DE102020214445B3 - MEMS ACTUATOR AND METHOD OF CONTROLLING A MEMS ACTUATOR - Google Patents

MEMS ACTUATOR AND METHOD OF CONTROLLING A MEMS ACTUATOR Download PDF

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Matthieu Gaudet
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Abstract

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung sieht einen MEMS-Aktor vor, der zumindest eine Aktorzelle aufweist. Die Aktorzelle weist ein erstes Verbindungsstück und ein zweites Verbindungsstück auf. Eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück weist zumindest eine Verbindereinheit auf. Die Verbindereinheit weist einen ersten Balken und einen zweiten Balken auf, der in Reihe mit dem ersten Balken verbunden ist, um für eine mäanderförmige Form zu sorgen. Zumindest der erste Balken weist eine Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktorelementen auf, die dazu konfiguriert sind, bei Betätigung eine Biegung des ersten Balkens zu ändern.An embodiment of the present disclosure provides a MEMS actuator having at least one actuator cell. The actuator cell has a first connector and a second connector. A mechanical connection between the first connection piece and the second connection piece has at least one connector unit. The connector unit has a first beam and a second beam connected in series with the first beam to provide a meandering shape. At least the first beam includes an array of a plurality of actuator elements configured to change a flexure of the first beam when actuated.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf MEMS-Aktoren. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Verfahren zum Steuern eines MEMS-Aktors.Embodiments of the present disclosure relate to MEMS actuators. Further exemplary embodiments relate to methods for controlling a MEMS actuator.

Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf sich ausdehnende und zusammenziehende Biegeaktorkonfigurationen für Bewegungs- und Krafterzeugung in einer einzelnen oder in mehreren Dimensionen.Some embodiments of the present disclosure relate to expanding and contracting flexure actuator configurations for single and multi-dimensional motion and force generation.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Mikrosysteme oder mikroelektromechanische Systeme (MEMS). Ausführungsbeispiele umfassen Biegeelemente basierend auf elektrostatischer Betätigung, piezoelektrischer Betätigung, thermischer Betätigung, elektromagnetischer Betätigung oder einer Kombination daraus als aktives Element. Im Einzelnen beziehen sich einige Ausführungsbeispiele auf Zellen mit nanoskopischem elektrostatischem Antrieb (NED, Nanoscopic Electrostatic Drive) als aktives Element, wie in [1] beschrieben. Ausführungsbeispiele weisen Anordnungen von Biegezellen in Reihen und/oder parallel auf, die dazu verwendet werden können, sich ausdehnende Konfigurationen, sich zusammenziehende Konfigurationen und/oder Kombinationen daraus zu erzeugen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können sich ausdehnende und sich zusammenziehende Konfigurationen umfassen, die dazu gestaltet sind, in Synchronisation zueinander zu stehen, oder die für eine beabsichtigte Nichtsynchronisation für die erforderlichen Bewegungen und zur Überwachung gestaltet sind.Exemplary embodiments relate to microsystems or microelectromechanical systems (MEMS). Embodiments include flexures based on electrostatic actuation, piezoelectric actuation, thermal actuation, electromagnetic actuation, or a combination thereof as the active element. In detail, some exemplary embodiments relate to cells with nanoscopic electrostatic drive (NED, Nanoscopic Electrostatic Drive) as the active element, as described in [1]. Embodiments include arrays of flexure cells in series and/or in parallel that can be used to create expanding configurations, contracting configurations, and/or combinations thereof. Embodiments of the present disclosure may include expanding and contracting configurations designed to be in synchronization with one another or designed to be intentionally non-synchronous for the required movements and monitoring.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Aktorkonfigurationen, die für Anwendungen verwendbar sind, wie etwa Mikropositionierung von Objekten (planar und/oder nicht planar), aktive Elemente von Mikrolautsprechern, Mikropumpen, Mikroventilen, Mikrogreifern, Mikrooptikbanken, Mikrosystemanordnungen, usw.Exemplary embodiments relate to actuator configurations that can be used for applications such as micro-positioning of objects (planar and/or non-planar), active elements of micro-speakers, micro-pumps, micro-valves, micro-grippers, micro-optical benches, micro-system arrays, etc.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Im Stand der Technik sind verschiedene Arten von Betätigungselementen bekannt, darunter beispielsweise ein nanoskopischer elektrostatischer Antrieb [1]. Weitere bekannte Betätigungselemente umfassen thermische und piezoelektrische Biegeelemente. Ferner sind thermische Aktoren [2, 3, 4] und piezoelektrische Aktoren [5, 6] dazu verwendet worden, sich ausdehnende und sich zusammenziehende Anordnungen von MEMS-Aktoren zu gestalten, wobei für planare oder nicht planare Positionierung gesorgt wird.Various types of actuators are known in the prior art, including, for example, a nanoscopic electrostatic actuator [1]. Other known actuators include thermal and piezoelectric bender elements. Furthermore, thermal actuators [2, 3, 4] and piezoelectric actuators [5, 6] have been used to design expanding and contracting arrays of MEMS actuators, providing for planar or non-planar positioning.

Beispielsweise zeigen US 2007/0 103 029 A1 und WO 2005/001863 A1 Systeme, die auf elektrothermischer Betätigung gestapelter Elektroden in einer sich zusammenziehenden Konfiguration basieren. Die gezeigten Systeme setzen auf Eigenspannungstechnik in den gestapelten Elektroden, um den erforderlichen Raum zur Bewegung bei Freigabe zu schaffen. WO 00/67268 A1 zeigt ein weiteres Beispiel eines Systems, das auf elektrothermischer Betätigung von Elektroden in einer sich zusammenziehenden und sich ausdehnenden Konfiguration basiert. US 7420318 B1 und US 2008/0 061 916 A1 zeigen Systeme, die auf piezoelektrischer Betätigung von Elektroden basieren, um eine Konfiguration zu schaffen und auszudehnen. Fernerzeigen US 2010/0 033 788 A1 , US 2011/0 292 490 A1 , US 2019/0 039 881 A1 und US 2020/0 096 761 A1 Systeme, die auf elektrothermischer Betätigung gestapelter Elektroden für sich zusammenziehende nicht planare Konfigurationen basieren, welche auf Eigenspannungstechnik in den gestapelten Elektroden setzen, um den erforderlichen Raum zur Bewegung bei Freigabe zu schaffen. Ferner zeigt die DE 10 2017 206 766 A1 einen MEMS-Wandler zur Interaktion mit einem Volumenstrom, welcher ein sich in zumindest einer Bewegungsebene einer Mehrzahl von Substratebenen verformbares Element aufweist. In der US 2013/0 301 103 A1 sind piezoelektrische Aktoren gezeigt, um einen Spiegel um die X-Achse beziehungsweise die Y-Achse zu bewegen, welche in der Ebene des Spiegels angeordnet sind.For example show US 2007/0 103 029 A1 and WO 2005/001863 A1 Systems based on electrothermal actuation of stacked electrodes in a contracting configuration. The systems shown rely on residual stress technology in the stacked electrodes to create the necessary space for movement when released. WO 00/67268 A1 Figure 12 shows another example of a system based on electrothermal actuation of electrodes in a contracting and expanding configuration. US7420318B1 and US 2008/0 061 916 A1 show systems based on piezoelectric actuation of electrodes to create and expand a configuration. Also show US 2010/0 033 788 A1 , US 2011/0 292 490 A1 , US 2019/0 039 881 A1 and US 2020/0 096 761 A1 Systems based on electrothermal actuation of stacked electrodes for contracting non-planar configurations that rely on residual stress engineering in the stacked electrodes to provide the necessary space for movement upon release. Furthermore, the DE 10 2017 206 766 A1 a MEMS transducer for interacting with a volume flow, which has an element that is deformable in at least one movement plane of a plurality of substrate planes. In the US 2013/0 301 103 A1 piezoelectric actuators are shown to move a mirror about the X-axis and the Y-axis, respectively, arranged in the plane of the mirror.

Kurzdarstellung der ErfindungSummary of the Invention

Trotz der bestehenden Lösungen ist es wünschenswert, ein Konzept für einen MEMS-Aktor zu schaffen, das einen verbesserten Kompromiss zwischen genauer Positionierung, großem Positionierungsbereich, energieeffizienter Betätigung und Gestaltungsflexibilität bereitstellt, um beispielsweise eine lineare und/oder rotatorische Bewegung zu ermöglichen.Despite the existing solutions, it is desirable to create a concept for a MEMS actuator that provides an improved trade-off between accurate positioning, large positioning range, energy-efficient actuation, and design flexibility to enable linear and/or rotary motion, for example.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung stellt einen MEMS-Aktor bereit, der zumindest eine Aktorzelle aufweist. Die Aktorzelle weist ein erstes Verbindungsstück und ein zweites Verbindungsstück auf. Eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück weist zumindest eine Verbindereinheit auf. Die Verbindereinheit weist einen ersten Balken und einen zweiten Balken auf, der in Reihe mit dem ersten Balken verbunden ist, um für eine Mäanderform zu sorgen. Zumindest der erste Balken weist eine Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktorelementen auf, die dazu konfiguriert sind, eine Biegung des ersten Balkens bei Betätigung zu ändern.An embodiment of the present disclosure provides a MEMS actuator having at least one actuator cell. The actuator cell has a first connector and a second connector. A mechanical connection between the first connection piece and the second connection piece has at least one connector unit. The connector unit has a first beam and a second beam connected in series with the first beam to provide a meander shape. At least the first beam includes an array of a plurality of actuator elements configured to change a deflection of the first beam when actuated.

Aufgrund der durch den ersten und den zweiten Balken bereitgestellten Mäanderform ermöglicht die Änderung der Biegung des ersten Balkens eine Anwendung einer Kraft zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück in einer Richtung, die zumindest teilweise parallel zu einer Axialrichtung der Aktorzelle ist, entlang welcher das erste und das zweite Verbindungsstück angeordnet sein können. Beispielsweise kann die Kraft für eine lineare Bewegung des zweiten Verbindungsstückes relativ zu dem ersten Verbindungsstück oder für eine Änderung einer relativen Ausrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück sorgen. Eine Vergrößerung einer durchschnittlichen Biegung des ersten Balkens und/oder des zweiten Balkens kann für eine Ausdehnungskraft zwischen der ersten und der zweiten Verbindungseinheit sorgen, während eine Verkleinerung einer durchschnittlichen Biegung des ersten Balkens und/oder des zweiten Balkens für eine Kontraktionskraft zwischen der ersten und der zweiten Verbindungseinheit sorgen kann. Die Reihenanordnung von Aktorelementen des ersten Balkens ermöglicht eine flexible Gestaltung der Verbindereinheit. Beispielsweise können die Aktorelemente angeordnet sein, um für eine lineare Bewegung, eine winklige Bewegung, eine Rotationsbewegung und/oder multidirektionale Bewegungen zu sorgen, wobei unterschiedliche Arten von Bewegungen und/oder Bewegungen in unterschiedliche Richtungen unabhängig voneinander oder simultan ausgeführt werden können. Ferner ermöglicht die Reihenanordnung von Aktorelementen es, den ersten Balken so zu gestalten, dass eine Belastung in dem ersten Balken reduziert oder sogar vermieden wird, unabhängig davon, ob ein oder mehrere oder alle Aktorelemente des ersten Balkens betätigt werden oder nicht. Mit anderen Worten kann die Reihenanordnung der Aktorelemente für eine belastungsfreie Bewegung oder eine Bewegung mit niedriger Belastung sorgen. Eine Belastung in der ersten Richtung zu vermeiden, erhöht die verwendbare Kraft des MEMS-Aktors, eine Bewegungsreichweite und eine Energieeffizienz des MEMS-Aktors. Aufgrund der niedrigen Belastung in dem ersten Balken kann der MEMS-Aktor für eine hohe Bewegungsfrequenz oder eine hohe Bewegungsauflösung sorgen. Beispielsweise können Beispiele aufgrund einer niedrigen Belastung für eine Ausdehnung oder Kontraktion einer Aktorzelle von wenigen Nanometern bis Hunderten von µm, im Einzelnen von über 10 µm, sorgen.Due to the meandering shape provided by the first and second beams, changing the flexure of the first beam allows a force to be applied between the first connector and the second connector in a direction that is at least partially parallel to an axial direction of the actuator cell along which the first and the second connector may be arranged. For example, the force may provide for linear movement of the second link relative to the first link or for a change in relative orientation between the first and second links. An increase in an average deflection of the first beam and/or the second beam can provide an expansion force between the first and second connection unit, while a decrease in an average deflection of the first beam and/or the second beam can provide a contraction force between the first and the second connection unit can provide. The series arrangement of actuator elements of the first bar allows a flexible design of the connector unit. For example, the actuator elements can be arranged to provide linear movement, angular movement, rotational movement and/or multi-directional movements, wherein different types of movements and/or movements in different directions can be performed independently or simultaneously. Furthermore, the series arrangement of actuator elements makes it possible to design the first beam in such a way that a load in the first beam is reduced or even avoided, regardless of whether one or more or all actuator elements of the first beam are actuated or not. In other words, the series arrangement of the actuator elements can provide a stress-free movement or a low-stress movement. Avoiding loading in the first direction increases the MEMS actuator's usable force, range of motion, and energy efficiency of the MEMS actuator. Due to the low stress in the first beam, the MEMS actuator can provide high motion frequency or high motion resolution. For example, due to low stress, examples may cause an actuator cell to expand or contract from a few nanometers to hundreds of microns, specifically over 10 microns.

Die Reihenanordnung von Aktorelementen ermöglicht es ferner, den ersten Balken in einer sich ausdehnenden Konfiguration zu gestalten, das heißt, die Aktorelemente können dazu konfiguriert sein, bei Betätigung für eine Vergrößerung eines Abstandes zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück zu sorgen. Ferner kann die Reihenanordnung von Aktorelementen die Gestaltung einer sich zusammenziehenden Konfiguration ermöglichen, das heißt, die Aktorelemente sind dazu konfiguriert, bei Betätigung eine Verkleinerung eines Abstandes zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück bereitzustellen. Die Möglichkeit der Gestaltung einer sich ausdehnenden und einer sich zusammenziehenden Konfiguration gemeinsam mit einer hohen Gestaltungsflexibilität für die Reihenanordnung von Aktorelementen in dem ersten Balken ermöglicht es ferner, einen MEMS-Aktor zu gestalten, bei dem ein Zusammenspiel zwischen einer sich ausdehnenden Konfiguration und einer sich zusammenziehenden Konfiguration eine besonders niedrige Belastung oder sogar gar keine Belastung verursacht. Mit anderen Worten ermöglicht das offenbarte Konzept die Gestaltung von sich ausdehnenden Konfigurationen und sich zusammenziehenden Konfigurationen, so dass Bewegungen der sich ausdehnenden Konfigurationen und der sich zusammenziehenden Konfigurationen bei Betätigung synchronisiert sind. Mit anderen Worten vereinfacht das Konzept neben dem Ermöglichen einer individuellen und/oder gemeinsamen Steuerung der sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfigurationsbereiche aufgrund des Gestaltungsprinzips und des Antriebsmechanismus außerdem die Herstellung einer Synchronisation zwischen den sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfigurationen.The array of actuator elements also enables the first beam to be configured in an expanding configuration, that is, the actuator elements can be configured to provide an increase in a distance between the first link and the second link when actuated. Further, the array of actuator elements may allow for the formation of a contracting configuration, that is, the actuator elements are configured to provide a reduction in a distance between the first link and the second link when actuated. Furthermore, the possibility of designing an expanding and a contracting configuration together with a high design flexibility for the series arrangement of actuator elements in the first beam makes it possible to design a MEMS actuator in which an interplay between an expanding configuration and a contracting one Configuration causes a particularly low load or even no load at all. In other words, the disclosed concept allows for the design of expanding configurations and contracting configurations such that movements of the expanding configurations and the contracting configurations are synchronized upon actuation. In other words, in addition to allowing individual and/or collective control of the expanding and contracting configuration areas due to the design principle and drive mechanism, the concept also simplifies establishing synchronization between the expanding and contracting configurations.

Ferner ermöglicht die Reihenanordnung von Aktorelementen eine Anordnung von sich zusammenziehenden Konfigurationen, ohne notwendigerweise auf die Eigenspannungstechnik zu setzen.Furthermore, the series arrangement of actuator elements allows an arrangement of contracting configurations without necessarily relying on the residual stress technique.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Verbindereinheit eine erste Verbindereinheit, und die mechanische Verbindung weist eine zweite Verbindereinheit auf. Beispielsweise kann die zweite Verbindereinheit einen ersten Balken und einen zweiten Balken aufweisen, der in Reihe mit dem ersten Balken verbunden ist, um für eine Mäanderform zu sorgen. Beispielsweise weist der erste Balken der zweiten Verbindereinheit eine Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktorelementen auf, die dazu konfiguriert sind, bei Betätigung eine Biegung der ersten oder der zweiten Verbindereinheit zu ändern. Mit anderen Worten kann die zweite Verbindereinheit bei Beispielen Merkmale aufweisen, die äquivalent zu denen der ersten Verbindereinheit sind. Bei anderen Beispielen kann die zweite Verbindereinheit inaktiv sein, oder kann Aktorelemente aufweisen, die im Vergleich zu der Beschreibung der ersten Verbindereinheit unterschiedlich angeordnet sind. Die zweite Verbindereinheit ist symmetrisch zu der ersten Verbindereinheit in Bezug auf das erste und das zweite Verbindungsstück angeordnet. Somit kann eine symmetrische Betätigung der Aktorelemente der ersten Aktoreinheit und der zweiten Aktoreinheit beispielsweise eine lineare Bewegung des zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf das erste Verbindungsstück entlang einer Axialrichtung der Aktorzelle zur Folge haben. Beispielsweise kann eine asymmetrische Betätigung eine Änderung einer Ausrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück zur Folge haben. Eine zweite Verbindereinheit aufzuweisen, sorgt für eine erhöhte Kraft des MEMS-Aktors sowie eine erhöhte Stabilität. Eine erste Verbindereinheit und eine zweite Verbindereinheit aufzuweisen, erhöht eine Flexibilität bei der Implementierung unterschiedlicher Bewegungsarten, etwa rotatorische und lineare Bewegungen. Eine erhöhte Stabilität der Aktorzelle kann eine Bewegungsgenauigkeit der Aktorzelle vergrößern.According to an embodiment, the connector unit is a first connector unit and the mechanical connection comprises a second connector unit. For example, the second connector unit may include a first beam and a second beam connected in series with the first beam to provide a meander shape. For example, the first beam of the second connector assembly includes a series arrangement of a plurality of actuator elements configured to change a flexure of the first or second connector assembly when actuated. In other words, in examples, the second connector unit may have features equivalent to those of the first connector unit. In other examples, the second connector unit may be inactive, or may have actuator elements arranged differently compared to the description of the first connector unit. The second connector unit is arranged symmetrically to the first connector unit with respect to the first and second connectors. Thus, a symmetrical actuation of the actuator elements of the first actuator unit and the second actuator unit example wise result in linear movement of the second link with respect to the first link along an axial direction of the actuator cell. For example, asymmetrical actuation may result in a change in orientation between the first and second connectors. Having a second connector unit ensures increased power of the MEMS actuator and increased stability. Having a first connector unit and a second connector unit increases flexibility in implementing different types of movement, such as rotary and linear movements. Increased stability of the actuator cell can increase the movement accuracy of the actuator cell.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung sieht einen MEMS-Aktor vor. Der MEMS-Aktor weist zumindest eine erste Aktorzelle und eine zweite Aktorzelle auf, die jeweils ein erstes Verbindungsstück und ein zweites Verbindungsstück aufweisen. Eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück weist zumindest eine Verbindereinheit auf. Die Verbindereinheit weist zumindest einen Balken auf, wobei der Balken eine Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktorelementen aufweist. Die Aktorelemente der ersten Aktorzelle sind dazu konfiguriert, bei Betätigung die Biegung des Balkens der ersten Aktorzelle zu verringern. Die Aktorelemente der zweiten Aktorzelle sind dazu konfiguriert, bei Betätigung die Biegung des Balkens der zweiten Aktorzelle zu vergrößern. Für die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschriebene Funktionalitäten und Vorteile können je nach Eignung optional auch auf dieses Ausführungsbeispiel angewendet werden. Da der MEMS-Aktor die erste Aktorzelle mit einer sich zusammenziehenden Konfiguration und die zweite Aktorzelle mit einer sich ausdehnende Konfiguration aufweist, kann dieser für ein Zusammenspiel zwischen sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfigurationen sorgen.Another embodiment according to the present disclosure provides a MEMS actuator. The MEMS actuator includes at least a first actuator cell and a second actuator cell each having a first connector and a second connector. A mechanical connection between the first connection piece and the second connection piece has at least one connector unit. The connector unit has at least one bar, the bar having a series arrangement of a plurality of actuator elements. The actuator elements of the first actuator cell are configured to reduce bending of the beam of the first actuator cell when actuated. The actuator elements of the second actuator cell are configured to increase the deflection of the beam of the second actuator cell when actuated. Functionalities and advantages described for the above exemplary embodiments can optionally also be applied to this exemplary embodiment, depending on their suitability. Since the MEMS actuator has the first actuator cell with a contracting configuration and the second actuator cell with an expanding configuration, it can provide an interaction between expanding and contracting configurations.

Die folgenden Ausführungsbeispiele können sich auf jegliche oben beschriebene MEMS-Aktoren beziehen.The following exemplary embodiments can relate to any MEMS actuators described above.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Aktorzellen der ersten Verbindereinheit unabhängig von Aktorelementen der zweiten Verbindereinheit ansprechbar. Somit kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer individuellen Betätigung der ersten und der zweiten Verbindereinheit eine lineare Bewegung oder eine Änderung einer Ausrichtung, also eine Rotation, des ersten Verbindungsstückes in Bezug auf das zweite Verbindungsstück ausgeführt werden.According to one embodiment, the actuator cells of the first connector unit can be addressed independently of actuator elements of the second connector unit. Thus, for example, depending on an individual actuation of the first and the second connector unit, a linear movement or a change in orientation, ie a rotation, of the first connection piece in relation to the second connection piece can be carried out.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Reihenanordnung der Aktorelemente der ersten Verbindereinheit und eine Reihenanordnung von Aktorelementen der zweiten Verbindereinheit dazu konfiguriert, eine Bewegung des ersten und/oder des zweiten Verbindungsstückes bereitzustellen. Die Bewegung weist eine axiale Bewegung des zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf das erste Verbindungsstück entlang einer Axialrichtung, eine außeraxiale Bewegung des ersten und/oder des zweiten Verbindungsstückes in einer Richtung, die sich von der Axialrichtung unterscheidet, und/oder eine planare Rotation des ersten und/oder des zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf ein MEMS-Substrat auf.According to one embodiment, the array of actuator elements of the first connector unit and an array of actuator elements of the second connector unit are configured to provide movement of the first and/or the second connector. The movement includes axial movement of the second link with respect to the first link along an axial direction, off-axis movement of the first and/or second link in a direction different from the axial direction, and/or planar rotation of the first and /or the second connector with respect to a MEMS substrate.

Die axiale Richtung kann eine Richtung sein, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück zumindest für einen vorbestimmten Betätigungszustand, beispielsweise einen unbetätigten oder einen vollständig betätigten Betätigungszustand, der ersten und der zweiten Verbindereinheit angeordnet sind. Beispielsweise kann eine außeraxiale Bewegung eine Änderung einer Ausrichtung zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück aufweisen.The axial direction may be a direction along which the first and second connectors are arranged at least for a predetermined operating state, such as an unactuated state or a fully operated state, of the first and second connector units. For example, off-axis movement may include a change in orientation between the first link and the second link.

Gemäß Ausführungsbeispielen sind der ersten Balken und der zweite Balken so angeordnet, dass bei einer Betätigung der Aktorelemente eine Position und/oder eine Ausrichtung des zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf das erste Verbindungsstück bewegt wird. Beispielsweise wird die Position entlang einer Axialrichtung bewegt, beispielsweise einer planaren Richtung.According to exemplary embodiments, the first bar and the second bar are arranged in such a way that when the actuator elements are actuated, a position and/or an alignment of the second connecting piece is moved in relation to the first connecting piece. For example, the position is moved along an axial direction, such as a planar direction.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist ein erstes Ende des ersten Balkens mit einem ersten Ende des zweiten Balkens verbunden. Beispielsweise können die ersten Enden direkt oder indirekt verbunden sein, beispielsweise über einen Verbinder. Das zweite Ende des ersten Balkens ist mit einem des ersten und des zweiten Verbindungsstückes verbunden und das zweite Ende des zweiten Balkens ist mit dem anderen des ersten und des zweiten Verbindungsstückes verbunden. Die ersten Enden des ersten Balkens und des zweiten Balkens sind außerhalb einer Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück positioniert, um eine Mäanderform zu implementieren.According to embodiments, a first end of the first beam is connected to a first end of the second beam. For example, the first ends may be connected directly or indirectly, such as via a connector. The second end of the first beam is connected to one of the first and second connectors and the second end of the second beam is connected to the other of the first and second connectors. The first ends of the first beam and the second beam are positioned outside of a connecting line between the first and second connectors to implement a meander shape.

Gemäß Ausführungsbeispielen sind der erste Balken und der zweite Balken so angeordnet, dass eine Betätigung der Aktorelemente oder des MEMS eine Änderung eines Abstandes zwischen den jeweiligen zweiten Enden des ersten Balkens und des zweiten Balkens zur Folge hat. Beispielsweise sind der erste Balken und der zweite Balken im Wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück angeordnet. Beispielsweise ist die Reihenanordnung der Aktorelemente entlang einer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des ersten Balkens angeordnet.According to embodiments, the first beam and the second beam are arranged such that an actuation of the actuator elements or the MEMS results in a change in a distance between the respective second ends of the first beam and the second beam. For example, the first bar and the second bar are substantially perpendicular to a line connecting the first and second links pieces arranged. For example, the row arrangement of the actuator elements is arranged along a direction between the first and the second end of the first beam.

Gemäß Ausführungsbeispielen sind das erste und das zweite Verbindungsstück des ersten und des zweiten Balkens planar in Bezug auf ein MEMS-Substrat angeordnet. Die ersten Enden des ersten und des zweiten Balkens sind zumindest in einer oder mehr planaren Richtungen bewegbar. Beispielsweise sind die ersten Enden in einer Richtung parallel zu der Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück bewegbar. According to embodiments, the first and second connectors of the first and second beams are arranged planarly with respect to a MEMS substrate. The first ends of the first and second beams are moveable in at least one or more planar directions. For example, the first ends are movable in a direction parallel to the line of connection between the first and second links.

Da die ersten Enden bewegbar sind, können der erste und der zweite Balken zu einer Bewegung des ersten Verbindungsstückes in Bezug auf das zweite Verbindungsstück beitragen. Somit kann eine größere zurückgelegte Strecke erzielt werden.Because the first ends are moveable, the first and second beams can contribute to movement of the first link relative to the second link. A greater distance covered can thus be achieved.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist der erste Balken so konfiguriert, dass zumindest ein Bereich des ersten Balkens in einer ersten Biegerichtung gebogen ist, wenn derselbe in einem unbetätigten Zustand ist, und der Bereich des ersten Balkens in einer zweiten Biegerichtung gebogen ist, die der ersten Biegerichtung entgegengesetzt ist, wenn derselbe in einem vorbestimmten betätigten Zustand ist. Somit kann der ersten Balken für eine symmetrische oder asymmetrische Bewegung um eine gerade Stellung herum sorgen, die der ersten Balken aufweisen kann, wenn er in einem weiteren Betätigungszustand ist. Beispielsweise kann solch eine Bewegung für eine Pumpe oder zur Schallerzeugung vorteilhaft sein.According to example embodiments, the first beam is configured such that at least a portion of the first beam is bent in a first bending direction when in an unactuated state and the portion of the first beam is bent in a second bending direction that is opposite to the first bending direction when in a predetermined actuated state. Thus, the first beam can provide symmetrical or asymmetrical movement about a straight position that the first beam may have when in a further operative condition. For example, such a movement can be advantageous for a pump or for generating sound.

Gemäß Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Verbindungsstücke des ersten und des zweiten Balkens planar in Bezug auf ein MEMS-Substrat angeordnet. Die Betätigung der Aktorelemente des ersten Balkens hat eine Änderung einer planaren Biegung des ersten Balkens zur Folge. Aufgrund der planaren Biegung wird eine planare Position des zweiten Verbindungsstückes relativ zu dem ersten Verbindungsstück bewegt, wodurch es ermöglicht wird, lineare und/oder rotatorische Bewegungen in der Ebene des Substrates zu implementieren.According to embodiments, the first and second connectors of the first and second beams are arranged planarly with respect to a MEMS substrate. Actuation of the actuator elements of the first beam results in a change in planar bending of the first beam. Due to the planar bending, a planar position of the second link is moved relative to the first link, thereby making it possible to implement linear and/or rotational movements in the plane of the substrate.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist die Reihenanordnung der Aktorelemente zumindest einen ersten Bereich von Aktorelementen und einen zweiten Bereich von Aktorelementen auf. Der erste Bereich ist zum Biegen in einer ersten Biegerichtung konfiguriert. Der zweite Bereich ist zum Biegen in einer zweiten Biegerichtung konfiguriert, die entgegengesetzt ist zu der ersten Richtung. Beispielsweise kann sich eine Biegerichtung auf eine Krümmung des jeweiligen Balkens beziehen. Beispielsweise kann die Reihenanordnung von Aktorelementen in einem betätigten Zustand oder einem unbetätigten Zustand eine S-ähnliche Form aufweisen. Den ersten und den zweiten Bereich mit unterschiedlichen Biegerichtungen aufzuweisen, ermöglicht eine Bewegung des ersten Verbindungsstückes in Bezug auf das zweite Verbindungsstück, während eine mechanische Belastung an einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem ersten Balken und einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Verbindungsstück und dem zweiten Balken und möglicherweise auch an einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Balken vermieden wird. Eine Belastung zu vermeiden, verbessert die Langlebigkeit der Aktorzelle und erhöht eine Energieeffizienz für einen Betrieb der Aktorzelle. Beispielsweise kann die S-ähnliche Form für eine bestimmte geradlinige Bewegung sorgen.According to exemplary embodiments, the series arrangement of the actuator elements has at least a first area of actuator elements and a second area of actuator elements. The first portion is configured to bend in a first bending direction. The second portion is configured to bend in a second bending direction that is opposite to the first direction. For example, a bending direction can relate to a curvature of the respective beam. For example, the array of actuator elements may have an S-like shape in an actuated state or an unactuated state. Having the first and second regions with different bending directions allows movement of the first link with respect to the second link while resisting mechanical stress at a connection point between the first link and the first beam and a connection point between the second link and the second beam and possibly also avoided at a connection point between the first and second beams. Avoiding stress improves the longevity of the actuator cell and increases energy efficiency for operating the actuator cell. For example, the S-like shape can provide a specific linear movement.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist der zweite Balken zumindest einen ersten Bereich von Aktorelementen und einen zweiten Bereich von Aktorelementen auf. Der erste Bereich von Aktorelementen des zweiten Balkens ist gegenüberliegend zu dem ersten Bereich von Aktorelementen des ersten Balkens angeordnet. Der zweite Bereich von Aktorelementen des zweiten Balkens ist gegenüberliegend zu dem zweiten Bereich von Aktorelementen des ersten Balkens angeordnet. Eine Biegerichtung, für die die Aktorelemente des ersten Bereiches des zweiten Balkens konfiguriert sind, ist entgegengesetzt zu der Biegerichtung, für die die Aktorelemente des ersten Bereiches des ersten Balkens konfiguriert sind. Eine Biegerichtung, für die die Aktorelemente des zweiten Bereiches des zweiten Balkens konfiguriert sind, ist entgegengesetzt zu der Biegerichtung, für die die Aktorelemente des zweiten Bereiches des ersten Balkens konfiguriert sind. Mit anderen Worten können sowohl der erste Balken als auch der zweite Balken in einem betätigten Zustand und/oder einem unbetätigten Zustand eine S-ähnliche Form aufweisen. Somit kann eine größere zurückgelegte Strecke erreicht werden, während eine mechanische Belastung niedrig gehalten wird.According to exemplary embodiments, the second bar has at least a first area of actuator elements and a second area of actuator elements. The first area of actuator elements of the second beam is arranged opposite to the first area of actuator elements of the first beam. The second area of actuator elements of the second bar is arranged opposite to the second area of actuator elements of the first bar. A bending direction for which the actuator elements of the first area of the second beam are configured is opposite to the bending direction for which the actuator elements of the first area of the first beam are configured. A bending direction for which the actuator elements of the second area of the second beam are configured is opposite to the bending direction for which the actuator elements of the second area of the first beam are configured. In other words, both the first beam and the second beam may have an S-like shape in an actuated state and/or an unactuated state. Thus, a greater distance traveled can be achieved while keeping mechanical stress low.

Gemäß Ausführungsbeispielen weisen die Aktorelemente des ersten Balkens ein erstes Aktorelement und ein zweites Aktorelement auf. Das zweite Aktorelement ist unabhängig von dem ersten Aktorelement ansprechbar. Eine unabhängige Betätigung der unterschiedlichen Aktorelemente eines Balkens ermöglicht eine flexible Steuerung der Bewegung des ersten Verbindungsstückes in Bezug auf das zweite Verbindungsstück. Beispielsweise kann eine Rotation einer Ausrichtung des ersten Verbindungsstückes in Bezug auf das zweite Verbindungsstück zum Beispiel ohne eine Bewegung einer Position des ersten Verbindungsstückes und des zweiten Verbindungsstückes realisiert werden.According to exemplary embodiments, the actuator elements of the first bar have a first actuator element and a second actuator element. The second actuator element can be addressed independently of the first actuator element. Independent actuation of the different actuator elements of a beam enables flexible control of the movement of the first link with respect to the second link. For example, rotation of an orientation of the first link with respect to the second link may be performed without moving a position of the first link, for example and the second connector can be realized.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist zumindest der erste Balken eine Parallelanordnung einer Mehrzahl von Reihenanordnungen von Aktorelementen auf. Optional kann auch der zweite Balken eine Parallelanordnung einer Mehrzahl von Reihenanordnungen von Aktorelementen aufweisen. Eine Parallelanordnung einer Mehrzahl von Reihenanordnungen von Aktorelementen kann die durch die Aktorzelle erzeugte Kraft erhöhen und/oder kann eine Stabilität der Aktorzelle vergrößern.According to exemplary embodiments, at least the first bar has a parallel arrangement of a plurality of row arrangements of actuator elements. Optionally, the second bar can also have a parallel arrangement of a plurality of series arrangements of actuator elements. A parallel arrangement of a plurality of row arrangements of actuator elements can increase the force generated by the actuator cell and/or can increase the stability of the actuator cell.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist jedes der Aktorelemente eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche angeordnet ist. Ein erstes Ende der ersten Oberfläche ist gegenüberliegend zu einem ersten Ende der zweiten Oberfläche angeordnet. Ein zweites Ende der ersten Oberfläche ist gegenüberliegend zu einem zweiten Ende der zweiten Oberfläche angeordnet. Das Aktorelement ist dazu konfiguriert, einen Betrag eines Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Ende der ersten Oberfläche relativ zu einem Betrag eines Abstandes zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Oberfläche zu ändern, so dass eine Änderung einer Biegung des Aktorelementes erzielt werden kann. Innerhalb der Reihenanordnung von Aktorelementen sind die Aktorelemente derart angeordnet, dass die ersten Enden der ersten und der zweiten Oberfläche eines der Aktorelemente gegenüberliegend zu den ersten oder den zweiten Enden der ersten und der zweiten Oberfläche des nachfolgenden Aktorelementes des einen Aktorelementes angeordnet sind. Beispielsweise bezeichnet gegenüberliegend angeordnet benachbart zueinander oder mit einem Abstandselement dazwischen. Aufgrund der Reihenanordnung kann somit die Änderung der Biegung des ersten Balkens (oder des zweiten Balkens) aus der individuellen Änderungen der Biegung der individuellen Aktorelemente resultieren. Somit ermöglicht die Konfiguration der individuellen Aktorelemente der Reihenanordnung eine flexible Gestaltung der Betätigungseigenschaften der Aktorzelle. Im Einzelnen kann ein Biegeverhalten des ersten Balkens und/oder des zweiten Balkens in Abhängigkeit von einer Anwendung der Aktorzelle gestaltet werden. Individuelle Aktorelemente aufzuweisen, ermöglicht es ferner, inaktive Elemente zwischen einem oder mehreren der Aktorelemente einzufügen, was die gestaltete Flexibilität für die Aktorzelle weiter vergrößert.According to exemplary embodiments, each of the actuator elements has a first surface and a second surface, which is arranged opposite to the first surface. A first end of the first surface is located opposite a first end of the second surface. A second end of the first surface is opposite a second end of the second surface. The actuator element is configured to change an amount of a distance between the first and second ends of the first surface relative to an amount of a distance between the first end and the second end of the second surface such that a change in deflection of the actuator element is achieved can. Within the row arrangement of actuator elements, the actuator elements are arranged such that the first ends of the first and the second surface of one of the actuator elements are arranged opposite to the first or the second ends of the first and the second surface of the subsequent actuator element of the one actuator element. For example, means placed face-to-face adjacent to one another or with a spacer between them. Due to the series arrangement, the change in the bending of the first beam (or the second beam) can thus result from the individual changes in the bending of the individual actuator elements. Thus, the configuration of the individual actuator elements of the series arrangement enables a flexible configuration of the actuation properties of the actuator cell. In detail, a bending behavior of the first bar and/or the second bar can be designed depending on an application of the actuator cell. Furthermore, having individual actuator elements allows inactive elements to be inserted between one or more of the actuator elements, further increasing the design flexibility for the actuator cell.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist das Aktorelement elektrostatische Aktoren, thermische Aktoren, beispielsweise thermoelektrische Aktoren, und/oder piezoelektrische Aktoren auf. Im Vergleich zu thermischen oder piezoelektrischen Aktoren haben elektrostatische Aktoren, beispielsweise NEDs, den Vorteil eines niedrigeren Leistungsverbrauches, eines größeren Verschiebungshubes, einer höheren Antwortfrequenz, einer CMOS-Kompatibilität, zumindest bei dem exemplarischen Fall des NED, eines kleineren Flächenverbrauches für eine gegebene Zielverschiebung und/oder forcieren keine Hysterese. Da das Material elektrostatischer Aktorelemente optional aus Einzelkristallmaterial hergestellt werden kann, können dieselben zumindest in dem exemplarischen Fall für eine höhere Lebensdauer sorgen, beispielsweise aufgrund fehlender Kriechdehnung.According to exemplary embodiments, the actuator element has electrostatic actuators, thermal actuators, for example thermoelectric actuators, and/or piezoelectric actuators. Compared to thermal or piezoelectric actuators, electrostatic actuators such as NEDs have the advantage of lower power consumption, larger displacement range, higher response frequency, CMOS compatibility, at least in the exemplary case of the NED, smaller area consumption for a given target displacement and/ or do not force hysteresis. Since the material of electrostatic actuator elements can optionally be made of single-crystal material, they can ensure a longer service life, at least in the exemplary case, for example due to the lack of creep strain.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Aktorzelle eine erste Aktorzelle und der MEMS-Aktor weist ferner eine zweite Aktorzelle auf. Beispielsweise gelten die in Bezug auf die Aktorzelle beschriebenen Merkmale auch für die zweite Aktorzelle, jedoch können die erste Aktorzelle und die zweite Aktorzelle unterschiedlich implementiert sein. Die Aktorelemente der ersten Aktorzelle sind dazu konfiguriert, bei Betätigung die Biegung des ersten Balkens der ersten Aktorzelle zu verkleinern, um beispielsweise den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück zu verringern. Aktorelemente der zweiten Aktorzelle sind dazu konfiguriert, bei Betätigung die Biegung des ersten Balkens der zweiten Aktorzelle zu vergrößern, um beispielsweise den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück der zweiten Aktorzelle zu vergrößern. Mit anderen Worten kann die erste Aktorzelle ein sich zusammenziehende Konfiguration aufweisen, und die zweite Aktorzelle kann eine sich ausdehnende Konfiguration aufweisen. Ein Zusammenspiel zwischen einer sich ausdehnenden Aktorzelle und der sich zusammenziehenden Aktorzelle kann eine gleichförmige Verteilung einer Kraft auf ein zu bewegendes Objekt ermöglichen, so dass eine Bewegung sehr reibungslos ausgeführt werden kann. Bei anderen Beispielen kann ein Zusammenspiel zwischen einer sich ausdehnenden Konfiguration und einer sich zusammenziehenden Konfiguration dazu verwendet werden, eine rotatorische Bewegung zu erzeugen. Da sich die erste Aktorzelle bei Betätigung ausdehnen kann und sich die zweite Aktorzelle bei Betätigung zusammenziehen kann, kann für Anordnungen, bei denen eine sich zusammenziehende und eine sich ausdehnende Konfiguration zu implementieren ist, ein gemeinsames Steuersignal für die erste Aktorzelle und die zweite Aktorzelle verwendet werden.According to embodiments, the actuator cell is a first actuator cell and the MEMS actuator also has a second actuator cell. For example, the features described in relation to the actuator cell also apply to the second actuator cell, but the first actuator cell and the second actuator cell can be implemented differently. The actuator elements of the first actuator cell are configured, upon actuation, to decrease the flex of the first beam of the first actuator cell, for example to decrease the distance between the first and second connectors. Actuator elements of the second actuator cell are configured to, upon actuation, increase the flexure of the first beam of the second actuator cell, for example to increase the distance between the first and second connectors of the second actuator cell. In other words, the first actuator cell may have a contracting configuration and the second actuator cell may have an expanding configuration. Interaction between an expanding actuator cell and the contracting actuator cell can enable a force to be uniformly distributed to an object to be moved, so that a movement can be performed very smoothly. In other examples, an interplay between an expanding configuration and a contracting configuration can be used to create rotational motion. Because the first actuator cell can expand upon actuation and the second actuator cell can contract upon actuation, a common control signal for the first actuator cell and the second actuator cell can be used for arrangements where a contracting and an expanding configuration is to be implemented .

Gemäß Ausführungsbeispielen gleicht eine Länge eines Pfades entlang des ersten Balkens der ersten Aktorzelle in einem betätigten Zustand der ersten Aktorzelle im Wesentlichen einer Länge eines Pfades entlang des ersten Balkens der zweiten Aktorzelle in einem betätigten Zustand der zweiten Aktorzelle. Mit anderen Worten gleicht sich ein Pfad entlang des ersten Balkens (und optional auch entlang des zweiten Balkens) der ersten und der zweiten Aktorzelle in den jeweiligen gebogenen Zuständen der ersten und der zweiten Aktorzelle. Den ersten Balken (und optional auch den zweiten Balken) auf diese Weise zu gestalten, ermöglicht eine synchronisierte Bewegung der ersten Aktorzelle und der zweiten Aktorzelle, also eine synchronisierte Bewegung einer sich zusammenziehenden Konfiguration und einer sich ausdehnenden Konfiguration. Die synchronisierte Bewegung kann es beispielsweise ermöglichen, dasselbe Steuersignal an die Aktorelemente der ersten Aktorzelle und der zweiten Aktorzelle anzulegen, ohne dass ein Steuersignal, welches einer der ersten und der zweiten Aktorzelle bereitgestellt wird, in Bezug auf ein Steuersignal angepasst wird, welches der anderen der ersten und der zweiten Aktorzelle bereitgestellt wird.According to embodiments, a length of a path along the first bar of the first actuator cell in an actuated state of the first actuator cell is substantially equal to a length of a path along the first bar of the second actuator cell in an actuated state of the second actuator cell. In other words, a path equals itself along the first beam (and optionally also along the second beam) of the first and the second actuator cell in the respective bent states of the first and the second actuator cell. Designing the first beam (and optionally also the second beam) in this way enables synchronized movement of the first actuator cell and the second actuator cell, i.e. synchronized movement of a contracting configuration and an expanding configuration. The synchronized movement can make it possible, for example, to apply the same control signal to the actuator elements of the first actuator cell and the second actuator cell without a control signal provided to one of the first and second actuator cells being adjusted with respect to a control signal provided to the other of the first and the second actuator cell is provided.

Gemäß Ausführungsbeispielen gleichen die Aktorelemente der ersten Aktorzelle den Aktorelementen der zweiten Aktorzelle. Das heißt, die Aktorelemente der ersten Aktorzelle sind von derselben Art und weisen dieselbe Abmessung auf wie die Aktorelemente der zweiten Aktorzelle. Gleiche Aktorzellen sorgen für eine gleiche Antwort der ersten und der zweiten Aktorzelle auf ein gemeinsames Steuersignal, so dass eine einfache Synchronisation einer Bewegung der ersten Aktorzelle und der zweiten Aktorzelle realisiert werden kann. According to exemplary embodiments, the actuator elements of the first actuator cell are the same as the actuator elements of the second actuator cell. This means that the actuator elements of the first actuator cell are of the same type and have the same dimensions as the actuator elements of the second actuator cell. Identical actuator cells ensure that the first and the second actuator cell respond in the same way to a common control signal, so that a simple synchronization of a movement of the first actuator cell and the second actuator cell can be implemented.

Gemäß Ausführungsbeispielen sind die Aktorelemente der ersten und der zweiten Aktorzelle dazu konfiguriert, sich ansprechend auf ein Steuersignal zu betätigen, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Der MEMS-Aktor ist dazu konfiguriert, den Aktorelementen der ersten Aktorzelle dasselbe Steuersignal wie den Aktorelementen der zweiten Aktorzelle bereitzustellen. Der ersten und der zweiten Aktorzelle dasselbe Steuersignal bereitzustellen, sorgt für eine einfache Implementierung und ermöglicht eine synchrone Bewegung der ersten und der zweiten Aktorzelle. Ferner kann eine mechanische Belastung in der Anordnung, die die erste und die zweite Aktorzelle aufweist, vermieden werden, selbst in einem Fall von Rauschen in dem Steuersignal.According to exemplary embodiments, the actuator elements of the first and second actuator cells are configured to actuate in response to a control signal, for example a voltage or a current. The MEMS actuator is configured to provide the actuator elements of the first actuator cell with the same control signal as the actuator elements of the second actuator cell. Providing the first and the second actuator cell with the same control signal ensures a simple implementation and enables a synchronous movement of the first and the second actuator cell. Furthermore, mechanical stress in the assembly including the first and second actuator cells can be avoided even in the case of noise in the control signal.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist der MEMS-Aktor ferner eine bewegliche Struktur auf, beispielsweise eine Stufe. Eine erste Grenze der beweglichen Struktur ist mit dem zweiten Verbindungsstück der ersten Aktorzelle an einem ersten Verbindungspunkt verbunden. Eine zweite Grenze der beweglichen Struktur, die der ersten Grenze gegenüberliegt, ist mit dem zweiten Verbindungsstück der zweiten Aktorzelle verbunden. Eine Axialrichtung der ersten Aktorzelle, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück angeordnet sind, ist antiparallel zu einer Axialrichtung, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück der zweiten Aktorzelle angeordnet sind. Somit kann durch das Ausdehnen der ersten Aktorzelle und durch das Zusammenziehen der zweiten Aktorzelle die bewegliche Struktur entlang der Axialrichtung der ersten und der zweiten Aktorzelle bewegt werden. Vorteilhafterweise werden diese Ausführungsbeispiele mit dem Merkmal kombiniert, dass die ersten Aktorzellen und die zweiten Aktorzellen sich zusammenziehende bzw. sich ausdehnende Konfigurationen sind.According to embodiments, the MEMS actuator also has a moveable structure, for example a stage. A first boundary of the moveable structure is connected to the second connector of the first actuator cell at a first connection point. A second boundary of the moveable structure, opposite the first boundary, is connected to the second connector of the second actuator cell. An axial direction of the first actuator cell along which the first and second connectors are arranged is antiparallel to an axial direction along which the first and second connectors of the second actuator cell are arranged. Thus, by expanding the first actuator cell and contracting the second actuator cell, the movable structure can be moved along the axial direction of the first and second actuator cells. Advantageously, these exemplary embodiments are combined with the feature that the first actuator cells and the second actuator cells are contracting and expanding configurations, respectively.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist die erste Aktorzelle Teil einer ersten Aktoreinheit. Die zweite Aktorzelle ist Teil einer zweiten Aktoreinheit. Jede der ersten und der zweiten Aktoreinheit weist eine Reihe von Aktorzellen auf, die entlang einer Axialrichtung der Aktoreinheit angeordnet sind, beispielsweise in einer planaren Richtung. Das erste Verbindungsstück der ersten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen ist mit einem Basisstück des MEMS-Aktors verbunden. Das zweite Verbindungsstück einer von zwei darauffolgenden Aktorzellen ist mit dem ersten Verbindungsstück der anderen der zwei darauffolgenden Aktorzellen verbunden. Somit haben beispielsweise Betätigungen eines oder mehrerer Aktorelemente einer oder mehrerer der Aktorzellen eine akkumulierte Bewegung einer Position und/oder einer Ausrichtung des zweiten Verbindungsstückes der letzten Aktorzelle relativ zu dem Basisstück zur Folge. Mehrere Aktorzellen in Reihe anzuordnen, ermöglicht es, für eine große zurückgelegte Strecke zu sorgen, während die Abmessungen des MEMS-Aktors klein gehalten werden und eine hohe mechanische Stabilität des MEMS-Aktors bereitgestellt wird.According to exemplary embodiments, the first actuator cell is part of a first actuator unit. The second actuator cell is part of a second actuator unit. Each of the first and second actuator units has a row of actuator cells arranged along an axial direction of the actuator unit, for example in a planar direction. The first connector of the first actuator cell of the row of actuator cells is connected to a base of the MEMS actuator. The second connector of one of two subsequent actuator cells is connected to the first connector of the other of the two subsequent actuator cells. Thus, for example, actuations of one or more actuator elements of one or more of the actuator cells result in an accumulated movement of a position and/or an orientation of the second connection piece of the last actuator cell relative to the base piece. Arranging multiple actuator cells in series makes it possible to provide a large travel distance while keeping the dimensions of the MEMS actuator small and providing high mechanical stability of the MEMS actuator.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist der MEMS-Aktor zumindest eine Aktoreinheit auf, die eine Reihe von Aktorzellen aufweist, die entlang einer Axialrichtung der Aktoreinheit angeordnet sind. Das erste Verbindungsstück der ersten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen ist mit einem Basisstück des MEMS-Aktors verbunden. Das zweite Verbindungsstück einer von zwei darauffolgenden Aktorzellen ist mit einem ersten Verbindungsstück der anderen der zwei darauffolgenden Aktorzellen verbunden.According to embodiments, the MEMS actuator has at least one actuator unit that has a row of actuator cells that are arranged along an axial direction of the actuator unit. The first connector of the first actuator cell of the row of actuator cells is connected to a base of the MEMS actuator. The second connector of one of two subsequent actuator cells is connected to a first connector of the other of the two subsequent actuator cells.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist eine erste Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen unabhängig von einer zweiten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen ansprechbar. Beispielsweise kann eine erste Aktorzelle für eine lineare Bewegung entlang einer Axialrichtung der Aktoreinheit sorgen und eine zweite Aktorzelle kann für eine Rotationsbewegung oder eine Änderung einer Ausrichtung zwischen dem zweiten Verbindungsstück der letzten Aktorzelle und dem Basisstück sorgen. Eine unabhängige Ansprechbarkeit der individuellen Aktorzellen der Reihe von Aktorzellen ermöglicht es, eine Mehrzahl von unterschiedlichen Arten von Bewegungen mit der Aktoreinheit zu realisieren.According to exemplary embodiments, a first actuator cell in the row of actuator cells can be addressed independently of a second actuator cell in the row of actuator cells. For example, a first actuator cell can provide linear movement along an axial direction of the actuator unit and a second actuator cell can provide rotational movement or a change in orientation between the second connector of the last actuator cell and the base. Independent responsiveness of the individual actuator cells in the series of actuator cells makes it possible for a plurality to realize different types of movements with the actuator unit.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist die erste Aktorzelle der Aktoreinheit dazu konfiguriert, ansprechend auf eine vorbestimmte Betätigung eine Bewegung ihres zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf ihr erstes Verbindungsstück entlang einer Verbindungslinie zwischen ihrem ersten und ihrem zweiten Verbindungsstück bereitzustellen. Eine zweite Aktorzelle der Aktoreinheit ist dazu konfiguriert, ansprechend auf eine vorbestimmte Betätigung eine Änderung der Ausrichtung zwischen ihrem zweiten Verbindungsstück und ihrem ersten Verbindungsstück bereitzustellen.According to exemplary embodiments, the first actuator cell of the actuator unit is configured to provide movement of its second link with respect to its first link along a connecting line between its first and second links in response to a predetermined actuation. A second actuator cell of the actuator unit is configured to provide a change in orientation between its second connector and its first connector in response to a predetermined actuation.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist der MEMS-Aktor eine drehbar gelagerte Struktur auf, die an einem Punkt, der von einem Rotationszentrum der drehbar gelagerten Struktur entfernt ist, mit dem zweiten Verbindungsstück der letzten Aktorzelle der zumindest einen Aktoreinheit verbunden ist. Somit kann ein Zusammenziehen oder eine Ausdehnung der Aktoreinheit entlang ihrer Axialrichtung in eine Rotation der drehbar gelagerten Struktur übersetzt werden.According to embodiments, the MEMS actuator has a pivoted structure that is connected to the second connector of the last actuator cell of the at least one actuator unit at a point remote from a center of rotation of the pivoted structure. Thus, a contraction or an expansion of the actuator unit along its axial direction can be translated into a rotation of the rotatably mounted structure.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist der MEMS-Aktor ferner eine Stufe auf, die dazu montiert ist, in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung einer Ebene des MEMS-Aktors beweglich zu sein. Der MEMS-Aktor weist zumindest erste und zweite Aktoreinheiten auf, die jeweils dazu konfiguriert sind, bei Betätigung einen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsstück einer ersten Aktorzelle und dem zweiten Verbindungsstück einer letzten Aktorzelle entlang einer Axialrichtung der jeweiligen Aktoreinheit zu ändern. Die erste und die zweite Aktoreinheit sind so angeordnet, dass eine Betätigung der ersten Aktoreinheit eine Positionsänderung der Stufe entlang der ersten Richtung zur Folge hat und eine Betätigung der zweiten Aktoreinheit eine Positionsänderung der Stufe entlang der zweiten Richtung zur Folge hat. Die erste Richtung und die zweite Richtung unterscheiden sich voneinander. Beispielsweise ist die erste Richtung senkrecht zu der zweiten Richtung. Somit ist die Stufe in der Ebene des MEMS-Aktors in zwei unterschiedlichen Richtungen beweglich.According to embodiments, the MEMS actuator further includes a stage mounted to be moveable in a first direction and in a second direction of a plane of the MEMS actuator. The MEMS actuator includes at least first and second actuator units each configured to change a distance between the first connector of a first actuator cell and the second connector of a last actuator cell along an axial direction of the respective actuator unit when actuated. The first and the second actuator unit are arranged such that actuation of the first actuator unit results in a change in position of the step along the first direction and actuation of the second actuator unit results in a change in position of the step along the second direction. The first direction and the second direction are different from each other. For example, the first direction is perpendicular to the second direction. The stage can thus be moved in two different directions in the plane of the MEMS actuator.

Gemäß Ausführungsbeispielen weist der MEMS-Aktor ferner ein Funktionselement auf, beispielsweise einen Sondenmikropositionierer, eine Spitze oder einen Mikrogreifer. Die zumindest eine Aktoreinheit ist Teil einer Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktoreinheiten, die ferner eine zweite Aktoreinheit aufweist. Das heißt, das Basisstück einer der Aktoreinheiten ist beispielsweise mit einem zweiten Verbindungsstück einer vorherigen Aktorzelle der einen Aktoreinheit verbunden. Die Reihenanordnung von Aktoreinheiten ist mit dem Funktionselement verbunden. Die Axialrichtung der ersten Aktoreinheit unterscheidet sich von der Axialrichtung der zweiten Aktoreinheit. Somit hat eine Betätigung des ersten Aktorelementes beispielsweise eine Änderung einer Position und/oder einer Ausrichtung des Funktionselementes in einer ersten Richtung zur Folge, und eine Betätigung des zweiten Aktorelementes hat eine Änderung einer Position und/oder einer Ausrichtung des Funktionselementes in einer zweiten Richtung zur Folge, die sich von der ersten Richtung unterscheidet. Somit kann das Funktionselement präzise positioniert werden, indem eine oder mehrere der Aktoreinheiten der Reihenanordnung von Aktoreinheiten betätigt werden.According to embodiments, the MEMS actuator also has a functional element, for example a probe micro-positioner, a tip or a micro-gripper. The at least one actuator unit is part of a series arrangement of a plurality of actuator units, which also has a second actuator unit. This means that the base piece of one of the actuator units is connected, for example, to a second connecting piece of a previous actuator cell of one actuator unit. The series arrangement of actuator units is connected to the functional element. The axial direction of the first actuator unit differs from the axial direction of the second actuator unit. Thus, actuation of the first actuator element results, for example, in a change in position and/or orientation of the functional element in a first direction, and actuation of the second actuator element results in change in position and/or orientation of the functional element in a second direction , which differs from the first direction. The functional element can thus be precisely positioned by actuating one or more of the actuator units of the row arrangement of actuator units.

Weitere Ausführungsbeispiele der Offenbarung sehen ein Verfahren zum Steuern des oben beschriebenen MEMS-Aktors vor. Das Verfahren weist ein Bereitstellen eines Steuersignals zu den Aktorelementen auf.Further embodiments of the disclosure provide a method for controlling the MEMS actuator described above. The method includes providing a control signal to the actuator elements.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, bei denen:

  • 1 ein Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 2 ein Beispiel einer Aktorzelle veranschaulicht,
  • 3a ein Beispiel eines MEMS-Aktors in einem ersten Betätigungszustand veranschaulicht,
  • 3b den MEMS-Aktor aus 3a in einem zweiten Betätigungszustand veranschaulicht,
  • 4 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 5 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 6 ein Beispiel einer winkligen Bewegung einer Aktoreinheit veranschaulicht,
  • 7 ein weiteres Beispiel einer Aktoreinheit veranschaulicht,
  • 8 ein weiteres Beispiel einer Aktoreinheit veranschaulicht,
  • 9 ein weiteres Beispiel einer Aktoreinheit veranschaulicht,
  • 10 ein weiteres Beispiel einer Aktoreinheit veranschaulicht,
  • 11 ein Beispiel von Aktorelementen und Reihenanordnungen derselben veranschaulicht,
  • 12 weitere Beispiele von Reihenanordnungen von Aktorelementen veranschaulicht,
  • 13 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 14 Beispiele elektrostatischer Aktorelemente veranschaulicht,
  • 15 Beispiele elektrothermischer und piezoelektrischer Aktorelemente veranschaulicht,
  • 16 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 17 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 18 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 19 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 20 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 21 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 22 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 23a ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 23b ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 24 ein Beispiel einer Parallelanordnung von Aktorelementen veranschaulicht,
  • 25 ein weiteres Beispiel eines MEMS-Aktors veranschaulicht,
  • 26 ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben eines MEMS-Aktors veranschaulicht.
In the following, exemplary embodiments of the present disclosure are described in detail with reference to the drawings, in which:
  • 1 an example of a MEMS actuator illustrates,
  • 2 an example of an actuator cell illustrates,
  • 3a illustrates an example of a MEMS actuator in a first actuation state,
  • 3b the MEMS actuator 3a illustrated in a second operating state,
  • 4 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 5 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 6 illustrates an example of an angular movement of an actuator unit,
  • 7 illustrates another example of an actuator unit,
  • 8th illustrates another example of an actuator unit,
  • 9 illustrates another example of an actuator unit,
  • 10 illustrates another example of an actuator unit,
  • 11 illustrates an example of actuator elements and series arrangements thereof,
  • 12 illustrates further examples of row arrangements of actuator elements,
  • 13 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 14 Examples of electrostatic actuator elements illustrated,
  • 15 Examples of electrothermal and piezoelectric actuator elements illustrated,
  • 16 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 17 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 18 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 19 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 20 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 21 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 22 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 23a illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 23b illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 24 illustrates an example of a parallel arrangement of actuator elements,
  • 25 illustrates another example of a MEMS actuator,
  • 26 1 illustrates an example of a method for operating a MEMS actuator.

Ausführliche Beschreibung illustrativer AusführungsbeispieleDetailed Description of Illustrative Embodiments

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele ausführlich besprochen, jedoch ist zu beachten, dass die Ausführungsbeispiele zahlreiche anwendbare Konzepte bereitstellen, die bei einer großen Vielzahl von MEMS-Aktoren eingesetzt werden können. Die besprochenen spezifischen Ausführungsbeispiele sind lediglich illustrativ für spezifische Arten und Weisen, das vorliegende Konzept zu implementieren und zu verwenden, und schränken den Schutzumfang der Ausführungsbeispiele nicht ein. In der folgenden Beschreibung ist eine Mehrzahl von Details dargelegt, um eine umfassendere Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Offenbarung bereitzustellen. Jedoch ist es Fachleuten ersichtlich, dass andere Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms anstatt in ausführlicher Weise gezeigt, um eine Verschleierung von hierin beschriebenen Beispielen zu vermeiden. Zusätzlich dazu können Merkmale der hierin beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, außer dies ist spezifisch anders angegeben.In the following, example embodiments are discussed in detail, but it should be noted that the example embodiments provide numerous applicable concepts that can be used with a wide variety of MEMS actuators. The specific embodiments discussed are merely illustrative of specific ways to implement and use the present concept and do not limit the scope of the embodiments. In the following description, numerous details are set forth in order to provide a more thorough explanation of example embodiments of the disclosure. However, it will be apparent to those skilled in the art that other embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form rather than in detail in order to avoid obscuring examples described herein. In addition, features of the different embodiments described herein may be combined with each other unless specifically stated otherwise.

In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sind dieselben oder ähnliche Elemente oder Elemente mit derselben Funktionalität mit demselben Bezugszeichen versehen und werden mit demselben Namen bezeichnet, und eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit demselben Bezugszeichen versehen sind oder mit demselben Namen bezeichnet werden, wird für gewöhnlich ausgelassen. Somit sind Beschreibungen, die für Elemente mit demselben oder ähnlichen Bezugszeichen oder mit demselben Namen bereitgestellt werden, in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar und können aufeinander angewendet werden.In the following description of exemplary embodiments, the same or similar elements or elements with the same functionality are denoted by the same reference numerals and are denoted by the same name, and repeated description of elements denoted by the same reference numerals or denoted by the same name becomes commonplace boisterous. Thus, descriptions provided for elements with the same or similar reference numerals or with the same name are interchangeable in the different embodiments and can be applied to one another.

1 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der MEMS-Aktor 100 weist eine Aktorzelle 110 auf. Die Aktorzelle 110 weist ein erstes Verbindungsstück 111 und ein zweites Verbindungsstück 112 auf. Das erste Verbindungsstück 111 und das zweite Verbindungsstück 112 sind über eine Verbindereinheit 121 mechanisch verbunden. Die Verbindereinheit 121 weist einen ersten Balken 131 und einen zweiten Balken 132 auf. Der erste Balken 131 weist eine Reihenanordnung 141 einer Mehrzahl von Aktorelementen 140 auf. Die Aktorelemente 140 sind dazu konfiguriert, bei Betätigung eine Biegung des ersten Balkens 131 zu ändern. 1 12 illustrates a MEMS actuator 100 according to an embodiment. The MEMS actuator 100 has an actuator cell 110 . The actuator cell 110 has a first connection piece 111 and a second connection piece 112 . The first connector 111 and the second connector 112 are mechanically connected via a connector unit 121 . The connector unit 121 has a first beam 131 and a second beam 132 . The first bar 131 has a series arrangement 141 of a plurality of actuator elements 140 . The actuator elements 140 are configured to change a flexure of the first beam 131 when actuated.

Das heißt, jedes der Aktorelemente 140 ist beispielsweise dazu konfiguriert, bei Betätigung des jeweiligen Aktorelementes die Biegung des ersten Balkens 131 an einer Position zu ändern, an der sich das jeweilige Aktorelement in dem ersten Balken 131 befindet. Somit kann eine Gesamtbiegung des ersten Balkens 131 aus Biegebeiträgen der einzelnen Aktorelemente 140 des ersten Balkens 131 resultieren. Folglich kann die Biegung des ersten Balkens 131 gleichförmig sein oder kann sich entlang der Reihenanordnung der Aktorelemente 140 gemäß einer Verteilung der Aktorelemente 140 entlang der Reihenanordnung 141 und/oder individueller Biegezustände der Aktorelemente 140 variieren. Ferner kann eine Richtung der Änderung der Biegung der einzelnen Aktorelemente 140 gleichförmig sein oder kann individuell für die Aktorelemente 140 sein, oder kann für eine oder mehrere Gruppen von Aktorelementen der Mehrzahl von Aktorelementen 140 spezifisch sein. That is, each of the actuator elements 140 is configured, for example, to change the bending of the first beam 131 at a position at which the respective actuator element is located in the first beam 131 upon actuation of the respective actuator element. An overall bending of the first beam 131 can thus result from bending contributions from the individual actuator elements 140 of the first beam 131 . Consequently, the bending of the first beam 131 may be uniform or may vary along the array of actuator elements 140 according to a distribution of the actuator elements 140 along the array 141 and/or individual bending states of the actuator elements 140 . Further, a direction of change in bending of the individual actuator elements 140 may be uniform, or may be individual to the actuator elements 140, or may be specific to one or more groups of actuator elements of the plurality of actuator elements 140.

Beispielsweise können das erste Verbindungsstück 111, das zweite Verbindungsstück 112 und die Verbindereinheit 121 in einer Ebene angeordnet sein, die zu Beschreibungszwecken als x-y-Ebene bezeichnet ist, wie in 1 angegeben ist. Eine Betätigung eines der Aktorelemente 140 kann eine Änderung der Biegung des Balkens 132 in der x-y-Ebene zur Folge haben. Mit anderen Worten kann sich eine Krümmung des ersten Balkens 132 an der Position des einen Aktorelementes in der x-y-Ebene bei Betätigung des einen Aktorelementes ändern. Darauffolgende Aktorelemente der Reihenanordnung von Aktorelementen 140 können benachbart zueinander angeordnet sein oder können voneinander beabstandet sein. Beispielsweise können Abstandselemente, die zum Beispiel in Bezug auf 11 beschrieben werden, zwischen einzelnen Aktorelementen der Mehrzahl von Aktorelementen 140 angeordnet sein.For example, the first connector 111, the second connector 112, and the connector unit 121 may be arranged in a plane, referred to as the xy plane for descriptive purposes, as in FIG 1 is specified. Actuation of one of the actuator elements 140 can result in a change in the bending of the beam 132 in the xy plane. In other words, a curvature of the first beam 132 can change at the position of one actuator element in the xy plane when one actuator element is actuated. Subsequent actuator elements of the series arrangement of actuator elements 140 can be arranged adjacent to one another or can be spaced apart from one another. For example, spacers, for example in relation to 11 are described, be arranged between individual actuator elements of the plurality of actuator elements 140 .

Beispielsweise sind der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 so angeordnet, dass eine Betätigung der Aktorelemente eine Kraft zwischen dem zweiten Ende 135 des ersten Balkens 131 und dem zweiten Ende 136 des zweiten Balkens zur Folge hat. Da das zweite Ende 135 mit dem ersten Verbindungsstück 111 verbunden ist und das zweite Ende 136 mit dem zweiten Verbindungsstück 112 verbunden ist, kann bei Beispielen die Kraft eine Verkleinerung oder eine Vergrößerung eines Abstandes zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück zur Folge haben, das heißt ein Zusammenziehen bzw. eine Ausdehnung der Aktorzelle 110. Bei anderen Beispielen, beispielsweise wenn die mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück eine weitere Verbindung aufweist, zum Beispiel eine zweite Verbindereinheit, kann die Kraft beispielsweise eine Rotation zur Folge haben, das heißt eine Änderung einer Ausrichtung zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsstück 111, 112 (siehe 2).For example, the first beam 131 and the second beam 132 are arranged such that actuation of the actuator elements results in a force between the second end 135 of the first beam 131 and the second end 136 of the second beam. Because the second end 135 is connected to the first link 111 and the second end 136 is connected to the second link 112, in examples, the force may result in a decrease or an increase in a distance between the first link and the second link that means a contraction or an expansion of the actuator cell 110. In other examples, for example when the mechanical connection between the first and the second connection piece comprises a further connection, for example a second connector unit, the force can result in a rotation, for example, that is a change in orientation between the first and second connectors 111, 112 (see 2 ).

Somit sind bei Beispielen der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 so angeordnet, dass eine Betätigung der Aktorelemente eine Änderung eines Abstandes zwischen den jeweiligen zweiten Enden des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132 zur Folge hat.Thus, in examples, the first beam 131 and the second beam 132 are arranged such that actuation of the actuator elements results in a change in a distance between the respective second ends of the first beam 131 and the second beam 132 .

In 1 sind das erste Verbindungsstück 111 und das zweite Verbindungsstück 112 beispielsweise entlang der x-Richtung angeordnet. Der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 sind zumindest für einen vorbestimmten Betätigungszustand im Wesentlichen entlang der y-Richtung senkrecht zu der x-Richtung angeordnet, obwohl sich die Richtungen des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132 bei Betätigung ändern können. Da der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 zumindest teilweise für eine Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 sorgen, und der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 im Wesentlichen entlang der y-Richtung angeordnet sein können, sorgen der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 für eine Mäanderform. Mit anderen Worten können der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 hauptsächlich außerhalb einer Verbindungslinie zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 angeordnet sein.In 1 For example, the first connector 111 and the second connector 112 are arranged along the x-direction. The first beam 131 and the second beam 132 are arranged substantially along the y-direction perpendicular to the x-direction, at least for a predetermined actuation state, although the directions of the first beam 131 and the second beam 132 may change upon actuation. Since the first beam 131 and the second beam 132 at least partially provide a connection between the first connector 111 and the second connector 112, and the first beam 131 and the second beam 132 can be arranged substantially along the y-direction, the first bar 131 and the second bar 132 for a meander shape. In other words, the first beam 131 and the second beam 132 may be mainly arranged outside of a connecting line between the first link 111 and the second link 112 .

Beispielsweise ist ein erstes Ende 133 des ersten Balkens 131 mit einem ersten Ende 134 des zweiten Balkens 132 verbunden. Ferner kann ein zweites Ende 135 des ersten Balkens 131 mit einem ersten Verbindungsstück 111 verbunden sein. Ein zweites Ende 136 des zweiten Balkens 132 kann mit dem zweiten Verbindungsstück 112 verbunden sein. Die ersten Enden 133, 134 des ersten und des zweiten Balkens 131, 132 sind außerhalb einer Verbindungslinie zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 positioniert, so dass der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 für eine Mäanderform sorgen. Die ersten Enden 133 und 134 können direkt verbunden sein, oder können über einen Verbinder verbunden sein.For example, a first end 133 of the first beam 131 is connected to a first end 134 of the second beam 132 . Furthermore, a second end 135 of the first beam 131 can be connected to a first connector 111 . A second end 136 of the second beam 132 may be connected to the second connector 112 . The first ends 133, 134 of the first and second beams 131, 132 are positioned outside of a connecting line between the first link 111 and the second link 112 so that the first beam 131 and the second beam 132 provide a meander shape. The first ends 133 and 134 can be connected directly, or can be connected via a connector.

Der zweite Balken 132 kann optional eine Reihenanordnung 142 einer Mehrzahl von Aktorelementen 140 aufweisen. Die zweite Reihenanordnung 142 ist dazu konfiguriert, eine Biegung des zweiten Balkens 132 bei Betätigung zu ändern. Die Reihenanordnung 142 kann Eigenschaften aufweisen, wie diese in Bezug auf die Aktorelemente 140 beschrieben sind. Bei Beispielen ist der zweite Balken 132 dazu konfiguriert, symmetrisch zu dem ersten Balken 131 in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der x-Richtung zu sein. Beispielsweise können Aktorelemente des zweiten Balkens 132 dazu konfiguriert sein, für eine entgegengesetzte Änderung der Biegung des zweiten Balkens 132 im Vergleich zu jeweils gegenüberliegend angeordneten Aktorelementen 140 des ersten Balkens 131 zu sorgen.The second beam 132 can optionally have a series arrangement 142 of a plurality of actuator elements 140 . The second array 142 is configured to change a flexure of the second beam 132 upon actuation. The series arrangement 142 can have properties as described in relation to the actuator elements 140 . In examples, the second bar 132 is configured to be symmetrical to the first bar 131 with respect to a plane perpendicular to the x-direction. For example, actuator elements of the second beam 132 may be configured to provide an opposite change in flexure of the second beam 132 compared to oppositely disposed actuator elements 140 of the first beam 131 .

2 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Aktorzelle 110, gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Aktorzelle 110 ferner eine zweite Verbindereinheit 222 auf. Die zweite Verbindereinheit 222 stellt, wie die erste Verbindereinheit 121, eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 her. 2 11 illustrates another embodiment of the actuator cell 110, according to this embodiment the actuator cell 110 further includes a second connector unit 222. FIG. The second connector unit 222, like the first connector unit 121, establishes a mechanical connection between the first connector 111 and the second connector 112.

Bei Beispielen ist die zweite Verbindereinheit 222 inaktiv. Beispielsweise kann die zweite Verbindereinheit 222 eine Feder sein. Bei anderen Beispielen ist die zweite Verbindereinheit 222 ähnlich wie die erste Verbindereinheit 121 implementiert. Beispielsweise ist die zweite Verbindereinheit 222 in der x-y-Ebene angeordnet. Die zweite Verbindereinheit 222 kann einen ersten Balken 231 und einen zweiten Balken 232 aufweisen. Der erste und der zweite Balken 231, 232 können für eine Mäanderform sorgen. Der erste Balken 231 und der zweite Balken 232 können jeweilige Reihenanordnungen von Mehrzahlen von Aktorelementen aufweisen, wie in Bezug auf die erste Verbindereinheit 121 beschrieben ist. Bei einigen Beispielen kann die zweite Verbindereinheit 222 konfiguriert sein, um symmetrisch zu der ersten Verbindereinheit 121 in Bezug auf die Verbindungslinie zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 zu sein. Es ist zu beachten, dass sich die folgende Beschreibung zur Einfachheit auf den ersten Balken 131 der ersten Verbindereinheit 121 konzentriert, wie in Bezug auf 1 und 2 beschrieben ist. Jedoch kann die Beschreibung des ersten Balkens 131 optional auch auf den zweiten Balken 132 sowie den ersten und den zweiten Balken 231, 232 der zweiten Verbindereinheit 222 angewendet werden, wobei Richtungen und Biegerichtungen gemäß diesen Symmetrien optional angepasst werden können.In examples, the second connector unit 222 is inactive. For example, the second connector unit 222 can be a spring. In other examples, the second connector unit 222 is implemented similarly to the first connector unit 121 . example As the second connector unit 222 is arranged in the xy plane. The second connector unit 222 may include a first beam 231 and a second beam 232 . The first and second beams 231, 232 can provide a meander shape. The first beam 231 and the second beam 232 may include respective arrays of pluralities of actuator elements as described with respect to the first connector unit 121 . In some examples, the second connector unit 222 may be configured to be symmetrical to the first connector unit 121 with respect to the line of connection between the first connector 111 and the second connector 112 . It should be noted that the following description focuses on the first beam 131 of the first connector unit 121 for simplicity, as in relation to FIG 1 and 2 is described. However, the description of the first bar 131 can optionally also be applied to the second bar 132 as well as the first and the second bar 231, 232 of the second connector unit 222, wherein directions and bending directions can be optionally adjusted according to these symmetries.

Unter Fortsetzung der Beschreibung von 1 kann eine Änderung der Biegung des ersten Balkens 131 eine Änderung einer relativen Position zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 zur Folge haben kann. Die Änderung der relativen Position kann eine lineare Bewegung sein, beispielsweise entlang der x-Richtung, welche als geradlinige Bewegung bezeichnet werden kann. Im Einzelnen kann dann, wenn der zweite Balken 132 symmetrisch zu dem ersten Balken 131 in Bezug auf eine Ebene senkrecht zu der x-Achse ist, z. B. eine Ebene durch eine Verbindung zwischen dem ersten Balken 131 und dem zweiten Balken 132 an den ersten Enden 133, 134, und der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 symmetrisch in Bezug auf diese Ebene betätigt werden, eine relative Bewegung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 linear entlang der x-Achse sein.Continuing the description of 1 a change in bending of the first beam 131 may result in a change in relative position between the first link 111 and the second link 112 . The change in relative position can be a linear movement, for example along the x-direction, which can be referred to as rectilinear movement. In particular, if the second bar 132 is symmetrical to the first bar 131 with respect to a plane perpendicular to the x-axis, e.g. B. a plane through a connection between the first beam 131 and the second beam 132 at the first ends 133, 134, and the first beam 131 and the second beam 132 are actuated symmetrically with respect to this plane, a relative movement between the first Connector 111 and the second connector 112 to be linear along the x-axis.

Wenn beispielsweise der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 asymmetrisch betätigt werden, oder wenn der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 asymmetrisch zueinander sind, kann sich eine relative Ausrichtung zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück 111, 112 ändern.For example, if the first beam 131 and the second beam 132 are actuated asymmetrically, or if the first beam 131 and the second beam 132 are asymmetrical to each other, a relative orientation between the first link and the second link 111, 112 may change.

In Bezug auf 2 kann eine Änderung einer relativen Ausrichtung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 dadurch erzielt werden, dass die erste Verbindereinheit 121 asymmetrisch in Bezug auf die zweite Verbindereinheit 222 betätigt wird.In relation to 2 For example, a change in relative orientation between the first connector 111 and the second connector 112 can be achieved by operating the first connector unit 121 asymmetrically with respect to the second connector unit 222.

Eine relative Bewegung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 entlang der x-Achse kann als axiale Bewegung bezeichnet werden, während andere Bewegungen als außeraxiale Bewegungen bezeichnet werden können. Beispielsweise kann eine Änderung der relativen Ausrichtung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 als planare Rotation bezeichnet werden, vorausgesetzt, dass die Bewegungen des ersten Verbindungsstückes 111 und des zweiten Verbindungsstückes 111 in der x-y-Ebene liegen.Relative movement between the first link 111 and the second link 112 along the x-axis may be referred to as on-axis movement, while other movements may be referred to as off-axis movement. For example, a change in relative orientation between the first link 111 and the second link 112 can be referred to as planar rotation provided that the movements of the first link 111 and the second link 111 are in the x-y plane.

Beispielsweise können Aktorelemente 140 der zweiten Verbindereinheit 222 unabhängig von den Aktorelementen der ersten Verbindereinheit 121 ansprechbar sein. Somit können eine axiale Bewegung, außeraxiale Bewegung und/oder planare Rotation durch unterschiedliche Betätigungszustände der ersten Verbindereinheit 121 und der zweiten Verbindereinheit 222 realisiert werden.For example, actuator elements 140 of the second connector unit 222 can be addressed independently of the actuator elements of the first connector unit 121 . Thus, axial movement, off-axis movement and/or planar rotation can be realized by different actuation states of the first connector unit 121 and the second connector unit 222 .

Somit sind die Reihenanordnung 141 von Aktorelementen der ersten Verbindereinheit und eine Reihenanordnung von Aktorelementen der zweiten Verbindereinheit dazu konfiguriert, eine Bewegung des ersten Verbindungsstückes 111 und/oder des zweiten Verbindungsstückes 112 bereitzustellen. Die Bewegung kann eine axiale Bewegung des zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf das erste Verbindungsstück entlang einer Axialrichtung, z. B. die x-Richtung, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück zumindest für einen vorbestimmten Betätigungszustand der ersten und der zweiten Verbindereinheit angeordnet sind, eine außeraxiale Bewegung des ersten und/oder des zweiten Verbindungsstückes in einer Richtung, die sich von der axialen Richtung unterscheidet, und/oder eine planare Rotation des ersten und/oder des zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf ein MEMS-Substrat aufweisen.Thus, the array 141 of actuator elements of the first connector unit and an array of actuator elements of the second connector unit are configured to provide movement of the first link 111 and/or the second link 112 . The movement may be axial movement of the second link with respect to the first link along an axial direction, e.g. B. the x-direction along which the first and second links are arranged at least for a predetermined operating state of the first and second connector units, an off-axis movement of the first and/or the second link in a direction different from the axial direction differs, and/or have a planar rotation of the first and/or the second connector with respect to a MEMS substrate.

Unter Fortsetzung der Beschreibung von 1 kann der MEMS-Aktor optional ein Substrat aufweisen oder auf demselben implementiert werden, welches auch als MEMS-Substrat bezeichnet wird.Continuing the description of 1 the MEMS actuator can optionally have or be implemented on a substrate, which is also referred to as a MEMS substrate.

Beispielsweise kann das erste Verbindungsstück 111 an dem MEMS-Substrat befestigt sein, während das zweite Verbindungsstück 112 mit einer Struktur verbunden ist, die in Bezug auf das MEMS-Substrat beweglich ist. Beispielsweise können der erste und der zweite Balken 131, 132 und insbesondere die ersten Enden 133, 134 des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132 in Bezug auf das MEMS-Substrat beweglich sein. Beispielsweise können die ersten Enden 133, 134 in zumindest einer Richtung beweglich sein, beispielsweise in der x-Richtung, so dass eine lineare relative Bewegung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 und dem zweiten Verbindungsstück 112 realisiert werden kann.For example, the first connector 111 may be fixed to the MEMS substrate, while the second connector 112 is connected to a structure that is moveable with respect to the MEMS substrate. For example, the first and second beams 131, 132 and in particular the first ends 133, 134 of the first beam 131 and the second beam 132 can be moveable with respect to the MEMS substrate. For example, the first ends 133, 134 can be movable in at least one direction, for example in the x-direction, so that a linear relative movement tion between the first connecting piece 111 and the second connecting piece 112 can be realized.

Beispielsweise sind das erste und das zweite Verbindungsstück 111, 112 und der erste und der zweite Balken 131, 132 planar in Bezug auf das MEMS-Substrat angeordnet, und die ersten Enden 133, 134 des ersten und des zweiten Balkens sind zumindest in einer planaren Richtung beweglich, z. B. in einer Richtung parallel zu der Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück 111, 112. Beispielsweise hat eine Betätigung der Aktorelemente des ersten Balkens 131 eine Änderung einer planaren Biegung des ersten Balkens 131 zur Folge.For example, the first and second connectors 111, 112 and the first and second beams 131, 132 are arranged planarly with respect to the MEMS substrate, and the first ends 133, 134 of the first and second beams are at least in a planar direction movable, e.g. in a direction parallel to the connecting line between the first and second connectors 111, 112. For example, actuation of the actuator elements of the first beam 131 results in a change in planar bending of the first beam 131.

Eine Änderung der Betätigung der Aktorelemente des ersten Balkens 131 und optional des zweiten Balkens 132, so dass ein Abstand zwischen dem zweiten Ende 135 des ersten Balkens 131 und dem zweiten Ende 136 des zweiten Balkens 132 zunimmt, kann als eine Ausdehnung der ersten Verbindereinheit 121 bezeichnet werden. Demgemäß kann eine Änderung der Betätigung der Aktorelemente des ersten Balkens 131 und optional des zweiten Balkens 132, so dass der Abstand zwischen den zweiten Enden 135, 136 abnimmt, als ein Zusammenziehen bezeichnet werden.Changing the actuation of the actuator elements of the first beam 131 and optionally the second beam 132 such that a distance between the second end 135 of the first beam 131 and the second end 136 of the second beam 132 increases may be referred to as an expansion of the first connector unit 121 will. Accordingly, changing the actuation of the actuator elements of the first beam 131 and optionally the second beam 132 such that the distance between the second ends 135, 136 decreases may be referred to as contraction.

3a veranschaulicht einen MEMS-Aktor 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielsweise entspricht der MEMS-Aktor 300 dem MEMS-Aktor 100. Der MEMS-Aktor 300 weist eine Aktoreinheit 302 auf, die eine Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktorzellen 110a, 11 0b, 110c umfasst. Jede der Aktorzellen 110a-c kann beispielsweise der Aktorzelle 110 entsprechen, die in Bezug auf 1 beschrieben ist. Das erste Verbindungsstück 111a der ersten Aktorzelle 110a ist mit einem Basisstück 309 verbunden. Das zweite Verbindungsstück 112a der ersten Aktorzelle 110 ist mit einem ersten Verbindungsstück 111b der zweiten Aktorzelle 110b verbunden. Das zweite Verbindungsstück 112b der zweiten Aktorzelle 110b ist mit dem ersten Verbindungsstück 111c der Aktorzelle 110c verbunden. Mit anderen Worten sind die Aktorzellen 110a-c in Reihe angeordnet. Das heißt, eine relative Bewegung des zweiten Verbindungsstückes 112c der letzten Aktorzelle 110c der Reihenanordnung von Aktorzellen relativ zu dem ersten Verbindungsstück 111a der ersten Aktorzelle 110a der Reihenanordnung von Aktorzellen resultiert aus akkumulierten Bewegungen der individuellen Aktorzellen 110a bis 110c. Das zweite Verbindungsstück 112c einer letzten Aktorzelle der Aktoreinheit 302 kann als zweites Verbindungsstück der Aktoreinheit bezeichnet werden. Die Anzahl von drei Aktorzellen ist exemplarisch. Andere Reihenanordnungen von Aktorzellen können eine größere oder eine kleinere Anzahl von Aktorzellen aufweisen. Die folgende Beschreibung der Aktorzelle 110c ist als exemplarisch für die Aktorzellen 110a-c anzusehen. Ferner können im Folgenden in Bezug auf die Aktorzelle 110a beschriebene Merkmale auch in der Aktorzelle 110 aus 1 und 2 implementiert werden. 3a illustrates a MEMS actuator 300 according to an embodiment. For example, the MEMS actuator 300 corresponds to the MEMS actuator 100. The MEMS actuator 300 has an actuator unit 302, which includes a series arrangement of a plurality of actuator cells 110a, 110b, 110c. Each of the actuator cells 110a-c may, for example, correspond to the actuator cell 110 shown with respect to FIG 1 is described. The first connecting piece 111a of the first actuator cell 110a is connected to a base piece 309 . The second connector 112a of the first actuator cell 110 is connected to a first connector 111b of the second actuator cell 110b. The second connector 112b of the second actuator cell 110b is connected to the first connector 111c of the actuator cell 110c. In other words, the actuator cells 110a-c are arranged in series. That is, relative movement of the second connector 112c of the last actuator cell 110c of the array of actuator cells relative to the first connector 111a of the first actuator cell 110a of the array of actuator cells results from accumulated movements of the individual actuator cells 110a to 110c. The second connector 112c of a last actuator cell of the actuator unit 302 may be referred to as the second connector of the actuator unit. The number of three actuator cells is exemplary. Other series arrangements of actuator cells can have a larger or smaller number of actuator cells. The following description of the actuator cell 110c is to be regarded as an example of the actuator cells 110a-c. Furthermore, features described below in relation to the actuator cell 110a can also be present in the actuator cell 110 1 and 2 to be implemented.

Der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 der ersten Verbindereinheit 121 der Aktorzelle 110c weisen einen ersten Bereich 351 von Aktorelementen und einen zweiten Bereich 352 von Aktorelementen auf. Der erste Bereich 351 ist dazu konfiguriert, eine Biegung des ersten Bereiches 351 des ersten Balkens 131 in einer ersten Biegerichtung zu ändern. Der zweite Bereich 352 ist dazu konfiguriert, bei Betätigung eine Biegung des zweiten Bereiches 352 des ersten Balkens 131 in einer zweiten Richtung zu ändern. Die erste Richtung ist entgegengesetzt zu der zweiten Richtung.The first bar 131 and the second bar 132 of the first connector unit 121 of the actuator cell 110c have a first area 351 of actuator elements and a second area 352 of actuator elements. The first portion 351 is configured to change a bend of the first portion 351 of the first beam 131 in a first bend direction. The second portion 352 is configured to change a flexure of the second portion 352 of the first beam 131 in a second direction when actuated. The first direction is opposite to the second direction.

Beispielsweise ist die erste Richtung eine negative Biegerichtung und die zweite Richtung ist eine positive Biegerichtung. Mit anderen Worten kann der erste Bereich 351 für eine negative Biegung konfiguriert sein, und der zweite Bereich 352 kann für eine positive Biegung konfiguriert sein.For example, the first direction is a negative bending direction and the second direction is a positive bending direction. In other words, the first portion 351 can be configured for negative deflection and the second portion 352 can be configured for positive deflection.

Der zweite Balken 132 der ersten Verbindereinheit 121 kann einen ersten Bereich 353 und einen zweiten Bereich 354 von Aktorelementen aufweisen. Der erste Bereich 353 des zweiten Balkens 132 ist gegenüberliegend zu dem ersten Bereich 351 des ersten Balkens 131 angeordnet. Der zweite Bereich 354 des zweiten Balkens 132 ist gegenüberliegend zu dem zweiten Bereich 352 des ersten Balkens 131 angeordnet. Der erste Bereich 353 ist dazu konfiguriert, seine Biegung in die zweite Biegerichtung zu ändern. Der zweite Bereich 354 ist dazu konfiguriert, bei Betätigung seine Biegung in die erste Biegerichtung zu ändern.The second beam 132 of the first connector unit 121 can have a first area 353 and a second area 354 of actuator elements. The first area 353 of the second bar 132 is arranged opposite to the first area 351 of the first bar 131 . The second area 354 of the second bar 132 is arranged opposite to the second area 352 of the first bar 131 . The first portion 353 is configured to change its bend in the second bend direction. The second portion 354 is configured to change its bend to the first bend direction when actuated.

Beispielsweise weisen der erste Bereich 351 des ersten Balkens 131 und der zweite Bereich 354 des zweiten Balkens 132 Aktorelemente 343 auf. Die Aktorelemente 343 sind dazu konfiguriert, die Biegung der jeweiligen Balken in die erste Biegerichtung zu ändern. Der zweite Bereich 352 des ersten Balkens 131 und der erste Bereich 353 des zweiten Balkens 132 weisen Aktorelemente 344 auf, die dazu konfiguriert sind, eine Biegung der jeweiligen Balken in die zweite Biegerichtung zu ändern.For example, the first area 351 of the first bar 131 and the second area 354 of the second bar 132 have actuator elements 343 . The actuator elements 343 are configured to change the bending of the respective beams in the first bending direction. The second area 352 of the first beam 131 and the first area 353 of the second beam 132 have actuator elements 344 configured to change a bending of the respective beams in the second bending direction.

Beispielsweise kann ein Betätigungszustand des MEMS-Aktors 300, wie in 3a gezeigt ist, ein unbetätigter Zustand sein. 3b veranschaulicht den MEMS-Aktor 300 aus 3a in einem Betätigungszustand, der sich von dem in 3a gezeigten Betätigungszustand unterscheidet. Beispielsweise kann der Betätigungszustand des MEMS-Aktors 300, der in 3b gezeigt ist, ein betätigter Betätigungszustand sein.For example, an actuation state of the MEMS actuator 300, as in 3a is shown to be an unactuated state. 3b FIG. 1 illustrates the MEMS actuator 300. FIG 3a in an operating state that differs from that in 3a shown actuation state is different. For example, the actuation state of the MEMS actuator 300, the in 3b shown can be an actuated operating state.

Beispielsweise können die Aktorelemente 343, 344 die Biegung bei Betätigung erhöhen. Somit können sich die Aktorzellen 110 bei Betätigung entlang der x-Richtung ausdehnen, die beispielsweise als Richtung senkrecht zu der Anordnung der Aktoren betrachtet werden kann. Auf der Basis der Ausdehnung der Aktorzellen 110 kann eine Translation des letzten Verbindungsstückes 112 der letzten Aktorzelle 110c entlang der x-Richtung erzielt werden.For example, actuator elements 343, 344 may increase deflection when actuated. Thus, upon actuation, the actuator cells 110 can expand along the x-direction, which can be considered, for example, as a direction perpendicular to the arrangement of the actuators. Based on the expansion of the actuator cells 110, a translation of the last link 112 of the last actuator cell 110c along the x-direction can be achieved.

Die in 3a und 3b gezeigten Aktorzellen 110a-c können optional Randverbinder 360 zum Bereitstellen der Reihenanordnung des ersten und des zweiten Balkens jeder der Verbindereinheiten 121, 222 aufweisen. Aufgrund der Anordnung der Aktorelemente 343, 344 in Bereichen mit entgegengesetzten Biegerichtungen, die sich beispielsweise in entgegengesetzter und komplementärer Weise verformen und ausdehnen, kann die Ausdehnung der Aktorzellen 110a-c ohne Klemmung oder ohne mechanische Belastung sein, beispielsweise an den Randverbindern 360 und/oder dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück 111a-c, 112a-c. Eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111 einer Aktorzelle und dem zweiten Verbindungsstück 112 einer darauffolgenden Aktorzelle kann als ein Zentralverbinder der Aktoreinheit 302 bezeichnet werden.In the 3a and 3b Actuator cells 110a-c shown may optionally include edge connectors 360 for providing the serial arrangement of the first and second beams of each of the connector units 121, 222. Due to the arrangement of the actuator elements 343, 344 in areas with opposite bending directions, which deform and expand, for example, in opposite and complementary ways, the expansion of the actuator cells 110a-c can be without clamping or without mechanical stress, for example at the edge connectors 360 and/or the first and second connectors 111a-c, 112a-c. A mechanical connection between the first connecting piece 111 of an actuator cell and the second connecting piece 112 of a subsequent actuator cell can be referred to as a central connector of the actuator unit 302 .

Mit anderen Worten weisen der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 beispielsweise komplementäre Bereiche positiver und negativer Biegebalken auf, die Ende an Ende mit einem Randverbinder 360 angebracht sind. Aktorzellen können auch als Einheiten bezeichnet werden. Aktorelemente können auch als Biegeelemente bezeichnet werden.In other words, the first beam 131 and the second beam 132 include, for example, complementary sections of positive and negative flexure beams that are attached end-to-end with an edge connector 360 . Actuator cells can also be referred to as units. Actuator elements can also be referred to as bending elements.

Um eine Belastung an den Verbindungspunkten zwischen den ersten Bereichen 351, 353 und den zweiten Bereichen 352, 354 des ersten und des zweiten Balkens 131, 132 und an den Randverbindern 360 sowie an dem ersten und zweiten Verbindungsstück 111, 112 zu vermeiden, können die ersten Bereiche 351, 353 und die zweiten Bereiche 352 und 354 gemäß dem folgenden Schema konfiguriert sein: Die folgenden Betrachtungen basieren auf Werten für die Krümmung und die Länge der ersten und der zweiten Bereiche des ersten Balkens und des zweiten Balkens der ersten Verbindereinheit und der zweiten Verbindereinheit. Die Krümmung ist mit Cx bezeichnet, wobei die Länge des Bereiches mit Lx bezeichnet ist, wobei x den Index des Bereiches bezeichnet, wie exemplarisch für die Aktorzelle 110c in 3b angegeben ist.To avoid stress at the connection points between the first portions 351, 353 and the second portions 352, 354 of the first and second beams 131, 132 and at the edge connectors 360 and at the first and second connectors 111, 112, the first Portions 351, 353 and second portions 352 and 354 may be configured according to the following scheme: The following considerations are based on values for the curvature and length of the first and second portions of the first beam and the second beam of the first connector unit and the second connector unit . The curvature is denoted by Cx, with the length of the region being denoted by Lx, with x denoting the index of the region, as is the case for actuator cell 110c in FIG 3b is specified.

Für eine S-Biegung ohne eine Diskontinuität und Steigung an der S-Zusammenfügung für einen Krümmungsübergang zwischen positiven und negativen Biegebereichen können der erste und der zweite Balken der ersten Verbindereinheit und der zweiten Verbindereinheit beispielsweise zumindest ungefähr die folgenden Gleichungen erfüllen: C 1 L 1 = C 2 L 2 ; C 5 L 5 = C 6 L 6 C 3 L 3 = C 4 L 4 ; C 7 L 7 = C 8 L 8

Figure DE102020214445B3_0001
For example, for an S-bend without a discontinuity and slope at the S-joint for a curvature transition between positive and negative bend regions, the first and second beams of the first connector unit and the second connector unit may at least approximately satisfy the following equations: C 1 L 1 = C 2 L 2 ; C 5 L 5 = C 6 L 6 C 3 L 3 = C 4 L 4 ; C 7 L 7 = C 8th L 8th
Figure DE102020214445B3_0001

Bei einigen Ausführungsbeispielen können die folgenden Gleichungen zum Bereitstellen einer geradlinigen Bewegung angewendet werden: ( C 1 L 1 ) + ( C 2 L 2 ) = ( C 5 L 5 ) + ( C 6 L 6 ) ( C 3 L 3 ) + ( C 4 L 4 ) = ( C 7 L 7 ) + ( C 8 L 8 )

Figure DE102020214445B3_0002
In some embodiments, the following equations can be applied to provide linear motion: ( C 1 L 1 ) + ( C 2 L 2 ) = ( C 5 L 5 ) + ( C 6 L 6 ) ( C 3 L 3 ) + ( C 4 L 4 ) = ( C 7 L 7 ) + ( C 8th L 8th )
Figure DE102020214445B3_0002

Bei einigen Ausführungsbeispielen können die folgenden Gleichungen gelten: C 1 C 2 = C 3 = C 4 = C 5 = C 6 = C 7 = C 8 L 1 = L 2 = L 3 = L 4 = L 5 = L 6 = L 7 = L 8

Figure DE102020214445B3_0003
In some embodiments, the following equations may apply: C 1 C 2 = C 3 = C 4 = C 5 = C 6 = C 7 = C 8th L 1 = L 2 = L 3 = L 4 = L 5 = L 6 = L 7 = L 8th
Figure DE102020214445B3_0003

Beispielsweise können die Werte von Cx (Krümmung des Bereiches x) und Lx (Länge des Bereiches x) je nach Anforderung geändert werden, bis sie eine oder mehrere der obigen Sätze von Gleichungen erfüllen (dies ist jedoch nicht notwendigerweise immer der Fall). Die Veränderung im Hinblick auf Cx und Lx kann optional dazu verwendet werden, das Volumen, das durch die sich ausdehnenden Einheitskonfigurationen abgedeckt wird, zu modulieren (siehe 4). Dies ist besonders hilfreich beim Gestalten von Mikropumpen- oder Mikrolautsprechersystemen, bei denen das verschobene Fluidvolumen entscheidend ist.For example, the values of Cx (curvature of region x) and Lx (length of region x) can be changed as required until they satisfy one or more of the above sets of equations (although this is not necessarily always the case). The change in terms of Cx and Lx can optionally be used to modulate the volume covered by the expanding unit configurations (see 4 ). This is particularly useful when designing micropump or microspeaker systems where the volume of fluid displaced is critical.

Beispielsweise kann durch das Verändern der Werte von Cx und Lx ein von der sich ausdehnenden Aktorzelle abgedecktes Volumen eingestellt werden, um den MEMS-Aktor auf eine spezifische Anwendung einzustellen. Dies kann beispielsweise hilfreich beim Entwerfen von Mikropumpen- oder Mikrolautsprechersystemen sein, bei denen ein verschobenes Fluidvolumen entscheidend ist.For example, by changing the values of Cx and Lx, a volume covered by the expanding actuator cell can be adjusted to tune the MEMS actuator to a specific application. This can be useful, for example, when designing micropump or microspeaker systems where displaced fluid volume is critical.

4 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des MEMS-Aktors 300. Das linke Feld veranschaulicht den MEMS-Aktor 300 in einem ersten Betätigungszustand, der beispielsweise einem unbetätigten Zustand entsprechen kann. Das rechte Feld in 4 veranschaulicht ein Beispiel des MEMS-Aktors 300 in einem zweiten Betätigungszustand, beispielsweise einem betätigten Betätigungszustand. Im Vergleich zu dem Beispiel des in 3a und 3b gezeigten MEMS-Aktors 300 ist in 4 eine relative Länge des ersten Bereiches 351, 353 des ersten und des zweiten Balkens 131, 132 in Bezug auf die zweiten Bereiche 352, 354 des ersten und des zweiten Balkens 131, 132 verkleinert. Wie auf dem rechten Feld in 4 veranschaulicht ist, kann die reduzierte Länge der ersten Bereiche 351, 353 in Bezug auf die zweiten Bereiche 352, 354 eine vergrößerte Verschiebung bei Betätigung zur Folge haben. Folglich ist die Differenz im Hinblick auf das Volumen, das durch die Reihenanordnung von Aktorzellen erforderlich ist, in dem ersten Betätigungszustand und dem zweiten Betätigungszustand größer als im Vergleich zu den in 3a und 3b gezeigten Konfigurationen. 4 12 illustrates another embodiment of the MEMS actuator 300. The left panel illustrates the MEMS actuator 300 in a first actuation state, which may correspond to an unactuated state, for example. The right field in 4 12 illustrates an example of the MEMS actuator 300 in a second actuation state, such as an actuated actuation state. Compared to the example of in 3a and 3b MEMS actuator 300 shown is in 4 a relative length of the first area 351, 353 of the first and second beams 131, 132 with respect to the second regions 352, 354 of the first and second beams 131, 132 are reduced. As in the right box 4 As illustrated, the reduced length of the first portions 351, 353 relative to the second portions 352, 354 may result in increased displacement upon actuation. Consequently, the difference in volume required by the array of actuator cells is greater in the first actuation state and the second actuation state as compared to those in FIG 3a and 3b configurations shown.

Beispielsweise kann eine Verschiebung oder Änderung eines Abstandes zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück einer einzelnen Aktorzelle 110 direkt proportional zu dem Quadrat der Länge des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132 sein, oder kann proportional zu der Krümmung des ersten und des zweiten Balkens in dem ausgedehnten Zustand sein. Somit kann durch das Verbinden mehrerer Aktorzellen in Reihe eine erzielbare Gesamtverschiebung oder Gesamtausdehnung vergrößert werden. Bei einer Reihenverbindung von Aktoreinheiten akkumulieren sich die Verschiebung oder Ausdehnung jeder der Aktorzellen 110, während eine bereitstellbare Kraft der Aktorzellen gleichbleibt. Folglich kann ein gewünschter maximaler Zielverschiebungswert beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kombination von Länge und Krümmung des ersten und des zweiten Balkens und die Anzahl von in Reihe verwendeten Aktorzellen 110 konfiguriert werden. Da es die Aktorzellen 110 ermöglichen, die Länge und die Krümmung der einzelnen Bereiche des ersten und des zweiten Balkens auf der Basis einer geeigneten Wahl der Anordnung der Aktorelemente zu konfigurieren, ermöglichen es die MEMS-Aktoren 110, 300, eine von dem MEMS-Aktor benötigte Grundfläche zu minimieren, während die maximale anvisierte Verschiebung auf effiziente Weise erzielt wird. Beispielsweise können typische Werte für eine maximale Verschiebung oder Ausdehnung einer eine Reihenanordnung von Aktorzellen aufweisenden Aktoreinheit bis zu 10 mm betragen. Jedoch können auch höhere Werte erreicht werden. Beispielsweise beträgt eine typische maximale Verschiebung oder Ausdehnung einer einzelnen Aktorzelle bis zu 1 mm. For example, a shift or change in distance between the first connector and the second connector of a single actuator cell 110 may be directly proportional to the square of the length of the first beam 131 and the second beam 132, or may be proportional to the curvature of the first and second beams be in the expanded state. Thus, by connecting a plurality of actuator cells in series, an achievable total displacement or total expansion can be increased. With a series connection of actuator units, the displacement or expansion of each of the actuator cells 110 accumulates while a deliverable force of the actuator cells remains the same. Thus, a desired maximum target displacement value can be achieved, for example, by configuring the combination of length and curvature of the first and second beams and the number of actuator cells 110 used in series. Since the actuator cells 110 allow the length and the curvature of the individual regions of the first and second beams to be configured based on an appropriate choice of the arrangement of the actuator elements, the MEMS actuators 110, 300 allow one of the MEMS actuator minimize the footprint required while efficiently achieving the maximum targeted displacement. For example, typical values for a maximum displacement or extension of an actuator unit having a row arrangement of actuator cells can be up to 10 mm. However, higher values can also be achieved. For example, a typical maximum displacement or expansion of a single actuator cell is up to 1 mm.

Mit anderen Worten weist bei Beispielen die Reihenanordnung 141 eine S-Verbindung mit unterschiedlichen Längen- und Krümmungskonfigurationen (C1*L1 = C2*L2) auf. Dies ermöglicht es, das Volumen zu optimieren, das durch sich ausdehnende oder sich zusammenziehende Konfigurationen verschoben wird, was für eine Pumpen- oder Schallerzeugung nützlich sein kann.In other words, in examples, the array 141 has an S-connection with different length and curvature configurations (C1*L1=C2*L2). This allows to optimize the volume displaced by expanding or contracting configurations, which can be useful for pump or sonic generation.

5 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der MEMS-Aktor 500 ist eine alternative Implementierung des MEMS-Aktors 300. Bei dem MEMS-Aktor 500 weist der erste Bereich 351 und der zweite Bereich 345 des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132 Aktorelemente 543 auf, z. B. anstelle der Aktorelemente 343 des MEMS-Aktors 300. Gleichermaßen weist der zweite Bereich 352 und der erste Bereich 353 des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132 Aktorelemente 544 auf, zum Beispiel anstelle der Aktorelemente 344. Die Aktorelemente 543, 544 sind dazu konfiguriert, bei Betätigung die Biegung des jeweiligen Balkens zu verringern. Folglich veranschaulicht das linke Feld in 5 beispielsweise einen unbetätigten Zustand des MEMS-Aktors 500, während das rechte Feld in 5 einen betätigten Zustand des MEMS-Aktors 500 veranschaulicht. Mit anderen Worten kann der MEMS-Aktor 500 eine sich zusammenziehende Konfiguration aufweisen. Somit zieht sich der MEMS-Aktor 500 bei Betätigung zusammen, so dass ein Abstand zwischen dem ersten Verbindungsstück 111a und dem zweiten Verbindungsstück 112c bei Aktivierung abnimmt. 5 illustrates a MEMS actuator 500 according to an embodiment. The MEMS actuator 500 is an alternative implementation of the MEMS actuator 300. In the MEMS actuator 500, the first area 351 and the second area 345 of the first beam 131 and the second beam 132 has actuator elements 543, e.g. B. instead of the actuator elements 343 of the MEMS actuator 300. Similarly, the second region 352 and the first region 353 of the first beam 131 and the second beam 132 actuator elements 544, for example instead of the actuator elements 344. The actuator elements 543, 544 are to configured to decrease the deflection of the respective beam when actuated. Consequently, the left panel illustrates in 5 For example, an idle state of the MEMS actuator 500 while the right panel in 5 an actuated state of the MEMS actuator 500 illustrates. In other words, the MEMS actuator 500 may have a contracting configuration. Thus, upon actuation, the MEMS actuator 500 contracts such that a distance between the first connector 111a and the second connector 112c decreases upon activation.

Mit anderen Worten kann der MEMS-Aktor 500 im Gegensatz zu exemplarischen Konfigurationen des MEMS-Aktors 300 stehen, die dazu konfiguriert sind, sich bei Betätigung auszudehnen. Somit kann das in Bezug auf 3a, 3b und 4 für den MEMS-Aktor 300 beschriebene Konzept optional beispielsweise auf umgekehrte Weise auf den MEMS-Aktor 500 angewendet werden.In other words, the MEMS actuator 500 may contrast with example configurations of the MEMS actuator 300 that are configured to expand upon actuation. Thus, in relation to 3a , 3b and 4 For example, the concept described for the MEMS actuator 300 can optionally be applied to the MEMS actuator 500 in a reverse manner.

Mit anderen Worten können die Beispiele der in 3a, b, 5 gezeigten Aktoreinheit 302 zur Ausdehnung und zum Zusammenziehen konfiguriert sein, und können Biegeelementzellen in einer S-Konfiguration mit Stapelung in Einheiten aufweisen, die im Hinblick auf Verschiebung, Kraft, Chipfläche, Bewegungsfrequenz optimiert sein können. Bei Beispielen kann eine Betätigung der Bereiche und/oder Balken individuell gesteuert werden (für lineare, rotatorische und/oder Bewegungen zur Routennachverfolgung).In other words, the examples in 3a, b , 5 actuator unit 302 shown can be configured to expand and contract, and can have flexure cells in an S-configuration with stacking in units that can be optimized in terms of displacement, force, chip area, frequency of movement. In examples, actuation of the areas and/or bars may be individually controlled (for linear, rotational, and/or route-following movements).

Außerdem können einige Ausführungsbeispiele sowohl sich zusammenziehende als auch sich ausdehnende Konfigurationen umfassen. Beispielsweise können Verbindungen zwischen sich zusammenziehenden und sich ausdehnenden Konfigurationen implementiert werden durch direkte mechanische Verbindungen, Federsystem-basierte mechanische Verbindungen (für weiche verformbare Verbindungen bei Ziehhandlungen) oder die Verwendung von Greifhaken-ähnlichen Strukturen, um ein bei ein beim Zusammenziehen mögliches Ziehen zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Aktoreinheit, die sich bei Betätigung zusammenzieht, etwa die in 5 gezeigte Aktorzelle, als eine vorgewinkelte (PA-, pre-angled) Einheit bezeichnet werden.Additionally, some embodiments may include both contracting and expanding configurations. For example, connections between contracting and expanding configurations can be implemented through direct mechanical connections, spring system-based mechanical connections (for soft deformable connections in pulling actions), or the use of grappling hook-like structures to create a possible pull in a contraction. For example, an actuator unit that contracts when actuated, such as the 5 actuator cell shown may be referred to as a pre-angled (PA) unit.

Bei einigen Ausführungsbeispielen kann eine Aktorzelle in einer sich zusammenziehenden Konfiguration dazu konfiguriert sein, den ersten und den zweiten Balken weiter zu einer Position zu biegen, bei der der erste und der zweite Balken senkrecht zu der x-Achse sind. Das heißt, ein Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück 111, 112 kann beispielsweise sogar kürzer sein, wie in dem rechten Feld in 5 in einem betätigten Zustand des MEMS-Aktors 500 gezeigt ist. Für solch eine Konfiguration kann es vorteilhaft sein, wenn die Randverbinder 360 eine besonders große Abmessung in der x-Richtung aufweisen, so dass mehr Raum zum Zusammenziehen bereitgestellt ist. Solch eine Konfiguration kann insbesondere nützlich sein für Anwendungen, die eine Verschiebung von einem großen Fluidvolumen um eine mittlere gerade Stellung erfordern (z. B. Mikropumpen, Mikrolautsprecher, usw.), insbesondere bei Kombination mit einem in 4 gezeigten Konzept auf umgekehrte Weise für sich zusammenziehende Konfigurationen. Sich zusammenziehende Konfigurationen können außerdem sehr geeignet sein für Anwendungen, die eine größere Chipflächenausfüllung in einer betätigten Position aufweisen (z. B. im Vergleich zu den sich ausdehnenden Konfigurationen), während der erforderliche große Bewegungsfreiraum sichergestellt wird. Sich zusammenziehende Konfigurationen können außerdem nützlich sein für Herstellungsprozesse (z. B. reaktives Bosch-Ionentiefenätzen), die empfindlich gegenüber großen offenen Flächen oder Chips mit einem niedrigen Füllfaktor während der Herstellung sind, d. h. in einer betätigten Position.In some embodiments, an actuator cell in a contracting configuration may be configured to further flex the first and second beams to a position where the first and second beams are perpendicular to the x-axis. That is, a distance between the first and second connectors 111, 112 can be even shorter, for example, as in the right panel in FIG 5 is shown in an actuated state of the MEMS actuator 500 . For such a configuration, it may be advantageous if the edge connectors 360 have a particularly large dimension in the x-direction, so that more room for contraction is provided. Such a configuration can be particularly useful for applications requiring displacement of a large volume of fluid around an intermediate straight position (e.g. micropumps, microspeakers, etc.), particularly when combined with an in 4 shown in reverse fashion for contracting configurations. Contracting configurations can also be very suitable for applications that have a larger die area fill in an actuated position (e.g. compared to the expanding configurations) while ensuring the required large freedom of movement. Contracting configurations may also be useful for fabrication processes (e.g., Bosch deep reactive ion etching) that are sensitive to large open areas or chips with a low fill factor during fabrication, ie, in an actuated position.

Mit anderen Worten kann 5 ein Beispiel einer Konfiguration von Biegeaktoren in dem Beispielfall einer sich zusammenziehenden Konfiguration veranschaulichen, um eine Translation in der Richtung senkrecht zu der Position des Zentralverbinders zu erreichen. Dies kann im Gegensatz stehen zu dem Konzept der sich ausdehnenden Konfiguration (in 3a, 3b gezeigter Beispielfall). Die Biegebalken 131, 132 (z. B. NED-Balken), die durch eine Reihe von Basisbiegeelementzellen gebildet sind (z. B. NED-Biegezellen, piezoelektrische Biegezellen, thermische Biegezellen, usw.), können in Bereichen 351, 352, 353, 354 angeordnet sein, um sich in der entgegengesetzten und komplementären Weise zu verformen und zusammenzuziehen, um bei Betätigung eine klemmfreie Bewegung in der Bewegungsrichtung bereitzustellen (siehe rechtes Feld in 13). Die Betätigungszellen 110a-c können komplementäre Bereiche, die Ende an Ende mit den Randverbindern angebracht sind, von positiven und negativen vorgewinkelten Biegebalken aufweisen, wie in Bezug auf 11 beschrieben ist, und werden als „vorgewinkelte (PA-, pre-angled) Einheit“ bezeichnet (wie in der linken Seite aus 13 gezeigt ist). Für einen vorgewinkelten Biege-S-Balken (um eine geradlinige sich zusammenziehende Bewegung zu haben) ohne Diskontinuität in einem Krümmungsübergang von positiven zu negativen Biegebereichen (um Belastungserzeugung an dem Übergangspunkt und Aufwendung überschüssiger Energie zu vermeiden) können die Gleichungssätze (1), (2) in einem Beispielfall resultieren.In other words can 5 illustrate an example of a configuration of bending actuators in the example case of a contracting configuration to achieve translation in the direction perpendicular to the position of the central connector. This may be in contrast to the concept of expanding configuration (in 3a , 3b example case shown). The flexure beams 131, 132 (e.g. NED beams) formed by a series of basic flexure cells (e.g. NED flexure cells, piezoelectric flexure cells, thermal flexure cells, etc.) may be located in regions 351, 352, 353 , 354 may be arranged to deform and contract in opposite and complementary manners to provide pinch-free movement in the direction of movement when actuated (see right panel in 13 ). The actuation cells 110a-c may have complementary portions of positive and negative pre-angled flexure beams attached end-to-end with the edge connectors, as with reference to FIG 11 is described, and are referred to as a "pre-angled (PA) unit" (as in left page from 13 is shown). For a pre-angled bending S-beam (to have straight line contracting motion) with no discontinuity in a curvature transition from positive to negative bending regions (to avoid stress generation at the transition point and expenditure of excess energy), the equation sets (1), (2 ) result in an example case.

Wie in 3a, 3b und 5 gezeigt ist und im Folgenden durch 3b beschrieben ist, kann der erste Balken 131 und/oder der zweite Balken 132 eine Parallelanordnung einer Mehrzahl von Reihenanordnungen 141 von Aktorelementen aufweisen. Beispielsweise weisen in 3b der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 jeweils eine Anzahl von drei Reihenanordnungen 141 von Aktorelementen auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Beispielsweise können die parallel angeordneten Reihenanordnungen 141 des ersten Balkens 131 miteinander an dem ersten Ende 133 des ersten Balkens 131 und/oder an dem zweiten Ende 135 verbunden sein. Optional kann der Balken außerdem weitere Verbindungen zwischen der parallelen Anordnung 141 von Aktorelementen zwischen dem ersten Ende 133 und dem zweiten Ende 135 aufweisen. Beispielsweise kann eine parallele Anordnung einer Mehrzahl von Reihenelementen 141 von Aktorelementen besonders vorteilhaft in der S-Konfiguration sein, die in 3a bis 5 gezeigt ist, da bei solch einer S-Konfiguration eine Länge eines Pfades entlang jeder der Reihenanordnungen 141 zwischen dem ersten Ende 133 und dem zweiten Ende 135 während einer Bewegung des Balkens konstant bleiben kann. Somit kann eine mechanische Belastung an dem ersten Ende und dem zweiten Ende vermieden werden.As in 3a , 3b and 5 is shown and in the following by 3b is described, the first bar 131 and/or the second bar 132 can have a parallel arrangement of a plurality of series arrangements 141 of actuator elements. For example, in 3b the first bar 131 and the second bar 132 each have a number of three row arrangements 141 of actuator elements, which are arranged parallel to one another. For example, the parallel arrays 141 of the first beam 131 may be connected to each other at the first end 133 of the first beam 131 and/or at the second end 135 . Optionally, the beam can also have further connections between the parallel arrangement 141 of actuator elements between the first end 133 and the second end 135 . For example, a parallel arrangement of a plurality of row elements 141 of actuator elements can be particularly advantageous in the S configuration, which is 3a until 5 is shown because with such an S-configuration, a length of a path along each of the arrays 141 between the first end 133 and the second end 135 may remain constant during movement of the beam. A mechanical load on the first end and the second end can thus be avoided.

Beispielsweise kann eine bereitstellbare Gesamtkraft der Aktorzelle 110 proportional zu einem in den Aktorelementen 140 erzeugten Moment sein und kann weiterhin proportional zu der Anzahl von parallel angeordneten Reihenanordnungen von Aktorelementen in einem Balken oder einem Balkenbereich sein. Somit ermöglicht eine parallele Anordnung von Reihenanordnungen von Aktorelementen in einem Aktorzellenbereich oder Balken eine höhere bereitstellbare Kraft, was durch die Aktorzelle 110 erreichbar ist.For example, a total force that can be provided by the actuator cell 110 can be proportional to a moment generated in the actuator elements 140 and can also be proportional to the number of parallel arrays of actuator elements in a bar or a bar area. Thus, a parallel arrangement of row arrangements of actuator elements in an actuator cell area or bar enables a higher force to be provided, which can be achieved by the actuator cell 110 .

Gemäß Ausführungsbeispielen weisen die Aktorelemente des ersten Balkens 131 ein erstes Aktorelement und ein zweites Aktorelement auf, das unabhängig von dem ersten Aktorelement ansprechbar ist. Alternativ oder zusätzlich dazu sind die Aktorelemente 140 der ersten Verbindereinheit 121 unabhängig von den Aktorelementen der zweiten Verbindereinheit 222 ansprechbar. Alternativ oder zusätzlich dazu ist eine erste Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen unabhängig von einer zweiten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen ansprechbar.According to exemplary embodiments, the actuator elements of the first beam 131 have a first actuator element and a second actuator element which can be addressed independently of the first actuator element. Alternatively or additionally, the actuator elements 140 of the first connector unit 121 are independent of the actuator elements of the second connector the unit 222 addressable. Alternatively or additionally, a first actuator cell in the row of actuator cells can be addressed independently of a second actuator cell in the row of actuator cells.

Bei Ausführungsbeispielen ist eine elektrische Verbindung zu den Aktorelementen 140 der Aktorzellen 110 der Aktoreinheit 302 über das erste und das zweite Verbindungsstück 111, 112, über den ersten und den zweiten Balken 131, 132 und über eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Balken, beispielsweise den Randverbinder 360, bereitgestellt. Beispielsweise können die Aktorelemente 140 der ersten Verbindereinheiten 121 der Aktorzellen 110 der Aktoreinheit 302 in Reihe geschaltet sein, so dass die ersten Verbindereinheiten 121 simultan betätigt werden. Gleichermaßen können die Aktorelemente 140 der zweiten Verbindereinheiten 222 der Aktoreinheit 302 elektrisch in Reihe geschaltet sein, so dass die zweiten Verbindereinheiten 222 simultan betätigt werden. Bei anderen Beispielen sind alle Aktorelemente 140 der Aktoreinheit 302 mit demselben Steuersignaleingang verbunden, so dass alle Aktorelemente 140 der Aktoreinheit 302 simultan betätigt werden.In exemplary embodiments, an electrical connection to the actuator elements 140 of the actuator cells 110 of the actuator unit 302 is established via the first and the second connecting piece 111, 112, via the first and the second beam 131, 132 and via a connection between the first and the second beam, for example the edge connector 360, is provided. For example, the actuator elements 140 of the first connector units 121 of the actuator cells 110 of the actuator unit 302 can be connected in series, so that the first connector units 121 are actuated simultaneously. Likewise, the actuator elements 140 of the second connector units 222 of the actuator unit 302 can be electrically connected in series, so that the second connector units 222 are actuated simultaneously. In other examples, all actuator elements 140 of actuator unit 302 are connected to the same control signal input such that all actuator elements 140 of actuator unit 302 are actuated simultaneously.

Bei weiteren Beispielen ist jede der Aktorzellen 110a-c einzeln elektrisch verbunden. Optional ist innerhalb jeder der Aktorzellen 110a-c die erste Verbindereinheit 121 und die zweite Verbindereinheit 222 individuell elektrisch verbunden. Optional sind ein oder mehrere der Bereiche der Balken der Aktorzellen 110a-c individuell elektrisch verbunden. Optional sind individuelle Aktorelemente individuell elektrisch verbunden.In further examples, each of the actuator cells 110a-c is individually electrically connected. Optionally, within each of the actuator cells 110a-c, the first connector unit 121 and the second connector unit 222 are individually electrically connected. Optionally, one or more of the portions of the beams of actuator cells 110a-c are individually electrically connected. Individual actuator elements are optionally electrically connected individually.

Mit anderen Worten können die elektrischen Verbindungen mit den Reihenanordnungen 141 der Aktorelemente, das heißt den Biegebalken, die in Reihe und/oder parallel angeordnet sind, innerhalb einer Aktorzelle 110 über die zentralen Randverbinder bereitgestellt werden, wie beispielsweise in 3a, 3b, 4, 5 gezeigt ist. In einer Reihe von Aktorzellen 110 können jeder der Aktorzellen 110 individuell mit elektrischen Verbindungen versehen werden, beispielsweise durch die Verwendung dedizierter elektrischer Verbindungen, die über die zentralen und Randverbinder verlaufen. Obwohl diese zentralen Verbindungen in einigen Beispielen eine größere Chipfläche erfordern können, kann eine elektrische Verbindung über die zentralen Verbinder eine höhere elektrische Zuverlässigkeit bereitstellen. Alternativ können bestimmte Bereiche, oder alle Bereiche, der Aktorzellen 110 elektrisch in Reihe geschaltet sein, was für eine besonders niedrige erforderliche Chipbarriere sorgen kann. Bei einigen Beispielen können die rechte und die linke Hälfte der Aktorzellen, also die in Reihe geschaltete erste Verbindereinheit 121 und zweite Verbindereinheit 222, die individuelle elektrische Verbindungen aufweisen. Dies ermöglicht es, eine Hälfte der Einheiten unabhängig zu einem Zeitpunkt zu betätigen, was eine größere elektrische Zuverlässigkeit bereitstellen kann. Beispielsweise kann im Falle eines elektrischen Kurzschlusses auf einer Seite die andere betätigbare Seite weiterhin die anvisierte Ablenkung bereitstellen, jedoch bei einer reduzierten bereitstellbaren Kraft. Eine individuelle elektrische Verbindung mit der ersten Verbindereinheit 121 und der zweiten Verbindereinheit 222 sorgt für eine winklige Bewegung. Beispielsweise können die Balken, zum Beispiele die unbetätigten Hälften, gestaltet sein, um als passive Federn in ihrem unbetätigten oder teilweise betätigtem Zustand zu agieren.In other words, the electrical connections to the row arrangements 141 of the actuator elements, i.e. the bending beams, which are arranged in series and/or in parallel, can be provided within an actuator cell 110 via the central edge connectors, such as in FIG 3a , 3b , 4 , 5 is shown. In a series of actuator cells 110, each of the actuator cells 110 can be individually provided with electrical connections, for example through the use of dedicated electrical connections that pass through the center and edge connectors. Although these central connections may require more chip area in some examples, electrical connection via the central connectors may provide higher electrical reliability. Alternatively, certain areas, or all areas, of the actuator cells 110 can be electrically connected in series, which can ensure a particularly low required chip barrier. In some examples, the right and left halves of the actuator cells, ie, the series connected first connector assembly 121 and second connector assembly 222, may have individual electrical connections. This enables half of the units to be operated independently at a time, which can provide greater electrical reliability. For example, in the event of an electrical short on one side, the other actuatable side can continue to provide the targeted deflection, but with a reduced deliverable force. An individual electrical connection with the first connector unit 121 and the second connector unit 222 provides angular movement. For example, the beams, such as the unactuated halves, can be designed to act as passive springs in their unactuated or partially actuated state.

6 veranschaulicht eine durch die Aktoreinheit 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel erzeugte winklige Bewegung. Gemäß den in 6 gezeigten Beispielen sind der erste und der zweite Balken der Aktoreinheit 302 dahingehend konfiguriert, als passive Federn zu agieren, zumindest in einem unbetätigten Zustand, einem teilweise betätigten Zustand und/oder einem betätigten Zustand. Das mittlere Feld in 6 zeigt einen ersten Betätigungszustand der Aktoreinheit 302. Die ersten Verbindereinheiten der Aktoreinheit 302 werden als erster Abschnitt 621 der Aktoreinheit 302 bezeichnet. Die zweiten Verbindereinheiten 222 der Aktoreinheit 302 werden als zweiter Abschnitt 622 der Aktoreinheit 302 bezeichnet. Das linke Feld in 6 zeigt einen zweiten Betätigungszustand der Aktoreinheit 302. Bei dem zweiten Betätigungszustand werden die Aktorelemente des zweiten Abschnittes 622 betätigt, so dass dieselben für eine Ausdehnung des zweiten Abschnitts 622 sorgen. Da die Balken dahingehend konfiguriert sind, als passive Federn zu agieren, dehnt sich der erste Abschnitt 621 zwar aus, jedoch in einem niedrigeren Ausmaß als der zweite Abschnitt 622. Daher hat die Betätigung des zweiten Abschnitts 622 eine rotatorische Bewegung zur Folge, wobei jede der Aktorzellen 110a-c für einen Rotationswinkel 681, 682, 683 sorgt. Ein Gesamtrotationswinkel, der eine Änderung einer Ausrichtung zwischen dem ersten Verbindungsstück 111a und dem letzten zweiten Verbindungsstück 112c beschreibt, kann einer Summe der einzelnen Beiträge 681, 682, 683 der Aktorzellen 110a-c entsprechen, z. B. gemäß der folgenden Gleichung: θ t o t a l = θ u n i t _ 1 + θ u n i t _ 2 + + θ u n i t _ n ,

Figure DE102020214445B3_0004
wobei θunit_n die winklige Rotation der n-ten Aktoreinheit beschreibt. 6 12 illustrates an angular movement generated by the actuator unit 302 according to an embodiment. According to the 6 In the examples shown, the first and second beams of actuator assembly 302 are configured to act as passive springs in at least one of an unactuated state, a partially actuated state, and an actuated state. The middle field in 6 shows a first operating state of the actuator unit 302. The first connector units of the actuator unit 302 are referred to as the first section 621 of the actuator unit 302. FIG. The second connector units 222 of the actuator unit 302 are referred to as the second section 622 of the actuator unit 302 . The left field in 6 shows a second operating state of the actuator unit 302. In the second operating state, the actuator elements of the second section 622 are actuated so that they ensure that the second section 622 expands. Because the beams are configured to act as passive springs, the first section 621 will expand, but to a lesser extent than the second section 622. Therefore, actuation of the second section 622 results in a rotational movement, with each of the Actuator cells 110a-c provide a rotation angle 681, 682, 683. A total rotation angle, which describes a change in orientation between the first connection piece 111a and the last second connection piece 112c, can correspond to a sum of the individual contributions 681, 682, 683 of the actuator cells 110a-c, e.g. B. according to the following equation: θ t O t a l = θ and n i t _ 1 + θ and n i t _ 2 + + θ and n i t _ n ,
Figure DE102020214445B3_0004
where θ unit_n describes the angular rotation of the nth actuator unit.

Das rechte Feld in 6 zeigt einen dritten Betätigungszustand der Aktoreinheit 302, wobei der erste Abschnitt 621 betätigt ist. In diesem Fall sorgt jede der Aktorzellen 110a-c für einen Beitrag 681', 682', 683' zu einer Gesamtänderung einer Ausrichtung zwischen dem ersten ersten Verbindungsstück 111a und dem letzten zweiten Verbindungsstück 112c. The right field in 6 shows a third actuation state of the actuator unit 302, with the first section 621 being actuated. In this case, each of the actuator cells 110a-c provides a contribution 681', 682', 683' to an overall change in orientation between the first first connection piece 111a and the last second connecting piece 112c.

Optional kann die als passive Feder agierende unbetätigte Hälfte, z. B. der Abschnitt 621 in dem linken Feld in 6 oder der Abschnitt 622 in dem rechten Feld in 6, auch teilweise betätigt werden (d. h. bei einer niedrigeren Spannung), um den planaren Rotationswinkel (durch stärkeres Verformen in der Bewegungsrichtung) bei einer bestimmten Betätigungsspannung (angelegt an die normal betätigte Seite) anzupassen. Dies ermöglicht es, den bereinigten Rotationswinkel auf feine Weise zu steuern. Im Gegensatz dazu kann eine Hälfte (z. B. der Abschnitt 621 oder 622) der Einheit dahingehend gestaltet sein, sich bei Betätigung zu biegen und sich entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung zu bewegen (z. B. eine Rückwärtsbewegung anstelle einer Vorwärtsbewegung zu erzeugen), um den Rotationswinkel (im Vergleich zu einem passiven Fall) stark zu vergrößern. Dies hilft beim Erzeugen eines größeren planaren Rotationswinkels, jedoch zu Lasten einer reduzierten bereinigten bereitstellbaren Kraft in der Richtung der Vorwärtsbewegung, die normalerweise in dem Beispielfall bereitgestellt worden wäre (in 1). Dieser Verlust kann dadurch kompensiert werden, dass die bereinigte Kraft, die durch den in der Vorwärtsrichtung betätigten Abschnitt bereitgestellt wird, erhöht wird, z. B. durch Erhöhen der Anzahl von parallel in der Vorwärtsbiegerichtung gestapelten Biegebalken, Verringern der Betätigungsspannung, usw.Optionally, the unactuated half acting as a passive spring, e.g. B. Section 621 in the left panel in 6 or the section 622 in the right panel in 6 , can also be partially actuated (ie at a lower voltage) to adjust the planar rotation angle (by deforming more in the direction of movement) at a given actuation voltage (applied to the normally actuated side). This makes it possible to finely control the cleaned up rotation angle. In contrast, one half (e.g., section 621 or 622) of the unit can be configured to flex upon actuation and move in the opposite direction to the direction of movement (e.g., produce rearward motion instead of forward motion), to greatly increase the angle of rotation (compared to a passive case). This helps in creating a larger in-plane angle of rotation, but at the expense of a reduced adjusted deployable force in the direction of forward motion that would normally have been deployed in the example case (in 1 ). This loss can be compensated for by increasing the corrected force provided by the portion actuated in the forward direction, e.g. by increasing the number of cantilevers stacked in parallel in the forward bending direction, decreasing the actuation voltage, etc.

Obwohl das Beispiel in 6 mittels einer sich ausdehnenden Konfiguration der Balken veranschaulicht ist, kann eine rotatorische Bewegung gleichermaßen mittels einer sich zusammenziehenden Konfiguration implementiert werden.Although the example in 6 illustrated by means of an expanding configuration of the beams, rotational movement can likewise be implemented by means of a contracting configuration.

Bei Beispielen sind die individuellen Beiträge 681, 682, 683, 681', 682', 682', 683', bereitgestellt durch die einzelnen Aktorzellen 110a-c, äquivalent zu der Änderung der Ausrichtung.In examples, the individual contributions 681, 682, 683, 681', 682', 682', 683' provided by the individual actuator cells 110a-c are equivalent to the change in orientation.

Wie in 3a-6 demonstriert ist, kann die Aktoreinheit 302 dazu konfiguriert sein, eine planare Rotation und eine lineare Bewegung zu ermöglichen. Der Rotationswinkel kann durch die an den ersten und den zweiten Abschnitt 621, 622 angelegte Spannung gesteuert werden, im Einzelnen durch die Spannung, die an die deaktivierte oder teilweise betätigten Einheitshälften angelegt wird, also den ersten Abschnitt 621 in dem linken Feld und den zweiten Abschnitt 622 in dem rechten Feld. Ferner kann der Rotationswinkel durch die zurückgelegte Strecke gesteuert werden. Dies kann beispielsweise besonders nützlich sein für Anwendungen, in denen Korrekturen der winkligen Neigung in Ebenen während oder nach einer bestimmten Entfernungsbewegung erforderlich sind. Beispielsweise solche Anwendungen sind auf Mikrooptoelektronik-Mikrosystemen (MOEMS, Micro-Opto Electronical Micro Systems) basierende Fabry-Perot-Optikfilter, MOEMS-Interferometer usw., wobei eine Parallelisierung optischer Oberflächen während einer Betätigung erforderlich ist. Beispielsweise sind Neigungskorrekturen erforderlich, um die Fehler zu kompensieren, die der Herstellung, dem Zusammenbau, Vibrationen, usw. entstammen.As in 3a-6 As demonstrated, actuator unit 302 may be configured to allow planar rotation and linear movement. The angle of rotation can be controlled by the voltage applied to the first and second sections 621, 622, specifically the voltage applied to the deactivated or partially actuated unit halves, i.e. the first section 621 in the left panel and the second section 622 in the right field. Furthermore, the angle of rotation can be controlled by the distance covered. This can be particularly useful, for example, for applications where angular tilt corrections are required in planes during or after a specific distance move. Examples of such applications are Micro-Opto Electronical Micro Systems (MOEMS) based Fabry-Perot optical filters, MOEMS interferometers, etc., where parallelization of optical surfaces during actuation is required. For example, tilt corrections are required to compensate for errors arising from manufacturing, assembly, vibration, and so on.

Alternativ zu dem in 6 gezeigten Beispiel, bei dem alle Aktorzellen 110a-c dazu konfiguriert sind, eine rotatorische Bewegung auszuführen, kann bei anderen Beispielen eine Menge von Aktorzellen der Aktorzellen 110a-c oder eine einzelne Aktorzelle dazu implementiert sein, eine rotatorische Bewegung auszuführen, wobei die anderen Aktorzellen dazu konfiguriert sein können, eine lineare Bewegung auszuführen, beispielsweise ausschließlich eine lineare Bewegung.As an alternative to the in 6 shown example, in which all actuator cells 110a-c are configured to perform a rotational movement, in other examples a set of actuator cells of the actuator cells 110a-c or a single actuator cell can be implemented to perform a rotational movement, with the other actuator cells doing so may be configured to perform linear motion, such as linear motion only.

7 veranschaulicht ein anderes Beispiel der Aktoreinheit 302. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Aktorzelle 110c dazu konfiguriert, bei Betätigung eine rotatorische Bewegung auszuführen, wobei die Aktorzellen 110a, 110b dazu konfiguriert sind, bei Betätigung eine lineare Bewegung auszuführen. Beispielsweise veranschaulicht das mittlere Feld in 7 einen betätigten Zustand der Aktoreinheit 302. Das linke Feld zeigt einen ersten Betätigungszustand der Aktoreinheit 302, bei dem die Aktorzellen 110a und 110b dahingehend betätigt sind, eine lineare Bewegung entlang der x-Richtung auszuführen. Die erste Verbindereinheit 121 der Aktorzellen 110c ist unbetätigt oder weniger betätigt als die zweite Verbindereinheit 222 der Aktorzellen 110c. Die zweite Verbindereinheit 222 der Aktorzellen 110c ist betätigt, um für eine rotatorische Bewegung zu sorgen. Das rechte Feld in 7 zeigt einen zweiten Betätigungszustand der Aktoreinheit 302, wobei die Betätigungszustände der ersten Verbindereinheit 121 und der zweiten Verbindereinheit 222 im Vergleich zu dem linken Feld vertauscht sind, um für eine rotatorische Bewegung in der entgegengesetzten Richtung zu sorgen. 7 11 illustrates another example of the actuator unit 302. In this embodiment, the actuator cell 110c is configured to perform a rotational movement when actuated, with the actuator cells 110a, 110b being configured to perform a linear movement when actuated. For example, the middle panel in 7 an actuated state of the actuator unit 302. The left panel shows a first actuation state of the actuator unit 302, in which the actuator cells 110a and 110b are actuated to perform a linear movement along the x-direction. The first connector unit 121 of the actuator cells 110c is unactuated or less actuated than the second connector unit 222 of the actuator cells 110c. The second connector assembly 222 of the actuator cells 110c is actuated to provide rotational movement. The right field in 7 Figure 12 shows a second operating state of the actuator unit 302, wherein the operating states of the first connector unit 121 and the second connector unit 222 are reversed compared to the left panel to provide rotational movement in the opposite direction.

Es ist zu beachten, dass elektrische Verbindungen der Aktoreinheit 302 so konfiguriert sein können, dass die Aktoreinheit 302 in Abhängigkeit von einem oder mehreren an die Aktoreinheit 302 angelegten Steuersignalen beide Arten von Bewegungen, die in Bezug auf 6, 7 und im Folgenden auf 8 beschrieben werden, ermöglicht.It should be noted that electrical connections of the actuator unit 302 may be configured such that the actuator unit 302 performs both types of movements related to 6 , 7 and below 8th are described, allows.

Beispielsweise kann die in 7 gezeigte Konfiguration vorteilhaft sein zum Steuern eines Winkels, der durch einzelne Aktorzellen oder eine Menge von Aktorzellen erzeugt wird, wodurch eine bessere Kontrolle über den Standort und das Ausmaß der erzeugten Rotation ermöglicht wird. Beispielsweise kann die Rotationsbewegung der Aktorzelle 110c für eine Neigungskorrektur sorgen, die nach dem Bewegen eines Ziels entlang einer linearen Strecke erforderlich ist, beispielsweise durch die Betätigung der Aktorzellen 110a und 110b. For example, the in 7 The configuration shown may be advantageous for controlling an angle created by individual actuator cells or a set of actuator cells, thereby allowing better control over the location and magnitude of the rotation created. at for example, the rotational movement of actuator cell 110c may provide for tilt correction required after moving a target along a linear path, for example, through actuation of actuator cells 110a and 110b.

8 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der Aktoreinheit 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Verbindereinheit 121 der Aktorzelle 110c asymmetrisch in Bezug auf die zweite Verbindereinheit 222 der Aktorzelle 110c. Beispielsweise ist eine Krümmung Cx und/oder eine Länge Lx eines oder mehrerer Bereiche der Balken der ersten Verbindereinheit 121 asymmetrisch in Bezug auf einen gegenüberliegend angeordneten Bereich der Balken der zweiten Verbindereinheit 222 der Aktorzelle 110c. Somit kann bei Betätigung der Aktorzelle 110c, beispielsweise durch die Verwendung eines identischen Steuersignals für die erste Verbindereinheit 121 und die zweite Verbindereinheit 222, eine Ausdehnung (oder in alternativen Implementierungen ein Zusammenziehen) asymmetrisch sein, um eine rotatorische Bewegung des zweiten Verbindungsstückes 112c in Bezug auf das erste Verbindungsstück 111c bereitzustellen. Beispielsweise weist die erste Verbindereinheit 121 eine unterschiedliche maximale Ablenkung im Vergleich zu der zweiten Verbindereinheit 222 auf. Diese Implementierung weist den Vorteil auf, dass eine dedizierte separate elektrische Verbindung zu den Bereichen der Aktorzellen 110c oder zu der ersten Verbindereinheit 121 und der zweiten Verbindereinheit 222 der Aktorzelle 110c nicht erforderlich sein muss, um eine winklige Bewegung / Rotation zu erzeugen. 8th 12 illustrates another example of the actuator unit 302 according to an embodiment. According to this embodiment, the first connector unit 121 of the actuator cell 110c is asymmetrical with respect to the second connector unit 222 of the actuator cell 110c. For example, a curvature Cx and/or a length Lx of one or more portions of the beams of the first connector unit 121 is asymmetrical with respect to an oppositely arranged portion of the beams of the second connector unit 222 of the actuator cell 110c. Thus, upon actuation of the actuator cell 110c, for example by using an identical control signal for the first connector unit 121 and the second connector unit 222, expansion (or in alternative implementations contraction) may be asymmetric to permit rotational movement of the second link 112c with respect to to provide the first connector 111c. For example, the first connector unit 121 has a different maximum deflection compared to the second connector unit 222 . This implementation has the advantage that a dedicated separate electrical connection to the areas of the actuator cells 110c or to the first connector unit 121 and the second connector unit 222 of the actuator cell 110c may not be required to generate angular movement/rotation.

Bei einigen Ausführungsbeispielen kann eine Änderung der Krümmung und der Länge der Bereiche der Balken dazu konfiguriert sein, für eine spezifische Steifheit der ersten Verbindereinheit 121 und/oder der zweiten Verbindereinheit 222 zu sorgen, beispielsweise in einem unbetätigten Zustand, um eine bessere Abstimmung einer linearen und/oder rotatorischen Bewegung zu ermöglichen.In some embodiments, changing the curvature and length of portions of the beams can be configured to provide a specific stiffness of the first connector unit 121 and/or the second connector unit 222, for example in an unactuated state, to better match linear and / or to allow rotational movement.

Im Allgemeinen kann eine rotatorische Bewegung erzielt werden, indem die erste Verbindereinheit 121 und die zweite Verbindereinheit 222 so konfiguriert werden, dass sich die erste Verbindereinheit im Vergleich zu der zweiten Verbindereinheit 222 bei Betätigung zu einem unterschiedlichen Ausmaß ausdehnt oder zusammenzieht.In general, rotational movement can be achieved by configuring the first connector unit 121 and the second connector unit 222 such that the first connector unit expands or contracts to a different extent compared to the second connector unit 222 upon actuation.

9 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der Aktoreinheit 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich bei der Aktorzelle 110c eine Länge des ersten und des zweiten Balkens der ersten Verbindereinheit 121 von einer Länge des ersten und des zweiten Balkens der zweiten Verbindereinheit 222. Das linke Feld in 9 zeigt einen ersten Betätigungszustand der Aktoreinheit 302, während das rechte Feld einen zweiten Betätigungszustand zeigt. Wie in dem rechten Feld gezeigt ist, sorgen in dem zweiten Betätigungszustand, in dem die Balken ausgedehnt sind, die erste Verbindereinheit 121 und die zweite Verbindereinheit 222 der Aktorzelle 110c für einen unterschiedlichen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück 111 c und 112c. Diese Differenz hat eine Rotation 863' des ersten Verbindungsstückes 112c in Bezug auf das zweite Verbindungsstück 111c zur Folge. 9 12 illustrates another example of the actuator unit 302 according to an embodiment. According to this embodiment, in the actuator cell 110c, a length of the first and second beams of the first connector unit 121 differs from a length of the first and second beams of the second connector unit 222. The left panel in FIG 9 shows a first actuation state of the actuator unit 302, while the right panel shows a second actuation state. As shown in the right panel, in the second operating state in which the beams are expanded, the first connector unit 121 and the second connector unit 222 of the actuator cell 110c provide a different distance between the first and second connectors 111c and 112c. This difference results in a rotation 863' of the first link 112c with respect to the second link 111c.

Mit anderen Worten kann die zweite Verbindereinheit 222 für eine unterschiedliche Vorwärtsbewegung im Vergleich zu der ersten Verbindereinheit 121 sorgen.In other words, the second connector unit 222 can provide a different forward movement compared to the first connector unit 121 .

Wie in Bezug auf die vorherigen Figuren beschrieben ist, können Ausführungsbeispiele für Konfigurationen mit winkliger Bewegung, Neigung und/oder Rotation sorgen (planar und/oder außerplanar), auf der Basis von sich ausdehnenden Konfigurationen, sich zusammenziehenden Konfigurationen oder Kombinationen derselben (mit/ohne der Möglichkeit einer linearen Bewegung).As described with respect to the previous figures, example embodiments may provide for angular movement, tilt and/or rotation configurations (planar and/or extra-planar), based on expanding configurations, contracting configurations or combinations thereof (with/without the possibility of a linear movement).

10 veranschaulicht eine alternative Implementierung der Aktoreinheit 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Implementierung des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132 der Aktorzellen 110 ohne eine S-Konfiguration in einem ausgedehnten Zustand des ersten Balkens 131 und des zweiten Balkens 132. Bei diesem Beispiel ist der erste Balken 131 über einen flexiblen Verbinder 1013 mit dem zweiten Balken 132 verbunden. Ferner ist der zweite Balken 131 über einen flexiblen Verbinder 1015 mit dem zweiten Verbindungsstück 112 verbunden. Die flexiblen Verbinder 1013 und 1015 ermöglichen es, während einer Betätigung der Aktorzelle 110 eine Belastung zu vermeiden, oder eine mechanische Belastung zu reduzieren, obwohl der erste Balken 131 und der zweite Balken 132 lediglich einen Bereich von Aktorelementen aufweisen können, wobei die Aktorelemente in diesem einem Bereich konfiguriert sind für eine Biegung in einer gleichförmigen Richtung. 10 illustrates an alternative implementation of the actuator unit 302 according to an embodiment. This embodiment allows implementation of the first beam 131 and the second beam 132 of the actuator cells 110 without an S-configuration in an expanded state of the first beam 131 and the second beam 132. In this example, the first beam 131 via a flexible connector 1013 with connected to the second beam 132. Furthermore, the second beam 131 is connected to the second connecting piece 112 via a flexible connector 1015 . The flexible connectors 1013 and 1015 make it possible to avoid stress during actuation of the actuator cell 110, or to reduce mechanical stress, although the first beam 131 and the second beam 132 may have only one area of actuator elements, the actuator elements in this a region configured to bend in a uniform direction.

11 veranschaulicht Aktorelemente und Reihenanordnungen von Aktorelementen gemäß Ausführungsbeispielen. Eine erste Art von Aktorelementen 1171 weist eine erste Oberfläche 1172 auf, die gegenüberliegend zu einer zweiten Oberfläche 1176 des Aktorelementes 1171 angeordnet ist. Ein erstes Ende 1173 der ersten Oberfläche 1172 ist gegenüberliegend zu einem ersten Ende 1177 der zweiten Oberfläche 1176 angeordnet. Ein zweites Ende 1174 der ersten Oberfläche 1172 ist gegenüberliegend zu einem zweiten Ende 1178 der zweiten Oberfläche 1176 angeordnet. Beispielsweise geben die ersten Enden 1173, 1177 und die zweiten Enden 1174, 1178 gegenüberliegende Enden der jeweiligen Oberflächen 1172, 1176 entlang einer Richtung an, entlang der eine Mehrzahl der Aktorelemente 1171 in einer Reihenanordnung von Aktorelementen angeordnet ist, beispielsweise die y-Richtung, auf die in den vorherigen Figuren Bezug genommen wird. Das Aktorelement 1171 ist in einem ersten Betätigungszustand, beispielsweise einem unbetätigten Zustand. Eine Veranschaulichung des Aktorelementes 1171, die mit dem Bezugszeichen 1171' versehen ist, stellt einen betätigten, oder im Vergleich zu dem Aktorelement 1171 stärker betätigten, Betätigungszustand des Aktorelementes 1171 dar. Bei einer Betätigung nimmt ein Abstand zwischen dem ersten Ende 1173 der ersten Oberfläche 1172 und dem zweiten Ende 1174 der ersten Oberfläche 1172 relativ zu einem Abstand zwischen dem ersten Ende 1177 der zweiten Oberfläche 1176 und dem zweiten Ende 1178 der zweiten Oberfläche 1176 zu. Das heißt, der Abstand zwischen dem ersten Ende 1173 und dem zweiten Ende 1174 nimmt zu und/oder der Abstand zwischen dem ersten Ende 1177 und dem zweiten Ende 1178 nimmt ab. Somit ist das Aktorelement 1171 dazu konfiguriert, bei Betätigung die Biegung zu vergrößern. Eine Änderung eines Volumens des Aktorelementes 1171 bei Betätigung kann durch ein Verformungsdreieck 1168 beschrieben werden. Eine Ausrichtung einer sekundären Oberfläche des Aktorelementes 1171, wobei die sekundäre Oberfläche die erste Oberfläche 1172 mit der zweiten Oberfläche 1176 verbindet, kann sich beispielsweise bei Betätigung um einen Winkel 1169 ändern. 11 12 illustrates actuator elements and arrays of actuator elements according to exemplary embodiments. A first type of actuator element 1171 has a first surface 1172 which is arranged opposite a second surface 1176 of the actuator element 1171 . A first end 1173 of the first surface 1172 is located opposite a first end 1177 of the second surface 1176 . A second end 1174 of the first surface 1172 is opposite a second end 1178 of the two th surface 1176 arranged. For example, the first ends 1173, 1177 and the second ends 1174, 1178 give up opposite ends of the respective surfaces 1172, 1176 along a direction along which a plurality of the actuator elements 1171 are arranged in a row array of actuator elements, for example the y-direction referred to in the previous figures. The actuator element 1171 is in a first actuation state, for example a non-actuated state. An illustration of the actuator element 1171, which is provided with the reference number 1171', represents an actuated, or in comparison to the actuator element 1171 more actuated, actuation state of the actuator element 1171. During an actuation, a distance between the first end 1173 and the first surface 1172 increases and the second end 1174 of the first surface 1172 relative to a distance between the first end 1177 of the second surface 1176 and the second end 1178 of the second surface 1176. That is, the distance between the first end 1173 and the second end 1174 increases and/or the distance between the first end 1177 and the second end 1178 decreases. Thus, actuator element 1171 is configured to increase deflection when actuated. A change in a volume of the actuator element 1171 upon actuation can be described by a deformation triangle 1168. An alignment of a secondary surface of the actuator element 1171, wherein the secondary surface connects the first surface 1172 to the second surface 1176, can change by an angle 1169, for example, upon actuation.

Beispielsweise sind innerhalb eines Bereiches von Aktorelementen, z. B. die Bereiche 343, 344, 543, 544 aus 3a, b, 5, oder innerhalb der Reihenanordnung 141, 142 von Aktorelementen die Aktorelemente derart angeordnet, dass die ersten Enden 1173, 1177 der ersten und zweiten Oberfläche 1172, 1176 eines der Aktorelemente gegenüberliegend, z. B. benachbart oder mit einem Abstandselement dazwischen, zu den ersten Enden 1173, 1177 der ersten und der zweiten Oberfläche 1172, 1176 oder gegenüberliegend zu den zweiten Enden 1174, 1178 der ersten und der zweiten Oberfläche 1172, 1176 des darauffolgenden Aktorelementes des einen Aktorelementes angeordnet sind.For example, within a range of actuator elements, z. B. the areas 343, 344, 543, 544 from 3a, b , 5 , or arranged within the row arrangement 141, 142 of actuator elements, the actuator elements such that the first ends 1173, 1177 of the first and second surface 1172, 1176 of one of the actuator elements opposite, z. B. adjacent or with a spacer element in between, to the first ends 1173, 1177 of the first and second surfaces 1172, 1176 or opposite to the second ends 1174, 1178 of the first and second surfaces 1172, 1176 of the subsequent actuator element of the one actuator element are.

Gemäß Ausführungsbeispielen, wie in 11 veranschaulicht ist, basiert eine zweite Art von Aktorzelle 1191 auf der ersten Art von Aktorelement 1171, weist jedoch eine modifizierte Dicke in der y-Richtung auf. Beispielsweise weist das Aktorelement 1191 eine Struktur auf, die in einem ersten Betätigungszustand des Aktorelementes 1191, z. B. einem unbetätigten Zustand, einer Struktur der ersten Art von Aktorelement 1171 kombiniert mit Strukturelementen 1179, 1179' entspricht. Die Strukturelemente 1179, 1179' können dasselbe Material wie das Aktorelement 1171 aufweisen, so dass bei dem Aktorelement 1191 die Strukturelemente 1179, 1179' bei Beispielen nicht identifiziert werden können. Die Kombination des Aktorelementes 1171 mit den Strukturelementen 1179, 1179' kann bei diesen Beispielen dahingehend aufgefasst werden, ein Volumen oder eine Außenform des Aktorelementes 1191 im Vergleich zu dem Aktorelement 1171 zu beschreiben. Bei anderen Beispielen können die Strukturelemente 1179, 1179' aus einem unterschiedlichen Material bestehen, beispielsweise können die Strukturelemente 1179, 1179' ein inaktives Material aufweisen, das bei Betätigung des Aktorelementes 1191 seine Form nicht wesentlich ändert. Bei diesen Beispielen können die Strukturelemente 1179, 1179' als Abstandselemente bezeichnet werden. Bei einigen Beispielen können die Strukturelemente ein elektrisch isolierendes Material aufweisen.According to embodiments as in 11 As illustrated, a second type of actuator cell 1191 is based on the first type of actuator element 1171 but has a modified thickness in the y-direction. For example, the actuator element 1191 has a structure which, in a first actuation state of the actuator element 1191, e.g. B. an unactuated state, a structure of the first type of actuator element 1171 combined with structural elements 1179, 1179 'corresponds. The structural elements 1179, 1179′ can have the same material as the actuator element 1171, so that in the case of the actuator element 1191 the structural elements 1179, 1179′ cannot be identified in examples. In these examples, the combination of the actuator element 1171 with the structural elements 1179, 1179' can be understood to describe a volume or an external shape of the actuator element 1191 in comparison to the actuator element 1171. In other examples, the structural elements 1179, 1179′ can consist of a different material, for example the structural elements 1179, 1179′ can have an inactive material that does not change its shape significantly when the actuator element 1191 is actuated. In these examples, the structural elements 1179, 1179' can be referred to as spacers. In some examples, the structural elements may include an electrically insulating material.

Somit weist gemäß Ausführungsbeispielen der erste Balken 131 und/oder der zweite Balken 132 ein oder mehrere inaktive Elemente 1179, 1179', 1199 auf, die beispielsweise im Wesentlichen steif sind, d. h., die sich bei Betätigung eines der Aktorelemente des ersten Balkens 131 und/oder des zweiten Balkens 132 nicht wesentlich biegen. Beispielweise ist eines der inaktiven Elemente zwischen zwei benachbarten Aktorelementen der Reihenanordnung von Aktorelementen angeordnet.Thus, according to embodiments, the first beam 131 and/or the second beam 132 has one or more inactive elements 1179, 1179', 1199, which are, for example, substantially rigid, i. that is, which do not significantly flex upon actuation of either of the actuator elements of the first beam 131 and/or the second beam 132. For example, one of the inactive elements is arranged between two adjacent actuator elements of the series arrangement of actuator elements.

Das Strukturelement 1179 ist zwischen einem ersten Ende 1193 einer ersten Oberfläche 1192 des Aktorelementes 1191 und einem ersten Ende 1197 einer zweiten Oberfläche 1196 des Aktorelementes 1191 positioniert. Die erste Oberfläche 1192 ist gegenüberliegend zu der zweiten Oberfläche 1196 angeordnet. Das Strukturelement 1179' ist zwischen dem zweiten Ende 1194 und dem zweiten Ende 1198 positioniert. Eine Veranschaulichung des Aktorelementes 1191, die mit dem Bezugszeichen 1191' bezeichnet ist, stellt einen zweiten Betätigungszustand des Aktorelementes 1171 dar, z. B. einen betätigten Zustand mit einer stärkeren Betätigung als der erste Betätigungszustand. Bei dem betätigten Aktorelement 1191' sorgt die Struktur der Strukturelemente 1179, 1179' für den Umstand, dass ein Abstand zwischen dem ersten Ende 1193 und dem zweiten Ende 1194 zumindest im Wesentlichen gleich groß ist wie der Abstand zwischen dem ersten Ende 1173 und dem zweiten Ende 1174 der ersten Oberfläche 1172 des Aktorelementes 1171 in dem unbetätigten Zustand. Gleichermaßen gleicht bei dem betätigten Aktorelement 1191' ein Abstand zwischen dem ersten Ende 1197 und dem zweiten Ende 1198 der zweiten Oberfläche 1196 zumindest im Wesentlichen einem Abstand zwischen dem ersten Ende 1177 und dem zweiten Ende 1178 der zweiten Oberfläche 1176 des unbetätigten Aktorelementes 1171. Da aufgrund der Strukturelemente 1179, 1179' in dem ersten Betätigungszustand im Vergleich zu dem zweiten Betätigungszustand der Abstand zwischen dem ersten Ende 1193 und dem zweiten Ende 1194 größer ist als der Abstand zwischen dem ersten Ende 1197 und dem zweiten Ende 1198, ist eine Reihenanordnung 1146 einer Mehrzahl von Aktorelementen 1191 in dem ersten Betätigungszustand gebogen. Bei Betätigung des ersten Betätigungszustandes der Reihenanordnung 1146 der Aktorelemente 1191 nimmt eine Biegung der Reihenanordnung 1146 ab. Somit kann bei dem zweiten Betätigungszustand der Reihenanordnung 1146, d. h. dargestellt durch die Reihenanordnung 1146', die Reihenanordnung gerade sein.The structural element 1179 is positioned between a first end 1193 of a first surface 1192 of the actuator element 1191 and a first end 1197 of a second surface 1196 of the actuator element 1191 . The first surface 1192 is located opposite the second surface 1196 . The structural element 1179 ′ is positioned between the second end 1194 and the second end 1198 . An illustration of actuator element 1191 denoted by reference numeral 1191' represents a second actuation state of actuator element 1171, e.g. B. an actuated state with a stronger actuation than the first actuation state. When the actuator element 1191' is actuated, the structure of the structural elements 1179, 1179' ensures that a distance between the first end 1193 and the second end 1194 is at least essentially the same size as the distance between the first end 1173 and the second end 1174 of the first surface 1172 of the actuator element 1171 in the unactuated state. Likewise, for the actuated actuator element 1191', a distance between the first end 1197 and the second end 1198 of the second surface 1196 is at least substantially equal to a distance between the first end 1177 and the second end 1178 of the second surface 1176 of the unactuated actuator element 1171. Since the distance between the first end 1193 and the second end 1194 is greater than the distance between the first end 1197 and the second end 1198 due to the structural elements 1179, 1179' in the first operating state compared to the second operating state, a Row arrangement 1146 of a plurality of actuator elements 1191 bent in the first operating state. Upon actuation of the first actuation state of the array 1146 of actuator elements 1191, flexing of the array 1146 decreases. Thus, in the second actuated condition of array 1146, ie, represented by array 1146', the array may be straight.

Eine dritte Art von Aktorelement 1181 weist eine Form auf, die als Kombination aus dem Aktorelement 1171 und Strukturelementen 1199 beschrieben werden kann, welche als ähnlich wie das Strukturelement 1179 aufgefasst werden können. Ein erstes Strukturelement 1199 ist zwischen einem ersten Ende 1183 einer ersten Oberfläche 1182 und einem ersten Ende 1187 einer zweiten Oberfläche 1186 des Aktorelementes 1181 angeordnet. Ein zweites Strukturelement 1199 ist zwischen einem zweiten Ende 1184 der ersten Oberfläche 1182 und einem zweiten Ende 1199 der zweiten Oberfläche 1186 angeordnet. Das erste Ende 1183 ist gegenüberliegend zu dem ersten Ende 1187 angeordnet. Das zweite Ende 1184 ist gegenüberliegend zu dem zweiten Ende 1188 angeordnet. Beispielsweise erweitern die Strukturelemente 1199 eine Abmessung der ersten und zweiten Oberfläche 1182, 1186 um eine gleiche Länge entlang der y-Richtung. Beispielsweise können die Strukturelemente 1199 den Abstand zwischen dem ersten Ende 1183 und dem zweiten Ende 1184 sowie zwischen dem ersten Ende 1187 und dem zweiten Ende 1188 im Vergleich zu dem Aktorelement 1171 um denselben Betrag erweitern, wie die Strukturelemente 1179, 1179' den Abstand zwischen dem ersten Ende 1197 und dem zweiten Ende 1198 des Aktorelementes 1191 erweitern. Somit kann in einem zweiten Betätigungszustand (z. B. einem betätigten Zustand) des Aktorelementes 1181, das als Aktorelement 1181' veranschaulicht ist, der Abstand zwischen dem ersten Ende 1183 und dem zweiten Ende 1184 dem Abstand zwischen dem ersten Ende 1197 und dem zweiten Ende 1198 der zweiten Oberfläche 1196 des Aktorelementes 1191 gleichen. Gleichermaßen kann bei dem betätigten Aktorelement 1181' der Abstand zwischen dem ersten Ende 1187 und dem zweiten Ende 1188 der zweiten Oberfläche 1186 dem Abstand zwischen dem ersten Ende 1193 und dem zweiten Ende 1194 der ersten Oberfläche 1192 des Aktorelementes 1191 gleichen. Daher gleicht in einem betätigten Zustand einer Reihenanordnung 1147' von Aktorelementen 1181 eine Länge entlang eines Pfades entlang der betätigten gebogenen Reihenanordnung 1147' zumindest im Wesentlichen einer Länge entlang eines Pfades entlang der Reihenanordnung 1146 in dem unbetätigten gebogenen Zustand, vorausgesetzt, dass eine Anzahl von betätigten Elementen 1191 der Reihenanordnung 1146 einer Anzahl von Aktorelementen 1181 der Reihenanordnung 1147' gleicht. Mit anderen Worten gleicht in einem gebogenen Zustand der Reihenanordnung 1146, welcher im Fall der Reihenanordnung 1146 ein unbetätigter Zustand ist, die Länge des Pfades der Reihenanordnung 1146 der Länge des Pfades der Reihenanordnung 1147' in einem gebogenen Zustand, welcher im Fall der Reihenanordnung 1147' einem betätigten Zustand gleicht.A third type of actuator element 1181 has a form that can be described as a combination of actuator element 1171 and structural elements 1199 , which can be construed as similar to structural element 1179 . A first structural element 1199 is arranged between a first end 1183 of a first surface 1182 and a first end 1187 of a second surface 1186 of the actuator element 1181 . A second structural element 1199 is arranged between a second end 1184 of the first surface 1182 and a second end 1199 of the second surface 1186 . First end 1183 is located opposite first end 1187 . The second end 1184 is located opposite the second end 1188 . For example, the structural elements 1199 extend a dimension of the first and second surfaces 1182, 1186 by an equal length along the y-direction. For example, the structural elements 1199 can extend the distance between the first end 1183 and the second end 1184 and between the first end 1187 and the second end 1188 compared to the actuator element 1171 by the same amount as the structural elements 1179, 1179' extend the distance between the first end 1197 and the second end 1198 of the actuator element 1191 extend. Thus, in a second actuation state (eg, an actuated state) of actuator element 1181, illustrated as actuator element 1181', the distance between first end 1183 and second end 1184 may equal the distance between first end 1197 and second end 1198 of the second surface 1196 of the actuator element 1191 same. Likewise, with the actuated actuator element 1181 ′, the distance between the first end 1187 and the second end 1188 of the second surface 1186 can equal the distance between the first end 1193 and the second end 1194 of the first surface 1192 of the actuator element 1191 . Therefore, in an actuated state of an array 1147' of actuator elements 1181, a length along a path along the actuated flexed array 1147' is at least substantially equal to a length along a path along the array 1146 in the unactuated flexed state, provided that a number of actuated Elements 1191 of the series arrangement 1146 equal to a number of actuator elements 1181 of the series arrangement 1147'. In other words, in a flexed state of array 1146, which in the case of array 1146 is an unactuated state, the length of the path of array 1146 equals the length of the path of array 1147' in a flexed state, which in the case of array 1147' resembles an actuated state.

Da die Länge des Pfades entlang der Reihenanordnung 1146 der Länge des Pfades entlang der Reihenanordnung 1147' gleicht, ermöglicht eine simultane Betätigung der Reihenanordnung 1146 und der Reihenanordnung 1147' eine Bewegung, wobei eine Aktorzelle, die auf einer oder mehr der Reihenanordnungen 1146 basiert, sich bei Betätigung um dasselbe Ausmaß zusammenzieht, um das sich eine Aktorzelle bei Betätigung ausdehnt, die auf der Basis einer oder mehr der Reihenanordnungen 1147 gestaltet ist. Die Reihenanordnung 1146 kann auch als vorgewinkelte Konfiguration oder vorgewinkelter Balken bezeichnet werden. Demgemäß kann das Aktorelement 1191 als vorgewinkeltes (PA-) Aktorelement oder vorgewinkelte Biegezelle bezeichnet werden. Beispielsweise zieht sich die vorgewinkelte Konfiguration bei Betätigung zusammen. Die Reihenanordnung 1147 kann als normal gewinkelte Konfiguration oder normal gewinkelter Balken angesehen werden. Die normal gewinkelte Anordnung 1147 kann sich bei Betätigung ausdehnen. Demgemäß kann das Aktorelement 1181 als normal gewinkeltes (NA, normal angled) Aktorelement oder normal gewinkelte Biegezelle bezeichnet werden. Beispielsweise verringert die vorgewinkelte Konfiguration 1146 bei Betätigung ihre Biegung, z. B. verformt sich in eine gerade Stellung.Because the length of the path along array 1146 is equal to the length of the path along array 1147', simultaneous actuation of array 1146 and array 1147' allows movement wherein an actuator cell based on one or more of arrays 1146 moves upon actuation contracts by the same amount that an actuator cell designed on the basis of one or more of the arrays 1147 expands upon actuation. The array 1146 may also be referred to as a pre-angled configuration or pre-angled beam. Accordingly, actuator element 1191 may be referred to as a pre-bent (PA) actuator element or pre-bent flex cell. For example, the pre-angled configuration contracts upon actuation. The array 1147 can be viewed as a normally angled configuration or bar. The normally angled assembly 1147 can expand upon actuation. Accordingly, actuator element 1181 may be referred to as a normally angled (NA) actuator element or flex cell. For example, the pre-angled configuration 1146 reduces its deflection, e.g. B. deforms into a straight position.

Mit anderen Worten kann bei dem offenbarten Konzept das tatsächliche Strukturmaterialdreieck in einer umgedrehten Position zu einer unbetätigten Biegezelle hinzugefügt werden, welches dem Verformungsdreieck der Biegezelle bei einer spezifischen Betätigungsspannung und einem Lastpunkt gleicht. Folglich kann dann, wenn eine gleiche Spannung und ein gleicher Lastpunkt an die Zelle angelegt wird, eine gerade positionierte Biegezelle erzielt werden. Durch das Platzieren der vorgewinkelten Aktorelemente 1191 benachbart zueinander in einer Reihenlogik 1146, kann der vorgewinkelte Balken jeglicher Länge gebildet werden, der sich bei Betätigung in eine gerade Stellung biegt.In other words, with the disclosed concept, the actual structural material triangle can be added to an unactuated flexure cell in an inverted position that resembles the deformation triangle of the flexure cell at a specific actuation voltage and load point. Consequently, when an equal voltage and load point is applied to the cell, a straight positioned flex cell can be achieved. By placing the pre-angled actuator elements 1191 adjacent to each other in a series logic 1146, the pre-angled beam of any length can be formed that will flex to a straight position when actuated.

Beispielsweise kann eine synchrone Bewegung einer sich zusammenziehenden Konfiguration aus dem in Bezug auf 11 beschriebenen Konzept abgeleitet werden. Mit anderen Worten zeigt 11 auf schematische Weise ein Verfahren einer Ausbildung eines vorgewinkelten Biegebalkens 1146 und eines normal gewinkelten Biegebalkens 1147 aus einer ausgewählten Biegezelle, deren Ablenkungen komplementär zueinander sind und in Bezug auf eine angelegte Betätigungsspannung synchronisiert werden können. Diese Synchronisation wird auf der Basis des Gestaltungsprinzips erzielt, bei dem die Gesamtlänge der zwei Balkenarten fast gleich gestaltet wird (L), wobei die Krümmung (C) bereits dieselbe ist, da dieselben aus derselben Biegezelle gebildet sind (oder bei einem festgelegten Versatz für Materialien mit anisotropem Elastizitätsmodul). Dies kann bei Betätigung synchronisierte Spitzenablenkungen (oder bei einem festen Versatz für Materialen mit anisotropem Elastizitätsmodul) für beide Balkenarten zur Folge haben, die komplementär zueinander sind, da eine Spitzenablenkung gleich α(C*L2) beträgt.For example, a synchronous movement of a contracting configuration from the regarding 11 described concept can be derived. In other words shows 11 schematically, a method of forming a pre-angled flexure beam 1146 and a normal angled flexure beam 1147 from a selected flexure cell whose deflections are complementary to each other and can be synchronized with respect to an applied actuation voltage. This synchronization is achieved based on the design principle of making the overall length of the two types of beams almost the same (L), with the curvature (C) already being the same as they are formed from the same bending cell (or at a specified offset for materials with anisotropic modulus of elasticity). This can result in actuation synchronized peak deflections (or at a fixed offset for materials with anisotropic Young's modulus) for both beam types that are complementary to each other since peak deflection is equal to α(C*L 2 ).

12 veranschaulicht mehrere Betätigungszustände unterschiedlicher Reihenanordnungen vorgewinkelter Aktorelemente gemäß Ausführungsbeispielen. Wie in 12(a) veranschaulicht ist, weist ein erstes Beispiel einer Reihenanordnung 1246a von vorgewinkelten Aktorelementen 1191 eine erste Biegerichtung in einem ersten Betätigungszustand auf, der in dem linken Feld gezeigt ist. In einem zweiten Betätigungszustand ist die Reihenanordnung 1246a gerade. In einem dritten Betätigungszustand, der in dem rechten Feld gezeigt ist, weist die Reihenanordnung 1246a eine zweite Biegerichtung auf, die entgegengesetzt zu der ersten Biegerichtung ist. Beispielsweise ist der Balken 1246a dazu konfiguriert, eine positive und negative Ablenkung um eine mittlere Stellung für eine anvisierte Spannung und einen anvisierten Lastpunkt zu erzeugen. Wie in 12(b) veranschaulicht ist, weist ein zweites Beispiel einer Reihenanordnung 1246b von vorgewinkelten Aktorelementen 1191 in einem ersten Betätigungszustand, der in dem linken Feld gezeigt ist, eine S-ähnliche Form auf. In dem ersten Betätigungszustand ist ein erster Bereich 1251b der Reihenanordnung 1246b in die erste Richtung gebogen, welche einer zweiten Richtung entgegengesetzt ist, in die ein zweiter Bereich 1252b der Reihenanordnung 1246b gebogen ist. In dem zweiten Betätigungszustand, der in dem mittleren Feld gezeigt ist, ist die Reihenanordnung 1246b gerade. In einem dritten Betätigungszustand, der in dem rechten Feld gezeigt ist, ist der dritte Bereich 1251 b in die zweite Richtung gebogen, während der zweite Bereich 1252b in die erste Richtung gebogen ist. Beispielsweise ist die vorgewinkelte BiegebalkenS-Konfiguration 1246b dazu konfiguriert, hochlineare positive und negative Ablenkungen um eine mittlere Stellung für eine anvisierte Spannung und einen anvisierten Lastpunkt zu erzeugen. Wie in 12(c) gezeigt ist, weist ein drittes Beispiel einer Reihenanordnung 1246c von vorgewinkelten Aktorelementen 1191 eine Reihenanordnung von Bereichen 1251c, 1252c, 1253c, 1254c auf, die in einem ersten Betätigungszustand, der in dem linken Feld gezeigt ist, in abwechselnden Biegerichtungen gebogen sind. Das heißt, ein erster Bereich 1251c und ein dritter Bereich 1253c sind in einer ersten Biegerichtung gebogen, die zu einer zweiten Biegerichtung entgegengesetzt ist, in welche ein zweiter Bereich 1252c und ein vierter Bereich 1254c gebogen sind. In einem zweiten Betätigungszustand, der in dem mittleren Feld gezeigt ist, ist die Reihenanordnung 1246c gerade. In einem dritten Betätigungszustand, der im rechten Feld gezeigt ist, sind der erste und der dritte Bereich 1251c, 1253c in die zweite Biegerichtung gebogen, und der zweite und der vierte Bereich 1252c, 1254c sind in die zweite Biegerichtung gebogen. Beispielsweise veranschaulicht in 12c das linke Feld einen unbetätigten Zustand, das mittlere Feld veranschaulicht einen teilweise betätigten Zustand, und das rechte Feld veranschaulicht einen Betätigungszustand mit einer höheren Betätigung als die des mittleren Feldes. Beispielsweise veranschaulicht das rechte Feld einen vollständig betätigten Zustand. Beispielsweise ist der Balken 1246c als vorgewinkelter Biegebalken mit mehreren S-Konfigurationen implementiert, um hochlineare positive und negative Ablenkungen um eine mittlere Stellung für eine anvisierte Spannung und einen anvisierten Lastpunkt zu erzeugen. 12 FIG. 12 illustrates several actuation states of different row arrangements of pre-angled actuator elements according to exemplary embodiments. As in 12(a) 1, a first example of an array 1246a of pre-angled actuator elements 1191 has a first bending direction in a first actuation state shown in the left panel. In a second state of operation, the array 1246a is straight. In a third actuated state, shown in the right panel, the array 1246a has a second bending direction that is opposite to the first bending direction. For example, beam 1246a is configured to generate positive and negative deflection about a center position for a targeted voltage and load point. As in 12(b) 1, a second example of an array 1246b of pre-angled actuator elements 1191 has an S-like shape in a first actuation state shown in the left panel. In the first operating state, a first portion 1251b of the array 1246b is bent in the first direction, which is opposite to a second direction in which a second portion 1252b of the array 1246b is bent. In the second actuation state, shown in the middle panel, the array 1246b is straight. In a third operating state, shown in the right panel, the third portion 1251b is bent in the second direction while the second portion 1252b is bent in the first direction. For example, the pre-angled cantilever S configuration 1246b is configured to produce highly linear positive and negative deflections about a center position for a targeted voltage and load point. As in 12(c) 1, a third example of an array 1246c of pre-bent actuator elements 1191 comprises an array of portions 1251c, 1252c, 1253c, 1254c bent in alternating bending directions in a first actuation state shown in the left panel. That is, a first portion 1251c and a third portion 1253c are bent in a first bending direction opposite to a second bending direction in which a second portion 1252c and a fourth portion 1254c are bent. In a second actuation state, shown in the middle panel, the array 1246c is straight. In a third operating state, shown in the right panel, the first and third portions 1251c, 1253c are bent in the second bending direction and the second and fourth portions 1252c, 1254c are bent in the second bending direction. For example illustrated in 12c the left panel illustrates an unactuated state, the middle panel illustrates a partially actuated state, and the right panel illustrates an actuation state with a higher actuation than that of the middle panel. For example, the right panel illustrates a fully actuated state. For example, beam 1246c is implemented as a pre-angled bending beam with multiple S-configurations to produce highly linear positive and negative deflections about a center position for a targeted voltage and load point.

In 3a, 3b können Aktorelemente 343, 344 beispielsweise optional den Aktorelementen 1181 entsprechen. Beispielsweise können in 5 Aktorelemente 543, 544 optional den Aktorelementen 1191 entsprechen.In 3a , 3b Actuator elements 343, 344 can, for example, optionally correspond to actuator elements 1181. For example, in 5 Actuator elements 543, 544 optionally correspond to actuator elements 1191.

Gemäß Beispielen, wie beispielsweise in Bezug auf 12 beschrieben ist, ist zumindest ein Bereich des ersten Balkens 131 in einer ersten Biegerichtung gebogen, wenn derselbe in einem unbetätigten Zustand ist, und wobei der Bereich des ersten Balkens in einer zweiten Biegerichtung gebogen ist, welche der ersten Biegerichtung entgegengesetzt ist, wenn derselbe in einem vorbestimmten Betätigungszustand ist.According to examples, such as in relation to 12 , at least a portion of the first beam 131 is bent in a first bending direction when in an unactuated state, and wherein the portion of the first beam is bent in a second bending direction, which is opposite to the first bending direction, when in a predetermined operating state.

Beispielsweise ist die Biegung des Balkens 131 in dem vorbestimmten Betätigungszustand symmetrisch zu dem unbetätigten Zustand in Bezug auf eine gerade Stellung des Balkens, und wobei der vorbestimmte Betätigungszustand ein maximal betätigter Zustand ist.For example, the deflection of the beam 131 in the predetermined actuated state is symmetric to the unactuated state with respect to a straight position of the beam and the predetermined actuated state is a maximum actuated state.

Mit anderen Worten können die vorgewinkelten Balken dazu konfiguriert sein, sich über die gerade Stellung hinaus zu biegen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das Verformungsdreieck, d. h. die Strukturelemente 1179, 1179', entsprechend angepasst werden. Somit umfassen Ausführungsbeispiele Balken, die um eine mittlere gerade Stellung herum betätigt werden können, auf der Basis einer angelegten Spannung, was für einige Anwendungen erforderlich ist.In other words, the pre-angled beams can be configured to flex beyond the straight position. For this purpose, for example, the deformation triangle, ie the structural elements 1179, 1179' ent be adapted accordingly. Thus, exemplary embodiments include beams that can be actuated about a mid-level position based on an applied voltage, which is required for some applications.

Die Aktorelemente können in einer vorgewinkelten Reihenanordnung angeordnet sein, beispielsweise in Bereichen, die dazu konfiguriert sind, sich auf komplementäre Weise in einer S-Konfiguration zu biegen. Somit kann eine lineare Translation an einem freien Ende des Balkens erzielt werden, während eine Bewegung zu einer geraden Position oder darüber hinaus stattfindet, wie für den Fall der Reihenanordnung 1246b gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass die Reihenanordnungen 1246a-c dazu konfiguriert sein können, sich stärker in einer Richtung als in der anderen Richtung abzulenken. Das heißt, eine maximale Biegung kann asymmetrisch in Bezug auf die gerade Position sein. Dies kann durch die Wahl der Strukturelemente 1179, 1179' und der angelegten Spannung in einem Lastpunkt erreicht werden.The actuator elements may be arranged in a pre-angled array, for example in regions configured to flex in a complementary manner in an S-configuration. Thus, linear translation can be achieved at a free end of the beam while moving to or beyond a straight position, as shown for the case of array 1246b. It should be noted that the arrays 1246a-c may be configured to deflect more in one direction than the other. That is, a maximum deflection can be asymmetrical with respect to the straight position. This can be achieved by the choice of the structure elements 1179, 1179' and the applied voltage in a load point.

Bei Beispielen können Strukturmaterialen mit anisotroper Elastizität (etwa kristallines Silizium) für die Balken oder für den MEMS-Aktor verwendet werden. In diesem Fall kann der über das Verformungsdreieck erzeugte Vorwinkel aufgrund des Winkels und der Position, bei denen dieses in dem vorgewinkelten Balken platziert ist, den durchschnittlichen Elastizitätsmodulwert der einzelnen Biegezelle ändern. Diese Änderung des Elastizitätsmoduls kann zu einer Differenz hinsichtlich der Krümmung der Biegezellen für die unterschiedlichen Positionen in demselben vorgewinkelten Balken führen, wenn dieselbe Zellengeometrie für alle Biegezellen (Aktorelemente) bei einer bestimmten Betätigungsspannung verwendet wird. Wenn diese Änderung für die erforderliche Leistung nicht vernachlässigbar/akzeptierbar ist, kann sie kompensiert werden durch Ändern des Momentwerts des zweiten Bereichs der Biegezelle, welcher ihrem Winkel und Position entspricht, (durch Ändern der Geometrie der Biegezelle je nach ihrer Position und Winkel, etwa Zellendicke usw.), durch Ändern der angelegten Spannung, um die erforderliche Ablenkung für den bestimmten Lastpunkt für den gesamten vorgewinkelten Balken zu erhalten, usw. Eine weitere Lösung besteht darin, mehrere S-Konfiguration-Paare in den vorgewinkelten Balkenabschnitten zu erschaffen, wie in 12(c) gezeigt ist. Der Vorteil einer solchen Konfiguration besteht darin, dass die einzelnen S-Konfigurationen aufgrund ihrer Position in dem vorgewinkelten Balken nicht gewinkelt werden, wobei somit eine vernachlässigbare/akzeptierbare Änderung des Elastizitätsmodulwertes der Biegezellen erzielt werden kann. Dies vereinfacht die Gestaltung und die Betätigungssteuerung, ohne eine Einschränkung auf die Verschiebung der vorgewinkelten Balkenspitze darzustellen, da jegliche Anzahl von S-Konfigurationen gemeinsam kaskadiert werden kann, um eine anvisierte Verschiebung in einem unbetätigten Zustand zu erzielen (welche eine größere Strecke für einen vorgewinkelten Balken zum Zusammenziehen bereitstellt), ohne den Biegezellenwinkel außerhalb einer S-Konfiguration aufgrund ihrer Position zu ändern. Die Länge der individuellen S-Konfiguration (basierend auf einer Anzahl von Zellen in derselben), die Krümmung jedes Bereiches in der individuellen S-Konfiguration, usw., kann in Bezug auf die Chipfläche optimiert werden, um eine erforderliche Verschiebung und einen Kraftwert für den gesamten vorgewinkelten Balken zu erhalten. Dieses Konzept mehrerer S-Konfigurationen in einem einzelnen Balken kann außerdem auf normal gewinkelte Balken angewendet werden, so dass eine größere Gestaltungsfreiheit erzielt wird, um eine erforderliche Verschiebung und Kraftwerte in einer optimalen Chipfläche für den gesamten normal gewinkelten Balken zu erhalten. Der Vorteil dieses Konstruktionsverfahrens für sich zusammenziehende Balken besteht darin, dass dasselbe einen großen Grad an Gestaltungsfreiheit, eine optimale Chipflächenverwendung, einen hohen Füllfaktor, usw. bereitstellt, um eine anvisierte Kraft, Verschiebung, Betätigungsfrequenz, Bewegungsauflösung, usw. zu erzielen. Außerdem ist es nicht nötig, sich auf eine präzise Eigenspannungstechnik (ähnlich zu der in [2], [3] verwendeten für nicht planare Anwendungen) zu verlassen, um eine Vorkrümmung zum Zusammenziehen zu erzeugen, was bekanntermaßen schwieriger ist, bei MEMS-Bauelementen zu gestalten und zu steuern, und hochempfindlich im Hinblick auf Herstellungsprozessfehler (somit ist eine Reproduzierbarkeit identischer vorgespannter Krümmungen während des Herstellungsprozesses schwierig) und außerdem sehr empfindlich gegenüber Umweltbedingungen wie etwa Temperatur ist, und somit die Zuverlässigkeit der Bauelementleistung während des Betriebes reduziert.In examples, structural materials with anisotropic elasticity (such as crystalline silicon) can be used for the beams or for the MEMS actuator. In this case, the pre-angle created via the strain triangle can change the average Young's modulus value of the individual flexural cell due to the angle and the position at which it is placed in the pre-bent beam. This change in Young's modulus can result in a difference in the curvature of the flexure cells for the different positions in the same pre-bent beam if the same cell geometry is used for all flexure cells (actuator elements) at a given actuation voltage. If this change is not negligible/acceptable for the required performance, it can be compensated by changing the moment value of the second area of the bending cell, which corresponds to its angle and position, (by changing the geometry of the bending cell depending on its position and angle, e.g. cell thickness etc.), by changing the applied voltage to get the required deflection for the specific load point for the entire pre-angled beam, etc. Another solution is to create multiple S-configuration pairs in the pre-angled beam sections, as in 12(c) is shown. The advantage of such a configuration is that the individual S-configurations are not angled due to their position in the pre-bent beam, thus a negligible/acceptable change in the Young's modulus value of the flexural cells can be achieved. This simplifies design and actuation control without being limited to displacement of the pre-angled beam tip, since any number of S-configurations can be cascaded together to achieve targeted displacement in an unactuated state (which is a greater range for a pre-angled beam to contract) without changing the flex cell angle outside of an S-configuration due to their position. The length of the individual S-configuration (based on a number of cells in it), the curvature of each region in the individual S-configuration, etc. can be optimized in relation to the chip area to provide a required displacement and force value for the entire pre-angled beam. This concept of multiple S configurations in a single beam can also be applied to normal angled beams, allowing greater design freedom to obtain required displacement and force values in an optimal die area for the entire normal angled beam. The advantage of this contracting beam design method is that it provides a large degree of design freedom, optimal chip area utilization, high fill factor, etc. to achieve a targeted force, displacement, actuation frequency, motion resolution, etc. In addition, it is not necessary to rely on a precise residual stress technique (similar to that used in [2], [3] for non-planar applications) to create pre-distortion for contraction, which is known to be more difficult to achieve in MEMS devices to design and control, and is highly sensitive to manufacturing process errors (thus reproducibility of identical prestressed bends during the manufacturing process is difficult) and also very sensitive to environmental conditions such as temperature, thus reducing the reliability of device performance during operation.

Somit weist die Reihenanordnung 141 gemäß Beispielen eine Mehrzahl von ersten Bereichen 1251c, 1253c und eine Mehrzahl von zweiten Bereichen 1252c, 1254c auf, wobei die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche abwechselnd in der Reihenanordnung angeordnet sind. Jeder der ersten Bereiche ist dazu konfiguriert, bei Betätigung eine Biegung des ersten Bereiches in eine erste Biegerichtung zu ändern. Jeder der zweiten Bereiche ist dazu konfiguriert, bei Betätigung eine Biegung des zweiten Bereiches in eine zweite Biegerichtung zu ändern. Die erste Biegerichtung ist zu der zweiten Biegerichtung entgegengesetzt. Optional werden die ersten und die zweiten Bereiche in einem unbetätigten Zustand gebogen. Diese Beispiele ermöglichen eine Kompensation einer anisotropen Elastizität, z. B. durch mehrere S-Konfigurationen in einem einzelnen Balken, wodurch die Gestaltung vereinfacht wird und eine Optimierung einer Kontraktionsfläche ermöglicht wird.Thus, according to examples, the row arrangement 141 comprises a plurality of first areas 1251c, 1253c and a plurality of second areas 1252c, 1254c, the first areas and the second areas being arranged alternately in the row arrangement. Each of the first portions is configured to change a bend of the first portion to a first bend direction when actuated. Each of the second portions is configured to change a bend of the second portion to a second bend direction when actuated. The first bending direction is opposite to the second bending direction. Optionally, the first and second portions are flexed in an unactuated state. These examples allow compensation for anisotropic elasticity, e.g. B. by multiple S-configurations in a single bar, making the design simplistic is folded and an optimization of a contraction area is made possible.

13 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 1300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das linke Feld veranschaulicht einen ersten Betätigungszustand, beispielsweise einen unbetätigten Zustand, und das rechte Feld veranschaulicht einen zweiten Betätigungszustand, beispielsweise einen betätigten oder vollständig betätigten Betätigungszustand. Der MEMS-Aktor 1300 weist eine bewegliche Stufe 1361 auf. Ferner weist der MEMS-Aktor 1300 eine erste Aktoreinheit 302a auf, die ein Beispiel der Aktoreinheit 302 sein kann. Die Aktoreinheit 302a weist Aktorzellen 1310a auf, die Beispiele der Aktorzelle 110 darstellen können. Die Aktorzellen 1310a sind dazu konfiguriert, sich bei Betätigung zusammenzuziehen (z. B. entlang der x-Richtung, wie in 13 gezeigt ist). Zum Realisieren eines Zusammenziehens bei Betätigung weisen der erste Balken 1331a und der zweite Balken 1332a jeder der Aktorzellen 1310a Reihenanordnungen vorgewinkelter Aktorelemente auf, beispielsweise Reihenanordnungen vorgewinkelter Aktorelemente 1191, die gemäß dem Konzept der Reihenanordnung 1146 angeordnet sind. Beispielsweise weisen der erste Balken 1331a und der zweite Balken 1332a Reihenanordnungen 1246b auf, die in dem Betätigungszustand S-förmig sind. Der MEMS-Aktor 1300 weist ferner eine zweite Aktoreinheit 302b auf, die Aktorzellen 1310b aufweist, welche Beispiele der Aktorzelle 110 darstellen können. Die Aktorzellen 1310b sind dazu konfiguriert, sich bei Betätigung auszudehnen (z. B. entlang der x-Richtung). Eine Axialrichtung der Aktoreinheit 1302b, entlang der sich die Aktoreinheit 1302a ausdehnt, ist antiparallel zu einer Axialrichtung der Aktoreinheit 1302a, entlang der sich die Aktoreinheit 1302a zusammenzieht (also eine Richtung von den ersten Verbindungsstücken zu den zweiten Verbindungsstücken der Aktorzellen der jeweiligen Aktoreinheiten ist antiparallel). Somit kann sich bei Betätigung das zweite Verbindungsstück 112a der Aktoreinheit 1302a in derselben Richtung und um denselben Betrag bewegen wie das zweite Verbindungsstück 112b der Aktoreinheit 1302b. Jede der Aktorzellen 1310b weist einen ersten Balken 1331b und einen zweiten Balken 1332b auf, die Beispiele des ersten Balkens 131 beziehungsweise des zweiten Balkens 132 darstellen können. Beispielsweise weisen der erste Balken 1331b und der zweite Balken 1332b jeweils Reihenanordnungen von Aktorelementen gemäß dem Konzept der Reihenanordnung 1147 von Aktorelementen 1181 auf. Beispielsweise sind der erste Balken 1331b und der zweite Balken 1332b dazu konfiguriert, eine in einem gebogenen Zustand S-ähnliche Form aufzuweisen, beispielsweise in einem zweiten Betätigungszustand. Die ersten Balken 1331a, 1331b und die zweiten Balken 1332a, 1332b können Beispiele des ersten Balkens 131 beziehungsweise des zweiten Balkens 132 darstellen. Die Aktorzellen 1310a und 1310b sind aneinander angepasst, um bei Betätigung der Aktoreinheiten 302a und 302b für eine synchronisierte Bewegung zu sorgen. Das heißt, bei Betätigung entspricht ein Zusammenziehen der Aktoreinheit 302a zumindest im Wesentlichen einer Ausdehnung der Aktorzelle 302b. Das zweite Verbindungsstück 112a der Aktoreinheit 302a ist mit einer ersten Grenzoberfläche der beweglichen Struktur 1361 verbunden. Das zweite Verbindungsstück 112b der Aktoreinheit 302b ist mit einer zweiten Grenzoberfläche der beweglichen Struktur 1361 verbunden, welche gegenüberliegend zu der ersten Grenzoberfläche der beweglichen Struktur 1361 angeordnet ist. 13 13 illustrates a MEMS actuator 1300 according to an embodiment. The left panel illustrates a first actuation state, such as an unactuated state, and the right panel illustrates a second actuation state, such as an actuated or fully actuated state. The MEMS actuator 1300 has a moveable stage 1361 . Furthermore, the MEMS actuator 1300 has a first actuator unit 302a which can be an example of the actuator unit 302 . Actuator unit 302a includes actuator cells 1310a that may represent examples of actuator cell 110 . Actuator cells 1310a are configured to contract upon actuation (e.g., along the x-direction, as shown in FIG 13 is shown). To realize contraction upon actuation, the first beam 1331a and the second beam 1332a of each of the actuator cells 1310a have arrays of pre-angled actuator elements, for example arrays of pre-angled actuator elements 1191 arranged according to the array 1146 concept. For example, the first beam 1331a and the second beam 1332a have arrays 1246b that are S-shaped in the actuated state. The MEMS actuator 1300 further includes a second actuator unit 302b including actuator cells 1310b, which may represent examples of the actuator cell 110. FIG. Actuator cells 1310b are configured to expand (e.g., along the x-direction) when actuated. An axial direction of the actuator unit 1302b, along which the actuator unit 1302a expands, is antiparallel to an axial direction of the actuator unit 1302a, along which the actuator unit 1302a contracts (i.e. a direction from the first connecting pieces to the second connecting pieces of the actuator cells of the respective actuator units is antiparallel) . Thus, upon actuation, the second link 112a of the actuator unit 1302a can move in the same direction and by the same amount as the second link 112b of the actuator unit 1302b. Each of the actuator cells 1310b includes a first beam 1331b and a second beam 1332b, which may represent examples of the first beam 131 and the second beam 132, respectively. For example, the first bar 1331b and the second bar 1332b each have row arrangements of actuator elements according to the concept of the row arrangement 1147 of actuator elements 1181 . For example, the first beam 1331b and the second beam 1332b are configured to have an S-like shape in a bent state, for example in a second operating state. The first bars 1331a, 1331b and the second bars 1332a, 1332b may represent examples of the first bar 131 and the second bar 132, respectively. Actuator cells 1310a and 1310b are matched to provide synchronized movement upon actuation of actuator units 302a and 302b. This means that upon actuation, a contraction of the actuator unit 302a corresponds at least essentially to an expansion of the actuator cell 302b. The second link 112a of the actuator unit 302a is connected to a first boundary surface of the movable structure 1361 . The second connection piece 112b of the actuator unit 302b is connected to a second boundary surface of the movable structure 1361 which is arranged opposite to the first boundary surface of the movable structure 1361 .

Beispielsweise gleicht eine Länge eines Pfades entlang des ersten Balkens 1331a der ersten Aktorzelle 1310a in einem unbetätigten Zustand der ersten Aktorzelle, z. B. ein linkes Feld in 13, im Wesentlichen einer Länge eines Pfades entlang des ersten Balkens 1331 b der zweiten Aktorzelle 1310b in einem betätigten Zustand der zweiten Aktorzelle, z. B. das rechte Feld in 13. Somit können sich die ersten Aktorzellen 1310a bei Betätigung synchron zu einer Ausdehnung der zweiten Aktorzellen 1310b zusammenziehen.For example, a length of a path along the first beam 1331a of the first actuator cell 1310a in an unactuated state of the first actuator cell, e.g. B. a left field in 13 , substantially a length of a path along the first beam 1331b of the second actuator cell 1310b in an actuated state of the second actuator cell, e.g. B. the right field in 13 . Thus, upon actuation, the first actuator cells 1310a can contract synchronously with an expansion of the second actuator cells 1310b.

Beispielsweise gleichen die Aktorelemente der ersten Aktorzelle 1310a den Aktorelementen der zweiten Aktorzelle 1310b, womit eine einfache synchrone Implementierung ermöglicht wird.For example, the actuator elements of the first actuator cell 1310a are the same as the actuator elements of the second actuator cell 1310b, which enables a simple synchronous implementation.

Beispielsweise wird ein Steuersignal an die erste und die zweite Aktoreinheit 302a, 302b angelegt, beispielsweise ein Spannungspegel oder ein Strom. Die Aktorelemente der ersten und der zweiten Aktorzellen können ansprechend auf das Steuersignal betätigt werden, z. B. wie in Bezug auf 14, 15 erläutert ist. Aufgrund des synchronen Verhaltens der Aktoreinheiten 302a, 302b bei Betätigung kann der ersten und der zweiten Aktoreinheit 302a, 302b dasselbe Steuersignal zugeführt werden, wodurch weiterhin eine synchrone Bewegung ermöglicht wird.For example, a control signal is applied to the first and the second actuator unit 302a, 302b, for example a voltage level or a current. The actuator elements of the first and second actuator cells can be actuated in response to the control signal, e.g. B. as in relation to 14 , 15 is explained. Due to the synchronous behavior of the actuator units 302a, 302b when actuated, the first and the second actuator unit 302a, 302b can be supplied with the same control signal, as a result of which a synchronous movement is still made possible.

Mit anderen Worten sind die erste Aktorzelle 1310a (oder die erste Aktoreinheit 302a) und die zweite Aktorzelle 1310b (oder die erste Aktoreinheit 302b) für eine inhärent synchronisierte Bewegung bei Betätigung konfiguriert.In other words, the first actuator cell 1310a (or first actuator unit 302a) and the second actuator cell 1310b (or first actuator unit 302b) are configured for inherently synchronized movement upon actuation.

Obwohl das Konzept einer synchronen Bewegung von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Aktorzellen in 13 mittels Aktoreinheiten 302a, b gezeigt ist, die eine Reihenanordnung von Aktorzellen aufweisen (die bei Beispielen eine einzelne Aktorzelle 1310a, 1310b aufweisen kann), ist das Konzept auch auf ein Paar von einzelnen Aktorzellen, parallele Anordnungen von Aktorzellen oder eine Kombination von parallelen und Reihenanordnungen von Aktorzellen anwendbar.Although the concept of synchronous movement of expanding and contracting actuator cells in 13 shown by means of actuator units 302a,b comprising a series arrangement of actuator cells (which in examples may comprise a single actuator cell 1310a, 1310b), the concept is also applicable to a pair of single actuator cells, parallel arrays of actuator cells or a combination of parallel and series arrangements of actuator cells.

Demgemäß ist bei Beispielen die Aktorzelle 1310a eine erste Aktorzelle, und die Aktorzelle 1310b ist eine zweite Aktorzelle. Die Aktorelemente der ersten Aktorzelle 1310a sind dazu konfiguriert, die Biegung des ersten Balkens 1331a der ersten Aktorzelle 1310a bei Betätigung zu verkleinern, und wobei Aktorelemente der zweiten Aktorzelle 1310b dazu konfiguriert sind, die Biegung des ersten Balkens 1331 b der zweiten Aktorzelle bei Betätigung zu vergrößern.Accordingly, in examples, actor cell 1310a is a first actor cell and actor cell 1310b is a second actor cell. The actuator elements of the first actuator cell 1310a are configured to decrease the deflection of the first beam 1331a of the first actuator cell 1310a when actuated, and actuator elements of the second actuator cell 1310b are configured to increase the deflection of the first beam 1331b of the second actuator cell when actuated .

Mit anderen Worten kann der MEMS-Aktor 1300 einen Beispielfall von synchronisierten sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfigurationen darstellen, die über eine Laststufe 1361 verknüpft sind, um eine lineare Translation der Stufe in der Richtung der Ausdehnung und Kontraktion der NA-(302a) bzw. PA-(302b) Einheiten zu erhalten. Die NA- und PA-Einheiten sind gebildet unter Verwendung synchronisierter vorgewinkelter und normal gewinkelter Bereiche von Biegebalken (z. B. gebildet, wie in 11 gezeigt ist). Aufgrund der gestaltungsbasierten Synchronisation von Balkenbereichen und der gleichen Anzahl von NA- und PA-Einheiten ist das Ausmaß einer Ausdehnung gleich groß wie das Ausmaß eines Zusammenziehens in der Bewegungsrichtung für dieselbe Betätigungsspannung (oder bei einem bestimmten Versatz zwischen Spannungen, die an die NA- und PA-Einheiten angelegt werden, für Materialien mit anisotropem Elastizitätsmodul). Die Vorteile einer solchen Konfiguration bestehen dahin, dass sie eine stark erweiterte außerplanare Steifheit aufweist (im Vergleich zu einem System, das entweder nur eine sich ausdehnende Konfiguration oder lediglich eine sich zusammenziehende Konfiguration aufweist), somit ist eine höhere Bewegungsfrequenz und eine niedrigere außerplanare Absackung vorhanden (somit sind keine Stützstrukturen darunter erforderlich und eine kontaktlose Betätigung ist möglich, die ohne jeglicher Art von Haftreibungsproblemen ausgeführt werden kann). Somit kann die bereinigte bereitstellbare kraft aufgrund der Synchronisation (da Ziehkraft und Druckkraft in Synchronisation auf die Laststufe wirken), den hohen Chipflächenfüllfaktor, die geringe Absackung, usw., effektiv verdoppelt werden (in dem Beispielfall). Außerdem vereinfacht die basierend auf der Gestaltung erhaltene Synchronisation die für die Betätigung erforderliche Antriebssteuerung stark.In other words, the MEMS actuator 1300 may represent an example case of synchronized expanding and contracting configurations linked via a load stage 1361 to provide linear translation of the stage in the direction of expansion and contraction of the NA (302a) and Get PA-(302b) units. The NA and PA units are formed using synchronized pre-angled and normal angled sections of bending beams (e.g. formed as in 11 is shown). Due to the design-based synchronization of beam regions and the same number of NA and PA units, the amount of expansion is equal to the amount of contraction in the direction of motion for the same actuation voltage (or given a given offset between voltages applied to the NA and PA units are applied for materials with anisotropic modulus of elasticity). The advantages of such a configuration are that it has greatly enhanced off-planar stiffness (compared to a system that has either only an expanding configuration or only a contracting configuration), hence a higher frequency of movement and lower off-planar sag (thus no supporting structures are required underneath and non-contact actuation is possible, which can be carried out without any kind of stiction problems). Thus, the adjusted deliverable force can effectively be doubled (in the example case) due to synchronization (since pulling force and pushing force act in synchronization on the load stage), high chip area fill factor, low sag, etc. In addition, the synchronization obtained based on the design greatly simplifies the drive control required for actuation.

Außer der Verwendung synchronisierter Balkenarten und derselben Anzahl von NA- und PA-Einheiten, kann die Synchronisation zwischen sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfigurationen auch durch die Verwendung von einer Kombination unterschiedlicher Anzahlen von NA- und PA-Einheiten, mit unterschiedlichen Längen der NA- und PA-Einheitenbereiche, usw., erzielt werden, um bei Betätigung dasselbe Ausmaß an Zusammenzieh- oder Ausdehnungsbewegung entweder bei derselben Spannung oder bei einem bestimmten Spannungsversatz, angelegt an die NA- und PA-Einheiten, erzielt werden.Besides using synchronized beam styles and the same number of NA and PA units, synchronization between expanding and contracting configurations can also be achieved by using a combination of different numbers of NA and PA units, with different NA and PA unit lengths PA unit ranges, etc., to achieve the same amount of contraction or expansion movement upon actuation, either at the same voltage or at a given voltage offset applied to the NA and PA units.

All die hierin erwähnten Konzepte für sich ausdehnende und/oder sich zusammenziehende Konfigurationen können auf die Kombination der sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfigurationen angewendet werden (egal ob synchronisiert oder nicht). Beispielsweise können im Fall von höheren Lasten, wenn die erweiterte außerplanare Steifheit aufgrund der verknüpften sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfiguration nicht ausreichend ist, auch stützende Gleitoberflächen unter den Stufen verwendet werden (ähnlich wie in 17, 18 gezeigt ist).All of the concepts mentioned herein for expanding and/or contracting configurations can be applied to the combination of expanding and contracting configurations (whether synchronized or not). For example, in case of higher loads, when the extended off-planar stiffness is not sufficient due to the associated expanding and contracting configuration, supporting sliding surfaces can also be used under the steps (similar to in 17 , 18 is shown).

Im Allgemeinen weisen MEMS-Aktoren gemäß Ausführungsbeispielen Aktorzellen 110 auf, die in Reihe angeordnet sind, wie in Bezug auf die Aktoreinheiten 302 beschrieben ist, oder parallel angeordnet sind (z. B. 18). Ausführungsbeispiele umfassen Reihenanordnungen paralleler Anordnungen von Aktorzellen 302, und/oder Parallelanordnungen von Reihenanordnungen von Aktorzellen 302.In general, MEMS actuators according to exemplary embodiments have actuator cells 110 arranged in series, as described in relation to actuator units 302, or arranged in parallel (e.g. 18 ). Exemplary embodiments include series arrangements of parallel arrangements of actuator cells 302, and/or parallel arrangements of series arrangements of actuator cells 302.

Beispielsweise ist die bereitstellbare Gesamtkraft auch direkt proportional zu einer Anzahl von Einheiten oder Aktorzellen, die parallel verwendet werden (während die maximale Verschiebung dieselbe bleibt). Ein avisierter Kraftwert kann aus der Kombination der Länge von Biegebalken, dem erzeugten Moment in Biegeelementen, der Anzahl von Biegebalken, die parallel in einer Einheit gestapelt sind, und der Anzahl von parallelen Einheiten erzielt werden. Für NED-basierte Biegeelemente beträgt ein typischer Bereich für eine maximal bereitstellbare Kraft rund 0 bis 10 mN (der typische maximal bereitstellbare Kraftwert beträgt rund 1 mN) und der typische Bewegungsfrequenzbereich beträgt rund 0 bis 100 kHz.For example, the total force that can be provided is also directly proportional to a number of units or actuator cells used in parallel (while the maximum displacement remains the same). A target force value can be obtained from the combination of the length of flexures, the moment generated in flexures, the number of flexures stacked in parallel in a unit, and the number of parallel units. For NED-based flexures, a typical maximum deliverable force range is around 0 to 10 mN (typical maximum deliverable force value is around 1 mN) and typical motion frequency range is around 0 to 100 kHz.

Auf der Basis der Parameter, wie etwa Länge, Krümmung, erzeugtes Moment, Anzahl an Biegeelementen in einem Bereich (z. B. der Balken), Anzahl von Einheiten, die in Reihe und/oder parallel platziert sind, usw., kann eine anvisierte Kraft und eine Verschiebungskonfiguration in einer optimalen Chipfläche je nach Anforderung erzielt werden. Die Biegeelemente (z. B. NED-Zellen) ermöglichen somit eine analoge Steuerung auf der Basis der angelegten Antriebsspannung, wobei eine Verschiebungsauflösung im Nanometerbereich erzielt werden kann, während ein Bewegungsbereich in Millimetern beibehalten wird.A targeted Force and a displacement configuration can be achieved in an optimal chip area depending on the requirement. The flexures (e.g. NED cells) thus enable analog control based on the applied drive voltage, where a displacement resolution in the nanometer range can be achieved while maintaining a range of motion in millimeters.

Im Folgenden werden unterschiedliche exemplarische Implementierungen der Aktorelemente 140, 343, 344, 543, 544, 1171 beschrieben, die elektrostatische Aktoren, thermische Aktoren, z. B. thermoelektrische Aktoren, und/oder piezoelektrische Aktoren aufweisen.Different exemplary implementations of the actuator elements 140, 343, 344, 543, 544, 1171 are described below, the electrostatic actuators, thermal actuators, z. B. thermoelectric actuators, and / or piezoelectric actuators.

14 veranschaulicht unterschiedliche Arten von elektrostatischen Aktorelementen gemäß Ausführungsbeispielen. Die in 14 gezeigten Aktorelemente sind Beispiele der Aktorelemente 140, 343, 344, 543, 544, 1171. Feld A in 14 zeigt ein Beispiel einer ersten Art von Aktorelement 1440 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das linke Feld veranschaulicht das Aktorelement 1440 in einem ersten Betätigungszustand, beispielsweise einem unbetätigten Betätigungszustand. Das rechte Feld veranschaulicht das Aktorelement 1440 in einem zweiten Betätigungszustand, beispielsweise einem betätigten Betätigungszustand. Eine erste Elektrode 1441, beispielsweise eine Oberseitenelektrode, ist von einer zweiten Elektrode 1443, beispielsweise einer Bodenelektrode, mit einem elektrostatischen Zwischenraum 1442 getrennt. Die erste Elektrode 1441 ist mit der zweiten Elektrode 1443 über Isolierregionen 1444 verbunden, so dass die erste Elektrode 1441 elektrisch von der zweiten Elektrode 1443 isoliert ist. Zwei mechanische Verbindungen über die Isolierregionen 1444 zwischen der ersten Elektrode 1441 und der zweiten Elektrode 1443 sind an gegenüberliegenden Enden der ersten Elektrode 1441 positioniert. Beispielsweise sind die gegenüberliegenden Enden, an denen die mechanischen Verbindungen zu der zweiten Elektrode vorgesehen sind, entlang der y-Richtung angeordnet. Wenn eine Spannung zwischen der ersten Elektrode 1441 und der zweiten Elektrode 1443 angelegt wird, ziehen sich die erste Elektrode 1441 und die zweite Elektrode 1443 an. Zumindest eine der Elektroden wird entlang einer Richtung zwischen den zwei mechanischen Verbindungen zwischen den zwei Elektroden gebogen, so dass sich die Anziehung zwischen den zwei Elektroden in eine Kraft entlang der y-Richtung übersetzt. Folglich kann sich das Aktorelement 1440 beim Anlegen der Spannung zwischen den zwei Elektroden an der Position der mechanischen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ausdehnen. Folglich nimmt ein Abstand zwischen einem ersten Ende 1473 und einem zweiten Ende 1474 einer ersten Oberfläche 1472 relativ zu einem Abstand zwischen einem ersten Ende 1477 und einem zweiten Ende 1478 einer zweiten Oberfläche 1476, die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche 1472 angeordnet ist, beim Anlegen einer Spannung zwischen den zwei Elektroden zu, das heißt bei Betätigung. Somit hat eine Betätigung ein Verformungsdreieck 1468 zur Folge, das dem Verformungsdreieck 1168 entsprechen kann. Beispiele des Aktorelementes 1440 sind NED-Biegezellen in einer unimorphen Konfiguration mit einem elektrostatischen Zwischenraum. 14 12 illustrates different types of electrostatic actuator elements according to exemplary embodiments. In the 14 The actuator elements shown are examples of the actuator elements 140, 343, 344, 543, 544, 1171. Field A in 14 shows an example of a first type of actuator element 1440 according to an embodiment. The left panel illustrates actuator element 1440 in a first actuation state, such as an unactuated actuation state. The right panel illustrates actuator element 1440 in a second actuation state, such as an actuated actuation state. A first electrode 1441, e.g. a top electrode, is separated from a second electrode 1443, e.g. a bottom electrode, with an electrostatic gap 1442. The first electrode 1441 is connected to the second electrode 1443 via insulating regions 1444 such that the first electrode 1441 is electrically isolated from the second electrode 1443 . Two mechanical connections across the insulating regions 1444 between the first electrode 1441 and the second electrode 1443 are positioned at opposite ends of the first electrode 1441 . For example, the opposite ends, at which the mechanical connections to the second electrode are provided, are arranged along the y-direction. When a voltage is applied between the first electrode 1441 and the second electrode 1443, the first electrode 1441 and the second electrode 1443 attract each other. At least one of the electrodes is bent along a direction between the two mechanical connections between the two electrodes such that the attraction between the two electrodes translates into a force along the y-direction. Consequently, upon application of the voltage between the two electrodes, the actuator element 1440 can expand at the position of the mechanical connection between the first and second electrodes. Consequently, a distance between a first end 1473 and a second end 1474 of a first surface 1472 increases relative to a distance between a first end 1477 and a second end 1478 of a second surface 1476, which is arranged opposite to the first surface 1472, upon application of a Voltage between the two electrodes increases, i.e. when actuated. Thus, actuation results in a deformation triangle 1468 that may correspond to deformation triangle 1168 . Examples of actuator element 1440 are NED flexure cells in a unimorph configuration with an electrostatic gap.

Feld B zeigt eine zweite Art von elektrostatischem Aktorelement 1450 gemäß einem Beispiel. Im Vergleich zu dem elektrostatischen Aktorelement 1440 weist das Aktorelement 1450 eine zusätzliche dritte Elektrode 1455 auf, die zwischen der ersten Elektrode 1441 und der zweiten Elektrode 1443 angeordnet ist. Die dritte Elektrode 1455 ist durch einen ersten elektrostatischen Zwischenraum 1452 und durch Isolierregionen 1444 von der ersten Elektrode 1441 getrennt. Ferner ist die dritte Elektrode 1455 durch einen zweiten elektrostatischen Zwischenraum 1454 und durch weitere Isolierregionen 1444 von der zweiten Elektrode 1443 getrennt. Die Funktion des elektrostatischen Aktorelementes 1450 ist ähnlich zu der Funktion des Aktorelementes 1440. Durch eine dritte Elektrode kann sich eine Kraft des Aktorelementes 1450 erhöhen. Beispiele des Aktorelementes 1450 sind NED-Biegezellen in einer unimorphen Konfiguration mit zwei elektrostatischen Zwischenräumen.Panel B shows a second type of electrostatic actuator element 1450 according to an example. Compared to the electrostatic actuator element 1440, the actuator element 1450 has an additional third electrode 1455, which is arranged between the first electrode 1441 and the second electrode 1443. The third electrode 1455 is separated from the first electrode 1441 by a first electrostatic gap 1452 and by insulating regions 1444 . Furthermore, the third electrode 1455 is separated from the second electrode 1443 by a second electrostatic gap 1454 and by further insulating regions 1444 . The function of the electrostatic actuator element 1450 is similar to the function of the actuator element 1440. A third electrode can increase the force of the actuator element 1450. Examples of the actuator element 1450 are NED flexure cells in a unimorph configuration with two electrostatic gaps.

Feld C zeigt eine dritte Art von Aktorelement 1460 gemäß einem Beispiel. Das linke Feld zeigt einen ersten Betätigungszustand, das mittlere Feld zeigt einen zweiten Betätigungszustand und das rechte Feld zeigt einen dritten Betätigungszustand. Im Vergleich zu dem Aktorelement 1450 ist das Aktorelement 1460 symmetrisch in Bezug auf die dritte Elektrode 1455. Beispielsweise ist das Aktorelement 1460 dazu konfiguriert, eine Spannung entweder zwischen der ersten und der dritten Elektrode oder zwischen der zweiten und der dritten Elektrode einzeln anzulegen. Beispielsweise kann das Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Elektrode 1441 und der dritten Elektrode 1452 für eine Betätigung gemäß dem in dem mittleren Feld gezeigten Betätigungszustand sorgen, während ein Anlegen zwischen der zweiten Elektrode 1443 und der dritten Elektrode 1455 für eine Betätigung gemäß dem in dem Feld gezeigten Betätigungszustand sorgen kann. Beispielsweise sind der zweite Betätigungszustand und der dritte Betätigungszustand Betätigungen in entgegengesetzten Richtungen. Somit kann das Aktorelement 1460 entweder für eine Biegung in einer ersten Biegerichtung oder eine Biegung in einer zweiten Biegerichtung, wobei die erste Biegerichtung entgegengesetzt zu der zweiten Biegerichtung ist, in Abhängigkeit davon sorgen, ob eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode oder zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode angelegt wird. Beispiele des Aktorelementes 1446 sind NED-Biegezellen in einer bimorphen Konfiguration mit zwei elektrostatischen Zwischenräumen, die im Vergleich zu unimorphen Konfigurationen eine bessere Krümmungssteuerung bereitstellen können.Panel C shows a third type of actuator element 1460 according to an example. The left panel shows a first actuation state, the middle panel shows a second actuation state, and the right panel shows a third actuation state. Compared to actuator element 1450, actuator element 1460 is symmetrical with respect to third electrode 1455. For example, actuator element 1460 is configured to apply a voltage either between the first and third electrodes or between the second and third electrodes individually. For example, applying a voltage between the first electrode 1441 and the third electrode 1452 may provide actuation according to the actuation condition shown in the center panel, while applying between the second electrode 1443 and the third electrode 1455 may provide actuation according to the panel shown actuation state can provide. For example, the second operation state and the third operation state are operations in opposite directions. Thus, the actuator element 1460 can provide either bending in a first bending direction or bending in a second bending direction, where the first bending direction is opposite to the second bending direction, depending on whether a voltage is between the first electrode and the third electrode or between the second electrode and the third electrode is applied. Examples of actuator element 1446 are NED flexure cells in a bimorph configuration with two electrostatic gaps, which may provide better flexure control compared to unimorph configurations.

15 veranschaulicht unterschiedliche Arten von Aktorelementen 1540, 1550, 1560 gemäß Ausführungsbeispielen. Die Aktorelemente 1540, 1550, 1560 können Beispiele der Aktorelemente 140, 343, 344, 543, 544, 1171 sein. Feld A in 15 zeigt eine erste Art von Aktorelement 1540. Das Aktorelement 1540 kann ein Beispiel eines elektrothermischen Aktorelementes oder einer elektrothermischen Biegezelle sein. Das linke Feld veranschaulicht einen ersten Betätigungszustand des Aktorelementes 1540, beispielsweise einen unbetätigten Betätigungszustand. Das Aktorelement 1540 weist eine erste Elektrode 1541, eine zweite Elektrode 1543 und eine Isolierschicht 1542 auf, die zwischen der ersten Elektrode 1541 und der zweiten Elektrode 1543 angeordnet ist, um die erste Elektrode 1541 von der zweiten Elektrode 1543 thermisch und elektrisch zu isolieren. Das mittlere Feld veranschaulicht einen zweiten Betätigungszustand des Aktorelementes 1540, beispielsweise einen betätigten Zustand, in dem die erste Elektrode betätigt ist. In dem zweiten Betätigungszustand wird die erste Elektrode 1541 beispielsweise elektrisch erhitzt, so dass die erste Elektrode 1541 sich thermisch ausdehnt. In dem zweiten Betätigungszustand ist die zweite Elektrode 1543 kalt, und kann beispielsweise abgekühlt werden, um sich zusammenzuziehen. Aufgrund der Ausdehnung der ersten Elektrode 1541 und/oder des Zusammenziehens der zweiten Elektrode 1543 biegt sich das Aktorelement 1540 in eine erste Richtung. Das rechte Feld zeigt einen dritten Betätigungszustand, beispielsweise einen betätigten Zustand, in dem sich das Aktorelement 1540 in eine zweite Biegerichtung biegt, die sich von der ersten Biegerichtung unterscheidet. In dem dritten Betätigungszustand ist die erste Elektrode 1541 kalt und/oder die zweite Elektrode 1543 ist heiß, um für ein Zusammenziehen und/oder eine Ausdehnung zu sorgen. Eine Verformung des Aktorelementes 1540 bei Betätigung sorgt für ein Verformungsdreieck 1568, das dem in Bezug auf 11 beschriebenen Verformungsdreieck 1168 entsprechen kann. 15 15 illustrates different types of actuator elements 1540, 1550, 1560 according to embodiments. The actuator elements 1540, 1550, 1560 can be examples of the actuator elements 140, 343, 344, 543, 544, 1171. field A in 15 15 shows a first type of actuator element 1540. The actuator element 1540 can be an example of an electrothermal actuator element or an electrothermal bending cell. The left field illustrates a first actuation state of the actuator element 1540, for example an unactuated actuation state. The actuator element 1540 has a first electrode 1541, a second electrode 1543 and an insulating layer 1542 which is arranged between the first electrode 1541 and the second electrode 1543 in order to thermally and electrically insulate the first electrode 1541 from the second electrode 1543. The middle panel illustrates a second actuation state of the actuator element 1540, for example an actuated state in which the first electrode is actuated. In the second operating state, the first electrode 1541 is electrically heated, for example, so that the first electrode 1541 thermally expands. In the second actuation state, the second electrode 1543 is cold, and may be cooled to contract, for example. Due to the expansion of the first electrode 1541 and/or the contraction of the second electrode 1543, the actuator element 1540 bends in a first direction. The right panel shows a third actuation state, for example an actuated state in which the actuator element 1540 flexes in a second flex direction that differs from the first flex direction. In the third actuation state, the first electrode 1541 is cold and/or the second electrode 1543 is hot to provide contraction and/or expansion. A deformation of the actuator element 1540 upon actuation provides a deformation triangle 1568, which with respect to 11 described deformation triangle 1168 can correspond.

Das Feld B veranschaulicht ein Beispiel eines piezoelektrischen Aktorelementes oder einer piezoelektrischen Biegezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das linke Feld zeigt einen ersten Betätigungszustand, beispielsweise einen unbetätigten Zustand. Das Aktorelement 1550 weist eine erste Elektrode 1551 und eine zweite Elektrode 1553 auf. Die erste Elektrode 1551 weist eine piezoelektrisch aktive Schicht auf. Die zweite Elektrode 1553 weist eine passive leitfähige Schicht auf. Die erste Elektrode 1551 ist durch eine Isolierschicht 1552, die die erste Elektrode 1551 elektrisch von der zweiten Elektrode 1553 isoliert, von der zweiten Elektrode 1553 isoliert. Das rechte Feld in Feld B veranschaulicht einen zweiten Betätigungszustand des piezoelektrischen Aktorelementes 1550, beispielsweise einen betätigten Zustand. Bei Betätigung verformt sich das piezoelektrische Aktorelement 1550. Die Verformung kann durch das Verformungsdreieck 1568 beschrieben werden. Feld C in 15 veranschaulicht ein weiteres Beispiel eines piezoelektrischen Aktors 1560. Das linke Feld veranschaulicht einen ersten Betätigungszustand, beispielsweise einen betätigten Zustand. Im Vergleich zu dem Aktorelement 1550 weist das Aktorelement 1560 eine dritte Elektrode 1555 auf. Die zweite Elektrode 1553 ist zwischen der ersten Elektrode 1551 und der dritten Elektrode 1555 angeordnet. Die zweite Elektrode 1553 ist von der dritten Elektrode 1555 durch eine Isolierschicht 1554 isoliert, die eine elektrische Isolierung der zweiten Elektrode 1553 von der dritten Elektrode 1555 bereitstellt. Das mittlere Feld veranschaulicht einen zweiten Betätigungszustand, der ein betätigter Zustand ist, bei dem die erste Elektrode 1551 betätigt wird, um für eine Biegung des Aktorelementes 1560 in einer ersten Biegerichtung zu sorgen. Das rechte Feld veranschaulicht einen dritten Betätigungszustand des Aktorelementes 1560, bei dem die dritte Elektrode 1555 betätigt wird, um für eine Biegung des Aktorelementes 1560 in einer zweiten Biegerichtung zu sorgen, die entgegengesetzt zu der ersten Biegerichtung ist.Panel B illustrates an example of a piezoelectric actuator element or piezoelectric bending cell according to an embodiment. The left panel shows a first actuation state, for example a non-actuated state. The actuator element 1550 has a first electrode 1551 and a second electrode 1553 . The first electrode 1551 has a piezoelectrically active layer. The second electrode 1553 has a passive conductive layer. The first electrode 1551 is insulated from the second electrode 1553 by an insulating layer 1552 which electrically insulates the first electrode 1551 from the second electrode 1553 . The right panel in panel B illustrates a second actuation state of the piezoelectric actuator element 1550, for example an actuated state. When actuated, the piezoelectric actuator element 1550 deforms. The deformation can be described by the deformation triangle 1568. field C in 15 15 illustrates another example of a piezoelectric actuator 1560. The left panel illustrates a first actuation state, such as an actuated state. In comparison to the actuator element 1550, the actuator element 1560 has a third electrode 1555. The second electrode 1553 is arranged between the first electrode 1551 and the third electrode 1555 . The second electrode 1553 is insulated from the third electrode 1555 by an insulating layer 1554 that provides electrical insulation of the second electrode 1553 from the third electrode 1555 . The middle panel illustrates a second actuation state, which is an actuated state in which the first electrode 1551 is actuated to cause the actuator element 1560 to bend in a first bending direction. The right panel illustrates a third actuation state of the actuator element 1560 in which the third electrode 1555 is actuated to cause the actuator element 1560 to bend in a second bending direction that is opposite to the first bending direction.

Die Aktorelemente 1440, 1450, 1460, 1540, 1550, 1560 können Beispiele des Aktorelementes 1171 sein, und können somit eine Basis für die vorgewinkelte Reihenanordnung 1146 und/oder die normal gewinkelte Reihenanordnung 1147 bereitstellen. Eine geometrische Änderung der Aktorelemente bei Betätigung kann dadurch durch das Verformungsdreieck 1168, 1468, 1568 dargestellt werden.The actuator elements 1440, 1450, 1460, 1540, 1550, 1560 may be examples of the actuator element 1171, and thus may provide a basis for the pre-angled array 1146 and/or the normal angled array 1147. A geometric change in the actuator elements upon actuation can be represented by the deformation triangle 1168, 1468, 1568.

Im Folgenden werden mehrere mögliche Anwendungen der oben beschriebenen Aktoreinheit 302 beschrieben.Several possible applications of the actuator unit 302 described above are described below.

Um beispielsweise eine außerplanare winklige Bewegung zu schaffen, kann z. B. eine gestaltungsbasierte Absackung der verknüpften Stufe (aufgrund des Lastgewichtes auf derselben, des Gewichtes des Systems selbst, unterschiedlicher außerplanarer Steifigkeiten der PA- und NA-Seiten, usw.) eingesetzt werden. Die Absackung kann symmetrisch oder asymmetrisch um die Laststufe auf der Basis unterschiedlicher außerplanarer Steifigkeiten der sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Einheiten auf jeder Seite der Stufe, einer Anzahl von verwendeten Einheiten, usw., gestaltet werden, um beispielsweise eine Pendelbewegung der Laststufe bei Betätigung zu erzeugen. Das System kann auch so gestaltet sein, dass außerplanare Bewegungen dadurch erzeugt werden, dass ein Drehmoment um eine Laststufe (mit oder ohne Absackung der Stufe) über das Anlegen unterschiedlicher Spannungen an NA- und PA-Einheiten (bei unterschiedlichem Versatz, unterschiedlicher Frequenz, usw.) erzeugt wird, um eine nicht-synchronisierte Bewegung von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Konfigurationen zu erhalten.For example, to create an out-of-planar angular motion, e.g. B. Design-based sagging of the associated stage (due to the load weight on it, the weight of the system itself, different off-planar stiffnesses of the PA and NA sides, etc.) can be employed. The sag can be designed symmetrically or asymmetrically about the load stage based on different off-planar stiffnesses of the expanding and contracting units on each side of the stage, number of units used, etc., to create, for example, pendulum motion of the load stage upon actuation . The system can also be designed to create out-of-planar motion by applying a torque by a load step (with or without step sag) via the application of different voltages to NA and PA units (at different offset, different frequency, etc.). .) is generated to show a non-synchronized movement of expanding and contracting configurations.

16 veranschaulicht Beispiele von MEMS-Aktoren 1600, 1601 gemäß Ausführungsbeispielen. Der in dem oberen Feld in 16 veranschaulichte MEMS-Aktor 1600 weist eine Aktoreinheit 302 auf, deren zweites Verbindungsstück 112 mit einer rotierbar gelagerten Struktur 1604 verbunden ist. Die rotierbar gelagerte Struktur 1604 ist mit einem steifen oder festen Teil 1605 des MEMS-Aktors 1600 über eine flexible Verbindung 1606 verbunden, beispielsweise eine Feder. Das linke Feld zeigt einen ersten Betätigungszustand des MEMS-Aktors 1600, beispielsweise einen unbetätigten Zustand. Das rechte Feld zeigt einen zweiten Betätigungszustand, beispielsweise einen betätigten Zustand des MEMS-Aktors 1600. Da die rotierbar gelagerte Struktur 1604 mit dem steifen Teil 1605 über eine flexible Verbindung 1606 verbunden ist, hat eine Ausdehnung der Aktoreinheit 302 eine Rotation der rotierbar gelagerten Struktur 1604 zur Folge. Das untere Feld aus 16 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 1601 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem MEMS-Aktor 1600 weist der MEMS-Aktor 1601 zwei Aktoreinheiten 302 auf. Die zweiten Verbindungsstücke 112 der Aktoreinheiten 302 sind mit gegenüberliegenden Enden der rotierbar gelagerten Strukturen 1604 verbunden. Bei Betätigung rotiert die rotierbar gelagerte Struktur 1604 somit um ein Rotationszentrum 1607 der rotierbar gelagerten Struktur 1604. 16 16 illustrates examples of MEMS actuators 1600, 1601 according to example embodiments. The one in the upper field in 16 The MEMS actuator 1600 illustrated has an actuator unit 302 whose second connecting piece 112 is connected to a rotatably mounted structure 1604 . The rotatably mounted structure 1604 is connected to a rigid or fixed part 1605 of the MEMS actuator 1600 via a flexible connection 1606, for example a spring. The left panel shows a first actuation state of the MEMS actuator 1600, for example an unactuated state. The right panel shows a second actuation state, for example an actuated state of the MEMS actuator 1600. Since the rotatably mounted structure 1604 is connected to the rigid part 1605 via a flexible connection 1606, an expansion of the actuator unit 302 has a rotation of the rotatably mounted structure 1604 as a result. The bottom box off 16 16 illustrates a MEMS actuator 1601 according to an embodiment. In comparison to the MEMS actuator 1600, the MEMS actuator 1601 has two actuator units 302. The second connecting pieces 112 of the actuator units 302 are connected to opposite ends of the rotatably mounted structures 1604 . When actuated, the rotatably mounted structure 1604 thus rotates about a center of rotation 1607 of the rotatably mounted structure 1604.

Mit anderen Worten kann der MEMS-Aktor 1600, 1601 Beispiele für MEMS-Aktoren darstellen, die eine Kombination von sich parallel ausdehnenden Aktoreinheiten 302 und/oder Stützstrukturen 1606 verwenden, um ein Drehmoment und somit eine rotatorische Bewegung zu erzeugen.In other words, the MEMS actuator 1600, 1601 can represent examples of MEMS actuators that use a combination of actuator units 302 and/or support structures 1606 extending in parallel to generate a torque and thus a rotational movement.

17 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 1700 zum Ausführen einer linearen Bewegung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das linke Feld zeigt einen ersten Betätigungszustand, das rechte Feld zeigt einen zweiten Betätigungszustand. Der MEMS-Aktor 1700 weist eine Stufe 1704 auf, die mit dem zweiten Verbindungsstück einer Aktoreinheit 302 verbunden ist. Die Aktoreinheit 302 ist dazu konfiguriert, sich entlang der X-Richtung auszudehnen und/oder sich zusammenzuziehen. Der MEMS-Aktor 1700 weist Seitenwände 1702 entlang der X-Richtung auf, wobei die Seitenwände 1702 Gleitoberflächen 1703 aufweisen. Stützstrukturen 1708 sind mit dieser Stufe 1704 und/oder mit dem ersten und/oder zweiten Verbindungsstück verbunden, das die Aktorzellen der Aktoreinheit 302 verbindet. Die Stützstruktur 1708 ist dazu konfiguriert, entlang der Gleitoberflächen 1703 zu gleiten, wenn die Stufe 1704 aufgrund einer Betätigung der Aktoreinheit 302 in Bewegung ist. 17 17 illustrates a MEMS actuator 1700 for performing linear motion according to one embodiment. The left panel shows a first operating state, the right panel shows a second operating state. The MEMS actuator 1700 has a stage 1704 connected to the second connector of an actuator unit 302 . The actuator unit 302 is configured to expand and/or contract along the X-direction. The MEMS actuator 1700 has sidewalls 1702 along the X-direction, the sidewalls 1702 having sliding surfaces 1703 . Support structures 1708 are connected to this step 1704 and/or to the first and/or second connector connecting the actuator cells of the actuator unit 302 . The support structure 1708 is configured to slide along the sliding surfaces 1703 when the step 1704 is in motion due to actuation of the actuator unit 302 .

18 veranschaulicht ein weiteres Beispiel des MEMS-Aktors 1700. Gemäß dem in 18 gezeigten Beispiel, sind anstelle einer Reihenanordnung von Aktorzellen, wie durch die Aktoreinheit 302 bereitgestellt wird, Aktorzellen parallel angeordnet, um eine der Stützstrukturen 1708 zu bewegen. Bei diesem Beispiel weist der MEMS-Aktor 1700 eine Reihenanordnung parallel angeordneter Aktorzellen 110 auf. Eine der Stützstrukturen 1708 ist zwischen jeder von aufeinanderfolgenden Parallelanordnungen der Aktorzellen 110 angeordnet. Solch eine Anordnung kann eine hohe mechanische Stabilität bereitstellen. Beispielsweise ist 18 ein Beispiel für mehrere sich ausdehnende Konfigurationen in einer Honigwabengestaltung mit einer Laststufe und Gleitstrukturen. 18 illustrates another example of the MEMS actuator 1700. According to FIG 18 shown example, instead of a series arrangement of actuator cells as provided by the actuator unit 302, actuator cells are arranged in parallel to move one of the support structures 1708. In this example, the MEMS actuator 1700 has a series arrangement of actuator cells 110 arranged in parallel. One of the support structures 1708 is arranged between each of consecutive parallel arrangements of the actuator cells 110 . Such an arrangement can provide high mechanical stability. For example, is 18 an example of multiple expanding configurations in a honeycomb design with a load stage and sliding structures.

17 und 18 können Beispiele darstellen, bei denen eine Translationsbewegung darauf eingeschränkt sein kann, hochlinear und planar zu sein, durch die Verwendung von Stützstrukturen, die eine Bewegung auf der Basis eines Gleitens in einer Richtung ermöglichen, während eine Bewegung in den anderen Richtungen eingeschränkt ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Gleiteinrichtungen und Stützstrukturen verwendet werden (z. B. Gleitoberflächen, Seitenwände, Laststufen, usw.). Die Verwendung mehrerer Ausdehnungskonfigurationen parallel kann beispielsweise in einer Honigwabengestaltung (mit oder ohne Gleiteinrichtungen) verwendet werden, um die bereitstellbare Gesamtkraft, außerplanare und/oder planare Steifigkeit, höhere Bewegungsfrequenz, usw. zu erhöhen. Die Stützrahmenstrukturen (siehe 8) können aus passiven Elementen und/oder aktiven Elementen bestehen (um eine Verriegelung an einer bestimmten Position nach einer Verschiebung bereitzustellen, z. B. mit der Hilfe einer Kontaktierung der Seitenwände bei deren Betätigung, Verriegelung in die Rillen in Seitenwänden bei Betätigung, usw.). Eine planare Rotation (auf der Basis vorher beschriebener Schemata) kann auch durch die Verwendung von aktiven Stützrahmenstrukturen und/oder eine Anpassung von Seitenwänden ermöglicht werden, um den Raum zu schaffen, der für eine rotatorische Bewegung erforderlich ist. Die Stützrahmenstrukturen können mit einer Oberseitenabdeckung sandwichartig angeordnet werden, um eine vollständige außerplanare Verriegelung für dieselben bereitzustellen (falls das System umgedreht werden kann). Die Gleitoberflächen können mit reibungsarmen und Antihaftreibungsbeschichtungen (z. B. FDTS-Beschichtung) bedeckt sein, um hohe Reibungskräfte und Haftreibung zu vermeiden. Alternativ dazu können die Systeme auch unter Verwendung einer hybriden Anordnung von Stützstrukturen implementiert werden, die separat verarbeitet werden, so dass dieselben keine Haftreibung und eine niedrige Reibung zwischen Kontaktoberflächen aufweisen. 17 and 18 can illustrate examples where translational motion can be constrained to be highly linear and planar through the use of support structures that allow sliding-based motion in one direction while constraining motion in the other directions. This can be accomplished by using skids and support structures (e.g., skid surfaces, sidewalls, load steps, etc.). The use of multiple expansion configurations in parallel can be used, for example, in a honeycomb design (with or without sliders) to increase the total force that can be provided, off-planar and/or planar stiffness, higher frequency of motion, and so on. The support frame structures (see 8th ) can consist of passive elements and/or active elements (to provide locking in a certain position after displacement, e.g. with the help of contacting the side walls when they are actuated, locking into the grooves in side walls when actuated, etc. ). Planar rotation (based on previously described schemes) may also be enabled through the use of active support frame structures and/or adjustment of sidewalls to create the space required for rotational movement. The support frame structures can be sandwiched with a top cover to provide full off-planar locking for them (if the system can be flipped over). The sliding surfaces can be covered with low friction and anti-stick coatings (e.g. FDTS coating) to avoid high friction forces and stiction. Alternatively, the systems can also be implemented using a hybrid array of support structures that are processed separately so that they have no stiction and low friction between contact surfaces.

Alternativ dazu kann es dem System erlaubt werden, uneingeschränkt in mehrere Richtungen zu translatieren, um einen bestimmten Bewegungsgrad in außerplanaren und planaren Richtungen, Drehmomentbewegungen, usw. auf der Basis des Winkels zu erreichen, der durch Gestaltung, Betätigungsschema, Belastung oder einer Kombination derselben eingesetzt werden kann.Alternatively, the system can be allowed to translate freely in multiple directions to achieve a specified degree of movement in out-of-planar and planar directions, torque movements, etc. based on the angle employed by design, actuation scheme, loading, or a combination thereof can be.

19 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 1900 gemäß einem Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Betätigungszuständen. Der MEMS-Aktor 1900 weist ein Funktionselement 1901, beispielsweise eine Sondenmikropositioner oder eine Sondenspitze auf. Der MEMS-Aktor 1900 weist eine Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktoreinheiten 302 auf, die eine erste Aktoreinheit 302a und eine zweite Aktoreinheit 302b aufweisen. Die erste Aktoreinheit 302a ist dazu konfiguriert, sich entlang einer ersten axialen Richtung, beispielsweise der x-Richtung, zusammenzuziehen und/oder auszudehnen. Die zweite Aktoreinheit 302b ist dazu konfiguriert, sich entlang einer zweiten Richtung, beispielsweise der y-Richtung, auszudehnen und/oder zusammenzuziehen. Die erste Richtung unterscheidet sich von der zweiten Richtung. 19 19 illustrates a MEMS actuator 1900 according to an embodiment in different actuation states. The MEMS actuator 1900 has a functional element 1901, for example a probe micropositioner or a probe tip. The MEMS actuator 1900 has a series arrangement of a plurality of actuator units 302, which have a first actuator unit 302a and a second actuator unit 302b. The first actuator unit 302a is configured to contract and/or expand along a first axial direction, for example the x-direction. The second actuator unit 302b is configured to expand and/or contract along a second direction, for example the y-direction. The first direction is different from the second direction.

20 veranschaulicht eine alternative Implementierung des MEMS-Aktors 1900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Funktionselement 1901 ein Mikrogreifer. Ferner weist dieses Ausführungsbeispiel eine dritte Aktoreinheit 302c auf, die dazu konfiguriert ist, sich in einer dritten axialen Richtung auszudehnen und/oder zusammenzuziehen, welche sich von der ersten und der zweiten Axialrichtung unterscheidet. 20 11 illustrates an alternative implementation of the MEMS actuator 1900 according to one embodiment. In this exemplary embodiment, the functional element 1901 is a micro gripper. Furthermore, this embodiment includes a third actuator unit 302c configured to expand and/or contract in a third axial direction, which is different from the first and second axial directions.

19 kann ein Beispiel für eine sich ausdehnende Konfiguration mit einer aktiven individuellen Betätigungssteuerung in der ±x- und ±y-Richtung für eine Sondenmikropositionierung veranschaulichen. 20 kann ein Beispiel für sich ausdehnende Konfigurationen mit einer aktiven individuellen Betätigungssteuerung für eine Bahnbewegung für einen Mikrogreifer veranschaulichen. Dies können Beispiele für Fälle sein, in denen eine Translation in einem bestimmten Winkel oder einer bestimmten Bahn erforderlich ist. Beispielsweise können die Einheiten individuell gesteuert werden oder in Bereichen, die in einem Winkel positioniert sind, um den erforderlichen Winkel / die erforderliche Bahn auf der Basis der Winkel und Positionen zu bilden, die eingestellt werden können, indem die Form (L-Form, T-Form, C-Form, Bogenform, usw.) und Abmessungen (im Einzelnen Länge und Breite) der zusammentreffenden Zentralverbinder variiert wird. 19 Figure 12 illustrates an example of an expanding configuration with active individual actuation control in the ±x and ±y directions for probe micropositioning. 20 Figure 11 illustrates an example of expanding configurations with active individual actuation control for trajectory motion for a microgripper. These can be examples of cases where translation at a specific angle or path is required. For example, the units can be controlled individually or in areas positioned at an angle to form the required angle/trajectory based on the angles and positions that can be set using the shape (L-shape, T -shape, C-shape, arc shape, etc.) and dimensions (specifically length and width) of the meeting central connectors is varied.

Wie in 19 und 20 auf exemplarische Weise veranschaulicht ist, sorgen Ausführungsbeispiele für unterschiedliche Bahnen (kreisförmige Pfade, unterschiedlich geformte Pfade, usw.) auf der Basis von sich ausdehnenden Konfigurationen, sich zusammenziehende Konfigurationen oder Kombinationen der beiden.As in 19 and 20 As illustrated in an exemplary manner, example embodiments provide for different trajectories (circular paths, differently shaped paths, etc.) based on expanding configurations, contracting configurations, or combinations of the two.

21 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 2100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der MEMS-Aktor 2100 weist eine erste Parallelanordnung 2101 für Aktoreinheiten 302 auf, die dazu angeordnet sind, sich entlang der X-Richtung auszudehnen und/oder zusammenzuziehen. Die Parallelanordnung 2101 ist mit einem ersten Laststufenrahmen 2103 verbunden, der dazu angeordnet ist, sich bei Betätigung der ersten Parallelanordnung 2101 entlang der X-Richtung zu bewegen. Mit dem ersten Laststufenrahmen 2103 ist eine zweite Parallelanordnung 2102 von Aktoreinheiten 302 verbunden. Die Parallelanordnung 2102 ist mit dem Laststufenrahmen 2103 verbunden, um sich bei Betätigung der ersten Parallelanordnung 2101 gemeinsam mit dem Laststufenrahmen 2103 entlang der X-Richtung zu bewegen. Die zweite Parallelanordnung 2102 ist dazu konfiguriert, sich entlang einer zweiten Richtung, beispielsweise der Y-Richtung, auszudehnen und/oder zusammenzuziehen. Ein zweiter Laststufenrahmen 2104 ist mit der zweiten Parallelanordnung 2102 verbunden, um sich bei Betätigung der Parallelanordnung 2102 entlang der Y-Richtung zu bewegen. Der zweite Laststufenrahmen 2104 dient dazu, sich bei Betätigung der ersten Parallelanordnung 2101 mit dem ersten Laststufenrahmen 2103 entlang der X-Richtung zu bewegen. 21 illustrates a MEMS actuator 2100 according to an embodiment. The MEMS actuator 2100 has a first parallel arrangement 2101 for actuator units 302 arranged to expand and/or contract along the X-direction. The parallel assembly 2101 is connected to a first load stage frame 2103 which is arranged to move along the X-direction upon actuation of the first parallel assembly 2101 . A second parallel arrangement 2102 of actuator units 302 is connected to the first load step frame 2103 . The parallel assembly 2102 is connected to the load stage frame 2103 to move together with the load stage frame 2103 along the X-direction upon actuation of the first parallel assembly 2101 . The second parallel arrangement 2102 is configured to expand and/or contract along a second direction, for example the Y-direction. A second load stage frame 2104 is connected to the second parallel assembly 2102 to move along the Y-direction upon actuation of the parallel assembly 2102 . The second load stage frame 2104 serves to move along the X direction with the first load stage frame 2103 upon actuation of the first parallel arrangement 2101 .

22 veranschaulicht ein alternatives Beispiel des MEMS-Aktors 2100, der zusätzlich Gleitoberflächen 2105 aufweist, um eine reibungslose Bewegung der ersten Laststufe 2103 und der zweiten Laststufe 2104 zu erleichtern. Somit ist die zweite Laststufe 2104 in der x- und in der y-Richtung in Bezug auf ein MEMS-Substrat beweglich. Die Gleitoberflächen sorgen für eine reduzierte Kontaktfläche (gestaltungsbasiert und/oder herstellungsbasiert). 22 illustrates an alternative example of the MEMS actuator 2100 that additionally includes sliding surfaces 2105 to facilitate smooth movement of the first load stage 2103 and the second load stage 2104. Thus, the second load stage 2104 is moveable in the x and y directions with respect to a MEMS substrate. The sliding surfaces provide a reduced contact area (design based and/or manufacturing based).

Die Verwendung von in hohem Grade kontourgetreuen Antihaftreibungs- und Niedrigreibungsbeschichtungen (z. B. FDTS über ALD) sowie ein hybrider Aufbau mit Beschichtungen kann angewendet werden.The use of highly conformal anti-stiction and low-friction coatings (e.g. FDTS over ALD) as well as a hybrid design with coatings can be employed.

Demgemäß weisen einige Ausführungsbeispiele eine Stufe 2104 auf, die dazu montiert ist, in einer ersten Richtung (x) und in einer zweiten Richtung (y) einer Ebene des MEMS-Aktors 2100 beweglich zu sein. Der MEMS-Aktor 2100 weist zumindest erste und zweite Aktoreinheiten 302 auf, die jeweils dazu konfiguriert sind, bei Betätigung einen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsstück (2111) einer ersten Aktorzelle und dem zweiten Verbindungsstück (2112) der letzten Aktorzelle entlang einer Axialrichtung der entsprechenden Aktoreinheit zu ändern. Die erste und die zweite Aktoreinheit sind so angeordnet, dass eine Betätigung der ersten Aktoreinheit in einer Positionsänderung der Stufe 2104 entlang der ersten Richtung resultiert und eine Betätigung der zweiten Aktoreinheit in einer Positionsänderung der Stufe 2104 entlang der zweiten Richtung resultiert.Accordingly, some embodiments include a stage 2104 mounted to be moveable in a first direction (x) and in a second direction (y) of a plane of the MEMS actuator 2100 . The MEMS actuator 2100 has at least first and second actuator units 302, each configured to, when actuated, a distance between the first connector (2111) of a first actuator cell and the second connector (2112) of the last actuator cell along a To change the axial direction of the corresponding actuator unit. The first and second actuator units are arranged such that actuation of the first actuator unit results in a change in position of the step 2104 along the first direction and actuation of the second actuator unit results in a change in position of the step 2104 along the second direction.

Beispielsweise können sich ausdehnende Konfigurationen dazu verwendet werden, in hohem Grade geradlinige 2-dimensionale X-Y-Bewegung auf der Basis unterschiedlicher Anordnungen (mit oder ohne Stützstrukturen) zu erzeugen, wie in 21, 22 gezeigt ist. Die elektrischen Verbindungen zu den inneren sich ausdehnenden Konfigurationen können beispielsweise über die sich ausdehnende Konfiguration mit äußerer Stufe (in den Konfigurationen in 21, 22 verwendet), über dedizierte weiche Federn, drahtlose Leistungsübertragung, usw. bereitgestellt werden. Dieselben Systeme, beispielsweise auf der Basis einer selektiven Betätigung von Aktorbereichen, können dazu verwendet werden, eine planare Rotation (oder eine außerplanare Rotation, z. B. Absackung basierend auf Last und/oder Position der Einheiten) sowie entlang der in hohem Grade geradlinigen X-Y-Bewegung zu erzeugen.For example, expanding configurations can be used to produce highly rectilinear 2-dimensional XY motion based on different arrangements (with or without support structures), as in 21 , 22 is shown. The electrical connections to the inner expanding configurations may, for example, be via the outer step expanding configuration (in the configurations in 21 , 22 used), via dedicated soft springs, wireless power transmission, etc. The same systems, for example based on selective actuation of actuator areas, can be used to perform planar rotation (or off-planar rotation, e.g. sagging based on unit load and/or position) as well as along the highly rectilinear XY - create movement.

23a veranschaulicht ein weiteres Beispiel des MEMS-Aktors 2100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der MEMS-Aktor 2100 eine dritte Parallelanordnung 2107 von Aktoreinheiten 2302a auf. Ferner ist die erste Parallelanordnung 2101 eine Parallelanordnung von Aktoreinheiten 3202b. Aktoreinheiten 2302a sind für eine Ausdehnung bei Betätigung konfiguriert, wohingegen Aktoreinheiten 2302b für ein Zusammenziehen bei Betätigung konfiguriert sind. Die erste Parallelanordnung 2101 und die dritte Parallelanordnung 2107 sind dazu konfiguriert, sich entlang der X-Richtung zusammenzuziehen und/oder auszudehnen. Ferner weist der MEMS-Aktor 2100 eine vierte Parallelanordnung von Aktorelementen 2108 auf, die dazu konfiguriert ist, sich entlang der Y-Richtung auszudehnen und/oder zusammenzuziehen. Die vierte Parallelanordnung 2108 weist eine oder mehrere Aktoreinheiten 2302a auf, während die zweite Parallelanordnung 2102 eine oder mehrere Aktoreinheiten 2302b aufweist. Die Parallelanordnung 2102 und die Parallelanordnung 2108 sind dazu konfiguriert, die zweite Laststufe 2104 entlang der Y-Richtung relativ zu der ersten Laststufe 2103 zu bewegen. Die Parallelanordnungen 2101, 2107 sind dazu konfiguriert, die zweite Laststufe 2104 entlang der X-Richtung in Bezug auf ein steifes Teil des MEMS-Aktors zu bewegen. Optional weist der MEMS-Aktor 2100 kapazitive Verschiebungserfassungsmechanismen 2107 zum Messen einer Position der ersten Laststufe 2103 und der zweiten Laststufe 2104 auf. Elektrische Verbindungsfedern 2109 stellen eine elektrische Verbindung zu der zweiten Laststufe 2104 bereit, beispielsweise zum Betätigen der Anordnung 2102, 2108. Der MEMS-Aktor 2100 kann optional Anschlagstrukturen 2165 aufweisen, die dazu konfiguriert sein können, eine Bewegung der ersten Laststufe 2103 über eine vorbestimmte Position hinweg zu verhindern. Wie in 23a gezeigt ist, können die Parallelanordnungen von Aktoreinheiten 2101, 2102, 2107, 2108 jeweils eine einzelne oder alternativ mehrere Aktoreinheiten aufweisen, wie in 22 gezeigt ist. 23a 12 illustrates another example of the MEMS actuator 2100 according to an embodiment. According to this exemplary embodiment, the MEMS actuator 2100 has a third parallel arrangement 2107 of actuator units 2302a. Furthermore, the first parallel arrangement 2101 is a parallel arrangement of actuator units 3202b. Actuator units 2302a are configured to expand when actuated, whereas actuator units 2302b are configured to contract when actuated. The first parallel arrangement 2101 and the third parallel arrangement 2107 are configured to contract and/or expand along the X-direction. Furthermore, the MEMS actuator 2100 has a fourth parallel arrangement of actuator elements 2108 configured to expand and/or contract along the Y-direction. The fourth parallel arrangement 2108 has one or more actuator units 2302a, while the second parallel arrangement 2102 has one or more actuator units 2302b. Parallel assembly 2102 and parallel assembly 2108 are configured to move second load stage 2104 along the Y-direction relative to first load stage 2103 . The parallel assemblies 2101, 2107 are configured to move the second load stage 2104 along the X-direction with respect to a rigid part of the MEMS actuator. Optionally, the MEMS actuator 2100 includes capacitive displacement sensing mechanisms 2107 to measure a position of the first load level 2103 and the second load level 2104 . Electrical connection springs 2109 provide an electrical connection to the second load stage 2104, for example for actuating the assembly 2102, 2108. The MEMS actuator 2100 can optionally have stop structures 2165, which can be configured to move the first load stage 2103 over a predetermined position to prevent. As in 23a is shown, the parallel arrangements of actuator units 2101, 2102, 2107, 2108 can each have a single actuator unit or, alternatively, a plurality of actuator units, as in FIG 22 is shown.

Mit anderen Worten weisen Beispiele eine kapazitive Erfassung auf der Basis von dedizierten Strukturen (verknüpft mit einer Stufe) mit mechanischen Anschlägen auf, um sicherzustellen, dass kein Kontakt vorliegt.In other words, examples have capacitive sensing based on dedicated structures (associated with a stage) with mechanical stops to ensure there is no contact.

23b zeigt eine ausführlichere Veranschaulichung des Beispiels des in 23a gezeigten MEMS-Aktors 2100. Beispielsweise kann der MEMS-Aktor 2100 Führungen 2367 (oder Seitenwände) aufweisen, um eine Bewegung der ersten Laststufe und/oder der zweiten Laststufe zu führen. Beispielsweise können die Balken der Aktoreinheiten 2302a, 2302b Bereiche aufweisen, die jeweils eine Parallelanordnung von Aktoreinheiten 2301 aufweisen. 23b shows a more detailed illustration of the example of the in 23a MEMS actuator 2100 shown. For example, MEMS actuator 2100 may include guides 2367 (or sidewalls) to guide movement of the first load stage and/or the second load stage. For example, the bars of the actuator units 2302a, 2302b can have areas that each have a parallel arrangement of actuator units 2301.

24 veranschaulicht eine Parallelanordnung 2401 von Aktorelementen 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches bei den Aktoreinheiten 2302a, 2302b als Beispiel des Bereiches 2301 implementiert werden kann. 24 2401 illustrates a parallel arrangement 2401 of actuator elements 140 according to an exemplary embodiment which can be implemented in the actuator units 2302a, 2302b as an example of the area 2301.

Mit anderen Worten können synchronisierte sich ausdehnende und sich zusammenziehende Konfigurationen dazu verwendet werden, auf der Basis unterschiedlicher Anordnungen (mit oder ohne Stützstrukturen), wie z. B. in 23a, 23b gezeigt ist, auch eine 2D-Bewegung zu erzeugen. Die elektrischen Verbindungen zu den inneren sich ausdehnenden Konfigurationen können beispielsweise über die sich ausdehnende Konfiguration mit äußerer Stufe, über dedizierte weiche Federn (die in den Konfigurationen in 23a verwendet werden können), drahtlose Leistungsübertragung, usw. bereitgestellt werden. Dieselben Systeme, beispielsweise auf der Basis einer selektiven Betätigung von Einheitsbereichen, können dazu verwendet werden, auch eine planare Rotation (oder eine außerplanare Rotation, z. B. Absackung auf der Basis einer Last und/oder Position der Einheiten) gemeinsam mit der in hohem Grade geradlinigen X-Y-Bewegung zu erzeugen. In einem beispielhaften Fall kann auch ein kapazitiver Positionserfassungsmechanismus auf der Basis von dedizierten Strukturen wie z. B. Kammfinger (wie in 16 gezeigt ist), die direkt mit der Laststufe (innen und/oder außen) verknüpft sind, für eine zuverlässige Regelung implementiert werden. Solche dedizierten Erfassungsstrukturen können ohne Weiteres dahingehend gestaltet werden, bei der Positionsänderung eine lineare Kapazitätsänderung aufzuweisen. Auf der Basis einer Gestaltung von Erfassungsstrukturen und deren Position in dem System kann außerdem ein differentieller Kapazitätserfassungsmechanismus hergestellt werden, der dazu verwendet werden kann, nicht nur eine lineare Translation zuverlässiger zu bestimmen, sondern auch den Rotationswinkel, die Neigung, usw. Dies vereinfacht die Steuersystemschaltung entscheidend, was auch die Zuverlässigkeit des Erfassungssystems enorm verbessert.In other words, synchronized expanding and contracting configurations can be used based on different configurations (with or without support structures), such as e.g. Am 23a , 23b is shown to generate 2D motion as well. The electrical connections to the inner expanding configurations can be, for example, via the outer step expanding configuration, via dedicated soft springs (which are used in the configurations in 23a can be used), wireless power transmission, etc. can be provided. The same systems, e.g. based on selective actuation of unit areas, can be used to also planar rotation (or off-planar rotation, e.g. sagging based on unit load and/or position) along with the in high Grade to generate rectilinear XY motion. In an exemplary case, a capacitive position sensing mechanism based on dedicated structures such as e.g. B. comb fingers (as in 16 shown), which are directly linked to the load level (inside and/or outside), for reliable control imple be mentioned. Such dedicated sensing structures can easily be designed to have a linear change in capacitance with change in position. Also, based on a design of sensing structures and their position in the system, a differential capacitance sensing mechanism can be fabricated that can be used to more reliably determine not only linear translation, but also rotation angle, tilt, etc. This simplifies the control system circuitry crucial, which also improves the reliability of the detection system enormously.

Die Stützstrukturen wie etwa Gleitoberflächen unterhalb und/oder oberhalb (mit der Hilfe einer Oberseitenabdeckung, um eine gesamte Laststufe zwischen zwei Oberflächen zu verriegeln), mechanische Anschläge (um eine ungewünschte Translation in eine Richtung nach einer bestimmten Strecke zu blockieren, wenn eine Translation in eine andere Richtung stattfindet), Positionsverriegelungsmechanismen, usw., können je nach Anforderung (z. B. Hochlaststrukturen) optional immer verwendet werden oder entfernt werden. Ein typisches Beispiel, wenn solch dedizierte Strukturen erforderlich sein können, besteht darin, wenn ein großes System mit einer Fläche, die gleich groß wie oder größer als das 2D-Mikropositioniersystem selbst ist, z. B. ein CCD-Bildsensorchip, unter Verwendung des Mikropositioniersystems verschoben werden soll. Der Sensorchip kann beispielsweise unter Verwendung eines Feinplatzierers bei einer bestimmten Höhe auf die Laststufe platziert und geklebt werden, während das gesamte Mikropositioniersystem darunter versteckt bleibt, womit enorm viel planare Chipfläche eingespart wird. In solchen Fällen, wo große Lasten durch das Mikropositioniersystem getragen und verschoben werden müssen, können die Stützstrukturen die ungewünschten planaren und außerplanaren Bewegungen einschränken, sowohl während der Positionierung als auch der Beibehaltung der Position. Die Gleitoberflächen können mit Niedrigreibungs- und Antihaftreibungsbeschichtungen (z. B. FDTS-Beschichtung) beschichtet werden, um hohe Reibungskräfte und Haftreibung zu vermeiden. Alternativ dazu können diese Systeme unter Verwendung eines hybriden Aufbaus von Stützstrukturen implementiert werden, die separat verarbeitet werden, so dass dieselben keine Haftreibung und eine niedrigere Reibung zwischen Kontaktoberflächen aufweisen.The support structures such as sliding surfaces below and/or above (with the help of a top cover to lock an entire load stage between two surfaces), mechanical stops (to block undesired translation in one direction after a certain distance when translation into a other direction takes place), position locking mechanisms, etc., can optionally always be used or removed depending on the requirement (e.g. high-load structures). A typical example when such dedicated structures may be required is when a large system with an area equal to or larger than the 2D micropositioning system itself, e.g. B. a CCD image sensor chip to be moved using the micropositioning system. For example, the sensor chip can be placed and glued onto the load stage at a certain height using a fine placer while the entire micropositioning system remains hidden underneath, saving a tremendous amount of planar chip area. In those cases where large loads must be carried and translated by the micropositioning system, the support structures can limit the unwanted in-planar and out-of-planar movements, both during positioning and position maintenance. The sliding surfaces can be coated with low friction and non-stick coatings (e.g. FDTS coating) to avoid high friction forces and stiction. Alternatively, these systems can be implemented using a hybrid build of support structures that are processed separately so that they have no stiction and lower friction between contact surfaces.

Wie in Bezug auf die vorherigen Figuren beschrieben ist, kann somit eine winklige Bewegung / Rotationsbewegung (planar und/oder außerplanar) einer Stufe durch die Verwendung von hierin erläuterten Konzepten für sich ausdehnende Konfigurationen (einige in 6-9 und 16 bis 20 gezeigte Fälle) geschaffen werden, die auf komplementäre Weise auf sich zusammenziehende Konfigurationen anwendbar sind. Beispielsweise können die beschriebenen MEMS-Aktoren unter Verwendung von sich zusammenziehenden Aktorzellen und/oder sich ausdehnenden Aktorzellen realisiert werden. Wenn beispielsweise eine linke Seite von NA-Einheiten ausgedehnt wird (ähnlich wie in 4 gezeigt), dann muss dazu, dieselbe winklige Bewegung auf beiden Seiten der Laststufe zu erzeugen, sich die linke Seite der verknüpften PA-Einheiten um dasselbe Ausmaß und dieselbe Weise zusammenziehen. Außerdem können Positionen von NA- und PA-Einheiten nicht ausgerichtet sein (z. B. anstelle in der Mitte zu liegen, können dieselben an gegenüberliegenden Ecken der Laststufe angebracht sein), um ein Drehmoment und eine Rotationsbewegung über eine Differenz in den Niveaus der Zusammenzieh- und Ausdehnungsbewegungen und den entsprechenden Kraftniveaus, die auf die Stufe angewendet werden, zu erzeugen (kann beispielsweise durch Anlegen unterschiedlicher Betätigungsspannungen an NA- und PA-Einheiten / -Bereiche, eine unterschiedliche Anzahl von NA- und PA-Einheiten, unterschiedliche Länge von Einheitsbereichen, unterschiedliche Anzahl von gestapelten Balken in jeder Einheit, usw. erzielt werden).Thus, as described in relation to the previous figures, angular/rotational movement (planar and/or extra-planar) of a stage can be accommodated by using concepts explained herein for expanding configurations (some in 6-9 and 16 until 20 cases shown) are provided which are applicable to contracting configurations in a complementary manner. For example, the described MEMS actuators can be implemented using contracting actuator cells and/or expanding actuator cells. For example, if a left side is extended by NA units (similar to in 4 shown), then to produce the same angular movement on both sides of the load step, the left side of the linked PA units must contract by the same amount and in the same way. Additionally, positions of NA and PA units may be misaligned (e.g., instead of being centered, they may be mounted at opposite corners of the load stage) to torque and rotate motion via a difference in contraction levels - and extension movements and the corresponding levels of force applied to the stage (can be achieved, for example, by applying different actuation voltages to NA and PA units/regions, different numbers of NA and PA units, different length of unit regions , different number of stacked bars in each unit, etc.).

25 veranschaulicht einen MEMS-Aktor 2500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der MEMS-Aktor 2500 weist eine erste Aktorzelle 2510a und eine zweite Aktorzelle 2510b auf. Die erste Aktorzelle 2510a weist ein erstes Verbindungsstück 2511a und ein zweites Verbindungsstück 2512a auf. Eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück 2511a und dem zweiten Verbindungsstück 2512a weist eine Verbindereinheit 2521a auf. Die Verbindereinheit 2521a weist einen Balken 2531a auf, der eine Reihenanordnung 2541a einer Mehrzahl von Aktorelementen 2540a aufweist. Die Aktorelemente 2540a der ersten Aktorzelle 2510a sind dazu konfiguriert, bei Betätigung eine Biegung des Balkens 2531a der ersten Aktorzelle 2510a zu verkleinern, um beispielsweise einen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück 2511a, 2512a zu verkleinern. Die zweite Aktorzelle 2510b weist ein erstes Verbindungsstück 2511b und ein zweites Verbindungsstück 2512b auf. Eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück 2511b und dem zweiten Verbindungsstück 2512b weist eine Verbindereinheit 2521b auf, die einen Balken 2531b aufweist. Der Balken 2531b weist eine Reihenanordnung 2541b einer Mehrzahl von Aktorelementen 2540b auf. Die Aktorelemente 2540b der zweiten Aktorzelle 2510b sind dazu konfiguriert, bei Betätigung eine Biegung des Balkens 2531b der zweiten Aktorzelle 2510b zu erhöhen, um beispielsweise einen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsstück 2511 b und dem zweiten Verbindungsstück 2512b zu vergrößern. Beispielsweise ist die erste Aktorzelle 2510a für ein Zusammenziehen bei Betätigung konfiguriert. Beispielsweise ist die zweite Aktorzelle 2510b für eine Ausdehnung bei Betätigung konfiguriert. 25 illustrates a MEMS actuator 2500 according to an embodiment. The MEMS actuator 2500 has a first actuator cell 2510a and a second actuator cell 2510b. The first actuator cell 2510a has a first connector 2511a and a second connector 2512a. A mechanical connection between the first connector 2511a and the second connector 2512a comprises a connector unit 2521a. The connector unit 2521a has a beam 2531a, which has a series arrangement 2541a of a plurality of actuator elements 2540a. The actuator elements 2540a of the first actuator cell 2510a are configured, upon actuation, to decrease a flexure of the beam 2531a of the first actuator cell 2510a, for example to decrease a distance between the first and second links 2511a, 2512a. The second actuator cell 2510b has a first connector 2511b and a second connector 2512b. A mechanical connection between the first connector 2511b and the second connector 2512b comprises a connector unit 2521b comprising a beam 2531b. The bar 2531b has a series arrangement 2541b of a plurality of actuator elements 2540b. The actuator elements 2540b of the second actuator cell 2510b are configured to, upon actuation, increase a flexure of the beam 2531b of the second actuator cell 2510b, for example to increase a distance between the first link 2511b and the second link 2512b. For example, the first Actuator cell 2510a configured to contract when actuated. For example, the second actuator cell 2510b is configured to expand upon actuation.

Die Aktorzelle 2510a, 2510b kann optional jeglicher der oben beschriebenen Konfigurationen der Aktorzelle 110 entsprechen und der MEMS-Aktor 2500 kann optional jeglicher der Konfigurationen des MEMS-Aktors 100 entsprechen. Alle in Bezug auf 1-24 erläuterten Merkmale, Konzepte, und Funktionalitäten können demgemäß optional bei dem MEMS-Aktor 2500 und/oder den Aktorzellen 2510a, 2510b kombiniert werden oder in denselben implementiert werden.The actuator cell 2510a, 2510b may optionally correspond to any of the actuator cell 110 configurations described above and the MEMS actuator 2500 may optionally correspond to any of the MEMS actuator 100 configurations. All regarding 1-24 Accordingly, the features, concepts and functionalities explained can optionally be combined in the MEMS actuator 2500 and/or the actuator cells 2510a, 2510b or can be implemented in the same.

26 veranschaulicht ein Beispiel 2600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 2600 weist einen Schritt 2601 eines Zuführens eines Steuersignals an Aktorelemente eines der zuvor beschriebenen MEMS-Aktoren auf. 26 illustrates an example 2600 according to one embodiment. The method 2600 has a step 2601 of supplying a control signal to actuator elements of one of the MEMS actuators described above.

Obwohl manche Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist deutlich, dass eine solche Beschreibung auch als Beschreibung entsprechender Merkmale eines Verfahrens angesehen werden kann. Obwohl manche Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist deutlich, dass eine solche Beschreibung auch als Beschreibung entsprechender Merkmale in Bezug auf die Funktionalität einer Vorrichtung angesehen werden kann.Although some aspects have been described as features related to a device, it is clear that such a description can also be seen as a description of corresponding features of a method. Although some aspects have been described as features related to a method, it is clear that such a description can also be seen as a description of corresponding features related to the functionality of a device.

In der vorangehenden ausführlichen Beschreibung ist zu erkennen, dass verschiedene Merkmale zu Beispielen gruppiert sind, um die Offenbarung straffer zu gestalten. Dieses Offenbarungsverfahren ist nicht so zu interpretieren, dass es eine Absicht widerspiegelt, nach der die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale erfordern, als in jedem Anspruch ausdrücklich genannt sind. Wie durch die folgenden Ansprüche widergespiegelt, kann vielmehr der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Somit werden die folgenden Ansprüche hierdurch in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als separates Beispiel für sich stehen kann. Es kann zwar jeder Anspruch als separates Beispiel für sich stehen, jedoch ist zu beachten, dass, obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder eine Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen können. Solche Kombinationen sind hierin vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Außerdem ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Anspruchs in jeden anderen unabhängigen Anspruch aufzunehmen, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.In the foregoing Detailed Description, it can be seen that various features are grouped into examples in order to streamline the disclosure. This disclosure method should not be construed to reflect any intention that the claimed examples require more features than are expressly recited in each claim. Rather, as reflected by the following claims, subject matter may lie in less than all features of a single disclosed example. Thus the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, where each claim may stand on its own as a separate example. While each claim may stand on its own as a separate example, it should be noted that while a dependent claim in the claims may refer to a specific combination with one or more other claims, other examples also include a combination of the dependent claim and the subject-matter of any other dependent claim or a combination of each feature with other dependent or independent claims. Such combinations are suggested herein unless it is indicated that a specific combination is not intended. Furthermore, it is intended to also include features of a claim in any other independent claim, even if that claim is not directly made dependent on the independent claim.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich erläuternd für die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Es ist ersichtlich, dass Fachleuten Modifizierungen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Details offenkundig sind. Es ist daher beabsichtigt, dass dieselbe nur durch den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche und nicht durch die mittels Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsbeispiele dargelegten spezifischen Details eingeschränkt wird.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present disclosure. It is apparent that modifications and variations to the arrangements and details described herein will become apparent to those skilled in the art. It is therefore intended that the same be limited only by the scope of the present claims and not by the specific details presented through the description and explanation of the exemplary embodiments.

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  • [6] Masanao Tani, Masahiro Akamatsu, Yoshiaki Yasuda and Hiroshi Toshiyoshi, „A two-axis piezoelectric tilting micromirror with a newly developed PZT-meandering actuator,“ 2007 IEEE 20th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), Hyogo, 2007, pp. 699-702[6] Masanao Tani, Masahiro Akamatsu, Yoshiaki Yasuda and Hiroshi Toshiyoshi, "A two-axis piezoelectric tilting micromirror with a newly developed PZT-meandering actuator," 2007 IEEE 20th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), Hyogo, 2007 , pp. 699-702

Claims (36)

MEMS-Aktor (100, 300, 500, 1300, 1600, 1700, 1900, 2100), der folgende Merkmale aufweist: zumindest eine Aktorzelle (110), wobei die Aktorzelle ein erstes Verbindungsstück (111) und ein zweites Verbindungsstück (112) aufweist, eine erste Verbindereinheit (121) und eine zweite Verbindereinheit (222), welche jeweils eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück (112) herstellen, wobei die erste Verbindereinheit einen ersten Balken (131) und einen zweiten Balken (132) aufweist, der in Reihe mit dem ersten Balken (131) verbunden ist, um für eine Mäanderform zu sorgen, wobei zumindest der erste Balken (131) eine Reihenanordnung (141) einer Mehrzahl von Aktorelementen (140, 343, 344, 543, 544, 1171, 1181, 1191, 1440, 1450, 1460, 1540, 1550, 1560) aufweist, die dazu konfiguriert sind, bei Betätigung eine Biegung des ersten Balkens (131) zu ändern, wobei das erste und das zweite Verbindungsstück (111, 112) und der erste und der zweite Balken (131, 132) planar in Bezug auf ein MEMS-Substrat angeordnet sind, und wobei die Betätigung der Aktorelemente des ersten Balkens (131) eine Änderung einer planaren Biegung des ersten Balkens (131) zur Folge hat, wobei die Aktorelemente der ersten Verbindereinheit (121) unabhängig von Aktorelementen der zweiten Verbindereinheit (222) ansprechbar sind.MEMS actuator (100, 300, 500, 1300, 1600, 1700, 1900, 2100) that has the following characteristics: at least one actuator cell (110), the actuator cell having a first connecting piece (111) and a second connecting piece (112), a first connector unit (121) and a second connector unit (222), each of which establishes a mechanical connection between the first connector and the second connector (112), said first connector unit comprising a first beam (131) and a second beam (132) connected in series with said first beam (131) to provide a meander shape, at least said first beam (131) having a series arrangement ( 141) a plurality of actuator elements (140, 343, 344, 543, 544, 1171, 1181, 1191, 1440, 1450, 1460, 1540, 1550, 1560) configured to cause bending of the first beam ( 131) to change, wherein the first and second connectors (111, 112) and the first and second beams (131, 132) are arranged planarly with respect to a MEMS substrate, and wherein actuation of the actuator elements of the first beam (131) involves a change in a results in planar bending of the first beam (131), wherein the actuator elements of the first connector unit (121) are addressable independently of actuator elements of the second connector unit (222). MEMS-Aktor gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Verbindereinheit symmetrisch zu der ersten Verbindereinheit in Bezug auf das erste und das zweite Verbindungsstück (111, 112) angeordnet ist.MEMS actuator according claim 1 wherein the second connector unit is arranged symmetrically to the first connector unit with respect to the first and second connectors (111, 112). MEMS-Aktor gemäß Anspruch 1 or 2, wobei die Reihenanordnung (141) von Aktorelementen der ersten Verbindereinheit (121) und eine Reihenanordnung (142) von Aktorelementen (140) der zweiten Verbindereinheit (222) dazu konfiguriert sind, für eine Bewegung des ersten und/des des zweiten Verbindungsstückes (111, 112) zu sorgen, wobei die Bewegung Folgendes aufweist: eine axiale Bewegung des zweiten Verbindungsstückes (112) in Bezug auf das erste Verbindungsstück (111) entlang einer axialen Richtung (x), eine außeraxiale Bewegung des ersten und/oder des zweiten Verbindungsstückes (111, 112) in einer Richtung, die sich von der Axialrichtung unterscheidet, eine planare Rotation des ersten und/oder des zweiten Verbindungsstückes (111, 112) in Bezug auf ein MEMS-Substrat.MEMS actuator according claim 1 or 2, wherein the array (141) of actuator elements of the first connector unit (121) and an array (142) of actuator elements (140) of the second connector unit (222) are configured for movement of the first and/or the second connector ( 111, 112), the movement comprising: axial movement of the second link (112) with respect to the first link (111) along an axial direction (x), off-axis movement of the first and/or second link (111, 112) in a direction different from the axial direction, a planar rotation of the first and/or the second connector (111, 112) with respect to a MEMS substrate. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Balken (131) und der zweite Balken (132) so angeordnet sind, dass bei Betätigung der Aktorelemente eine Position und/oder eine Ausrichtung des zweiten Verbindungsstückes (112) in Bezug auf das erste Verbindungsstück (111) bewegt wird.MEMS actuator according to any one of the preceding claims, wherein the first beam (131) and the second beam (132) are arranged such that upon actuation of the actuator elements a position and / or an orientation of the second connector (112) with respect to the first Connector (111) is moved. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Ende des ersten Balkens (131) mit einem ersten Ende des zweiten Balkens (132) verbunden ist, wobei das zweite Ende des ersten Balkens (131) mit einem des ersten und des zweiten Verbindungsstückes (111, 112) verbunden ist und das zweite Ende des zweiten Balkens (132) mit dem anderen des ersten und des zweiten Verbindungsstückes (111, 112) verbunden ist, und wobei die ersten Enden des ersten Balkens (131) und des zweiten Balkens (132) außerhalb einer Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück (111, 112) positioniert sind, um die Mäanderform zu implementieren.The MEMS actuator of any preceding claim, wherein a first end of the first beam (131) is connected to a first end of the second beam (132), the second end of the first beam (131) being connected to one of the first and second connectors (111, 112) and the second end of the second beam (132) is connected to the other of the first and second links (111, 112), and the first ends of the first beam (131) and the second beam ( 132) are positioned outside of a connecting line between the first and second connectors (111, 112) to implement the meander shape. MEMS-Aktor gemäß Anspruch 5, wobei der erste Balken (131) und der zweite Balken (132) so angeordnet sind, dass eine Betätigung der Aktorelemente eine Änderung eines Abstandes zwischen den jeweiligen zweiten Enden des ersten Balkens (131) und des zweiten Balkens (132) zur Folge hat.MEMS actuator according claim 5 , wherein the first beam (131) and the second beam (132) are arranged such that actuation of the actuator elements results in a change in a distance between the respective second ends of the first beam (131) and the second beam (132). MEMS-Aktor gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die ersten Enden des ersten und des zweiten Balkens (131, 132) in zumindest einer oder in mehreren planaren Richtungen beweglich sind.MEMS actuator according claim 5 or claim 6 wherein the first ends of the first and second beams (131, 132) are movable in at least one or more planar directions. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Bereich des ersten Balkens (131) in einer ersten Biegerichtung gebogen ist, wenn derselbe in einem unbetätigten Zustand ist, und wobei der Bereich des ersten Balkens (131) in einer zweiten Biegerichtung gebogen ist, die entgegengesetzt ist der ersten Biegerichtung, wenn derselbe in einem vorbestimmten betätigten Zustand ist.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein at least a portion of the first beam (131) is bent in a first bending direction when it is in an unactuated state, and wherein the portion of the first beam (131) is bent in a second bending direction , which is opposite to the first bending direction when in a predetermined actuated state. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reihenanordnung von Aktorelementen des ersten Balkens (131) eine erste Reihenanordnung (141) ist, und wobei der zweite Balken (132) eine zweite Reihenanordnung (142) einer Mehrzahl von Aktorelementen (140) aufweist, die dazu konfiguriert sind, bei Betätigung eine Biegung des zweiten Balkens (132) zu ändern.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein the series arrangement of actuator elements of the first beam (131) is a first series arrangement (141), and wherein the second beam (132) comprises a second series arrangement (142) of a plurality of actuator elements (140). configured to change a deflection of the second beam (132) when actuated. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reihenanordnung der Aktorelemente zumindest einen ersten Bereich von Aktorelementen und einen zweiten Bereich von Aktorelementen aufweist, wobei der erste Bereich für eine Biegung in einer ersten Biegerichtung konfiguriert ist, und wobei der zweite Bereich für eine Biegung in einer zweiten Biegerichtung konfiguriert ist, die entgegengesetzt ist zu der ersten Biegerichtung.MEMS actuator according to any one of the preceding claims, wherein the array of actuator elements comprises at least a first region of actuator elements and a second region of actuator elements, wherein the first region is configured for bending in a first bending direction, and wherein the second region is configured for bending configured in a second bending direction is opposite to the first bending direction. MEMS-Aktor gemäß Anspruch 10, wobei der zweite Balken (132) zumindest einen ersten Bereich von Aktorelementen, der gegenüberliegend zu dem ersten Bereich von Aktorelementen des ersten Balkens (131) angeordnet ist, und einen zweiten Bereich von Aktorelementen aufweist, der gegenüberliegend zu dem zweiten Bereich von Aktorelementen des ersten Balkens (131) angeordnet ist, wobei eine Biegerichtung, für die die Aktorelemente des ersten Bereiches des zweiten Balkens (132) konfiguriert sind, entgegengesetzt ist zu der Biegerichtung, für die die Aktorelemente des ersten Bereiches des ersten Balkens (131) konfiguriert sind, und wobei eine Biegerichtung, für die die Aktorelemente des zweiten Bereiches des zweiten Balkens (132) konfiguriert sind, entgegengesetzt ist zu der Biegerichtung, für die die Aktorelemente des zweiten Bereiches des ersten Balkens (131) konfiguriert sind.MEMS actuator according claim 10 , wherein the second beam (132) has at least a first area of actuator elements, which is arranged opposite to the first area of actuator elements of the first beam (131), and a second area of actuator elements, which is opposite to the second area of actuator elements of the first beam (131), wherein a bending direction for which the actuator elements of the first area of the second beam (132) are configured is opposite to the bending direction for which the actuator elements of the first area of the first beam (131) are configured, and wherein a bending direction for which the actuator elements of the second region of the second beam (132) are configured is opposite to the bending direction for which the actuator elements of the second region of the first beam (131) are configured. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktorelemente des ersten Balkens (131) ein erstes Aktorelement sowie ein zweites Aktorelement, das unabhängig von dem ersten Aktorelement ansprechbar ist, aufweisen.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein the actuator elements of the first beam (131) have a first actuator element and a second actuator element which is independently addressable from the first actuator element. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest der erste Balken (131) eine Parallelanordnung einer Mehrzahl von Reihenanordnungen von Aktorelementen aufweist.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein at least the first beam (131) comprises a parallel arrangement of a plurality of series arrangements of actuator elements. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Aktorelemente (140, 343, 344, 543, 544, 1171, 1191) eine erste Oberfläche (1172, 1192) sowie eine zweite Oberfläche (1176, 1196), die gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche (1172, 1192) angeordnet ist, aufweist, wobei ein erstes Ende (1173, 1193) der ersten Oberfläche (1172, 1192) gegenüberliegend zu einem ersten Ende (1177, 1197) der zweiten Oberfläche (1176, 1196) angeordnet ist, wobei ein zweites Ende (1174, 1194) der ersten Oberfläche (1172, 1192) gegenüberliegend zu einem zweiten Ende (1178, 1198) der zweiten Oberfläche (1176, 1196) angeordnet ist, und wobei das Aktorelement dazu konfiguriert ist, einen Betrag eines Abstandes zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der ersten Oberfläche (1172, 1192) relativ zu einem Betrag eines Abstandes zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der zweiten Oberfläche (1176, 1196) zu ändern, und wobei innerhalb zumindest eines Bereiches der Reihenanordnung von Aktorelementen die Aktorelemente derart angeordnet sind, dass die ersten Enden der ersten und der zweiten Oberfläche eines der Aktorelemente gegenüberliegend zu den ersten Enden der ersten und der zweiten Oberfläche oder gegenüberliegend zu den zweiten Enden der ersten und der zweiten Oberfläche des nachfolgenden Aktorelementes des einen Aktorelementes angeordnet sind.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein each of the actuator elements (140, 343, 344, 543, 544, 1171, 1191) has a first surface (1172, 1192) and a second surface (1176, 1196) opposite to the arranged on the first surface (1172, 1192), a first end (1173, 1193) of the first surface (1172, 1192) being opposite a first end (1177, 1197) of the second surface (1176, 1196), a second end (1174, 1194) of the first surface (1172, 1192) located opposite a second end (1178, 1198) of the second surface (1176, 1196), and wherein the actuator element is configured to increase an amount of a distance between the first end and the second end of the first surface (1172, 1192) relative to an amount of a distance between the first end and the second end of the second surface (1176, 1196). change, and wherein within at least a portion of the array of actuator elements, the actuator elements are arranged such that the first ends of the first and second surfaces of one of the actuator elements are opposite to the first ends of the first and second surfaces or opposite to the second ends of the first and second Surface of the subsequent actuator element of an actuator element are arranged. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Balken (131) und/oder der zweite Balken (132) ein oder mehrere inaktive Elemente (1179, 1179', 1199) aufweist.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein the first beam (131) and/or the second beam (132) comprises one or more inactive elements (1179, 1179', 1199). MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktorelemente elektrostatische Aktoren, thermische Aktoren und/oder piezoelektrische Aktoren aufweisen.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein the actuator elements have electrostatic actuators, thermal actuators and/or piezoelectric actuators. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktorzelle eine erste Aktorzelle (1310a) ist, und wobei der MEMS-Aktor ferner eine zweite Aktorzelle (1310b) aufweist, wobei die Aktorelemente der ersten Aktorzelle (1310a) dazu konfiguriert sind, bei Betätigung die Biegung des ersten Balkens (1331a) der ersten Aktorzelle (1310a) zu verkleinern, und wobei die Aktorelemente der zweiten Aktorzelle (1310b) dazu konfiguriert sind, bei Betätigung die Biegung des ersten Balkens (1331 b) der zweiten Aktorzelle (1310b) zu vergrößern.MEMS actuator according to one of the preceding claims, wherein the actuator cell is a first actuator cell (1310a), and wherein the MEMS actuator further comprises a second actuator cell (1310b), wherein the actuator elements of the first actuator cell (1310a) are configured to, upon actuation decrease deflection of the first beam (1331a) of the first actuator cell (1310a), and wherein the actuator elements of the second actuator cell (1310b) are configured to increase deflection of the first beam (1331b) of the second actuator cell (1310b) when actuated . MEMS-Aktor gemäß Anspruch 17, wobei eine Länge eines Pfades entlang des ersten Balkens (131) der ersten Aktorzelle in einem unbetätigten Zustand der ersten Aktorzelle im Wesentlichen einer Länge eines Pfades entlang des ersten Balkens (131) der zweiten Aktorzelle in einem betätigten Zustand der zweiten Aktorzelle gleicht.MEMS actuator according Claim 17 wherein a length of a path along the first beam (131) of the first actuator cell in an unactuated state of the first actuator cell is substantially equal to a length of a path along the first beam (131) of the second actuator cell in an actuated state of the second actuator cell. MEMS-Aktor gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei die Aktorelemente der ersten Aktorzelle den Aktorelementen der zweiten Aktorzelle gleichen.MEMS actuator according Claim 17 or 18 , wherein the actuator elements of the first actuator cell are the same as the actuator elements of the second actuator cell. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Aktorelemente der ersten und der zweiten Aktorzelle dazu konfiguriert sind, ansprechend auf ein Steuersignal betätigt zu werden, und wobei der MEMS-Aktor dazu konfiguriert ist, den Aktorelementen der ersten Aktorzelle dasselbe Steuersignal zuzuführen wie den Aktorelementen der zweiten Aktorzelle.MEMS actuator according to one of claims 17 until 19 , wherein the actuator elements of the first and second actuator cells are configured to be actuated in response to a control signal, and wherein the MEMS actuator is configured to supply the actuator elements of the first actuator cell with the same control signal as the actuator elements of the second actuator cell. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, der ferner eine bewegliche Struktur (1361) aufweist, wobei eine erste Grenze der beweglichen Struktur mit dem zweiten Verbindungsstück (112a) der ersten Aktorzelle (1310a) an einem ersten Verbindungspunkt verbunden ist, und wobei eine zweite Grenze der beweglichen Struktur (1361), die der ersten Grenze gegenüberliegt, mit dem zweiten Verbindungsstück (112b) der zweiten Aktorzelle (1310b) verbunden ist, wobei eine Axialrichtung der ersten Aktorzelle, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück (111, 112) angeordnet sind, antiparallel zu einer Axialrichtung ist, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück (111, 112) der zweiten Aktorzelle angeordnet sind.MEMS actuator according to one of claims 17 until 20 , further comprising a movable structure (1361), wherein a first boundary of the movable structure is connected to the second connector (112a) of the first actuator cell (1310a) at a first connection point, and wherein a second boundary of the movable structure (1361), opposite the first boundary with the second connector (112b) of the second actuator cell (1310b), wherein an axial direction of the first actuator cell, along which the first and second connecting pieces (111, 112) are arranged, is antiparallel to an axial direction, along which the first and second connecting pieces (111, 112) of the second actuator cell are arranged. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die erste Aktorzelle (1310a) Teil einer ersten Aktoreinheit (302a) ist, und wobei die zweite Aktorzelle (1310b) Teil einer zweiten Aktoreinheit (302b) ist, und wobei jede der ersten und der zweiten Aktoreinheiten (302, 302a, 302b) eine Reihe von Aktorzellen aufweist, die entlang einer Axialrichtung (x) der Aktoreinheit angeordnet sind, wobei das erste Verbindungsstück (111a, 1311a) der ersten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen mit einem Basisstück (309, 1309) des MEMS-Aktors verbunden ist, wobei das zweite Verbindungsstück (112a) einer von zwei nachfolgenden Aktorzellen (110a, 111b) mit dem ersten Verbindungsstück (111b) der anderen der zwei nachfolgenden Aktorzellen verbunden ist.MEMS actuator according to one of claims 17 until 21 , wherein the first actuator cell (1310a) is part of a first actuator unit (302a), and wherein the second actuator cell (1310b) is part of a second actuator unit (302b), and wherein each of the first and second actuator units (302, 302a, 302b) has a row of actuator cells arranged along an axial direction (x) of the actuator unit, wherein the first connection piece (111a, 1311a) of the first actuator cell of the row of actuator cells is connected to a base piece (309, 1309) of the MEMS actuator, wherein the second connector (112a) of one of two subsequent actuator cells (110a, 111b) is connected to the first connector (111b) of the other of the two subsequent actuator cells. MEMS-Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der zumindest eine Aktoreinheit (302) aufweist, die eine Reihe von Aktorzellen (110a-c) aufweist, die entlang einer Axialrichtung der Aktoreinheit angeordnet sind, wobei das erste Verbindungsstück (111a) der ersten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen mit einem Basisstück (309) des MEMS-Aktors verbunden ist, wobei das zweite Verbindungsstück (112a) einer von zwei drauffolgenden Aktorzellen (110a, 110b) mit dem ersten Verbindungsstück (111b) der anderen der zwei darauffolgenden Aktorzellen verbunden ist.MEMS actuator according to one of the preceding claims, which has at least one actuator unit (302) which has a row of actuator cells (110a-c) which are arranged along an axial direction of the actuator unit, the first connecting piece (111a) of the first actuator cell being the row of actuator cells is connected to a base piece (309) of the MEMS actuator, the second connector (112a) of one of two subsequent actuator cells (110a, 110b) being connected to the first connector (111b) of the other of the two subsequent actuator cells. MEMS-Aktor gemäß Anspruch 23, wobei eine erste Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen unabhängig von einer zweiten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen ansprechbar ist.MEMS actuator according Claim 23 , wherein a first actuator cell of the row of actuator cells can be addressed independently of a second actuator cell of the row of actuator cells. MEMS-Aktor gemäß Anspruch 23 oder 24, wobei eine erste Aktorzelle der Aktoreinheit dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine vorbestimmte Betätigung eine Bewegung ihres zweiten Verbindungsstückes in Bezug auf ihr erstes Verbindungsstück (111) entlang einer Verbindungslinie zwischen ihrem ersten und ihrem zweiten Verbindungsstück (112) bereitzustellen, und wobei eine zweite Aktorzelle der Aktoreinheit dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine vorbestimmte Betätigung eine Änderung der Ausrichtung zwischen ihrem zweiten Verbindungsstück (112) und ihrem ersten Verbindungsstück (111) bereitzustellen.MEMS actuator according Claim 23 or 24 wherein a first actuator cell of the actuator unit is configured to provide movement of its second link relative to its first link (111) along a line of connection between its first and second links (112) in response to a predetermined actuation, and wherein a second actuator cell the actuator unit is configured to provide a change in orientation between its second link (112) and its first link (111) in response to a predetermined actuation. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 17 bis 25, der ferner eine drehbar gelagerte Struktur aufweist, die an einem Punkt, der von einem Rotationszentrum der drehbar gelagerten Struktur beabstandet ist, mit dem zweiten Verbindungsstück (112) der letzten Aktorzelle der zumindest einen Aktoreinheit verbunden ist.MEMS actuator according to one of claims 17 until 25 Further comprising a pivot structure connected to the second link (112) of the last actuator cell of the at least one actuator unit at a point spaced from a center of rotation of the pivot structure. MEMS-Aktor (2100) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, der ferner eine Stufe (2104) aufweist, die dazu montiert ist, in einer ersten Richtung (x) und in einer zweiten Richtung (y) einer Ebene des MEMS-Aktors beweglich zu sein, wobei der MEMS-Aktor zumindest erste und zweite Aktoreinheiten (302) aufweist, die jeweils dazu konfiguriert sind, bei Betätigung einen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsstück (2111) einer ersten Aktorzelle und dem zweiten Verbindungsstück (2112) einer letzten Aktorzelle entlang einer Axialrichtung der jeweiligen Aktoreinheit zu ändern, wobei die erste und die zweite Aktoreinheit so konfiguriert sind, dass eine Betätigung der ersten Aktoreinheit eine Positionsänderung der Stufe (2104) entlang der ersten Richtung zur Folge hat und eine Betätigung der zweiten Aktoreinheit eine Positionsänderung der Stufe (2104) entlang der zweiten Richtung zur Folge hat.MEMS actuator (2100) according to one of Claims 23 until 25 , further comprising a stage (2104) mounted to be movable in a first direction (x) and in a second direction (y) of a plane of the MEMS actuator, the MEMS actuator having at least first and second actuator units (302), each configured to change a distance between the first connector (2111) of a first actuator cell and the second connector (2112) of a last actuator cell along an axial direction of the respective actuator unit upon actuation, the first and second actuator unit are configured such that an actuation of the first actuator unit results in a change in position of the step (2104) along the first direction and an actuation of the second actuator unit results in a change in position of the step (2104) along the second direction. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, der ferner ein Funktionselement aufweist, und wobei die zumindest eine Aktoreinheit Teil einer Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktoreinheiten ist, die ferner eine zweite Aktoreinheit aufweist, wobei die Reihenanordnung von Aktoreinheiten mit dem Funktionselement verbunden ist, wobei die Axialrichtung der ersten Aktoreinheit sich von der Axialrichtung der zweiten Aktoreinheit unterscheidet.MEMS actuator according to one of Claims 23 until 25 , which also has a functional element, and wherein the at least one actuator unit is part of a series arrangement of a plurality of actuator units, which further has a second actuator unit, wherein the series arrangement of actuator units is connected to the functional element, the axial direction of the first actuator unit being different from the axial direction the second actuator unit is different. MEMS-Aktor (2500, 1300, 2100), der folgende Merkmale aufweist: zumindest eine erste Aktorzelle (2510a) und eine zweite Aktorzelle (2510b), die jeweils ein erstes Verbindungsstück (2511a, 2511b) und ein zweites Verbindungsstück (2512a, 2512b) aufweisen, wobei eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsstück und dem zweiten Verbindungsstück zumindest eine Verbindereinheit (2521a, 2521b) aufweist, wobei die Verbindereinheit zumindest einen Balken (2531a, 2531b) aufweist, wobei der Balken eine Reihenanordnung (2541a, 2541b) einer Mehrzahl von Aktorelementen (2540a, 2540b) aufweist, wobei die Aktorelemente (2540a) der ersten Aktorzelle dazu konfiguriert sind, bei Betätigung die Biegung des Balkens (2531a) der ersten Aktorzelle (2510a) zu verkleinern, und wobei die Aktorelemente (2540b) der zweiten Aktorzelle (2510b) dazu konfiguriert sind, bei Betätigung die Biegung des Balkens (2531b) der zweiten Aktorzelle (2510b) zu vergrößern.MEMS actuator (2500, 1300, 2100) that has the following features: at least one first actuator cell (2510a) and one second actuator cell (2510b), each having a first connector (2511a, 2511b) and a second connector (2512a, 2512b), wherein a mechanical connection between the first connector and the second connector comprises at least one connector unit (2521a, 2521b), wherein the connector unit has at least one bar (2531a, 2531b), wherein the bar has a series arrangement (2541a, 2541b) of a plurality of actuator elements (2540a, 2540b), wherein the actuator elements (2540a) of the first actuator cell are configured to decrease deflection of the beam (2531a) of the first actuator cell (2510a) when actuated, and wherein the actuator elements (2540b) of the second actuator cell (2510b) are configured to, when actuated to increase the bending of the beam (2531b) of the second actuator cell (2510b). MEMS-Aktor gemäß Anspruch 29, wobei der Balken (2531a, 2531b) ein erster Balken (131) ist, und wobei die Verbindereinheit ferner einen zweiten Balken (132) aufweist, der in Reihe mit dem ersten Balken (131) verbunden ist, um eine Mäanderform bereitzustellen, wobei der zweite Balken (132) eine Reihenanordnung einer Mehrzahl von Aktorelementen aufweist, wobei die Aktorelemente des zweiten Balkens (132) der ersten Aktorzelle dazu konfiguriert sind, bei Betätigung die Biegung des zweiten Balkens (132) der ersten Aktorzelle zu verkleinern, wobei die Aktorelemente des zweiten Balkens (132) der zweiten Aktorzelle dazu konfiguriert sind, bei Betätigung die Biegung des zweiten Balkens der zweiten Aktorzelle zu vergrößern.MEMS actuator according claim 29 , wherein the beam (2531a, 2531b) is a first beam (131), and wherein the connector unit further comprises a second beam (132) connected in series with the first beam (131) to provide a meander shape, wherein the second beam (132) has a series arrangement of a plurality of actuator elements, wherein the actuator elements of the second beam (132) of the first actuator cell are configured to decrease the deflection of the second beam (132) of the first actuator cell, wherein the actuator elements of the second Beam (132) of the second actuator cell are configured to increase the deflection of the second beam of the second actuator cell when actuated. MEMS-Aktor gemäß Anspruch 29 oder 30, wobei eine Länge eines Pfades entlang Balkens der ersten Aktorzelle in einem unbetätigten Zustand der ersten Aktorzelle im Wesentlichen einer Länge eines Pfades entlang des Balkens der zweiten Aktorzelle in einem betätigten Zustand der zweiten Aktorzelle gleicht.MEMS actuator according claim 29 or 30 , wherein a length of a path along beam of the first actuator cell in an unactuated state of the first actuator cell is substantially equal to a length of a path along the beam of the second actuator cell in an actuated state of the second actuator cell. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei die Aktorelemente der ersten Aktorzelle den Aktorelementen der zweiten Aktorzelle gleichen.MEMS actuator according to one of claims 29 until 31 , wherein the actuator elements of the first actuator cell are the same as the actuator elements of the second actuator cell. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei die Aktorelemente der ersten und der zweiten Aktorzelle dazu konfiguriert sind, ansprechend auf ein Steuersignal betätigt zu werden, und wobei der MEMS-Aktor dazu konfiguriert ist, den Aktorelementen der ersten Aktorzelle dasselbe Steuersignal zuzuführen wie den Aktorelementen der zweiten Aktorzelle.MEMS actuator according to one of claims 29 until 32 , wherein the actuator elements of the first and second actuator cells are configured to be actuated in response to a control signal, and wherein the MEMS actuator is configured to supply the actuator elements of the first actuator cell with the same control signal as the actuator elements of the second actuator cell. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 29 bis 33, der ferner eine bewegliche Struktur aufweist, wobei eine erste Grenze der beweglichen Struktur mit dem zweiten Verbindungsstück (112) der ersten Aktorzelle an dem ersten Verbindungspunkt verbunden ist, und wobei eine zweite Grenze der beweglichen Struktur, die der ersten Grenze gegenüberliegt, mit dem zweiten Verbindungsstück (112) der zweiten Aktorzelle verbunden ist, wobei eine Axialrichtung der ersten Aktorzelle, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück (111, 112) angeordnet sind, antiparallel zu einer Axialrichtung ist, entlang der das erste und das zweite Verbindungsstück (111, 112) der zweiten Aktorzelle angeordnet sind.MEMS actuator according to one of claims 29 until 33 , further comprising a movable structure, wherein a first boundary of the movable structure is connected to the second connector (112) of the first actuator cell at the first connection point, and wherein a second boundary of the movable structure, opposite the first boundary, is connected to the second Connecting piece (112) of the second actuator cell is connected, wherein an axial direction of the first actuator cell, along which the first and the second connecting piece (111, 112) are arranged, is antiparallel to an axial direction, along which the first and the second connecting piece (111, 112) of the second actuator cell are arranged. MEMS-Aktor gemäß einem der Ansprüche 29 bis 34, wobei die erste Aktorzelle Teil einer ersten Aktoreinheit ist, und wobei die zweite Aktorzelle Teil einer zweiten Aktoreinheit ist, und wobei jede der ersten und der zweiten Aktoreinheit eine Reihe von Aktorzellen aufweist, die entlang einer Axialrichtung der Aktoreinheit angeordnet sind, wobei das erste Verbindungsstück (111) der ersten Aktorzelle der Reihe von Aktorzellen mit einem Basisstück des MEMS-Aktors verbunden ist, wobei das zweite Verbindungsstück (112) einer von zwei nachfolgenden Aktorzellen mit dem ersten Verbindungsstück (111) der anderen der zwei nachfolgenden Aktorzellen verbunden ist.MEMS actuator according to one of claims 29 until 34 , wherein the first actuator cell is part of a first actuator unit, and wherein the second actuator cell is part of a second actuator unit, and wherein each of the first and second actuator units has a row of actuator cells arranged along an axial direction of the actuator unit, the first connector (111) of the first actuator cell of the series of actuator cells is connected to a base piece of the MEMS actuator, the second connector (112) of one of two subsequent actuator cells being connected to the first connector (111) of the other of the two subsequent actuator cells. Verfahren (2600) zum Steuern eines MEMS-Aktors gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, was ein Zuführen (2601) eines Steuersignals an die Aktorelemente aufweist.Method (2600) for controlling a MEMS actuator according to one of the preceding claims, which comprises supplying (2601) a control signal to the actuator elements.
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