DE102013223937B4

DE102013223937B4 - Micromirror array

Info

Publication number: DE102013223937B4
Application number: DE102013223937.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hofmann; Frank Senger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2033-11-23
Also published as: DE102013223937A1; WO2015075223A1

Abstract

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, dassdie Federelemente als mehrere, die Spiegelplatte (2) im Wesentlichen in ihrer Spiegelplattenebene umgebenden und als Biege-und Torsionsfeder gestaltete Federringe (3) ausgebildet sind,wobei der innerste, an die Spiegelplatte (2) angrenzende Federring (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (5) mit der Spiegelplatte (2) verbunden ist, die Federring untereinander jeweils an zwei gegenüberliegenden Verbindungstellen (7, 8, 13) verbunden sind und der äußerste, an das Substrat (4) angrenzende Federring (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (6, 12) mit dem Substrat (4) verbunden ist, unddie Verbindungsstellen (5, 7, 8, 13, 12) zwischen Spiegelplatte (2) und innerstem Federring (3), zwischen den Federring (3) selbst und zwischen äußerstem Federring (3) und Substrat (4) gegeneinander versetzt sind,und dass mindestens ein zwischen innerstem und äußerstem Federring liegender Federring als Entkopplungsring zur Unterbrechung des Federweges, der durch den innersten Federring vorgegeben ist, dient.Micromirror arrangement with a mirror plate (2) fastened to a substrate via spring elements, wherein a drive unit (9, 10) is assigned to the mirror plate, which is designed to drive the mirror plate about at least one axis to oscillate about this axis, characterized in that the spring elements as several spring washers (3) that essentially surround the mirror plate (2) in its mirror plate plane and are designed as bending and torsion springs, with the innermost spring ring (3) adjoining the mirror plate (2) having two opposite connection points (5). of the mirror plate (2), the spring washers are connected to each other at two opposite connection points (7, 8, 13) and the outermost spring ring (3) adjoining the substrate (4) at two opposite connection points (6, 12). is connected to the substrate (4), and the connection points (5, 7, 8, 13, 12) between the mirror plate (2) and the innermost spring ring (3), between the spring ring (3) itself and between the outermost spring ring (3) and the substrate (4) are offset from one another, and that at least one spring ring lying between the innermost and outermost spring ring acts as a decoupling ring to interrupt the spring travel that runs through the innermost Spring ring is specified, is used.

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 to a substrate via spring elements 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, so 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 are used for the uniaxial or multi-axis deflection of light and are basically known in the prior art. They can be made conventionally from steel, but also from silicon using high-precision microstructuring techniques. Depending on the required quality, however, a large number of other materials can also be used for the production of movable mirror plates, whereby they are additionally mirrored metallic or also by dielectric multilayers to increase the reflectivity, regardless of the materials used. In order to drive the mirror plates, which are suspended from a stationary part by means of springs, for example, galvanometric drives, electrostatic, piezoelectric or electromagnetic drives can be used. The mentioned movable mirrors can be used for a wide variety of purposes, for example in display applications, in material processing, in sensor technology, etc. The size of the mirror diameter also depends on the application. Mirrors with diameters in the range from 0.5 to 2 mm are used, but in other applications it is a matter of realizing mirror diameters of 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 high speeds at the same time, there are considerable forces that 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 introduced, while at the same time the entire structure with its moment of inertia counteracts this torque. These opposing moments are greatest at the reversal points of the mirror plate movement and therefore generate the greatest deformation. The deformations scale with the fifth power of the diameter, with the square of the frequency and linearly with 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 micro-technology, but also in macro-technology, to provide stiffening structures on the rear of the mirror or the mirror plate. From the US 8 345 336 B2 For example, a MEMS scanner mirror is known which is provided with X-shaped strips or ribs on its rear side. In this case, however, the mass of the mirror is additionally increased, whereby the moment of inertia is increased 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 into the mirror plate in order to reduce the dynamic deformation in order to optimize the location of the force or torque introduction. From the US 7 567 367 B2 a micromirror device is known with a mirror plate which is surrounded by an outer frame, a plurality of connecting pieces being provided between the outer frame and the mirror plate, on which the mirror plate is fixed to the outer frame. Furthermore, in the US 7 369 288 B2 discloses a micromechanical optical element which has a mirror plate which defines a pivot axis for the mirror plate, the plurality of springs being connected to the mirror plate at different points on the circumference.

Aus der JP 2011-175 177 A ist außerdem eine Mikrospiegelanordnung bekannt, bei der eine Spiegelplatte über elastische Elemente mit einem inneren Gimbal verbunden ist, der wiederum über elastische Elemente mit einem äußeren Gimbal verbunden ist, wobei die Gimbals starre Rahmen darstellen. Ebenso sind aus JP 2003-117 897 A und US 2008/02 38 592 A1 Mikorspiegelelemente mit starren Rahmenstrukturen und verformbaren Federelementen bekannt. 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.From the JP 2011-175 177 A In addition, a micromirror arrangement is known in which a mirror plate is connected via elastic elements to an inner gimbal, which in turn is connected via elastic elements to an outer gimbal, the gimbals being rigid frames. Likewise are off JP 2003-117 897 A and US 2008/02 38 592 A1 Micromirror elements with rigid frame structures and deformable spring elements are known. The invention is based on the object of creating a micromirror arrangement with a mirror plate attached to a substrate via spring elements, which can be used both as a uniaxial micromirror arrangement and as a biaxial micromirror arrangement with rotation about two mutually perpendicular axes and which has reduced dynamic mirror plate deformation and which is also suitable for larger angular deflections of the mirror plate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.According to the invention, 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.Advantageous further developments and improvements are possible through the measures specified in the subclaims.

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, which is assigned to a drive unit, the latter being designed to drive the mirror plate about at least one axis for oscillation about the axis. The spring elements are designed as a plurality of spring ring frames surrounding the mirror plate, which in the rest state of the micromirror arrangement lie essentially in the mirror plate plane, the innermost being adjacent to the mirror plate Zende spring ring frame is connected to the mirror plate at two opposite connection points, the spring ring frames are connected to each other at two opposite connection points and the outermost spring ring frame adjoining the substrate is connected to the substrate at two opposite connection points, the connection points between the mirror plate and the innermost spring ring frame, between the spring ring frame itself and between the outermost spring ring frame and substrate are offset from one another. This arrangement allows the torques required for the drive about one axis or also about two axes to act on the mirror plate without causing any significant deformation of the mirror plate. In particular, the deformation of the spring ring frame directly adjoining the mirror plate is also reduced in the case of a uniaxial micromirror arrangement or, in the two-axis or two-dimensional case, also of the second spring ring frame viewed from the inside. Thus, the deformations essentially only occur in the surrounding spring ring frame and from spring ring frame to spring ring frame, viewed from the outside to the inside, the deformation can be further reduced by the nested structure and the alternating, twisted arrangement of the connection points. At the same time, each of the spring ring frames can be designed specifically as a bending and torsion spring, for example by a width adapted to the desired function, so that a very compact structure results in an advantageous manner, which via these cascaded spring stretches a large deflection of the mirror plate both in a , but also allowed in both axes. The number of spring ring frames can be individually adapted to the different needs in terms of deformation, space requirements, deflection, spring stress, fashion spectrum, etc.

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.In a preferred manner, the connection points between the mirror plate and the spring ring frame, between the spring ring frame and between the spring ring frame and the substrate are each rotated by 90 ° relative to one another. By this measure, in which the points of application or connection points 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 cause the mirror plate to oscillate about an oscillation axis, at least three spring ring frames are arranged between the mirror plate and the substrate, whereby a large deflection of the mirror plate when oscillating is achieved with reduced deformation. With three spring ring frames, 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 around two mutually perpendicular oscillation axes, with 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 serves as a decoupling ring for the other axis of rotation. As a result of this measure, a large mirror with two-axis suspension for fast scan axes can be accommodated in 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 implemented as an electrostatic drive, piezoelectric drive, electromagnetic drive and / or galvanometric drive, so that the micromirror arrangement can be adapted to the most varied 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, i.e. they can be designed round or polygonal.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mikrospiegelanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel in der Aufsicht,
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mikrospiegelanordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in der Aufsicht und
3 einen Teilschnitt durch die Anordnung nach 1 senkrecht zur Schwenkachse.

Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the description below. Show it

1 a schematic representation of the micromirror arrangement according to the invention according to a first embodiment in a plan view,
2 a schematic representation of the micromirror arrangement according to the invention according to a second embodiment in plan and
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 a uniaxial micromirror 1 is shown, which has a mirror plate 2 which is suspended via three spring ring frames 3 in a fixed part of the micromirror arrangement designated here as substrate 4. The substrate 4 can be, for example, as an electrode chip with a fixed part of an actuator chip firmly connected to it, which at the same time contains the mirror plate 2 and the spring ring frame 3. As stated, the spring elements connecting the mirror plates 2 to the substrate 4 are designed as spring ring frames 3, the innermost spring ring directly surrounding the mirror plate 2 at two opposite connection points 5, which are preferably essentially union are point-like, connected to the mirror plate 2. These connection points 5 are offset by 90 ° to the oscillation axis of the mirror plate, which is predetermined by connection points 6 between the outermost spring ring frame 3 and the substrate 4. Furthermore, connection points 7 are provided between the innermost and, in the present case, middle spring ring frame and connection points 8 between the middle spring ring frame 3 and the outermost spring ring frame, the connection points 7 being aligned with the pivot axis or with the connection points 6 and the connection points 8 with the connection points 5 cursing. The middle spring ring frame serves as a decoupling ring to interrupt the spring travel that is specified by the innermost spring ring frame. In 3 a cross-section through the mirror plate 2 and the spring ring frame 3 surrounding it is shown, which illustrates how the torques bending the mirror plate 2 and the spring ring frame 3 are transmitted. It can be better recognized from this that there must be a “decoupling” between connection points 5 including the spring ring frame 3 connected to them and the connection points 8 including spring rings 3 connected thereto. If the connection points 5 and 8 were directly connected to one another, the strong bending and the strong bending moment of the outer annular spring elements would also be transferred to the mirror plate 2. The central “decoupling ring” therefore has the task of reducing mechanical stress along the spring path it provides. This is the longer the further the next connection is from the location of the connection points 5 and 8. The longest feasible distance, which at the same time allows the greatest decoupling and reduction of spring stress, is the connection at 90 ° rotation. The decoupling ring thus enables the in 3 resulting difference in height between 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.A schematically indicated drive 9 is provided for the excitation of the vibrating plate 2 to vibrate, which, 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 also 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 a biaxially oscillating micromirror 10 is shown schematically, a drive 11 being designed in such a way that it can excite the mirror plate 2 to oscillate in two axes which are perpendicular to one another. The execution after 2 differs from that after 1 furthermore in that four spring ring frames are arranged between mirror plate 2 and substrate 4, the connection points 5, 7 and 8 being those of the 1 correspond. Connection points 12 between the outermost spring ring frame 3 and the substrate are aligned in the exemplary embodiment with the connection points 5 which connect the mirror plate 2 to the innermost spring ring frame 3. Furthermore, the two outermost spring ring frames have connection points 13 with one another, which are aligned with the connection points 7. The respective opposing connection points 5 to 8 and 12 and 13 are thus offset by 90 ° between the spring ring frame 3 and the spring ring frame 3. In this embodiment, the second spring ring frame seen from the inside serves as a decoupling ring for the horizontal oscillating axis given in the figure and the third spring ring frame seen from the inside serves as a decoupling ring for the vertical oscillating or rotating 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 excite the mirror plate 2 to vibrate, the deformations can essentially be kept away from the mirror plate 2 in parts and transferred to the spring ring frame 3. The total rotation amplitude is divided between the cascaded or nested spring ring frames 3. As a result, a lower bending torque acts especially at the locations of the connection points to the next following spring ring frame 3, so that the total torque is divided. The bends occur essentially in the spring ring frame segments specified by the respective connection points, and the bending torque is low on the mirror plate 2.

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 could, for example, be designed as parallel plate capacitors in that in the uniaxial case two electrodes and in the biaxial case four quadrant electrodes are positioned under the mirror plate in such a way that they exert an attractive force on one half or one quadrant. In the case of a magnetic drive, a planar coil could be attached to the underside of the mirror plate and excited to oscillate in the external field of two permanent magnets by a current flow. It would also be conceivable that a permanent magnet is attached to the underside of the mirror plate, which is periodically excited with the help of the force of an external electromagnet. In the case of a piezoelectric drive, so-called piezo bimorphs could be generated in such a way that the piezo layer with control electrodes is deposited on the spring ring frame and is appropriately segmented in such a way that the control of both axes can be separated.

Claims

Micromirror arrangement with a mirror plate (2) fastened to a substrate via spring elements, the mirror plate being assigned 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 are designed as a plurality of spring washers (3) that essentially surround the mirror plate (2) in its mirror plate plane and are designed as bending and torsion springs, the innermost spring ring (3) adjoining the mirror plate (2) at two opposite connection points (5) is connected to the mirror plate (2), the spring washers are connected to each other at two opposite connection points (7, 8, 13) and the outermost spring ring (3) adjoining the substrate (4) is connected to two opposite connection points (6, 12) is connected to the substrate (4), and the connection points (5, 7, 8, 13, 12) between the mirror plate (2) and the innermost Circlip (3), between the circlip (3) itself and between the outermost circlip (3) and the substrate (4) are offset from one another, and that at least one circlip lying between the innermost and outermost circlip acts as a decoupling ring to interrupt the spring travel through the innermost Spring washer is given, is used.

Micromirror arrangement according to Claim 1 , characterized in that the connection points (5, 6, 7, 8, 13, 12) between the mirror plate (2) and the innermost spring ring (3), between spring rings (3) among each other and between the outermost spring ring (3) and the substrate (4) are rotated by 90 ° against each other.

Micromirror arrangement according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the drive unit (9) is designed to stimulate the mirror plate (2) to oscillate about an oscillation axis, at least three spring washers (3) being arranged between the mirror plate (3) and substrate (4), of which the middle spring washer forms the decoupling ring.

Micromirror arrangement according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the drive unit (11) is designed to stimulate the mirror plate (2) to oscillate around two mutually perpendicular oscillation axes, at least four spring rings (3) being arranged between the mirror plate (2) and substrate (4), two of which The spring washers between the innermost and outermost spring washers serve as decoupling rings for one oscillating axis each.

Micromirror arrangement according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the drive unit (9, 11) is implemented as an electrostatic drive, piezoelectric drive, electromagnetic drive and / or galvanometric drive.

Micromirror arrangement according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the mirror plate and / or the spring washers are round or polygonal.