CN111717884A - 具有改善特性的压电致动双轴线谐振微机电反射镜结构 - Google Patents

具有改善特性的压电致动双轴线谐振微机电反射镜结构 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例涉及具有改善特性的压电致动双轴线谐振微机电反射镜结构。一种微机电结构，包括：半导体材料的体部，该体部具有固定框架，该固定框架在内部限定腔；可移动块，该可移动块弹性地悬挂在腔中，并且利用围绕第一旋转轴线的第一谐振运动、以及围绕与第一旋转轴线正交的第二旋转轴线的第二谐振运动而可移动。以悬臂方式在腔中延伸的第一对和第二对支撑元件刚性地耦合到框架，并且可压电变形以引起可移动块围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线的旋转。第一对和第二对弹性耦合元件弹性地耦合在可移动块与第一对和第二对支撑元件之间。由于第一对和第二对弹性耦合元件，可移动块的第一和第二旋转运动彼此解耦合并且彼此不干扰。

Description

具有改善特性的压电致动双轴线谐振微机电反射镜结构
优先权要求
本申请要求2019年03月22日提交的意大利专利申请102019000004199的优先权，其内容在法律允许的最大范围内通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及一种使用微机电系统(MEMS)技术来构造的利用压电致动的双轴线谐振微机电反射镜结构。
背景技术
微机电结构，其在下文中被称为“MEMS结构”，包括承载反射表面的可移动块(mobile mass)。该反射表面可以被称为“反射镜”(mirror)表面，并且是从诸如硅的半导体材料的体部开始被制成，并且被弹性地支撑在腔的上方，以便是正确地可定向的。
这些MEMS反射镜结构例如被用在小型化的投影仪设备(例如，微型投影仪设备)中，用于以期望的图案引导由光源(例如，激光源)生成的光辐射束，以便将图像投影到一定距离处。微型投影仪设备可以被用在便携式电子装置中，诸如智能手机、平板电脑、平板手机、笔记本电脑或PDA(个人数字助理)。
通常，光束沿两个轴线的偏离被需要以生成图像，这可以通过利用单轴线类型的两个MEMS反射镜结构、或通过利用双轴线类型的单个MEMS反射镜结构来获得。在双轴线类型的MEMS结构的情况下，可移动块被驱动，以便围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线旋转，第一旋转轴线与第二旋转轴线彼此正交。
特别地，为了生成“光栅”(raster)类型的扫描图案，围绕第一轴线的旋转利用谐振运动(即，利用以如下频率的周期性或准周期性振荡，该频率接近机械谐振频率)来执行，以生成快速的扫描，而围绕第二轴线的旋转利用线性或准静态运动(即，以比谐振运动的频率低得多的频率)来执行，以生成例如利用锯齿图案的慢扫描。
为了生成所谓的李萨如(Lissajous)类型的扫描图案，可移动块围绕第一和第二旋转轴线的两个旋转二者均利用相对于上述旋转轴线的谐振运动执行，其中谐振运动的频率基本上等于反射镜结构的谐振频率。
通常，谐振运动使得在每次振荡期间由可移动块覆盖的角距离能够最大化，并且因此使得在给定结构的相同尺寸的情况下，所扫描的空间的部分的大小能够最大化，并且出于此原因其是有利的。
还已知，在谐振双轴线扫描的情况下，图像刷新速率等于围绕两个旋转轴线的谐振频率的值之间的频率差(Δf)。
对于可见光谱中的视频应用，上述频率差Δf通常被包括在24Hz和120Hz之间的范围内，例如60Hz，以便防止图像的闪烁，对于其他类型的应用(例如3D感测)，低于24Hz或高于120Hz的频率差Δf可能被要求。
MEMS反射镜结构的旋转经由可以是静电、电磁或压电类型的致动系统来控制。
静电致动系统通常要求高操作电压，而电磁致动系统通常需要高功率消耗。
因此，已经提出了通过使用压电致动器来控制扫描运动，相对于利用静电或电磁致动的结构，其具有需要较低的致动电压和功耗水平的优点。
例如，美国专利号9843779(EP3173843)，其内容通过引用并入本文，公开了一种利用压电致动的谐振双轴线MEMS反射镜结构。
如图1中示意性所示的，作为整体由1指定的该MEMS结构在半导体材料2(特别地，硅)的体部中制成，其中框架3形成，该框架3在内部限定了腔4。
MEMS结构1包括可移动块5，该可移动块5悬挂在腔4内并且通过四个可弹性变形的支撑元件6而被弹性地耦合到框架3。
可移动块5具有在水平平面XY中的主延伸部(其具有沿着垂直轴线Z小得多的延伸部，垂直轴线Z与上述水平平面XY正交)，并且具有在相同的水平平面XY中的基本圆形的构型；而且，可移动块5在顶部承载反射表面，即所谓的反射镜表面7。
支撑元件6，在沿着上述水平平面XY的第一和第二水平轴线X、Y的径向上相对的部分处，成对地耦合到可移动块5。支撑元件6具有主体6a，主体6a具有分别沿着第二和第一水平轴线Y、X的成对的延伸部，并且主体6a具有第一端、以及耦合到框架3的第二端，第一端通过横向于主体6a的连接部分6b耦合到可移动块5。
上述支撑元件6的主体6a在顶部处承载压电材料的多个第一区域8和压电材料的多个第二区域9，多个第一区域8具有延伸部，该延伸部横向于主体6a的对应延伸部、并且沿着相同的主体6a以规则的距离被布置；多个第二区域9均被布置在压电材料的相应的一对第一区域8之间。
压电材料的第一区域8通过相应的连接路径(未图示)而被电连接到相应的DC电源，该相应的连接路径沿着对应的支撑元件6的主体6a延伸，DC电源例如提供40V的DC电压；而压电材料的第二区域9通过相应的连接路径(也未图示)而被电连接到相应的AC电源，该相应的连接路径沿着支撑元件6的主体6a延伸，DC电源例如提供40V的AC电压。
上述压电材料的第二区域9限定了用于MEMS结构1的致动电极，如图2A和图2B中示意性地图示的，该致动电极当由相应的AC电源供电时，利用谐振振荡引起对应的支撑元件6在水平平面XY外部的变形。
特别地，通过对上述压电材料的第二区域9的适当偏置，可移动块5以以下方式被驱动：如图2A中所图示的以旋转的第一谐振运动，该旋转围绕水平平面XY的第一旋转轴线A1(具有相对于第一和第二水平轴线X、Y的45°的第一倾角)；以及如图2B中所图示的以旋转的第二谐振运动，该旋转围绕水平平面XY的第二旋转轴线A2(具有相对于第一和第二水平轴线X、Y的45°的第二倾角)，第二旋转轴线A2横向于上述第一轴线A1。
而且，上述压电材料的第一区域8限定了用于MEMS结构1的调整电极，并且其适当的偏置使得能够相对于第二旋转运动的谐振频率来调整第一旋转运动的谐振频率，以便在相同的谐振频率之间建立所需的频率差Δf(例如60Hz)，否则给定MEMS结构1的对称性(在没有调整电极的偏置的情况下)，谐振频率实际上将具有基本相同的值。
尽管有利地允许获得特别紧凑的双轴线谐振反射镜结构，但是上述MEMS结构1并非没有缺点。
首先，上述MEMS结构1在围绕第一旋转轴线A1和第二旋转轴线A2的旋转运动之间具有相互耦合和干扰(跨轴线干扰)。跨轴线干扰在最终系统的水平上牵涉更大的复杂性(特别地，关于致动信号和控制信号的生成)。
明显的并且在另一方面如上述图2A和图2B中所图示的，四个支撑元件6一起参与(经历变形)相应地围绕第一和第二旋转轴线A1、A2的第一和第二旋转运动两者。
因此，向与第一旋转轴线相关联的致动电极施加偏置电压牵涉围绕第二旋转轴线的对应运动，反之亦然。
同样地，向与第一旋转轴线相关联的调整电极施加偏置电压也牵涉与第二旋转轴线相关联的支撑元件6的变形，反之亦然。
在本领域中需要提供一种MEMS反射镜结构，该MEMS反射镜结构将至少部分地克服现有技术的缺点，并且特别地将具有对跨轴线干扰的降低的敏感性。
发明内容
在一个实施例中，微机电结构包括：固定框架，在内部限定腔；可移动块，弹性地悬挂在所述腔中，并且利用围绕第一旋转轴线的第一谐振旋转模式、以及利用围绕第二旋转轴线的第二谐振旋转模式而可移动，第二旋转轴线与第一旋转轴线正交；第一对支撑元件，以悬臂的方式在腔中延伸、并且刚性地耦合到固定框架，并且第一对支撑元件通过压电效应可弹性变形，以引起可移动块围绕第一旋转轴线的旋转；第二对支撑元件，以悬臂的方式在腔中延伸并且刚性地耦合到固定框架，并且第二对支撑元件通过压电效应可弹性变形，以引起可移动块围绕第二旋转轴线的旋转；第一对弹性耦合元件，弹性地耦合在可移动块与第一对支撑元件之间；以及第二对弹性耦合元件，弹性地耦合在可移动块与第二对支撑元件之间；其中由于第一对弹性耦合元件和第二对弹性耦合元件，可移动块的第一谐振旋转模式和第二谐振旋转模式彼此解耦合，并且彼此不干扰。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在参考附图，仅通过非限制性示例的方式来描述本发明的优选实施例，其中：
图1是已知类型的利用压电致动的双轴线谐振MEMS反射镜结构的示意图；
图2A和图2B是相应地利用第一旋转运动和第二旋转运动来驱动的图1的MEMS结构的示意图；
图3是根据本解决方案的一个实施例的利用压电致动的双轴线谐振MEMS反射镜结构的示意性平面图；
图4A和图4B是分别利用第一旋转运动和第二旋转运动来驱动的图3的MEMS结构的示意图；
图5是经受谐振频率的调整的运动的图3的MEMS结构的示意图；
图6是集成了图3的MEMS结构的微型投影仪设备的框图；以及
图7和图8示出了图6的微型投影仪设备与便携式电子装置之间的耦合的可能变型。
具体实施方式
图3是根据本文公开的一个实施例的MEMS结构10的示意图，特别是利用压电致动的双轴线谐振反射镜结构。
MEMS结构10被形成在半导体材料(特别地，硅)的裸片中，MEMS结构10具有形成框架11的固定部分，框架11在内部限定了腔12。在该示例中，腔12在水平平面XY中具有基本正方形的形状，水平平面XY是相同的MEMS结构10的主延伸部的平面(MEMS结构10沿着垂直轴线Z具有小得多的延伸部，垂直轴线Z与水平平面XY正交)。
MEMS结构10包括可移动块14，该可移动块14可以通过压电致动而被倾斜(如将在下文中详细描述的)，并且可移动块14在顶部承载反射材料15的表面(例如，反射镜表面)。在该示例中，可移动块14在水平平面XY中具有基本圆形的形状。
特别地，可移动块14被配置成围绕第一旋转轴线R1和第二旋转轴线R2旋转，第一旋转轴线R1平行于上述水平平面XY的第一水平轴线X，第二旋转轴线R2平行于上述水平平面XY的第二水平轴线Y，第二水平轴线Y与第一水平轴线X正交。第一旋转轴线R1表示MEMS结构10的第一中间对称轴线，并且第二旋转轴线R2表示相同MEMS结构10的第二中间对称轴线。
MEMS结构10包括：第一支撑元件16a和第二支撑元件16b，第一支撑元件16a和第二支撑元件16b是可弹性变形的、并且在可移动块14相对于第二水平轴线Y的相对侧上，从框架11开始在腔12内沿着第一水平轴线X纵向延伸；并且MEMS结构10包括第三支撑元件16c和第四支撑元件16d，第三支撑元件16c和第四支撑元件16d也是可弹性变形的、并且在可移动块14相对于第一水平轴线X的相对侧上，从框架11开始在腔12内沿着第二水平轴线Y纵向延伸。
上述支撑元件16a-16d以悬臂的方式在框架11内部的腔12上方延伸、并且与框架11相邻，支撑元件16a-16d通过狭缝18(形成上述腔12的一部分)从框架11分离，并且在其内部拐角处刚性地连接到框架11。
特别地，每个支撑元件16a-16d包括第一支撑部分20'和第二支撑部分20"，第一支撑部分20'和第二支撑部分20"在第二旋转轴线R2或第一旋转轴线R1的相对侧上，沿着第一水平轴线X或第二水平轴线Y延伸，在该示例中，第一支撑部分20'和第二支撑部分20"在水平平面XY中具有基本梯形的形状，其中第一侧在其相应的内部拐角处耦合到框架11。此外，上述第一支撑部分20'和第二支撑部分20"，在第二旋转轴线R2或第一旋转轴线R1并且在其第二侧处，通过连接部分21而被连接在一起，该连接部分21具有基本矩形的形状，具有小于第一支撑部分20'和第二支撑部分20"的高度的大小(沿着第二水平轴线Y或第一水平轴线X)。
每个支撑元件16a-16d的第一支撑部分20'和第二支撑部分20"在顶部处承载相应的致动电极22和相应的调整电极23，其被设计成通过压电效应引起对应的支撑元件16a-16d的变形(如将在下文中详细描述的)。
特别地，导电材料(例如金属材料)的第一区域在每个支撑部分20'、20"的半导体材料上存在，从而形成公共电极24；此外，压电材料的区域25(例如PZT(锆酸钛酸铅))被布置在公共电极24上，并且上述致动电极22和调整电极23(例如，其也由金属材料制成)被布置在压电材料25的区域上，。
上述致动电极22和调整电极23被并排布置、彼此适当地电绝缘、并且在水平平面XY中具有基本矩形的形状。在所图示的实施例中，调整电极23在水平平面XY中具有比致动电极22大的延伸。
压阻(PZR)传感器25'在第一支撑元件16a和第三支撑元件16c(备选地，并且以本文未图示的类似的方式，在第二支撑元件16b和第四支撑元件16d)的第一支撑部分20'处，被布置与上述致动电极22和上述调整电极23相邻。压阻传感器25'被适当地布置，以便供应与可移动块14围绕第二旋转轴线R2和第一旋转轴线R1的旋转相关联的感测信号；该检测信号可以作为反馈被供应到MEMS结构10的外部。
压阻传感器25'例如通过掺杂原子的表面扩散，在相应的第一支撑元件16a和第三支撑元件16c的第一支撑部分20'的与框架11的相应内部拐角相耦合的一侧形成。
MEMS结构10还包括弹性耦合元件30a-30d，其将可移动块14弹性耦合到相应的支撑元件16a-16d中的一项，具体地：第一弹性耦合元件30a和第二弹性耦合元件30b将可移动块14的沿第二旋转轴线R2径向相对相应端部，耦合到第一支撑元件16a和第二支撑元件16b；第三弹性耦合元件30c和第四弹性耦合元件30d将可移动块14的沿第一旋转轴线R1径向相对的相应端部，耦合到第三支撑元件16c和第四支撑元件16d。
每个弹性耦合元件30a-30d包括第一弹性部分31和第二弹性部分32。
详细地，第一弹性部分31是线性和扭转类型的，第一弹性部分31具有直线延伸部(沿着第一水平轴线X或第二水平轴线Y)，并且具有第一端、以及与第一端相对的第二端，第一端在对应的连接部分21处连接到相应的支撑元件16a-16d，第二端连接到第二弹性部分32；在所图示的实施例中，折叠类型的第二弹性部分32被成形为像矩形环，第二弹性部分32在横向于第一弹性部分31的直线延伸部的方向上具有更大的延伸，第二弹性部分32具有连接到上述第一弹性部分31第一端，并且具有与第一端相对的第二端，该第二端连接到可移动块14的面对端部分。
在操作期间，并且如将在下文中更详细地讨论的，作为将致动电极22偏置的结果，弹性耦合元件30a-30d以完全解耦合(decouple)并且无相互干扰的方式，使得可移动块14能够围绕第一旋转轴线R1和围绕第二旋转轴线R2旋转运动。
特别地，第一弹性耦合元件30a和第二弹性耦合元件30b的第一弹性部分31顺从于(compliant to)围绕第二旋转轴线R2的扭转，并且类似地，第三弹性耦合元件30c和第四弹性耦合元件30d的第一弹性部分31顺从于围绕第一旋转轴线R1的扭转。
代替地，弹性耦合元件30a-30d的第二弹性部分32顺从于到水平平面XY的外部的弯曲、以及顺从于沿着垂直轴线Z变形，以代替相对于(围绕第一旋转轴线R1或第二旋转轴线R2)旋转是刚性的。
此外，线性弹性元件(上述弹性耦合元件30a-30d的第一弹性部分31)的扭转刚度以适当的方式相对于折叠的弹性元件(弹性耦合元件30a-30d的第二弹性部分32)的弯曲刚度、并且还相对于支撑元件16a-16d的刚度而被定义，以使可移动块14的旋转轴线(上述第一旋转轴线R1和第二旋转轴线R2)与线性弹性元件(沿第一水平轴线X或第二水平轴线Y)的延伸部的方向有效地对齐。
以这种方式，可移动块14围绕第一旋转轴线R1和第二旋转轴线R2的旋转被有效地解耦合，围绕旋转轴线中的一个旋转轴线的旋转不会引起与其他旋转轴线相关联的支撑元件的明显变形。
从前面的描述和从图3的检查，MEMS结构10的对称布置是明显的，特别是关于第一旋转轴线R1和第二旋转轴线R2以及关于另外的中间对称轴线(在上述图3中未示出)，该另外的中间对称轴线属于水平平面XY，相对于上述旋转轴线R1、R2倾斜45°并且穿过可移动块14的中心。
如上述图3中示意性地图示的，MEMS结构10还包括形成在框架11处的多个电接触焊盘35，电接触焊盘35电连接到致动电极22和调整电极23，以使得能够通过电信号对其进行电偏置，该电信号来自MEMS结构10的外部(例如，由电子装置的偏置设备来供应，MEMS结构10集成在该电子装置中)，并且此外，电接触焊盘35通过相应的电连接路径36(为了简化说明，在图3中示出了这些电连接路径36的一个示例)电连接到公共电极24和压阻传感器25'。
在所图示的实施例中，电接触焊盘35以两行被布置与第一水平轴线X平行地对齐，该两行被定位在腔12相对于第二水平轴线Y的相对侧上的框架11上。
应当注意，有利地，由于接触点与上述致动电极22和调整电极23在框架11的内部拐角处的布置，电连接路径36具有减小的长度，其因此简化了去往电接触焊盘35的电连接的布线。
另外，电连接路径36不在支撑元件16a-16d之上延伸，而是在其外部穿过，因此不会引起对应的弹性特性的明显变化。
更详细地，并且参考图4A，MEMS结构10的第一旋转模式通过将与支撑元件16a-16d相关联的第一组和第二组致动电极22偏置来获得，MEMS结构10的第一旋转模式包括围绕第一旋转轴线R1的旋转，具体地：通过以在谐振频率处的第一偏置电压V1(AC电压)来偏置第一支撑元件16a的致动电极22中的两个致动电极(与对应的第一支撑部分20'和第二支撑部分20"相关联)；并且通过以在谐振频率处的第二偏置电压V2(AC电压)来偏置第二支撑元件16b的致动电极22中的两个致动电解(与对应的第一支撑部分20'和第二支撑部分20"相关联)，第二偏置电压V2相对于第一偏置电压V1相位相反。
应当注意，与第三支撑元件16c和第四支撑元件16d相关联的致动电极22没有被偏置，并且不会参与MEMS结构10的上述第一旋转模式。
如上述图4A中所图示的，第一组和第二组致动电极22的偏置引起在垂直轴线Z的相反方向上的、第一支撑元件16a和第二支撑元件16b到水平平面XY的外部的变形(在该示例中，第二支撑元件16b的朝向上变形、以及第一支撑元件16a的朝向下变形)。
这种变形引起第一弹性耦合元件30a和第二弹性耦合元件30b的沿着垂直轴线Z的对应位移，特别地，该对应位移通过对应的第二弹性部分32的挠曲变形而被允许，再次，该挠曲变形在垂直轴线Z的相反方向上(应当注意，第一弹性耦合元件30a和第二弹性耦合元件30b的第一弹性部分31相对于该变形基本上是刚性的)，并且引起可移动块14的上述耦合的端部的对应位移，因此，可移动块14被驱动以围绕第一旋转轴线R1旋转。
该旋转通过第三弹性耦合元件30c和第四弹性耦合元件30d的第一弹性部分31的扭转变形而被允许(应当注意，第三弹性耦合元件30c和第四弹性耦合元件30d的第二弹性部分32对于该扭转基本上是刚性的)，第一弹性部分31的扭转变形基本上吸收了整个旋转运动；该旋转运动因此不会被传送到相关联的第三支撑元件16c和第四支撑元件16d，故其不经历变形。
以基本类似的方式，并且如图4B中所图示的，MEMS结构10的第二旋转模式通过偏置与支撑元件16a-16d相关联的第三组致动电极22和第四组致动电极22来获得(与上述第一旋转模式解耦合)，MEMS结构10的第二旋转模式包括围绕第二旋转轴线R2的旋转，并且特别地：以在谐振频率处的相应的第一偏置电压V1(AC电压)，来偏置第三支撑元件16c的致动电极22中的两个致动电极(与对应的第一支撑部分20'和第二支撑部分20"相关联)；并且以在谐振频率处的相应的第二偏置电压V2(AC电压)，来偏置第四支撑元件16d的致动电极22中的两个致动电极22，第二偏置电压V2相对于第一偏置电压V1相位相反。
