MEMS设备、投射MEMS系统以及相关驱动方法技术方案

本发明专利技术涉及MEMS设备、投射MEMS系统以及相关驱动方法。一种MEMS设备，包括：固定支撑体，固定支撑体形成空腔；移动元件，移动元件悬挂在空腔上方；至少一个弹性元件，至少一个弹性元件布置在固定支撑体与移动元件之间；以及第一、第二、第三和第四压电元件，这些压电元件机械地耦合至弹性元件，弹性元件具有相对于方向对称的形状。第一和第二压电元件分别相对于第三和第四压电元件对称地布置。第一和第四压电元件被配置成用于接收第一控制信号，而第二和第三压电元件被配置成接收第二控制信号，第二控制信号相对于第一控制信号相位相反，从而使得第一至第四压电元件使弹性元件变形，结果使移动元件绕方向旋转。

MEMS device, projecting MEMS system and related driving method

The invention relates to a MEMS device, a projection MEMS system and a related driving method. A MEMS device, including a fixed support, a fixed support forming a cavity, a moving element, and a moving element hanging above the cavity; at least one elastic element, at least one elastic element arranged between the fixed support and the mobile element; and the first, second, third, and fourth piezoelectric elements, these piezoelectric elements. Mechanically coupled to the elastic element, the elastic element has a symmetrical shape relative to the direction. The first and second piezoelectric elements are symmetrically arranged with respect to the third and fourth piezoelectric elements, respectively. The first and fourth piezoelectric elements are configured to receive the first control signal, and the second and third piezoelectric elements are configured to receive the second control signal, and the second control signal is opposite to the first control signal phase, thereby causing the first to fourth piezoelectric elements to deform the elastic element, resulting in the movement of the element around the direction. Turn.

【技术实现步骤摘要】
MEMS设备、投射MEMS系统以及相关驱动方法
本专利技术涉及一种利用压电致动的所谓MEMS(微机电系统)型设备。另外，本专利技术涉及一种包括该MEMS设备的投射MEMS系统以及一种用于驱动该MESM设备的方法。
技术介绍
如已知的，现今有许多MEMS设备可用。具体地，已知所谓的MEMS反射器，该MEMS反射器被设计成用于采用周期性或准周期性的方式接收光束并改变其传播方向。出于此目的，MEMS反射器包括由反射镜形成的移动元件，这些移动元件在空间中的位置被电气地控制。为了移动反射镜，MEMS反射器通常设置有静电致动器。然而，静电致动器需要高电压，并且还呈现出有限的线性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是提供一种将至少部分地解决已知领域的缺点的MEMS设备。根据本专利技术，因此提供了一种MEMS设备、一种投射MEMS系统以及一种用于驱动MEMS设备的方法，如所附权利要求中定义的。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的方式、参照附图描述本专利技术的优选实施例，在附图中：-图1示出了投射系统的框图；-图2是去除了MEMS设备的一些部分的示意性透视图；-图3是图2中示出的MEMS设备的示意性横截面视图；-图4示出了MEMS系统的框图；-图5是图2中示出的MEMS设备的一部分在使用时的示意性透视图；-图6示出了图2中示出的MEMS设备的一些部分在使用时所经受的偏差随电压的变化而变化的曲线的示例；-图7示出了图2中示出的MEMS设备的一些部分在使用时所经受的旋转随电压的变化而变化的曲线的示例；-图8是图2中示出的MEMS设备的一部分的透视图，该部分经受放大变形。具体实施方式以下，参照MEMS设备被设计成用于以电子可控的方式反射光束并且因此包括至少一个反射镜的情况，仅通过示例的方式对本专利技术进行描述。然而，MEMS的其他使用是如下文中描述的可能设备。已经提到，图1示出了投射系统2，该投射系统包括由多个LED6形成的光源4，这多个LED中的每一个发射对应波长的电磁辐射。例如，图1中示出三个LED6，每个LED分别发射大约红色(620nm-750nm)辐射、绿色(495nm-570nm)辐射以及蓝色(450nm-475nm)辐射。投射系统2进一步包括组合器8、MEMS系统10以及屏幕12。组合器8布置在光源4的下游，以便接收由LED6发射的电磁辐射并且形成通过组合此电磁辐射而得到的单个光束OB1。组合器8还被设计成用于将光束OB1引导至MEMS系统10上。进而，下文更详细描述的MEMS系统10被设计成用于生成反射光束OB2，并且将反射光束OB2发送到屏幕12上以便使得能够在屏幕12上形成图像。详细地，MEMS系统10被设计成用于及时改变反射光束OB2的轴线在空间中的方向，以便周期性地扫描屏幕12的部分。具体地，反射光束OB2线性地扫描屏幕12的一部分(有可能扫描其全部)。如图2中所示，MEMS系统10包括MEMS设备11，该MEMS设备形成在第一裸片20中并且包括采用半导体材料(例如，硅)的固定支撑体22，该固定支撑体限定空腔24。MEMS设备11进一步包括移动体26，该移动体在其本身端部被限制于固定支撑体22并且悬挂在空腔24上方。移动体26由第一可变形致动器28和第二可变形致动器30、以及由连接在第一可变形致动器28与第二可变形致动器30之间的移动元件32形成。进而，第一可变形致动器28和第二可变形致动器30被限制于固定支撑体22。移动元件32承载平面型反射镜35，该反射镜由例如金属材料(诸如，铝)膜制成。反射镜35被固定于移动元件32，并且被设计成用于接收源自组合器8的光束OB1并且生成反射光束OB2。另外，移动元件32以及因此反射镜35被设计成用于围绕轴线H旋转，如下文中描述的。以下，仅描述第一可变形致动器28，第二可变形致动器30与第一可变形致动器28相同。另外，假定由三个轴x、y、z形成的正交参考系，使得在静止条件下，轴x与轴线H平行，而轴z与反射镜35所限定的表面垂直。详细地，第一可变形致动器28包括第一半导体部分40和第二半导体部分42，该第一半导体部分和该第二半导体部分相对于轴线H(更精确地，相对于平行于平面xz并且穿过轴线H的平面)对称地布置。另外，第一半导体部分40和第二半导体部分42形成单件半导体材料；即，它们形成充当弹簧的采用半导体材料的单片结构。更详细地，第一半导体部分40和第二半导体部分42是C形，使得由它们形成的弹簧具有平行于平面xy的环形形状。另外，第一半导体部分40和第二半导体部分42具有例如25μm的厚度。甚至更加详细地，第一可变形致动器28的第一半导体部分40包括第一细长部分44和第二细长部分46，该第一细长部分和该第二细长部分在静止条件下平行于轴y延伸相同长度并且具有平行六面体形状。实际上，第一细长部分44和第二细长部分46中的每一个具有靠近轴线H的第一端和第二端。另外，第一可变形致动器28的第一半导体部分40包括第一连接部分48，该第一连接部分也具有平行六面体形状并且平行于轴x延伸，从而将第一细长部分44和第二细长部分46的第二端连接在一起。第一可变形致动器28的第二半导体部分42包括第三细长部分50和第四细长部分52，该第三细长部分和该第四细长部分在静止条件下平行于轴y延伸，其长度等于第一细长部分44和第二细长部分46的长度，并且具有平行六面体形状。具体地，在静止条件下，第三细长部分50和第四细长部分52分别相对于第一细长部分44和第二细长部分46对称地布置。一般地，当在本说明书中引用对称时，要理解对称轴与轴线H重合，除非在别处另外指明。第三细长部分50和第四细长部分52因此具有对应的第一端，这些第一端靠近轴线H并且分别接触第一细长部分44的第一端和第二细长部分46的第一端。另外，第一可变形致动器28的第二半导体部分42包括第二连接部分54，该第二连接部分也具有平行六面体形状并且平行于轴x延伸，从而将第三细长部分50和第四细长部分52的第二端连接在一起。在静止条件下，第一连接部分48和第二连接部分54对称地布置。第一可变形致动器28的第一细长部分44和第三细长部分50因此形成第一横向元件56，该第一横向元件在静止条件下具有平行于轴y的细长形状。形成以上提到的第一细长部分44和第三细长部分50的第一端的第一横向元件56的中间部分连接到第一耦合元件60的第一端，该第一耦合元件具有平行于轴x的细长形状；第一耦合元件60的第二端固定于固定的支撑体22。第一压电元件70和第三压电元件74相对于第一横向元件56的中间部分横向交错。第一可变形致动器28的第二细长部分46和第四细长部分52形成第二横向元件62，该第二横向元件在静止条件下具有平行于轴y的细长形状。形成以上提到的第二细长部分46和第四细长部分52的第一端的第二横向元件62的中间部分连接到第二耦合元件64的第一端，该第二耦合元件具有平行于轴x的细长形状。第二耦合元件64的第二端固定于移动元件32。第二压电元件72和第四压电元件76相对于第二横向元件62的中间部分横向交错，该第二横向元件的该中间部分沿着轴线H与第一横向元件56的中间部分对准。实际上，在静止条件下，由第一半导体部分40和第二半导体部分42形成的弹簧具有从顶部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS设备，包括：‑固定支撑体(22)，所述固定支撑体形成空腔(24)；‑移动元件(32)，所述移动元件悬挂在所述空腔上方；‑至少一个弹性元件(40，42)，所述至少一个弹性元件布置在所述固定支撑体和所述移动元件之间；以及‑第一压电元件(70)、第二压电元件(72)、第三压电元件(74)和第四压电元件(76)，所述压电元件机械地耦合至所述弹性元件；其中，所述弹性元件具有相对于第一方向(H)对称的形状，所述形状限定所述弹性元件的第一部分(40)和第二部分(42)；并且其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件布置在所述第一部分上，分别相对于布置在所述第二部分上的所述第三压电元件和所述第四压电元件对称；并且其中，所述第一压电元件和所述第四压电元件被配置成用于接收第一控制信号；并且其中，所述第二压电元件和所述第三压电元件被配置成用于接收第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位相反，使得所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件使所述弹性元件变形，结果使所述移动元件相对于所述固定支撑体绕所述第一方向旋转。

【技术特征摘要】
2016.11.29 IT 1020160001210101.一种MEMS设备，包括：-固定支撑体(22)，所述固定支撑体形成空腔(24)；-移动元件(32)，所述移动元件悬挂在所述空腔上方；-至少一个弹性元件(40，42)，所述至少一个弹性元件布置在所述固定支撑体和所述移动元件之间；以及-第一压电元件(70)、第二压电元件(72)、第三压电元件(74)和第四压电元件(76)，所述压电元件机械地耦合至所述弹性元件；其中，所述弹性元件具有相对于第一方向(H)对称的形状，所述形状限定所述弹性元件的第一部分(40)和第二部分(42)；并且其中，所述第一压电元件和所述第二压电元件布置在所述第一部分上，分别相对于布置在所述第二部分上的所述第三压电元件和所述第四压电元件对称；并且其中，所述第一压电元件和所述第四压电元件被配置成用于接收第一控制信号；并且其中，所述第二压电元件和所述第三压电元件被配置成用于接收第二控制信号，所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位相反，使得所述第一压电元件、所述第二压电元件、所述第三压电元件和所述第四压电元件使所述弹性元件变形，结果使所述移动元件相对于所述固定支撑体绕所述第一方向旋转。2.根据权利要求1所述的MEMS设备，其中，所述弹性元件(40，42)具有环形形状并且包括：-第一横向部分(56)和第二横向部分(62)，所述第一横向部分和所述第二横向部分平行于第二方向(y)延伸，所述第二方向相对于所述第一方向(H)横向；以及-第一连接部分(48)和第二连接部分(54)，所述第一连接部分和所述第二连接部分中的每一个连接所述第一横向部分和所述第二横向部分的对应端部；并且其中，所述第一压电元件(70)和所述第三压电元件(74)布置在所述第一横向部分上；并且其中，所述第二压电元件(72)和所述第四压电元件(76)布置在所述第二横向部分上。3.根据权利要求2所述的MEMS设备，其中，所述第一横向部分(56)和所述第二横向部分(62)分别形成第一中间部分(I1)和第二中间部分(I2)，所述第一中间部分(I1)连接到所述固定支撑体(22)，所述第二中间部分(I2)在所述第一方向(H)上对准于所述第一中间部分并且被固定于所述移动元件(32)，所述第二中间部分被配置成用于在使用时相对于所述固定支撑体(22)旋转。4.根据权利要求2或权利要求3所述的MEMS设备，其中，在静止条件下，所述第一压电元件(70)、所述第二压电元件(72)、所述第三压电元件(74)和所述第四压电元件(76)中的每一个具有平行于所述第二方向(y)的细长形状；并且其中，所述第一压电元件和所述第三压电元件相对于所述第一中...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·普罗科皮奥，G·里科蒂，
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