包括彈簧和懸掛在其上的光學(xué)元件的設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及包括彈簧和懸掛在其上的光學(xué)元件的設(shè)備，描述了一種具有致動(dòng)器、光學(xué)元件和彈簧的設(shè)備，該致動(dòng)器具有布置在其上的致動(dòng)器側(cè)附接區(qū)域、該光學(xué)元件具有布置在其上的鏡面?zhèn)雀浇訁^(qū)域，其中，光學(xué)元件經(jīng)由兩個(gè)或四個(gè)彈簧連接至致動(dòng)器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】包括彈簧和懸掛在其上的光學(xué)元件的設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種包括以可傾斜的方式經(jīng)由彈簧安裝在致動(dòng)器上的光學(xué)元件的設(shè) 備。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，雙壓電晶片致動(dòng)器（bimorph actuator)包括主動(dòng)和被動(dòng)層，其中致動(dòng)器使 用層材料不同的熱或壓電膨脹或收縮特征來(lái)實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器的偏轉(zhuǎn)。
[0003] 在大多數(shù)情況下，包括雙壓電晶片致動(dòng)器和以準(zhǔn)靜止的方式圍繞軸（例如，微反 射鏡（micro mirror))具有很大偏轉(zhuǎn)的可傾斜的光學(xué)元件的系統(tǒng)需要系統(tǒng)的很大部件表 面，因?yàn)殡p壓電晶片致動(dòng)器的偏轉(zhuǎn)以及因此的光學(xué)元件的偏轉(zhuǎn)等依賴(lài)于致動(dòng)器的長(zhǎng)度。圍 繞兩個(gè)彼此垂直的扭轉(zhuǎn)軸（torsion axe,扭力軸）偏轉(zhuǎn)的光學(xué)元件需要甚至更高的空間要 求，因?yàn)樵O(shè)置了另外的致動(dòng)器。更高的空間需求是MEMS設(shè)備的一種顯著缺點(diǎn)。
[0004] 引用文獻(xiàn)：Umer Izhar，Boon S. 0oi，Svetlana Tatic-Lucic，Multi-axis micromirror for optical coherence tomography,Procedia Chemistry, Vol. 1，Issuel，2009. 9,第 1147-1150 頁(yè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 具有彼此垂直的兩個(gè)扭轉(zhuǎn)軸的微反射鏡（其以準(zhǔn)靜止的方式沿兩個(gè)扭轉(zhuǎn)軸操作） 的一種實(shí)施方式或者所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在圖2A和2b中針對(duì)熱能偏轉(zhuǎn)致動(dòng)器而示出，并且 例如也可以被用于壓電偏轉(zhuǎn)致動(dòng)器。
[0006] 圖2A示出了包括光學(xué)元件12'的設(shè)備，光學(xué)元件12'經(jīng)由四個(gè)若干次折疊的彈簧 14' a-d安裝在四個(gè)彼此垂直的致動(dòng)器16a_d上，并且圍繞扭轉(zhuǎn)軸18a和18b是可傾斜的。加 熱元件52a_d布置在致動(dòng)器16a_d上，加熱元件52a_d被實(shí)施為局部地加熱致動(dòng)器16a_d， 其中局部地改變致動(dòng)器層的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)致動(dòng)器16a_d被加熱時(shí)導(dǎo)致致動(dòng)器16a_d的偏 轉(zhuǎn)并且因此導(dǎo)致光學(xué)元件12'的偏轉(zhuǎn)。
[0007] 偏轉(zhuǎn)允許光學(xué)元件12'的相對(duì)較大的傾斜角，然而致動(dòng)器16a_d以相對(duì)于光學(xué)元 件12'的邊緣的長(zhǎng)度的較長(zhǎng)方式來(lái)實(shí)施，這增加了致動(dòng)器并且因此的設(shè)備的空間要求。此 夕卜，彈簧14'a-d示出很大的軸向延伸（expansion,擴(kuò)展）。總之設(shè)備的空間效率很低。由 于光學(xué)兀件12'的光學(xué)有效面積的擴(kuò)大伴隨著致動(dòng)器16a_d和彈簧14'a_d的擴(kuò)大，這樣的 設(shè)計(jì)不適于具有大表面的光學(xué)元件。
[0008] 圖2B示出了處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖2A中的設(shè)備。致動(dòng)器16a_d的偏轉(zhuǎn)從而使光學(xué)元 件12'圍繞扭轉(zhuǎn)軸18a傾斜。
[0009] 該設(shè)備的結(jié)構(gòu)在[1]光學(xué)相干層析成像技術(shù)中進(jìn)行了描述。
[0010] 因此，將期望具有大空間效率的允許大的光學(xué)元件的傾斜并實(shí)現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)的設(shè) 備。
[0011] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種其中元件經(jīng)由彈簧安裝、可在兩個(gè)方向上傾斜并 且允許更高效的操作的設(shè)備。
[0012] 該目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)解決。
[0013] 因此，本發(fā)明的基本思想為在以下兩種光學(xué)元件中實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)：光學(xué)元件經(jīng)由 彈簧在兩個(gè)光學(xué)側(cè)附接區(qū)域精確地安裝在致動(dòng)器上并且圍繞第一軸和第二軸可傾斜；以 及光學(xué)元件經(jīng)由彈簧在四個(gè)光學(xué)側(cè)附接區(qū)域處安裝在致動(dòng)器上并且圍繞兩個(gè)軸可傾斜，其 中，每個(gè)彈簧分別以90°與180°之間的角度被布置在致動(dòng)器上。
[0014] 根據(jù)實(shí)施方式，光學(xué)兀件以可傾斜的方式經(jīng)由布置在光學(xué)兀件與某一致動(dòng)器之間 的兩個(gè)彈簧懸置，其中彈簧以筆直（straight)的方式實(shí)施并包括短的軸向延伸。因此，設(shè) 備具有很大的空間效率。
[0015] 根據(jù)替代性實(shí)施方式，至少一個(gè)另外的彈簧布置在光學(xué)側(cè)附接區(qū)域，從而使光學(xué) 元件穩(wěn)定并且可存在更大的尺寸。
[0016] 根據(jù)另外的實(shí)施方式，光學(xué)元件經(jīng)由以直線方式實(shí)施的四個(gè)彈簧布置在致動(dòng)器 上，從而最小化由于光學(xué)元件的很大重量的引起的光學(xué)元件的傾斜。
[0017] 根據(jù)替代性實(shí)施方式，彈簧包括曲度或彎曲。
[0018] 另外的有利的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 以下將參照附圖討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0020] 圖1為包括以可傾斜的方式安裝在兩個(gè)光學(xué)側(cè)附接區(qū)域處的致動(dòng)器的光學(xué)元件 的設(shè)備的頂視圖；
[0021] 圖2A為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包括以可傾斜的方式安裝的光學(xué)元件的設(shè)備的頂視圖；
[0022] 圖2B為圖2A的設(shè)備的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)；
[0023] 圖3為與圖1的設(shè)備相似的示意性圖示，其中光學(xué)元件包括相比到致動(dòng)器側(cè)附接 區(qū)域的到固定位置更大距離；
[0024] 圖4為彈簧的示意性截面?zhèn)纫晥D；
[0025] 圖5為包括分別包括兩個(gè)致動(dòng)器元件的致動(dòng)器的設(shè)備的示意性頂視圖；
[0026] 圖6為其中致動(dòng)器彼此成一個(gè)角度布置的設(shè)備的頂視圖；
[0027] 圖7A為具有功能層和處于非偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的測(cè)量元件的致動(dòng)器的示意性側(cè)截面圖；
[0028] 圖7B為處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的圖7A的致動(dòng)器的示意性截面?zhèn)纫晥D；
[0029] 圖8為其中兩個(gè)彈簧分別布置在光學(xué)側(cè)附接區(qū)域的設(shè)備的頂視圖；
[0030] 圖9為包括光學(xué)元件以及成一個(gè)角度布置在致動(dòng)器上的四個(gè)彈簧的設(shè)備的頂視 圖；
[0031] 圖10為彎曲的彈簧的頂視圖；
[0032] 圖11為具有可變橫向延伸的彈簧的頂視圖；
[0033] 圖12為進(jìn)一步包括被實(shí)施為偏轉(zhuǎn)致動(dòng)器的控制單元的圖1的設(shè)備的頂視圖；
[0034] 圖13為進(jìn)一步包括被實(shí)施為偏轉(zhuǎn)致動(dòng)器的控制單元的圖9的設(shè)備的頂視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 圖1示出了具有圓形光學(xué)元件12的設(shè)備10,光學(xué)元件12的主側(cè)包括質(zhì)心13并且 經(jīng)由彈簧14a和14b安裝在致動(dòng)器16a和16b上，圍繞第一扭轉(zhuǎn)軸18a和第二扭轉(zhuǎn)軸18b 可傾斜，并且扭力軸18a和18b在質(zhì)心13附近以角度Θ 5相交。彈簧14a或14b在光學(xué)側(cè) 附接區(qū)域22a或22b的面向光學(xué)元件12的第一端連接到光學(xué)元件12,并且在致動(dòng)器側(cè)附接 區(qū)域24a或24b的面向相應(yīng)致動(dòng)器16a或16b的第二端連接至致動(dòng)器16a或16b。光學(xué)側(cè) 附接區(qū)域22a和22b包括沿著光學(xué)元件12的主側(cè)的圓周（circumference,周?chē)┑臋M向延 伸，該橫向延伸分別小于主側(cè)的圓周的10 %。
