CN115480388A - 一种致动器元件和致动器系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种致动器元件和致动器系统

技术领域

本公开涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种致动器元件和致动器系统。

背景技术

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-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。

发明内容

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。

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。

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。

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：

基板，用于承载目标物；

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。

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。

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。

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。

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：

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。

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。

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；

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。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，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薄膜处。

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；

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。

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；

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。

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；

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。

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。

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。

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，分别位于所述外框的四个角落处。

第二方面，本公开实施例提供了一种包含有上述的致动器元件的致动器系统。

第二方面，本公开实施例提供了一种致动器系统，所述致动器系统包括：

上面所述的致动器元件；

底板，所述致动器元件位于所述底板上；和

保护壳，位于所述底板上，并与所述底板之间形成容纳空间，所述致动器元件上容纳空间内，以利用所述保护壳保护所述致动器元件；

其中，所述保护壳的内壁处与所述致动器元件的所述防撞结构之间构造成第二预设间隙。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述保护壳处设置有通孔；

所述致动器系统包括垫片，所述垫片从所述通孔处安放于所述致动器元件的基板处，所述垫片用于放置目标物。

本公开实施例提供一种致动器元件，该致动器元件包括驱动装置，并具体公开了该致动器元件的具体结构，该驱动装置可以受控地带动基板上下平动或倾斜转动，从而可以调节位于基板上的目标物的位置或角度。

进一步地，本实施例的致动器元件的驱动装置可以包括多个驱动单元，而每一驱动单元均单独的受控带动基板的一侧运动，多个驱动单元单独或协同作用保证基板上下平动或倾斜转动，单独控制的驱动单元可以使得控制基板的运动行程范围更精确，且控制过程更简便。

进一步地，本实施例中弹性薄膜可以为第二电阻材料或第二电阻材料与压阻材料的复合材料。第二电阻材料在电压作用下可以提供除电动元件具有的扭矩以外的额外的扭矩。压阻材料可以得到弹性薄膜的弯曲角度数据，控制器接收传感器的弯曲角度数据后对该数据进行处理得到基板倾斜的方向和角度。控制器得到该处理得到基板倾斜的方向和角度数据后产生控制致动器元件运动的控制信号，从而控制致动器元件的运动从而形成闭环反馈。该闭环反馈系统可以用来进行高精度倾斜角度控制，克服压电材料的回滞和潜变带来的问题。

本实施例中的基板可以包括防撞结构，该防撞结构可以设置在与外框处靠近，但留有一定的第一预设间隙。若基板在满足条件的情况下厚度较薄，则该间隙可以足够小从而提高致动器元件的抗震性，尽可能的减小致动器元件受外力作用而损坏。

进一步地，本实施例还提供一种致动器系统，该致动器系统可以包括上面的致动器元件、底板、垫片和保护壳，本实施例的保护壳与致动器元件之间的垂直距离(第二预设距离)可以尽可能的小，但是保护壳与致动器元件之间的距离不能阻止致动器元件的基板的倾斜和上下平动。在满足该条件的基础上极可能的减小保护壳与致动器元件之间的距离，提高致动器元件和致动器系统的抗震性，尽可能的减少致动器元件或致动器系统在受外力作用时出现损坏的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本公开实施例提供的一种致动器元件的示意性结构图；

