WO2018046374A1 - Mikrospiegelvorrichtung und verfahren zum betreiben einer mikrospiegelvorrichtung - Google Patents

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WO2018046374A1
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axis
suspension
micromirror device
elements
deflection
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PCT/EP2017/071779
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Joerg Muchow
Frank Schatz
Helmut Grutzeck
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Robert Bosch Gmbh
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    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a Mikroaptnchtung and a method for operating a Mikroaptnchtung.
  • Micromirrors are used in a variety of applications, for example in barcode scanners, in projectors or in vehicle headlights.
  • the micromirrors can be deflected or pivoted at a high frequency about one or two axes. From the
  • Document DE 10 2012 219 591 A1 discloses a micromirror arrangement in which a micromirror plate is suspended on a substrate by means of straight connecting pieces. Biegeaktoren are attached to the connector, which are set in vibration and thereby the micro-mirror plate itself is deflectable.
  • the invention relates to a Mikroaptnchtung with the features of
  • Patent claim 1 and a method for operating a Mikroaptnchtung with the features of claim 10.
  • the invention relates to a Mikroaptnchtung with a substrate, an outer frame means, an inner frame means and a vibrating plate.
  • the outer frame device is connected to the substrate by means of a first suspension device along a first oscillation axis and is deflectable around the first oscillation axis.
  • the inner frame means is by means of a second
  • the oscillating plate has a micromirror and is connected to the inner frame device along a second oscillating axis by means of a third suspension device.
  • the first oscillating axis is perpendicular to the second swing axis.
  • the inner frame means has deflectable
  • Deflection elements is deflectable relative to the outer frame means. According to a further aspect, the invention accordingly relates to a method for
  • the invention provides a two-dimensionally deflectable micromirror.
  • the micromirror is preferably the second
  • the load of the inner frame means that is, the acting shear forces and torsional forces, falls significantly lower than would be the case when the
  • Oscillating mirror would be deflected around the first swing axis around, such as by a compound of vibrating plate and inner frame means along the first swing axis.
  • the offset by 90 ° suspension of the vibrating plate on the inner frame means compared to the suspension of the inner frame means on the outer frame means a robust construction is guaranteed, whereby the forces are reduced. Due to the lower deflection and thus lower load, in particular of the inner frame device, the lifetime of the micromirror device is significantly increased, at the same time the positioning time of the micromirror device can be shortened.
  • the micromirror device include the
  • first deflecting elements and second deflecting elements wherein the first deflecting elements are arranged with respect to the second deflecting elements symmetrically to the second oscillating axis on the inner frame means.
  • the oscillating plate is oscillatable about the second oscillating axis by an opposite deflection of the first deflecting elements relative to the second deflecting elements.
  • the inventive arrangement of the deflection allows a deflection of the swing plate around the second swing axis around, in addition to a deflection of the swing plate about the first swing axis, wherein the on the
  • Micromirror device acting force is minimized.
  • the substrate has a cavern, wherein the first suspension device has a first suspension element and a second suspension element, which on opposite sides of the cavity along the first vibration axis, the substrate with the outer
  • Suspension elements are located on opposite sides of the swing plate.
  • the first and second suspension elements thus provide a suspension of the outer frame means, which is a deflection or rotation of the outer
  • Frame device allows and at the same time a movement of the inner
  • Frame means relative to the outer frame means substantially decoupled from a movement of the outer frame means itself.
  • the second suspension device has a third suspension element and a fourth suspension element, which on opposite sides of the vibration plate along the first
  • Swing axle connect the outer frame means with the inner frame means.
  • the third and fourth suspension members permit movement of the inner frame means relative to the outer frame means.
  • Suspension means a fifth suspension element and a sixth suspension element, which connect on opposite sides of the swing plate along the second swing axis, the inner frame means with the swing plate.
  • the vibration plate may be deflected relative to the inner frame means about the second swing axis.
  • the deflection elements each have an undeflected state parallel to the second one
  • the inertial mass is preferably by a
  • Actuator of the Mikroaptvomchtung oscillatable and transmits the vibration on the beam member, the remaining inner frame means and the third suspension means on the vibrating plate, so that it is displaceable relative to the outer frame means in vibration.
  • the masses of the inertial masses of the deflection elements arranged on the beam elements are preferably the same size.
  • the inertial mass is disposed in an outer end region of the beam elements. As a result, the moment of inertia and thereby the transmitted vibration are increased.
  • the beam elements taper towards their end region. This will increase the robustness of the
  • the deflection elements have at least one piezoelectric layer.
  • the deflection elements can be deflected in a targeted manner, thereby causing the vibrating plate to vibrate.
  • Fig. 1 is a schematic oblique view of a Mikroaptvomchtung according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic oblique view of a detail of that shown in Fig. 1
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a deflecting a
  • Micromirror device according to an embodiment of the invention.
  • Micromirror device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 illustrates a schematic oblique view of a micromirror device 1.
  • a substrate 2 which is preferably formed of silicon
  • a cavity 10 is formed in a substrate 2, which is preferably formed of silicon.
  • An outer frame device 3 is arranged along a first oscillating axis AI by means of a first suspension device on the substrate 2 and connected thereto.
  • the first suspension device comprises a first suspension element 6a on a first side of the cavity 10 and a second suspension element 6b located along the first oscillation axis A1 on an opposite second side of the cavity 10, which may be bar-shaped.
  • the first suspension member 6a and the second suspension member 6b are around the first rotation axis AI
  • the outer frame 3 has the shape of a rectangle, wherein in the interior of the rectangle also a rectangular area is free. In the interior of this released area, an inner frame means 5 is arranged, which is connected by means of a second suspension means with the outer frame means 3.
  • the second suspension device comprises a third suspension element 7a and a fourth suspension element 7b, which is opposite the first axis of rotation AI and which may be bar-shaped.
  • the inner frame means 5 is arranged around a swinging plate 4 and connected by a third suspension means, consisting of a fifth suspension element 8a and a sixth suspension element 8b with the swing plate 4.
  • Suspension member 8a and the sixth suspension member 8b located on an opposite side of the swing plate are on a second rotation axis A2 perpendicular to the first rotation axis AI, so that the fifth suspension member 8a and the sixth suspension member 8b are opposite to the first suspension member 6a and the second suspension member 6b and offset from the third suspension element 7a and fourth suspension element 7b by 90 degrees.
  • the shape of the inner frame 5 and the outer frame 3 is not limited to the embodiment shown. So can the inner frame 5 and the outer frame 3
  • Frame device 3 and / or the outer frame means 5 may also be formed annular or in the form of a quadrangular or polygonal ring.
  • the vibrating plate 4 has at least one micromirror, which is designed to deflect light.
  • the outer frame means 3, the inner frame means 5 and / or the swing plate 4 are formed integrally.
  • first deflection elements 91, 92 and two second deflection elements 93, 94 are arranged on the inner frame means 5.
  • the two first deflecting elements 91, 92 are arranged axially symmetrically with respect to the first oscillating axis AI and the two second deflecting elements 93, 94 are likewise arranged axially symmetrically with respect to the first oscillating axis AI relative to one another.
  • the first deflection elements 91, 92 are arranged in an axisymmetric manner in relation to the second oscillation axis A2 relative to the second deflection elements 93, 94.
  • the deflection elements 91 to 94 each have a beam element 91a to 94a which is arranged adjacent to the third suspension element 7a or fourth suspension element 7b on the inner frame device 5 and extends parallel to the second pivot axis A2.
  • an inert mass 91b to 94b is arranged in each case, which preferably extends in the manner of a beam parallel to the first oscillating axis A 1.
  • the outer frame device 3 can be set in oscillation by a control device of the micromirror device 1.
  • the outer frame device 3 may comprise at least one layer of a piezoelectric material and / or magnetoresistive material and / or thermo-effect material and / or
  • Shape memory material include.
  • a piezoelectric material may in particular
  • thermo-effect material may be, for example, silicon carbide or nickel.
  • the control means by means of an electrical signal by interaction of the at least one layer which serves as an electrode, and arranged in or at a bottom of the cavity 10 of the substrate 2, a torque transmitted to the outer frame means 3 and this order deflect the first swinging axis AI.
  • the deflection elements 91 to 94 can be deflected or set into vibration by the control device.
  • Compositions 91b to 94b may comprise at least one layer of one of the materials mentioned above for the outer frame means.
  • the micromirror device may have further corresponding counterelectrodes in or on the substrate 2, via which the control device can selectively set the deflection elements 91 to 94 in vibration.
  • the frame 3 can also serve as a coil carrier.
