[發明專利]用于控制微機械執行器的調節器、控制系統和方法以及微鏡系統

有效

• 申請號: 201410654332.1
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104698834B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: A·文茨勒;M·L·A·迪布斯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G05D19/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

本發明公開一種用于控制微機械執行器的調節器，調節器具有：第一信號輸入端，用于接收參考信號；第二信號輸入端，用于接收測量信號；第一調節器元件，用于在所接收的參考信號中濾波和/或衰減預給定的頻率模態和/或預給定的頻率分量并且輸出經濾波的和/或經衰減的參考信號；第二調節器元件，用于修改所接收的測量信號以及輸出所修改的測量信號；第三調節器元件，用于將經濾波的和/或經衰減的參考信號和所接收的測量信號之間的調節偏差最小化并且輸出經最小化的參考信號；第四調節器元件，用于修改所接收的測量信號的帶寬并且將其從經最小化的參考信號中減去。本發明還公開一種相應的控制系統、一種相應的微鏡系統和一種相應的方法。

技術領域

本發明涉及用于控制微機械執行器的調節器、控制系統和方法以及微鏡系統。

背景技術

當今在許多應用中均使用微機械執行器。例如在被安裝在很小結構空間上的投影單元中使用微鏡。

在這樣的投影單元中通常使用微鏡，也就是所謂的MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System：微機電系統)。這樣的MEMS鏡通常具有多個可以相應地被電激發的機械共振點——也稱作模態或者傳遞函數中的極點。此外，這樣的MEMS鏡還具有反共振模態——也稱作傳遞函數中的零點或者凹口(notch)。

MEMS鏡的這些模態可區分為有效模態和干擾模態。干擾模態的激發尤其負面地損壞所投影的圖像的質量。

所述MEMS鏡構成所謂的慣性彈簧質量系統，其在第一近似中可以被建模為二階低通(PT2元件)。在此通過慣性彈簧質量系統的第一模態定義其角頻率(Eckfrequenz)。

可以使這種MEMS鏡或者共振運行在一種或者多種有效模態上或者準靜態運行。準靜態控制借助低頻信號實現并且避免了這些模態的激發。

圖9中以波特圖示出不同的MEMS微鏡的傳遞函數。在上面的圖中示出在頻率上的單位為dB的衰減。在下面的圖中示出在頻率上的單位為度的相位。在上面的圖中可以看出，其傳遞函數被示出的五個微鏡具有許多共振模態和反共振模態。它們在該圖中通過尖峰示出，這些尖峰是向上或者向下。此外在下面的圖中可以看出，這些微鏡根據頻率分別具有不同的相位特性曲線。尤其一些鏡子分別具有一個至少直至一定的頻率位于-0°和-180°之間的相位特性曲線，而在另一些鏡子中相位特性曲線超過-180°。

對于借助MEMS鏡的圖像構建而言通常需要兩個MEMS鏡，其中，共振地控制這些MEMS鏡中的一個，而準靜態運行這些MEMS鏡中的一個。在此，共振運行的MEMS鏡負責圖像的行投影，而準靜態運行的MEMS鏡負責逐行的圖像構建。另一種可能性在于使用一種2D鏡，其既在豎直方向上也在水平方向上運行。

必須如此控制在準靜態的狀態中運行的MEMS鏡，使得微鏡的共振模態不被激勵。

通常在此借助鋸齒波信號作為基準參量控制在準靜態的狀態中的MEMS鏡，以便例如產生60Hz的幀速率。在此，該鋸齒波信號在頻域中具有基頻的偶次的和奇次的高次諧波的多倍。在附圖10的圖中以虛線和實線表示兩種可能的具有不同返回時間(Rücklaufzeit)的鋸齒波信號，在橫軸上示出時間，在縱軸上示出鋸齒波信號的振幅。在附圖10中上升的邊沿是逐行控制MEMS鏡的邊沿。下降的邊沿表示MEMS鏡返回到初始位置。附圖11中示出在頻域中的相應的鋸齒波信號。

如在圖11中看出的那樣，鋸齒波信號在頻域中具有60Hz的頻率分量和60Hz的多倍，亦即120Hz、180Hz等。在借助這樣的鋸齒波信號控制MEMS鏡的情況下基頻的多倍中的一個能夠激勵相應MEMS鏡的一個共振模態。