WO2015075223A1 - Mikrospiegelanordnung - Google Patents

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WO2015075223A1
WO2015075223A1 PCT/EP2014/075381 EP2014075381W WO2015075223A1 WO 2015075223 A1 WO2015075223 A1 WO 2015075223A1 EP 2014075381 W EP2014075381 W EP 2014075381W WO 2015075223 A1 WO2015075223 A1 WO 2015075223A1
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mirror plate
spring ring
ring frame
substrate
spring
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PCT/EP2014/075381
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Ulrich Hofmann
Frank Senger
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    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B81B2203/0163—Spring holders

Definitions

  • the invention relates to a micromirror arrangement with a mirror plate fastened to a substrate via spring elements according to the preamble of the main claim.
  • Movable mirrors serve the one- or multi-axial deflection of light and are basically known in the art. They can be conventionally made of steel, but also by means of the high-precision techniques of microstructuring from silicon. Depending on the required quality but also a variety of other materials for the production of movable mirror plates in question, and they are mirrored regardless of the materials used to increase the reflectivity in addition metallic or by dielectric multilayers. In order to drive the mirror plates, which are suspended for example by springs on a fixed part, come galvanometric drives, electrostatic, piezoelectric or electromagnetic drives in question.
  • the mentioned Movable mirrors can be used for a variety of purposes, for example in display applications, in material processing, in sensor technology, etc. The size of the mirror diameter depends on the application, so are often mirrors with diameters in the range of 0.5 to 2 mm However, other applications are concerned with mirror diameters of
  • Deformations scale with the fifth power of the diameter, with the square of the frequency and linear to the deflection.
  • Mirror or the mirror plate provide stiffening structures.
  • a MEMS scanner mirror is known, which is provided on its rear side with X-shaped strips or ribs. In this case, however, the mass of the mirror is additionally increased, whereby the moment of inertia increases and as a result the maximum achievable
  • Mirror plate having a pivot axis for the mirror plate, wherein the plurality of springs are connected at different locations of the periphery with the mirror plate.
  • the invention has for its object to provide a micromirror arrangement with a mounted on a substrate spring elements on a mirror plate, which can be used both as a uniaxial micromirror arrangement and as a biaxial micromirror arrangement with rotation about two mutually perpendicular axes and which has a reduced dynamic mirror plate deformation and the Also suitable for larger Winkelausschitch the mirror plate.
  • the micromirror arrangement according to the invention has a mirror plate fastened to a substrate via spring elements and associated with a drive unit, the latter being designed to drive the mirror plate about the axis about at least one axis for oscillation.
  • the spring elements are formed as a plurality, the mirror plate surrounding spring ring frame, which lie in the idle state of the micromirror arrangement substantially in the mirror plate plane, wherein the innermost, adjacent to the mirror plate spring ring frame is connected at two opposite connection points with the mirror plate, the spring ring frame each other at two are connected to opposite connection points and the outermost, adjacent to the substrate spring ring frame is connected at two opposite connection points with the substrate, wherein the
  • each of the spring ring frames can be specifically designed, for example by a width adapted to the desired function, as a bending and torsion spring, so that advantageously a very compact structure results which has a large deflection of the mirror plate over both these cascaded spring sections allowed in one, but also in both axes.
  • the number of spring ring frame can be adapted to the different needs for deformation, space requirements, deflection, spring stress, mode spectrum, etc. individually.
  • the spring ring frames according to the invention are used in particular to reduce the dynamic deformation of the mirror plate and thus represent elements that can be dynamically bent in their entirety and even bent so that the mirror plate is bent as little as possible.
  • the spring ring frame can have a Torsionsfederkonstante of less than 1 Nm / rad.
  • Swing is achieved under reduced deformation.
  • three spring ring men serves the middle spring ring frame as Entkoppiungsring.
  • the drive unit is designed to stimulate the mirror plate to oscillate about two mutually perpendicular vibration axes, at least four spring-ring frames being arranged between the mirror plate and the substrate.
  • the second spring ring frame seen from the inside serves as a decoupling ring for the axis of rotation lying perpendicular to the connection points and the third spring ring frame seen from the inside as a decoupling ring for the other axis of rotation.
  • the drive unit can be realized as an electrostatic drive, piezoelectric drive, electromagnetic drive and / or galvanometric drive, so that the micro-mirror arrangement can be adapted to a wide variety of applications and conditions.
