微反射鏡裝置的制造方法
【專利摘要】提出微反射鏡裝置，包括：第一彈簧?質(zhì)量振蕩器，具有第一彈簧元件(2)和形成反射鏡板(1)的振蕩體；第二彈簧?質(zhì)量振蕩器，具有驅(qū)動板(3)和第二彈簧元件(4)且經(jīng)由第二彈簧元件(4)連接至支承裝置(5、8、9)，其中第一彈簧?質(zhì)量振蕩器經(jīng)由第一彈簧元件(2)懸掛于第二彈簧?質(zhì)量振蕩器；和驅(qū)動裝置(11)，分配至驅(qū)動板且設(shè)計為使驅(qū)動板(3)振蕩。振蕩體(1)經(jīng)由第一彈簧元件(2)雙軸可運(yùn)動地懸掛于驅(qū)動板(3)且驅(qū)動板(3)雙軸可運(yùn)動地連接至支承裝置(5、8、9)，其中驅(qū)動裝置(11)實施為雙軸驅(qū)動器且設(shè)計為在雙軸上驅(qū)動驅(qū)動板(3)以使振蕩體(1)以正交本征模中的一者或接近該本征模在各情況下雙軸振蕩。
【專利說明】
微反射鏡裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的微反射鏡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對于微反射鏡裝置的眾多應(yīng)用而言，期望同時具有盡可能大的反射鏡直徑(例如，大于7mm)、盡可能高的共振頻率(即，高的掃描頻率)(例如，大于7kHz)和盡可能大的偏轉(zhuǎn)角度(例如，大于10°)。
[0003]從US5543956已知這樣的微反射鏡裝置:其中，單軸彈簧-質(zhì)量振蕩器懸掛于另一個彈簧-質(zhì)量振蕩器中。因此，能夠激勵所述另一個彈簧-質(zhì)量振蕩器振蕩的驅(qū)動單元被分配至所述另一個彈簧-質(zhì)量振蕩器，通過這種方式，懸掛的單軸彈簧-質(zhì)量振蕩器被同樣地激勵振蕩。所述單軸彈簧-質(zhì)量振蕩器包括振蕩體，該振蕩體被設(shè)計為反射鏡且經(jīng)由扭轉(zhuǎn)彈簧懸掛在所述另一個彈簧-質(zhì)量振蕩器的驅(qū)動板上，并且該驅(qū)動板又經(jīng)由扭轉(zhuǎn)彈簧連接至靜止部件。在考慮到彈簧-質(zhì)量振蕩器的慣性矩和彈簧剛度的適當(dāng)設(shè)計以及所述另一個彈簧-質(zhì)量振蕩器的驅(qū)動所用的激活頻率的適當(dāng)選擇的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)單軸彈簧-質(zhì)量振蕩器的共振振蕩，所述單軸彈簧-質(zhì)量振蕩器被設(shè)計為內(nèi)部反射鏡振蕩器，并且其振幅相對于周圍的驅(qū)動板顯著增大且具有大的偏轉(zhuǎn)角度。
[0004]從現(xiàn)有技術(shù)已知的且用作所謂的MEMS掃描儀的這樣的微反射鏡裝置都僅局限于單軸系統(tǒng)。然而，對于眾多任務(wù)而言，期望例如用于李薩如(Lissajous)激光投影顯示裝置的在彼此垂直的兩個軸上的共振振蕩。
[0005]在文獻(xiàn)中僅有限程度地找到具有雙軸振幅放大的雙軸共振掃描儀。Schenk等在國際光學(xué)工程學(xué)會(SPIE)會刊(2000年第4178卷)的文章《大偏轉(zhuǎn)微機(jī)械一維和二維掃描反射鏡的設(shè)計與建模(Design and Modeling of Large Deflect1n Micromechanical ID and2D Scanning Mirrors)》中說明了具有小于2mm的反射鏡直徑的萬向懸掛雙軸共振二維掃描儀。對于大的反射鏡而言(例如，對于7mm及以上的反射鏡而言)，基于靜電梳狀驅(qū)動的這種方法將會導(dǎo)致極其不利地擴(kuò)大的組件，并且該組件由于靜電力的縮放而將會僅具有非常小的動量。
[0006]US 7295726B1中說明了不同的方法。從該文獻(xiàn)中知曉的雙軸掃描儀不使用萬向懸掛而是使用掃描儀芯片框架與反射鏡板之間的四個相同的桿連接。在該雙軸掃描儀的情況下，能夠保持小的電極距離，但是伴隨這種方法也發(fā)生了靜電力的不利的縮放行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于雙軸共振掃描儀的雙軸微反射鏡裝置，該裝置允許在彼此垂直的兩個振蕩軸上的大偏轉(zhuǎn)角度(例如，大于10°)，并且憑借該裝置，被設(shè)計為反射鏡板的振蕩體能夠被盡可能大地設(shè)計(即，具有大于7mm的反射鏡直徑)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，通過獨(dú)立權(quán)利要求的區(qū)別特征與前序部分的特征的結(jié)合來實現(xiàn)這一目的。
