具备具有开口的板簧的镜子器件制造技术

本公开提供了具备具有开口的板簧的镜子器件。一种镜子器件包括框架、布置在框架中并且围绕旋转轴线可旋转的镜体、连接在镜体与框架之间的支撑梁、以及关于镜体围绕旋转轴线的旋转提供扭转刚度的至少一个板簧。板簧的最大厚度小于其最小宽度，其中板簧具有减小其厚度或在厚度方向上穿透板簧的开口。

【技术实现步骤摘要】
具备具有开口的板簧的镜子器件
本公开涉及镜子器件，诸如MEMS扫描镜(MEMS＝微电子机械系统)。
技术介绍
MEMS扫描镜正在不同领域中得到应用。MEMS扫描镜包括镜子，其围绕至少一个旋转轴线可旋转以便将诸如可见光或不可见光等电磁能量反射到不同方向中。例如，MEMS扫描镜可以用于将二维图像投影到屏幕上。MEMS扫描镜也可以用于LIDAR应用。LIDAR可以被视为表示针对光成像、探测和测距的缩写，或者被视为由光和雷达这两个术语组成的人造词。通常，LIDAR可以被视为一种测量方法，其通过利用脉冲激光照射目标并且利用传感器测量反射脉冲来测量到该目标的距离。MEMS扫描镜可以用于汽车应用中的LIDAR。通常，用于LIDAR应用的MEMS扫描镜可以包括相对大的尺寸和大的扫描角度以用于高的光学性能。例如，这样的MEMS扫描镜可以在跨越镜子平面的两个垂直方向中的每个方向上具有2至4μm的延伸。此外，这样的MEMS扫描镜应当具有高的鲁棒性，即，应当对振动和热负荷不敏感，并且应当产生低的机械应力。找到满足这些目标的设计和制造工艺是一项挑战。为了使MEMS扫描镜能够抵抗振动，镜子应当具有低的惯性、即，轻而坚硬的镜体。此外，对于镜体的所有自由度(DOF)，镜子应当具有高刚度的悬架。为了实现轻而坚硬的镜体，镜体可以包括相对薄的镜子和用于镜子的较厚的加强结构。镜体可以围绕在由镜框限定的平面中延伸的旋转轴线可旋转地布置在镜框中。旋转轴线可以延伸到镜体的彼此相对的第一端部和第二端部。镜子可以在第一主表面上具有反射平面，并且与第一主表面相对的第二主表面设置有增强结构。为了实现高刚度悬架，可以使用沿旋转轴线延伸的支撑梁和附加的悬臂梁或板簧组件来将镜体支撑在镜框中。悬臂梁组件可以具有纵向方向并且可以在由框架限定的平面内延伸。支撑梁可以沿旋转轴线在镜体的两个相对端处连接在镜体与框架之间。悬臂梁组件可以具有悬臂梁，其在第一端处经由泄放结构耦合到镜框并且在第二端处固定到镜体。悬臂梁的垂直于框架平面的厚度可以小于其在框架平面中的宽度。镜体的低惯性和高悬架刚度的结果可以是高谐振频率良好动态性能。这些特性还可以使围绕主旋转轴线以谐振频率操作的设备非常快。在正常操作中，即，在谐振时，可以实现镜尖处的通常为10000G的加速度。这可以使任何外部振动可忽略。在某些应用中，可能期望具有较低谐振频率的镜子。光镜体和高刚度的悬架可能使得难以设计以较低谐振频率操作的镜子。例如，在LIDAR应用中，可能期望较低的谐振频率，因为当使用编码的脉冲序列时，在用于实现一定停留时间的单次扫描中则可以发射更多的激光脉冲。由于机械应力减小，因此可能期望较低的谐振频率。
技术实现思路
本公开的示例提供了一种镜子器件，其包括框架、布置在框架中并且围绕旋转轴线可旋转的镜体、连接在镜体与框架之间的支撑梁、以及关于镜体围绕旋转轴线的旋转提供扭转刚度的至少一个板簧。板簧的最大厚度小于其最小宽度，其中板簧具有减小其厚度或者在厚度方向上穿透板簧的开口。开口包括当在板簧的厚度方向上观察时完全被板簧的材料包围的开口。在示例中，至少一个开口在板簧的宽度方向上的延伸小于板簧的最小宽度。本公开的示例提供了一种镜子器件，其包括框架、布置在框架中并且围绕在由框架限定的平面中延伸的旋转轴线可旋转的镜体、沿旋转轴线连接在镜体与框架之间的支撑梁、以及关于镜体围绕旋转轴线的旋转提供扭转刚度的至少一个板簧。至少一个板簧包括具有第一端和第二端以及在第一端与第二端之间的纵向方向的板簧，第一端耦合到镜体并且第二端耦合到框架。板簧在该平面中具有垂直于该平面的最大厚度，该最大厚度小于板簧的最小宽度，并且板簧具有减小其厚度或者在厚度方向上穿透板簧的开口。在示例中，开口包括在板簧的纵向方向上具有与在其宽度方向上相比更大的延伸的开口。附图说明将使用附图来描述本公开的示例，在附图中：图1示出了镜子器件的示例的示意性俯视图；图2A和图2B示出了用于说明镜体的偏转的沿图1中的线s-s的示意性截面图；图3示出了图1的镜子器件的示意性三维视图；图4示出了包括基础层的图1的镜子器件的示意性三维视图；图5示出了图1的镜子器件的示意性三维剖视图；图6从下方示出了图1的镜子器件的三维剖视图；图7示出了图3的镜子器件的仰视图；图8A和图8B示出了板簧的示例的示意性截面图；图9A至图9C示出了根据本公开的示例的板簧的示意图；图10A和图10B示出了具有没有开口的板簧的镜子器件的倾斜角和谐振频率的图；图11A和图11B示出了具有带有开口的板簧的镜子器件的倾斜角和谐振频率的图；图12A和图12B示出了镜子器件的示例的示意图，其中板簧的第二端固定到镜框；图13A至图13C示出了镜子器件的示例的示意图，其中板簧的第一端固定到镜体；图14示出了用于说明根据示例的致动器的示意图；图15A至图15D示出了在不同位置处具有致动器的镜子器件的示意图；图16A至图16E示出了没有圆角、具有小的圆角或具有大的圆角的弹性元件的各种设计的示意图；图17A至图17J示出了泄放连杆的各种示例的示意图，各自具有不同数目的泄放弹簧、不同位置的泄放弹簧或者与板簧的不同连接；以及图18示出了根据本公开的镜子器件的另一示例的示意性俯视图。具体实施方式在下文中，将使用附图详细描述本公开的示例。要指出的是，相同元件或具有相同功能的元件设置有相同或相似的附图标记，并且通常省略对具有相同或相似附图标记的元件的重复描述。因此，针对具有相同或相似附图标记的元件提供的描述是可相互交换的。在下文中，阐述了多个细节以提供对本公开的示例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员很清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践其他示例。在其他情况下，公知的结构和设备以框图形式而非详细地示出，以便避免模糊本公开的示例。另外，除非另有特别说明，否则本公开的不同示例的特征可以彼此组合。在示例中，镜体围绕旋转轴线可旋转，旋转轴线在由布置有镜体的框架限定的平面中延伸。在其他示例中，旋转轴线可以在由框架限定的平面之上或之下延伸。在示例中，支撑梁沿旋转轴线连接在镜体与框架之间。在其他示例中，一个或多个支撑梁可以相对于旋转轴线以一定角度延伸。在示例中，板簧的厚度方向垂直于由框架限定的平面。在示例中，宽度方向在由框架限定的平面中。在示例中，板簧的厚度方向垂直于由镜体的镜子的镜子表面在静止时限定的平面。在示例中，宽度方向平行于由镜子的镜子表面在静止时限定的平面。示例包括至少一个板簧组件，其包括至少一个板簧和泄放连杆，其中至少一个板簧具有第一端和第二端以及在第一端与第二端之间的纵向方向，其中a)第一端固定到镜体并且第二端通过泄放连杆耦合到框架，或者b)第一端通过泄放连杆耦合到镜体并且第二端固定到框架，其中泄放连杆允许板簧在其纵向方向上在其与邻近泄放连杆的端部处的平移。在其他示例中，至少一个板簧的第一端可以通过泄放连杆耦合到镜体，并且至少一个板簧的第二端可以通过泄放连杆耦合到框架。在其他示例中，板簧的第一端可以固定到镜体，并且板簧的第二端可以固定到框架。参考图1至图6，现在解释诸如MEMS扫描微镜的镜子器件的示例。镜子器件包括镜体8。镜体8包括镜子10和镜子支撑件12，其中镜子支撑件12在图5至图7中最佳地示出。镜子器件进一步包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镜子器件，包括：框架；镜体，布置在所述框架中，并且围绕旋转轴线可旋转；支撑梁，连接在所述镜体与所述框架之间；以及至少一个板簧，关于所述镜体围绕所述旋转轴线的旋转而提供扭转刚度，其中所述板簧的最大厚度小于所述板簧的最小宽度，其中所述板簧具有减小所述板簧的厚度或者在厚度方向上穿透所述板簧的开口，以及其中所述开口包括当在所述板簧的厚度方向上观察时完全被所述板簧的材料包围的开口。

【技术特征摘要】
2017.10.30 DE 102017219442.11.一种镜子器件，包括：框架；镜体，布置在所述框架中，并且围绕旋转轴线可旋转；支撑梁，连接在所述镜体与所述框架之间；以及至少一个板簧，关于所述镜体围绕所述旋转轴线的旋转而提供扭转刚度，其中所述板簧的最大厚度小于所述板簧的最小宽度，其中所述板簧具有减小所述板簧的厚度或者在厚度方向上穿透所述板簧的开口，以及其中所述开口包括当在所述板簧的厚度方向上观察时完全被所述板簧的材料包围的开口。2.根据权利要求1所述的镜子器件，其中所述开口中的至少一个开口在所述板簧的宽度方向上的延伸小于所述板簧的最小宽度。3.根据权利要求1或2所述的镜子器件，其中所述开口包括以下中的至少一种：-三个或更多个开口，-五个或更多个开口，以及-十个或更多个开口。4.根据权利要求1至3中任一项所述的镜子器件，其中所述板簧的第一端耦合到所述镜体，并且所述板簧的第二端耦合到所述框架，其中所述开口包括被布置为与所述第二端相比更靠近所述第一端的开口。5.根据权利要求1至4中任一项所述的镜子器件，其中当在所述板簧的厚度方向上观察时，所述开口分布在覆盖所述板簧的面积的50％或更多的区域上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的镜子器件，其中当在所述板簧的厚度方向上观察时，所述开口包括不同形状和/或不同区域的至少两个开口。7.根据权利要求1至6中任一项所述的镜子器件，其中当在所述板簧的厚度方向上观察时，所述开口占据所述板簧的面积的百分比在20％至90％的范围内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的镜子器件，其中所述开口被布置为当与不包括所述开口的板簧相比时，将关于所述镜体围绕所述旋转轴线的旋转的扭转刚度减小得与关于围绕垂直于所述旋转轴线的轴线的旋转的扭转刚度相比更多。9.根据权利要求1至8中任一项所述的镜子器件，其中所述开口被布置为提供所述板簧的桁架结构。10.根据权利要求1至9中任一项所述的镜子器件，其中所述开口包括其间布置有十字形、y形或x形平台中的至少一种的开口。11.根据权利要求1至10中任一项所述的镜子器件，其中当在所述板簧的厚度方向上观察时，所述开口包括三角形开口。12.根据权利要求1至11中任一项所述的镜子器件，其中所述开口包括在所述板簧的第一端与所述板簧的第二端之间在纵向方向上延伸的纵向矩形开口。13.根据权利要求12所述的镜子器件，其中成对的纵向矩形开口在所述宽度方向上并排形成在所述板簧的一部分中，所述板簧的所述一部分的宽度小于所述板簧的其他部分的宽度。14.根据权利要求11至13中任一项所述的镜子器件，其中当在所述板簧的厚度方向上观察时，在所述开口的角部中形成有圆角，并且所述开口不包括锐角。15.根据权利要求1至14...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·范利罗普，K·萨马迪·卡赫，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE