微反射镜装置制造方法及图纸

提出微反射镜装置，包括：第一弹簧‑质量振荡器，具有第一弹簧元件(2)和形成反射镜板(1)的振荡体；第二弹簧‑质量振荡器，具有驱动板(3)和第二弹簧元件(4)且经由第二弹簧元件(4)连接至支承装置(5、8、9)，其中第一弹簧‑质量振荡器经由第一弹簧元件(2)悬挂于第二弹簧‑质量振荡器；和驱动装置(11)，分配至驱动板且设计为使驱动板(3)振荡。振荡体(1)经由第一弹簧元件(2)双轴可运动地悬挂于驱动板(3)且驱动板(3)双轴可运动地连接至支承装置(5、8、9)，其中驱动装置(11)实施为双轴驱动器且设计为在双轴上驱动驱动板(3)以使振荡体(1)以正交本征模中的一者或接近该本征模在各情况下双轴振荡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据独立权利要求的前序部分所述的微反射镜装置。
技术介绍
对于微反射镜装置的众多应用而言，期望同时具有尽可能大的反射镜直径(例如，大于7mm)、尽可能高的共振频率(即，高的扫描频率)(例如，大于7kHz)和尽可能大的偏转角度(例如，大于10°)。从US 5543956已知这样的微反射镜装置：其中，单轴弹簧-质量振荡器悬挂于另一个弹簧-质量振荡器中。因此，能够激励所述另一个弹簧-质量振荡器振荡的驱动单元被分配至所述另一个弹簧-质量振荡器，通过这种方式，悬挂的单轴弹簧-质量振荡器被同样地激励振荡。所述单轴弹簧-质量振荡器包括振荡体，该振荡体被设计为反射镜且经由扭转弹簧悬挂在所述另一个弹簧-质量振荡器的驱动板上，并且该驱动板又经由扭转弹簧连接至静止部件。在考虑到弹簧-质量振荡器的惯性矩和弹簧刚度的适当设计以及所述另一个弹簧-质量振荡器的驱动所用的激活频率的适当选择的情况下，能够实现单轴弹簧-质量振荡器的共振振荡，所述单轴弹簧-质量振荡器被设计为内部反射镜振荡器，并且其振幅相对于周围的驱动板显著增大且具有大的偏转角度。从现有技术已知的且用作所谓的MEMS扫描仪的这样的微反射镜装置都仅局限于单轴系统。然而，对于众多任务而言，期望例如用于李萨如(Lissajous)激光投影显示装置的在彼此垂直的两个轴上的共振振荡。在文献中仅有限程度地找到具有双轴振幅放大的双轴共振扫描仪。Schenk等在国际光学工程学会(SPIE)会刊(2000年第4178卷)的文章《大偏转微机械一维和二维扫描反射镜的设计与建模(Design andModeling of Large Deflection Micromechanical 1D and 2D ScanningMirrors)》中说明了具有小于2mm的反射镜直径的万向悬挂双轴共振二维扫描仪。对于大的反射镜而言(例如，对于7mm及以上的反射镜而言)，基于静电梳状驱动的这种方法将会导致极其不利地扩大的组件，并且该
组件由于静电力的缩放而将会仅具有非常小的动量。US 7295726B1中说明了不同的方法。从该文献中知晓的双轴扫描仪不使用万向悬挂而是使用扫描仪芯片框架与反射镜板之间的四个相同的杆连接。在该双轴扫描仪的情况下，能够保持小的电极距离，但是伴随这种方法也发生了静电力的不利的缩放行为。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于双轴共振扫描仪的双轴微反射镜装置，该装置允许在彼此垂直的两个振荡轴上的大偏转角度(例如，大于10°)，并且凭借该装置，被设计为反射镜板的振荡体能够被尽可能大地设计(即，具有大于7mm的反射镜直径)。根据本专利技术，通过独立权利要求的区别特征与前序部分的特征的结合来实现这一目的。通过在从属权利要求中说明的举措，能够实现有利的进一步发展和改进。根据本专利技术的微反射镜装置包括：第一弹簧-质量振荡器，所述第一弹簧-质量振荡器具有第一弹簧元件和形成反射镜板的振荡体；和第二弹簧-质量振荡器，具有驱动板和第二弹簧元件且经由第二弹簧元件连接至支承装置。