JP6812575B2 - 振動子を有する微小機械部品、微小機械部品の製造方法、および回転軸線を中心とした変位可能な部品の運動を誘起する方法 - Google Patents

Description

本発明は、微小機械部品に関する。本発明は、微小機械部品の製造方法にも関する。さらに本発明は、回転軸線を中心とした変位可能部分の運動を励起する方法に関する。

独国特許出願公開第１０２０１２２１９５９１号明細書は、少なくとも１つのばねを介してホルダに結合された変位可能部分を有する微小機械部品を記載している。さらに微小機械部品は、少なくとも１つのばねに作用する少なくとも１つのベンディングアクチュエータを含み、少なくとも１つの電気信号を供給することによってこのベンディングアクチュエータの形状が可変であり、変位可能部分は、少なくとも１つのベンディングアクチュエータの変形により生じる復元力によって、旋回軸線を中心とした運動に移行可能である。さらに、変位可能部分は少なくとも１つの別のアクチュエータによって別の旋回軸線を中心として変位可能であることが望ましい。

本発明は、請求項１の特徴を有する微小機械部品、請求項１０の特徴を有する微小機械部品の製造方法、請求項１１の特徴を有する回転軸線を中心とした変位可能部分の運動を励起する方法を提供する。

本発明の利点
本発明は、ジャイロスコープの効果を利用して、回転軸線を中心とした変位可能部分を運動／振動させることを可能にする。このような励起は、一般に、従来の駆動装置、例えば従来の電磁駆動装置などよりもエネルギー効率が高い。さらに、電磁駆動装置を使用する代わりに本発明を利用した場合には、少なくとも１つの永久磁石を変位可能部分に結合する従来の必要性がなくなる。したがって、本発明は微小機械部品の最小化することも容易にし、これにより、これらの微小機械部品を使用する場合の利用可能性の増大に寄与する。

微小機械部品の有利な実施形態では、アクチュエータ装置は、変位可能部分が第１の振動である第１の共振的な振動に移行可能であり、同時に第２の振動である第２の共振的な振動に移行可能であるように設計されており、したがって、変位可能部分は、結果として生じたトルクによって回転軸線を中心とした静的な振動に移行可能である。このように、本発明は、（ジャイロスコープの効果を利用した）純粋な共振励起によって、回転軸線を中心とした変位可能部分の静的／いわば静的な変位を可能にする。したがって、第１の共振的な振動および第２の共振的な振動のエネルギー効率を、回転軸線を中心とした変位可能部分の静的な／いわば静的な変位のために利用することができる。

好ましくは、変位可能部分は、反射表面を有するミラープレートを含み、変位可能部分は、反射表面に対して垂直に整列された第１の旋回軸線を中心とした第１の振動と、同時に第２の振動とに移行可能であるか、または第１の振動と、同時に反射表面に対して垂直に整列された第２の旋回軸線を中心とした第２の振動とに移行可能である。第１の旋回軸線が反射表面に対して垂直に整列されている場合、第２の振動と、回転軸線を中心とした変位可能部分の変位運動とを、表面を走査するために使用することができる。（この場合、第１の振動は、反射表面で反射された光線に全く影響を及ぼさないか、またはほとんど影響を及ぼさない。）したがって、第２の旋回軸線が反射表面に対して垂直に整列されている場合、第１の振動および回転軸線を中心とした変位可能部分の変位運動を、表面を走査するために使用することができる。（この場合、第２の振動は、反射された光線に全く影響を及ぼさないか、またはほとんど影響を及ぼさない。）したがって、本明細書に記載の微小機械部品の実施形態は、有利にはスキャナまたはプロジェクタに適している。特に、本明細書で説明する実施形態は、仮想現実眼鏡またはスマートグラスに適している。

例えば、微小機械部品は、少なくとも１つのばねとして少なくとも１つの内側ばねと、少なくとも１つの中間ばねと、少なくとも１つの外側ばねとを含むことができ、変位可能部分は、少なくとも１つの内側ばねを介して内側中間フレームに少なくとも結合することができ、内側中間フレームは、少なくとも１つの中間ばねを介して外側中間フレームに少なくとも結合することができ、外側中間フレームは、少なくとも１つの外側ばねを介してホルダに少なくとも結合することができる。したがって、変位可能部分が、第１の旋回軸線を中心として（共振的に）、第２の旋回軸線を中心として（共振的に）、および回転軸線を中心として（静的に／いわば静的に）変形可能であるように、変位可能部分の懸吊が確実に実現可能である。

可能な一実施形態では、第１の振動に移行された変位可能部分は、アクチュエータ装置によって内側中間フレーム、外側中間フレーム、およびホルダに対して第１の旋回軸線を中心として変位可能であり、外側中間フレームおよび内側中間フレームは、第２の振動に移行された変位可能部分と一緒にアクチュエータ装置によってホルダに対して第２の旋回軸線を中心として変位可能であり、内側中間フレームは、変位可能部分と一緒に、結果として生じたトルクによって、外側中間フレームおよびホルダに対して回転軸線を中心として変位可能である。同様に、内側中間フレームは、第１の振動に移行された変位可能部分と一緒に、アクチュエータ装置によって外側中間フレームおよびホルダに対して第１の旋回軸線を中心として変位可能であってもよいし、外側中間フレームおよび内側中間フレームは、第２の振動に移行された変位可能部分と一緒に、アクチュエータ装置によってホルダに対して第２の旋回軸線を中心として変位可能であってもよく、変位可能部分は、結果として生じたトルクによって、内側中間フレーム、外側中間フレーム、およびホルダに対して回転軸線を中心として変位可能である。両方の場合において、回転軸線を中心とした変位可能部分の良好な変位可能性が保証されている。

微小機械部品の別の有利な実施形態では、アクチュエータ装置の少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータは変位可能部分および／または内側中間フレームに結合されており、少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータを変形することによって、変位可能部分は内側中間フレーム、外側中間フレーム、およびホルダに対して変位可能であり、または内側中間フレームが変位可能部分と一緒に外側中間フレームおよびホルダに対して第１の旋回軸線を中心として変位可能である。したがって、少なくとも１つのベンディングアクチュエータの利点を本発明に使用することもできる。

これに対して代替的または補足的に、アクチュエータ装置の少なくとも１つのコイル巻線を、外側中間フレームに配置してもよいし、および／または外側中間フレーム内に配置してもよい。同様に、アクチュエータ装置は、ホルダに固定されたステータ電極と、外側中間フレームに固定されたアクチュエータ電極とを含んでいてもよい。したがって、安価で容易に実現可能な駆動形式を本明細書に記載の微小機械部品に使用することができる。

上述の利点は、微小機械部品の対応する製造方法を実施することによっても実現可能である。製造方法は、少なくとも１つのばねを介して、変位可能部分とホルダとを少なくとも結合するステップ、および、アクチュエータ装置を形成するステップであって、ホルダに対して第１の旋回軸線を中心とした変位可能部分の第１の振動を励起し、ホルダに対して、第１の旋回軸線に対して傾斜して整列された第２の旋回軸線を中心とした、第１の振動に移行された変位可能部分の第２の振動を同時に励起するように設計されたアクチュエータ装置を形成するステップを含み、変位可能部分は、少なくとも１つのばねを介して変位可能にホルダに配置されており、これにより、第１の振動に移行された変位可能部分を第２の振動へと励起することによって生じたトルクによって、変位可能部分は、第１の旋回軸線に対して垂直に、かつ第２の旋回軸線に対して垂直に整列された回転軸線を中心としてホルダに対して変位される。上述した微小機械部品の実施形態による製造方法をさらに改良することができることを指摘しておく。

さらに、回転軸線を中心とした変位可能部分の運動を励起するための対応する方法を実施することによっても既に上で述べた利点が得られる。回転軸線を中心とした変位可能部分の運動を励起する方法は、ホルダに対して、回転軸線に対して垂直に整列された第１の旋回軸線を中心として、少なくとも１つのばねを介してホルダに少なくとも結合された変位可能部分の第１の振動を励起するステップ、および、第１の旋回軸線に対して傾斜して整列され、かつ回転軸線に対して垂直に整列された第２の旋回軸線を中心として、ホルダに対して、第１の振動に移行された変位可能部分の第２の振動を同時に励起するステップを含み、これにより、変位可能部分は、第１の振動に移行された変位可能部分を第２の振動へと励起することによって生じた、回転軸線を中心としたトルクによって変位される。回転軸線を中心として変位可能部分の運動を励起する方法は、微小機械部品の上述の実施形態にしたがってさらに改良することができる。

例えば、第１の振動である変位可能部分の第１の共振的な振動と、第２の振動である変位可能部分の第２の共振的な振動とを同時に励起することができ、これにより、変位可能部分は、結果として生じたトルクによって回転軸線を中心とした静的な振動に移行される。

好ましくは、変位可能部分の第１の振動と、変位可能部分の同位相または逆位相の第２の振動とが同時に励起され、これにより、変位可能部分は、結果として生じたトルクによって回転軸線を中心とした振動に移行される。代替的な実施形態では、位相位置を変化させることによって、２つの共振的な振動の固有周波数の差を有する振動を生成することもできる。

次に図面に基づいて本発明のさらなる特徴および利点を説明する。

微小機械部品の第１の実施形態を示す概略図である。 微小機械部品の作動形式を説明するための座標系を示す図である。 微小機械部品の作動形式を説明するための座標系を示す図である。 微小機械部品の作動形式を説明するための座標系を示す図である。 微小機械部品の作動形式を説明するための座標系を示す図である。 微小機械部品の作動形式を説明するための座標系を示す図である。 微小機械部品の作動形式を説明するための座標系を示す図である。 微小機械部品の第２の実施形態の概略図である。 微小機械部品の第３の実施形態の概略図である。 微小機械部品の第４の実施形態の概略的な全体図である。 微小機械部品の第４の実施形態の概略的な部分図である。 微小機械部品の第４の実施形態の概略的な部分図である。 微小機械部品の第４の実施形態の概略的な部分図である。 微小機械部品の第４の実施形態の概略的な部分図である。 微小機械部品の第５の実施形態の概略図である。 微小機械部品の第６の実施形態の概略図である。 微小機械部品の第７の実施形態の概略図である。 微小機械部品の第８の実施形態の概略図である。

図１ａ〜図１ｇは、微小機械部品の第１の実施形態の概略図、および微小機械部品の作動形式を説明するための座標系を示す。

図１ａに概略的に示す微小機械部品はホルダ１０と変位可能部分１２とを含み、変位可能部分１２は、少なくとも１つのばね１４ａ〜１４ｃを介して少なくともホルダ１０に結合されている。例えば、変位可能部分１２は、反射表面１６を有するミラープレート１２である。しかしながら、変位可能部分１２の実施形態は、図１ａに示した例に制限されていないことに留意されたい。

微小機械部品はさらにアクチュエータ装置１８（概略的に示す）を有し、アクチュエータ装置１８は、第１の旋回軸線２０を中心としてホルダ１０に対する変位可能部分１２の第１の振動がアクチュエータ装置１８によって励起可能であるように設計されている。同時に（第１の旋回軸線２０を中心とした変位可能部分１２の第１の振動によって）、アクチュエータ装置１８によって第２の旋回軸線２２を中心としてホルダ１０に対する第１の振動に移行可能な変位可能部分１２の第２の振動が励起可能である。（図１ａには、アクチュエータ装置１８が概略的にのみ示されている。アクチュエータ装置１８の可能な構成要素については以下にさらに詳述する。）第２の旋回軸線２２は第１の旋回軸線２０に対して傾斜して整列されている。特に、第２の旋回軸線２２は第１の旋回軸線２０に対して垂直に整列してもよい。（図１ａの例では、第２の旋回軸線２２は図平面に対して垂直に整列されている。）

第１の旋回軸線２０を中心とした変位可能部分１２の第１の振動と、第２の旋回軸線２２を中心とした変位可能部分１２の第２の振動とを同時に励起することによって、第１の旋回軸線２０を中心として方向付けられた変位可能部分１２の角運動量が、第２の旋回軸線２２を中心として方向付けられた変位可能部分１２の角運動量によって妨害される。（第１の旋回軸線２０を中心とした）第１の振動に移行された変位可能部分１２を（第２の旋回軸線２２を中心とした）第２の振動へと励起することによりトルクが生じる。結果として生じたトルクは、第１の旋回軸線２０に直交し、第２の旋回軸線２２に直交するように方向付けられている。結果として生じたトルクの量は、第１の旋回軸線２０を中心とした変位可能部分１２の第１の振動の第１角速度と、第２の旋回軸線２２を中心とした変位可能部分１２の第２の振動の第２角速度との積に比例する。さらに変位可能部分１２は少なくとも１つのばね１４ａ〜１４ｃによってホルダ１０に変位可能に配置されており、これにより、変位可能部分１２は、生じたトルクによってホルダ１０に対して、第１の旋回軸線２０に対して垂直に、かつ第２の旋回軸線２２に対して垂直に整列された回転軸線２４を中心として変位可能である。

したがって、本明細書に記載の微小機械部品は、回転軸線２０を中心とした第１の振動および第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動を励起することによって、回転軸線２４を中心とした変位可能部分１２の変位を可能にする。したがって、変位可能部分１２の有利な変位可能性に基づいて、微小機械部品を多面的に使用することができる。

回転軸線２４を中心とした変位可能部分１２の振動の周波数は、（第１の旋回軸線２０を中心とした）第１の振動の第１の駆動周波数および（第２の旋回軸線２２を中心とした）第２の振動の第２の駆動周波数に依存する。結果として生じる回転軸線２４を中心とした変位可能部分１２の振動の望ましい周波数に対して第１の駆動周波数および第２の駆動周波数を適切に選択してもよい。第１の駆動周波数と第２の駆動周波数とがちょうど重なっている場合には、第１の振動の第１の振幅および／または第２の振動の第２の振幅を変調することによって、回転軸線２４を中心とした変位可能部分１２の振動の随意の周波数を生成することができる。

特に、変位可能部分１２が、第１の振動である（第１の旋回軸線２０を中心とした）第１の共振的な振動に移行可能であり、同時に第２の振動である（第２の旋回軸線２２を中心とした）第２の共振的な振動に移行可能であり、これにより、変位可能部分１２が、結果として生じたトルクによって回転軸線２４を中心とした静的な（いわば静的な）振動に移行可能である／移行されるように、アクチュエータ装置１８を設計してもよい。したがって、第１の振動の（純粋な）共振励起および変位可能部分の第２の振動によって、回転軸線２４を中心とした変位可能部分１２の静的な（いわば静的な）振動を達成することができる。共振的な振動は、一般に低電力で駆動することができるが、従来技術によれば、静的な／いわば静的な運動を（直接に）励起するためには、少なくとも１つの従来のばね要素を変形させる方向付けられた力が常に必要とされる。従来では必要とされていた方向付けられた力を引き起こすために加えるべき出力を低減するために、従来技術では、それぞれの少なくとも１つの従来のばね要素をできるだけ「しなやかに」設計することしか知られていないが、これによりばね要素が破損しやすくなる。さらに、従来の圧電抵抗または静電気による駆動の概念では、駆動の概念における調節距離が短すぎるので、大きい力が引き起こされるにもかかわらず十分な変位が達成されないという問題がしばしば生じる。

しかしながら、本明細書に記載の微小機械部品の実施形態は、静的な／いわば静的な運動を（直接に）励起するために従来では必要であった方向付けられた力を必要としない。その代わりに、第１の旋回軸線２０を中心とした第１の振動および第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動の共振的な励起の利点を、回転軸線２４を中心とした変位可能部分１２の静的な（いわば静的な）振動のために使用することができ、このことは、微小機械部品において達成される変位、電力消費、寸法、および製造コストに有利な影響を及ぼす。

第１の旋回軸線２０を中心とした変位可能部分１２の第１の共振的な振動と、第２の旋回軸線２２を中心とした変位可能部分１２の第２の共振的な振動とは、同じ固有振動数を有することができる。しかしながら、第１の旋回軸線２０を中心とした変位可能部分１２の第１の共振的な振動は、第２の旋回軸線２２を中心とした変位可能部分１２の第２の振動の第２の共振的な固有振動数とは異なる第１の固有振動数を有することもできる。

図１ａの例では、第２の旋回軸線２２は反射表面１６に対して垂直に整列されている。アクチュエータ装置１８によって、変位可能部分１２が（第１の旋回軸線２０を中心とした）第１の振動に移行可能であり、同時に、反射表面１６に対して垂直に整列された第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動に移行可能であり、したがって、アクチュエータ１２は、反射表面１６に向けられた光線を第１の旋回軸線２０を中心として（好ましくは共振的な第１の振動によって）偏向させ、同時に、（好ましくは静的な／いわば静的な振動によって）回転軸線２４を中心として光線を偏向させる。（第２の旋回軸線２２を中心として変位可能部分１２の第２の振動は、反射表面１６に向けられた光線に影響を及ぼさないか、またはほとんど影響を及ぼさない。）このように、ここに記載の微小機械部品は、多面的に、例えばスキャナまたはプロジェクタで使用可能である。この利点は、第１の旋回軸線２０が反射表面に対して垂直に整列されており、変位可能部分１２が、アクチュエータ装置１８によって（反射表面１６に対して垂直に整列された第１の旋回軸線２０を中心とした）第１の振動に移行可能であり、同時に（第２の旋回軸線２２を中心とした）第２の振動に移行可能である場合にも生じる。

例として、図１ａの微小機械部品は、少なくとも１つのばね１４ａ〜１４ｃとして、少なくとも１つの内側ばね１４ａ、少なくとも１つの中間ばね１４ｂ、および少なくとも１つの外側ばね１４ｃを有する。変位可能部分１２は、少なくとも１つの内側ばね１４ａを介して内側中間フレーム２６に結合されている。内側中間フレーム２６は、少なくとも１つの中間ばね１４ｂを介して外側中間フレーム２８に結合されている。外側中間フレーム２８は、少なくとも１つの外側ばね１４ｃを介してホルダ１０に結合されている。

本明細書で説明する実施形態では、第１の振動に移行された変位可能部分１２は、アクチュエータ装置１８によって、内側中間フレーム２６、外側中間フレーム２８、およびホルダ１０に対して（少なくとも１つの内側ばね１４ａを変形して）第１の旋回軸線２０を中心として変位可能である。例えば図１ａの実施形態では、したがって少なくとも１つの内側ばね１４ａは、第１の旋回軸線２０に沿って延在するねじりばねおよび／または板ばねである。特に、２つの内側ばね１４ａの間の変位可能部分１２は、内側中間フレーム２６に懸吊されてもよい。さらに外側中間フレーム２８および内側中間フレーム２６は、第２の振動に移行された変位可能部分１２と一緒に、アクチュエータ装置１８によって、（少なくとも１つの外側ばね１４ｃを変形して）ホルダ１０に対して、第２の旋回軸線２２を中心として変位可能である。したがって、例えば図１ａの実施形態では、第２の旋回軸線２２を中心として巻き付けられている複数の外側ばね１４ｃが、ホルダ１０と外側中間フレーム２８との間に延在している。結果として生じるトルクは、内側中間フレーム２６を、変位可能部分１２と一緒に、外側中間フレーム２８及びホルダ１０に対して（少なくとも１つの中間ばね１４ｂを変形して）回転軸線２４を中心として変位可能にする。少なくとも１つの中間ばね１４ｂには、回転軸線２４に沿って延在するねじりばねおよび／または板ばねを使用してもよい。さらに、２つの中間ばね１４ｂの間の内側中間フレーム２６を外側中間フレーム２８に懸吊してもよい。

第１の振動および第２の振動から生じるトルクの量は、第１の振動の第１の角速度と第２の振動の第２の角速度との積に比例する。したがって、生じるトルクの量は、第１の旋回軸線２０を中心とした第１の振動および第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動が、同位相で（すなわち、０°の位相差によって）または逆位相で（すなわち、１８０°の位相差によって）励起される場合に最大となる。したがって、生じるトルクの量は、第１の旋回軸線２０を中心とした第１の振動と第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動との間に９０°または２７０°の位相差がある場合に最小になる。

このことは、図１ｂ〜図１ｅの座標系によって概略的に表されており、図１ｂ〜図１ｅの横座標はそれぞれ時間軸ｔ（ミリ秒）であり、図１ｂおよび１ｄの縦座標は、第１の振動Φ１および第２の振動Φ２の変位α（度）であり、図１ｃの縦座標は、結果として生じるトルクＭを表す。したがって、好ましくは、アクチュエータ装置１８は、変位可能部分１２の第１の振動を励起し、同時に変位可能部分１２の同位相または逆位相の第２の振動を励起し、これにより調整部材１２が結果として生じたトルクによって回転軸線２４を中心とした振動に移行可能であるか、または移行されるように設計されている（図１ｂおよびｌｃを参照されたい）。（図１ｄおよび図１ｅは、比較のために９０°の位相差を示す。）