应当注意，在这种情况下，与第一支撑元件16a和第二支撑元件16b相关联的致动电极22不被偏置，并且不会参与MEMS结构10的上述第二旋转模式。
如上述图4B中所图示的，第二组致动电极22的偏置引起在上述垂直轴线Z相反方向上，第三支撑元件16c和第四支撑元件16d到水平平面XY的外部的变形(在该示例中，第四支撑元件16d的朝向上变形、以及第三支撑元件16c的朝向下变形)。
以上的变形引起第三弹性耦合元件30c和第四弹性耦合元件30d的沿着垂直轴线Z的对应位移，特别地，该对应位移通过对应的第二弹性部分32的挠曲变形而被允许，再次，该挠曲变形在垂直轴线Z的相反方向上(第三弹性耦合元件30c和第四弹性耦合元件30d的第一弹性部分31相对于该变形基本上是刚性的)，并且引起可移动块14的耦合的端部的对应位移，因此，可移动块14被驱动以围绕第二旋转轴线R2旋转。
以上的旋转通过第一弹性耦合元件30a和第二弹性耦合元件30b的第一弹性部分31的扭转变形而被允许(相同的第一弹性耦合元件30a和第二弹性耦合元件30b的第二弹性部分32相对于该扭转基本上是刚性的)，第一弹性部分31的扭转变形基本上吸收了整个旋转运动；因此，该旋转运动不会被传送到耦合的第一支撑元件16a和第二16b，故其不经历变形。
应当注意，给定MEMS结构10的总体对称性，在没有对调整电极23进行偏置的情况下，围绕第一旋转轴线R1和第二旋转轴线R2的旋转运动的谐振频率基本相同。
向上述调整电极23施加适当的DC偏置电压使得上述谐振频率中的一个或两个谐振频率能够的适当变化，以便获得期望的频率差Δf，该期望的频率差Δf例如被包括在例如24Hz和150Hz之间的范围内，例如等于60Hz(在可见光应用的情况下，但是该频率差Δf在不同应用的情况下也可能具有甚至在上述频率范围之外的值)。
特别地，调整电极23被分成两组，其相应地与第一旋转模式和第二旋转模式相关联。
例如，并且参考图5，围绕第二旋转轴线R2(平行于第二水平轴线Y)的第二旋转模式的谐振频率的变化是通过偏置第一组调整电极23来获得，第一组调整电极23与第三支撑元件16c和第四支撑元件16d相关联，它们以相同的第一DC偏置电压V1'(例如等于40V)而一起被偏置。
该偏置引起第三支撑元件16c和第四支撑元件16d到水平平面XY的外部的基本相同的变形(在该示例中，沿着垂直轴线Z的朝向上变形)，并且随之引起相同的第三支撑元件16c和第四支撑元件16d的变刚(stiffening)。
在该示例中，当偏置电压被施加到相应的致动电极22时，该变刚引起上述第二旋转模式的谐振频率的变化。
应当注意，具有相同值的第三支撑元件16c和第四支撑元件16d的变形不会引起相关联的第三弹性耦合元件30c和第四弹性耦合元件30d的变形，并且因此不会引起可移动块14的旋转；此外，第一支撑元件16a和第二支撑元件16b的变形、以及相关联的第一弹性耦合元件30a和第二弹性耦合元件30b的变形不会生成(因此，旋转模式还关于对应的谐振频率的调整而被解耦合)。
以类似的方式(这里未图示)，频率差Δf可以通过变化第一旋转模式的谐振频率来获得，其可以通过偏置与第一支撑元件16a和第二支撑元件16b相关联的第二组调整电极23来获得，在这种情况下，第二组调整电极23可以以第二DC偏置电压V2'一起被偏置，该第二DC偏置电压V2'可能等于第一偏置电压V1'。
备选地，上述频率差Δf可以通过对第一旋转模式和第二旋转模式两者的谐振频率的适当变化来获得，在这种情况下，对第一组和第二组调整电极23两者的适当偏置因此被设想。
这些实施例的优点从前面的描述中清楚地显现。
在任何情况下，要强调的是，这基本上使得能够消除MEMS结构10中的跨轴线干扰，从而完全使第一旋转模式和第二旋转模式(分别围绕第一旋转轴线R1和第二旋转轴线R2)解耦合。
特别地，上述第一旋转模式和第二旋转模式关于致动的运动(通过致动电极22的偏置而获得)、以及关于对应的谐振频率的调整(通过调整电极23的偏置而获得)两者均是解耦合的。
而且，与已知的现有技术(例如参见美国专利号9843779(EP3173843))相比，在MEMS结构10中，对于支撑元件16a-16d的支撑部分20'、20"中的每一项，仅一个致动电极22和仅一个调整电极23存在，因此大大减少了电连接的数目和复杂性。
如先前所讨论的，致动电极22和调整电极23与对应的电接触焊盘35之间的电连接路径36具有减小的长度，并且此外，电连接路径36不在支撑元件16a-16d之上延伸，并且因此不会引起对应的弹性特性的明显变化。
有利地，如参考图6-图8示意性地图示的，MEMS结构10可以例如被集成在微型投影仪设备40中，微型投影仪设备40被设计为可操作地耦合到便携式电子装置41。
详细地，图6的微型投影仪设备40包括：光源42，其例如是激光器类型，被配置成生成光束43；MEMS结构10，具有反射器(反射镜)的功能，并且被配置成接收光束43，并且将光束引导朝向屏幕或显示表面45(屏幕或显示表面45在微型投影仪设备40外部，并且设置在距微型投影仪设备40一定距离处)；第一驱动电路46，被配置成向光源42供应适当的控制信号，以用于根据待投影的图像来生成光束43；第二驱动电路48，被配置成向MEMS结构10供应偏置信号(特别地，根据先前讨论的模态，向对应的致动电极22和调整电极23供应偏置信号)，以及从MEMS结构10接收适当的反馈信号(特别地，来自对应的压阻传感器25'的反馈信号)；以及通信接口49，被配置成从(例如，被包括在便携式电子装置41中的)外部控制单元50接收关于待生成的图像的信息(例如，以像素阵列的形式)。该信息在输入处被发送以用于驱动光源42。
如图7中所图示的，微型投影仪设备40可以作为与相关联的便携式电子装置41(例如，智能手机)分离的独立附件而获得。在这种情况下，微型投影仪设备40通过适当的电气和机械连接元件(未详细图示)而被耦合到便携式电子装置41。这里，微型投影仪设备40被提供有壳体52，该壳体52具有对由MEMS结构10所引导的光束43透明的至少一个部分52'；微型投影仪设备40的壳体52可释放地耦合到便携式电子装置41的相应壳体53。
备选地，如图8中所图示的，微型投影仪设备40可以被集成在便携式电子装置41内，并且被布置在便携式电子装置41的壳体53内。在这种情况下，便携式电子装置41具有对由MEMS结构10所引导的光束43透明的相应的部分52'。在这种情况下，微型投影仪设备40例如耦合到便携式电子装置41的壳体53内存在的印刷电路。
最后，清楚的是，在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的范围的情况下，可以对本文已经描述和图示的内容进行修改和变化。
特别地，通常可以预期关于形成MEMS结构10的元件的形状的变型；例如，可以预期对应的可移动块14(以及反射材料15的对应表面，即，反射镜的对应表面)的不同形状。

Claims (20)

1.一种微机电结构，包括：
固定框架，在内部限定腔；
可移动块，被弹性地悬挂在所述腔中，并且利用围绕第一旋转轴线的第一谐振旋转模式、以及利用围绕第二旋转轴线的第二谐振旋转模式而可移动，所述第二旋转轴线正交于所述第一旋转轴线；
第一对支撑元件，以悬臂的方式在所述腔中延伸、并且被刚性地耦合到所述固定框架，并且所述第一对支撑元件通过压电效应而可弹性变形，以引起所述可移动块围绕所述第一旋转轴线的旋转；
第二对支撑元件，以悬臂的方式在所述腔中延伸、并且被刚性地耦合到所述固定框架，并且所述第二对支撑元件通过压电效应而可弹性变形，以引起所述可移动块围绕所述第二旋转轴线的旋转；
第一对弹性耦合元件，被弹性地耦合在所述可移动块与所述第一对支撑元件之间；以及
第二对弹性耦合元件，被弹性地耦合在所述可移动块与所述第二对支撑元件之间；
其中由于所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件，所述可移动块的所述第一谐振旋转模式和所述第二谐振旋转模式彼此解耦合、并且彼此不干扰。
2.根据权利要求1所述的微机电结构，其中所述第一对弹性耦合元件顺从于围绕所述第二旋转轴线的旋转，并且相对于围绕所述第一旋转轴线的旋转是刚性的；并且其中所述第二对弹性耦合元件顺从于围绕所述第一旋转轴线的所述旋转，并且相对于围绕所述第二旋转轴线的所述旋转是刚性的。
3.根据权利要求1所述的微机电结构，还包括：
在水平平面中的主延伸部；
其中所述第一对支撑元件在所述可移动块的相对于所述水平平面的第二水平轴线的相对侧上，沿着所述水平平面的第一水平轴线延伸，所述第二水平轴线正交于所述第一水平轴线；
其中所述第二对支撑元件在所述可移动块的相对于所述第一水平轴线的相对侧上，沿着所述第二水平轴线延伸；
其中所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件中的每个支撑元件包括第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分具有被耦合到所述固定框架的第一端、以及通过连接部分而被连接的第二端，所述连接部分被耦合到所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件中的相应的一个弹性耦合元件；并且
其中所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件的所述第一支撑部分和所述第二支撑部分在所述第一支撑部分和所述第二支撑部分的顶部处承载相应的致动电极，所述相应的致动电极被偏置以通过压电效应引起变形。
4.根据权利要求2所述的微机电结构，还包括：
在水平平面中的主延伸部；
其中所述第一对支撑元件在所述可移动块的相对于所述水平平面的第二水平轴线的相对侧上，沿着所述水平平面的第一水平轴线延伸，所述第二水平轴线正交于所述第一水平轴线；
其中所述第二对支撑元件在所述可移动块的相对于所述第一水平轴线的相对侧上，沿着所述第二水平轴线延伸；
其中所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件中的每个支撑元件包括第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分具有被耦合到所述固定框架的第一端、以及通过连接部分而被连接的第二端，所述连接部分被耦合到所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件中的相应的一个弹性耦合元件；并且
其中所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件的所述第一支撑部分和所述第二支撑部分在所述第一支撑部分和所述第二支撑部分的顶部处承载相应的致动电极，所述相应的致动电极被偏置以通过压电效应引起变形。
5.根据权利要求4所述的微机电结构，
其中所述第一对支撑元件中的第一支撑元件的所述致动电极被配置成以第一交流偏置电压被偏置，并且所述第一对支撑元件中的第二支撑元件的所述致动电极被配置成以第二交流偏置电压被偏置，所述第二交流偏置电压相对于所述第一交流偏置电压相位相反，以引起所述可移动块围绕所述第一旋转轴线以第一谐振频率的所述旋转；并且
其中所述第二对支撑元件中的第三支撑元件的所述致动电极被配置成以第三交流偏置电压被偏置，并且所述第二对支撑元件中的第四支撑元件的所述致动电极被配置成以第四交流偏置电压被偏置，所述第四交流偏置电压相对于所述第三交流偏置电压相位相反，以引起所述可移动块围绕所述第二旋转轴线以第二谐振频率的所述旋转。
6.根据权利要求5所述的微机电结构，
其中所述第一支撑元件、所述第二支撑元件、所述第三支撑元件和所述第四支撑元件在顶部处还承载相应的调整电极，所述相应的调整电极被偏置以通过压电效应引起变形；
其中所述第一支撑元件和所述第二支撑元件的所述调整电极被配置成以第一直流偏置电压被偏置来变化所述第二谐振频率，以用于所述可移动块围绕所述第二旋转轴线的旋转；并且
其中所述第三支撑元件和所述第四支撑元件的所述调整电极被配置成以第二直流偏置电压被偏置来变化所述第一谐振频率，以用于所述可移动块围绕所述第一旋转轴线的旋转，以便获得所述第一谐振频率与所述第二谐振频率之间的期望的频率差。
7.根据权利要求6所述的微机电结构，其中所述第一支撑元件、所述第二支撑元件、所述第三支撑元件和所述第四支撑元件各自在顶部处承载压电材料的区域，所述第一支撑元件、所述第二支撑元件、所述第三支撑元件和所述第四支撑元件的相应的致动电极和相应的调整电极被布置在所述压电材料的所述区域上。
8.根据权利要求6所述的微机电结构，还包括：
电接触焊盘，由所述固定框架承载，所述电接触焊盘通过相应的电连接路径而被电连接到所述致动电极和所述调整电极；并且
其中所述电连接路径延伸到相对于所述第一支撑元件、所述第二支撑元件、所述第三支撑元件和所述第四支撑元件的外部。
9.根据权利要求7所述的微机电结构，还包括：
电接触焊盘，由所述固定框架承载，所述电接触焊盘通过相应的电连接路径而被电连接到所述致动电极和所述调整电极；并且
其中所述电连接路径延伸到相对于所述第一支撑元件、所述第二支撑元件、所述第三支撑元件和所述第四支撑元件的外部。
10.根据权利要求1所述的微机电结构，
其中所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件中的每个弹性耦合元件包括第一弹性部分和第二弹性部分；
其中所述第一对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件的第一弹性部分顺从于围绕所述第二旋转轴线的扭转，并且所述第二对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件的第一弹性部分顺从于围绕所述第一旋转轴线的扭转；并且
其中所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件的所述弹性耦合元件的第二弹性部分顺从于到所述微机电结构的主延伸部的水平平面的外部的弯曲。
11.根据权利要求1所述的微机电结构，其中所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件中的每个弹性耦合元件包括：
第一弹性部分和第二弹性部分，所述第一弹性部分是扭转线性类型的并且具有直线延伸部，所述第一弹性部分具有被连接到对应的支撑元件的第一端、以及被连接到所述第二弹性部分的第二端，所述第二端与所述第一端相对；
其中所述第二弹性部分是折叠类型的，所述第二弹性部分具有主延伸部，所述主延伸部在横向于所述第一弹性部分的所述直线延伸部的方向上，并且所述第二弹性部分具有被连接到所述第一弹性部分的第一端、以及被连接到所述可移动块的面对端部分的第二端，所述第二端与所述第一端相对。
12.根据权利要求11所述的微机电结构，
其中所述第一对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件的所述第一弹性部分具有沿着所述第二旋转轴线的直线延伸部，并且
其中所述第二对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件的所述第一弹性部分具有沿着所述第一旋转轴线的直线延伸部。
13.根据权利要求11所述的微机电结构，其中所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件的所述第一弹性部分的扭转刚度被限定为根据所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件的所述第二弹性部分的弯曲刚度而变化、并且根据所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件的刚度而变化，使得所述可移动块的所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线与所述第二对弹性耦合元件和所述第一对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件的所述第一弹性部分的延伸部的方向对齐。
14.根据权利要求12所述的微机电结构，其中所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件的所述第一弹性部分的扭转刚度被限定为根据所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件的所述第二弹性部分的弯曲刚度而变化、并且根据所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件的刚度而变化，使得所述可移动块的所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线与所述第二对弹性耦合元件和所述第一对弹性耦合元件中的所述弹性耦合元件的所述第一弹性部分的延伸部的方向对齐。
15.根据权利要求1所述的微机电结构，被配置成具有相对于所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线的完全对称性。
16.根据权利要求1所述的微机电结构，其中所述可移动块承载反射表面以便限定反射器结构。
17.一种微型投影仪设备，包括：
光源，被驱动以用于根据待生成的图像来生成光束；
微机电结构，包括：
固定框架，在内部限定腔；
可移动块，被弹性地悬挂在所述腔中，并且利用围绕第一旋转轴线的第一谐振旋转模式、以及利用围绕第二旋转轴线的第二谐振旋转模式而可移动，所述第二旋转轴线正交于所述第一旋转轴线；
第一对支撑元件，以悬臂的方式在所述腔中延伸、并且被刚性地耦合到所述固定框架，并且所述第一对支撑元件通过压电效应而可弹性变形，以引起所述可移动块围绕所述第一旋转轴线的旋转；
第二对支撑元件，以悬臂的方式在所述腔中延伸、并且被刚性地耦合到所述固定框架，并且所述第二对支撑元件通过压电效应而可弹性变形，以引起所述可移动块围绕所述第二旋转轴线的旋转；
第一对弹性耦合元件，被弹性地耦合在所述可移动块与所述第一对支撑元件之间；以及
第二对弹性耦合元件，被弹性地耦合在所述可移动块与所述第二对支撑元件之间；
其中由于所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件，所述可移动块的所述第一谐振旋转模式和所述第二谐振旋转模式彼此解耦合、并且彼此不干扰；以及
驱动电路，被配置成供应电驱动信号，以引起所述可移动块的旋转。
18.根据权利要求17所述的微型投影仪设备，其中所述设备是便携式电子装置的组件。
19.根据权利要求17所述的微型投影仪设备，其中所述第一对弹性耦合元件顺从于围绕所述第二旋转轴线的旋转，并且相对于围绕所述第一旋转轴线的旋转是刚性的；并且其中所述第二对弹性耦合元件顺从于围绕所述第一旋转轴线的所述旋转，并且相对于围绕所述第二旋转轴线的所述旋转是刚性的。
20.根据权利要求17所述的微型投影仪设备，
其中所述微机电结构具有在水平平面中的主延伸部；
其中所述第一对支撑元件在所述可移动块的相对于所述水平平面的第二水平轴线的相对侧上，沿着所述水平平面的第一水平轴线延伸，所述第二水平轴线正交于所述第一水平轴线；
其中所述第二对支撑元件在所述可移动块的相对于所述第一水平轴线的相对侧上，沿着所述第二水平轴线延伸；其中所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件中的每个支撑元件包括第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分具有被耦合到所述固定框架的第一端、以及通过连接部分而被连接的第二端，所述连接部分第二端被耦合到所述第一对弹性耦合元件和所述第二对弹性耦合元件中的相应的一个弹性耦合元件；并且
其中所述第一对支撑元件和所述第二对支撑元件的所述第一支撑部分和所述第二支撑部分在所述第一支撑部分和所述第二支撑部分的顶部处承载相应的致动电极，所述相应的致动电极被偏置以通过压电效应引起变形。
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