用于偏轉(zhuǎn)電磁輻射的微致動(dòng)器裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于偏轉(zhuǎn)電磁輻射的微致動(dòng)器裝置，其中鏡板以可圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng)的方式經(jīng)由彈簧元件懸置在驅(qū)動(dòng)框架上，驅(qū)動(dòng)框架以可圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng)的方式經(jīng)由彈簧元件懸置在芯片框架上，其中驅(qū)動(dòng)框架是不閉合的，并包括靠近鏡板的凹部，芯片框架至少在驅(qū)動(dòng)框架的凹部區(qū)域內(nèi)是不閉合的，以這樣一種方式使得偏轉(zhuǎn)和/或入射光束不受驅(qū)動(dòng)框架和芯片框架限制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于偏轉(zhuǎn)電磁輻射的微致動(dòng)器裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及如獨(dú)立權(quán)利要求前序部分所述的一種用于偏轉(zhuǎn)電磁輻射的微致動(dòng)器 裝直。

【背景技術(shù)】
[0002] 共振操作的微鏡致動(dòng)器(MEMS掃描儀）在本【技術(shù)領(lǐng)域】通常是已知的。其通常用于 偏轉(zhuǎn)激光或其他電磁輻射。微鏡致動(dòng)器可以理解為用微技術(shù)制造的反射鏡（mirror)，其可 移動(dòng)地懸置在扭力彈簧和/或彎曲彈簧上，并被靜電、電磁、熱或壓電驅(qū)動(dòng)設(shè)置為運(yùn)動(dòng)。通 過(guò)將激活頻率與致動(dòng)器的固有頻率匹配實(shí)現(xiàn)的共振操作可以使反射鏡達(dá)到非常大的振蕩 振幅，有時(shí)候大于+/-30度。
[0003] 在多數(shù)情況下，應(yīng)用MEMS掃描儀，使得入射光束相對(duì)于偏轉(zhuǎn)光束總是形成一個(gè)>0 的夾角。這通過(guò)使入射光束相對(duì)于反射鏡表面法線成角度來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這一用途，入射光 束和離開(kāi)的出射光束的空間角從而優(yōu)選彼此完全不同，而與MEMS反射鏡相對(duì)于其空轉(zhuǎn)位 置的傾斜無(wú)關(guān)。不然會(huì)發(fā)生空間角區(qū)域的重疊，而這通常會(huì)以不利的方式減少光束偏轉(zhuǎn)的 可用區(qū)域。從已知的定律"入射角等于出射角"可以得出，光學(xué)總掃描角度區(qū)域是機(jī)械總傾 斜角度區(qū)域的兩倍。換句話說(shuō)，光學(xué)掃描的角度區(qū)域是反射鏡振蕩角振幅的四倍。這種關(guān) 系適用于最頻繁應(yīng)用的情況，即入射光束垂直于可移動(dòng)懸置反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。小于四的倍 數(shù)（factor)會(huì)導(dǎo)致所有其他情況。
[0004] 顯而易見(jiàn)的是，為了使掃描的角度范圍和入射光束不重疊，MEMS掃描儀的共振振 幅越大，入射光束最終成的必要的角度必然也越大。同樣顯而易見(jiàn)的是，必須有限制的、最 大可用的MEMS掃描儀振幅。機(jī)械反射鏡偏轉(zhuǎn)為+/-45度，光學(xué)偏轉(zhuǎn)必須相應(yīng)地為180度的 共振掃描儀，不再允許入射光束成非重疊空間角。如果反射鏡的機(jī)械振蕩角振幅定義為α， 入射光束和掃描出射光束之間最小的夾角為β，于是產(chǎn)生了以下關(guān)系：
[0005] 4*α+β〈180 (1)
[0006] 由此，可以認(rèn)識(shí)到也會(huì)有其他的情況，在較小的振蕩振幅已經(jīng)出現(xiàn)了可用掃描角 度區(qū)域的限制，尤其當(dāng)應(yīng)用從一開(kāi)始就需要入射光束與空轉(zhuǎn)或靜置的反射鏡成較大偏轉(zhuǎn) 時(shí)，相當(dāng)于大角度β。例如，如果入射光束將要與掃描出射光束的區(qū)域分隔開(kāi)100度的角度 β，于是最大可用振蕩振幅α不會(huì)大于20度。
