微机械构件和微机械构件的制造方法

专利名称：微机械构件和微机械构件的制造方法
微机械构件和微机械构件的制造方法本发明涉及权利要求I前序所述的一种微机械构件，此外本发明还涉及一种微机械构件的制造方法。
背景技术：
微机械构件通常具有静电的和/或电磁的驱动器，该驱动器可用来使至少一个可调整的元件相对于微机械构件的支架绕至少一个旋转轴线调整。这种微机械构件例如可以设计成微镜。下面以尚未公布的申请EP 08400007. 4的微镜作为微机械构件的例子进行说明 附图I所示为一种常规微镜的示意图。所示的微镜具有一个作为可调元件的镜板10，该镜板可以相对于(没有绘出的)支架绕第一旋转轴线12和第二旋转轴线14调整。镜板10通过两个沿着第一旋转轴线12延伸的内弹簧16与内框架18相连。在内框架18的两个相对置的部位上固定有沿着第二旋转轴线14延伸的梁20。两个梁20中的每一个均在其与内框架18相反的一端通过沿着第二旋转轴线14延伸的外弹簧22与支架相连。此外还在每一个梁20上布置一个外部执行器电极组件24和一个内部执行器电极组件26。外部执行器电极组件24包括在对应的梁20两侧垂直于第二旋转轴线14延伸的电极指24a。内部执行器电极组件26的电极指26a和26b也垂直于第二旋转轴线14，其中，电极指26a布置在第二旋转轴线14的第一侧，电极指26b布置在第二旋转轴线14的第二侦U。在附图I所示的示例中，外部执行器电极组件24的电极指24a具有不变的长度。内部执行器电极组件26的电极指26a和26b的长度随着与内框架18之间距离的增大而减小。在支架上分别固定有两个外部定子电极组件28和两个内部定子电极组件30。每个外部定子电极组件28与一个对应的外部执行器电极组件24相邻布置。相应地，两个内部定子电极组件30中的每一个对应于一个内部执行器电极组件26。每一个定子电极组件28和30包括一些电极指28a、30a和30b。在所示的微镜中，可以在一个外部执行器电极组件24的电极指24a与对应的外部定子电极组件28的电极指28a之间施加不等于零的第一电压。如果在外部电极组件24和28的布置于第一旋转轴线12第一侧的电极指24a和28a之间施加第一电压，则使镜板10绕第一旋转轴线12朝向第一旋转方向调整。相应地，如果在第一旋转轴线12第二侧在外部电极组件24和28的电极指24a和28a之间施加第一电压，则使镜板10绕旋转轴线12朝向第二旋转方向转动。内部电极组件26和30的电极指26a、26b、30a和30b可以这样接触，使得只能在两个内部电极组件26和30的布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指26a和30a之间施加第二电压。也可以与此无关地仅在两个内部电极组件26和30的布置于旋转轴线14第二侧的电极指26b和30b之间施加第二电压。根据在布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指26a和30a之间还是在布置于旋转轴线14第二侧的电极指26b和30b之间施加第二电压而定，镜板10被绕第二旋转轴线14朝一确定的旋转方向调整。
为了更好地说明附图I所示常规微镜的缺点，参考下面的附图。图2A和2B是附图I所示常规微镜的外部执行器电极组件的横截面。图2A和2B的示意图中，在外部执行器电极组件24的电极指24a与外部定子电极组件28的电极指28a之间施加等于零的第一电压U1。在附图2A中，可在内部电极组件26和30的电极指26a和30a之间或者电极指26b和30b之间施加的第二电压U2也等于零。在可施加的电压Ul和U2均为零的无电压状态下，外部电极组件24和28的电极指24a和28a相互平行地处在两个不同的平面中。此时也可说，外部电极组件24和28的电极指26a和28a在无电压状态下处于面外(Out-Of-Pl ane)布置。与此不同，附图2B示出在内部电极组件26和30的布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指26a和30a之间施加了不等于零的第二电压U2的情况。从图中可以看出，在内部电极组件26和30的(没有绘出的)电极指26a和30a或者26b和30b之间施加不等于零的第二电压U2也导致外部执行器电极组件24的电极指24a绕第二旋转轴线14调整。这例如会使得外部电极组件24和28的布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指24a和28a重叠，而外部电极组件24和28的布置于第二旋转轴线14第二侧的电极指24a和28a不重叠。如果如附图2B所示的这种情况下在外部电极组件24和28的电极指24a和28a之间施加不等于零的第一电压U1，则所施加的第一电压Ul还会引起绕第二旋转轴线的串扰转矩。该串扰转矩通常导致镜板10绕第二旋转轴线14的不希望的调整。这也可被称作微镜串扰或者称作镜板10绕两个旋转轴线12和14的可能的调整运动之间的不希望的耦合。其缺点在于该效应随着所施加的第二电压U2的升高而增大，或者随着第二镜调整角度的增大而增大，该第二镜调整角度是镜板10绕第二旋转轴线14调整的角度。因此希望能够有一种微机械构件，其中，在可调元件的两种可能的调整运动之间不存在耦合。

发明内容
本发明提供一种具有权利要求I所述特征的微机械构件以及一种具有权利要求11所述特征的微机械构件的制造方法。通过布置在外部执行器电极组件和内部执行器电极组件之间的中间弹簧能够保证，外部执行器电极组件在相邻的内部执行器电极组件绕第二旋转轴线调整时不会或者几乎不会随之运动。因此，外部执行器电极组件与相邻的内部执行器电极组件绕第二旋转轴线的旋转运动脱耦。因此，内部执行器电极组件绕第二旋转轴线的旋转运动不引起外部电极组件之间的关于第二旋转轴线不对称的重叠。在外部电极组件之间施加不等于零的第一电压也不会像在上述现有技术中那样引起绕第二旋转轴线的明显串扰转矩。由此保证良好地抑制可调元件的两种可能的调整运动之间的不希望的耦合。因此，本发明提供了一种能够简单且成本低廉地实施的防止通常会出现的串扰的方案。与上述常规微镜的不同，通过本发明可以实现一种微机械构件，其中，沿着第一梁仅构成内部执行器电极组件的电极指。以这种方式可以显著提高作用于可调元件上的用于相对于第一梁的总长绕第二旋转轴线调整可调元件的转矩。这样就能排除内部执行器电极组件的多个电极指与第二旋转轴线之间的间距比较小的缺点。外部执行器电极组件还可以具有带有电极指的第二梁，该梁最好不平行于内部执行器电极组件的第一梁和/或不平行于第一旋转轴线。由于外部执行器电极组件的电极指在这种情况下布置得与第一旋转轴线具有有利的大的间距，因此可以实现用于绕第一旋转轴线调整可调元件的高的转矩。附加地，当第一梁和第二梁不平行时，可以将较大数量的电极指布置在两个梁上，无需沿着第一旋转轴线和/或第二旋转轴线曾增大该微机械构件。由于电极组件的电极指数量比较大，因此可以实现比较大的力输入。因此能利用该微机械构件来调整质量较大的可调元件。此外可以将至少一个内弹簧、至少一个中间弹簧和/或至少一个外弹簧的弹簧刚度确定得比较高，从而能够实现比较稳健的微机械构件。
从属权利要求所述均为本发明的有利扩展构型。该微机械构件的优点也可在相应的微机械构件相应制造方法中保证。


下面根据附图解释本发明的其它特征和优点。附图示出图I、图2A和2B常规微镜的示意图和横截面；图3、4和6至13B微机械构件的实施方式的示意图；以及图5用于描述制造方法的实施方式的多层构造的横截面。
具体实施例方式图3示出微机械构件的第一实施方式的示意图。所示微机械构件构造为微镜。该微机械构件具有一个镜板10作为可调元件。通过对镜板10进行抛光和/或适当的涂层处理，可保证实现有利的反射系数。需指出的是，该微机械构件不局限于构造成微镜。替代镜板10或者除了镜板10之外，该微机械构件也可以具有其它的可调元件。镜板10可以绕第一旋转轴线12并且绕第二旋转轴线14相对于(没有绘出的)支架调整。第二旋转轴线14不平行于第一旋转轴线12。第二旋转轴线14最好与第一旋转轴线12形成直角。但这里所述的微机械构件不局限于两个旋转轴线12和14相互垂直。对于专业人员而言，根据明下面的说明也容易想到两个旋转轴线12和14形成0°至90°之间夹角的微机械构件实施方式。镜板10通过至少一个内弹簧16与内框架18相连。也可以将内框架18称作万向框架。例如框架18可构造成万向环。该至少一个内弹簧16可以是沿着第一旋转轴线12定向的扭簧。为了改善稳定性，镜板10可以通过两个布置在相反侧的内弹簧16与内框架18相连。在内框架18固定有至少一个带有第一梁50的内部执行器电极组件26，在第一梁50上布置有电极指26a和26b。第一梁50沿着第二旋转轴线14定向。优选该微机械构件具有两个这样的内部执行器电极组件26，它们布置在第一旋转轴线12的相对两侧。在这种情况下，两个执行器电极组件26中的每一个可以分别在一个对应的第一梁50上构成。优选两个内部执行器电极组件26中的每一个包括多个电极指26a和26b,它们布置在第二旋转轴线14两侧并且垂直于第二旋转轴线14向外延伸。在支架上，与每个内部执行器电极组件26相邻地固定安置一个对应的内部定子电极组件30。每个内部定子电极组件30具有一些与相邻的内部执行器电极组件26的电极指26a和26b对应的电极指30a和30b。内部定子电极组件30的电极指30a和30b的定向与相邻的内部执行器电极组件26的电极指26a和26b相匹配。内部电极组件26和30的电极指26a、26b、30a和30b可以具有不变的长度。与电极指长度随着与内框架18之间距离增大而减小的电极组件相比，这里描述的实施例的具有恒定电极指26a、26b、30a和30b长度的内部电极组件26和30具有可实现较大转矩的优点。因为阻止了电极指26a和26b的伸出，因而能保证实现较大的转矩。下面还要详细探讨内部电极组件26和30的功能。每个第一梁50的远离镜板10的端部通过中间弹簧52与外部执行器电极组件24相连。在第一梁50和外部执行器电极组件24之间构成的中间 弹簧52沿着第二旋转轴线14、也就是沿着第一梁50的纵轴线取向。外部执行器电极组件24可以构造成具有第二梁54和布置在第二梁54上的电极指24a的梳状电极。下面还将描述外部执行器电极组件24的其它实施方式。外部执行器电极组件通过至少一个外弹簧与(没有绘出的)支架相连。在所示实施方式中，每个外部执行器电极组件24通过两个构造为回曲形翻转弹簧53的外弹簧与支架相连。在此，回曲形翻转弹簧53的纵向沿着外部执行器电极组件24的第二梁54的纵轴线延伸并且平行于第一旋转轴线12。所述至少一个中间弹簧52在中间弹簧52绕第二旋转轴线12的扭转方面具有比较小的第一弹簧刚度。与此相对，用来将外部执行器电极组件24与支架相连的所述至少一个外弹簧这样构造，使得对外部执行器电极组件绕第二旋转轴线14的旋转运动起反作用的该至少一个外弹簧的第二弹簧刚度大于中间弹簧52的第一弹簧刚度。例如可通过两个回曲形翻转弹簧53实现有利的大的第二(虚拟)弹簧刚度。因此，用比较小的力就可以实现中间弹簧52绕第二旋转轴线14的扭转，而为了引起外部执行器电极组件24绕第二旋转轴线14的旋转运动则必须用比较多的力。以这种方式就能保证，在内部执行器电极组件26绕第二旋转轴线14作旋转运动时，相邻的外部执行器电极组件24不随之运动。可以将此看作为，外部执行器电极组件24与相邻的内部执行器电极组件26绕第二旋转轴线14的旋转运动脱耦。通过这种脱耦，在现有技术中出现的不利的串扰在这里所述的微机械构件中被可靠地抑制。所述至少一个外部执行器电极组件24的第二梁54最好不平行于相邻的内部执行器电极组件26的沿着第二旋转轴线14延伸的第一梁50。在这种情况下，可以将梁50和54构造成比现有技术更长，而不加大该微机械构件沿着第一旋转轴线12和/或第二旋转轴线14的延伸长度。因此，在遵守微机械构件的最佳大小的情况下，可以将更多数量的电极指26a和26b布置在该至少一个第一梁50上和/或将更多数量的电极指24a布置在该至少一个第二梁54上。这使得可实现的、用于使镜板10绕第一旋转轴线12和/或绕第二旋转轴线14调整的转矩提高。第二梁54尤其可以垂直于第一梁50。由于可实现相对高的转矩，因此可以将弹簧16、52和53设计得比较刚性。这能保证微机械构件有好的稳健性，还附加使得弹簧16、52和53的制造更容易。此外还可以这样确定弹簧16、52和53的弹簧刚度，使得按照以上所述方式抑制不希望的串扰。所述至少一个外部执行器电极组件24的垂直于第二梁54构造的电极指24a与第一旋转轴线之间的距离比较大，这额外保证用来绕第一旋转轴线12调整镜板10的转矩比较大。因此可以减少外部电极组件24和28的电极指24a和28a的数量，以保证有足够的安装面用于内部电极组件26和30的电极指26a、26b、30a和30b。以这种方式能够附加地提高用来绕第二旋转轴线14调整镜板10的驱动力。为每个外部执行器电极组件24对应配置一个固定在支架上的外部定子电极组件28。每个外部定子电极组件28包括一些电极指28a，它们的取向和位置相应于对应的外部执行器电极组件24的电极指24a。外部电极组件24和28可这样接触，使得可在第一旋转轴线12第一侧的电极指24a和28a之间施加不等于零的第一电压，其中同时保证，不在第一旋转轴线12第二侧的电极指24a和28a之间施加电压。也可以在第一旋转轴线12第 二侧的电极指24a和28a之间施加不等于零的第一电压，而不在第一侧的电极指24a和28a之间施加电压。