WO2009124607A1 - Mikromechanische aktuatorstruktur und entsprechendes betätigungsverfahren - Google Patents

Mikromechanische aktuatorstruktur und entsprechendes betätigungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2009124607A1
WO2009124607A1 PCT/EP2008/066536 EP2008066536W WO2009124607A1 WO 2009124607 A1 WO2009124607 A1 WO 2009124607A1 EP 2008066536 W EP2008066536 W EP 2008066536W WO 2009124607 A1 WO2009124607 A1 WO 2009124607A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bending spring
bfl
micromechanical actuator
actuator structure
spring means
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/066536
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tjalf Pirk
Stefan Pinter
Joerg Muchow
Joachim Fritz
Christoph Friese
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2009124607A1 publication Critical patent/WO2009124607A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means

Definitions

  • the present invention relates to a micromechanical actuator structure and a corresponding actuation method.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a known micromechanical actuator structure in the form of a micromirror drive.
  • reference numeral S denotes a micromirror which is clamped by webs 7a, 7b arranged along an axis B in a circular support 6.
  • Attached to diametrically opposite attachment areas Bl, B2 of the holder 6 are a respective finger electrode device R1 or R2, whose fingers are perpendicular to an axis A, along which the finger electrode devices R1, R2 are arranged.
  • a respective torsion spring T1 or T2 At the ends of the finger electrode device Rl or R2 facing away from the holder 6, attached to mounting regions B3 and B4, respectively, are a respective torsion spring T1 or T2.
  • the torsion spring Tl is attached to a bracket 1a in the mounting portion B5, and the torsion spring T2 is mounted to a bracket 1b in a mounting portion B6.
  • torsional vibrations S1 or S2 of the finger electrode devices R1 and R2 can be excited about the axis A by means of a suitable stationary finger electrode device F, of which, for reasons of simplification in FIG is indicated.
  • the components of the fixed finger electrode device F are usually arranged in a plane which does not coincide with the plane of the finger electrode devices R 1, R 2 in their rest position.
  • a rotation SR of the micromirror S can be excited out of the plane of the drawing about the axis B.
  • the known micromechanical actuator structure shown in FIG. 4 typically requires a lot of space in the longitudinal direction, ie long finger electrode structures R 1, R 2, where the problem arises that the finger electrode structures Rl, R2 become unstable from a certain length.
  • the known micromechanical actuator structure according to FIG. 4 there is much unused space in the transverse direction, which is indicated by the reference symbol R.
  • micromechanical actuator structure according to the invention according to claim 1 and the corresponding actuating method according to claim 12 have the advantage that they allow an optimized quasi-static micromechanical actuator structure, which can muster a high force in a small footprint. This is made possible by the inventive modification of the suspension in the direction of an extended Biegefederelless.
  • S-modes can preferably be excited via corresponding finger electrode structures. By increasing the resonance and corresponding cardan suspension, other modes can be used to effect other deflections of the micromechanical component to be moved.
  • a particular advantage is the compact realization of the drive and spring area, which has a favorable effect on yield and costs. Since several independent contact leads are possible, a simpler shading can be realized. Finally, by connecting several finger electrode structures in parallel, a higher torque can be achieved than with known micromechanical actuator structures.
  • a particularly advantageous feature of this design is that in comparison to the prior art, the torsion springs in the longitudinal direction omitted and in the transverse direction a plurality of finger electrode devices can be connected in parallel to increase the drive torque.
  • a second bending spring device which is spaced from the first bending spring device mounted on both sides of the holder; wherein the micromechanical device to be moved is attached to the second bending spring device; and a third electrode structure attached to the second bending spring means; wherein the third electrode structure is deflectable by the second electrode structure.
  • the first and third electrode structures are finger electrode structures arranged along a first axis, the fingers of which are arranged perpendicular to the first axis.
  • the second electrode structure is a fixed finger electrode structure.
  • the micromechanical component to be moved has a micromirror, which is arranged in a plane with the first bending spring device and the second bending spring device.
  • the micromechanical component to be moved has a circular suspension which is connected to the micromirror via first and second webs running parallel to the first bending spring device and the second bending spring device, which webs are attached to diametrically opposite attachment regions on the first Biegefeder issued and the second bending spring means is fixed and which is arranged in the plane with the first bending spring means and the second bending spring means.
  • fourth and fifth electrode structures fixed to the first bending spring means and sixth and seventh electrode structures fixed to the second bending spring means are provided, the fourth and fifth electrode structures and the sixth and seventh electrode structures of FIG the second electrode structure are deflectable.
  • the fourth and sixth electrode structures are finger electrode structures arranged along a second axis, the fingers of which are arranged perpendicular to the second axis.
  • the fifth and seventh electrode structures are finger electrode structures arranged along a third axis, whose fingers are arranged perpendicular to the third axis.
  • the fourth and fifth electrode structures and the sixth and seventh electrode structures are arranged in the plane.
  • the first bending spring device and the second bending spring device have one or more intermediate springs along their longitudinal extension, which influence the bending behavior of the first bending spring device and the second bending spring device in an articulated manner.
  • FIG. 1 a-f are schematic plan views and cross-sectional views of a micromechanical actuator structure in accordance with a first embodiment of the present invention
  • FIGS. 2a-f are schematic plan views and cross-sectional views of a micromechanical actuator structure in accordance with a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a micromechanical actuator structure according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a known micromechanical actuator structure in FIG.
  • FIGS. 1 a-f are schematic plan views and cross-sectional views of a micromechanical actuator structure according to a first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 10a designates a first holder
  • reference numeral 1 denotes a second holder, which can be realized, for example, by fixed walls.
  • brackets 1 Oa, 10b Between the brackets 1 Oa, 10b are clamped a first bending spring BFl and a second bending spring BF2.
  • the bending springs BFl, BF2 beams of silicon, which are parallel spaced from each other. Clamped between the torsion springs BFl, BF2 is at diametrically opposite attachment areas Bl ", B2" a circular holder 6, in which via webs 7a, 7b, which extend along an axis B, a micromirror S is suspended.
  • the holder 6, the webs 7a, 7b and the micromirror S are made of silicon in the present example.
  • finger electrode structures Rl 'and R2' are mounted in attachment areas Bl ', B2'.
  • the attachment areas Bl ', B2' of the finger electrode structures Rl 'and R2' are mounted at the same height as the attachment areas Bl ", B2" of the holder 6.
  • the finger electrode structures Rl ', R2' are arranged along a common axis A.
  • a suitable stationary finger electrode structure which is also indicated only component by component in Fig. 1 by reference F ', can be excited as in the known micromechanical actuator structure torsional vibrations Sl', S2 'according to Fig. Ia to c in the form of S-modes.
  • a corresponding side view of the bending spring BF1 is shown in FIG. 1b, and a corresponding side view of the bending spring BF2 in FIG. 1c.
  • the micromirror S can be turned up or down out of the plane of the drawing, in other words a vertical deflection of a light beam reflected by the micromirrors S can be realized by this deflection.
  • FIGS. Id to f half-wave bending modes of the bending springs BF1, BF2 can be excited by means of the fixed finger electrode structure F ', bending the bending springs BF1, BF2 upwards or downwards out of the plane of the drawing.
  • Fig. 1 e a corresponding side view of the bending spring BFl is shown, and in Fig. If a corresponding side view of the bending spring BF2.
  • FIGS. 2a-f are schematic cross-sectional views of a micromechanical actuator structure according to a second embodiment of the present invention.
  • further finger electrode structures R1, R1, R2, R2 ' are provided on the bending springs BF1, BF2, namely the finger electrode structure R1 at the attachment area BR1.
  • the finger electrode structure Rl '"at the attachment area BRl' the finger electrode structure R2 "at the attachment area BR2"
  • the finger electrode structure R2 '"at the attachment area BR2' are selected symmetrically to the attachment areas Bl 'and B2'.
  • the fixed finger electrode structure F2 ' which is indicated only schematically in FIG. 2 for reasons of simplicity, is correspondingly modified.
  • FIG 3 is a schematic plan view of a micromechanical actuator structure according to a third embodiment of the present invention.
  • the structure corresponds to that of the second embodiment except for the fact that intermediate springs Z1, Z2, Z3, Z4 or ZV, ZT, Z3 ', Z4' are integrated into the bending springs BF1 ', BF2' ,
  • the intermediate spring Zl between the holder 10a and the finger electrode structure Rl ' the intermediate spring Z2 between the finger electrode structure Rl'" and Rl '
  • the intermediate springs Zl 'to Z4' are arranged in the spiral spring BF2 '.
  • These intermediate springs Z1 to Z4 or Z1 'to Z4' influence the bending shape of the bending springs BF1 ', BF2' and, because of their joint function, make it possible to better separate the excitations of the S-shape from the excitation of other modes.
  • the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in many ways.
  • the micromechanical element to be deflected was a micromirror
  • the micromechanical actuator structure according to the invention can also be applied to other micromechanical elements to be deflected.
  • the suspension does not have to be circular as shown above, but may have any other geometries.
  • the actuator structure can also be used for translatory drives and is not limited to rotatory ones.
  • the finger electrode structure instead of the finger electrode structure, it is also possible to use a plate electrode structure or another electrode structure to excite the bending springs. Also, not only two, but also more bending beams can be provided in the form of a three-dimensional arrangement.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Die Erfindung schafft eine mikromechanische Aktuatorstruktur und ein entsprechendes Betätigungsverfahren. Die Aktuatorstruktur umfasst mindestens eine erste Biegefederemrichtung (BF1; BF1'), welche beidseitig an einer Halterung (10a, 10b) angebracht ist; ein zu bewegendes mikromechanisches Bauelement (6, 7a, 7b, S), welches an der ersten Biegefederemrichtung (BF1; BF1') befestigt ist; eine erste Elektrodenstruktur (R1'), welche an der ersten Biegefederemrichtung (BF1; BF1') befestigt ist; und eine zweite Elektrodenstruktur (F'), durch welche die erste Elektrodenstruktur (R1') auslenkbar ist.

