CN114314497A - 具有通过绕两个旋转轴的压电致动倾斜的结构的微机电设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有可通过围绕两个旋转轴的压电致动倾斜的结构的微机电设备。例如，一种微机电设备，包括：固定结构，具有限定腔体的框架；可倾斜结构，弹性地悬置于腔体上方，并且在水平面中具有主延伸部；压电驱动的致动结构，可被偏置以使可倾斜结构围绕第一和第二旋转轴进行期望旋转；以及支撑结构，与固定结构集成，并且从框架延伸到腔体中。杠杆元件通过弹性悬置元件在第一端处弹性地耦合到可倾斜结构，并且通过限定杠杆旋转轴的弹性连接元件在第二端处耦合到支撑结构。杠杆元件被弹性地耦合到致动结构，使得它们的偏置引起可倾斜结构围绕第一和第二旋转轴的期望旋转。

Description

具有通过绕两个旋转轴的压电致动倾斜的结构的微机电设备

优先权声明

本申请要求于2020年9月29日提交的意大利专利申请第102020000022978号的优先权，其内容在法律允许的最大范围内通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开涉及一种具有可通过围绕两个旋转轴的压电致动而倾斜的结构的微机电设备(采用MEMS-微机电系统-技术制造)。

背景技术

下文将参考微机电反射镜设备，其中可倾斜结构在其顶表面上承载反射或反射镜表面，但这并不意味着失去一般性。

以已知方式，在便携式装置(例如，智能手机或平板电脑)中使用微机电反射镜设备，特别是向量扫描仪类型(所谓的MEMS向量扫描仪)，用于以一定距离投影图像，以及在三维(3D)传感应用中使用，用于增加视野(FOV)和投影分辨率或者用于创建期望图案。由于尺寸减小，这些设备能够满足有关空间占用(面积和厚度方便)的严格要求。

这些微机电反射镜设备通常包括反射镜结构，该反射镜结构从半导体材料的本体开始制造，并且在腔体上方被弹性支撑以便可移动(例如，利用倾斜或旋转离开主延伸的相应平面的移动)，用于以期望方式引导入射光束。

通常，期望入射光束沿两个轴偏转，这可以通过双轴类型的单个微机电反射镜设备来获得，即，反射镜结构可围绕两个旋转轴倾斜。

图1A示意性示出了向量扫描仪类型的反射镜结构1，其以一定距离将入射图像(或点图案)2朝向屏幕4投影。

反射镜结构1可以被驱动，以便分别围绕由A1和A2指定的第一旋转轴和第二旋转轴进行旋转，特别是根据上述旋转假设四个不同的准静态位置，以便将入射光束2引导到屏幕4上的投影区域5。有利地，所述投影区域5比由入射光束2限定的区域大四倍，因此与前述入射光束2的特性相比，所提供的投影分辨率高四倍，并且视野也大四倍。

图1B示出了反射镜结构1的进一步使用，在这种情况下，反射镜结构1用于通过反射由激光源6生成的入射光束7在屏幕上生成4个简单图案8，例如，本例中示出的箭头、指示、带有少量字母的文字等。在这种情况下，可以通过执行准静态线性移动来再次驱动反射镜结构1围绕第一和第二旋转轴A1和A2旋转，以便在屏幕4上生成期望图案8。

大多数已知的微机电反射镜设备设想静电或电磁类型的致动来实施反射镜结构的旋转。静电致动系统通常使用高操作电压，而电磁致动系统通常需要高功耗。

因此，已经提出了基于压电致动的方法，特别是通过由PZT(锆钛酸铅)制造的致动器，而且基于通过压阻(PZR)传感器元件检测反射镜结构的移动程度。压电致动反射镜设备通常具有使用致动电压和功耗水平低于静电或电磁致动设备的优点。

例如，美国专利申请公开第2020/0192199号(对应于欧洲专利第3,666,727A1号)公开了一种微机电结构，其设置有可通过具有改进的机械和电气特性的压电致动倾斜的结构，该申请的内容通过引用并入本文。

上述微机电结构包括：固定结构，限定腔体；可倾斜结构，弹性地悬置在腔体中，并且在水平面中具有主延伸部；压电驱动的致动结构，可被偏置以引起可倾斜结构至少围绕与水平面的第一水平轴平行的第一旋转轴旋转，致动结构介于可倾斜结构和固定结构之间。具体地，致动结构包括至少第一对驱动臂，它们承载相应的压电材料区域并且通过相应的弹性解耦元件在第一旋转轴的相对侧弹性地耦合到可倾斜结构，其中弹性解耦元件对于离开水平面的移动是刚性的并且顺从围绕第一旋转轴的扭转。

前述微机电反射镜结构被配置为利用共振移动围绕第一水平轴旋转，以便生成快速水平扫描；如参考文件中所述，可倾斜结构还可利用线性或准静态移动(即，以远低于共振移动频率的频率)围绕第二水平轴驱动，以便生成缓慢垂直扫描(例如，锯齿型)。

尽管上述文件中描述的结构具有若干有利特征，但其设计并非用于向量扫描仪类型的微机电镜设备(所谓的MEMS向量扫描仪)，如前所述，反射镜结构是可倾斜的，以便假设四个不同的准静态位置。

本领域需要提供一种压电型致动的微机电设备，其将允许克服上述现有技术的缺点。

发明内容

本文公开了一种微机电设备，包括：固定结构，具有限定腔体的框架；可倾斜结构，弹性地悬置于腔体上方，并且在水平面中具有主延伸部；压电驱动的致动结构，被配置为偏置以使可倾斜结构在水平面中围绕第一旋转轴和第二旋转轴进行期望旋转；支撑结构，与固定结构集成，并且从框架延伸到腔体中；以及杠杆元件，通过相应的弹性悬置元件在第一端处弹性地耦合到可倾斜结构，并且通过限定杠杆旋转轴的弹性连接元件在第二端处耦合到支撑结构。杠杆元件被弹性地耦合到压电驱动的致动结构，使得压电驱动的致动结构的偏置由于杠杆元件围绕杠杆旋转轴的旋转而引起可倾斜结构围绕第一旋转轴和第二旋转轴的期望旋转。

对于每个杠杆元件，压电驱动的致动结构可包括：第一对驱动臂，通过第一弹性驱动元件弹性地耦合到杠杆元件；以及第二对驱动臂，通过第二弹性驱动元件，相对于第一弹性驱动元件在杠杆旋转轴的相对侧弹性地耦合到杠杆元件。

相对于沿着与水平面正交的垂直轴离开水平面的移动，第一和第二弹性驱动元件可以是刚性的，并且顺从于扭转。

第一和第二对驱动臂可以悬臂方式悬置于腔体上方，第一端与支撑结构集成耦合，并且第二端弹性地耦合到杠杆元件。驱动臂可在其与腔体相对的顶表面上承载相应的压电材料区域。

支撑结构可包括：第一臂，从框架朝向可倾斜结构延伸；以及第二臂，具有通过相应的弹性连接元件弹性地耦合到相应的杠杆元件的第一端，并且具有与相应的一个第一臂集成的第二端；其中，第一对驱动臂的驱动臂在第二臂和框架之间被布置在第二臂的外部，并且第二对驱动臂的驱动臂在第二臂和对应的杠杆元件之间被布置在第二臂的内部。

微机电设备可具有相对于中心的中心对称性；其中，第一旋转轴是第一对称轴，并且第二旋转轴是第二对称轴，微机电设备由此相对于中心被划分为四个象限。

给定象限中的第一对驱动臂的驱动臂可以与相对于中心对称布置的象限中的第二对驱动臂的驱动臂相对应的方式偏置，并且给定象限中的第二对驱动臂的驱动臂可以与相对于中心对称布置的象限中的第一对驱动臂的驱动臂相对应的方式偏置。第一对和第二对驱动臂的驱动臂可限定四组驱动电极，这些驱动电极被设计为偏置，以共同限定可倾斜结构围绕第一和第二旋转轴的期望旋转。

四组驱动电极可被设计为偏置以限定可倾斜结构的四个不同的旋转和四个对应的准静态驱动位置。

可倾斜结构可在其顶部承载反射镜表面，微机电设备提供二维向量扫描仪反射镜设备。

每个象限中的第一对驱动臂的驱动臂可以对应方式偏置，并且每个象限中的第二对驱动臂的驱动臂可以相应的对应方式偏置。第一对和第二对驱动臂的驱动臂可被设计为偏置，以限定可倾斜结构沿着与水平面正交的垂直轴的线性移动。

微机电设备可以为扬声器设备提供致动器。

对于沿着与水平面正交的垂直轴离开水平面的移动，弹性悬置元件可以是刚性的，并且可进一步配置为在可倾斜结构和杠杆元件之间能够相对旋转。

每个弹性悬置元件可包括连接到可倾斜结构的边缘部分的第一折叠部分以及连接在第一部分与相应杠杆元件的第一端之间的第二扭转部分。

可倾斜结构可通过具有沿与水平面正交的垂直轴的延伸部的连接柱被耦合到基础部分，基础部分形成在与压电驱动的致动结构和支撑结构相同的水平处。

第一和第二旋转轴可平行于第一和第二水平轴。

第一和第二旋转轴可相对于第一和第二水平轴倾斜45°。

弹性连接元件可以是扭转弹性连接元件。

附图说明

为了更好地理解，现在仅通过非限制性示例参考附图描述实施例，其中：

图1A-图1B是已知类型的反射镜系统的可能使用的示意图；

图2是根据本文所述第一实施例的微机电设备的俯视图；

图3是图2的微机电设备在对应可倾斜结构发生旋转移动的情况下的俯视立体图；

图4是执行旋转移动的图3的微机电设备的一部分的示意性截面图；

图5是从SOI(绝缘体上硅)晶圆开始的图2的微机电设备的可能实施的示意性截面图；

图6是微机电设备的不同实施例的截面图；

图7是使用本微机电设备的电子装置的总体框图；

图8是在对应可倾斜结构的垂直平移情况下的图2的微机电设备的示意图；

图9是根据另一实施例的微机电设备的俯视图；以及

图10是图9的微机电设备在对应可倾斜结构旋转移动情况下的立体俯视图。

具体实施方式

图2是根据第一实施例的MEMS(微机电系统)设备10的示意图，特别是向量扫描仪类型的反射镜设备。

微机电设备10形成在半导体材料(尤其是硅)的管芯中，并且设置有可倾斜结构12。该可倾斜结构在水平面XY中具有主延伸部，并且可被驱动以围绕第一旋转轴A1和第二旋转轴A2旋转，其中第一旋转轴A1平行于前述水平面XY的第一水平轴X，第二旋转轴A2平行于水平面XY的第二水平轴Y并且与第一水平轴X一起限定前述水平面XY(在所示实施例中，管芯的侧面还平行于水平轴X、Y)。

如下文将要讨论的，可倾斜结构12还可以被驱动，以便沿着与水平面XY正交的垂直轴Z移动。

第一旋转轴A1表示微机电设备10的第一对称中轴；并且第二旋转轴A2表示同一微机电设备10的第二对称中轴，其也具有相对于中心O(还表示前述可倾斜结构12的中心)的中心对称性。

基本上，微机电设备10可相对于上述中心O划分为四个象限，它们具有相同的布置和配置。

可倾斜结构12悬置在管芯中获得的腔体13上方，并且在所示实施例中，在水平面XY中具有基本为圆形的形状。可倾斜结构12在顶部处承载反射面12'，以便限定反射镜结构。

可倾斜结构12弹性地耦合到形成在同一管芯中的固定结构14。具体地，固定结构14在水平面XY中限定框架14'(在该示例中具有基本为正方形的形状)，其界定并包围前述腔体13，并进一步包括从同一框架14'开始在腔体13内延伸的支撑结构15(下文将更详细地描述)。

可倾斜结构12弹性地支撑在腔体13上方，并在每个象限中连接到相应的杠杆元件16。在所示实施例中，杠杆元件16沿对角线方向延伸，相对于第一和第二水平轴x、y倾斜45°，在其第一端处从可倾斜结构12的边缘部分开始，朝向其第二端处的框架14'的顶点部分。在所示实施例中，杠杆元件16在水平面XY中具有基本上为矩形的形状，沿上述对角线方向拉长。

具体地，可倾斜结构12通过相应的弹性悬置元件18在杠杆元件的第一端处弹性地耦合到每个杠杆元件16，弹性悬置元件对于离开水平面XY(沿正交轴Z，横向于所述水平面XY)的移动具有高刚度并且进一步被配置为能够在同一可倾斜结构12和杠杆元件16之间进行相对旋转。

具体地，每个弹性悬置元件18包括：折叠型的第一部分18a，连接到可倾斜结构12的上述边缘部分；以及扭转型的第二部分18b，由沿对角线方向布置的直线元件形成，并连接在第一部分18a和杠杆元件16的第一端之间。

每个杠杆元件16在其第二端处进一步弹性地耦合到上述支撑结构15，尤其是通过扭转型的相应弹性连接元件20，其中，在杠杆元件16的相对两侧，弹性连接元件20具有基本上横向于上述对角线方向的直线延伸部，以为杠杆元件16限定杠杆旋转轴L。

如下文将要讨论的，杠杆元件16被配置为绕杠杆旋转轴L旋转，使其第一端(耦合到可倾斜结构12)沿着垂直轴Z向上移动(因此其第二端向下移动)或向下移动(因此其第二端向上移动)。以对应的方式，可倾斜结构12在其耦合到杠杆旋转元件16的上述第一端的边缘部分处向上或向下移动。

更详细地，上述支撑结构15包括：中心臂15a，在所述实施例中，沿着第一旋转轴A1或第二旋转轴A2，从框架14'开始朝向可倾斜结构12延伸，在相对于腔体13的中心处，终止于与同一可倾斜结构12相距一定距离处；以及连接臂15b，第一端通过相应的弹性连接元件20弹性地耦合到相应的杠杆元件16，第二端相对于相应的中心臂15a固定，在对应的第一旋转轴A1或第二旋转轴A2处连接到相应的中心臂15a。

因此，在微机电(MEMS)设备10的每个象限中，存在两个连接臂15b，它们相对于对应的杠杆元件16在相对侧朝向相应的中心臂15a延伸，中心臂15a分别沿第一和第二旋转轴A1、A2延伸。

微机电设备10还包括致动结构22，其弹性地耦合到杠杆元件16并且被配置为引起可倾斜结构12的移动，尤其是使其围绕第一旋转轴A1或第二旋转轴A2旋转(或者如下文将要讨论的，沿垂直轴Z的位移)。

在可以划分微机电设备10的每个象限中，致动结构22包括：第一对驱动臂22a，在相同的连接臂15b和框架14'之间(通过上述腔体13的部分隔开)布置在连接臂15b的外部；以及第二对驱动臂22b，在相同的连接臂15b和对应的杠杆元件16之间(通过上述腔体13的又一部分隔开)布置在连接臂15b的内部。在所示实施例中，驱动臂22a、22b在水平面XY中具有一般梯形(或鳍)的形状。

每个驱动臂22a、22b以悬臂方式悬置在腔体13上方，并在其顶表面(与同一腔体13相对)承载相应的压电材料区域23(尤其是PZT-锆钛酸铅)，压电材料区域在水平面XY中具有与驱动臂22a、22b基本相同的延伸部(例如，为了简单在图中没有突出显示，压电材料区域23每侧的尺寸可比下方的驱动臂22a、22b小约30μm)。

在一种可能的实施方式中，驱动臂22a、22b被成形为使得由于相应压电材料区域23的偏置而提供基本相同的压电致动区域。

每个驱动臂22a、22b具有固定地耦合到对应连接臂15b的相应第一端(因此，相对于框架14'固定)以及弹性地耦合到对应杠杆元件16的相应第二端。

具体地，第一对的驱动臂22a在其第二端处(靠近框架14')通过第一弹性驱动元件24弹性地耦合到对应的杠杆元件16，其中第一弹性驱动元件24在相同的弹性连接元件20和框架14'之间延伸到弹性连接元件20的外部；并且第二对的驱动臂22b通过第二弹性驱动元件25弹性地耦合到对应的杠杆元件16，其中第二弹性驱动元件25在相同的弹性连接元件20和可倾斜结构12之间延伸到弹性连接元件20的内部。

因此，第一和第二弹性驱动元件24、25相对于杠杆旋转轴L在弹性连接元件20的相对侧延伸，并且均由相应的折叠弹性元件形成，对于离开水平面XY(沿正交轴Z)的移动具有高刚度并且顺从扭转(横向于相应杠杆元件16，围绕平行于其延伸方向的旋转轴)。

在操作期间，如另一方面将要从图2所明白的，由第一对驱动臂22a承载的压电材料区域23的偏置(例如，具有正压差ΔV)引起弹性地耦合到对应杠杆元件16的相应第二端的向上位移(沿着垂直轴Z)；该位移由第一弹性驱动元件24传递，由此引起杠杆元件16的第二端的向上位移以及同一杠杆元件16围绕杠杆旋转轴L的旋转，导致第一端的对应向下位移，由此导致可倾斜结构12的耦合边缘部分的向下位移。

杠杆元件16的这种旋转不受第二弹性驱动元件25阻碍而是被使能，而是随着第二对驱动臂22b承载的压电材料区域23的零偏置(例如，零压差ΔV)而发生。

类似地，由第二对驱动臂22b承载的压电材料区域23的偏置(例如，再次具有正压差ΔV)引起弹性耦合到对应杠杆元件16的相应第二端的向上位移(沿垂直轴Z)；该位移由第二弹性驱动元件25传递，由此引起杠杆元件16的第一端的向上位移以及同一杠杆元件16围绕杠杆旋转轴L的旋转，导致第二端的对应向上位移，由此导致可倾斜结构12的耦合边缘部分的向上位移。

在这种情况下，杠杆元件16的上述旋转不受第一弹性驱动元件24的阻碍而是被使能，并且例如利用被第一对驱动臂22a承载的压电材料区域23的零偏置(例如，零电压差ΔV)发生。

在一个可能的实施例中，划分微机电设备20的给定象限之一中的第一对驱动臂22a的压电材料区域23电连接到(以未图示的方式，通过适当的电连接元件)相对于中心O对称布置的微机电设备10象限中的第二对驱动臂22b的压电材料区域23。类似地，划分微机电设备10的给定象限之一中的第二对驱动臂22b的压电材料区域23电连接到相对于中心O对称布置的微机电设备10象限中的第一对驱动臂22a的压电材料区域23。

通过上述电连接，获得四组驱动电极，它们在图2中示意性地以不同的灰色阴影从最暗到最亮表示为：Set1、Set2、Set3和Set4。上述驱动电极组的偏置允许获得可倾斜结构12围绕第一和第二旋转轴A1、A2的期望旋转；在可能的非限制性实施方式中，可以获取可倾斜结构12的四种不同旋转以及四个对应的准静态驱动位置。

详细地：将电压差ΔV(例如，正极)施加到组Set2和Set3的驱动电极，组Set1和Set4的驱动电极的零偏置引起围绕旋转轴A1的负旋转；将电压差ΔV施加到组Set1和Set4的驱动电极，组Set2和Set3的驱动电极的零偏置引起围绕同一旋转轴A1的正旋转；将电压差ΔV(例如，再次为正极)施加到组Set1和Set3的驱动电极，组Set2和Set4的驱动电极的零偏置引起围绕旋转轴A2的负旋转；将电压差ΔV施加到组Set2和Set4的驱动电极，组Set1和Set3的驱动电极的零偏置引起围绕同一旋转轴A2的正旋转。

作为示例，图3示出了可倾斜结构12的后一个位置，该位置围绕旋转轴A2进行正旋转，并且还示出了在相同方向上涉及的各种弹性元件的变形，如前面详细描述的。

如前所述，在不同的实施方式中，四组驱动电极的偏置可以使得可倾斜结构12在其移动范围内处于期望的位置。

通过示例，图4示意性示出了微机电设备10沿图3的截面IV-IV围绕旋转轴A2正旋转的位移。在图4中，F表示由于压电效应而产生的驱动力，压电效应作用于杠杆元件16与相应弹性驱动元件24、25的耦合点(实际上，被配置为将垂直轴Z方向上的力传输至上述杠杆元件16)，引起杠杆元件16围绕杠杆旋转轴L的移动；并且θ表示可倾斜结构12相对于垂直轴Z的后续旋转角度。

如前述图2示意性所示，微机电设备10还包括一个或多个压阻(PZR)传感器29，其被适当布置以提供与可倾斜结构12围绕第一和第二旋转轴A1、A2的旋转相关联的一个或多个检测信号；这些检测信号可以作为来自微机电设备10的输出处的反馈而提供，允许实施适当的闭合控制回路。

在连接结构15的一个或多个连接臂15b上获得(例如，通过掺杂原子的表面扩散)上述压阻传感器29(然而，可以设想压阻传感器29的不同布置)。有利地，弹性连接元件20能够将应力传递给连接臂15b，从而传递给压阻传感器29，从而能够检测可倾斜结构12的旋转。

以未详细描述但显而易见的方式，可在惠斯通电桥配置中使用两种压阻传感器29布置，用于检测可倾斜结构12围绕第一和第二旋转轴A1、A2的旋转(以及因此可倾斜结构12的整体旋转)。

备选地，如前述文献EP 3,666,727 A1中详细描述的，还可以引入机械放大结构，其被设计为通过适当的杠杆机构尝试最大化压阻传感器29检测到的应力，从而最大化对应的灵敏度。

以未示出的方式，还可以例如通过压电传感器提供对可倾斜结构12的旋转的其他类型的检测。

图5示出了微机电设备10的简化截面图，其中，为了简单省略了一些元件，并且示意性地示出其他元件。

具体地，上述截面图示出：框架14'在底部耦合到支撑晶圆(所谓的“处理晶圆”)31，该支撑晶圆在腔体13和可倾斜结构12下方具有凹槽32，用于使相同的可倾斜结构12能够旋转。

在该实施例中，与致动结构22类似，可倾斜结构12在SOI晶圆的有源层34中制成，其支撑层35通过介电层36与有源层34分离，并在底部处耦合到上述处理晶圆31。此外，可倾斜结构12在底部处具有与反射面12'相对的表面接触的加强元件37，其沿垂直轴Z具有延伸部。

如图6所示，代替地设想一种可能的变型实施例，其中，可倾斜结构12以堆叠方式形成在相对于致动结构22的更高水平处。特别地，在这种情况下，可倾斜结构12通过沿垂直轴Z具有延伸部的连接柱41以堆叠方式耦合到基础部分40，基础部分40形成在与致动结构22(通过腔体13与基础部分40分离)相同的水平。在这种情况下，有利地，获得由杠杆元件16(此处未示出)实施的杠杆效应的放大，由此以更紧凑和更坚固的解决方案实现可倾斜结构12更大的倾斜角度。

在这种情况下，可倾斜结构12形成在半导体材料的不同晶圆中，该晶圆可例如通过制造工艺的前端阶段中的晶圆结合而耦合到基础表面40。

从前面的描述可以清楚本公开的优点。

在任何情况下，需要强调的是，所描述的实施例提供了强健和高效的微机电反射镜设备，特别是二维向量扫描仪类型(所谓的MEMS向量扫描仪)。

所述实施例具有高线性、用于反射镜旋转的广角孔径和紧凑结构。

例如，如参考图7示意性示出的，微机电设备10可有利地用于投影装置40，投影装置40被设计成操作性地耦合到便携式电子装置41。

投影装置40包括：源42，被设计用于生成图像43；微机电设备10，用作反射镜，并被设计用于接收图像43并将其引导向屏幕45(位于同一投影装置40外部，并设置为相距一定距离)；第一驱动电路46，被设计用于向源42提供驱动信号，用于生成将被投影的图像43；第二驱动电路48，被设计用于向微机电设备10的致动结构22提供驱动信号；以及通信接口49，被设计为从例如包括在便携式电子装置41中的外部控制单元50接收关于将被投影图像的信息，该信息例如为像素阵列的形式，在源42的输入处发送来用于驱动。

最后，明显地，可以对本文所述和说明的内容进行修改和变更，而不偏离本公开的范围。

具体地，所述实施例和方法还可用于通过改变由第一对和第二对的驱动臂22a、22b承载的压电材料区域23的偏置组合来为微机电扬声器设备(所谓的μ扬声器)提供致动器。

在这种情况下，第一对驱动臂22a的压电材料区域23被电连接在一起，并且第二对驱动臂22b的压电材料区域23被电连接在一起。

参考图8，通过向第二对驱动电极22b施加相同的电压差ΔV(例如，正)，第一对驱动电极22a具有零偏置，获取沿可倾斜结构12的垂直轴Z的向上位移。类似地，通过向第一对驱动电极22a施加相同的电压差ΔV，第二对驱动电极22b具有零偏置，获取沿相同可倾斜结构12的垂直轴Z的向下位移。

基本上，可倾斜结构12实现活塞式位移，由此可将其用作致动器，例如耦合到适当的可变形膜(以未示出的方式)，用于在微机电扬声器设备中生成声波。

有利地，这允许获得可倾斜结构12的垂直移动，具有高线性度以及针对应力和冲击的优良耐性。

此外，明显地，可以设想关于形成微机电设备10的元件的形状和布置的变型，例如可倾斜结构12(和对应反射面12')的不同形状。

关于这点，图9示出了微机电设备10的又一实施例，其与先前所示实施例的不同之处在于，旋转轴A1和A2相对于第一和第二水平轴x和y(即，固定结构14和对应管芯的框架14'的侧面)倾斜45°。

因此，在这种情况下，杠杆元件16与前述水平轴x和y对齐，而支撑结构15的中心臂15a沿对角线方向(即，在这种情况下，沿前述旋转轴A1和A2)定向。

此外，可倾斜结构12在此在水平面XY中具有基本为正方形的形状，并且每个弹性悬置元件18的第一部分18a(再次为折叠类型)加倍并连接到可倾斜结构12的相应侧的两个端部。

此外，在所示实施例中，第一和第二弹性解耦元件24、25具有线性和非折叠布置，在每种情况下，对于离开水平面XY的移动是刚性的，并且顺应于旋转。

在其他方面，微机电设备10的配置和操作与先前针对第一实施例讨论的基本上没有区别。

举例来说，图10示出了图9的微机电设备10的可倾斜结构12的旋转，这种旋转是围绕第一旋转轴A1的正旋转，并且还表示在相同旋转中涉及的各种弹性元件的变形。

Claims (22)

1.一种微机电设备，包括：

固定结构，具有限定腔体的框架；

可倾斜结构，弹性地悬置于所述腔体上方，并且在水平面中具有主延伸部；

压电驱动的致动结构，被配置为偏置以使所述可倾斜结构在所述水平面中围绕第一旋转轴和第二旋转轴进行期望旋转；

支撑结构，与所述固定结构集成，并且从所述框架延伸到所述腔体中；以及

杠杆元件，通过相应的弹性悬置元件在第一端处弹性地耦合到所述可倾斜结构，并且通过限定杠杆旋转轴的弹性连接元件在第二端处耦合到所述支撑结构；

其中所述杠杆元件被弹性地耦合到所述压电驱动的致动结构，使得所述压电驱动的致动结构的偏置由于所述杠杆元件围绕所述杠杆旋转轴的旋转而引起所述可倾斜结构围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴的所述期望旋转。

2.根据权利要求1所述的微机电设备，其中对于所述杠杆元件中的每个杠杆元件，所述压电驱动的致动结构包括：第一对驱动臂，通过第一弹性驱动元件弹性地耦合到所述杠杆元件；以及第二对驱动臂，通过第二弹性驱动元件，相对于所述第一弹性驱动元件在所述杠杆旋转轴的相对侧弹性地耦合到所述杠杆元件。

3.根据权利要求2所述的微机电设备，其中相对于沿着与所述水平面正交的垂直轴离开所述水平面的移动，所述第一弹性驱动元件和所述第二弹性驱动元件是刚性的，并且顺从于扭转。

4.根据权利要求2所述的微机电设备，其中所述第一对驱动臂和所述第二对驱动臂以悬臂方式悬置于所述腔体上方，第一端与所述支撑结构集成耦合，并且第二端弹性地耦合到所述杠杆元件；并且其中所述驱动臂在其与所述腔体相对的顶表面上承载相应的压电材料区域。

5.根据权利要求2所述的微机电设备，其中所述支撑结构包括：

第一臂，从所述框架朝向所述可倾斜结构延伸；以及第二臂，具有通过相应的弹性连接元件弹性地耦合到相应的杠杆元件的第一端，并且具有与所述第一臂中相应的一个第一臂集成的第二端；

其中所述第一对驱动臂的驱动臂在所述第二臂和所述框架之间被布置在所述第二臂的外部，并且

其中所述第二对驱动臂的驱动臂在所述第二臂和对应的杠杆元件之间被布置在所述第二臂的内部。

6.根据权利要求2所述的微机电设备，其中所述微机电设备具有相对于中心的中心对称性；并且其中所述第一旋转轴是第一对称轴，并且所述第二旋转轴是第二对称轴，所述微机电设备由此相对于所述中心被划分为四个象限。

7.根据权利要求6所述的微机电设备，其中给定象限中的所述第一对驱动臂的驱动臂以与相对于所述中心对称布置的象限中的所述第二对驱动臂的驱动臂相对应的方式偏置，并且所述给定象限中的所述第二对驱动臂的驱动臂以与相对于所述中心对称布置的象限中的所述第一对驱动臂的驱动臂相对应的方式偏置；并且其中所述第一对驱动臂和所述第二对驱动臂的驱动臂限定四组驱动电极，这些驱动电极被设计为偏置以共同限定所述可倾斜结构围绕所述第一旋转轴和所述第二旋转轴的期望旋转。

8.根据权利要求7所述的微机电设备，其中所述四组驱动电极被设计为偏置以限定所述可倾斜结构的四个不同的旋转和四个对应的准静态驱动位置。

9.根据权利要求7所述的微机电设备，其中所述可倾斜结构在顶部承载反射镜表面，所述微机电设备提供二维向量扫描仪反射镜设备。

10.根据权利要求6所述的微机电设备，其中每个象限中的所述第一对驱动臂的驱动臂以对应方式偏置，并且每个象限中的所述第二对驱动臂的驱动臂以相应的对应方式偏置；并且其中所述第一对驱动臂和所述第二对驱动臂的驱动臂被设计为偏置，以限定所述可倾斜结构沿着与所述水平面正交的垂直轴的线性移动。

11.根据权利要求10所述的微机电设备，其中所述微机电设备为扬声器设备提供致动器。

12.根据权利要求1所述的微机电设备，其中对于沿着与所述水平面正交的垂直轴离开所述水平面的移动，所述弹性悬置元件是刚性的，并且被进一步配置为在所述可倾斜结构和所述杠杆元件之间能够相对旋转。

13.根据权利要求12所述的微机电设备，其中每个所述弹性悬置元件包括连接到所述可倾斜结构的边缘部分的第一折叠部分以及连接在所述第一部分与相应杠杆元件的第一端之间的第二扭转部分。

14.根据权利要求1所述的微机电设备，其中所述可倾斜结构通过连接柱被耦合到基础部分，所述基础部分形成在与所述压电驱动的致动结构和所述支撑结构相同的水平处，所述连接柱具有沿与所述水平面正交的垂直轴的延伸部。

15.根据权利要求1所述的微机电设备，其中所述第一旋转轴和所述第二旋转轴平行于所述第一水平轴和所述第二水平轴。

16.根据权利要求1所述的微机电设备，其中所述第一旋转轴和所述第二旋转轴相对于所述第一水平轴和所述第二水平轴倾斜45°。

17.根据权利要求1所述的微机电设备，其中所述弹性连接元件包括扭转弹性连接元件。

18.一种微机电设备，包括：

固定结构，具有限定腔体的框架；

可倾斜结构，弹性地悬置于所述腔体上方；

压电驱动的致动结构，被配置为偏置以引起所述可倾斜结构的期望旋转；

支撑结构，与所述固定结构集成，并且从所述框架延伸到所述腔体中；以及

杠杆元件，通过相应的弹性悬置元件在第一端处弹性地耦合到所述可倾斜结构，并且通过弹性连接元件在第二端处耦合到所述支撑结构；

其中所述杠杆元件弹性地耦合到所述压电驱动的致动结构。

19.根据权利要求18所述的微机电设备，其中对于所述杠杆元件中的每个杠杆元件，所述压电驱动的致动结构包括：第一对驱动臂，通过第一弹性驱动元件弹性地耦合到所述杠杆元件；以及第二对驱动臂，通过第二弹性驱动元件，在相对侧弹性地耦合到所述杠杆元件。

20.根据权利要求19所述的微机电设备，其中相对于离开所述水平面的移动，所述第一弹性驱动元件和所述第二弹性驱动元件是刚性的，并且顺从于扭转。

21.根据权利要求19所述的微机电设备，其中所述第一对驱动臂和所述第二对驱动臂以悬臂方式悬置于所述腔体上方，第一端与所述支撑结构集成耦合，并且第二端弹性地耦合到所述杠杆元件。

22.根据权利要求21所述的微机电设备，其中所述驱动臂在其与所述腔体相对的顶表面上承载相应的压电材料区域。

Images