本技術(shù)涉及微機電系統(tǒng)，尤其涉及一種微機電系統(tǒng)芯片、控制方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、微機電系統(tǒng)(micro?electro-mechanical?system，縮寫mems)技術(shù)是一種基于微電子技術(shù)，將電子、機械和光學等功能模塊集成為毫米級甚至更小尺寸級系統(tǒng)的技術(shù)。采用mems技術(shù)制成的裝置被稱為mems裝置，mems微鏡芯片是一種典型的mems裝置。

2、mems微鏡芯片包括陣列排布的多個微鏡器件，每個微鏡器件均包括微鏡和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，驅(qū)動結(jié)構(gòu)驅(qū)動微鏡扭轉(zhuǎn)或平動，驅(qū)動方式包括靜電驅(qū)動、壓電驅(qū)動、電磁驅(qū)動或者熱膨脹力驅(qū)動等。其中，靜電驅(qū)動具有低功耗，制作簡單，與集成電路(ic)工藝兼容，響應速度快等優(yōu)勢，在mems微鏡芯片領(lǐng)域中較為常見。

3、在相關(guān)技術(shù)提供的一種采用靜電驅(qū)動的、平動式微鏡器件中，包括支撐梁和平板電極結(jié)構(gòu)，平板電極結(jié)構(gòu)包括相對設置的固定平板電極和可動平板電極，可動平板電極安裝在支撐梁上，可動平板電極遠離固定平板電極的一側(cè)為微鏡。在該微鏡器件工作時，可動平板電極通過支撐梁接地，向固定平板電極加載驅(qū)動電壓，使固定平板電極和可動平板電極之間能夠產(chǎn)生靜電引力，該靜電引力作用在可動平板電極(微鏡)上，可動平板電極(微鏡)在靜電引力的作用下能夠克服支撐梁的彈性力，向靠近固定平板電極的一側(cè)平移，并形成與驅(qū)動電壓對應的位移后停止，從而實現(xiàn)調(diào)整微鏡所在位置的目的。

4、然而，具有上述結(jié)構(gòu)的微鏡器件存在電壓-位移曲線的線性度較差的問題，影響微鏡器件中微鏡位置的精確控制，從而使mems微鏡芯片的應用場景受限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實施例提供一種微機電系統(tǒng)芯片、控制方法及相關(guān)裝置，用于改善相關(guān)技術(shù)中的微鏡器件存在的電壓-位移曲線線性度較差的問題。

2、為達到上述目的，本技術(shù)的實施例采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本技術(shù)實施例提供了一種微機電系統(tǒng)芯片，微機電系統(tǒng)芯片包括驅(qū)動電路底座和微鏡陣列，驅(qū)動電路底座包括第一表面，微鏡陣列設置在驅(qū)動電路底座中的第一表面上；微鏡陣列包括陣列排布的多個微鏡器件，微鏡器件包括支撐梁、可動平板電極、固定平板電極、可動斥力電極和固定斥力電極。

4、其中，支撐梁的兩端分別通過第一錨點和第二錨點安裝在驅(qū)動電路底座上；可動平板電極和固定平板電極在第一方向上相對設置，第一方向垂直于第一表面?？蓜悠桨咫姌O安裝在支撐梁上，且在遠離驅(qū)動電路底座的一側(cè)為微鏡；固定平板電極位于驅(qū)動電路底座和可動平板電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置。

5、可動斥力電極和固定斥力電極在第一方向上相對設置，可動斥力電極安裝在支撐梁上，固定斥力電極位于驅(qū)動電路底座和可動斥力電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置。

6、在本技術(shù)實施例提供的微機電系統(tǒng)芯片中，微鏡器件包括能夠產(chǎn)生的靜電引力的平板電極結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生靜電斥力的斥力電極結(jié)構(gòu)，以及包括可動平板電極和可動斥力電極的可動結(jié)構(gòu)。其中，平板電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的靜電引力作用于可動結(jié)構(gòu)中的可動平板電極，斥力電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的靜電斥力作用于可動結(jié)構(gòu)中的可動斥力電極；即靜電斥力和靜電引力共同作用于可動結(jié)構(gòu)，可動結(jié)構(gòu)在靜電斥力和靜電引力的共同作用下，克服支撐梁的彈性力沿第一方向向靠近驅(qū)動電路底座的一側(cè)平移，并在平移一定位移后在目標位置處停止，從而實現(xiàn)調(diào)整微鏡相對于驅(qū)動電路底座高度的目的。

7、在此過程中，靜電斥力和靜電引力共同作用于可動結(jié)構(gòu)(包括微鏡)，靜電斥力可以抵消部分靜電引力，并且靜電斥力的變化趨勢與靜電引力的變化趨勢相同，從而能夠改善微鏡受力大小與驅(qū)動電壓之間的對應關(guān)系，提高該微鏡器件的電壓-位移曲線的線性度，以改善相關(guān)技術(shù)中電壓-位移曲線的線性度較差的問題；進而有利于該微鏡器件中微鏡位置的精確控制，擴展采用該微鏡器件形成的微機電系統(tǒng)芯片的應用場景。

8、在一些實施例中，微機電系統(tǒng)芯片還包括在第一方向上相對設置的可動梳齒電極和固定梳齒電極；其中，可動梳齒電極安裝在支撐梁上，并位于支撐梁靠近驅(qū)動電路底座的一側(cè)；可動平板電極位于支撐梁遠離驅(qū)動電路底座的一側(cè)。

9、固定梳齒電極位于驅(qū)動電路底座和可動梳齒電極之間，并相對于驅(qū)動電路底座固定設置。

10、固定平板電極與可動平板電極在第一方向上的間距為第一間距，固定梳齒電極與可動梳齒電極在第一方向上的間距為第二間距；第一間距大于第一間距。

11、在本技術(shù)實施例提供的微機電系統(tǒng)芯片中，微鏡器件包括能夠產(chǎn)生平板靜電引力的平板電極結(jié)構(gòu)，以及能夠產(chǎn)生梳齒靜電引力的梳齒電極結(jié)構(gòu)。平板靜電引力和梳齒靜電引力共同作用于微鏡，采用平板和梳齒組合驅(qū)動的方式驅(qū)動微鏡平移，具有響應速度快，可驅(qū)動微鏡平移的位移大和對驅(qū)動電壓要求低的優(yōu)勢。

12、另外，平板靜電引力和梳齒靜電引力可以被靜電斥力部分抵消靜，從而能夠改善微鏡受力大小與驅(qū)動電壓之間的對應關(guān)系，提高該微鏡器件的電壓-位移曲線的線性度。

13、在一些實施例中，可動梳齒電極為梳齒狀電極結(jié)構(gòu)，固定梳齒電極具有與可動梳齒電極對應的電極腔，電極腔沿第一方向貫穿固定梳齒電極。

14、可動斥力電極與可動梳齒電極為同一結(jié)構(gòu)；固定斥力電極中的部分與固定梳齒電極共用，固定斥力電極還包括第一斥力電極，第一斥力電極與電極腔正對，且與固定梳齒電極絕緣隔離。

15、在本技術(shù)實施例提供的微機電系統(tǒng)芯片中，微鏡器件采用固定斥力電極與固定梳齒電極、可動梳齒電極和可動斥力電極結(jié)構(gòu)共用的設計，能夠簡化微鏡器件的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)縮小微鏡器件尺寸的目的，從而有利于提高微機電系統(tǒng)芯片的集成度。

16、在一些實施例中，在向驅(qū)動電路底座的正投影中，可動梳齒電極的形狀、電極腔的形狀和第一斥力電極的形狀相同。如此設計，可以使第一斥力電極與固定梳齒電極(第二斥力電極)之間能夠產(chǎn)生作用于整個可動斥力電極(可動梳齒電極)的斥力電場，從而能夠提高靜電斥力的大小，并且使靜電斥力以較為均衡的方式作用于可動斥力電極(可動梳齒電極)，保證可動斥力電極(可動梳齒電極)受靜電斥力作用的均衡性。

17、在一些實施例中，在第一方向上，第一斥力電極遠離驅(qū)動電路底座的側(cè)面，與固定梳齒電極靠近驅(qū)動電路底座的側(cè)面平齊。如此設計可以在第一方向上拉近第一斥力電極與第二斥力電極(固定梳齒電極)的距離，有利于斥力電場的產(chǎn)生，提高靜電斥力的產(chǎn)生效率。

18、在一些實施例中，可動梳齒電極包括垂直交叉相連的兩根電極連接桿，還包括在電極連接桿上沿長度方向排布的多個梳齒電極，梳齒電極垂直于電極連接桿。如此設計，能夠在有限面積中形成更多的梳齒電極，從而提高靜電引力的產(chǎn)生效率。

19、在一些實施例中，固定平板電極與固定梳齒電極電連接，且共同與驅(qū)動電路底座電連接。如此設計，驅(qū)動電路底座能夠向固定平板電極與固定梳齒電極加載相同的電壓信號，從而有利于簡化對微鏡器件的控制過程及控制策略，有利于對微鏡運動控制的實現(xiàn)。

20、在一些實施例中，固定平板電極通過錨點結(jié)構(gòu)安裝在固定梳齒電極上，固定平板電極相對于固定梳齒電極遠離驅(qū)動電路底座。如此設計，方便固定平板電極與固定梳齒電極的加工與電連接，降低微鏡器件的加工難度，提高加工效率。

21、在一些實施例中，固定平板電極和固定梳齒電極為同一結(jié)構(gòu)。如此設計，可以使結(jié)構(gòu)既可以用作固定平板電極，又可以用作固定梳齒電極，能夠簡化微鏡器件的結(jié)構(gòu)，從而能夠簡化微鏡器件的制作過程，降低微鏡器件的加工難度，提高加工效率。并且能夠縮小微鏡器件在第一方向上的尺寸，從而有利于提高微機電系統(tǒng)芯片的集成度。

22、在一些實施例中，固定平板電極與固定平板電極絕緣隔離，且分別與驅(qū)動電路底座電連接。如此設計，驅(qū)動電路底座能夠分別向固定平板電極與固定梳齒電極加載獨立的電壓信號，從而有利于對固定平板電極和固定梳齒電極的單獨控制，豐富對微鏡運動的控制策略，提高控制的靈活性。

23、在一些實施例中，固定平板電極通過錨點結(jié)構(gòu)安裝在安裝基座上，安裝基座與固定梳齒電極分別為同層結(jié)構(gòu)中絕緣隔離的不同部分；固定平板電極相對于固定梳齒電極遠離驅(qū)動電路底座。如此設計，能夠方便固定平板電極與固定梳齒電極的加工與電連接，降低微鏡器件的加工難度，提高加工效率。

24、在一些實施例中，固定平板電極和固定梳齒電極分別為同層結(jié)構(gòu)中絕緣隔離的不同部分。如此設計，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)固定平板電極和固定梳齒電極在同一加工工序中加工制作，能夠簡化微鏡器件的制作過程，降低微鏡器件的加工難度，提高加工效率。另一方面，能夠縮小微鏡器件在第一方向上的尺寸，從而有利于提高微機電系統(tǒng)芯片的集成度。

25、在一些實施例中，固定平板電極和可動梳齒電極分別為同層結(jié)構(gòu)中分離的不同部分；固定平板電極和可動梳齒電極在第一方向上平齊，且在第一方向上的厚度相等。如此設計，能夠?qū)崿F(xiàn)固定平板電極和可動梳齒電極在同一加工工序中加工制作，從而能夠簡化微鏡器件的制作過程，降低微鏡器件的加工難度，提高加工效率。

26、在一些實施例中，固定平板電極包括多個子平板電極，多個子平板電極圍繞可動平板電極與支撐梁的連接位置排布。如此設計，能夠使固定平板電極和可動平板電極之間產(chǎn)生的靜電引力均勻的作用于可動平板電極，提高微鏡平移運動過程中受力的均勻性，從而提高微鏡運動的可靠性和穩(wěn)定性。

27、在一些實施例中，在微鏡陣列中，多個微鏡器件沿第二方向排布或沿第二方向和第三方向呈行列排布；其中，第一方向、第二方向與第三方向兩兩垂直。

28、支撐梁在第二方向上的兩端分別與第一錨點和第二錨點相連；在沿第二方向相鄰的兩個微鏡器件中，靠近的第一錨點與第二錨點為同一結(jié)構(gòu)。

29、在本技術(shù)實施例提供的微機電系統(tǒng)芯片中，同行相鄰的微鏡器件采用錨點結(jié)構(gòu)共用的設計，如此一方面能夠?qū)崿F(xiàn)同行中微鏡器件的電學互聯(lián)，方便對微鏡器件的控制；另一方面能夠簡化微鏡陣列中微鏡器件的結(jié)構(gòu)，縮小微鏡器件的占用面積；從而提高微機電系統(tǒng)芯片的集成度。

30、第二方面，本技術(shù)實施例提供了一種微機電系統(tǒng)芯片的控制方法，其中，微機電系統(tǒng)芯片包括驅(qū)動電路底座和微鏡陣列，驅(qū)動電路底座包括第一表面，微鏡陣列設置在驅(qū)動電路底座中的第一表面上；微鏡陣列包括陣列排布的多個微鏡器件，微鏡器件包括：

31、支撐梁，支撐梁的兩端分別通過第一錨點和第二錨點安裝在驅(qū)動電路底座上；

32、在第一方向上相對設置的可動平板電極和固定平板電極，第一方向垂直于第一表面；可動平板電極安裝在支撐梁上，且在遠離驅(qū)動電路底座的一側(cè)為微鏡；固定平板電極位于驅(qū)動電路底座和可動平板電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置；以及

33、在第一方向上相對設置的可動斥力電極和固定斥力電極，可動斥力電極安裝在支撐梁上；固定斥力電極位于驅(qū)動電路底座和可動斥力電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置。

34、該控制方法包括：

35、控制可動平板電極和可動斥力電極接地，并向固定平板電極和固定斥力電極加載第一驅(qū)動電壓；

36、在第一預設時間后，撤銷加載在固定平板電極和固定斥力電極上的第一驅(qū)動電壓；

37、在第二預設時間后，向固定平板電極和固定斥力電極分別加載與目標位置對應的電壓信號；

38、其中，第一驅(qū)動電壓為驅(qū)動電路底座所能提供的最大驅(qū)動電壓；第二預設時間為可動平板電極和可動斥力電極減速到零的時間。

39、采用本技術(shù)實施例提供的控制方法，能夠通過對電壓的調(diào)控，在微鏡切換的過程中，先采用平板電極結(jié)構(gòu)和斥力電極結(jié)構(gòu)共同產(chǎn)生靜電引力的方式，驅(qū)動微鏡運動至靠近目標位置的位置，然后撤掉靜電引力，通過支撐梁對微鏡進行減速，從而能夠縮短微鏡切換時間，提高微鏡切換速度，進而提高微機電系統(tǒng)芯片的工作性能。

40、第三方面，本技術(shù)實施例提供了一種微機電系統(tǒng)芯片的控制方法，其中，微機電系統(tǒng)芯片包括驅(qū)動電路底座和微鏡陣列，驅(qū)動電路底座包括第一表面，微鏡陣列設置在驅(qū)動電路底座中的第一表面上；微鏡陣列包括陣列排布的多個微鏡器件，微鏡器件包括：

41、支撐梁，支撐梁的兩端分別通過第一錨點和第二錨點安裝在驅(qū)動電路底座上；

42、在第一方向上相對設置的可動平板電極和固定平板電極，第一方向垂直于第一表面；可動平板電極安裝在支撐梁上，且在遠離驅(qū)動電路底座的一側(cè)為微鏡；固定平板電極位于驅(qū)動電路底座和可動平板電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置；

43、在第一方向上相對設置的可動梳齒電極和固定梳齒電極，可動梳齒電極安裝在支撐梁上，并位于支撐梁靠近驅(qū)動電路底座的一側(cè)；可動平板電極位于支撐梁遠離驅(qū)動電路底座的一側(cè)；固定梳齒電極位于驅(qū)動電路底座和可動梳齒電極之間，并相對于驅(qū)動電路底座固定設置；固定梳齒電極和固定平板電極共同與驅(qū)動電路底座電連接；以及

44、在第一方向上相對設置的可動斥力電極和固定斥力電極，可動斥力電極安裝在支撐梁上，固定斥力電極位于驅(qū)動電路底座和可動斥力電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置；

45、其中，可動梳齒電極為梳齒狀電極結(jié)構(gòu)，固定梳齒電極具有與可動梳齒電極對應的電極腔，電極腔沿第一方向貫穿固定梳齒電極；

46、可動斥力電極與可動梳齒電極為同一結(jié)構(gòu)；固定斥力電極中的部分與固定梳齒電極共用，固定斥力電極還包括第一斥力電極，第一斥力電極與電極腔正對，且與固定梳齒電極絕緣隔離。

47、該控制方法包括：

48、控制可動平板電極和可動梳齒電極接地，并向固定平板電極、固定梳齒電極和第一斥力電極加載第一驅(qū)動電壓；

49、在第一預設時間后，撤銷加載在固定平板電極、固定梳齒電極和第一斥力電極上的第一驅(qū)動電壓；

50、在第二預設時間后，向固定平板電極和固定梳齒電極加載與目標位置對應的電壓信號；其中，第一驅(qū)動電壓為驅(qū)動電路底座所能提供的最大驅(qū)動電壓；第二預設時間為可動平板電極和可動斥力電極減速到零的時間。

51、采用本技術(shù)實施例提供的控制方法，能夠通過對電壓的調(diào)控，在微鏡切換的過程中，先采用平板電極結(jié)構(gòu)、梳齒電極結(jié)構(gòu)和斥力電極結(jié)構(gòu)共同產(chǎn)生靜電引力的方式，驅(qū)動微鏡運動至靠近目標位置的位置，然后撤掉靜電引力，通過支撐梁對微鏡進行減速，從而能夠進一步縮短微鏡切換時間，提高微鏡切換速度，進而提高微機電系統(tǒng)芯片的工作性能。

52、第四方面，本技術(shù)實施例提供了一種微機電系統(tǒng)芯片的控制方法，其中，微機電系統(tǒng)芯片包括驅(qū)動電路底座和微鏡陣列，驅(qū)動電路底座包括第一表面，微鏡陣列設置在驅(qū)動電路底座中的第一表面上；微鏡陣列包括陣列排布的多個微鏡器件，微鏡器件包括：

53、支撐梁，支撐梁的兩端分別通過第一錨點和第二錨點安裝在驅(qū)動電路底座上；

54、在第一方向上相對設置的可動平板電極和固定平板電極，第一方向垂直于第一表面；可動平板電極安裝在支撐梁上，且在遠離驅(qū)動電路底座的一側(cè)為微鏡；固定平板電極位于驅(qū)動電路底座和可動平板電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置；

55、在第一方向上相對設置的可動梳齒電極和固定梳齒電極，可動梳齒電極安裝在支撐梁上，并位于支撐梁靠近驅(qū)動電路底座的一側(cè)；可動平板電極位于支撐梁遠離驅(qū)動電路底座的一側(cè)；固定梳齒電極位于驅(qū)動電路底座和可動梳齒電極之間，并相對于驅(qū)動電路底座固定設置；固定梳齒電極和固定平板電極分別與驅(qū)動電路底座電連接；以及

56、在第一方向上相對設置的可動斥力電極和固定斥力電極，可動斥力電極安裝在支撐梁上，固定斥力電極位于驅(qū)動電路底座和可動斥力電極之間，且相對于驅(qū)動電路底座固定設置；

57、其中，可動梳齒電極為梳齒狀電極結(jié)構(gòu)，固定梳齒電極具有與可動梳齒電極對應的電極腔，電極腔沿第一方向貫穿固定梳齒電極；

58、可動斥力電極與可動梳齒電極為同一結(jié)構(gòu)；固定斥力電極中的部分與固定梳齒電極共用，固定斥力電極還包括第一斥力電極，第一斥力電極與電極腔正對，且與固定梳齒電極絕緣隔離。

59、該控制方法包括：

60、控制可動平板電極和可動梳齒電極接地，并向固定平板電極、固定梳齒電極和第一斥力電極加載第一驅(qū)動電壓；

61、在第一預設時間后，撤銷加載在固定平板電極上的第一驅(qū)動電壓，并控制第一斥力電極接地；

62、在第二預設時間后，向固定平板電極和固定梳齒電極分別加載與目標位置對應的電壓信號；

63、其中，第一驅(qū)動電壓為驅(qū)動電路底座所能提供的最大驅(qū)動電壓；第二預設時間為可動平板電極和可動斥力電極減速到零的時間。

64、采用本技術(shù)實施例提供的控制方法，能夠通過對電壓的調(diào)控，在微鏡切換的過程中，先采用平板電極結(jié)構(gòu)、梳齒電極結(jié)構(gòu)和斥力電極結(jié)構(gòu)共同產(chǎn)生靜電引力的方式，驅(qū)動微鏡運動至靠近目標位置的位置，然后撤掉靜電引力，通過支撐梁和靜電斥力對微鏡進行減速，從而能夠進一步縮短微鏡切換時間，提高微鏡切換速度，進而提高微機電系統(tǒng)芯片的工作性能。

65、第五方面，本技術(shù)實施例同時提供了一種顯示裝置，該顯示裝置包括光源、如第一方面實施例中任一項所述的微機電系統(tǒng)芯片以及投影鏡頭。

66、其中，光源用于產(chǎn)生投射至微機電系統(tǒng)芯片的照明光束；微機電系統(tǒng)芯片用于對照明光束調(diào)制形成包含圖像信息的成像光，并將成像光投射至投影鏡頭。

67、第六方面，本技術(shù)實施例同時提供了一種光通信裝置，該光通信裝置包括光纖陣列、光學透鏡、光柵以及如第一方面實施例中任一項所述的微機電系統(tǒng)芯片。

68、其中，光纖陣列包括一個輸入端口和多個輸出端口，輸入端口用于將多個不同波長的光信號經(jīng)光學透鏡照射至光柵；光柵用于根據(jù)波長對光信號分光，并將不同波長的光信號分別投射至微機電系統(tǒng)芯片的不同位置。微機電系統(tǒng)芯片用于將不同波長的光信號投射至光纖陣列中對應的輸出端口。

69、本技術(shù)實施例所提供的顯示裝置與光通信裝置所能夠達到的技術(shù)效果與上述任一實施例中的微機電系統(tǒng)芯片所能夠達到的技術(shù)效果相同，在此不再贅述。