Description

Mikromechanische Aktuatorstruktur und entsprechendes Betätigungsverfahren
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Aktuatorstruktur und ein entsprechendes Betätigungsverfahren.
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht einer bekannten mikromechanischen Aktuatorstruktur in Form eines Mikrospiegelantriebs.
In Fig. 4 bezeichnet Bezugszeichen S einen Mikrospiegel, welcher über Stege 7a, 7b, die entlang einer Achse B angeordnet sind, in einer kreisförmigen Halterung 6 eingespannt ist. An diametral gegenüberliegenden Befestigungsbereichen Bl, B2 der Halterung 6 angebracht sind eine jeweilige Fingerelektrodeneinrichtung Rl bzw. R2, deren Finger senkrecht zu einer Achse A stehen, entlang derer die Finger- elektrodeneinrichtungen Rl, R2 angeordnet sind.
An den von der Halterung 6 abgewandten Enden der Fingerelektrodeneinrichtung Rl bzw. R2 an Befestigungsbereichen B3 bzw. B4 angebracht sind eine jeweilige Torsionsfeder Tl bzw. T2. Die Torsionsfeder Tl ist im Befestigungsbereich B5 an einer Halterung Ia angebracht, und die Torsionsfeder T2 ist in einem Befestigungsbereich B6 an einer Halterung Ib angebracht. Aufgrund der Verdrehbarkeit der Torsionsfedern Tl, T2 lassen sich Drehschwingungen Sl bzw. S2 der Fingerelektrodeneinrichtungen Rl bzw. R2 um die Achse A mittels einer geeigneten feststehenden Fingerelektrodeneinrichtung F anregen, von der aus Gründen der Vereinfachung in Fig. 4 nur eine Komponente schematisch durch Bezugszeichen F angedeutet ist. Die Komponenten der feststehenden Fingerelektrodeneinrichtung F sind üblicher- weise in einer Ebene angeordnet, die nicht mit der Ebene der Fingerelektrodeneinrichtungen Rl, R2 in ihrer Ruhelage übereinstimmt. Durch Anregung geeigneter Biegeschwingungen der Federn Tl, T2 lässt sich eine Rotation SR des Mikrospiegels S aus der Zeichenebene heraus um die Achse B anregen.
Die in Fig. 4 dargestellte bekannte mikromechanische Aktuatorstruktur benötigt typischerweise viel Platz in Längsrichtung, d. h. lange Fingerelektrodenstrukturen Rl , R2, wobei das Problem auftritt, dass die Fingerelektrodenstrukturen Rl , R2 ab einer bestimmten Länge instabil werden. Andererseits gibt es bei der bekannten mikromechanischen Aktuatorstruktur gemäß Fig. 4 viel ungenutzten Platz in Querrichtung, welcher mit dem Bezugszeichen R angedeutet ist.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 1 und das entsprechende Betätigungsverfahren nach Anspruch 12 weisen den Vorteil auf, dass sie eine optimierte quasistatische mikromechanische Aktuatorstruktur ermöglichen, welche eine hohe Kraft bei geringem Platzbedarf auf- bringen kann. Ermöglicht wird dies durch die erfindungsgemäße Modifikation der Aufhängung in Richtung eines erweiterten Biegefederkonzepts. Durch ein geeignetes Design der Biegefedern lassen sich vorzugsweise S-Moden über entsprechende Fingerelektrodenstrukturen anregen. Über Resonanzerhöhung und entsprechende kardanische Aufhängung können auch andere Modi genützt werden, um andere Auslenkungen der zu bewegenden mikromechanischen Komponente zu bewirken.
Ein besonderer Vorteil ist die kompakte Realisierung von Antriebs- und Federbereich, was sich günstig auf Ausbeute und Kosten auswirkt. Da mehrere unabhängige Kontaktzuleitungen möglich sind, lässt sich eine einfachere Verschattung realisieren. Schließlich lässt sich durch Parallelschaltung mehrerer Fingerelektrodenstrukturen ein höheres Drehmoment als bei bekannten mikromechanischen Aktua- torstrukturen erreichen.
Besonders vorteilhaft an diesem Aufbau ist, dass im Vergleich zum Stand der Technik die Torsionsfedern in Längsrichtung entfallen und in Querrichtung mehrere Fingerelektrodeneinrichtungen parallel geschaltet werden können, um das Antriebsmoment zu erhöhen.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine zweite Biegefedereinrichtung vorgesehen, welche beabstandet von der ersten Biegefedereinrichtung beidseitig an der Halterung angebracht ist; wobei das zu bewegende mikromechanische Bauelement an der zweiten Biegefedereinrichtung befestigt ist; sowie eine dritte Elektrodenstruktur , welche der zweiten Biegefedereinrichtung befestigt ist; wobei wobei die dritte Elektrodenstruktur von der zweiten Elektrodenstruktur auslenkbar ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste und dritte Elektrodenstruktur entlang einer ersten Achse angeordnete Fingerelektrodenstrukturen, deren Finger senkrecht zu der ersten Achse angeordnet sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zweite Elektrodenstruktur eine feststehende Fingerelektrodenstruktur.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das zu bewegende mikromechanischen Bauelement einen Mikrospiegel auf, der in einer Ebene mit der ersten Biegefedereinrichtung und der zweiten Biege- federeinrichtung angeordnet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das zu bewegende mikromechanischen Bauelement eine kreisförmige Aufhängung auf, welche über einen ersten und zweiten, parallel zu der ersten Biegefedereinrichtung und der zweiten Biegefedereinrichtung verlaufenden Steg mit dem Mikrospiegel verbun- den ist, welche an diametral gegenüberliegenden Befestigungsbereichen an der ersten Biegefedereinrichtung und der zweiten Biegefedereinrichtung befestigt ist und welche in der Ebene mit der ersten Biegefedereinrichtung und der zweiten Biegefedereinrichtung angeordnet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind eine vierte und fünfte Elektrodenstruktur, welche an der ersten Biegefedereinrichtung befestigt sind, und eine sechste und siebente Elektrodenstruktur, welche an der zweiten Biegefedereinrichtung befestigt sind, vorgesehen, wobei die vierte und fünfte Elektrodenstruktur und die sechste und siebente Elektrodenstruktur von der zweiten Elektrodenstruktur auslenkbar sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die vierte und sechste Elektrodenstruktur entlang einer zweiten Achse angeordnete Fingerelektrodenstrukturen, deren Finger senkrecht zu der zweiten Achse angeordnet sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die fünfte und siebente Elektrodenstruktur entlang einer dritten Achse angeordnete Fingerelektrodenstrukturen, deren Finger senkrecht zu der dritten Achse angeordnet sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die vierte und fünfte Elektrodenstruktur und die sechste und siebente Elektrodenstruktur in der Ebene angeordnet. Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die erste Biegefedereinrichtung und die zweite Biegefedereinrichtung ein oder mehrere Zwischenfedern entlang ihrer Längserstreckung auf, welche gelenkartig das Biegeverhalten der ersten Biegefedereinrichtung und der zweiten Biegefedereinrichtung beeinflussen.
ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgen- den Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 a-f schematische Draufsichten sowie Querschnittsansichten einer mikromechanischen Ak- tuatorstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a-f schematische Draufsichten sowie Querschnittsansichten einer mikromechanischen Ak- tuatorstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht einer mikromechanischen Aktuatorstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer bekannten mikromechanischen Aktuatorstruktur in
Form eines Mikrospiegelantriebs.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
Fig. 1 a-f sind schematische Draufsichten sowie Querschnittsansichten einer mikromechanischen Aktuatorstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 Oa eine erste Halterung und Bezugszeichen 1 Ob eine zweite Halte- rung, welche beispielsweise durch feststehende Wände realisierbar sind. Zwischen den Halterungen 1 Oa, 10b eingespannt sind eine erste Biegefeder BFl und eine zweite Biegefeder BF2. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Biegefedern BFl, BF2 Balken aus Silizium, welche parallel beabstandet voneinander verlaufen. Zwischen den Biegefedern BFl, BF2 eingespannt ist an diametral gegenüberliegenden Befestigungsbereichen Bl", B2" eine kreisförmige Halterung 6, in der über Stege 7a, 7b, welche entlang einer Achse B verlaufen, ein Mikrospiegel S aufgehängt ist. Auch die Halterung 6, die Stege 7a, 7b und der Mikrospiegel S sind beim vorliegenden Beispiel aus Silizium hergestellt.
Auf den Seiten der Biegefedern BFl, BF2, welche der Halterung 6 abgewandt sind, sind in Befestigungsbereichen Bl', B2' Fingerelektrodenstrukturen Rl' bzw. R2' angebracht. Die Befestigungsbereiche Bl', B2' der Fingerelektrodenstrukturen Rl' bzw. R2' sind auf gleicher Höhe angebracht wie die Befestigungsbereiche Bl", B2" der Halterung 6. Die Fingerelektrodenstrukturen Rl', R2' sind entlang einer gemeinsamen Achse A angeordnet.
Mittels einer geeigneten feststehenden Fingerelektrodenstruktur, welche in Fig. 1 mit Bezugszeichen F' ebenfalls nur komponentenweise schematisch angedeutet ist, lassen sich wie bei der bekannten mikromechanischen Aktuatorstruktur Drehschwingungen Sl', S2' gemäß Fig. Ia bis c in Form von S-Moden anregen. Eine entsprechende Seitenansicht der Biegefeder BFl ist in Fig. Ib gezeigt, und eine entsprechende Seitenansicht der Biegefeder BF2 in Fig. Ic. Bei Anregung dieser S-Moden Sl', S2' lässt sich der Mikrospiegel S nach oben bzw. nach unten aus der Zeichenebene herausdrehen, mit anderen Worten kann durch diese Auslenkung eine Vertikalablenkung eines vom Mikrospiegel S reflektierten Lichtstrahls realisiert werden.
