微镜组件和投影装置

申请号 CN201580031689.7 申请日 2015-05-29 公开(公告)号 CN106461936B 公开(公告)日 2019-06-14
申请人 罗伯特·博世有限公司; 发明人 R·施特劳布; S·平特; J·巴德尔; A·迪尔; F·恩吉卡姆恩吉蒙齐; J·穆霍; H·格鲁茨埃克; S·马克;
摘要 本 发明 公开了一种微镜组件,所述微镜组件具有弹性悬挂的镜;具有至少一个止挡装置,该止挡装置构造成用于在所述镜从该镜的静止 位置 出发沿预给定方向运动时限制所述镜的运动。此外,本发明公开了一种投影装置。
权利要求

1.微镜组件(1、1-1至1-n),所述微镜组件具有弹性悬挂的镜(2);具有至少一个止挡装置(3),该止挡装置构造成用于在所述镜(2)从该镜的静止位置出发沿预给定方向(4)运动时限制所述镜(2)的运动,其特征在于,所述止挡装置(3)具有至少一个止挡部(5-1至5-6),其中,所述止挡部(5-1至5-6)与所述镜(2)处于同一平面内并附接至所述镜(2)并且从所述镜(2)的侧边缘出发沿下述方向纵向地延伸:该方向延伸穿过所述镜(2)且平行于所述镜(2)的旋转轴线(10)。
2.根据权利要求1所述的微镜组件,其中,所述止挡装置(3)还具有与所述微镜组件(1、
1-1至1-n)的壳体(6)耦合的至少一个支座(7)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的微镜组件,其中,所述预给定方向(4)构造为一个平面的法向矢量(8)的方向,所述镜(2)在该平面中位于静止位置。
4.根据权利要求3所述的微镜组件,所述微镜组件具有至少一个扭转弹簧(9-1、9-2),该扭转弹簧构造成用于弹性地悬挂所述镜(2);其中,所述至少一个扭转弹簧(9-1、9-2)布置在所述镜(2)下面。
5.根据权利要求4所述的微镜组件,其中,所述止挡部(5-1至5-6)与所述至少一个扭转弹簧(9-1、9-2)以预给定的距离布置。
6.根据权利要求4所述的微镜组件,所述微镜组件具有驱动框架(11),所述驱动框架具有至少两个轨道(12-1、12-2),所述轨道在所述至少一个扭转弹簧(9-1、9-2)旁边的两侧布置在所述镜(2)下面;其中,在所述镜(2)的每一侧,各有至少两个止挡部(5-1至5-6)从所述镜(2)的边缘出发沿延伸穿过所述镜(2)的且平行于所述镜(2)的旋转轴线(10)的方向延伸,并且每侧的所述至少两个止挡部(5-1至5-6)的对称轴线分别位于延伸穿过所述镜(2)的且平行于所述镜(2)的旋转轴线(10)的方向上,并且所述止挡部(5-1至5-6)中的每一个止挡部分别与所述轨道(12-1、12-2)中的一个轨道机械耦合。
7.根据权利要求2、4至6中任一项所述的微镜组件,其中,所述止挡部(5-1至5-6)和所述镜(2)由衬底一体化地构造。
8.根据权利要求2所述的微镜组件,其中,所述支座(7)构造为所述微镜组件(1、1-1至
1-n)的光学底座(13)。
9.根据权利要求2所述的微镜组件,其中,所述支座(7)这样布置在所述微镜组件(1、1-
1至1-n)上,使得在所述止挡部(5-1至5-6)与所述支座(7)之间的距离沿预给定的方向(4)小于100μm。
10.根据权利要求2所述的微镜组件,其中,所述支座(7)这样布置在所述微镜组件(1、
1-1至1-n)上,使得所述支座(7)与所述镜(2)平齐地位于一个平面中;其中,在所述止挡部(5-1至5-6)区域中,所述支座(7)具有槽口,所述槽口在预给定方向(4)上的厚度小于100μm。
11.根据权利要求2所述的微镜组件,其中,与所述镜(2)耦合的所述至少一个止挡部(5-1至5-6)在所述预给定方向(4)上以相对于所述镜(2)回缩的方式耦合在所述镜(2)上,以使得在所述止挡部(5-1至5-6)与所述支座(7)之间的距离在预给定方向(4)上小于100μm。
12.根据权利要求4所述的微镜组件,其中,所述至少一个扭转弹簧(9-1、9-2)沿所述镜(2)的旋转轴线(10)布置或者平行于所述镜(2)的旋转轴线(10)布置在所述镜(2)下面。
13.根据权利要求7所述的微镜组件,其中,所述止挡部(5-1至5-6)和所述镜(2)由衬底一体化地构造。
14.根据权利要求9所述的微镜组件,其中,所述支座(7)这样布置在所述微镜组件(1、
1-1至1-n)上,使得在所述止挡部(5-1至5-6)与所述支座(7)之间的距离沿预给定的方向(4)小于50μm。
15.根据权利要求10所述的微镜组件,其中,所述槽口在预给定方向(4)上的厚度小于
50μm。
16.根据权利要求11所述的微镜组件,其中,与所述镜(2)耦合的所述至少一个止挡部(5-1至5-6)在所述预给定方向(4)上以相对于所述镜(2)回缩的方式耦合在所述镜(2)上,以使得在所述止挡部(5-1至5-6)与所述支座(7)之间的距离在预给定方向(4)上小于50μm。
17.投影装置(14),所述投影装置具有至少一个光源(15);具有至少一个微镜组件(1、
1-1至1-n),其构造成根据上述权利要求中任一项所述的微镜组件;具有控制装置(16),该控制装置构造成用于操控所述至少一个微镜组件(1、1-1至1-n)。

说明书全文

微镜组件和投影装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微镜组件和具有根据本发明的微镜组件的投影装置。

背景技术

[0002] 目前,微镜以持续增加的应用数量被使用。例如投影仪、扫描仪或类似仪器均属于这些应用。微镜的优点在于,它们具有小的空间需求并因此可以非常灵活地使用。
[0003] 微镜通常是微机电元件,该微机电元件例如借助于由半导体加工已知的方法进行结构化并且进行制造。
[0004] 为了实现镜在这种微镜中的偏转可以使用不同的方法。例如可以使用静电驱动方法、电磁驱动方法、压电驱动方法或者类似方法。在此一些驱动方法仅能够使微镜沿一个方向倾斜。其他驱动方法也能够使微镜沿两个方向倾斜。
[0005] 在镜快速运动的情况下同样可能出现镜变形。因为镜通常构造为施加在层上的层,因而在镜受到热负荷时也可能由于不同的膨胀系数出现变形。
[0006] 为了避免这一点,硅层可以比银层明显更厚地实施。但是由此明显增加镜的质量
[0007] 因此,在微镜下落时可能出现,在镜发生碰撞时由于镜的高质量惯性而损坏该镜或者其他承载或保持镜的元件。
[0008] 由于例如微镜的弹簧或者镜在微镜中的悬挂装置的断裂,该微镜被破坏并且不能再使用。这一点要避免。
[0009] 例如在DE 10 2010 064 218 A1中示出公知的微镜。