[0009]通過在從屬權(quán)利要求中說明的舉措，能夠?qū)崿F(xiàn)有利的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置包括:第一彈簧-質(zhì)量振蕩器，所述第一彈簧-質(zhì)量振蕩器具有第一彈簧元件和形成反射鏡板的振蕩體;和第二彈簧-質(zhì)量振蕩器，具有驅(qū)動板和第二彈簧元件且經(jīng)由第二彈簧元件連接至支承裝置。因此，第一彈簧-質(zhì)量振蕩器經(jīng)由所述第一彈簧元件懸掛于第二彈簧-質(zhì)量振蕩器，且此外，設(shè)置有驅(qū)動裝置，其被分配至驅(qū)動板且被設(shè)計用于激勵驅(qū)動板進(jìn)行振蕩。所述振蕩體經(jīng)由所述第一彈簧元件以雙軸的方式可運(yùn)動地懸掛在驅(qū)動板上，并且所述驅(qū)動板以雙軸可運(yùn)動的方式連接至支承裝置，且所述驅(qū)動裝置被設(shè)計為雙軸驅(qū)動器且被設(shè)計為以雙軸的方式驅(qū)動所述驅(qū)動板以使所述振蕩體在以其本征模的一者或接近這些本征模(取決于共振頻率，在共振頻率的± I %至± 10 %之間)的各情況下，即，對于各情況下的一個旋轉(zhuǎn)軸而言，在以彼此正交的兩個本征?；蚪咏@些本征模在各情況下以雙軸的方式振蕩。
[0011]可以通過驅(qū)動裝置經(jīng)由外部的第二彈簧-質(zhì)量振蕩器使振蕩體(S卩，反射鏡板)進(jìn)行大振幅的振蕩，即使是振蕩體具有大的振蕩質(zhì)量和慣性矩的情況，其中，這樣大的質(zhì)量和慣性矩通常無法有意義地實現(xiàn)于MEMS共振器或MEMS掃描儀；或即使是非常高的頻率的情況，其中，這種可能性是由于這樣的事實:根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的兩個軸是通過雙共振器中的雙共振器的布置由級聯(lián)的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)來實現(xiàn)的。用于兩個軸的驅(qū)動裝置的驅(qū)動參數(shù)(例如，驅(qū)動頻率和驅(qū)動振幅等)以如下的被選擇的方式與第一和第二彈簧-質(zhì)量振蕩器的參數(shù)(例如，慣性矩和彈簧剛度等)相匹配:第二彈簧-質(zhì)量振蕩器的驅(qū)動板以減小的激勵振幅而運(yùn)動，但是在兩個軸上取得相對于第一彈簧-質(zhì)量振蕩器的振蕩體的更大的振幅放大或角振幅放大。
[0012]對于具有5mm以上直徑和2kHz以上共振頻率的MEMS反射鏡，使用根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置能夠?qū)崿F(xiàn)彼此垂直的軸上的振蕩振幅，且所述振蕩振幅是使用微加工技術(shù)中至今已知的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)的振蕩振幅的10至1000倍。
[0013]特別有利的是，所述驅(qū)動裝置被設(shè)計為用來驅(qū)動驅(qū)動板以使所述振蕩體與所述驅(qū)動板以反相的方式振蕩，即兩個軸彼此解耦且在兩個不同的頻率被驅(qū)控。這特別有利于取得大的振幅或大的角振幅。然而，根據(jù)具體情況，例如在圓形掃描的情況下，人們能夠想到軸之間的耦合并且選擇相同或類似的驅(qū)動頻率。
[0014]如已經(jīng)提到的，根據(jù)本發(fā)明的裝置涉及雙共振器方法，該方法實現(xiàn)了彼此垂直的兩個軸，并且通過該方法在各情況下外部共振器(第二彈簧-質(zhì)量振蕩器)使內(nèi)部共振器(第一彈簧-質(zhì)量振蕩器)進(jìn)行振蕩。內(nèi)部共振器的(反射鏡振蕩器的)阻尼能夠最小化，這是由于內(nèi)部共振器不具有它自己的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。雙共振器在兩個振蕩軸的各者中都具有兩個共振頻率。共振器能夠被設(shè)計為使得兩個共振器在給定的較低第一共振頻率的情況下以同相的方式振蕩，且在給定的較高第二共振頻率的情況下以彼此反相的方式振蕩。在給定的彈簧強(qiáng)度和慣性矩的適當(dāng)設(shè)計的情況下，能夠獲得期望的內(nèi)部振蕩器的振幅放大，即反射鏡具有比驅(qū)動框架更大的振蕩角振幅。放大倍數(shù)通常在10至200之間。根據(jù)設(shè)定的任務(wù)，能夠有必要實現(xiàn)盡可能完全解耦的兩個振蕩軸，或者然而有必要實現(xiàn)優(yōu)選具有一定耦合和相互同步的兩個軸。關(guān)于此，提到兩個具體應(yīng)用例:
[0015]關(guān)于第一示例，如果任務(wù)是借助于在兩個軸上振蕩且具有7mm以上直徑的共振掃描儀對于投影表面的擴(kuò)展而矩形地照射投影表面，例如以此經(jīng)由機(jī)動車輛投影前照燈中的磷發(fā)光層引導(dǎo)強(qiáng)大的紫外激光，那么人們因此力求兩個軸的解耦，為此例如允許第一軸例如以10.0kHz振蕩且第二軸以10.2kHz振蕩。以這種方式(人眼不再能夠分辨的頻率)，能夠產(chǎn)生200Hz的李薩如軌跡的重復(fù)率。如果耦被很大程度地耦合，那么將會發(fā)生恒定的能量交換且這將通過不利的拍頻效應(yīng)而得以明顯地呈現(xiàn)。兩個軸的耦合和解耦極大地取決于彈簧的設(shè)計。如果彈簧剛度表現(xiàn)為非線性行為，那么很大程度上無法避免軸的耦合。然而，如果能夠操作致動器以使彈簧不離開線性區(qū)域，那么能夠造成兩個軸的解耦。
[0016]關(guān)于第二示例，如果目的是借助于在兩個軸上振蕩的共振掃描儀來產(chǎn)生圓形掃描軌跡，例如以此實現(xiàn)全方位LIDAR距離傳感器或為了借助高功率激光來解決圓形材料加工的任務(wù)，那么必須實現(xiàn)兩個相同的共振頻率且還必須確保在穩(wěn)態(tài)下的兩個振蕩軸在90°相位差的正確相位關(guān)系中以同一振蕩頻率永久振蕩。這能夠通過以有針對性的方式(例如通過使用具有小扭轉(zhuǎn)分量和大彎曲分量的彈簧)允許軸之間的耦合來實現(xiàn)。彎曲彈簧與扭轉(zhuǎn)彈簧相比通常具有顯著較小的彈簧剛度線性區(qū)域。兩個軸具有驅(qū)動板和反射鏡的相同頻率響應(yīng)。對于非線性彈簧剛度，典型的是具有極不對稱共振過程的幅頻共振。
[0017]有利地，第二彈簧-質(zhì)量振蕩器的驅(qū)動板被設(shè)計為環(huán)形框架，該環(huán)形框架圍繞所述振蕩體且能夠根據(jù)期望的設(shè)計以圓形或多邊形的方式實現(xiàn)。這導(dǎo)致了簡單和清楚的實現(xiàn)可能性。
[0018]在又一個實施例中，驅(qū)動板能夠包括一同形成第二彈簧元件的多個驅(qū)動板元件或驅(qū)動板區(qū)段。這樣的裝置提供了非常良好的熱耦合，這樣的熱耦合例如是使用高達(dá)數(shù)千瓦的激光功率進(jìn)行激光材料加工所必需的。因此，包含于反射鏡中的被吸收的激光能量應(yīng)該被引導(dǎo)走，也能夠被引至MEMS芯片的外圍。此外，使用本實施例能夠?qū)崿F(xiàn)更大的彈簧剛度，且這些更大的彈簧剛度對實現(xiàn)具有非常高的共振頻率的掃描儀是重要的。通過驅(qū)動板的“分段”實現(xiàn)改進(jìn)的軸分離。在非分段的驅(qū)動板的情況下，可能發(fā)生:一個軸經(jīng)由驅(qū)動板被耦合至另一個軸，且具體地，耦合的程度越大，驅(qū)動板的偏轉(zhuǎn)越大并且中間地布置在反射鏡板與驅(qū)動板之間的彈簧框架就越少(見下文)。
[0019]有利地，所述振蕩體經(jīng)由四個離散式第一彈簧懸掛在所述驅(qū)動板或所述驅(qū)動板區(qū)段上以實現(xiàn)兩個振蕩軸，但是也可以想到僅三個離散式第一彈簧元件將所述振蕩體連接至所述驅(qū)動板，且盡管如此，所述振蕩體仍然以雙軸的方式振蕩。以相應(yīng)的方式，驅(qū)動樞軸能夠經(jīng)由至少兩個優(yōu)選三個或四個離散式的第二彈簧元件連接至支承裝置。在一對彼此相對布置的橫向第二彈簧的情況下，這些彈簧可以例如具有蜿蜒的形狀，這樣的形狀允許驅(qū)動板關(guān)于第一軸旋轉(zhuǎn)以及關(guān)于第二軸旋轉(zhuǎn)。
[0020]在優(yōu)選的實施例中，第一彈簧元件被設(shè)計為至少兩個環(huán)形彈簧框架。因此，多個、優(yōu)選三個或四個或更多的彈簧框架能夠彼此嵌套，并且在所述振蕩體與所述驅(qū)動板之間圍繞所述振蕩體，通過這種方式形成萬向懸掛。在各情況下，在彼此相對布置的至少兩個連接位置處，這些環(huán)形彈簧框架連接至所述振蕩體，彼此連接并且連接至所述驅(qū)動板，其中，從所述振蕩體至所述驅(qū)動板的所述連接位置被布置為偏移90°至120°之間的角度，優(yōu)選90°。特別是對于關(guān)于彼此垂直的兩個旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，通過本裝置能夠減小所述振蕩體或所述反射鏡板的動態(tài)變形。所述變形基本上僅發(fā)生于周圍的彈簧框架，且借助于嵌套(級聯(lián))結(jié)構(gòu)以及借助于連接位置的交替偏移布置，認(rèn)為所述變形能夠被從外至內(nèi)地逐框架地越減越小。此外，有利地產(chǎn)生了非常緊湊的結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)允許反射鏡板經(jīng)由這些級聯(lián)彈的簧路徑在兩個軸上的大偏轉(zhuǎn)。
[0021]在另一個有利的實施例中，所述驅(qū)動板經(jīng)由圍繞所述驅(qū)動板的且形成第二彈簧元件的至少兩個、優(yōu)選三個或四個或更多的環(huán)形彈簧框架以萬向懸掛形式的連接至支承裝置。因此，經(jīng)由在各情況下偏移90°至120°之間的角度，優(yōu)選90°的連接位置，所述驅(qū)動板連接至直接圍繞它的一個彈簧框架，這些彈簧框架彼此連接，并且最外的一個彈簧框架連接至支承裝置。這樣的布置允許節(jié)約空間的結(jié)構(gòu)且適應(yīng)于期望的振蕩特征。通過這樣的布置設(shè)置萬向懸掛。能夠通過增加環(huán)形彈簧框架的數(shù)量來增加總彈簧長度，以使彈簧變得更軟。因此，例如，四個環(huán)形彈簧框架也能夠用于雙軸反射鏡。
[0022]在所述兩種情況下的環(huán)形彈簧框架的萬向懸掛在每種情況下都提供如下正特征:兩個軸的耦合固有(基礎(chǔ))振蕩被更好地彼此解耦。
[0023]根據(jù)微反射鏡裝置的設(shè)計，所述驅(qū)動裝置能夠被設(shè)計為雙軸、靜電、壓電和/或電磁驅(qū)動器，其中，設(shè)定的驅(qū)動類型的選擇取決于期望的應(yīng)用。與壓電驅(qū)動器相比，電磁驅(qū)動器例如具有這樣的優(yōu)勢:除了能夠允許大的可實現(xiàn)的力以外，它們也允許大的行程(即，致動路徑或振幅)。然而，能夠?qū)崿F(xiàn)的壓電致動器的較小的致動路徑在許多情況下完全足夠使與固有共振或與反射鏡板的固有共振相匹配的第一彈簧-質(zhì)量振蕩器進(jìn)行足夠大的振蕩。特別在以高頻(例如，大于20kHz)方式被驅(qū)控的MEMS掃描儀的情況下，與電磁驅(qū)動相比，壓電致動器的更大的頻率帶寬通常表現(xiàn)出優(yōu)勢。
[0024]在有利的實施例中，支承裝置包括基板和致動器芯片，基板優(yōu)選為電極芯片，所述致動器芯片經(jīng)由隔離件被固定連接并且所述彈簧-質(zhì)量振蕩器通過所述致動器芯片被緊固于靜止部件，且以有利的方式，支承裝置以真空密封的方式被封蓋或根據(jù)具體情況被基底晶片覆蓋以形成真空封裝的反射鏡芯片，其中，優(yōu)選包含有吸氣劑。通過真空封裝取得雙軸微反射鏡裝置的最小阻尼，其中，吸氣劑優(yōu)選地產(chǎn)生并維持真空。
[0025]作為所述驅(qū)動裝置的構(gòu)件的電極和/或壓電元件和/或線圈和/或磁層形成在所述驅(qū)動板上或所述驅(qū)動板區(qū)段上，和/或以一定的距離與所述驅(qū)動板或所述驅(qū)動板區(qū)段相對布置的方式形成在所述支承裝置上。能夠用作位置檢測元件和相位檢測元件的電極能夠有利地被附接在所述驅(qū)動板上或所述驅(qū)動板區(qū)段上，和/或以一定的距離與所述驅(qū)動板或所述驅(qū)動板區(qū)段相對布置的方式被附接在支承裝置上。
【附圖說明】
[0026]附圖中示出了本發(fā)明的實施例，且在隨后的說明中將對這些實施例進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。如下所示地:
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的一個實施例的示意圖，
[0028]圖2是根據(jù)圖1的示意性截面圖，
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的又一個實施例的截面圖，
[0030]圖4是根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的又一個實施例的平面圖，
[0031]圖5是根據(jù)圖4的實施例在彈簧-質(zhì)量振蕩器的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下的截面圖，
[0032]圖6是根據(jù)圖5的具有不同驅(qū)動元件的在彈簧-質(zhì)量振蕩器的空閑狀態(tài)下的視圖，
[0033]圖7是根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的又一個實施例的視圖，
[0034]圖8是根據(jù)圖6的具有不同地設(shè)計的驅(qū)動的視圖，
[0035]圖9是根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的又一個實施例的視圖，且
[0036]圖10是根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的示意圖，其中，驅(qū)動板被設(shè)計為分開的驅(qū)動板元件(也就是說，驅(qū)動板區(qū)段)。
【具體實施方式】
[0037]圖1和圖2示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置。因此，反射鏡板I經(jīng)由示意地示出的彈簧元件2以可雙軸運(yùn)動的方式懸掛于圍繞著反射鏡板I的環(huán)形驅(qū)動板3的中間，其中，驅(qū)動板3自身經(jīng)由彈簧元件(在當(dāng)前情況下，四個彈簧元件4)懸掛于由提及的元件形成的致動器芯片的靜止部件5中。僅以示意的方式圖示了用于驅(qū)動板3的雙軸驅(qū)動的驅(qū)動裝置U。在圖示的實施例中，以圓形的方式設(shè)計反射鏡板I以及驅(qū)動板3，但是它們也能夠具有不同的形狀(例如，多邊形的形狀)。
[0038]示意地圖示了所說明的彈簧元件2和4，且它們能夠具有最多樣化的形狀。它們能夠被設(shè)計為均被分配至一個軸的離散式彈簧元件，但是也能夠被設(shè)計為如下文所述的環(huán)形彈簧，且驅(qū)動板3也能夠懸掛在僅具有允許雙軸振蕩的兩個彈簧元件4的靜止部件5上。
[0039]圖2中的電極芯片9布置在由靜止部件5、彈簧元件4和2以及驅(qū)動板3和反射鏡板I構(gòu)成的致動器芯片50的下方，并且經(jīng)由隔離件或距離保持件8連接或粘接至致動器芯片50。因此，電極7以與驅(qū)動板3相距電極距離6的方式布置于驅(qū)動板3下方的電極芯片9，通過這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)至少雙軸靜電驅(qū)動。電極芯片9包括凹部10，以使反射鏡板I能夠?qū)崿F(xiàn)大于電極距離6的偏轉(zhuǎn)。
[0040]在未示出的另一個實施例中，可以的是，在反射鏡板I與驅(qū)動板3之間以及在驅(qū)動板3與靜止部件5之間能夠不是布置四個離散式彈簧元件2和4，而是在每種情況下都僅布置三個彈簧元件。在這種情況下，也能夠產(chǎn)生能夠以雙軸方式運(yùn)動的微反射鏡。
[0041]圖3示出了根據(jù)圖2的封裝的微反射鏡裝置，其中，隔離件或距離保持件12通過粘接的方式附接在致動器芯片50的靜止部件上方，以使封蓋13能夠通過粘合或粘接或類似的方式被附接，封蓋13對入射輻射是光學(xué)透明的且優(yōu)選在兩側(cè)均是如鏡子的。因此，封蓋13能夠由玻璃、石英玻璃、石英、藍(lán)寶石、娃、砸化鋅或塑料構(gòu)成，并且它被布置在與反射鏡板I相距如下所述的距離處:該距離使反射鏡板I能夠充分偏轉(zhuǎn)。本實施例中的電極芯片9的凹部10不是連續(xù)的，但是電極芯片9同時形成微反射鏡裝置的基底，并且所述凹部以形成封閉腔室14的方式被設(shè)置為芯片9中的加深部。
[0042]在具有通過電極芯片9進(jìn)行配合的凹部10的另一個實施例中，基底晶片或基底芯片形式的基底能夠通過粘接或粘合或類似的方式沉積在電極芯片9的下側(cè)，以獲得氣密密封的殼體。在封裝前能夠?qū)⒗玟?鈦合成物構(gòu)成的吸氣劑(例如，作為電極芯片9或單獨(dú)的基底上的金屬層或者作為單獨(dú)的吸氣劑片)放入腔室14，其中，該吸氣劑未被圖示出。
[0043]圖4示出了用于MEMS掃描儀的雙軸微反射鏡裝置的又一個實施例的平面圖，其中，反射鏡板I經(jīng)由彈簧元件2以雙軸的方式可運(yùn)動地懸掛于周圍的驅(qū)動板3的中心。驅(qū)動板3在這里被設(shè)計為驅(qū)動板區(qū)段3'，這些片段3'自身具有彈簧的特征且同時形成對應(yīng)于彈簧元件4的彈簧元件。驅(qū)動板區(qū)段3'直接延伸入致動器芯片50的靜止部件5。反射鏡板與驅(qū)動板區(qū)段3'之間的彈簧元件2在這里被實現(xiàn)為被設(shè)計成同心環(huán)形的彼此嵌套或級聯(lián)的彈簧框架。因此，反射鏡板I在相對地布置的兩個連接位置處被連接至最內(nèi)的環(huán)形彈簧框架，該框架自身在圖示的實施例中在偏離前述連接位置90°的兩個連接位置處連接至下一個環(huán)形彈簧框架。接下來的環(huán)形彈簧框架以對應(yīng)的方式彼此連接，其中，最外的彈簧框架耦接至驅(qū)動板區(qū)段3'。各可尋址電極7位于驅(qū)動板區(qū)段3'的下方，在本實施例中電極7稍微大于片段3'以使得橫向突出于片段3\
[0044]也在本實施例的情況下，能夠僅設(shè)置三個驅(qū)動板區(qū)段:^來實現(xiàn)雙軸微反射鏡裝置，并且這三個片段3'例如通過旋轉(zhuǎn)120°的封閉角度(enclosed angle)而旋轉(zhuǎn)至彼此。
[0045]圖5基礎(chǔ)地示出了在運(yùn)動中的根據(jù)圖4的微反射鏡裝置的橫截面。為了圖中所示的反射鏡板的運(yùn)動，使用具有與反射鏡板I的共振頻率相對應(yīng)的頻率的驅(qū)動電壓來驅(qū)控圖中右邊的電極7或圖中左邊的電極7或這兩個電極，在驅(qū)控兩個電極的情況下具有適當(dāng)?shù)南辔黄?。適當(dāng)?shù)南辔黄评缡?80°。由于這個原因，例如，在每種情況下均彼此相對布置的兩個電極處，以例如交替地與對應(yīng)的軸的共振頻率相匹配的方式產(chǎn)生電壓脈沖(例如，從O伏至50伏的振幅)。如圖示地，由于這樣的驅(qū)控，驅(qū)動板區(qū)段3'伴隨著相對于反射鏡板I的減小的偏轉(zhuǎn)以振蕩的方式運(yùn)動，從而產(chǎn)生反射鏡板I的與驅(qū)動板區(qū)段3'反相的振幅放大運(yùn)動。每種情況下驅(qū)動電壓都被引導(dǎo)至電極，其中，對于一個軸，例如兩個電極中僅一個電極能夠用于驅(qū)動驅(qū)動板區(qū)段3'和反射鏡板I，而第二電極能夠用于電容式位置檢測和相位檢測。為此，能夠評估以取決于電極7與驅(qū)動板區(qū)段3'之間的可變距離的方式而變化的電容。然而，如果要產(chǎn)生大的驅(qū)動力，那么將兩個電極7應(yīng)用于一個軸的驅(qū)動。
[0046]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置，其不是僅由靜電力驅(qū)動而是也由壓電力驅(qū)動，或者僅由壓電力驅(qū)動。為此，壓電致動器層15布置在驅(qū)動板區(qū)段3'上，這些層用于施加驅(qū)動電壓并且借此使驅(qū)動板區(qū)段3'以及因而間接地使反射鏡板I運(yùn)動。由電極7和驅(qū)動板區(qū)段3'形成的電容能夠用于產(chǎn)生額外的靜電力或者再用于評估驅(qū)動板區(qū)段3'的位置和相位。
[0047]圖7中圖示了根據(jù)本發(fā)明的微反射鏡裝置的又一個實施例的平面圖，并它對應(yīng)于根據(jù)圖4的實施例，然而，在該平面圖的情況下，使用靜電驅(qū)動的另一個實施例。在這種情況下，梳狀電極20(其具有附接在致動器芯片50的靜止部件5上的相應(yīng)的電極)形成靜電梳狀驅(qū)動，并且梳妝電極被附接在同時用作彈簧元件且被偏轉(zhuǎn)的驅(qū)動板區(qū)段上。
