[实用新型]微机电结构以及微型投影仪设备

说明书

本公开的实施例涉及微机电结构以及微型投影仪设备。一种微机电结构，包括：半导体材料的体部，该体部具有固定框架，该固定框架在内部限定腔；可移动块，该可移动块弹性地悬挂在腔中，并且利用围绕第一旋转轴线的第一谐振运动、以及围绕与第一旋转轴线正交的第二旋转轴线的第二谐振运动而可移动。以悬臂方式在腔中延伸的第一对和第二对支撑元件刚性地耦合到框架，并且可压电变形以引起可移动块围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线的旋转。第一对和第二对弹性耦合元件弹性地耦合在可移动块与第一对和第二对支撑元件之间。由于第一对和第二对弹性耦合元件，可移动块的第一和第二旋转运动彼此解耦合并且彼此不干扰。

技术领域

本公开涉及一种使用微机电系统(MEMS)技术来构造的利用压电致动的双轴线谐振微机电反射镜结构。

背景技术

微机电结构，其在下文中被称为“MEMS结构”，包括承载反射表面的可移动块(mobile mass)。该反射表面可以被称为“反射镜”(mirror)表面，并且是从诸如硅的半导体材料的体部开始被制成，并且被弹性地支撑在腔的上方，以便是正确地可定向的。

这些MEMS反射镜结构例如被用在小型化的投影仪设备(例如，微型投影仪设备)中，用于以期望的图案引导由光源(例如，激光源)生成的光辐射束，以便将图像投影到一定距离处。微型投影仪设备可以被用在便携式电子装置中，诸如智能手机、平板电脑、平板手机、笔记本电脑或PDA(个人数字助理)。

通常，光束沿两个轴线的偏离被需要以生成图像，这可以通过利用单轴线类型的两个MEMS反射镜结构、或通过利用双轴线类型的单个MEMS反射镜结构来获得。在双轴线类型的MEMS结构的情况下，可移动块被驱动，以便围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线旋转，第一旋转轴线与第二旋转轴线彼此正交。

特别地，为了生成“光栅”(raster)类型的扫描图案，围绕第一轴线的旋转利用谐振运动(即，利用以如下频率的周期性或准周期性振荡，该频率接近机械谐振频率)来执行，以生成快速的扫描，而围绕第二轴线的旋转利用线性或准静态运动(即，以比谐振运动的频率低得多的频率)来执行，以生成例如利用锯齿图案的慢扫描。

为了生成所谓的李萨如(Lissajous)类型的扫描图案，可移动块围绕第一和第二旋转轴线的两个旋转二者均利用相对于上述旋转轴线的谐振运动执行，其中谐振运动的频率基本上等于反射镜结构的谐振频率。

通常，谐振运动使得在每次振荡期间由可移动块覆盖的角距离能够最大化，并且因此使得在给定结构的相同尺寸的情况下，所扫描的空间的部分的大小能够最大化，并且出于此原因其是有利的。

还已知，在谐振双轴线扫描的情况下，图像刷新速率等于围绕两个旋转轴线的谐振频率的值之间的频率差(Δf)。

对于可见光谱中的视频应用，上述频率差Δf通常被包括在24Hz和120Hz之间的范围内，例如60Hz，以便防止图像的闪烁，对于其他类型的应用(例如3D感测)，低于24Hz或高于120Hz的频率差Δf可能被要求。

MEMS反射镜结构的旋转经由可以是静电、电磁或压电类型的致动系统来控制。

静电致动系统通常要求高操作电压，而电磁致动系统通常需要高功率消耗。

因此，已经提出了通过使用压电致动器来控制扫描运动，相对于利用静电或电磁致动的结构，其具有需要较低的致动电压和功耗水平的优点。

例如，美国专利号9843779(EP3173843)，其内容通过引用并入本文，公开了一种利用压电致动的谐振双轴线MEMS反射镜结构。

如图1中示意性所示的，作为整体由1指定的该MEMS结构在半导体材料2(特别地，硅)的体部中制成，其中框架3形成，该框架3在内部限定了腔4。

MEMS结构1包括可移动块5，该可移动块5悬挂在腔4内并且通过四个可弹性变形的支撑元件6而被弹性地耦合到框架3。