微机械微镜组件和相应的运行方法与流程

本发明涉及一种微机械微镜组件和一种相应的运行方法。

背景技术：

虽然也可以使用任意的微机械构件，但本发明和基于本发明的问题参照用于机动车的微机械微镜组件来阐释。

具有压电驱动装置的微镜组件在现有技术中已知并且例如使用在机动车探照灯或激光雷达系统中。在此期望的是，借助紧凑的构造形式通过微镜的转向扫描尽可能大的区域。所使用的压电驱动装置利用压电效应的作用。一旦将电压施加到压电层上，所述压电层变形。

由t.iseki等人的sensorsandactuatorsa164(2010年)，第95-106页已知一种具有四个扭转梁和臂的微机械微镜组件，所述扭转梁和臂可以通过压电驱动装置变形并且由此使耦合的微镜偏移。

技术实现要素：

本发明实现一种根据权利要求1所述的微机械微镜组件和一种根据权利要求15所述的相应的运行方法。

优选的扩展方案是从属权利要求的主题。

本发明的核心是，第一和第二枢转翼装置沿着第三轴的方向延伸超过作为旋转轴的第二轴。由此能够实现杠杆效应，该杠杆效应在第一和第二枢转翼装置的偏移相对较小时导致微镜装置的较大的旋转。

根据优选的扩展方案，第一枢转翼装置在框架的第一区域中悬挂在第一平面中，沿着第三轴的方向延伸超过第二轴，并且在所述第一枢转翼装置的端部上通过第一弹簧装置与微镜装置的第一突出部连接，其中，第二枢转翼装置在框架的与第一区域相对置的第二区域中悬挂在第一平面中，沿着第三轴的方向延伸超过第二轴并且在所述第二枢转翼装置的端部上通过第二弹簧装置与微镜装置的第二突出部连接，其中，第一突出部和第二突出部在相同的方向上沿着第三轴相对于第二轴错开。这样能够实现微镜装置的对称的偏移。

根据另外的优选扩展方案，第一突出部直线地走向并且第二突出部成角度地走向。这样第一和第二枢转翼装置能够沿着第三轴节省位置地连接。

根据另外的优选扩展方案，第一枢转翼装置在框架的第一区域中悬挂在第一平面中，沿着第二轴和第三轴的方向成角度地延伸，沿着第三轴的方向延伸超过第二轴，并且在所述第一枢转翼装置的端部上通过第一弹簧装置与微镜装置的第一突出部连接，其中，第二枢转翼装置在框架的相对于第一区域在侧面错开的第二区域中悬挂在第一平面中，沿着第二轴和第三轴的方向成角度地延伸，沿着第三轴的方向延伸超过第二轴，并且在所述第二枢转翼装置的端部上通过第二弹簧装置与微镜装置的第二突出部连接，其中，第一突出部和第二突出部在相同的方向上沿着第三轴相对于第二轴错开，并且其中，微镜装置在与第一侧相对置的第二侧上通过扭转梁悬挂在框架上。这样能够实现微镜装置在第一和第二枢转翼装置的长度上的特别大的扭转。

根据另外的优选扩展方案，用于使第一枢转翼装置围绕第二轴在第一区域中扭转的第一扭转装置在框架的第一区域和第一枢转翼装置之间悬挂在第一平面中，并且用于使第二枢转翼装置围绕第二轴在第二区域中扭转的第二扭转装置在框架的第二区域和第一枢转翼装置之间悬挂在第一平面中。这样能够进一步提高微镜装置由于扭曲所导致的扭转。

根据另外的优选扩展方案，第一枢转翼装置和第二枢转翼装置分别在微镜装置的第一侧和微镜装置的相对置的第二侧上耦合。这能够实现特别稳固的、对称的耦合。

根据另外的优选扩展方案，第一枢转翼装置和第二枢转翼装置分别叉形地围绕微镜装置，其中，第一枢转翼装置通过在框架上的第五弹簧装置悬挂在第一平面中，沿着第三轴的方向在微镜装置的两侧延伸超过第二轴，并且在所述第一枢转翼装置的端部上通过第一弹簧装置与微镜装置连接，并且其中，第二枢转翼装置通过在框架上的第六弹簧装置悬挂在第一平面中，沿着第三轴的方向在微镜装置的两侧延伸超过第二轴并且在所述第二枢转翼装置的端部上通过第六弹簧装置与微镜装置连接。这样第一和第二枢转翼装置能够近似浮动地悬挂。

