CN108121065B - Mems设备、投射mems系统以及相关驱动方法 - Google Patents

Mems设备、投射mems系统以及相关驱动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108121065B
CN108121065B CN201710375454.0A CN201710375454A CN108121065B CN 108121065 B CN108121065 B CN 108121065B CN 201710375454 A CN201710375454 A CN 201710375454A CN 108121065 B CN108121065 B CN 108121065B
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric element
piezoelectric
fixed support
mems device
elastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710375454.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108121065A (zh
Inventor
F·普罗科皮奥
G·里科蒂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SRL
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SRL filed Critical STMicroelectronics SRL
Publication of CN108121065A publication Critical patent/CN108121065A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108121065B publication Critical patent/CN108121065B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/008—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using micromirror devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明涉及MEMS设备、投射MEMS系统以及相关驱动方法。一种MEMS设备，包括：固定支撑体，固定支撑体形成空腔；移动元件，移动元件悬挂在空腔上方；至少一个弹性元件，至少一个弹性元件布置在固定支撑体与移动元件之间；以及第一、第二、第三和第四压电元件，这些压电元件机械地耦合至弹性元件，弹性元件具有相对于方向对称的形状。第一和第二压电元件分别相对于第三和第四压电元件对称地布置。第一和第四压电元件被配置成用于接收第一控制信号，而第二和第三压电元件被配置成接收第二控制信号，第二控制信号相对于第一控制信号相位相反，从而使得第一至第四压电元件使弹性元件变形，结果使移动元件绕方向旋转。

Description

MEMS设备、投射MEMS系统以及相关驱动方法
技术领域
本发明涉及一种利用压电致动的所谓MEMS(微机电系统)型设备。另外，本发明涉及一种包括该MEMS设备的投射MEMS系统以及一种用于驱动该MESM设备的方法。
背景技术
如已知的，现今有许多MEMS设备可用。具体地，已知所谓的MEMS反射器，该MEMS反射器被设计成用于采用周期性或准周期性的方式接收光束并改变其传播方向。出于此目的，MEMS反射器包括由反射镜形成的移动元件，这些移动元件在空间中的位置被电气地控制。
为了移动反射镜，MEMS反射器通常设置有静电致动器。然而，静电致动器需要高电压，并且还呈现出有限的线性。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种将至少部分地解决已知领域的缺点的MEMS设备。
根据本发明，因此提供了一种MEMS设备、一种投射MEMS系统以及一种用于驱动MEMS设备的方法，如所附权利要求中定义的。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例的方式、参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中：
-图1示出了投射系统的框图；
-图2是去除了MEMS设备的一些部分的示意性透视图；
-图3是图2中示出的MEMS设备的示意性横截面视图；
-图4示出了MEMS系统的框图；
-图5是图2中示出的MEMS设备的一部分在使用时的示意性透视图；
-图6示出了图2中示出的MEMS设备的一些部分在使用时所经受的偏差随电压的变化而变化的曲线的示例；
-图7示出了图2中示出的MEMS设备的一些部分在使用时所经受的旋转随电压的变化而变化的曲线的示例；
-图8是图2中示出的MEMS设备的一部分的透视图，该部分经受放大变形。
具体实施方式
以下，参照MEMS设备被设计成用于以电子可控的方式反射光束并且因此包括至少一个反射镜的情况，仅通过示例的方式对本发明进行描述。然而，MEMS的其他使用是如下文中描述的可能设备。
已经提到，图1示出了投射系统2，该投射系统包括由多个LED 6形成的光源4，这多个LED中的每一个发射对应波长的电磁辐射。例如，图1中示出三个LED 6，每个LED分别发射大约红色(620nm-750nm)辐射、绿色(495nm-570nm)辐射以及蓝色(450nm-475nm)辐射。
投射系统2进一步包括组合器8、MEMS系统10以及屏幕12。组合器8布置在光源4的下游，以便接收由LED 6发射的电磁辐射并且形成通过组合此电磁辐射而得到的单个光束OB1。组合器8还被设计成用于将光束OB1引导至MEMS系统10上。进而，下文更详细描述的MEMS系统10被设计成用于生成反射光束OB2，并且将反射光束OB2发送到屏幕12上以便使得能够在屏幕12上形成图像。
