一种薄膜致动器，具有横向定向的结构加强件，所述横向定向的结构加强件用于增加由纵向曲率引起的致动行程。所述薄膜致动器可以被部署在机电设备内，使得所述致动器板的顶端的可致动偏转产生致动行程。所述薄膜致动器可以包括被固定到基本刚性框架结构上的致动器板。所述致动器板沿着纵轴远离所述框架结构突出，使得所述致动器板沿着该纵轴从所述框架结构悬臂一段距离。所述薄膜致动器包括在所述致动器板的表面上的压电膜。所述压电薄膜的激活在所述表面处生成拉应力或压应力，由此引起弯矩，所述弯矩使得所述致动器板经历纵向曲率和一些较小程度的横向曲率。些较小程度的横向曲率。些较小程度的横向曲率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有横向定向的结构加强件以增加致动器行程的薄膜致动器
技术介绍
[0001]薄膜致动器被广泛应用于机电设备中，以通过向压电材料施加驱动信号来引起组件的受控移动。例如，微机电系统(MEMS)扫描设备通过将外电场施加到已经被沉积在机械耦合到扫描镜的致动器板的顶表面和/或底表面上的压电膜上，以极高的准确度来调制扫描镜的角位置。在压电薄膜膨胀或收缩时，在附接压电膜的致动器板的任何表面处诱发机械应力。该机械应力在致动器板内产生弯矩，所述弯矩引起纵向曲率，所述纵向曲率导致致动器行程(例如，在垂直方向上的顶端偏转)。致动器行程的量与沿着纵轴取得的平面截面的平面第二面积矩(在本文中也被称为“惯性矩”或“面积惯性矩”或“弯曲刚度”)和致动器板材料的杨氏模量两者成反相关，并且与在纵向方向上致动器长度的平方成正比。纵向方向具体指代致动器板从框架悬臂延伸的方向。此外，横向方向指代与纵向方向正交并且与致动器板的顶表面在平面上的方向。最后，垂直方向与纵向方向和横向方向都正交。
[0002]重要的是，致动器板在沿着纵轴的各种平面截面处的惯性矩越小，将由该致动器板内的任何特定弯矩产生的致动器行程就越大。取决于设备设计，也需要足够高的致动力。在许多薄膜致动器应用中，产生足够的致动器行程和力是一项挑战。因此，致动器板常常被设计为在高度方面薄并且平，因为这些几何特性使沿着纵轴的惯性矩最小化，由此针对任意特定弯矩来增加致动器板的纵向曲率。
[0003]遗憾的是，经由压电膜的激活而感应到典型致动器板中的机械致动导致一定程度的横向曲率，所述横向曲率使致动器板的惯性矩沿着纵轴迅速地增加。由于致动器行程与该惯性矩成反相关，因此该横向曲率具有减小致动器行程和力的性能阻碍作用。亦即，增加的横向曲率倾向于增加致动器板沿着纵轴的刚度，这继而降低了特别期望的纵向曲率的模式，以便产生致动器行程。
[0004]关于这些和其他考虑，呈现处在本文中所做的公开内容。
技术实现思路
[0005]在本文中所描述的技术提供了一种薄膜致动器，其具有横向定向的结构加强件(例如，肋条)，用于增加由与纵向曲率相关联的弯曲模式产生的致动行程。在本文中所描述的薄膜致动器的实施例被部署在机电设备内，使得致动器板的顶端在垂直方向上的可致动偏转产生致动行程。通常所描述的，薄膜致动器可以包括被机械耦合到基本刚性框架结构的致动器板。所述致动器板沿着纵轴从框架结构悬臂一段距离。所述薄膜致动器包括在致动器板的表面上的压电膜。对压电膜的激活在表面处产生拉应力或压应力，由此诱发导致致动器板以一定程度的纵向曲率(和较小程度的横向曲率)弯曲的内力矩。
[0006]如在本文中所描述的，诱发到致动器板中的纵向曲率的量越大，薄膜致动器的有效致动器行程越大。因此，所述薄膜致动器还可以包括横向定向的多个结构加强件，以便减小或者基本上消除在压电膜的激活期间诱发到致动器板中的横向曲率的量。减轻与横向曲率相关联的这种弯曲模式倾向于防止沿着纵向取得的平面截面的惯性矩增加。因此，减轻与横向曲率相关联的弯曲模式作为用于增加与纵向曲率相关联的弯曲模式(例如，期望的
曲率模式，因为其对应于致动器行程)的有效机制。
[0007]为了例示说明这一点，考虑许多压电材料以同位素方式膨胀和收缩，并且因此，当被激活时(例如，通过施加驱动信号或电压)，在基本上所有方向上生成应力。这种同位素诱发的应力能够关于分别诱发纵向曲率和横向曲率的应力的纵向分量和横向分量两者来描述。出于直接例示说明的目的，假定纵向曲率在纵向曲率越大则可制动行程越大的意义上是期望的。将意识到，随着弯曲刚度沿着纵轴增加，纵向曲率的量减小。由于沿着纵轴的弯曲刚度将由于横向曲率而趋于增加，减小横向曲率作为增加与产生可致动行程的纵向曲率相关联的所需的弯曲模式的有效手段。为此，在本文中所描述的薄膜致动器的各种实施例包括横向定向以增加致动器板抵抗与横向曲率相关联的弯曲模式的趋势的结构加强件。具体地，横向定向的结构加强件减少(或者甚至基本上消除)由横向应力分量引起的横向曲率的量。
[0008]在示例性实施例中，微机电系统(MEMS)致动设备包括致动器板、被沉积在所述致动器板的顶表面上的压电膜、以及从所述致动器板的与所述顶表面相对的底表面突出的多个结构加强件。示例性压电膜可以由锆钛酸铅(PZT)形成。致动器板的基部被机械地耦合到框架结构，并且致动器板沿着从所述基部延伸到所述致动器板的顶端的纵轴远离所述框架结构突出。以这种方式，所述致动器板从所述框架结构悬臂。
[0009]经由驱动信号(例如，由控制器以极高准确度施加的电压)激活压电膜导致压电膜在平面中膨胀和/或收缩。所述压电膜的这种变形产生具有纵向分量和横向分量两者的压缩和/或拉伸应力，在典型情况下，纵向分量和横向分量彼此相等，并且然后称为双向应力状态。所述纵向分量可以诱发纵向曲率，如上文所描述的，所述纵向曲率直接对应于可致动的顶端偏转(例如，致动器行程)。诱发的纵向曲率的量越大，MEMS致动设备的可致动行程就越大。此外，该纵向曲率的量将随着MEMS致动设备的惯性矩(弯曲刚度)在沿着纵轴取得的平面截面处的增加而趋向于减小。由于横向曲率将倾向于沿着纵轴增加弯曲刚度，因此所与横向曲率相关联的弯曲模式最小化可能是期望的。包括从致动器板的底表面突出的多个结构加强件，以便防止与横向曲率相关联的这种弯曲模式。
[0010]在一些实施例中，致动器板的标称厚度比压电膜的标称厚度大至少三倍。此外，个体结构加强件可以从致动器板突出的距离为致动器板的标称厚度的至少三倍。作为特定但非限制性的示例，致动器板可以具有35微米(35μm)的标称厚度(即，设计厚度)，而压电膜可以具有小于5微米(5μm)的标称厚度。此外，个体结构加强件可以从致动器板的底表面延伸超过100微米(100μm)。因此，能够意识到，在一些实施例中，个体加强件可以突出的高度大于压电膜标称厚度的100倍以上。
[0011]通过阅读下文的详细描述和回顾相关的附图，这些和各种其他特征将是显而易见的。提供本概要是为了以简化的形式引入概念的选择，这些概念在下文的详细描述中进一步描述。本概要不是为了识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不是为了使用本概要来限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题并不限于解决在本公开的任何部分中提到的任何或所有缺点的实现方式。
附图说明
[0012]参考附图描述详细说明。在图中，参考数字最左边的数字标识该参考数字首次出
现在其中的图。不同图中相同的参考数字表示相似或相同的项目。对多个项目中的单个项目的引用可以使用带有括号(和/或不带括号的字母)内包括的另一数字的引用号来引用每个单个项目。对项目的一般引用可以使用不具有字母序列的特定参考数字。
[0013]图1图示了示例性微机电系统(MEMS)扫描设备，其包括一组薄膜致动器，每个薄膜致动器包括横向定向的结构加强件，并且可致动以使得扫描镜绕旋转轴旋转。
[0014]图2图示了示出个体薄膜致动器的顶端部分的MEMS扫描设备的详细视图。
[0015]图3A图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：控制器，其生成驱动信号；以及致动器，其包括：致动器板，其沿着纵轴从被固定到框架结构的基部延伸到被耦合到可致动组件的顶端；多个横向定向的加强件，其从所述致动器板的第一表面突出；以及致动材料，其被设置在所述致动器板的、与所述第一表面相对的第二表面上，其中，向所述致动材料施加所述驱动信号导致所述致动器板沿着横轴的横向曲率与所述致动器板沿着所述纵轴的纵向曲率的组合。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述纵向曲率产生与所述致动器板的所述顶端的偏转相对应的致动器行程。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个横向定向的加强件的标称高度比所述致动材料的标称厚度大至少二十倍。4.一种微机电系统(MEMS)致动设备，包括：致动器板，其具有被机械地耦合到框架结构的基部，其中，所述致动器板沿着从所述致动器板的所述基部延伸到所述致动器板的顶端的纵轴从所述框架结构突出；被沉积在所述致动器板的第一表面上的压电膜，其中，所述压电膜的激活经由驱动信号向所述致动器板施加弯矩，导致：所述致动器板沿着横轴的横向曲率，以及所述致动器板沿着所述纵轴的纵向曲率；以及多个结构加强件，其从所述致动器板的所述第一表面或者所述致动器板的、与所述第一表面相对的第二表面中的至少一者突出，其中，个体结构加强件基本上平行于所述横轴对齐，以增加抵抗所述横向曲率的惯性矩。5.根据权利要求4所述的MEMS致动设备，其中，所述压电膜具有第一标称厚度，并且所述致动器板具有比所述第一标称厚度大至少三倍的第二标称厚度，并且其中，个体结构加强件突出的距离为所述第二标称厚度的至少三倍。6.根据权利要求4所述的MEMS致动设备，其中，所述多个结构加强件从所述致动器板的所述第二表面突出的距离为所述压电膜的标称厚度的至少二十倍。7.根据权利要求4所述的MEMS致动设备，其中，所述多个结构加强件包括从所述致动...
【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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