根据另外的优选扩展方案，微机械微镜组件配备有：悬挂在框架上的、伸入到凹槽的区域中的第三枢转翼装置，该第三枢转翼装置通过第三弹簧装置耦合在微镜装置上；悬挂在框架上的、伸入到凹槽的区域中的第四枢转翼装置，该第四枢转翼装置通过第四弹簧装置耦合在微镜装置上；用于使第三枢转翼装置沿着垂直于第一平面布置的第一轴偏移的第三驱动装置；和用于使第四枢转翼装置沿着第一轴反相偏移的第四驱动装置，其中，微镜装置可以通过第三枢转翼装置和第四枢转翼装置的反相偏移围绕第二轴从第一平面中弹性地旋转出来，并且其中，第三枢转翼装置和第四枢转翼装置构型为，使得它们在微镜装置的与第一侧相对置的第二侧上沿着基本上垂直于第二轴布置的第三轴的方向延伸超过第二轴。遮掩能够实现四重驱动。

根据另外的优选扩展方案，第三枢转翼装置和第四枢转翼装置、第三弹簧装置、第四弹簧装置、第三驱动装置和第四驱动装置在微镜装置的与第一侧相对置的第二侧上相对于第一侧对称地布置和耦合。这样能够实现对称的四重驱动。

根据另外的优选扩展方案，第一驱动装置和/或第二驱动装置具有压电驱动装置，其中，压电的导体轨装置施加在第一枢转翼装置或第二枢转翼装置上。这是稳固的、可简单制造的驱动装置。

根据另外的优选扩展方案，第一驱动装置和/或第二驱动装置具有电磁驱动装置，该电磁驱动装置具有外部的磁场产生装置和线圈装置，其中，线圈装置施加在第一枢转翼装置或第二枢转翼装置和框架上。这样电磁驱动装置能够节省位置地构型。

根据另外的优选扩展方案，具有多个施加在相应的弹簧上的压阻的传感器装置设置用于感测微镜装置围绕第二轴从第一平面中出来的弹性旋转，所述弹簧安装在框架与第一枢转翼装置之间和框架与第二枢转翼装置之间。这样传感器装置能够节省位置地集成。

根据另外的优选扩展方案，在框架的后侧上布置具有设置在微镜装置的区域中的凹槽的第一罩衬底，并且在框架的前侧上布置具有设置在微镜装置的区域中的光学窗的第二罩衬底。这样能够将保护封罩部制造在晶片平面上。

附图说明

本发明的其他特征和优点在下面根据实施方式参照附图阐释。

附图示出：

图1a)-e)根据本发明的第一实施方式的微机械微镜组件；

图2根据本发明的第一实施方式的、具有封罩部的微机械微镜组件；

图3根据本发明的第二实施方式的微机械微镜组件；

图4根据本发明的第三实施方式的微机械微镜组件；

图5根据本发明的第四实施方式的微机械微镜组件；

图6a)-c)根据本发明的第四实施方式的传感器装置的详细示图；和

图7根据本发明的第五实施方式的微机械微镜组件。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记标明相同的或功能相同的元件。

图1a)-e)示出根据本发明的第一实施方式的微机械微镜组件。

在该实施方式中，通过轴x、y和z形成正交的坐标系统，但该坐标系统在通常情况下也可以不同于正交形式。

在图1a)-1e)中，附图标记1标明微机械微镜组件的框架，该框架例如由硅通过相应的结构化过程制造。在此，vs是框架1的前侧并且rs是框架1的后侧(参见图1c)。

框架1具有凹槽as，在该凹槽中，微镜装置10在xy平面中悬挂在框架1上。

在区域100中悬挂在框架1上的、伸入到凹槽as的区域中的第一枢转翼装置2a在静止状态中同样在xy平面中延伸并且通过第一弹簧装置4a与微镜装置10的第一直线突出部7a连接。在此，第一枢转翼装置2a具有区域2a’，该区域沿着y轴在微镜装置10的第一侧上在y轴之外延伸。微镜装置10的第一直线突出部7a相应地沿着y轴相对于x轴错开地接到微镜装置10上。如果将第一压电驱动装置81a在前侧vs上施加到第一枢转翼装置2a上，那么第一枢转翼装置2a可以借助于该第一压电驱动装置沿着z轴从xy平面中偏移出来。