因此，第一弹簧-质量振荡器经由所述第一弹簧元件悬挂于第二弹簧-质量振荡器，且此外，设置有驱动装置，其被分配至驱动板且被设计用于激励驱动板进行振荡。所述振荡体经由所述第一弹簧元件以双轴的方式可运动地悬挂在驱动板上，并且所述驱动板以双轴可运动的方式连接至支承装置，且所述驱动装置被设计为双轴驱动器且被设计为以双轴的方式驱动所述驱动板以使所述振荡体在以其本征模的一者或接近这些本征模(取决于共振频率，在共振频率的±1％至±10％之间)的各情况下，即，对于各情况下的一个旋转轴而言，在以彼此正交的两个本征模或接近这些本征模在各情况下以双轴的方式振荡。可以通过驱动装置经由外部的第二弹簧-质量振荡器使振荡体(即，反射镜板)进行大振幅的振荡，即使是振荡体具有大的振荡质量和惯性矩的情况，其中，这样大的质量和惯性矩通常无法有意义地实现于MEMS
共振器或MEMS扫描仪；或即使是非常高的频率的情况，其中，这种可能性是由于这样的事实：根据本专利技术的微反射镜装置的两个轴是通过双共振器中的双共振器的布置由级联的弹簧-质量系统来实现的。用于两个轴的驱动装置的驱动参数(例如，驱动频率和驱动振幅等)以如下的被选择的方式与第一和第二弹簧-质量振荡器的参数(例如，惯性矩和弹簧刚度等)相匹配：第二弹簧-质量振荡器的驱动板以减小的激励振幅而运动，但是在两个轴上取得相对于第一弹簧-质量振荡器的振荡体的更大的振幅放大或角振幅放大。对于具有5mm以上直径和2kHz以上共振频率的MEMS反射镜，使用根据本专利技术的微反射镜装置能够实现彼此垂直的轴上的振荡振幅，且所述振荡振幅是使用微加工技术中至今已知的装置能够实现的振荡振幅的10至1000倍。特别有利的是，所述驱动装置被设计为用来驱动驱动板以使所述振荡体与所述驱动板以反相的方式振荡，即两个轴彼此解耦且在两个不同的频率被驱控。这特别有利于取得大的振幅或大的角振幅。然而，根据具体情况，例如在圆形扫描的情况下，人们能够想到轴之间的耦合并且选择相同或类似的驱动频率。如已经提到的，根据本专利技术的装置涉及双共振器方法，该方法实现了彼此垂直的两个轴，并且通过该方法在各情况下外部共振器(第二弹簧-质量振荡器)使内部共振器(第一弹簧-质量振荡器)进行振荡。内部共振器的(反射镜振荡器的)阻尼能够最小化，这是由于内部共振器不具有它自己的驱动结构。双共振器在两个振荡轴的各者中都具有两个共振频率。共振器能够被设计为使得两个共振器在给定的较低第一共振频率的情况下以同相的方式振荡，且在给定的较高第二共振频率的情况下以彼此反相的方式振荡。在给定的弹簧强度和惯性矩的适当设计的情况下，能够获得期望的内部振荡器的振幅放大，即反射镜具有比驱动框架更大的振荡角振幅。放大倍数通常在10至200之间。根据设定的任务，能够有必要实现尽可能完全解耦的两个振荡轴，或者然而有必要实现优选具有一定耦合和相互同步的两个轴。关于此，提到两个具体应用例：关于第一示例，如果任务是借助于在两个轴上振荡且具有7mm以上
直径的共振扫描仪对于投影表面的扩展而矩形地照射投影表面，例如以此经由机动车辆投影前照灯中的磷发光层引导强大的紫外激光，那么人们因此力求两个轴的解耦，为此例如允许第一轴例如以10.0kHz振荡且第二轴以10.2kHz振荡。以这种方式(人眼不再能够分辨的频率)，能够产生200Hz的李萨如轨迹的重复率。如果耦被很大程度地耦合，那么将会发生恒定的能量交换且这将通过不利的拍频效应而得以明显地呈现。两个轴的耦合和解耦极大地取决于弹簧的设计。如果弹簧刚度表现为非线性行为，那么很大程度上无法避免轴的耦合。然而，如果能够操作致动器以使弹簧不离开线性区域，那么能够造成两个轴的解耦。关于第二示例，如果目的是借助于在两个轴上振荡的共振扫描仪来产生圆形扫描轨迹，例如以此实现全方位LIDAR距离传感器或为了借助高功率激光来解决圆形材料加工的任务，那么必须实现两个相同的共振频率且还必须确保在稳态下的两个振荡轴在90°相位差的正确相位关系中以同一振荡频率永久振荡。这能够通过以有针对性的方式(例如通过使用具有小扭转分量和大弯曲分量的弹簧)允许轴之间的耦合来实现。弯曲弹簧与扭转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微反射镜装置，其包括：第一弹簧‑质量振荡器，包括形成反射镜板(1)的振荡体且包括第一弹簧元件(2)；第二弹簧‑质量振荡器，包括驱动板(3)和第二弹簧元件(4)并且经由所述第二弹簧元件(4)连接至支承装置(5、8、9)，其中，所述第一弹簧‑质量振荡器经由所述第一弹簧元件(2)悬挂于所述第二弹簧‑质量振荡器；和驱动装置(11)，所述驱动装置被分配至所述驱动板并且被设计用于激励所述驱动板(3)进行振荡，其特征在于，所述振荡体(1)经由所述第一弹簧元件(2)以双轴的方式可运动地悬挂于所述驱动板(3)，并且所述驱动板(3)以双轴可运动的方式连接至所述支承装置(5、8、9)，其中，所述驱动装置(11)被设计为双轴驱动器，且被设计用于以双轴的方式驱动所述驱动板(3)以使所述振荡体(1)在具有其正交本征模中的一者或接近这些本征模的各情况下均以双轴的方式振荡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 DE 102013223933.51.一种微反射镜装置，其包括：第一弹簧-质量振荡器，包括形成反射镜板(1)的振荡体且包括第一弹簧元件(2)；第二弹簧-质量振荡器，包括驱动板(3)和第二弹簧元件(4)并且经由所述第二弹簧元件(4)连接至支承装置(5、8、9)，其中，所述第一弹簧-质量振荡器经由所述第一弹簧元件(2)悬挂于所述第二弹簧-质量振荡器；和驱动装置(11)，所述驱动装置被分配至所述驱动板并且被设计用于激励所述驱动板(3)进行振荡，其特征在于，所述振荡体(1)经由所述第一弹簧元件(2)以双轴的方式可运动地悬挂于所述驱动板(3)，并且所述驱动板(3)以双轴可运动的方式连接至所述支承装置(5、8、9)，其中，所述驱动装置(11)被设计为双轴驱动器，且被设计用于以双轴的方式驱动所述驱动板(3)以使所述振荡体(1)在具有其正交本征模中的一者或接近这些本征模的各情况下均以双轴的方式振荡。2.根据权利要求1所述的微反射镜装置，其特征在于，所述驱动板(3)被设计为围绕所述振荡体(1)的环形框架。3.根据权利要求1所述的微反射镜装置，其特征在于，所述驱动板(3)包括：多个驱动板区段(3')，所述多个驱动板区段根据具体情况同时形成所述第二弹簧元件。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微反射镜装置，其特征在于，所述驱动装置(11)被设计为用来以这样的方式驱动所述驱动板(3)：所述振荡体(1)与所述驱动板(3)以反相的方式振荡。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微反射镜装置，其特征在于，
\t所述振荡体(1)经由三个或四个离散式的所述第一弹簧元件(2)悬挂在所述驱动板(3)上。6.根据权利要求1至4中任一项所述的微反射镜装置，其特征在于，所述振荡体(1)经由被设计为环形弹簧框架的且形成万向悬挂的至少两个优选三个、四个或更多的弹簧元件悬挂在所述驱动板(3)上。7.根据权利要求1至6中任一项所述的微反射镜装置，其特征在于，所述驱动板(3)经由至少两个优选三个或四个离散式的所述第二弹簧元件(4)或经由被设计为环形弹簧框架的至少两个优选更多的弹簧元件悬挂在所述支承装置(5、8、9)...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希·霍夫曼，弗兰克·森格尔，托马斯·冯万顿赫，克里斯蒂安·马拉斯，约阿希姆·简斯，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE