[发明专利]利用三个驱动元件驱动双轴MEMS器件的方法和装置

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发明背景

本发明涉及微机电系统(MEMS)器件的驱动，尤其涉及双轴尖端倾斜(tip-tilt)MEMS镜子的驱动。本发明可应用于静电驱动光开关，但不局限于此。

利用四个驱动元件以静电驱动方式和磁驱动方式来驱动双轴尖端倾斜MEMS镜的方案是众所周知的。四元件结构具有关于正交的尖端倾斜轴简明对称的优点，因此在倾斜取向(orientation)和对各个驱动元件施加的电压或电流之间的变换函数是比较简明的。通常的采用四个电极的驱动方法是对轴线同侧的成对电极加以驱动，以使其相对于轴线而倾斜。

为了实现对单个驱动元件的控制，各个元件都需要其自身的电压或电流供应线及其相关的驱动电路。对于采用近距离分开的镜子的阵列的光开关的情形，采用大量的供应线和驱动电路会限制系统的设计。由于封装的约束，随着阵列中MEMS器件数目的增大，则这些供应线的布设成为对系统设计的挑战。而且，随着驱动电路数目的增大，由于需要大量电子元件，所以系统的成本花费成比例增大。因此，需要这样一种方案，它能够减少驱动电路和供应线的数目，从而减少相互连接问题和驱动问题。

发明内容

根据本发明，提供了一种利用三个非接触驱动元件或电极来驱动双轴MEMS镜子的方法和装置。差动双向镜控制利用偏置以适当值的三个激励驱动信号实现。利用变换函数将双轴尖端倾斜指令映射变换(map)为用于选定电极取向和大小的三个激励驱动信号。

这里提出的在静电驱动中利用三个电极的理论基础可应用于其它情形，包括双轴尖端倾斜装置，其含有用于MEMS器件的电磁驱动器。因此，应当理解本发明披露的是，利用三个电极来驱动双轴尖端倾斜装置。

通过下面结合具体实施方案所进行的详细说明，将使本发明获得更好的理解。

附图的简要说明

图1是局部剖切的立体图，其描述了依照本发明的双轴MEMS镜子阵列以及三个驱动电极的相对定位。

图2是本发明的双轴MEMS镜以及三个驱动电极的俯视图，其中铰合装置的轴与电极直接对准。

图3是本发明的双轴MEMS镜以及三个驱动电极的俯视图，其中铰合装置的轴与电极随机地对准。

本发明的详细说明

参照图1和图2，其中显示了位于由三个相同驱动元件1、2和3驱动的阵列10之中的MEMS镜子4的一个实施例。在如图所示的带有双万向架的镜子的情况下，外侧铰合装置(hinge)5和6使得外环和镜子可环绕y轴旋转，而内侧铰合装置7和8使得镜4可环绕x轴旋转，其中x轴和y轴都位于镜4平面内。对于本发明的这个具体实施方案而言，x旋转轴与元件1和2之间的间隙9对准，并且方向指向元件3。在本发明的另一实施方案中，如图3所示，驱动元件与铰合装置轴的相对取向被旋转一个任意角度。在本发明的所有实施方案中，驱动镜子倾斜的力是由三个驱动元件1、2和3提供的。该力可通过各种装置获得，包括静电装置和磁装置。在利用静电装置的情况下，元件1、2、3可以是扁平的金属电极。如下文所述，通过施加电压到各电极，在电极和镜子4中(包含镜表面自身)的导电层(未示出)之间产生静电力，致使镜4倾斜过一个可控制的角度。在利用磁装置的情况下，元件1、2、3可以是平面的导电轨迹圆线圈。通过由电流源施加电流到各线圈，可形成与镜子4(包含镜子材料自身)中的铁磁性区域(未示出)相互作用的磁场，从而感应产生相互作用的磁力，致使镜4倾斜。

驱动元件不必具有相同面积，或者说，针对相同的驱动信号它们需要产生相等大小的力。因此，在权利要求保护范围内的本发明的另一实施例中，三个驱动元件中至少有一个的重要(significant)参数不同于其它两个。它们可以在很多方面不同，包括但不局限于，面积、形状、以及厚度。