[0048]圖8中圖示了微反射鏡裝置的又一個實施例，在該實施例的情況下使用電磁驅(qū)動。此驅(qū)動包括:永磁體19，其附接在封裝的裝置的外部;和經(jīng)受電流的平面線圈18，在每種情況下平面線圈均附接在驅(qū)動板區(qū)段3'中的一者上且能夠被單獨(dú)地驅(qū)控。當(dāng)平面線圈經(jīng)受電流時，產(chǎn)生與永磁體19交互作用的力，且該力將驅(qū)動板區(qū)段3'移出它們的平面。通過使用與反射鏡板I的本征模相對應(yīng)的頻率來驅(qū)控流經(jīng)平面線圈18的電流，最終使反射鏡板共振。如前所述，電極7能夠應(yīng)用于產(chǎn)生額外的力或應(yīng)用于驅(qū)動板的相位和位置的檢測的目的。
[0049]在未圖示的實施例中，軟或硬的磁性層沉積在驅(qū)動板3或驅(qū)動板區(qū)段3'上，且使用可控電磁體來代替圖8中的永磁體19，其中，以這樣的方式實施驅(qū)控:產(chǎn)生以反射鏡板I的共振頻率暫時調(diào)制的磁場且該磁場能夠使驅(qū)動板3或驅(qū)動板區(qū)段3'振蕩，從而使反射鏡板I優(yōu)選以與驅(qū)動板反相的方式振蕩且由此進(jìn)行振幅放大。
[0050]在根據(jù)圖9(其示出了微反射鏡裝置的平面圖)的實施例的情況下，反射鏡板經(jīng)由具有偏移連接位置的環(huán)形彈簧框架的彈簧結(jié)構(gòu)而被緊固在環(huán)形驅(qū)動板3上，其中，該彈簧結(jié)構(gòu)是彼此嵌套的。在圖示的實施例中，環(huán)形驅(qū)動板自身經(jīng)由兩個彈簧框架或彈簧環(huán)4以關(guān)于兩個軸可運(yùn)動的方式懸掛于致動器芯片50的靜止部件5。憑借以一定的距離布置在電極芯片上的四個激活電極7，能夠以有針對性的方式使驅(qū)動板3在兩個軸中的各者上進(jìn)行振蕩，其中，該電極芯片能夠不被辨別出。反射鏡板I與驅(qū)動板3的反相振蕩能夠通過使電極7的驅(qū)控頻率與反射鏡板I的兩個固有共振頻率相匹配來產(chǎn)生，并且能夠被用于振幅放大。
[0051]圖10再一次示意性地示出了具有驅(qū)動板3(其被切分成多個驅(qū)動板元件或片段3')的實施例。驅(qū)動元件經(jīng)由彈簧連接件3〃被甚至更大程度地彼此解耦，并且經(jīng)由第二彈簧元件4連接至剛性框架5。相對于圖1的示意性圖示，能夠被理解為如果圖1中的驅(qū)動板3被切分成四個片段，這些片段彼此間不具有剛性連接而是具有彈簧連接件3〃。根據(jù)圖10所述的實施例能夠改善兩個軸振蕩的分離。
[0052]在前述的實施例中，已經(jīng)說明了對于彈簧元件和驅(qū)動等在每種情況下部分不同的實施例。然而，這些不是要指定至具體的實施例，而是也能夠相應(yīng)地適用于其它的實施例。
【主權(quán)項】
1.一種微反射鏡裝置，其包括: 第一彈簧-質(zhì)量振蕩器，包括形成反射鏡板(I)的振蕩體且包括第一彈簧元件(2); 第二彈簧-質(zhì)量振蕩器，包括驅(qū)動板(3)和第二彈簧元件(4)并且經(jīng)由所述第二彈簧元件(4)連接至支承裝置(5、8、9)， 其中，所述第一彈簧-質(zhì)量振蕩器經(jīng)由所述第一彈簧元件(2)懸掛于所述第二彈簧-質(zhì)量振蕩器;和 驅(qū)動裝置(11)，所述驅(qū)動裝置被分配至所述驅(qū)動板并且被設(shè)計用于激勵所述驅(qū)動板(3)進(jìn)行振蕩， 其特征在于，所述振蕩體(I)經(jīng)由所述第一彈簧元件(2)以雙軸的方式可運(yùn)動地懸掛于所述驅(qū)動板(3)，并且所述驅(qū)動板(3)以雙軸可運(yùn)動的方式連接至所述支承裝置(5、8、9)，其中，所述驅(qū)動裝置(11)被設(shè)計為雙軸驅(qū)動器，且被設(shè)計用于以雙軸的方式驅(qū)動所述驅(qū)動板(3)以使所述振蕩體(I)在具有其正交本征模中的一者或接近這些本征模的各情況下均以雙軸的方式振蕩。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述驅(qū)動板(3)被設(shè)計為圍繞所述振蕩體(I)的環(huán)形框架。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述驅(qū)動板(3)包括:多個驅(qū)動板區(qū)段(3’)，所述多個驅(qū)動板區(qū)段根據(jù)具體情況同時形成所述第二彈簧元件。