Hingegen können gemäß Fig. Id bis f mittels der feststehenden Fingerelektrodenstruktur F' Halbwellen- Biegemoden der Biegefedern BFl, BF2 angeregt werden, welche die Biegefedern BFl, BF2 nach oben bzw. nach unten aus der Zeichenebene biegen. In Fig. 1 e ist eine entsprechende Seitenansicht der Biegefeder BFl dargestellt, und in Fig. If eine entsprechende Seitenansicht der Biegefeder BF2. Über das Resonanzverhalten des Mikrospiegels S lässt sich so eine Links/Rechts-Auslenkung des Mikrospiegels S um die Achse B aus der Zeichenebene heraus induzieren, welche mit Bezugszeichen SR angedeutet ist. Ein auf den Mikrospiegel S gerichteter und von diesem reflektierter Lichtstrahl, lässt sich somit horizon- tal in der Zeichenebene ablenken.
Fig. 2a-f sind schematische Querschnittsansichten einer mikromechanischen Aktuatorstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind zusätzlich zu der oben beschriebenen ersten Ausfuhrungsform weitere Fingerelektrodenstrukturen Rl", Rl'", R2", R2'" an den Biegefedern BFl, BF2 vorgesehen, und zwar die Fingerelektrodenstruktur Rl" am Befestigungsbereich BRl", die Fingerelektrodenstruktur Rl '" am Befestigungsbereich BRl '", die Fingerelektrodenstruktur R2" am Befestigungsbe- reich BR2" und die Fingerelektrodenstruktur R2'" am Befestigungsbereich BR2'". Beim vorliegenden Beispiel sind diese Befestigungsbereiche symmetrisch zu den Befestigungsbereichen Bl' bzw. B2' gewählt. Entsprechend modifiziert ist die feststehende Fingerelektrodenstruktur F2', welche auch in Fig. 2 aus Gründen der Einfachheit nur schematisch angedeutet ist.
Durch die zusätzlichen Fingerelektrodenstrukturen Rl ", R2" und Rl '", R2'", welche entlang von Achsen A" bzw. A'" angeordnet sind, die parallel zur Achse A verlaufen, ist es möglich, die Auslenkung der Biegefedern BFl, BF2 zu erhöhen, da weitere Bereiche der Biegefedern BFl, BF2 angetrieben werden, wie aus Fig. 2b, c für die Schwingungsmoden Sl', S2' angedeutet und wie in Fig. 2e, f für den Schwingungsmodus SR angedeutet. Die Biegefedern BFl, BF2 werden bei dieser Ausführungsform quasi mit größerem Nachdruck in die Biegung getrieben und erreichen dementsprechend höhere Auslenkungen.
Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht einer mikromechanischen Aktuatorstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht der Aufbau demjenigen der zweiten Ausführungsform mit Ausnahme der Tatsache, dass in die Biegefedern BFl', BF2' Zwischenfedern Zl, Z2, Z3, Z4 bzw. ZV, ZT, Z3', Z4' integriert sind. Im vorliegenden Fall ist die Zwischenfeder Zl zwischen der Halterung 10a und der Fingerelektrodenstruktur Rl '" angeordnet, die Zwischenfeder Z2 zwischen der Fingerelektrodenstruktur Rl'" und Rl', die Biegefeder Z3 zwischen der Fingerelektrodenstruktur Rl' und Rl " und die Biegefeder Z4 zwischen der Fingerelektrodenstruktur Rl " und der Halterung 1 Ob.
Analog sind die Zwischenfedern Zl' bis Z4' in der Biegefeder BF2' angeordnet. Diese Zwischenfedern Zl bis Z4 bzw. Zl' bis Z4' beeinflussen die Biegeform der Biegefedern BFl', BF2' und ermöglichen aufgrund ihrer Gelenkfunktion, dass die Anregungen der S-Form sich von der Anregung anderer Modi besser trennen lässt.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das auszulenkende mikromechanische Element ein Mikrospiegel war, ist die erfindungsgemäße mikromechanische Aktuatorstruktur auch auf andere auszulenkende mikromechanische Elemente anwendbar. Auch muss die Aufhängung nicht wie oben dargestellt kreisförmig sein, sondern kann beliebige andere Geometrien aufweisen. Die Aktua- torstruktur kann auch für translatorische Antriebe genutzt werden und ist nicht auf rotatorische beschränkt.
Weiterhin kann an Stelle der Fingerelektrodenstruktur auch eine Plattenelektrodenstruktur oder eine sonstige Elektrodenstruktur zur Anregung der Biegefedern herangezogen werden. Auch können nicht nur zwei, sondern auch mehr Biegebalken in Form einer dreidimensionalen Anordnung vorgesehen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Mikromechanische Aktuatorstruktur mit:
mindestens einer ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl'), welche beidseitig an einer Halterung (10a, 10b) angebracht ist;
einem zu bewegenden mikromechanischen Bauelement (6, 7a, 7b, S), welches an der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') befestigt ist;
einer ersten Elektrodenstruktur (Rl'), welche an der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') befestigt ist; und
einer zweiten Elektrodenstruktur (F'), durch welche die erste Elektrodenstruktur (Rl') auslenkbar ist.
2. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 1 mit
einer zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2'), welche beabstandet von der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') beidseitig an der Halterung (10a, 10b) angebracht ist;
wobei das zu bewegende mikromechanische Bauelement (6, 7a, 7b, S) an der zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') befestigt ist;
