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
【专利说明】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
[0001] 本申请是申请日为2011年03月10日，申请号为201180021974. 2,发明名称为"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"的申请的分案申请。
[0002] 对共同未决申请案的参考
[0003] 无优先权主张。共同未决申请案包括如下：
[000^1
技术领域
[0005] 本发明总体上涉及致动器，并且更具体来说涉及扬声器。
【背景技术】
[0006] 很多种致动器以及扬声器是已知的。本申请人的共同未决申请案描述了现有技术 水平的致动器（例如扬声器），其中一些共同未决申请案如以上说明已经公开。
[0007] 本文使用的术语"支承件"旨在包括允许零件之间的受约束的相对运动（例如弯 曲运动）的任何装置，例如将一个移动元件连接到固定元件上并且界定该移动元件的运动 路径和静止位置的装置。"挠曲支承件"或者"挠曲"是允许弯曲运动的支承件。挠曲支承 件可以包括一个将两个其他零件接合的柔性零件，并且典型地是简单、便宜、紧凑并且低摩 擦的。挠曲支承件典型地由一种可以重复地挠曲而不会分散的材料形成。弹簧旨在包含任 何合适的弹性部件，例如但不限于，在压缩、弯曲或拉伸之后恢复其形状的螺旋成卷带材或 线。一个致动器元件阵列中的第（i，j)个致动器元件的寻址涉及在该致动器元件阵列的一 个具体行与一个具体列之间施加电压。
[0008] 如果一个阵列的元件包含元件驱动电路，则本文将该阵列称为"有源"阵列，并且 如果一个阵列的元件不包含元件驱动电路，则本文将该阵列称为"无源"阵列。
[0009] 在本说明书中一般等效地使用术语'搁置位置'、'静止位置'以及'静止中位置'。 在本说明书中一般等效地使用术语'致动器装置'以及'致动装置'。
[0010] 在以下的马尔科姆?霍克斯福德（MalcolmHawksford)的公开案中描述了有用于 此的现有技术水平扬声器阵列和控制算法：
[0011] A. "数字微阵列扬声器中的失真和频谱成形量化噪声的空间分布（Spatial DistributionOfDistortionAndSpectrallyShapedQuantizationNoiseInDigital Micro-ArrayLoudspeakers) "，音频工程设计界期刊，第55卷，第1/2号，2007年1月/2 月；以及
[0012] B. "智能数字扬声器阵列（SmartDigitalLoudspeakerArrays) "，音频工程设计 界期刊，第51卷，第12号，2003年12月。
[0013] 将了解，当在说明书或附图中使用术语"顶部"和"底部"时只是为了方便指示由移 动元件阵列界定的一个表面的任一侧上的位置，该表面例如为连接这些移动元件的轨迹的 中点的表面。在许多应用中，重力是可以忽略的力，使得"顶部"位置可以同样地安置于"底 部"位置的下方或者左边或右边。
[0014] 可以根据以上术语在现有技术文献中出现的任何定义或者根据规范或者如上所 述来解释这些术语。
[0015] ANSYS公司的MEMS术语词汇表陈述了凸痕是"一个小的特征或凸块，典型地是 MEMS装置的表面上的一个凸起方块。凸痕可以用作例如机械止挡件，用来控制高纵横比装 置中的下触。"
[0016] 说明书中提到的所有公开案和专利文档的揭示内容以及本文引用的公开案和专 利文档的揭示内容直接或者间接地以引用方式并入本文。
【发明内容】
[0017] 本发明的某些实施方案设法提供响应于作用于其上的单独的第一静电力而行进 的移动元件，而不涉及电磁力，与本申请人的同在申请中的申请案中描述的致动器元件相 反，这些致动器元件可以响应于作用于其上的交变磁场或者电磁力，并且其中静电力仅具 有锁定功能。
[0018] 本发明典型地包含至少以下实施方案：
[0019] 1. -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：
[0020] 至少一个静电平行板致动器装置，每一个致动器装置包括：
[0021] -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该第一静电力驱动远 离其静止位置；以及
[0022] 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该第一平面的一个第 二平面，该平面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
[0023] -个控制器，该控制器操作以接收该数字输入信号，并且相应地控制该至少一个 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，使得该物理效应表示该信 号。
[0024] 2.根据实施方案1的设备，其中这些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该单独的移动元件的轴线安置的至少一个机械限制器 约束，该机械限制器界定一个极限位置并且防止该移动元件移动越过该极限位置。
[0025] 3.根据实施方案2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这些极限位置中的一者的至少一个这些移动元件朝向其先前位置往 回移动远离该机械限制器来锁定至少一个这些移动元件。
[0026] 4.根据实施方案3的设备，其中该移动元件的锁定是借助于由该电极产生的一个 第二静电力来实现，该第二静电力在与该第一静电力相同的方向上作用。
[0027] 5.根据实施方案2的设备，其中该机械限制器和该电极一体地形成。
[0028] 6.根据实施方案2的设备，具有安置于该移动元件和该机械限制器的至少一个表 面上的至少一个凸出的凸痕，从而当该移动元件处于该极限位置中时在这些表面之间产生 一个间隙。
[0029] 7.根据实施方案2的设备，其中在实施方案1中描述的该第一静电力以一种方式 被调整以便将这些移动元件沿着其对应轴线的移动范围限制于一个比由该机械限制器界 定的范围短的范围。
[0030] 8.根据实施方案1的设备，其中该控制器以规则的时间间隔来控制该至少一个电 极，因此界定一个致动时钟频率。
[0031] 9.根据实施方案8的设备，其中该移动元件的机械谐振频率被调谐到该致动时钟 频率。
[0032] 10.根据实施方案8的设备，其中该移动元件的该机械谐振频率低于该致动时钟 频率的一半。
[0033] 11.根据实施方案8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，其中该致动时钟频率是该取样时钟的频率的整数倍。
[0034] 12.根据实施方案9的设备，其中该移动元件的机械谐振频率是该致动时钟频率 的一半。
[0035] 13.根据实施方案4的设备，其中该第一和第二静电力具有相同的振幅和极性。
[0036] 14.根据实施方案4的设备，其中该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。
[0037] 15.根据实施方案1到14中任一实施方案的设备，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。
[0038] 16. -种用于产生一个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：
[0039] -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该第一静电力驱动远 离其静止位置；以及
[0040] 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该第一平面的一个第 二平面，该平面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
[0041] 使用一个控制器以接收该数字输入信号，并且相应地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，使得该物理效应表示该信号。
[0042] 17.根据实施方案1的设备，其中该至少一个致动器装置还包括：
[0043] 第一多个电连接，该第一多个电连接由该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；
[0044] 至少再多个电连接，该至少再多个电连接也由该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，该几何图案不同于该第一几何图案；
[0045] 以及多个元件驱动电路；
[0046] 其中：
[0047] 该第一几何图案和该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 域都含有一个移动元件；
[0048] 每一这些元件驱动电路控制这些移动元件中的一者，并且电连接到这些行之一以 及这些列中的至少一列；
[0049] 使该控制器能够间接地通过驱动这些行和这些列来控制作用于每一个这些移动 元件上的静电力，这又决定这些元件驱动电路的行为。
[0050] 18. -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：
[0051] 至少一个致动器装置，每一个致动器装置包括：
[0052] -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
[0053] 至少一个平面电极，该界至少一个平面电极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