CN218099782U - 微机电反射镜器件和微型投影仪设备 - Google Patents

Abstract

本公开的各实施例涉及微机电反射镜器件和微型投影仪设备。微机电反射镜器件包括限定腔的固定结构、弹性地悬置在腔上方并且承载反射表面并且具有在水平平面中的主延伸的可倾斜结构。第一对驱动臂弹性地耦接到可倾斜结构，并且承载相应的压电材料区域，该压电材料区域被偏置以引起可倾斜结构围绕平行于水平平面的第一水平轴线的第一旋转轴线旋转。在第一旋转轴线处将可倾斜结构耦接到固定结构的弹性悬置元件相对于离开水平平面的移动是刚性的且相对于围绕第一旋转轴线的扭转是柔性的，还在可倾斜结构和固定结构之间延伸。弹性悬置元件沿第一旋转轴线在可倾斜结构的相对侧具有不对称的布置方式。本实用新型的实施例提供了张角增大的微机电器件。

Description

微机电反射镜器件和微型投影仪设备

技术领域

本公开涉及一种使用微机电系统(MEMS)技术制造的、具有压电致动以及具有改进的张角或孔径角度的微机电反射镜器件。

背景技术

微机电系统(MEMS)反射镜器件被用在诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和PDA的便携式设备中用于光学应用，特别是用于以期望的方式引导由光源生成的光辐射束，例如，激光束。由于其尺寸较小，这些MEMS器件在面积和厚度方面能够满足关于空间占用的严格要求。

例如，微机电反射镜器件被用在小型化的投影仪设备中(所谓的微型投影仪)，能够从远距离对图像进行投影并生成期望的光图案。

MEMS反射镜器件通常包括承载反射表面的可倾斜结构，该可倾斜结构被弹性地支撑在腔上方并且由半导体材料主体制成，以便可移动，例如利用倾斜或旋转移动离开主延伸平面，从而以期望的方式引导入射光束。

反射镜器件的旋转是通过致动系统进行控制的，致动系统例如可以是静电型、电磁型或压电型的。

静电致动系统通常具有需要高工作电压的缺点，而电磁致动系统通常具有高功耗；因此，已经提出了用压电致动来控制可倾斜反射镜结构的移动的方案。

压电致动的MEMS反射镜器件相对于静电致动或电磁致动的器件具有需要减小的致动电压和功耗的优点。此外，可以利用逆压电效应来提供用于感测反射镜的驱动状态，并提供反馈信号以允许对致动进行反馈控制的压阻式传感器元件。

已知的压电致动的反射镜器件具有妨碍充分利用其优点的限制。

特别地，在一些应用中，期望增大的可倾斜反射镜结构的张角 (即，离开平面的旋转的程度)，同时不增大微机电器件的尺寸、不减小由压阻式传感器的反馈信号、并且不损害器件的可靠性。

已知的解决方案不允许轻易满足这种需要。因此，还需要进一步的发展。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型旨在提供一种微机电反射镜器件。

根据本公开的一个或多个方面，提供了一种微机电反射镜器件，其包括：限定腔的固定结构；承载反射表面的可倾斜结构，其中，可倾斜结构弹性地悬置在腔上方，并且具有在水平平面中的主延伸；至少一个第一对驱动臂，弹性地耦接到可倾斜结构并且承载相应的压电材料区域，相应的压电材料区域被配置为被偏置以引起可倾斜结构围绕第一旋转轴线旋转，第一旋转轴线平行于水平平面的第一水平轴线；以及弹性悬置元件，被配置为将可倾斜结构在第一旋转轴线处弹性地耦接到固定结构，弹性悬置元件相对于离开水平平面的移动是刚性的，并且相对于围绕第一旋转轴线的扭转是柔性的，弹性悬置元件在可倾斜结构和固定结构之间延伸；其中，弹性悬置元件包括在沿第一水平轴线的相对侧上耦接到可倾斜结构的第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件；其中第一弹性悬置元件具有第一扭转刚度，并且第二弹性悬置元件具有第二扭转刚度，第二扭转刚度不同于第一扭转刚度。

在一个或多个实施例中，第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件沿第一旋转轴线延伸、并且沿水平面的第二轴线具有相应的第一宽度和第二宽度，水平面的第二轴线正交于第一水平轴线，第一宽度不同于第二宽度。

在一个或多个实施例中，第二宽度与第一宽度之间的百分比差在 2％到50％之间。

在一个或多个实施例中，第二扭转刚度与第一扭转刚度之间的百分比差在10％到50％之间。

在一个或多个实施例中，微机电反射镜器件还包括压阻式传感器，压阻式传感器被配置为提供与可倾斜结构围绕第一旋转轴线的旋转相关联的检测信号；并且其中，压阻传感器被布置为接近第二弹性悬置元件，并且第一扭转刚度小于第二扭转刚度。

在一个或多个实施例中，固定结构在水平面中形成界定并围绕腔的框架，并且固定结构还具有在腔内部从框架在可倾斜结构的相对侧上沿第一旋转轴线纵向延伸的第一支撑元件和第二支撑元件；并且其中第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件在可倾斜结构与第一支撑元件和第二支撑元件中的相应一个支撑元件之间延伸；并且其中压阻传感器形成在第二支撑元件处。

在一个或多个实施例中，第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件沿第一旋转轴线延伸、并且沿水平面的与第一水平轴线正交的第二轴线具有相应的第一宽度和第二宽度；并且其中，第一宽度小于第二宽度。

在一个或多个实施例中，第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件具有沿第一旋转轴线的线性延伸。

在一个或多个实施例中，第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件中的至少一个弹性悬置元件具有“T”形形状，“T”形形状具有沿第一水平轴线性延伸的主体部分和沿第二水平轴线性延伸的头部部分，头部部分相对于主体部分正交。

在一个或多个实施例中，主体部分和头部部分在横向于沿线性延伸的方向上具有相同的宽度，相同的宽度对应于第一宽度或第二宽度。

在一个或多个实施例中，头部部分在与相应的弹性悬置元件的连接部处形成在可倾斜结构中；并且其中在可倾斜结构的连接部中形成有开口，开口具有沿第二水平轴线的主延伸，使得头部部分插入在一侧的开口和在另一侧的腔之间。

在一个或多个实施例中，固定结构在水平平面中形成框架，框架限定并且包围腔，并且框架还具有在腔内部从框架在可倾斜结构的相对侧上沿第一旋转轴线纵向延伸的第一支撑元件和第二支撑元件；其中，弹性悬置元件在可倾斜结构与第一支撑元件和第二支撑元件中的相应的一个支撑元件之间延伸；并且其中，头部部分形成在相关联的支撑元件中的相关联的支撑元件与相应的弹性悬置元件的连接部处，并且还包括在相关联的支撑元件的连接部中的开口，开口具有沿第二水平轴线的主延伸，使得头部部分插入在一侧的开口和在另一侧的腔之间。

在一个或多个实施例中，微机电反射镜器件还包括弹性解耦元件，弹性解耦元件将可倾斜结构在第一旋转轴线的相对侧并且接近第一旋转轴线地耦接到第一对驱动臂的驱动臂，并且其中，弹性解耦元件相对于离开水平平面的移动是刚性的，并且相对于围绕平行于第一旋转轴线的轴线的扭转是柔性的。

在一个或多个实施例中，微机电反射镜器件还包括第二对驱动臂，第二对驱动臂相对于水平平面的第二水平轴线与第一对驱动臂对称布置，第二水平轴线与第一水平轴线正交；其中，第二对驱动臂的驱动臂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线的相对侧并且接近第一旋转轴线弹性地耦接到可倾斜结构，其中，弹性解耦元件相对于离开水平平面的移动是刚性的，并且相对于围绕第一旋转轴线的扭转是柔性的。

根据本公开的一个或多个方面，提供了一种微型投影仪设备，其包括：微机电反射镜器件，包括：限定腔的固定结构；承载反射表面的可倾斜结构，其中，可倾斜结构弹性地悬置在腔上方，并且具有在水平平面中的主延伸；至少一个第一对驱动臂，弹性地耦接到可倾斜结构并且承载相应的压电材料区域，相应的压电材料区域被配置为引起可倾斜结构围绕第一旋转轴线旋转，第一旋转轴线平行于水平平面的第一水平轴线；以及弹性悬置元件，被配置为将可倾斜结构在第一旋转轴线处弹性地耦接到固定结构，弹性悬置元件在可倾斜结构和固定结构之间延伸；其中，弹性悬置元件沿第一水平轴线在可倾斜结构相对侧具有不对称的布置方式；光源，可操作以基于要生成的图像生成光束；以及驱动电路，被配置为提供电驱动信号以引起可倾斜结构的旋转。

在一个或多个实施例中，弹性悬置元件包括在沿第一水平轴线的相对侧上耦接到可倾斜结构的第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件；其中，第一弹性悬置元件在水平平面中具有第一宽度，并且第二弹性悬置元件在水平平面中具有第二宽度，第二宽度与第一宽度不同。

在一个或多个实施例中，第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件沿第一旋转轴线延伸。

在一个或多个实施例中，固定结构在水平平面中形成框架，框架界定并且包围腔，并且框架还具有在腔内部从框架在可倾斜结构的相对侧上沿第一旋转轴线纵向延伸的第一支撑元件和第二支撑元件；并且其中，弹性悬置元件在可倾斜结构与第一支撑元件和第二支撑元件中的相应的一个支撑元件之间延伸。

在一个或多个实施例中，还包括压阻式传感器，压阻式传感器被配置为提供与可倾斜结构围绕第一旋转轴线的旋转相关联的检测信号；并且其中，压阻式电感器形成在第二支撑元件处。

在一个或多个实施例中，第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件中的至少一个弹性悬置元件具有沿第一水平轴线性延伸的主体部分和沿第二水平轴线性延伸的头部部分，头部部分相对于主体部分正交。

在一个或多个实施例中，主体部分及头部部分在横向于沿第一水平轴线以及沿第二轴线的线性延伸的方向上具有相同宽度，相同宽度对应于第一宽度或第二宽度。

通过使用根据本公开的实施例，可以至少解决前述问题的至少一部分，并实现相应的效果，例如获得了微机电器件的张角的增大。

附图说明

为了更好地理解，现在仅通过非限制性示例的方式参考附图描述优选实施例，在附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的微机电反射镜器件的示意性平面视图；

图2示出了包括对应的压阻式传感器的图1的器件的放大的部分；

图3示出了包括对应的弹性悬置元件的图1的器件的放大的部分；

图4A和图4B示出了根据进一步的实施例的微机电反射镜器件的放大的部分；以及

图5是使用微机电反射镜器件的微型投影仪的示意性框图。

具体实施方式

在一个实施例中，一种微机电反射镜器件包括具有改进的张角的压电致动。

为此，该微机电反射镜器件包括：限定腔的固定结构；承载反射表面的可倾斜结构，弹性地悬置在腔上方并且具有在水平平面中的主延伸；至少一个第一对驱动臂，弹性地耦接到可倾斜结构并且承载相应的压电材料区域，该相应的压电材料区域被配置为被偏置以引起可倾斜结构围绕至少一个第一旋转轴线旋转，至少一个第一旋转轴线平行于水平平面的第一水平轴线；以及弹性悬置元件，被配置为将可倾斜结构在第一旋转轴线处弹性地耦接到固定结构，该弹性悬置元件相对于离开水平平面的移动是刚性的，并且相对于围绕第一旋转轴线的扭转是柔性的，该弹性悬置元件在可倾斜结构与固定结构之间延伸；其中弹性悬置元件沿第一水平轴线在可倾斜结构的相对侧具有不对称的布置方式。

图1示意性地图示了基于MEMS技术的微机电反射镜器件，作为整体用1指示，该器件通常具有美国专利申请No.2020/0192199(对应于欧洲专利号EP3,666,727A1)中详细描述的结构，将其内容通过引用并入本文。

微机电反射镜器件1形成在半导体材料(特别地，硅)的管芯1' 中，并且设置有可倾斜结构2，可倾斜结构2具有在水平平面xy中的主延伸，并且被布置为围绕平行于上述的水平平面xy的第一水平轴线x的旋转轴线旋转。

上述的旋转轴线表示微机电反射镜器件1的第一对称中轴X；相同的微机电反射镜器件1的平行于第二水平轴线y的第二对称中轴 Y，第二水平轴线y与第一水平轴线x正交并且与相同的第一水平轴线x一起限定水平平面xy。

可倾斜结构2悬置在被形成在管芯1'中的腔3上方，并且限定支撑结构，该支撑结构在顶部承载反射表面2'以限定反射镜结构。

可倾斜结构2弹性地耦接到被限定在相同的管芯1'中的固定结构 4。特别地，固定结构4在水平平面xy中形成框架4'，框架4'界定并且包围上述的腔3，并且固定结构4还具有在腔3内部从相同的框架 4'在可倾斜结构2的相对侧上沿第一对称中轴X(沿第一水平轴线x) 纵向延伸的第一支撑(锚定)元件5a和第二支撑元件5b。

可倾斜结构2由第一支撑元件5a和第二支撑元件5b支撑，通过第一弹性悬置元件6a和第二弹性悬置元件6b弹性地耦接到第一支撑元件5a和第二支撑元件5b，第一弹性悬置元件6a和第二弹性悬置元件6b相对于离开水平平面xy的移动具有高刚度(沿正交轴线z，横向于相同的水平平面xy)，并且相对于围绕第一水平轴线x的扭转是柔性的。第一弹性悬置元件6a和第二弹性悬置元件6b在第一和第二支撑元件5a、5b和可倾斜结构2的面对侧之间沿第一对称中轴X整体延伸，第一弹性悬置元件6a和第二弹性悬置元件6b在其中心部分处耦接到该面对侧。

在所图示的实施例中，第一弹性悬置元件6a和第二弹性悬置元件6b是直线型的。

第一弹性悬置元件6a和第二弹性悬置元件6b将可倾斜结构2耦接到固定结构4，允许可倾斜结构2围绕第一旋转轴线旋转并提供相对于离开平面移动的高刚度，从而提供离开水平平面xy的杂散 (spurious)移动频率与围绕第一旋转轴线的旋转频率之间的高比率。

微机电器件1还包括致动结构10，致动结构10耦接到可倾斜结构2并被配置为引起可倾斜结构2围绕第一旋转轴线旋转；致动结构 10插入在可倾斜结构2与固定结构4之间，并且也有助于将可倾斜结构2支撑在腔3上方。

致动结构10包括由第一驱动臂12a和第二驱动臂12b形成的第一对驱动臂，第一驱动臂12a和第二驱动臂12b布置在第一对称中轴 X和第一支撑元件5a的相对侧，并且相对于第一对称中轴X和第一支撑元件5a对称地布置，并且具有平行于第一水平轴线x和上述的第一支撑元件5a的纵向延伸。

在图1图示的实施例中，驱动臂12a、12b通常具有梯形(或“鳍状”)形状，具有其平行于第二水平轴线y的长边一体地耦接到固定结构4的框架4'，并且其平行于相同的第二水平轴线y的短边弹性地耦接到可倾斜结构2。因此，每个驱动臂12a、12b具有一体地耦接到固定结构4的框架4'的相应的第一端部，以及通过第一弹性解耦元件 14a和第二弹性解耦元件14b弹性地耦接到可倾斜结构2的相应的第二端部。

每个驱动臂12a、12b悬置在腔3上方，并在其顶部表面(与相同的腔3相对)承载相应的压电结构13(特别地，包括PZT-锆钛酸铅)，例如，相对于驱动臂12a、12b在水平平面xy中基本上具有相同的延伸。

该压电结构13(以未详细图示的方式)由布置在对应的驱动臂 12a、12b上方的适当的导电材料的底部电极区域、布置在上述的底部电极区域上的压电材料区域(例如，由PZT薄膜制成)、以及布置在压电材料区域上的顶部电极区域叠加形成。

上述的第一弹性解耦元件14a和第二弹性解耦元件14b相对于离开水平平面xy(沿正交轴线z)的移动具有高刚度，并且相对于扭转(围绕平行于第一水平轴线x的旋转轴线)是柔性的。第一弹性解耦元件14a和第二弹性解耦元件14b在第一驱动臂12a和第二驱动臂12b 与可倾斜结构2的相同的面对侧之间平行于第一水平轴线x延伸。

第一弹性解耦元件14a和第二弹性解耦元件14b在相应的耦接点 Pa、Pb处耦接到可倾斜结构2，耦接点Pa、Pb位于接近第一对称中轴X，距相同的第一对称中轴X较短的距离。例如，在典型实施例中，该距离可以包括在10μm到1500μm之间，并且通常还可以包括在可倾斜结构2的主尺寸(在示例中，沿第二对称中轴Y)的1/10到1/2 之间。

在任何情况下，相应的耦接点Pa、Pb与第一对称中轴X之间的距离优选地小于、特别是远小于相同的耦接点Pa、Pb与可倾斜结构 2的端部或边缘部分(沿第二对称中轴Y截取的)之间的距离。实际上，由于压电效应，这些耦接点Pa、Pb越靠近第一旋转轴线，可倾斜结构2的端部的竖直位移与驱动臂12a、12b的竖直位移之间的比率越大。

在图1图示的实施例中，第一弹性解耦元件14a和第二弹性解耦元件14b是折叠型的，即它们由具有平行于第一水平轴线x的纵向延伸的多个臂形成，多个臂通过具有平行于第二水平轴线y的延伸的连接元件两两连接(在不同的实施例中，备选地，弹性解耦元件14a、 14b可以是直线型的)。

上述的致动结构10还包括由第三驱动臂12c和第四驱动臂12d 形成的第二对驱动臂，第三驱动臂12c和第四驱动臂12d布置在第一对称中轴X和此时第二支撑元件5b的相对侧，并且具有平行于第一水平轴线x和上述的第二支撑元件5b的纵向延伸。应当注意，第二对驱动臂12c、12d因此与第一对驱动臂12a、12b相对于第二对称中轴Y对称地布置。

与针对第一对驱动臂12a、12b所讨论的类似，第二对驱动臂中的每个驱动臂12c、12d在其顶部表面承载相应的压电结构13(特别地，包括PZT——锆钛酸铅)，并且具有一体地耦接到固定结构4的框架4'的相应的第一端部，以及通过相应的第三弹性解耦元件14c和第四弹性解耦元件14d弹性地耦接到可倾斜结构2的相应的第二端部，第三弹性解耦元件14c和第四弹性解耦元件14d相对于第二对称中轴Y布置在与第一弹性解耦元件12a和第二弹性解耦元件12b相对的一侧。

上述的第三弹性解耦元件14c和第四弹性解耦元件14d相对于离开水平平面xy(沿正交轴线z)的移动也具有高刚度，并且相对于扭转(围绕平行于第一水平轴线x的旋转轴线)是柔性的。

此外，如上述的图1图示，第三弹性解耦元件14c和第四弹性解耦元件14d在相应的耦接点Pc、Pd处耦接到可倾斜结构2，耦接点 Pc、Pd位于第一旋转轴线附近，距相同的第一旋转轴线较短的距离d。此外，第三弹性解耦元件14c和第四弹性解耦元件14d也是折叠型的。

微机电器件1还包括多个电接触焊盘18，多个电接触焊盘18在框架4'处由固定结构4承载，通过电连接轨道(track)电连接(以在相同的图1中未详细图示的方式)到驱动臂12a-12d的压电结构13，以允许它们通过来自相同的机电器件1外部的电信号(例如由其中集成了机电器件1的电子设备的偏置器件提供)被电偏置。

此外，微机电器件1包括压阻式(PZR)传感器20，其被适当地布置为提供与可倾斜结构2围绕第一旋转轴线的旋转相关联的感测信号；该感测信号可以作为反馈提供给微机电器件1的外部，例如通过电接触焊盘18中的至少一个提供给上述的偏置器件。

在图1图示的实施例中，该压阻式传感器20在第二支撑元件5b 处形成(例如，通过掺杂原子的表面扩散)(然而，可以为相同的压阻式传感器20提供不同的布置方式，例如，类似地在第一支撑元件 5a处形成)。

有利地，弹性悬置元件6a、6b能够将应力传递到支撑元件5a、 5b，并且因此传递至压阻式传感器20，从而允许其布置在相同的支撑元件5a、5b上，并且允许至电接触焊盘18的电连接的所得到的布线的简化。

如图2的放大的细节所示(对应于图1中突出显示的框)，上述的压阻式传感器20可以例如由四个压敏电阻元件形成，该四个压敏电阻元件在耦接到相对的弹性悬置元件(在示例中，第二悬置元件6b) 的相对的支撑元件(在示例中，第二支撑元件5b)的末端，以惠斯通电桥配置方式进行排列和连接。四个电连接轨道22a-22d从上述的压敏电阻元件沿对应的支撑元件延伸，以到达(以此处未示出的方式) 对应的电接触焊盘18。

在微机电器件1的操作期间，向第一驱动臂12a的压电结构13 施加偏置电压(例如，相对于可以连接到地参考电位的第二驱动臂12b 的压电结构13的偏置具有正值)，引起围绕第一旋转轴线(平行于第一水平轴线x)的正角度旋转。

对应地，向第二驱动臂12b的压电结构13施加偏置电压(例如，在这种情况下相对于可以连接到地参考电位的第一驱动臂12a的压电结构13的偏置具有正值)，引起围绕相同的第一旋转轴线的对应的负角度旋转。

应当指出，可以向第一驱动臂12a和第三驱动臂12c二者的压电结构13施加相同的偏置电压，并且类似地，为了引起相反的旋转，可以向第二驱动臂12b和第四驱动臂12d二者的压电结构13施加相同的偏置电压，以有助于对应地可倾斜结构2围绕第一旋转轴线旋转(而且，从先前的描述中将变得显而易见)。

弹性解耦元件14a-14d将沿正交轴线z的由于驱动臂12a-12d的压电效应导致的位移与可倾斜结构2关于第一旋转轴线的所得到的旋转弹性解耦。

特别地，由于在相同的弹性解耦元件14a-14d和可倾斜结构2之间的耦接点Pa-Pd的旋转轴线附近，相同的可倾斜结构2的末端部分的大的张角(即，可倾斜结构2围绕第一旋转轴线的旋转角度)，或类似地，大的离开水平平面xy的位移(沿第二水平轴线y截取的) 对应于上述的驱动臂12a-12d的减小的离开水平平面xy的位移；例如，在一个可能的实施例中，这样的位移的程度之间的比率可以等于5。

面对低的偏置电压值(例如<40V)，可倾斜结构2因此可以达到大的倾斜角度(例如>10°)。

此外，最大量的应力出现在将可倾斜结构2耦接到固定结构4的弹性悬置元件6a、6b中(因此，压阻式传感器20布置在支撑元件5a、 5b中的至少一个处是有利的)。

此外，还由于驱动臂12a-12d在正交轴线z方向上的位移减小(相对于现有技术解决方案，该位移甚至减小了十倍)，微机电器件1受到对于沿相同的正交轴线z作用的冲击较小(换言之，相对于不同的已知的解决方案，相同的冲击引起的离开水平平面xy的位移和应力水平在微机电器件1中要低得多)。

如先前所指示的，可以期望增加可倾斜结构2的张角同时保持微机电器件1的管芯1'的尺寸不变，并且不修改驱动臂12a-12d的压电结构13(PZT材料的)的布置方式。

减小与将可倾斜结构2耦接到第一支撑元件5a和第二支撑元件 5b的弹性悬置元件6a、6b相关联的扭转刚度，例如减小相应的宽度 (在图1所示的实施例中，沿着第二水平轴线y)。

已经发现，扭转刚度的减小，例如与前述弹性悬架元件6a、6b 相关联的宽度的减小(相对于参考值“Ref.”)确定了打开角度的增加，如表3中所示的表中的示例所示(其中示出了扭转刚度和宽度的不同百分比减小值)。

表3

然而，已经发现与压阻传感器20相关联的检测灵敏度的不期望的同时降低(如表3的相同表中所示)，其相对于上述弹性悬置元件 6a、6b的扭转刚度(或宽度)的百分比减小，随着打开角度的增加，表现出更快的百分比减小(Δ)。

扭转刚度的减小(例如与宽度的减小相关联)实际上需要减小应力，该应力可以由弹性悬置元件6a、6b传递到支撑元件5a、5b，并且因此由压阻传感器20检测到的应力。

因此，为了解决该问题，一个特定方面提供了弹性悬置元件6a、 6b的不对称的布置方式，弹性悬置元件6a、6b在可倾斜结构2的相对侧(沿第一水平轴线x)具有不对称的布置方式。

特别地，弹性悬置元件6a、6b形成有不同的扭转刚度(例如具有不同的宽度)，并且压阻传感器20接近具有较高扭转刚度的弹性悬置元件(相对于另一个弹性悬置元件)形成。

详细地，与未形成压阻传感器的支撑元件相关联的弹性元件(在图1所示的实施例中，与第一支撑元件5a相关联的第一弹性悬置元件6a)形成有第一扭转刚度，例如第一宽度w1；而与形成压阻传感器20的支撑元件相关联的弹性元件(在同一图1所示的实施例中，与第二支撑元件5b相关联的第二弹性悬置元件6b)形成有第二扭转刚度，例如第二宽度w2。

特别地，上述的第一扭转刚度小于第二扭转刚度(并且上述的第一宽度w1小于第二宽度w2)。

在上述的图1图示的实施例中，同样如上述的图2和图3的放大图像所示，第二弹性悬置元件6b因此形成为具有第二宽度w2(其例如可以等于9.4μm)；而第一弹性悬置元件6a形成为具有第一宽度 w1(其可以例如等于8.6μm，即相对于第二宽度w2减小0.8μm)。

在示例中，这种不对称的布置方式允许在施加到驱动臂的压电结构13的偏置电压相同的情况下，获得等于可倾斜结构2的张角的3.4 ％的百分比增大(张角的值从13.66°增大到14.14°)；同时，压阻式传感器20的灵敏度基本保持不变。

根据一方面，弹性悬置元件6a、6b中的一个相对于另一个的扭转刚度的差异减小使得第一扭转刚度和第二扭转刚度之间的百分比差包括在10％和50％之间；此外，第一宽度w1和第二宽度w2之间的百分比差可以包括在2％和50％之间。

一般来说，已经验证了相对于第二宽度w2将上述的第一宽度w1 减小50％的可能性；由于具有减小的宽度的弹性悬置元件的移动(所谓的“位移”)的程度增大，更大的减小虽然可能导致张角更大的增大，但实际上可能导致抗震性的过度减小，特别是沿正交轴线z和沿第二水平轴线y。

换言之，优选地第二宽度w2与第一宽度w1相差不超过50％，以避免微机电器件1的鲁棒性问题。

另一个实施例提供了弹性悬置元件6a、6b中的一个或两个的特定形状，在这种情况下，它们基本上具有“T”形形状。

如图4A和图4B图示的，在这种情况下，弹性悬置元件6a、6b 中的一个或两个(在图示的示例中，第一弹性悬置元件6a)具有：主体部分30，其在所图示的实施例中，沿第一水平轴线x具有基本上线性的延伸；以及头部部分32，其在所图示的实施例中，沿第二水平轴线y具有基本上线性的延伸，头部部分32相对于主体部分30正交。

特别地，上述的主体部分和头部部分30、32在第一水平平面xy 中横向于上述的线性延伸的方向上基本上具有相同的宽度，所述宽度对应于上述的第一宽度或第二宽度(在这种情况下，关于弹性悬置元件的不对称的布置方式的先前已经讨论的内容实际上也是有效的)。在图4A和4B所示的示例中，主体部分和头部部分30、32两者都具有基本相同的第一宽度w1(对应的第一弹性悬置元件6a与没有压阻式传感器的第一支撑元件5a相关联)。

更详细地，在可能的实施方式中，如图4A所示，上述的头部部分32形成在可倾斜结构2中，在可倾斜结构2与相应的弹性悬置元件(在示例中，第一弹性悬置元件6a)的连接部处；因此，在这种情况下，开口34形成在可倾斜结构2的上述的连接部中，开口34具有沿第二水平轴线y的主延伸，使得上述的头部部分32(沿第一水平轴线x)插入在一侧的相同的开口34与另一侧的腔3之间。

在不同的实施方式中，如图4B所示，上述的头部部分32备选地形成在相关联的支撑元件(在示例中，第一支撑元件5a)中，在该支撑元件与相应的弹性悬置元件(在示例中，第一弹性悬置元件6a)的连接部处；因此，在这种情况下，在相关联的支撑元件的上述的连接部中形成开口34，开口34再次具有沿第二水平轴线y的主延伸，使得上述的头部部分32(再次地，沿第一水平轴线x)插入在一侧的相同的开口34与另一侧的腔3之间。

需要指出的是，在本实施方式中，优选地，压阻式传感器20不形成在支撑元件5a、5b处，在其中还形成有上述的弹性悬置元件6a、 6b的头部部分32。

从先前的描述中可以清楚地看出本公开的优点。

在任何情况下，再次强调，本公开在相对于已知类型的结构进行反射镜结构改变，获得了微机电器件1的张角的增大，并且特别地保持相对的半导体材料的管芯1'的尺寸不变，并且不需要改变驱动臂 12a-12d的压电结构13的布置方式。

通常，本公开允许充分利用压电致动的优点(即，使用减小的偏置电压并以减小的能耗来获得大的位移)，同时与已知解决方案相比具有改进的机械和电气性能。

有利地，微机电反射镜器件1因此可以用在微型投影仪40中，微型投影仪40可操作地耦接到便携式电子设备41(例如，智能手机或增强现实眼反射镜)，如参考图5示意性地图示的。

详细地，图5的微型投影仪40包括用于生成光束43的例如激光类型的光源42；微电子器件1，用作反射镜并且用于接收光束43并将光束43引导到屏幕或显示表面45(布置在微型投影仪40外部且距微型投影仪40一段距离处)；第一驱动电路46，用于向光源42提供适当的控制信号，以基于要投影的图像生成光束43；第二驱动电路 48，用于向微电子反射镜器件1的致动结构提供驱动信号；以及通信接口49，用于从控制单元50例如以像素矩阵的形式接收关于要生成的图像的信息，控制单元50是外部的，例如被包括在便携式设备41 中。该信息在输入端发送以驱动光源42。

最后，很明显，可以对已经描述和图示的内容做出修改和变更，并且由此不会脱离本公开的范围。

特别地，本公开也可以(以类似于在上述的美国专利申请 No.2020/0192199中已经详细描述的方式)应用于微机电反射镜器件1 的双轴实施例的情况，即用在可倾斜结构2能够围绕第一旋转轴线(与平行于第一水平轴线x的第一对称中轴X重合)和围绕第二旋转轴线 (与平行于第二水平轴线y的第二对称中轴Y重合)两者执行旋转移动的情况中。

此外，通常可以提供关于形成微机电反射镜器件1的元件的形状的变更形式，例如可倾斜结构2(和对应的反射表面2')的不同的形状、或者驱动臂12a-12d的不同的形状和/或布置方式。

此外，第一弹性悬置元件6a和第二弹性悬置元件6b可以不是直线型的，备选地是折叠型的。

Claims (21)

1.一种微机电反射镜器件，其特征在于，包括：

限定腔的固定结构；

承载反射表面的可倾斜结构，其中，所述可倾斜结构弹性地悬置在所述腔上方，并且具有在水平平面中的主延伸；

至少一个第一对驱动臂，弹性地耦接到所述可倾斜结构并且承载相应的压电材料区域，所述相应的压电材料区域被配置为被偏置以引起所述可倾斜结构围绕第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线平行于所述水平平面的第一水平轴线；以及

弹性悬置元件，被配置为将所述可倾斜结构在所述第一旋转轴线处弹性地耦接到所述固定结构，所述弹性悬置元件相对于离开所述水平平面的移动是刚性的，并且相对于围绕所述第一旋转轴线的扭转是柔性的，所述弹性悬置元件在所述可倾斜结构和所述固定结构之间延伸；

其中，所述弹性悬置元件包括在沿所述第一水平轴线的相对侧上耦接到所述可倾斜结构的第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件；其中所述第一弹性悬置元件具有第一扭转刚度，并且所述第二弹性悬置元件具有第二扭转刚度，所述第二扭转刚度不同于所述第一扭转刚度。

2.根据权利要求1所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述第一弹性悬置元件和所述第二弹性悬置元件沿所述第一旋转轴线延伸、并且沿所述水平平面的第二轴线具有相应的第一宽度和第二宽度，所述水平平面的所述第二轴线正交于所述第一水平轴线，所述第一宽度不同于所述第二宽度。

3.根据权利要求2所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述第二宽度与所述第一宽度之间的百分比差在2％到50％之间。

4.根据权利要求1所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述第二扭转刚度与所述第一扭转刚度之间的百分比差在10％到50％之间。

5.根据权利要求2所述的微机电反射镜器件，其特征在于，还包括压阻式传感器，所述压阻式传感器被配置为提供与所述可倾斜结构围绕所述第一旋转轴线的旋转相关联的检测信号；并且其中，所述压阻式传感器被布置为接近所述第二弹性悬置元件，并且所述第一扭转刚度小于所述第二扭转刚度。

6.根据权利要求5所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述固定结构在水平平面中形成界定并围绕所述腔的框架，并且所述固定结构还具有在所述腔内部从所述框架在所述可倾斜结构的相对侧上沿所述第一旋转轴线纵向延伸的第一支撑元件和第二支撑元件；并且其中所述第一弹性悬置元件和所述第二弹性悬置元件在所述可倾斜结构与所述第一支撑元件和第二支撑元件中的相应一个支撑元件之间延伸；并且其中所述压阻式传感器形成在所述第二支撑元件处。

7.根据权利要求5所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述第一弹性悬置元件和所述第二弹性悬置元件沿所述第一旋转轴线延伸、并且沿所述水平平面的与所述第一水平轴线正交的第二轴线具有相应的第一宽度和第二宽度；并且其中，所述第一宽度小于所述第二宽度。

8.根据权利要求1所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述第一弹性悬置元件和所述第二弹性悬置元件具有沿所述第一旋转轴线的线性延伸。

9.根据权利要求5所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述第一弹性悬置元件和所述第二弹性悬置元件中的至少一个弹性悬置元件具有“T”形形状，所述“T”形形状具有沿所述第一水平轴线性延伸的主体部分和沿第二水平轴线性延伸的头部部分，所述头部部分相对于所述主体部分正交。

10.根据权利要求9所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述主体部分和所述头部部分在横向于沿所述线性延伸的方向上具有相同的宽度，所述相同的宽度对应于所述第一宽度或所述第二宽度。

11.根据权利要求10所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述头部部分在与相应的弹性悬置元件的连接部处形成在可倾斜结构中；并且其中在可倾斜结构的所述连接部中形成有开口，所述开口具有沿第二水平轴线的主延伸，使得所述头部部分插入在一侧的所述开口和在另一侧的所述腔之间。

12.根据权利要求10所述的微机电反射镜器件，其特征在于，所述固定结构在所述水平平面中形成框架，所述框架限定并且包围所述腔，并且所述框架还具有在所述腔内部从所述框架在所述可倾斜结构的相对侧上沿所述第一旋转轴线纵向延伸的第一支撑元件和第二支撑元件；其中，所述弹性悬置元件在所述可倾斜结构与所述第一支撑元件和所述第二支撑元件中的相应的一个支撑元件之间延伸；并且其中，所述头部部分形成在相关联的支撑元件中的所述相关联的支撑元件与相应的弹性悬置元件的连接部处，并且还包括在所述相关联的支撑元件的所述连接部中的开口，所述开口具有沿所述第二水平轴线的主延伸，使得所述头部部分插入在一侧的所述开口和在另一侧的所述腔之间。

13.根据权利要求1所述的微机电反射镜器件，其特征在于，还包括弹性解耦元件，所述弹性解耦元件将所述可倾斜结构在所述第一旋转轴线的相对侧并且接近所述第一旋转轴线地耦接到所述第一对驱动臂的驱动臂，并且其中，所述弹性解耦元件相对于离开所述水平平面的移动是刚性的，并且相对于围绕平行于所述第一旋转轴线的轴线的扭转是柔性的。

14.根据权利要求1所述的微机电反射镜器件，其特征在于，还包括第二对驱动臂，所述第二对驱动臂相对于所述水平平面的第二水平轴线与所述第一对驱动臂对称布置，所述第二水平轴线与所述第一水平轴线正交；其中，所述第二对驱动臂的驱动臂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所述第一旋转轴线的相对侧并且接近所述第一旋转轴线弹性地耦接到所述可倾斜结构，其中，所述弹性解耦元件相对于离开所述水平平面的移动是刚性的，并且相对于围绕所述第一旋转轴线的扭转是柔性的。

15.一种微型投影仪设备，其特征在于，包括：

微机电反射镜器件，包括：

限定腔的固定结构；

承载反射表面的可倾斜结构，其中，所述可倾斜结构弹性地悬置在所述腔上方，并且具有在水平平面中的主延伸；

至少一个第一对驱动臂，弹性地耦接到所述可倾斜结构并且承载相应的压电材料区域，所述相应的压电材料区域被配置为引起所述可倾斜结构围绕第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线平行于所述水平平面的第一水平轴线；以及

弹性悬置元件，被配置为将所述可倾斜结构在所述第一旋转轴线处弹性地耦接到所述固定结构，所述弹性悬置元件在所述可倾斜结构和所述固定结构之间延伸；

其中，所述弹性悬置元件沿所述第一水平轴线在所述可倾斜结构相对侧具有不对称的布置方式；

光源，可操作以基于要生成的图像生成光束；以及

驱动电路，被配置为提供电驱动信号以引起所述可倾斜结构的旋转。

16.根据权利要求15所述的微型投影仪设备，其特征在于，所述弹性悬置元件包括在沿所述第一水平轴线的相对侧上耦接到所述可倾斜结构的第一弹性悬置元件和第二弹性悬置元件；其中，所述第一弹性悬置元件在所述水平平面中具有第一宽度，并且所述第二弹性悬置元件在所述水平平面中具有第二宽度，所述第二宽度与所述第一宽度不同。

17.根据权利要求16所述的微型投影仪设备，其特征在于，所述第一弹性悬置元件和所述第二弹性悬置元件沿所述第一旋转轴线延伸。

18.根据权利要求15所述的微型投影仪设备，其特征在于，所述固定结构在所述水平平面中形成框架，所述框架界定并且包围所述腔，并且所述框架还具有在所述腔内部从所述框架在所述可倾斜结构的相对侧上沿所述第一旋转轴线纵向延伸的第一支撑元件和第二支撑元件；并且其中，所述弹性悬置元件在所述可倾斜结构与所述第一支撑元件和所述第二支撑元件中的相应的一个支撑元件之间延伸。

19.根据权利要求18所述的微型投影仪设备，其特征在于，还包括压阻式传感器，所述压阻式传感器被配置为提供与所述可倾斜结构围绕所述第一旋转轴线的旋转相关联的检测信号；并且其中，所述压阻式电感器形成在所述第二支撑元件处。

20.根据权利要求16所述的微型投影仪设备，其特征在于，所述第一弹性悬置元件和所述第二弹性悬置元件中的至少一个弹性悬置元件具有沿所述第一水平轴线性延伸的主体部分和沿第二水平轴线性延伸的头部部分，所述头部部分相对于所述主体部分正交。

21.根据权利要求20所述的微型投影仪设备，其特征在于，所述主体部分及头部部分在横向于沿所述第一水平轴线以及沿所述第二水平轴线的所述线性延伸的方向上具有相同宽度，所述相同宽度对应于所述第一宽度或所述第二宽度。

Images