在区域101中相对置地悬挂在框架1上的、伸入到凹槽as的区域中的第二枢转翼装置3a在静止状态中同样在xy平面中延伸并且通过第二弹簧装置4b与微镜装置10的第一弯折突出部6a连接。在此，第二枢转翼装置3a具有区域3a’，该区域沿着y轴在微镜装置10的第一侧上在y轴之外延伸，更确切地说沿着与区域2a’相反的方向延伸。第二枢转翼装置3a关于x轴与第一枢转翼装置2a轴对称地构型。微镜装置10的第一弯折突出部6a沿着y轴在与第一直线突出部7a相同的方向上相对于x轴更错开地接到微镜装置10上。如果将第二压电驱动装置82a在前侧vs上施加到第二枢转翼装置3a上，那么第二枢转翼装置3a可以借助于该第二压电驱动装置沿着z轴从xy平面中偏移出来。

在区域102中悬挂在框架1上的、伸入到凹槽as的区域中的第三枢转翼装置2b在静止状态中同样在xy平面中延伸并且通过第三弹簧装置5a与微镜装置10的第二直线突出部7连接。在此，第三枢转翼装置2b具有区域2b’，该区域沿着y轴在微镜装置10的第二侧上在y轴之外延伸，其中，第二侧与第一侧相对置。第三枢转翼装置2b关于y轴与第一枢转翼装置2a轴对称地构型。微镜装置10的第二直线突出部7b相应地沿着y轴相对于x轴错开地接到微镜装置10上。如果将第三压电驱动装置81b在前侧vs上施加到第三枢转翼装置2b上，那么第三枢转翼装置2b可以借助于该三压电驱动装置沿着z轴从xy平面中偏移出来。

在区域101中相对置地悬挂在框架1上的、伸入到凹槽as的区域中的第四枢转翼装置3b在静止状态中同样在xy平面中延伸并且通过第四弹簧装置5b与微镜装置10的第二弯折突出部6b连接。在此，第四枢转翼装置3b具有区域3b’，该区域沿着y轴在微镜装置10的第二侧上在y轴之外延伸，更确切地说沿着与区域2b’相反的方向延伸。第四枢转翼装置3b关于x轴与第三枢转翼装置2b轴对称地构型。微镜装置10的第二弯折突出部6b沿着y轴在与第二直线突出部7b相同的方向上相对于x轴更错开地接到微镜装置10上。如果将第四压电驱动装置82b在前侧vs上施加到第四枢转翼装置3b上，那么第四枢转翼装置3b可以借助于该第四压电驱动装置沿着z轴从xy平面中偏移出来。

如在图1b)中通过第一和第三压电驱动装置81a、81b的阴影示出，第一枢转翼装置2a和第三枢转翼装置2b通过第一和第三压电驱动装置81a或81b沿着z轴同相地偏移。

如在图1b)中通过第二和第四压电驱动装置82a、82b的阴影示出，第二枢转翼装置3a和第四枢转翼装置3b借助于第二压电驱动装置82a和第四压电驱动装置82b沿着z轴同样同相地偏移。在此，第一和第三枢转翼装置2a、2b相比于第二和第四枢转翼装置3a、3b沿着z轴反相地偏移。

通过第一和第三枢转翼装置2a、2b与第二和第四枢转翼装置3a、3b的反相偏移，微镜装置10可以围绕作为旋转轴的x轴从xy平面中弹性地旋转出来。

参照图1c)可看出，微镜装置10和第一至第四枢转翼装置2a、3a、2b、3b以及突出部7a、7b、6a、6b和弹簧4a、4b、5a、5b具有小于围绕它们的框架1的厚度。这在过程技术上例如可以通过在框架1的后侧rs上的腔a的蚀刻出来实现。

图1d)示出第一和第二枢转翼装置2a、3a通过弹簧4a、4b耦合到微镜装置10的突出部7a、6a上的放大示图。

图1e)示出第一枢转翼装置2a和第二枢转翼装置3a在沿着z轴的相反方向上的偏移状态，由此微镜装置10扭转。

基于第一至第四枢转翼装置2a、3a、2b、3b沿着y轴延长超过作为旋转轴的x轴的事实，能够通过枢转翼装置2a、3a、2b、3b的相对较小的变形实现微镜装置10的相对较大的偏移。

图2示出具有封罩部的、根据本发明的第一实施方式的微机械微镜组件。

根据图2，在框架1的后侧rs上设置具有设在微镜装置10的区域中的凹槽153的第一罩衬底150。因此，微镜装置10可以偏移到凹槽153中。

在框架1的前侧vs上设置有环形的中间衬底149和位于该中间衬底上的第二罩衬底151，其中，第二罩衬底151在微镜装置10的区域中具有光学窗152。光学窗152布置在第二罩衬底151的贯通开口155上方，其中，微镜装置10在偏移时同样可以运动到贯通开口155中。

图3示出根据本发明的第二实施方式的微机械微镜组件。

在第二实施方式中，第一枢转翼装置具有附图标记201并且在区域100’中耦合到框架1上。在第一枢转翼装置201上在前侧vs上设置有第一压电驱动装置81a’。

第二枢转翼装置具有附图标记301并且具有施加在前侧vs上的第二压电驱动装置82a’。第二枢转翼装置301在区域101‘中耦合到框架1上。

第一枢转翼装置201和第二枢转翼装置301关于x轴轴对称地构型并且平行地伸入到凹槽as’中。

第一枢转翼装置201成角度地沿着x轴和y轴延伸，其中，沿着y轴的延伸同样如在第一实施方式中那样在区域201a中延伸超过作为旋转轴的x轴。在所述第一枢转翼装置的端部上，第一枢转翼装置201在第一侧上通过第一弹簧装置4a’与微镜装置10的第一直线突出部70a连接，其中，第一直线突出部70a如在第一实施方式中那样沿着y轴相对于x轴错开。

如第一枢转翼装置201那样，第二枢转翼装置301同样悬挂在xy平面中并且成角度地沿着x轴和y轴延伸，其中，沿着y轴的延伸在区域301a中超过作为旋转轴的x轴。在所述第二枢转翼装置的端部上，第二枢转翼装置301通过第二弹簧装置4b’与微镜装置10的第一弯折突出部60a连接。第一突出部70a和第二突出部60a在相同的方向上沿着y轴相对于x轴错开，其中，弯折突出部60a相对于x轴比直线突出部70a更错开。

因此，第一和第二枢转翼装置201、301与微镜装置的耦合类似于在第一实施方式中并且仅仅第一和第二枢转翼装置201、301的延伸是不同的。

在与第一侧相对置的第二侧上，微镜装置10通过扭转梁250悬挂在框架1上，其中，扭转梁250沿着x轴走向。

如通过相应的阴影表明，第一枢转翼装置201和第二枢转翼装置301可以通过第一和第二压电驱动装置81a’、82a’沿着z轴同样反相地偏移，由此可以实现微镜装置10围绕x轴的可旋转性。

扭转梁250用作为简单的旋转铰接部并且必要时也可以多次地折叠，以便减小扭转刚性。在第二实施方式中，第一枢转翼装置201和第二枢转翼装置301相比于第一实施方式能够更长地构型并且由此更强烈地偏移。

图4示出根据本发明的第三实施方式的微机械微镜组件。

在第三实施方式中，第一枢转翼装置具有附图标记201’并且第二枢转翼装置具有附图标记301’，其中，延长超过x轴的区域标有附图标记201a’或301a’。区域100”和101”表明第一枢转翼装置201’或第二枢转翼装置(附图标记301’)在框架10上的耦合区域。

第一压电驱动装置81a”在前侧vs上施加在第一枢转翼装置201’上，并且第二压电驱动装置82a”在前侧vs上施加在第二枢转翼装置301上。在微镜装置10上的耦合和第一枢转翼装置201’和第二枢转翼装置301’在凹槽as”中的延伸类似于第二实施方式。

除了第二实施方式之外附加地，在第一枢转翼装置201’旁边并且与所述第一枢转翼装置间隔开地设置有第一扭转装置710，该第一扭转装置具有第一个施加在其上的第三压电驱动装置83a，并且在第二枢转翼装置301’旁边并且与所述第二枢转翼装置间隔开地设置有第二扭转装置720，该第二扭转装置具有施加在其上的第四压电驱动装置83b。

