CN210428056U - 双轴阵列反射式mems芯片及照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能照明技术领域，尤其涉及一种双轴阵列反射式MEMS芯片及一种包括该双轴阵列反射式MEMS芯片的照明系统。该双轴阵列反射式MEMS芯片包括多个呈阵列式分布的MEMS微镜和多个MEMS微镜驱动电路，MEMS微镜对投射光线进行反射，多个MEMS微镜驱动电路与多个MEMS微镜一一对应地相连接并驱动每个MEMS微镜单独绕MEMS微镜与投射光线相垂直的横向轴或纵向轴转动。每个MEMS微镜均可在相应MEMS微镜驱动电路的驱动下实现双轴转动，由此可改变各个MEMS微镜的镜面方向，由光源发出的光线投射在MEMS微镜阵列上并经MEMS微镜阵列反射后射出，形成照明光型，通过改变各个MEMS微镜的镜面方向，即可改变照明光型的上下高度或左右位置，从而实现上下调光和左右调光功能。

Description

双轴阵列反射式MEMS芯片及照明系统

技术领域

本实用新型涉及智能照明技术领域，尤其涉及一种双轴阵列反射式MEMS芯片及一种包括该双轴阵列反射式MEMS芯片的照明系统。

背景技术

目前，智能照明已经向着高像素化的趋势发展，其中的佼佼者就是DLP(DigitalLight Processing，数字光处理)大灯。DLP大灯是利用DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)芯片作为关键的执行部件，采用反射的方式进行像素化照明，可以实现高像素化的智能照明。DMD芯片是一个MEMS微镜阵列芯片，其工作原理是：当微镜没有收到工作信号时，微镜停留于非投影位置，处于“关”的状态；当微镜收到工作信号时，芯片偏转至工作位置，处于“开”的状态。即，DMD芯片仅有“开”和“关”两个工作位置，是一个单轴运动的MEMS微镜阵列芯片。受限于DMD芯片的这种工作方式，加之其投影视场角的限制，虽然DLP大灯可以实现高像素照明，但无法实现车灯照明中的上下调光以及AFS(Adaptive Front-Lighting System，自适应前大灯系统)调光(左右调光)功能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够实现上下调光和左右调光功能的双轴阵列反射式MEMS芯片及包括该双轴阵列反射式MEMS芯片的照明系统，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种双轴阵列反射式MEMS芯片，包括多个呈阵列式分布的MEMS微镜和多个MEMS微镜驱动电路，MEMS微镜对投射光线进行反射，多个MEMS微镜驱动电路与多个MEMS微镜一一对应地相连接并驱动每个MEMS微镜单独绕MEMS微镜与投射光线相垂直的横向轴或纵向轴转动。

优选地，还包括支撑框架，MEMS微镜可绕横向轴和纵向轴转动地设于支撑框架上，多个MEMS微镜在支撑框架上呈阵列式分布。

优选地，MEMS微镜可绕横向轴和纵向轴转动地设于MEMS微镜座上，多个MEMS微镜通过MEMS微镜座阵列式贴设于同一基板上。

优选地，相邻MEMS微镜之间具有间距。

优选地，MEMS微镜驱动电路驱动MEMS微镜转动的驱动方式为电磁式、静电式、压电式和电热式中的任意一种或多种的组合。

一种照明系统，包括光源和如上所述的双轴阵列反射式MEMS芯片，光源发出的光线投射在MEMS微镜上并经MEMS微镜反射后射出。

优选地，光源为卤素光源或氙气光源或LED光源或激光光源。

与现有技术相比，本实用新型具有显著的进步：

(1)本实用新型中的每个MEMS微镜均可在相应MEMS微镜驱动电路的驱动下，绕该MEMS微镜与投射光线相垂直的横向轴或该MEMS微镜与投射光线相垂直的纵向轴转动，即每个MEMS微镜均可在相应MEMS微镜驱动电路的驱动下实现双轴转动，由此可改变各个MEMS微镜的镜面方向。由光源发出的光线投射在MEMS微镜阵列上并经MEMS微镜阵列反射后射出，形成照明光型，通过改变各个MEMS微镜的镜面方向，即可改变照明光型的上下高度或左右位置，从而实现上下调光和左右调光功能。

(2)现有技术中，DLP大灯形成的照明光型的投影画面中，会有因像素间距导致的黑线存在。本实用新型中，由于可双轴转动的MEMS微镜能够通过上下左右的扫描填补像素间的无反射区域，从而避免类似DLP投影系统会出现的由于微镜像素间距导致的黑线。

(3)本实用新型中，MEMS微镜的镜面形状可以根据需要采用任意形状，而照明像素的形状不仅可以是MEMS微镜的镜面形状，也可以通过各MEMS微镜的扫描，实现任意像素扫描为任意形状。

(4)本实用新型中，由于每个MEMS微镜像素均可以进行扫描，因此可以使用较少数量的MEMS微镜实现高像素分辨率，MEMS微镜数量的减少对降低照明系统成本有着重要的意义，因为较低的MEMS微镜阵列数量意味着较小的加工难度，并且可以增加芯片加工良率，有利于提高照明系统的性价比。

(5)相比较单微镜扫描的方案，在相同视场角的前提下，本实用新型采用双轴MEMS微镜阵列扫描的方案具有更高的分辨率、帧率和亮度。

附图说明

图1是本实用新型实施例第一种实施方式的双轴阵列反射式MEMS芯片绕横向轴向一侧偏转的示意图。

图2是本实用新型实施例第一种实施方式的双轴阵列反射式MEMS芯片绕横向轴向另一侧偏转的示意图。

图3是本实用新型实施例第一种实施方式的双轴阵列反射式MEMS芯片绕纵向轴向一侧偏转的示意图。

图4是本实用新型实施例第一种实施方式的双轴阵列反射式MEMS芯片绕纵向轴向另一侧偏转的示意图。

图5是本实用新型实施例第二种实施方式的双轴阵列反射式MEMS芯片中单个MEMS微镜的结构示意图。

图6是本实用新型实施例第二种实施方式的双轴阵列反射式MEMS芯片的结构示意图。

图7是本实用新型实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片实现上下调光功能的示意图。

图8是本实用新型实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片实现左右调光功能的示意图。

图9是现有技术中DLP大灯形成的照明光型的投影示意图。

图10是本实用新型实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片形成的照明光型的投影示意图。

图11是本实用新型实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片的每个像素可以通过扫描成为任意形状的示意图。

图12是本实用新型实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片通过少数MEMS微镜实现高像素投影的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、双轴阵列反射式MEMS芯片 11、MEMS微镜

12、支撑框架 13、MEMS微镜座

14、基板 2、光源

3、黑线 4、截止线

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)是由半导体材料或其它适用于微加工的材料构成的可控的微机械结构系统，MEMS微镜的基本原理是通过静电(或电磁、或压电、或电热)的作用使可以活动的微镜镜面发生转动或平动。

如图1至图12所示，本实用新型的双轴阵列反射式MEMS芯片1的一种实施例。

参见图1至图6，本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1包括多个MEMS微镜11和多个MEMS微镜驱动电路(图中未示出)。MEMS微镜11对投射光线进行反射，多个MEMS微镜11呈阵列式分布，形成一MEMS微镜阵列，MEMS微镜阵列包含多排多列MEMS微镜11。多个MEMS微镜驱动电路与多个MEMS微镜11一一对应地相连接并驱动每个MEMS微镜11单独转动，即由MEMS微镜驱动电路实现单个MEMS微镜11的单独控制，并且，每个MEMS微镜11均可在相应MEMS微镜驱动电路的驱动下，绕该MEMS微镜11与投射光线相垂直的横向轴或该MEMS微镜11与投射光线相垂直的纵向轴转动，即每个MEMS微镜11均可在相应MEMS微镜驱动电路的驱动下实现双轴转动，由此可改变各个MEMS微镜11的镜面方向。由光源2发出的光线投射在MEMS微镜阵列上并经MEMS微镜阵列反射后射出，形成照明光型，通过改变各个MEMS微镜11的镜面方向，即可改变照明光型的上下高度或左右位置，从而实现上下调光和左右调光功能。

参见图1、图2和图7，各MEMS微镜11与投射光线相垂直的横向轴为在MEMS微镜阵列所在平面上与MEMS微镜阵列的横轴X相平行的横向轴线，位于MEMS微镜阵列中同一排的各MEMS微镜11与投射光线相垂直的横向轴相重合。使所有MEMS微镜11绕MEMS微镜11与投射光线相垂直的横向轴偏转同一角度，可实现照明光型整体的上移或下移，从实现照明光型的上下高度调节。

参见图3、图4和图8，各MEMS微镜11与投射光线相垂直的纵向轴为在MEMS微镜阵列所在平面上与MEMS微镜阵列的纵轴Y相平行的纵向轴线，MEMS微镜阵列的纵轴Y与MEMS微镜阵列的横轴X相垂直，位于MEMS微镜阵列中同一列的各MEMS微镜11与投射光线相垂直的纵向轴相重合。使所有MEMS微镜11绕MEMS微镜11与投射光线相垂直的纵向轴偏转同一角度，可实现照明光型整体的左右移动，从实现照明光型的左右位置调节。

利用本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1实现上下调光和左右调光功能，无需额外增加任何机电传动机构，可有效简化照明系统的整体结构。

本实施例中，MEMS微镜驱动电路可以通过向与其对应的单个MEMS微镜11提供驱动电压或驱动电流实现驱动单个MEMS微镜11转动。通过MEMS微镜驱动电路向MEMS微镜11提供驱动电压或驱动电流以驱动MEMS微镜11转动是本领域技术人员根据现有技术能够实现的，本文不予赘述。本实施例中，MEMS微镜驱动电路驱动MEMS微镜11转动的驱动方式可以为电磁式、静电式、压电式和电热式中的任意一种或多种的组合。

参见图1至图4，在第一种实施方式中，本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1还可以包括支撑框架12，MEMS微镜11可转动地设于支撑框架12上，并且，MEMS微镜11在支撑框架12上可以绕MEMS微镜11与投射光线相垂直的横向轴转动，也可以绕MEMS微镜11与投射光线相垂直的纵向轴转动。多个MEMS微镜11在支撑框架12上呈阵列式分布形成MEMS微镜阵列，由支撑框架12、MEMS微镜阵列以及与MEMS微镜阵列中的各MEMS微镜11相连接的MEMS微镜驱动电路共同构成一个芯片。

参见图5和图6，在第二种实施方式中，本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1由多个双轴转动微镜芯片阵列式排布构成。具体为，每个MEMS微镜11各设于一MEMS微镜座13上，并且MEMS微镜11在MEMS微镜座13上可以绕MEMS微镜11与投射光线相垂直的横向轴转动，也可以绕MEMS微镜11与投射光线相垂直的纵向轴转动，单个MEMS微镜11及相应的MEMS微镜座13和MEMS微镜驱动电路构成一个双轴转动微镜芯片。将多个MEMS微镜11通过MEMS微镜座13阵列式贴设于同一基板14上，即构成本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1。基板14可以为封装板或线路板。

本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1，单个MEMS微镜11形成一个照明像素并对应于一个照明区域，通过MEMS微镜阵列实现了像素化的智能照明。当MEMS微镜11的镜面填充率不高、MEMS微镜阵列的间距过大时，可以通过单个MEMS微镜11的高频扫描来填补像素间的空隙，从而保证照明区域的连续性与均匀性，因此，本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1中，MEMS微镜阵列的相邻MEMS微镜11之间可以具有间距。

参见图9，现有技术中，DLP大灯形成的照明光型的投影画面中，会有因像素间距导致的黑线3存在。参见图10，本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1形成的照明光型的投影画面中不存在因像素间距导致的黑线3，这是由于可双轴转动的MEMS微镜11能够通过上下左右的扫描填补像素间的无反射区域，从而避免类似DLP投影系统会出现的由于微镜像素间距导致的黑线3。

本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1，其MEMS微镜阵列可以根据需要进行任意多像素的拓展，应用非常灵活。MEMS微镜11的镜面形状可以根据需要采用任意形状，而照明像素的形状不仅可以是MEMS微镜11的镜面形状，也可以通过各MEMS微镜11的扫描，实现任意像素扫描为任意形状。参见图11，示出了本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1可以通过各MEMS微镜11像素扫描形成截止线4形状的示意图，需要说明的是，图11中的矩形线框表示的是各个MEMS微镜11像素对应的扫描区域，而非图9中所示的投影画面存在的黑线3，图11中由斜线填充的阴影部分是点亮区域，可以看到，整个截止线4部分均为特殊的像素外形。

本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1，由于每个MEMS微镜11像素均可以进行扫描，因此可以使用较少数量的MEMS微镜11实现高像素分辨率。例如，参见图12，假设每个MEMS微镜11的扫描分辨率为4K，若使用4个MEMS微镜11，采用2×2的阵列方式，则得到的最终分辨率就为16K。可见，本实施例的双轴阵列反射式MEMS芯片1可以使用较少数量的MEMS微镜11实现高像素分辨率，MEMS微镜11数量的减少对降低照明系统成本有着重要的意义，因为较低的MEMS微镜阵列数量意味着较小的加工难度，并且可以增加芯片加工良率，有利于提高照明系统的性价比。需要说明的是，图12中投影画面的中的矩形线框表示的是各个MEMS微镜11像素对应的扫描区域，而非图9中所示的投影画面存在的黑线3，图12中的虚线表示的是单个MEMS微镜11的扫描路径，图12中显示的是逐行扫描的方式，实际应用中也可以采用其它的扫描方式，如李萨如扫描、适量扫描等。此外，相比较单微镜扫描的方案，在相同视场角的前提下，本实施例采用MEMS微镜阵列扫描的方案具有更高的分辨率、帧率和亮度。

基于上述双轴阵列反射式MEMS芯片1，本实用新型实施例还提供一种照明系统。本实施例的照明系统包括光源2和本实施例的上述双轴阵列反射式MEMS芯片1，光源2发出的光线投射在MEMS微镜11上并经MEMS微镜11反射后射出。

本实施例的照明系统中，光源2可以为卤素光源或氙气光源或LED光源或激光光源。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种双轴阵列反射式MEMS芯片，其特征在于，包括多个呈阵列式分布的MEMS微镜(11)和多个MEMS微镜驱动电路，所述MEMS微镜(11)对投射光线进行反射，所述多个MEMS微镜驱动电路与所述多个MEMS微镜(11)一一对应地相连接并驱动每个所述MEMS微镜(11)单独绕所述MEMS微镜(11)与所述投射光线相垂直的横向轴或纵向轴转动。

2.根据权利要求1所述的双轴阵列反射式MEMS芯片，其特征在于，还包括支撑框架(12)，所述MEMS微镜(11)可绕所述横向轴和所述纵向轴转动地设于所述支撑框架(12)上，所述多个MEMS微镜(11)在所述支撑框架(12)上呈阵列式分布。

3.根据权利要求1所述的双轴阵列反射式MEMS芯片，其特征在于，所述MEMS微镜(11)可绕所述横向轴和所述纵向轴转动地设于MEMS微镜座(13)上，所述多个MEMS微镜(11)通过所述MEMS微镜座(13)阵列式贴设于同一基板(14)上。

4.根据权利要求1所述的双轴阵列反射式MEMS芯片，其特征在于，相邻所述MEMS微镜(11)之间具有间距。

5.根据权利要求1所述的双轴阵列反射式MEMS芯片，其特征在于，所述MEMS微镜驱动电路驱动所述MEMS微镜(11)转动的驱动方式为电磁式、静电式、压电式和电热式中的任意一种或多种的组合。

6.一种照明系统，其特征在于，包括光源(2)和如权利要求1至5中任意一项所述的双轴阵列反射式MEMS芯片，所述光源(2)发出的光线投射在所述MEMS微镜(11)上并经所述MEMS微镜(11)反射后射出。

7.根据权利要求6所述的照明系统，其特征在于，所述光源(2)为卤素光源或氙气光源或LED光源或激光光源。

Images