einer dritten Elektrodenstruktur (R2'), welche der zweiten Biegefedereinrichtung (B F2; BF2') befestigt ist; und
wobei die dritte Elektrodenstruktur (R2') von der zweiten Elektrodenstruktur (F') auslenkbar ist.
3. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 2, wobei die erste und dritte Elektrodenstruktur (Rl'; R2') entlang einer ersten Achse (A) angeordnete Fingerelektrodenstrukturen sind, deren Finger senkrecht zu der ersten Achse (A) angeordnet sind.
4. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die zweite Elektrodenstruktur (F') eine feststehende Fingerelektrodenstruktur ist.
5. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das zu bewegende mikromechanischen Bauelement (6, 7a, 7b, S) einen Mikrospiegel (S) aufweist, der in einer Ebene mit der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und der zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') angeordnet ist.
6. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 5, wobei das zu bewegende mikromechanischen Bauelement (6, 7a, 7b, S) eine kreisförmige Aufhängung (6) aufweist, welche über einen ersten und zweiten, parallel zu der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und der zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') verlaufenden Steg (7a, 7b) mit dem Mikrospiegel (S) verbunden ist, welche an diametral gegenüberliegenden Befestigungsbereichen (Bl", B2") an der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und der zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') befestigt ist und welche in der Ebene mit der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und der zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') angeordnet ist.
7. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine vierte und fünfte Elektrodenstruktur (Rl"; Rl'"), welche an der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') befestigt sind, und eine sechste und siebente Elektrodenstruktur (R2"; R2'"), welche der zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') befestigt sind, vorgesehen sind, und wobei die vierte und fünfte Elektrodenstruktur (Rl"; Rl'") und die sechste und siebente Elektrodenstruktur (R2"; R2'") von der zweiten Elekt- rodenstruktur (F') auslenkbar sind.
8. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 7, wobei die vierte und sechste Elektrodenstruktur (Rl"; R2") entlang einer zweiten Achse (A") angeordnete Fingerelektrodenstrukturen sind, deren Finger senkrecht zu der zweiten Achse (A") angeordnet sind.
9. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 7 oder 8, wobei die fünfte und siebente Elektrodenstruktur (Rl'"; R2'") entlang einer dritten Achse (A'") angeordnete Fingerelektrodenstrukturen sind, deren Finger senkrecht zu der dritten Achse (A'") angeordnet sind.
10. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 7 in Rückbezug auf Anspruch 6, wobei die vierte und fünfte Elektrodenstruktur (Rl"; Rl'") und die sechste und siebente Elektrodenstruktur (R2"; R2'") in der Ebene angeordnet sind.
11. Mikromechanische Aktuatorstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und die zweite Biegefedereinrichtung (B F2; BF2') ein oder mehrere Zwischenfedern (Zl -Z4; ZT-Z4') entlang ihrer Längserstreckung aufweisen, welche gelenkartig das Biegeverhalten der ersten Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und der zweiten Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') beeinflussen.
12. Betätigungsverfahren für eine mikromechanische Aktuatorstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis
11, wobei die erste Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und die zweite Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') zu einem jeweiligen S-Schwingungsmode (Sl'; S2') angeregt werden.
13. Betätigungsverfahren für eine mikromechanische Aktuatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Biegefedereinrichtung (BFl; BFl') und die zweite Biegefedereinrichtung (BF2; BF2') zu einem parallelen oder einem um 180° phasenverschobenen Halb wellen- Schwingungsmode angeregt werden.
14. Betätigungsverfahren für eine mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 6, wobei der Mikrospiegel (S) zu einer Schwingung um die erste Achse (A) angeregt wird.
15. Betätigungsverfahren für eine mikromechanische Aktuatorstruktur nach Anspruch 6, wobei der Mikrospiegel (S) zu einer Schwingung (SR) um eine durch die Stege (7a, 7b) definierte Achse (B) ange- regt wird.
PCT/EP2008/066536 2008-04-09 2008-12-01 Mikromechanische aktuatorstruktur und entsprechendes betätigungsverfahren WO2009124607A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008001071.5 2008-04-09
DE102008001071.5A DE102008001071B4 (de) 2008-04-09 2008-04-09 Mikromechanische Aktuatorstruktur und entsprechendes Betätigungsverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009124607A1 true WO2009124607A1 (de) 2009-10-15

