DE4235593A1 - Two=dimensional micro-mechanical on=chip mirror deflection system - has mirror frame attached to frame by diametric conductive tracks orthogonal to tracks connected to frame - Google Patents
Two=dimensional micro-mechanical on=chip mirror deflection system - has mirror frame attached to frame by diametric conductive tracks orthogonal to tracks connected to frameInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Ab lenkeinrichtung für einen Spiegel, die auf einem Chip angeordnet ist, in dem sich unterhalb des Spiegels ein freigeätzter Raum befindet, unter dem Leiterbahnen zur Ansteuerung der Spiegelkippung an geordnet sind.The invention relates to a micromechanical Ab steering device for a mirror on a Chip is arranged in which below the Mirror is an etched space under which Conductor tracks for controlling the mirror tilt are ordered.
Im Stand der Technik sind mikromechanische Ablenk einrichtungen bekannt, mit denen beispielsweise Lichtstrahlen um kleine Winkel abgelenkt werden können. Die Ansteuerung der Ablenkeinrichtung er folgt im allgemeinen durch gesonderte Ansteuerungs einrichtungen, wobei die Auslenkung des Spiegels durch elektrostatische Anziehungs- bzw. Abstoßungs kräfte bewirkt wird.In the prior art there are micromechanical deflections facilities known with which, for example Light rays are deflected by small angles can. The control of the deflection device generally follows by separate control facilities, the deflection of the mirror through electrostatic attraction or repulsion forces is effected.
Bei der Auslenkung um zwei Achsen wird bei dem im Stand der Technik bekannten Einrichtungen entweder eine zusätzliche elektromechanische Einrichtung an gebracht oder der mikromechanische Spiegel durch eine Zusatzeinrichtung in Schwingung versetzt, be vorzugt im Resonanzbereich. With the deflection around two axes in the Prior art devices either an additional electromechanical device brought or the micromechanical mirror through an additional device vibrates, be preferred in the resonance range.
Bei den bekannten Ablenkeinrichtungen, die elektro mechanisch angesteuert werden, ist von Nachteil, daß aufgrund der relativ großen Massen der verwen deten Bauelemente das System träge reagiert und in folgedessen kurze Auslenkzeiten nicht realisiert werden können.In the known deflection devices, the electro mechanically controlled is a disadvantage that because of the relatively large masses of us components the system reacts sluggishly and in consequently short deflection times were not realized can be.
Bei den durch Zusatzeinrichtungen mit Ultraschall angeregten Ablenkeinrichtungen ist nachteilig, daß die beabsichtigten Auslenkungen zu undefinierten Taumelbewegungen führt, wobei eine definierte Bewe gung der Spiegel - insbesondere bei der Bewegung um mehrere Achsen - nicht erreicht werden kann.In the case of additional devices with ultrasound Excited deflectors is disadvantageous in that the intended excursions to undefined Wobbles, with a defined movement around the mirror - especially when moving around multiple axes - cannot be reached.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweidimensional wirkende Ablenkvorrichtung zu schaffen, die sich durch geringe Abmessungen aus zeichnet und die mit hohen Frequenzen betrieben werden kann.The invention has for its object a two-dimensionally acting deflection device create, which are characterized by small dimensions records and operated at high frequencies can be.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe da durch, daß der Spiegel mit einem Rahmen kardanisch aufgehängt ist, der Rahmen mittels zweier diametral angeordneter elastischer Leiterbahnen am Chip schwenkbar befestigt ist und der Spiegel mittels zweier weiterer diametral angeordneter Leiterbah nen am Rahmen befestigt ist, wobei die weiteren Leiterbahnen orthogonal zu den Leiterbahnen des Rahmens angeordnet sind.According to the invention, the problem is solved there through that the mirror with a gimbal frame is suspended, the frame by means of two diametrical arranged elastic conductor tracks on the chip is pivotally attached and the mirror by means of two further diametrically arranged conductor tracks NEN is attached to the frame, the others Conductor tracks orthogonal to the conductor tracks of the Frame are arranged.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in dem freigeäzten Raum vier Elektroden an den Ecken der Grundfläche des Raumes angeordnet sind. An advantageous development of the invention provides before that in the cleared room four electrodes the corners of the base of the room are.
Ferner ist es möglich, daß die Elektroden im Be reich der Verbindungslinien zwischen den Ecken der Grundfläche angeordnet sind.It is also possible that the electrodes in the loading rich of connecting lines between the corners of the Base area are arranged.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ent steht dadurch, daß der Rahmen vom Steuerstrom durchflossen wird, in dem freigeäzten Raum zwei Elektroden auf der Grundfläche des Raumes angeord net sind und zwei stromdurchflossene Leiter außer halb des Rahmens, vorzugsweise unterhalb desselben, angeordnet sind.An advantageous development of the invention ent stands in that the frame of the control current is flowed through in the cleared room two Electrodes arranged on the base of the room net and two current-carrying conductors except half of the frame, preferably below it, are arranged.
Ein besonderem Vorteil der erfindungsgemäßen Ab lenkeinrichtung ist, daß die Anordnung eine defi nierte Ansteuerung der Bewegung in zwei Koordinaten ermöglicht. Die geringe Masse der erfindungsgemäßen Anordnung und deren kleine Abmessungen hat eine sehr geringe Trägheit der Ablenkeinrichtung zur Folge. Dadurch wird es möglich, die Spiegelauslen kung mit sehr hohen Frequenzen zu betätigen.A particular advantage of the Ab Steering device is that the arrangement is a defi Controlled movement in two coordinates enables. The low mass of the invention Arrangement and its small dimensions has one very low inertia of the deflection device Episode. This makes it possible to deflect the mirrors actuation with very high frequencies.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Aus führungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigtThe invention is based on an off management example are explained in more detail. In the Drawing shows
Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungs gemäße Spiegelanordnung, Fig. 1 is a plan view of the fiction, modern mirror assembly,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Spiegelanordnung in Richtung A-A, Fig. 2 is a sectional view of the mirror assembly OF INVENTION to the invention in the direction AA,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Anordnung in Richtung B-B, Fig. 3 is a sectional view of the arrangement OF INVENTION to the invention in direction BB,
Fig. 4 die Elekrodenanordnung in den Ecken des freigeäzten Raumes, Fig. 4, the Elekrodenanordnung in the corners of the freigeäzten space,
Fig. 5 die Elektrodenanordnung im Bereich der Verbindungslinien der Ecken des freigeäzten Raumes, Fig. 5, the electrode assembly in the area of lines connecting the corners of the freigeäzten space,
Fig. 6 eine Anordnung bei der die Drehbewe gung um eine Koordinate durch elektromotorische Kräfte bewirkt wird, Fig. 6 shows an arrangement in which the Drehbewe supply is effected by a coordinate by electromotive forces,
Fig. 7 eine Anordnung bei der die Drehbewe gung um eine Koordinate durch außerhalb des Bauelementes erzeugte elektromotorische Kräfte bewirkt wird. Fig. 7 shows an arrangement in which the rotary movement is effected about a coordinate by electromotive forces generated outside the component.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, bei der ein kardanisch aufgehängter Spiegel 1 mittels eines Rahmens 2 und von Leiterbahnen 4.2 an einem Chip 3 befestigt ist. Die Spiegelfläche sowie die Achsen und der Rahmen 2 der Anordnung werden vor zugsweise durch mikromechanische Fertigungsverfah ren auf einem Substrat mit versenkten Leiterbahnen 4.1 hergestellt. Fig. 1 shows the arrangement according to the invention, wherein a gimbaled mirror 1 is fixed by means of a frame 2 and conductor tracks on a chip 3 4.2. The mirror surface as well as the axes and the frame 2 of the arrangement are preferably produced by micromechanical manufacturing processes on a substrate with recessed conductor tracks 4.1 .
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in ei ner Schnittdarstellung. Sie stellt die mit mikrome chanischen Fertigungsverfahren hergestellte Un terätzung sowie das eigentliche Spiegelelement und die versenkten Leitbahnen dar. Unterhalb des Spiegels 1 sind Elektroden 5 angebracht. Wird nun an die Spiegelfläche ein elektrisches Potential ge genüber den unterhalb der Spiegelanordnung Elektro den 5 aufgebracht, so kann die Spiegelfläche gegen über den Elektroden 5 gekippt werden. Die Auslen kung des Spiegels 1 erfolgt dabei durch elektrostatische Kräfte. Die elektrostatischen Kräfte werden durch Anlegen eines elektrischen Po tentials, das beispielsweise in der Größenordnung von 400 Volt liegt, erzeugt. Fig. 2 shows the arrangement according to the invention in egg ner sectional view. It represents the undercut produced with micromechanical manufacturing processes as well as the actual mirror element and the recessed interconnects. Below the mirror 1 , electrodes 5 are attached. If an electrical potential is now applied to the mirror surface below the electrical arrangement 5 below the mirror arrangement, the mirror surface can be tilted towards the electrodes 5 . The deflection of the mirror 1 is carried out by electrostatic forces. The electrostatic forces are generated by applying an electrical potential, for example of the order of 400 volts.
Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der erfin dungsgemäßen Anordnung. Hierbei sind die mit mikro mechanischen Fertigungsverfahren hergestellte Un terätzung sowie das eigentliche Spiegelelement und die Elektroden 5 ersichtlich. Fig. 3 shows a sectional view of the inventive arrangement according to the invention. Here, the undercut produced with micro-mechanical manufacturing processes as well as the actual mirror element and the electrodes 5 can be seen.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Elek troden 5 für die Auslenkung unter den Ecken des freigeätzten Raumes angeordnet sind. Die Steuerung erfolgt wiederum durch Anlegen eines Potentials in der Größenordnung von 400 Volt. Fig. 4 shows an arrangement in which the electrodes 5 are arranged for the deflection under the corners of the etched space. The control is again carried out by applying a potential in the order of 400 volts.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Elek troden 5 für die Auslenkung unter den Wirkflächen des Spiegels 1 und des Rahmens 2 jeweils orthogonal zu den einzelnen Torsionsachsen angeordnet sind. Die Steuerung erfolgt auch hierbei durch Anlegen eines Potentials von ca. 400 Volt. Fig. 5 shows an arrangement in which the elec trodes 5 are arranged orthogonally to the individual torsion axes for the deflection under the effective surfaces of the mirror 1 and the frame 2 . The control is also carried out here by applying a potential of approx. 400 volts.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der die Auslen kung des Spiegels um Achse in der oben beschriebe nen Art erfolgt. Die Auslenkung um die zweite Achse erfolgt hier durch eine elektromotorische Kompo nente. Diese Kraftwirkung wird durch eine Potentialdifferenz über den Rahmen 2 und einen da mit verbundenen Stromfluß durch die Schenkel des Rahmens 2 in Wechselwirkung mit einem äußeren Magnetfeld, hier erzeugt durch stromdurchflossene Leiter 6, induziert. Fig. 6 shows an arrangement in which the deflection of the mirror about axis in the above-described NEN type. The deflection around the second axis takes place here by an electromotive component. This force effect is induced by a potential difference across the frame 2 and an associated current flow through the legs of the frame 2 in interaction with an external magnetic field, here generated by current-carrying conductors 6 .
Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der ebenfalls die Auslenkung um die zweite Achse durch eine elektro motorische Komponente erfolgt. Diese Kraftwirkung wird auch hierbei durch eine Potentialdifferenz über den Rahmen 2 und einen damit verbundenen Stromfluß durch die Schenkel des Rahmens 2 in Wech selwirkung mit einem äußeren Magnetfeld induziert. Das Magnetfeld wird in diesem Fall jedoch durch eine außerhalb des mikromechanischen Elementes an geordnete Baugruppe 7 erzeugt. Fig. 7 shows an arrangement in which the deflection about the second axis is also carried out by an electromotive component. This force effect is also induced here by a potential difference across the frame 2 and an associated current flow through the legs of the frame 2 in interaction with an external magnetic field. In this case, however, the magnetic field is generated by an assembly 7 arranged outside the micromechanical element.
Claims (4)
- - der Spiegel (1) mit einem Rahmen (2) kardanisch aufgehängt ist,
- - der Rahmen (2) mittels zweier diametral angeord neter Leiterbahnen (4.2) am Chip (3) schwenkbar be festigt ist und
- - der Spiegel (1) mittels zweier weiterer diametral angeordneter Leiterbahnen (4.2) am Rahmen (2) be festigt ist, wobei die weiteren Leiterbahnen (4.2) orthogonal zu den Leiterbahnen des Rahmens (2) an geordnet sind.
- - The mirror ( 1 ) is gimbaled with a frame ( 2 ),
- - The frame ( 2 ) by means of two diametrically arranged conductor tracks ( 4.2 ) on the chip ( 3 ) is pivotally fastened and
- - The mirror ( 1 ) by means of two further diametrically arranged conductor tracks ( 4.2 ) on the frame ( 2 ) be fastened, the further conductor tracks ( 4.2 ) being arranged orthogonally to the conductor tracks of the frame ( 2 ).
- - der Rahmen (2) vom Steuerstrom durchflossen wird,
- - unter dem freigeäzten Raum zwei Elektroden (5) auf der Grundfläche des Raumes angeordnet sind und
- - stromdurchflossene Leiter (6) außerhalb des Rah mens (2), vorzugsweise unterhalb desselben, ange ordnet sind.
- - The frame ( 2 ) is flowed through by the control current,
- - Two electrodes ( 5 ) are arranged on the base of the room under the cleared space and
- - Current-carrying conductors ( 6 ) outside the frame ( 2 ), preferably below the same, are arranged.
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