DE4235593A1 - Two=dimensional micro-mechanical on=chip mirror deflection system - has mirror frame attached to frame by diametric conductive tracks orthogonal to tracks connected to frame - Google Patents

Two=dimensional micro-mechanical on=chip mirror deflection system - has mirror frame attached to frame by diametric conductive tracks orthogonal to tracks connected to frame

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DE4235593A1 DE19924235593 DE4235593A DE4235593A1 DE 4235593 A1 DE4235593 A1 DE 4235593A1 DE 19924235593 DE19924235593 DE 19924235593 DE 4235593 A DE4235593 A DE 4235593A DE 4235593 A1 DE4235593 A1 DE 4235593A1
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Abstract

The mirror (1) is attached to a frame (2) by a gimble suspension. The frame (2) is pivotably attached to the chip (3) by two diametrically arranged conductive tracks (4.2). The mirror (1) is also attached to the frame (2) by two further diametrically arranged tracks (4.2). These latter tracks are orthogonal to the tracks of the frame (2). A control current flows through the frame (2). Electrodes (5) are provided below the chip (3) and control current guiding tracks (6) are provided outside the frame (2), preferably underneath it. ADVANTAGE - Has small dimensions and can be operated at high frequency.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Ab lenkeinrichtung für einen Spiegel, die auf einem Chip angeordnet ist, in dem sich unterhalb des Spiegels ein freigeätzter Raum befindet, unter dem Leiterbahnen zur Ansteuerung der Spiegelkippung an geordnet sind. The invention relates to a micromechanical From steering device for a mirror, which is arranged on a chip, in which a space is below been exposed by the mirror, are arranged below the conductor tracks for driving the mirror tilt to.

Im Stand der Technik sind mikromechanische Ablenk einrichtungen bekannt, mit denen beispielsweise Lichtstrahlen um kleine Winkel abgelenkt werden können. In the prior art micromechanical deflection devices are known which, for example, light beams can be deflected by small angles. Die Ansteuerung der Ablenkeinrichtung er folgt im allgemeinen durch gesonderte Ansteuerungs einrichtungen, wobei die Auslenkung des Spiegels durch elektrostatische Anziehungs- bzw. Abstoßungs kräfte bewirkt wird. The actuation of the deflector it is generally followed by separate driving devices, wherein the deflection of the mirror is effected by electrostatic attraction or repulsion forces.

Bei der Auslenkung um zwei Achsen wird bei dem im Stand der Technik bekannten Einrichtungen entweder eine zusätzliche elektromechanische Einrichtung an gebracht oder der mikromechanische Spiegel durch eine Zusatzeinrichtung in Schwingung versetzt, be vorzugt im Resonanzbereich. In the deflection about two axes in the known prior art devices either an additional electro-mechanical means is brought in or the micro-mechanical mirror rotated by an additional device to vibrate, be vorzugt in the resonance region.

Bei den bekannten Ablenkeinrichtungen, die elektro mechanisch angesteuert werden, ist von Nachteil, daß aufgrund der relativ großen Massen der verwen deten Bauelemente das System träge reagiert und in folgedessen kurze Auslenkzeiten nicht realisiert werden können. In the known deflecting devices that are electro-mechanically controlled, it is a disadvantage that the system reacts slowly due to the relatively large masses of the components used does and can not be realized in a row whose short Auslenkzeiten.

Bei den durch Zusatzeinrichtungen mit Ultraschall angeregten Ablenkeinrichtungen ist nachteilig, daß die beabsichtigten Auslenkungen zu undefinierten Taumelbewegungen führt, wobei eine definierte Bewe gung der Spiegel - insbesondere bei der Bewegung um mehrere Achsen - nicht erreicht werden kann. When excited by additional devices with ultrasonic deflectors is disadvantageous that the intended deflections leads to undefined wobbling movements, wherein a defined BEWE supply of the mirrors - especially in the case of movement about multiple axes - can not be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweidimensional wirkende Ablenkvorrichtung zu schaffen, die sich durch geringe Abmessungen aus zeichnet und die mit hohen Frequenzen betrieben werden kann. The invention has for its object to provide a two-dimensionally acting deflecting device is characterized by small dimensions and which can be operated at high frequencies.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe da durch, daß der Spiegel mit einem Rahmen kardanisch aufgehängt ist, der Rahmen mittels zweier diametral angeordneter elastischer Leiterbahnen am Chip schwenkbar befestigt ist und der Spiegel mittels zweier weiterer diametral angeordneter Leiterbah nen am Rahmen befestigt ist, wobei die weiteren Leiterbahnen orthogonal zu den Leiterbahnen des Rahmens angeordnet sind. According to the invention the object is attained because by that the mirror is cardanically suspended with a frame, the frame is pivotally mounted by means of two diametrically arranged resilient conductor tracks on the chip and the mirror means of two further diametrically disposed PCB tracks NEN fixed to the frame, wherein the further conductor tracks being arranged orthogonally to the conductor tracks of the frame.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in dem freigeäzten Raum vier Elektroden an den Ecken der Grundfläche des Raumes angeordnet sind. An advantageous development of the invention provides that four electrodes are arranged at the corners of the base of the space in the freigeäzten space.

Ferner ist es möglich, daß die Elektroden im Be reich der Verbindungslinien zwischen den Ecken der Grundfläche angeordnet sind. Further, it is possible that the electrodes are arranged in the loading area of ​​the connecting lines between the corners of the base.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ent steht dadurch, daß der Rahmen vom Steuerstrom durchflossen wird, in dem freigeäzten Raum zwei Elektroden auf der Grundfläche des Raumes angeord net sind und zwei stromdurchflossene Leiter außer halb des Rahmens, vorzugsweise unterhalb desselben, angeordnet sind. An advantageous development of the invention ent is characterized in that the frame is drained by the control current in the freigeäzten space two electrodes are on the base surface of the space angeord net and two current-carrying conductors are outside of the frame, preferably below the same is arranged.

Ein besonderem Vorteil der erfindungsgemäßen Ab lenkeinrichtung ist, daß die Anordnung eine defi nierte Ansteuerung der Bewegung in zwei Koordinaten ermöglicht. A particular advantage of the invention is from steering means that the arrangement allows a defi ned control of the movement in two coordinates. Die geringe Masse der erfindungsgemäßen Anordnung und deren kleine Abmessungen hat eine sehr geringe Trägheit der Ablenkeinrichtung zur Folge. The low mass of the assembly the invention and their small dimensions has a very low inertia of the deflector the result. Dadurch wird es möglich, die Spiegelauslen kung mit sehr hohen Frequenzen zu betätigen. This makes it possible to actuate the Spiegelauslen effect at very high frequencies.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Aus führungsbeispieles näher erläutert werden. The invention is described in leadership example below with the aid of a corner. In der Zeichnung zeigt In the drawing

Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungs gemäße Spiegelanordnung, Fig. 1 is a plan view of the fiction, modern mirror assembly,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Spiegelanordnung in Richtung AA, Fig. 2 is a sectional view of the mirror assembly OF INVENTION to the invention in the direction AA,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Anordnung in Richtung BB, Fig. 3 is a sectional view of the arrangement OF INVENTION to the invention in direction BB,

Fig. 4 die Elekrodenanordnung in den Ecken des freigeäzten Raumes, Fig. 4, the Elekrodenanordnung in the corners of the freigeäzten space,

Fig. 5 die Elektrodenanordnung im Bereich der Verbindungslinien der Ecken des freigeäzten Raumes, Fig. 5, the electrode assembly in the area of lines connecting the corners of the freigeäzten space,

Fig. 6 eine Anordnung bei der die Drehbewe gung um eine Koordinate durch elektromotorische Kräfte bewirkt wird, Fig. 6 shows an arrangement in which the Drehbewe supply is effected by a coordinate by electromotive forces,

Fig. 7 eine Anordnung bei der die Drehbewe gung um eine Koordinate durch außerhalb des Bauelementes erzeugte elektromotorische Kräfte bewirkt wird. Fig. 7 shows an arrangement in which the Drehbewe supply is effected by a coordinate generated outside of the device electromotive forces.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, bei der ein kardanisch aufgehängter Spiegel 1 mittels eines Rahmens 2 und von Leiterbahnen 4.2 an einem Chip 3 befestigt ist. Fig. 1 shows the arrangement according to the invention, wherein a gimbaled mirror 1 is fixed by means of a frame 2 and conductor tracks on a chip 3 4.2. Die Spiegelfläche sowie die Achsen und der Rahmen 2 der Anordnung werden vor zugsweise durch mikromechanische Fertigungsverfah ren auf einem Substrat mit versenkten Leiterbahnen 4.1 hergestellt. The mirror surface as well as the axles and the frame 2 of the assembly are preferably before by micromechanical Fertigungsverfah ren fabricated on a substrate with recessed circuit traces 4.1.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in ei ner Schnittdarstellung. Fig. 2 shows the arrangement according to the invention in egg ner sectional view. Sie stellt die mit mikrome chanischen Fertigungsverfahren hergestellte Un terätzung sowie das eigentliche Spiegelelement und die versenkten Leitbahnen dar. Unterhalb des Spiegels 1 sind Elektroden 5 angebracht. It represents the Un prepared with mikrome chanical manufacturing method terätzung and the actual mirror element and the recessed conductive lines represent. Below the mirror 1 are mounted electrodes 5. Wird nun an die Spiegelfläche ein elektrisches Potential ge genüber den unterhalb der Spiegelanordnung Elektro den 5 aufgebracht, so kann die Spiegelfläche gegen über den Elektroden 5 gekippt werden. Is now on the mirror surface of an electric potential ge genüber the below of the mirror assembly 5 the electric applied, the mirror surface can be tilted relative to the electrodes. 5 Die Auslen kung des Spiegels 1 erfolgt dabei durch elektrostatische Kräfte. The Auslen effect of the mirror 1 is carried out by electrostatic forces. Die elektrostatischen Kräfte werden durch Anlegen eines elektrischen Po tentials, das beispielsweise in der Größenordnung von 400 Volt liegt, erzeugt. The electrostatic forces are generated by applying an electric Po tentials, which is for example in the order of 400 volts.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Anordnung. Fig. 3 shows a sectional view of the arrangement OF INVENTION to the invention. Hierbei sind die mit mikro mechanischen Fertigungsverfahren hergestellte Un terätzung sowie das eigentliche Spiegelelement und die Elektroden 5 ersichtlich. Here, the Un manufactured with micromechanical manufacturing techniques terätzung and the actual mirror element and the electrodes 5 are visible.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Elek troden 5 für die Auslenkung unter den Ecken des freigeätzten Raumes angeordnet sind. Fig. 4 shows an arrangement, in which the elec trodes 5 are arranged for the deflection at the corners of the etched-free region. Die Steuerung erfolgt wiederum durch Anlegen eines Potentials in der Größenordnung von 400 Volt. The control is performed again by applying a potential in the order of 400 volts.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Elek troden 5 für die Auslenkung unter den Wirkflächen des Spiegels 1 und des Rahmens 2 jeweils orthogonal zu den einzelnen Torsionsachsen angeordnet sind. Fig. 5 shows an arrangement in which the elec trodes 5 are arranged for deflection under the active surfaces of the mirror 1 and the frame 2 respectively orthogonal to the single torsional axes. Die Steuerung erfolgt auch hierbei durch Anlegen eines Potentials von ca. 400 Volt. The control is also in this case by applying a potential of approximately 400 volts.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der die Auslen kung des Spiegels um Achse in der oben beschriebe nen Art erfolgt. Fig. 6 shows an arrangement in which the Auslen carried effect of the mirror about the axis in the above-described type NEN. Die Auslenkung um die zweite Achse erfolgt hier durch eine elektromotorische Kompo nente. The deflection about the second axis is effected here by an electromotive compo nent. Diese Kraftwirkung wird durch eine Potentialdifferenz über den Rahmen 2 und einen da mit verbundenen Stromfluß durch die Schenkel des Rahmens 2 in Wechselwirkung mit einem äußeren Magnetfeld, hier erzeugt durch stromdurchflossene Leiter 6 , induziert. This force effect is as induced by a potential difference across the frame 2 and connected with current flow through the legs of the frame 2 in interaction with an external magnetic field generated by this current-carrying conductor 6.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der ebenfalls die Auslenkung um die zweite Achse durch eine elektro motorische Komponente erfolgt. Fig. 7 shows an arrangement, also the deflection takes place about the second axis by an electromotive component in the. Diese Kraftwirkung wird auch hierbei durch eine Potentialdifferenz über den Rahmen 2 und einen damit verbundenen Stromfluß durch die Schenkel des Rahmens 2 in Wech selwirkung mit einem äußeren Magnetfeld induziert. This force effect is also in this case induced by a potential difference across the frame 2 and an associated current flow through the legs of the frame 2 in Wech selwirkung with an external magnetic field. Das Magnetfeld wird in diesem Fall jedoch durch eine außerhalb des mikromechanischen Elementes an geordnete Baugruppe 7 erzeugt. The magnetic field is generated, however, in this case through an outside of the micromechanical element to level assembly. 7

Claims (4)

  1. 1. Mikromechanische Ablenkeinrichtung für einen Spiegel, die auf einem Chip angeordnet ist, in dem sich unterhalb des Spiegels ein freigeätzter Raum befindet, unter dem Leiterbahnen zur Ansteuerung der Spiegelkippung angeordnet sind, dadurch gekenn zeichnet, daß 1. The micromechanical deflecting device for a mirror, which is arranged on a chip, in which a space is below been exposed by the mirror, are arranged below the conductor tracks for driving the mirror tilt, characterized in that
    • - der Spiegel ( 1 ) mit einem Rahmen ( 2 ) kardanisch aufgehängt ist, - the mirror (1) is gimbal-mounted to a frame (2),
    • - der Rahmen ( 2 ) mittels zweier diametral angeord neter Leiterbahnen ( 4.2 ) am Chip ( 3 ) schwenkbar be festigt ist und - the frame (2) by means of two diametrically angeord neter conductors (4.2) is pivotally mounted on the chip (3) and reinforces be
    • - der Spiegel ( 1 ) mittels zweier weiterer diametral angeordneter Leiterbahnen ( 4.2 ) am Rahmen ( 2 ) be festigt ist, wobei die weiteren Leiterbahnen ( 4.2 ) orthogonal zu den Leiterbahnen des Rahmens ( 2 ) an geordnet sind. - the mirror (1) by means of two further diametrically arranged conductor tracks (4.2) is fastened on the frame (2) be, the further conductor tracks (4.2) are arranged orthogonally to the conductor tracks of the frame (2).
  2. 2. Mikromechanische Ablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem freigeäz ten Raum vier Elektroden ( 5 ) an den Ecken der Grundfläche des Raumes angeordnet sind. 2. Micromechanical deflector according to claim 1, characterized in that under the room freigeäz th four electrodes (5) are arranged at the corners of the base area of the room.
  3. 3. Mikromechanische Ablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden ( 5 ) im Bereich der Verbindungslinien zwischen den Ecken der Grundfläche angeordnet sind. 3. Micro-mechanical deflector according to claim 1, characterized in that the electrodes (5) are arranged in the region of the connecting lines between the corners of the base.
  4. 4. Mikromechanische Ablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 4. Micro-mechanical deflector according to claim 1, characterized in that
    • - der Rahmen ( 2 ) vom Steuerstrom durchflossen wird, - the frame (2) crossed by the control current,
    • - unter dem freigeäzten Raum zwei Elektroden ( 5 ) auf der Grundfläche des Raumes angeordnet sind und - under the freigeäzten space two electrodes (5) are arranged on the base surface of the space and
    • - stromdurchflossene Leiter ( 6 ) außerhalb des Rah mens ( 2 ), vorzugsweise unterhalb desselben, ange ordnet sind. - current-carrying conductor (6) outside the Rah mens (2), preferably below the same, are being arranged.
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