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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil und eine Beleuchtungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Zur Realisierung eines Frontlichts, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, werden beispielsweise Halogen-Lampen, Gasentladungslampen oder LED-Strahler eingesetzt. Hierbei werden technologische Anstrengungen unternommen, um einen Lichtkegel zum optimalen Ausleuchten eines Sichtfelds einerseits und der Vermeidung von Blendung des Gegenverkehrs andererseits auf einfache Art und Weise zu realisieren.
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Die
US 2010/0020379 A1 betrifft ein mikroelektromechanisches System zum Antreiben eines kardanischen Elements für einen Mikrospiegel.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1 und eine Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 14.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt darin, eine konkrete Aufbau und Verbindungstechnik bereitzustellen, um insbesondere ein Frontlicht für ein Fahrzeug durch ein Reflektieren, insbesondere dynamisches Modulieren, eines gebündelten Lichtstrahls durch einen mikromechanisch angetriebenen Spiegel – im Folgenden kurz Mikrospiegel genannt – zu realisieren. Ferner löst das mikromechanische Bauteil insbesondere das Problem, eine sich während des Betriebs bildende Wärme in dem mikromechanischen Bauteil effizient und kostengünstig abzuführen. Ferner kann durch eine hier beschriebene würfelähnliche Geometrie des mikromechanischen Bauteils eine kompakte und in sich funktionsfähige Einheit bereitgestellt werden, welche zeit- und kostensparend weiterverbaut werden kann.
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Bei dem im Folgenden beschriebenen mikromechanischen Bauteil handelt es sich um ein selbsttragendes in sich funktionsfähiges Bauteil, das beispielsweise als Frontlicht in einem Fahrzeug eingebaut werden kann. Ferner wird unter dem Begriff „mikromechanisches Bauteil“ auch ein mikroelektromechanisches Bauteil bzw. ein mikrooptoelektronisches Bauteil verstanden. Unter dem Begriff „Mikrospiegel“ wird auch ein Mikrospiegelaktor verstanden.
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Hierzu umfasst das mikromechanische Bauteil gemäß einem Aspekt der Erfindung einen Mikrospiegel, welcher innerhalb eines Spiegelgehäuses mit einem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster angeordnet ist und ein Gehäuse mit einer Unterseite und einer Oberseite, wobei das Gehäuse zumindest bereichsweise aus einer lateralen Richtung frei zugänglich ist und die Oberseite zumindest bereichsweise eine Auswerteschaltung umfasst. Das mikromechanische Bauteil umfasst ferner einen metallischen Kontaktsockel, welcher in einer auf der Unterseite des Gehäuses ausgebildeten Aufnahmeöffnung so angeordnet ist, dass an dem metallischen Kontaktsockel eine sich zumindest bereichsweise von einer Vorderseite der Unterseite bis zu einer Rückseite der Unterseite erstreckende und von dem metallischen Kontaktsockel umrahmte Öffnung ausgebildet ist. Das Spiegelgehäuse ist hierbei auf dem metallischen Kontaktsockel angeordnet und eine flexible Leiterplatte verbindet die Auswerteschaltung mit dem Spiegelgehäuse.
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Der im Folgenden beschriebene Mikrospiegel, welcher innerhalb des Spiegelgehäuses mit dem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster angeordnet ist, basiert auf einer Mikromechanik-Technologie mit insbesondere Magnet und Flussblech sowie der flexiblen Leiterplatte zur Signalübertragung zwischen dem Spiegelgehäuse bzw. Mikrospiegel und der Auswerteschaltung.
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Obwohl im Folgenden das mikromechanische Bauteil auf Basis eines Mikrospiegels beschrieben wird, versteht es sich von selbst, dass das mikromechanische Bauteil auch eine Vielzahl von Mikrospiegel umfassen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung überragt die flexible Leiterplatte das Gehäuse in der lateralen Richtung und die flexible Leiterplatte ist U-förmig ausgebildet. So lässt sich der Mikrospiegel, der innerhalb des Spiegelgehäuses angeordnet ist einfach auf die Unterseite des Gehäuses anordnen, wobei insbesondere eine kompakte Bauweise des mikromechanischen Bauteils realisierbar ist. Beispielsweise kann erst nach Anordnen des Spiegelgehäuses auf den metallischen Kontaktsockel die flexible Leiterplatte ihre U-Form annehmen, wobei die flexible Leiterplatte mit der Auswerteschaltung verbunden wird und nach Anordnen der Auswerteschaltung an der Oberseite die flexible Leiterplatte ihre U-Form annimmt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die flexible Leiterplatte einen Kunststoff mit einer Imidgruppe. Mit anderen Worten umfasst die flexible Leiterplatte ein Polyimid. Polyimide werden insbesondere wegen ihrer Hitzebeständigkeit, geringen Ausgasung und Strahlungsbeständigkeit in Form von insbesondere hellbräunlichen, halbtransparenten Folien zur Anwendung gebracht, wobei insbesondere ein Bedrucken der Folien mit Leiterbahnen möglich ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die flexible Leiterplatte durch Kleben oder Warmstemmen an der Vorderseite der Unterseite des Gehäuses fixiert. So lässt sich auf einfache Art und Weise die flexible Leiterplatte mechanisch stabil in dem Gehäuse anordnen, wobei die flexible Leiterplatte insbesondere das Spiegelgehäuse mit der Auswerteschaltung elektronisch verbindet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt die elektronische Kontaktierung zwischen flexibler Leiterplatte und dem Spiegelgehäuse mittels Wire-Bond oder Lötverbindung. So steht eine breite Auswahl an Verbindungsmöglichkeiten bereit, so dass je nach Einsatz des mikromechanischen Bauteils eine für die spezifische Anwendung vorteilhafte Verbindungstechnik eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist an dem Spiegelgehäuse und der flexiblen Leiterplatte jeweils mindestens ein Bondpad angebunden und mindestens ein Bonddraht verläuft zwischen dem mindestens einen Bondpad der flexiblen Leiterplatte und dem mindestens einen Bondpad des Spiegelgehäuses. So lässt sich eine einfache elektronische Kontaktierung mit einer geringen Montagehöhe des Spiegelgehäuses innerhalb des Gehäuses realisieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Spiegelgehäuse so auf dem metallischen Kontaktsockel angeordnet, dass eine das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster zumindest teilweise umrahmende Montagefläche des Spiegelgehäuses den metallischen Kontaktsockel kontaktiert und das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster die Öffnung zumindest teilweise bedeckt. Beispielsweise ist ein Durchmesser der Öffnung größer als ein Durchmesser des Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster. So lässt sich das Spiegelgehäuse einfach auf dem metallischen Kontaktsockel anordnen. Ferner lässt sich ein Toleranzbereich zwischen der Öffnung und dem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster zum Anordnen des Spiegelgehäuses auf den metallischen Metallsockel realisieren. Mit anderen Worten kann ein unkompliziertes und toleranzbehaftetes Anordnen des Spiegelgehäuses auf den metallischen Kontaktsockel durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Gehäuse an zumindest zwei gegenüberliegenden Bereichen der Oberseite Ausnehmungen auf und in den Ausnehmungen ist die Auswerteschaltung einschiebbar. So lässt sich insbesondere eine kompakte Bauweise des mikromechanischen Bauteils realisieren. Insbesondere kann erst nach einem Anordnen des Spiegelgehäuses auf den metallischen Kontaktsockel das Einschieben der Auswerteschaltung in die entsprechenden Ausnehmungen an der Oberseite des Gehäuses erfolgen, wobei die flexible Leiterplatte bereits während des Einschiebens mit dem Spiegelgehäuse und der Auswertschaltung verbunden sein kann. Mit anderen Worten ist das Gehäuse vor dem Einschieben der Auswerteschaltung insbesondere für das Spiegelgehäuse zumindest bereichsweise aus der lateralen Richtung frei zugänglich. So lässt sich auf einfache Art und Weise das Spiegelgehäuse auf dem metallischen Kontaktsockel anordnen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der metallische Kontaktsockel zumindest bereichsweise frei von einem Material des Gehäuses. So lässt sich besonders effizient eine im Betrieb entstehende bzw. erzeugte Wärme insbesondere des Spiegelgehäuses nach außen abführen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der metallische Kontaktsockel durch ein Spritzgießverfahren in dem Gehäuse zumindest bereichsweise eingebettet. So lässt sich kostengünstig das Gehäuse mit dem an der Unterseite integrierten metallischen Kontaktsockel herstellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Spiegelgehäuse mittels eines wärmeleitenden Ein-Komponentenklebstoffs mit dem metallischen Kontaktsockel verbunden. So lässt sich das Spiegelgehäuse mit dem Mikrospiegel insbesondere einfach und kostengünstig auf dem metallischen Kontaktsockel mechanisch stabil anordnen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der wärmeleitende Ein-Komponentenklebstoff ein metallisches Granulat. So lässt sich das Entwärmen bzw. das Abführen der im Betrieb entstehenden Wärme besonders effizient und kostengünstig durchführen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der metallische Kontaktsockel aus mindestens einem Metall mit einer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit gebildet. So lässt sich für spezifische Anwendungen des mikromechanischen Bauteils ein Material des metallischen Kontaktsockels einsparen. Beispielsweise umfasst der metallische Kontaktsockel Kupfer oder eine Kupferlegierung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Mikrospiegel mittels einer magnetischen, elektrostatischen und/oder piezoelektrischen Aktoreinrichtung um mindestens eine Drehachse verstellbar. So lässt sich das eingestrahlte Licht auf einfache Art und Weise hinsichtlich eines gewünschten Sichtfeldes oder einer zu beleuchtenden Fläche steuern.
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Die Merkmale für das mikromechanische Bauteil sind auch für die Beleuchtungsvorrichtung für das Fahrzeug offenbart wie auch umgekehrt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische seitliche Querschnittsansicht zur Erläuterung eines mikromechanischen Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine weitere schematische Ansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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4 eine schematische seitliche Ansicht zur Erläuterung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit dem mikromechanischen Bauteil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht zur Erläuterung eines mikromechanischen Bauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 bezeichnet Bezugszeichen 100 ein mikromechanisches Bauteil. Das mikromechanische Bauteil 100 umfasst einen Mikrospiegel 3, welcher innerhalb eines Spiegelgehäuses 2 mit einem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 angeordnet ist. Wie in der 1 gezeigt, umfasst das mikromechanische Bauteil 100 ferner ein Gehäuse G1 mit einer Unterseite U1 und einer Oberseite O1, wobei das Gehäuse G1 zumindest bereichsweise aus einer lateralen Richtung L frei zugänglich ist und die Oberseite O1 zumindest bereichsweise eine Auswerteschaltung A1 umfasst. Das mikromechanische Bauteil 100 umfasst des Weiteren einen metallischen Kontaktsockel K1, welcher in einer auf der Unterseite U1 des Gehäuses G1 ausgebildeten Aufnahmeöffnung A1 so angeordnet ist, dass an dem metallischen Kontaktsockel K1 eine sich zumindest bereichsweise von einer Vorderseite V1 der Unterseite bis zu einer Rückseite R1 der Unterseite U1 erstreckende und von dem metallischen Kontaktsockel K1 umrahmte Öffnung 10 ausgebildet ist.
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Ferner ist das Spiegelgehäuse 2 des mikromechanischen Bauteils 100, wie in der 1 gezeigt, so auf dem metallischen Kontaktsockel K1 angeordnet, dass eine das Lichteinfall- und/oder Lichtausfall-Fenster 12 zumindest teilweise umrahmende Montagefläche M1 des Spiegelgehäuses 2 den metallischen Kontaktsockel K1 kontaktiert und das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 die Öffnung 10 zumindest teilweise abdeckt. Des Weiteren umfasst das mikromechanische Bauteil eine flexible Leiterplatte 1, welche die Auswerteschaltung A1 mit dem Spiegelgehäuse 2 elektronisch verbindet.
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Wie in der 1 gezeigt, überragt die flexible Leiterplatte 1 das Gehäuse G1 in der lateralen Richtung L und die flexible Leiterplatte ist U-förmig ausgebildet. Beispielsweise kann die flexible Leiterplatte 1 einen Kunststoff mit einer Imidgruppe umfassen.
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Durch das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 des Spiegelgehäuses 2 mit dem Mikrospiegel 3 strahlt Licht L1 durch die Öffnung 10 des metallischen Kontaktsockels K1 in Richtung des Mikrospiegels 3 ein. Die an der Unterseite U1 des Gehäuses G1 ausgebildete Aufnahmeöffnung A1 kann insbesondere als ein Loch an der Unterseite U1 des Gehäuses G1 ausgebildet sein, wobei in der Aufnahmeöffnung A1 der metallische Kontaktsockel K1 zumindest bereichsweise angeordnet ist. Die Aufnahmeöffnung A1 an der Unterseite U1 des Gehäuses G1 kann insbesondere in lateraler Richtung L durch ein Material des metallischen Kontaktsockels umgeben bzw. umrahmt sein, wobei der metallische Kontaktsockel K1 selbst die Öffnung 10 aufweist. Die Öffnung 10 des metallischen Kontaktsockels K1 ist in einem Einstrahlbereich des Lichts L1 frei von dem Material des metallischen Kontaktsockels K1. Mit anderen Worten kann das Licht L1 ungehindert durch das Lichteinfallfenster des Spiegelgehäuses 2 auf dem Mikrospiegel 3 des mikromechanischen Bauteils 100 einstrahlen und durch das Lichtausfallfenster des Spiegelgehäuses 2 zurückreflektiert bzw. projiziert werden. In 1 bezeichnet Bezugszeichen RL1 das zurückreflektierte Licht.
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Wie in der 1 gezeigt, ist das Spiegelgehäuse 2 mittels eines wärmeleitenden Ein-Komponentenklebstoffs E1 auf dem metallischen Kontaktsockel K1 angeordnet. Hierbei ist die Montagefläche M1 des Spiegelgehäuses 2 zumindest bereichsweise frei von dem wärmeleitenden Ein-Komponentenklebstoff E1, so dass das Licht L1 ungehindert auf den Mikrospiegel 3, der sich innerhalb des Spiegelgehäuses 2 befindet, einstrahlen kann bzw. durch den Mikrospiegel 3 zurück reflektiert werden kann.
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Der in der 1 gezeigte Mikrospiegel 3 ist insbesondere mittels einer magnetischen, elektrostatischen und/oder piezoelektrischen Aktoreinrichtung um mindestens eine Drehachse verstellbar. Ferner ist das Spiegelgehäuse 2 mittels eines Bonddrahtes D1 mit der flexiblen Leiterplatte 1 elektronisch bzw. elektrisch kontaktiert, wobei an dem Spiegelgehäuse 2 und an einer der Oberseite O1 des Gehäuses G1 zugewandten Seite der flexiblen Leiterplatte 1 jeweils ein Bondpad B1 bzw. B2 angeordnet ist.
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Der Mikrospiegel 3 basiert auf einer Mikromechanik-Technologie mit insbesondere Magnet- und Flussblech sowie der flexiblen Leiterplatte 1 zur Signalübertragung zwischen dem Spiegelgehäuse 2 und der Auswerteschaltung A1. Der Mikrospiegel 3 reflektiert das eingestrahlte Licht mittels dynamischer Modulation, hierzu ist der Mikrospiegel 3 mittels einer magnetischen, elektrostatischen und/oder piezoelektrischen Aktoreinrichtung um mindestens eine Drehachse verstellbar.
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2 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die in der 2 gezeigte Ansicht basiert auf dem in 1 gezeigten mikromechanischen Bauteil aus einer Perspektive in der der Mikrospielgel 3, welcher innerhalb des Spiegelgehäuses 2 angeordnet ist, aus der lateralen Richtung L des Gehäuse G1 einsehbar ist.
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Wie aus der 2 ersichtlich weist das Gehäuse G1 an zumindest zwei gegenüberliegenden Bereichen der Oberseite O1 Ausnehmungen N1 auf. In die Ausnehmungen N1 ist die Auswerteschaltung A1 einschiebbar. Beispielsweise kann die Auswerteschaltung A1 das Gehäuse G1 aus einer vertikalen Richtung V abdecken. Insbesondere kann die Auswerteschaltung A1 erst nach Anordnen bzw. Montage des Spiegelgehäuses 2 auf den metallischen Kontaktsockel K1 in die Ausnehmungen N1 eingeschoben werden. Somit lässt sich das Spiegelgehäuse 2 auf einfache Art und Weise auf den metallischen Kontaktsockel K1 anordnen. Die flexible Leiterplatte 1 kontaktiert hierbei das Spiegelgehäuse 2 mit der Auswertschaltung A1 durch die entsprechenden Bondpads B1, B2 und dem Bonddraht D1 elektronisch (siehe 1).
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3 zeigt eine weitere schematische Ansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die in der 3 gezeigte Ansicht basiert auf dem in 1 gezeigten mikromechanischen Bauteil aus einer Perspektive in der der Mikrospielgel 3, welcher innerhalb des Spiegelgehäuses 2 angeordnet ist, von der Unterseite U1 des Gehäuse G1 einsehbar ist.
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Wie in 3 gezeigt, ist der metallische Kontaktsockel K1 in der auf der Unterseite U1 des Gehäuses G1 ausgebildeten Aufnahmeöffnung A1 so angeordnet ist, dass an dem metallischen Kontaktsockel K1 die sich zumindest bereichsweise von der Vorderseite V1 der Unterseite U1 bis zu der Rückseite R1 der Unterseite U1 erstreckende und von dem metallischen Kontaktsockel K1 umrahmte Öffnung 10 ausgebildet ist. Der metallische Kontaktsockel K1 ist zumindest bereichsweise frei von einem Material des Gehäuses G1, wobei der metallische Kontaktsockel K1 zumindest bereichsweise durch ein Spritzgießverfahren in dem Gehäuse G1 eingebettet ist.
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4 zeigt eine schematische seitliche Ansicht zur Erläuterung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit dem mikromechanischen Bauteil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In der 4 bezeichnet Bezugszeichen 101 eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug F1. Die Beleuchtungsvorrichtung 101 kann insbesondere als ein Frontlicht fungieren, wobei mittels des mikromechanischen Bauteils 100 ein Fernlicht steuerbar sein kann. Wie in der 4 gezeigt kann das Licht L1 von einer Lichtquelle Q1 erzeugt werden, wobei das Licht L1 durch das hier beschriebene mikromechanische Bauteil 100 reflektiert bzw. dynamisch moduliert wird. Bezugszeichen RL1 bezeichnet das durch das mikromechanische Bauteil 100 reflektierte Licht L1. Die dynamische Modulation erfolgt durch Verstellen des Mikrospiegels 3 (siehe 1) mittels einer magnetischen, elektrostatischen und/oder piezoelektrischen Aktoreinrichtung um mindestens eine Drehachse.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0020379 A1 [0003]
