[发明专利]具有由准静态压电致动可倾斜的结构的微机械设备

说明书

微机械设备包括能够围绕第一旋转轴线旋转的可倾斜结构。可倾斜结构通过压电型的致动结构被耦合到固定结构。致动结构由具有螺旋形状的弹簧元件形成。每个弹簧元件包括横向于第一旋转轴线延伸的致动臂。每个致动臂承载压电材料的相应压电带。致动臂被分开为两组，使得其压电带处于相反相位而被偏压以获得在围绕第一旋转轴线的可倾斜结构的相反方向中的旋转。

优先权

本申请要求于2015年12月7日递交的意大利专利申请号为102015000080884的优先权，其公开通过引用而被结合。

技术领域

本发明涉及具有由准静态(quasi-static)压电致动可倾斜的结构的微机械设备。特定地，在下文中将参照以MEMS(微机电系统)技术而获得的微镜，而这不暗示任何一般性损失。

背景技术

微机械结构已知为具有利用半导体材料的技术获得的镜结构。

这些微机械设备被用在便携装置中，诸如举例为便携计算机、膝上型电脑、笔记本电脑(包括超薄型笔记本电脑)、PDA、平板电脑、蜂窝电话和智能电话中，以用于光学应用，特别是根据需要用于引导由光源生成的光束。

凭借它们减小的尺寸，这些设备能够满足关于面积和厚度的体积的严格要求。

例如，微机械镜设备被用在小型化投影机模块(所谓的微型投影机)中，其能够以一定距离投影图像或生成期望的光图案。

结合图像采集模块，该种类的投影机模块例如使得其能够产生三维(3D)照片或视频相机以用于获得三维图像。

微机械镜结构通常包括在腔体上悬挂的镜元件并且从半导体材料的本体制造来移动(例如具有倾斜或旋转移动)以用于以任何期望的方式引导入射光束。

例如，图1示意性地示出了微型投影机9，其包括光源1(通常是激光源)，生成由三个单色束(一个单色束用于每种基色)形成的光束2，单色束通过仅示意性表示的光学系统3而被镜元件5在屏幕6的方向上偏转。在所示的示例中，二维类型的镜元件5被驱动以便于围绕垂直轴线A和水平轴线B旋转。镜元件5围绕垂直轴线A的旋转生成快速水平扫描，如在图2中所示。镜元件5围绕水平轴线B的旋转(与垂直轴线A垂直)生成通常是锯齿类型的较慢垂直扫描。

所获得的扫描方案在图2中示出并由7标记。

镜元件5的旋转经由致动系统而被驱动，其现在是静电、电磁或压电类型的。

例如，图3示出了具有纯静电致动的镜元件5。在此，芯片10包括在基底(不可见)之上悬挂的平台11，其具有反射表面(未示出)并且通过第一对臂12(第一扭转弹簧)由悬挂框架13支撑。第一壁12在平台11的相反侧上延伸并且限定镜元件5的旋转轴线A。悬挂框架13经由第二对臂16(第二扭转弹簧)被连接到芯片10的固定周界部分15，该第二对臂16使得悬挂框架13和平台11能够围绕水平轴线B旋转。第一臂12和第二臂16被耦合到静电类型的相应致动组件18A、18B。每个致动组件18A、18B在此包括面向相应的第二电极20的第一电极19。

具体而言，第一电极19相对于相应的臂12、16被固定并且与第二电极20形成梳指以用于生成容性耦合。凭借每个致动组件18A、18B的电极19、20的布置，驱动结构也被定义为“梳驱动结构”。

通过在第一电极19与第二电极20之间施加适当的电压，可能的是在它们之间生成吸引/排斥力，因而致使第一电极19相对于第二电极20的旋转以及臂12、16围绕相应轴线A、B的扭转。以此方式，获得平台11围绕轴线A、B的受控旋转，因而在水平方向以及在垂直方向扫描。