[实用新型]利用压电致动的振荡结构、投射MEMS系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用压电致动的振荡结构，涉及一种包括该振荡结构的系统。

背景技术

微机械反射镜结构(或反射器)已知的至少部分地由半导体材料制成并且采用MEMS(微机电系统)技术获得。

MEMS反射器被设计为用于采用周期性或准周期性的方式接收光束并改变其传播方向。出于此目的，MEMS反射器包括由反射镜形成的移动元件，这些移动元件在空间中的位置通过适当的振荡控制信号进行电气控制。

更详细地，在包括对应的反射镜的通用MEMS反射器中，控制反射镜的位置对于使得能够扫描具有光束的空间的部分尤其重要，该光束被照射在反射镜上。具体地，在谐振MEMS反射器的情况下，其中，在使用中，使该反射镜以基本上周期性的方式围绕静止位置进行振荡，控制反射镜的位置是决定性的，振荡周期尽可能的接近反射镜的谐振频率，以便在每次振荡期间使由反射镜覆盖的角距离最大化，并且因此使经扫描的空间的部分的范围最大化。

例如，专利申请US2011/0109951描述了一种用于控制谐振式MEMS反射器的反射镜的位置的电路，该反射镜被设置成用于在静电式致动器的作用下相对于旋转轴翻转。具体地，根据专利申请US2011/0109951所述的MEMS反射器包括：由半导体材料制成的固定的支撑体以及通过扭转弹簧被限制到固定的支撑体的反射镜。静电式致动器通常需要高于150V的高操作电压或者在100mA的区域中的电流，由此限制最终设备的能量效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种减少能量消耗同时优化机电效率的振荡结构。根据本公开，还提供了一种包括该振荡结构的系统。

因此，根据本实用新型，如在所附权利要求中所限定的那样提供了一种利用压电致动的振荡结构、一种包括该振荡结构的系统。

一种利用压电致动的振荡结构包括：第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件，所述第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件被限制到固定的支撑体的对应部分并且限定旋转轴；移动元件，所述移动元件被安排在所述第一与第二扭转弹性元件之间并连接到所述第一和第二扭转弹性元件，由于所述第一和第二可变形元件的扭转，所述移动元件可围绕所述旋转轴旋转；以及第一控制区域，所述第一控制区域耦合到所述移动元件并且容纳第一压电致动器，所述第一压电致动器被配置成用于在使用中引起所述第一控制区域的局部变形，所述局部变形生成所述第一和第二扭转弹性元件的扭转。

所述移动元件包括：中心体、在所述中心体与所述第一扭转弹性元件之间的第一连接区域、以及在所述中心体与所述第二扭转弹性元件之间的第二连接区域，所述第一控制区域相对于所述第一和第二连接区域被固定并且通过第一沟槽与所述中心体分开。

所述第一和第二连接区域中的每一个都具有比所述第一和第二扭转弹性元件中的每一个的扭转刚性常数高的扭转刚性常数。

所述第一和第二连接区域中的每一个的所述扭转刚性常数比所述第一和第二扭转弹性元件中的每一个的所述扭转刚性常数大至少一个数量级。

所述振荡结构进一步包括第二控制区域，所述第二控制区域耦合到所述移动元件并且容纳第二压电致动器，所述第二压电致动器被配置成用于在使用中引起所述第二控制区域的局部变形，所述局部变形生成所述第一和第二扭转弹性元件的扭转，所述扭转与由所述第一压电致动器在使用中生成的所述扭转相反。

所述第二控制区域相对于所述第一和第二连接区域被固定并且通过第二沟槽与所述中心体分开。

所述中心体容纳反射镜，所述振荡结构形成微反射镜。

所述第一和第二控制区域与所述移动元件共面。

所述第一和第二控制区域在与所述移动元件所在的平面平行的、位于低于所述移动元件所在的所述平面的高度上的平面中延伸。

所述第一和第二控制区域在与所述移动元件所在的平面平行的、位于大于所述移动元件所在的所述平面的高度上的平面中延伸。

所述振荡结构进一步包括电子电路，所述电子电路操作性地耦合到所述第一压电致动器，并且被配置成用于将所述第一压电致动器偏置为驱动电压从而生成并维持所述移动元件的振荡。

一种投射MEMS系统包括：上述的振荡结构；反射元件，所述反射元件被限制到所述移动元件，并且被设计成用于反射光束；光源，所述光源可以被操作用于生成在所述反射元件上的入射光束；以及图像生成模块，所述图像生成模块操作性地耦合到所述振荡结构，用于生成与由所述反射元件所反射的光束相关联的图像的一部分。

根据本实用新型的实施例的利用压电致动的振荡结构和投射MEMS系统能够减少能量消耗同时优化机电效率。