[0007] 在多數(shù)實(shí)際情況下，裝置并不僅僅受限于關(guān)系（1)，由于有效的鏡表面不然會(huì)不夠 小，此外還有不以與入射光束成太小的角度照射反射鏡的需求。關(guān)系（1)基本上也實(shí)現(xiàn)了 入射光束只稍微與反射鏡表面成角度的裝置(其中反射鏡的表面法線幾乎與入射光束成90 度的角度)。在這種情況下，入射光束幾乎與具有預(yù)定鏡板尺寸的反射鏡表面平行延伸，只 有小部分的入射光束會(huì)照射到反射鏡表面。通常不希望這樣。為此，有必要選擇空轉(zhuǎn)位置 的反射鏡表面或芯片表面和入射光束之間的偏轉(zhuǎn)角Υ，并且其大多數(shù)情況下遠(yuǎn)大于20度。 由于出射光束也與給出反射鏡空轉(zhuǎn)位置的MEMS掃描儀芯片表面成角度γ，光學(xué)掃描角度 的一半（2*α)不能大于Y。因此，適用于：
[0008] 2* α < y (2)
[0009] 以及
[0010] 4*α+β + γ<180(3)
[0011] 相當(dāng)于
[0012] 6*α+β>180 (4)
[0013] 當(dāng)α稍小于30°，β稍大于0°，γ差不多為60°時(shí)，叢而可實(shí)現(xiàn)最大可能掃 描角度。
[0014] 然而，多數(shù)情況下，偏轉(zhuǎn)光束的角度區(qū)域（4* α )有必要與入射到MEMS掃描儀的光 束的空間角，即相當(dāng)于大角度β，在空間上隔開(kāi)較遠(yuǎn)的距離。盡管如此，如果掃描儀應(yīng)當(dāng)同 時(shí)具有較大的偏轉(zhuǎn)區(qū)域(掃描角度)，由于MEMS掃描儀芯片的固定框架結(jié)構(gòu)位于光束路徑并 對(duì)其干擾，其導(dǎo)致了偏轉(zhuǎn)光束不再能夠以不受干擾的方式離開(kāi)芯片。例如，如果通過(guò)反射 鏡掃描的激光束與芯片表面以下以15度入射的入射光束成至少為90度的夾角（β =90度， Υ =15度)，于是產(chǎn)生稍小于15度的理論上的最大角度α，此處，偏轉(zhuǎn)光束恰好仍然不被芯 片框架限制。由此，可以假定芯片框架直接靠近可移動(dòng)的懸置鏡板。然而，光束路徑可以不 受限制的角度區(qū)域事實(shí)上仍然會(huì)比該理論值小很多，因?yàn)?5度的角度α只適用于無(wú)限小 的光束直徑。芯片幾何結(jié)構(gòu)可以不受妨礙地穿過(guò)時(shí)，光束直徑越大，因此鏡板直徑也越大， 角度區(qū)域或范圍變得越小。
[0015] 為了以較大的光學(xué)分辨率對(duì)角度區(qū)域進(jìn)行光學(xué)掃描，較大的掃描角度在很多應(yīng)用 中都是必要的。可以彼此空間上隔開(kāi)作為區(qū)分的測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量尤其與光學(xué)總掃描角度成比 例。
[0016] 為了實(shí)現(xiàn)較大的MEMS掃描儀掃描角度，通?？梢韵氲诫姶?、靜電、壓電驅(qū)動(dòng)的 MEMS掃描儀的共振操作。諸如梳狀電極(靜電驅(qū)動(dòng))、壓電雙晶片(壓電驅(qū)動(dòng))、平面線圈磁錄 (areal)(電磁驅(qū)動(dòng))等驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)伴隨顯著的阻尼，這是因?yàn)槔渺o電驅(qū)動(dòng)，空氣必須穿過(guò)指 狀電極間的窄間隙，或因?yàn)殡p晶片的壓電層彎曲時(shí)具有較高的內(nèi)部阻尼，或因?yàn)镸EMS致動(dòng) 器的平面線圈結(jié)構(gòu)非常大，并且必須移動(dòng)較大的空氣質(zhì)量。
[0017] 盡管存在這些限制，為了實(shí)現(xiàn)反射鏡致動(dòng)器較大的振幅，即大于不等式（3)設(shè)置的 角度，經(jīng)由彈簧元件耦合的驅(qū)動(dòng)振蕩器和反射鏡振蕩器的空間幾何分隔是有必要的。已經(jīng) 發(fā)布了不同形式的這種雙振蕩器。
