CN109425981A - 微机电反射器*** - Google Patents

Abstract

一种紧凑并且稳健的微机电反射器***，其包括支承件、反射器、包括边缘点的反射器的***边缘以及包括压电致动器并且从支承件悬挂反射器的悬挂件。两对悬挂件从两个固定点被固定至支承件，使得在每对悬挂件中，成对悬挂件的第一端被固定至该对悬挂件共同的固定点。第一旋转轴与穿过两个固定点的线对准，并且将反射器分成第一反射器部分和第二反射器部分。在每对悬挂件中，一个悬挂件的第二端被耦接至第一反射器部分，并且另一悬挂件的第二端被耦接至第二反射器部分。

Description

微机电反射器***

技术领域

本公开内容涉及微机电致动的反射器***。

背景技术

微机电(MEMS)反射器可以用于在成像装置例如光检测与测距传感器(LIDAR)中。MEMS反射器是包含至少一个平面反射表面的平面元件，并且因此能够朝向周围环境反射入射光束。MEMS反射器***可以包括可以反射来自激光发射器的光束的至少一个移动反射器。附加的固定反射器或透镜可以被包括在移动反射器与环境之间的光路中。返回光束可以由反射出射光束的同一固定反射器和移动反射器向内朝光检测器反射。

图1示出了具有平面移动反射器12以及朝向其发射光束111的激光发射器11的反射器***的简化二维图。移动反射器12以其可以相对于入射光束111倾斜的方式从支承件13悬挂。反射器12被以在其倾斜的位置中的粗实线示出，并且从该位置中的平面反射器反射的光束112被以较细的实线示出。

可以通过以适当协调和定时的顺序倾斜反射器来生成图像区域的扫描。在简单扫描模式中，移动反射器12可以被布置成围绕两个正交旋转轴振荡。两个振荡都可以被同时激励并且驱动，并且镜子的最终位置是振荡模式的叠加。有利地谐振地操作振荡模式。

典型的现有技术双轴扫描器应用悬挂***，其中一组两个万向节将两个振荡模式彼此分开。例如，文献US 2015/0286048 A1公开了常规的万向节结构、利萨如(Lissajous)双轴扫描部件及其扫描频率生成方法。该部件包括快轴和慢轴、镜子、块体和支承件。镜子被设置在中心并且通过成对快轴被连接至块体，并且块体通过成对慢轴被连接至支承件。当部件由致动器驱动时，快轴以快轴谐振频率扭转，并且慢轴以慢轴谐振频率扭转，从而产生扫描投影。

万向节组占据与反射表面相同的平面区域，这意味着可用的MEMS芯片区域的较小部分仍然可用于镜子。因此，对于与反射器***的MEMS芯片的尺寸相关的解决方案，万向节悬挂不是最佳的。此外，万向节需要足够大以避免不期望的过耦接移动，但是大的万向节块体容易导致对外部振动和冲击效应的高灵敏度。万向节悬挂还表现出各种寄生模式，这进一步使结构的设计复杂化。此外，在嵌套万向节结构中，必须对外万向节弹簧轴的顶部进行与内万向节电连接的布线。通常弹簧很窄并且对过程变形敏感，这使得在它们上形成图案层非常困难。

在文献US 2012/0320379 A1中公开了一种替选解决方案，其描述了用于微镜扫描仪的偏转装置。该结构不包括万向节，而是包括惰性环绕支承件和由悬挂支架支承的镜板。在US 2012/0320379 A1中示出的悬挂支架结构接近对称，并且仅区别使得X谐振模式频率和Y谐振模式频率可以通过设计的成像帧速率(60Hz)而不同。由于制造公差在大规模生产中难以以受控方式获得这样小的尺寸差异。此外，该结构应用梳状结构来测量微镜的相位位置。这是非常低效的，因为当施加大于器件层的平面外尺寸的振幅时，垂直梳状电极表面的交叠以及因此测量的容量并不真正与运动对应。然而，在检测返回光信号的激光雷达应用中准确检测反射器的位置是非常重要的，并且需要精确地知道所检测的光束的方向。所示的悬挂结构的柔性部分也在许多方向上弯曲并且因此也容易响应于外部冲击和振动。未来的激光雷达应用可能会用于不可接受这样的敏感的车辆和其他挑战环境。此外，谐振器的支承件是不平衡的。在不平衡谐振器中，支承件结构在大振幅谐振振动中变形，这引起能量耗散并且降低谐振器Q值。

发明内容

本公开内容的目的是提供一种用于克服或至少减轻上述问题中的一些问题的装置和关联的方法。

权利要求书限定了一种微机电反射器***，其包括支承件、反射器、包括边缘点的反射器的***边缘以及包括压电致动器并且从支承件悬挂反射器的悬挂件。两对悬挂件从两个固定点被固定至支承件使得在每对悬挂件中，成对悬挂件的第一端被固定至该对悬挂件共用的固定点。第一旋转轴与穿过两个固定点的线对准，并且将反射器分成第一反射器部分和第二反射器部分。在每对悬挂件中，一个悬挂件的第二端被耦接至第一反射器部分，并且另一悬挂件的第二端被耦接至第二反射器部分。

本发明的实施方式还公开了一种包括微机电反射器***的光学器件。反射器***的特征使得实现紧凑并且稳健的器件结构。利用本发明的示例性实施方式更详细地讨论利用所公开的反射器***可实现的其他优点。

附图说明

下面将参照附图通过示例性的实施方式更详细地描述本公开内容，在附图中：

图1示出了反射器***的简化二维图；

图2示出了改进的微机电反射器***的示例；

图3示出了利萨如扫描模式；

图4示出了示例性致动和感测布置；

图5A和图5B示出了在悬挂件与边缘点之间的示例性耦接的两个细节图；

图6示出了替选的边缘耦接配置；

图7示出了具有调谐元件的配置；

图8示出了替选的反射器***配置；

图9是包括所公开的反射器***的示例性MEMS器件的示意性截面；

图10示出了在器件封装中的光学MEMS器件的方案。

具体实施方式

图2示出了以最佳方式使得平面反射器能够围绕两个正交旋转轴振荡的改进的微机电反射器***的示例。反射器***包括支承件200、反射器202和从支承件悬挂反射器的悬挂件204、206、208、210。

术语支承件200在本文中是指机械元件，该机械元件可以是包括反射器***的MEMS扫描反射器器件的部分，或者被刚性地固定至MEMS扫描反射器器件的单独元件。因此，支承件因此在此表示提供刚性的、局部惰性参考的任何元件，反射器***的其他元件可以被固定至该任何元件，或者反射器***的其他元件可以被从该任何元件悬挂。

支承件可以但不强制包括围绕反射器的框架。在反射器***的一些实施方式中，支承件是在下方的并且与反射器的器件层和悬挂件分开平面外间隙的支承层。支承件和器件层可以通过一个或更多个突出的固定点212、214来耦接。

术语反射器202在本文中是指包括反射表面的任何元件，该反射表面返回光的入射波前。反射定律表明，对于每个入射光线，入射角等于反射角并且入射方向、法线方向和反射方向是共面的。在微机电反射器***中，反射器的反射表面可以例如通过涂覆有反射涂层的硅板来实现。例如，反射涂层可以包括一个或更多个金属薄膜层，例如铝膜、银膜、金膜或铜膜。可替选地，涂层可以包括具有不同折射率的一个或更多个介质膜的堆叠体，其中膜被布置成使得该堆叠体反射光。有利地，反射表面是平面的。

从另一刚性元件悬挂的刚性元件的位置或取向具有至少一个自由度。因此术语悬挂件204、206、208、210在本文中是指将反射器202悬挂至支承件200并且在支承件与反射器之间提供至少一个自由度的机械部件。换句话说，当反射器通过悬挂件被附接至支承件时，悬挂件的部分和由悬挂件承载的反射器可以相对于支承件移动。悬挂件支承反射器的重量，但是在致动期间悬挂件还使反射器相对于支承件移动。例如，悬挂件可以是由与反射器板相同的硅衬底层形成的硅梁。

从支承件悬挂反射器的悬挂件包括压电致动器。术语致动器此处是指响应于施加至部件的电压而经历物理变形的压电部件。当用周期AC电压信号控制致动器时致动器可以用于驱动振荡移动。用于扫描MEMS反射器的弯曲压电致动器可以包括硅层，该硅层涂覆有压电层和向压电层传输电压信号的导电层。大约50μm厚的硅层是足够薄的以在施加有电压时与压电材料一起弯曲。弯曲压电致动器包括压电有源层，例如氮化铝以便于致动移动。弯曲压电致动器还可以包括在压电有源层的两侧上的金属电极层使得致动移动可以由电压信号控制。例如，电极可以由钼、铝或钛制备。

在图2的微机电反射器***中，两对悬挂件从两个固定点被固定至支承件使得在每对悬挂件中，成对悬挂件的第一端被固定至该对悬挂件共用的固定点。固定在本文中是指悬挂件的一端被牢固地放置或固定至固定点的机械地刚性连接。固定点212、214还提供了用于与悬挂件电连接的引线的路径。成对悬挂件中的悬挂件可以连接在一起，或者它们可以具有用于单独的信号控制的单独的连接。图2示出了两对悬挂件。第一对悬挂件由第一悬挂件204和第二悬挂件206形成。第二对悬挂件由第三悬挂件208和第四悬挂件210形成。第一悬挂件204的第一端和第二悬挂件206的第一端从第一固定点212被固定至支承件200。因此，第一悬挂件204的第一端和第二悬挂件206的第一端两者都被机械地耦接至相同的固定点212，这意味着第一固定点212对于第一对悬挂件204、206是共用的。对应地，第三悬挂件208的第一端和第四悬挂件210的第一端从第二固定点214被固定至支承件200。因此，第三悬挂件208的第一端和第四悬挂件210的第一端两者都被机械地耦接至相同的固定点214，这意味着第二固定点214对于第二对悬挂件208、210是共用的。

如果认为处于非致动状态的反射器的反射表面与虚拟参考平面对准，则悬挂件上的弹性悬挂件和压电致动器使得四个悬挂件的第二端能够在平面外方向上移位。可以施加这些移位以引起反射器围绕两个旋转轴振荡。第一旋转轴216与穿过两个固定点212、214的线对准。第一旋转轴216将反射器202分成第一反射器部分218和第二反射器部分220。在每对悬挂件中，一个悬挂件的第二端被耦接至第一反射器部分218中的反射器，而另一悬挂件的第二端被耦接至第二反射器部分220中的反射器。

在图2的微机电反射器***中，反射器的***边缘包括边缘点。第一边缘点222和第二边缘点224与第一旋转轴216重合。第一固定点212与第一边缘点222相邻，并且与其分开平面内间隙，使得第一边缘点可以相对于第一固定点在平面外方向上移动。第二固定点214与第二边缘点224相邻，并且与其分开平面内间隙，使得第二边缘点224还可以相对于第二固定点214在平面外方向上移动。

第三边缘点230和第四边缘点232位于第一反射器部分218的边缘中。对应地，第五边缘点234和第六边缘点236位于第二反射器部分220的边缘中。当反射器处于非致动状态时，虚拟参考平面可以被认为是由四个边缘点230、232、234、236中的任何三个确定的平面。

第一悬挂件204的第二端被耦接至第三边缘点230，并且第二悬挂件206的第二端被耦接至第五边缘点234。对应地，第三悬挂件208的第二端被耦接至第六边缘点236，并且第四悬挂件210的第二端被耦接至第四边缘点232。第三边缘点230和第四边缘点232被分开非零距离。对应地，第五边缘点234和第六边缘点236被分开非零距离。穿过第三边缘点230和第五边缘点234的线平行于穿过第四边缘点232和第六边缘点236的线。第二旋转轴240平行于穿过第三边缘点230和第四边缘点234的线，并且还平行于穿过第四边缘点232和第六边缘点236的线。第二旋转轴240穿过第三边缘点230与第四边缘点232分开的距离并且穿过第五边缘点234与第六边缘点236分开的距离。在图2中，第一旋转轴216被示出为与Y方向对准，并且第二旋转轴240被示出为与X方向对准，两者都在与附图的页面对准的虚拟参考平面中。

可以通过向在细长悬挂件204、206、208、210上延伸的细长压电致动器施加周期性AC电压来激励反射器202围绕第一振荡轴的振荡。为此，微机电反射器***通常包括控制装置(未示出)，该控制装置被电连接至悬挂件的压电致动器并且被配置成以由设计控制的方式提供操作致动器的致动电压。第一振荡模式在此是指反射器202围绕第一旋转轴216的振荡(Y模式振荡)。第二振荡模式在此是指反射器围绕第二旋转轴240的振荡(X模式振荡)。可以通过在第一悬挂件204和第四悬挂件210上施加具有相同相位的周期性致动信号来引起第一振荡模式。当致动时，悬挂件204、210的固定的第一端保持固定至它们相应的固定点212、214，但是悬挂件204、210的第二端在平面外方向上同时移位。同时，可以在第二悬挂件206和第三悬挂件208上施加相同的周期性致动信号但是处于相反的相位(相位差180度)。由此，当反射器的第二部分220被驱动成向下移动时反射器的第一部分218被驱动成向上移动，并且反之当反射器的第二部分220被驱动成向上移动时反射器的第一部分218被驱动成向下移动，导致反射器围绕第一振荡轴216的周期性振荡。

对应地，可以通过在第一悬挂件204和第二悬挂件206上施加具有相同相位的周期性致动信号来引起第二振荡模式。当致动时，悬挂件204、206的固定的第一端保持固定至它们的固定点212，但是悬挂件204、206的第二端在平面外方向上同时移位。同时，可以在第三悬挂件208和第四悬挂件210上施加相同的周期性致动信号但是处于相反的相位(相位差180度)。由此，反射器的第三边缘点230和第五边缘点234向上移动，而反射器的第四边缘点232和第六边缘点236向下移动，并且反之反射器的第三边缘点230和第五边缘点234向下移动，而反射器的第四边缘点232和第六边缘点236向上移动。这导致反射器围绕第二振荡轴240的周期性振荡。

反射器***的一般目的是确保用于实现振荡所需的功耗被优化。通过将反射器设计成以谐振模式操作来实现最大振幅响应，即使得围绕第一旋转轴的振荡和围绕第二旋转轴的振荡以它们相应的机械谐振频率发生。因此控制装置被配置成提供控制信号以第一谐振频率F1围绕第一旋转轴216的第一旋转振荡并且以第二谐振频率F2围绕第二旋转轴240的第二旋转振荡同时驱动反射器202。第一旋转轴216和第二旋转轴是正交的，因此反射器202的最终位置是第一旋转振荡和第二旋转振荡的叠加。

当入射在反射器202的反射表面上的光束被反射回来时，反射光束的方向取决于入射时反射器的位置。有利地，第一旋转振荡和第二旋转振荡被布置成定位反射器使得反射光束沿着受控扫描图案移动。图3中示出了有利的图案，图3示出了通过利用恒定频率和振幅的两个单音谐波波形致动扫描器而生成的利萨如扫描图案。换句话说，利萨如图案是由两个正交振荡模式的叠加产生的。在图2的反射器***中，两个正交模式是第一谐振频率和第二谐振频率。当第一谐振频率F1和第二谐振频率F2不同并且是共同的数值的整数倍时形成利萨如图案。图3分别示出了围绕第一旋转轴216的第一旋转振荡300(Y模式振荡)、围绕第二旋转轴240的第二旋转振荡302(X模式振荡)以及由叠加两种振荡模式产生的扫描图案304。

从图2中可以看出，利用了X模式振荡的致动。这意味着从连接第三边缘点230和第五边缘点234的线至第二旋转轴240的距离短于从第一边缘点222至第二旋转轴240的距离。由于反射器是刚性对象，所以第二旋转轴用作支点，从第一边缘点222至第二旋转轴240的距离与倍速器杠杆(第三级杠杆)的负载臂对应，并且从连接第三边缘点230和第五边缘点234的线至第二旋转轴240的距离与倍速器杠杆的力臂对应。因此，在第三边缘点230和第五边缘点234的水平处的小的平面外位移导致在第一边缘点222的水平处的更大的平面外位移。

在图2的配置中，不利用Y模式振荡。限制Y模式振荡中的偏转角的最大平面外位移发生在悬挂件的第二端中。如图3所示，这意味着在图2的配置中，X模式振荡可以具有比Y模式振荡更大的振幅。然而，这是没有问题的，因为在许多相关应用中要扫描的图像区域，例如激光雷达，通常需要在一个方向上比在另一方向上具有更大的偏转角。

如上所述，在许多应用中，能够连续地知道反射器的位置是至关重要的。在图2的配置中这可以通过感测悬挂件的实现的位移而容易地实现。为此，除了压电致动器之外，一个或更多个悬挂件，有利地全部的悬挂件可以被设置有压电检测器元件。图4示出了示例性布置，其中细长压电致动器400和压电检测元件402分别电气地延伸并且在图2的第二悬挂件206上并排地机械耦接。用于对于至压电元件的致动电压和检测电压的控制元件的电连接可以通过第一固定点212引导。

所公开的结构具有许多优点。从图2中可以明显看出，该结构的光学无效区域非常小，因为X模式振荡和Y模式振荡两者都可以用围绕器件层中的反射器的一组四个细长悬挂件来致动。利用的X模式振荡还能够实现更大的偏转角，因为在平面外方向上移动最高的部分是反射器的边缘，而不是悬挂件的边缘。X模式振荡是平衡的，并且不会对支承件产生力矩。这可以实现更高的品质因数并且因此实现良好的频率分辨。它还对环境振动并且对来自周围结构谐振的干扰提供高度免疫力，并且从而提高长期性能。平衡谐振器支承件也是更加刚性的并且提高了驱动激励力如何可以转换成镜移动的效率。

可以通过差分检测以非常精确的方式实现对位移的感测。假设第一悬挂件204被设置有第一检测元件，该第一检测元件响应于第一悬挂件的位移而生成第一检测信号S1。对应地，第二检测元件响应于第二悬挂件206的位移而生成第二检测信号S2，第三检测元件响应于第三悬挂件208的位移而生成第三检测信号S3，以及第四检测元件响应于第四悬挂件210的位移而生成第四检测信号S4。在该情况下，表示Y模式振荡的感测信号SY可以生成为：

SY＝(S1+S4)-(S2+S3)

对应地，表示X模式振荡的感测信号SX可以生成为：

SX＝(S1+S2)-(S3+S4)

在常规的解决方案中，通过电子地分开两个不同的频率信号来完成感测振荡模式。如果X模式振荡和Y模式振荡的谐振频率彼此接近，则信号的滤波变得更加复杂。滤波器的精度可能不足够并且对控制元件的电路设计提出了附加的限制。在许多重要的应用中，反射器位置的感测精度非常重要，因此通过差分检测将反射器的X模式运动与Y模式运动直接分开的可能性非常重要。

在一方面，悬挂件的第二端与悬挂件所耦接至的边缘点之间的耦接包括第一耦接弹簧，该第一耦接弹簧将悬挂件的第二端的偏转传递至平面外方向上的边缘点，并且灵活地响应在平行于第一平面的至少一个平面内方向上的悬挂件的第二端的偏转。这降低了悬挂件与反射器之间的耦接断裂的可能性，这是通过悬挂件在平面外Z方向上弯曲时其在X方向和Y方向上的缩短引起的。图2示出了提供这样的耦接的示例性结构。

图5A和图5B示出了第一悬挂件204的第二端与第三边缘点230之间的示例性耦接的两个细节图。图5A以该结构的侧视图示出，这意味着平行于虚拟参考平面(器件层的平面)的视图。图5B示出了该结构的顶视图，这意味着垂直于虚拟参考平面的视图。图5A示出了第一悬挂件的第二端的端部500、第一弯曲弹簧502和耦接元件504。图5B示出了相同的元件，以及完成与反射器的耦接的第二弯曲弹簧506。元件500、502、504的厚度(垂直于虚拟参考平面的尺寸)被设计成使得元件在平面外方向上刚性地耦接，即垂直于虚拟参考平面。这意味着第一弯曲弹簧502和耦接元件504刚性地跟随端部500在平面外方向上的运动。在图5A中所有元件500、502、504被示出成具有相同的厚度，但是这不是强制性的，只要实现刚性耦接即可。

在图5B的顶视图中可以看出，第一弯曲弹簧502和第二弯曲弹簧506比第一悬挂件的端部500和耦接元件504明显更窄(虚拟参考平面中的尺寸)。当端部500在平面外方向上移动时，其在X方向和Y方向上的投影缩短，并且因此对耦接产生张力。第一弯曲弹簧502和第二弯曲弹簧506可以在端部500与耦接元件504之间弯曲，使耦接元件围绕垂直于虚拟参考平面的轴旋转。由此，该组合弹性地响应于耦接中的张力。这显著降低了悬挂件与反射器之间的耦接断裂的风险。

通过第一悬挂件的第二端与反射器之间的耦接的细节图来在图5A和图5B中已示出了示例性结构。如图2所示，耦接也可以在一个或更多个其他悬挂件中重复。对于本领域技术人员来说，还清楚的是，可以在该范围内应用在平面外方向上提供必要刚性并且在X方向和Y方向上提供弹性的其他耦接配置。作为替选的示例，图6示出了图5的第一弹簧和第二弹簧以及耦接元件的组合已经被简单的曲折弹簧602替代的配置，该简单的曲折弹簧602将第一悬挂件的端部600耦接至反射器。曲折弹簧602足够厚以耦接反射器的边缘点604以在平面外Z方向上刚性地跟随端部600的运动，但是至少在X方向上弹性地响应端部的运动。

图2至图5中描述的结构是理想的设计，但是小型化元件实际上总是受制造公差的影响，由此，结构的实现尺寸可能偏离设计的尺寸，并且元件不按计划操作。为了克服该方面，可以将另一调谐***包括到反射器***中。调谐元件在此是指根据来自控制元件的控制信号作用于X模式振荡和/或Y模式振荡的电换能器。调谐意味着对振荡谐振器的附加致动，以改变振荡频率的方式或者抑制或者增强所实现的位移。电换能器可以是被耦接至反射器或至一个或更多个悬挂件的电容或压电换能器。图7示出了图2的结构被补充有由电换能器700、702、704、706、710和712形成的调谐元件的配置。在图7中，第一组调谐元件700、702、704、707可以应用于调谐X模式振荡和Y模式振荡两者。第二组调谐元件710、712可以应用于调谐X模式振荡。

第一组调谐元件700、702、704、706中的调谐元件可以包括被刚性地耦接成随着悬挂件移动的转子梳。在图7所示的示例中，第一组调谐元件中的每个调谐元件包括被刚性地耦接成随着相应的悬挂件移动的转子梳。例如，调谐元件700包括转子梳740，转子梳740的梳状指部在第一悬挂件204的第二端的外边缘中的区域中在远离反射器的平面内方向上突出。因此转子梳740被刚性地耦接成随着第一悬挂件204的运动而移动。转子梳延伸超过在相应的悬挂件的第二端中的外边缘长度的四分之一或更少。第一组调谐元件中的调谐元件还可以包括被固定至支承件并且因此被固定至控制元件的定子梳。例如，调谐元件700包括定子梳742，定子梳742的梳状指部在朝向反射器的平面内方向上突出并且与转子梳的梳状指部相互交叉。在定子梳740与转子梳742之间引起的电势产生在由控制元件控制的程度上的静电力。静电力作用于悬挂件的位移，并且从而作用于悬挂件的振荡频率。图7中的调谐元件的对称配置是有利的，但是可以在该范围内应用调谐元件配置的其他配置。

第二组调谐元件中的调谐元件可以包括被刚性耦接成随着反射器移动的转子梳以及被固定至固定点的定子梳。第一调谐元件710包括转子梳750，转子梳750的梳状指部被耦接成随着反射器移动，并且在远离反射器的平面内方向上突出。对应地，定子梳752被固定至第一固定点212并且其梳状指部在朝向反射器的平面内方向上突出。第二调谐元件712包括被耦接成随着反射器移动的转子梳760以及被固定至第二固定点212的定子梳762。通过固定点，定子梳可以容易地被耦接至控制元件以在相应的转子梳与定子梳之间引起受控的电势。定子梳与转子梳之间的静电力在由控制元件控制的程度上作用于反射器的位移，并且因此作用于反射器的X模式振荡。

如图7所示，与悬挂件204、206并且从而与第一组调谐元件中的调谐元件700、702、704、706的转子梳740的电连接以及与第二组调谐元件中的调谐元件710、712的定子752、762的电连接可以通过相应的固定点212、214来引导。至被固定至共用固定点212的悬挂件204、206的引线可以是分开的或共用的。至被固定至同一共用固定点212的定子梳752的引线可以与至悬挂件204、206的引线分开。

对于本领域技术人员来说，显然的是也可以在该范围内应用其他梳状结构。图8示出了到目前为止与图7的配置对应的替选反射器***。第一组调谐元件中的调谐元件700、702、704、706的转子梳从悬挂件的外边缘向外突出，并且被刚性地耦接成随着相应的悬挂件移动。定子梳、与转子梳的梳状指部相互交叉的梳状指部被定位以生成作用于相应悬挂件的必要静电力。然而，在该结构中，转子梳延伸超过相应的悬挂件的外边缘的长度的至少三分之一。图7的配置有利的是梳被定位在悬挂件的平面外运动是最大的区域中。这意味着可以使用小尺寸的调谐元件实现所需的调谐效果。另一方面，图8的调谐元件作用于悬挂件的较大部分，并且因此在较大的镜位移振幅上产生更均匀的静电力。

因此，所提出的配置使得能够容易地实现其他调谐元件。注意的是，图7和图8中所示的梳状结构是很好的示例，因为它们很简单并且还容易考虑与控制元件的必要连接。然而，对于本领域技术人员来说，可以在要求保护的范围内对配置进行修改。

本发明的实施方式还包括包含图2至图9所述的微机电反射器***的光学器件。图9是包括图2至图7所述的反射器***的示例性光学MEMS器件的示意性截面。截面是示意性的，因为一些描述的部件实际上可以位于不同的z坐标并且因此可以不存在于同一xy截面中。

该示例性器件包括具有电接触垫925的盖晶片921、包括可移动部分的SOI(绝缘体上硅)结构晶片926以及为镜板提供光学窗的玻璃盖晶片924。三个晶片921、926和924可以分别地制备并且围绕边缘彼此接合以形成反射器装置。晶片921、926以及924一起形成反射器可以振荡的腔99。

结构晶片926包括器件层922、埋氧层927以及处理层923。可以使用公知的接合减薄技术制备具有该结构的SOI晶片。可以使用本领域技术人员公知的光刻和硅蚀刻技术制备器件层922。蚀刻技术优选地是深反应离子蚀刻(DRIE)。器件层包括具有硅板98和反射涂层920的反射器。可以使用诸如真空蒸镀或溅射的薄膜沉积方法在板上形成涂层。器件层的厚度可以在几十μm的量级，并且可以考虑期望的反射器面积、倾斜角度以及谐振频率，根据需要来优化器件层的厚度。可获得范围从几μm至100μm或更多的不同的器件层厚度的SOI晶片。器件层还包括悬挂件和致动器。在图9中示意性示出了在顶部上承载压电层930的悬挂件97。

盖晶片921是包含电连接的硅晶片，可以通过该电连接操作反射器器件。盖晶片包括接触垫925、具有用于腔99的凹槽的硅衬底93以及导电通孔94。接触垫提供了连接，可以通过该连接将外部控制元件连接至反射器***的致动器、可能的感测元件和可能的调谐元件。导电通孔94可以包括从盖晶片921的掺杂的单晶硅衬底93蚀刻的掺杂的单晶硅。导电通孔可以由绝缘层95包围。绝缘层95可以例如是玻璃或二氧化硅。

图9所示的横向电接触96延伸至器件层922中的与y轴对准的压电致动器(为了清晰起见，图9未包括这些致动器)。如果寻求谐振振荡，则腔99内的气压可以低于器件周围的气压。

图10示出了包括第一元件1000和第二元件1002的封装中的光学MEMS器件的方案。第一元件1000可以包括图2的微机电反射器***，并且第二元件1002可以包括被电连接至第一元件的电路1002。电路1002可以包括微机电反射器***的控制元件。

对于本领域技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以各种方式来实现。因此，本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (12)

1.一种微机电反射器***，包括：

支承件；

反射器，所述反射器的***边缘包括边缘点；以及

悬挂件，所述悬挂件包括压电致动器并且从所述支承件悬挂所述反射器；其特征在于，

两对悬挂件从两个固定点被固定至所述支承件，使得在每对悬挂件中，成对悬挂件的第一端被固定至该对悬挂件共用的固定点；

第一旋转轴与穿过所述两个固定点的线对准，并且将所述反射器分成第一反射器部分和第二反射器部分；并且

在每对悬挂件中，一个悬挂件的第二端被耦接至所述第一反射器部分，并且另一悬挂件的第二端被耦接至所述第二反射器部分。

2.根据权利要求1所述的微机电反射器***，其特征在于，被耦接至所述悬挂件的压电致动器的控制装置，所述控制装置被配置成提供控制信号以便以第一谐振频率围绕所述第一旋转轴的第一旋转振荡并且以第二谐振频率围绕第二旋转轴的第二旋转振荡的方式同时驱动所述反射器，其中，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴是正交的，所述反射器的最终位置是所述第一旋转振荡和所述第二旋转振荡的叠加，并且所述第一谐振频率和所述第二谐振频率是不同的，并且是共同的数值的整数倍。

3.根据权利要求1或2所述的微机电反射器***，其特征在于，

所述两对悬挂件中的第一对悬挂件包括第一悬挂件和第二悬挂件，所述第一悬挂件的第一端和所述第二悬挂件的第一端从第一固定点被固定至所述支承件；

所述两对悬挂件中的第二对悬挂件包括第三悬挂件和第四悬挂件，所述第三悬挂件的第一端和所述第四悬挂件的第一端从第二固定点被固定至所述支承件；并且

所述第一旋转轴与穿过所述第一固定点和所述第二固定点的线对准。

4.根据权利要求3所述的微机电反射器***，其特征在于，

所述边缘点包括第一边缘点和第二边缘点，每个边缘点与所述第一旋转轴重合；

所述第一固定点与所述第一边缘点相邻并且分开一定间隙；并且

所述第二固定点与所述第二边缘点相邻并且分开一定间隙。

5.根据权利要求3或4所述的微机电反射器***，其特征在于，

在所述第一反射器部分的边缘中的第三边缘点和第四边缘点；以及

在所述第二反射器部分的边缘中的第五边缘点和第六边缘点，

所述第三边缘点和所述第四边缘点被分开非零距离；

所述第五边缘点和所述第六边缘点被分开非零距离；

所述第一悬挂件的第二端被耦接至所述第三边缘点；

所述第二悬挂件的第二端被耦接至所述第五边缘点；

所述第三悬挂件的第二端被耦接至所述第六边缘点；并且

所述第四悬挂件的第二端被耦接至所述第四边缘点。

6.根据权利要求5所述的微机电反射器***，其特征在于，

所述第二旋转轴平行于在由所述第四边缘点和所述第六边缘点中的至少一个、所述第三边缘点和所述第五边缘点确定的平面上的穿过所述第三边缘点和所述第五边缘点的线。

7.根据前述权利要求中任一项所述的微机电反射器***，其特征在于，

在非致动状态下，平面反射器的外表面与第一平面对准；

平行于所述第一平面的法线的方向是平面外方向；并且

至少一个悬挂件的第二端与所述悬挂件所耦接至的边缘点之间的耦接包括第一耦接弹簧，所述第一耦接弹簧将该悬挂件的第二端的偏转传递到所述平面外方向上的所述边缘点，并且灵活地响应在平行于所述第一平面的至少一个平面内方向上的该悬挂件的第二端的偏转。

8.根据前述权利要求2至7中任一项所述的微机电反射器***，其特征在于，

至少一个悬挂件包括被固定至该悬挂件以随着该悬挂件的偏转而移动的可动电极；

所述可动电极被电容性耦接至被固定在所述支承件的静止电极；并且

所述控制装置被配置成提供在所述可动电极与所述静止电极之间的受控电压。

9.根据权利要求8所述的微机电反射器***，其特征在于，

所述可动电极是可动梳状电极，并且

所述可动梳状电极的梳状指部延伸超过在相应的悬挂件的第二端中的外边缘长度的四分之一或更少。

10.根据权利要求8所述的微机电反射器***，其特征在于，

所述可动电极是可动梳状电极，并且

所述可动梳状电极的梳状指部延伸超过在相应的悬挂件的第二端中的外边缘长度的至少三分之一。

11.根据前述权利要求2至10中任一项所述的微机电反射器***，其特征在于，

所述反射器包括被固定至所述反射器以随着所述反射器偏转而移动的可动电极；

所述可动电极被电容性耦接至被固定至所述第一固定点和所述第二固定点中的一个的静止电极；并且

所述控制装置被配置成提供在所述可动电极与所述静止电极之间的受控电压。

12.一种光学器件，所述光学器件包括前述权利要求1至11中任一项所述的微机电反射器***。