[發(fā)明專利]利用三個驅動元件驅動雙軸MEMS器件的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510415843.2
• 申請日: 2003-03-03
• 公開（公告）號: CN105068561B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 安德烈斯·費爾南德斯;威廉·C·迪克森
• 申請（專利權）人: 格雷姆格拉斯網絡公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司11204
• 代理人: 王達佐,王艷春

相關申請的交叉引用

不適用

關于發(fā)明是否屬于聯(lián)邦資助研究或開發(fā)項目的聲明

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涉及以光盤形式提交的“序列表”、表、或計算機程序列表附錄

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發(fā)明背景

本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的驅動，尤其涉及雙軸尖端傾斜(tip-tilt)MEMS鏡子的驅動。本發(fā)明可應用于靜電驅動光開關，但不局限于此。

利用四個驅動元件以靜電驅動方式和磁驅動方式來驅動雙軸尖端傾斜MEMS鏡的方案是眾所周知的。四元件結構具有關于正交的尖端傾斜軸簡明對稱的優(yōu)點，因此在傾斜取向(orientation)和對各個驅動元件施加的電壓或電流之間的變換函數是比較簡明的。通常的采用四個電極的驅動方法是對軸線同側的成對電極加以驅動，以使其相對于軸線而傾斜。

為了實現(xiàn)對單個驅動元件的控制，各個元件都需要其自身的電壓或電流供應線及其相關的驅動電路。對于采用近距離分開的鏡子的陣列的光開關的情形，采用大量的供應線和驅動電路會限制系統(tǒng)的設計。由于封裝的約束，隨著陣列中MEMS器件數目的增大，則這些供應線的布設成為對系統(tǒng)設計的挑戰(zhàn)。而且，隨著驅動電路數目的增大，由于需要大量電子元件，所以系統(tǒng)的成本花費成比例增大。因此，需要這樣一種方案，它能夠減少驅動電路和供應線的數目，從而減少相互連接問題和驅動問題。

發(fā)明內容

根據本發(fā)明，提供了一種利用三個非接觸驅動元件或電極來驅動雙軸MEMS鏡子的方法和裝置。差動雙向鏡控制利用偏置以適當值的三個激勵驅動信號實現(xiàn)。利用變換函數將雙軸尖端傾斜指令映射變換(map)為用于選定電極取向和大小的三個激勵驅動信號。

這里提出的在靜電驅動中利用三個電極的理論基礎可應用于其它情形，包括雙軸尖端傾斜裝置，其含有用于MEMS器件的電磁驅動器。因此，應當理解本發(fā)明披露的是，利用三個電極來驅動雙軸尖端傾斜裝置。

通過下面結合具體實施方案所進行的詳細說明，將使本發(fā)明獲得更好的理解。

附圖的簡要說明

圖1是局部剖切的立體圖，其描述了依照本發(fā)明的雙軸MEMS鏡子陣列以及三個驅動電極的相對定位。

圖2是本發(fā)明的雙軸MEMS鏡以及三個驅動電極的俯視圖，其中鉸合裝置的軸與電極直接對準。

圖3是本發(fā)明的雙軸MEMS鏡以及三個驅動電極的俯視圖，其中鉸合裝置的軸與電極隨機地對準。

本發(fā)明的詳細說明

參照圖1和圖2，其中顯示了位于由三個相同驅動元件1、2和3驅動的陣列10之中的MEMS鏡子4的一個實施例。在如圖所示的帶有雙萬向架的鏡子的情況下，外側鉸合裝置(hinge)5和6使得外環(huán)和鏡子可環(huán)繞y軸旋轉，而內側鉸合裝置7和8使得鏡4可環(huán)繞x軸旋轉，其中x軸和y軸都位于鏡4平面內。對于本發(fā)明的這個具體實施方案而言，x旋轉軸與元件1和2之間的間隙9對準，并且方向指向元件3。在本發(fā)明的另一實施方案中，如圖3所示，驅動元件與鉸合裝置軸的相對取向被旋轉一個任意角度。在本發(fā)明的所有實施方案中，驅動鏡子傾斜的力是由三個驅動元件1、2和3提供的。該力可通過各種裝置獲得，包括靜電裝置和磁裝置。在利用靜電裝置的情況下，元件1、2、3可以是扁平的金屬電極。如下文所述，通過施加電壓到各電極，在電極和鏡子4中(包含鏡表面自身)的導電層(未示出)之間產生靜電力，致使鏡4傾斜過一個可控制的角度。在利用磁裝置的情況下，元件1、2、3可以是平面的導電軌跡圓線圈。通過由電流源施加電流到各線圈，可形成與鏡子4(包含鏡子材料自身)中的鐵磁性區(qū)域(未示出)相互作用的磁場，從而感應產生相互作用的磁力，致使鏡4傾斜。

驅動元件不必具有相同面積，或者說，針對相同的驅動信號它們需要產生相等大小的力。因此，在權利要求保護范圍內的本發(fā)明的另一實施例中，三個驅動元件中至少有一個的重要(significant)參數不同于其它兩個。它們可以在很多方面不同，包括但不局限于，面積、形狀、以及厚度。