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(11)被設(shè)計為用來以這樣的方式驅(qū)動所述驅(qū)動板(3):所述振蕩體(I)與所述驅(qū)動板(3)以反相的方式振蕩。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述振蕩體(I)經(jīng)由三個或四個離散式的所述第一彈簧元件(2)懸掛在所述驅(qū)動板(3)上。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述振蕩體(I)經(jīng)由被設(shè)計為環(huán)形彈簧框架的且形成萬向懸掛的至少兩個優(yōu)選三個、四個或更多的彈簧元件懸掛在所述驅(qū)動板(3)上。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述驅(qū)動板(3)經(jīng)由至少兩個優(yōu)選三個或四個離散式的所述第二彈簧元件(4)或經(jīng)由被設(shè)計為環(huán)形彈簧框架的至少兩個優(yōu)選更多的彈簧元件懸掛在所述支承裝置(5、8、9)上。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述第一彈簧元件被設(shè)計為這樣的多個優(yōu)選三個或四個或更多的環(huán)形彈簧框架:它們彼此嵌套，圍繞所述振蕩體(I)，且每種情況下在至少兩個連接位置處連接至所述振蕩體(I)，它們彼此連接并且連接至所述驅(qū)動板(3)，其中，從所述振蕩體(I)至所述驅(qū)動板(3)的所述連接位置偏移90°至120°之間的角度，優(yōu)選90°。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述驅(qū)動板(3)經(jīng)由圍繞所述驅(qū)動板的至少兩個或更多的彈簧框架連接至所述支承裝置(5、8、9)，其中，所述驅(qū)動板(3)連接至直接圍繞所述驅(qū)動板的那個所述彈簧框架，至少兩個或更多的所述彈簧框架彼此連接，并且最外的所述彈簧框架經(jīng)由如下的連接位置連接至所述支承裝置:在各種情況下，各所述連接位置偏移90°至120°之間的角度，優(yōu)選90°。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(11)被設(shè)計為雙軸、靜電、壓電和/或電磁驅(qū)動器。11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，所述支承裝置包括基板(9)和致動器芯片，所述基板優(yōu)選為電極芯片，所述致動器芯片經(jīng)由隔離件(8)被固定連接，并且所述彈簧-質(zhì)量振蕩器通過所述致動器芯片被緊固在靜止部件(5)上，且所述支承裝置(5、8、9)以真空密封的方式被封蓋(13)或根據(jù)具體情況被基底覆蓋以形成真空封裝的微反射鏡芯片，其中，吸氣劑優(yōu)選被裝入所述微反射鏡芯片。12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，電極(7)和/或壓電元件(15)和/或線圈(18)和/或磁性層被附接在所述驅(qū)動板(3)上或所述驅(qū)動板區(qū)段上，和/或以一定的距離與所述驅(qū)動板或所述驅(qū)動板區(qū)段相對布置的方式被附接在所述驅(qū)動板(3)或所述驅(qū)動板區(qū)段的所述支承裝置(5、8、9)上。13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的微反射鏡裝置，其特征在于，用作用于確定所述驅(qū)動板的相位和位置的相位檢測元件和位置檢測元件的電極(7)被附接在所述驅(qū)動板(3)或所述驅(qū)動板區(qū)段的支承裝置(5、8、9)上，并且是以一定的距離與所述驅(qū)動板或所述驅(qū)動板區(qū)段相對地布置的。
【文檔編號】B81B3/00GK105849618SQ201480063622
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月24日
【發(fā)明人】烏爾里希·霍夫曼, 弗蘭克·森格爾, 托馬斯·馮萬頓赫, 克里斯蒂安·馬拉斯, 約阿希姆·簡斯
【申請人】弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會