带有非线性支撑的模拟mems的制作方法

专利名称：带有非线性支撑的模拟mems的制作方法
技术领域：
0001下面公开的实施例一般涉及为微机电系统(MEMS)提供非 线性支撑，并更具体地涉及为模拟微镜提供非线性支撑。
背景技术：
0002目前，各种机械装置的小型化开辟了技术进步的新领地。这 种微机电系统("MEMS")在基底上集成机械元件和电控电路，并 且通常使用集成电路技术制造。因为它们的尺寸较小，MEMS在现代 小型产品的发展中变得越来越有用。普通的应用包括加速度计、压力 传感器、致动器以及空间光调制器。
0003MEMS器件中的一种包括微镜。微镜器件使用数千甚至数百 万个微小倾斜反射表面的阵列。这些微镜可以被用于将光反射到投影 面，所述投影面通常形成可视图像。以这种方式使用时，微镜可作为 显示单元，再现如高级家庭娱乐设备所需的高质量可视图像。它们也 可被用于光学开关系统以及光学通信系统。
0004许多传统微镜在数字微镜器件("DMD")技术的框架内使 用。DMD的每个微镜元件可以基于微镜朝向光源倾斜的角度在两个位 置间转换，这两个位置对应于打开或关闭的光配置。当被定向以将光 源反射到投影面时，数字微镜处于打开位置。当被定向以至于光源提 供的任何光线都没有被投射到投影面时，数字微镜处于关闭位置。因 此，每个数字微镜可以被定向在打开或"开"位置或者关闭或"关" 位置，从而提供二元或数字响应。
0005通过快速转换特定数字微镜的"开"和"关"，适当的光暗 度可以作为特定的象素被投影到投影面。并且通过分时复用经过颜色 轮的白光源也可以将颜色色调加入DMD投影系统。在实践中，数字 微镜在开关位置之间快速交替以至于人眼不能辨别每个数字微镜的离 散"开""关"位置。相反，人眼将由每个镜元件投射的离散"开""关"位置外推(extrapolate)成宽范围的象素暗度和色调。这样一来， 通过利用人眼对快速变化的亮度和颜色的平均效应，DMD允许需要的 暗度和色调的全阵列准确再现。
0006通常，使用由相应电极产生的静电力使DMD中的每个微镜 被定位在打开或关闭位置。 一般地，每个数字微镜位于铰链装置的顶端， 并且电极位于铰链的任一侧。这些电极通常形成在微镜下的半导体基底 上。当适当的电压被施加到电极上时，它产生能够使微镜在其铰链上转 动的静电力。在任何特定的时刻，两个微镜中只有一个会被激活，其对 应于打开或关闭位置。
0007虽然很多微镜通常被用在上文描述的DMD类型的系统中， 但微镜也可以用于模拟微镜器件。模拟微镜器件以与DMD器件类似 的原理进行操作，但它们与DMD不同，因为它们不通过快速地在"开" 和"关"两个位置间转换来进行操作。相反，基于微镜相对于光源和 投影面的角度，适当的光暗度被传送。通过在宽范围的可用位置内改 变入射角，光的强度可被调节。
0008在操作中，模拟微镜使用与DMD相似的静电吸引。通常， 每个模拟微镜一般安装在扭转铰链的顶上，所述扭转铰链偏转以使微 镜返回其中性位置。电极位于微镜下方。然而，不同于使微镜位置在 两个位置之间快速转换(通过使用两个恒定静电力中的一个，把微镜 拉向两个电极接触面中的一个)，模拟微镜施加不同等级的静电力来 以便使微镜上的力平衡。对于由电极施加的每个等级的静电力，静电 力和铰链的扭转弹力之间的平衡点将处于特定的角度。因此，通过改 变施加于传统模拟微镜的静电力的大小，微镜的入射角度可以改变。 由于模拟微镜的非二元特性，它不需要像DMD —样快速地反复改变 位置。相反，模拟微镜较慢但是更平稳地运动从而将正确的光暗度引 导到投影面上。
0009模拟微镜显示单元克服了 DMD面对的一个典型问题，即"粘 附"问题。由于当电极将微镜拉到抵顶电极接触面的位置时会出现接触 力，DMD通常出现"粘附"。由于模拟微镜不与任何表面接触，其可提 供克服粘附问题的方法，这样可以影响微镜视频显示设备可用的对比度。除用于视频图像投影外，微镜也可以被用作光学无线通信系统内的光学
转换继电器。虽然DMD可在这类系统中提供一些功能，但因为模拟微
镜可提供更大范围的反射角度，模拟微镜通常用于这类用途。
0010然而，传统的模拟微镜本身也存在问题。如上所述，模拟微 镜通常依靠静电力与铰链的扭转弹力的平衡从而将微镜定向到适当的 角度。这类的平衡方法需要使由扭转铰链施加于微镜的类弹簧阻力与 电极施加的静电力相匹配。但是，扭转弹力线性地增加，增加的强度 与其偏转成正比，而静电力则非线性地增加，其为微镜与电极之间的 距离的平方的函数。
0011静电力与扭转铰链的线性弹力的不同特性导致一种被称为"突 弹跳变(snap-through)"的现象。 一旦微镜偏离其中性位置和电极间 的总间隔约三分之一的距离，由于非线性静电力的快速增加超过扭转 铰链的线性弹力的能力，传统模拟微镜变得不稳定。由于扭转铰链失 去匹配静电力的能力，微镜不能够再达到平衡位置，相反其突然转过 剩余的距离从而接触电极。因此，突弹跳变将传统模拟微镜器件有用 的运动范围限制在电极与微镜间初始间隔距离的大约三分之一。
0012由于滞后作用，传统模拟微镜也具有随时间退化的趋势。微 镜随时间的重复运动影响传统模拟微镜对线性扭转弹力的响应，这导 致微镜的精确控制更差。因此克服滞后将改善模拟微镜器件的耐久性。

发明内容
0013以下公开的实施例寻求使困扰传统模拟微镜的突弹跳变现象 的影响最小化。通过延迟突弹跳变的发生，模拟微镜可以获得更大的 有效偏转范围；电极和微镜间更大的间隙变得有用，而不会使微镜趋 向于超过目标角度并倒向电极。增加模拟微镜可用的角度范围将允许 其被更有效地操作，从而反射更宽的暗度阵列。当用于视频图像显示 系统时，这可以提供更好的图片质量。此外，当用于光学通信系统时， 可能的微镜位置的增加可提供更大的转换选择。
0014为了延迟突弹跳变的发生，公开的实施例用非线性支撑机构 代替微镜的传统线性支撑机构。通过利用给静电力提供非线性阻力的支撑机构，微镜运动的有效范围可以被增加。
0015理想情况下，模拟微镜的目标是提供全范围的运动，其中静
电力可被相应的抵抗支撑力平衡。通过采用使力以与偏转的平方成正 比的方式增大的抵抗支持，两个相反的力可以达到平衡。通过这种理 想的非线性支撑，阻力将以微镜离开其中性位置的偏转的平方的函数 形式增大。这将与电极提供的静电力相匹配，所述静电力随微镜与电 极之间距离的减小而指数增加(其也可以被描述为微镜偏转的增加)。 因此，理想化的二阶弯曲将表现最佳微镜支撑的目标基准，该二阶弯 曲提供微镜上在整个运动范围内与偏转距离的平方成正比的增大的恢 复力。
0016使用理想的二阶弯曲来支撑微镜将允许恢复力(其试图将微 镜带回其中性位置)有效地匹配静电力。这将增加微镜可用的偏转范 围，允许其达到从中性位置向下到电极的全范围运动。通过增加可用 的倾斜角度，可改进模拟微镜器件的光学对比度。此外，这种非线性 支撑将允许微镜逐渐达到正确的方位，当力相等时减速到停止。这将 允许非线性支撑通过降低达到平静的波动从而提高模拟微镜的有效 性。
0017然而，现实的支撑方案在物理上受到限制而很少能达到这一 数学理想模型(其在微镜运动的全范围内提供二阶支撑)。现实的实 施例不是完全消除突弹跳变，而是有效地通过利用其非线性支撑特性 延迟突弹跳变的发生。公开的支撑结构具有初始为二阶的变化的力一 偏转特性。然而，通过偏转，公开的实施例的力一偏转特性转变为一 阶支撑。当被有效地实现时，公开的支撑结构主要在基本为二阶的状 态下运作。
0018所以虽然以下公开的现实实施例通常不会完全消除突弹跳变 现象(因为它们一般不会在微镜运动的全部可能范围内提供二阶支 撑)，但是它们可以通过延迟突弹跳变的发生从而实质增加微镜的偏 转范围。作为示例，典型的传统扭转铰链支撑仅允许使用微镜与电极 之间全部间隙的三分之一。公开的实施例将微镜的可用范围增加到全 部间隙的大约一半。所以通过延迟突弹跳变，公开的实施例提供了超过传统扭转铰链性能的实质改进。在实际使用中，公开的实施例通过 主要在其充分二阶的范围部分操作可以达到理想二阶支撑系统的许多 益处。
0019在公开的实施例中，提供非线性支撑的方式是用一个或多于
一个梁替换模拟微镜的扭转铰链支撑，所述梁被放置于远离微镜的中 性转动线轴线。这种偏离轴线的梁支撑微镜并允许微镜响应电极施加 的静电力而倾斜到一位置，同时提供反作用于静电力的非线性恢复力。 (多个)梁应该足够薄，从而其通常像电缆一样作出响应，提供充分 的二阶非线性响应。将(多个)梁的响应特性描述为"像电缆"涉及
如下原理为了偏转末端悬挂的电缆，挠曲力将随着电缆被推离其自 然悬挂状态而以非线性形式变化。每个薄梁通常由两个偏心柱支撑， 并且在两个支撑柱之间沿梁的长度的中心点处被连接到微镜。
0020在操作中，(多个)梁响应电极的静电力的拉动而向上和/或
向下弯曲。当电极在模拟微镜的一侧拉动时，通过提供与静电力相反 的非线性恢复力，每个梁像电缆一样以充分的二阶弯曲响应。最初，
梁经受挠曲力；但随着该梁在其中心偏转，其经受来自其与微镜连接 的越来越像轴向拉力的力。梁响应微镜的力(响应静电力)的方式的 改变随梁的中心的偏转而增加，这为微镜提供非线性的二阶弯曲支撑。 并且由于每个梁位于远离微镜的中性转动轴线的位置，线性扭转效果 可以最小化。
0021使用这种非线性梁支撑技术，微镜的倾斜角偏转将由(多个) 梁的屈服强度限制。如果电极施加的力超过了 (多个)梁的屈服强度， 那么梁支撑将失效并且微镜将被拉下以接触电极。因此，为使倾斜角 偏转范围最大化，有用的是使(多个)梁的屈服强度最大化。
0022有两种主要的技术用来使公开的梁支撑结构的有效屈服强度 最大化1)梁可以使用曲线几何形状，或者2)梁可由高弹性(低模 量)的材料制成。在与偏转方向垂直的平面内弯曲的梁将趋向于具有 充分的延展性从而增加最大的可能偏转。同样，高弹性材料构成的梁 将允许失效前的更大偏转。
0023用非线性梁支撑代替线性铰链支撑可以增加模拟微镜器件可用的倾斜角偏转范围。这种技术可减少突弹跳变，所述突弹跳变是模拟 微镜可能产生的对光学对比度的限制因素。此外，没有线性扭转铰链的 非线性梁的使用可以在一定程度上降低模拟微镜系统的滞后效应。因为 梁支撑系统内的变形主要是弯曲，而不是扭转扭曲，梁支撑系统趋向于 表现更小的滞后效应。这样，非线性梁支撑的使用可提供具有更长寿命 的更持久的模拟微镜。请注意，任何"非线性"梁不指梁的几何形状， 而是指被施加负载后梁的力反抗特性。


0024图1A是具有非线性梁支撑的模拟微镜器件的透视0025图1B是图1A所示具有非线性梁支撑的模拟微镜器件的实施 例的平面视图，其中虚线描绘的微镜被完全切除以展现活动层级 (binge level)以下的元件；
0026图1C是图1A所示模拟微镜器件的实施例的侧视0027图2是模拟微镜器件的可替代实施例的透视图，其中仅有一 个非线性梁支撑和升高的电极；
0028图3是模拟微镜器件的可替代实施例的透视图，其显示活动 层级的可替代几何结构；
0029图4是显示针对薄梁的力和偏转之间的非线性的图表；
0030图5是显示针对多种应用电压的力矩与倾斜角之间的非线性 的图表；以及
0031图6是显示公开的梁的实施例的力一偏转特性的图表，其涉 及一阶支撑和理想化的二阶支撑。
具体实施例方式
0032图1A图示说明用于为模拟微镜102提供非线性支撑的一个 公开的实施例。图1B和图1C提供这个实施例的额外视图以辅助说明。 公开的实施例具有基底101，其作为该实施例的基础。电极105在基 底101上形成，以便在功能上提供对微镜102的静电吸引力。微镜102 在基底101上以某种方式被支撑，以便能够绕转动线轴线180旋转。在图1A所示的实施例中，微镜102不是被扭转铰链支撑，而是沿其 中性转动线轴线180被两个转动支撑150支撑。并且在图1A所示的 实施例中， 一个电极105位于微镜102的转动线轴线180的一侧，典 型地在微镜102的转动支撑150之间间隔的中心位置，近似地沿着中 心线轴线190。
0033参照微镜102，任何类型的反射表面均被包括在参考范围内。 通常，这种微镜102将反射可见光，但微镜102也可以被设计以反射 其它波长的电磁福射。 一般来说，微镜102的参考范围包括在旋转运 动中可以改变位置的任何微机械表面。虽然电极105是图1A的实施 例所讨论的静电吸引装置，但应该理解任何静电吸引装置均可以有效 地运行并因此被包括在术语"电极"的范围内。
0034在基底101和/或电极105的层级和微镜102的层级之间是梁 层级。梁层级在支撑微镜102的同时提供通常由传统模拟微镜器件中 的铰链执行的阻抗一恢复力2。梁层级向微镜102提供恢复力，趋向 于使微镜102返回到其中性的非倾斜位置。它也起到反抗电极105的 静电吸引力的作用，从而当两个力相等时，微镜102稳定地保持在目 标偏转角度。
0035在图1A的实施例中，梁层级包含两个偏离轴线的梁120 (处 于远离并通常平行于微镜102的转动线轴线180的位置)。梁120 "偏 离轴线"的描述一般涉及微镜102和梁120之间的附着位置。这个附 着点和梁120的偏转点应位于远离转动线轴线180的位置。梁120与 微镜102之间的偏离轴线的附着位置使线性扭转效应最小化。在图1A 中，每个梁120通过(多个)支撑柱115被支撑在基底101上，并且 每个梁120的两个支撑柱115远离中心放置，等距地隔开在中心线轴 线190的两侧。在该梁120的长度的中心(在支撑柱115之间)处， 微镜102附着到梁120上，从而微镜102部分的任何旋转动作将垂直 地偏转梁120。在图1A的实施例中，每个梁120通过刚性连接构件 125附着到微镜102上，所述刚性连接构件125沿着中心线轴线190 位于梁120的长度的中间。为改进梁层级的非线性阻力效应，(多个) 梁120附着到微镜的点通常应位于距转动线轴线180足够远的位置以使微镜102上的任何线性扭转力最小化。
0036当微镜102上的静电力作用于梁120时，该梁120将开始弯 曲。当梁120在中间偏转(依照梁120与电极101的关系下沉或上升) 时，挠曲力将趋向于轴向拉力。这一动态效应导致与静电力相对的平 稳连续的充分二阶非线性阻力。
0037该梁120的力一偏转特性趋向于基于偏转水平而变化。最初， 梁120作为二阶弯曲，但随着偏转增加，其转变为表现得更像一阶弯 曲。图6图示说明典型非线性支撑梁的力一偏转特性，显示从二阶支 撑到一阶支撑这种转变发生的方式。在操作中，梁120被实现以主要 在其为微镜102提供二阶支撑的范围内操作。这样，梁120的充分二 阶力 一偏转特性可有效地抵消静电力。
0038(多个)梁120的具体形状是可变的，只要每个梁120足够 薄，以便其通常表现为中心垂直加载的电缆，从而为微镜102提供非 线性支撑。梁120和微镜102之间的附着一般应位于沿梁120的长度 的中心位置，并且通常对应于中心线轴线l卯。通过使微镜102和梁 120之间的附着与电极105对准，梁120上的力可以指向单一垂线， 所以梁120上的合力主要是挠曲力。虽然不是必需的， 一般梁120关 于中心线轴线190对称以提供稳定和平衡。
0039图1A的实施例采用"8"字形的梁120。在8字形的(多个) 梁120中，两个连接的环由支撑柱115支撑在基底上，并且连接构件 125在梁120的中点处将微镜102链接到梁120，其中两个环在所述中 点处结合。只要能提供适当的非线性响应，很多其它的梁120的几何 形状是可能的。典型的直梁可以起作用，这取决于特定模拟微镜102 的设计特性(例如使用高弹性材料，从而梁120可以允许足够的偏转 来解决微镜需要倾斜的角度)。然而，在公开的实施例中常常使用弯 曲的梁120，这是因为弯曲起到调节弹性常数的作用。将梁120描述 为"弯曲"涉及使用非直线的任何大致2维的形状。例如，梁120可 以采用"S"形、抛物线"U"形、有角的"V"形或"W"形或正弦 波型。这些实例不是全部包括的，而仅用来说明可用于梁120的几何 形状的范围，并且被包括在"弯曲梁"的限定范围内。通过采用在垂直于偏转方向的平面内弯曲的梁120，公开的实施例允许有意义的微 镜倾斜的充分延长。特定的梁120的几何形状可基于需要的弹性常数 来选择。梁120的几何形状一般将取决于屈服强度和电极所提供的最 大偏转之间的互相作用。
0040如果微镜102上的静电力强制梁120偏转超过其屈服强度， 那么梁将丧失其弹性并将停止作为有效恢复力的机能。设计支撑梁 120的目标是在失效前使可用的偏转量最大化。材料选择包括对屈服 强度的选择，但是梁120的有效性也可以通过选择适当的梁的几何形 状而得以改进，从而提供适当的弹性系数。 一种技术是产生在每个给 定面积内具有增大长度的弯曲梁120。在微镜102下的可分配面积内 封装额外的长度，这使得梁120在失效前偏转更多。因此，图1A所 示的"8"字形几何形状允许比相似结构的直梁更大的梁120偏转。
0041在为(多个)梁120选择材料时，在特性上梁120应该弯曲 而不断裂或永久地(塑性)变形。材料的弹性响应为微镜102提供恢 复力。因此，弹性模量是重要的。通常，在具有类似弹簧的性质的情 况下，金属或合金可用于梁120结构。然而，作为替代，梁120可由 高弹性材料(带有低模量)构造。作为示例，梁120本质上可以是光 刻橡皮圈。使用高弹性材料将允许使用更少弯曲的梁120，或甚至直 梁120，这是因为弹性的增加可为目标微镜的倾斜角提供必需的偏转 而不失效。
0042虽然梁120的设计可以与通常用于传统DMD的一类扭转铰 链结合使用，但公开的实施例提供了完全消除扭转铰链的可能性。公 开的实施例致力于为微镜102开发非线性支撑，并因此尝试降低线性/ 扭转输入。梁120的非线性提供了静电力的更精确匹配。
0043在操作中，电压被施加于微镜102并施加于图1A实施例中 的一个电极105。所产生的静电吸引使微镜102向加电的电极105倾 斜。当微镜102倾斜时，图1A中的一个梁120在其中心处向下偏转， 而另一个梁在其中心处向上偏转。同时，这些梁120反抗微镜102上 的电极105的静电力。当梁120弯曲时，施加于它们中心的挠曲力逐 渐转换成轴向拉力，从而提供充分二阶非线性阻力响应。这允许微镜102平稳地停留在适当的角位置，在此处两个力相等，平衡地保持微 镜102而不需要接触支撑。
0044当电极105被去激活时(即没有产生静电吸引力的电压时)， 梁120表现为将微镜恢复到其中性位置。然而，实际上，在重新定向 到其下一个位置之前，微镜102不会释放回到其中性位置。相反，电 极105上的电压可以变为针对下一个目标角度的适当电平，并且由于
(多个)梁120提供适当的抵消阻力，微镜102将平稳地停止到其适 当的方向。因此，电极105的非线性静电力与(多个)梁120的非线 性挠曲力的互相作用允许有效的力平衡，这使相反的力相等以将微镜 102定位在目标角位置的宽范围中。
0045图1A的实施例可用于模拟或数字微镜。在仿真的数字模式， 其将在对应于"开"和"关"的两个设定位置间简单转换(而不是在 一系列位置之间转换微镜102的角度方向)。图2图示说明另一个公 开的实施例，这种类型更经常地用于模拟应用。当微镜102用于模拟 模式时，它们经常仅需要向一侧偏转。图2的实施例图示说明这种模 拟微镜102的设备，其中微镜102仅转向一侧。在这个实施例中，梁 120中的一个和电极105中的一个可被移除。在图2中，梁120和电 极105位于转动线轴线180的相对侧。通过移除电极105 —侧的梁层 级，电极105可以升高。在图2中，电极105位于微镜102下并且其 与微镜的距离和梁120与微镜的距离近似相等。静电吸引力随分离距 离的平方变化，所以升高电极105允许用更低的电压产生使微镜102 倾斜的静电力。更低的操作电压可允许降低用于激活模拟微镜象素的 电元件的尺寸以及相应开销。额外的电极也可以用于图2所示的实施 例，例如第二电极直接安装在基底101上升高电极105的一侧并远离 转动线轴线180。在这种配置中，电极将一同工作以通过静电力使微 镜102定向。
0046图3显示另一个实施例。这个实施例与图2中的实施例相似， 具有升高的电极105和一个梁120，但是其采用不同几何形状的梁120。 图3中的梁120通过靠在支撑柱115上端的一边并接触转动支撑150 的另一边(其对应于第二支撑柱115)而被支持在基底101上。梁120具有增加的长度，并使用近似于两个相连三角形的对称形状。这种几
何形状提供了比图2中的几何形状更小的弹性系数，从而允许针对给
定电压具有更大的倾斜角度。
0047只要梁120足够薄并如非线性电缆般被支撑，并且梁120和 微镜102之间的附着点位于偏离轴线的位置，则梁的几何形状可以变 化很大。虽然上文讨论了几种离散的几何形状，应该理解的是存在很 多其它满足所述标准的几何形状，并且也可以有效地运行。本领域技 术人员将容易意识到包括于本发明范围内的可替代设计。应该理解的 是任何涉及梁120的"非线性"一般不是指其几何形状，而是指梁120 在负载下的阻力特性，这是因为弯曲的梁和直的梁均可以提供非线性 支撑。
0048作为对上述实施例的进一步修改，微镜102和活动层级120 之间的距离可以减小。这种连接构件125高度的减小导致微镜102在 偏转过程更小的平移。例如，当模拟微镜阵列用于产生光学图像时， 减少微镜102的平移允许多个微镜间更小的间隙，由此提高对比度。
0049并且设法使转动线轴线180处的扭转效应最小化以保持有效 的非线性微镜102支撑可能是有益的。因此，采用本质上允许微镜绕 转动线轴线180自由旋转的转动支撑150可能是有用的。作为示例， 圆形的转动支撑150将有效地支撑微镜102，以使其可以适当地转动 而不引入可能妨碍梁120支撑的非线性特性的那种扭转力。作为替代， 转动支撑150可以被完全取消，从而微镜102的位置可以完全取决于 两个梁120之间的相互作用。
0050公开实施例的(多个)梁120提供的非线性支撑提供平稳的 连续非线性阻力，其可以有效地抵消非线性静电力。薄的柔性梁120 提供的阻力与偏转角(微镜102的偏转距离的平方)的大小成正比， 并且当偏转角度接近九十度时，弹性系数从零增加到梁120的拉伸刚 度。图4图示说明了作为偏转的函数的梁阻力的平稳连续非线性特性， 其有效地显示了梁120的二阶阻力特性。当梁120偏转时，负载变得 更加趋向于沿轴支撑，导致增大的刚度。如图4所示，梁120的力一 偏转特性涉及梁的偏转与反抗偏转的阻力。所以偏转的阻力随梁120偏转距离的增大而增大。正是梁120的这一力一偏转特性对微镜102 施加与静电力相反的阻力/恢复力。图6提供了关于公开的梁120的力 -偏转曲线的充分非线性特性的额外细节。
0051图5提供了由(多个)梁120提供的平稳连续非线性相反力 的额外证据，绘制了力可以通过调节施加电压被平衡在变化的倾斜角 的方式(制造公差和铰链/梁结构将确定实际倾斜角的精细度)。这种 平稳连续的非线性阻力是公开实施例的重要特点，因为其允许梁120 有效地抵消静电产生的非线性力。线性近似不能充分地匹配实施例中 非线性梁120所提供的支撑。因此公开的梁120可以极大地延迟突弹 跳变(其限制微镜102可用倾斜角的范围)的发生。由例如梁120等 非线性支撑提供的平稳连续的曲线允许精确控制并有效地达到模拟微 镜的平衡，因为(多个)梁120为微镜102提供与电极105施加于微 镜的非线性静电力相对的充分二阶非线性支撑。
0052并且有益地，梁120支撑的使用也可以有效地降低滞后，从 而提供更耐久的模拟微镜102器件。因为梁120主要经受挠曲力而不 扭转力，滞后看起来被减小。因此，上文讨论的非线性支撑可以为模 拟微镜器件提供改进的功能寿命。
0053本发明相关领域的技术人员将意识到存在很多其它的实施例 并且可对公开的示例性实施例进行各种增加、删减、代替和其它修改， 而不背离本发明所要求保护的范围。
权利要求
1.一种MEMS器件，其包含基底；微镜，其转动地安装到所述基底上，所述微镜具有由转动安装限定的转动线轴线；静电致动器，其与所述微镜以某种方式电连通，从而允许静电地使所述微镜充分地绕所述转动线轴线转动；以及柔性梁，其在所述基底上被支撑，所述梁被机械地连接到所述微镜并远离所述微镜的转动线轴线，由此所述梁的力-偏转特性与所连接的微镜机械地相互作用。
2. 根据权利要求1所述MEMS器件，其进一步包含两个支撑柱， 其中所述梁被所述两个支撑柱支撑在所述基底上。
3. 根据权利要求2所述MEMS器件，其中所述梁被连接到所述 微镜的一点，该点位于所述两个支撑柱之间。
4. 根据权利要求3所述MEMS器件，其进一步包含安装到所述 基底的两个转动支撑柱，所述转动支撑柱沿所述微镜的转动线轴线布 置，并且在所述基底上转动支撑所述微镜。
5. 根据权利要求1-4中任一权利要求所述的MEMS器件，其中所述梁是曲线形的。
6. 根据权利要求3所述MEMS器件，其中电极位于所述微镜的转 动线轴线的与所述梁相对的一侧，并且其中所述电极和所述梁与所述 微镜隔开近似相同的垂直距离。
7. 根据权利要求2或6所述MEMS器件，其进一步包含在所述基底上被支撑的第二梁，所述第二梁对称地位于所述微镜的转动线轴 线的与所述梁相对的一侧，所述第二梁连接到微镜并远离所述微镜的 转动线轴线。
8. 根据权利要求1所述MEMS器件，其中所述电致动器包含电极；并且其中所述柔性梁在所述基底上被支撑并位于所述微镜之下。
9. 根据权利要求8所述MEMS器件，其中所述梁具有实质的二 维非线性形状。
10. 根据权利要求9所述MEMS器件，其中所述梁的充分非线性 力一偏转特性在所述微镜的整个目标偏转范围内为所述微镜提供充分 连续的二阶弯曲支撑。
全文摘要
公开的实施例展现了带有转动微镜(102)的模拟MEMS器件，该转动微镜由提供非线性阻力的一个或多于一个梁支撑。电极(105)可以静电吸引微镜，而(多个)梁(120)对偏转提供阻力。当力量相等时，微镜保持在目标角。本发明实施例公开的梁支撑优于传统扭转铰链支撑(150)，这是因为本发明的梁支撑为微镜提供非线性支撑，这能更好地匹配静电力的非线性特性。
文档编号G02B26/08GK101410744SQ200780011185
公开日2009年4月15日 申请日期2007年3月22日 优先权日2006年3月31日
发明者J·J·马隆 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司