发明内容

[0010] 本发明公开一种具有权利要求1特征的微镜组件和具有权利要求12特征的投影装置。
[0011] 因此设置:
[0012] 微镜组件,该微镜组件具有弹性悬挂的镜并且具有至少一个止挡装置,该止挡装置构造成用于在镜从它的静止位置出发沿预给定方向运动时限制镜的运动。
[0013] 此外设置:
[0014] 投影装置,该投影装置具有至少一个光源、至少一个根据本发明的微镜组件和控制装置,该控制装置构造成用于操控至少一个微镜组件。
[0015] 本发明基于的认识在于,微镜组件的镜的过大的运动自由度在微镜组件剧烈加速时、例如在下落时导致微镜组件的组成部分的断裂危险的增加。
[0016] 本发明基于的思想在于,考虑该认识并且设置以下可能性:尤其在预给定方向上限制微镜的运动。
[0017] 在此预给定方向例如可以是以下方向:在没有根据本发明的止挡装置的情况下,镜在该方向上具有比在其他方向上更大的运动自由度,即镜质量在这样的方向上可以接收最大动能
[0018] 通过止挡装置限制沿预给定方向的运动,由此可以提高微镜组件的稳定性,并且提高微镜组件相对于例如下落或撞击的不敏感度。
[0019] 由从属权利要求以及由参照附图的描述给出有利的实施方式和扩展方案。
[0020] 在一种实施方式中,止挡装置具有至少一个与镜耦合的止挡部和至少一个尤其与微镜组件的壳体耦合的支座。如果至少一个止挡部与镜连接,这有其优点:具有最大动能的大质量被直接制动,而不需要弱的中间件接收能量,这将导致该中间件的高负载。如果支座本身形成微镜组件的壳体,则整个止挡结构可以非常稳定地实施。
[0021] 在一种实施方式中,预给定方向构造为一个平面的法向矢量的方向,镜在该平面中位于静止位置。因为镜的功能要求(为了射线偏转,该镜要相对于法向矢量倾翻)该镜在法向矢量方向上至少在外部区域中从所述平面中旋转出去,因此镜在镜所在的平面的法向矢量方向上具有最大的运动自由度。因此止挡结构的实施方式在旋转轴线上拦截镜,因为只有在该位置上不发生从所述平面出来的运动。如果止挡部这样实施,使得该止挡部刚好在这个方向上限制镜的运动,则可以有效地防止微镜组件的损坏。
[0022] 在一种实施方式中,微镜组件具有至少一个扭转弹簧,该扭转弹簧构造成用于弹性地悬挂镜,其中,至少一个扭转弹簧尤其沿镜的旋转轴线上布置或者平行于镜的旋转轴线在镜下面布置。在此镜下面意味着,弹簧布置在镜的不具有镜反射面的那一侧上。由此弹簧可以非常远地在镜下面延伸地构造,由此优化地利用存在的空间。
[0023] 在一种实施方式中,止挡部分别从镜的边缘出发沿着穿过镜延伸的平行于镜旋转轴线的平行线布置,其中,止挡部相对于至少一个扭转弹簧以预给定的距离布置。在这个实施方式中,如果从前面、即俯视镜面地观察,则弹簧和止挡部相互重合。这能够提供止挡部,该止挡部不干扰或者不会不利地影响弹簧的运动。
[0024] 在一种实施方式中,微镜组件具有驱动框架,该驱动框架具有至少两个轨道,这些轨道在至少一个扭转弹簧旁边的两侧在镜下面布置。此外,至少两个止挡部分别从镜的边缘出发沿着穿过镜延伸的平行于镜旋转轴线的平行线布置并且至少两个止挡部的对称轴线分别位于穿过镜延伸的平行于镜旋转轴线的平行线上,并且止挡部中的再一个止挡部分别与轨道中的一个轨道机械耦合。这能够实现止挡部简单的制造,因为这些止挡部可以与轨道一体化地构造并且无需这样的制造步骤:在该制造步骤中必须例如通过止挡部的反向蚀刻来制造在轨道与止挡部之间的分离,当在各个弹簧上方仅布置一个止挡部时该分离是必需的。
[0025] 在一种实施方式中,止挡部和镜由衬底、尤其是硅衬底一体化地构造。这能够实现镜和止挡部的简单制造。
[0026] 在一种实施方式中,支座构造为微镜组件的光学底座。因为光学底座是微镜组件的有利组成部分,由此可以提供这样的支座,对于该支座不再需要其他元件或者制造步骤。通过光学底座保护镜免受划伤、颗粒、腐蚀。可以包含真空,或者按照选择使用外来气体。
[0027] 在一种实施方式中,支座这样布置在微镜组件上,使得在止挡部与支座之间的距离在预给定的方向上小于100μm、尤其小于50μm。如果在预给定方向上的运动被限制到小于100μm,则加速路径也被限制到该值并且在止挡碰撞到支座上时需要减小更少的动能。
[0028] 在一种实施方式中,支座这样布置在微镜组件上,使得支座与镜平齐地位于一个平面中,其中,在止挡部区域中支座具有厚度沿预给定方向小于100μm、尤其小于50μm的槽口。如果镜和支座位于一个平面中,则优化了通向镜的光通量。通过在支座中的槽口也可以在镜平面中横向精确地调节镜的运动自由度。
[0029] 在一种实施方式中,至少一个与镜耦合的止挡部在预给定方向上相对于镜这样回缩地在镜上耦合,使得在止挡部与支座之间的距离在预给定方向上小于100μm、尤其小于50μm。在此镜和止挡部可以在一个平面中例如在蚀刻过程中一体化地制造。例如通过第二蚀刻过程、例如沟道蚀刻实现止挡部的回缩。这同样能够实现镜沿预给定方向的运动自由度的精确调节。
[0030] 在一种实施方式中,微镜组件构造为准静态的微镜组件。在另一实施方式中,微镜组件构造为共振的微镜组件。这能够使本发明使用多个不同的微镜组件。
[0031] 只要有意义,上述的构型和扩展方案能够任意地相互组合。本发明的其他可能的构型、扩展方案和实施也包括未详细列举的上面或下面参照实施例描述的本发明特征的组合。在此专业人员尤其也会将作为改进或补充的单个方面添加至本发明的各个基本形式中。

附图说明

[0032] 下面参考在示意图中给出的实施例详细阐述本发明。在此示出:
[0033] 图1根据本发明的微镜组件的实施例的方框图
[0034] 图2根据本发明的投影装置的实施例的方框图;
[0035] 图3根据本发明的微镜组件的实施例的示意性视图;
[0036] 图4根据本发明的微镜组件的另一实施方式的示意性视图;
[0037] 图5根据本发明的微镜组件的另一实施方式的示意性视图;
[0038] 图6光学底座的实施方式的示意性视图;
[0039] 图7根据本发明的微镜组件的另一实施方式的示意性视图;和
[0040] 图8根据本发明的微镜组件的另一实施方式的示意性视图。
[0041] 在所有附图中,相同的或功能相同的元件和装置(只要没有另外指出)都设置有共同的参考标记。

具体实施方式

[0042] 图1示出根据本发明的微镜组件1的实施方式的方框图。
[0043] 图1的微镜组件具有弹性悬挂的镜2和止挡装置3。
[0044] 止挡装置3这样构造,使得该止挡装置限制镜2从它的静止位置出发沿预给定方向4的运动。这例如可以由此实现:止挡装置3以相对于镜2适合的距离布置并且当该镜已经越过该距离时,镜2在沿预给定方向4运动时碰撞到止挡装置3上。
[0045] 在此预给定方向在实施方式中可以是这样的平面的法向矢量8的方向:在该平面中镜2静止于或者说位于它的静止位置中、即在未激励或未偏转的状态中。
[0046] 在图1中示出作为与镜2分开的元件的止挡装置3。在其他实施方式中,止挡装置3也可以具有至少两个元件,其中,这些元件中的一个或者多个可以与镜2耦合。止挡装置3例如可以具有至少一个与镜2耦合的止挡部5-1至5-6和至少一个与微镜组件1的壳体6耦合的支座7。这在下面的附图中详细阐述。
[0047] 在图1中示意性示出在镜2上面的弹簧18,并且止挡装置3布置在镜2下面。在此弹簧18仅仅用于表示弹性地悬挂。在其他实施方式中,弹簧18也可以具有两个或多个弹簧。这同样在下面的附图中详细阐述。
[0048] 图2示出根据本发明的投影装置14的实施方式的方框图。
[0049] 投影装置14例如可以是用于在幕布上投影电影或图像的视频投影仪。但是投影装置14也可以是例如在车辆的HUD显示器(Head up Display,平视显示器)中使用的投影装置。其他的实施同样是可能的。
[0050] 投影装置14具有光源15,该光源例如可以是传统的灯、LED灯、激光源或者类似光源。光源15这样布置,使得该光源照射由多个根据本发明的微镜组件1-1至1-n组成的阵列(在图2中通过虚线示出)。阵列的各个微镜组件1-1至1-n向着例如幕布或类似物的方向反射光(在图2中未单独示出)。
[0051] 投影装置14还具有操控微镜组件1-1至1-n的控制装置16。为此控制装置16可以根据实施方式而定提供例如一个或多个控制电压,该控制电压控制各个微镜组件1-1至1-n的取向。控制装置16在一种实施方式中也可以构造成用于操控光源。此外,控制装置16也可以具有接口,控制装置16通过该接口可以接收例如图形数据。该接口例如可以是HDMI接口(High-Definition Multimedia Interface,高清晰度多媒体接口)、DVI接口(Digital Video Interface,数字视频接口)或者类似接口。但是该接口也可以是网络接口或类似接口。
[0052] 图3以俯视一个平面的示意性视图示出根据本发明的微镜组件1的实施方式,在该平面中镜2处于它的静止位置。
[0053] 图3的微镜组件1在中心具有镜2,该镜具有在镜2上沿平方向在侧面布置的止挡部5-1和5-2。此外,镜2的旋转轴线10经过镜2的中心沿水平方向延伸。
[0054] 此外,在镜2后面示意地看到驱动框架11,该驱动框架在镜2的中心(在那里布置止挡部5-1和5-2)具有空隙。在该空隙中在每一侧上布置扭转弹簧9-1、9-2,该扭转弹簧分别与微镜组件1的壳体6或者壳体6的一部分耦合。扭转弹簧9-1、9-2在止挡部5-1和5-2后面与镜2耦合,这看不到,因为扭转弹簧9-1、9-2的端部被止挡部5-1和5-2遮住。扭转弹簧9-1、9-2与驱动框架11共同用于驱动或偏转镜2。
[0055] 图3的微镜组件1是准静态的微镜组件1,为了驱动该微镜组件,当导体电路在驱动框架上通电时,例如可以通过磁场施加洛仑磁到驱动框架11上,由此驱动框架11、从而与该驱动框架耦合的镜2也围绕旋转轴线10旋转。扭转弹簧9-1、9-2用作为施加到驱动框架11上的力的反作用力。
[0056] 图4以侧视图示出图3的根据本发明的实施方式的示意性视图。
[0057] 在侧视图中看到,扭转弹簧9-1、9-2与驱动框架11位于镜2后面的平面中,并且止挡部5-1、5-2与镜位于共同的平面中。扭转弹簧9-1、9-2在驱动框架11的两个半体之间的(在图3中示出的)槽口中从壳体6分别一直延伸到镜2的边缘。扭转弹簧9-1、9-2与驱动框架11或镜2的耦合可以通过不同的方式实现。例如微镜组件1的所有元件可以由唯一的硅衬底一体化地成形。这例如可以通过适合的蚀刻工艺实现。
[0058] 在图4中还示出光学底座13,该光学底座在两个用作为支座7的底座壳体半体之间具有玻璃盘21,该玻璃盘对于例如光射线或激光射线20是可穿透的,并且同时保护镜2免受侵入灰尘的影响。在图4的侧视图中清楚地看出,光学底座13这样布置在镜2下面,使得镜2或止挡部5-1、5-2在镜2向下运动时(该运动例如可以通过碰撞触发)在预给定路径22之后撞击到支座7上。
[0059] 在此预给定路径22可以例如为100μm。在其他实施方式中预给定路径例如可以为50μm或者小于50μm。
[0060] 在另一实施方式中,光学底座13与镜2平齐地布置在一个平面中。预给定路径22可以在这样的实施方式中例如通过止挡部5-1、5-2以预给定路径22回缩或者通过支座7在止挡部5-1、5-2位置上以预给定路径22的槽口来设定。
[0061] 如果弹簧9-1、9-2拉到止挡部5-1、5-2下面或者甚至拉到镜2下面,则必须通过在镜2与弹簧9-1、9-2之间的去除蚀刻实现必需的间隙空间。分别只一个止挡部5-1、5-2直接沿旋转轴线布置的优点是,与支座7的距离可以最小地设计。
[0062] 图5示出根据本发明的微镜组件1的另一实施方式的示意性视图。
[0063] 图5的微镜组件1具有矩形的壳体6或者说矩形的框架,该矩形框架是壳体6的一部分。在壳体6的两个相对置的侧面的中心处,扭转弹簧9-1、9-2分别与壳体6耦合,并且一直延伸到在框架内部直到镜2的表面中心,该镜布置在那里。扭转弹簧9-1、9-2分别由多个并排延伸的弹簧接片组成。扭转弹簧9-1、9-2的其他实施方式同样是可能的。
[0064] 驱动框架11对于扭转弹簧的每一侧分别具有一个矩形的框架部分,该框架部分配合到通过壳体6限定的面积中。在图5中看到在略微倾斜的位置中的驱动框架,由此镜2从它的静止位置翻转出来。
[0065] 在镜2上还分别示出在扭转弹簧9-1、9-2上方各布置一个止挡部5-1、5-2。如果微镜组件1由唯一的硅衬底一体化地制成,则需要以下加工步骤,在该加工步骤中分开在扭转弹簧9-1、9-2与分别位于扭转弹簧9-1、9-2上方的止挡部5-1、5-2之间的连接。这例如可以通过适合的蚀刻过程实现。
[0066] 图6示出光学底座13的示意性视图。
[0067] 图6的光学底座13具有矩形的底座壳体25,在该底座壳体中,玻璃盘21相对于平面(在该平面中镜2处于静止位置)斜向地装入。玻璃盘21的斜向布置用于避免在投影的图像中的反射点,其方式是,使应通过镜2转向的光或激光射线的反射点从图像中消失。
[0068] 图7示出根据本发明的微镜组件1的另一实施方式的示意性视图。图7的微镜组件1基于图5的微镜组件1。但是与图5的微镜组件1不同,图7的微镜组件1在镜的每一侧上具有两个止挡部5-3、5-4和5-5、5-6,这些止挡部分别位于驱动框架11的轨道12-1、12-2上。在此轨道12-1、12-2分别布置在(未示出的)扭转弹簧9-1、9-2旁边。如果止挡部5-3、5-4和5-5、5-6以在图7中所示的形式布置,则微镜组件1可以非常简单地制造,因为不必实施在扭转弹簧9-1、9-2与位于该扭转弹簧上的止挡部5-3、5-4和5-5、5-6之间的分开。与图4的布置相比,必须设置相对于支座7的略微增加的距离。
[0069] 图8示出根据本发明的微镜组件1的另一实施方式的示意性视图。图8的微镜组件1是共振的微镜组件1,在该微镜组件中只示出整个组件的一部分。位于镜2下面的弹簧17与镜质量一起形成振动的弹簧质量系统,该弹簧质量系统例如与第二弹簧质量系统(未示出)机械耦合,能量接合到该第二弹簧质量系统中,使得由弹簧17和镜2和起激励作用的弹簧质量系统组成的整个系统置于共振的振动中。
[0070] 如同在图8中看到的那样,在该微镜组件1中,止挡部5-1和5-2也可以分别布置在镜2的侧面并且保护该侧面例如在碰撞时免受破坏。
[0071] 尽管借助优选实施例已经在上面描述了本发明,但是本发明不由此受到限制,而是可以以多种形式和方式修改。本发明尤其能够以多种方式改变或修改,并且也应用于万向节悬挂的镜,而不偏离本发明的核心。
QQ群二维码
意见反馈