如果在第一扭转装置710或第二扭转装置720的第三和第四压电驱动装置83a、83b上施加与在第一枢转翼装置201’或第二枢转翼装置301’的第一和第二压电驱动装置81a”、82a”上的相反的偏振，那么所述偏振引起在区域750中的收缩并且由此引起附加的扭转并且由此引起第一和第二枢转翼装置201’、301’沿着z轴的另外的偏移并且由此引起微镜装置围绕x轴的更强烈的扭转。

图5示出根据本发明的第四实施方式的微机械微镜组件。

在根据图5的第三实施方式中的普通构造类似于第一实施方式。

附加地，在第一和第二枢转翼装置2a、3a以及第三和第四枢转翼装置2b、3b旁边分别设置有另外的凹槽a1或a2，在所述另外的凹槽内部装入弹簧f1、f2或f3、f4。通过弹簧f1、f2或f3、f4和施加在所述弹簧上的压阻装置r1-r4(参见图6a)-c))能够检测枢转翼装置2a、3a或2b、3b的偏移并且由此检测微镜装置10围绕x轴从xy平面出来的偏移，如下面参照图6a)-6c)阐释的那样。

图6a)-c)是本发明的第四实施方式的传感器装置的详细示图。

如在图6a)-6c)中示出，各个压阻式电阻r1、r2、r3、r4在所述弹簧位于框架1上的端部区域中施加到弹簧f1-f4上。

借助于未示出的导体轨装置能够将压阻r1-r4连接成惠斯通测量电桥，可以将外部电势vs、vr施加在所述惠斯通测量电桥上并且电桥电压可以借助于电压感测装置um来获取，如在图6c)示意性示出的那样。

图7示出根据本发明的第五实施方式的微机械微镜组件。

在第四实施方式中，附图标记350a表明第一枢转翼装置并且附图标记350b表明第二枢转翼装置，它们伸入到凹槽as”’中。

第一枢转翼装置350a和第二枢转翼装置350b分别在微镜装置10的第一侧和微镜装置10的相对置的第二侧上叉形地耦合到微镜装置10上。在此，第一枢转翼装置350a的叉尖形的延长区域标有附图标记351、352，并且第二枢转翼装置350b的叉尖形的延长区域标有附图标记351’、352’。

第一枢转翼装置350a通过弹簧装置371a、371b在框架1的对置侧上悬挂在y平面中，沿着y轴在微镜装置10的两侧延伸超过作为旋转轴的x轴，并且在延长区域351、352的端部上通过弹簧装置40a、40b相对于x轴错开地直接与微镜装置10连接。

第二枢转翼装置350b通过弹簧装置370a、370b在框架1的对置侧上悬挂在xy平面中，沿着y轴在微镜装置10的两侧延伸超过作为旋转轴的x轴，并且在延长区域351‘、352’的端部上通过弹簧装置50a、50b与微镜装置10的相应的弯折突出部70a’、70b’连接，其中，弯折突出部70a’、70b’沿着y轴比弹簧40a、40b相对于x轴更错开地接到微镜装置10上。所述弯折突出部沿着y轴在相反的方向上延伸超过x轴。

在第四实施方式中没有设置压电式驱动装置，而是设置有电磁式驱动装置，该电磁式驱动装置具有外部的磁场产生装置b和线圈装置。线圈装置具有第一线圈351a，该第一线圈被引导到框架10和第一枢转翼装置350a上。在凹槽as”’上方设置有线圈装置351a的柔软区域360。

线圈装置具有第二线圈351b，该第二线圈被引导到框架10和第二枢转翼装置350b上。在凹槽as”’上方设置有线圈装置351b的柔软区域360。

通过将相反电压u1或u2施加到第一和第二枢转翼装置351a、351b上，第一和第二枢转翼装置350a、350b能够在相反的方向上沿着z轴偏移并且因此实现微镜装置10围绕x轴的弹性扭转。

虽然已经参照优选实施例描述本发明，但本发明不局限于此。所提到的材料和拓扑尤其仅是示例性的并且不局限于所阐释的示例。

虽然已经参照用于机动车的微机械微镜组件阐释本发明，但应用当然不局限于此。其他应用示例是用于近场扫描器的投影单元、颗粒探测器、led转向单元等。