[实用新型]一种MEMS器件、MEMS微镜系统和MEMS微小投影仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种关于两个轴线振荡并且具有位置检测系统的MEMS(微电子机械系统)器件，特别地是压阻型的。特别地，MEMS器件形成微镜。

背景技术

已知微机械器件具有使用半导体技术而制造的微镜结构。

这些微机械器件被使用在便携式装置中用于光学应用，特别地用于引导由具有期望形态的光源所生成的光辐射束，便携式装置诸如例如便携式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机(包括超薄笔记本计算机)、PDA、平板计算机和智能电话。

借助于其小尺寸，这些器件可以满足关于体积的严格要求，包括面积和厚度二者。

例如，微机械镜器件被用于小型化投影仪模块(所谓的微小投影仪)，其能够在一定距离处投影图像或生成期望的光图案。

例如，这种投影仪模块结合图像捕获模块形成针对三维成像的三维(3D)照相机或摄像机。备选地，投影仪模块可以使用在3D场景重建系统中，其测量由微小投影仪所发射以撞击表面并且朝向接收器被向后反射的单色射线所用的时间(所谓的飞行时间方法)。另一应用测量探测器阵列上的例如红外类型的反射线或束的位置，其中反射线或束的位置取决于反射面的距离(所谓的结构化光变形方法)。

微镜器件一般地包括悬挂在腔上并且由半导体主体形成的镜元件以便例如利用滚动和倾斜运动可移动，以根据期望来引导入射光束。

例如，图1示意性地示出了包括诸如激光源的光源1的微小投影仪9，生成三个单色束的光束2，三个单色束的每个针对每个基色， 通过仅示意性地被示出的光学系统3，由镜元件5使得光束2朝向屏幕6偏斜。镜元件5为二维类型，其被控制以便关于垂直轴A和水平轴B转动。镜元件5关于垂直轴A的旋转在屏幕6上生成快速的水平扫描，如图2中所图示的。镜元件5关于垂直于垂直轴A的水平轴B的旋转生成缓慢的垂直扫描，整体上生成锯齿扫描。

相反，在图3的场景重建系统中，源11(例如，单色红外源)生成光射线12，其通过仅示意性地示出的光学聚焦系统13由镜元件5朝向物体14偏离并且由后者反射到检测器15上。连接到源11、镜元件5和检测器15的控制器16确定被用于场景重建的飞行时间。备选地，如所提到的，可以经由结构化光变形方法来重建场景。

经由致动系统来控制镜元件5的旋转，该致动系统当前具有静电、电磁或压电类型。

例如，图4示出了具有电磁致动的镜元件5。此处，芯片20包括被悬挂在衬底上(不可见)的平台21，其具有反射面(未图示)并且通过第一对臂22(第一扭转弹簧)由悬挂式框架23所支撑。第一臂22从平台21的相对侧延伸并且定义镜元件5的旋转轴A。悬挂式框架23经由第二对臂26(第二扭转弹簧)被连接到芯片20的固定外围部分25，其支持悬挂式框架23和平台21关于水平轴B的旋转。第一臂22和第二臂26耦合到静电类型的相应致动组件28A、28B。此处，每个致动组件28A、28B包括面向相应第二电极30的第一电极29。

详细地，第一电极29关于相应臂22、26被固定并且关于第二电极30形成梳齿(comb-fingered)以便生成电容耦合。由于每个致动组件28A、28B的电极29、30的布置，驱动结构还被定义为梳驱动结构。

通过应用第一电极29与第二电极30之间的适当的电压，生成它们之间的吸引/排斥力并且因此引起第一电极29关于第二电极30的旋转以及臂22、26关于相应轴线A、B的扭转是可能的。以这种方式，获得平台21(以及未示出的反射面)关于轴线A、B的受控旋转并且 因此在水平方向和垂直方向上扫描。

在以上应用中，特别地对于场景或手势识别而言，要求镜元件5的高定位精确度(即，其位置的精确的知识)。

因此，位置获取系统在专用于MEMS器件的研究之下并且基于被集成在镜元件5中的位置传感器。

例如，美国专利申请2011/0199284描述了一种压阻传感器，该压阻传感器由布置在平台与框架之间的第一扭转弹簧(被称为“弯曲部分”)附近的至少一个桥元件形成，使得输出信号的扭转分量被放大并且非扭转分量衰减或甚至被消除。

上文已知方案支持归因于不期望的影响(干扰)的输出信号的分量(例如，归因于材料特性的过程扩散和变化的部件)的消除，其引起除由致动系统控制的变形外的扭转弹簧的变形(特别地，扭转弹簧弯曲)。

然而，例如，当(在图4的实施例中)第二臂26的致动引起悬挂式框架23和对应的扭转弹簧22的扭转变形时，它不支持包含扭转弹簧的假扭转的结构的变形的辨别。而且，利用以上专利中所描述的传感器，控制这两个角位置是不可能的并且必须具有相应传感器。