Mems器件和微型投影仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及具有静电类型的驱动结构的微机电(MEMS)器件。
【背景技术】
[0002]众所周知，已经提出具有成对MEMS微反射镜的微型投影机，每个MEMS微反射镜被驱动用于绕自己的旋转轴旋转。
[0003]例如，在图1和图2示意性地图示的系统中，光源1，通常为激光源，生成光束2 (通常包括三个单色光束，每个用于一个基本色)，其穿过仅示意性地图示的光学器件3，由MEMS反射镜对5、6转向。例如，第一 MEMS反射镜5可以是谐振类型的水平微反射镜，其绕第一轴A (图2)旋转并且生成快速水平扫描，并且第二 MEMS反射镜6可以是垂直微反射镜，其绕特别地垂直于第一轴A的第二横轴B旋转，并且生成慢速垂直扫描，通常为锯齿扫描。两个MEMS反射镜5、6的移动的组合使得光束2执行完整的二维扫描移动并且，一旦投影在投影屏幕7上，就在其上生成二维图像。例如在W02010/067354(也被公布为US2011/0234898)中描述了这样的系统，为所有目的在此通过引用将该专利申请整体并入本文。
[0004]对于图像的理想投影，需要以恒定的速率执行垂直扫描。因此，已经提出通过引起其绕相应的轴B的受控旋转的静电驱动系统来控制至少垂直微反射镜6的移动。
[0005]例如，垂直微反射镜6可以如图3所示而制成。这里，裸片10包括悬置在衬底(不可见)上并且由成对的臂12支撑的反射表面11。臂12在反射表面11的相对侧上延伸并且限定垂直微反射镜6的旋转轴B。臂12经由使得臂12绕轴B旋转的扭转弹簧14连接到裸片10的固定的外围部分13。臂12被进一步耦合到由两个静电类型的致动组件18形成的驱动结构，一个致动组件18用于一个臂12。这里每个致动组件18包括两组移动电极19，面对同样多组的固定电极20。
[0006]详细地讲，移动电极19相对于臂12固定并且像梳指一样与固定电极20交错排列用于生成电容性耦合。固定电极20由支撑区域21承载，通常相对于裸片10的衬底(不可见)固定。由于电极19、20的布置，驱动结构也被定义为“梳式驱动结构”。
[0007]可以在裸片10的不同层中形成移动电极和固定电极20以便在不同的高度处延伸，如例如在W02010/137009 (也被公布为US2012/0062973)中所描述的那样，并且如图4的放大细节中所图示的那样，为所有目的在此通过引用将该专利申请整体并入本文。
[0008]通过在移动电极19和固定电极20之间施加合适的电压，可以在它们之间生成吸引力或排斥力，用于引起移动电极19相对于固定电极20的旋转、臂12绕轴B的扭转、并因而反射表面11的相应的受控旋转(图5)。
[0009]然而，所描述的结构与目前的日益增大反射镜的需求形成对比。
[0010]事实上，在光学系统中，投影的图像的像素的数目正比于反射表面11的直径。
[0011]由此得出在微型投影仪的领域中，需要具有日益增大尺寸的微反射镜，以便增加投影图像的分辨率并且满足迈向高清标准(720像素；1080像素)的市场需要。
[0012]特别地，在二维微型投影仪中，水平微反射镜的直径决定分辨率。另一方面，由于其上更大的扫描点轨迹，水平微反射镜的尺寸的增加也决定垂直微反射镜的尺寸的剧烈增加。
[0013]为了提供更大尺寸的反射表面11，可以使用更高的致动电压，因为谐振频率由系统的条件和约束设置。特别地，在所考虑类型的静电梳式驱动的情况下，这需要操作电压的修改以及因此电极数目的增加。
[0014]在图3至图5的结构的情况下，反射表面11的尺寸的增加导致整个裸片10的尺寸在旋转轴B的方向上的显著增加，因为不仅反射表面11的长度在该方向上增加，而且梳指式电极19、20对的数目也增加。
[0015]上文的增加与目前朝向小型化的趋势形成对比，并且需要相当大的成本，特别在中等生产规模的应用的情况下，其中不需要开发大规模生产的潜能。
[0016]另一方面，除了上文所涉及的类型之外，该问题也存在于其他类型的MEMS器件中。
【实用新型内容】
[0017]本实用新型的一个或者多个实施例可以提供具有克服现有技术的一个或者多个缺点的扭转驱动结构的MEMS器件。
[0018]一个或者多个实施例涉及例如可以安装在微型投影仪中的可旋转微反射镜。另一实施例涉及惯性类型的MEMS结构，例如用于探测运动参数的元件，诸如加速计、陀螺仪等，或者驱动元件，诸如微发动机、微致动器或旋转运动到平移运动的转换器。在又一实施例中，MEMS结构使用平移运动被应用。
[0019]一个实施例涉及一种MEMS器件，其包括具有反射表面的悬置块、支撑区域以及将悬置块耦合到支撑区域的接合臂。该MEMS器件进一步包括连接元件和静电驱动系统。静电驱动系统包括布置在接合臂的相对侧上并且通过连接元件耦合到接合臂的第一致动组件和第二致动组件。第一致动组件和第二致动组件中的每个致动组件包括交错布置的移动电极和固定电极。
[0020]根据本实用新型的实施例，提供一种MEMS器件，其特征在于，包括:悬置块；支撑区域；接合臂，具有相对侧并且将所述悬置块耦合到所述支撑区域；连接元件，从所述接合臂的所述相对侧延伸；以及静电驱动系统，包括第一致动组件和第二致动组件，所述第一致动组件和所述第二致动组件布置在所述接合臂的所述相对侧上并且分别通过所述连接元件耦合到所述接合臂，所述第一致动组件和所述第二致动组件中的每个致动组件包括交替布置的移动电极和固定电极。
[0021]在一个实施例中，第一致动组件和所述第二致动组件包括具有相对侧的附属臂，其中所述移动电极从所述附属臂的所述相对侧延伸。
[0022]在一个实施例中，附属臂具有与所述接合臂的纵轴基本上平行的纵轴。
[0023]在一个实施例中，连接元件是刚性臂。
[0024]在一个实施例中，刚性臂分别具有耦合到所述接合臂的第一部分和耦合到所述附属臂的第二部分。
[0025]在一个实施例中，连接元件均由联动装置形成，所述联动装置包括具有分别耦合到所述接合臂和所述附属臂的第一端部以及通过铰链耦合到彼此的第二端部的杠杆对。
[0026]在一个实施例中，每个铰链由具有相互耦合并且耦合到所述杠杆对的端部的大致U形的区域对形成。
[0027]在一个实施例中，该MEMS器件进一步包括扭转弹簧和固定区域，其中所述附属臂经由相应的扭转弹簧被耦合到所述固定区域。
[0028]在一个实施例中，该MEMS器件进一步包括第一结构层和第二结构层，其中对于所述第一致动组件和所述第二致动组件中的至少一个致动组件，所述移动电极在所述第一结构层中形成而所述固定电极在所述第二结构层中形成。
[0029]在一个实施例中，在每个致动组件中，第一移动电极在第一结构层中形成，而第二移动电极在第二结构层中形成，其中与所述第一移动电极交错布置的所述固定电极在所述第二结构层中形成，而与所述第二移动电极交错布置的所述固定电极在所述第一结构层中形成。
[0030]在一个实施例中，接合臂是第一接合臂并且所述支撑区域是第一支撑区域，所述MEMS器件包括第二接合臂；以及所述静电驱动系统包括布置在所述第二接合臂的相对侧上的第三致动组件和第四致动组件，并且其中所述第二接合臂将所述悬置块耦合到所述第二支撑区域。
[0031 ] 在一个实施例中，该MEMS器件还包括第五致动组件和第六致动组件，每个致动组件具有至少部分由所述第一接合臂和所述第二接合臂分别支撑的移动电极。
[0032]在一个实施例中，致动组件中的每个致动组件具有平行于彼此并且平行于所述第一接合臂和所述第二接合臂的纵轴延伸的纵轴。
[0033]在一个实施例中，悬置块是具有反射表面的微反射镜并且所述接合臂形成用于所述反射表面的旋转轴。
[0034]在一个实施例中，悬置块具有从以下形状中选择的形状:矩形、具有圆化边缘的矩形、方形、具有圆化边缘的方形、多边形、圆形、椭圆形和心形。
[0035]根据本实用新型的实施例，还提供一种微型投影仪，其特征在于，包括:光源，被配置用于发出光；以及MEMS器件，被配置用于反射所述光，所述MEMS器件包括:悬置块，具有反射表面；支撑区域；接合臂，具有相对侧，所述接合臂将所述悬置块耦合到所述支撑区域；连接元件，分别耦合到所述接合臂的所述相对侧；以及静电驱动系统，包括第一致动组件和第二致动组件，所述第一致动组件和所述第二致动组件布置在所述接合臂的所述相对侧上并且通过所述连接元件耦合到所述接合臂，所述第一致动组件和所述第二致动组件中的每个致动组件包括交替布置的移动电极和固定电极。
[0036]在一个实施例中，光源是激光光源。
[0037]在一个实施例中，该微型投影仪进一步包括被配置用于将从所述光源发出的所述光转向到所述MEMS器件的光学透镜。
[0038]在一个实施例中，第一致动组件和所述第二致动组件包括附属臂，其中所述第一致动组件和所述第二致动组件的所述移动电极分别从所述附属臂延伸。
[0039]在一个实施例中，接合臂具有纵轴并且所述附属臂具有基本上平行于所述接合臂的所述纵轴的纵轴。
[0040]在一个实施例中，连接元