変位可能部分１２が回転軸線２４を中心として変位された場合、第１の旋回軸線２０は一緒に回転し、第２の旋回軸線２２は変化しないままである。したがって、第２の旋回軸線２２に対する第１の旋回軸線２０の位置が変化し、これにより、エネルギーが第１の振動と第２の振動との間で伝達される。第１の旋回軸線２０を中心として変位可能部分１２の第１の振動は、一般に、第２の振動の第２の振幅よりもはるかに大きい第１の振幅を有するので、特に、第１の振動から第２の振動に向かうエネルギーの流れが生成され、これにより、第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動の第２の振幅が増大する。

このことは、図１ｆおよび１ｇの座標系によって概略的に表されており、図１ｆおよび図１ｇの横座標はそれぞれ時間軸ｔ（ミリ秒）であり、図１ｆおよび図１ｇの縦座標は変位α（度）であり、この変位α（度）は、第１の振動Φ１、第２の振動Φ２、および結果として生じるトルクによって引き起こされる回転軸線２４を中心とした振動Φ３を表している。

したがって、アクチュエータ装置１８の第１の駆動部／第１のサブユニットを使用して、第１の旋回軸線２０を中心とした第１の振動を（直接に）励起／誘起し、第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動を共に誘起することも可能である。したがって、第２の旋回軸線２２を中心とした第２の振動を（直接に）励起／誘起するためのアクチュエータ装置１８の第２の駆動部／第２のサブユニットをより小型に、より安価に形成することができる。

図２は、微小機械部品の第２の実施形態の概略図を示す。

図２の微小機械部品の場合にも、第１の振動に移行された変位可能部分１２は、アクチュエータ装置１８によって、内側中間フレーム２６、外側中間フレーム２８、およびホルダ１０に対して（少なくとも１つの内側ばね１４ａを変形して）第１の旋回軸線２０を中心として変位可能である。したがって、少なくとも１つの内側ばね１４ａには、前述の実施形態と同じタイプのばねを使用することができる。さらに、内側中間フレーム２６は、第２の振動に移行した変位可能部分１２と一緒にアクチュエータ装置１８によって、外側中間フレーム２８およびホルダ１０に対して（少なくとも１つの中間ばね１４ｂを変形して）第２の旋回軸線２２を中心として変位可能である。したがって、少なくとも１つの中間ばね１４ｂには、前述の実施形態のタイプの外側ばねを使用することができる。結果として生じるトルクによって、外側中間フレーム２８および内側中間フレーム２６は、ホルダ１０に対して（少なくとも１つの外側ばね１４ｃを変形して）回転軸線２４を中心として変位可能部分１２と一緒に変位可能である。したがって、少なくとも１つの外側ばね１４ｃには、前述の実施形態のタイプの中間ばねを使用することができる。

図２の微小機械部品のさらなる特徴に関しては上述の実施形態を参照されたい。

図３は、微小機械部品の第３の実施形態の概略図を示す。

この実施形態では、内側中間フレーム２６は、第１の振動に移行された変位可能部分１２と一緒に、アクチュエータ装置１８によって、外側中間フレーム２８およびホルダ１０に対して（少なくとも１つの中間ばね１４ｂを変形して）第１の旋回軸線２０を中心として変位可能である。したがって、少なくとも１つの中間ばね１４ｂには図１ａの実施形態のタイプの内側ばねを使用することができる。さらに、外側中間フレーム２８および内側中間フレーム２６は、第２の振動に移行された変位可能部分１２と一緒に、アクチュエータ装置１８によって、ホルダ１０に対して（少なくとも１つの外側ばね１４ｃを変形して）第２の旋回軸線２２を中心として変位可能である。したがって、図１ａの実施形態と同じタイプのばねを少なくとも１つの外側ばね１４ｃに使用することができる。結果として生じるトルクによって、変位可能部分１２は、内側中間フレーム２６、外側中間フレーム２８、およびホルダ１０に対して（少なくとも１つの内側ばね１４ａを変形して）回転軸線２４を中心として変位可能である。したがって、少なくとも１つの内側ばね１４ａには、図１ａの実施形態のタイプの中間ばねを使用することができる。

図３の微小機械部品のさらなる特徴に関しては、上記説明を参照されたい。

図４ａ〜４ｅは、微小機械部品の第４の実施形態の概略的な全体図および部分図を示す。

図４ａに概略的に示す微小機械部品は、図１ａ〜１ｇの実施形態に対して補足的に、（アクチュエータ装置１８の一部として）少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０を有する。この少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０は、少なくとも１つのベンディングアクチュエータ３０の変形により生じる復元力が変位可能部分１２に作用するように、少なくとも１つの（時間変化する）電気信号を印加／供給することによって形状を変化させることができるアクチュエータであると理解される。少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０は（少なくとも１つの内側ばね１４ａを介して）変位可能部分１２および／または内側中間フレーム２６に結合されており、少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０の変形によって、変位可能部分１２は、内側中間フレーム２６、外側中間フレーム２８、およびホルダ１０に対して（または、内側中間フレーム２６は変位可能部分１２と一緒に外側中間フレーム２８およびホルダ１０に対して）第１の旋回軸線２０を中心として変位可能である。例えば、少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０は、（時間変化する）少なくとも１つの電気信号を印加するために、少なくとも１つの担体面３２に析出された少なくとも１つの圧電材料（図示しない）および／または電極（図示しない）を含んでいてもよい。特に、第１の旋回軸線２０を中心とした変位可能部分１２の共振的な第１の振動を励起するためには、このタイプの少なくとも１つの圧電ベンディングアクチュエータ３０は十分に適している。なぜならば、共振的な第１の振動を励起するためには比較的「短い励起距離」しか必要とされないからである。少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０の実施形態に関しては、独国共和国特許出願公開第１０２０１２２１９５９１号明細書も参照されたい。したがって、少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０よりも安価で、製造が容易なタイプのアクチュエータが使用可能である。

好ましくは、少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０の変形は、第１の旋回軸線２０を中心とした変位可能部分１２の第１の振動と同位相である。外側中間フレーム２８を十分な質量により形成することによって、複数の圧電式のベンディングアクチュエータ３０の妨害作用を確実に阻止することができる。

図４ａの微小機械部品は、第１の旋回軸線２０の第１の側に２つの圧電式のベンディングアクチュエータを有し、第１の回転軸２０の第２の側にさらなる２つの圧電式のベンディングアクチュエータを有する。第１の旋回軸線２０の同じ側の２つの圧電式のベンディングアクチュエータの一方は回転軸線２４の第１の側に位置し、第１の回転軸２０の同じ側の２つの圧電式のベンディングアクチュエータの他方は、回転軸線２４の第２の側に配置されている。図４ａの実施形態では、内側中間フレーム２６は少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０を取り囲んでいる。しかしながら、少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ３０のこのような配置は、一例としてのみ解釈されるべきである。

図４ｂ〜４ｅは、少なくとも１つの外側ばね１４ｃの形状の例を示す。少なくとも１つの外側ばね１４ｃは、例えば、図４ｂおよび図４ｃに示すように、「Ｌ字形」形状を有することができる。少なくとも１つの外側ばね１４ｃは、図４ｄおよび図４ｅに示すように蛇行形状に構成することもでき、これにより少なくとも１つの外側ばね１４ｃのばね可撓性を増大させるために利用可能な設置空間を使用することができる。したがって、高い堅牢性を有するタイプのばねを、少なくとも１つの外側ばね１４ｃに使用することができる。さらに少なくとも１つの外側ばね１４ｃのばね幅の少なくとも局所的な広がりおよび／またはテーパによって、外側ばね１４ｃの機械的応力またはばね定数を変化させることができる。このことは、第２の振動の第２の共振周波数に影響を及ぼすために使用することもできる。

図４の微小機械部品のさらなる特徴に関しては、図１ａ〜図１ｇの実施形態を参照されたい。

図５は、微小機械部品の第５の実施形態の概略図を示す。

図５の微小機械部品は、第１中間フレーム２６の外側に少なくとも１つのベンディングアクチュエータ３０を有する。このことは、少なくとも１つの中間ばね１４ｂをより長く構成することを可能にし、このような構成は、好ましくは、回転軸線２４を中心とした変位可能部分１２の静的な（いわば静的な）振動のために使用される。

図５の微小機械部品のさらなる特徴に関しては、図１ａ〜図１ｇおよび図４の実施形態を参照されたい。

図６は、微小機械部品の第６の実施形態の概略図を示す。

図４の実施形態の改良形態として、図６の微小機械部品ではさらにそれぞれ１つの結合ばね３４が、第１の旋回軸線２０の同じ側に位置する圧電式の２つのベンディングアクチュエータ３０の間に形成されている。結合ばね３４は、寄生モードに対する第１の振動のロバスト性を改善する。

図６の微小機械部品のさらなる特徴に関しては、図１ａ〜図１ｇおよび図４の実施形態を参照されたい。

図７は、微小機械部品の第７実施形態の概略図を示す。

図７の微小機械部品は、図４ａ〜図４ｅの実施形態に対する改良形態として、外側中間フレーム２８に、および／または外側中間フレーム２８内に配置された（アクチュエータ装置１８の一部として）少なくとも１つのコイル巻線３６を有する。さらに、少なくとも１つの永久磁石をホルダ１０に配置してもよい。少なくとも１つのコイル巻線３６に電流Ｉが流れると、以下の方程式１：

にしたがって少なくとも１つのコイル巻線３６の半径方向のコイルセグメントｓにローレンツ力Ｆが作用し、この場合に、Ｂは、少なくとも１つの永久磁石によって引き起こされる外部の磁場である。アクチュエータ装置１８の電磁駆動部によって、第２の旋回軸線２２を中心とした変位可能部分１２の（好ましくは共振的な）第２の振動を確実に誘起することができる。

図７の微小機械部品のさらなる特徴に関しては、図１ａ〜図１ｇおよび図４の実施形態を参照されたい。

図８は、微小機械部品の第８の実施形態の概略図を示す。

図８の微小機械部品のアクチュエータ装置１８は、（図４ａ〜図４ｅの実施形態の改良形態として）ホルダ１０に固定された固定子電極３８および外側中間フレーム２８に固定されたアクチュエータ電極４０を含む。図８に概略的に示す電極３８および４０によって、第２の旋回軸線２２を中心とした変位可能部分１２の（好ましくは共振的な）第２の振動を確実に誘起することもできる。したがって、微小機械部品への電磁駆動装置（特に、電磁駆動装置の少なくとも１つの永久磁石）の装備を省略することができる。

図８の微小機械部品のさらなる特徴に関しては、図１ａ〜図１ｇおよび図４の実施形態を参照されたい。

Claims (12)

1. 微小機械部品であって、
   ホルダ（１０）と、
   少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を介してホルダ（１０）に少なくとも結合された変位可能部分（１２）と、
   アクチュエータ装置（１８）であって、ホルダ（１０）に対して第１の旋回軸線（２０）を中心とした変位可能部分（１２）の第１の振動（Φ１が）がアクチュエータ装置（１８）によって励起可能であり、同時に、ホルダ（１０）に対して、第１の旋回軸線（２０）に対して傾斜して整列された第２の旋回軸線（２２）を中心とした、第１の振動（Φ１）に移行された変位可能部分（１２）の第２の振動（Φ２）がアクチュエータ装置（１８）によって励起可能であるように設計されたアクチュエータ装置（１８）と、
   を有する微小機械部品において、
   変位可能部分（１２）が、少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）によって変位可能にホルダ（１０）に配置されており、これにより、第１の振動（Φ１）に移行された変位可能部分（１２）を第２の振動（Φ２）へと励起することによって生じたトルク（Ｍ２）によって、変位可能部分（１２）がホルダ（１０）に対して、第１の旋回軸線（２０）に対して垂直に整列され、かつ第２の旋回軸線（２２）に対して垂直に整列された回転軸線（２４）を中心として変位可能である、
   ことを特徴とする微小機械部品において、
   少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）として、少なくとも１つの内側ばね（１４ａ）と、少なくとも１つの中間ばね（１４ｂ）と、少なくとも１つの外側ばね（１４ｃ）とを含み、前記変位可能部分（１２）が、少なくとも１つの内側ばね（１４ａ）を介して内側中間フレーム（２６）に少なくとも結合されており、内側中間フレーム（２６）が、少なくとも１つの中間ばね（１４ｂ）を介して外側中間フレーム（２８）に少なくとも結合されており、外側中間フレーム（２８）が、少なくとも１つの外側ばね（１４ｃ）を介して前記ホルダ（１０）に少なくとも結合されている、
   微小機械部品。
2. 請求項１に記載の微小機械部品において、
   前記変位可能部分（１２）が、前記第１の振動（Φ１）である第１の共振的な振動（Φ１）に移行可能であり、同時に、前記第２の振動（Φ２）である第２の共振的な振動（Φ２）に移行可能であり、これにより、結果として生じたトルク（Ｍ）によって、変位可能部分（１２）が回転軸線（２４）を中心とした振動（Φ３）に移行可能であるように、アクチュエータ装置（１８）が設計されている、
   微小機械部品。
3. 請求項１または２に記載の微小機械部品において、
   前記変位可能部分（１２）が、反射表面（１６）を有するミラープレート（１２）を含み、変位可能部分（１２）が、反射表面（１６）に対して垂直に整列された前記第１の旋回軸線（２０）を中心とした前記第１の振動（Φ１）と、同時に前記第２の振動（Φ２）とに移行可能であるか、または、第１の振動（Φ１）と、同時に反射表面（１６）に対して垂直に整列された前記第２の旋回軸線（２２）を中心とした第２の振動（Φ２）とに移行可能である、
   微小機械部品。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小機械部品において、
   前記第１の振動（Φ１）に移行された前記変位可能部分（１２）が、前記アクチュエータ装置（１８）によって前記内側中間フレーム（２６）、前記外側中間フレーム（２８）、および前記ホルダ（１０）に対して前記第１の旋回軸線（２０）を中心として変位可能であり、外側中間フレーム（２８）および内側中間フレーム（２６）が、前記第２の振動（Φ２）に移行された変位可能部分（１２）と一緒にアクチュエータ装置（１８）によってホルダ（１０）に対して第２の旋回軸線（２２）を中心として変位可能であり、内側中間フレーム（２６）が、変位可能部分（１２）と一緒に、結果として生じるトルク（Ｍ）によって、外側中間フレーム（２８）およびホルダ（１０）に対して回転軸線（２４）を中心として変位可能である、
   微小機械部品。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小機械部品において、
   前記内側中間フレーム（２６）が、前記第１の振動（Φ１）に移行された前記変位可能部分（１２）と一緒に、前記アクチュエータ装置（１８）によって、前記外側中間フレーム（２８）および前記ホルダ（１０）に対して前記第１の旋回軸線（２０）を中心として変位可能であり、外側中間フレーム（２８）および内側中間フレーム（２６）が、前記第２の振動（Φ２）に移行された変位可能部分（１２）と一緒に、アクチュエータ装置（１８）によって、ホルダ（１０）に対して前記第２の旋回軸線（２２）を中心として変位可能であり、変位可能部分（１２）が、結果として生じたトルク（Ｍ）によって、内側中間フレーム（２６）、外側中間フレーム（２８）、およびホルダ（１０）に対して回転軸線（２４）を中心として変位可能である、
   微小機械部品。
6. 請求項４または５に記載の微小機械部品において、
   前記アクチュエータ装置（１８）の少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ（３０）が前記変位可能部分（１２）および／または前記内側中間フレーム（２６）に結合されており、これにより、少なくとも１つの圧電式のベンディングアクチュエータ（３０）を変形することによって、変位可能部分（１２）が前記内側中間フレーム（２６）、前記外側中間フレーム（２８）、および前記ホルダ（１０）に対して変位可能であるか、または内側中間フレーム（２６）が変位可能部分（１２）と一緒に外側中間フレーム（２８）およびホルダ（１０）に対して前記第１の旋回軸線（２０）を中心として変位可能である、
   微小機械部品。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の微小機械部品において、
   前記アクチュエータ装置（１８）の少なくとも１つのコイル巻線（３６）が、前記外側中間フレーム（２８）に配置されており、および／または外側中間フレーム（２８）内に配置されている、
   微小機械部品。
8. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の微小機械部品において、
   前記アクチュエータ装置（１８）が、前記ホルダ（１０）に固定されたステータ電極（３８）と、前記外側中間フレーム（２８）に固定されたアクチュエータ電極（４０）とを含む、
   微小機械部品。
9. 微小機械部品の製造方法であって、
   少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を介して、変位可能部分（１２）とホルダ（１０）とを少なくとも結合するステップと、
   アクチュエータ装置（１８）を形成するステップであって、ホルダ（１０）に対して第１の旋回軸線（２０）を中心とした変位可能部分（１２）の第１の振動（Φ１）を励起し、ホルダ（１０）に対して、第１の旋回軸線（２０）に対して傾斜して整列された第２の旋回軸線（２２）を中心とした、第１の振動（Φ１）に移行された変位可能部分（１２）の第２の振動（Φ２）を同時に励起するように設計されたアクチュエータ装置（１８）を形成するステップと、
   を含む製造方法において、
   変位可能部分（１２）を少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）によって変位可能にホルダ（１０）に配置し、これにより、第１の振動（Φ１）に移行された変位可能部分（１２）を第２の振動（Φ２）へと励起することによって生じたトルク（Ｍ）によって、第１の旋回軸線（２０）に対して垂直に、かつ第２の旋回軸線（２２）に対して垂直に整列された回転軸線（２４）を中心として、変位可能部分（１２）をホルダ（１０）に対して変位し、
   少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）として、少なくとも１つの内側ばね（１４ａ）と、少なくとも１つの中間ばね（１４ｂ）と、少なくとも１つの外側ばね（１４ｃ）とを含み、前記変位可能部分（１２）が、少なくとも１つの内側ばね（１４ａ）を介して内側中間フレーム（２６）に少なくとも結合されており、内側中間フレーム（２６）が、少なくとも１つの中間ばね（１４ｂ）を介して外側中間フレーム（２８）に少なくとも結合されており、外側中間フレーム（２８）が、少なくとも１つの外側ばね（１４ｃ）を介して前記ホルダ（１０）に少なくとも結合されている、
   ことを特徴とする製造方法。
10. 回転軸線（２４）を中心とした変位可能部分（１２）の運動を励起する方法において、
    ホルダ（２４）に対して、回転軸線（２４）に対して垂直に整列された第１の旋回軸線（２０）を中心として、少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を介してホルダ（１０）に結合された変位可能部分（１２）の第１の振動（Φ１）を励起するステップと、
    第１の旋回軸線（２０）に対して傾斜して整列され、かつ回転軸線（２４）に対して垂直に整列された第２の旋回軸線（２２）を中心として、ホルダ（１０）に対して、第１の振動（Φ１）に移行された変位可能部分（１２）の第２の振動（Φ２）を同時に励起するステップであって、第１の振動（Φ１）に移行された変位可能部分（１２）を第２の振動（Φ２）へと励起することによって生じた、回転軸線（２４）を中心としたトルク（Ｍ）によって、変位可能部分（１０）を変位するステップと、
    を含む方法において、
    少なくとも１つのばね（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）として、少なくとも１つの内側ばね（１４ａ）と、少なくとも１つの中間ばね（１４ｂ）と、少なくとも１つの外側ばね（１４ｃ）とを含み、前記変位可能部分（１２）が、少なくとも１つの内側ばね（１４ａ）を介して内側中間フレーム（２６）に少なくとも結合されており、内側中間フレーム（２６）が、少なくとも１つの中間ばね（１４ｂ）を介して外側中間フレーム（２８）に少なくとも結合されており、外側中間フレーム（２８）が、少なくとも１つの外側ばね（１４ｃ）を介して前記ホルダ（１０）に少なくとも結合されている、
    ことを特徴とする運動を励起する方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、
    第１の振動（Φ１）である変位可能部分（１２）の第１の共振的な振動（Φ１）と、第２の振動（Φ２）である変位可能部分（１２）の第２の共振的な振動（Φ２）とを同時に励起し、これにより、変位可能部分（１２）を、結果として生じたトルク（Ｍ）によって、回転軸線（２４）を中心とした振動（Φ３）に移行する、
    方法。
12. 請求項１０または１１に記載の方法において、
    変位可能部分（１２）の第１の振動（Φ１）と、変位可能部分（１２）の同位相または逆位相の第２の振動（Φ２）とを同時に励起し、これにより、結果として生じたトルク（Ｍ）によって、変位可能部分（１２）を、回転軸線（２４）を中心とした振動（Φ３）に移行する、
    方法。

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