飞点类型的微型投影仪的投影MEMS设备及相关制造方法技术

一种投影MEMS设备，包括：固定支撑结构(17)，其至少部分地由半导体材料制成；和若干个投影模块(M1，M2，M3)。每个投影模块包括光源(2)，该光源固定于固定支撑结构(17)；和微机电致动器(19，36，37)，该微机电致动器包括移动结构(19)并且改变移动结构相对于固定支撑结构(17)的位置。每个投影模块还包括初始光纤(20)，该初始光纤根据移动结构(19)的位置机械地耦合至移动结构(19)并且光学地耦合至光源(2)。

Projection type MEMS device for micro projector of flying spot type and related manufacturing method

A projection MEMS device includes a fixed support structure (17), at least partially made of a semiconductor material, and a plurality of projection modules (M1, M2, M3). Each projection module includes a light source (2), the light source is fixed on the fixed support structure (17); and the microelectromechanical actuator (19, 36, 37), the microelectromechanical actuator includes a movable structure (19) and change the mobile structure relative to the fixed position of the support structure (17). Each projection module further includes an initial optical fiber (20) that is mechanically coupled to the moving structure (19) in accordance with the position of the moving structure (19) and optically coupled to the light source (2).

【技术实现步骤摘要】
飞点类型的微型投影仪的投影MEMS设备及相关制造方法
本专利技术涉及一种可以例如用于形成所谓的飞点(flyingspot)类型的微型投影仪的投影MEMS设备；进一步地，本专利技术涉及相关制造方法。
技术介绍
如所已知的，目前可以获得无数光电MEMS系统，其被设计成生成图像(例如，在对应的屏幕上)并且特征是非常小的体积；这些光电MEMS系统还被称为“微型投影仪(picoprojector)”。一般而言，当前微型投影仪的体积如此之小以使得内部能够包括微型投影仪，例如，蜂窝电话。因此，微型投影仪可以形成便携式电子设备的所谓的嵌入式模块，诸如例如，便携式PC、平板电脑、手机等。微型投影仪通常包括对应的投影设备，其包括一个或多个光源，并且可以实现不同的光学技术。比如，DaweiRui等人在OpticalEngineering51(1)(2012年1月)发表的论文“Opticaldesigninilluminationsystemofdigitallightprocessingprojectorusinglaserandgradient-indexlens”描述了一种微型投影仪，其实现所谓的数字光处理(DLP)并且包括多个微反射镜。同样已知的是飞点类型的微型投影仪，其被配置成在使用中生成对应的光束，其传播方向和光谱组成分别由反射镜和一个或多个驱动电路而动态变化，以使光束可以周期性地扫描布置在一距离的屏幕，从而在其上生成图像。MasafumiIde等人在论文“Compactmultiplelaserbeamscanningmoduleforhigh-resolutionpicoprojectorapplicationsusingafibrebundlecombiner”，AdvancesinDisplayTechnologiesIV，ProceedingsofSPIE，第9005卷，90050F-1-12中提供了飞点类型的微型投影仪的示例。
技术实现思路
一般而言，飞点类型的投影系统特征在于总体尺寸小于DLP类型的投影系统的总体尺寸，这要归功于较低复杂性。这已经表示，在飞点类型的投影系统的领域中，感到特别需要提高所生成的光束的光学特点，无需降低总体尺寸。至于光束的光学特点，除其它之外，它们包括功率和发散。特别地，关于发散，并且假设正交参考系xyz，而轴线z与所发射的光束的轴线重合，已知的是，在存在平面xz中的光束的发散和yz平面中的光束的发散之间的差异的情况下，出现所谓的像散的现象；即，光束的不同成分聚焦在不同的点上，从而降低了所生成的图像的质量。因此，本专利技术的目的要提供飞点类型的微型投影仪的投影设备，其将使得能够至少部分改善光束的光学特点的一个或多个光学特点。根据本专利技术，如权利要求1和20所分别定义的，提供了投影MEMS设备和相关制造方法。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在仅通过非限制性示例并且参照附图描述其优选实施例，其中：-图1是光源的一部分的示意性透视图；-图2是本投影MEMS设备的实施例的一部分的示意性俯视图；-图3是本投影MEMS设备的实施例的一部分的示意性剖视图；-图4是本投影MEMS设备的实施例的一部分的示意性俯视图；-图5是本投影MEMS设备的实施例的一部分的示意性俯视图；-图6是本投影MEMS设备的实施例的示意性俯视图；-图7和图8是包括本投影MEMS设备的便携式装置的示意透视图；和-图9至图18是在制造过程的连续步骤期间的本投影MEMS设备的实施例的部分的示意剖视图。具体实施方式图1示出了本身已知类型的第一光源，其由第一激光二极管2形成，被配置成发射具有第一波长λ1(例如，在蓝色中，即λ1≈440nm)的电磁辐射，以下被称为第一光束B1。在本身已知方式中，第一激光二极管2由半导体材料的管芯(die)4形成，其包括例如由半导体III-V或II-VI族的二元、三元或四元合金(例如，AlGaAs或InGaN)形成的半导体本体3。半导体本体3是本身已知类型的，并且除其它之外，还包括光学活性层6，该光学活性层6具有厚度小于(例如)0.1μm的平行六面体形状并且可以用作内部发生激光生成现象的光导。纯粹通过示例，在下文中假设正交参考系xyz，被布置成使得光学活性层6平行于平面xz。进一步地，管芯4由被布置成垂直于轴线z的前刻面(facet)Fa和后刻面Fb界定。在本身已知方式中，第一激光二极管2发射从前刻面Fa开始的第一光束B1。为了简单起见，在下文中假设第一光束B1的传播轴线(由H1表示)与轴线z重合。更进一步地，在前刻面Fa上，第一光束B1形成光点SP，其在不失任何一般性的情况下，例如具有近似椭圆形，其轴线分别平行于轴线x和y并且范围可能例如介于0.5μm和3μm之间；在图1所图示的示例中，光点SP的几何中心O沿着轴线z布置。另外，在来自前刻面Fa的输出处，平面xz和yz中的第一光束B1的发散彼此明显不同，如先前所提及的，事实是可能会导致所谓的像散现象。更详细地并且在不失任何一般性的情况下，第一激光二极管2是所谓的裸芯片，即，没有封装的芯片。在这方面，再次在不失任何一般性的情况下，管芯4可以是在各自底部外延的类型的并且包括由焊料合金形成的底部区域(未图示)，该焊料合金包括例如金并且被设计成使得能够以本身已知方式将第一激光二极管2固定于外部结构的金属垫。因此，该底部区域还可以使得能够热耗散第一激光二极管2，而后者的性能随之改善。所述底部区域具有的厚度可以例如为3μm。图2(未按比例)示出了包括所谓的硅光具座(siliconopticalbench，SiOB)的投影MEMS设备10的部分，其至少部分地由半导体材料制成(例如，但不一定是硅)并且用作支撑。出于这个原因，在下文中，光具座被称为半导体支撑16。另外，半导体支撑16包括固定结构17和第一移动结构19，在图2中后者以纯粹定性方式表示(用虚线)。关于固定结构17的细节和与第一移动结构19的操作关系均未在图2中示出。投影MEMS设备10还包括第一单模光纤20和第一多模光纤22。如在下文中更详细所描述的，第一激光二极管2、第一单模光纤20和第一多模光纤22被耦合至半导体支撑16，并且光学地耦合在一起，以使第一单模光纤20被光学地布置在第一激光二极管2和第一多模光纤22之间。由此，第一光束B1相继横穿第一单模光纤20和第一多模光纤22。换言之，从第一光束B1的立场出发，第一单模光纤20和第一多模光纤22分别用作初始(initial)光纤和后续(subsequent)光纤。第一单模光纤20由第一刻面F1和第二刻面F2界定并且具有直径例如包括在2μm和8μm之间的所谓的芯(core)。进一步地，第一单模光纤20具有的长度例如包括在300μm和700μm之间。第一刻面F1面对第一激光二极管2的前刻面Fa，以使第一光束B1的至少一部分通过第一刻面F1耦合至第一单模光纤20。在这方面，为了简化起见，在下文中，耦合至第一单模光纤20的第一光束B1的一部分还被称为第一光束B1。更一般地，假定将第一激光二极管2连接至共同输出(下文所描述的)的光学路径的点，随后是第一光束B1，在这点上，要到达共同输出的第一光束B1的部分将被称为第一光束B1。换言之，光学损耗忽略不计。更详细地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影MEMS设备，包括：‑固定支撑结构(17)，至少部分地由半导体材料制成；以及‑若干个投影模块(M1，M2，M3)，每个投影模块包括：‑光源(2)，固定到所述固定支撑结构(17)；‑微机电致动器(19，36，37)，包括移动结构(19)，所述微机电致动器被配置成改变所述移动结构相对于所述固定支撑结构(17)的位置；以及‑初始光纤(20)，机械地耦合至所述移动结构(19)并且被配置成根据所述移动结构(19)的所述位置光学地耦合至所述光源(2)。

【技术特征摘要】
2016.03.18 IT 1020160000287791.一种投影MEMS设备，包括：-固定支撑结构(17)，至少部分地由半导体材料制成；以及-若干个投影模块(M1，M2，M3)，每个投影模块包括：-光源(2)，固定到所述固定支撑结构(17)；-微机电致动器(19，36，37)，包括移动结构(19)，所述微机电致动器被配置成改变所述移动结构相对于所述固定支撑结构(17)的位置；以及-初始光纤(20)，机械地耦合至所述移动结构(19)并且被配置成根据所述移动结构(19)的所述位置光学地耦合至所述光源(2)。2.根据权利要求1所述的设备，其中，每个投影模块(M1，M2，M3)的所述初始光纤(20，120，220)是单模类型的。3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，每个投影模块(M1，M2，M3)还包括具有梯度折射率的多模类型的后续光纤(22)，所述后续光纤被布置在对应的初始光纤(20)的下游，所述后续光纤还被光学耦合至所述对应的初始光纤(20)并且被机械地耦合至对应的移动结构(19)。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述后续光纤(22)被配置成作为自聚焦透镜操作。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述后续光纤(22)具有节距长度P；并且其中，所述后续光纤(22)具有等于P/4+k·P的长度，其中，k为正整数或零整数。6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述投影模块(M1，M2，M3)中的每个投影模块的所述光源(4，104，204)是裸芯片类型的。7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，每个投影模块(M1，M2，M3)的微机电致动器(19，36，37)还包括半导体材料的固定区域(36，37)，所述固定区域由所述固定支撑结构(17)形成；并且其中，每个微机电致动器(19，36，37)的所述移动结构(19)包括半导体材料的移动区域(38)，所述移动区域通过至少一个弹性可变形元件(100)被机械地耦合至所述固定支撑结构(17)；并且其中，每个投影模块(M1，M2，M3)的所述固定区域(36，37)和所述移动区域(38)能够被电性控制，以便改变所述移动区域(38)相对于所述固定区域(36，37)的位置。8.根据权利要求7所述的设备，其中，每个微机电致动器(19，36，37)的所述移动结构(19)还包括：-半导体材料的前部区域(54)，被配置成承载对应的所述初始光纤(20)；和-中间区域(42，48，63)，被布置在所述前部区域(54)和所述移动区域(38)之间，并且被配置成保持所述前部区域(54)和所述移动区域(38)固定在一起。9.根据权利要求7所述的设备，当引用权利要求3至5中的任一项时，其中，每个微机电致动器(19，36，37)的所述移动结构(19)还包括：-半导体材料的前部区域(54)，被配置成承载对应的初始光纤(20)和对应的后续光纤(22)；和-中间区域(42，48，63)，被布置在所述前部区域(54)和所述移动区域(38)之间并且被配置成保持所述前部区域(54)和所述移动区域(38)固定在一起。10.根据权利要求8或权利要求9所述的设备，其中，所述中间区域(42，48，63)包括介电材料的内部部分(42，48)、以及横向地围绕所述内部部分(42，48)的多晶硅或氮化硅的外部部分(63)。11.根据权利要求8至10中的任一项所述的设备，其中，每个微机电致动器(19，36，37)的所述固定区域(36，37)和所述移动区域(38)包括对应的梳指状细长元件(81-84，101-102)。12.根据权利要求7至11中的任一项所述的设备，还包括：半导体材料的帽(30)；并且其中，每个微机电致动器(19，36，37)的所述移动区域(38)以一距离覆盖所述帽(30)，并且能够在与所述帽的电压不同的电压下偏置。13.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述若干个投影模块(M1，M2，M3)的所述光源(4，104，204)被配置成生成对应的输入光束(B1，B2，B3)，以使所述输入光束(B1，B2，B3)在空间上相隔一距离布置，所述设备还包括分色光学结构(130)，所述分色光学结构(130)机械地耦合至所述固定支撑结构(17)并且被配置成在输入处接收所述输入光束(B1，B2，B3)并且被配置成在空间上叠加所述输入光束(B1，B2，B3)用于形成基本上单一输出光束(B4)。14.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述初始光纤(20)具有的刻面(F1)面对对应的光源(2)，所述刻面(F1)形成透镜，所述透镜被配置成增加所述对应的光源(2)和所述初始光纤(20)之间的所述耦合系数。15.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述若干个光源(4，104，204)等于三，所述三个光源被配置成分别生成在红色、绿色和蓝色中可见的电磁辐射。16.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，每个投影模块(M1，M2，M3)包括至少一个阻挡区域(72)，所述阻挡区域被配置成固...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·基亚雷蒂，F·L·格里利，R·卡尔米纳蒂，B·穆拉里，L·萨奇，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT