Meta AR/VR专利提出用于强化MEMS微镜结构的方法

强化MEMS微镜结构

（映维网Nweon 2023年10月17日）MEMS微镜可用于各种光学应用。其中，来自光源的光束从镜子反射并在自由空间中扫过一个区域。当反射镜振荡时，由于在工作频率下经历的扭转力，反射镜在其结构上经历了增加的应力和变形。扭转力扭曲了反射镜的光学平整度和均匀性，并可能限制反射镜作为光学器件的性能。

解决这个问题的一个常见方法是制造一个更厚的微镜。遗憾的是，增加的质量和体积同样会增加镜面上的压力。由此产生的应力可能导致问题，例如使用寿命缩短和/或设备立即失效。

因此，所以在名为“Stiffening structures for micro-electro-mechanical system (mems) micromirrors”的专利申请中，Meta提出了一种用于强化MEMS微镜结构的方法。其中，所述装置包括多个强化结构，它们共同以一种有助于保持微镜表面光学平坦的方式支撑平台。

图1示出了MEMS微镜100的侧视图，所述微镜100包括多个强化结构。如图所示，MEMS微镜100包括在支撑基板上形成的镜面118A。多个强化结构120中的每一个都可以包括从支撑平台112以垂直方式延伸的高度。多个强化结构120从支撑平台112形成或耦合到支撑平台112，横跨支撑平台112的区域116。

开放区域130存在于多个强化结构中的每一个之间，并且表示不立即由一个或多个强化结构120支撑的镜像元件118的部分。请注意，在图1中仅标记了少数强化结构120和开放区域130。强化结构的尺寸或密度在表面或区域上按比例缩放，以帮助在扭转力下保持微镜表面平坦或光学平坦。

强化结构的尺寸可以在支撑平台的一个区域上分层扩展。分层可以指图案或形状的属性，其中具有给定或第一维的强化结构插入具有不同或第二维的一个或多个附加强化结构中。

图2示出了微镜200的底部视图，微镜200包括多个强化结构。在图2的示例中，相对于所述强化结构的密度，多个强化结构中的每一个的维度按层次顺序缩放。

在一个实施例中，多个强化结构形成网格结构。强化结构形成从底部区域微镜200向下延伸以达到所需高度的梁。如图所示，微镜200包括主强化结构230A和230B、次级强化结构240A-240D、三级强化结构250和周长强化结构220。

在图2的示例中，强化结构的尺寸与它们在微镜200的一个区域的密度成反比。例如，在微镜200的区域内，增强结构的尺寸随其相对密度而减小。

在实施例中，密度可指耦合到或包括镜面的支撑平台的每单位面积的若干强化结构。例中，三级强化结构250的密度较高，而其宽度或厚度相对较低，而主强化结构230A和230B的情况可能正好相反。

在图2示例中，主强化结构230A和230B形成沿微镜200的两个主轴旋转方向的梁，次级强化结构240A至240D平行和垂直于微镜200的两个主轴旋转方向。但图2仅仅是一个示例，在其他实施例中，强化结构可以不平行和/或垂直于微镜的两个主轴。注意，微镜200的网格结构在微镜200上基本上是一致的。在其他例子中，网格结构可以随着微镜的位置而变化。

图3示出圆形微镜300的底部视图，微镜300包括多个强化结构。在图3的示例中，随着支撑平台的区域316中强化结构的位置径向向外移动，上述多个中的强化结构的密度增加。在一个实施例中，多个强化结构从支撑平台向下延伸以达到所需的高度。

在图3的实施例中，多个强化结构包括四个主要支撑结构340A-340D，其从中央支撑盘330向外延伸。所述多个强化结构同时包括沿微镜300周长的次级支撑结构310和三级支撑结构320A-320C。三级支撑结构320A-320C以圆形微镜300为中心径向向外移动，呈同心状，厚度减小。

在一个实施例中，微镜300的区域或开放区域345可以不包括强化结构。在本例中，开放区域345随着其位置从圆形或椭圆形状的中心径向向外移动而减小。注意，在其他示例中，随着强化结构的位置从中心向外移动，其密度可能会减小，而不是增加。

在一个实施例中，从MEMS微镜的中心向外径向延伸的强化结构可以从微镜300的一个或多个旋转轴径向偏移。在这样的实施例中，强化结构可以是不连续的，并且在MEMS微镜上形成单独的部分。在各种实施例中，强化结构的尺寸和密度随横跨支撑平台或镜面区域的径向位置周期性变化。

在图3的示例中，主强化结构340A-340D与微镜300的垂直和水平轴具有角偏移。可以理解，微镜300的角偏移量仅仅是一个示例，并且所述角度可以根据多个强化结构的间距和尺寸而变化。

图4示出另一个方形微镜的底部视图。在图4中，微镜400为正方形，多个强化结构形成网格结构，其中多个强化结构的密度朝着微镜400支撑平台区域的外侧增加。如图所示，两个主强化结构430A和430B形成相互垂直的梁，沿微镜400的两个旋转主轴平行或垂直运行。

注意，类似于本文描述的其他实施例，强化结构420至450从微镜400和/或其支撑平台的表面积向下延伸以达到所需的高度。所期望的高度与在微镜中实现质量、动态扭曲、扭矩、应力或其组合的减小相关。

另外，周长强化结构420仅仅是一个示例，周长强化结构可以在形状、厚度、宽度方面变化。

在一个实施例中，开放区域410包括微镜400的区域，但没有强化结构。注意，开放区域410的大小随着其位置从微镜400的中心径向向外移动而减小。

因此，与更中心的区域相比，外部区域中的若干强化结构相对密集。请注意，强化结构的密度和/或尺寸可能会在微镜与支撑微镜的结构接触的区域附近发生变化。

图5是微镜500的侧视图，并示出多个强化结构中的每一个的不同高度。如图所示，多个强化结构包括主强化结构540、次级强化结构530和与元件518耦合的周长强化结构520。在实施例中，次级强化结构530位于微镜500的中心和周长之间。

在图5中，强化结构的高度随着其位置从微镜500的中心向外径向移动而增加。在一个实施例中，强化结构的高度变化遵循线性轮廓，并且可以从中心到边缘径向变细。但请注意，任何合适的高度模式或轮廓都适用于在减少扭转力的同时为镜面提供支撑。

可以使用标准的微加工技术制造强化结构（和/或支撑平台），包括但不限于光刻、蚀刻、离子注入诱导层转移和薄膜沉积。强化结构和/或支撑平台可以由包括但不限于例如硅、氮化硅、氧化硅或碳化硅的材料制成。

当在微镜上进行图案化时，强化结构的长径比可以变化很大，例如，从1:1到1:1000，或5:1到20:1，或其他合适的比例，从而帮助减少质量、动态扭曲、扭矩、应力或其组合。

图6示出的微镜600包括多个强化结构。在图6的实施例中，元件610位于多个强化结构620的上方，并且包括开口，例如孔630。孔630可以在强化结构620之间形成开口图案，并且可以完全延伸穿过反射层618和元件610的支撑基板612的厚度。

孔630的尺寸、形状和间距设计为减少来自衍射光的反射，同时减少质量、动态扭曲、扭矩、应力或其组合。在一个方面，孔间距在500nm到10um之间，在各种示例中，孔630的尺寸是孔间距的50%或更小。

注意，微镜600的机械性能可以由于孔630而改变。在一个实施例中，在镜面元件610中形成的图案与位于镜面元件610下方或耦合到镜面元件610的多个强化结构形成的图案无关。在一个实施例中，形成孔630以从微镜600中除去质量，以抵消多个强化结构增加的质量。

图7示出了MEMS微镜器件701的侧视图。MEMS微镜器件701包括处理逻辑708、光源710和MEMS微镜700。

在图7中，MEMS微镜700包括多个强化结构720、730和740（类似于例如图5中的元件520、530和540），其尺寸或密度在镜面的一个区域上缩放，以在光从镜面反射时帮助在扭转力下保持镜面平坦。

如图7所示，MEMS微镜700包括镜面718，用于接收从光源710发出的光源750。处理逻辑708配置为驱动光源710发射源光750，并驱动MEMS微镜700围绕至少一个轴旋转以将源光750重定向为图像光752以形成图像。

相关专利：Meta Patent | Stiffening structures for micro-electro-mechanical system (mems) micromirrors

https://patent.nweon.com/30169

名为“Stiffening structures for micro-electro-mechanical system (mems) micromirrors”的Meta专利申请最初在2022年2月提交，并在日前由美国专利商标局公布。