[發(fā)明專利]具有雙軸致動(dòng)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的MEMS設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610472949.0
• 申請(qǐng)日: 2016-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN106809796B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·卡爾米納蒂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B81B7/02;G02B26/10;G03B21/28
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華;楊立

一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)(20)，具有：框架(2)，其在內(nèi)部限定了窗(5)并且通過(guò)第一彈性元件(6)被彈性地連接到相對(duì)于基底(8)被固定的錨固結(jié)構(gòu)(7)；致動(dòng)結(jié)構(gòu)(10)，可操作地耦合到框架(2)以用于生成第一致動(dòng)移動(dòng)；移動(dòng)質(zhì)量(4)，被布置在窗(5)內(nèi)并且通過(guò)扭轉(zhuǎn)型的第二彈性元件(9)彈性地耦合到框架(2)，使得移動(dòng)質(zhì)量(4)在第一致動(dòng)移動(dòng)中被剛性地耦合到框架(2)，并且針對(duì)相同的移動(dòng)質(zhì)量(4)進(jìn)一步限定扭轉(zhuǎn)型的第二致動(dòng)軸線(y)。質(zhì)量分布與移動(dòng)質(zhì)量(4)關(guān)聯(lián)，從而通過(guò)慣性效應(yīng)生成作為第一致動(dòng)移動(dòng)的函數(shù)的移動(dòng)質(zhì)量(4)圍繞第二致動(dòng)軸線(y)的旋轉(zhuǎn)的第二致動(dòng)移動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有雙軸致動(dòng)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))設(shè)備；特別地，本公開將涉及用于例如為投影儀的光學(xué)MEMS設(shè)備的反射器微機(jī)電結(jié)構(gòu)(也被稱為“微鏡”)。

背景技術(shù)

反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)是已知的，其至少部分地由半導(dǎo)體材料并使用MEMS技術(shù)制作。

這些微機(jī)械結(jié)構(gòu)可以被集成在便攜電子裝置中，諸如舉例而言，平板電腦、智能電話、PDA，以用于光學(xué)應(yīng)用，特別是用于以期望的模式引導(dǎo)由通常是激光器的光源所生成的光輻射束。由于減小的尺寸，微機(jī)械結(jié)構(gòu)使得關(guān)于空間占用在面積和厚度方面能夠滿足嚴(yán)格的要求。

例如，反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)被用在微型投影機(jī)設(shè)備(所謂的微投影儀)中，其能夠以一定距離投影期望的圖像或圖形。

反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)通常包括移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其承載反射元件或鏡元件(即，針對(duì)特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)帶具有高反射率的材料的)，其被制作在半導(dǎo)體材料的主體中從而是移動(dòng)的，例如具有傾斜和/或旋轉(zhuǎn)的移動(dòng)，以用于通過(guò)改變其傳播方向而以期望的方式引導(dǎo)入射光束；以及支承結(jié)構(gòu)，其還被制作為從半導(dǎo)體材料的主體開始，被耦合到移動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有支承和處理的功能。在支承結(jié)構(gòu)中，腔體通常在其下被形成，并且在對(duì)應(yīng)于具有其反射元件的移動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置中，以用于使得其能夠自由移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。

通常，光束的傳播方向以周期性或準(zhǔn)周期性方式改變以用于利用反射的光束執(zhí)行對(duì)空間的一部分的掃描。特別地，在諧振型的反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)中，致動(dòng)系統(tǒng)致使反射元件以基本上周期性方式關(guān)于休止位置振蕩，該振蕩周期盡可能接近于諧振頻率以便于在每次振蕩期間最大化由反射元件覆蓋的角度距離，并且因而最大化掃描空間部分的大小。

在反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)中，雙軸致動(dòng)結(jié)構(gòu)是已知的，在其中反射元件根據(jù)所謂的利薩如(Lissajous)掃描路徑相對(duì)于兩個(gè)不同的相互垂直的致動(dòng)軸線而被致動(dòng)。

圖1以示意和簡(jiǎn)化方式圖示了整體由1所標(biāo)記的反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)。

反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)1包括：

框架2，在所示的示例中在由第一水平軸線x和第二水平軸線y定義的水平面xy中具有方環(huán)形(并且與相同框架2的主表面2a的平面重合)；以及

移動(dòng)質(zhì)量4，在所示的示例中在水平面xy中具有圓形。

框架2在其內(nèi)部限定了窗5，在其中容納有移動(dòng)質(zhì)量4，并且框架2由第一彈性元件6連接到在相同的框架2之外的錨固結(jié)構(gòu)7，其相對(duì)于在其中設(shè)置有反射器微機(jī)械結(jié)構(gòu)1的半導(dǎo)體材料的主體的基底8(被示意性表示)被固定。

特別地，第一彈性元件6沿著第一水平軸線x在框架2的相對(duì)兩側(cè)上對(duì)準(zhǔn)地延伸，其將框架2的相應(yīng)部分連接到錨固結(jié)構(gòu)7的錨固元件7a、7b(例如即，以未在本文示出的方式，連接到前述基底8的垂直柱)。

第一彈性元件6順從于扭轉(zhuǎn)以用于使得框架2能夠離開水平面xy并且圍繞第一水平軸線x相對(duì)于錨固結(jié)構(gòu)7以及相對(duì)于基底8旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。

移動(dòng)質(zhì)量4在頂部處承載具有針對(duì)要被反射的光輻射的高反射率的材料(諸如舉例而言，鋁或金)的鏡元件4'，并且通過(guò)沿著第二水平軸線y在移動(dòng)質(zhì)量4的相對(duì)兩側(cè)上對(duì)準(zhǔn)地延伸的第二彈性元件9而被連接到框架2。