[0018] US6975442B2描述了無(wú)源鏡板經(jīng)由扭力彈簧以可移動(dòng)的方式置于圍繞的驅(qū)動(dòng)框架 (平行板電容器驅(qū)動(dòng)）的耦合致動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)框架同樣經(jīng)由扭力彈簧懸置在芯片框架中。
[0019] 在微機(jī)電系統(tǒng)雜志（Journal of Microelectromechanical Systems)，Vo 1. 15, No. 4,八月2006, p.786-794 "高分辨率顯示的雙軸電磁微掃描儀 (Two-Axis Electromagnetic Microscanner for High Resolution Displays)，' 中， Yalcinkaya等人描述了類(lèi)似的基于電磁驅(qū)動(dòng)原理的耦合反射鏡致動(dòng)器。
[0020] 這些致動(dòng)器概念共同的事實(shí)是利用外共振器將內(nèi)共振器設(shè)置為振蕩的雙共振器 理念。由于內(nèi)共振器不具有自身的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)反射鏡振蕩器的阻尼可以被最小化。雙共 振器具有兩個(gè)共振頻率。通常，共振器設(shè)計(jì)為，使得在第一共振，兩個(gè)共振器以等相的方式 振蕩，在較高的第二共振頻率二者彼此反相振蕩（參見(jiàn)圖3的頻率響應(yīng))。通過(guò)彈簧強(qiáng)度的 適當(dāng)設(shè)計(jì)以及慣性力矩可以獲得期望的振幅增大，即，與驅(qū)動(dòng)框架相比，反射鏡具有大得多 的振蕩角振幅。增大倍數(shù)通常在3和20之間。如果反射鏡的慣性力矩表示為J1，外驅(qū)動(dòng)框 架的慣性力矩表示為J2，反射鏡或圍繞的驅(qū)動(dòng)框架的阻尼常數(shù)表示為Cl和c2，反射鏡懸置 或驅(qū)動(dòng)框架的框架懸置的彈簧常數(shù)表示為h和k 2，反射鏡和驅(qū)動(dòng)框架相應(yīng)的振蕩角度表示 為91和θ2，對(duì)反射鏡的運(yùn)行產(chǎn)生以下運(yùn)動(dòng)等式：
[0021] J戎+c戎+kXe'-e2) = 〇 (5)
[0022] 并且對(duì)扭矩TAktuat"作用的外驅(qū)動(dòng)框架產(chǎn)生：
[0023] J262 +c262 +(Α-, +/<2)θ2 = T]Umilnr (6)
[0024] 本裝置，尤其是伴隨靜電梳狀驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用時(shí)的特別有利之處在于，由于驅(qū)動(dòng)框架 的低振幅，可移動(dòng)電極指狀物主要或完全在重疊區(qū)域操作。相對(duì)于振蕩周期，可移動(dòng)電極指 狀物只在相對(duì)較短的時(shí)間離開(kāi)相對(duì)的激活電極指狀物，在某些情況下，甚至根本沒(méi)離開(kāi)。這 實(shí)現(xiàn)了高效的操作。這也同樣適用于電磁驅(qū)動(dòng)，有利的，可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)框架與平面線圈和可能 設(shè)置在其下方的永磁體之間的間隙保持盡可能小，進(jìn)而場(chǎng)強(qiáng)高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 本發(fā)明的目的是提供如獨(dú)立權(quán)利要求前序部分所述的一種用于偏轉(zhuǎn)電磁輻射的 微致動(dòng)器裝置，由于其幾何結(jié)構(gòu)和構(gòu)思允許較大的偏轉(zhuǎn)角度，即最大掃描角度，尤其是偏轉(zhuǎn) 光束路徑不應(yīng)被干擾或盡可能小地受到干擾，最大角度應(yīng)被充分利用，確保了節(jié)省空間的 結(jié)構(gòu)，以便能夠在硅片上容納盡可能多的數(shù)量，并且以廉價(jià)的方式制造。由此，微致動(dòng)器裝 置應(yīng)當(dāng)滿足不等式4* α + β + γ >180的要求。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的通過(guò)主權(quán)利要求的特征部分的特征結(jié)合前序部分的特征來(lái) 實(shí)現(xiàn)。
[0027] 通過(guò)在從屬權(quán)利要求中所描述的措施，可以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行有利的改善和改進(jìn)。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)由彈簧元件以可圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng)的方式懸置在芯片框架上的驅(qū)動(dòng) 框架是不閉合的，并包括靠近鏡板的凹部，鏡板經(jīng)由彈簧元件以可圍繞另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng) 的方式懸置在驅(qū)動(dòng)框架上。此外，根據(jù)本發(fā)明，芯片框架至少在驅(qū)動(dòng)框架的凹部區(qū)域內(nèi)是不 閉合的，這意味著，由于驅(qū)動(dòng)框架和芯片框架的設(shè)計(jì)，偏轉(zhuǎn)和/或入射光束不受驅(qū)動(dòng)框架和 芯片框架限制。以這種方式，可以提供一種微致動(dòng)器裝置，一方面，可以實(shí)現(xiàn)非常大的偏轉(zhuǎn) 角度，另一方面，由于本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)框架和芯片框架的設(shè)計(jì)，可以充分利用最大偏轉(zhuǎn)角度， 即使在這些最大限度實(shí)現(xiàn)的偏轉(zhuǎn)角度，也能夠從鏡板用光束自由照射。此外，微致動(dòng)器裝置 可以以緊湊的方式設(shè)計(jì)，這意味著對(duì)空間的要求保持最低。
[0029] 以一種有利的方式，鏡板的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)框架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸彼此平行設(shè)置，優(yōu)選彼此 對(duì)應(yīng)。由于該措施，確保能夠?qū)崿F(xiàn)最大偏轉(zhuǎn)角度。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的微致動(dòng)器裝置包括驅(qū)動(dòng)非閉合的驅(qū)動(dòng)框架以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)或樞 轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)，其中可使用靜電、壓電或電磁驅(qū)動(dòng)，取決于期望的設(shè)計(jì)。
[0031] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)成靜電形式，并包括在與凹部相對(duì)的驅(qū)動(dòng) 框架閉合的連續(xù)側(cè)和與該凹部相對(duì)的芯片框架連續(xù)側(cè)的梳狀電極，驅(qū)動(dòng)框架的指狀電極和 芯片框架的指狀電極嚙合，也就是說(shuō)，彼此嚙合。由于該措施，微致動(dòng)器裝置可以以空間節(jié) 省的方式設(shè)計(jì)。
[0032] 利用進(jìn)一步有利的示例性實(shí)施例，芯片框架在平面圖中以U形的方式設(shè)計(jì)，U形開(kāi) 口側(cè)位于驅(qū)動(dòng)框架的凹部的一側(cè)。利用該裝置，驅(qū)動(dòng)的電極也可同樣地設(shè)置在凹部的另一 偵k這種帶有U形芯片框架的裝置能實(shí)現(xiàn)有利的空間節(jié)省和緊湊的結(jié)構(gòu)，從而致動(dòng)器可以 被廉價(jià)地制造。
[0033] 有利的，如果橫向距離設(shè)置在鏡板和驅(qū)動(dòng)框架之間的凹部相對(duì)的一側(cè)，該距離大 于鏡板和驅(qū)動(dòng)框架之間的設(shè)計(jì)固有的中間間隙。利用該措施，可以使用成大角度的入射光 束，避免了驅(qū)動(dòng)框架導(dǎo)致的反射鏡孔徑的漸暈。
[0034] 特別有利的，驅(qū)動(dòng)框架具有基本上為矩形的基本形狀，芯片框架?chē)@除了凹部之 外的矩形驅(qū)動(dòng)框架，或以U形的方式圍繞。本實(shí)施例具有簡(jiǎn)單明了的結(jié)構(gòu)。
[0035] 優(yōu)選的，利用從凹部相對(duì)的一側(cè)入射的光束，根據(jù)x>h/tan( Y)_r相應(yīng)地選擇橫 向距離，其中X為橫向距離，r為鏡板的半徑，h為在距離x+r位置處驅(qū)動(dòng)框架的偏轉(zhuǎn)，γ為 空轉(zhuǎn)位置的反射鏡表面和入射或出射光束之間的偏轉(zhuǎn)角。利用相反的情況，入射光束在照 射鏡板之前，首先穿過(guò)芯片框架和驅(qū)動(dòng)框架中的凹部，根據(jù)不等式x>h/tan ( γ -2 a ) -r選 擇橫向距離，其中α為反射鏡相對(duì)于空轉(zhuǎn)位置的單側(cè)最大機(jī)械調(diào)整角度，進(jìn)而為機(jī)械振蕩 的振幅。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)框架的位置和相位置的傳感器裝置設(shè)置在驅(qū)動(dòng)框架或 芯片框架之上。進(jìn)而，梳狀傳感器可靠近驅(qū)動(dòng)框架的凹部和芯片框架的開(kāi)口區(qū)域橫向設(shè)置。 利用U形芯片框架，梳狀傳感器可設(shè)置在U形的支腳（limb)，并相對(duì)地設(shè)置在驅(qū)動(dòng)框架的適 當(dāng)位置。通過(guò)這樣的方式也能產(chǎn)生緊湊的結(jié)構(gòu)。
[0037] 特別有利的，如果鏡板在兩側(cè)被反射，由此可以掃描甚至更大的空間角。因此，在 微致動(dòng)器的振蕩周期的第一部分，反射鏡反射完全從凹部側(cè)入射或基本上用鏡板上側(cè)入射 的光束，在微致動(dòng)器的振蕩周期的剩余部分，其反射完全或基本上用鏡板下側(cè)入射的光束。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例如圖所示，并在隨后的描述中更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明，附圖 中：
[0039] 圖1為入射和反射輻射相對(duì)于鏡板的示意圖，
[0040] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的微致動(dòng)器板的平面圖，
[0041] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的微致動(dòng)器裝置的鏡板和驅(qū)動(dòng)框架的振幅頻率響應(yīng)的表示圖，
[0042] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的微致動(dòng)器裝置的平面圖，
[0043] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的微致動(dòng)器裝置的平面圖，
[0044] 圖6為根據(jù)本發(fā)明的微致動(dòng)器裝置的截面示意圖，其中光束入射到鏡板的下側(cè)， 以及
[0045] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的微致動(dòng)器裝置的截面示意圖，其中光束入射到鏡板的上側(cè)， 以及
[0046] 圖8為根據(jù)本發(fā)明的微致動(dòng)器裝置的截面示意圖，其中幾何尺寸的細(xì)節(jié)用于確定 驅(qū)動(dòng)框架和鏡板之間的橫向距離的狀態(tài)。

【具體實(shí)施方式】
[0047] 圖1示意性地表示了設(shè)計(jì)為掃描儀的微致動(dòng)器，具有處于不同樞轉(zhuǎn)位置的鏡板 10,圍繞反射鏡的芯片框架11，以及指示的入射光束叢（bundle) 12和鏡板處于不同位置的 若干個(gè)偏轉(zhuǎn)光束叢13, 13'，13''。光束叢12的光束進(jìn)入角或入射角，即空轉(zhuǎn)位置的反射 鏡表面和入射或出射光束之間的角度表示為" Y "，入射光束12和掃描出射光束之間最小 的夾角指定為" β "，其中該角度實(shí)現(xiàn)了入射光束和振蕩反射鏡給出的掃描角區(qū)域的空間分 隔，角度" α "為反射鏡10的機(jī)械振蕩的振幅。正如本說(shuō)明書(shū)的介紹部分所提到的，該圖用 于說(shuō)明MEMS掃描儀所期望的掃描角度。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的微致動(dòng)器裝置在圖2中以雙共振器MEMS掃描儀的形式表示。微致 動(dòng)器裝置包括鏡板1，鏡板1在本示例性實(shí)施例中為圓形的，并經(jīng)由扭力彈簧2安裝至驅(qū)動(dòng) 框架3。驅(qū)動(dòng)框架3繼而經(jīng)由扭力彈簧連接至芯片框架6。驅(qū)動(dòng)框架3和芯片框架6具有 基本上為矩形的基本形狀，其中芯片框架6圍繞驅(qū)動(dòng)框架3。然而，凹部7設(shè)置在驅(qū)動(dòng)框架 中，并且在矩形的基本形狀的長(zhǎng)邊的凹部從外周邊緣一直延伸至鏡板1。在對(duì)應(yīng)的方式中， 芯片框架在凹部的區(qū)域受到干擾，即從鏡板1看到的凹部7繼續(xù)向外穿過(guò)芯片框架6的受 干擾的或非閉合區(qū)域7'。
[0049] 鏡板1經(jīng)由扭力彈簧2在驅(qū)動(dòng)框架3上的彈簧懸置和驅(qū)動(dòng)框架3經(jīng)由扭力彈簧5 在芯片框架6上的彈簧懸置彼此平行設(shè)置，在示例性實(shí)施例中，其在一條直線上對(duì)齊設(shè)置， 因此產(chǎn)生疊合的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
[0050] 在示例性實(shí)施例中，相關(guān)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為具有驅(qū)動(dòng)電極4的靜電梳狀驅(qū)動(dòng)，其可移 動(dòng)的指狀物設(shè)置在驅(qū)動(dòng)框架3與凹部7相對(duì)的長(zhǎng)邊處。與此相對(duì)的電極4的互補(bǔ)靜態(tài)指狀 物連接至固定的芯片框架6,其中可移動(dòng)指狀物和靜態(tài)或固定的指狀物彼此嚙合。
[0051] 用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)框架3的位置和相位的傳感器裝置設(shè)計(jì)為電容性操作的傳感器梳 8,其具有設(shè)置在靠近受干擾的區(qū)域7'的芯片框架6和同樣靠近凹部7的驅(qū)動(dòng)框架3上的 嚙合指狀物。
[0052] 操作時(shí)，驅(qū)動(dòng)框架3經(jīng)由梳狀驅(qū)動(dòng)4被驅(qū)動(dòng)以共振，借此，使得形成內(nèi)共振器的懸 置鏡板1振蕩。由于扭力彈簧2和5的彈簧強(qiáng)度以及鏡板1和驅(qū)動(dòng)框架3的慣性力矩的設(shè) 計(jì)，與驅(qū)動(dòng)框架3的振蕩振幅相比，會(huì)發(fā)生鏡板1的振幅增大。
[0053] 圖3用實(shí)線示出了鏡板作為內(nèi)共振器的振幅頻率響應(yīng)（曲線a)，并且用虛線示出 了驅(qū)動(dòng)框架3的振幅頻率響應(yīng)（曲線b)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，內(nèi)共振器，即鏡板的振幅在第二極大值 處被大大增強(qiáng)。內(nèi)鏡板1的振蕩振幅最高為+/_9〇°。
[0054] 由于驅(qū)動(dòng)框架3和芯片框架6上不對(duì)稱設(shè)置的凹部7或開(kāi)口區(qū)域7'，從芯片框架 6和驅(qū)動(dòng)框架3的閉合側(cè)入射并被鏡板1以大的振蕩角度偏轉(zhuǎn)的光束或輻射可以以不受限 的方式向外成束射出，并且不會(huì)受到驅(qū)動(dòng)框架3或固定的芯片框架6的妨礙。經(jīng)由傳感器 梳8可檢測(cè)到振蕩驅(qū)動(dòng)框架3的位置和相位，同時(shí)間接實(shí)現(xiàn)了控制MEMS掃描儀所需要的對(duì) 鏡板的相和位置的評(píng)估。
