DE102013223937A1 - Micromirror array - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelemente an einem Substrat befestigten Spiegelplatte (2), wobei der Spiegelplatte eine Antriebseinheit (9, 10) zugeordnet ist, die ausgebildet ist, die Spiegelplatte um mindestens eine Achse zur Schwingung um diese Achse anzutreiben, vorgeschlagen. Die Federelemente sind als mehrere, die Spiegelplatte (2) im Wesentlichen in ihrer Spiegelplattenebene umgebenden Federringrahmen (3) ausgebildet, wobei der innerste, an die Spiegelplatte (2) angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (5) mit der Spiegelplatte (2) verbunden ist, die Federringrahmen untereinander jeweils an zwei gegenüberliegenden Verbindungstellen (7, 8, 13) verbunden sind und der äußerste, an das Substrat (4) angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (6, 12) mit dem Substrat (4) verbunden ist. Dabei sind die Verbindungsstellen (5, 7, 8, 13, 12) zwischen Spiegelplatte (2) und innerstem Federringrahmen (3), zwischen den Federringrahmen (3) selbst und zwischen äußerstem Federringrahmen (3) und Substrat (4) gegeneinander versetzt.The invention relates to a micromirror arrangement with a mirror plate (2) fastened to a substrate via spring elements, wherein the mirror plate is assigned a drive unit (9, 10) which is designed to drive the mirror plate about at least one axis in order to oscillate about this axis. The spring elements are designed as a plurality of spring ring frames (3) surrounding the mirror plate (2) essentially in their mirror plate plane, the innermost spring ring frame (3) adjoining the mirror plate (2) being connected to the mirror plate (2) at two opposite connection points (5) ), the spring ring frames are connected to each other at two opposite connection points (7, 8, 13) and the outermost, to the substrate (4) adjacent spring ring frame (3) at two opposite connection points (6, 12) with the substrate (4 ) connected is. The connecting points (5, 7, 8, 13, 12) between the mirror plate (2) and innermost spring ring frame (3), between the spring ring frame (3) itself and between the extreme spring ring frame (3) and substrate (4) offset from each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelementen an einem Substrat befestigten Spiegelplatte nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a micromirror arrangement with a mirror plate fastened via spring elements to a substrate according to the preamble of the main claim.

Bewegliche Spiegel dienen der ein- oder auch mehrachsigen Ablenkung von Licht und sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. Sie können konventionell aus Stahl, aber auch mittels der hochpräzisen Techniken der Mikrostrukturierung aus Silizium hergestellt sein. Je nach benötigter Qualität kommt jedoch auch eine Vielzahl von anderen Werkstoffen zur Herstellung beweglicher Spiegelplatten infrage, wobei sie unabhängig von den verwendeten Werkstoffen zur Erhöhung der Reflektivität zusätzlich metallisch oder auch durch dielektrischen Vielschichten verspiegelt werden. Um die Spiegelplatten, die beispielsweise über Federn an einem feststehenden Teil aufgehängt sind, anzutreiben, kommen galvanometrische Antriebe, elektrostatische, piezoelektrische oder auch elektromagnetische Antriebe infrage. Die genannten beweglichen Spiegel sind für die unterschiedlichsten Zwecke einsetzbar, z. B. bei Display-Anwendungen, bei der Materialbearbeitung, in der Sensorik usw. Auch die Größe der Spiegeldurchmesser hängt von der Applikation ab, 50 werden häufig Spiegel mit Durchmessern im Bereich von 0,5 bis 2 mm eingesetzt, es geht aber in anderen Applikationen darum, Spiegeldurchmesser von 2 mm bis 40 mm zu realisieren.Movable mirrors serve the one- or multi-axial deflection of light and are basically known in the art. They can be conventionally made of steel, but also by means of the high-precision techniques of microstructuring from silicon. Depending on the required quality but also a variety of other materials for the production of movable mirror plates in question, and they are mirrored regardless of the materials used to increase the reflectivity in addition metallic or by dielectric multilayers. In order to drive the mirror plates, which are suspended for example by springs on a fixed part, come galvanometric drives, electrostatic, piezoelectric or electromagnetic drives in question. The said movable mirror can be used for a variety of purposes, eg. The size of the mirror diameter depends on the application, 50 mirrors are often used with diameters in the range of 0.5 to 2 mm, but it works in other applications therefore to realize mirror diameters from 2 mm to 40 mm.

Bei großen Spiegeldurchmessern und gleichzeitig großen Geschwindigkeiten kommt es zu erheblichen Kräften, die auf die Spiegelplatte einwirken und diese unerwünscht deformieren. An den durch die Aufhängung der Spiegelplatte bestimmten Stellen wird die Kraft bzw. das Drehmoment für die Beschleunigung der Spiegelplatte eingeleitet, wobei gleichzeitig die gesamte Struktur mit ihrem Trägheitsmoment diesem Drehmoment entgegenwirkt. In den Umkehrpunkten der Spiegelplattenbewegung sind diese entgegengesetzt wirkenden Momente am größten und erzeugen daher die größte Deformation. Die Deformationen skalieren mit der fünften Potenz des Durchmessers, mit dem Quadrat der Frequenz und linear zur Auslenkung.With large mirror diameters and at the same time high speeds, considerable forces occur which act on the mirror plate and undesirably deform it. At the points determined by the suspension of the mirror plate, the force or the torque for the acceleration of the mirror plate is initiated, at the same time counteracting the entire structure with its moment of inertia of this torque. At the reversal points of the mirror plate movement, these opposite acting moments are greatest and therefore produce the greatest deformation. The deformations scale with the fifth power of the diameter, with the square of the frequency and linear to the deflection.

Um dynamische Deformationen zu verringern oder zu vermeiden, ist es in der Mikrotechnik, aber auch in der Makrotechnik bekannt, rückseitig an dem Spiegel bzw. der Spiegelplatte Versteifungsstrukturen vorzusehen. Aus der US 8 345 336 B2 ist beispielsweise ein MEMS-Scannerspiegel bekannt, der auf seiner Rückseite mit X-förmigen Streifen oder Rippen versehen ist. Dabei wird jedoch die Masse des Spiegels zusätzlich erhöht, wodurch sich das Trägheitsmoment vergrößert und als Folge sich die maximal erzielbare Scanngeschwindigkeit verringert.In order to reduce or avoid dynamic deformations, it is known in microtechnology, but also in macro technology, to provide stiffening structures on the back of the mirror or mirror plate. From the US 8 345 336 B2 for example, a MEMS scanner mirror is known, which is provided on its back with X-shaped strips or ribs. In this case, however, the mass of the mirror is additionally increased, whereby the moment of inertia increases and as a result, the maximum achievable scanning speed is reduced.

Auch ist es in der Mikrotechnik bekannt, dass zur Reduktion der dynamischen Deformation Schlitze in die Spiegelplatte eingefügt werden, um damit den Ort der Kraft bzw. Drehmomenteinleitung zu optimieren. Aus der US 7 567 367 B2 ist eine Mikrospiegelvorrichtung mit einer Spiegelplatte bekannt, die von einem Außenrahmen umgeben wird, wobei zwischen Außenrahmen und Spiegelplatte eine Mehrzahl von Verbindungsstücken vorgesehen ist, an denen die Spiegelplatte an dem Außenrahmen festgelegt ist. Weiterhin ist in der US 7 369 288 B2 ein mikromechanisches optisches Element offenbart, das eine Spiegelplatte aufweist, die eine Schwenkachse für die Spiegelplatte vorgibt, wobei die Mehrzahl von Federn an unterschiedlichen Stellen des Umfangs mit der Spiegelplatte verbunden ist.It is also known in microtechnology that slots are inserted in the mirror plate to reduce the dynamic deformation, in order to optimize the location of the force or torque introduction. From the US Pat. No. 7,567,367 B2 is a micromirror device with a mirror plate is known, which is surrounded by an outer frame, wherein between the outer frame and mirror plate, a plurality of connecting pieces is provided, on which the mirror plate is fixed to the outer frame. Furthermore, in the US 7 369 288 B2 discloses a micromechanical optical element having a mirror plate which defines a pivot axis for the mirror plate, wherein the plurality of springs is connected at different locations of the circumference with the mirror plate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelemente an einem Substrat befestigten Spiegelplatte zu schaffen, die sowohl als einachsige Mikrospiegelanordnung als auch als zweiachsige Mikrospiegelanordnung mit Drehung um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen einsetzbar ist und die eine verringerte dynamische Spiegelplattendeformation aufweist und die auch für größere Winkelauslenkungen der Spiegelplatte geeignet ist.The invention has for its object to provide a micromirror arrangement with a spring plate attached to a substrate mirror plate, which is used both as a uniaxial micromirror arrangement and as a biaxial micromirror arrangement with rotation about two mutually perpendicular axes and which has a reduced dynamic mirror plate deformation and the Also suitable for larger Winkelauslenkungen the mirror plate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the characterizing features of the main claim in conjunction with the features of the preamble.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserungen möglich.The measures specified in the dependent claims advantageous development and improvements are possible.

Die erfindungsgemäße Mikrospiegelanordnung weist eine über Federelemente an einem Substrat befestigte Spiegelplatte auf, die einer Antriebseinheit zugeordnet ist, wobei letztere ausgebildet ist, die Spiegelplatte um mindestens eine Achse zur Schwingung um die Achse anzutreiben. Die Federelemente sind dabei als mehrere, die Spiegelplatte umgebenden Federringrahmen ausgebildet, die im Ruhezustand der Mikrospiegelanordnung im Wesentlichen in der Spiegelplattenebene liegen, wobei der innerste, an die Spiegelplatte angrenzende Federringrahmen an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen mit der Spiegelplatte verbunden ist, die Federringrahmen untereinander jeweils an zwei gegenüberliegenden Verbindungstellen verbunden sind und der äußerste, an das Substrat angrenzende Federringrahmen an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen mit dem Substrat verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen zwischen Spiegelplatte und innerstem Federringrahmen, zwischen den Federringrahmen selbst und zwischen äußerstem Federringrahmen und Substrat zueinander versetzt sind. Durch diese Anordnung können die für den Antrieb um eine Achse oder aber auch um zwei Achsen erforderlichen Drehmomente auf die Spiegelplatte einwirken, ohne dabei in erheblicher Weise Deformationen der Spiegelplatte zu erzeugen. Insbesondere wird auch die Deformation des unmittelbar an die Spiegelplatte angrenzenden Federringrahmens bei einachsiger Mikrospiegelanordnung bzw. im zweiachsigen oder zweidimensionalen Fall auch des von innen gesehenen zweiten Federringrahmens reduziert. Somit treten die Deformationen im Wesentlichen nur in den umgebenden Federringrahmen auf und von Federringrahmen zu Federringrahmen, von außen nach innen betrachtet, kann durch die ineinander geschachtelte Struktur und durch die alternierende, verdrehte Anordnung der Verbindungsstellen die Deformation immer weiter reduziert werden. Gleichzeitig kann jeder der Federringrahmen gezielt, z. B. durch eine auf die gewünschte Funktion angepasste Breite, als Biege- und Torsionsfeder gestaltet sein, so dass sich in vorteilhafter Weise eine sehr kompakte Struktur ergibt, die über diese kaskadierten Federstrecken eine große Auslenkung der Spiegelplatte sowohl in einer, aber auch in beiden Achsen erlaubt. Die Anzahl der Federringrahmen kann den unterschiedlichen Notwendigkeiten hinsichtlich Deformation, Platzbedarf, Auslenkung, Federstress, Modenspektrum usw. individuell angepasst sein.The micromirror arrangement according to the invention has a mirror plate fastened to a substrate via spring elements and associated with a drive unit, the latter being designed to drive the mirror plate about the axis about at least one axis for oscillation. The spring elements are formed as a plurality, the mirror plate surrounding spring ring frame, which lie in the idle state of the micromirror arrangement substantially in the mirror plate plane, wherein the innermost, adjacent to the mirror plate spring ring frame is connected at two opposite connection points with the mirror plate, the spring ring frame each other at two connected to opposite joints and the outermost, adjacent to the substrate spring ring frame is connected at two opposite connection points with the substrate, wherein the joints between mirror plate and innermost spring washer frame, between the spring ring frame itself and between the extreme spring ring frame and substrate are offset from one another. This arrangement allows for the drive act on an axis or two axes required torques on the mirror plate, without causing considerable deformation of the mirror plate. In particular, the deformation of the immediately adjacent to the mirror plate spring ring frame is reduced in uniaxial micromirror arrangement or in the biaxial or two-dimensional case, also seen from the inside second spring ring frame. Thus, the deformations occur substantially only in the surrounding spring ring frame and viewed from spring ring frame to spring ring frame, from outside to inside, can be reduced by the nested structure and by the alternating, twisted arrangement of the joints, the deformation more and more. At the same time, each of the spring ring frame targeted, z. B. be adapted by a adapted to the desired function width, as a bending and torsion spring, so that in an advantageous manner results in a very compact structure, which has a large deflection of the mirror plate in one, but also in both axes over these cascaded spring lines allowed. The number of spring ring frame can be adapted to the different needs for deformation, space requirements, deflection, spring stress, mode spectrum, etc. individually.

In bevorzugter Weise sind die Verbindungsstellen zwischen Spiegelplatte und Federringrahmen, zwischen Federringrahmen untereinander und zwischen Federringrahmen und Substrat jeweils um 90° gegeneinander verdreht. Durch diese Maßnahme, bei der die Angriffspunkte bzw. Verbindungsstellen senkrecht zur Drehachse liegen, kann die Deformation gleichmäßig vom äußeren Federringrahmen zum inneren Federringrahmen abgebaut werden.Preferably, the joints between mirror plate and spring ring frame, between spring ring frame with each other and between the spring ring frame and substrate are rotated by 90 ° from each other. By this measure, in which the points of attack or joints are perpendicular to the axis of rotation, the deformation can be reduced evenly from the outer spring ring frame to the inner spring ring frame.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, in dem die Antriebseinheit ausgebildet ist, die Spiegelplatte um eine Schwingachse zum Schwingen anzuregen, sind mindestens drei Federringrahmen zwischen Spiegelplatte und Substrat angeordnet, wodurch eine große Auslenkung der Spiegelplatte beim Schwingen unter reduzierter Deformation erzielt wird. Bei drei Federringrahmen dient beispielsweise der mittlere Federringrahmen als Entkopplungsring.In an advantageous embodiment, in which the drive unit is designed to stimulate the mirror plate to oscillate about a swing axis, at least three spring ring frames are arranged between the mirror plate and the substrate, whereby a large deflection of the mirror plate during swinging under reduced deformation is achieved. In three spring ring frame, for example, the middle spring ring frame serves as a decoupling ring.

Für einen zweiachsigen Mikrospiegel ist die Antriebseinheit ausgebildet, die Spiegelplatte um zwei senkrecht zueinanderstehende Schwingachsen zum Schwingen anzuregen, wobei mindestens vier Federringrahmen zwischen Spiegelplatte und Substrat angeordnet sind. In diesem Fall dient der von innen gesehene zweite Federringrahmen als Entkopplungsring für die senkrecht zu den Verbindungsstellen liegende Drehachse und der von innen gesehene dritte Federringrahmen als Entkopplungsring für die andere Drehachse. Durch diese Maßnahme kann auf relativ geringer Fläche ein großer Spiegel mit zweiachsiger Aufhängung für schnelle Scan-Achsen untergebracht werden.For a biaxial micromirror, the drive unit is designed to stimulate the mirror plate to oscillate about two mutually perpendicular vibration axes, at least four spring-ring frames being arranged between the mirror plate and the substrate. In this case, the second spring ring frame seen from the inside serves as a decoupling ring for the axis of rotation lying perpendicular to the connection points and the third spring ring frame seen from the inside as a decoupling ring for the other axis of rotation. By this measure, a large mirror with biaxial suspension for fast scan axes can be accommodated on a relatively small area.

Die Antriebseinheit kann als ein elektrostatischer Antrieb, piezoelektrischer Antrieb, elektromagnetischer Antrieb und/oder galvanometrischer Antrieb realisiert werden, so dass die Mikrospiegelanordnung an die unterschiedlichsten Applikationen und Bedingungen angepasst werden.The drive unit can be realized as an electrostatic drive, piezoelectric drive, electromagnetic drive and / or galvanometric drive, so that the micromirror arrangement can be adapted to a wide variety of applications and conditions.

Die Spiegelplatte und/oder die Federringrahmen können je nach Anwendung vorteilhafterweise unterschiedliche Formen aufweisen, d. h. sie können rund oder mehreckig ausgestaltet sein.The mirror plate and / or the spring ring frame can advantageously have different shapes depending on the application, d. H. they can be round or polygonal.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mikrospiegelanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel in der Aufsicht, 1 a schematic representation of the micromirror arrangement according to the invention according to a first embodiment in the supervision,

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mikrospiegelanordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in der Aufsicht und 2 a schematic representation of the micromirror arrangement according to the invention according to a second embodiment in the plan view and

3 einen Teilschnitt durch die Anordnung nach 1 senkrecht zur Schwenkachse. 3 a partial section through the arrangement according to 1 perpendicular to the pivot axis.

In 1 ist ein einachsiger Mikrospiegel 1 dargestellt, der eine Spiegelplatte 2 aufweist, die über drei Federringrahmen 3 in einem hier mit Substrat 4 bezeichneten feststehenden Teil der Mikrospiegelanordnung aufgehängt ist. Das Substrat 4 kann beispielsweise als Elektrodenchip mit darauf fest verbundenem feststehenden Teil eines Aktuatorchips sein, der gleichzeitig die Spiegelplatte 2 und die Federringrahmen 3 enthält. Wie ausgeführt, sind die die Spiegelplatten 2 mit dem Substrat 4 verbindenden Federelemente als Federringrahmen 3 ausgebildet, wobei der innerste, die Spiegelplatte 2 direkt umgebende Federring an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen 5, die vorzugsweise im Wesentlichen punktartig sind, mit der Spiegelplatte 2 verbunden. Diese Verbindungsstellen 5 liegen um 90° versetzt zu der Schwingachse der Spiegelplatte, die durch Verbindungsstellen 6 zwischen dem äußersten Federringrahmen 3 und dem Substrat 4 vorgegeben ist. Weiterhin sind Verbindungsstellen 7 zwischen dem innersten und dem im vorliegenden Fall mittleren Federringrahmen und Verbindungsstellen 8 zwischen dem mittleren Federringrahmen 3 und dem äußersten Federringrahmen vorgesehen, wobei die Verbindungsstellen 7 mit der Schwenkachse bzw. mit den Verbindungsstellen 6 fluchten und die Verbindungsstellen 8 mit den Verbindungsstellen 5 fluchten. Der mittlere Federringrahmen dient als Entkopplungsring zur Unterbrechung des Federweges, der durch den innersten Federringrahmen vorgegeben ist. in 3 ist ein Querschnitt durch die Spiegelplatte 2 und die sie umgebenden Federringrahmen 3 dargestellt, der verdeutlicht, wie die die Spiegelplatte 2 und die Federringrahmen 3 verbiegenden Drehmomente übertragen werden. Es kann daran besser erkannt werden, dass es eine „Entkopplung” zwischen Verbindungsstellen 5 samt daran anknüpfendem Federringrahmen 3 und den Verbindungstellen 8 samt daran anknüpfenden Federringen 3 geben muss. Wären die Verbindungsstellen 5 und 8 direkt miteinander verbunden, dann würde sich die starke Biegung und das starke wirkende Biegemoment der äußeren Ringfeder-Elemente auch auf die Spiegelplatte 2 übertragen. Dem mittleren „Entkopplungs-Ring” kommt daher die Aufgabe zu, mechanischen Stress entlang der durch ihn zur Verfügung gestellten Federstrecke abzubauen. Diese ist umso länger je weiter die nächste Verbindung vom Ort der Verbindungsstellen 5 und 8 entfernt ist. Die weiteste realisierbare Entfernung, die gleichzeitig am meisten Entkopplung und Abbau von Federstress zulässt, stellt die Verbindung bei 90° Verdrehung dar. Der Entkopplungsring ermöglicht somit den in 3 entstehenden Höhenunterschied der verschiedenen Aufhängungssegmente.In 1 is a single-axis micromirror 1 shown, which is a mirror plate 2 which has three spring ring frames 3 in a here with substrate 4 designated fixed part of the micromirror assembly is suspended. The substrate 4 For example, it may be an electrode chip with a fixed part of an actuator chip fixedly connected to it, and at the same time the mirror plate 2 and the spring ring frames 3 contains. As stated, these are the mirror plates 2 with the substrate 4 connecting spring elements as a spring ring frame 3 formed, with the innermost, the mirror plate 2 directly surrounding spring washer at two opposite joints 5 , which are preferably substantially point-like, with the mirror plate 2 connected. These connection points 5 are offset by 90 ° to the oscillating axis of the mirror plate, by connecting points 6 between the outermost spring ring frame 3 and the substrate 4 is predetermined. Furthermore, there are connection points 7 between the innermost and in this case middle spring ring frame and joints 8th between the middle spring ring frame 3 and the outermost Federringrahmen provided, wherein the connection points 7 with the pivot axis or with the connection points 6 aligned and the connection points 8th with the connection points 5 aligned. The middle spring ring frame serves as a decoupling ring for interrupting the spring travel, which is predetermined by the innermost spring ring frame. in 3 is a cross section through the mirror plate 2 and the surrounding spring ring frame 3 shown, which illustrates how the mirror plate 2 and the spring ring frames 3 bending torques are transmitted. It can be better understood that there is a "decoupling" between junctions 5 complete with attached spring ring frame 3 and the connection points 8th complete with spring rings 3 must give. Would be the connection points 5 and 8th directly connected to each other, then the strong bending and the strong acting bending moment of the outer annular spring elements would also affect the mirror plate 2 transfer. The central "decoupling ring" therefore has the task of reducing mechanical stress along the spring travel provided by it. This is the longer the further the next connection from the location of the joints 5 and 8th is removed. The farthest achievable distance, which at the same time allows the most decoupling and reduction of spring stress, is the connection at 90 ° rotation. The decoupling ring thus enables the in 3 resulting height difference of the various suspension segments.

Für die Anregung der Schwingplatte 2 zu Schwingungen ist ein schematisch angedeuteter Antrieb 9 vorgesehen, der beispielsweise Elektroden, die auf einem Elektrodenchip ausgebildet sind, für einen elektrostatischen Antrieb aufweisen kann. Selbstverständlich sind auch andere Antriebe, wie elektromagnetische, piezoelektrische oder galvanometrische Antriebe denkbar.For the excitation of the vibrating plate 2 to vibrations is a schematically indicated drive 9 provided, for example, can have electrodes which are formed on an electrode chip for an electrostatic drive. Of course, other drives, such as electromagnetic, piezoelectric or galvanometric drives are conceivable.

In 2 ist ein zweiachsig schwingender Mikrospiegel 10 schematisch dargestellt, wobei ein Antrieb 11 derart ausgebildet ist, dass er die Spiegelplatte 2 in zwei Achsen, die senkrecht aufeinander stehen, zum Schwingen anregen kann. Die Ausführung nach 2 unterscheidet sich zu der nach 1 weiterhin dadurch, dass vier Federringrahmen zwischen Spiegelplatte 2 und Substrat 4 angeordnet sind, wobei die Verbindungsstellen 5, 7 und 8 denen der 1 entsprechen. Verbindungsstellen 12 zwischen dem äußersten Federringrahmen 3 und dem Substrat fluchten im Ausführungsbeispiel mit den Verbindungsstellen 5, die die Spiegelplatte 2 mit dem innersten Federringrahmen 3 verbinden. Weiterhin weisen die äußersten zwei Federringrahmen Verbindungsstellen 13 untereinander auf, die mit den Verbindungsstellen 7 fluchten. Die jeweils gegenüberliegenden Verbindungsstellen 5 bis 8 und 12 und 13 sind somit Federringrahmen 3 zu Federringrahmen 3 um 90° versetzt. Bei dieser Ausführungsform dient der von innen gesehene zweite Federringrahmen als Entkopplungsring für die in der Figur vorgegebene waagerechte Schwingachse und der von innen gesehene dritte Federringrahmen als Entkopplungsring für die senkrechte Schwing- oder Drehachse. Die Wirkung der Entkopplungsringe entspricht derjenigen, die mit der Anordnung nach 3 erzielt wird.In 2 is a biaxial vibrating micromirror 10 shown schematically, wherein a drive 11 is designed such that it the mirror plate 2 in two axes that are perpendicular to each other, can stimulate the swing. The execution after 2 different from the one after 1 furthermore, by having four spring ring frames between mirror plate 2 and substrate 4 are arranged, wherein the connection points 5 . 7 and 8th those of 1 correspond. joints 12 between the outermost spring ring frame 3 and the substrate are aligned in the embodiment with the connection points 5 holding the mirror plate 2 with the innermost spring ring frame 3 connect. Furthermore, the outermost two spring ring frame connection points 13 with each other, with the connection points 7 aligned. The opposite connecting points 5 to 8th and 12 and 13 are thus spring ring frame 3 to spring ring frame 3 offset by 90 °. In this embodiment, the second spring ring frame seen from the inside serves as decoupling ring for the horizontal oscillating axis predetermined in the figure and the third spring ring frame seen from the inside as a decoupling ring for the vertical oscillating or rotary axis. The effect of the decoupling rings corresponds to that with the arrangement according to 3 is achieved.

Wenn die Antriebe 9, 11 die Spiegelplatte 2 zum Schwingen anregen, lassen sich die Deformationen im Wesentlichen an Teilen von der Spiegelplatte 2 fernhalten und auf die Federringrahmen 3 übertragen. Die Gesamtdrehamplitude wird auf die kaskadierten bzw. ineinander geschachtelten Federringrahmen 3 aufgeteilt. Dadurch wirkt speziell an den Orten der Verbindungsstellen zum nächstfolgenden Federringrahmen 3 ein geringeres biegendes Drehmoments, so dass das Gesamtdrehmoment aufgeteilt wird. Die Biegungen treten im Wesentlichen in den durch die jeweiligen Verbindungsstellen vorgegebenen Federringrahmensegmenten auf und an der Spiegelplatte 2 ist das biegende Drehmoment gering.When the drives 9 . 11 the mirror plate 2 to vibrate, the deformations can be essentially on parts of the mirror plate 2 keep away and on the spring ring frame 3 transfer. The total torsional amplitude is applied to the cascaded spring ring frames 3 divided up. This acts especially at the locations of the joints to the next spring ring frame 3 a lower bending torque, so that the total torque is divided. The bends occur essentially in the predetermined by the respective connection points spring ring frame segments and on the mirror plate 2 the bending torque is low.

Die Antriebe 9 und 11 könnten beispielsweise als Parallelplattenkondensator ausgelegt sein, indem im einachsigen Fall zwei Elektroden und im zweiachsigen Fall vier Quadranten-Elektroden unter der Spiegelplatte so positioniert sind, dass sie eine Anziehungskraft auf je eine Hälfte bzw. auf einen Quadranten ausüben. Im Fall eines magnetischen Antriebs könnte eine Planarspule an der Unterseite der Spiegelplatte angebracht sein und im externen Feld zweier Permanentmagnete durch Stromfluss zum Schwingen angeregt werden. Ebenso wäre denkbar, dass ein Permanentmagnet an der Unterseite der Spiegelplatte befestigt wird, der mit Hilfe der Kraft eines externen Elektromagneten periodisch angeregt wird. im Fall eines piezoelektrischen Antriebs könnten so genannte Piezo-Bimorphs so erzeugt werden, dass die Piezoschicht mit Ansteuer-Elektroden auf den Federringrahmen abgeschieden wird und geeignet so segmentiert wird, dass die Trennung der Ansteuerung beider Achsen möglich ist.The drives 9 and 11 For example, they could be designed as a parallel plate capacitor by positioning two electrodes in the uniaxial case and four quadrant electrodes in the biaxial case below the mirror plate so as to exert an attractive force on one half and one quadrant, respectively. In the case of a magnetic drive, a planar coil could be mounted on the underside of the mirror plate and be excited to oscillate in the external field of two permanent magnets by current flow. It would also be conceivable that a permanent magnet is attached to the underside of the mirror plate, which is periodically excited by means of the force of an external electromagnet. In the case of a piezoelectric drive so-called piezo bimorphs could be generated so that the piezoelectric layer is deposited with control electrodes on the spring ring frame and is suitably segmented so that the separation of the control of both axes is possible.

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Claims (6)

Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelemente an einem Substrat befestigten Spiegelplatte (2), wobei der Spiegelplatte eine Antriebseinheit (9, 10) zugeordnet ist, die ausgebildet ist, die Spiegelplatte um mindestens eine Achse zur Schwingung um diese Achse anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente als mehrere, die Spiegelplatte (2) im Wesentlichen in ihrer Spiegelplattenebene umgebenden Federringrahmen (3) ausgebildet sind, wobei der innerste, an die Spiegelplatte (2) angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (5) mit der Spiegelplatte (2) verbunden ist, die Federringrahmen untereinander jeweils an zwei gegenüberliegenden Verbindungstellen (7, 8, 13) verbunden sind und der äußerste, an das Substrat (4) angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (6, 12) mit dem Substrat (4) verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen (5, 7, 8, 13, 12) zwischen Spiegelplatte (2) und innerstem Federringrahmen (3), zwischen den Federringrahmen (3) selbst und zwischen äußerstem Federringrahmen (3) und Substrat (4) gegeneinander versetzt sind.Micromirror arrangement with a mirror plate fastened to a substrate via spring elements (US Pat. 2 ), wherein the mirror plate is a drive unit ( 9 . 10 ), which is designed to drive the mirror plate about at least one axis for oscillation about this axis, characterized in that the spring elements as a plurality, the mirror plate ( 2 ) substantially in its mirror plate plane surrounding spring ring frame ( 3 ), wherein the innermost, to the mirror plate ( 2 ) adjacent spring ring frames ( 3 ) at two opposite connection points ( 5 ) with the mirror plate ( 2 ), the spring ring frames each other at two opposite joints ( 7 . 8th . 13 ) and the outermost, to the substrate ( 4 ) adjacent spring ring frames ( 3 ) at two opposite connection points ( 6 . 12 ) with the substrate ( 4 ), the joints ( 5 . 7 . 8th . 13 . 12 ) between mirror plate ( 2 ) and innermost spring ring frame ( 3 ), between the spring ring frames ( 3 ) itself and between the extreme spring ring frame ( 3 ) and substrate ( 4 ) are offset from each other. Mikrospiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen (5, 6, 7, 8, 13, 12) zwischen Spiegelplatte (2) und innerstem Federringrahmen (3), zwischen Federringrahmen (3) untereinander und zwischen äußerem Federringrahmen (3) und Substrat (4) jeweils um 90° gegeneinander verdreht sind.Micro-mirror arrangement according to claim 1, characterized in that the connection points ( 5 . 6 . 7 . 8th . 13 . 12 ) between mirror plate ( 2 ) and innermost spring ring frame ( 3 ), between spring ring frame ( 3 ) between each other and between outer spring ring frame ( 3 ) and substrate ( 4 ) are each rotated by 90 ° from each other. Mikrospiegelanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (9) ausgebildet ist, die Spiegelplatte (2) um eine Schwingachse zum Schwingen anzuregen, wobei mindestens drei Federringrahmen (3) zwischen Spiegelplatte (3) und Substrat (4) angeordnet sind.Micromirror arrangement according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the drive unit ( 9 ), the mirror plate ( 2 ) to vibrate about a swing axis, wherein at least three spring ring frame ( 3 ) between mirror plate ( 3 ) and substrate ( 4 ) are arranged. Mikrospiegelanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (11) ausgebildet ist, die Spiegelplatte (2) um zwei senkrecht zueinanderstehende Schwingachsen zum Schwingen anzuregen, wobei mindestens vier Federringrahmen (3) zwischen Spiegelplatte (2) und Substrat (4) angeordnet sind.Micromirror arrangement according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the drive unit ( 11 ), the mirror plate ( 2 ) to excite two oscillating axes perpendicular to each other to vibrate, wherein at least four spring ring frame ( 3 ) between mirror plate ( 2 ) and substrate ( 4 ) are arranged. Mikrospiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (9, 11) als ein elektrostatischer Antrieb, piezoelektrischer Antrieb, elektromagnetischer Antrieb und/oder galvanometrischer Antrieb realisiert ist.Micromirror arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the drive unit ( 9 . 11 ) is realized as an electrostatic drive, piezoelectric drive, electromagnetic drive and / or galvanometric drive. Mikrospiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelplatte und/oder die Federringrahmen rund oder mehreckig ausgebildet sind.Micromirror arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mirror plate and / or the spring ring frames are round or polygonal.
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