[發明專利]具有改善特性的壓電致動雙軸線諧振微機電反射鏡結構

在審

• 申請號: 202010201701.7
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111717884A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: N·博尼;R·卡爾米納蒂;M·默利
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;G02B26/08;G03B21/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 董莘

本公開的實施例涉及具有改善特性的壓電致動雙軸線諧振微機電反射鏡結構。一種微機電結構，包括：半導體材料的體部，該體部具有固定框架，該固定框架在內部限定腔；可移動塊，該可移動塊彈性地懸掛在腔中，并且利用圍繞第一旋轉軸線的第一諧振運動、以及圍繞與第一旋轉軸線正交的第二旋轉軸線的第二諧振運動而可移動。以懸臂方式在腔中延伸的第一對和第二對支撐元件剛性地耦合到框架，并且可壓電變形以引起可移動塊圍繞第一旋轉軸線和第二旋轉軸線的旋轉。第一對和第二對彈性耦合元件彈性地耦合在可移動塊與第一對和第二對支撐元件之間。由于第一對和第二對彈性耦合元件，可移動塊的第一和第二旋轉運動彼此解耦合并且彼此不干擾。

優先權要求

本申請要求2019年03月22日提交的意大利專利申請102019000004199的優先權，其內容在法律允許的最大范圍內通過引用以其整體并入本文。

技術領域

本公開涉及一種使用微機電系統(MEMS)技術來構造的利用壓電致動的雙軸線諧振微機電反射鏡結構。

背景技術

微機電結構，其在下文中被稱為“MEMS結構”，包括承載反射表面的可移動塊(mobile mass)。該反射表面可以被稱為“反射鏡”(mirror)表面，并且是從諸如硅的半導體材料的體部開始被制成，并且被彈性地支撐在腔的上方，以便是正確地可定向的。

這些MEMS反射鏡結構例如被用在小型化的投影儀設備(例如，微型投影儀設備)中，用于以期望的圖案引導由光源(例如，激光源)生成的光輻射束，以便將圖像投影到一定距離處。微型投影儀設備可以被用在便攜式電子裝置中，諸如智能手機、平板電腦、平板手機、筆記本電腦或PDA(個人數字助理)。

通常，光束沿兩個軸線的偏離被需要以生成圖像，這可以通過利用單軸線類型的兩個MEMS反射鏡結構、或通過利用雙軸線類型的單個MEMS反射鏡結構來獲得。在雙軸線類型的MEMS結構的情況下，可移動塊被驅動，以便圍繞第一旋轉軸線和第二旋轉軸線旋轉，第一旋轉軸線與第二旋轉軸線彼此正交。

特別地，為了生成“光柵”(raster)類型的掃描圖案，圍繞第一軸線的旋轉利用諧振運動(即，利用以如下頻率的周期性或準周期性振蕩，該頻率接近機械諧振頻率)來執行，以生成快速的掃描，而圍繞第二軸線的旋轉利用線性或準靜態運動(即，以比諧振運動的頻率低得多的頻率)來執行，以生成例如利用鋸齒圖案的慢掃描。

為了生成所謂的李薩如(Lissajous)類型的掃描圖案，可移動塊圍繞第一和第二旋轉軸線的兩個旋轉二者均利用相對于上述旋轉軸線的諧振運動執行，其中諧振運動的頻率基本上等于反射鏡結構的諧振頻率。

通常，諧振運動使得在每次振蕩期間由可移動塊覆蓋的角距離能夠最大化，并且因此使得在給定結構的相同尺寸的情況下，所掃描的空間的部分的大小能夠最大化，并且出于此原因其是有利的。

還已知，在諧振雙軸線掃描的情況下，圖像刷新速率等于圍繞兩個旋轉軸線的諧振頻率的值之間的頻率差(Δf)。

對于可見光譜中的視頻應用，上述頻率差Δf通常被包括在24Hz和120Hz之間的范圍內，例如60Hz，以便防止圖像的閃爍，對于其他類型的應用(例如3D感測)，低于24Hz或高于120Hz的頻率差Δf可能被要求。

MEMS反射鏡結構的旋轉經由可以是靜電、電磁或壓電類型的致動系統來控制。

靜電致動系統通常要求高操作電壓，而電磁致動系統通常需要高功率消耗。

因此，已經提出了通過使用壓電致動器來控制掃描運動，相對于利用靜電或電磁致動的結構，其具有需要較低的致動電壓和功耗水平的優點。

例如，美國專利號9843779(EP3173843)，其內容通過引用并入本文，公開了一種利用壓電致動的諧振雙軸線MEMS反射鏡結構。