CN1232859C - 微型镜驱动器以及控制微型镜驱动器的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种微型镜驱动器，它能同时控制微型镜的共振频率和振幅，使用较低的电压能使微型镜以很大的角度旋转。微型镜驱动器包括具有多个沟槽的微型镜，所述沟槽在微型镜的周围形成使之布置在微型镜的旋转轴附近并相对于微型镜的旋转轴对称；用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体；至少一个电极，它通过和微型镜相互作用产生静电力来使微型镜旋转。微型镜的振幅和频率可以通过改变至少一个电极电压的幅值或者波形来加以控制。相应地，就可能通过增加微型镜的有效面积，换句话说通过增加微型镜驱动器的面积，使用较低的电压来获得更大的驱动力和更大的旋旋转角度度，这样能向微型镜加静电力同时维持光束的反射路径。

Description

微型镜驱动器以及控制微型镜驱动器的方法

                           技术领域

本发明涉及微型镜驱动器，特别地，涉及到一种微型镜驱动器，当由于静电力的作用使微型镜旋转时，它能够同时控制共振频率和微型镜振幅，并可以使用较低的电压来增加微型镜的旋转角度，以及一种控制微型镜驱动器的方法。

                           背景技术

通常，微型镜驱动器的操作由静电力来实现，它利用微型镜的旋旋转角度切换一沿其反射光束的路径。

参照图1，传统的微型镜驱动器包含框架5，在框架5中形成的沟槽10，被沟槽10所接收的并具有基本电极(base electrode)15的微型镜20，支撑微型镜20使之能旋转的扭簧25，以及与基本电极15相互作用用来旋转微型镜20的电极30。

如图2所示，由于在基本电极15和电极30之间产生的静电力的作用，微型镜20围绕扭簧25旋转。如果微型镜足以按照指定的旋旋转角度旋转，由于扭曲条25的弹性恢复作用，微型镜20恢复到水平状态。微型镜20按照上述的方式重复地旋转。仅使用较低的电压，利用振动物体的共振特性的优点可以使旋转物体，比如微型镜20，旋转更大的角度。换句话说，如果振动物体以和该物体的共振频率相同的频率操作，就可以仅使用较低的电压来有效地操作振动物体。

有一种通过增加或者减小微型镜的质量和扭簧的弹簧常数来调整微型镜共振频率的方法。然而，微型镜的质量和扭簧的弹簧常数都是根据制造条件预先设定的，并且按照微型镜制造和驱动的环境而变化。相应地，由于微型镜制造中产生的误差很难获得准确的微型镜共振频率。这样在制造微型镜后进行各种努力来控制微型镜的共振频率。

振动物体的共振频率(f)可以用下面的方程来表达：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t}{I}}---\left(1\right)$

在方程(1)，K_t代表弹簧常数，I代表惯性矩。

按照预定旋旋转角度(θ)旋转的微型镜20的运动方程如下：

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+K_t\mathrm{\θ}=\mathrm{\τ}(\mathrm{\θ},V)=\frac{1}{2}\frac{d}{\mathrm{d\θ}}\left({\mathrm{CV}}^2\right)---\left(2\right)$

在此，I代表惯性矩，C₁代表微型镜20的基本电极15和电极30之间的电容，K_t代表扭簧25的弹簧常数，τ代表转矩(扭矩)。当V₀、α和V分别代表电极30的初始电压，任意系数，电极30的驱动电压，并且

V＝(V₀+αθ)时，方程(2)通过替换V＝(V₀+αθ)可以重新写成下面的方程。

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+K_t\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}{V}^2+\frac{1}{2}C\left(2V\right)\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\θ}}=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}({V_0}^2+2V_0\mathrm{\α\θ}+{\mathrm{\α}}^2{\mathrm{\θ}}^2)+\frac{1}{2}C2(V_0+\mathrm{\α\θ})\mathrm{\α}---\left(3\right)$

如图3所示，电容Ct随着微型镜20的旋旋转角度θ是线性变化的。换句话说，随着微型镜20的旋旋转角度θ的增加，基本电极15和电极30之间的距离增加，这样电容Ct线性减小。相应地，电容Ct的变化相对于旋旋转角度θ的变化成为常数γ。常数γ表述为 $\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}=\mathrm{\γ}.$ 相应地，C＝C₀+γθ，此处C₀代表了当θ＝0时电容的数值。通过替换 $\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}=\mathrm{\γ}$ 和C＝C₀+γθ，方程(3)可以重新描述为下面的方程。

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+K_t\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}[(\mathrm{\γ}{V}_0+2\mathrm{\α}{C}_0)V_0+(4\mathrm{\γ\α}{V}_0+2{\mathrm{\α}}^2{C}_0)\mathrm{\θ}+3\mathrm{\γ}{\mathrm{\α}}^2{\mathrm{\θ}}^2]---\left(4\right)$

在方程(4)的右侧，(γV₀+2αC₀)影响微型镜20的旋转振幅，(4γαV₀+2α²C₀)影响微型镜20的共振频率(f)，(3γα²)同时影响微型镜20的振幅和共振频率。在此，如果微型镜20的共振频率(f)通过调整α来加以控制，那么电极30的驱动电压V是变化的，因为V＝(V₀+αθ)。如果电极30的初始电压V0是变化的，α也是变化的。这样，不可能同时控制微型镜20的频率(f)和振幅。换句话说，用来控制微型镜20的频率(f)和振幅的元件彼此相关，这样，如果其中的一个元件受控，另一个元件就会受到被控元件的影响且不能按照期望的那样受控制。

                           发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的就是提供一种微型镜驱动器，它包括独立的频率控制电极和振幅控制电极，这样能够同时控制微型镜的共振频率和振幅，并通过减小微型镜旋转轴的弹簧常数能使微型镜以更大的旋旋转角度旋转；并且提供一种控制微型镜驱动器的方法。

相应地，为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种微型镜驱动器。微型镜驱动器包括有至少一个沟槽的微型镜，用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体，至少一个电极，它通过与微型镜的相互作用产生的静电力来使微型镜旋转。通过改变至少一个电极的电压的幅值或者波形来控制微型镜的振幅和频率。

沟槽在微型镜的周围形成，布置在微型镜旋转轴的附近。

该至少一个电极包含第一电极，当微型镜旋转时用来控制微型镜的频率；和第二电极，当微型镜旋转时，用来控制微型镜的振幅，第二电极工作独立于第一电极。

该至少一个电极的电压V满足下列方程：V²＝V₀+αθ，此处，V₀代表该至少一个电极的初始电压，α代表任意系数，θ代表微型镜的旋旋转角度。

第一电极的电压V₁满足下列方程：V₁ ²＝V₀。

第二电极的电压V₂满足下列方程：V₂ ²＝V₀。

电极按照梳状形成以便电极相对表面的有效面积最大。

沟槽的形成相对于微型镜旋转轴对称。

电极形成为梳状以便电极相对表面的有效面积最大。

为了达到上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种微型镜驱动器。该微型镜驱动器包括具有至少一个沟槽并在沟槽形成基本电极的微型镜，支撑微型镜使之能够旋转的弹性体，至少两个电极，它们通过和基本电极相互作用产生静电力能使微型镜旋转，并且相互独立工作。

两个电极之一通过改变加到其上的电压波形来控制微型镜的频率。

另一个电极通过改变加到其上的电压的幅值来控制微型镜的振幅。

为了达到上述目的，根据本发明的另一个方面，提供一种控制微型镜驱动器的方法，微型镜驱动器包括一个微型镜，用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体，至少一个电极，通过和微型镜的相互作用产生静电力能使微型镜旋转。这种方法包含以下步骤：(a)在微型镜和至少一个电极之间产生静电力；(b)设定至少一个电极的电压V，使其满足一下方程：V²＝V₀+αθ，在此V₀代表两个电极的初始电压，α代表任意系数，θ代表微型镜的旋转角度；(c)通过改变至少一个电极的初始电压V₀和任意系数α来控制微型镜的频率和/或振幅。

第二电极通过改变方程V²＝αθ中的任意系数α来控制微型镜的共振频率(f)，微型镜的共振频率(f)可以通过下面的方程来描述：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t-{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}$

其中，K_t代表弹性体的弹簧常数，I代表微型镜的惯性矩，γ₂代表与微型镜旋旋转角度θ变化相关的电容变化。

第二电极通过改变方程V²＝αθ中的任意系数α来控制微型镜的共振频率(f)，当相位差为π/2的电压加到第一和第二电极上时，微型镜的共振频率(f)可以由如下方程描述：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t+{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}$

其中，K_t代表弹性体的弹簧常数，I代表微型镜的惯性矩，γ₂代表与微型镜旋旋转角度θ变化相关的电容变化。

为了达到上述目的，根据本发明的另一个方面，提供一种控制微型镜驱动器的方法，该驱动器包括微型镜，用来支撑微型镜使之旋转的弹性体，至少一个电极，通过与微型镜相互作用产生静电力能使微型镜旋转。这种方法包括通过改变至少一个电极的驱动电压波形来控制微型镜共振频率的步骤。

本发明提供了一种微型镜驱动器，包含：具有多个沟槽的微型镜，所述沟槽在微型镜的周围形成使之布置在微型镜的旋转轴附近并相对于微型镜的旋转轴对称；用来支撑微型镜使其能够旋转的弹性体；至少一个通过和微型镜相互作用产生的静电力来使微型镜旋转的电极；其中通过改变至少一个电极电压的幅值或波形来控制微型镜的振幅和频率，该至少一个电极包含：在微型镜旋转期间用来控制微型镜频率的第一电极；和在微型镜旋转期间用来控制微型镜振幅的第二电极，并且第二电极工作独立于第一电极。

本发明还提供了一种微型镜驱动器，包括：具有多个沟槽和在沟槽的侧壁上形成的基本电极的微型镜，所述沟槽在微型镜的周围形成使之布置在微型镜的旋转轴附近并相对于微型镜的旋转轴对称；用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体；两个通过与基本电极相互作用产生的静电力能使微型镜转动的电极，并且彼此相互独立工作，其中两个电极中的一个用来通过改变施加到其上的电压波形来控制微型镜的频率；另外一个电极通过改变施加到其上的电压的幅值来控制微型镜的振幅。

本发明还提供了一种控制微型镜驱动器的方法，该微型镜驱动器包括具有多个沟槽的微型镜，所述沟槽在微型镜的周围形成使之布置在微型镜的旋转轴附近并相对于微型镜的旋转轴对称；用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体；至少一个通过和微型镜相互作用产生的静电力能使微型镜旋转的电极，其中通过改变至少一个电极电压的幅值或波形来控制微型镜的振幅和频率，该至少一个电极包含：在微型镜旋转期间用来控制微型镜频率的第一电极；和在微型镜旋转期间用来控制微型镜振幅的第二电极，并且第二电极工作独立于第一电极，该方法包括以下步骤：(a)在微型镜和至少一个电极之间产生静电力；(b)设定该至少一个电极的电压使之满足下列方程：V²＝V₀+αθ，其中V₀代表两个电极的初始电压，α代表了任意系数，θ代表了微型镜旋转的角度；(c)通过改变该至少一个电极的初始电压V₀和任意系数α来控制微型镜的频率和/或振幅。

本发明还提供了一种控制微型镜驱动器的方法，该微型镜驱动器包括微型镜、用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体、至少一个通过和微型镜相互作用产生的静电力能使微型镜旋转的电极，该方法包含通过改变至少一个电极驱动电压的波形来控制微型镜共振频率的步骤，还包含通过改变至少一个电极的驱动电压的幅值来控制微型镜的振幅，其中该至少一个电极包含第一电极，其电压V₁被设定满足下面的方程：V₁ ²＝V₀，其中V₀代表至少一个电极的初始电压；该至少一个电极包含第二电极，其电压V₂被设定满足下面的方程：V²＝αθ，其中α代表任意系数，θ代表微型镜的旋旋转角度；所述第一电极和第二电极彼此独立工作。

                           附图说明

通过参照附图对优选实施例的详细描述，本发明的目的和优点是显而易见的。

附图1为传统微型镜驱动器的平面示意图；

附图2为说明微型镜旋转的示意图；

附图3为电容变化随着微型镜旋转角度变化的曲线；

附图4为根据本发明微型镜驱动器的平面图；

附图5为用来说明驱动电压和微型镜运动之间关系的曲线；

附图6为用来说明微型镜驱动电压随着微型镜旋旋转角度变化的曲线。

                         具体实施方式

参照图4，根据本发明，微型镜驱动器包括框架100，微型镜110，具有足够大空间的沟渠108，在其中微型镜110能够旋转，用来弹性支撑微型镜使之能旋转的弹性体105，驱动微型镜110所必须的至少一个电极。

微型镜110包括反射镜110a，通过它可以反射入射到微型镜110上的光线，至少一个沟槽110b在反射镜110a周围形成。

该电极包括：第一电极115，它通过控制施加到驱动微型镜110的电压的幅值来控制微型镜110的旋转振幅；第二电极120，121，122和123，通过控制电压的波形来控制微型镜110的共振频率(f)，并工作独立于第一电极115。例如，第一电极115可以设置在沟渠108任何一例与弹性体105平行的方向上。第二电极120，121，.122，123最好均设置为插入沟槽110b中。

基本电极113被设置在面对第一电极115和第二电极120，121，122，123的地方，与第一电极115和第二电极120，121，.122，123相互作用以产生静电力。尤其是微型镜，由于基本电极113形成在微型镜110沟槽110b的侧壁，可以获得很大的微型镜的驱动力的有效面积达到最大。也就是说，当沟槽110b在微型镜110附近形成而不是象通常那样在没有沟槽的平面上形成的时候，对电极而言可以获得更大的面积，用来提高微型镜的驱动力。为了将基本电极113和第一、二电极115，120至123的相对表面面积最大化，第一电极115，第二电极120至123，以及基本电极113形成为梳状，基本电极113被布置和第一电极115或第二电极120至123之一成啮合状(in gear)。反射镜110a其形成可以具有最小的表面积但是不能失去反射光束的功能。此外，沟槽110b最好形成为关于微型镜110的旋转轴C对称。

接着，将在下面介绍具有上述结构的微型镜驱动器的控制方法。

因为由基本电极113和第一、二电极115，120至123之间相互作用产生的静电力，微型镜110旋转。在此，用来驱动微型镜110的电极电压V可以表述为用来确定电压V幅值的项和用来确定电压V的波形的项。比如，微型镜110的驱动电压V可以形成为V²＝V₀+αθ，在此V₀代表初始电压，α代表任意系数。

图5所示为根据微型镜110的运动，驱动电压V的施加时间和驱动电压的波形随着任意系数α的变化曲线。在此，临界角度θ_c代表了因静电力微型镜可以旋转的最大角度。如图5所示，根据α的变化电压的波形随之变化。

图6所示为相对于旋旋转角度θ的驱动电压V²的变化曲线。如图6所示，驱动电压V²与微型镜的旋旋转角度θ成正比，相应地，当驱动电压V²达到指定的电平时，α依赖于初始电压V₀。换句话说，当驱动电压V²达到指定的电平时，如果初始值V₀变化，α也变化。

当V²＝V₀+αθ并且只使用一个电极时，通过替换V²方程(2)可以重新写成下面的方程。

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+K_t\mathrm{\θ}=\mathrm{\τ}(\mathrm{\θ},V)=\frac{1}{2}\frac{d}{\mathrm{d\θ}}\left({\mathrm{CV}}^2\right)=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}{V}^2+\frac{1}{2}C\frac{{\mathrm{dV}}^2}{\mathrm{d\θ}}=\frac{1}{2}\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}(V0+\mathrm{\α\θ})+\frac{1}{2}\mathrm{C\α}---\left(5\right)$

如上所述，如果 $\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}=\mathrm{\γ},$ C＝C₀+γθ，通过替换 $\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}=\mathrm{\γ},$ C＝C₀+γθ，相应地方程(5)可以重新写成以下的方程。

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+[K_t-\mathrm{\γ\α}]\mathrm{\θ}=\mathrm{\τ}(\mathrm{\θ},V)=\frac{1}{2}({\mathrm{\γV}}_0+{\mathrm{\αC}}_0)---\left(6\right)$

在此，K_t-γα影响微型镜110的频率， 影响微型镜110的振幅。根据方程(6)，可在改变初始电压V₀的同时，改变微型镜110的系数α和振幅的时候控制频率(f)，。

当V²＝V₀+αθ，V₁ ²＝V₀，V₂ ²＝αθ(V₁代表第一电极的电压，V₂代表第二电极的电压)时，微型镜110的驱动电压可以以下面的方程描述。

V＝V₁ ²+V₂ ²    V₁ ²＝V₀    V₂ ²＝αθ         (7)

将方程(7)代入方程(2)并将方程(2)重写成关于微型镜110旋旋转角度θ的形式，可以获得下面的方程。

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+K_t\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\frac{d}{\mathrm{d\θ}}\left({\mathrm{CV}}^2\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}\right)({V_1}^2+{V_2}^2)+\frac{1}{2}C\frac{d}{\mathrm{d\θ}}({V_1}^2+{V_2}^2)$

$=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}\right){V_1}^2+\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}\right){V_2}^2+\frac{1}{2}C\left(\frac{{{\mathrm{dV}}_1}^2}{\mathrm{d\θ}}\right)+\frac{1}{2}C\left(\frac{{{\mathrm{dV}}_1}^2}{\mathrm{d\θ}}\right)---\left(8\right)$

在方程(8)的右边，第一项

涉及到第一电极115，这样以下标1标注。另一方面，第二项 涉及到第二电极120至123，这样被以下标2标注。如上所述，C相对于θ线性变化，这样对于第一电极115和第二电极120至123，关于θ的电容差异项可以分别以γ1和γ2表述。相应地，

${\left(\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}\right)}_1={\mathrm{\γ}}_1,{\left(\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{d\θ}}\right)}_2={\mathrm{\γ}}_2.$

通过替换V₁ ²＝V₀，V₂ ²＝αθ，方程(8)可以重写为下列方程。

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+K_t\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}{\mathrm{\γ}}_1{V}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α\θ}+\frac{1}{2}{C}_2\mathrm{\α}---\left(9\right)$

通过替换C₂＝C₂₀+γ₂θ，此处C₂₀表示当θ为0时C₂的值，方程(9)可以重写为下面的方程。

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+K_t\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}{\mathrm{\γ}}_1{V}_0+\frac{1}{2}{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α\θ}+\frac{1}{2}(C_{20}+\mathrm{\γ}2\mathrm{\θ})\mathrm{\α}=\frac{1}{2}{\mathrm{\γ}}_1{V}_0+{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α\θ}+\frac{1}{2}{C}_{20}\mathrm{\α}---\left(10\right)$

关于微型镜的旋旋转角度θ，方程(10)可以写成下面的方程：

$I\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}+C_t\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+(K_t-{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α})\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}({\mathrm{\γ}}_1{V}_0+\mathrm{\α}{C}_{20})---\left(11\right)$

方程(11)左边的(K_t-γ₂α)为θ的系数，影响微型镜110的共振频率(f)，在方程(11)右边的

影响微型镜110的振幅。换句话说，使用方程(1)、(2)和(11)，微型镜的共振频率(f)可以用下面的方程描述。

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t-{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}---\left(12\right)$

根据方程(12)，微型镜110的共振频率(f)可由改变任意系数α来控制，微型镜110的振幅可以由方程(11)中的

控制。当微型镜110的共振频率(f)通过改变α控制时，微型镜110的振幅也会受到α变化的影响。然而，微型镜110的振幅可以通过控制V₀来控制。这样，由于V₀是个独立变量，它不受α变化的影响，就可能控制微型镜110的振幅而不考虑微型镜110共振频率(f)的控制。相应地，就可能同时满意地控制微型镜110共振频率和振幅。

在控制微型镜驱动器的另一种方法中，通过在第一电极115和第二电极120至123上施加指定相位差的电压来控制微型镜110的共振频率(f)。例如，如果相位差为π/2的电压施加到第一电极115和第二电极120至123上，γ₂α具有负值。这样微型镜110的共振频率(f)可以由以下方程来描述。

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t+{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}---\left(13\right)$

在此，Kt代表弹性体105的弹簧常数，I代表惯性矩，γ₂代表随着微型镜110的旋转角度θ的变化量的电容的变化量。根据方程(13)，可以通过控制确定电压波形的任意系数α来控制微型镜110的共振频率(f)。

如上所述，根据本发明由于微型镜驱动器中的微型镜110包括沟槽110b，使用来安装电极的配备的面积最大化，因此微型镜110的质量可以比传统平面型微型镜有所减小。随着微型镜质量的减小，微型镜110的惯性矩I减小。如果微型镜110的惯性矩I减小，并且微型镜110的共振频率(f)维持在指定的水平，那么根据方程(12)弹性体105的弹簧常数Kt减小。然而，微型镜110是在抵抗具有指定弹簧常数Kt的弹性体105的弹性恢复力的作用下驱动的。这样，弹性体105具有的弹簧常数Kt越低，使微型镜110旋转指定的旋旋转角度所需的驱动力就越小。换句话说，随着弹性体105的弹簧常数Kt的降低，就可能获得微型镜110更大的旋旋转角度而只需更小的驱动力。相应地，根据本发明的微型镜驱动器使用沟槽110b作为用来安装电极的配置区域，这样使用沟槽110b减小了弹性体105的弹簧常数Kt。

如上所述，基本电极113和第一电极115、第二电极120至123形成为梳状。由于基本电极113被布置与第一电极115或者第二电极120至123成啮合状，基本电极113和第一电极115、第二电极120至123的相对表面面积可最大，这样使用指定的电压就可以使基本电极113和第一电极115、第二电极120至123之间相互作用产生的有效静电力达到最大。

同时，随着微型镜110旋转轴C和第一电极115或第二电极120至123之间的距离L1的减小，微型镜110的临界角θc增加。如果微型镜110的临界角θc增加，静电力影响微型镜110的程度增加，这样，微型镜共振频率(f)可以控制的范围增加了，甚至当微型镜110以很大的旋旋转角度旋转时。在本发明中，由于第一电极115和第二电极120至123布置在沟槽的侧壁，就可减小微型镜110旋转轴和第一电极115或第二电极120至123之间的距离L1。

如上所述，由于根据本发明的微型镜驱动器包括用来控制微型镜共振频率的电极和用来控制微型镜振幅的电极，该振幅控制电极工作独立于共振频率控制电极且不受共振频率控制电极的影响，就可能同时控制微型镜的共振频率和振幅。

此外，通过减小微型镜的惯性矩和弹性体的弹簧常数，同时维持微型镜的有效面积，根据本发明的微型镜驱动器可以获得很大的微型镜旋转角度。

最后，根据本发明由于安装共振频率控制电极和振幅控制电极的配备区域布置在微型镜驱动器的微型镜中，就可使用较低的电压获得更大的驱动力。此外，由于微型镜转轴和电极之间的距离减小并且彼此相互作用的电极相对表面的面积增加，即使当微型镜以较大的旋旋转角度旋转时微型镜共振频率可以控制的范围扩展了。

Claims (20)

1.一种微型镜驱动器，包含：

具有多个沟槽的微型镜，所述沟槽在微型镜的周围形成使之布置在微型镜的旋转轴附近并相对于微型镜的旋转轴对称；

用来支撑微型镜使其能够旋转的弹性体；

至少一个通过和微型镜相互作用产生的静电力来使微型镜旋转的电极；

其中通过改变至少一个电极电压的幅值或波形来控制微型镜的振幅和频率，该至少一个电极包含：

在微型镜旋转期间用来控制微型镜频率的第一电极；和

在微型镜旋转期间用来控制微型镜振幅的第二电极，并且第二电极工作独立于第一电极。

2.根据权利要求1所述的微型镜驱动器，其中该至少一个电极的电压V满足下面的方程：V²＝V₀+αθ，其中V₀代表了该至少一个电极的初始电压，α代表了任意系数，θ代表了微型镜旋转的角度。

3.根据权利要求2所述的微型镜驱动器，其中第一电极的电压V1满足下面的方程：V₁ ²＝V₀。

4.根据权利要求2或者3所述的微型镜驱动器，其中第二电极的电压V2满足下面的方程：V₂ ²＝V₀。

5.根据权利要求1所述的微型镜驱动器，其中电极形成为梳状以便电极的相对表面的有效面积可以最大。

6.根据权利要求5所述的微型镜驱动器，其中电极形成为梳状以便电极的相对表面的有效面积能够最大。

7.一种微型镜驱动器，包括：

具有多个沟槽和在沟槽的侧壁上形成的基本电极的微型镜，所述沟槽在微型镜的周围形成使之布置在微型镜的旋转轴附近并相对于微型镜的旋转轴对称；

用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体；

两个通过与基本电极相互作用产生的静电力能使微型镜转动的电极，并且彼此相互独立工作，

其中两个电极中的一个用来通过改变施加到其上的电压波形来控制微型镜的频率；

另外一个电极通过改变施加到其上的电压的幅值来控制微型镜的振幅。

8.根据权利要求7所述的微型镜驱动器，其中两个电极和基本电极形成为梳状，基本电极被布置成与每个电极成啮合状，以便基本电极和两个电极中的每个的相对表面的有效面积可以达到最大。

9.根据权利要求8所述的微型镜驱动器，其中两个电极的电压V满足下面的方程：V²＝V₀+αθ，其中V₀代表两个电极的初始电压，α代表了任意系数，θ代表了微型镜旋转的角度。

10.根据权利要求9所述的微型镜驱动器，其中两个电极包含用来控制微型镜振幅的电极，并且电压V1满足下面的方程：V₁ ²＝V₀。

11.根据权利要求9或10所述的微型镜驱动器，其中两个电极包括用来控制微型镜共振频率的电极，并且电压V2满足下面的方程：V₂ ²＝V₀，微型镜的频率可以通过改变α来控制。

12.一种控制微型镜驱动器的方法，该微型镜驱动器包括具有多个沟槽的微型镜，所述沟槽在微型镜的周围形成使之布置在微型镜的旋转轴附近并相对于微型镜的旋转轴对称；用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体；至少一个通过和微型镜相互作用产生的静电力能使微型镜旋转的电极，其中通过改变至少一个电极电压的幅值或波形来控制微型镜的振幅和频率，该至少一个电极包含：在微型镜旋转期间用来控制微型镜频率的第一电极；和在微型镜旋转期间用来控制微型镜振幅的第二电极，并且第二电极工作独立于第一电极，该方法包括以下步骤：

(a)在微型镜和至少一个电极之间产生静电力；

(b)设定该至少一个电极的电压使之满足下列方程：V²＝V₀+αθ，其中V₀代表两个电极的初始电压，α代表了任意系数，θ代表了微型镜旋转的角度；

(c)通过改变该至少一个电极的初始电压V₀和任意系数α来控制微型镜的频率和/或振幅。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在步骤(b)中该至少一个电极包含具有电压V1的第一电极，其被设定满足下列方程：V₁ ²＝V₀。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中在步骤(b)中该至少一个电极包含具有电压V2的第二电极，它被设定满足下面的方程：V²＝αθ。

15.根据权利要求14所述的方法，其中第一电极和第二电极彼此独立工作。

16.根据权利要求15所述的方法，其中第二电极通过改变方程V²＝αθ中的任意系数α来控制微型镜的共振频率(f)，微型镜的共振频率可以用以下的方程来描述：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t-{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}$

其中，K_t代表弹性体的弹簧常数，I代表微型镜的惯性矩，γ2代表与微型镜旋旋转角度θ变化相关的电容变化。

17.根据权利要求15所述的方法，其中第二电极通过改变方程V²＝αθ中的任意系数α来控制微型镜的共振频率(f)，当相位差为π/2的电压加到第一电极和第二电极上时，微型镜的共振频率可以通过以下方程描述：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t+{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}$

其中，Kt代表弹性体的弹簧常数，I代表惯性矩，γ₂代表随着微型镜旋转角度θ的变化电容的变化。

18.一种控制微型镜驱动器的方法，该微型镜驱动器包括微型镜、用来支撑微型镜使之能够旋转的弹性体、至少一个通过和微型镜相互作用产生的静电力能使微型镜旋转的电极，该方法包含通过改变至少一个电极驱动电压的波形来控制微型镜共振频率的步骤，还包含通过改变至少一个电极的驱动电压的幅值来控制微型镜的振幅，

其中该至少一个电极包含第一电极，其电压V₁被设定满足下面的方程：V₁ ²＝V₀，其中V₀代表至少一个电极的初始电压；

该至少一个电极包含第二电极，其电压V₂被设定满足下面的方程：V²＝αθ，其中α代表任意系数，θ代表微型镜的旋旋转角度；

所述第一电极和第二电极彼此独立工作。

19.根据权利要求18所述的方法，其中第二电极通过控制方程V²＝αθ中的任意系数α来控制微型镜共振频率(f)，微型镜的共振频率(f)可以通过以下方程表述：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t-{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}$

其中Kt代表弹性体的弹簧常数，I代表惯性矩，γ₂代表随着微型镜旋转角度θ的变化电容的变化。

20.根据权利要求18所述的方法，其中第二电极通过控制方程V²＝αθ中的任意系数α来控制微型镜共振频率(f)，当把相位差为π/2的电压加在第一电极和第二电极上时，微型镜的共振频率(f)可以通过下面的方程表述：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{K_t+{\mathrm{\γ}}_2\mathrm{\α}}{I}}$

其中Kt代表弹性体的弹簧常数，I代表惯性矩，γ₂代表随着微型镜旋转角度θ的变化电容的变化。

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