JP2022512710A - アクチュエータとしての曲げ変換器、センサとしての曲げ変換器、曲げ変換器システム - Google Patents

Abstract

アクチュエータとして動作される曲げ変換器が記載され、撓み可能素子と、第１の電気信号が印加されると撓み可能素子を第１の方向（１６１、１６１ｂ）に撓ませる、撓み可能素子の重心素分に沿って延びる微小電気機械変換器と、第２の電気信号が印加されると撓み可能素子を第１の方向と反対の第２の方向に撓ませる、重心素分に沿って延びる第２の微小電気機械変換器と、ここでは重心素分が、互いから離れて向く第１および第２の微小電気機械変換器の側間に設けられており、更に第１の電気信号の変化および第２の電気信号の変化が電気入力信号に依存し、第１および第２の電気信号の位相が互いに関してシフトされるように、入力信号に応じて第１の電気信号および第２の電気信号を変更するように構成される電気制御機構とを備える。センサとして動作される曲げ変換器も提示される。

Description

本発明は、曲げ変換器およびアクチュエータまたはセンサとしてのその使用および曲げ変換器システムに関する。

微小機械デバイス（ＭＥＭＳ）は、電気信号を機械的効果へ変換するために、すなわちアクチュエータの場合に、または機械的効果を電気信号へ変換するために、すなわちセンサの場合に、必要とされる。本出願の目的のために、「効果」とは、例えば、実施仕事および関連する撓みまたは曲げモーメントの印加を意味する。

微小電気機械部品の電気信号と機械的効果との間の関係（伝達特性）の線形性が通例は高需要に見舞われる。これは、例えば、マイクロホンまたはスピーカでの使用のためのそのような微小電気機械部品の使用に当てはまる。伝達特性の非線形性は、微小電気機械部品がそれらの意図された機能を果たすことができる精度に悪影響を及ぼすので、アクチュエータの場合には複合制御でまたはセンサの場合には複合信号処理で修正されなければならない。

例えば、微小機械音響変換器、すなわちスピーカまたはマイクロホンの伝達特性における非線形性は高歪率となり、マイクロプロセッサまたは信号処理の追加使用によって修正されなければならない。

要するに、印加信号電圧のレベルと装置によって生成される機械的効果、すなわち実施されることになる仕事の大きさとの間の線形関係が重要である、マイクロ－スピーカなどの実際的用途がある。同時に、出力信号（スピーカの場合には、空気伝搬音）のスペクトル組成が入力信号のスペクトル組成と同一であるべきであり、これが低歪率に対応する。線形性範囲は振幅および周波数に依存しており、可能な限り大きくあるべきである。このために、線形性を著しく変化させることなく（電気的）動作パラメータを変化させることによって感度および周波数を変更することが必要である。本出願の目的のために、感度とは、効果の変化と信号の変化との間の関係を意味する。伝達特性の改善された線形性を伴うＭＥＭＳデバイスの以前の設計実装は、構造的に限られたダイナミックレンジ（プルイン不安定性に関する）および、したがって限られた周波数範囲における不利に高い電圧要件を伴うＭＥＭＳ技術に基づいており、これはモバイル用途には不適切である。例証的に文書米国特許第９７８３４０８（Ｂ２）号が参照される。

ＷＯ２０９５１８５Ａ１は、低消費電力で高性能を有するＭＥＭＳデバイスの設計の仕方を記載しているが、線形性を改善および調整する可能な方策を記載していない。曲げ半径を増大させるまたは同じ曲げ特性で駆動効率を上昇させる目的で、中立素分によって分離される２つの曲げ変換器から成る曲げ変換器システムがＤＥ１０２０１５２０６７７４Ａ１に提案されている。その工程で形成される空洞は、単に曲げ特性にプラス効果を有することを意図している。線形性を改善および調整する方策は開示されていない。

米国特許第９７８３４０８（Ｂ２）号明細書 国際公開第２０９５１８５Ａ１号 独国特許出願公開第１０２０１５２０６７７４Ａ１号明細書 国際公開第２０１２０９５１８５号

それゆえに、本発明の目的は、同じまたは相当する効率で改善された調整可能な線形性を示す、曲げ変換器およびアクチュエータまたはセンサとしてのその使用およびそのような曲げ変換器のシステムを提供することである。

この目的は、独立請求項の対象によって解決される。

本出願の核となる着想は、曲げ変換器が、撓み可能素子の重心素分に沿って延びる第１の微小電気機械変換器（以降略してＭＥＭＳ変換器と称される）および重心素分に沿って延びる第２のＭＥＭＳ変換器を有する撓み可能素子を備え、重心素分が、少なくとも互いから離れて向くＭＥＭＳ変換器の遠位縁あるいは側間にまたはＭＥＭＳ変換器間にさえ設けられ、そして第１または第２のＭＥＭＳ変換器に第１または第２の電気信号が印加されると撓み可能素子が反対方向に撓まされるときに、かつ第１および第２の電気信号の位相が互いに対してシフトされるように電気入力信号に依存して第１および第２の電気信号の変更が行われるときに、アクチュエータとして使用される曲げ変換器を相当する性能で改善された調整可能な線形性を伴って提供できるということである。位相シフトは、０．００１°以上２４０°以下で、または６０°以上２００°以下でさえ、または１８０°であることができる。この実施形態は、さもなければ対称制御を伴う三極原理を使用して可能であろう線形性の観点からの利点を得ることが、性能問題を被らずに達成されるのを許容する。本発明によれば、制御機構によって、広周波数範囲における高ダイナミックの広線形性範囲、すなわち広振幅範囲を得ることができる。同様に、本出願の核となる着想の一部は、曲げ変換器に、撓み可能素子の重心素分がここでも第１および第２のＭＥＭＳ変換器の反対側間に設けられる撓み可能素子が備えられるときに、かつ撓み可能素子の変形に応じて変換器の端子において出力される電気信号が、出力信号の変化が第１の変換器における第１の電気信号の変化および第２の変換器における第２の電気信号の変化の差に依存するように出力信号を発生するために使用されるときに、センサとして使用される曲げ変換器を相当する性能で改善された調整可能な線形性を伴って得ることができることを認識したことである。一方で、線形性は荷重変化の間に最適化でき、他方で、感度および選択性（この場合共振周波数）は、線形ダイナミックレンジ（この場合振幅）および線形周波数帯を最大化するために特定用途に適合できる。

実施形態によれば、第１および第２のＭＥＭＳ変換器は、各々、それぞれの平板コンデンサの電極を互いに対してセグメント間で固定することによって、撓み可能素子の縦方向に沿っておよび、したがって重心素分にも沿ってセグメントへ細分される平板コンデンサである。このようにして、曲げ変換器の撓みは、２つの電極間の距離に関して大きくなることができる。重心素分は、少なくとも互いから離れて向くＭＥＭＳ変換器の側、すなわち遠位電極もしくは互いから離間して位置付けられるＭＥＭＳ変換器の電極の反対側間に、またはＭＥＭＳ変換器の遠位電極間にさえ、またはＭＥＭＳ変換器の近位電極もしくは互いから最も遠くない電極の対向側間に、またはＭＥＭＳ変換器、すなわちＭＥＭＳ変換器の近位電極の面する側間にさえ設けることができる。これらの実施形態の一部において、それぞれの平板コンデンサの電極はセグメントにおいて交差指的に構成され、その結果一方の電極の突起が他方の電極の対応する突起間の間隙に突出し、その逆も同じである。これは性能および感度を上昇させる。

曲げ変換器をアクチュエータとして使用する実施形態において、電気駆動機構が、第１のＭＥＭＳ変換器に第１の電気信号として第１のバイアスおよび入力信号に依存する第１の信号部分の組合せを、ならびに／または第２のＭＥＭＳ変換器に第２の電気信号として第２のバイアスおよび入力信号に依存する第２の信号部分の組合せを印加するように配置される。電気信号は、例えば、電圧または電流であることができる。アクチュエータとして使用される曲げ変換器のＭＥＭＳ変換器の制御機構が、バイアスＵ_０および可変信号電圧Ｕ_{ｓｉｇｎａｌ}を伴う２つの連接ネットワークループから成ることができる。それによって、電気制御機構は、撓み可能素子への非対称荷重を補償するために第１および第２の電気信号の変化を異なる振幅で行うように構成される。非対称荷重は、例えば、微小電気機械変換器の構造非対称性および／または、圧力差など、撓み可能素子に作用する非対称力である。同様に、センサとして使用される曲げ変換器が撓み可能素子への非対称荷重を補償できる。センサとして使用される曲げ変換器の制御機構は、第１のＭＥＭＳ変換器におよび／または第２のＭＥＭＳ変換器にバイアスを印加するように構成できる。実施形態によれば、曲げ変換器の一方のバイアスまたは両方のバイアスは、撓み可能素子の重心素分が撓み可能素子への外部の機械的影響なしには、およびアクチュエータとして使用される曲げ変換器の場合には、入力信号に依存する信号部分なしには撓まされないというように設定される。

実施形態によれば、曲げ変換器に、したがって、第１および／または第２のＭＥＭＳ変換器にバイアスを印加するように構成される制御機構が設けられ、それにより第１および／または第２のＭＥＭＳ変換器における一方のバイアスまたは両方のバイアスを調整することによって曲げ変換器の有効ばね剛性および／または曲げ変換器の感度および／または曲げ変換器の共振周波数が調整できる。ＭＥＭＳ変換器の有効ばね剛性は、一定電圧またはバイアスのレベルと共にその機械的ばね剛性に関して変化する。この実施形態は、線形性を調整することを可能にする。

実施形態によれば、アクチュエータとして使用される曲げ変換器の電気制御機構は、センサを伴う適切なフィードバックループを用いて非対称荷重の影響を動的に、すなわち交番荷重を伴う動作の間に補償するためにフィードバックループを有する。代替的に、消費電力、インピーダンス、電圧、電流などの、関連した電気ネットワークパラメータをそれぞれの荷重状況に調整するために、トランジスタ、演算増幅器などといった能動ネットワーク部品が使用できる。全体として、フィードバックシステムは、伝達特性の動的に改善された線形性を意味する。

実施形態によれば、曲げ変換器システムが複数の曲げ変換器を備えており、ここでは曲げ変換器はＭＥＭＳ変換器の寸法設計に一致する。言い換えれば、曲げ変換器は同一に構成できる。曲げ変換器の有効ばね剛性および／または共振周波数および／または感度は、大半の曲げ変換器の第１および／または第２のＭＥＭＳ変換器におけるバイアスを介して個々に調整できる。１つの利点は、共振周波数または共振周波数下の動的挙動が用途状況に応じてバイアスを介して個々に調整できるということである。全体として、各曲げ変換器が特定の周波数帯だけを担い、そして周波数帯に異なる数の曲げ変換器を割り当てることによって周波数帯間の性能の偏差が補償できるので、したがって改善された線形性を達成できる。言い換えれば、個々の周波数帯に同一に構成される曲げ変換器を関連付けて、次いでそれらを個別バイアス制御を用いて異なる比率で感応させることが可能である。比率が、曲げ変換器が１つの周波数帯に対して別の周波数帯に対するものより感度／効果が高いまたは感度／効果が低いことを補償できる。

一部の実施形態は、総入力信号を複数の曲げ変換器に対する複数の入力信号へスペクトル分割するように、または複数の曲げ変換器の複数の出力信号から総出力信号をスペクトル結合するように構成される回路を伴う曲げ変換器システムに関する。回路は、部分的にまたは完全に制御機構の一部であることができる。総入力信号のスペクトル分割または出力信号のスペクトル合成の一態様は、幾つかの曲げ変換器を配置することによって微小電気機械変換器の線形性を上昇させることができるという知見である。配置は、個々の曲げ変換器の効果が増す結果、配置の個々の曲げ変換器がダイナミックレンジ（例えば撓み）の一部分内においてだけで動作されるというように設計できる。これは全体システムの線形性を改善する。

一部の実施形態は、アクチュエータとしてかセンサとしてか機能するように構成される曲げ変換器および曲げ変換器をアクチュエータとしてまたはセンサとして動作させるように設計される回路に関する。構成は、同曲げ変換器を、用途に応じてセンサとしてかアクチュエータとしてか使用できるので、省スペースである。

一部の実施形態は、複数の曲げ変換器ならびに総量の曲げ変換器の第１の部分をアクチュエータとしておよび総量の曲げ変換器の第２の部分をセンサとして制御するように構成される回路を伴う曲げ変換器システムに関する。２つの部分集合への分割は静的であることができる、または制御信号に応じて動的に行うことができる。曲げ変換器は、１つの時間間隔においてアクチュエータとしてもセンサとしても、または第１の時間間隔においてセンサとしておよび第２の時間間隔においてアクチュエータとして、または第１の時間間隔においてアクチュエータとしておよび第２の時間間隔においてセンサとして制御できる。センサまたはアクチュエータの数は、用途分野に応じて静的または動的制御信号を介して調整できる。

本出願の好適な実施形態が図面を参照しつつ以下より詳細に説明される。

微小電気機械デバイスの変形可能素子のばね特性曲線の図である。 二極原理の概略図である。 二極原理に従うアクチュエータの撓みと信号電圧との間の関係の図である。 プッシュプル原理の変形の概略図である。 プッシュプル原理の変形の概略図である。 三極原理に従う電気信号強度と機械的変形との間の関係の図である。 両側に活性層が取り付けられた変形可能素子の概略図である。 対称全体システムのブロック図および一実施形態の概略図である。 図７ａに図示される実施形態の伝達特性の図である。 制御機構の抽象的原理の概略図である。 アクチュエータとしての曲げ変換器の概略図である。 センサとしての曲げ変換器の概略図である。 荷重調整のブロック図である。 動荷重調整のブロック図である。 スペクトル分割回路を伴う曲げ変換器システムの概略図である。 スペクトル結合回路を伴う曲げ変換器システムの概略図である。 バイアス調整を伴う曲げ変換器システムの概略図である。 曲げ変換器をアクチュエータとしておよび／またはセンサとして動作させるように構成される回路を伴う、アクチュエータとしておよび／またはセンサとして動作させることができる曲げ変換器の概略図である。 曲げ変換器を個別にアクチュエータとしておよび／またはセンサとして動作させるように構成される回路を備える曲げ変換器システムの概略図である。 ２方向に撓ませることができかつ片持ちにされた、電気バイアスが外部電極の対称静電片持ち梁の概略図である。 ２方向に撓ませることができかつ片持ちにされた、電気バイアスが内部電極の対称静電片持ち梁の概略図である。 ２方向に撓ませることができかつ片持ちにされた、電気バイアスが内部電極の対称静電片持ち梁の概略図である。 ２方向に撓ませることができかつ片持ちにされた対称静電片持ち梁の概略図である。 内部および外部電極を伴う静電的に撓ませることができかつ片持ちにされた片持ち梁の横断面の概略図である。 傾斜電極を伴う静電的に撓ませることができかつ片持ちにされた片持ち梁の横断面の概略図である。 櫛形電極を伴う静電的に撓ませることができかつ片持ちにされた片持ち梁の横断面の概略図である。 多層電極構造を伴う、セグメント半分だけが図示される、撓み可能素子の概略図である。 図２０ａに加えて中心空洞を有する撓み可能素子の概略図である。 図２０ａと対照的に、近位電極が面平行でありかつ凸に膨れていないように構成される撓み可能素子の概略図である。 図１９ｃと比較して凸状セグメント構成で蓄積可能電界エネルギーを増加させるための櫛電極を伴うセグメント半分の概略図である。 図１９ｃと比較して凹状セグメント構成で蓄積可能電界エネルギーを増加させるための櫛電極を伴うセグメント半分の概略図である。 図１９ａと比較して２つのＭＥＭＳ変換器の非対称構成を伴う片持ちにされた撓み可能素子の概略図である。

本発明の実施形態を下記する前に、どの考察が同実施形態に本発明者らを導いたかを最初に説明する。これらの説明の経過で、当然、下記される実施形態の特徴が既に参照されるが、同実施形態にも移譲可能であるべきである。

微小電気機械部品の非線形性は、電気機械構成およびその動作原理、いわゆる静的非線形性にも、デバイスの動的挙動、いわゆる動的非線形性にも、それらの起源を有する。動的非線形性は機械的および／または電気的設計特徴の結果である。相互変調、動作点ドリフト、分数調波共振などの動的非線形性は通例は静的非線形性の結果である。既存の動的非線形性の修正は、それが仮にも所与の状況下で実行可能であるとしても、技術的に複雑である。

ここで考慮される形式のＭＥＭＳデバイスは少なくとも１つの変形可能素子を有する。変形のために必要とされる力は、ばね特性曲線によって特性化できる。厳密に線形の伝達挙動は、選択された動作点における対応するばね特性曲線が選択されたダイナミックレンジ全体にわたって厳密に線形であることを必要とする。

図１は、変形可能素子のばね特性曲線を図示する。関連した変形可能素子が梁、板または板セグメントであれば、関連するばね特性の推移は、より大きな撓みに対して線形でなく、部分的にまたは完全に逓増または逓減である。代替的に、組合せが発生することもある。第１の時間間隔において逓減であり、第２の時間間隔において逓増である。逓増または逓減ばね特性は通例は結果として不利な非線形伝達特性になる。ＭＥＭＳデバイスの動作のために、対応するばね特性曲線において、Ａ、Ｂ、ＣまたはＤなどの動作点が選択でき、その周辺で変形可能素子が特定の最大振幅またはダイナミックレンジでその運動を行う。これは、例えば、動作点Ａにおける比較的大きなダイナミックレンジに当てはまる。動作点Ｂにおいて、線形動作のための可能なダイナミックレンジは、ばね特性曲線の逓増または逓減推移の発生によって制限される。動作点ＣまたはＤを選択する結果として高感度のＭＥＭＳデバイスになる、すなわちばね特性曲線はここで特に急である。この増加の変化は、ここでより高い定量レベルを有し、したがってダイナミックレンジへのマイナス効果を有する。

図２は、二極原理に基づくＭＥＭＳデバイスを図示する。二極原理に従うＭＥＭＳデバイスを容量的に動作させることには、電極として構成されかつばね特性曲線が図１に図示される、少なくとも１つの変形可能または移動可能素子、いわゆる並進子またはシャトル１８１０、および更なる固定対電極、いわゆる固定子１８２０を含む。電圧１８３０が印加されると、電極間に発生される静電引力が固定子１８２０の方に並進子１８１０を引き寄せる。引力は印加電圧１８３０の符号とは独立している。センサとして使用されると、デバイスは、並進子１８１０が機械的に影響を及ぼされるときに、その容量を変化させる。この場合、容量変化は、出力信号を発生するために使用される。

図３は、図２に例示されるように、二極原理に従うＭＥＭＳデバイスに対する電気信号強度または電圧と機械的変形または撓みとの間の典型的な関係を図示する。二極原理に従う容量性ＭＥＭＳデバイスを動作させるために、バイアスＵ_ＤＣを印加することによって動作点（例えばＡ、ＢまたはＣ）が選択される。アクチュエータとして使用される曲げ変換器の場合、このバイアスに信号電圧Ｕ_ＡＣを重畳できる。センサとして使用される曲げ変換器の場合、機械的作用が運動を遂行し、そして動作点周辺で対応する信号電圧を発生できる。バイアスおよび信号電圧の絶対和は臨界電圧量、いわゆるプルイン電圧Ｕ_{ｐｕｌｌ－ｉｎ}を超えるべきでない。この臨界電圧値は、この限度を上回る電圧に対して、意図された機能のために必要とされる機械および電気力の平衡が不安定かつ、それゆえに無関係であるという事実によって定義される。

動作点Ａは、ゼロに等しいバイアスを必要とする。ばね特性曲線が、図１に例示されるように、この動作点においては実際上線形であるが、信号電圧がその符号に関係なく一方向だけに運動を発生させ、そしてしたがって、周波数逓倍または動作点の動的に生じるシフトなど、強く非線形の伝達挙動を生じさせる。

動作点Ｂは、信号電圧の符号の変化による変形可能素子の運動の方向の変化を可能にする。割り当てられたばね特性曲線の推移も十分に小さくなるよう選択されるバイアスによる線形伝達挙動を可能にするが、しかしながら、線形動作における最大可能撓みまたはダイナミックレンジは、負信号電圧による低い最大可能撓みによって厳しく制限される。

動作点Ｃは、信号電圧の符号の変化および基本的に大きなダイナミックレンジによる変形可能素子の運動の方向の変化を可能にする。しかしながら、動作点の付近では、関連するばね特性曲線も撓み－電圧特性も強く非線形である。

それゆえに、設計関連の非線形性が二極原理の特徴である。これは、意図されるデバイスによって行われる機械的運動が電気入力信号に比例して従わないことを意味する。そのような非線形性は、機械的運動の最大許容振幅の不利な制限と併せて動作点として時間的に一定のバイアスを印加することによって、本質的に狭い限度内にだけ減少させることができる。更なる問題は、一定の電気バイアスまたは動作点を上昇させることによる入力信号の変更と比較したデバイスの有利な感度上昇が線形性に不利な影響を有するということである。前述の装置の更なる問題は、そこに与えられる非線形性が偶数次高調波を発生させる結果、その意図された目的に従って装置によって実施される機械的振動のゼロ点の幾何学的位置が動的にシフトするということである。この場合の特質は、容量性ＭＥＭＳデバイスを二極原理に従うセンサとして使用するときにも類似して当てはまる。

加えて、三極原理に基づく容量性ＭＥＭＳデバイスがある。図４ａおよび図４ｂは、少なくとも１つの移動可能もしくは変形可能素子または並進子２０１０および１つの静止素子または固定子２０２０を伴う三極原理またはプッシュプル原理に基づくＭＥＭＳデバイスを例示する。三極配置は、固定バイアスＵ_Ｂを用いてかつ追加的に可変信号電圧Ｕ_Ｓにより動作される。電極配置は、並進子２０１０を結果的な静電力によって固定子２０２０に関して２つの反対方向に撓ませることができるというように電気制御機構２０３０を許容する。これを可能にするために、固定子２０２０および並進子２０１０に、異なる機能を伴う合計少なくとも３つの電極が設けられる。三極原理は、その対称設計により、線形性挙動を最小限改善したが、しかしプルインリスクなどの不利点および低性能の観点からの不利点を伴う。

図５は、対称制御の場合の、図４ａおよび図４ｂに例示されるような、三極原理に基づくＭＥＭＳデバイスに対する電気信号強度または電圧と機械的変形または撓みとの間の典型的な関係を図示する。対称制御により、並進子の休止の、すなわちゼロの信号電圧における位置は、電気バイアスとは独立している。作動点においては、変形可能素子は機械的に休止位置にある、すなわち変形されない。これは、ばね特性曲線も動作点におけるかつ最大ダイナミックレンジに対する撓みと信号電圧との間の関係の特性も線形であることを意味する。

以下に、曲げ変換器および曲げ変換器システムの基本構成ならびにそれらの基本動作モードを概略図に基づいて記載する。

図６は、両側に活性層またはＭＥＭＳ変換器１４１ｂおよび１４２ｂが取り付けられた変形可能または撓み可能素子１３００の概略斜視図を示す。ＭＥＭＳ変換器１４１ｂに第１の電気信号が印加されると、撓み可能素子１３００は第１の方向１６１ｂに撓まされる。同様に、ＭＥＭＳ変換器１４２ｂに第２の電気信号が印加されると、撓み可能素子１３００は第１の方向と反対の第２の方向１６２ｂに撓まされる。

撓み可能素子の伝達特性の改善された線形性は、変形可能素子１３００の対称構成、ならびに対称電気制御機構と組み合わせた変形可能素子１３００上のバイモルフ構造１４１ｂ、１４２ｂの対称構成および対称配置によって達成できる。

対応する実施形態１０２０および対称荷重１０１９の場合に対するブロック図１０１０が図７ａに図示される。ブロック図１０１０は以下の３つのブロックから成る：対称制御機構１０１３、対称ＭＥＭＳ変換器１０１６および対称荷重１０１９。実施形態１０２０は、対称ＭＥＭＳ変換器１０１６ａ、１０１６ｂおよび２つの連接ネットワークループから成る対称制御機構１０１３ａを伴う対称撓み可能素子１１０ｄを例示する。対称性は、制御機構、ＭＥＭＳ変換器および荷重から成る全体システムの伝達特性が対称性原理に従う、すなわち信号電圧の符号が逆にされれば、本質的に同じ量であるが反対符号の変形可能素子の撓みという結果になるように構成されるべきである。

この対称性は結果として機械的偶数次高調波の抑制になる。本明細書で考慮される静電変換器に関しては、第三高調波の振幅は常に第二高調波の振幅より小さい。対称性は、したがって三次高調波の振幅も低減させる。全体として、これは低い高調波歪（ＴＨＤ）、すなわち大幅に改善された線形性を意味する。

図７ｂは、図７ａに図示される実施形態の伝達特性を図示する。実際的動作に関しては、図示される曲線の破線の枝が関与する。対称性の原理は、それゆえにこの実施形態によって満たされる。

対称制御機構１０１３ａは、図８に提示される抽象的原理を使用する。図７ａにおける制御機構１０１３ａは２つのループ、ループＩ、ループＩＩとして図８に例示される。ループＩは第１のＭＥＭＳ変換器１０１６ａまたはバイモルフＩに結合され、そしてループＩＩは第２のＭＥＭＳ変換器１０１６ｂまたはバイモルフＩＩに結合される。ループＩおよびループＩＩの第１および第２の電気信号は、それぞれ、バイアスＵ_０１またはＵ_０２および信号電圧Ｕ_{ｓｉｇｎａｌ１}またはＵ_{ｓｉｇｎａｌ２}を伴う連接ネットワークループを有する。対称の場合、ループＩおよびループＩＩのバイアスＵ_０１およびＵ_０２は、それぞれ等しく、そしてループＩおよびループＩＩの信号電圧Ｕ_{ｓｉｇｎａｌ１}およびＵ_{ｓｉｇｎａｌ２}は、それぞれ量は等しいが、反対符号で動作する。

