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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung eine Projektorvorrichtung und ein Handy. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.
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Stand der Technik
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In der Veröffentlichung „Design of Space Target Detection System Based on a Two-Dimensional Scanning Micro-Mirror“ (Chi Zhang et al., „The Ninth International Conference on Electronic Measurements & Instruments“, ICEMI'2009, Seiten 2-718 bis 2-721) ist ein Mikrospiegel zum zweidimensionalen Abrastern beschrieben. Der Mikrospiegel weist eine L-förmige Spiegelplatte auf, welche über ein um seine Längsachse verbiegbares Verbindungselement an einem Antriebskörper aufgehängt ist, der mittels einer Piezo-Einrichtung in eine Schwingbewegung versetzbar ist. Mittels eines Anregens des Antriebskörpers mit der Resonanzfrequenz der Spiegelplatte soll die Spiegelplatte in eine Rotationsbewegung um die Längsachse des Verbindungselements versetzbar sein.
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Die Dokumente
US 2006/ 0 245 023 A1 ,
US 2008/ 0 198 433 A1 ,
JP 2011-070096 A und
US 2011/0 181 933 A1 beschreiben mikromechanische Bauteile, die zumindest Teile des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Projektorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Handy mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein mikromechanisches Bauteil mit einer externen Anregung. Das mittels der Erfindung realisierte mikromechanische Bauteil umfasst einen Anregungsmechanismus, welcher als externer Antrieb einer passiven MEMS-Struktur (Mikro-Elektro-Mechanical System, Mikro-Elektrisches-Mechanisches System) umschreibbar ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das vorteilhafte mikromechanische Bauteil keine Leiterbahnen benötigt, welche über die Spiegel- und/oder Filtereinheit oder über die Verbindungseinrichtung zu führen sind. Durch das Einsparen derartiger Leiterbahnen entfällt das Risiko einer frühzeitigen Beschädigung derartiger Leitungsstrukturen. In der Regel verändern über verstellbare/verbiegbare Komponenten eines mikromechanischen Bauteils gemäß dem Stand der Technik geführte Leitungsstrukturen während einer längeren Betriebsdauer und/oder aufgrund einer hohen Zykluszahl ihre Eigenschaften und werden deshalb vergleichsweise schnell beschädigt. Dieser Nachteil ist bei dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteil behoben. Außerdem benötigt das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil keine Piezo-Dünnschichten, deren Einsatz in einer derartigen Vorrichtung mit einem hohen Beschädigungsrisiko verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil weist eine einfache Spiegelstruktur/Filterstruktur auf, welche relativ leicht fertigbar ist. Außerdem sind die Strukturen des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils vergleichsweise robust, weshalb das vorteilhafte mikromechanische Bauteil für eine lange Betriebszeit und/oder unter besonderen Belastungen einsetzbar ist. Das vorteilhafte mikromechanische Bauteil ist außerdem aufgrund seiner geringen Komplexität kostengünstig herstellbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Spiegel- und/oder Filtereinheit über zumindest den Torsionsbalken und den mindestens einen Biegebalken so mit dem Antriebskörper verbunden, dass die Spiegel- und/oder Filtereinheit in eine Drehbewegung um eine Rotationsachse und/oder eine Transversalbewegung entlang einer parallel zu der Antriebsachse ausgerichteten Transversalachse als die zumindest eine Eigenschwingbewegung versetzbar ist. Das mikromechanische Bauteil ist somit in einer Vielzahl von Vorrichtungen, wie beispielsweise einer Projektorvorrichtung, insbesondere einem Pikoprojektor, einer Laserstrahl-Ablenkvorrichtung, einem Handy und/oder einem Interferometer vorteilhaft einsetzbar.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Aufhängung der Spiegel- und/oder Filtereinheit an dem Antriebskörper insbesondere so ausbildbar ist, dass die in die zumindest eine Eigenschwingbewegung versetzte Spiegel- und/oder Filtereinheit eine reine Drehbewegung/Rotationsbewegung um die Rotationsachse, insbesondere um eine Spiegelachse, ausführt. Das mikromechanische Bauteil ist somit gegenüber herkömmlichen intern oder extern angetriebenen Spiegel- und Filtervorrichtungen gut optimierbar. Die reine Drehbewegung/Rotationsbewegung um die Rotationsachse/Spiegelachse erleichtert eine definierte Ablenkung eines auf die Spiegel- und/oder Filtereinheit gerichteten Lichtstrahls und verhindert eine Versetzung des Lichtstrahls bei einem nicht senkrechten Einfall. Es wird darauf hingewiesen, dass die reine Drehbewegung um die Rotationsachse/Spiegelachse eine vorteilhafte Erweiterung der Funktionsfähigkeit des mikromechanischen Bauteils gegenüber herkömmlichen intern oder extern anregbaren Spiegelvorrichtungen darstellt.
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Bevorzugter Weise ist die Spiegel- und/oder Filtereinheit über zumindest den Torsionsbalken und den mindestens einen Biegebalken so mit dem Antriebskörper verbunden, dass die Spiegel- und/oder Filtereinheit in eine Drehbewegung um eine parallel zu der Torsionsbalkenlängsrichtung ausgerichtete und/oder die Spiegel- und/oder Filtereinheit mittig schneidende Rotationsachse versetzbar ist. Dies erweitert die Einsetzbarkeit des mikromechanischen Bauteils zusätzlich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der mindestens eine Biegebalken benachbart zu dem Antriebskörper eine erste Breite auf, welche größer als eine zweite Breite des mindestens einen Biegebalkens benachbart zu dem Torsionsbalken ist. Durch die Ausbildung des mindestens einen Biegebalkens mit einer variierenden Breite, welche von dem Torsionsbalken zu dem Antriebskörper (stetig) zunimmt, ist eine bessere Verteilung eines mechanischen Stresses in dem mindestens einen Biegebalken realisierbar.
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Erfindungsgemäß kontaktieren ein zwischen der Spiegel- und/oder Filtereinheit und dem Torsionsbalken angeordnetes Verbindungselement und der mindestens eine Biegebalken den Torsionsbalken gemeinsam an einer ersten Kontaktseite des Torsionsbalkens. Dies bewirkt eine vorteilhafte Anregung des Torsionsbalkens in eine um die Torsionsbalkenlängsrichtung gerichtete Torsionsmitbewegung (mittels des in die Schwingbewegung entlang der Antriebsachse angeregten Antriebskörpers) und eine verlässliche Weiterübertragung der Schwingenergie auf die Spiegel- und/oder Filtereinheit über den mitbewegten Torsionsbalken. Auf diese Weise ist die vorteilhafte Verstellbarkeit der Spiegel- und/oder Filtereinheit in die Drehbewegung um die Rotationsachse und/oder die Transversalbewegung entlang der Transversalachse als Eigenschwingbewegung verlässlich realisierbar.
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Außerdem kann der mindestens eine Biegebalken den Antriebskörper an einer der ersten Kontaktseite des Torsionsbalkens zugewandten zweiten Kontaktseite des Antriebskörpers kontaktieren. Der mindestens eine Biegebalken wird in diesem Fall bei einem Anregen des Antriebskörpers zu der Schwingbewegung entlang der Antriebsachse (parabelförmig) gekrümmt, wodurch der Torsionsbalken in die im oberen Absatz beschriebene vorteilhafte Torsionsmitbewegung versetzbar ist.
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Erfindungsgemäß sind zwei Biegebalken zwischen der ersten Kontaktseite des Torsionsbalkens und der zweiten Kontaktseite des Antriebskörpers angeordnet, wobei die Spiegel- und/oder Filtereinheit in einem von den beiden Biegebalken aufgespannten Raum angeordnet ist. Die hier beschriebene vorteilhafte Aufhängung der Spiegel- und/oder Filtereinheit über die zwei Biegebalken gewährleistet insbesondere die Anregbarkeit der Spiegel- und/oder Filtereinheit in die gewünschte reine Drehbewegung um die Rotationsachse/Spiegelachse als die mindestens eine Eigenschwingbewegung.
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Erfindungsgemäß nimmt ein Abstand zwischen den zwei Biegebalken von der ersten Kontaktseite des Torsionsbalkens zu der zweiten Kontaktseite des Antriebskörpers ab. Somit ist die vorteilhafte variierende Breite der mindestens zwei Biegebalken, welche von der ersten Kontaktseite des Biegebalkens zu der zweiten Kontaktseite des Antriebskörpers (stetig) zunimmt, leicht ausbildbar, wobei gleichzeitig ein vergleichsweise geringer Raumbedarf der beiden Biegebalken gewährleistet ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das mikromechanische Bauteil eine Antriebseinrichtung auf. Die Antriebseinrichtung kann einen elektrischen Antrieb, einen magnetischen Antrieb und/oder einen piezoelektrischen Antrieb umfassen. Die Antriebseinrichtung ist somit vergleichsweise kostengünstig ausübbar.
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Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch bei einer Projektorvorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet.
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Bewirkt werden die Vorteile auch durch ein Handy mit einem entsprechenden mikromechanischen Bauteil.
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Des Weiteren realisiert ein Ausführen des korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil die beschriebenen Vorteile.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 a bis 1c eine Draufsicht und zwei Seitenansichten einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 2 eine schematische Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
- 3 ein Flussdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 a bis 1c zeigen eine Draufsicht und zwei Seitenansichten einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 1a in Draufsicht wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist einen Antriebskörper 10 auf, welcher mittels einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung in eine Schwingbewegung entlang einer Antriebsachse versetzbar ist. Die Antriebseinrichtung kann eine Untereinheit des mikromechanischen Bauteils sein. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung ein in das mikromechanische Bauteil integriertes MEMS-Element sein/umfassen. Das hier beschriebene mikromechanische Bauteil kann jedoch auch mit einer extern angeordneten Antriebseinrichtung zusammenwirken. Die Antriebseinrichtung kann beispielsweise einen elektrostatischen Antrieb, bevorzugter Weise auf Basis von Kammstrukturen, einen magnetischen Antrieb und/oder einen piezoelektrischen Antrieb, insbesondere auf Basis von Piezo-Dünnschichten, umfassen. Die Einsetzbarkeit des im Weiteren beschriebenen mikromechanischen Bauteils ist jedoch nicht auf eine bestimmte Ausbildung der damit zusammenwirkenden Antriebseinrichtung limitiert.
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Das mikromechanische Bauteil hat eine Spiegel- und/oder Filtereinheit 12, welche über zumindest eine Verbindungseinrichtung so mit dem Antriebskörper 10 verbunden ist, dass die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 mittels des in die Schwingbewegung entlang der Antriebsachse versetzten Antriebskörpers 10 in zumindest eine Eigenschwingbewegung versetzbar ist. Die Verbindungseinrichtung umfasst bei dem mikromechanischen Bauteil zumindest einen entlang einer Torsionsbalkenlängsrichtung 16 ausgerichteten Torsionsbalken 18 und mindestens einen Biegebalken 20, wobei der Torsionsbalken 18 über den mindestens einen geneigt zu der Torsionsbalkenlängsrichtung 16 ausgerichteten Biegebalken 20 an dem Antriebskörper 10 aufgehängt ist. Optionaler Weise kann die Verbindungseinrichtung auch ein Verbindungselement 14 umfassen, welches zwischen der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 und dem Torsionsbalken 18 angeordnet ist.
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Das mikromechanische Bauteil weist somit einen vergleichsweise einfachen und übersichtlichen Aufbau auf. Es ist deshalb kostengünstig und leicht fertigbar und aufgrund seiner guten Robustheit für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten einsetzbar. Da die Antriebseinrichtung lediglich dazu ausgerichtet sein muss, den Antriebskörper 10 in die Schwingbewegung entlang der Antriebsachse zu versetzen, ist keine Anbindung der Antriebseinrichtung an die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 notwendig. Somit kann auf die Ausbildung von Antriebselementen oder Leitungselementen an der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12, dem Verbindungselement 14, dem Torsionsbalken 18 und dem mindestens einen Biegebalken 20 verzichtet werden. Die Biegbarkeit/Verstellbarkeit der Komponenten 12, 14, 18 und/oder 20 wird somit nicht durch Antriebselemente und/oder Leitungselemente beeinträchtigt. Außerdem ist die Vermeidung von derartigen Antriebselementen und/oder Leitungselementen direkt an den Komponenten 12, 14, 18 und 20 mit dem Vorteil verbunden, dass keine Beschädigung von diesen bei einem Verstellen/Biegen der Komponenten 12, 14, 18 und/oder 20 zu befürchten ist. Die Vorteile eines externen Antriebs der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 sind somit durch das mikromechanische Bauteil gewährleistet.
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Die Torsionsbalkenlängsrichtung 16 kann geneigt zu der (in 1a nicht skizzierten) Antriebsachse ausgerichtet sein. Bevorzugter Weise ist die Torsionsbalkenlängsrichtung 16 senkrecht zu der Antriebsachse ausgerichtet. Dies bewirkt eine vorteilhafte Ausrichtung der mindestens einen Eigenschwingbewegung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12.
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Die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 kann so an dem Antriebskörper 10 aufgehängt sein, dass die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 in ihrer Ausgangsstellung/Ruheposition in einer Ebene mit dem Antriebskörper 10 liegt. Ebenso kann die Spiegel- und/oder Filtereinheit in ihrer Ausgangsstellung/Ruheposition so zu dem Antriebskörper 10 ausgerichtet sein, dass eine senkrecht zu einer optisch aktiven Fläche 22/Spiegelfläche/Lichtauftrefffläche der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 ausgerichtete Achse parallel zu einer Achse einer Hauptoberseite 24 des Antriebskörpers 10 liegt, was unten genauer beschrieben wird.
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In der Ausführungsform der 1a bis 1c ist der Antriebskörper 10 als Rahmen ausgebildet, welcher die Komponenten 12, 14, 18 und 20 umrahmt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die wiedergegebene Ausbildung des Antriebskörpers lediglich beispielhaft zu interpretieren ist.
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Die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 kann als Spiegelelement ausgebildet sein durch eine auf der optisch aktiven Fläche 22 ausgebildete reflektierende Beschichtung und/oder Polierung. Als Alternative dazu kann die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 auch aus einem lichtfilternden Material zumindest teilweise gebildet sein. Das mikromechanische Bauteil ist nicht auf eine bestimmte Ausbildung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 beschränkt.
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Bevorzugter Weise kontaktieren das Verbindungselement 14 und der mindestens eine Biegebalken 20 den Torsionsbalken 18 gemeinsam an einer ersten Kontaktseite 26 des Torsionsbalkens 18. Der mindestens eine Biegebalken 20 kann den Antriebskörper 10 an einer der ersten Kontaktseite 26 des Torsionsbalkens 18 zugewandten zweiten Kontaktseite 28 des Antriebskörpers 10 kontaktieren. Das Anregen des Antriebskörpers 10 zu der Schwingbewegung entlang der Antriebsachse bewirkt in diesem Fall eine (parabelförmige) Krümmung des mindestens einen Biegebalkens 20 in Richtung der Antriebsachse. Man kann dies auch so umschreiben, dass ein Antriebsseiten-Endabschnitt 20a des mindestens einen Biegebalkens 20, welcher benachbart zu der zweiten Kontaktseite 28 des Antriebskörpers 10 angeordnet ist, in Bezug zu einem dem Torsionsbalken 18 kontaktierenden Torsionsseiten-Endabschnitt 20b des mindestens einen Biegebalkens 20 in Richtung der Antriebsachse verschoben wird. Auf diese Weise ist die aufgehängte Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 verlässlich zu der gewünschten Eigenschwingbewegung anregbar.
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Vorteilhafterweise weist das mikromechanische Bauteil zwei Biegebalken 20 auf, welche zwischen der ersten Kontaktseite 26 des Torsionsbalkens 18 und der zweiten Kontaktseite 28 des Antriebskörpers 10 angeordnet sind. Vorteilhafter Weise ist in diesem Fall die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 in einem von den beiden Biegebalken 20 aufgespannten Raum angeordnet. Dies bewirkt eine gleichmäßige Energieübertragung bei einem Anregen des Antriebskörpers 10 in die Antriebsbewegung entlang der Antriebsachse zur Versetzung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 in die gewünschte Eigenschwingbewegung.
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Der mindestens eine Biegebalken liegt bevorzugter Weise bei einem Vorliegen des Antriebskörpers 10 und/oder der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 in ihren Ausgangsstellungen/Ruhepositionen in einer gemeinsamen Ebene mit diesem. Insbesondere kann der mindestens eine Biegebalken 20 eine Mittellängsachse und/oder Außenseite aufweisen, welche senkrecht zu der Torsionsbalkenlängsrichtung 16 und/oder der Antriebsachse ausgerichtet ist.
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1b zeigt eine Seitenansicht des mikromechanischen Bauteils mit einem ersten Ausführungsbeispiel für die in die Eigenschwingbewegung versetzte Spiegel- und/oder Filtereinheit 12.
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Bei der Ausführungsform ist die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 über zumindest den Torsionsbalken 18 und den mindestens einen Biegebalken 20 so mit dem Antriebskörper 10 verbunden, dass die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 in eine Drehbewegung um eine Torsionsachse 30 versetzbar ist. Dies ist auf einfache Weise realisierbar, indem der Antriebskörper 10 mit einer der Drehbewegung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 entsprechenden (ersten) Frequenz/Eigenfrequenz in die Schwingbewegung entlang der Antriebsachse 32, welche vorzugsweise senkrecht zu der Hauptoberseite 24 des Antriebskörpers 10 ausgerichtet ist, versetzt wird. Die Rotationsachse 30 kann senkrecht zu der Antriebsachse 32 ausgerichtet sein.
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Bevorzugter Weise ist durch die Aufhängung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 gewährleistet, dass die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 in eine Drehbewegung um eine parallel zu der Torsionsbalkenlängsrichtung 16 ausgerichtete und/oder die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 mittig schneidende Rotationsachse 30 versetzbar ist. Die parallele Ausrichtung der Rotationsachse 30 zu der Torsionsbalkenlängsrichtung 16 ist durch die oben beschriebene vorteilhafte Aufhängung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 leicht realisierbar. Durch eine geeignete Wahl der Geometrie der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 und/oder Dimensionierung des mindestens einen Biegebalkens 20 lässt sich die Rotationsachse 32 exakt in die Mitte der optisch aktiven Fläche 22 schieben. Somit ist eine vorteilhafte Rotationsbewegung insbesondere der optisch aktiven Fläche 22 um eine eigene Achse der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 verlässlich erreichbar.
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Durch die Anregung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 zu der Drehbewegung um die Rotationsachse 30 kann eine senkrecht zu der optisch aktiven Fläche 22 ausgerichtete Achse 34 um eine Vielzahl von Winkeln in Bezug zu einer senkrecht zu der Hauptoberseite 24 des Antriebskörpers 10 ausgerichteten Achse 36 verstellt werden. Man kann dies auch als ein Verkippen der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12/der optisch aktiven Fläche 22 um einen Winkel gegenüber einer Ausgangsstellung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12/der optisch aktiven Fläche 22 bezeichnen. Durch das Verkippen der optisch aktiven Fläche 22 kann ein auf die optisch aktive Fläche 22 auftreffender Lichtstrahl um einen gewünschten Winkel abgelenkt werden. Das mikromechanische Bauteil eignet sich somit gut zum Ablenken von Lichtstrahlen, insbesondere von Laserstrahlen. Aufgrund seiner geringen Größe ist das mikromechanische Bauteil vorteilhaft in einer Projektorvorrichtung, insbesondere in einem Pikoprojektor, einsetzbar.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das mikromechanische Bauteil aufgrund seiner vorteilhaften mechanischen Strukturen mit einer maximalen Ausdehnung 38 entlang der Rotationsachse 30 ausbildbar ist, welche im Vergleich mit herkömmlichen Mikrospiegeln vergleichsweise klein ist. Die geringe maximale Ausdehnung 38 des mikromechanischen Bauteils entlang der Rotationsachse 30 erleichtert insbesondere seine Integration in ein Handy.
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Das mikromechanische Bauteil weist insbesondere den Vorteil auf, dass die aufgrund der externen Linearbewegung des Antriebskörpers 10 in Resonanz angeregte Drehbewegung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 eine reine Drehbewegung/Rotationsbewegung um die Rotationsachse 30 sein kann. Darunter kann verstanden werden, dass die in die reine Drehbewegung/Rotationsbewegung um die Rotationsachse 30 versetzte Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 keine in Richtung der Antriebsachse 32 ausgerichtete Bewegungskomponente ausführt. Ein mittels der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 abgelenkter Lichtstrahl wird somit nicht parallel zu der Antriebsachse 32 versetzt. Dies macht eine genauere Steuerung/Regelung der Ablenkrichtung des Lichtstrahls möglich, als dies mit einem herkömmlichen Mikrospiegel ausführbar ist.
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Realisierbar ist dieser besondere Vorteil durch die Biegebalkenstruktur in Kombination mit der Torsionsbalkenstruktur. Die Kombination dieser Strukturen ermöglicht die reine Drehung/Rotation der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 um die Rotationsachse 30. Durch die Antriebsbewegung des Antriebskörpers 10 entlang der Antriebsachse 32 wird aufgrund der trägen Masse der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 einschließlich der Aufhängung eine Auslenkung des mindestens einen Biegebalkens 20 sowie eine Torsion des Torsionsbalkens 18 erreicht. Dies führt zu einer reinen Drehbewegung/Rotationsbewegung, bei welcher sich die Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 (ausschließlich) um die Rotationsachse 30 dreht.
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Die (erste) Frequenz/Eigenfrequenz der Drehbewegung um die Rotationsachse 30 kann durch eine Festlegung einer konstanten oder variierenden (entlang der Torsionsbalkenlängsrichtung 16 ausgerichteten) Breite des mindestens einen Biegebalkens 20 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Somit besteht eine große Designfreiheit beim Festlegen der (ersten) Frequenz/Eigenfrequenz der Drehbewegung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 um die Rotationsachse 30. Auch eine (entlang der Antriebsachse 32 ausgerichtete) Dicke des mindestens einen Biegebalkens 20 kann zum Einstellen einer gewünschten (ersten) Frequenz/Eigenfrequenz genutzt werden.
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Die einstellbare (erste) Frequenz/Eigenfrequenz der Drehbewegung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 um die Rotationsachse 30 kann in einem Frequenzbereich um 40 kHz liegen. Ein derartiger Frequenzbereich ist für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten nutzbar.
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Als Alternative oder als Ergänzung zu der Versetzbarkeit der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 um die Rotationsachse 30 kann die Spiegel- und/oder Filtereinheit auch in eine (reine) Transversalbewegung entlang einer parallel zu der Antriebsachse 32 ausgerichteten Transversalachse 40 als die zumindest eine Eigenschwingbewegung versetzbar sein. Dies ist in 1c schematisch wiedergegeben, indem der Antriebskörper 10 mit einer (zweiten) Frequenz/Eigenfrequenz der Transversalbewegung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 in die Schwingbewegung entlang der Antriebsachse 32 versetzt wird. (Der mindestens eine Biegebalken 20 wird dabei parabelförmig gekrümmt.)
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Die Transversalbewegung der Spiegel- und/oder Filtereinheit 12 ist mit dem Vorteil einer vergleichsweise großen Auslenkung der optisch aktiven Fläche 22 verbunden. Dabei schwingt die optisch aktive Fläche 22 (nahezu) ausschließlich entlang der Transversalachse 40, d.h. ohne einen Winkel zu der Transversalachse 40 signifikant zu verändern. Man kann dies auch so umschreiben, dass die senkrecht zu der optisch aktiven Fläche 22 ausgerichtete Achse 34 parallel zu der Transversalachse 40 während der Transversalbewegung ausgerichtet bleibt. Auf diese Weise lässt sich eine resonante Transversalbewegung über mehrere hundert Mikrometer auf einfache Weise realisieren. Das mikromechanische Bauteil ist somit auch in einem Interferometer vorteilhaft einsetzbar.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 2 schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist die oben schon beschriebenen Komponenten auf. Als Ergänzung dazu sind bei dem mikromechanischen Bauteil der 2 die zwei Biegebalken 20 mit einer variierenden (entlang der Torsionsbalkenlängsrichtung 16 ausgerichteten) Breite ausgebildet. Jeder der Biegebalken 20 weist an dem Antriebskörper-Endabschnitt 20a (benachbart zu dem Antriebskörper 10) eine erste Breite b1 auf, welche größer als eine zweite Breite b2 des Biegebalkens 20 an dem Torsionsbalken-Endabschnitt (benachbart zu dem Torsionsbalken 18) ist. Durch die variierende Breite des mindestens einen Biegebalkens 20 ist eine verbesserte Verteilung von einem mechanischen Stress bei einem Biegen des mindestens einen Biegebalkens gewährleistet.
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Die variierende Breite der Biegebalken 20 ist mit einer vergleichsweise kleinen maximalen Ausdehnung 38 des mikromechanischen Bauteils entlang der Rotationsachse 30 realisierbar, indem der Abstand zwischen den zwei Biegebalken 20 von der ersten Kontaktseite 26 des Torsionsbalkens 18 zu der zweiten Kontaktseite 28 des Antriebskörpers 10 abnimmt. Auch eine Verlängerung des mindestens einen Biegebalkens 20, d.h. ein größerer Abstand zwischen den Kontaktseiten 26 und 28, kann die mechanische Spannung bei einem Biegen des mindestens einen Biegebalkens 20 reduzieren. Da das mikromechanische Bauteil in einer senkrecht zu der Rotationsachse 30 ausgerichteten Raumrichtung eine vergleichsweise große Ausdehnung haben kann, besteht somit viel Designfreiheit zum vorteilhaften Ausbilden des mindestens einen Biegebalkens.
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3 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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Mittel des nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahrens sind beispielsweise die oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils herstellbar. Die Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf derartige mikromechanische Bauteile beschränkt.
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In einem Verfahrensschritt S1 wird ein Antriebskörper, welcher bei einem Betrieb des mikromechanischen Bauteils mittels einer Antriebseinrichtung in eine Schwingbewegung entlang einer Antriebsachse versetzt wird, in dem mikromechanischen Bauteil angeordnet. In einem Verfahrensschritt S2 wird eine Spiegel- und/oder Filtereinheit über eine Verbindungseinrichtung so mit dem Antriebskörper verbunden, dass die Spiegel- und/oder Filtereinheit bei dem Betrieb des mikromechanischen Bauteils mittels des in die Schwingbewegung entlang der Antriebsachse versetzten Antriebskörpers in zumindest eine Eigenschwingbewegung versetzt wird. Das Realisieren der Verbindungseinrichtung erfolgt durch Verbinden der Spiegel- und/oder Filtereinheit mit einem entlang einer Torsionsbalkenlängsrichtung ausgerichteten Torsionsbalken und Aufhängen des Torsionsbalkens an dem Antriebskörper über mindestens einen geneigt zu der Torsionsbalkenlängsrichtung ausgerichteten Biegebalken. Optionaler Weise kann ein Verbindungselement zwischen der Spiegel- und/oder Filtereinheit und dem Torsionsbalken angeordnet/ausgebildet werden. Die Verfahrensschritte S1 und S2 können in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrensschritts S2 werden zumindest Grundkörper des Antriebskörpers, der Spiegel- und/oder Filtereinheit, des Verbindungselements, des Torsionsbalkens und/oder des mindestens einen Biegebalkens gleichzeitig aus einem Halbleitersubstrat heraus geätzt. Dies gewährleistet auch eine Ausbildung der Strukturen des mikromechanischen Bauteils mit einer gemeinsamen Dicke. Es ist aber auch möglich, einzelne Komponenten des mikromechanischen Bauteils in unterschiedlichen Dicken auszubilden.
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Das mikromechanische Bauteil ist somit mittels einfach ausführbarer Verfahrensschritte der Halbleitertechnologie kostengünstig und mit einer hohen Ausbeute herstellbar. Auf weitere dabei anwendbare Verfahrensschritte wird hier nicht genauer eingegangen.
