微机电设备和微型投影仪装置的制作方法

本解决方案涉及微机电设备和微型投影仪装置。

背景技术：

以已知的方式，微机电反射镜设备在便携式装置(诸如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和pda)中被使用，以用于光学应用，特别是为了利用期望的图案引导由光源生成的光辐射的束，以在远处投影图像。由于减小的尺寸，这些设备允许满足在面积和厚度方面关于空间占用的严格要求。

例如，微机电反射镜设备在小型化的投影仪装置(所谓的微型投影仪)中被使用，该小型化的投影仪装置能够在远处投影图像并且生成期望的光图案。

微机电反射镜设备通常包括反射镜结构，该反射镜结构被弹性地支撑在腔上方并且从半导体材料的主体开始而被获取，以便例如以倾斜或以离开主延伸的对应平面的旋转运动的方式而可运动，以便以期望的方式引导入射光束。

通常，要求光束沿着两个轴偏离，这可以通过单轴类型的两个微机电反射镜设备或通过双轴类型的单个微机电反射镜设备来获得。

图1a是微型投影仪1的示意图，微型投影仪1包括光源2(通常是激光光源)，该光源2生成光束，该光束通过反射镜装置3而被朝向屏幕4偏转。

在上述图1a中示意性图示的示例中，反射镜装置3包括：单轴类型的第一反射镜设备3a，其被驱动，从而以共振运动围绕第一轴(限定为“竖直轴a”)旋转，以生成快速的水平扫描；以及也是单轴类型的第二反射镜设备3b，其被驱动，从而以线性运动或准静态运动(即，以远低于共振运动的频率的频率)围绕第二轴(限定为“水平轴b”)旋转，以生成例如具有锯齿轮廓的缓慢的垂直扫描。

第一反射镜设备3a和第二反射镜设备3b协作，以用于在屏幕4上生成扫描图案，该扫描图案被示意性地图示并且在图1a中由5指定。特别地，围绕竖直轴a旋转的第一反射镜设备3a在第二反射镜设备3b上“画”一条水平线；并且围绕水平轴b旋转的第二反射镜设备3b将所投影的图像引导到屏幕4上的期望的矩形表面上。

备选地，如图1b中示意性地图示的，微型投影仪1的反射镜装置3可以包括由3c指定的二维类型的单个反射镜设备，即被控制，从而既以共振运动围绕竖直轴a旋转，又以线性运动围绕水平轴b旋转。

在任何情况下，反射镜设备的旋转都经由致动系统而被驱动，该致动系统可以是静电、电磁或压电类型的。

静电致动系统通常要求高操作电压，而电磁致动系统通常涉及高功率消耗。

因此提出了以压电方式控制扫描运动，特别地，以压电方式控制至少围绕水平轴b的准静态线性运动。

例如，在美国专利申请公开号2011/0292479中描述的反射镜设备中，悬挂框架经由具有蛇形形状的弹簧元件连接到固定结构，该弹簧元件由多个彼此并排布置的相互平行的臂构成。每个臂携带一个压电带，并且相邻的压电带被相反极性的电压偏置。鉴于压电材料的特性，这种偏置导致相邻的臂在相反方向(上向上和向下)变形，并且因此导致悬挂框架在第一方向上围绕水平轴b旋转。通过施加相反的偏置，获得在第二方向上的框架的移动，第二方向与第一方向相反。因此，可以通过向臂施加交替双极性电压来获得垂直扫描。

相似类型的致动系统可以驱动围绕垂直轴a的旋转，从而也控制水平扫描。

在欧洲专利号3178783a1中描述了另一种具有压电致动的反射镜设备。该反射镜设备具有：可倾斜结构，其围绕水平轴b旋转；固定结构；以及压电类型的致动结构，其耦合在可倾斜结构和固定结构之间。致动结构由具有螺旋形状的弹簧元件形成。弹簧元件均由多个驱动臂形成，该多个驱动臂在横向于水平轴b的方向上延伸，每个驱动臂承载由压电材料制成的相应的压电带。驱动臂被分成以相反的相位驱动的两个组，以获得可倾斜结构在相反的方向上的围绕水平轴b的旋转。

图2a至图2b是根据上述文献ep3178783的教导的反射镜设备(由10指定的)的一部分的示意图。作为示例，仅图示了属于以相反的相位驱动的上述两个组的第一驱动臂11a和第二驱动臂11b，并且还突出显示了施加到上述驱动臂中的仅一个驱动臂(在该示例中，第一驱动臂11a)的偏置电压v。

上述的第一驱动臂11a具有连接到第二驱动臂11b的第一端和连接到可倾斜结构12的第二端，该可倾斜结构在其对应的端部或边缘部分携带反射镜表面13。

如图2b中所图示的，偏置电压v的施加导致第一驱动臂11a，特别是连接到可倾斜结构12的第二端的离开水平平面(沿正交轴z)的弯曲。因此，相同的可倾斜结构12也经历对应的离开平面的位移。

鉴于可倾斜结构12的离开平面的位移的程度基本上等于驱动臂的整体弯曲，清楚了为什么弹簧元件具有被折叠成螺旋形的形状，并且具有多个驱动臂，这是为了同时使能上述位移的程度的最大化。

与具有静电致动或电磁致动的设备相比，具有压电致动的反射镜设备具有要求降低致动电压和降低功耗水平的优点。

然而，发明人已经认识到，具有压电致动的反射镜设备的已知解决方案通常对杂散的离开平面的运动(沿着正交轴z)具有高灵敏度。实际上，在其上提供压电带的驱动臂很薄并且具有很大的长度(如前所述，以便实现高位移值)，因此使得即使在低频下(即，在接近驱动运动的频率的频率处，例如在100hz左右)，也存在多种杂散模式。

此外，再次由于驱动臂的长度(以折叠配置布置)，该结构证明特别地经受沿轴z的冲击和撞击。

本领域中需要提供一种具有压电类型的致动的微机电设备，该微机电设备使得能够克服现有技术的缺点。

技术实现要素：

本公开至少解决了上述对杂散运动具有高灵敏度的技术缺点。

根据本公开的第一方面，提供了一种微机电设备，包括：固定结构，限定腔；可倾斜结构，弹性地悬挂在腔中，并且具有在水平平面中的主延伸；以及压电驱动的致动结构，压电驱动的致动结构被偏置，以用于引起可倾斜结构围绕至少第一旋转轴的旋转，第一旋转轴平行于水平平面的第一水平轴，致动结构被插入在可倾斜结构和固定结构之间；其中压电驱动的致动结构包括至少第一对驱动臂，第一对驱动臂包括压电材料的相应区域，并且第一对驱动臂通过相应的第一解耦弹性元件，在第一旋转轴的相对侧上被弹性地耦合到可倾斜结构，相应的第一解耦弹性元件关于离开水平平面的运动是刚性的，并且关于围绕第一旋转轴的扭转是顺应性的。

在一些实施例中，第一解耦弹性元件在第一旋转轴附近被耦合到可倾斜结构。

在一些实施例中，沿着与第一水平轴正交的水平平面的第二水平轴，第一解耦弹性元件至可倾斜结构的耦合点与第一旋转轴之间的距离小于耦合点与可倾斜结构的边缘端之间的相应距离。

在一些实施例中，第一解耦弹性元件是折叠类型的。

在一些实施例中，可倾斜结构通过弹性悬挂元件，在第一旋转轴处被弹性地耦合到固定结构，弹性悬挂元件关于离开水平平面的运动是刚性的，并且关于围绕第一旋转轴的扭转是顺应性的；弹性悬挂元件，沿着第一旋转轴，在可倾斜结构的相对侧的中心部分和固定结构之间延伸。

在一些实施例中，固定结构在水平平面中形成框架，框架界定并且围绕腔，并且包括在可倾斜结构的相对侧上的第一支撑元件和第二支撑元件，第一支撑元件和第二支撑元件在腔内，沿着第一旋转轴，从框架开始纵向地延伸；并且其中弹性悬挂元件在可倾斜结构与第一支撑元件和第二支撑元件中的相应的一个支撑元件之间延伸。

在一些实施例中，微机电设备还包括：第一杠杆机构，被耦合在第一支撑元件和第一对驱动臂中的第一驱动臂之间；其中第一杠杆机构包括杠杆臂，杠杆臂具有沿着第一水平轴的纵向延伸，并且具有耦合到第一驱动臂的第一端，以及通过扭转弹性元件耦合到耦合元件的第二端，耦合元件与第一支撑元件一体；以及第一对压电电阻器，形成在耦合元件处，以限定压电电阻传感器，压电电阻传感器被配置为检测可倾斜结构的位移。

在一些实施例中，微机电设备还包括：第二杠杆机构，被耦合在第一支撑元件和第一对驱动臂中的第二驱动臂之间，第二杠杆机构与第一杠杆机构相对于第一水平轴对称地布置；其中第二杠杆机构包括相应的杠杆臂，相应的杠杆臂具有沿第一水平轴的纵向延伸，并且具有耦合到第二驱动臂的相应的第一端，以及通过相应的扭转弹性元件耦合到相应的耦合元件的相应的第二端，相应的耦合元件在相对于第一杠杆机构的耦合元件的相对侧上与第一支撑元件一体；以及第二对压电电阻器，形成在相应的耦合元件处，以与第一对压电电阻器一起限定压电电阻传感器。

在一些实施例中，微机电设备还包括：导电路径，被提供在第一支撑元件处，并且被配置为根据惠斯通电桥连接方案将第一对压电电阻器和第二对压电电阻器连接在一起，并且进一步被配置为将压电电阻器连接到相关联的电接触垫；并且其中第一对压电电阻器构成惠斯通电桥的第一半桥，并且第二对压电电阻器构成惠斯通电桥的第二半桥。

在一些实施例中，第一对驱动臂具有通过相应的第一解耦弹性元件弹性地耦合到可倾斜结构的第一端，以及固定地耦合到固定结构的第二端，第二端相对于第一端纵向相对。

在一些实施例中，驱动臂具有沿着第一旋转轴的主延伸。

在一些实施例中，第一对驱动臂具有与水平平面的第二水平轴平行的主延伸，第二水平轴与第一水平轴正交。

在一些实施例中，微机电设备还包括第二对驱动臂，第二对驱动臂被布置在第一旋转轴的相对侧上，并且与第一对驱动臂相对于水平平面的第二水平轴对称地布置，第二水平轴与第一水平轴正交；第二对驱动臂承载压电材料的相应区域，并且通过相应的第二解耦弹性元件，在第一旋转轴的相对侧上并且在第一旋转轴附近被弹性地耦合到可倾斜结构，其中相应的第二解耦弹性元件关于离开水平平面的运动是刚性的，并且关于围绕第一旋转轴的扭转是顺应性的。

在一些实施例中，驱动臂具有大致c形，其中c形的主侧，在相对于第一旋转轴的可倾斜结构的相对侧上，与第一旋转轴平行地纵向延伸，并且其中c形的副侧，在相对于第二水平轴的可倾斜结构的相对侧上，与水平平面的第二水平轴平行地延伸；其中每个驱动臂在主侧处固定地耦合到固定结构，并且通过在副侧的相应的一对的解耦弹性元件被弹性地连接到可倾斜结构。

在一些实施例中，微机电设备还包括电接触垫，电接触垫由固定结构承载，并且电连接到用于压电驱动的致动结构的压电材料的区域，以便使得能够通过电偏置信号对其进行电偏置。

在一些实施例中，可倾斜结构被配置为执行围绕第一旋转轴和围绕第二旋转轴两者的旋转运动，第二旋转轴与水平平面的第二水平轴平行并且与第一水平轴正交；并且其中可倾斜结构包括：内框架，内框架在内部限定窗口，并且通过第一解耦弹性元件被弹性地耦合到驱动臂，以便被驱动以围绕第一旋转轴旋转；以及支撑元件，被容纳在窗口中，并且通过弹性元件弹性地耦合到内框架，其中弹性元件关于围绕第二旋转轴的扭转是顺应性的，支撑元件被配置为被驱动，以围绕第二旋转轴旋转；并且其中致动结构包括压电材料的另外的区域，另外的区域由驱动臂承载，并且被配置为被偏置以引起支撑元件围绕第二旋转轴以独立于内框架并从内框架解耦的方式的旋转。

在一些实施例中，可倾斜结构携带反射表面，以便提供反射镜结构。

根据本公开的第二方面，提出了一种微型投影仪装置，用于在便携式电子装置中使用的，微型投影仪装置包括：光源，光源能够被驱动，以用于基于要被生成的图像来生成光束；微机械设备；以及驱动电路，被配置为提供电驱动信号，以用于引起可倾斜结构的旋转；其中微机械设备包括：固定结构，限定腔；可倾斜结构，弹性地悬挂在腔中，并且具有在水平平面中的主延伸；以及压电致动结构，被驱动电路偏置，以用于引起可倾斜结构围绕至少第一旋转轴的旋转，第一旋转轴平行于水平平面的第一水平轴，致动结构被插入在可倾斜结构和固定结构之间；其中压电致动结构包括至少第一对驱动臂，第一对驱动臂包括压电材料的相应区域，并且第一对驱动臂通过相应的第一解耦弹性元件，在第一旋转轴的相对侧上被弹性地耦合到可倾斜结构，相应的第一解耦弹性元件关于离开水平平面的运动是刚性的，并且关于围绕第一旋转轴的扭转是顺应性的。

在一个实施例中，一种微机电设备包括：限定腔的固定结构；可倾斜结构，弹性地悬挂在该腔中，并且具有在水平平面中的主延伸；以及压电驱动的致动结构，被偏置以使该可倾斜结构围绕至少第一旋转轴旋转，该第一旋转轴平行于所述水平平面的第一水平轴，上述致动结构插入在可倾斜结构和固定结构之间；其中上述压电驱动的致动结构包括至少第一对驱动臂，该第一对驱动臂包括压电材料的相应区域，并且该第一对驱动臂通过相应的第一解耦弹性元件，在第一旋转轴的相对侧上弹性地耦合到可倾斜结构，上述相应的第一解耦弹性元件关于离开水平平面的运动是刚性的，并且关于围绕所述第一旋转轴的扭转是顺应性的。

第一对驱动臂具有通过上述相应的第一解耦弹性元件弹性地耦合到上述可倾斜结构的第一端，以及固定地耦合到所述固定结构的第二端，第二端相对于所述第一端纵向相对。上述第一对驱动臂的主延伸与所述水平平面的第二水平轴平行地定向，该第二水平轴与所述第一水平轴正交。

在一个方面，驱动臂具有大致c形，其中该c形的主侧，在相对于所述第一旋转轴的上述可倾斜结构的相对侧上，与上述第一旋转轴平行地纵向延伸，并且其中上述c形的副侧，在相对于所述第二水平轴的上述可倾斜结构的相对侧上，与上述水平平面的第二水平轴平行地延伸。每个驱动臂在上述主侧固定地耦合到该固定结构，并且通过在所述副侧的一对相应的解耦弹性元件弹性地连接到可倾斜结构。

在另一方面，第一杠杆机构被耦合在第一支撑元件和第一对的第一驱动臂之间。第一杠杆机构包括杠杆臂，该杠杆臂具有沿着上述第一水平轴的纵向延伸，并且具有耦合到上述第一驱动臂的第一端，以及通过扭转弹性元件耦合到与上述第一支撑元件一体的耦合元件的第二端。第一对压电电阻器形成在该耦合元件处，以限定压电电阻传感器，该压电电阻传感器被配置为检测所述可倾斜结构的位移。

类似地，第二杠杆机构耦合在第一支撑元件和上述第一对的第二驱动臂之间。第二杠杆机构与上述第一杠杆机构关于所述第一水平轴对称地布置。第二杠杆机构包括相应的杠杆臂，该相应的杠杆臂具有沿所述第一水平轴的纵向延伸，并且具有耦合到所述第二驱动臂的相应的第一端，以及通过相应的扭转弹性元件耦合到相应的耦合元件的相应的第二端，该相应的耦合元件在相对于所述第一杠杆机构的耦合元件的相反侧上与所述第一支撑元件一体。第二对压电电阻器形成在所述相应的耦合元件处，以与所述第一对压电电阻器一起限定所述压电电阻传感器。

根据本公开的实施例的，可以使用具有低能耗的低偏置电压来获得大的位移，同时呈现出改进的机械性能和电气性能。

附图说明

为了更好地理解本实用新型，现在仅通过非限制性示例的方式，参考附图描述本实用新型的优选实施例，其中：

图1a-图1b是具有一对单轴反射镜设备或具有单个双轴反射镜设备的相应的微型投影仪的示意图；

图2a-图2b分别以示意性俯视图和示意性侧视图示出了具有已知类型的压电致动的反射镜设备的一部分；

图3是根据本解决方案的第一实施例的微机电设备的示意性俯视图；

图4a-图4b是图3的微机电设备的示意图，具有对应的可倾斜结构的第一旋转运动；

图5a-图5b是图3的微机电设备的示意图，具有对应的可倾斜结构的第二旋转运动；

图6是根据本解决方案的另外的方面的图3的微机电设备的一部分的示意性俯视平面图；

图7a和图7b是在相应的检测运动期间，图6中所示的微机电设备的一部分的示意性截面图；

图8a是图6中所示的微机电设备中的扩散压电电阻器之间的连接的等效电路图；

图8b是图6的微机电设备的一部分的示意性俯视平面图，其示出了扩散压电电阻器之间的电连接；

图9是从soi(绝缘体上硅)晶片开始的微机电设备的可能的实施方式的截面图；

图10a和图10b示出了微机电设备的双轴实施例，分别突出显示了其围绕第一旋转轴和第二旋转轴的旋转运动；

图11是根据本解决方案的另外的实施例的微机电设备的示意性俯视平面图；

图12a-图12b是图11的微机电设备的示意图，其中对应的可倾斜结构围绕旋转轴具有第一旋转运动和第二旋转运动；

图13是根据本解决方案的又一个实施例的微机电设备的示意性俯视平面图；

图14是图13的微机电设备的示意图，其中对应的可倾斜结构围绕旋转轴旋转；

图15是使用本微电子设备的微型投影仪的框图；以及

图16和图17示出了图15的微型投影仪与便携式电子装置之间的耦合的变型。

具体实施方式

图3是根据本解决方案的第一实施例的微机电设备20(特别地，基于mems技术的反射镜设备)的示意图。

微机电设备20被形成在半导体材料(特别地，硅)的裸片中，并且被提供有可倾斜结构22，该可倾斜结构具有在水平平面xy中的主延伸并且被布置成围绕第一旋转轴旋转，该第一旋转轴平行于上述水平平面xy的第一水平轴x(例如，第一旋转轴对应于微型投影仪设备的水平旋转轴b-参见图1a)。

上述第一旋转轴表示针对微机电设备20的第一中间对称轴x。针对相同的第二微机电设备20的第二中间对称轴y与第二水平轴y平行、与第一水平轴x正交，并且利用第一水平轴x限定水平平面xy。

可倾斜结构22被悬挂在提供在裸片中的腔23上方，并且在图示的实施例中，在水平平面xy中具有大致椭圆形的形状，具有沿第二中间对称轴y布置的主轴。可倾斜结构22限定支撑结构，该支撑结构在上部承载反射表面22’，从而限定反射镜结构。

可倾斜结构22被弹性地耦合到在相同裸片中限定的固定结构24。特别地，固定结构24在水平平面xy中形成框架24’，框架24’界定上述腔23并且围绕上述腔23，而且还具有第一支撑元件25a和第二支撑元件25b，第一支撑元件25a和第二支撑元件25b在可倾斜结构22的相对侧上，从相同的框架24’开始，在腔23内沿着第一中间对称轴x纵向地延伸。

可倾斜结构22由第一支撑元件25a和第二支撑元件25b支撑，可倾斜结构22分别凭借第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b弹性地耦合到第一支撑元件25a和第二支撑元件25b，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b关于离开水平平面xy(沿着横穿水平平面xy的正交轴z)的运动具有高的刚性，并且关于围绕第一水平轴x的扭转是顺应性的。因此，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b分别在第一支撑元件25a、第二支撑元件25b与可倾斜结构22的面对侧之间，沿着第一中间对称轴x延伸，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b在对应的中心部分处被耦合到该倾斜结构22。

在图示的实施例中，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b是折叠类型的，即，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b由具有平行于第一水平轴x的纵向延伸的多个臂形成，该多个臂通过连接元件(具有平行于第二水平轴y的延伸)在末端处两两连接。

有利地，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b将可倾斜结构22耦合到固定结构24，从而使其能够围绕第一旋转轴旋转，并且关于离开平面的运动提供高的刚性，从而确保了离开水平平面xy的杂散运动的频率与围绕第一旋转轴旋转的频率之间的高比率。

微机电设备20还包括致动结构30，该致动结构30耦合到可倾斜结构22并且被配置为引起可倾斜结构22围绕第一旋转轴旋转。致动结构30被插入在可倾斜结构22和固定结构24之间，并且此外有助于将可倾斜结构22支撑在腔23上方。

致动结构30包括由第一驱动臂32a和第二驱动臂32b形成的至少一对第一对驱动臂，第一驱动臂32a和第二驱动臂32b被布置在第一中间对称轴x和第一支撑元件25a的相对侧，并且关于第一中间对称轴x和第一支撑元件25a对称，并且在这里具有平行于第一水平轴x和上述第一支撑元件25a的纵向延伸。

在图3图示的实施例中，驱动臂32a、32b具有大致梯形(或鳍状)的形状，其中平行于第二水平轴y定向的主侧固定地耦合到固定结构24的框架24’，并且平行于相同的第二水平轴y定向的副侧弹性地耦合到可倾斜结构22。

每个驱动臂32a、32b悬挂在腔23上方，并且在其上表面上(与相同的腔23相对)承载由压电材料33(例如，pzt-锆钛酸铅)制成的相应的第一区域，该第一区域在水平平面xy中具有与驱动臂32a、32b基本相同的延伸。此外，每个驱动臂32a、32b具有固定地耦合到固定结构24的框架24’的相应的第一端，以及分别借助于第一和第二解耦弹性元件34a、34b弹性地耦合到可倾斜结构22的相应的第二端。

在图示的示例中，框架24’在水平平面xy中具有基本矩形的形状，并且驱动臂32a、32b的第一端固定地耦合到相同的框架24’的具有与第二水平轴y平行(在横穿可倾斜结构22的第一旋转轴的方向上)的延伸的侧面。

上述的第一解耦弹性元件34a和第二解耦弹性元件34b关于离开水平平面xy(沿正交轴z)的运动具有高的刚性，并且关于扭转(围绕平行于第一水平轴x的旋转轴)是顺应性的。因此，第一解耦弹性元件34a和第二解耦弹性元件34b分别在第一驱动臂32a和第二驱动臂32b与面向可倾斜结构22的相同的侧之间，与第一水平轴x平行地延伸。

特别地，如上述图3中图示的，第一解耦弹性元件34a和第二解耦弹性元件34b在相应的耦合点pa、pb处耦合到可倾斜结构22，该相应的耦合点pa、pb位于在距相同的第一中间对称轴x较短的距离d处的、第一中间对称轴x附近。例如，在通常的实施例中，该距离d的范围可以在10μm至1500μm之间，而且通常可以在可倾斜结构22的主尺寸(在该示例中，沿着第二中间对称轴y)的1/10和1/2之间。

在任何情况下，相应的耦合点pa、pb与第一中间对称轴x之间的距离优选地小于(特别地，远远小于)相同的耦合点pa、pb与可倾斜结构22的端部或边缘部分(沿第二中间对称轴y考虑)之间的距离。实际上，这些耦合点pa、pb与第一旋转轴越近，可倾斜结构22的端部的竖直位移与驱动臂32a、32b的竖直位移(由压电效应引起，如在下文中详细讨论的)之间的比率越大。

在图3图示的实施例中，第一解耦弹性元件34a和第二解耦弹性元件34b也是折叠类型的；即，它们由具有平行于第一水平轴x的纵向延伸的多个臂形成，该多个臂通过连接元件(具有平行于第二水平轴y的延伸)两两连接。

在图3中图示的实施例中，上述致动结构30还包括由第三驱动臂32c和第四驱动臂32d形成的第二对驱动臂，第三驱动臂32c和第四驱动臂32d被布置在第一中间对称轴x和此时的第二支撑元件25b的相对侧，并且具有平行于第一水平轴x和上述第二支撑元件25b的纵向延伸(应当注意，第二对驱动臂32c、32d因此与第一对驱动臂32a、32b关于第二中间对称轴y对称布置)。

如针对第一对驱动臂32a、32b所讨论的，第二对的每个驱动臂32c、32d在其上表面上承载由压电材料33(例如，pzt-锆钛酸铅)制成的相应的第一区域，并且具有：相应的第一端，固定地耦合到固定结构24的框架24’；以及相应的第二端，分别借助于第三和第四解耦弹性元件34c、34d弹性地耦合到可倾斜结构22的(第三解耦弹性元件34c和第四解耦弹性元件34d关于第二中间对称轴y布置在第一解耦弹性元件34a和第二解耦弹性元件34b的相对侧)。

上述第三解耦弹性元件34c和第四解耦弹性元件334d对于离开水平平面xy(沿正交轴z)的运动也具有高的刚性，并且对于扭转(围绕平行于第一水平轴x的旋转轴)具有顺应性。

特别地，如上述图3中图示的，第三解耦弹性元件34c和第四解耦弹性元件34d因此也在相应的耦合点pc、pd处耦合到可倾斜结构22，该相应的耦合点pc、pd位于在距相同的第一旋转轴较短的距离d处的、第一旋转轴附近。而且，第三解耦弹性元件34c和第四解耦弹性元件34d也是折叠类型的。

如上述图3中示意性地图示的，微机电设备20还包括多个电接触垫38，其在框架24’处由固定结构24承载并且电连接(以图3中未详细图示的方式)到驱动臂32a-32d的压电材料33的第一区域，以使其能够通过来自机电设备20外部的电信号(例如，由在其中集成了机电设备20的电子装置的偏置设备提供)进行电偏置。

此外，微机电设备20包括压电电阻(pzr)传感器39，其被适当地布置，以便提供与可倾斜结构22围绕第一旋转轴的旋转相关联的检测信号。可以通过电接触垫38中的至少一个电接触垫，将该检测信号作为反馈提供到微机电设备20的外部，例如提供给上述偏置设备。

在图3中图示的实施例中，压电电阻传感器39(例如，通过掺杂剂原子的表面扩散)被提供在第一支撑元件25a上(然而，对于相同的压电电阻传感器39可以预期不同的布置)。

有利地，弹性悬挂元件26a、26b能够将应力传输到支撑元件25a、25b，并且因此传输到压电电阻传感器39，从而使得能够将压电电阻传感器39布置在支撑元件25a、25b上，并且因此使得能够简化到电接触垫38的电连接的布线。

在微机电设备20的操作期间，向第一驱动臂32a的压电材料33的第一区域施加偏置电压v(相对于第二驱动臂32b的压电材料33的第一区域的偏置(例如可以连接到地基准电位)具有正值)，引起围绕第一旋转轴(平行于第一水平轴)x的正角度的旋转，如图4a和图4b中所图示的。

以对应的方式，向第二驱动臂32b的压电材料33的第一区域施加偏置电压v(相对于第一驱动臂32a的压电材料33的第一区域的偏置(例如，这该情况中可以连接到地基准电位)具有正值)，引起围绕相同的第一旋转轴的负角度的对应旋转，如图5a和图5b中所图示的。

应当注意，相同的偏置电压v被施加到第一驱动臂32a和第三驱动臂32c两者的压电材料33的第一区域，并且同样地，以引起在相反方向上的旋转，相同的偏置电压v被施加到第二驱动臂32b和第四驱动臂32d两者的压电材料33的第一区域，以便以对应的方式对可倾斜结构22围绕第一旋转轴的旋转做出贡献(在另一方面，从前面的描述中可以清楚地显现)。

有利地，解耦弹性元件34a-34d将由驱动臂32a-32d的压电作用导致的沿着正交轴z的位移与可倾斜结构22沿着第一旋转轴的随后的旋转弹性地解耦。

特别地，由于解耦弹性元件34a-34d和可倾斜结构22之间的耦合点pa-pd与旋转轴接近，因此，可倾斜结构22围绕第一旋转轴的宽旋转角度对应于上述驱动臂32a-32d的离开水平平面xy的较小的位移(在另一方面，在上述图4b和图5b中突出显示)，或者对应于相同的可倾斜结构22的端部(沿第二水平轴y考虑)的离开水平平面xy的大的位移。例如，在可能的实施例中，这些位移的程度之间的比率可以等于5。

可倾斜结构22可以利用偏置电压v的低的值(例如，小于40v)达到宽的倾斜角(例如，大于10°)。

此外，最大应力量出现在将可倾斜结构22耦合到固定结构24的弹性悬挂元件26a、26b中；发明人发现可以在没有任何问题的情况下承受这种量的应力并且这种量的应力落在设计要求之内。

由发明人执行的测试和模拟表明，与已知设备相比，微机电设备20显示出改进的机械特性和电气特性。

特别地，在这种情况下，由于可倾斜结构22离开平面的移动导致的第一杂散模式具有比主模式的频率高得多的频率，主模式的频率由围绕第一旋转轴的旋转表示(例如，两个频率之间的比率大于4)，这与这些频率具有可比较的值的已知解决方案不同。

而且，也由于驱动臂32a-32d在正交轴z方向上的小的位移(与常规的解决方案相比，该位移甚至减小到十分之一)，因此微机电设备20较少地受到沿正交轴z作用的冲击(换句话说，相同的冲击导致本微机电设备20中的应力水平和离开水平平面xy的位移要比已知解决方案小得多)。

现在更详细地描述压电电阻传感器39的可能实施例，压电电阻传感器39被配置为检测可倾斜结构22围绕第一旋转轴的旋转。

发明人已经认识到，由弹性悬挂元件26a、26b传递到支撑元件25a、25b的应力可能被相同的弹性悬挂元件26a、26b的弹性特性限制，实际上，这些弹性悬挂元件26a、26b通常较薄并且是顺应性的，以确保可倾斜结构22的期望的运动范围。

因此，在图6所示的特定实施例中，提供了附加的机械放大结构(用100表示)，其被配置为使压电电阻传感器39的灵敏度最大化。

该机械放大结构100包括第一杠杆机构102，在图示的示例中，第一杠杆机构102耦合在第一支撑元件25a和第一驱动臂32a之间。

详细地，第一杠杆机构102包括杠杆臂103，该杠杆臂103具有：纵向延伸(沿第一水平轴x)；以及第一端，耦合到第一驱动臂32a，以及第二端，凭借扭转弹性元件104(在该示例中，具有沿第二水平轴y的延伸)，耦合到耦合元件105，耦合元件105被固定并且与第一支撑元件25a一体(它们构成朝向上述第一驱动臂32a的突起)。

在该耦合元件105中形成上述压电电阻传感器39的第一对扩散压电电阻器106。

在操作期间，如图7a中示意性地示出的，第一驱动臂32a的运动(由于压电材料33的相应的第一区域的偏置)确定了离开杠杆臂103的(特别地，对应的第一端，在该第一端处生成力f)水平平面xy的对应的运动(在该示例中，向上运动)。因此生成了扭转弹性元件104的扭转，在该示例中是围绕相同的扭转弹性元件104的顺时针扭转。

布置第一对的扩散压电电阻器106，以便检测由扭转弹性元件104的上述旋转产生的应力，因此该应力是可倾斜结构22的旋转的指示。特别地，第一杠杆机构102的存在有利地允许放大由扩散压电电阻器106检测的应力。

如图6中所示，有利地，机械放大结构100还包括第二杠杆机构112，此时，第二杠杆机构112耦合在相同的第一支撑元件25a与第二驱动臂32b之间，从而以与第一杠杆机构102关于第一水平轴x对称的方式布置。

以类似的方式，第二杠杆机构112包括相应的杠杆臂113，杠杆臂103具有纵向延伸(沿第一水平轴x)，以及耦合到第二驱动臂32b的第一端，以及凭借相应的扭转弹性元件114(在该示例中，具有沿第二水平轴y的延伸)耦合到相应的耦合元件115的第二端，耦合元件115被固定并且与第一支撑元件25a一体(它们构成朝向上述第二驱动臂32b的突起)；因此，耦合元件105、115关于第一水平轴x对称。

压电电阻传感器39的第二对扩散压电电阻器116在上述相应的耦合元件115处被形成。

在操作期间，并且如图7b中示意性地示出的，第二驱动臂32b的运动(由于压电材料33的相应的区域的偏置)确定了离开杠杆臂113(特别地，对应的第一端，在该第一端处生成相应的力f’)的水平平面xy的对应的运动(在该示例中，向下运动)。因此生成了第二杠杆机构112的扭转弹性元件114的扭转，在该示例中是围绕相同的扭转弹性元件114的逆时针扭转。

布置第二对的扩散压电电阻器116，以便检测由扭转弹性元件114的上述旋转产生的应力。

特别地，如图8a的等效电路图中所示，第一对的扩散压电电阻器106可以构成压电电阻传感器39的检测惠斯通电桥的前半部分(表示为120)，而第二对的扩散压电电阻器116在这种情况下可以构成相同的检测惠斯通电桥120的后半部分。

也如图8b中示意性地示出的，合适的导电路径122被形成在第一支撑元件25a中(例如，由表面金属迹线构成)，以便根据惠斯通电桥连接方案，将第一对和第二对的扩散压电电阻器106、116连接在一起，并且也以便将相同的扩散压电电阻器106、116连接到相关联的电接触垫38(这里未示出)。

特别地，第一对的扩散压电电阻器106的公共端被电连接到惠斯通电桥(在上述图8a中利用‘out+’表示))的第一输出(在该示例中为正)，而非公共端被电连接到第一偏置电压和第二偏置电压(例如，正电压bias⁺和负电压bias^-)。

类似地，第二对的扩散压电电阻器116的公共端电连接到惠斯通电桥(利用out^-表示)的第二输出(在示例中为负)，而非公共端电连接到相同的第一偏置电压和第二偏置电压(正电压bias⁺和负电压bias^-)。

有利地，检测惠斯通电桥120的完全对称两半的存在允许检测第一杠杆机构102和第二杠杆机构112的相反的位移，从而使检测和在输出处(在微机电设备20的外部)提供的对应的检测信号最大化并且对称。

电接触垫38(这里未示出)适当地耦合到上述导电路径122，导电路径122提供到相同电接触垫38的电连接的布线。

该实施例有利地允许使压电电阻传感器39的检测灵敏度最大化，从而确保对机电设备20的更有效的控制(例如，通过电子设备，在该电子设备中集成有相同的机电设备20)。

参考图9，现在说明以示例的方式提供的微机电设备20的可能实施方式的截面图，在这种情况下，微机电设备20是从由半导体材料(特别地，硅)制成的soi(绝缘体上的硅)晶圆40获得的。

以本领域技术人员清楚的方式，在soi晶圆40的有源层40a(例如，具有20μm的厚度)中，通过化学蚀刻限定可倾斜结构22、固定结构24、弹性元件34-34d和驱动臂32a-32d。再次通过化学蚀刻，在soi晶圆40的背面层40b(例如，具有140μm的厚度)和相同的soi晶圆40的电介质层40c中形成腔23。

应当注意，在用于形成腔23的蚀刻之后，在可倾斜结构22的下方，仍然存在加强元件41，加强元件41具有沿着正交轴z的延伸并且作为机械加强件操作。

在soi晶圆40的有源层40a的上表面40’上形成的是：在运动结构22上的反射表面22’，该反射表面22’由合适的材料(例如，根据投影是在可见光中还是在红外光中，铝或金制成)；并且此外，在驱动臂32a-32d上的下电极区域42，该下电极区域42由合适的导电材料制成。

压电材料33的第一区域(由pzt的薄膜构成)形成在上述下电极区域42上，并且上电极区域44形成在压电材料33的第一区域上。

在soi晶圆的有源层40a上形成由适当的电介质材料制成的钝化层45作为外盖，并且接触开口46穿过相同的钝化层45被打开，以便使得能够到达下电极区域42和上电极区域44。

然后在钝化层45上形成金属布线区域47，以便通过接触开口46接触下电极区域42和上电极区域44，而且一直延伸到相应的电接触垫38(这里未图示)。

此外，穿过上述钝化层45，形成另外的接触开口46’，以便到达扩散区域48，扩散区域48被布置在晶圆40的有源层40a的前表面40’处，该扩散区域48限定pzr传感器39。在钝化层45上形成另外的金属布线区域47’，以便通过另外的接触开口46’接触pzr传感器39，而且一直延伸到相应的电接触垫38，这里也没有图示该接触垫38。

如图9中所示，支撑晶圆(所谓的“处理晶圆”)49耦合在soi晶圆40的下方，并且在腔23下方和可运动结构22中具有凹槽49’，以使能运动结构22的旋转。

参考图10a至图10b，现在描述微机电设备20的双轴实施例，其中可倾斜结构22能够执行围绕第一旋转轴(与平行于第一水平轴x的第一中间对称轴x重合)和围绕第二旋转轴(与平行于第二水平轴y的第二中间对称轴y一致；第二旋转轴例如对应于微型投影仪装置的垂直旋转轴a；参见例如图1b)两者的旋转运动。

在这种情况下，可倾斜结构22包括内框架50，该内框架50在水平平面xy中具有例如基本矩形的形状，并且在内部限定窗口51。

内框架50以完全等同于之前参考图3所讨论的方式弹性地耦合到致动结构30的驱动臂32a-32d。因此，如之前详细描述的，通过向压电材料33的第一区域施加适当的偏置来驱动内框架50以围绕第一旋转轴旋转，这导致力f的生成(如图10a中所指示的)。

在这种情况下，可倾斜结构22还包括独特的支撑元件52，该独特的支撑元件52被容纳在窗口51中，并且凭借弹性元件54弹性地耦合到内框架50，该弹性元件54顺应于围绕第二旋转轴的扭转，并且在上部还承载反射表面22’。例如，支撑元件52在水平平面xy中具有圆形或椭圆形的形状。

如图10a中所示，在围绕第一旋转轴旋转期间，支撑元件52被固定地耦合到内框架50，以便以相同的旋转被驱动，由此引起反射表面22’的期望运动。

在这种情况下，致动结构30包括压电材料53的第二区域，该第二区域被设计成被适当地偏置以引起支撑元件52围绕第二旋转轴的旋转。如图10b中所图示的，内框架50将围绕第一旋转轴和第二旋转轴的旋转解耦。

在图示的实施例中，压电材料53的第二区域在耦合到可倾斜结构22的相应的端部处，因此在相对于压电材料33的第一区域的内部，也由驱动臂32a-32d承载。

特别地，如上述图10b中突出显示的，在这种情况下，由第一对驱动臂32a-32b或第二对驱动臂32c-32d承载的压电材料53的第二区域被偏置在相同的偏置电压v’(在合适的共振频率处)处，以便在驱动臂上生成力f，该力f通过内框架50传输，以生成支撑元件52围绕第二旋转轴的共振旋转。

以未详细描述的方式，在这种情况下，存在另外的电接触垫38，其例如再次被布置在固定结构24的框架24’上，以用于偏置压电材料53的上述第二区域。

参考图11，现在描述本解决方案的另外的实施例。

在这种情况下，微机电设备20的致动结构30仅包括一对驱动臂，其再次由32a、32b指定。

在这种情况下，这些驱动臂32a、32b通常为c形，具有：“c”形的主侧，其平行于第一水平轴x纵向延伸并且与第二中间对称轴y交叉，以及“c”形的副侧，其在关于第二中间对称轴y的可倾斜结构22的相对侧上平行于第二水平轴y延伸。

上述驱动臂32a、32b被布置在相对于第一中间对称轴x的可倾斜结构22的相对侧上，并且共同限定内窗口58，可倾斜结构22被布置在内窗口58的内部，这这种情况下，例如，可倾斜结构22在水平平面xy中具有大致矩形的形状，具有平行于第一水平轴x的主延伸。

再次，每个驱动臂32a、32b被悬挂在腔23之上，并且在其上表面上(与腔23相对)承载压电材料33(例如，pzt-锆钛酸铅)的相应的第一区域，该第一区域在水平平面xy上具有与所述驱动臂32a、32b基本相同的延伸。

在这种情况下，每个驱动臂32a、32b还沿着“c”形的所有长侧固定地耦合到固定结构24的框架24’，并且凭借弹性解耦元件的相应的对而被弹性地连接到可倾斜结构22，在“c”形的副侧：特别地，第一驱动臂32a凭借第一解耦弹性元件34a和第三解耦弹性元件34c被连接到可倾斜结构22，而第二驱动臂32b凭借第二解耦弹性元件34b和第四解耦弹性元件34c被连接到相同的可倾斜结构22。

以完全类似于之前讨论的方式，在该实施例中，上述解耦弹性元件34a-34d也在相应的耦合点pa-pd(这里未图示)处耦合到可倾斜结构22，相应的耦合点pa-pd位于在距第一旋转轴较短的距离d处、第一旋转轴(与第一中间对称轴x重合)附近。

例如，在该实施例中，解耦弹性元件34a-34d也是折叠类型的(但备选地，可以是线性类型的)。

在上述图11图示的示例中，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b(在这种情况下也将可倾斜结构22弹性连接到固定结构24)，具有线性形状，而不是折叠形状，在任何情况下，其对于离开水平平面xy的运动具有高的刚性，并且相反，其对于围绕第一水平轴x的扭转是顺应性的。

总之，关于微机电设备20的操作，也适用类似的考虑。特别地，将偏置电压v施加到由第一驱动臂32a或第二驱动臂32b承载的压电材料33的第一区域，引起可倾斜结构22围绕第一旋转轴的正向方向(如图12a中图示的)上的旋转或负方向(如图12b中图示的)上的旋转。

所描述的实施例确定了微机电设备20的不同的形状因数，这使得在可倾斜结构22具有沿第一旋转轴的主延伸的情况下(如在反射镜设备执行栅格扫描的情况下是常见的)，能够获得较小的最终尺寸。

而且，鉴于压电致动器的低数目(两个)，上述实施例可以使能电信号到电接触垫38的更方便的路由。

参考图13，现在描述本解决方案的又一实施例，其中微机电设备20的致动结构30再次包括第一对驱动臂和第二对驱动臂，在这种情况下也由32a-32b和32c-32d指定。

与之前所说明的不同，上述驱动臂32a-32d具有平行于第二水平轴y(因此在横穿可倾斜结构22的第一旋转轴的方向上)的主延伸，并且在平行于第一水平轴x的方向上具有小得多的延伸。在该示例中，驱动臂32a-32d在水平平面xy上具有基本矩形的形状。

在这种情况下，每个驱动臂32a-32d也在其上表面上(与腔23相对)承载压电材料33的相应的第一区域，并且此外还具有固定地耦合到固定结构24的框架24’的第一端，以及凭借相应的解耦弹性元件34a-34d弹性地耦合到可倾斜结构22的相应的第二端。

在该实施例中，框架24’在水平平面xy中再次具有基本矩形的形状，驱动臂32a-32d的第一端固定地耦合到所述框架24’的、具有与第一水平轴x平行(与可倾斜结构22的第一旋转轴平行)的延伸的侧面。

在上述图13图示的示例中，第一弹性悬挂元件26a和第二弹性悬挂元件26b(在这种情况下也将可倾斜结构22弹性地连接到固定结构24)，具有折叠的配置，但是在这种情况下，其关于离开水平平面xy的运动具有高的刚性，并且相反，其关于围绕第一水平轴x的扭转是顺应性的。

总之，关于微机电设备20的操作也适用类似的考虑。特别地，将偏置电压v施加到由第一和第三驱动臂32a、32c承载的压电材料33的第一区域，导致在正方向上的旋转(作为示例，如图14中所图示的)，而将偏置电压v施加到由第二和第四驱动臂32b、32d承载的压电材料33的第一区域，导致可倾斜结构22围绕第一旋转轴的在负方向上的对应的旋转(以这里未图示的方式)。

上述实施例可以有利地用于在低频率处和共振条件中实现对可倾斜结构22的驱动(代替线性或准静态驱动)。而且，该实施例使得能够减小机电设备20的尺寸。

根据前面的描述中，本解决方案的优点清楚地显现。

在任何情况下，要强调的是，在其各种实施例中，所描述的解决方案使得能够利用压电致动的优点(即，使用具有低能耗的低偏置电压来获得大的位移)，同时，与已知解决方案相比，呈现出改进的机械性能和电气性能。

实际上，微机电设备20在接近致动频率的频率处不具有(任何类型的)杂散模式。此外，与采用相同压电致动原理的已知解决方案相比，微机电设备20对沿正交轴z的应变和应力不那么敏感。

此外，如上所述，考虑到微机电结构的相同的其他特性，参考图6、图7a-图7b和图8a-图8b讨论的压电电阻传感器39的特定配置允许使检测灵敏度最大化，并且因此，使微机电设备20的可控制性(例如通过外部电子装置)最大化。

有利地，微机电设备20可以用在微型投影仪60中，该微型投影仪60被设计成在功能上耦合到便携式电子装置61，如参考图15-图17示意性图示的。

详细地，图15的微型投影仪60包括：适于生成光束63的例如激光类型的光源62；微电子设备20，用作反射镜，并且被设计成接收光束63并将其朝向屏幕或显示表面65(在微型投影仪60的外部并与之相距一定距离)引导；第一驱动电路66，被设计成向光源62提供适当的控制信号，以根据要投影的图像来生成光束63；第二驱动电路68，被设计成向微电子设备20的致动结构30提供驱动信号；以及通信接口69，被设计成从例如被包括在便携式装置61中的外部控制单元70接收关于要生成的图像的信息，该图像例如处于像素阵列的形式。该信息被发送，作为用于驱动光源62的输入。

相对于相关联的便携式装置61(例如，智能手机)，微型投影仪60可以被提供为单独并且独立的附件，如图16中图示的。在这种情况下，微型投影仪60凭借适当的电气和机械连接元件(未详细图示)耦合到便携式电子装置61。这里，微型投影仪60被提供有其自身的外壳72，该外壳72具有对来自微电子设备20的光束63透明的至少一个部分72’。微型投影仪60的外壳72以可释放的方式被耦合到便携式电子装置61的相应的外壳73。

备选地，如图17中图示的，微型投影仪60可以被集成在便携式电子装置61内并且被设置在相同的便携式电子装置61的外壳73内，在这种情况下，便携式电子设备61具有对来自微电子设备20的光束63透明的相应的部分72’。在这种情况下，微型投影仪60例如耦合到便携式电子装置61的外壳73内的印刷电路板。

最后，清楚的是，可以在不脱离如所附权利要求限定的本实用新型范围的情况下，对本文描述和示出的内容进行修改和变化。

特别地，明显的是，以与已经参考图10a-图10b详细描述的方式基本相似的方式，基于图11和图10的实施例，可以设想双轴类型的微机电设备20的另外的实施例。

此外，明显的是，关于形成微机电设备20的元件的形状，通常可以预期各种变型；例如，可倾斜结构22(和对应的反射表面22’)可以具有不同的形状。

此外，要突出的是，如前所述，弹性悬挂元件26a-26b和解耦弹性元件34a-34d可以是线性的，而不是折叠类型的，在任何情况下，弹性悬挂元件26a-26b和解耦弹性元件34a-34d对于离开水平平面xy的运动具有高的刚性，并且对于旋转是顺应性的。

另外，以与上文讨论的内容完全对应的方式，压电电阻传感器39和相关联的机械放大结构100可以被形成在第二支撑元件25b处，在这种情况下，第一杠杆机构102和第二杠杆机构112分别耦合在相同的第二支撑元件25b与第三驱动臂32c、第四驱动臂32d之间。

此外，经过适当的修改，相同的放大机械结构100也可以被应用于本解决方案的第二实施例和第三实施例(之前参考图11和图13讨论)。