ITTO20130031A1

ITTO20130031A1 - Struttura micromeccanica di specchio e relativo procedimento di fabbricazione

Info

Publication number: ITTO20130031A1
Application number: IT000031A
Authority: IT
Inventors: Roberto Carminati; Sebastiano Conti; Sonia Costantini
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-15
Also published as: US9835850B2; US20160094831A1; US20140198366A1; US20170031153A1; US9544573B2; US10288874B2

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“STRUTTURA MICROMECCANICA DI SPECCHIO E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE”

La presente invenzione è relativa ad una struttura micromeccanica di specchio e ad un relativo procedimento di fabbricazione.

Sono note strutture micromeccaniche di specchio realizzate, almeno in parte, con materiali semiconduttori e con la tecnologia dei MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).

Tali strutture micromeccaniche vengono integrate in apparecchio portatili, quali ad esempio computer portatili, laptop, notebook (compresi i notebook ultra-sottili), PDA, tablet, telefoni cellulari smartphone, per applicazioni ottiche, in particolare per indirizzare con modalità desiderate fasci di radiazioni luminose generati da una sorgente di luce.

Grazie alle ridotte dimensioni, tali strutture consentono di rispettare requisiti stringenti per quanto riguarda l’occupazione di spazio, in termini di area e spessore.

Ad esempio, strutture micromeccaniche di specchio vengono utilizzate in moduli proiettori miniaturizzati (cosiddetti picoproiettori), in grado di proiettare a distanza immagini o di generare pattern di luce desiderati.

In abbinamento ad un modulo di cattura di immagini, un modulo proiettore di questo genere consente ad esempio la realizzazione di una foto- o video-camera tridimensionale (3d) per la formazione di immagini tridimensionali.

Le suddette strutture micromeccaniche di specchio includono generalmente un elemento a specchio, realizzato a partire da un corpo di materiale semiconduttore in modo tale da risultare mobile, ad esempio con movimento di inclinazione o rotazione, per indirizzare in maniera desiderata il fascio luminoso incidente; ed un elemento di supporto, anch’esso realizzato a partire da un corpo di materiale semiconduttore, accoppiato all’elemento a specchio, avente funzioni di supporto e manipolazione (“handling”). Nell’elemento di supporto viene realizzata una cavità, al di sotto ed in corrispondenza dell’elemento a specchio, in modo tale da consentirne la libertà di movimento per la sua inclinazione o rotazione.

In particolare, sono note applicazioni in cui alla struttura micromeccanica di specchio viene richiesta la generazione di un pattern di riflessione con un elevato campo visivo - FOV (Field of View), ovvero la riflessione del fascio luminoso incidente in un ampio intervallo angolare.

Ad esempio, la figura 1a mostra schematicamente un sistema ottico di proiezione, indicato in generale con 1, in cui la struttura micromeccanica di specchio 2 è impiegata per riflettere con un angolo desiderato un fascio di luce incidente, indicato con B, proveniente da una sorgente di luce 3, ad esempio una sorgente di luce coerente di tipo laser.

In particolare, la strutture micromeccanica di specchio 2, includente l’elemento a specchio, qui indicato con 4, e l’elemento di supporto, qui indicato con 5, in cui è realizzata la cavità 6, è montato in modo tale che l’elemento a specchio 4 si trovi, a riposo, ad un elevato angolo di inclinazione α rispetto al fascio di luce incidente B (l’angolo di inclinazione α essendo definito come l’angolo tra la direzione del fascio di luce incidente B e la normale alla superficie dell’elemento a specchio 4); tale angolo di inclinazione può essere compreso tra 40° e 50°, ad esempio pari a 45°, e corrisponde evidentemente anche all’angolo con cui il fascio di luce incidente viene riflesso dall’elemento a specchio 4.

Le figure 1b e 1c mostrano una rispettiva condizione operativa del sistema ottico 1, in cui l’elemento a specchio 4 è ruotato di un angolo di rotazione θ negativo (causando cioè una diminuzione dell’angolo di inclinazione α), e rispettivamente positivo (causando cioè un incremento dell’angolo di inclinazione α), rispetto alla condizione di riposo.

La presente Richiedente ha verificato che la soluzione descritta risente di una importante limitazione per quanto riguarda il campo visivo (FOV) raggiungibile, che può non garantire le prestazioni ottiche desiderate, almeno in determinate condizioni operative.

Come mostrato schematicamente in figura 2, infatti, per inclinazioni positive dell’elemento a specchio 4, che comportano valori dell’angolo di inclinazione α superiori ad una data soglia, si può verificare un fenomeno di almeno parziale oscuramento (“shadowing”) o taglio (“clipping”) del fascio luminoso riflesso, di cui solo una parte può effettivamente essere trasmessa verso l’esterno della struttura micromeccanica di specchio 2, ad esempio per la generazione di un pattern di scansione desiderato su una superficie esterna.

Il valore specifico di tale soglia dipende dal particolare assemblaggio della struttura micromeccanica di specchio 2; in ogni caso, esiste un angolo meccanico di rotazione θ del’elemento a specchio 4 per cui il fascio luminoso riflesso può essere almeno parzialmente oscurato. Nell’esempio illustrato, tale fenomeno è evidenziato in corrispondenza di un angolo di rotazione θ positivo pari a 20° rispetto alla condizione di riposo.

Il fenomeno descritto comporta un deterioramento indesiderato delle prestazioni del sistema ottico 1. In particolare, il sistema ottico 1 può non essere in grado di raggiungere le prestazioni desiderate per quanto riguarda il campo visivo FOV.

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere, almeno in parte, tale problematica che affligge le strutture micromeccaniche di specchio di tipo noto.

Secondo la presente invenzione vengono pertanto forniti una struttura micromeccanica di specchio, ed un relativo procedimento di fabbricazione, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- le figura 1a-1c sono viste schematiche di un sistema ottico includente una struttura micromeccanica di specchio, in differenti condizioni operative;

- la figura 2 è una vista schematica del sistema ottico, in ancora una differente condizione operativa;

- la figura 3 è una vista prospettica in pianta di una struttura micromeccanica di specchio secondo un aspetto della presente soluzione;

- le figure 4 e 5 sono sezioni della struttura micromeccanica di figura 3, prese lungo rispettive linee di sezione IV-IV e V-V mostrate nella stessa figura 3;

- la figura 6 è una vista schematica della struttura micromeccanica di figura 3, in una condizione operativa;

- la figura 7 è una vista prospettica in pianta di una fetta di materiale semiconduttore includente strutture micromeccaniche di specchio, secondo una forma di realizzazione della presente soluzione;

- la figura 8 è una vista in pianta di una fetta di materiale semiconduttore includente strutture micromeccaniche di specchio, in accordo con una differente forma di realizzazione della presente soluzione;

- la figura 9 è una vista in sezione della fetta di figura 8, presa lungo la linea di sezione IX-IX;

- la figura 10 è una rappresentazione schematica di un dispositivo ottico, secondo un aspetto della presenta soluzione; e

- la figura 11 è una vista prospettica di una variante di realizzazione della struttura micromeccanica di specchio.

Le figure 3-5 mostrano, in rispettive viste, una possibile forma di realizzazione di una struttura micromeccanica di specchio 10, realizzata mediante tecniche MEMS dell’industria dei semiconduttori.

In dettaglio, la struttura micromeccanica di specchio 10 comprende: un primo corpo di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, qui indicato con 11, in cui viene realizzata, ad esempio mediante asportazione di materiale con attacco chimico, una massa mobile 12, avente estensione principale in un piano orizzontale xy, e spessore sostanzialmente trascurabile rispetto alla sua estensione nel piano orizzontale xy, lungo un asse verticale z, ortogonale allo stesso piano orizzontale xy. La massa mobile 12 è circondata da una trincea 13, che viene aperta nel primo corpo 11 in seguito allo stesso attacco chimico.

La struttura micromeccanica di specchio 10 comprende inoltre un secondo corpo di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, qui indicato con 14, accoppiato al primo corpo 11 in cui viene realizzata, ad esempio mediante asportazione di materiale con attacco chimico profondo a secco (cosiddetto “deep dry etching”), una cavità, o apertura, 15.

La cavità 15 presenta una certa altezza lungo la direzione verticale z, inferiore ad un intero spessore del secondo corpo 14 (ad esempio pari a circa la metà di tale spessore), così che lo stesso secondo corpo 14 definisce una superficie di base o fondo della stessa cavità 15.

La massa mobile 12, come descritto in seguito, è sospesa al di sopra della cavità 15, ed in una sua condizione a riposo risulta sostanzialmente parallela ed affacciata alla superficie di fondo della stessa cavità 15 ed al piano orizzontale xy.

La massa mobile 12 presenta una porzione centrale 12a, ad esempio circolare in pianta (nel piano orizzontale xy), su cui è disposto uno strato di specchio 16, costituito da un materiale ad elevata riflettività per la radiazione luminosa da proiettare, quale ad esempio alluminio o oro; la massa mobile 12 presenta inoltre porzioni di estremità 12b, 12c, aventi forma allungata ed estendentisi da parti opposte rispetto alla massa mobile 12 lungo un primo asse orizzontale x del piano orizzontale xy.

La massa mobile 12 è accoppiata, in corrispondenza delle porzioni di estremità 12b, 12c, ad ancoraggi 18, solidali al secondo corpo 14, mediante elementi elastici 19, di tipo torsionale, che ne consentono la rotazione al di fuori del piano orizzontale xy.

Gli elementi elastici 19 presentano estensione longitudinale lungo il primo asse orizzontale x, all’interno di rispettivi incavi 20 che si aprono all’interno delle porzioni di estremità 12b, 12c della massa mobile 12, e sono molto sottili, ovvero hanno lunghezza lungo il suddetto primo asse orizzontale x, molto maggiore rispetto alla corrispondente larghezza (lungo un secondo asse orizzontale y del piano orizzontale xy, formante con il primo asse orizzontale x e l’asse verticale z una terna di assi cartesiani) e rispetto al corrispondente spessore lungo lo stesso asse verticale z.

Gli elementi elastici 19 definiscono inoltre, lungo la loro direzione di estensione ed allineamento, un asse di rotazione A per la massa mobile 12, passante per il centro geometrico O della porzione centrale 12a della stessa massa mobile 12.

Le suddette porzioni di estremità 12b, 12c portano inoltre in maniera solidale elettrodi mobili 22, conformati a dita, estendentisi nel piano orizzontale xy da parti opposte delle stesse porzioni di estremità 12b, 12c lungo il secondo asse orizzontale y ed all’interno della trincea 13.

La struttura micromeccanica di specchio 10 comprende inoltre una porzione fissa 23, realizzata nel primo corpo 11 e solidale al secondo corpo 14, separata dalla massa mobile 12 dalla trincea 13. La porzione fissa 23 porta elettrodi fissi 24, anch’essi aventi conformazione a dita ed estensione longitudinale lungo il secondo asse orizzontale y all’interno della trincea 13, in posizione affacciata ed interdigitata agli elettrodi mobili 22.

Prime piazzole di contatto 25a e seconde piazzole di contatto 25b sono portate da rispettive superfici superiori della porzione fissa 23 e degli ancoraggi 18, per la polarizzazione elettrica rispettivamente degli elettrodi fissi 24 e degli elettrodi mobili 22.

In uso, l’applicazione (in maniera non illustrata, ma di per sé nota) di una differenza di potenziale tra gli elettrodi mobili 22 e gli elettrodi fissi 24 provoca la torsione degli elementi elastici 19 e la rotazione della massa mobile 12 (e dell’associato strato di specchio 16) al di fuori del piano orizzontale xy intorno all’asse di rotazione A, secondo il movimento desiderato per la riflessione di un fascio luminoso incidente, verso l’esterno della struttura micromeccanica di specchio 10.

Nuovamente in maniera di per sé nota, la massa mobile 12 può essere azionata in rotazione con un movimento oscillatorio alla sua frequenza di risonanza meccanica, al fine di massimizzare l’escursione del suo movimento, a parità di polarizzazione elettrica.

Secondo un aspetto della presente forma di realizzazione, la cavità 15 è conformata in modo tale che il secondo corpo 14 in cui è realizzata non ostacoli il fascio luminoso riflesso dallo strato di specchio 16 disposto sulla massa mobile 12, senza creare tagli o oscuramenti, anche parziali, dello stesso fascio luminoso riflesso.

In particolare, la cavità 15 si estende nel secondo corpo 14 lungo il secondo asse orizzontale y (ovvero in direzione trasversale all’asse di rotazione A), in modo tale da raggiungere una prima parete di bordo 14a che delimita, parallelamente al primo asse orizzontale x, lo stesso secondo corpo 14 e l’intera struttura micromeccanica di specchio 10.

Dalla parte opposta dell’asse di rotazione A, la cavità 15 è invece delimitata da una propria parete laterale, definita dalla porzione fissa 23 della struttura micromeccanica di specchio 10 e dalla sottostante porzione del secondo corpo 14. Dallo stesso lato dell’asse di rotazione A, la struttura micromeccanica di specchio 10 presenta una seconda parete di bordo 14b, continua e non interrotta per tutto lo spessore del secondo corpo 14.

La cavità 15 presenta dunque una porzione aperta in corrispondenza della suddetta prima parete di bordo 14a, risultando aperta verso l’esterno della struttura micromeccanica di specchio 10 ed in comunicazione fluidica con l’esterno della stessa struttura micromeccanica di specchio 10.

Il recesso 13 che circonda la massa mobile 12 nel primo corpo 11 si estende inoltre nel piano orizzontale xy parallelamente ed in maniera corrispondente alla cavità 15.

Inoltre, nell’esempio illustrato, la cavità 15 presenta, in corrispondenza della prima parete di bordo 14a una prima larghezza L1(misurata lungo il primo asse orizzontale x), che risulta maggiore di una seconda larghezza L2, che la stessa cavità 15 presenta al di sotto della porzione centrale 12a della massa mobile 12 (tale seconda larghezza L2corrispondendo sostanzialmente al diametro della porzione centrale 12a della stessa massa mobile 12).

Il procedimento di realizzazione della struttura micromeccanica di specchio 10 può prevedere dapprima la formazione della cavità 15 all’interno del secondo corpo 14; ed in seguito l’accoppiamento, tramite bonding, del primo corpo 11 sul secondo corpo 14, dotato della cavità 15, e la successiva realizzazione per attacco chimico della massa mobile 12.

Come illustrato schematicamente in figura 6, la conformazione della cavità 15, con apertura laterale verso l’esterno della struttura micromeccanica di specchio 10, in corrispondenza della prima parete di bordo 14a, fa sì che i fasci luminosi riflessi dallo strato di specchio 16 portato dalla massa mobile 12 non subiscano alcuno oscuramento o taglio, anche per elevati angoli di inclinazione α del fascio luminoso incidente, assicurando in tal modo un elevato campo visivo FOV al sistema ottico risultante.

In particolare, nella figura 6 viene mostrato l’intero campo visivo FOV ottenibile, nell’esempio pari a circa 80°, in funzione di una posizione di massima inclinazione negativa e di una posizione di massima inclinazione positiva della massa mobile 12, ad esempio con un angolo di rotazione θ rispettivamente compreso tra -15° e -25°, nell’esempio illustrato pari a circa -20°, e compreso tra 15° e 25°, nell’esempio illustrato pari a circa 20°, rispetto alla posizione di riposo.

Ad esempio, la massa mobile 12 può presentare un angolo di rotazione θ anche pari a 25° (partendo da una posizione iniziale a 40° rispetto al fascio luminoso incidente), o pari a 20° (partendo da una posizione iniziale a 50°), senza che si verifichi alcun oscuramento del fascio luminoso riflesso.

La figura 7 (semplificata per ragioni di chiarezza illustrativa) si riferisce ad una fase finale del processo di fabbricazione della struttura micromeccanica di specchio 10, prima della quale si sono susseguite precedenti fasi di processo per la formazione, tra l’altro, della cavità 15 e della massa mobile 12.

La struttura micromeccanica di specchio 10 è il risultato di una operazione di taglio (cosiddetta “dicing”), lungo linee di taglio SL, SL' parallele al primo asse orizzontale x.

Un aspetto della presente soluzione prevede in particolare che l’operazione di taglio venga effettuata mediante laser, al fine di evitare residui di particelle o acqua, che potrebbero successivamente compromettere le prestazioni ottiche del sistema.

Nella forma di realizzazione mostrata nella suddetta figura 7, le strutture micromeccaniche di specchio 10 vengono in particolare realizzate a partire da una struttura SOI (Silicon On Insulator), con una prima fetta 29 (equivalente al primo corpo 11) costituita dallo strato attivo della struttura SOI ed una seconda fetta 30 costituita dallo strato profondo della stessa struttura SOI, accoppiata sul retro ad una ulteriore fetta di supporto 28 mediante bonding (in tal caso, l’assemblaggio delle fette 28 e 30 costituendo il secondo corpo 14). Il processo di fabbricazione risulta in tal modo semplificato, in quanto la cavità 15 può essere realizzata attaccando la seconda fetta 30 dal retro, e la definizione della massa mobile 12 può essere realizzata con attacco selettivo del materiale semiconduttore della prima fetta 29.

All’interno delle fette 28, 29, 30 opportunamente accoppiate tra loro, è stata dunque precedentemente realizzata una pluralità di strutture micromeccaniche di specchio 10, e l’operazione di taglio per la loro separazione viene dunque eseguita come fase finale del processo, ovvero in “back end”.

Strutture micromeccaniche di specchio 10 adiacenti risultano simmetriche e speculari rispetto alle linee di taglio SL, SL'.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 7, strutture micromeccaniche di specchio 10, tra loro adiacenti, presentano cavità 15 comunicanti ed affacciate tra loro lungo prime linee di taglio SL.

In seguito all’operazione di taglio, che porta all’apertura delle cavità 15 verso l’esterno, lungo le stesse prime linee di taglio SL viene inoltre definita la prima parete di bordo 14a di ciascuna struttura micromeccanica di specchio 10; lungo seconde linee di taglio SL', che si alternano alle prime linee di taglio SL lungo il secondo asse orizzontale y, vengono contemporaneamente definite le seconde pareti di bordo 14b delle strutture di specchio 10.

La figura 8 mostra una differente forma di realizzazione, in cui strutture micromeccaniche di specchio 10, tra loro adiacenti, sono disposte affiancate lungo le linee di taglio, qui indicate in generale con SL, senza che le rispettive cavità 15 siano tra loro comunicanti.

In questo caso, l’operazione di taglio eseguita lungo ciascuna linea di taglio SL porta all’apertura di una rispettiva cavità 15 per una prima struttura micromeccanica di specchio 10, ed al contempo alla definizione della seconda parete di bordo 14b di una seconda struttura micromeccanica di specchio 10 ad essa adiacente, come evidenziato anche nella vista in sezione di figura 9 (relativa appunto al risultato della fase di taglio lungo le linee di taglio SL).

Tale forma di realizzazione può essere vantaggiosa in determinate applicazioni, in quanto l’assemblaggio risulta essere, prima del taglio, più robusto e resistente dal punto di vista meccanico, essendo dunque meno soggetto ad eventuali rotture o danneggiamenti.

I vantaggi della soluzione descritta emergono in maniera evidente dalla discussione precedente.

Si sottolinea comunque il fatto che risulta possibile ottenere dimensioni estremamente compatte della struttura micromeccanica finale, al contempo assicurando elevate prestazioni ottiche, in particolare per quanto riguarda l’estensione del campo visivo FOV.

Risulta ad esempio possibile ottenere intervalli angolari di scansione del fascio luminoso riflesso compresi tra 80° e 100°, senza che intervengano fenomeni di taglio o di oscuramento dello stesso fascio luminoso riflesso.

Il procedimento di fabbricazione non richiede fasi di processo aggiuntive rispetto a soluzioni tradizionali, in quanto l’apertura laterale delle cavità 15 viene ottenuta mediante le stesse operazioni di taglio che portano alla singolazione delle varie piastrine delle strutture micromeccaniche di specchio.

Il procedimento di fabbricazione risulta in particolare vantaggioso nel caso si utilizzino strutture SOI.

Le suddette caratteristiche rendono dunque particolarmente vantaggioso l’utilizzo della struttura micromeccanica di specchio 10 in sistemi ottici integrati all’interno di dispositivi portatili.

Ad esempio, la figura 10 mostra schematicamente l’impiego della struttura micromeccanica di specchio 10 in un modulo proiettore 30 di un dispositivo di formazione di immagini tridimensionali 32 di un apparecchio portatile 33 (quale ad esempio un computer portatile notebook), il quale comprende inoltre un modulo di cattura di immagini 34, ad esempio operante negli infrarossi, ed un modulo di elaborazione 35.

In particolare, la struttura micromeccanica di specchio 10 viene pilotata in modo da proiettare il fascio luminoso generato da una sorgente di luce 36, ad esempio una sorgente di luce coerente di tipo Laser, secondo un pattern di scansione, all’interno del campo visivo FOV, che include anche un oggetto 37 di cui deve essere ricostruita l’immagine tridimensionale.

Convenientemente, la massa mobile 12 della struttura micromeccanica di specchio 10 è orientata, in condizione di riposo, ad un angolo di inclinazione elevato rispetto al fascio luminoso incidente generato dalla sorgente di luce 36, ad esempio compreso tra 40° e 50°.

Il modulo proiettore 36 comprende un opportuno circuito elettronico 38 di controllo e pilotaggio, in grado di fornire opportuni segnali di pilotaggio sia alla sorgente di luce 36 sia alla struttura micromeccanica di specchio 10, per variarne l’orientamento secondo il pattern di scansione desiderato per il fascio luminoso riflesso.

Vantaggiosamente, anche il circuito elettronico 38 può essere realizzato in maniera integrata con le tecniche dei semiconduttori, eventualmente nella stessa piastrina in cui è realizzata la struttura micromeccanica di specchio 10.

Il modulo di cattura di immagini 34, disposto affiancato al modulo proiettore 30 all’interno dell’involucro del dispositivo di formazione di immagini tridimensionali 32, presenta un rispettivo campo visivo FOV' tale da inquadrare il pattern di linee parallele proiettate dal modulo proiettore 30, e generare corrispondenti immagini bidimensionali.

In modo di per sé noto, qui non descritto in dettaglio, il modulo di elaborazione 35 è quindi in grado di ricostruire un’immagine tridimensionale dell’oggetto 37, e dell’ambiente circostante, sfruttando il principio della parallasse, elaborando con opportuni algoritmi le immagini catturate dal modulo di cattura di immagini 34 per determinare la profondità e le distanze nello spazio tridimensionale.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, la conformazione della cavità 15 può eventualmente differire da quanto illustrato precedentemente, purché sia comunque conformata in modo tale che il secondo corpo 14 in cui è realizzata non ostacoli il fascio luminoso riflesso, come precedentemente discusso in dettaglio.

A questo riguardo, in figura 11 viene mostrata in modo schematico una possibile variante realizzativa della struttura micromeccanica di specchio 10.

In tale variante, la cavità 15 non si estende fino alla prima parete di bordo 14a della struttura micromeccanica di specchio 10, ma risulta comunque avere una conformazione allungata lungo il secondo asse y, in modo tale per cui la presenza della parete laterale di delimitazione (in questo caso interamente circondante la cavità 15) non ostacola il fascio luminoso riflesso all’interno del campo visivo desiderato e con riferimento alle rotazioni consentite per la massa mobile 12. Tale variante realizzativa prevede tuttavia dimensioni maggiori della piastrina della struttura micromeccanica di specchio 10.

Inoltre, la cavità 15 potrebbe eventualmente estendersi da entrambi i lati dell’asse di rotazione A, fino a raggiungere entrambe le pareti di bordo 14a, 14b della struttura micromeccanica 10.

L’attuazione della massa mobile 12 potrebbe anche essere realizzata mediante differente tecnica, ad esempio piezoelettrica o magnetica.

Come precedentemente sottolineato, la struttura micromeccanica di specchio 10 può in generale essere utilizzata per qualsiasi sistema ottico ed apparecchio portatile, che richieda la riflessione di un fascio luminoso con ridotta occupazione degli spazi ed elevato campo visivo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Struttura micromeccanica di specchio (10), comprendente una massa mobile (12) portante un elemento di specchio (16) ed azionabile in rotazione per riflettere un fascio luminoso incidente con un desiderato intervallo angolare (FOV), detta massa mobile (12) essendo sospesa al di sopra di una cavità (15) realizzata in un corpo di supporto (14) includente materiale semiconduttore, caratterizzata dal fatto che detta cavità (15) è conformata in modo tale che detto corpo di supporto (14) non ostacola il fascio luminoso riflesso da detto elemento di specchio (16) all’interno di detto desiderato intervallo angolare (FOV).
2. Struttura secondo la rivendicazione 1, in cui detta cavità (15) si estende fino a raggiungere una prima parete laterale di bordo (14a) di detto corpo di supporto (14), essendo aperta e comunicante verso l’esterno di detta struttura micromeccanica di specchio (10) in corrispondenza di detta prima parete laterale di bordo (14a).
3. Struttura secondo la rivendicazione 2, in cui detta massa mobile (12) presenta un movimento rotazionale intorno ad un asse di rotazione (A), ed in cui detta cavità (15) si estende fino a detta prima parete laterale di bordo (14a) lungo un asse di estensione (y), trasversale a detto asse di rotazione (A).
4. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta cavità (15) presenta una prima larghezza (L1), in corrispondenza di detta prima parete laterale di bordo (14a), ed una seconda larghezza (L2), al di sotto di detta massa mobile (12), minore di detta prima larghezza (L1).
5. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta massa mobile (12) è accoppiata ad ancoraggi (18) verso detto corpo di supporto (14) per il tramite di elementi elastici torsionali (19), definenti un asse di rotazione (A) per detta massa mobile (12).
6. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un corpo strutturale (11) in cui è definita detta massa mobile (12), accoppiato a detto corpo di supporto (14).
7. Struttura secondo la rivendicazione 6, in cui detto corpo strutturale (11) e detto corpo di supporto (14) sono definiti a partire da una fetta SOI – Silicon on Insulator.
8. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento di specchio (16) è portato da detta massa mobile (12), in una condizione di riposo, ad un angolo di inclinazione (α) rispetto a detto fascio luminoso incidente compreso tra 40° e 50°, ed in cui detto movimento di rotazione di detta massa mobile (12), atto a determinare detto intervallo angolare (FOV), presenta un’escursione angolare (θ) compresa tra –(15-25)° e (15-25)° rispetto a detta condizione di riposo.
9. Dispositivo ottico (32), comprendente una struttura micromeccanica di specchio (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, comprendente: un modulo di proiezione di immagini (30), includente detta struttura micromeccanica di specchio (10) ed una sorgente (36) azionabile per generare detto fascio luminoso incidente; ed un modulo di cattura di immagini (34), operativamente accoppiato a detto modulo di proiezione di immagini (30), per catturare immagini associate al fascio luminoso riflesso da detta struttura micromeccanica di specchio (10).
11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre un modulo di elaborazione (35), configurato in modo da ricevere ed elaborare le immagini catturate da detto modulo di cattura di immagini (34) per la formazione di immagini tridimensionali.
12. Procedimento di fabbricazione di una struttura micromeccanica di specchio (10), comprendente le fasi di: formare una massa mobile (12) portante un elemento di specchio (16) ed azionabile in rotazione per riflettere un fascio luminoso incidente all’interno di un desiderato intervallo angolare (FOV); e formare una cavità (15), atta ad essere disposta al di sotto di detta massa mobile (12), in un corpo di supporto (14) atto ad essere accoppiato a detta massa mobile (12), caratterizzato dal fatto che detta fase di formare una cavità (15) comprende conformare detta cavità (15) in modo tale che detto corpo di supporto (14) non ostacoli il fascio luminoso riflesso all’interno di detto desiderato intervallo angolare (FOV).
13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, in cui detta fase di formare una cavità (15) comprende la fase di eseguire un’operazione di taglio di una fetta di materiale semiconduttore lungo almeno una linea di taglio (SL), in modo tale che detta cavità (15) si estenda fino a raggiungere una prima parete laterale di bordo (14a) di detto corpo di supporto (14), definita da detta operazione di taglio, risultando aperta e comunicante verso l’esterno di detta struttura micromeccanica di specchio (10).
14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui detta prima parete laterale di bordo (14a) si estende lungo detta linea di taglio (SL).
15. Procedimento secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui detta operazione di taglio è eseguita mediante taglio laser.
16. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-15, in cui detta operazione di taglio è eseguita al termine di detto procedimento di fabbricazione, in una fase finale di back end.
17. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-16, in cui detta fetta include almeno una ulteriore struttura micromeccanica di specchio (10), avente una rispettiva cavità affacciata alla cavità (15) di detta struttura micromeccanica di specchio (10) lungo detta linea di taglio (SL).
18. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-16, in cui detta fetta include almeno una ulteriore struttura micromeccanica di specchio (10) avente una rispettiva cavità, una rispettiva prima parete laterale di bordo (14a) ed una seconda parete laterale di bordo (14b), opposta a detta prima parete laterale di bordo (14a) rispetto a detto asse di rotazione (A); detta cavità (15) di detta struttura micromeccanica di specchio (10) essendo adiacente lungo detta linea di taglio (SL) a detta seconda parete laterale di bordo (14b) di detta ulteriore struttura micromeccanica di specchio (10).