[0055] 圖4表示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的微致動(dòng)器裝置。利用該實(shí)施例，芯片框 架6設(shè)計(jì)為U形的形式，并且三面包圍驅(qū)動(dòng)框架3。由此，傳感器梳8的電極橫向連接至驅(qū) 動(dòng)框架3的矩形基本形狀的短邊，以及U形框架3的支腳的端部區(qū)域。通過(guò)這樣的方式可 減少結(jié)構(gòu)的尺寸。
[0056] 圖5示出了另一個(gè)示例性實(shí)施例，與圖4的示例性實(shí)施例的不同之處在于，在鏡板 1和驅(qū)動(dòng)框架3之間與凹部相對(duì)的鏡板的一側(cè)的設(shè)置提供較大的弧形或橫向間距或中間間 隙9,即驅(qū)動(dòng)框架?chē)@鏡板被進(jìn)一步切除，以便提供擴(kuò)大的凹部。通過(guò)這樣的方式可使用成 大角度的入射光束，而驅(qū)動(dòng)框架3不會(huì)生成鏡板1孔徑的漸暈。
[0057] 圖6和圖7示出了一個(gè)實(shí)施例中穿過(guò)微致動(dòng)器裝置的示意性截面，光束路徑設(shè)計(jì) 為與前文描述的光束路徑相反，即入射光束12首先穿過(guò)凹部7,然后被鏡板偏轉(zhuǎn)為出射光 束13。
[0058] 圖6示出了入射光束12落到鏡板1的下表面的裝置，而圖7為入射光束12落到鏡 板的上側(cè)，并被其偏轉(zhuǎn)。如果鏡板的兩側(cè)被反射并用作反射器，從而根據(jù)圖6和圖7的微致 動(dòng)器裝置是特別有利的，這是因?yàn)橛绕湓谠O(shè)計(jì)為微致動(dòng)器裝置的芯片上面和芯片下面可以 掃描非常大的空間角。由此，梳狀驅(qū)動(dòng)的激活可以下面的方式實(shí)現(xiàn)，使得在一個(gè)震蕩周期， 入射光束可從一側(cè)完全或基本上偏轉(zhuǎn)一次，從另一側(cè)完全或基本上偏轉(zhuǎn)一次。
[0059] 圖8表示了根據(jù)圖5的微致動(dòng)器裝置的截面，以便說(shuō)明橫向距離或中間間隙9的 幾何條件。該距離確保了驅(qū)動(dòng)框架3的振蕩不會(huì)與入射光束12相交。圖中的橫向距離9 用X表示，驅(qū)動(dòng)框架的振蕩振幅用h表示，鏡板的半徑用r表示。角度γ為入射角以及出 射角，角度Λ為振蕩驅(qū)動(dòng)框架3相對(duì)于空轉(zhuǎn)位置的最大偏轉(zhuǎn)角度。
[0060] 圖8中示出的入射光束12首先穿過(guò)芯片框架6和驅(qū)動(dòng)框架3,然后產(chǎn)生 Δ =arctan (h/ (r+x))〈 γ。根據(jù) h/ (r+x)〈tan ( γ )，對(duì)于 X，產(chǎn)生 x>h (tan ( γ ) -r，即橫向距離 必須大于h/tan( γ )-r。
[0061] 在相反的情況，當(dāng)入射光束首先穿過(guò)芯片框架6的非閉合區(qū)域7'和驅(qū)動(dòng)框架3的 凹部7時(shí)，八=虹 (^&11〇1八1'+3)〈^-2〇，其中〇為鏡板的最大振蕩振幅。對(duì)于橫向距離， 產(chǎn)生 x>h/tan( γ _2 a )-r。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于偏轉(zhuǎn)電磁輻射的微致動(dòng)器裝置，其具有鏡板（1)以可圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng) 的方式經(jīng)由彈簧元件（2)懸置在驅(qū)動(dòng)框架（3)上形成內(nèi)振蕩器，其中，驅(qū)動(dòng)框架以可圍繞第 二轉(zhuǎn)動(dòng)軸移動(dòng)的方式經(jīng)由彈簧元件（5 )懸置在芯片框架（6 )上形成外振蕩器， 其特征在于， 驅(qū)動(dòng)框架（3)是不閉合的，并包括靠近鏡板（1)的凹部（7)，芯片框架（6)至少在驅(qū)動(dòng)框 架（3)的凹部（7)區(qū)域內(nèi)是不閉合的，以這樣一種方式使得偏轉(zhuǎn)和/或入射光束不受驅(qū)動(dòng)框 架（3)和芯片框架（6)限制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸和所述第二轉(zhuǎn) 動(dòng)軸彼此平行設(shè)置，優(yōu)選彼此對(duì)應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)非閉合的驅(qū)動(dòng)框架（3) 的靜電、壓電或電磁驅(qū)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)包括設(shè)置在與凹部（7) 相對(duì)的驅(qū)動(dòng)框架（3)的連續(xù)側(cè)和與該側(cè)相對(duì)的芯片框架（6) -側(cè)的梳狀電極（4)，其中驅(qū)動(dòng) 框架（3)的電極和芯片框架（6)的電極嚙合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，芯片框架（6)在平面圖中是U形 的，其中U形開(kāi)口側(cè)位于驅(qū)動(dòng)框架（3)的凹部（7)的一側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，大于鏡板（1)和驅(qū)動(dòng)框架（3)之 間的設(shè)計(jì)固有的中間間隙的橫向距離（9)設(shè)置在與凹部（7)相對(duì)的一側(cè)，鏡板（1)和驅(qū)動(dòng)框 架（3)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)框架（3)的位置和 相位的傳感器裝置（8)設(shè)置在驅(qū)動(dòng)框架（3)和芯片框架（6)之上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，梳狀傳感器（8)靠近凹部（7)和 非閉合區(qū)域（7'）橫向設(shè)置，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)框架（3)的位置和相位。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，梳狀傳感器（8)設(shè)置在U形 芯片框架（6)的支腳（limb)和驅(qū)動(dòng)框架（3)與此相對(duì)的一側(cè)，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)框架的位置和 相位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)框架（3)具有基本上為矩 形的基本形狀，芯片框架（6)圍繞矩形驅(qū)動(dòng)框架（3)的除了凹部（7)的非閉合區(qū)域（7'）之 外的所有側(cè)，或以U形的方式圍繞。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，鏡板在兩側(cè)被反射，在鏡板（1) 的振蕩周期，在時(shí)間序列上的入射光束從鏡板的上側(cè)偏轉(zhuǎn)一次，從鏡板的下側(cè)偏轉(zhuǎn)一次。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，利用從凹部相對(duì)的一側(cè)入射的 光束，根據(jù)x>h/tan( γ )-r選擇橫向距離，其中X為橫向距離，r為鏡板的半徑，h為x+r位 置處的偏轉(zhuǎn)，Y為反射鏡表面和入射光束之間的偏轉(zhuǎn)角。
13. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的微致動(dòng)器裝置，其特征在于，利用從驅(qū)動(dòng)框架（3)的凹部（7) 的一側(cè)入射的光束，根據(jù)x>h/tan( γ -2 a )-r選擇橫向距離（9)，其中X為橫向距離，r為鏡 板（1)的半徑，h為x+r位置處的偏轉(zhuǎn)，γ為空轉(zhuǎn)位置的反射鏡表面和入射光束之間的偏轉(zhuǎn) 角，α為機(jī)械振蕩角振幅。
【文檔編號(hào)】G02B7/182GK104101981SQ201410144048
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月11日
【發(fā)明者】烏爾里?！せ舴蚵? 申請(qǐng)人:弗蘭霍菲爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司