  • the coil can over the
  • Suspension elements 6a, 6b are supplied with power. Is the
  • Micromirror device 1 in a permanent magnetic field for example, by an external coil or a permanent magnet, not shown here
  • the system can through the
  • the coil can preferably be formed as a planar coil.
  • FIG. 2 illustrates an oblique view of the micromirror device 1, wherein the substrate 2 is not shown.
  • Control means are the first deflecting elements 91, 92 relative to the second deflecting elements 93, 94 around the second oscillating axis A2 around vibrated.
  • first deflection elements 91, 92 are deflected along a z-axis perpendicular to a substrate surface of the substrate 2, that is, out of the cavern 10, the opposing second deflection elements 93, 94 against the z-axis, that is deflected into the cavern 10 inside.
  • Control device is thus designed to deflect the first deflection elements 91, 92 in opposite directions to the second deflection elements 93, 94.
  • the deflection of the deflection elements 91 to 94 generates a rotary counter-pulse of the vibration plate 4 around the second vibration axis A2.
  • the outer frame means 3 and thus also the vibrating plate 4 can be rotated or deflected about the first oscillating axis AI, so that the
  • Micromirror of the micromirror device 1 can be simultaneously pivoted or deflected in two directions.
  • FIG. 3 illustrates a deflection element 75 of a micromirror device 1 according to a further embodiment.
  • the deflection element 95 has a beam element 95a, which tapers towards its outer end region and has an inert mass 95b at this outer end region.
  • the micromirror device 1 can have one or more of the illustrated deflection elements 95, in particular instead of the deflection elements 91 to 94 illustrated in FIG.
  • the number, arrangement and shape of the deflection elements 91 to 94 is not limited to the embodiment shown in Figure 1, so that in particular more than four or less than four
  • Deflection elements can be arranged on the inner frame means 5.
  • FIG. 4 illustrates a flowchart for explaining a method for operating a micromirror device 1 according to an embodiment of the invention.
  • a first method step S 1 the outer frame 3 of the
  • Micro-mirror device 1 deflected around the first swing axis AI around.
  • the deflection can be carried out in particular by means of the control device described above.
  • Deflection elements 91 to 94 deflected relative to the outer frame means.
  • the deflection of the deflection elements 91 to 94 can in turn be performed by the control device described above.
  • the deflection of the outer frame means 3 takes place at a first frequency, which is smaller than a second frequency, with which the vibrating plate 4 is deflected.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrospiegelvorrichtung (1), mit einem Substrat (2) und einer äußeren Rahmeneinrichtung (3), welche mittels einer ersten Aufhängeeinrichtung (6a, 6b) entlang einer ersten Schwingachse (AI) mit dem Substrat (2) verbunden ist und um die erste Schwingachse (AI) herum auslenkbar ist. Weiter umfasst die Mikrospiegelvorrichtung (1) eine innere Rahmeneinrichtung (5), welche mittels einer zweiten Aufhängeeinrichtung (7a, 7b) entlang der ersten Schwingachse (A 1) mit der äußeren Rahmeneinrichtung (3) verbunden ist, und eine Schwingplatte (4) mit einem Mikrospiegel, welche mittels einer dritten Aufhängeeinrichtung (8a, 8b) entlang einer zweiten Schwingachse (A2) mit der inneren Rahmeneinrichtung (5) verbunden ist, wobei die erste Schwingachse (AI) senkrecht zu der zweiten Schwingachse (A2) steht. Die innere Rahmeneinrichtung (5) weist auslenkbare Auslenkelemente (91 bis 94) auf, wobei die Schwingplatte (4) durch eine Auslenkung der Auslenkelemente (91 bis 94) relativ zu der äußeren Rahmeneinrichtung (3) auslenkbar ist.

Description

Beschreibung
Titel:
Mikrospiegelvornchtung und Verfahren zum Betreiben einer Mikrospiegelvornchtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrospiegelvornchtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Mikrospiegelvornchtung.
Mikrospiegel finden vielfältige Anwendung, etwa in Barcode-Scannern, in Projektoren oder in Fahrzeugscheinwerfern. Die Mikrospiegel sind hierzu mit einer hohen Frequenz um eine oder um zwei Achsen herum auslenkbar bzw. verschwenkbar. Aus der
Druckschrift DE 10 2012 219 591 Al ist eine Mikrospiegelanordnung bekannt, wobei eine Mikrospiegelplatte mittels gerader Verbindungsstücke an einem Substrat aufgehängt ist. An dem Verbindungsstück sind Biegeaktoren befestigt, welche in Schwingung versetzbar sind und dadurch die Mikrospiegelplatte selbst auslenkbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Mikrospiegelvornchtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Mikrospiegelvornchtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Demnach betrifft die Erfindung eine Mikrospiegelvornchtung mit einem Substrat, einer äußeren Rahmeneinrichtung, einer inneren Rahmeneinrichtung und einer Schwingplatte. Die äußere Rahmeneinrichtung ist mittels einer ersten Aufhängeeinrichtung entlang einer ersten Schwingachse mit dem Substrat verbunden und ist um die erste Schwingachse herum auslenkbar. Die innere Rahmeneinrichtung ist mittels einer zweiten
Aufhängeeinrichtung entlang der ersten Schwingachse mit der äußeren
Rahmeneinrichtung verbunden. Die Schwingplatte weist einen Mikrospiegel auf und ist mittels einer dritten Aufhängeeinrichtung entlang einer zweiten Schwingachse mit der inneren Rahmeneinrichtung verbunden. Die erste Schwingachse steht senkrecht zu der zweiten Schwingachse. Die innere Rahmeneinrichtung weist auslenkbare
Auslenkelemente auf, wobei die Schwingplatte durch eine Auslenkung der
Auslenkelemente relativ zu der äußeren Rahmeneinrichtung auslenkbar ist. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum
Betreiben einer Mikrospiegelvorrichtung, wobei die äußere Rahmeneinrichtung um die erste Schwingachse herum ausgelenkt wird und die Schwingplatte relativ zu der äußeren Rahmeneinrichtung durch Auslenken der Auslenkelemente ausgelenkt wird. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt einen zweidimensional auslenkbaren Mikrospiegel bereit. Durch Auslenken der Auslenkelemente wird der Mikrospiegel vorzugsweise um die zweite
Schwingachse herum ausgelenkt, das heißt senkrecht zu den Verbindungselementen zwischen der inneren Rahmeneinrichtung und der äußeren Rahmeneinrichtung. Die Beanspruchung der inneren Rahmeneinrichtung, das heißt die wirkenden Scherkräfte und Torsionskräfte, fällt deutlich geringer aus, als dies der Fall wäre, wenn der
Schwingspiegel um die erste Schwingachse herum ausgelenkt werden würde, etwa durch eine Verbindung von Schwingplatte und innerer Rahmeneinrichtung entlang der ersten Schwingachse. Durch die um 90° versetzte Aufhängung der Schwingplatte an der inneren Rahmeneinrichtung im Vergleich zur Aufhängung der inneren Rahmeneinrichtung an der äußeren Rahmeneinrichtung wird dadurch ein robuster Aufbau garantiert, wobei die auftretenden Kräfte reduziert werden. Durch die geringere Auslenkung und dadurch geringere Belastung insbesondere der inneren Rahmeneinrichtung wird die Lebenszeit der Mikrospiegelvorrichtung deutlich verlängert, wobei gleichzeitig die Stellzeit der Mikrospiegelvorrichtung verkürzt werden kann. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Mikrospiegelvorrichtung umfassen die
Auslenkelemente erste Auslenkelemente und zweite Auslenkelemente, wobei die ersten Auslenkelemente bezüglich der zweiten Auslenkelemente symmetrisch zu der zweiten Schwingachse an der inneren Rahmeneinrichtung angeordnet sind. Die Schwingplatte ist durch eine gegenläufige Auslenkung der ersten Auslenkelemente relativ zu den zweiten Auslenkelementen um die zweite Schwingachse herum in Schwingung versetzbar. Die erfindungsgemäße Anordnung der Auslenkelemente ermöglicht eine Auslenkung der Schwingplatte um die zweite Schwingachse herum, zusätzlich zu einer Auslenkung der Schwingplatte um die erste Schwingachse herum, wobei die auf die
Mikrospiegelvorrichtung wirkende Kraft minimiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Mikrospiegelvorrichtung weist das Substrat eine Kaverne auf, wobei die erste Aufhängeeinrichtung ein erstes Aufhängeelement und ein zweites Aufhängeelement aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Kaverne entlang der ersten Schwingachse das Substrat mit der äußeren
Rahmeneinrichtung verbinden. Das erste Aufhängeelement und das zweite
Aufhängeelement befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Schwingplatte. Das erste und das zweite Aufhängeelement stellen somit eine Aufhängung der äußeren Rahmeneinrichtung bereit, welche eine Auslenkung bzw. Drehung der äußeren
Rahmeneinrichtung ermöglicht und gleichzeitig eine Bewegung der inneren
Rahmeneinrichtung relativ zur äußeren Rahmeneinrichtung im Wesentlichen von einer Bewegung der äußeren Rahmeneinrichtung selbst entkoppelt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Mikrospiegelvorrichtung weist die zweite Aufhängeeinrichtung ein drittes Aufhängeelement und ein viertes Aufhängeelement auf, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Schwingplatte entlang der ersten
Schwingachse die äußere Rahmeneinrichtung mit der inneren Rahmeneinrichtung verbinden. Das dritte und das vierte Aufhängeelement ermöglicht eine Bewegung der inneren Rahmeneinrichtung relativ zur äußeren Rahmeneinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung der Mikrospiegelvorrichtung weist die dritte
Aufhängeeinrichtung ein fünftes Aufhängeelement und ein sechstes Aufhängeelement auf, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Schwingplatte entlang der zweiten Schwingachse die innere Rahmeneinrichtung mit der Schwingplatte verbinden. Durch Drehung um das fünfte und das sechste Aufhängeelement herum kann die Schwingplatte relativ zur inneren Rahmeneinrichtung um die zweite Schwingachse herum ausgelenkt bzw. gedreht werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Mikrospiegelvorrichtung weisen die Auslenkelemente jeweils ein im unausgelenkten Zustand parallel zur zweiten
Schwingachse verlaufendes Balkenelement sowie eine an dem Balkenelement angeordnete träge Masse auf. Die träge Masse ist vorzugsweise durch eine
Aktoreinrichtung der Mikrospiegelvomchtung in Schwingung versetzbar und überträgt die Schwingung über das Balkenelement, die restliche innere Rahmeneinrichtung und die dritte Aufhängeeinrichtung auf die Schwingplatte, so dass diese relativ zur äußeren Rahmeneinrichtung in Schwingung versetzbar ist. Vorzugsweise sind die Massen der an den Balkenelementen angeordneten trägen Massen der Auslenkelemente gleich groß.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Mikrospiegelvomchtung ist die träge Masse in einem äußeren Endbereich der Balkenelemente angeordnet. Dadurch werden das Trägheitsmoment und dadurch die übertragene Schwingung erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Mikrospiegelvomchtung verjüngen sich die Balkenelemente zu ihrem Endbereich hin. Dadurch wird die Robustheit der
Mikrospiegelvomchtung zusätzlich erhöht, wobei gleichzeitig die trägen Massen gut auslenkbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Mikrospiegelvomchtung weisen die Auslenkelemente mindestens eine piezoelektrische Schicht auf. Durch Anlegen eines elektrischen Steuersignals durch eine Steuereinrichtung der Mikrospiegelvomchtung können die Auslenkelemente gezielt ausgelenkt und dadurch die Schwingplatte in Schwingung versetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schrägansicht einer Mikrospiegelvomchtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schrägansicht eines Details der in Fig. 1 gezeigten
Mikrospiegelvomchtung zur Erläuterung der Auslenkung der
Schwingplatte; Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf ein Auslenkelement einer
Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben einer
Mikrospiegelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. Verschiedene Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern dies sinnvoll ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine schematische Schrägansicht einer Mikrospiegelvorrichtung 1 illustriert. In einem Substrat 2, welches vorzugsweise aus Silizium gebildet ist, ist eine Kaverne 10 ausgebildet. Eine äußere Rahmeneinrichtung 3 ist entlang einer ersten Schwingachse AI mittels einer ersten Aufhängeeinrichtung an dem Substrat 2 angeordnet und mit diesem verbunden. Die erste Aufhängeeinrichtung umfasst ein erstes Aufhängeelement 6a an einer ersten Seite der Kaverne 10 und ein entlang der ersten Schwingachse AI auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Kaverne 10 befindliches zweites Aufhängeelement 6b, welche balkenförmig ausgebildet sein können. Das erste Aufhängeelement 6a und das zweite Aufhängeelement 6b sind um die erste Drehachse AI herum
verschwenkbar/verwindbar, so dass die äußere Rahmeneinrichtung 3 um die erste Schwingachse AI herum auslenkbar bzw. drehbar ist.
Die äußere Rahmeneinrichtung 3 hat die Form eines Rechtecks, wobei im Inneren des Rechtecks ein ebenfalls rechteckförmiger Bereich freigestellt ist. Im Inneren dieses freigestellten Bereichs ist eine innere Rahmeneinrichtung 5 angeordnet, welche mittels einer zweiten Aufhängeeinrichtung mit der äußeren Rahmeneinrichtung 3 verbunden ist. Die zweite Aufhängeeinrichtung umfasst ein drittes Aufhängeelement 7a und ein entlang der ersten Schwingachse AI diesem gegenüberliegendes viertes Aufhängeelement 7b, welche balkenförmig ausgebildet sein können. Die innere Rahmeneinrichtung 5 ist spangenförmig um eine Schwingplatte 4 herum angeordnet und mittels einer dritten Aufhängeeinrichtung, bestehend aus einem fünften Aufhängeelement 8a und einem sechsten Aufhängeelement 8b mit der Schwingplatte 4 verbunden. Das fünfte
Aufhängeelement 8a und das auf einer gegenüberliegenden Seite der Schwingplatte befindliche sechste Aufhängeelement 8b liegen auf einer zweiten Drehachse A2, welche senkrecht zur ersten Drehachse AI steht, so dass das fünfte Aufhängeelement 8a und das sechste Aufhängeelement 8b gegenüber dem ersten Aufhängeelement 6a und dem zweiten Aufhängeelement 6b sowie gegenüber dem dritten Aufhängeelement 7a und vierten Aufhängeelement 7b um 90 Grad versetzt sind.
Die Form der inneren Rahmeneinrichtung 5 sowie der äußeren Rahmeneinrichtung 3 ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. So können die innere
Rahmeneinrichtung 3 und/oder die äußere Rahmeneinrichtung 5 auch kreisringförmig oder in Form eines viereckigen oder vieleckigen Ringes ausgebildet sein.
Die Schwingplatte 4 weist mindestens einen Mikrospiegel auf, welcher zum Ablenken von Licht ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die äußere Rahmeneinrichtung 3, die innere Rahmeneinrichtung 5 und/oder die Schwingplatte 4 einstückig ausgebildet.
An der inneren Rahmeneinrichtung 5 sind zwei erste Auslenkelemente 91, 92 und zwei zweite Auslenkelemente 93, 94 angeordnet. Die zwei ersten Auslenkelemente 91, 92 sind zueinander achsensymmetrisch bezüglich der ersten Schwingachse AI angeordnet und die beiden zweiten Auslenkelemente 93, 94 sind ebenfalls achsensymmetrisch bezüglich der ersten Schwingachse AI relativ zueinander angeordnet. Die ersten Auslenkelemente 91, 92 sind in Kombination achsensymmetrisch bezüglich der zweiten Schwingachse A2 relativ zu den zweiten Auslenkelementen 93, 94 angeordnet.
Die Auslenkelemente 91 bis 94 weisen jeweils ein Balkenelement 91a bis 94a auf, welches angrenzend an das dritte Aufhängeelement 7a bzw. vierte Aufhängeelement 7b an der inneren Rahmeneinrichtung 5 angeordnet ist und sich parallel zur zweiten Schwingachse A2 erstreckt. In einem äußeren Endbereich der Balkenelemente 91a bis 94a ist jeweils ein träge Masse 91b bis 94b angeordnet, welche vorzugsweise parallel zur ersten Schwingachse A 1 balkenförmig verläuft. Die äußere Rahmeneinrichtung 3 ist durch eine Steuereinrichtung der Mikrospiegelvomchtung 1 in Schwingung versetzbar. Insbesondere kann die äußere Rahmeneinrichtung 3 mindestens eine Schicht aus einem piezoelektrischen Material und/oder magnetoresistiven Material und/oder Thermoeffektmaterial und/oder
Formgedächtnismaterial umfassen. Ein piezoelektrisches Material kann insbesondere
Blei-Zirkon-Titanat (PZT) umfassen. Ein Thermoeffektmaterial kann beispielsweise Siliziumcarbid oder Nickel sein. Im Falle eines piezoelektrischen Materials kann die Steuereinrichtung mittels eines elektrischen Signals durch Wechselwirkung der mindestens einen Schicht, welche als Elektrode dient, und einer in oder an einem Boden der Kaverne 10 des Substrats 2 angeordneten Gegenelektrode ein Drehmoment auf die äußere Rahmeneinrichtung 3 übertragen und diese um die erste Schwingachse AI auslenken.
Weiter sind die Auslenkelemente 91 bis 94 durch die Steuereinrichtung auslenkbar bzw. in Schwingung versetzbar. Die Auslenkelemente 91 bis 94 und insbesondere die trägen
Massen 91b bis 94b können mindestens eine Schicht aus einem der oben für die äußere Rahmeneinrichtung genannten Materialien aufweisen. Die Mikrospiegelvomchtung kann weitere entsprechende Gegenelektroden in oder an dem Substrat 2 aufweisen, über welche die Steuereinrichtung die Auslenkelemente 91 bis 94 gezielt in Schwingung versetzen kann.
Der Rahmen 3 kann auch als Spulenträger dienen. Die Spule kann über die
Aufhängeelemente 6a, 6b mit Strom versorgt werden. Befindet sich die
Mikrospiegelvomchtung 1 in einem Dauermagnetfeld (z.B. durch eine äußere Spule oder einen Dauermagneten, hier nicht dargestellt), so kann das System durch die
elektromagnetische Kraft ausgelenkt werden. Die Spule kann dabei vorzugsweise als Planarspule ausgebildet werden.
In Figur 2 ist eine Schrägansicht der Mikrospiegelvomchtung 1 illustriert, wobei das Substrat 2 nicht mit abgebildet ist. Durch entsprechendes Ansteuern durch die
Steuereinrichtung werden die ersten Auslenkelemente 91, 92 relativ zu den zweiten Auslenkelementen 93, 94 um die zweite Schwingachse A2 herum in Schwingung versetzt. Wenn die ersten Auslenkelemente 91, 92 entlang einer senkrecht zu einer Substratoberfläche des Substrats 2 stehenden z-Achse, das heißt aus der Kaverne 10 heraus ausgelenkt werden, werden die gegenüberliegenden zweiten Auslenkelemente 93, 94 entgegen der z-Achse, das heißt in die Kaverne 10 hinein ausgelenkt. Die
Steuereinrichtung ist somit dazu ausgebildet, die ersten Auslenkelemente 91, 92 gegenläufig zu den zweiten Auslenkelementen 93, 94 auszulenken. Die Auslenkung der Auslenkelemente 91 bis 94 erzeugt einen rotatorischen Gegenimpuls der Schwingplatte 4 um die zweite Schwingachse A2 herum.
Zusätzlich kann die äußere Rahmeneinrichtung 3 und damit auch die Schwingplatte 4 um die erste Schwingachse AI herum gedreht bzw. ausgelenkt werden, so dass der
Mikrospiegel der Mikrospiegelvorrichtung 1 in zwei Richtungen gleichzeitig geschwenkt bzw. ausgelenkt werden kann.
In Figur 3 ist ein Auslenkelement 75 einer Mikrospiegelvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform illustriert. Das Auslenkelement 95 weist ein Balkenelement 95a auf, welches sich zu ihrem äußeren Endbereich hin verjüngt und an diesem äußeren Endbereich eine träge Masse 95b aufweist. Die Mikrospiegelvorrichtung 1 kann ein oder mehrere der gezeigten Auslenkelemente 95, insbesondere anstelle der in Figur 1 illustrierten Auslenkelemente 91 bis 94 aufweisen. Die Anzahl, Anordnung und Form der Auslenkelemente 91 bis 94 ist nicht auf die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform beschränkt, so dass insbesondere mehr als vier oder auch weniger als vier
Auslenkelemente an der inneren Rahmeneinrichtung 5 angeordnet sein können.
In Figur 4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben einer Mikrospiegelvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert. In einem ersten Verfahrensschritt S 1 wird die äußere Rahmeneinrichtung 3 der
Mikrospiegelvorrichtung 1 um die erste Schwingachse AI herum ausgelenkt. Die Auslenkung kann insbesondere mittels der oben beschriebenen Steuereinrichtung durchgeführt werden.
In einem zweiten Schritt S2 wird die Schwingplatte 4 durch Auslenken der
Auslenkelemente 91 bis 94 relativ zu der äußeren Rahmeneinrichtung ausgelenkt. Die Auslenkung der Auslenkelemente 91 bis 94 kann wiederum durch die oben beschriebene Steuereinrichtung durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt das Auslenken der äußeren Rahmeneinrichtung 3 mit einer ersten Frequenz, welche kleiner ist als eine zweite Frequenz, mit welcher die Schwingplatte 4 ausgelenkt wird.

Claims

Ansprüche
1. Mikrospiegelvorrichtung (1), mit einem Substrat (2); einer äußeren Rahmeneinrichtung (3), welche mittels einer ersten
Aufhängeeinrichtung (6a, 6b) entlang einer ersten Schwingachse (AI) mit dem Substrat (2) verbunden ist und um die erste Schwingachse (AI) herum auslenkbar ist; einer inneren Rahmeneinrichtung (5), welche mittels einer zweiten
Aufhängeeinrichtung (7a, 7b) entlang der ersten Schwingachse (AI) mit der äußeren Rahmeneinrichtung (3) verbunden ist; und einer Schwingplatte (4) mit einem Mikrospiegel, welche mittels einer dritten Aufhängeeinrichtung (8a, 8b) entlang einer zweiten Schwingachse (A2) mit der inneren Rahmeneinrichtung (5) verbunden ist, wobei die erste Schwingachse (AI) senkrecht zu der zweiten Schwingachse (A2) steht; wobei die innere Rahmeneinrichtung (5) auslenkbare Auslenkelemente (91 bis 94) aufweist, und wobei die Schwingplatte (4) durch eine Auslenkung der
Auslenkelemente (91 bis 94) relativ zu der äußeren Rahmeneinrichtung (3) auslenkbar ist.
2. Mikrospiegelvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Auslenkelemente (91 bis 94) erste Auslenkelemente (91, 92) und zweite Auslenkelemente (93, 94) umfassen, wobei die ersten Auslenkelemente (91, 92) bezüglich der zweiten Auslenkelemente (93, 94) symmetrisch zu der zweiten Schwingachse (A2) an der inneren Rahmeneinrichtung (5) angeordnet sind; und wobei die Schwingplatte (4) durch eine gegenläufige Auslenkung der ersten Auslenkelemente (91, 92) relativ zu den zweiten Auslenkelementen (93, 94) um die zweite Schwingachse (A2) herum in Schwingung versetzbar ist.
Mikrospiegelvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat eine Kaverne (10) aufweist; und wobei die erste
Aufhängeeinrichtung (6a, 6b) ein erstes Aufhängeelement (6a) und ein zweites Auf hängeelement (6b) aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Kaverne (10) entlang der ersten Schwingachse (AI) das Substrat (2) mit der äußeren Rahmeneinrichtung (3) verbinden.
Mikrospiegelvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Aufhängeeinrichtung (7a, 7b) ein drittes Aufhängeelement (7a) und ein viertes Auf hängeelement (7b) aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Schwingplatte (4) entlang der ersten Schwingachse (AI) die äußere
Rahmeneinrichtung (2) mit der inneren Rahmeneinrichtung (5) verbinden.
Mikrospiegelvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dritte Aufhängeeinrichtung (8a, 8b) ein fünftes Aufhängeelement (8a) und ein sechstes Auf hängeelement (8b) aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Schwingplatte (4) entlang der zweiten Schwingachse (AI) die innere
Rahmeneinrichtung (5) mit der Schwingplatte (4) verbinden.
Mikrospiegelvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auslenkelemente (91 bis 94) jeweils ein im unausgelenkten Zustand parallel zur zweiten Schwingachse (A2) verlaufendes Balkenelement (91a bis 94a) und eine an dem Balkenelement (91a bis 94a) angeordnete träge Masse (91b bis 94b) aufweisen.
Mikrospiegelvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die träge Masse (91b bis 94b) in einem äußeren Endbereich der Balkenelemente (91a bis 94a) angeordnet ist.
Mikrospiegelvorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei sich die
Balkenelemente (91a bis 94a) zu ihrem äußeren Endbereich hin verjüngen.
9. Mikrospiegelvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auslenkelemente (91 bis 94) mindestens eine piezoelektrische Schicht aufweisen.
10. Verfahren zum Betreiben einer Mikrospiegelvorrichtung (1) gemäß einem
Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten:
Auslenken (S l) der äußeren Rahmeneinrichtung (3) um die erste
Schwingachse (AI) herum; und
Auslenken (S2) der Schwingplatte (4) relativ zu der äußeren
Rahmeneinrichtung (3) durch Auslenken der Auslenkelemente (91 bis 94).
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