物理效应的至少一个属性对应于被周期性地取样的一个数字输入信号的至少一个特性，该方法包括提供至少一个静电平行板致动器装置和一个控制器，每一个致动器装置包括一个导电移动元件阵列，该导电移动元件阵列界定一个第一平面，其中每一单独的移动元件操作而受约束以响应于作用其上的一个单独的第一静电力而沿着一条对应轴线来回交替地行进，其中每一个移动元件具有一个静止位置并且仅被所述第一静电力驱动远离其静止位置；以及至少一个平面电极，该至少一个平面电极界定总体上平行于所述第一平面的一个第二平面，所述平面电极操作以对来自所述移动元件阵列当中的至少一个单独的移动元件施加一个受控的电位差时间序列，从而可选择地产生所述第一静电力；该控制器操作以接收所述数字输入信号，并且相应地控制所述至少一个电极和所述单独的移动元件中的至少一者以施加所述电位差序列，使得所述物理效应表示所述信号。
62.根据权利要求61所述的方法，其中所述提供至少一个静电平行板致动器装置是使用一种MEMS工艺来实现。
全文摘要
一种致动器设备，用于产生一个物理效应，该物理效应的至少一个属性对应于根据取样时钟被周期性地取样的一个数字输入信号的至少一个特性，该设备包括至少一个致动器装置，每一个致动器装置包括一个移动元件阵列，其中每一单独的移动元件操作而受约束以响应于作用其上的一个单独的第一静电力而沿着一条对应轴线来回交替地行进，其中每一个移动元件具有一个静止位置并且仅被该第一静电力驱动远离其静止位置；以及至少一个电极，该至少一个电极操作以对来自该移动元件阵列当中的至少一个单独的移动元件施加一个受控的电位差时间序列，从而可选择地产生该第一静电力；以及一个控制器，该控制器操作以接收该数字输入信号，并且控制该至少一个电极和该单独的移动元件中的至少一者以施加该电位差序列。
文档编号H04R31/00GK103026732SQ201180021974
公开日2013年4月3日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月11日
发明者尤沃·科恩, 莎伊·卡普兰, 丹尼尔·勒温, M·本西蒙, 埃里克·安德里斯·哈伯 申请人:奥迪欧彼塞尔斯有限公司