Mems器件和微型投影儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及具有靜電類型的驅(qū)動結(jié)構(gòu)的微機電(MEMS)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，已經(jīng)提出具有成對MEMS微反射鏡的微型投影機，每個MEMS微反射鏡被驅(qū)動用于繞自己的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0003]例如，在圖1和圖2示意性地圖示的系統(tǒng)中，光源1，通常為激光源，生成光束2 (通常包括三個單色光束，每個用于一個基本色)，其穿過僅示意性地圖示的光學(xué)器件3，由MEMS反射鏡對5、6轉(zhuǎn)向。例如，第一 MEMS反射鏡5可以是諧振類型的水平微反射鏡，其繞第一軸A (圖2)旋轉(zhuǎn)并且生成快速水平掃描，并且第二 MEMS反射鏡6可以是垂直微反射鏡，其繞特別地垂直于第一軸A的第二橫軸B旋轉(zhuǎn)，并且生成慢速垂直掃描，通常為鋸齒掃描。兩個MEMS反射鏡5、6的移動的組合使得光束2執(zhí)行完整的二維掃描移動并且，一旦投影在投影屏幕7上，就在其上生成二維圖像。例如在W02010/067354(也被公布為US2011/0234898)中描述了這樣的系統(tǒng)，為所有目的在此通過引用將該專利申請整體并入本文。
[0004]對于圖像的理想投影，需要以恒定的速率執(zhí)行垂直掃描。因此，已經(jīng)提出通過引起其繞相應(yīng)的軸B的受控旋轉(zhuǎn)的靜電驅(qū)動系統(tǒng)來控制至少垂直微反射鏡6的移動。
[0005]例如，垂直微反射鏡6可以如圖3所示而制成。這里，裸片10包括懸置在襯底(不可見)上并且由成對的臂12支撐的反射表面11。臂12在反射表面11的相對側(cè)上延伸并且限定垂直微反射鏡6的旋轉(zhuǎn)軸B。臂12經(jīng)由使得臂12繞軸B旋轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)彈簧14連接到裸片10的固定的外圍部分13。臂12被進一步耦合到由兩個靜電類型的致動組件18形成的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，一個致動組件18用于一個臂12。這里每個致動組件18包括兩組移動電極19，面對同樣多組的固定電極20。
[0006]詳細地講，移動電極19相對于臂12固定并且像梳指一樣與固定電極20交錯排列用于生成電容性耦合。固定電極20由支撐區(qū)域21承載，通常相對于裸片10的襯底(不可見)固定。由于電極19、20的布置，驅(qū)動結(jié)構(gòu)也被定義為“梳式驅(qū)動結(jié)構(gòu)”。
[0007]可以在裸片10的不同層中形成移動電極和固定電極20以便在不同的高度處延伸，如例如在W02010/137009 (也被公布為US2012/0062973)中所描述的那樣，并且如圖4的放大細節(jié)中所圖示的那樣，為所有目的在此通過引用將該專利申請整體并入本文。
[0008]通過在移動電極19和固定電極20之間施加合適的電壓，可以在它們之間生成吸引力或排斥力，用于引起移動電極19相對于固定電極20的旋轉(zhuǎn)、臂12繞軸B的扭轉(zhuǎn)、并因而反射表面11的相應(yīng)的受控旋轉(zhuǎn)(圖5)。
[0009]然而，所描述的結(jié)構(gòu)與目前的日益增大反射鏡的需求形成對比。
[0010]事實上，在光學(xué)系統(tǒng)中，投影的圖像的像素的數(shù)目正比于反射表面11的直徑。
[0011]由此得出在微型投影儀的領(lǐng)域中，需要具有日益增大尺寸的微反射鏡，以便增加投影圖像的分辨率并且滿足邁向高清標準(720像素；1080像素)的市場需要。
[0012]特別地，在二維微型投影儀中，水平微反射鏡的直徑?jīng)Q定分辨率。另一方面，由于其上更大的掃描點軌跡，水平微反射鏡的尺寸的增加也決定垂直微反射鏡的尺寸的劇烈增加。
[0013]為了提供更大尺寸的反射表面11，可以使用更高的致動電壓，因為諧振頻率由系統(tǒng)的條件和約束設(shè)置。特別地，在所考慮類型的靜電梳式驅(qū)動的情況下，這需要操作電壓的修改以及因此電極數(shù)目的增加。
[0014]在圖3至圖5的結(jié)構(gòu)的情況下，反射表面11的尺寸的增加導(dǎo)致整個裸片10的尺寸在旋轉(zhuǎn)軸B的方向上的顯著增加，因為不僅反射表面11的長度在該方向上增加，而且梳指式電極19、20對的數(shù)目也增加。
[0015]上文的增加與目前朝向小型化的趨勢形成對比，并且需要相當(dāng)大的成本，特別在中等生產(chǎn)規(guī)模的應(yīng)用的情況下，其中不需要開發(fā)大規(guī)模生產(chǎn)的潛能。
[0016]另一方面，除了上文所涉及的類型之外，該問題也存在于其他類型的MEMS器件中。
【實用新型內(nèi)容】
[0017]本實用新型的一個或者多個實施例可以提供具有克服現(xiàn)有技術(shù)的一個或者多個缺點的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動結(jié)構(gòu)的MEMS器件。
[0018]一個或者多個實施例涉及例如可以安裝在微型投影儀中的可旋轉(zhuǎn)微反射鏡。另一實施例涉及慣性類型的MEMS結(jié)構(gòu)，例如用于探測運動參數(shù)的元件，諸如加速計、陀螺儀等，或者驅(qū)動元件，諸如微發(fā)動機、微致動器或旋轉(zhuǎn)運動到平移運動的轉(zhuǎn)換器。在又一實施例中，MEMS結(jié)構(gòu)使用平移運動被應(yīng)用。
[0019]一個實施例涉及一種MEMS器件，其包括具有反射表面的懸置塊、支撐區(qū)域以及將懸置塊耦合到支撐區(qū)域的接合臂。該MEMS器件進一步包括連接元件和靜電驅(qū)動系統(tǒng)。靜電驅(qū)動系統(tǒng)包括布置在接合臂的相對側(cè)上并且通過連接元件耦合到接合臂的第一致動組件和第二致動組件。第一致動組件和第二致動組件中的每個致動組件包括交錯布置的移動電極和固定電極。
[0020]根據(jù)本實用新型的實施例，提供一種MEMS器件，其特征在于，包括:懸置塊；支撐區(qū)域；接合臂，具有相對側(cè)并且將所述懸置塊耦合到所述支撐區(qū)域；連接元件，從所述接合臂的所述相對側(cè)延伸；以及靜電驅(qū)動系統(tǒng)，包括第一致動組件和第二致動組件，所述第一致動組件和所述第二致動組件布置在所述接合臂的所述相對側(cè)上并且分別通過所述連接元件耦合到所述接合臂，所述第一致動組件和所述第二致動組件中的每個致動組件包括交替布置的移動電極和固定電極。
[0021]在一個實施例中，第一致動組件和所述第二致動組件包括具有相對側(cè)的附屬臂，其中所述移動電極從所述附屬臂的所述相對側(cè)延伸。
[0022]在一個實施例中，附屬臂具有與所述接合臂的縱軸基本上平行的縱軸。
[0023]在一個實施例中，連接元件是剛性臂。
[0024]在一個實施例中，剛性臂分別具有耦合到所述接合臂的第一部分和耦合到所述附屬臂的第二部分。
[0025]在一個實施例中，連接元件均由聯(lián)動裝置形成，所述聯(lián)動裝置包括具有分別耦合到所述接合臂和所述附屬臂的第一端部以及通過鉸鏈耦合到彼此的第二端部的杠桿對。
[0026]在一個實施例中，每個鉸鏈由具有相互耦合并且耦合到所述杠桿對的端部的大致U形的區(qū)域?qū)π纬伞?br>[0027]在一個實施例中，該MEMS器件進一步包括扭轉(zhuǎn)彈簧和固定區(qū)域，其中所述附屬臂經(jīng)由相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)彈簧被耦合到所述固定區(qū)域。
[0028]在一個實施例中，該MEMS器件進一步包括第一結(jié)構(gòu)層和第二結(jié)構(gòu)層，其中對于所述第一致動組件和所述第二致動組件中的至少一個致動組件，所述移動電極在所述第一結(jié)構(gòu)層中形成而所述固定電極在所述第二結(jié)構(gòu)層中形成。
[0029]在一個實施例中，在每個致動組件中，第一移動電極在第一結(jié)構(gòu)層中形成，而第二移動電極在第二結(jié)構(gòu)層中形成，其中與所述第一移動電極交錯布置的所述固定電極在所述第二結(jié)構(gòu)層中形成，而與所述第二移動電極交錯布置的所述固定電極在所述第一結(jié)構(gòu)層中形成。
[0030]在一個實施例中，接合臂是第一接合臂并且所述支撐區(qū)域是第一支撐區(qū)域，所述MEMS器件包括第二接合臂；以及所述靜電驅(qū)動系統(tǒng)包括布置在所述第二接合臂的相對側(cè)上的第三致動組件和第四致動組件，并且其中所述第二接合臂將所述懸置塊耦合到所述第二支撐區(qū)域。
[0031 ] 在一個實施例中，該MEMS器件還包括第五致動組件和第六致動組件，每個致動組件具有至少部分由所述第一接合臂和所述第二接合臂分別支撐的移動電極。
[0032]在一個實施例中，致動組件中的每個致動組件具有平行于彼此并且平行于所述第一接合臂和所述第二接合臂的縱軸延伸的縱軸。
[0033]在一個實施例中，懸置塊是具有反射表面的微反射鏡并且所述接合臂形成用于所述反射表面的旋轉(zhuǎn)軸。
[0034]在一個實施例中，懸置塊具有從以下形狀中選擇的形狀:矩形、具有圓化邊緣的矩形、方形、具有圓化邊緣的方形、多邊形、圓形、橢圓形和心形。
[0035]根據(jù)本實用新型的實施例，還提供一種微型投影儀，其特征在于，包括:光源，被配置用于發(fā)出光；以及MEMS器件，被配置用于反射所述光，所述MEMS器件包括:懸置塊，具有反射表面；支撐區(qū)域；接合臂，具有相對側(cè)，所述接合臂將所述懸置塊耦合到所述支撐區(qū)域；連接元件，分別耦合到所述接合臂的所述相對側(cè)；以及靜電驅(qū)動系統(tǒng)，包括第一致動組件和第二致動組件，所述第一致動組件和所述第二致動組件布置在所述接合臂的所述相對側(cè)上并且通過所述連接元件耦合到所述接合臂，所述第一致動組件和所述第二致動組件中的每個致動組件包括交替布置的移動電極和固定電極。
[0036]在一個實施例中，光源是激光光源。
[0037]在一個實施例中，該微型投影儀進一步包括被配置用于將從所述光源發(fā)出的所述光轉(zhuǎn)向到所述MEMS器件的光學(xué)透鏡。
[0038]在一個實施例中，第一致動組件和所述第二致動組件包括附屬臂，其中所述第一致動組件和所述第二致動組件的所述移動電極分別從所述附屬臂延伸。
[0039]在一個實施例中，接合臂具有縱軸并且所述附屬臂具有基本上平行于所述接合臂的所述縱軸的縱軸。
[0040]在一個實施例中，連接元