Microespejo MEMS de escaneado.

Microespejo MEMS de escaneado que comprende

un cuerpo (50) del microespejo que tiene un eje de rotación y un par de barras de prolongación (56) paralelas al ejede rotación (58),

teniendo un eje X perpendicular al eje de rotación en el plano del espejo cuando el espejo está enreposo, estando definido el plano del espejo por medio de una cara del microespejo;

un armazón (60) que forma un rebaje (62) del espejo con una periferia (64) del rebaje, teniendo el armazón (60) unpar de barras opuestas (66) del armazón en la periferia (64) del rebaje a lo largo del eje de rotación (58);medios para proporcionar rigidez a la torsión al cuerpo (50) del microespejo alrededor del eje de rotación (58) ymedios para soportar el cuerpo del microespejo en el armazón que comprenden un par de barras verticales desoporte (40) conectadas, entre cada una de las barras del par de barras opuestas (66) del armazón, al cuerpo (50)del espejo a lo largo del eje de rotación (58),

caracterizado porque los medios para proporcionar la rigidez a la torsión al cuerpo del microespejo alrededor deleje de rotación comprenden un par de conjuntos (70) de barras en voladizo, estando fijado cada par de conjuntos(70) de barras en voladizo a una barra del par de barras opuestas (66) del armazón y acoplados a una barra del parde barras de prolongación (56) a través de una conexión flexible (74) que permite una deformación en la direccióndel eje X.

Microespejo MEMS de escaneado La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud provisional U.S.A. número 60/977.721, presentada el 5 de Octubre de 2007, la solicitud provisional U.S.A. número 60/977.717 presentada el 5 de Octubre de 2007 (expediente de los solicitantes número PH009047) y el documento U.S.A. provisional número 60/977.713, presentado el 5 de Octubre de 2007 (expediente de los solicitantes número PH009046) y solicitudes relacionadas.

El sector técnico de esta invención se refiere a los Sistemas microeléctricos mecánicos (MEMS) , particularmente los microespejos MEMS de escaneado.

Los microespejos MEMS de escaneado han sido desarrollados para la presentación de información visual. El microespejo MEMS de escaneado oscila en una o dos dimensiones y un láser u otro haz luminoso se refleja en la superficie del espejo. Variando el ángulo y la sincronización del haz incidente sobre la superficie del espejo se genera una imagen visual sobre una pantalla o en otra superficie, tal como una matriz de visualización bidimensional. Se utilizan números diferentes de microespejos MEMS de escaneado y de láseres para producir imágenes de colores y detalles diferentes. Son ejemplos de utilización de los microespejos MEMS de escaneado están encabezados por las pantallas en disposición superior (o “head up”) para aplicaciones automovilísticas, pantallas transportables, pantallas de proyección, pantallas para teléfonos móviles y pantallas de uso manual y escáneres de códigos de barras.

La generación presente de microespejos MEMS de escaneado incluye una placa de espejo acoplada a un armazón por medio de dos barras colineales de torsión que crean un eje de escaneado alrededor del cual gira la placa del espejo. Las barras de torsión soportan la placa del espejo y proporcionan la rigidez a la torsión requerida durante la rotación. Las barras de torsión son el único punto de acoplamiento entre la placa del espejo y el armazón, y determinan la frecuencia de resonancia del microespejo MEMS de escaneado. El microespejo MEMS de escaneado incluye asimismo un dispositivo de accionamiento para aplicar magnética o eléctricamente un par a la placa del espejo alrededor del eje de escaneado sin contacto físico con la placa del espejo. Habitualmente, el dispositivo de accionamiento acciona la placa del espejo a la frecuencia de resonancia. Los microespejos MEMS de escaneado están fabricados a base de silicio de cristal único, de material de silicio policristalino utilizando fotolitografía.

En la generación presente de microespejos MEMS de escaneado surgen problemas con la calidad de la imagen debido a movimientos no deseados del espejo y a deformación del espejo. Es deseable una alta resolución de imagen para una mejor calidad de imagen y para visualizaciones mayores. Debido a que las barras de torsión son el único punto de acoplamiento entre la placa del espejo y el armazón, las barras de torsión definen la rigidez de la suspensión en todas las direcciones, no solo la rigidez a la rotación alrededor del eje de escaneado. La forma geométrica de la barra de torsión, con la masa del espejo y el momento de inercia de la masa para la rotación correspondiente, influyen en las frecuencias de resonancia de orden elevado del sistema. Los modos de resonancia de orden elevado más importantes son el modo de balanceo fuera de plano, el modo de traslación vertical, el modo de rotación en el plano y el modo de traslación horizontal. Los modos de resonancia de balanceo fuera de plano y de traslación vertical de la generación presente de microespejos MEMS de escaneado reducen en una gran proporción la calidad de la imagen del visualizador de escaneado.

La deformación dinámica del microespejo reduce asimismo la calidad de la imagen de la pantalla del escáner. La deformación no debería ser mayor de ± A/10, en donde A es la longitud de onda más corta del láser utilizado en la aplicación de escaneado. La resolución de la imagen es proporcional al producto del ángulo de escaneado por el diámetro del microespejo. Una resolución de imagen más elevada requiere unos ángulos de escaneado mayores, los cuales incrementan la tensión en la barra de torsión, y mayores frecuencias de escaneado que incrementan la deformación dinámica del microespejo. Debido a que las barras de torsión son el único punto de acoplamiento entre la placa del espejo y el armazón, las barras de torsión deforman la placa del espejo y el microespejo.

Se debe tener en cuenta que los documentos U.S.A. 2005036196 y WO 2006/131916 dan a conocer un aparato MEMS para el escaneado con un haz óptico que comprende un espejo que funciona para llevar a cabo un movimiento de rotación a un ángulo de rotación máximo alrededor del eje de rotación del espejo, y un mecanismo de rebote que funciona para producir un efecto de rebote e invertir el movimiento de rotación. El fenómeno de rebote proporciona al espejo una respuesta lineal por tramos a la actuación por medio de fuerzas electrostáticas intrínsecamente no lineales. El mecanismo de rebote incluye un elemento escogido para impartir al sistema una rigidez global no lineal, y ha sido seleccionado entre un grupo de elementos consistentes en un dispositivo de rebote y un elemento de rigidez no lineal precurvado. En una realización, el espejo tiene un conjunto de barras desplazadas situadas en la parte inferior del espejo, desplazadas de la superficie superior. En la misma, los mecanismos de rebote están formados por medio de barras elásticas curvadas que conectan las barras desplazadas para peinar los elementos de accionamiento del rotor. Las barras elásticas tienen una rigidez no lineal diseñada para transformar el movimiento inducido por los dispositivos de accionamiento del peine en un movimiento lineal del espejo.

Se debe tener en cuenta además que el documento U.S.A.20050046504 da a conocer un elemento de microoscilación que incluye una sección de oscilación y un armazón. La sección de oscilación está dotada con una superficie de espejo y está conectada al armazón a través de un primer y un segundo resortes trapezoidales. La sección de oscilación está situada entre el primer resorte y el segundo resorte. Cada uno del primer resorte y del segundo resortes se pueden deformar a lo largo con la oscilación de la sección de oscilación.

Se debe tener en cuenta además que el documento U.S.A.20050088715 da a conocer un dispositivo de accionamiento del tipo que utiliza un sistema de vibración con dos grados de libertad que incluye una primera parte de masa, una segunda parte de masa, un par de partes de soporte, por lo menos, un par de primeras partes elásticas de conexión que conectan la primera parte de masa a la parte de soporte, de tal modo que la primera parte de masa puede girar con respecto a la parte de soporte y, por lo menos, un par de segundas partes elásticas de conexión que conectan la segunda parte de masa a la primera parte de masa, de tal modo que la segunda parte de masa puede girar con respecto a la primera parte de masa. La primera parte de masa es accionada por medio de la aplicación de una tensión alterna que hace que la segunda parte de masa gire, y la frecuencia de la tensión alterna se establece de tal manera que sea sustancialmente la misma que una frecuencia inferior de resonancia, de las frecuencias de resonancia del sistema de vibración de dos grados de libertad al que resuenan la primera parte de masa y la segunda parte de masa. Esto hace posible proporcionar un dispositivo de accionamiento capaz de funcionar a gran velocidad y a una baja tensión, y alcanzar un gran ángulo de rotación.

Se debe tener en cuenta además que el documento U.S.A.5661591 da a conocer un modulador espacial de la luz que puede funcionar en el modo analógico para la dirección de haces luminosos o para aplicaciones de escaneado. El modulador de la luz comprende una serie de espejos que pueden ser desviados, soportado cada uno de ellos por medio de una articulación de torsión que termina a lo largo de un eje de torsión. Además está dispuesta una serie de pliegues articulados para soportar los extremos del espejo y proporcionar una fuerza de recuperación. La combinación de las articulaciones de torsión y los pliegues articulados consigue un píxel desviable que puede funcionar dentro de la gama lineal para una amplia gama de tensiones de dirección. Asimismo, los pliegues articulados mantienen un estado plano, sin desviaciones, cuando no se aplica ninguna tensión de dirección, e impiden que el píxel se colapse. El píxel se puede reforzar, por ejemplo alrededor de su perímetro, para garantizar la planitud del espejo e impedir su deformación, incluso durante desviaciones extremas del espejo.

CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN... [Seguir leyendo]

1. Microespejo MEMS de escaneado que comprende un cuerpo (50) del microespejo que tiene un eje de rotación y un par de barras de prolongación (56) paralelas al eje de rotación (58) , teniendo un eje X perpendicular al eje de rotación en el plano del espejo cuando el espejo está en reposo, estando definido el plano del espejo por medio de una cara del microespejo;

un armazón (60) que forma un rebaje (62) del espejo con una periferia (64) del rebaje, teniendo el armazón (60) un 10 par de barras opuestas (66) del armazón en la periferia (64) del rebaje a lo largo del eje de rotación (58) ;

medios para proporcionar rigidez a la torsión al cuerpo (50) del microespejo alrededor del eje de rotación (58) y

medios para soportar el cuerpo del microespejo en el armazón que comprenden un par de barras verticales de 15 soporte (40) conectadas, entre cada una de las barras del par de barras opuestas (66) del armazón, al cuerpo (50) del espejo a lo largo del eje de rotación (58) ,

caracterizado porque los medios para proporcionar la rigidez a la torsión al cuerpo del microespejo alrededor del eje de rotación comprenden un par de conjuntos (70) de barras en voladizo, estando fijado cada par de conjuntos (70) de barras en voladizo a una barra del par de barras opuestas (66) del armazón y acoplados a una barra del par de barras de prolongación (56) a través de una conexión flexible (74) que permite una deformación en la dirección del eje X.

2. Sistema de microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 1, que comprende además medios (90) 25 para acoplar elásticamente el cuerpo (50) del microespejo a los medios (70) que proporcionan rigidez a la torsión.

3. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo de accionamiento (40) conectado de forma operativa al cuerpo (50) del espejo para proporcionar un par alrededor del eje de rotación (58) .

4. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 3, en el que el dispositivo de accionamiento (40) comprende:

un primer peine (82) del espejo acoplado a una barra del par de barras de prolongación (56) ; 35 un segundo peine (82) del espejo acoplado a la otra barra del par de barras de prolongación (56) ;

un primer peine (84) del armazón y un segundo peine (84) del armazón acoplados al armazón (60) ; en el que las púas (100) del peine del primer peine (82) del espejo están intercaladas con púas (110) del peine del primer peine 40 (84) del armazón, y púas (100) del peine del segundo peine (82) del espejo están intercaladas con púas (110) del peine del segundo peine (84) del armazón.

5. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 4, en el que el primer peine (82) del espejo tiene una primera parte eléctrica (102) y una segunda parte eléctrica (104) , estando separadas la primera parte eléctrica (102) 45 y la segunda parte eléctrica (104) por una capa aislante (106) .

6. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 1, en el que la frecuencia natural del cuerpo (50) del espejo está sustancialmente determinada por medio del par de conjuntos (70) de barras en voladizo.

7. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 1, en el que la frecuencia natural del cuerpo (50) del espejo es sustancialmente independiente del par de barras verticales de soporte (40) .

8. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 1, en el que cada una de las barras del par de barras verticales de soporte (40) tiene una sección transversal rectangular con el eje largo de la sección transversal 55 rectangular perpendicular al cuerpo (50) del espejo.

9. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 1, que comprende además resortes de lámina (90) acoplados entre cada uno del par de conjuntos (70) de barras en voladizo y el cuerpo (50) del espejo.

10. Microespejo MEMS de escaneado, según la reivindicación 9, en el que la forma de los resortes de lámina (90) está seleccionada entre el grupo consistente en resortes de lámina en forma de L, en forma de V y planos.