一种致动器元件和致动器系统技术方案

本公开实施例提供了一种致动器元件和致动器系统，涉及微机电系统技术领域。该制动器元件可以包括基板和驱动装置。其中，基板用于承载目标物。驱动装置与基板连接，用于受控地运动以带动所述基板上下平动或倾斜转动，以使得目标物上下平动或倾斜转动。本发明专利技术的制动器元件可以受控地运动从而调节设置在该制动器元件上的物体的位置和角度，从而扩大应用范围。围。围。

【技术实现步骤摘要】
一种致动器元件和致动器系统


[0001]本公开涉及微机电系统
，尤其涉及一种致动器元件和致动器系统。

技术介绍

[0002]微机电系统技术可以利用成熟的微电子加工工艺将力学、电学、光学以及其他物理系统集成到芯片上，在相对较小的空间内实现一定的功能，从而可用于各类应用设备，对便携式智能设备的小型化或是微型化可以起到重要作用。在各种基于微机电系统技术的器件中，致动器是很重要的一种类型，它们可以通过电信号驱动产生运动，从而实现一定的力学功能。在很多光电设备中，致动器可以有助于实现多种重要功能，例如光路控制功能、自动对焦功能、稳像功能等等。其中，有一类应用需要使用致动器实现控制光学部件偏转一定的角度，其中以倾转活塞式微反射镜(Tip
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Tilt Piston Micromirrors
‑
TTPM)为典型的此类应用。在现有的此类器件中，常见的致动方式从原理上有利用静电驱动的叉指电极致动器(Comb Drive Actuator)，在薄膜上实现的压电致动器和电热致动器。一般来说，在这类器件中，光学部件(一般来说是微反射镜，也可以是其他光学器件，例如光栅)可以通过力学结构与致动部分相连接，而致动部分则依从电信号控制提供所需的力或扭矩使得光学部件偏转一定的角度。在具体的工程实践中，倾角调节致动器的设计需要满足实际应用提出的各种具体要求。例如小型化的便携应用系统对光学系统尺寸的要求、对角度的动态控制范围和精度要求、对系统功能的可靠性要求、特别是抗环境干扰和抗震的要求及对运行时功耗的要求等等。对于设计致动器时对致动原理的选择，由于叉指电极致动器的能耗低，但能量转换率较低，一般不用于对致动行程要求较高的应用，且其加工工艺的精度要求较高。而电热致动器对环境温度比较敏感，而且动态响应频率范围相对有限，能量消耗相对较高。对压电致动器而言，其具有能量转换率较高、反应速度快、能耗低等优点，但需要克服压电材料的回滞和潜变才能实现高精度控制。同时，压电材料一般而言机械强度较低，在实际应用时容易受损，在设计上需要通过机械结构的设计提高器件的整体机械可靠性。目前尚无现有技术中存在一种精度高、抗震性能好的致动器。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本公开实施例提供一种致动器元件，至少部分解决现有技术中存在的问题。
[0004]第一方面，本公开实施例提供了一种致动器元件解决现有技术无法同时让目标物上下平动和倾斜转动的问题。
[0005]第一方面，本公开实施例提供了一种致动器元件解决现有技术倾角调节的控制精度低、抗震性能差的问题。
[0006]根据本公开实施例的一种具体实现方式，本申请提供一种致动器元件，包括：
[0007]基板，用于承载目标物；
[0008]驱动装置，与所述基板连接，用于受控地运动以带动所述基板上下平动或倾斜转
动，以使得所述目标物上下平动或倾斜转动。
[0009]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述驱动装置包括设置在所述基板外周处的多个驱动单元，每一所述驱动单元均独立受控地带动所述基板的与该驱动单元靠近的一侧向上或向下运动，多个所述驱动单元单独或协同作用，使得所述基板上下平动或倾斜转动。
[0010]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述驱动单元的数量为四个，四个所述驱动单元两两相对的设置在所述基板的四周。
[0011]根据本公开实施例的一种具体实现方式，每一所述驱动单元包括电动元件，所述电动元件在电压的作用下发生形变从而作为动力源带动所述基板运动。
[0012]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述电动元件包括：
[0013]衬底；和
[0014]位于所述衬底之上的驱动源，所述驱动源包括至少一层第一压电薄膜，所述压电薄膜在电压的作用下产生形变；
[0015]其中，所述衬底选自金属、多晶硅、氧化物和/或陶瓷及其形成的复合材料中的一种；
[0016]所述第一压电薄膜选自PZT、BST或ZnO的一种或多种。
[0017]根据本公开实施例的一种具体实现方式，每一所述驱动单元还包括连接元件，所述连接元件的一端与所述电动元件连接，所述连接元件的另一端与所述基板连接，在所述电动元件在电压的作用下发生形变而运动时通过所述连接元件带动所述基板运动。
[0018]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述连接元件包括驱动梁和弹性薄膜；
[0019]所述电动元件、所述驱动梁和所述弹性薄膜依次连接，并且所述弹性薄膜还与所述基板连接；
[0020]其中，所述驱动梁能够在预设自由度方向运动。
[0021]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述驱动梁包括：
[0022]连接部，与所述电动元件连接，以跟随所述电动元件运动；
[0023]横梁，与所述连接部连接，并跟随所述连接部运动而运动，且所述横梁能够发生形变以使得所述驱动梁能够在预设自由度方向运动，所述预设自由度方向为与所述横梁垂直的方向；和
[0024]纵梁，与所述横梁连接，跟随所述横梁运动而运动，所述纵梁的延伸方向与所述横梁的延伸方向垂直，所述纵梁为刚性结构，并与所述弹性薄膜连接；
[0025]其中，在所述连接部跟随所述电动元件运动时通过所述横梁传递至所述纵梁后再传递至所述弹性薄膜处。
[0026]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述横梁数量为两个，两个所述横梁相互平行设置；
[0027]每一所述横梁被所述纵梁分为两个部分，每一部分均包括位于中部的刚性部和位于所述刚性部两端的柔性部，并且刚性部利用柔性部与连接部和纵梁连接。
[0028]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述弹性薄膜包括至少一层第二压电薄膜，所述第二压电薄膜选自PZT、BST或ZnO的一种或多种；
[0029]所述致动器元件还包括控制器，所述控制器用于控制施加在所述第一压电薄膜和
所述第二压电薄膜上的电压。
[0030]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述弹性薄膜包括至少一层第二压电薄膜和至少一层压阻薄膜，所述压阻薄膜用于作为应力感应器来检测所述弹性薄膜的弯曲角度数据；
[0031]所述致动器元件还包括控制器，所述控制器与所述第一压电薄膜、所述第二压电薄膜和所述压阻薄膜均连接，所述压阻薄膜将所述弯曲角度数据传递给所述控制器，所述控制器再根据所述弯曲角度数据处理得到所述基板倾斜的方向和角度，进而控制施加在所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜上的电压。
[0032]根据本公开实施例的一种具体实现方式，还包括外框，所述外框设置在所述基板的外周，所述电动元件与所述外框连接，在所述驱动装置驱动所述基板运动时，所述外框与所述基板之间发生相对运动。
[0033]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基板处设置有防撞结构，所述防撞结构与所述外框之间设置有第一预设间隙。
[0034]根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述外框为方形，所述防撞结构数量为四个，分别位于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种致动器元件，其特征在于，包括：基板，用于承载目标物；和驱动装置，与所述基板连接，用于受控地运动以带动所述基板上下平动或倾斜转动，以使得所述目标物上下平动或倾斜转动。2.根据权利要求1所述的致动器元件，其特征在于，所述驱动装置包括设置在所述基板外周处的多个驱动单元，每一所述驱动单元均独立受控地带动所述基板的与该驱动单元靠近的一侧向上或向下运动，多个所述驱动单元单独或协同作用，使得所述基板上下平动或倾斜转动。3.根据权利要求2所述的致动器元件，其特征在于，所述驱动单元的数量为四个，四个所述驱动单元两两相对的设置在所述基板的四周。4.根据权利要求2或3所述的致动器元件，其特征在于，每一所述驱动单元包括电动元件，所述电动元件在电压的作用下发生形变从而作为动力源带动所述基板运动。5.根据权利要求4所述的致动器元件，其特征在于，所述电动元件包括：衬底；和位于所述衬底之上的驱动源，所述驱动源包括至少一层第一压电薄膜，所述压电薄膜在电压的作用下产生形变；其中，所述衬底选自金属、多晶硅、氧化物和/或陶瓷及其形成的复合材料中的一种；所述第一压电薄膜选自PZT、BST或ZnO的一种或多种。6.根据权利要求5所述的致动器元件，其特征在于，每一所述驱动单元还包括连接元件，所述连接元件的一端与所述电动元件连接，所述连接元件的另一端与所述基板连接，在所述电动元件在电压的作用下发生形变而运动时通过所述连接元件带动所述基板运动。7.根据权利要求6所述的致动器元件，其特征在于，所述连接元件包括驱动梁和弹性薄膜；所述电动元件、所述驱动梁和所述弹性薄膜依次连接，并且所述弹性薄膜还与所述基板连接；其中，所述驱动梁能够在预设自由度方向运动。8.根据权利要求7所述的致动器元件，其特征在于，所述驱动梁包括：连接部，与所述电动元件连接，以跟随所述电动元件运动；横梁，与所述连接部连接，并跟随所述连接部运动而运动，且所述横梁能够发生形变以使得所述驱动梁能够在预设自由度方向运动，所述预设自由度方向为与所述横梁垂直的方向；和纵梁，与所述横梁连接，跟随所述横梁运动而运动，所述纵梁的延伸方向与所述横梁的延伸方向垂直，所述纵梁为刚性结构，并与所述弹性薄膜连接；其中，在所述连接部跟随所述电动元件运动时通过所述横梁传递至所述纵梁后再传递至所述弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小雷，王桂芹，吴清亮，
申请(专利权)人：麦斯卓微电子南京有限公司，
类型：发明
国别省市：