详细地，MEMS系统10被设计成用于及时改变反射光束OB2的轴线在空间中的方向，以便周期性地扫描屏幕12的部分。具体地，反射光束OB2线性地扫描屏幕12的一部分(有可能扫描其全部)。
如图2中所示，MEMS系统10包括MEMS设备11，该MEMS设备形成在第一裸片20中并且包括采用半导体材料(例如，硅)的固定支撑体22，该固定支撑体限定空腔24。
MEMS设备11进一步包括移动体26，该移动体在其本身端部被限制于固定支撑体22并且悬挂在空腔24上方。
移动体26由第一可变形致动器28和第二可变形致动器30、以及由连接在第一可变形致动器28与第二可变形致动器30之间的移动元件32形成。进而，第一可变形致动器28和第二可变形致动器30被限制于固定支撑体22。
移动元件32承载平面型反射镜35，该反射镜由例如金属材料(诸如，铝)膜制成。反射镜35被固定于移动元件32，并且被设计成用于接收源自组合器8的光束OB1并且生成反射光束OB2。另外，移动元件32以及因此反射镜35被设计成用于围绕轴线H旋转，如下文中描述的。
以下，仅描述第一可变形致动器28，第二可变形致动器30与第一可变形致动器28相同。另外，假定由三个轴x、y、z形成的正交参考系，使得在静止条件下，轴x与轴线H平行，而轴z与反射镜35所限定的表面垂直。
详细地，第一可变形致动器28包括第一半导体部分40和第二半导体部分42，该第一半导体部分和该第二半导体部分相对于轴线H(更精确地，相对于平行于平面xz并且穿过轴线H的平面)对称地布置。另外，第一半导体部分40和第二半导体部分42形成单件半导体材料；即，它们形成充当弹簧的采用半导体材料的单片结构。
更详细地，第一半导体部分40和第二半导体部分42是C形，使得由它们形成的弹簧具有平行于平面xy的环形形状。另外，第一半导体部分40和第二半导体部分42具有例如25μm的厚度。
甚至更加详细地，第一可变形致动器28的第一半导体部分40包括第一细长部分44和第二细长部分46，该第一细长部分和该第二细长部分在静止条件下平行于轴y延伸相同长度并且具有平行六面体形状。实际上，第一细长部分44和第二细长部分46中的每一个具有靠近轴线H的第一端和第二端。另外，第一可变形致动器28的第一半导体部分40包括第一连接部分48，该第一连接部分也具有平行六面体形状并且平行于轴x延伸，从而将第一细长部分44和第二细长部分46的第二端连接在一起。
第一可变形致动器28的第二半导体部分42包括第三细长部分50和第四细长部分52，该第三细长部分和该第四细长部分在静止条件下平行于轴y延伸，其长度等于第一细长部分44和第二细长部分46的长度，并且具有平行六面体形状。具体地，在静止条件下，第三细长部分50和第四细长部分52分别相对于第一细长部分44和第二细长部分46对称地布置。一般地，当在本说明书中引用对称时，要理解对称轴与轴线H重合，除非在别处另外指明。
第三细长部分50和第四细长部分52因此具有对应的第一端，这些第一端靠近轴线H并且分别接触第一细长部分44的第一端和第二细长部分46的第一端。另外，第一可变形致动器28的第二半导体部分42包括第二连接部分54，该第二连接部分也具有平行六面体形状并且平行于轴x延伸，从而将第三细长部分50和第四细长部分52的第二端连接在一起。在静止条件下，第一连接部分48和第二连接部分54对称地布置。
第一可变形致动器28的第一细长部分44和第三细长部分50因此形成第一横向元件56，该第一横向元件在静止条件下具有平行于轴y的细长形状。形成以上提到的第一细长部分44和第三细长部分50的第一端的第一横向元件56的中间部分连接到第一耦合元件60的第一端，该第一耦合元件具有平行于轴x的细长形状；第一耦合元件60的第二端固定于固定的支撑体22。第一压电元件70和第三压电元件74相对于第一横向元件56的中间部分横向交错。
第一可变形致动器28的第二细长部分46和第四细长部分52形成第二横向元件62，该第二横向元件在静止条件下具有平行于轴y的细长形状。形成以上提到的第二细长部分46和第四细长部分52的第一端的第二横向元件62的中间部分连接到第二耦合元件64的第一端，该第二耦合元件具有平行于轴x的细长形状。第二耦合元件64的第二端固定于移动元件32。第二压电元件72和第四压电元件76相对于第二横向元件62的中间部分横向交错，该第二横向元件的该中间部分沿着轴线H与第一横向元件56的中间部分对准。
实际上，在静止条件下，由第一半导体部分40和第二半导体部分42形成的弹簧具有从顶部平面图看平行于轴y的细长的矩形形状。另外，此弹簧的(沿着轴z测量的)厚度小于另外两个尺寸。
在静止条件下，第一耦合元件60和第二耦合元件64沿着轴线H对准。另外，第一耦合元件60和第二耦合元件64与第一可变形致动器28的第一半导体部分40和第二半导体部分42一起、与移动元件32并且与第二可变形致动器30的对应部分一起形成单件半导体，此件半导体由顶表面Ssup限定边界并且具有基本上恒定的厚度。
第一可变形致动器28还包括第一压电元件70、第二压电元件72、第三压电元件74和第四压电元件76，这些压电元件由压电材料(例如，PZT或AlN)制成并且大致上具有相同形状(大致平行六面体形状)。出于清晰的原因，在图2中，这些压电元件布置在顶表面Ssup上，即便实际实现方式是例如举例来说示出第一压电元件70和第三压电元件74的图3中表示的类型。
详细地，图3示出了电介质层80是怎样存在于顶表面Ssup上，该电介质层由例如热氧化物制成并且具有例如0.5μm的厚度，第一底部电极区域82和第二底部电极区域84在该电介质层上方延伸，该第一底部电极区域和该第二底部电极区域由导电材料(例如，二氧化钛和铂的合金)制成，具有例如100nm的厚度并且沿着轴y横向交错，以便分别覆在第一细长部分44和第三细长部分50上。第一压电元件70和第三压电元件74分别在第一底部电极区域82和第二底部电极区域84上方延伸，并且分别被第一顶部电极区域86和第二顶部电极区域88覆盖，该第一顶部电极区域和该第二顶部电极区域由导电材料(例如，钛)制成并且具有例如100nm的厚度。图3进一步示出了采用电介质材料(例如，氧化硅或氮化硅)的保护层90，该保护层在第一压电元件70和第三压电元件74的第一底部电极区域82和第二底部电极区域84以及第一顶部电极区域86和第二顶部电极区域88的暴露部分上方延伸。另外，图3示出了第一底部电极触点92和第二底部电极触点94，该第一底部电极触点和该第二底部电极触点延伸穿过保护层90，以便分别接触第一底部电极区域82和第二底部电极区域84。图3同样示出了第一顶部电极触点96和第二顶部电极触点98，该第一顶部电极触点和该第二顶部电极触点穿过保护层90，以便分别接触第一顶部电极区域86和第二顶部电极区域88。
如图4中所示并且如在下文中更详细描述的，MEMS系统10还包括第二裸片102，在第二裸片内部形成驱动电路104，该驱动电路电连接到第一可变形致动器28和第二可变形致动器30。
驱动电路104生成控制信号，这些控制信号被施加到第一可变形致动器28和第二可变形致动器30，并且因此通过对应的顶部电极触点和底部电极触点被施加到对应的压电元件。下文中描述了关于控制信号的细节，举例来说，限于发送到第一可变形致动器28的控制信号。
再次参照图2，第一压电元件70和第二压电元件72分别相对于第三压电元件74和第四压电元件76以对称方式布置。另外，第一压电元件70和第二压电元件72相对于与轴线H正交的方向相互对称地布置。并且，第三压电元件74和第四压电元件76相对于与轴线H正交的此方向相互对称地布置。另一方面，由第一半导体部分40和第二半导体部分42形成的弹簧本身也相对于与轴线H正交的此方向对称。然而，一般地，相对于以上提到的与轴线H正交的方向对称是可选的。
假定反射镜35被驱动为以一定振荡周期振荡，用由驱动电路104生成的第一控制信号来驱动第一压电元件70和第四压电元件76，而用同样由驱动电路104生成的第二控制信号来驱动第二压电元件72和第三压电元件74。第一控制信号和第二控制信号是交流类型信号，其平均值是零(即，它们是双极性信号)，其周期等于振荡周期并且其相位相对于彼此相反。因此，第一压电元件70和第四压电元件76相对于彼此被同相地驱动，第二压电元件72和第三压电元件74同样如此。
随后，初始地，参照第一半导体部分40来描述第一可变形致动器28的操作，即，假定是不存在第二半导体部分42的图5中示出的类型的场景。在这个场景下，第一细长部分44的第一端由第一面F1限定边界，而第二细长部分46的第一端由第二面F2限定边界。替代地，第一细长部分44和第二细长部分46的第二端和第一连接部分48由第三面F3限定边界。在静止条件下(图5中用虚线表示)，第一面F1和第二面F2是共面的并且平行于平面xz；第三面F3平行于第一面F1和第二面F2；另外，第一面F1、第二面F2和第三面F3处于同一高度。即使在图5中不可见，第一面F1也固定于固定支撑件22并且不会相对于固定支撑件改变其本身的布置，而第二面F2和第三面F3相对于固定支撑件22的布置可跟随第一半导体部分40的变形而变化。另外，第二耦合元件64固定于第二面F2，并且可相对于静止条件下假定的位置而旋转平移，如下文中描述的。
以上提到，图5涉及第一控制信号和第二控制信号使得第一压电元件70(为了展示的简化，图5中不可见)相对于下面的第一底部电极区域82加长而第二压电元件72(图5中不可见)相对于下面的第二底部电极区域84缩短的时刻。第一压电元件70和第二压电元件72经受的变形造成图5中可见的下面的第一细长部分44和第二细长部分46对应地变形。
详细地，第一细长部分44仍平行于平面yz，但是弯曲的，从而使得第三面F3相对于静止条件下出现的第三面下降了量Δz’。就此而论，将参照面的高度，以指示对应几何中心的高度；另外，大致上假定在施加控制信号后，这些面旋转平移而没有经历变形。
更详细地，第三面F3也相对于静止条件下出现的第三面旋转了量Δrot’(在顺时针方向上，如从移动元件32观察的)。换句话讲，发现相对于静止条件，第三面F3的几何中心下降的量等于Δz’，并且另外，第三面F3所处的平面限定相对于静止条件下第三面F3所处平面(平行于平面xz)的角度等于Δrot’。实际上，第三面F3的旋转平移是由于第一压电元件70变形和随之而来的第一细长部分44的向下弯曲而造成的。
另外，第二压电元件72的同时变形造成第二细长部分46向上弯曲。具体地，相对于静止条件，第二面F2升高达量Δz”并且旋转达量Δrot”(在顺时针方向上，如从移动元件32观察的)。
在图6和图7中给出随施加到第一压电元件70和第二压电元件72的电压模量的变化而变化的量Δz’、Δz”、Δrot’和Δrot”的曲线的示例。具体地，可注意在给定相同电压的情况下，第二面F2的偏差和旋转如何是第三面F3的对应偏差/旋转的几乎两倍。由于可假定第二耦合元件64和移动元件32(以及因此反射镜35)是不可变形的并且相对于第二面F2是固定的，由此断定，在没有第二半导体部分42的情况下，可以得到反射镜35的良好旋转，但是是以轴线H的不可忽略的平移为代价，此平移(平行于轴z)通常是不期望的。
出于以下原因，因存在第二半导体部分42，使得能够消除以上提到的缺陷。
第二半导体部分42的特性类似于第一半导体部分40的特性，因为如之前提到的，用相对于第一压电元件70和第二压电元件72的控制信号反相的控制信号来驱动第三压电元件74和第四压电元件76。
具体地，如大致上涉及与图5(为了更清晰，被放大变形)中示出的相同步骤的图8中可见的，第三细长部分50往往会向上弯曲。换句话讲，用F4标示第四面，第四面限定第三细长部分50和第四细长部分52的第二端以及第二连接部分54的界限，此第四面F4往往会升高达等于Δz’的量并且旋转等于Δrot’的角度(在顺时针方向上，如从移动元件32观察的)。另外，第四细长部分52向下弯曲。在没有第一半导体部分40的情况下，此曲率将往往会造成(图8中用I2标示的)第二横向元件62的中间部分相对于静止条件向下平移达等于Δz”的量。
实际上，第一半导体部分40和第二半导体部分42经历的变形往往会造成第二横向元件62的中间部分I2(以及因此轴线H)与轴z平行地但是在相反方向上平移相同量。因此，大致上，模量大致相等的这些平移互相补偿。因此，第二横向元件62的中间部分I2保持相同高度，如同相对于此中间部分固定的第二耦合元件64和移动元件32一样。
另外，第一半导体部分40和第二半导体部分42经历的变形往往会造成第二横向元件62的中间部分I2以协调方式绕轴线H旋转。因此，相对于静止条件，第二横向元件62的中间部分I2旋转等于2·Δrot”的量，第二耦合元件64、移动元件32和反射镜35也如此。
至于第一横向元件56的中间部分(用图8中的I1标示)，它没有经受平移或旋转。
实际上，图8示出了第一压电元件70和第四压电元件76弯曲下面的第一细长部分44和第二细长部分52，从而使得它们将呈现大致面向下的凹面，而第二压电元件72和第三压电元件74弯曲下面的第二细长部分46和第三细长部分50，使得它们将呈现大致面向上的凹面。
当前MEMS设备提供的优点从前述讨论中清楚地显现。具体地，MEMS设备使得能够通过压电致动器来旋转移动元件，这些压电致动器可由相对低的电压来控制并且具有基本上线性的特性。
最后，清楚的是，可以对本文中所描述和展示的内容做出修改和变化，而不会由此脱离如在所附权利要求中限定的本发明的范围。
例如，可变形致动器的形状、数量和布置可不同于已经描述的那些(例如，可存在单个可变形致动器，在这种情况下，移动元件的另一端在没有压电致动器的情况下连接到弹簧)。另外，至于每个可变形致动器，它可包括串联布置的多个弹簧，每个弹簧都耦合到对应的四个为一组的压电元件。
至于MEMS系统，它可以形成在单个裸片中，在这种情况下，驱动电路104集成在第一裸片20中。
最后，第一细长部分44、第二细长部分46、第三细长部分50和第四细长部分52以及第一连接部分48和第二连接部分54可以具有与所描述的形状不同的形状。

Claims (24)

1.一种MEMS设备，包括：
-固定支撑体(22)，所述固定支撑体形成空腔(24)；
-移动元件(32)，所述移动元件悬挂在所述空腔上方；
-至少一个弹性元件，所述至少一个弹性元件布置在所述固定支撑体和所述移动元件之间，其中所述固定支撑体具有相对的第一侧和第二侧，以及连接所述相对的第一侧和第二侧的相对的第一端和第二端，所述固定支撑体沿着所述第一侧和所述第二侧在没有中间结构的情况下与所述移动元件间隔开，并且与所述至少一个弹性元件间隔开，其中所述至少一个弹性元件位于相对的所述第一端和所述第二端中的一个与所述移动元件之间；以及
-第一压电元件(70)、第二压电元件(72)、第三压电元件(74)和第四压电元件(76)，所述压电元件机械地耦合至所述弹性元件；
其中，所述弹性元件具有相对于第一方向(H)对称的形状，所述形状限定所述弹性元件的第一部分(40)和第二部分(42)；并且其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件布置在所述第一部分上，分别相对于布置在所述第二部分上的所述第三压电元件和所述第四压电元件对称；并且其中，所述第一压电元件和所述第四压电元件被配置成用于接收第一控制信号；并且其中，所述第二压电元件和所述第三压电元件被配置成用于接收第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位相反，使得所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件使所述弹性元件变形，结果使所述移动元件相对于所述固定支撑体绕所述第一方向旋转。
2.根据权利要求1所述的MEMS设备，其中，所述弹性元件具有环形形状并且包括：
-第一横向部分(56)和第二横向部分(62)，所述第一横向部分和所述第二横向部分平行于第二方向(y)延伸，所述第二方向与所述第一方向(H)垂直；以及
-第一连接部分(48)和第二连接部分(54)，所述第一连接部分和所述第二连接部分中的每一个连接所述第一横向部分和所述第二横向部分的对应端部；
并且其中，所述第一压电元件(70)和所述第三压电元件(74)布置在所述第一横向部分上；并且其中，所述第二压电元件(72)和所述第四压电元件(76)布置在所述第二横向部分上。
3.根据权利要求2所述的MEMS设备，其中，所述第一横向部分(56)和所述第二横向部分(62)分别形成第一中间部分(I1)和第二中间部分(I2)，所述第一中间部分(I1)连接到所述固定支撑体(22)，所述第二中间部分(I2)在所述第一方向(H)上对准于所述第一中间部分并且被固定于所述移动元件(32)，所述第二中间部分被配置成用于在使用时相对于所述固定支撑体(22)旋转。
4.根据权利要求3所述的MEMS设备，其中，在静止条件下，所述第一压电元件(70)、所述第二压电元件(72)、所述第三压电元件(74)和所述第四压电元件(76)中的每一个具有平行于所述第二方向(y)的细长形状；并且其中，所述第一压电元件和所述第三压电元件相对于所述第一中间部分(I1)横向交错；并且其中，所述第二压电元件和所述第四压电元件相对于所述第二中间部分(I2)横向交错。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的MEMS设备，其中，所述第二方向(y)垂直于所述第一方向(H)；并且其中，所述弹性元件具有沿着与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向(z)测得的厚度，所述厚度小于沿着所述第一方向(H)和所述第二方向(x)测得的另外两个尺寸。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS设备，其中，所述固定支撑体(22)、所述弹性元件和所述移动元件(32)由半导体材料制成。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS设备，进一步包括驱动电路(104)，所述驱动电路电耦合到所述第一压电元件(70)、所述第二压电元件(72)、所述第三压电元件(74)和所述第四压电元件(76)并且被配置成用于生成所述第一控制信号和所述第二控制信号。
8.根据权利要求7所述的MEMS设备，其中，所述固定支撑体(22)、所述移动元件(32)、所述弹性元件以及所述第一压电元件(70)、所述第二压电元件(72)、所述第三压电元件(74)和所述第四压电元件(76)形成在第一裸片(20)中；并且其中，所述驱动电路(104)形成在第二裸片(102)中。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的MEMS设备，进一步包括固定于所述移动元件(32)的反射镜(35)。
10.一种投射MEMS系统，包括：
-一种MEMS设备(11)，包括：
固定支撑体(22)，所述固定支撑体形成空腔(24)；
移动元件(32)，所述移动元件悬挂在所述空腔上方；
至少一个弹性元件，所述至少一个弹性元件布置在所述固定支撑体和所述移动元件之间，其中所述固定支撑体具有相对的第一侧和第二侧，以及连接所述相对的第一侧和第二侧的相对的第一端和第二端，所述固定支撑体沿着所述第一侧和所述第二侧在没有中间结构的情况下与所述移动元件间隔开，并且与所述至少一个弹性元件间隔开，其中所述至少一个弹性元件位于相对的所述第一端和所述第二端中的一个与所述移动元件之间；以及
第一压电元件(70)、第二压电元件(72)、第三压电元件(74)和第四压电元件(76)，所述压电元件机械地耦合至所述弹性元件；
其中，所述弹性元件具有相对于第一方向(H)对称的形状，所述形状限定所述弹性元件的第一部分(40)和第二部分(42)；并且其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件布置在所述第一部分上，分别相对于布置在所述第二部分上的所述第三压电元件和所述第四压电元件对称；并且其中，所述第一压电元件和所述第四压电元件被配置成用于接收第一控制信号；并且其中，所述第二压电元件和所述第三压电元件被配置成用于接收第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位相反，使得所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件使所述弹性元件变形，结果使所述移动元件相对于所述固定支撑体绕所述第一方向旋转；
驱动电路(104)，所述驱动电路电耦合到所述第一压电元件(70)、所述第二压电元件(72)、所述第三压电元件(74)和所述第四压电元件(76)并且被配置成用于生成所述第一控制信号和所述第二控制信号；以及
-至少一个光学源(4)，所述至少一个光学源被配置成用于发射光束并且光学耦合到所述MEMS设备，使得反射镜(35)反射所述光束，其中所述反射镜(35)被固定到所述移动元件(32)。
11.根据权利要求10所述的投射MEMS系统，其中，所述固定支撑体(22)、所述移动元件(32)、所述弹性元件以及所述第一压电元件(70)、所述第二压电元件(72)、所述第三压电元件(74)和所述第四压电元件(76)形成在第一裸片(20)中；并且其中，所述驱动电路(104)形成在第二裸片(102)中。
12.根据权利要求10所述的投射MEMS系统，其中，所述弹性元件具有环形形状并且包括：
-第一横向部分(56)和第二横向部分(62)，所述第一横向部分和所述第二横向部分平行于第二方向(y)延伸，所述第二方向与所述第一方向(H)垂直；以及
-第一连接部分(48)和第二连接部分(54)，所述第一连接部分和所述第二连接部分中的每一个连接所述第一横向部分和所述第二横向部分的对应端部；
并且其中，所述第一压电元件(70)和所述第三压电元件(74)布置在所述第一横向部分上；并且其中，所述第二压电元件(72)和所述第四压电元件(76)布置在所述第二横向部分上。
13.根据权利要求12所述的投射MEMS系统，其中，所述第一横向部分(56)和所述第二横向部分(62)分别形成第一中间部分(I1)和第二中间部分(I2)，所述第一中间部分(I1)连接到所述固定支撑体(22)，所述第二中间部分(I2)在所述第一方向(H)上对准于所述第一中间部分并且被固定于所述移动元件(32)，所述第二中间部分被配置成用于在使用时相对于所述固定支撑体(22)旋转。
14.根据权利要求13所述的投射MEMS系统，其中，在静止条件下，所述第一压电元件(70)、所述第二压电元件(72)、所述第三压电元件(74)和所述第四压电元件(76)中的每一个具有平行于所述第二方向(y)的细长形状；并且其中，所述第一压电元件和所述第三压电元件相对于所述第一中间部分(I1)横向交错；并且其中，所述第二压电元件和所述第四压电元件相对于所述第二中间部分(I2)横向交错。
15.一种用于驱动MEMS设备(30)的方法，所述MEMS设备包括：
-固定支撑体(22)，所述固定支撑体形成空腔(24)；
-移动元件(32)，所述移动元件悬挂在所述空腔上方；
-至少一个弹性元件，所述至少一个弹性元件布置在所述固定支撑体和所述移动元件之间，其中所述固定支撑体具有相对的第一侧和第二侧，以及连接所述相对的第一侧和第二侧的相对的第一端和第二端，所述固定支撑体沿着所述第一侧和所述第二侧在没有中间结构的情况下与所述移动元件间隔开，并且与所述至少一个弹性元件间隔开，其中所述至少一个弹性元件位于相对的所述第一端和所述第二端中的一个与所述移动元件之间；以及
-第一压电元件(70)、第二压电元件(72)、第三压电元件(74)和第四压电元件(76)，所述压电元件机械地耦合至所述弹性元件；
其中，所述弹性元件具有相对于第一方向(H)对称的形状，所述形状限定所述弹性元件的第一部分(40)和第二部分(42)；并且其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件布置在所述第一部分上，分别相对于布置在所述第二部分上的所述第三压电元件和所述第四压电元件对称；
所述方法包括以下步骤：
-向所述第一压电元件和所述第四压电元件施加第一控制信号；以及
-向所述第二压电元件和所述第三压电元件施加第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位相反。
16.一种MEMS设备，包括：
固定支撑体，所述固定支撑体形成空腔；
移动元件，所述移动元件悬挂在所述空腔上方；
第一弹性元件，所述第一弹性元件机械地耦合所述固定支撑体和所述移动元件，所述第一弹性元件具有环形形状，所述环形形状相对于第一方向对称，以定义所述第一弹性元件的第一部分和第二部分；
第一压电元件、第二压电元件、第三压电元件和第四压电元件，其机械地耦合至所述第一弹性元件；
其中所述第一压电元件和所述第二压电元件布置在所述第一弹性元件的第一部分上，分别相对于所述第三压电元件和所述第四压电元件对称，所述第三压电元件和所述第四压电元件布置在所述第一弹性元件的第二部分上；
第二弹性元件，所述第二弹性元件机械地耦合所述固定支撑体和所述移动元件，所述第二弹性元件具有环形形状，所述环形形状相对于所述第一方向对称，以定义所述第二弹性元件的第一部分和第二部分；
第五压电元件、第六压电元件、第七压电元件和第八压电元件，每一个机械地耦合至所述第二弹性元件；
其中所述第五压电元件和所述第六压电元件布置在所述第二弹性元件的所述第一部分上，分别相对于所述第七压电元件和所述第八压电元件对称，所述第七压电元件和所述第八压电元件布置在所述第二弹性元件的所述第二部分上；
其中所述第一弹性元件和所述第二弹性元件分布与所述固定支撑体的相对侧相邻，使得所述第一弹性元件和所述第二弹性元件彼此横跨所述移动元件；
其中所述第一压电元件和所述第四压电元件被配置成用于接收第一控制信号；并且
其中所述第二压电元件和所述第三压电元件被配置成用于接收第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位相反，使得所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件使所述第一弹性元件变形，结果使所述移动元件相对于所述固定支撑体绕所述第一方向旋转。
17.根据权利要求16所述的MEMS设备，其中，所述第一弹性元件具有环形形状并且包括：
第一横向部分和第二横向部分，所述第一横向部分和所述第二横向部分平行于第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向垂直；以及
第一连接部分和第二连接部分，所述第一连接部分和所述第二连接部分中的每一个连接所述第一横向部分和所述第二横向部分的对应端部；
其中所述第一压电元件和所述第三压电元件布置在所述第一横向部分上；并且
其中所述第二压电元件和所述第四压电元件布置在所述第二横向部分上。
18.根据权利要求17所述的MEMS设备，其中，所述第一横向部分和所述第二横向部分分别形成第一中间部分和第二中间部分，所述第一中间部分连接到所述固定支撑体，所述第二中间部分在所述第一方向上对准于所述第一中间部分并且被固定于所述移动元件，所述第二中间部分被配置成用于在使用时相对于所述固定支撑体旋转。
19.根据权利要求18所述的MEMS设备，其中，在静止条件下，所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件中的每一个具有平行于所述第二方向的细长形状；其中，所述第一压电元件和所述第三压电元件相对于所述第一中间部分横向交错；并且其中，所述第二压电元件和所述第四压电元件相对于所述第二中间部分横向交错。
20.根据权利要求19所述的MEMS设备，其中，所述第二方向垂直于所述第一方向；并且其中，所述第一弹性元件具有沿着与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向测得的厚度，所述厚度小于沿着所述第一方向和所述第二方向测得的另外两个尺寸。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的MEMS设备，其中，所述固定支撑体、所述弹性元件和所述移动元件由半导体材料制成。
22.根据权利要求16至20中任一项所述的MEMS设备，进一步包括驱动电路，所述驱动电路电耦合到所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件并且被配置成用于生成所述第一控制信号和所述第二控制信号。
23.根据权利要求22所述的MEMS设备，其中，所述固定支撑体、所述移动元件、所述弹性元件以及所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件形成在第一裸片中；并且其中，所述驱动电路形成在第二裸片中。
24.根据权利要求16至20中任一项所述的MEMS设备，进一步包括固定于所述移动元件的反射镜。
CN201710375454.0A 2016-11-29 2017-05-24 Mems设备、投射mems系统以及相关驱动方法 Active CN108121065B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102016000121010 2016-11-29
IT102016000121010A IT201600121010A1 (it) 2016-11-29 2016-11-29 Dispositivo mems con azionamento piezoelettrico, sistema mems proiettivo includente il dispositivo mems e relativo metodo di pilotaggio

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108121065A CN108121065A (zh) 2018-06-05
CN108121065B true CN108121065B (zh) 2020-09-15

Family

ID=58266170

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710375454.0A Active CN108121065B (zh) 2016-11-29 2017-05-24 Mems设备、投射mems系统以及相关驱动方法
CN201720588066.6U Active CN207318835U (zh) 2016-11-29 2017-05-24 Mems设备和投射mems系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201720588066.6U Active CN207318835U (zh) 2016-11-29 2017-05-24 Mems设备和投射mems系统

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10197795B2 (zh)
CN (2) CN108121065B (zh)
IT (1) IT201600121010A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201600121010A1 (it) * 2016-11-29 2018-05-29 St Microelectronics Srl Dispositivo mems con azionamento piezoelettrico, sistema mems proiettivo includente il dispositivo mems e relativo metodo di pilotaggio
IT201900004797A1 (it) * 2019-03-29 2020-09-29 St Microelectronics Srl Dispositivo mems di tipo risonante avente una struttura orientabile comandata piezoelettricamente, in particolare un microspecchio
CN110031966B (zh) * 2019-05-16 2021-12-07 苏州知芯传感技术有限公司 一种微镜及其制造方法
CN110703429B (zh) * 2019-09-04 2022-08-09 深圳市镭神智能系统有限公司 扫描振镜及激光雷达
IT201900025084A1 (it) * 2019-12-20 2021-06-20 St Microelectronics Srl Dispositivo microelettromeccanico dotato di una struttura orientabile protetta da urti
US11662570B2 (en) 2020-06-17 2023-05-30 Infineon Technologies Ag Mems scanner suspension system enabling high frequency and high mechanical tilt angle for large mirrors
JP2023012034A (ja) * 2021-07-13 2023-01-25 スタンレー電気株式会社 Ｍｅｍｓ光偏向器及び光走査装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221283A (zh) * 2007-01-10 2008-07-16 精工爱普生株式会社 执行机构、光学扫描器及图像形成装置
US7605966B2 (en) * 2008-01-21 2009-10-20 Stanley Electric Co., Ltd. Optical deflector
CN207318835U (zh) * 2016-11-29 2018-05-04 意法半导体股份有限公司 Mems设备和投射mems系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7295726B1 (en) * 2003-12-02 2007-11-13 Adriatic Research Institute Gimbal-less micro-electro-mechanical-system tip-tilt and tip-tilt-piston actuators and a method for forming the same
JP5055832B2 (ja) * 2006-05-16 2012-10-24 オムロン株式会社 駆動装置、光走査型装置及び物体情報検知装置
AT508679B1 (de) * 2009-08-27 2011-03-15 Johannes Kepler Uni Linz Sensoranordnung zur messung von eigenschaften von fluiden
US8471643B2 (en) * 2011-05-13 2013-06-25 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Electromechanical systems oscillator with piezoelectric contour mode resonator for multiple frequency generation
JP5524254B2 (ja) * 2012-02-14 2014-06-18 富士フイルム株式会社 ミラー駆動装置及びその制御方法
JP2014232176A (ja) * 2013-05-28 2014-12-11 スタンレー電気株式会社 光偏向器の製造方法及び光偏向器
JP5873837B2 (ja) * 2013-05-31 2016-03-01 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 光偏向器及び光走査装置
JP5916667B2 (ja) * 2013-07-17 2016-05-11 富士フイルム株式会社 ミラー駆動装置及びその駆動方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221283A (zh) * 2007-01-10 2008-07-16 精工爱普生株式会社 执行机构、光学扫描器及图像形成装置
US7605966B2 (en) * 2008-01-21 2009-10-20 Stanley Electric Co., Ltd. Optical deflector
CN207318835U (zh) * 2016-11-29 2018-05-04 意法半导体股份有限公司 Mems设备和投射mems系统

Also Published As

Publication number Publication date
US10197795B2 (en) 2019-02-05
CN207318835U (zh) 2018-05-04
IT201600121010A1 (it) 2018-05-29
US20180149859A1 (en) 2018-05-31
CN108121065A (zh) 2018-06-05
US10534170B2 (en) 2020-01-14
US20190121124A1 (en) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108121065B (zh) Mems设备、投射mems系统以及相关驱动方法
US10225530B2 (en) Resonant biaxial MEMS reflector with piezoelectric actuators, and projective MEMS system including the same
US20080130077A1 (en) Two-dimensional micro optical scanner
US20170160540A1 (en) Micromechanical device having a structure tiltable by a quasi-static piezoelectric actuation
EP3543770B1 (en) Optical scanner, image projection apparatus, mobile object, and optical scanner manufacturing method
CN106707415B (zh) 可调式光学装置
US6657764B1 (en) Very large angle integrated optical scanner made with an array of piezoelectric monomorphs
JP7225771B2 (ja) 可動装置、距離測定装置、画像投影装置、車両、及び台座
US20080068696A1 (en) Light reflecting device, light reflecting apparatus, wave front curvature modulator, and optical scanning type display device
US11644663B2 (en) Light deflector and its manufacturing method, image projector, object recognition device, laser headlamp device, optical writing device, and mobile object
US20210156964A1 (en) Light deflector, deflecting device, distance measurement device, image projection device, and vehicle
CA3123184C (en) Movable device, distance measurement device, image projection apparatus, vehicle, and mount
US20110101821A1 (en) Electrode comb, micromechanical component, and method for producing an electrode comb or a micromechanical component
US11789258B2 (en) Light deflector, deflecting device, object recognition device, image projection device, and mobile object
US20220155582A1 (en) Operating device, light deflector, light deflecting device, distance measurement apparatus, image projection apparatus, and mobile object
CN217639747U (zh) 微机电系统mems镜器件和便携式电子装置
EP3805839B1 (en) Light deflector, deflecting device, distance-measuring apparatus, image projection device, and vehicle
US20230408808A1 (en) Microelectromechanical mirror device with piezoelectric actuation and optimized size
JP2020101587A (ja) 可動装置、距離測定装置、画像投影装置、及び車両
JP2010281853A (ja) 光偏向装置、画像形成装置および画像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant