DE102017223638A1

DE102017223638A1 - MEMS-Aktor zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akusti-sche Signalisierung, Datenbrille mit einem MEMS-Aktor, sowie Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines MEMS-Aktors

Info

Publication number: DE102017223638A1
Application number: DE102017223638.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Schuster; Stefan Gering; Andreas Petersen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27

Abstract

MEMS-Aktor (1) zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung, umfassend ein zumindest weitgehend freitragendes, um mindestens eine Torsionsachse (3) auslenkbares Element (2), wobei das auslenkbare Element (2) bezogen auf die Torsionsachse (3) eine unsymmetrische Masseverteilung aufweist, wobei bei einer Auslenkung des auslenkbaren Elements (2) eine die Vibration erzeugende Unwucht erzeugbar ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
In der WO 2013/032302 A2 ist ein berührungssensitives Flüssigkristalldisplay offenbart, welches einem Nutzer des Displays eine haptische Rückmeldung, beispielsweise über eine erfolgte Eingabe, ausgeben kann.
Vorteile der Erfindung
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein MEMS-Aktor zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung, eine Datenbrille mit einem MEMS-Aktor, ein Verfahren zum Betreiben eines MEMS-Aktors zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung, sowie ein Steuergerät vorgestellt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Der MEMS-Aktor zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung umfasst ein zumindest weitgehend freitragendes, um mindestens eine Torsionsachse auslenkbares Element. Der MEMS-Aktor zeichnet sich dadurch aus, dass das auslenkbare Element bezogen auf die Torsionsachse eine unsymmetrische Masseverteilung aufweist, wobei bei einer Auslenkung des auslenkbaren Elements eine die Vibration erzeugende Unwucht erzeugbar ist. Das auslenkbare Element kann durch bekannte Antriebsmethoden aus einer Ruhelage ausgelenkt werden und innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs um die Ruhelage schwingen. Das auslenkbare Element kann beispielsweise unsymmetrisch durch die Torsionsachse aufgehängt sein, sodass sein Schwerpunkt nicht mit einem Mittelpunkt bzw. einer Mitte der Torsionsachse zusammenfällt. Es kann vorgesehen sein, dass sich der Schwerpunkt unterhalb der Torsionsachse befindet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich der Schwerpunkt seitlich der Torsionsachse befindet. Hierbei ist unter seitlich zu verstehen, dass der Schwerpunkt auf einer gedachten waagerechten Linie liegt, die orthogonal zu der Torsionsachse steht. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das auslenkbare Element eine symmetrische Form aufweist, jedoch einseitig durch ein zusätzliches Massestück beschwert ist. Weiterhin kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das auslenkbare Element eine symmetrische Form aufweist und aus wenigstens zwei verschiedenen Materialien gefertigt ist, wobei die zwei verschiedenen Materialien auf jeweils verschiedenen Seiten der Torsionsachse, d.h. seitlich der Torsionsachse, angeordnet sind.
Der MEMS-Aktor kann hierbei als ein aus der Mikrosystemtechnik bekanntes Bauteil ausgestaltet sein. Der MEMS-Aktor kann wenigstens teilweise aus Halbleitermaterialien, wie Silizium oder Galliumarsenid, gefertigt sein. Der MEMS-Aktor kann eine räumliche Ausdehnung von mehreren Zentimetern bis hin zu wenigen Mikrometern aufweisen. Das auslenkbare Element steht durch die Torsionsachse mit dem Rest des MEMS-Aktors in mechanischer Verbindung. Um zu gewährleisten, dass das auslenkbare Element um die Torsionsachse drehbar bzw. auslenkbar ist, ist die axiale Ausdehnung der Torsionsachse deutlich größer als die radiale Ausdehnung der Torsionsachse.
Die Vibrationen können sich als mechanische Schwingungen in dem MEMS-Aktor, als Körperschallwellen in dem MEMS-Aktor und/oder als Luftschallwellen in einer Umgebung des MEMS-Aktors durch Luft ausbreiten. Abhängig von einer Schwingungsfrequenz des auslenkbaren Elements werden eher Vibrationen oder eher Schall erzeugt. Die Vibrationen können direkt am MEMS-Aktor oder an einem weiteren, mit dem MEMS-Aktor in mechanischer Verbindung stehenden Bauteil als haptisches Signal sensiert und/oder von einem Nutzer erfühlt werden. Die von dem MEMS-Aktor ausgesandten Schallwellen können abhängig vom Frequenzbereich als akustisches Signal wahrgenommen werden.
Insbesondere in einem Frequenzbereich bis zu einigen 100 Hz werden mehrheitlich Vibrationen erzeugt. Bei Frequenzen im kHz-Bereich werden mehrheitlich Schallwellen für die akustische Signalisierung erzeugt. Die Ansteuerung des auslenkbaren Elements um die Torsionsachse kann sinusförmig erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ansteuerung auch durch ein rechteckförmiges, ein dreieckförmiges und/oder sägezahnförmiges Ansteuersignal erfolgen.
Das auslenkbare Element kann sowohl in einem resonanten als auch in einem nicht resonanten Modus betrieben werden.
Der MEMS-Aktor mit den zuvor genannten Merkmalen hat hierbei den Vorteil, dass eine Vibration mit einem sehr breiten, einstellbaren Frequenzspektrum erzeugt werden kann. Je nach Bedarf, kann die Vibration bzw. Schwingung nur haptisch durch Fühlen, nur akustisch durch Hören oder durch Fühlen und Hören wahrnehmbar gemacht werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das weitgehend freitragende, auslenkbare Element des MEMS-Aktors einseitig gehalten bzw. gehaltert sein kann. Dies kann z.B. durch einen einseitig eingespannten Balken realisiert sein, welcher sich an seinem freien Ende auf- und ab bewegen kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Indem das auslenkbare Element einen Mikrospiegel umfasst, kann der MEMS-Aktor sowohl zur Erzeugung einer Vibration für die haptische und/oder die akustische Signalisierung und zusätzlich für eine optische Signalisierung verwendet werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Mikrospiegel, welcher beispielsweise für optische bzw. bildgebende Verfahren angewendet oder eingesetzt wird, zusätzlich um die Funktion der Erzeugung einer Vibration für die haptische und/oder akustische Signalisierung erweitert wird. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der Mikrospiegel eine unsymmetrische Masseverteilung aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Mikrospiegel nicht symmetrisch um die Torsionsachse angeordnet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das auslenkbare Element als Quader ausgebildet ist. Denn hierdurch lässt sich in einfacher Weise eine asymmetrische Masseverteilung bezogen auf die Torsionsachse erreichen.
Ferner ist es von Vorteil, wenn ein erster Abstand zwischen einem ersten Rand und der Torsionsachse und ein zweiter Abstand zwischen einem bezogen auf die Torsionsachse dem ersten Rand gegenüberliegenden, zweiten Rand und der Torsionsachse ungleich sind. Denn hierdurch kann in einfacher Weise eine asymmetrische Masseverteilung gezielt eingestellt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der MEMS-Aktor ein Anschlagselement zur mechanischen Begrenzung einer Auslenkung des auslenkbaren Elements aufweist, wobei durch ein wenigstens bereichsweises Anschlagen des auslenkbaren Elements an das Anschlagselement die Vibration erzeugbar ist. Das Anschlagselement kann diesen Winkelbereich mechanisch begrenzen, sodass das auslenkbare Element mit dem Anschlagselement in physischen Kontakt tritt. Das bedeutet, dass das auslenkbare Element an das Anschlagselement anschlägt, wodurch wenigstens ein Teil einer kinetischen Energie des auslenkbaren Elements in mechanische Schwingungen umgewandelt wird. Das Anschlagselement kann aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie das auslenkbare Element. Alternativ kann das Anschlagselement aus einem weicheren oder einem härteren Material hergestellt sein. Das Anschlagselement kann der Gestalt sein, dass ein aus der Ruhelage ausgelenkter Teil des auslenkbaren Elements nahezu vollständig an das Anschlagselement anschlägt. Es ist weiterhin möglich, dass das Anschlagselement derart ausgestaltet ist, dass das auslenkbare Element nur punktuell an das Anschlagselement anschlägt.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Anschlagselement derart ausgestaltet ist, dass das Anschlagen des auslenkbaren Elements an das Anschlagselement wenigstens bereichsweise an einem Randbereich des auslenkbaren Elements erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Anschlagen des auslenkbaren Elements an das Anschlagselement wenigstens bereichsweise an einem Randbereich einer Hälfte des auslenkbaren Elements erfolgt. Unter einer Hälfte des auslenkbaren Elements ist hierbei der Teil des auslenkbaren Elements zu verstehen, welcher sich auf einer Seite bzw. seitlich der Torsionsachse befindet. Dementsprechend ist eine weitere Hälfte der Teil des auslenkbaren Elements, welcher sich auf der anderen, gegenüberliegenden Seite der Torsionsachse befindet. Unter einem Randbereich kann ein Bereich verstanden werden, der das auslenkbare Element lateral beschränkt. Hierdurch kann die kinetische Energie des auslenkbaren Elements besonders effektiv an das Anschlagselement und somit an den MEMS-Aktor weitergebeben werden, wodurch in effektiver Weise Vibrationen erzeugt werden.