[发明专利]用于控制微机械执行器的调节器、控制系统和方法以及微镜系统

说明书

本发明公开一种用于控制微机械执行器的调节器，调节器具有：第一信号输入端，用于接收参考信号；第二信号输入端，用于接收测量信号；第一调节器元件，用于在接收的参考信号中滤波和/或衰减预给定的频率模态和/或频率分量并输出经滤波的和/或衰减的参考信号；第二调节器元件，用于修改接收的测量信号并输出修改的测量信号；第三调节器元件，用于将经滤波的和/或衰减的参考信号和接收的测量信号之间的调节偏差最小化并输出经最小化的参考信号；第四调节器元件，用于对于至少一个预给定的频率旋转经最小化的参考信号和修改的测量信号的差的相位并将其作为控制信号向微机械执行器传输。本发明还公开相应控制系统、相应微镜系统和相应方法。

技术领域

本发明涉及用于控制微机械执行器的调节器、控制系统和方法以及微镜系统。

背景技术

当今在许多应用中均使用微机械执行器。例如在被安装在很小结构空间上的投影单元中使用微镜。

在这样的投影单元中通常使用微镜，也就是所谓的MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System：微机电系统)。这样的MEMS镜通常具有多个可以相应地被电激发的机械共振点——也称作模态或者传递函数中的极点。此外，这样的MEMS镜还具有反共振模态——也称作传递函数中的零点或者凹口(notch)。

MEMS镜的这些模态可区分为有效模态和干扰模态。干扰模态的激发尤其负面地损坏所投影的图像的质量。

所述MEMS镜构成所谓的惯性弹簧质量系统，其在第一近似中可以被建模为二阶低通(PT2元件)。在此通过惯性弹簧质量系统的第一模态定义其角频率(Eckfrequenz)。

可以使这种MEMS镜或者共振运行在一种或者多种有效模态上或者准静态运行。准静态控制借助低频信号实现并且避免了这些模态的激发。

图9中以波特图示出不同的MEMS微镜的传递函数。在上面的图中示出在频率上的单位为dB的衰减。在下面的图中示出在频率上的单位为度的相位。在上面的图中可以看出，其传递函数被示出的五个微镜具有许多共振模态和反共振模态。它们在该图中通过尖峰示出，这些尖峰是向上或者向下。此外在下面的图中可以看出，这些微镜根据频率分别具有不同的相位特性曲线。尤其一些镜子分别具有一个至少直至一定的频率位于-0°和-180°之间的相位特性曲线，而在另一些镜子中相位特性曲线超过-180°。

对于借助MEMS镜的图像构建而言通常需要两个MEMS镜，其中，共振地控制这些MEMS镜中的一个，而准静态运行这些MEMS镜中的一个。在此，共振运行的MEMS镜负责图像的行投影，而准静态运行的MEMS镜负责逐行的图像构建。另一种可能性在于使用一种2D镜，其既在竖直方向上也在水平方向上运行。

必须如此控制在准静态的状态中运行的MEMS镜，使得微镜的共振模态不被激励。

通常在此借助锯齿波信号作为基准参量()控制在准静态的状态中的MEMS镜，以便例如产生60Hz的帧速率。在此，该锯齿波信号在频域中具有基频的偶次的和奇次的高次谐波的多倍。在附图10的图中以虚线和实线表示两种可能的具有不同返回时间(Rücklaufzeit)的锯齿波信号，在横轴上示出时间，在纵轴上示出锯齿波信号的振幅。在附图10中上升的边沿是逐行控制MEMS镜的边沿。下降的边沿表示MEMS镜返回到初始位置。附图11中示出在频域中的相应的锯齿波信号。

如在图11中看出的那样，锯齿波信号在频域中具有60Hz的频率分量和60Hz的多倍，亦即120Hz、180Hz等。在借助这样的锯齿波信号控制MEMS镜的情况下基频的多倍中的一个能够激励相应MEMS镜的一个共振模态。