DE102020214445B3 - MEMS ACTUATOR AND METHOD OF CONTROLLING A MEMS ACTUATOR - Google Patents
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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
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:
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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 aus3a 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.
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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 actuator3a 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.
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
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
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
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
In
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
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
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
Unter Fortsetzung der Beschreibung von
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
In Bezug auf
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
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,
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
Unter Fortsetzung der Beschreibung von
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
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
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
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
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
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
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
Beispielsweise kann ein Betätigungszustand des MEMS-Aktors 300, wie in
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,
Die in
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
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
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:
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die folgenden Gleichungen zum Bereitstellen einer geradlinigen Bewegung angewendet werden:
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die folgenden Gleichungen gelten:
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
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.
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
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
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
Mit anderen Worten können die Beispiele der in
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
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
Mit anderen Worten kann
Wie in
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
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
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
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
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
Das rechte Feld in
Optional kann die als passive Feder agierende unbetätigte Hälfte, z. B. der Abschnitt 621 in dem linken Feld in
Obwohl das Beispiel in
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
Wie in
Alternativ zu dem in
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
Beispielsweise kann die in
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
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
Mit anderen Worten kann die zweite Verbindereinheit 222 für eine unterschiedliche Vorwärtsbewegung im Vergleich zu der ersten Verbindereinheit 121 sorgen.In other words, the
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).
Beispielsweise sind innerhalb eines Bereiches von Aktorelementen, z. B. die Bereiche 343, 344, 543, 544 aus
Gemäß Ausführungsbeispielen, wie in
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
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
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
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
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
Beispielsweise kann eine synchrone Bewegung einer sich zusammenziehenden Konfiguration aus dem in Bezug auf
In
Gemäß Beispielen, wie beispielsweise in Bezug auf
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Obwohl das Konzept einer synchronen Bewegung von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Aktorzellen in
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,
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
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
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.
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
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
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
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
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
Im Folgenden werden mehrere mögliche Anwendungen der oben beschriebenen Aktoreinheit 302 beschrieben.Several possible applications of the
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.
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
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.
Wie in
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
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
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.
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
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
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
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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