  • the mirror plate and / or the spring ring frames may advantageously have different shapes depending on the application, i. they can be round or polygonal.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the Mikrospiegeian Aunt invention according to a first embodiment in the supervision
  • Fig. 2 is a schematic representation of the Mikrospiegeian Aunt according to the invention according to a second embodiment in the plan view and
  • Fig. 3 is a partial section through the arrangement of FIG. 1 perpendicular to
  • a uniaxial micromirror 1 is shown, which is a mirror plate. 2 has, which is suspended over three spring ring frame 3 in a designated here with substrate 4 fixed part of the Mikrospiegeianssen.
  • the substrate 4 may be, for example, as an electrode chip with fixed part of an actuator chip fixedly connected thereto, which simultaneously contains the mirror plate 2 and the spring ring frame 3.
  • the spring elements connecting the mirror plates 2 to the substrate 4 are designed as spring ring frames 3, the innermost spring ring directly surrounding the mirror plate 2 being connected to the mirror plate 2 at two opposite connection points 5, which are preferably substantially point-like.
  • connection points 5 are offset by 90 ° to the oscillating axis of the mirror plate, which is predetermined by connecting points 6 between the outermost spring ring frame 3 and the substrate 4.
  • connecting points 7 are provided between the innermost and in the present case the middle spring ring frame and connection points 8 between the middle spring ring frame 3 and the outermost spring ring frame, wherein the connection points 7 are aligned with the pivot axis or with the connection points 6 and the connection points 8 with the connection points. 5 aligned.
  • the middle spring ring frame serves as a decoupling ring for interrupting the spring travel, which is predetermined by the innermost spring ring frame.
  • FIG. 3 is a cross section through the mirror plate 2 and the surrounding spring ring frame 3 is shown, which illustrates how the mirror plate 2 and the spring ring frame 3 bending torques are transmitted. It can be better recognized that there must be a "decoupling” between joints 5 together with the spring ring frame 3 connected thereto and the joints 8 together with the spring seams 3. If the joints 5 and 8 were directly connected with each other, then the strong Bending and the strong-acting bending moment of the outer annular spring elements also transferred to the mirror plate 2. The middle "decoupling ring" is therefore the task to reduce mechanical stress along the provided by him spring section. This is the longer the further the next connection from the location of the connection points 5 and 8 is removed.
  • the farthest achievable distance which at the same time allows for the greatest decoupling and reduction of spring stress, is the connection at 90 ° rotation.
  • the decoupling ring thus makes it possible to achieve the height difference of the various suspension segments that arises in FIG.
  • a schematically indicated drive 9 is provided, which may have, for example, electrodes which are formed on an electrode chip for an electrostatic drive.
  • other drives such as electromagnetic, piezoelectric or galvanometric drives are conceivable,
  • a biaxially vibrating micromirror 10 is shown schematically, wherein a drive 11 is designed such that it can stimulate the mirror plate 2 in two axes which are perpendicular to each other, to vibrate.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 further in that four spring-ring frames are arranged between the mirror plate 2 and the substrate 4, wherein the connection points 5, 7 and 8 correspond to those of FIG. Connecting points 12 between the outermost Federringrah- men 3 and the substrate are aligned in the embodiment with the connection points 5, which connect the mirror plate 2 with the innermost spring ring frame 3. Furthermore, the outermost two spring ring frame connection points 13 with each other, which are aligned with the connection points 7. The respective opposite connection points 5 to 8 and 12 and 13 are thus spring ring frame 3 offset to spring ring frame 3 by 90 °. At this
  • Embodiment serves the seen from the inside second spring ring frame as a decoupling ring for the predetermined in the figure horizontal swing axis and seen from the inside third spring ring frame as a decoupling ring for the vertical swing or rotation axis.
  • the effect of the decoupling rings corresponds to that which is achieved with the arrangement of FIG.
  • the deformations can be kept substantially at parts of the Spiegelptatte 2 and transmitted to the spring ring frame 3.
  • the total torsional amplitude is divided between the cascaded spring ring frames 3.
  • a lower bending torque acts, especially at the locations of the connection points to the next following spring ring frame 3, so that the total torque is divided.
  • the bends essentially occur in the spring ring frame segments predefined by the respective connection points, and the bending torque on the mirror plate 2 is low.
  • the actuators 9 and 11 could be configured as a parallel plate capacitor by positioning two electrodes in the uniaxial case and four quadrant electrodes in the biaxial case below the mirror plate so as to exert an attractive force on one half and one quadrant, respectively.
  • a planar coil could be mounted on the underside of the mirror plate and be excited to oscillate in the external field of two permanent magnets by current flow. It would also be conceivable that a permanent magnet is attached to the underside of the mirror plate, which is periodically excited by means of the force of an external electromagnet.
  • piezo bimorphs could be generated so that the piezoelectric layer is deposited with control electrodes on the spring ring frame and is suitably segmented so that the separation of the control of both axes is possible.

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Abstract

Es wird eine Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelemente an einem Substrat befestigten Spiegelplatte (2), wobei der Spiegelplatte eine Antriebseinheit (9, 10) zugeordnet ist, die ausgebildet ist, die Spiegelplatte um mindestens eine Achse zur Schwingung um diese Achse anzutreiben, vorgeschlagen. Die Federelemente sind als mehrere, die Spiegelplatte (2) im Wesentlichen in ihrer Spiegelplattenebene umgebenden Federringrahmen (3) ausgebildet, wobei der innerste, an die Spiegeiplatte (2) angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (5) mit der Spiegelplatte (2) verbunden ist, die Federringrahmen untereinander jeweils an zwei gegenüberliegenden Verbindungstellen (7, 8, 13) verbunden sind und der äußerste, an das Substrat (4) angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (6, 12) mit dem Substrat (4) verbunden ist. Dabei sind die Verbindungsstellen (5, 7, 8, 13, 12) zwischen Spiegelplatte (2) und innerstem Federringrahmen (3), zwischen den Federringrahmen (3) selbst und zwischen äußerstem Federringrahmen (3) und Substrat (4) gegeneinander versetzt.

Description

Mikrospie elanordnung
Die Erfindung betrifft eine Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelementen an einem Substrat befestigten Spiege!platte nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Bewegliche Spiegel dienen der ein- oder auch mehrachsigen Ablenkung von Licht und sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. Sie können konventionell aus Stahl, aber auch mittels der hochpräzisen Techniken der Mikro- strukturierung aus Silizium hergestellt sein. Je nach benötigter Qualität kommt jedoch auch eine Vielzahl von anderen Werkstoffen zur Herstellung beweglicher Spiegelplatten infrage, wobei sie unabhängig von den verwendeten Werkstoffen zur Erhöhung der Reflektivität zusätzlich metallisch oder auch durch dielektrischen Vielschichten verspiegelt werden. Um die Spiegelplatten, die beispielsweise über Federn an einem feststehenden Teil aufgehängt sind, anzutreiben, kommen galvanometrische Antriebe, elektrostatische, piezoelektrische oder auch elektromagnetische Antriebe infrage. Die genannten be- weglichen Spiegel sind für die unterschiedlichsten Zwecke einsetzbar, z.B. bei Display-Anwendungen, bei der Materialbearbeitung, in der Sensorik usw. Auch die Größe der Spiegeldurchmesser hängt von der Applikation ab, so werden häufig Spiegel mit Durchmessern im Bereich von 0,5 bis 2 mm einge- setzt, es geht aber in anderen Applikationen darum, Spiegeldurchmesser von
2 mm bis 40 mm zu realisieren.
Bei großen Spiegeldurchmessern und gleichzeitig großen Geschwindigkeiten kommt es zu erheblichen Kräften, die auf die Spiegelplatte einwirken und die- se unerwünscht deformieren. An den durch die Aufhängung der Spiegelplatte bestimmten Stellen wird die Kraft bzw. das Drehmoment für die Beschleunigung der Spiegelplatte eingeleitet, wobei gleichzeitig die gesamte Struktur mit ihrem Trägheitsmoment diesem Drehmoment entgegenwirkt. In den Umkehrpunkten der Spiegelplattenbewegung sind diese entgegengesetzt wirken- den Momente am größten und erzeugen daher die größte Deformation. Die
Deformationen skalieren mit der fünften Potenz des Durchmessers, mit dem Quadrat der Frequenz und linear zur Auslenkung.
Um dynamische Deformationen zu verringern oder zu vermeiden, ist es in der Mikrotechnik, aber auch in der Makrotechnik bekannt, rückseitig an dem
Spiegel bzw. der Spiegelplatte Versteifungsstrukturen vorzusehen. Aus der US 8 345 336 B2 ist beispielsweise ein MEMS-Scannerspiegel bekannt, der auf seiner Rückseite mit X-förmigen Streifen oder Rippen versehen ist. Dabei wird jedoch die Masse des Spiegels zusätzlich erhöht, wodurch sich das Trägheits- moment vergrößert und als Folge sich die maximal erzielbare
Scanngeschwindigkeit verringert.
Auch ist es in der Mikrotechnik bekannt, dass zur Reduktion der dynamischen Deformation Schlitze in die Spiegelplatte eingefügt werden, um damit den Ort der Kraft bzw. Drehmomenteinleitung zu optimieren. Aus der US 7 567 367 B2 ist eine Mikrospiegelvorrichtung mit einer Spiegelplatte bekannt, die von einem Außenrahmen umgeben wird, wobei zwischen Außenrahmen und Spiegelplatte eine Mehrzahl von Verbindungsstücken vorgesehen ist, an denen die Spiegelplatte an dem Außenrahmen festgelegt ist. Weiterhin ist in der US 7 369 288 B2 ein mikromechanisches optisches Element offenbart, das eine
Spiegelplatte aufweist, die eine Schwenkachse für die Spiegelplatte vorgibt, wobei die Mehrzahl von Federn an unterschiedlichen Stellen des Umfangs mit der Spiegelplatte verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelemente an einem Substrat befestigten Spiegelplatte zu schaffen, die sowohl als einachsige Mikrospiegelanordnung als auch als zweiachsige Mikrospiegelanordnung mit Drehung um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen einsetzbar ist und die eine verringerte dynamische Spiegelplattendeformation aufweist und die auch für größere Winkelauslenkungen der Spiegelplatte geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserungen möglich.
Die erfindungsgemäße Mikrospiegelanordnung weist eine über Federelemen- te an einem Substrat befestigte Spiegelplatte auf, die einer Antriebseinhett zugeordnet ist, wobei letztere ausgebildet ist, die Spiegelplatte um mindestens eine Achse zur Schwingung um die Achse anzutreiben. Die Federelemente sind dabei als mehrere, die Spiegelplatte umgebenden Federringrahmen ausgebildet, die im Ruhezustand der Mikrospiegelanordnung im Wesentlichen in der Spiegelplattenebene liegen, wobei der innerste, an die Spiegelplatte angrenzende Federringrahmen an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen mit der Spiegelplatte verbunden ist, die Federringrahmen untereinander jeweils an zwei gegenüberliegenden Verbindungstellen verbunden sind und der äußerste, an das Substrat angrenzende Federringrahmen an zwei gegen- überliegenden Verbindungsstellen mit dem Substrat verbunden ist, wobei die
Verbindungsstellen zwischen Spiegelplatte und innerstem Federringrahmen, zwischen den Federringrahmen selbst und zwischen äußerstem Federringrahmen und Substrat zueinander versetzt sind. Durch diese Anordnung können die für den Antrieb um eine Achse oder aber auch um zwei Achsen erfor- derlichen Drehmomente auf die Spiegelplatte einwirken, ohne dabei in erheblicher Weise Deformationen der Spiegelplatte zu erzeugen. Insbesondere wird auch die Deformation des unmittelbar an die Spiegelp!atte angrenzenden Federringrahmens bei einachsiger Mikrospiegelanordnung bzw. im zweiachsigen oder zweidimensionalen Fall auch des von innen gesehenen zweiten Federringrahmens reduziert. Somit treten die Deformationen im Wesentlichen nur in den umgebenden Federringrahmen auf und von Federringrahmen zu Federringrahmen, von außen nach innen betrachtet, kann durch die ineinander geschachtelte Struktur und durch die alternierende, verdrehte Anordnung der Verbindungssteilen die Deformation immer weiter reduziert werden. Gleichzeitig kann jeder der Federringrahmen gezielt, z.B. durch eine auf die ge- wünschte Funktion angepasste Breite, als Biege- und Torsionsfeder gestaltet sein, so dass sich in vorteilhafter Weise eine sehr kompakte Struktur ergibt, die über diese kaskadierten Federstrecken eine große Auslenkung der Spiegelplatte sowohl in einer, aber auch in beiden Achsen erlaubt. Die Anzahl der Federringrahmen kann den unterschiedlichen Notwendigkeiten hinsichtlich Deformation, Platzbedarf, Auslenkung, Federstress, Modenspektrum usw. individuell angepasst sein.
Die erfindungsgemäßen Federringrahmen dienen insbesondere der Reduktion der dynamischen Deformation der Spiegelplatte und stellen somit Elemente dar, die in ihrer Gesamtheit dynamisch verbogen werden können und sogar verbogen werden sollen, damit die Spiegelplatte möglichst wenig verbogen wird. Die Federringrahmen können dabei eine Torsionsfederkonstante von kleiner als 1 Nm/rad besitzen. In bevorzugter Weise sind die Verbindungsstellen zwischen Spiegelplatte und
Federringrahmen, zwischen Federringrahmen untereinander und zwischen Federringrahmen und Substrat jeweils um 90° gegeneinander verdreht. Durch diese Maßnahme, bei der die Angriffspunkte bzw. Verbindungsstellen senkrecht zur Drehachse liegen, kann die Deformation gleichmäßig vom äußeren Federringrahmen zum inneren Federringrahmen abgebaut werden. in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, in dem die Antriebseinheit ausgebildet ist, die Spiegelplatte um eine Schwingachse zum Schwingen anzuregen, sind mindestens drei Federringrahmen zwischen Spiegelplatte und Sub- strat angeordnet, wodurch eine große Auslenkung der Spiegelplatte beim
Schwingen unter reduzierter Deformation erzielt wird. Bei drei Federringrah- men dient beispielsweise der mittlere Federringrahmen als Entkoppiungsring.
Für einen zweiachsigen Mikrospiegel ist die Antriebseinheit ausgebildet, die Spiegelplatte um zwei senkrecht zueinanderstehende Schwingachsen zum Schwingen anzuregen, wobei mindestens vier Federringrahmen zwischen Spiegelplatte und Substrat angeordnet sind. In diesem Fall dient der von innen gesehene zweite Federringrahmen als Entkopplungsring für die senkrecht zu den Verbindungsstellen liegende Drehachse und der von innen gesehene dritte Federringrahmen als Entkopplungsring für die andere Drehachse. Durch diese Maßnahme kann auf relativ geringer Fläche ein großer Spiegel mit zweiachsiger Aufhängung für schnelle Scan-Achsen untergebracht werden.
Die Antriebseinheit kann als ein elektrostatischer Antrieb, piezoelektrischer Antrieb, elektromagnetischer Antrieb und/oder galvanometrischer Antrieb realisiert werden, so dass die Mikrospiegeianordnung an die unterschiedlichsten Applikationen und Bedingungen angepasst werden.
Die Spiegelplatte und/oder die Federringrahmen können je nach Anwendung vorteilhafterweise unterschiedliche Formen aufweisen, d.h. sie können rund oder mehreckig ausgestaltet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mikrospiegeianordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel in der Aufsicht,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mikrospiegeianordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in der Aufsicht und
Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 senkrecht zur
Schwenkachse.
In Fig. 1 ist ein einachsiger Mikrospiegel 1 dargestellt, der eine Spiegelplatte 2 aufweist, die über drei Federringrahmen 3 in einem hier mit Substrat 4 bezeichneten feststehenden Teil der Mikrospiegeianordnung aufgehängt ist. Das Substrat 4 kann beispielsweise als Elektrodenchip mit darauf fest verbundenem feststehenden Teil eines Aktuatorchips sein, der gleichzeitig die Spiegel- platte 2 und die Federringrahmen 3 enthält. Wie ausgeführt, sind die die Spiegelplatten 2 mit dem Substrat 4 verbindenden Federelemente als Federringrahmen 3 ausgebildet, wobei der innerste, die Spiegelplatte 2 direkt umgebende Federring an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen 5, die vorzugsweise im Wesentlichen punktartig sind, mit der Spiegelplatte 2 verbun- den. Diese Verbindungsstellen 5 liegen um 90° versetzt zu der Schwingachse der Spiegelplatte, die durch Verbindungsstellen 6 zwischen dem äußersten Federringrahmen 3 und dem Substrat 4 vorgegeben ist. Weiterhin sind Verbindungsstellen 7 zwischen dem innersten und dem im vorliegenden Fall mittleren Federringrahmen und Verbindungsstellen 8 zwischen dem mittleren Federringrahmen 3 und dem äußersten Federringrahmen vorgesehen, wobei die Verbindungsstellen 7 mit der Schwenkachse bzw. mit den Verbindungsstellen 6 fluchten und die Verbindungsstellen 8 mit den Verbindungsstellen 5 fluchten. Der mittlere Federringrahmen dient als Entkopplungsring zur Unterbrechung des Federweges, der durch den innersten Federringrahmen vorge- geben ist. In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Spiegelplatte 2 und die sie umgebenden Federringrahmen 3 dargestellt, der verdeutlicht, wie die die Spiegelplatte 2 und die Federringrahmen 3 verbiegenden Drehmomente übertragen werden. Es kann daran besser erkannt werden, dass es eine„Entkopplung" zwischen Verbindungsstellen 5 samt daran anknüpfendem Federring- rahmen 3 und den Verbindungstellen 8 samt daran anknüpfenden Federnngen 3 geben muss. Wären die Verbindungsstellen 5 und 8 direkt miteinander verbunden, dann würde sich die starke Biegung und das starke wirkende Biegemoment der äußeren Ringfeder-Elemente auch auf die Spiegeiplatte 2 übertragen. Dem mittleren„Entkopplungs-Ring" kommt daher die Aufgabe zu, mechanischen Stress entlang der durch ihn zur Verfügung gestellten Federstrecke abzubauen. Diese ist umso länger je weiter die nächste Verbindung vom Ort der Verbindungsstellen 5 und 8 entfernt ist. Die weiteste realisierbare Entfernung, die gleichzeitig am meisten Entkopplung und Abbau von Feder- stress zulässt, stellt die Verbindung bei 90° Verdrehung dar. Der Entkopp- lungsring ermöglicht somit den in Fig. 3 entstehenden Höhenunterschied der verschiedenen Aufhängungssegmente. Für die Anregung der Schwingplatte 2 zu Schwingungen ist ein schematisch angedeuteter Antrieb 9 vorgesehen, der beispielsweise Elektroden, die auf einem Elektrodenchip ausgebildet sind, für einen elektrostatischen Antrieb aufweisen kann. Selbstverständlich sind auch andere Antriebe, wie elektromagnetische, piezoelektrische oder galvanometrische Antriebe denkbar,
In Fig. 2 ist ein zweiachsig schwingender Mikrospiegel 10 schematisch dargestellt, wobei ein Antrieb 11 derart ausgebildet ist, dass er die Spiegelplatte 2 in zwei Achsen, die senkrecht aufeinander stehen, zum Schwingen anregen kann. Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich zu der nach Fig. 1 weiterhin dadurch, dass vier Federringrahmen zwischen Spiegelplatte 2 und Substrat 4 angeordnet sind, wobei die Verbindungsstellen 5, 7 und 8 denen der Fig. 1 entsprechen. Verbindungsstellen 12 zwischen dem äußersten Federringrah- men 3 und dem Substrat fluchten im Ausführungsbeispiel mit den Verbindungsstellen 5, die die Spiegelplatte 2 mit dem innersten Federringrahmen 3 verbinden. Weiterhin weisen die äußersten zwei Federringrahmen Verbindungsstellen 13 untereinander auf, die mit den Verbindungsstellen 7 fluchten. Die jeweils gegenüberliegenden Verbindungsstellen 5 bis 8 und 12 und 13 sind somit Federringrahmen 3 zu Federringrahmen 3 um 90° versetzt. Bei dieser
Ausführungsform dient der von innen gesehene zweite Federringrahmen als Entkopplungsring für die in der Figur vorgegebene waagerechte Schwingachse und der von innen gesehene dritte Federringrahmen als Entkopplungsring für die senkrechte Schwing- oder Drehachse. Die Wirkung der Entkopplungsringe entspricht derjenigen, die mit der Anordnung nach Fig. 3 erzielt wird.
Wenn die Antriebe 9, 11 die Spiegelplatte 2 zum Schwingen anregen, lassen sich die Deformationen im Wesentlichen an Teilen von der Spiegelptatte 2 fernhalten und auf die Federringrahmen 3 übertragen. Die Gesamtdrehampli- tude wird auf die kaskadierten bzw. ineinander geschachtelten Federringrahmen 3 aufgeteilt. Dadurch wirkt speziell an den Orten der Verbindungsstellen zum nächstfolgenden Federringrahmen 3 ein geringeres biegendes Drehmoments, so dass das Gesamtdrehmoment aufgeteilt wird. Die Biegungen treten im Wesentlichen in den durch die jeweiligen Verbindungsstellen vorgegebe- nen Federringrahmensegmenten auf und an der Spiegelplatte 2 ist das biegende Drehmoment gering. Die Antriebe 9 und 11 könnten beispielsweise als Paralielplattenkondensator ausgelegt sein, indem im einachsigen Fall zwei Elektroden und im zweiachsigen Fall vier Quadranten-Elektroden unter der Spiegelplatte so positioniert sind, dass sie eine Anziehungskraft auf je eine Hälfte bzw. auf einen Quadranten ausüben. Im Fall eines magnetischen Antriebs könnte eine Planarspule an der Unterseite der Spiegelplatte angebracht sein und im externen Feld zweier Permanentmagnete durch Stromfluss zum Schwingen angeregt werden. Ebenso wäre denkbar, dass ein Permanentmagnet an der Unterseite der Spiegelplatte befestigt wird, der mit Hilfe der Kraft eines externen Elektromagneten periodisch angeregt wird. Im Fall eines piezoelektrischen Antriebs könnten so genannte Piezo-Bimorphs so erzeugt werden, dass die Piezoschicht mit An- steuer-Elektroden auf den Federringrahmen abgeschieden wird und geeignet so segmentiert wird, dass die Trennung der Ansteuerung beider Achsen möglich ist.

Claims

Patentansprüche
Mikrospiegelanordnung mit einer über Federelemente an einem Substrat befestigten Spiegelplatte (2), wobei der Spiegelplatte eine Antriebseinheit (9, 10) zugeordnet ist, die ausgebildet ist, die Spiegelplatte um mindestens eine Achse zur Schwingung um diese Achse anzutreiben,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Federelemente als mehrere, die Sptegelp!atte (2) im Wesentlichen in ihrer Spiegelplattenebene umgebenden Federringrahmen (3) ausgebildet sind, wobei der innerste, an die Spiegelplatte (2} angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen (5) mit der Spiegelplatte (2) verbunden ist, die Federringrahmen untereinander jeweils an zwei gegenüberliegenden Verbindungstellen (7, 8, 13) verbunden sind und der äußerste, an das Substrat (4) angrenzende Federringrahmen (3) an zwei gegenüberliegenden Verbindungsstellen {6, 12) mit dem Substrat (4) verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen (5, 7, 8, 13, 12) zwischen Spiegelplatte (2) und innerstem Federringrahmen (3), zwischen den Federringrahmen (3) selbst und zwischen äußerstem Federringrahmen (3) und Substrat (4) gegeneinander versetzt sind.
Mikrospiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen (5, 6, 7, 8, 13, 12) zwischen Spiegelplatte (2) und innerstem Federringrahmen (3), zwischen Federringrahmen (3) untereinander und zwischen äußerem Federringrahmen (3) und Substrat (4) jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind. Mikrospiegelanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (9) ausgebildet ist, die Spiegelplatte
(2) um eine Schwingachse zum Schwingen anzuregen, wobei mindestens drei Federringrahmen (3) zwischen Spiegelplatte
(3) und Substrat (4) angeordnet sind.
4. Mikrospiegelanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (11) ausgebildet ist, die Spiegelplatte (2) um zwei senkrecht zueinanderstehende Schwingachsen zum Schwingen anzuregen, wobei mindestens vier Federringrahmen (3) zwischen Spiegelplatte (2) und Substrat (4) angeordnet sind.
5. Mikrospiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinhett (9, 11) als ein elektrostatischer Antrieb, piezoelektrischer Antrieb, elektromagnetischer Antrieb und/oder galvanometrischer Antrieb realisiert ist.
6. Mikrospiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelplatte und/oder die Federringrahmen rund oder mehreckig ausgebildet sind.
7. Mikrospiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfederkonstante der Federringrahmen kleiner als 1 Nm/rad gewählt ist.
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