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn das Anschlagselement derart ausgestaltet ist, dass bei dem Anschlagen des auslenkbaren Elements an das Anschlagselement eine erste Hälfte des auslenkbaren Elements an ein unteres Anschlagsteilelement, insbesondere einen Sockel anschlägt und/oder eine zweite Hälfte des auslenkbaren Elements an ein oberes Anschlagsteilelement, insbesondere einen Deckel, anschlägt. Hierdurch werden zeitgleich die erste Hälfte und die zweite Hälfte des auslenkbaren Elements an das Anschlagselement angeschlagen, wodurch eine Übertragung der kinetischen Energie des auslenkbaren Elements an das Anschlagselement weiter verbessert wird. Des Weiteren können hierbei durch das Anschlagen entstehende, das auslenkbare Element verschleißende Taumelbewegungen nahezu vermieden werden.
Das Anschlagselement kann in einer alternativen Ausführungsform auch als Verkapselungselement ausgebildet sein, wobei ein Sockel des Verkapselungselements das untere Anschlagsteilelement bildet und ein Deckel des Verkapselungselements das obere Anschlagsteilelement bildet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in dem Sockel und/oder in dem Deckel ein transparentes Fenster vorgesehen ist, durch welches Licht in ein Inneres der Verkapselung ein bzw. aus dem Inneren heraustreten kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das auslenkbare Element als Mikrospiegel ausgestaltet ist, und zusätzlich zu der haptischen und/oder akustischen Signalisierung als Bauelement zur Lichtbeeinflussung bzw. Lichtumlenkung in einem optischen System dient.
Ferner ist es von Vorteil, wenn das auslenkbare Element in einer Richtung senkrecht zu der Torsionsachse bewegbar ist und das Anschlagselement eine Bewegung des auslenkbaren, bewegbaren Elements in der Richtung senkrecht zu der Torsionsachse begrenzt. Denn hierdurch kann das auslenkbare Element in einem weiteren Schwingungsmodus betrieben werden, was das Spektrum an möglichen Frequenzen zur Erzeugung eines haptischen und/oder akustischen Signals erweitert.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das auslenkbare Element in einer Richtung einer Flächennormale des auslenkbaren Elements bewegbar ist, wobei die Flächennormale auf eine Fläche des auslenkbaren Elements bezogen ist, welche den größten Flächeninhalt aufweist, und das Anschlagselement eine Bewegung des auslenkbaren, bewegbaren Elements in Richtung der Flächennormalen begrenzt. Denn durch die Bewegung des auslenkbaren Elements in einer bestimmten Richtung kann eine Frequenz der resultierenden Vibration des MEMS-Aktors effektiver eingestellt werden, was einen Anwendungsrahmen des MEMS-Aktors weiter vergrößert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das auslenkbare Element und/oder das Anschlagselement wenigstens bereichsweise eine Schutzschicht aufweist. Die Schutzschicht kann hierbei nur die Teile des auslenkbaren Elements bzw. des Anschlagselements bedecken, welche mechanisch miteinander in Kontakt treten. Es können jedoch auch weitere Bereich auf dem auslenkbaren Element oder auf dem Anschlagselement mit der Schutzschicht versehen werden, welche durch die entstehende Vibration einer vergrößerten mechanischen Belastung ausgesetzt sind. Die Schutzschicht hat die Funktion, das auslenkbare Element und/oder das Anschlagselement vor einer mechanischen Zerstörung zu schützen oder wenigstens deren mechanischen Verschleiß zu reduzieren. Die Schutzschicht kann hierbei wenige nm bis mehrere 100 µm dick sein. Hierdurch kann die Lebensdauer des MEMS-Aktors in vorteilhafterweise verlängert werden.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Schutzschicht ein Carbid, bevorzugt Siliziumcarbind, aufweist. Denn hierdurch können das auslenkbare Element und/oder das Anschlagselement besonders effektiv vor einer mechanischen Zerstörung geschützt werden oder es kann wenigstens deren mechanischer Verschleiß reduziert werden.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Schutzschicht auch diamantähnliche Kohlenstoffschichten aufweisen. Diese diamantähnlichen Kohlenstoffschichten werden auch als Verschleißschutzbeschichtung von Sägeblättern auf diesen Sägeblättern eingesetzt.
Die zuvor genannten Vorteile gelten in entsprechender Weise auch für eine Datenbrille mit einem MEMS-Aktor nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen und mit einem Brillenrahmen, wobei der MEMS-Aktor an dem Brillenrahmen angeordnet ist. Indem ein Nutzer die Datenbrille trägt, kann somit eine durch den MEMS-Aktor erzeugte Vibration über den Brillenrahmen an den Schädelknochen des Nutzers als haptisch wahrnehmbares Signal übertragen werden. Ähnlich wie bei einer normalen Brille kann der Brillenrahmen der Datenbrille auf der Nase und/oder über den Ohren des Nutzers mit dem Nutzer in physischen Kontakt treten. Hierdurch können einerseits die durch den MEMS-Aktor erzeugte Vibration als haptisches Signal bereits an den Kontaktstellen zwischen Brillenrahmen und Nase bzw. Brillenrahmen und Ohr durch den Nutzer wahrgenommen werden. Andererseits kann das haptische Signal auch durch sogenannten Knochenschall über den Schädelknochen an das Gehör des Nutzers gelangen und somit als akustisch wahrnehmbares Signal wahrgenommen werden.
Je nach Frequenz der Vibration kann der MEMS-Aktor direkt oder der mit dem MEMS-Aktor in mechanischem Kontakt stehende Brillenrahmen die Vibration als akustisches Signal emittieren, so dass der Träger der Datenbrille ein akustisch wahrnehmbares Signal hört. Die Datenbrille kann hierbei eine Projektionsvorrichtung aufweisen, um einen Träger der Datenbrille Bildinformationen bereitzustellen. Die Datenbrille kann hierbei eine virtuelle Netzhautanzeige (virtual retinal display) aufweisen, welche ihrerseits einen Mikrospiegel aufweist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann dieser Mikrospiegel der zur Strahlumlenkung und/oder Strahlumformung bereits in der virtuellen Netzhautanzeige bzw. in der dazugehörigen optischen Vorrichtung verwendet wird, als MEMS-Aktor zur Erzeugung einer haptischen und/oder akustischen Signalisierung verwendet werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der MEMS-Aktor auch in anderen augmented Reality-Systemen eingesetzt wird. Vorzugsweise kann der MEMS-Aktor an oder in in-ear speakern, d.h. im Ohr getragenen Lautsprechern, angeordnet sein. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform kann der MEMS-Aktor in oder an einer smart watch angeordnet sein.
Die zuvor genannten Vorteile gelten in entsprechender Weise auch für ein Verfahren und für ein Steuergerät zum Betreiben eines MEMS-Aktors, insbesondere nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungssformen, zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung. Bei dem Verfahren wird der MEMS-Aktor derart angesteuert, dass ein zumindest weitgehend freitragendes, um mindestens eine Torsionsachse auslenkbares Element des MEMS-Aktors mit einer unsymmetrischen Masseverteilung bei einer Auslenkung eine die Vibration erzeugende Unwucht erzeugt.
Das Steuergerät ist ausgebildet, um das hier vorgestellte Verfahren in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts können die zuvor genannten Vorteile erreicht werden.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einen maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder eine optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungssformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines MEMS-Aktors zur Erzeugung einer Vibration gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines MEMS-Aktors zur Erzeugung einer Vibration gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines MEMS-Aktors zur Erzeugung einer Vibration gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines MEMS-Aktors zur Erzeugung einer Vibration gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Darstellung einer Datenbrille mit einem MEMS-Aktor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; sowie
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines MEMS-Aktors gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines MEMS-Aktors 1 zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung. Der MEMS-Aktor 1 weist ein weitgehend freitragendes auslenkbares Element 2 auf, welches durch eine Torsionsachse 3 mit einer Aufhängung 4 mechanisch verbunden ist. Das auslenkbare Element 2 kann durch nicht dargestellte Antriebsmittel um die Torsionsachse 3 ausgelenkt werden und resonant oder nichtresonant um die Torsionsachse 3 schwingen. Dies ist durch einen Pfeil 5 angedeutet. Das auslenkbare Element 2 weist hierbei eine bezogen auf die Torsionsachse 3 unsymmetrische Masseverteilung auf, sodass bei einer Rotationsbewegung um die Torsionsachse 3 eine Unwucht entsteht. Diese Unwucht erzeugt in dem MEMS-Aktor 1 eine Vibration. Je nach Amplitude der Auslenkung kann das auslenkbare Element 2 ferner an ein als Boden 6 ausgestaltetes Anschlagselement anschlagen und hierdurch ebenfalls eine Vibration erzeugen und/oder die durch die Unwucht erzeugte Vibration verstärken.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines MEMS-Aktors 1 schematisch dargestellt. Das auslenkbare Element 2 ist hierbei als Quader ausgestaltet und bezogen auf die Torsionsachse 3 asymmetrisch aufgehängt. Ein erster Rand 25a einer ersten Hälfte 2a weist hierbei einen kleineren ersten Abstand 26a von der Torsionsachse 3 auf, als ein zweiter Abstand 26b von einem zweiten Rand 25b einer zweiten Hälfte 2b. Bei einer Rotationsbewegung des auslenkbaren Elements 2 um die Torsionsachse 3 entsteht somit eine Unwucht in dem MEMS-Aktor 1, welche sich als Vibration und/oder als Schallsignal bemerkbar macht.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines MEMS-Aktors 1 schematisch dargestellt. Das auslenkbare Element 2 ist durch die Torsionsachse 3 mit der Aufhängung 4 mechanisch verbunden. Das auslenkbare Element 2 kann durch um die Torsionsachse 3 ausgelenkt werden und resonant oder nichtresonant um die Torsionsachse 3 schwingen. Je nach Amplitude der Auslenkung kann das auslenkbare Element 2 mit einer ersten Hälfte an den Boden 6 als unteres Anschlagsteilelement und mit einer der ersten Hälfte gegenüberliegenden, zweiten Hälfte an ein als Deckel 7 ausgestaltetes oberes Anschlagsteilelement anschlagen und dadurch die Vibration erzeugen. Der Deckel 7 kann hierbei eine Öffnung 11 aufweisen, durch welche z.B. Lichtstrahlen hindurchtreten können. Das Anschlagen des auslenkbaren Elements 2 kann hierbei über eine gesamte Seitenkante 8 des auslenkbaren Elements 2 erfolgen. Alternativ kann das Anschlagen des auslenkbaren Elements 2 nur auf einem kleinen Bereich, insbesondere punktuell an unteren Ecken 9, des auslenkbaren Elements 2 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das auslenkbare Element 2 nur auf einem kleinen Bereich, insbesondere punktuell an oberen Ecken 10, des auslenkbaren Elements 2 an den Deckel 7 erfolgen.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines MEMS-Aktors 1. Das auslenkbare Element 2 ist durch die Torsionsachse 3 mit der Aufhängung 4 mechanisch verbunden. Das auslenkbare Element 2 kann durch um die Torsionsachse 3 ausgelenkt werden und resonant oder nichtresonant um die Torsionsachse 3 schwingen. Je nach Amplitude der Auslenkung kann das auslenkbare Element 2 mit der ersten Hälfte und mit der zweiten Hälfte an das als Sockel 60 ausgestaltete untere Anschlagsteilelement anschlagen und dadurch die Vibration erzeugen. Der Sockel 60 weist eine obere Fläche 61 und wenigstens zwei Seitenflächen 62 auf. Je nach Höhe des Sockels 60 bzw. der Seitenflächen 62 und je nach Ausdehnung der oberen Fläche 61 variiert ein Aufschlagspunkt bzw. eine Aufschlagsstrecke auf dem auslenkbaren Element 2. Hierdurch kann eine Stärke und eine Frequenz der Vibration gezielt eingestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der MEMS-Aktor 1 aus 1, 2, 3 und/oder 4 auch senkrecht zu der Torsionsachse 3 auslenkbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der MEMS-Aktor 1 parallel zu einer Flächennormalen der größten Fläche auslenkbar ist und dadurch mit nahezu der gesamten Fläche auf dem Anschlagselement aufschlägt.
In einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der MEMS-Aktor 1 und/oder das Anschlagselement aus 1, 2, 3 und/oder 4 wenigstens bereichsweise eine Schutzschicht aufweisen. Die Schutzschicht kann hierbei Carbid, vorzugsweise Siliziumcarbid, oder eine diamantähnliche Kohlenstoffschicht aufweisen.
In 5 ist eine schematische Darstellung einer Datenbrille 80 mit einem MEMS-Aktor 1 gezeigt. Die Datenbrille 80 weist einen Brillenrahmen 86 auf und ist ähnlich wie eine konventionelle Brille an der Nase 90 über einen Nasensteg 85 sowie an den Ohren 91 eines Nutzers über Bügel 84 an dem Gesicht des Nutzers gelagert. Die Datenbrille 80 weist eine Elektronikeinheit 81 auf, welche an oder in dem Brillenrahmen 86 angeordnet ist. In oder an der Elektronikeinheit 81 sind ein Steuergerät 40, eine beispielsweise als Laser 81 ausgebildete Lichtquelle und ein zusätzlich als MEMS-Aktor 1 fungierender Mikrospiegel 20 angeordnet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der MEMS-Aktor 1 den Mikrospiegel 20 und ein auslenkbares Element 2 umfasst. Das auslenkbare Element 2 weist hierbei bezogen auf die Torsionsachse 3 eine unsymmetrische Masseverteilung aufweist, sodass bei einer Auslenkung des auslenkbaren Elements 2 eine Unwucht entsteht, die sich als Vibration auf den MEMS-Aktor 1 und somit auf die Datenbrille 80 überträgt. Weiterhin weist die Datenbrille 80 wenigstens ein Brillenglas 83 auf. Das Steuergerät 40 steuert abhängig von Nutzerbefehlen und/oder von zuvor eingestellten Programmbefehlen den Mikrospiegel 20 und den Laser 81 derart an, dass dem Nutzer eine optische Information über eine Reflektion eines Lichtstrahls 82 an dem wenigstens einen Brillenglas 83 direkt auf seine Netzhaut projiziert wird.
Der Mikrospiegel 20 kann nun zusätzlich zu seiner Funktion als optisches Strahlumlenkungsmittel dazu verwendet werden, eine Vibration zu erzeugen oder zu verstärken. Hierzu wird der Mikrospiegel 20 derart angetrieben, dass er wie zuvor beschrieben gegen ein Anschlagselement schlägt, wodurch die durch die Unwucht erzeugte Vibration verstärkt wird und/oder der Schall erzeugt wird.
Die Vibration und/oder der Schall wird durch den Nasensteg 85 und/oder die Bügel 84 an den Schädelknochen des Nutzers geleitet, von wo er durch Knochenschall bis an das Gehör des Nutzers gelangt. Alternativ oder zusätzlich ist das durch die Unwucht erzeugte und/oder das Anschlagen des Mikrospiegels 20 erzeugte Schallsignal laut genug, sodass es durch die umgebende Luft übertragen wird und so an das Gehör des Nutzers gelangt.
In 6 ist eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 40 zur Ansteuerung eines MEMS-Aktors 1 zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung gezeigt. Das Steuergerät 40 erfasst über eine Eingabeschnittstelle 41 Nutzerbefehle und/oder durch eine andere Instanz 42 vorgegebene Programmbefehle S1. Diese werden beispielsweise durch eine Recheneinheit 43 mit in einer Speichereinheit 44 hinterlegten Steuerbefehlen verglichen. Bei einer Entsprechung der erfassten Programmbefehle S1 mit den hinterlegten Steuerbefehlen erzeugt die Recheneinheit 43 ein erstes Ansteuersignal S2 und/oder ein zweites Ansteuersignal S3. Das erste Ansteuersignal S2 wird über die erste Ausgabeschnittstelle 45 ausgegeben, um den MEMS-Aktor 1 durch seine Antriebseinheit anzusteuern. Das zweite Ansteuersignal S3 wird über die zweite Ausgabeschnittstelle 46 ausgegeben, um den Laser 81 anzusteuern.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Betreiben eines MEMS-Aktors 1. Dieses Verfahren 100 kann vorzugsweise auf dem Steuergerät 40 ablaufen. In einem ersten Schritt 101 werden Nutzerbefehle und/oder durch eine andere Instanz vorgegebene Programmbefehle S1 eingelesen. Daraufhin wird in einem zweiten Schritt 102 in Abhängigkeit der eingelesenen Befehle S1 wenigstens ein Ansteuersignal S2 für einen MEMS-Aktor 1 bzw. dessen Antriebseinheit erzeugt. Fakultativ kann ferner in Abhängigkeit der eingelesenen Befehle S1 wenigstens ein Ansteuersignal S3 für einen Laser 81 erzeugt werden. In einem dritten Schritt 103 wird das Ansteuersignal S2 an den MEMS-Aktor 1 bzw. dessen Antriebseinheit ausgegeben, um den MEMS-Aktor 1 bzw. das auslenkbare Element 2 derart anzutreiben und/oder auszulenken, dass eine Unwucht entsteht und/oder das auslenkbare Element 2 gegen ein Anschlagselement anschlägt und somit eine Vibration erzeugt und/oder verstärkt wird. Fakultativ kann weiterhin das Ansteuersignal S3 an den Laser 81 ausgegeben, um den Laser entsprechend anzusteuern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/032302 A2 [0002]

Claims

MEMS-Aktor (1) zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung, umfassend ein zumindest weitgehend freitragendes, um mindestens eine Torsionsachse (3) auslenkbares Element (2), dadurch gekennzeichnet, dass das auslenkbare Element (2) bezogen auf die Torsionsachse (3) eine unsymmetrische Masseverteilung aufweist, wobei bei einer Auslenkung des auslenkbaren Elements (2) eine die Vibration erzeugende Unwucht erzeugbar ist.
MEMS-Aktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auslenkbare Element (2) einen Mikrospiegel umfasst.
MEMS-Aktor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das auslenkbare Element (2) als Quader ausgebildet ist.
MEMS-Aktor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstand (26a) zwischen einem ersten Rand (25a) und der Torsionsachse (3) und ein zweiter Abstand (26b) zwischen einem bezogen auf die Torsionsachse (3) dem ersten Rand (25a) gegenüberliegenden, zweiten Rand (25b) und der Torsionsachse (3) ungleich sind.
MEMS-Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MEMS-Aktor (1) ein Anschlagselement zur mechanischen Begrenzung einer Auslenkung des auslenkbaren Elements (2) aufweist, wobei durch ein wenigstens bereichsweises Anschlagen des auslenkbaren Elements (2) an das Anschlagselement die Vibration erzeugbar ist.
MEMS-Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auslenkbare Element (2) in einer Richtung senkrecht zu der Torsionsachse (3) bewegbar ist und das Anschlagselement eine Bewegung des auslenkbaren, bewegbaren Elements (2) in der Richtung senkrecht zu der Torsionsachse (3) begrenzt.
MEMS-Aktor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das auslenkbare Element in einer Richtung einer Flächennormalen des auslenkbaren Elements (2) bewegbar ist, wobei die Flächennormale auf eine Fläche des auslenkbaren Elements (2) bezogen ist, welche den größten Flächeninhalt aufweist und dass das Anschlagselement eine Bewegung des auslenkbaren, bewegbaren Elements (2) in Richtung der Flächennormalen begrenzt.
MEMS-Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auslenkbare Element (2) und/oder das Anschlagselement wenigstens bereichsweise eine Schutzschicht aufweist.
MEMS-Aktor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht Carbid, bevorzugt Siliziumcarbid, aufweist.
Datenbrille (80) mit einem MEMS-Aktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Brillenrahmen (86), wobei der MEMS-Aktor (1) an dem Brillenrahmen (86) angeordnet ist.
Verfahren (100) zum Betreiben eines MEMS-Aktors (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1-9, zur Erzeugung einer Vibration für eine haptische und/oder akustische Signalisierung, dadurch gekennzeichnet, dass der MEMS-Aktor (1) derart angesteuert wird, dass ein zumindest weitgehend freitragendes, um mindestens eine Torsionsachse (3) auslenkbares Element (2) des MEMS-Aktors (1) mit einer unsymmetrischen Masseverteilung bei einer Auslenkung eine die Vibration erzeugende Unwucht erzeugt.
Steuergerät (40), das ausgebildet ist, um das Verfahren (100) gemäß Anspruch 11 auszuführen.
Computerprogramm, das ausgebildet ist, um das Verfahren (100) gemäß Anspruch 11, insbesondere auf einem Steuergerät (40) gemäß Anspruch 12, auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.