[0036] 致動(dòng)器16a和16b在固定處26被牢固的懸掛（cantilever)并且被實(shí)施為在致動(dòng) 過(guò)程中在與靜止的固定處26相反的一端從靜止位置偏轉(zhuǎn)，其中致動(dòng)器16a和16b的軸向延 伸與光學(xué)元件12的主側(cè)的直徑的近似大于2. 5倍對(duì)應(yīng)。
[0037] 致動(dòng)器16a和16b的數(shù)量對(duì)應(yīng)光學(xué)側(cè)附接區(qū)域22a和22b的數(shù)量，從而每個(gè)光學(xué) 側(cè)附接區(qū)域22a和22b可被分配給驅(qū)動(dòng)器16a和16b，驅(qū)動(dòng)器16a和16b經(jīng)由至少一個(gè)彈簧 14a或14b連接到致動(dòng)器16a和16b。
[0038] 致動(dòng)器16a包括沿著從固定處26開(kāi)始到致動(dòng)器側(cè)附接區(qū)域24a的延伸方向的致 動(dòng)器路徑28a。類(lèi)似地，致動(dòng)器16b包括沿著從固定處26開(kāi)始到致動(dòng)器側(cè)附接區(qū)域24b的 致動(dòng)器路徑28b。沿著從彈簧14a的第一端到第二端的軸向延伸的彈簧路徑32a與沿著從 彈簧14b的第一端到第二端的軸向延伸的彈簧路徑32b在交叉點(diǎn)34處相交，該交叉點(diǎn)34 以近似100°的角度θ 6與質(zhì)心13間隔開(kāi)。角度描述了彈簧14a相對(duì)致動(dòng)器16a的方 位并且因此描述了兩個(gè)路徑28a與32a的交叉的角度，類(lèi)似地，角度Θ 2描述了彈簧14B相 對(duì)致動(dòng)器16b的方位并且因此描述了兩個(gè)路徑28b與32b的交叉的角度。
[0039] 扭轉(zhuǎn)軸18a和18b交叉的角度Θ 5取決于沿著從彈簧14a或14b的第一端向第二 端的軸向延伸的彈簧長(zhǎng)度以及角度91和θ 2。
[0040] 彈簧路徑的交叉點(diǎn)34與質(zhì)心13的距離具有如下效果：光學(xué)元件12的有效偏轉(zhuǎn)邊 緣長(zhǎng)度（其分別描述了沿著垂直于任何扭轉(zhuǎn)軸的直線的光學(xué)元件12的兩個(gè)點(diǎn)的最大距離） 小于光學(xué)元件的幾何邊緣長(zhǎng)度（其描述光學(xué)元件內(nèi)的兩個(gè)任意點(diǎn)的最大距離），其中該偏 差存儲(chǔ)在查詢表中以用于致動(dòng)器控制并且可因此被更正。
[0041] 由于如圖1所示的幾何自適應(yīng)，光學(xué)元件12圍繞兩個(gè)扭轉(zhuǎn)軸18a和18b的二維傾 斜通過(guò)使用僅僅兩個(gè)致動(dòng)器16a和16b是可行的。
[0042] 致動(dòng)器16a或16b的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致光學(xué)元件12圍繞扭轉(zhuǎn)軸18a或18b的傾斜。光學(xué) 元件12圍繞相應(yīng)不同的扭轉(zhuǎn)軸18a或18b的傾斜可通過(guò)設(shè)備的幾何自適應(yīng)來(lái)最小化，其中 角度9 6總是小于180°。
[0043] 盡管在圖1中交叉點(diǎn)34布置在光學(xué)元件12的主側(cè)，但實(shí)施方式包括交叉點(diǎn)34布 置在光學(xué)元件12外部的設(shè)備。
[0044] 實(shí)施方式為具有需要二維扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和較大光學(xué)有效面積或反射鏡面積的光學(xué)元 件的系統(tǒng)提供了很大的空間效率。二維運(yùn)動(dòng)通過(guò)光學(xué)元件的經(jīng)由彈簧的適應(yīng)性懸掛來(lái)實(shí) 現(xiàn)，從而能夠通過(guò)僅僅兩個(gè)致動(dòng)器來(lái)獲得二維運(yùn)動(dòng)。
[0045] 此外，實(shí)施方式同樣在機(jī)械方面非常有效。由于致動(dòng)器的偏轉(zhuǎn)強(qiáng)烈地依賴(lài)于它們 的長(zhǎng)度，因此相對(duì)光學(xué)元件的致動(dòng)器偏轉(zhuǎn)的有效轉(zhuǎn)移（transfer)是有利的并且決定光學(xué) 元件的傾斜角與系統(tǒng)需要的部件表面之間的比值。
[0046] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有四個(gè)致動(dòng)器的設(shè)備中的連接彈簧經(jīng)常必需以長(zhǎng)的并且部分 地多次彎曲的方式來(lái)實(shí)施，因?yàn)檫B接至四個(gè)參照點(diǎn)的光學(xué)元件的移動(dòng)總是受這些參照點(diǎn)的 限制，同時(shí)光學(xué)元件經(jīng)由另一個(gè)參照點(diǎn)偏斜。因此，偏轉(zhuǎn)參照點(diǎn)的彈簧必須是長(zhǎng)的并且因此 是軟的，以允許光學(xué)元件的移動(dòng)。因此，光學(xué)元件的彼此相反（reciprocal)的傾斜同樣需 要所有彈簧的相應(yīng)長(zhǎng)的或軟的實(shí)施方式。在此，缺點(diǎn)是致動(dòng)器從非常長(zhǎng)的或者折疊的彈簧 的偏轉(zhuǎn)僅可傳遞到有限的范圍。
[0047] 然而在圖1的實(shí)施方式中，光學(xué)元件僅經(jīng)由兩個(gè)光學(xué)側(cè)附接區(qū)域連接至致動(dòng)器， 從而光學(xué)元件的移動(dòng)不受限制。因此，致動(dòng)器和光學(xué)元件之間的彈簧可以是短的以便以高 效的方式傳遞致動(dòng)器的偏轉(zhuǎn)并且優(yōu)化致動(dòng)器和彈簧兩者的尺寸，其中關(guān)于未改變的大光學(xué) 元件的空間效率增加。
[0048] 替代性實(shí)施方式包括致動(dòng)器，致動(dòng)器包括大于光學(xué)元件的直徑并且小于五倍直徑 的軸向延伸。
[0049] 與圖1類(lèi)似，圖3示出了設(shè)備10,其中，相比致動(dòng)器側(cè)附接區(qū)域24a和24b，光學(xué)元 件12布置在相距固定處26更大的距離處。角0 1和θ2各自包括大于90°的角，其中角 θ2小于180°，與圖1類(lèi)似。
[0050] 當(dāng)例如被偏轉(zhuǎn)的光輻射將被根據(jù)圖1的組件阻礙時(shí)（即致動(dòng)器16a和16b阻擋光 傳輸路徑），光學(xué)元件12的這種布置可以是有利的。
[0051] 圖4示出了圖1的設(shè)備10的彈簧14a的頂視圖。彈簧14a包括從彈簧14a的第 一端到第二端的軸向延伸Xi，以及垂直于軸向延伸Xi布置的橫向延伸χ 2。橫向延伸x2小于 橫向延伸X:乘以系數(shù)0. 3,從而彈簧具有相對(duì)于橫向?qū)挾鹊拇筝S向長(zhǎng)度。延伸Xi小于布置 彈簧14a的光學(xué)元件的主側(cè)的兩個(gè)任意點(diǎn)的最大差值的兩倍。
[0052] 圖5示出了設(shè)備20,其中，致動(dòng)器16a和16b分別包括兩個(gè)間隔的致動(dòng)器元件54a 和54b或者54c和54d，其中致動(dòng)器元件54a與54b或者54c與54d在致動(dòng)器16a或16b的 可偏轉(zhuǎn)端彼此連接，從而致動(dòng)器元件54a或54b或54c或54d之一的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致致動(dòng)器16a或 16b的偏轉(zhuǎn)，其中，可以并行地控制致動(dòng)器的相應(yīng)的致動(dòng)器元件54a和54b或者54c和54d。
[0053] 幾個(gè)致動(dòng)器元件54a_54d的組合允許壓電操作致動(dòng)器中的交叉收縮效應(yīng)的減小， 因?yàn)闉槊總€(gè)致動(dòng)器元件優(yōu)化了致動(dòng)器長(zhǎng)度與致動(dòng)器寬度的比值。
[0054] 替代性實(shí)施方式示出了彼此之間無(wú)距離地布置的并且包括共用基板的致動(dòng)器元 件以及能夠互相單獨(dú)控制的致動(dòng)器元件。
[0055] 進(jìn)一步的實(shí)施方式示出了具有至少兩個(gè)致動(dòng)器元件的致動(dòng)器，其中，不同的致動(dòng) 器元件使用不同的致動(dòng)原理：一個(gè)致動(dòng)器元件包括壓電功能層并且另一致動(dòng)器元件包括熱 功能層。
[0056] 圖6示出了具有光學(xué)元件12的設(shè)備30,光學(xué)元件12以可傾斜的方式經(jīng)由彈簧14a 和14b布置在致動(dòng)器16a和16b上，其中，致動(dòng)器16a和16b的延伸方向被布置為彼此垂直。
[0057] 彈簧14b包括分別以筆直的方式形成的兩個(gè)部分55a和55b，其中，部分55a相對(duì) 部分55b以長(zhǎng)的方式實(shí)施，并且包括整個(gè)延伸的近似97 %，并且部分55b包括整個(gè)延伸的近 似3%。
[0058] 具有不同長(zhǎng)度的幾個(gè)軸向部分的組合允許將高效的扭矩引入彈簧。
[0059] 替代性實(shí)施方式示出包括多于兩個(gè)以及最多6個(gè)筆直部分的彈簧，其中，各部分 是單獨(dú)的，并且一個(gè)部分被實(shí)施為使得其包括彈簧路徑的整個(gè)軸向延伸的至少80 %，并且 其中，每個(gè)較短的部分包括相應(yīng)彈簧的軸向路徑的4%的最大比例。
[0060] 圖7A示出了處于非偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的致動(dòng)器16的側(cè)視圖。致動(dòng)器16包括基板56以及 熱功能層58,熱功能層58經(jīng)由從固定處26開(kāi)始到致動(dòng)器16的可偏轉(zhuǎn)端的軸向延伸布置在 基板56上。功能層58被實(shí)施為在加熱期間具有與基板56不同的延伸，從而使致動(dòng)器16 的與固定處26相對(duì)的端偏轉(zhuǎn)。被實(shí)施為檢測(cè)致動(dòng)器16的偏轉(zhuǎn)并且以信號(hào)的形式提供所檢 測(cè)的偏轉(zhuǎn)的應(yīng)變測(cè)量帶62布置在面向遠(yuǎn)離功能層58的基板56的一側(cè)上。
[0061] 圖7B示出了處于偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的致動(dòng)器16,其中，功能層58的延伸導(dǎo)致應(yīng)變測(cè)量帶 62的壓縮。
[0062] 在替代性實(shí)施方式中，功能層包括被實(shí)施為當(dāng)施加電壓時(shí)經(jīng)受收縮或延伸的壓電 材料，并且基于收縮或延伸使致動(dòng)器偏轉(zhuǎn)。
[0063] 根據(jù)致動(dòng)器的操作狀態(tài)并且因此根據(jù)期望的材料壓力，可在致動(dòng)器上布置用于檢 測(cè)偏轉(zhuǎn)狀態(tài)的其它測(cè)量方法，例如包括在光纖光傳感器中的Bragg柵格（Bragg grid)。 [0064] 圖8示出了設(shè)備40的示意性頂視圖，其與圖1的設(shè)備10類(lèi)似，其中，額外的彈簧 14d布置在致動(dòng)器16a與光學(xué)元件12之間，并且額外的彈簧14d布置在致動(dòng)器16b與光學(xué) 元件12之間，其中，彈簧14a和14c以及14b和14c分別成對(duì)地布置在光學(xué)側(cè)附接區(qū)域22a 和22b上，從而未改變支撐點(diǎn)的數(shù)量，其中彈簧14a-14d分別具有相同的橫向延伸。
[0065] 若干個(gè)彈簧的陣列允許將致動(dòng)器偏轉(zhuǎn)更有效地傳遞到光學(xué)元件，或者允許光學(xué)元 件的位置的額外穩(wěn)定性，從而減小光學(xué)元件的重量引起的偏轉(zhuǎn)。
[0066] 圖9不出了具有四個(gè)致動(dòng)器16a_16d的設(shè)備50的頂視圖，光學(xué)兀件12經(jīng)由四個(gè)彈 簧14a-14d安裝在致動(dòng)器16a-16d上，光學(xué)元件12圍繞兩個(gè)扭轉(zhuǎn)軸18a和18b是可傾斜的。 彈簧14a-14d在四個(gè)光學(xué)側(cè)附接區(qū)域22a-22d處連接到光學(xué)元件12。致動(dòng)器16a-16d的致 動(dòng)器路徑28a-28d與布置在相應(yīng)的致動(dòng)器16a-16d上的彈簧14a-14d的彈簧路徑32a-32d 形成角Θ i、Θ 2、Θ 3或Θ 4。致動(dòng)器16a-16d被布置成使得路徑28a和28b以及路徑28b和 28c彼此平行地運(yùn)動(dòng)（run)，并且路徑28a被布置為與路徑28b -致，以及路徑28d被布置 為與28c-致。角θ η限定扭轉(zhuǎn)軸18a和18b的位置，其中，兩個(gè)扭轉(zhuǎn)軸18a和18b以角 度θ5相交，并且角度θ5通過(guò)以下等式定義
[0067] θ 5 = 360° -(θ3+θ4)
[0068] 從而光學(xué)元件12可偏轉(zhuǎn)的方向可通過(guò)彈簧14a_14d相對(duì)于致動(dòng)器16a_16d以及 光學(xué)元件12的布置來(lái)限定。
[0069] 圖10示出了具有彎曲路徑的彈簧66的頂視圖。彎曲路徑被實(shí)施為使得彈簧在彈 簧區(qū)域68內(nèi)實(shí)施，其中，彈簧區(qū)域通過(guò)兩個(gè)圓弧的重疊面積來(lái)限定。軸72布置在致動(dòng)器側(cè) 附接區(qū)域24與光學(xué)側(cè)附接區(qū)域22之間，并且與附接區(qū)域24與22之間的連接線成直角相 交。線72包括圓弧中心74a和74b，圓弧圍繞圓弧中心74a和74b具有半徑76a和76b，從 而相應(yīng)的圓弧與兩個(gè)附接區(qū)域24和22相交，并且其中，相應(yīng)圓弧的半徑76a或76b大于兩 個(gè)附接區(qū)域24和22彼此的距離的75%。
[0070] 彎曲彈簧允許減小扭轉(zhuǎn)引起的材料壓力，從而可獲得設(shè)備的更長(zhǎng)的使用壽命。
[0071] 作為示出在彈簧路徑上具有恒定橫向延伸的彈簧的上述實(shí)施方式的替代，替代性 實(shí)施方式示出了包括在彈簧路徑上具有變化的橫向延伸的彈簧的設(shè)備，如以下將示出的。
[0072] 圖11示出彈簧66'的頂視圖，彈簧66'在從光學(xué)側(cè)附接區(qū)域22朝向致動(dòng)器側(cè)附 接區(qū)域24的軸向路徑上具有變化的橫向延伸。彈簧66'被實(shí)施在區(qū)域68內(nèi)，從而彈簧66' 包括圖10的彈簧66的彎曲路徑。
[0073] 變化的橫向延伸允許在彈簧的軸向路徑上的變形能量的限定的接收。
[0074] 圖12示出具有控制器件78的圖1的設(shè)備10,控制器件78被實(shí)施為控制致動(dòng)器 16a和16b，并且實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器16a和16b的偏轉(zhuǎn)，從而使光學(xué)元件12經(jīng)歷傾斜。
[0075] 圖13示出具有控制器件78的圖9的設(shè)備50,控制器件78被實(shí)施為控制致動(dòng)器 16a-16d，并且實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器16a-16d的偏轉(zhuǎn)，從而使光學(xué)元件12經(jīng)歷傾斜。
[0076] 盡管上述實(shí)施方式的光學(xué)元件總是以圓形方式來(lái)形成，但光學(xué)元件可包括任何形 式或形狀，例如橢圓形或方形。
[0077] 上述實(shí)施方式僅呈現(xiàn)了本發(fā)明的原理的說(shuō)明。顯而易見(jiàn)地，本文描述的陣列和細(xì) 節(jié)的修改和變更將對(duì)其他本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。旨在使本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求 的范圍的限制，而不受本文中基于實(shí)施方式的描述和討論所呈現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)的限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種設(shè)備，包括： 第一致動(dòng)器（16 ;16a_d); 第二致動(dòng)器（16 ;16a-d); 光學(xué)兀件（12); 至少一個(gè)第一彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第一致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第二彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第二致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 其中，所述光學(xué)元件（12)包括兩個(gè)精確間隔開(kāi)的光學(xué)側(cè)附接區(qū)域（22 ;22a-d);并且 其中，所述至少一個(gè)第一彈簧（14a-d ;66 ;66'）布置在所述第一光學(xué)側(cè)附接區(qū)域（22 ; 22a-d)上，并且所述至少一個(gè)第二彈簧（14a-d ;66 ;66'）布置在所述第二光學(xué)側(cè)附接區(qū)域 (22 ;22a-d)上，從而使所述第一致動(dòng)器（16 ;16a-d)或所述第二致動(dòng)器（16 ;16a-d)的致動(dòng) 引起所述光學(xué)元件圍繞兩個(gè)軸（18a_b)的傾斜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一彈簧（14a-d ;66 ;66'）在第一致動(dòng)器側(cè) 附接區(qū)域（24 ;24a-b)布置在所述第一致動(dòng)器（16 ;16a-d)上，并且所述第二彈簧（14a-d ; 66 ;66'）第二致動(dòng)器側(cè)附接區(qū)域（24 ;24a-b)布置在所述第二致動(dòng)器（16 ;16a-d)上；并且 其中，在相應(yīng)的致動(dòng)器側(cè)附接區(qū)域與光學(xué)側(cè)附接區(qū)域（22 ;22a-d ;24 ;24a-b)之間的線 (32a-b)的延伸以小于180°的角度（Θ 6)交叉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中， 所述光學(xué)元件（12)布置在所述第一致動(dòng)器（16 ;16a-d)與所述第二致動(dòng)器（16 ; 16a_d)之間，并且所述第一彈簧（14a_d ;66 ;66'）布置在所述第一致動(dòng)器（16 ;16a_d)的 可偏轉(zhuǎn)端，并且所述第二彈簧（14a-d ;66 ;66'）布置在所述第二致動(dòng)器（16 ;16a-d)的可偏 轉(zhuǎn)端； 其中，所述第一致動(dòng)器（16 ;16a-d)和所述第二致動(dòng)器（16 ;16a-d)從固定處（26)開(kāi)始 沿著相同的方向延伸，或者所述延伸的方向包括直角。
4. 一種設(shè)備，包括： 第一致動(dòng)器（16 ;16a_d); 第二致動(dòng)器（16 ;16a-d); 第三致動(dòng)器（16 ;16a-d); 第四致動(dòng)器（16 ;16a-d); 光學(xué)兀件（12); 至少一個(gè)第一彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第一致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第二彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第二致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第三彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第三致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第四彈簧（14a-d;66 ;66'），布置在所述第四致動(dòng)器（16 ;16a-d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 其中，所述第一彈簧（14a-d ;66 ;66'）至所述第四彈簧（14a-d ;66 ;66'）中的每一個(gè)相 對(duì)所分配的致動(dòng)器（16 ;16a-d)的延伸方向以大于90°且小于180°的角度（θ η)布置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中， 所述第一致動(dòng)器（16 ;16a-d)至所述第四致動(dòng)器（16 ;16a-d)的從相應(yīng)的固定處（26) 開(kāi)始的延伸方向包括彼此相同的或相反的方向。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中， 所述光學(xué)側(cè)附接區(qū)域（22 ;22a-d)包括沿著所述光學(xué)元件（12)的主側(cè)的圓周的橫向延 伸，所述橫向延伸小于所述主側(cè)的平面的所述圓周乘以系數(shù)〇. 1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述致動(dòng)器（16 ;16a-d)的其中一個(gè)包括被實(shí)施 為使所述致動(dòng)器（16 ;16a-d)從靜止位置偏轉(zhuǎn)的壓電元件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述致動(dòng)器（16 ;16a-d)的其中一個(gè)包括被實(shí)施 為使所述致動(dòng)器（16 ;16a-d)從靜止位置偏轉(zhuǎn)的熱控元件（58)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述致動(dòng)器（16 ;16a-d)的其中一個(gè)包括至少第 一致動(dòng)器元件和第二致動(dòng)器元件（54a-d)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，能夠一起控制所述第一致動(dòng)器元件和所述第二 致動(dòng)器元件（54a_d)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，沿著致動(dòng)器（16 ;16a_d)的所述延伸方向的軸 向延伸大于所述光學(xué)元件（12)的所述主側(cè)的兩個(gè)任意點(diǎn)的最大距離并且等于或小于所述 光學(xué)元件（12)的所述主側(cè)的兩個(gè)任意點(diǎn)的最大距離的5倍。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的第一端與第二端 之間的距離小于所述光學(xué)元件（12)的主側(cè)的兩個(gè)任意點(diǎn)的最大距離乘以系數(shù)2。
13. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的其中一個(gè)在所述 第一端與所述第二端之間以直線方式被實(shí)施。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的其中一個(gè)在第一 端與第二端之間包括在截面中是直線的等于或小于6個(gè)的部分（55a-b);其中， 所述部分（55a-b)包括沿著從所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的所述第一端到所述第二端 的所述彈簧路徑的不同軸向延伸，從而所述彈簧（14a-d;66 ;66'）包括長(zhǎng)的部分（55a-b) 和至少一個(gè)短的部分（55a_b); 所述長(zhǎng)的部分（55a-b)包括所述彈簧（14a-d;66;66'）的所述路徑的整個(gè)軸向延伸的 至少80% ;并且 每個(gè)短的部分（55a-b)包括所述彈簧（14a-d;66 ;66'）的所述路徑的整個(gè)軸向延伸的 小于4%的比例。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的沿著軸向延伸 (xj的路徑包括曲線，其中， 所述彈簧在由與所述彈簧（14a-d;66;66'）的第一端和第二端交叉的圓弧限定的區(qū)域 (68)內(nèi)運(yùn)動(dòng)；其中， 每個(gè)圓弧包括半徑（76a_b)，所述半徑（76a_b)大于所述彈簧（14a_d ;66 ;66'）的所述 第一端與所述第二端之間的距離的〇. 75倍；并且其中， 每個(gè)圓弧包括沿著線（72)定位的中心（74a-b)，所述線（72)被定位成垂直于將所述彈 簧（14a-d ;66 ;66'）的所述第一端和所述第二端彼此連接的直線。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的其中一個(gè)包括橫 向延伸，所述橫向延伸在軸向路徑（Xi)上是恒定的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述橫向延伸（x2)小于所述軸向延伸（Xl)乘 以系數(shù)0. 3。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，至少一個(gè)另外的彈簧（14a-d ;66 ;66'）布置在 光學(xué)側(cè)附接點(diǎn)（22 ;22a-d)上，并且所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的每一個(gè)包括相同的橫向延 伸（X!)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的橫向延伸（x2)在 所述軸向路徑上變化；其中，在由與所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的第一端和第二端交叉的圓 弧限定的區(qū)域（68)內(nèi)實(shí)施所述橫向延伸（x2);其中， 每個(gè)所述圓弧包括半徑（76a_b)，所述半徑（76a_b)大于所述彈簧（14a_d ;66 ;66'）的 所述第一端與所述第二端之間的距離的〇. 75倍；并且其中， 每個(gè)所述圓弧包括沿著線（72)定位的中心（74a-b)，所述線（72)被定位成垂直于連接 所述彈簧（14a-d ;66 ;66'）的所述第一端與所述第二端的直線。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，在致動(dòng)器（16 ;16a-d)上布置測(cè)量元件（62)，所 述測(cè)量元件￠2)被實(shí)施為檢測(cè)所述致動(dòng)器（16 ;16a-d)的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。
21. -種設(shè)備，包括： 第一致動(dòng)器（16 ;16a_d); 第二致動(dòng)器（16 ;16a-d); 光學(xué)兀件（12); 至少一個(gè)第一彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第一致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第二彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第二致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 控制單元（78)，被實(shí)施為控制所述致動(dòng)器（16 ;16a-d);其中， 所述光學(xué)元件（12)包括兩個(gè)精確間隔開(kāi)的光學(xué)側(cè)附接區(qū)域（22 ;22a-d);并且其中， 所述至少一個(gè)第一彈簧（14a-d;66;66'）布置在所述第一光學(xué)側(cè)附接區(qū)域（22; 22a-d)上，并且所述至少一個(gè)第二彈簧（14a-d;66 ;66'）布置在所述第二光學(xué)側(cè)附接區(qū)域 (22 ;22a-d)上，從而使所述第一致動(dòng)器（16 ;16a-d)或所述第二致動(dòng)器（16 ;16a-d)的致動(dòng) 引起所述光學(xué)元件（12)圍繞兩個(gè)軸（18a-b)的傾斜；并且其中， 所述控制單元（78)被進(jìn)一步實(shí)施為實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)元件在不同于所述兩個(gè)軸（18a-b) 的方向上的傾斜。
22. -種設(shè)備，包括： 第一致動(dòng)器（16 ;16a_d); 第二致動(dòng)器（16 ;16a-d); 第三致動(dòng)器（16 ;16a-d); 第四致動(dòng)器（16 ;16a-d); 光學(xué)元件（12); 至少一個(gè)第一彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第一致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第二彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第二致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第三彈簧（14a_d ;66 ;66'），布置在所述第三致動(dòng)器（16 ;16a_d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 至少一個(gè)第四彈簧（14a-d;66 ;66'），布置在所述第四致動(dòng)器（16 ;16a-d)與所述光學(xué) 元件（12)之間； 控制單元（78)，被實(shí)施為控制所述致動(dòng)器（16 ;16a-d);其中， 相對(duì)所分配的致動(dòng)器（16 ;16a-d)的延伸方向以大于90°且小于180°的角度布置所 述第一彈簧（14a-d ;66 ;66'）至所述第四彈簧（14a-d ;66 ;66'）中的每一個(gè)；并且其中， 所述控制單元（78)被進(jìn)一步實(shí)施為實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)元件（12)在不同于所述兩個(gè)軸 (18a-b)的方向上的傾斜。
【文檔編號(hào)】G02B26/08GK104216110SQ201410234671
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】顧珊珊, 迪爾克·卡登, 克里斯蒂安·艾澤曼 申請(qǐng)人:弗蘭霍費(fèi)爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司