振荡结构和光学设备制造技术

本申请涉及振荡结构和光学设备。振荡结构包括限定了旋转轴的第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件以及插入在第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件之间的移动元件。移动元件、第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件位于第一平面中并且彼此不直接接触。耦合结构将移动元件、第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件机械地耦合在一起。移动元件、第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件位于不同于第一平面的第二平面中。移动元件的振荡由于第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件的扭曲而发生。由此提供具有减少的动态变形的振荡结构和包括该振荡结构的光学设备。

【技术实现步骤摘要】
振荡结构和光学设备
本技术涉及振荡结构和包括该振荡结构的光学设备。特别地，振荡结构被设计为减少属于所述振荡结构的移动(振荡)质量块的动态变形。在一个实施例中，移动质量块携带反射层并且振荡结构至少部分地形成微反射镜。
技术介绍
至少部分由半导体材料制成并使用微机电系统(MEMS)技术制造的微机械反射镜结构(或反射器)是已知的。MEMS反射器被设计为接收光束并且周期性或接近周期性地改变其传播方向。为此，MEMS反射器包括由承载反射元件的平面支撑件制成的移动元件，移动元件在空间中的位置使用合适的振荡控制信号被电控制。更具体地，在包括被设置有反射元件的相应平面支撑件的通用MEMS反射器中，控制反射元件的位置对于使得能够用落在反射镜上的光束来扫描一部分空间来说特别重要。特别地，控制反射元件的位置对于谐振MEMS反射器具有关键的重要性，其中平面支撑件在使用时基本上周期性地围绕空闲位置进行振荡。振荡频率尽可能接近平面支撑件的谐振频率，以便在每次振荡期间最大化被反射元件覆盖的角距离，从而最大化所扫描的空间部分的尺寸。高振荡频率致使平面支撑件的加速。由于平面支撑件通常是具有圆形或椭圆形状的薄层，其惯性矩和有限的刚度致使动态变形，这导致平面支撑件和反射元件的变形。特别地，已经确定的是，对于大于15kHz的振荡频率而言并且在平面支撑件的直径超过1mm的情况下，甚至反射元件的几十纳米(大于60nm)的变形也会使MEMS反射器的光学性能发生退化，从而致使投影图像中的像差。这种不希望的影响随着振荡频率的增加而增加。已知的解决方案通过增加平面支撑件的厚度来增加平面支撑件的刚度。然而，这种质量上的增加需要用于MEMS反射器的更大的致动力。其他已知的解决方案，例如在美国专利申请公开No.2007/0017994(通过引用并入)中描述的那些解决方案，使用在对应于平面支撑件边缘的多个点处被耦合到平面支撑件的锚固件来增加平面支撑件的刚性，其中锚固件和平面支撑件共面。锚固件部分地或完全地围绕平面支撑件并且增加MEMS反射器的移动部分的面积。这种类型的结构增加了MEMS反射器的制造复杂度，并且移动部分的增加面积导致了不希望的振荡阻尼，使得更难以实现高振荡频率。
技术实现思路
在本领域中需要至少部分地解决影响已知的微机械反射镜结构的问题并且提供具有减少的动态变形的振荡结构和包括该振荡结构的光学设备。根据本申请实施例的一个方面，提供一种振荡结构，该振荡结构包括：第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件，限定旋转轴，移动元件，插入在所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件之间，所述移动元件被配置为由于所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件的扭曲而绕所述旋转轴旋转，其中，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件位于第一平面上并且彼此分离，以及耦合结构，位于与所述第一平面不同的第二平面上，其中，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件通过所述耦合结构被机械地耦合在一起。在一个实施例中，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件专有地通过所述耦合结构被机械地耦合在一起。在一个实施例中，所述耦合结构的所述第二平面平行于所述第一平面并且在低于所述第一平面的高度处延伸。在一个实施例中，所述耦合结构包括环形部分，所述环形部分包含一个或多个通孔孔径。在一个实施例中，所述第一扭转弹性元件被机械地连接到所述耦合结构的第一耦合区域，其中所述第二扭转弹性元件被机械地连接到所述耦合结构的第二耦合区域，并且其中所述移动元件被机械地连接到所述耦合结构的第三耦合区域和第四耦合区域，所述第一耦合区域、所述第二耦合区域、所述第三耦合区域和所述第四耦合区域彼此间隔一定距离地延伸。在一个实施例中，所述第一耦合区域和所述第二耦合区域沿所述旋转轴延伸，并且其中所述第三耦合区域和所述第四耦合区域沿与所述旋转轴正交的相应轴延伸。在一个实施例中，所述第一耦合区域、所述第二耦合区域、所述第三耦合区域和所述第四耦合区域被布置成使得彼此之间的距离最大化。在一个实施例中，所述耦合结构包括椭圆环形部分，所述第一耦合区域、所述第二耦合区域、所述第三耦合区域和所述第四耦合区域被布置在由描述所述椭圆环形部分的椭圆的短轴和长轴形成的交叉的顶点处。在一个实施例中，所述耦合结构包括具有斜角的四边形环形部分，所述第一耦合区域、所述第二耦合区域、所述第三耦合区域和所述第四耦合区域包括描述所述四边形环形部分的四边形的长边和短边的中点。在一个实施例中，在所述第三耦合区域和所述第四耦合区域处，将所述耦合结构的周界区域布置在所述移动元件之上。在一个实施例中，在所述第三耦合区域和所述第四耦合区域处，所述耦合结构的外边缘在至少一个点处与所述中心部分的相应外边缘重合。在一个实施例中，所述耦合结构还包括在所述第二平面中位于所述第一耦合区域和所述第二耦合区域之间的支撑部分，所述支撑部分被耦合到所述移动元件。在一个实施例中，振荡结构还包括位于所述第一平面和所述第二平面之间的第三平面上的耦合接口区域，所述耦合接口区域将所述耦合结构分别与所述第一扭转弹性元件、所述第二扭转弹性元件和所述移动元件相链接。在一个实施例中，所述移动元件包含反射元件，所述振荡结构形成微反射镜。根据本申请实施例的另一方面，提供一种光学设备，所述光学设备包括上述的微反射镜。在一个实施例中，该光学设备还包括：光源，所述光源被配置为产生入射在所述反射元件上的光束，以及图像生成模块，所述图像生成模块被可操作地耦合到所述振荡结构以产生与由所述反射元件反射的光束相关联的图像的一部分。根据本申请实施例的方案，提供了具有减少的动态变形的振荡结构和包括该振荡结构的光学设备。附图说明在下文中，参考纯粹作为非限制性示例提供的优选实施例，并且参考附图进一步对本技术进行描述，其中：图1是包括被设置有反射层的振荡结构的光学投影系统的框图，图2示出根据一个实施例的MEMS器件、具体为振荡微反射镜结构，图3示出作为图2中的MEMS器件的一部分的支撑和耦合结构，图4示出根据另一个实施例的MEMS器件、具体为振荡微反射镜结构，图5至图7示出作为图2中的实施例的替代方案的支撑和耦合结构的相应实施例，图8示出图4中的振荡微反射镜结构的横截面，图9至图12示出形成图8中的振荡微反射镜结构的SOI晶圆的工作阶段的横截面。具体实施方式图1示出MEMS投影系统1，其包括例如由多个激光二极管(LD)4形成的光源2，每个激光二极管均发射对应波长处的电磁辐射。例如，图1示出了三个LD4，每个LD4在红色范围(620nm至750nm)、绿色范围(495nm至570nm)和蓝色范围(450nm至475nm)中分别发射辐射。MEMS投影系统1还包括组合器6、MEMS器件10(特别是诸如微反射镜之类的振荡结构)和屏幕8。组合器6被布置在光源2的下游，以便接收由LD4发射的电磁辐射，从而形成通过组合所述电磁辐射而获得的单个光束OB1。组合器6还被设计为将光束OB1导向MEMS器件10。下面被更详细描述的MEMS器件10又被设计为产生反射光束OB2并且将反射光束OB2发送到屏幕8，以使得能够在屏幕8上形成图像。更具体地说，MEMS器件10被设计为随时间改变反射光束OB2的轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振荡结构，其特征在于，所述振荡结构包括：第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件，限定旋转轴，移动元件，插入在所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件之间，所述移动元件被配置为由于所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件的扭曲而绕所述旋转轴旋转，其中，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件位于第一平面上并且彼此分离，以及耦合结构，位于与所述第一平面不同的第二平面上，其中，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件通过所述耦合结构被机械地耦合在一起。

【技术特征摘要】
2017.04.20 IT 1020170000436161.一种振荡结构，其特征在于，所述振荡结构包括：第一扭转弹性元件和第二扭转弹性元件，限定旋转轴，移动元件，插入在所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件之间，所述移动元件被配置为由于所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件的扭曲而绕所述旋转轴旋转，其中，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件位于第一平面上并且彼此分离，以及耦合结构，位于与所述第一平面不同的第二平面上，其中，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件通过所述耦合结构被机械地耦合在一起。2.根据权利要求1所述的振荡结构，其特征在于，所述移动元件、所述第一扭转弹性元件和所述第二扭转弹性元件专有地通过所述耦合结构被机械地耦合在一起。3.根据权利要求1所述的振荡结构，其特征在于，所述耦合结构的所述第二平面平行于所述第一平面并且在低于所述第一平面的高度处延伸。4.根据权利要求1所述的振荡结构，其特征在于，所述耦合结构包括环形部分，所述环形部分包含一个或多个通孔孔径。5.根据权利要求1所述的振荡结构，其特征在于，所述第一扭转弹性元件被机械地连接到所述耦合结构的第一耦合区域，其中所述第二扭转弹性元件被机械地连接到所述耦合结构的第二耦合区域，并且其中所述移动元件被机械地连接到所述耦合结构的第三耦合区域和第四耦合区域，所述第一耦合区域、所述第二耦合区域、所述第三耦合区域和所述第四耦合区域彼此间隔一定距离地延伸。6.根据权利要求5所述的振荡结构，其特征在于，所述第一耦合区域和所述第二耦合区域沿所述旋转轴延伸，并且其中所述第三耦合区域和所述第四耦合区域沿与所述旋转轴正交的相应轴延伸。7.根据权利要求5所述的振荡结构，其特征在于，所述第一耦合区域、所述第二耦合区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·卡尔米纳蒂，S·克斯坦蒂尼，M·卡米纳蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利,IT