[發明專利]具有可傾斜結構的微機電器件和可傾斜結構的位置檢測

有效

• 申請號: 201611249770.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN107555394B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: R·卡爾米納蒂;E·杜奇;S·康蒂
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: B81B5/00
• 分類號: B81B5/00;B81C99/00;G03B21/14
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;董典紅

本申請涉及具有可傾斜結構的微機電器件和可傾斜結構的位置檢測。公開了微機電器件(50)，其中，平臺(52)形成在頂部襯底中并且被配置為通過旋轉角度(θ)旋轉。平臺具有狹縫(70)并且面對腔(53)。集成的多個光電檢測器(70)形成在底部襯底中以檢測通過狹縫的光，并生成與通過狹縫的光相關的信號。狹縫的面積隨著平臺的旋轉角度而改變并引起衍射，其或多或少根據角度而被標記。相對于狹縫布置在不同位置的兩個光電檢測器的信號之間的差值產生該角度。

技術領域

本發明涉及具有可傾斜結構的微機電器件。具體地，以下將參照通過MEMS(微機電系統)技術得到的微反射鏡，但不喪失一般性。

背景技術

已知微機電器件具有反射鏡結構，該反射鏡結構使用半導體材料的技術。

這些微機電器件例如用于便攜式裝置，諸如便攜式計算機、膝上型電腦、筆記本(包括超薄筆記本)、PDA、平板電腦、蜂窩電話、智能手機等，其用于光學應用，尤其用于根據期望的形態引導由光源生成的光束。

由于小尺寸，上述器件能夠滿足關于空間占用(面積和厚度二者)的嚴格要求。

例如，微機電反射鏡器件用于小型化的投影儀模塊(所謂的微型投影儀)，其能夠在遠處投射圖像或者生成光的期望圖案。

微機電反射鏡器件通常包括懸置在空腔上方并且從半導體材料的主體開始形成的反射鏡元件，從而可移動(通常為傾斜或旋轉的移動)用于根據期望引導入射光束。

例如，圖1是微型投影儀9的示意圖，其包括生成光束2的光源1，通常為激光源，光束2由三個單色束形成(針對每個基礎顏色存在一束)，光束經由僅示意性示出的光學系統3、被反射鏡元件5朝向屏幕6偏轉。在所示實例中，反射鏡元件5是二維型，其被控制以繞著垂直軸A和水平軸B旋轉。如圖2所示，反射鏡元件5繞著垂直軸A的旋轉生成快速水平掃描。反射鏡元件5繞著垂直于垂直軸A的水平軸B的旋轉生成緩慢垂直掃描，通常為鋸齒形。

在圖2中示出所得到的掃描方案并由7表示。

在圖1的系統的變形中，微型投影儀包括兩個微反射鏡，它們沿著光束2的路徑順序布置并且每一個都可繞著自身的軸旋轉，并且精確地，一個可繞著水平軸B旋轉，另一個可繞著垂直軸A旋轉，用于生成與圖2所示相同的掃描方案。

微反射鏡系統的另一應用是3D姿勢識別系統。這些通常使用微型投影儀和圖像獲取器件，諸如攝影相機。這里，光束可以在可見光或不可見光的范圍內，或者處于任何可用的頻率。微型投影儀可以類似于圖1的微型投影儀9，并且通過微反射鏡5偏轉的光束2用于在兩個方向上掃描對象。例如，微型投影儀可以在對象上投射小條或帶。任何可能的投射或對象的凹陷區域(由于其深度)在被攝影相機檢測的光線中產生變形，該變形可以被適當的電子器件處理以用于檢測第三維。

在這兩種情況下，在考慮到的技術中，微型投影儀包括反射鏡元件，反射鏡元件的旋轉通常經由致動系統(當前為靜電、磁或壓電類型)來控制。

例如，圖3示出了具有純靜電致動的反射鏡元件5。這里，芯片10包括懸置在襯底(不可見)上方的區域11，其具有反射表面(未示出)并且通過第一對臂12(第一扭力彈簧)由懸置框架13支撐。第一臂12從懸置區域11的相對側延伸并且形成反射鏡元件5的旋轉軸A。懸置框架13經由第二對臂16(第二扭力彈簧)連接至芯片10的固定外圍部分15，這能夠實現懸置框架13的旋轉以及懸置區域11繞著水平軸B的旋轉。第一臂12和第二臂16耦合至靜電類型的對應致動組件18A、18B。這里每個致動組件18A、18B都包括面對對應的第二電極20的第一電極19。

具體而言，第一電極19相對于對應的臂12、16固定，并且與第二電極20呈梳狀配置用于生成電容耦合。由于每個致動組件18A、18B的電極19、20的配置，驅動結構也定義為“梳驅動結構”。