以下の例は、以上の知見および考察を使用しており、低電圧要件および高性能の伝達特性の改善された線形性を提供することができる。

図９は、アクチュエータとして動作される曲げ変換器を図示する。それは参照番号１００で示される。曲げ変換器１００は、図６により詳細に例示される、撓み可能素子１１０および、図８に提示される原理を使用する、電気制御機構１２０を備える。撓み可能素子１１０は、撓み可能素子１１０の重心素分１３０から離間され、かつそれに沿って延びる第１のＭＥＭＳ変換器１４１、および重心素分１３０から離間され、かつそれに沿って延びる第２のＭＥＭＳ変換器１４２を備える。重心素分１３０は、撓み可能素子１１０が、縦方向ｘを横切る切断面において重心を有する全ての点を定める。言い換えれば、重心素分は、撓み可能素子の複数の連続横断面積の重心から生じる多数の点から成るまたはそれらを接続する部材における経路を定める。加えて、例１９０および１９１は、重心素分１３０から反対方向に離間される２つの繊維を図示する。ＭＥＭＳ変換器１４１に、図９の例では電圧Ｕ_ｓ１の第１の電気信号が印加されると、撓み可能素子１１０は第１の方向１６１に撓まされる。同様に、ＭＥＭＳ変換器１４２に、ここで同じく電圧Ｕ_ｓ２として例示される、第２の電気信号が印加されると、撓み可能素子１１０は第１の方向と反対の第２の方向１６２に撓まされる。言い換えれば、作動されると、ＭＥＭＳ変換器１４１は、電圧を印加することによって、方向１６１に重心素分１３０の前に設けられる素子１１０の繊維１９０の横歪および方向１６１に重心素分１３０の後ろに設けられる繊維１９１の同時収縮によって、方向１６１に撓みを生じさせる。これは、以下に記載する第１の時間間隔に制御機構において位相シフトによって行われる。第２の時間間隔には、他方のＭＥＭＳ変換器、すなわち１４２は、作動されると、電圧を印加することによって、繊維１９１の横歪および繊維１９０の収縮により方向１６２に素子１１０の撓みを生じさせる。ここで、例として、それぞれのＭＥＭＳ変換器１４１、１４２への対応する信号の印加に応じて発生する歪の場合が図示されるが、他の場合も可能である。図９に例示されるように、第１および第２のＭＥＭＳ変換器１４１、１４２は、各々本出願の実施形態に従う撓み可能素子１１０の縦方向ｘに沿ってセグメント化される平板コンデンサとして設計されてよい。それぞれの平板コンデンサ１４１、１４２の電極１５１～１５４は、セグメント境界１７０においてセグメント１６９間で互いに対して絶縁されて固定される。それぞれの平板コンデンサ１４１、１４２の電極１５１～１５４間に位置するスペーサ層を設けて、セグメント境界１７０においてスペーサを形成するために横に構築でき、それぞれのＭＥＭＳ変換器の電極を互いに対して固定する。電極１５１および１５２間にまたは１５３および１５４間に電圧が印加されれば、歪または、代替的に、セグメントの特定の構成により、収縮および、したがって記載した撓みという結果になる。更なる詳細をＷＯ２０１２０９５１８５に見ることができる。

電気制御機構１２０は、第１の電気信号Ｕ_ｓ１の変化および第２の電気信号Ｕ_ｓ２の変化が電気入力信号Ｕ_Ｅに依存し、第１および第２の電気信号Ｕ_ｓ１、Ｕ_ｓ２の位相が、１８０°だけ位相対立する、または０．００１°以上２４０°以下の、もしくは６０°～２００°間の位相シフトによって位相シフトされるなど、互いに関してシフトされるように、入力信号Ｕ_Ｅに応じて第１の電気信号Ｕ_ｓ１および第２の電気信号Ｕ_ｓ２を変更するように適合される。

変形可能素子１１０の対称構成の結果、例えば、重心素分１３０が同素子の対称面を形成すること、および図７ａに関して例示されたような、対称制御機構の可能性によって、対称電気制御機構との相互作用により、同時に高線形性を伴う高効率を達成することが可能である。以下に、この目的の達成を更に改善することになる方策を記載する。

図１０は、図６に例示されたような撓み可能素子１１０ａおよび図８に提示された原理を使用する電気回路３２０を伴う、センサとして動作される曲げ変換器３００を図示する。曲げ変換器３００の撓み可能素子１１０ａは、図９における曲げ変換器１００の撓み可能素子１１０のように構築できるが、後者はアクチュエータとして使用されており、それが理由で図９の説明が参照され、同じ参照番号が使用される。撓み可能素子１１０ａの変形は、ここで再び電圧Ｕ_ｓ１、Ｕ_ｓ２として例示される第１または第２の電気信号を用いて第１または第２のＭＥＭＳ変換器１４１ａ、１４２ａにおいて決定できる。ＭＥＭＳ変換器１４１ａ、１４２ａが平板コンデンサとして構成される場合、信号は、例えば、その電極における電圧として発生される。電気回路３２０は、出力信号Ｕ_ｏｕｔの変化が第１の電気信号Ｕ_ｓ１の変化および第２の電気信号の変化Ｕ_ｓ２の差に依存するように、第１の電気信号Ｕ_ｓ１および第２の電気信号Ｕ_ｓ２から出力信号Ｕ_ｏｕｔを発生するように構成される。図９におけるように、変形可能素子１１０の対称構成の結果、例えば、重心素分１３０が同素子の対称面を形成すること、および図７ａに関して例示されたような、対称事前電気接続１０１３ａの可能性により、同時に高線形性を伴う高性能を可能にする。以下に、曲げ変換器をセンサとして動作させる本場合にもこの目的の達成を改善する方策を記載する。

これは以下の記載において特に指摘されないが、撓み可能素子１１０または１１０ａが、上述したセグメント化方向ｘに沿った撓み可能素子の一端を締め付ける、片持ち式素子、例えば片持ち式梁であることができることが述べられるべきである。図中で、締付けは、左のハッチングによって所々示される。

意図されたように使用されると、曲げ変換器の変形可能素子１１０、１１０ａは外力または外部負荷にさらされるが、それら自体は、それら自体の重量によってまたはマイクロポンプにおけるピストン運動の場合など、変形可能素子の運動方向に関して非対称であり得る。図１１は、非対称荷重１１３０を伴う対称全体システム１１００のブロック図を示す。対称全体システム１１００のブロック図は３つの以下のブロックを備える：適合対称性を伴う制御機構１１１０、適合対称性を伴う撓み可能素子１１２０、非対称荷重１１３０。

制御機構１２０、図９に開示される変形可能素子１１０、１１０ａ、および荷重から成る全体システムの必要な対称性は、変換器構成の特定の適合および／または非対称荷重１１３０へのその電気制御機構の適合によって達成できる。全体システムの個々の部分の対称性は、図７ａに示されるように、必要でない。曲げ変換器の対称性は、非対称荷重１１３０（図１１）に適合される曲げ変換器の非対称バイモルフ構造、すなわち、例えば、図９および図１０における素子１１０、１１０ａの対称性によって達成できる。バイモルフ構造１４１、１４１ａ、１４２、１４２ａの対称性適合は、とりわけ、変形可能素子１１０、１１０ａの電極厚みまたは対称中心線の両側間の電極間隔を変更することによって達成できる。これの一例が図２２に開示される。しかしながら、対称性適合は、制御機構１２０または回路３２０（図１０）を適合させることによって、例えばループＩもしくはループＩＩまたはＭＥＭＳ変換器１４１、１４１ａ、１４２、１４２ａに割り当てられる制御機構のそれぞれの部分における電気的インピーダンスを補償することを導入することによって行うこともできる。最後に、変形可能素子１１０、１１０ａの有効ばね剛性ｋ’は、固定電圧Ｕ_０のレベルと共にその機械的ばね剛性ｋに関して変化する。

システムは、それゆえに、ループＩおよびループＩＩにおいて異なる固定電圧Ｕ_０１およびＵ_０２を選択することによって、すなわち図９の場合には制御機構１２０によってＭＥＭＳ変換器ユニット１４１および１４２に異なるバイアスを印加すること、または図１０の場合には電気回路３２０による異なるバイアスの提供によって、非対称荷重１１３０に適合させることができる。制御機構および撓み可能素子１１０、１１０ａのレベルにおける対称性適合のための方策は、全体システムに対する対称性原理が実際上妥当な限度内で満たされるように構成できる。

言い換えれば、図９および図１０において、電気回路３２０および制御機構１２０は、それぞれ、例えば動作から生じて一定である、撓み可能素子１１０／１１０ａへの非対称荷重を補償するために、ＭＥＭＳ変換器１４１／１４１ａおよび／またはＭＥＭＳ変換器１４２／１４２ａを異なるバイアスで動作させて荷重の非対称を補償するように構成されてよい。例えば、非対称荷重が、休止位置の撓み可能素子の撓みを方向１６２に生じさせれば、反対方向に撓みを生じるＭＥＭＳ変換器が、より高いバイアスで動作される。

変換器対称性の適合、ならびに／またはその電気制御機構１２０および回路３２０の、それぞれ非対称荷重１１３０への適合は、図１１と対照的に、適切なセンサおよびフィードバックシステムを用いて動的にも、すなわち交番荷重を伴う動作の間にも達成できる。トランジスタ、演算増幅器などといった能動ネットワーク部品を用いて、インピーダンス、電圧、電流などの、関連した電気ネットワークパラメータがそれぞれの荷重状況に調整される。図１２は、フィードバックシステムを伴う対称全体システム１２００のブロック図を示す。

ブロック図は３つの連続ブロックおよび１つのフィードバックシステム１２４０を図示する。３つのブロックは：動的適合対称性を伴う制御機構１２１０、動的適合対称性を伴う撓み可能素子１２２０、および非対称荷重１２３０である。フィードバック１２４０は、非対称荷重１２３０を撓み可能素子１２２０におよび制御機構１２１０に結合する。

言い換えれば、図９および図１０における撓み可能素子１１０／１１０ａへの非対称荷重が測定される場合もある。測定は外部から行い、そして制御機構１２０にまたは電気回路３２０に送ることができ、その結果、後者はそれに応じてＭＥＭＳ変換器１４１／１４１ａおよび／もしくはＭＥＭＳ変換器１４２／１４２ａに対するバイアスまたは２つのバイアス間の差を調整する。非対称荷重の測定は内部センサによって行うこともできる。制御機構１２０または電気回路３２０は、それ自体ＭＥＭＳ変換器１４１／１４２の機械－電気変換を介して撓み可能素子への非対称荷重を検出できる。

重要な態様は、偶数次高調波の対称性誘起抑制により、休止位置または動作点の動的に生じるシフトが防止できるということである。動作点のそのような動的シフトは、さもなければ、アクチュエータまたはセンサとして使用されるときに入力信号または刺激のスペクトル組成に応じてシステム特性を変化させ、それゆえに特に不利である。

システムの線形性を上昇させることによって、分数調波共振の発生も抑制される。分数調波共振は、通例は、広帯域信号でアクチュエータとして動作される非線形曲げ変換器１００を制御する１２０ときに発生する。それらが、技術的に使用可能な周波数範囲を共振周波数の分数、典型的に１／２、１／３、１／５などに制限するのは、制御エレクトロニクス１２０の出力がその周波数軸上を通過するときに実際上短絡されるからである。分数調波共振が通常は能動フィードバックシステム１２４０によって不完全に低減できるだけであるのは、非線形性と共に混変調現象も発生するからである。加えて、能動フィードバックシステム１２４０はシステムコストを増加させる。システム減衰または電力散逸を増加させることによる分数調波共振の抑制は駆動効率を不必要に低下させ、特にモバイル用途には不利である。対照的に、変形可能素子の線形化は特に有利である。

更なる態様は、感度、すなわちその伝達関数の勾配が、制御機構１２０および電気回路３２０およびＭＥＭＳ変換器１４１、１４１ａ、１４２、１４２ａの設計を使用して固定電圧Ｕ_０を変化させることによって調整できるという知見である。感度は固定電圧Ｕ_０の二乗に比例する：
感度∝（Ｕ_０）^２

結果的に、例えば、固定電圧Ｕ_０を上昇させることによって、最大撓みを達成するために必要とされる信号電圧Ｕ_{ｓｉｇｎａｌ}の振幅は、線形性のいかなる著しい損失もなく低減できる。

この態様は、動作のために必要とされる無効電力が信号電圧Ｕ_{ｓｉｇｎａｌ}の二乗に比例し、かつバイアスＵ_０を増加させることによって大いに低減できるので、アクチュエータ１００としての曲げ変換器３００の使用にとって重要である。
無効電力∝（Ｕ_{ｓｉｇｎａｌ}）^２

高無効電力消費は制御エレクトロニクス１２０における高電気損失を発生させ、モバイル用途における曲げ変換器の使用と両立しない。容量性、磁気または圧電アクチュエータなどの先行技術と比較して、この態様は明確な利点である。

この態様は、センサの感度を大いに上昇させることができ、そして例えば、この曲げ変換器で実現されるマイクロホンの信号対雑音比を大幅に改善できるので、センサとしての曲げ変換器の使用にとって重要である。

この態様は、信号電圧振幅の有利な選択により、必要な制御エレクトロニクス１２０または回路３２０のための費用を大幅に低減できるので、アクチュエータとしてもセンサとしても曲げ変換器の使用にとって重要である。例えば、電圧＜１２ＶのためのＣＭＯＳエレクトロニクスの生産が特に費用効果的である。信号電圧＜５Ｖが、低コスト電子部品のために広く使用されるＴＴＬ標準を満たす。信号電圧＜１．３Ｖは、現代の信号プロセッサの電気出力によって直接、すなわち追加のドライバ回路網なしで制御できる。

変形可能素子１１０、１１０ａの感度、すなわち伝達関数のゼロにおける接線勾配は設計方策によって改善できる。ここでの決定的要因は、感度が、最大撓みにおける変形可能素子１１０、１１０ａに蓄積される弾性変形のエネルギーに対するバイモルフ構造１４１、１４１ａ、１４２、１４２ａに蓄積可能な最大静電エネルギーの比に比例するということである：

これは、曲げ変換器の感度が（他の事情が同じならば）、バイモルフ構造１４１、１４１ａ、１４２、１４２ａに蓄積可能な最大静電エネルギーを増加させることによっておよび／または最大撓みのために必要とされる変形エネルギーを低減することによって上昇されるのを許容する。それに応じて、或る感度を調整するために必要とされる固定電圧Ｕ_０を下げることができる。

バイモルフ構造１４１、１４１ａ、１４２、１４２ａに蓄積可能な最大静電エネルギーは、巧みに選ばれた電極幾何形状および配置によって増加させることができる。例えば、櫛構造の形態の交差指形配置を、図１９ｃに図示されるように、電極間に配置できる。特に、図１９ｃは、ＭＥＭＳ変換器１４１（ａ）の電極１５１および１５２の突起がどのように噛み合って、容量および、したがって蓄積可能な静電エネルギーも増加させるかを図示する。同じことが他方のＭＥＭＳ変換器１４２／１４２ａに対しても図示される。

変形可能素子１１０／１１０ａに蓄積可能な最大弾性エネルギーが巧みに選ばれた機械設計によって低減できることも可能である。

例えば、支持構造の原理に従って、撓み中に変形される実体積が最小化できる。

曲げ変換器１００、３００に関しては、変形可能素子１１０、１１０ａが片持ち式梁であり、かつその意図された運動方向がウエハ面にあり、最大梁長および、したがって最低可能共振周波数が垂直プルインによって制限される。運動方向に垂直な変形可能素子１１０、１１０ａのばね剛性が垂直プルインを決定するのに対して、運動方向におけるばね剛性は共振周波数を決定する。上記した有効ばね剛性と固定電圧Ｕ_０との間の関係は主に運動方向におけるばね剛性に当てはまる。この知見は、機械的に決定された限度に関して固定電圧を上昇させることによって所与の変形可能素子１１０、１１０ａの最低可能共振周波数を更に低減させることを可能にする。

変形可能素子１１０、１１０ａの有効ばね剛性ｋ’は、固定電圧Ｕ_０を用いて機械的ばね剛性ｋに関して下げることができる：

この知識によって、共振周波数または動的挙動が用途状況に応じて固定電圧Ｕ_０を介して共振周波数下で調整できる、電子可変曲げ変換器１００／３００または曲げ変換器システムが実現できる。

以下に、幾つかの曲げ変換器の共同に基づく一部の実施形態を記載する。

図１３は、複数の曲げ変換器１００ａ～ｎおよび分割回路２２０を備える曲げ変換器システム２１０を図示する。数ｎは２以上であることができる。複数の曲げ変換器１００ａ～ｎの各々は、アクチュエータとして使用され、かつ図９に記載されるように構築されるが、スペクトル効率および感度が異なる。これは後述するように達成できる。図１３において、撓み可能素子の相互に異なる寸法設計によって相互に異なるスペクトル効率が達成されることが示される。分割回路２２０は、曲げ変換器１００ａ～ｎに個別に結合されており、かつ各曲げ変換器１００ａ～ｎが、その感度および線形性が高い入力信号２３０のスペクトル部分を受信する、またはそれぞれの曲げ変換器と関連する周波数帯に適切であるように、総入力信号Ｕ_Ｅ２３０を複数の曲げ変換器１００ａ～ｎに対する複数の入力信号Ｕ_Ｅａ～Ｕ_Ｅｄ２４０ａ～ｎへスペクトル分割するように適合される。分割回路は任意選択であり、省略もされ得る。線形性は、図１３に例示されるように幾つかの１００ａ～ｎ曲げ変換器を使用することによって上昇させることができる。１００ａ～ｎ曲げ変換器の機械的効果が増す結果、配置の個々の曲げ変換器はダイナミックレンジまたは撓みの一部分内においてだけで動作させることができる。相当する効果を伴う単一の曲げ変換器、すなわち変形可能素子が１つだけで効率が同じ配置では、同じ線形性を可能にするために高度な精度および方策を必要とするであろう。

図１４は、複数の曲げ変換器３００ａ～ｎおよび回路４２０を伴う曲げ変換器システム４１０を図示する。数ｎは２以上であることができる。曲げ変換器３００ａ～ｎは、各々センサとして動作されており、図１０における曲げ変換器と同じように構築される。回路４２０は、曲げ変換器３００ａ～ｎに結合されて、複数の曲げ変換器３００ａ～ｎの複数の出力信号Ｕ_{ｏｕｔ，ａ}～Ｕ_{ｏｕｔ，ｎ}から総出力信号Ｕ_ｏｕｔをスペクトル集約する。図１３におけるように、曲げ変換器は、それらのスペクトル効率または感度に関して互いと異なるが、これは、図１４に示されるように、それらが互いとは異なって寸法設計されるという事実によって実現できる。各曲げ変換器３００ａ～ｎが、その感度および線形性が高い特定のスペクトル部分または周波数帯のために構成されるので、線形性を上昇させることができ、それによって曲げ変換器の効果が加えられる。相当する効果を伴う単一の曲げ変換器、すなわち変形可能素子が１つだけで効率が同じ配置では、同じ線形性を可能にするために高度な精度および方策を必要とするであろう。

図１５は、複数の曲げ変換器７３０ａ～ｎおよびバイアス調整のための回路、すなわち７２０を有する曲げ変換器システムを図示する。曲げ変換器は、図１５において参照番号７３０ａ～ｎで示され、それらが、図１３の曲げ変換器１００ａ～ｎなど、アクチュエータとして使用されるもの、または図１４の曲げ変換器３００ａ～ｎなど、センサとして動作される曲げ変換器でよいことを示す。図１３および図１４とは異なり、図１５の曲げ変換器７３０ａ～ｎは、それらの寸法が異ならないというように図示される。にもかかわらず、曲げ変換器７３０ａ～ｎのスペクトル効率または感度を変更することが可能である。これはバイアス調整回路７２０によってなされる。同回路は、曲げ変換器７３０ａ～ｎの撓み可能素子においてＭＥＭＳ変換器が動作される上述したバイアスを個々に調整することができる。この調整は、次いで曲げ変換器７３０ａ～ｎのスペクトル効率または感度が個別化されるまたは異なる周波数帯を担わせられるのを許容する。例えば、バイアス調整回路７２０は、曲げ変換器の微調整をそこで実施するために、図１３および図１４のシステムにおいても周波数分解回路２２０に加えてまたは合成回路４２０に加えて使用され得る。逆に、回路２２０／４２０が図１５にも設けられ得る。

センサとしてかアクチュエータとしてか動作させることができる曲げ変換器を提供することが可能である。図１６は、そのような曲げ変換器８４０を図示する。曲げ変換器８４０は、センサとしておよび／またはアクチュエータとして動作させることができるが、回路８２０が設けられており、曲げ変換器８４０をセンサとしておよび／またはアクチュエータとして動作させるように構成される。曲げ変換器は、図９における撓み可能素子１１０および／または図１０における撓み可能素子１１０ａのように構築される撓み可能素子１１０ｂ、ならびに入力信号Ｕ_ｉｎに応じて第１および第２の電気信号Ｕ_ｓ１、Ｕ_ｓ２を変更するか、または第１および第２の電気信号Ｕ_ｓ１、Ｕ_ｓ２から出力信号Ｕ_ｏｕｔを発生するように構成される電気回路８３０を備える。回路８２０は、回路８３０と結合され、かつ曲げ変換器８４０をセンサとしておよび／またはアクチュエータとして動作させるように構成される。

図１６に典型的に記載されたもののように、アクチュエータまたはセンサとしてのそれらの使用に関してまだ定められていない曲げ変換器さえ、１つのシステムへ結合できる。図１７は、そのようなシステムを図示する。

図１７は、曲げ変換器システム９１０および回路９２０を図示する。曲げ変換器システムは複数の曲げ変換器８４０ａ～ｎを備える。曲げ変換器８４０ａ～ｎは、図１６における曲げ変換器８４０のように構築でき、かつアクチュエータおよび／またはセンサとして動作させることができる。回路９２０は、曲げ変換器に個別に結合され、かつ総量の曲げ変換器の第１の部分がアクチュエータとして選択されかつ総量の曲げ変換器の第２の部分がセンサとして選択され、ここで部分集合が制御信号Ｓに依存して分配される、ように構成される。言い換えれば、回路９２０は、図１６の回路８３０に制御回路としての機能か電気回路としての機能かのいずれかを引き継ぐよう命令する。

既に上述したように、幾つかの曲げ変換器から成る提示されたシステムは、改善された線形性を達成することができる。幾つかの曲げ変換器の使用は、それらの機械的効果が増すように行われ、その結果それぞれの配置またはシステムの個々の曲げ変換器は、例えば、システムのダイナミックレンジ全体の一部分内においてで動作されるだけでよい。１つだけの変形可能素子で同じ機能の配置を伴う、相当する幾何形状のアクチュエータでは、より高精度およびより多くの方策を必要とするであろう。

以下曲げ変換器および撓み可能素子の更なる実施形態を記載する。

曲げ変換器に基づき、アクチュエータとして動作されるデバイスの構造が、片持ち式梁に基づいて再度図１８ａ～図１８ｄに図示される。絶縁スペーサ層１７０’ならびに導電性材料１５１および１５４が導電性梁１２０１の両側に適用される。例えば、絶縁スペーサ層１７０’は、撓み可能素子が縦方向ｘに沿ってセグメント化されたセグメント１６９の各々において電極１２０１および１５１間にまたは電極１２０１および１５４間に薄い空洞１３０４および１４０４が形成され、そしてセグメント境界に絶縁スペーサ１７０が残るように、犠牲層技術を用いて横に構築できる。空洞は誘電体犠牲層の厚みを有し、したがってコンデンサの平板間隔を定める。電極１２０１および１５１間にまたは電極１２０１および１５４間に電圧が印加されれば、静電場のｙ方向における力は結果としてｘ方向における梁の表面の横歪になる。梁１２０１は表面歪の結果として撓まされる。規則的な横幾何形状が使用されれば、表面歪はほぼ一定であり、球状変形プロファイルが作製される。

外部電極１５１および１５４にＤＣ電圧Ｕ_Ｂが印加され、そして中間電極または梁に音声信号などのＡＣ信号電圧Ｕ_Ｓが印加されるというように電気配線がなされる。外部電極１５１および１５４には電気バイアスが与えられる。ＡＣ信号電圧Ｕ_Ｓの振幅は電気バイアスＵ_Ｂに等しいまたは好ましくはそれより小さい。システムにおける最高電位は、経済的に賢明な方式で選択されなければならず、かつ適用可能な指令および標準に従うことができる。外部電極の電気バイアスにより、梁の湾曲は信号ＡＣ電圧Ｕ_Ｓに従う。ＡＣ信号電圧Ｕ_Ｓの正の半波は、負のｙ方向における梁１２０１の湾曲に至る。負の半波は、正のｙ方向における梁１２０１の湾曲に至る。図１８ａ～図１８ｄは、電気接触の更なる変形を図示する。

図１８ａは、ＤＣ電圧が与えられるが、図１８ｂと比較して逆の電位が与えられる、それぞれの外部電極を図示する。

図１８ｃおよび図１８ｄは、内部電極の電気バイアスの変形を図示する。信号電圧は外部電極に印加される。

外部または内部電極に電気的に印加されるバイアスの代わりに、エレクトレット、例えば二酸化ケイ素としての外部または内部電極の永久分極が可能である。前図に図示される電圧源の代わりに、電流源が使用できる。

図１９ａ～図１９ｃは、撓み可能素子の更なる実施形態またはＭＥＭＳ変換器の電極の代替トポグラフィを図示しており、明確にするために制御機構は図示されない。図１８ａ～図１８ｄの参照番号および基本説明が引き続き適用される。

図１８ａ～図１８ｄは、曲げられるべき要素またはキャリア１２０１自体が電極として機能できることを例示する。図１９ａは、可能な構成を例示しており、それによれば、代わりとして、平板コンデンサに面する支持体１２０１の表面または上下の側に直接、それぞれの平板コンデンサの別々の近位電極が設けられる。ここで、１５２および１５３は内部または近位電極であり、そして１５１および１５４は外部または遠位電極である。

電極のトポグラフィは、図１９ｂに概略的に図示されるように構築できる。加えて、異形の電極、例えばドーム形電極が可能である。コンデンサ領域および、したがって蓄積可能な静電エネルギーを更に増加させるために、図１９ｃに図示されるように、櫛形電極が可能である。

曲げられるべき要素、例えば梁は、両側において片持ちにするまたは締め付けることができる。

図２０ａ～図２０ｃおよび図２１ａ～図２１ｂは、撓み可能素子の更なる可能な実施形態を図示する。これらの図の各々において、セグメント半分１６９が図示される。残り半分は各々対称的に成形できる。曲げ変換器または撓み可能素子は、縦方向ｘに連続的なように形成される、例えば偶数のセグメント１６９から成る。例示では、トポグラフィだけが図示され、電極と絶縁スペーサ層との間を区別することはない。

特に、図２０ａは、重心素分１３０を介して互いに対向する２つの電極１５１および１５４の電極１５１および１５４が各々重心素分１３０によって前方へ膨れ、同電極をその他の電極１５２および１５３からそれぞれ隔てる空間１３０４および１４０４が重心素分１３０の方向にほぼ一定の厚みであるように、各セグメント１６９が形成される場合を図示する。言い換えれば、セグメント１６９における内部電極１５２および１５３も重心素分１３０から離れて湾曲される。図２０ａの場合、内部電極１５２および１５３間の撓み可能素子は一体的に、すなわち空洞なしで接続される。図２０ｂは、電極１５２および１５３間に空洞１５００が形成される図２０ａの実施形態の変形を図示する。図２０ｃは、内部電極１５２および１５３が重心素分１３０から外へ膨れず、重心素分１３０と平行のままであり、その結果これらの電極１５２、１５３をそれぞれの遠位電極１５１／１５４から隔てる空洞１３０４／１４０４が縦方向ｘに変化する、特にセグメント境界１７０からセグメントの中心に向けて増加する厚みを有する変更を図示する。

図２０ａ～図２０ｃは、遠位電極１５１および１５４が多層である構成を図示する。これは、図２０ａおよび図２０ｂの構成では、各セグメントにおける撓み可能素子が、それがセグメント境界１７０間で重心素分１３０から離れて両方向に膨れる、すなわちセグメントの中心に向けて厚くなり、その結果、近位電極１５２および１５３もそれに応じて膨れる、というように構成されることを意味する。近位電極１５２および１５３に従って、電極１５１を形成する２つの層１６０１、１６０２ならびに電極１５４を形成する電極層１６０３および１６０４が、重心素分１３０から離れて向く近位電極１５２および１５３の側にそれぞれ延びる。電極対１６０１および１６０２ならびに１６０３および１６０４間に、それぞれ、縦方向ｘに沿って一定の厚みの空洞が再び形成される。一方の層１６０１～１６０２ならびに他方の１６０３および１６０４に同じ電位を与えることができる。代替的に、各ＭＥＭＳ変換器を、３つの電極１５２、１６０１および１６０２または１５３、１６０３および１６０４が備えられるように変更することが可能であろう。図２０ｃは、層の対１６０１および１６０２または１６０３および１６０４間の空洞が縦方向ｘに沿って変化する、すなわちセグメントの中心において最大の厚みであり得ることを図示する。

図２１ａおよび図２１ｂは、図１９ｃの構成の変形を図示しており、例外としては各セグメントにおける遠位電極１５１および１５４がそれぞれ凸状または凹状に膨れ、すなわち図２１ａに従う凸状の場合、セグメントの中央において最も膨れ、そして図２１ｂの場合、近位電極１５２および１５３に最も近く膨れる一方、電極１５１～１５４の突起がそれぞれ互いに櫛状に噛み合うまたは突出することである。

図２０ａ～図２１ｂは、ここまでに図示したトポグラフィと比較して、より大量のエネルギーが蓄積されるのを許容し、そしてしたがってアクチュエータのより大きな撓みを許容するトポグラフィを図示する。特に、図２０ａ～図２０ｃに従う遠位電極の二重電極構造および電極の交差指形設計の遠位電極の凹凸湾曲構成が、高量の蓄積可能なエネルギーに関する、および同時に可能最大撓みを可能にするために材料に適切なトポロジに関する利点を許容する。

図２２は、片持ちにされた、非対称アクチュエータ１００または非対称的に構成された撓み可能素子１１０を伴う曲げ変換器１００の実施形態を開示する。第１のＭＥＭＳ変換器１４１の電極１５１および１５２は第２のＭＥＭＳ変換器１４２の電極１５３および１５４より厚い。これは電極１５１および１５２間の距離も増加させる。有利には、非対称構造は、結果としてアクチュエータの非対称効果になる。図２２は、したがって外部非対称性を補償するために使用できる構造非対称性の可能性を例示する。

したがって、上記実施形態は、広いダイナミックおよび周波数範囲で特に線形に動作する簡略変換器を設計することを可能にする。実施形態によれば、適度な電圧だけが必要とされる。同時に、それは高性能レベルを有する。

上記した実施形態は単に本発明の原理を例示するだけである。本明細書に記載される配置および詳細の変形および変更が当業者に明らかであろうことが理解される。それゆえに、本発明が、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、本明細書における実施形態の記載および説明として提示される具体的な詳細によって限定されないことが意図される。

１００ 曲げ変換器、アクチュエータ
１１０ 撓み可能素子
１２０ 電気制御機構、制御エレクトロニクス
１３０ 重心素分
１４１ 第１のＭＥＭＳ変換器、ＭＥＭＳ変換器ユニット、バイモルフ構造
１４２ 第２のＭＥＭＳ変換器、ＭＥＭＳ変換器ユニット、バイモルフ構造
１５１～１５４ 電極
１５１、１５４ 導電性材料
１６１ 第１の方向
１６２ 第２の方向
１６９ セグメント
１７０ 絶縁スペーサ、セグメント境界
１７０’ 絶縁スペーサ層
１９０、１９１ 繊維
２１０ 曲げ変換器システム
２２０ 分割回路、周波数分解回路
２３０ 総入力信号、入力信号
２４０ 入力信号
３００ 曲げ変換器
３２０ 電気回路
４１０ 曲げ変換器システム
４２０ 回路
７１０ 曲げ変換器システム
７２０ バイアス調整回路
７３０ 曲げ変換器
８２０ 回路
８３０ 電気回路
８４０ 曲げ変換器
９１０ 曲げ変換器システム
９２０ 回路
１０１３ 対称制御機構
１０１６ 対称ＭＥＭＳ変換器
１０１９ 対称荷重
１１００ 対称全体システム
１１１０ 適合対称性を伴う制御機構
１１２０ 適合対称性を伴う撓み可能素子
１１３０ 非対称荷重
１２００ フィードバックシステムを伴う対称全体システム
１２０１ 導電性梁、電極、支持体
１２１０ 動的適合対称性を伴う制御機構
１２２０ 動的適合対称性を伴う撓み可能素子
１２３０ 非対称荷重
１２４０ フィードバックシステム
１３００ 撓み可能素子、変形可能素子
１３０４、１４０４、１５００ 空洞
１６０１～１６０４ 電極層
１８１０ 並進子、シャトル
１８２０ 固定子
１８３０ 電圧
２０１０ 並進子
２０２０ 固定子
２０３０ 電気制御機構

Claims (24)

1. 撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）を伴うアクチュエータとしての曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ）であって、
   ・第１の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ１、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}）が印加されると前記撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）を第１の方向（１６１、１６１ｂ）に撓ませる、前記撓み可能素子の重心素分（１３０、１３０ａ）に沿って延びる微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１０１６ａ）と、
   ・第２の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）が印加されると前記撓み可能素子を前記第１の方向と反対の第２の方向（１６２、１６２ｂ）に撓ませる、前記重心素分（１３０、１３０ａ）に沿って延びる第２の微小電気機械変換器（１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ｂ）と、を備え、
   前記重心素分（１３０、１３０ａ）が、互いから離れて向く前記第１および第２の微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ａ、１０１６ｂ）の側間に設けられ、
   さらに、前記第１の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ１、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}）の変化および前記第２の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）の変化が電気入力信号（Ｕ_Ｅ、Ｕ_Ｅａ～Ｕ_Ｅｄ、Ｕ_ｉｎ、Ｕ_ｉｎ１～Ｕ_ｉｎ３）に依存し、前記第１および第２の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）の位相が互いに関してシフトされるように、前記入力信号（Ｕ_Ｅ、Ｕ_Ｅａ～Ｕ_Ｅｄ、Ｕ_ｉｎ、Ｕ_ｉｎ１～Ｕ_ｉｎ３）に応じて前記第１の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ１、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}）および前記第２の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）を変更するように構成される電気制御機構（１２０、１０１３ａ）
   を備える、曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ）。
2. 前記第１の微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１０１６ａ）および前記第２の微小電気機械変換器（１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ｂ）が、前記撓み可能素子の縦方向に沿ってセグメント化（１６９）される平板コンデンサを備える、請求項１に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
3. 前記第１および第２の平板コンデンサの電極（１５１～１５４、１５１ａ～１５４ａ）が、交差指形であるように構成される、請求項２に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
4. 前記電気制御機構（１２０、１０１３ａ、１１１０、１２１０）が、前記第１の微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１０１６ａ）に前記第１の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ１、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}）として第１のバイアス（Ｕ_０、Ｕ_０１、Ｕ_０ａ～Ｕ_０ｎ、Ｕ_Ｂ）および、前記入力信号（Ｕ_Ｅ、Ｕ_Ｅａ～Ｕ_Ｅｄ、Ｕ_ｉｎ、Ｕ_ｉｎ１～Ｕ_ｉｎ３）に依存する第１の信号部分の組合せを、ならびに／または前記第２の微小電気機械変換器（１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ｂ）に前記第２の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）として第２のバイアス（Ｕ_０、Ｕ_０２、Ｕ_０ａ～Ｕ_０ｎ、Ｕ_Ｂ）および、前記入力信号（Ｕ_Ｅ、Ｕ_Ｅａ～Ｕ_Ｅｄ、Ｕ_ｉｎ、Ｕ_ｉｎ１～Ｕ_ｉｎ３）に依存する第２の信号部分の組合せを印加するように構成される、請求項２に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
5. 前記第１のバイアス（Ｕ_０、Ｕ_０１、Ｕ_０ａ～Ｕ_０ｎ、Ｕ_Ｂ）および／または前記第２のバイアス（Ｕ_０、Ｕ_０２、Ｕ_０ａ～Ｕ_０ｎ、Ｕ_Ｂ）が、前記撓み可能素子の前記重心素分（１３０、１３０ａ）が前記入力信号（Ｕ_Ｅ、Ｕ_Ｅａ～Ｕ_Ｅｄ、Ｕ_ｉｎ、Ｕ_ｉｎ１～Ｕ_ｉｎ３）に依存する信号部分なしには、および前記撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）への外部の機械的影響なしには撓まされないように調整される、請求項４に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
6. 前記電気制御機構（１２０、１０１３ａ、１１１０、１２１０）が、前記曲げ変換器のばね剛性および／または前記曲げ変換器の感度および／または前記曲げ変換器の共振周波数が前記第１および／または前記第２の微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ａ、１０１６ｂ）における前記一方のバイアス（Ｕ_０、Ｕ_０１、Ｕ_０２、Ｕ_０ａ～Ｕ_０ｎ、Ｕ_Ｂ）または前記両方のバイアス（Ｕ_０、Ｕ_０１、Ｕ_０２、Ｕ_０ａ～Ｕ_０ｎ、Ｕ_Ｂ）を調整することによって調整可能であるように構成される、請求項４または５に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
7. 前記電気制御機構（１２０、１０１３ａ、１１１０、１２１０）が、前記撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）への非対称荷重（１１３０、１２３０）を補償するために前記第１および第２の電気信号（Ｕ_Ｓ、Ｕ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）の前記変化を異なる振幅で行うように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
8. 前記非対称荷重（１１３０、１２３０）が、前記微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ａ、１０１６ｂ）の構造非対称性および／または前記撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）に作用する非対称力である、請求項７に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
9. 前記電気制御機構（１２０、１０１３ａ、１１１０、１２１０）が、前記非対称荷重（１１３０、１２３０）の影響を動的に補償するためのフィードバックループ（１２４０）を備える、請求項７または８に記載の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の複数の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）を備え、前記曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）が前記微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ａ、１０１６ｂ）の寸法設計に関して一致し、前記複数の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０ａ～ｎ）の前記ばね剛性および／または前記共振周波数および／または前記感度が前記第１および／または第２の微小電気機械曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）へのバイアスを介して個々に調整可能である、曲げ変換器システム（２１０、４１０、７１０、９１０）。
11. 請求項１から９のいずれか一項に記載の複数の曲げ変換器（１００、１００ａ～ｎ、３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ、８４０、８４０ａ～ｎ）および、総入力信号（Ｕ_Ｅ、Ｕ_ｉｎ）を前記複数の曲げ変換器に対する複数の入力信号（Ｕ_Ｅａ～Ｕ_Ｅｄ、Ｕ_ｉｎ１～Ｕ_ｉｎ３）へスペクトル分割するように構成される分割回路（２２０）を備える、曲げ変換器システム（２１０、４１０、７１０、９１０）。
12. 撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）を伴うセンサとしての曲げ変換器（３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ）であって、
    ・端子において前記撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）の変形に従って第１の電気信号（Ｕ_Ｓ１、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}）を決定できる、前記撓み可能素子の重心素分（１３０、１３０ａ）に沿って延びる第１の微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１０１６ａ）と、
    ・端子において前記撓み可能素子（１１０、１１０ａ～ｎ、１１２０、１２２０、１３００）の前記変形に従って第２の電気信号（Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）を決定できる、前記撓み可能素子の前記重心素分（１３０、１３０ａ）に沿って延びる第２の微小電気機械変換器（１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ｂ）と、を備え、
    前記重心素分（１３０、１３０ａ）が、互いから離れて向く前記第１および第２の微小電気機械変換器（１４１、１４１ａ～ｂ、１４２、１４２ａ～ｂ、１０１６ａ、１０１６ｂ）の側間に設けられ、
    さらに、出力信号（Ｕ_ｏｕｔ、Ｕ_ｏｕｔａ～Ｕ_ｏｕｔｄ、Ｕ_ｏｕｔ、Ｕ_ｏｕｔ１～Ｕ_ｏｕｔ３）の変化が前記第１の電気信号（Ｕ_Ｓ１、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}）の変化と前記第２の電気信号（Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）の変化との間の差に依存するように前記第１の電気信号（Ｕ_Ｓ１、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ１}）および前記第２の電気信号（Ｕ_Ｓ２、Ｕ_{Ｓｉｇｎａｌ２}）から前記出力信号（Ｕ_ｏｕｔ、Ｕ_ｏｕｔａ～Ｕ_ｏｕｔｄ、Ｕ_ｏｕｔ、Ｕ_ｏｕｔ１～Ｕ_ｏｕｔ３）を発生するように構成される電気回路（３２０）
    を備える、曲げ変換器（３００、３００ａ～ｎ、７３０ａ～ｎ）。
13. 前記第１の微小電気機械変換器および前記第２の微小電気機械変換器が、前記撓み可能素子の縦方向に沿ってセグメント化される平板コンデンサを備える、請求項１２に記載の曲げ変換器。
14. 前記第１および第２の平板コンデンサの電極が、交差指形であるように構成される、請求項１３に記載の曲げ変換器。
15. 前記電気回路が、前記第１の微小電気機械変換器におよび／または前記第２の微小電気機械変換器にバイアスを印加するように構成される、請求項１３に記載の曲げ変換器。
16. 前記一方のバイアスまたは両方のバイアスが、前記撓み可能素子の前記重心素分が前記撓み可能素子への外部の機械的影響なしには撓まされないように調整される、請求項１５に記載の曲げ変換器。
17. 前記電気回路が、前記撓み可能素子への非対称荷重が補償されるように前記出力信号を発生するように構成される、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の曲げ変換器。
18. 前記非対称荷重が、前記電気微小電気機械変換器の構造非対称性および／または前記撓み可能素子に作用する非対称力である、請求項１７に記載の曲げ変換器。
19. 前記曲げ変換器のばね剛性および／または前記曲げ変換器の感度および／または前記曲げ変換器の共振周波数を調整するために前記第１および／または前記第２の微小電気機械変換器にバイアスを印加するように構成される制御機構を備える、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の曲げ変換器。
20. 請求項１２から１９のいずれか一項に記載の複数の曲げ変換器（７３０ａ～ｎ）を備え、前記曲げ変換器が前記微小電気機械変換器の寸法設計に関して一致し、前記複数の曲げ変換器のばね剛性および／または共振周波数および／または感度が前記第１および／または第２の微小電気機械変換器へのバイアスを介して個々に調整可能である、曲げ変換器システム。
21. 請求項１２から１９のいずれか一項に記載の複数の曲げ変換器および、前記複数の曲げ変換器の複数の出力信号から総出力信号をスペクトル集約するように構成される回路（４２０）を備える、曲げ変換器システム。
22. 前記第１の電気信号の変化および前記第２の電気信号の変化が電気入力信号に依存し、前記第１および第２の電気信号の位相が互いに関してシフトされるように、前記入力信号に依存して前記第１の電気信号および前記第２の電気信号を変更するように構成される電気制御機構（８３０）と、
    前記曲げ変換器をセンサとしておよび／またはアクチュエータとして動作させるように構成される回路（８２０）と
    を備える、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の曲げ変換器。
23. 請求項１から９、１２から１９、２２のいずれか一項に記載の複数の曲げ変換器ならびに前記曲げ変換器の総量の第１の部分がアクチュエータとして動作されるようにおよび前記曲げ変換器の総量の第２の部分がセンサとして動作されるようにするように構成される回路（９２０）を備え、前記部分集合の分割が制御信号に依存する、曲げ変換器システム。
24. 請求項１から９、１２から１９、２２のいずれか一項に記載の複数の曲げ変換器を備え、曲げ変換器が或る時間間隔においてアクチュエータとしてもセンサとしても制御され、または前記曲げ変換器が第１の時間間隔においてセンサとしておよび第２の時間間隔においてアクチュエータとして制御され、または前記曲げ変換器が第１の時間間隔においてアクチュエータとしておよび第２の時間間隔においてセンサとして制御される、曲げ変換器システム。

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