Family

ID=40364421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/066536 WO2009124607A1 (de) 2008-04-09 2008-12-01 Mikromechanische aktuatorstruktur und entsprechendes betätigungsverfahren

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008001071B4 (de)
WO (1) WO2009124607A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110832379A (zh) * 2017-07-06 2020-02-21 浜松光子学株式会社 光学装置
US20210132368A1 (en) 2017-07-06 2021-05-06 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11635613B2 (en) 2017-07-06 2023-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11693230B2 (en) 2017-11-15 2023-07-04 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11733509B2 (en) 2017-07-06 2023-08-22 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009050340B4 (de) * 2009-10-23 2017-08-10 Leica Microsystems Cms Gmbh Vorrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahls in zwei unterschiedliche Richtungen und Scan-Mikroskop

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010044165A1 (en) * 2000-01-18 2001-11-22 Lee Seung B. Single crystal silicon micromirror and array
US20030168942A1 (en) * 2002-01-16 2003-09-11 Akihiro Iino Piezoelectric actuator and electronic device having the same
US20040245871A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-09 The Regents Of The University Of California Microfabricated vertical comb actuator using plastic deformation
US20050099665A1 (en) * 2003-11-06 2005-05-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Frequency tunable resonant scanner
US20060066964A1 (en) * 2004-09-29 2006-03-30 Greywall Dennis S MEMS mirror with tip or piston motion for use in adaptive optics
US20060082250A1 (en) * 2004-10-19 2006-04-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Biaxial actuator and method of manufacturing the same
US7046411B1 (en) * 2005-04-29 2006-05-16 Sandia Corporation Tensile-stressed microelectromechanical apparatus and micromirrors formed therefrom

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000065855A (ja) * 1998-08-17 2000-03-03 Mitsubishi Electric Corp 半導体加速度スイッチ、半導体加速度スイッチの製造方法
US6133670A (en) * 1999-06-24 2000-10-17 Sandia Corporation Compact electrostatic comb actuator
DE10152254A1 (de) * 2001-10-20 2003-04-30 Bosch Gmbh Robert Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
US7042613B2 (en) * 2003-08-12 2006-05-09 Terraop Ltd. Bouncing mode operated scanning micro-mirror
US7442918B2 (en) * 2004-05-14 2008-10-28 Microvision, Inc. MEMS device having simplified drive
JP5055832B2 (ja) * 2006-05-16 2012-10-24 オムロン株式会社 駆動装置、光走査型装置及び物体情報検知装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010044165A1 (en) * 2000-01-18 2001-11-22 Lee Seung B. Single crystal silicon micromirror and array
US20030168942A1 (en) * 2002-01-16 2003-09-11 Akihiro Iino Piezoelectric actuator and electronic device having the same
US20040245871A1 (en) * 2003-06-06 2004-12-09 The Regents Of The University Of California Microfabricated vertical comb actuator using plastic deformation
US20050099665A1 (en) * 2003-11-06 2005-05-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Frequency tunable resonant scanner
US20060066964A1 (en) * 2004-09-29 2006-03-30 Greywall Dennis S MEMS mirror with tip or piston motion for use in adaptive optics
US20060082250A1 (en) * 2004-10-19 2006-04-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Biaxial actuator and method of manufacturing the same
US7046411B1 (en) * 2005-04-29 2006-05-16 Sandia Corporation Tensile-stressed microelectromechanical apparatus and micromirrors formed therefrom

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110832379A (zh) * 2017-07-06 2020-02-21 浜松光子学株式会社 光学装置
US20210132368A1 (en) 2017-07-06 2021-05-06 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11187872B2 (en) 2017-07-06 2021-11-30 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
CN110832379B (zh) * 2017-07-06 2022-02-11 浜松光子学株式会社 光学装置
US11635613B2 (en) 2017-07-06 2023-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11681121B2 (en) 2017-07-06 2023-06-20 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11733509B2 (en) 2017-07-06 2023-08-22 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11740452B2 (en) 2017-07-06 2023-08-29 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11693230B2 (en) 2017-11-15 2023-07-04 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device
US11906727B2 (en) 2017-11-15 2024-02-20 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device production method
US11953675B2 (en) 2017-11-15 2024-04-09 Hamamatsu Photonics K.K. Optical device production method

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008001071A1 (de) 2009-10-15
DE102008001071B4 (de) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005003758B4 (de) Auslenkbares mikromechanisches Element
EP1212650B1 (de) Mikroschwingvorrichtung
EP2435353B1 (de) Mikromechanisches bauteil und herstellungsverfahren für ein mikromechanisches bauteil
DE112016001732B4 (de) Optische abtastvorrichtung
DE102008001071B4 (de) Mikromechanische Aktuatorstruktur und entsprechendes Betätigungsverfahren
DE19739594C2 (de) Elektrostriktiver Stellantrieb
DE112011103124T5 (de) Biegelager zum Verringern von Quadratur für mitschwingende mikromechanische Vorrichtungen
EP2361443B1 (de) Elektromechanischer energiewandler zur erzeugung von elektrischer energie aus mechanischen bewegungen
EP3610315B1 (de) Mikromechanische spiegelvorrichtung
DE10017332A1 (de) Piezoelektrische Betätigungseinrichtung zur Klappensteuerung am Rotorblatt eines Hubschraubers
DE202009014956U1 (de) Ultraschall-Schweißvorrichtung
DE10026119A1 (de) Elastische Anordnung
DE102005034927A1 (de) Gelenkkonstruktion für eine Mikrospiegelvorrichtung
EP3698195A1 (de) Mikromechanische mikrospiegelanordnung und entsprechendes betriebsverfahren
DE102013007982B3 (de) Drehstabfedersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges
WO2015189051A1 (de) Mikrospiegelvorrichtung und projektionseinrichtung
DE102019211383A1 (de) Mikrospiegelanordnung
DE102004037833A1 (de) Mems-Abtastspiegel mit verteilten Gelenken und mehreren Tragebefestigungen
EP2011750A1 (de) Vibrationslinearförderer
DE10237881B4 (de) Mikromanipulator
WO2016184594A1 (de) Mikromechanische federvorrichtung und verfahren zum herstellen einer mikromechanischen federvorrichtung
DE102005044491A1 (de) Filterelement und Anordnung
DE102005046174A1 (de) Spannfeder
EP3665438B1 (de) Drehratensensor, verfahren zur herstellung eines drehratensensors
DE102008038291B4 (de) Mechanischer Resonator

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08873809

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08873809

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1