图2为本公开实施例提供的一种致动器元件的驱动单元的示意性结构图；

图3为本公开实施例提供的一种致动器元件的驱动单元的俯视图；

图4为本公开实施例提供的一种致动器元件的电动元件的示意性结构图；

图5为本公开实施例提供的一种致动器元件的电动元件的被施加电压后变形的示意性结构图；

图6为本公开实施例提供的一种致动器元件的其中一个驱动单元被施加一个方向的电压后可移动基板发生倾斜的示意性结构图；

图7为本公开实施例提供的一种致动器元件的其中一个驱动单元被施加相反方向的电压后可移动基板发生倾斜的示意性结构图；

图8为本公开实施例提供的一种致动器元件的两个相对的两个驱动单元或者四个驱动单元施加相同方向和相同大小的电压后可移动基板向上运动的示意性结构图；

图9为本公开实施例提供的一种致动器元件的闭环反馈系统的示意性结构图；

图10为本公开实施例提供的一种致动器元件的外框和可移动基板的示意性结构图；

图11为本公开实施例提供的一种致动器元件的外框和可移动基板的防撞结构的示意性结构图；

图12为本公开实施例提供的一种致动器系统的示意性爆炸图；

图13为本公开实施例提供的一种致动器系统的示意性剖视图。

附图标记汇总：

100-致动器元件，10-可移动基板，11-防撞结构，12-间隙，20-驱动装置，21-驱动单元，211-电动元件，212-衬底，213-驱动源，214-电极层，22-连接元件，221-驱动梁，222-弹性薄膜，223-连接部，224-横梁，225-纵梁，226-刚性部，227-柔性部，30-外框，40-控制器，50-应力传感器，200-致动器系统，60-光学器件，70-底板，80-垫片，90-保护壳。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施太阳能电池结构及/或方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此太阳能电池结构及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的结构而非按照实际实施时的结构数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各结构的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其结构布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

参见图1，本实施例的致动器元件100可以包括基板10和驱动装置20，其中，驱动装置20可以驱动基板10上下平动或倾斜转动。因此，设置在基板10上的目标物也可以上下平动，从而可以自动调节目标物的上下位置。若该目标物为光学器件，则可以实现该光学器件的自动对焦功能。此外，由于基板10可以倾斜转动，使得置于基板10上的目标物可以任意调节角度。

更为具体地，本实施例中的驱动装置20可以是在外部电压的作用下发生运行，从而带动基板10运行。

具体地，本实施例的驱动装置20可以包括设置在基板10外周处的多个驱动单元21，每一驱动单元21均独立受控地带动基板10的与该驱动单元21靠近的一侧向上或向下运动，多个驱动单元21单独或协同作用，使得基板10上下平动或倾斜转动。本实施例中，由于每一驱动单元21单独地受控而运动，因此彼此之间不受影响，在带动基板运动时的控制更精确。

更为具体地，如图2和图3所示，本实施例中的驱动装置20可以包括四个驱动单元21，并且四个驱动单元21两两相对设置。每一驱动单元21均与基板10连接，并且每一驱动单元21在单独作用时可以带动基板10沿着一个轴转动。相对的两个驱动单元21分别单独带动基板10转动的轴相同或者平行。相邻的两个驱动单元21单独带动基板10转动的轴相互垂直。因此，四个驱动单元21相互配合可以带动基板10上下平动或者沿着任意方向倾斜转动。

在一种具体实施方式中，每一驱动单元21可以包括电动元件211，该电动元件211的一端搭接在所述基板10上。本实施例的电动元件211可以用来提供动力源，该电动元件211可以受电压的控制而产生形变，因此可以带动基板10运动。

具体地，如图4所示，本实施例的电动元件211可以包括衬底212和位于衬底212上的驱动源213。衬底212的材质可以包括具有一定机械强度的金属、多晶硅、氧化物、陶瓷等等材料。衬底212还可以是金属、多晶硅、氧化物、陶瓷的复合材料。衬底212主要起到支撑驱动源213的作用。由于复合材料可以兼具不同材料的性能，例如金属的延展性或陶瓷的抗疲劳性，因此具备比单纯一种材料更优的性能。本实施例衬底材质优选金属和陶瓷的复合材料。

本实施例中的驱动源213可以采用第一压电薄膜，具体该第一压电薄膜可以将电能转化为机械能。当有电场施加在第一压电薄膜上时，第一压电薄膜就会产生内应力，从而使第一压电薄膜弯曲，产生驱动扭矩。第一压电薄膜产生的内应力是由电场强度决定的，因此，驱动扭矩的大小可以由外部电路提供的电压来控制。由于该第一压电薄膜发生形变，第一压电薄膜又设置在衬底212之上，因此可以带动衬底212形变，又因为衬底212具有一定的机械强度，因此整个电动元件211出现弯曲的情况。

为了便于电压的施加，在驱动源213的两侧面处可以设置两个电极层214，施加电压时，将电源与两个电极层214连通即可。

如图5所示，当在电动元件211上施加一个方向的电压时，整个电动元件211发生形变，出现一段向上弯曲的情况。当然，作为其它实施例，当向电动元件211上施加相反的电压时，电动元件211会出现向相反的方向的弯曲。

作为其它实施例，为了使得整个电动元件211的变形力度大，驱动源213还可以是由多层第一压电薄膜材料组成，进而保证形变的有效性。

本实施例中的压电薄膜材料的材质可以是具有一定压电系数的材料，例如可以是PZT、BST、ZnO等。这些材料可以单独形成一层或多层压电薄膜层。

在一种具体实施方式中，参见图1和图2，每一驱动单元21可以包括连接元件22，该连接元件22一端与电动元件211的一端连接，该连接元件22的另一端则与基板10连接。当电动元件211在电压的作用下发生形变时，利用连接元件22带动基板10运动，并且该连接元件22只允许在预设自由度方向运动，在其它自由度方向上不运动。该预设自由度方向为与电动元件211的弯曲方向的轴线垂直的方向。具体地，参见图6，电动元件211向上弯曲时，连接元件22会随着电动元件211向上运动，但连接元件22的端部可能会出现与电动元件211弯曲的方向相反也就是向下弯曲。连接元件22在运动时会带动与之连接的基板10处向上翘起，从而发生倾斜。一般情况下，基板10的倾斜方向与该驱动单元21的电动元件211因变形弯曲而出现的倾斜方向相反。

具体地，参见图1-3所示，本实施例的连接元件22可以包括驱动梁221和弹性薄膜222，电动元件211的一端与驱动梁221的一端连接，驱动梁221的另一端与弹性薄膜222的一端连接，弹性薄膜222的另一端则与基板10连接。本实施例中的驱动梁221为刚性结构，并且只允许在预设自由度方向运动，在其它自由度方向上不运动。

在一种具体实施方式中，参见图2，本实施例中的驱动梁221的具体结构可以包括依次连接的连接部223、横梁224和纵梁225。其中，连接部223、横梁224与电动元件211的弯曲的轴线平行，而纵梁225则与横梁224垂直。横梁224具有一定的变形特性，纵梁225则为刚性结构。连接部223与电动元件211的一端连接，连接部223的两个端部与横梁224刚性连接。纵梁225的一端与横梁224的中部连接，纵梁225的另一端则与弹性薄膜222连接。在电动元件211的该端部向上或者向下运动时，该形变会由连接部223传递至横梁224，再由横梁224传递至纵梁225后传递至弹性薄膜222处。具体地，横梁224会被带动的随着电动元件211的端部向上或者向下运动，纵梁225也会相应地向上或向下运行。由于横梁224有一定的变形特性，则纵梁225在向上或者向下运动时受到外力的作用，其运行的幅度可能会相比无形变特性时更小。

具体地，参见图2和图3，本实施例的驱动梁221可以包括两个横梁224。纵梁225将每一横梁224分为两个部分。因此本实施例中的横梁224被纵梁225分割为四个相同的部分。每一部分均可以包括位于中部的刚性部226和位于所述刚性部226两端的柔性部227，并且刚性部226则是利用柔性部227与连接部223和纵梁225连接。本实施例中，刚性部226和柔性部227的材质可以相同，此时为了能够实现刚性部226和柔性部227之间不同的刚度，可以将刚性部226的尺寸设计成较大尺寸，而柔性部227则设计成较小尺寸，保证在形变时具有不同的刚度。作为其它实施例，刚性部226和柔性部227之间可以采用不同的材质，刚性部226的材质的刚度大于柔性部227的材质的刚度。在其它实施例中，也可以采用上述两种实施例的结合。

具体地，上述的预设方向可以是与纵梁225相互平行的方向。

在一种具体实施方式中，参见图6、图7和图8，本实施例中的弹性薄膜222的一端与纵梁225的一端连接，而另一端则与基板10连接。在电动元件211在外部电压的作用下发生形变时，驱动梁221运动从而使得弹性薄膜222的与驱动梁221连接的一端也会相应的运动。由于弹性薄膜222具有一定的弹性，弹性薄膜222的一端与基板10连接，而基板10有一定的重量，因此会使得弹性薄膜222在与基板10连接的部位出无法随着其与驱动梁221连接的一端一起运行而出现弯曲的情况。但是即便弹性薄膜222弯曲，弹性薄膜222仍然会带动基板10向上或者向下运动，因此基板10会出现倾斜的情况。图6和图7中示出了可移动基板倾斜了角度α。图8中示出了可移动基板向上移动了一定的距离。

本实施例中的弹性薄膜222可以是单层或者多层薄膜。而只要可以形成一定弹性的薄膜状的材料都可以作为弹性薄膜222的材料。此外，作为一个实施例，本实施例弹性薄膜222允许弯曲和扭曲两种自由度而限制其他自由度。弹性薄膜222也可以是多层形变第二压电薄膜。若本实施例的弹性薄膜222为第二压电薄膜，则该弹性薄膜222也可以提供除电动元件211具有的扭矩以外的额外的扭矩。

在一种具体实施方式中，参见图1，本实施例中的致动器元件100还可以包括外框30，本实施例中的电动元件211的一端与外框30连接，另一端则与驱动梁221连接。具体地，本实施例中的外框30和基板10之间可以相对运动。若固定外框30，则在向电动元件211施加电压时，电动元件211的形变由连接元件22传递至弹性薄膜222，再由弹性薄膜222传递至基板10，基板10会相应的运动，从而带动设置在基板10上的物体运动。若固定基板10，则运动相反。此时，物体需要设置在外框30处，从而达到可以调节物体角度的目的。本实施例中均以固定外框30结构，物体设置在基板10上为例进行具体说明。

本实施例中的外框30结构可以为一个方形的框型结构。基板10设置在外框30内。四个驱动装置20分别连接外框30的一个边和基板10的一侧。当向其中一个驱动装置20施加电压时，该驱动装置20带动基板10与该驱动装置20靠近的一侧运动。其它三个驱动装置20没有施加电压，因此不会主动发生形变，并会对基板10有所拉伸，让基板10倾斜的角度更大。

在其它实施例中，参见图6所示，向其中一个驱动装置20施加一个方向的电压时，基板10向着预设方向倾斜，那么当向该驱动装置20施加相反的电压时，基板10会向着与预设方向相反的方向倾斜(图7所示)。该预设方向为以外框30的一边为轴线倾斜转动的方向。若同时向两个相对设置的驱动装置20施加同一个方向的电压时，由于最终基板10的倾斜方向相反，因此导致整个基板10不发生倾斜而仅仅向上运动或向下运动。当同时向两个相对设置的驱动装置20时间相反方向的电压时，由于两个驱动装置20让基板10的倾斜方向相同，因此会出现叠加效应，让基板10的倾斜角度相比仅向一个驱动装置20施加电压时的倾斜角度更大，因此可以调节的基板10的倾斜角度范围更大。

参见图8，当同时向相邻的两个驱动装置20施加同方向的电压时，由于两个驱动装置20分别可以驱动可以的基板沿着与外框30相邻的两边为轴线旋转的方向倾斜，因此叠加后会使得基板10沿着不与外框30的边平行的方向为轴线倾斜转动。若此时施加的电压大小相同，则此时基板10倾斜转动的轴线应该外框30的对角线方向平行。若施加的电压大小不同，则此时基板10的倾斜的角度可以是任意的。角度大小可以通过控制电压大小来自由调节。当同时向相邻的两个驱动装置20施加相反的电压时，此时的基板10的倾斜角度也是可以根据调节电压的大小进行自由调节。

此外，同时向三个驱动装置20或四个驱动装置20施加相同方向或相反方向的电压时也会让基板10出现上下平动或者倾斜的情况。实际可以根据需要调节电压的大小、方向来调节基板10上下平动的行程或者调节基板10倾斜的方向和角度。

在一种具体实施方式中，参见图9，本实施例中的致动器元件100还包括控制器40，控制器40可以控制施加在致动器元件100上的电压的大小和方向，从而使得致动器元件100的基板10可以沿着预定的方向运动或倾斜。此外，为了提高倾角的控制精度，本实施例中通过测量基板10的倾斜角度作为反馈信号从而使得控制器40更加精确的控制致动器元件100的倾斜角度。此外，为达到提高控制器40对致动器元件100的控制精度的目的，本实施例中可以用压阻材料和压电材料的复合材料作为弹性薄膜222的材料。此时，压阻材料作为应力传感器50，可以得到致动器元件100的倾斜角度。控制器40、应力传感器50和致动器元件100之间形成一个闭环反馈系统。应力传感器50得到的致动器元件100的倾斜角度作为反馈信号传递给控制器40，控制器40根据该反馈信号再发出控制信号来控制致动器元件100的运行。具体地，本实施例中压阻材料可以得到弹性薄膜222的弯曲角度数据，控制器40接收传感器的弯曲角度数据后对该数据进行处理得到基板10倾斜的方向和角度。控制器40得到该处理得到基板10倾斜的方向和角度数据后产生控制致动器元件100运动的控制信号，从而控制致动器元件100的运动。该闭环反馈系统可以用来进行高精度倾斜角度控制，克服压电材料的回滞和潜变带来的问题。

在一种具体实施方式中，参见图10和图11，本实施例中致动器元件100是通过利用MEMS(micro electro mechanical system)技术对半导体晶片进行加工而制成。具体可以由半导体平面工艺，例如沉积、光刻、刻蚀等工艺流程成型而成。由于该工艺导致了整个致动器元件100在外部振动时容易出现损坏的情况。为了尽可能的避免该致动器元件100因运输、磕碰或摔落等情况出现破损，本实施例中的基板10构造成可以包括防撞结构11，该防撞结构11可以设置在与外框30处靠近，但留有一定的第一预设间隙12。该第一预设间隙12是为了基板10在倾斜时让基板10可以顺利的倾斜而不受外框30的阻挡。该间隙12的尺寸由基板10的倾斜角度和可以基板10的厚度决定。若基板10在满足条件的情况下厚度较薄，则该间隙12可以足够小从而提高致动器元件100的抗震性，尽可能的减小致动器元件100受外力作用而损坏。更为具体地，本实施例的防撞结构11具体可以为设置在外框30的四个角落的防撞块，该防撞块的材质可以为弹性材质。

在一种具体实施方式中，参见图12和图13，本实施例还提供一种致动器系统200，该致动器系统200可以包括上面所述的致动器元件100。具体该致动器系统200可以包括致动器元件100和位于所述致动器元件100的基板10上的光学器件60(即目标物)。当致动器元件100在电压的作用下倾斜时，光学器件60也会相应的倾斜，从而利用致动器元件100来调节光学器件60的角度。当然，由于本实施例中的致动器元件100的基板10也可以上下平动，因此光学器件60也可以上下平动，从而也可以自动调节光学器件60的焦点。

在一种具体实施方式中，本实施例的致动器系统200还可以包括底板70、垫片80和保护壳90。其中，致动器元件100位于底板70之上，垫片80设置在基板10上，光学元件则可以设置在垫片80之上。保护壳90位于底板70之上，保护壳90和底板70之间形成容纳空间，致动器元件100被包裹在保护壳90与底板70之间形成的容纳空间内。保护壳90中间设置有通孔91，垫片80穿过通孔91伸出保护壳90，光学器件60(目标物)位于保护壳90的上方。其中，本实施例中相互接触连接的部件之间均可以采用粘胶92粘连的方式连接。底板70内可以设置电路板等装置。

具体地，本实施例中，本实施例的保护壳90与致动器元件100之间的垂直距离(第二预设距离)可以尽可能的小，但是保护壳90与致动器元件100之间的距离不能阻止致动器元件100的基板10的倾斜和上下平动。在满足该条件的基础上极可能的减小保护壳90与致动器元件100之间的距离，提高致动器元件100和致动器系统的抗震性，尽可能的减少致动器元件100或致动器系统200在受外力作用时出现损坏的情况。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

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薄膜处。

9.根据权利要求8所述的致动器元件，其特征在于，

所述横梁数量为两个，两个所述横梁相互平行设置；

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，并且所述刚性部通过两端的所述柔性部与所述连接部和所述纵梁连接。

10.根据权利要求7所述的致动器元件，其特征在于，

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；

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。

11.根据权利要求7所述的致动器元件，其特征在于，

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；

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。

12.根据权利要求4所述的致动器元件，其特征在于，

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。

13.根据权利要求12所述的致动器元件，其特征在于，

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。

14.根据权利要求13所述的致动器元件，其特征在于，

所述外框为方形，所述防撞结构数量为四个，分别位于所述外框的四个角落处。

15.一种致动器系统，所述致动器系统包括：

权利要求1-14中任一项所述的致动器元件；

底板，所述致动器元件位于所述底板上；和

保护壳，位于所述底板上，并与所述底板之间形成容纳空间，所述致动器元件上容纳空间内，以利用所述保护壳保护所述致动器元件；

其中，所述保护壳的内壁处与所述致动器元件的防撞结构之间构造成具有第二预设间隙。

16.根据权利要求15所述的致动器系统，其特征在于，

所述保护壳处设置有通孔；

所述致动器系统包括垫片，所述垫片从所述通孔处安放于所述致动器元件的基板处，所述垫片用于放置目标物。

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