[實用新型]MEMS微反射鏡設(shè)備和電氣裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720309648.6
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN206751385U
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: E·杜奇;L·巴爾多;R·卡爾米納蒂;F·F·維拉
• 申請（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所11256
• 代理人: 王茂華

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種MEMS微反射鏡設(shè)備(micromirror device)。

背景技術(shù)

在以下本說明書中，術(shù)語“掩埋空腔”將參考半導(dǎo)體本體或芯片內(nèi)的空白區(qū)域使用(或充滿氣體)，該空白區(qū)域通過采用半導(dǎo)體材料的多個部分與本體的兩個主面間隔開。

使用半導(dǎo)體材料技術(shù)制造的微反射鏡設(shè)備是已知的并且也被稱作MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統(tǒng))設(shè)備。

這些MEMS微反射鏡設(shè)備例如在用于光學應(yīng)用的便攜式裝置(比如，便攜式計算機、膝上型電腦、筆記本計算機(包括超薄筆記本計算機)、PDA、平板計算機以及智能電話)中用于以期望的形式引導(dǎo)光源生成的光輻射束。

就面積和厚度而言，這些MEMS微反射鏡設(shè)備由于尺寸小而滿足有關(guān)體積的嚴格要求。

例如，MEMS微反射鏡設(shè)備用于能夠在一定距離處投影圖像或者能夠生成期望的光圖案的微型投影儀模塊(所謂的微微投影儀)中。

MEMS微反射鏡設(shè)備通常包括反射鏡元件，該反射鏡元件可移動(通常具有傾斜或旋轉(zhuǎn)運動)并且能夠以期望的方式引導(dǎo)入射光束。

例如，圖1是微微投影儀9的示意圖，該微微投影儀包括光源1，通常為生成由三個單色束組成的光束2的激光源)，每個基本顏色一個單色束，該單色束穿過僅示意性地展示的光學系統(tǒng)3，通過反射鏡元件5被偏轉(zhuǎn)朝向屏幕6。在所示出的示例中，反射鏡元件5為二維型，被控制以便關(guān)于垂直軸線A和水平軸線B轉(zhuǎn)動。反射鏡元件5關(guān)于垂直軸線A的旋轉(zhuǎn)生成快速水平掃描。反射鏡元件5關(guān)于垂直于垂直軸線A的水平軸線B的旋轉(zhuǎn)生成慢速垂直掃描(通常為鋸齒型)。

在圖2中展示了所獲得的掃描方案并且由7標記。

在圖1的系統(tǒng)的變體中，系統(tǒng)包括沿光束2的路徑依次安排的并且每個都可圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)的兩個微反射鏡；即，為了生成與圖2的方案相同的掃描方案，一個微反射鏡可圍繞水平軸線B旋轉(zhuǎn)并且另一個微反射鏡可圍繞垂直軸線A旋轉(zhuǎn)。

微反射鏡系統(tǒng)的另一個應(yīng)用是3D手勢識別系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常使用微微投影儀和圖像采集設(shè)備(比如，相機)。此處的光束可能在可見范圍內(nèi)、在不可見范圍內(nèi)或在任何有用的頻率處。微微投影儀可以類似于圖1的微微投影儀9，并且微反射鏡5所偏轉(zhuǎn)的光束2用于在兩個方向上對物體進行掃描。例如，微微投影儀可以將小的條帶投影到物體上，物體的可能投影或凹陷區(qū)域(由于其深度)產(chǎn)生相機檢測到的光線的變形，并且這些變形可以被連接至相機的適當電子裝置檢測到并用于檢測第三尺寸。

在任一情況下，鏡元件的旋轉(zhuǎn)通常經(jīng)由致動系統(tǒng)(當前為靜電、磁或壓電型)進行控制。

例如，圖3至圖5示出了純靜電致動的構(gòu)成美國專利申請2014/0198366的主題的微機械反射鏡結(jié)構(gòu)10。

如下文中所解釋的，微機械反射鏡結(jié)構(gòu)10包括第一本體11和第二本體14，例如，采用如硅等半導(dǎo)體材料的這兩個本體經(jīng)由鍵合層(未展示)而鍵合在一起。

第一本體11形成被溝槽13環(huán)繞并懸置在空腔(或者開口)15之上的可移動質(zhì)量塊12，該空腔形成于第二本體14中并且具有小于第二本體14的厚度的高度(沿笛卡爾參考系的軸線y)。

可移動質(zhì)量塊12具有中心部分12A，該中心部分例如在平面視圖中(在水平面XY中)為圓形，支撐反射鏡層16。反射鏡層16由對待投影光輻射具有高反射率的材料(例如，鋁或金)形成。此外，可移動質(zhì)量塊12具有支撐部分12B，這些支撐部分具有細長形狀并且相對于中心部分12A沿水平面XY的軸線x在相對側(cè)上延伸。

中心部分12A在支撐部分12B處通過扭轉(zhuǎn)型彈性元件(彈簧)19耦合至相對于第二本體14固定的錨固件18，這些彈性元件使其能夠旋轉(zhuǎn)出水平面XY。

彈性元件19具有沿軸線x的縱向延伸部并且沿其延伸方向限定可移動質(zhì)量塊12的旋轉(zhuǎn)軸線C。

此外，可移動質(zhì)量塊12的支撐部分12B承載與其剛性連接的指狀可移動電極22，這些可移動電極在平面XY中在支撐部分12B的相對側(cè)上沿軸線y并且在溝槽13內(nèi)延伸。

微機械反射鏡結(jié)構(gòu)10進一步包括固定部分23，該固定部分在第一本體11中并且相對于第二本體14是剛性的，通過溝槽13與可移動質(zhì)量塊12分離。固定部分23承載固定電極24，這些固定電極也具有面向可移動電極22并與其成梳齒連接的指狀構(gòu)造。

第一觸點焊盤25A和第二觸點焊盤25B由固定部分23的對應(yīng)頂表面以及錨固件18的對應(yīng)頂表面承載，以便分別對固定電極24和可移動電極22的進行電氣偏置。