CN101778325A

CN101778325A - 基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统

Info

Publication number: CN101778325A
Application number: CN201010102162A
Authority: CN
Inventors: 王怀宝; 金湘虹
Original assignee: Wuxi Institute of Technology
Current assignee: Wuxi Institute of Technology
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2010-07-14

Abstract

基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统，微电机械微镜经硅微麦克风采集信息后传输给中央处理器采集处理，中央处理器根据硅微麦克风传回信息调整微镜驱动电路所应施加的驱动信号的频率、幅度、相位，微镜驱动电路用来驱动微电机械微镜的运动，硅微麦克风数据采集系统通过前置放大器、模数转换电路等将微麦克风信号传递到中央处理器，根据应用的不同，光源控制系统或光感知控制系统根据微电机械微镜的转动角度调整光束或采样，微镜驱动电路根据反馈信号调整微电机械微镜的工作频率和振动幅度大小，具有系统体积小、集成度高、设计成本低、且对微电机械微镜运动不形成干扰等优点。

Description

基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统

技术领域：

本发明涉及一种微电机械镜运动反馈控制系统，具体涉及一种基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统。

背景技术：

基于微电子机械系统技术的微镜技术可用于现代打印机、投影仪、生物医学成像系统等多种领域。微系统微镜一般由静电力、电磁力或压电材料驱动，内有铰链或枢轴，微镜绕其来回转动做扫描运动。因其有效的性能和低廉的价格，微系统微镜的出现成功取代了在上述领域应用多年的六角形多面镜。对于上述的许多应用而言，运用反馈系统来了解微镜在转动扫描运动过程中的相位、频率和幅度变化信息是极为重要的。由于环境中的扰动或机械系统的不稳定度影响，驱动信号和微镜运动之间的延时经常随时间变化，这对我们准确获知特定时间微镜的转动角度造成了困难，从而无法准确对打印、投影或成像系统中的特定像素做定值或信号提取，在某些激光打印机中，从微电机械镜反射出的光束可由放置于有机感光器件(如硒鼓)上的光感受器接收，从而获知微镜的运动信息。但是这种设计缺乏必要的灵活度，如在投影仪等其它许多应用中，在成像的投影屏幕处不可能放置这样的光感受器。还有些系统中微镜的运动信息是通过在微镜的旋转枢轴上放置压电传感器来获知的。这种系统必须通过金属连线来给压电传感器供电和采集信息。这样的压电传感器和金属连线将会给微镜的转动造成影响。

发明内容：

为解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种系统体积小、集成度高、设计成本低且对微镜运动不形成干扰的电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统。

为实现以上的目的，本发明专利采用的技术方案是：

基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统包括：微电机械微镜、硅微麦克风、微镜驱动电路、中央处理器组成，微电机械微镜经硅微麦克风采集信息后传输给中央处理器采集处理，中央处理器根据硅微麦克风传回信息调整微镜驱动电路所应施加的驱动信号的频率、幅度、相位，微镜驱动电路用来驱动微电机械微镜的运动。

所述的微电机械微镜和硅微麦克风采用微电子机械加工技术集成在一个微器件上。

所述的微电机械微镜由镜面、扭转枢轴、两对驱动磁极以及枢轴定子组成。

本发明专利具有如下优点：

(1)本发明专利采用微电机械微镜作为本发明中的关键器件，其中微电机械微镜具备一个高反射率的镜面，并可以在一对包括电磁、静电力、压电等多种驱动方式的驱动下绕一个微加工的枢轴衡量做高速(1kHz～20kHz)较大幅度(10°～35°)的来回转动。

(2)硅微麦克风被置于微电机械微镜的近旁(1mm～3mm)，与微电机械微镜集成为一个器件，从而有利于简化半导体加工工艺步骤和封装。硅微麦克风通过感知微电机械微镜运动造成的空气中声波运动来获知微电机械微镜的运动信息，包括频率、相位、幅度等。频率信息反馈保证了微电机械微镜工作在谐振频率附近，幅度信息反馈保证了微电机械微镜振动幅度的合适和稳定，相位信息反馈保证了对微电机械微镜实时转动角度的信息获知。

(3)硅微麦克风数据采集系统通过前置放大器、模数转换电路等将微麦克风信号传递到中央处理器，根据应用的不同，光源控制系统或光感知控制系统根据微电机械微镜的转动角度调整光束或采样，微镜驱动电路根据反馈信号调整微电机械微镜的工作频率和振动幅度大小。

附图说明：

图1为本发明专利结构原理图；

图2为本发明专利微镜与硅微麦克风集成器件示意图；

具体实施方式：

如图1所示，基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统包括：微电机械微镜1、硅微麦克风2、微镜驱动电路3、中央处理器4组成；中央处理器4接收由硅微麦克风2传递来的微电机械微镜1运动的频率、相位、幅度等信息，并对光源控制系统和微镜驱动电路3实现实时控制，硅微麦克风2已被集成到和微电机械微镜1一起的器件上，在其外框中一般连有驱动电极，金属连线等一整套电子线路。微电机械微镜1的运动信息经由声波传来到此感知并转化为电信号后，一般先要通过硅微麦克风数据采集系统中的前置放大器、模数转换，以及功率匹配，信号传输等电路，然后再为中央处理器4采集处理。根据由硅微麦克风2传回的信号，中央处理器4实时调整微镜驱动电路3所应施加的驱动信号的频率、幅度、相位，以及通过光源控制系统控制光源实时发出光束的颜色等信息。这样保证了根据微电机械微镜1的运动状态来反馈控制投射在光屏上的成像，从而保证成像的质量。

如图2所示，微电机械微镜1由镜面11、扭转枢轴12、两对驱动磁极13以及枢轴定子14组成；该微型系统由半导体微加工技术制成，镜面11绕图左侧的方向来回转动，因其表面良好的反射率可以反射投射到它上面的光束。扭转枢轴12为镜面11转动提供了必要的自由度和灵活性，其典型宽度一般为几十微米。两对驱动磁极13为镜面11的转动提供了动力，在它上面一般有金属连线接至外接电路，实现镜面11转动的驱动和控制，枢轴定子14为镜面11转动的稳定性和整个系统的有效封装提供保障。由于微电机械微镜1的来回转动在本质上是一个振动过程，因而如果驱动信号工作在微电机械微镜1的固有谐振频率附近微电机械微镜1的振幅可以达到最大值。根据应用的不同，光源控制系统或光感知控制系统根据镜面11的转动角度调整光束或采样，微镜驱动电路根据反馈信号调整微电机械微镜1的工作频率和振动幅度大小。

应用于本发明的微电机械镜运动反馈控制系统具有系统体积小、集成度高、设计成本低、且对微电机械微镜运动不形成干扰等优点，在现代打印机、投影仪、生物医学成像系统等多种领域具有极大的推广价值。

Claims

1.基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统，由微电机械微镜、硅微麦克风、微镜驱动电路、中央处理器组成，其特征在于：微电机械微镜经硅微麦克风采集信息后传输给中央处理器采集处理，中央处理器根据硅微麦克风传回信息调整微镜驱动电路所应施加的驱动信号的频率、幅度、相位，微镜驱动电路用来驱动微电机械微镜的运动。

2.根据权利要求1所述的基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统，其特征在于：所述的微电机械微镜和硅微麦克风采用微电子机械加工技术集成在一个微器件上。

3.根据权利要求1所述的基于硅基电容式微麦克风的微电机械镜运动反馈控制系统，其特征在于：所述的微电机械微镜由镜面、扭转枢轴、两对驱动磁极以及枢轴定子组成。