微机电系统（MEMS）设备及噪声消除方法与流程

本发明总体上涉及微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备，更具体地，涉及用于微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备的噪声消除方法。

背景技术：

1、微机电系统(micro-electromechanical system，mems)是一种高精度系统，用于通过结合机械、电、磁、热和/或其它物理现象在非常小的尺度上感测、控制或驱动。微机电系统(micro-electromechanical system，mems)用于生物医学应用、光学应用、声学应用等。在某些应用中，微机电系统(micro-electromechanical system，mems)配置为可移动组件，以提供高精度结果。例如，微机电系统(micro-electromechanical system，mems)的快速移动部件，包括mems振镜等光学元件用于振荡以在光学应用中可控地偏转光，例如在投影仪中，用于虚拟现实或增强现实应用。mems元件的移动会引起包含mems元件的组件或系统的振动，并且如果通过触摸感测到振动或如果振动产生可听噪声，这种振动可能会对用户造成干扰。mems元件振动是虚拟现实或增强现实设备中存在的一个特殊问题，如包含一个或多个mems元件的眼镜、护目镜或头盔，因为这样的设备往往是头戴式的，因此振动和可听噪声会更容易地被佩戴者感知。然而，应当理解，即使mems元件属于非头戴式或体戴式的设备的一部分时，因mems元件移动形成的振动和噪声也可能造成干扰，使得即使是独立的设备也可能遭受由mems元件移动形成的烦人振动或噪声。

2、现有技术会对快速移动的mems元件进行真空封装，以降低噪声到达位于快速移动微机电系统(micro-electromechanical system，mems)部件附近的人耳的可能性。然而，这种封装需要增加封装部件的尺寸并导致重量上升，这两个因素都会对用户体验产生负面影响，同时也会增加成本。此外，即使真空封装的可移动mems元件可以减少产生的可听噪声量，但由mems元件的移动引起的振动可以机械耦合到未真空封装的部件或元件，这也会产生可听噪声，并且可能导致用户感知到机械耦合振动。对于使用可移动mems元件的头戴式系统，后一个问题尤其值得关注。

3、因此，需要解决现有技术中的上述技术缺陷，以改善包括微机电系统(micro-electromechanical system，mems)部件的设备的用户体验。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是减轻在微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备中产生的振动的影响，同时消除现有技术方法的一个或多个缺点。

2、这个目的是通过独立权利要求的特征来实现的。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

3、根据第一方面，提供了一种微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备，其特征在于，包括：

4、可移动mems元件；

5、致动器，可操作以移动所述可移动mems元件；

6、控制器，用于控制所述致动器以使所述可移动mems元件实现受控移动；

7、所述设备还包括：

8、可移动噪声消除元件，所述元件布置成在所述控制器的控制下驱动，以产生反相位噪声，从而消除由可移动mems元件的振荡产生的噪声。

9、本方面的优点是可以消除由可移动mems元件的移动产生的噪声，减少噪声的影响并改善用户体验，特别是在mems设备是可穿戴设备的情况下。

10、在第一方面的mems设备的第一种可能的实现方式中，所述可移动mems元件和所述致动器构建在公共半导体衬底上。这使得它们之间的耦合更加有效，以及实现非常紧凑的结构。在第一方面本身或第一方面的第一种可能的实现方式的mems设备的第二种可能的实现方式中，所述致动器和所述可移动mems元件封装在公共密封封装中，所述可移动噪声消除元件位于所述公共密封封装的外部。任何密封封装优选抽空以形成近真空。

11、在第一方面的mems设备的第三种可能的实现方式中，所述可移动mems元件是mems结构的mems元件，所述致动器不是提供所述可移动mems元件的mems结构的元件。

12、在第一方面的第三种可能的实现方式的mems设备的第四种可能的实现方式中，所述可移动噪声消除元件和所述致动器安装在公共衬底上。所述公共衬底的使用使得可移动噪声消除元件能够有效地消除噪声，特别是更好地消除由致动器的移动产生的噪声。

13、在第一方面的第四种可能的实现方式的mems设备的第五种可能的实现方式中，所述可移动mems元件安装在所述致动器上。当mems元件安装在致动器上时，所述致动器控制所述可移动mems元件的移动。

14、在第一方面的第三种可能的实现方式的mems设备的第六种可能的实现方式中，所述致动器是压电元件。

15、在第一方面本身或第一方面的第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式的mems设备的第七种可能的实现方式中，所述可移动噪声消除元件是mems元件。

16、在第七种可能的实现方式的mems设备的第八种可能的实现方式中，当结合第一方面的第一种可能的实现方式时，所述可移动噪声消除元件也构建在所述公共半导体衬底上。当构建在公共半导体衬底上时，所述可移动噪声消除元件在mems设备中占用的空间较小。

17、在第一方面本身或根据第一方面的任一上述实现方式的mems设备的第九种可能的实现方式中，所述可移动噪声消除元件是压电元件。

18、在第九种可能的实现方式的mems设备的第十种可能的实现方式中，当与第一方面的第六种可能的实现方式相结合时，所述控制器用于向所述致动器和所述可移动噪声消除元件馈送相同的电信号，但180度异相。通过使用相同的180度异相电信号，可以减轻所述控制器的处理负担并提高噪声消除的有效性。

19、在第一方面本身或根据第一方面的第一至第九的任一上述实现方式的mems设备的第十一种可能的实现方式中，所述mems设备与换能器结合提供，所述换能器布置成向所述控制器提供从可移动mems元件产生的噪声导出的信号。

20、在第一方面的第十一种可能的实现方式的mems设备的第十二种可能的实现方式中，所述控制器用于根据从所述换能器接收的信号生成信号以驱动所述可移动噪声消除元件。

21、在第一方面本身或根据第一方面的任一上述实现方式的mems设备的第十三种可能的实现方式中，所述可移动mems元件是光学元件。

22、在第一方面的第十三种可能的实现方式的mems设备的第十四种可能的实现方式中，所述mems设备与围绕所述mems设备的隔声罩结合提供，所述隔声罩限定了光可以从所述可移动光学mems元件通过的孔。

23、在第一方面的第十四种可能的实现方式的mems设备的第十五种可能的实现方式中，所述布置使得来自所述可移动光学mems元件的噪声和来自所述可移动噪声消除元件的反相位噪声可以通过所述孔从所述隔声罩中传出，以在光从所述可移动光学mems元件穿过孔的方向上实现噪声消除。

24、在第一方面本身或根据第一方面的任一上述实现方式的mems设备的第十六种可能的实现方式中，所述可移动噪声消除元件和所述控制器还用于产生反相位噪声以消除由所述致动器的移动产生的噪声。

25、根据第二方面，提供了一种可穿戴设备，其特征在于，包括根据第一方面或其任何可能的实现方式的一个或多个mems设备。

26、在第二方面的可穿戴设备的第一种可能的实现方式中，所述可穿戴设备用于虚拟现实(virtual reality，vr)或增强现实(augmented reality，ar)显示器。所述可穿戴设备可选地包括眼镜、耳机、头盔、手表、智能手机或平板等中的至少一个。增强现实或虚拟现实显示器中的一个或多个mems设备提高了用户在使用ar/vr显示器时的体验。

27、根据第三方面，提供了一种用于微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备的噪声消除方法，所述方法包括：

28、通过向所述mems设备的致动器施加信号，以引起所述mems设备的可移动mems元件的受控移动来产生噪声；

29、将噪声消除信号施加到所述mems设备的可移动噪声消除元件，以产生反相位噪声，从而消除由所述可移动mems元件的振荡产生的噪声。

30、这种方法能够通过产生反相位噪声来消除微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备中产生的噪声。所述方法通过很好地消除由可移动mems元件产生的噪声，有助于改善用户体验。

31、在第三方面的第一种可能的实现方式中，施加于致动器的信号与施加于可移动噪声消除元件的噪声消除信号相同，但180度异相。

32、在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述方法包括：

33、使用换能器以根据所述可移动mems元件的移动产生的噪声来生成电信号；

34、处理由换能器生成的电信号，以生成施加到噪声消除元件的噪声消除信号。换能器可以根据压电效应将电信号转换为机械位移或应力。

35、根据第四方面，提供了一种制造包括噪声消除功能的微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备的方法，所述方法包括：

36、构建可移动mems元件；

37、构建可操作以移动所述可移动mems元件的mems致动器；

38、构建可驱动产生反相位噪声以消除由所述可移动mems元件振荡产生的噪声的可移动噪声消除mems元件；其中，所述三个构建操作在同一半导体衬底上执行。

39、这种方法能够构建紧凑且提供良好的噪声消除性能的mems设备。通过第四方面的方法制造的mems设备可以构建在紧凑的组件中，所述组件具有良好的噪声消除性能，使得其特别适合用于ar/vr等应用。

40、根据第五方面，提供了一种制造包括噪声消除功能的微机电系统(micro-electromechanical system，mems)设备的方法，所述方法包括：

41、将可移动mems元件耦合到可操作以移动可移动mems元件的外部致动器；

42、将所述外部致动器结合到衬底上；

43、将可移动噪声消除元件结合到衬底上，所述可移动噪声消除元件可驱动以产生反相位噪声，以消除由可移动光学mems元件的振荡产生的噪声。

44、通过第五方面的方法制成的mems设备可以构建在具有良好噪声消除性能的紧凑组件中，使得其特别适合用于ar/vr等应用。

45、在第五方面的第一种可能的实现方式中，所述衬底用于将所述外部致动器与所述可移动噪声消除元件机械解耦。

46、本发明的这些和其它方面在下面的附图和描述的一个和多个实施例中是显而易见的。