此外，内部电极组件26和30可这样接触，使得可以在布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指26a和30a之间施加不等于零的第二电压，而在布置于第二旋转轴线14第二侧的电极指26b和30b之间不施加电压。附加地可以在布置于第二旋转轴线14第二侧的电极指26b和30b之间施加第二电压，而在布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指26a和30a之间施加的电压等于零。对于专业人员而言，根据附图3很容易想到如何构造适当的接触元件(例如导线)以及(没有绘出的)控制装置，用于施加第一电压和第二电压。因此省去了对这些组件的详细描述。在无电压状态下，S卩如果在电极组件24、26、28、30之间没有电压，则执行器电极组件24和26以及镜板10处于初始位置中，该初始位置最好在同一个共同的初始平面内。定子电极组件28和/或30的电极指28a、30a和/或30b可以布置在该初始平面的背离支架的一侧。也可以将定子电极组件28和/或30的电极指28a、30a和/或30b布置在初始平面和支架之间的一个平面中。镜板10绕第一旋转轴线12的调整最好共振地进行。在这种情况下，控制装置用来提供一电压信号作为第一电压，其频率与镜板10在所述至少一个内弹簧16弯曲的情况下相对于内框架18的振动运动的固有频率相等。这样就能在适当确定镜板10的质量和所述至少一个内弹簧16的弹簧刚度的值的情况下有目的地激励镜板10在所述至少一个内弹簧16弯曲的情况下绕第一轴线12相对于内框架18作谐振的振动运动。这使得镜调整角度加大。例如用这种方式可以使镜板10相对于支架绕第一旋转轴线12调整一镜调整角度12°，而外部执行器电极组件24仅相对于支架绕第一旋转轴线12倾翻一个远远小于1°的旋转角。最好提供一个频率约20kHz的电压信号作为第一电压。利用图3所示的微机械构件可以实现图像投影。该图像投影优选通过创建线状图像结构的方式进行。在有利地控制该微机械构件的情况下这样施加电压，使镜板10以20kHz的频率绕第一旋转轴线12进行第一振动运动。同时使镜板10以60Hz的频率绕第二旋转轴线14进行第二准静态运动。通常也将镜板10的该第二准静态运动称作锯齿形准静态运动。该微机械构件在这种情况下很好地实现微扫描器的功能。与双弹簧-双质量系统形式的常规微镜相比，上面描述的微机械构件构造成四弹簧-四质量系统。在所示微机械构件的一种优选实施方式中，整个驱动系，即所述至少一个外部执行器电极组件24和所述至少一个内部执行器电极组件26，被接地。在这种情况下不必经由所述至少一个外弹簧和所述至少一个中间弹簧52传导较高的电压。因此不必将经由弹簧52和53的导线设计得能承受高电压。以这种方式可保证，弹簧52和53的弹簧刚度不受到那些专门构造得用来施加较高电压的导线的影响。用于提供第一电压和第二电压的高电位从外部施加到定子电极组件28和30上。这可以用较小的费用实现。尤其可以用简单方式和低廉成本制造用来施加较高电位的导线。图4所示为微机械构件的第二实施方式的示意图。
在所示实施方式中，作为对上述的图3所示实施方式的补充，外部执行器电极组件24的第二梁54通过两个连接梁56相互连接。两个连接梁56中的每一个将两个第二梁54的在同一侧背离第二旋转轴线14的端部相互连接。这样，第二梁54和连接梁56形成一个中间框架。优选该中间框架由部件54和56矩形地构成。由部件54和56构成的中间框架通过两个构造为回曲形翻转弹簧53的外弹簧与支架相连。回曲形翻转弹簧53的两个纵轴线处于第一旋转轴线12上。该支架例如可构造成外框架55。这种情况下优选外部定子电极组件28的电极指28固定在外框架55的平行于第二梁54的内表面上。但该微机械构件并不局限于这样构造支架。因此，两个外部定子电极组件28固定布置在支架上，而内部定子电极组件30则固定在由组件54和56构成的中间框架上。因此通过外部电极组件24和28借助中间框架来促动内部定子电极组件30。构造为梳状电极的内部定子电极组件30的梁57可以各借助一个固定梁58与相邻的连接梁56连接，以便将内部定子电极组件30固定在中间框架上。施加在内部定子电极组件30的电极指30a和30b上的电压经回曲形翻转弹簧53引导。附加地，施加在执行器电极组件24和26的电极指24a、26a和26b上的地电位也经回曲形翻转弹簧53引导。优选地电位经第一回曲形翻转弹簧53引导并且高压信号经第二回曲形翻转弹簧53引导。用于将高电位施加在内部定子电极组件30的电极指30a或30b上的导线也可以经部件57和58引导。也可以使用V形弹簧替代回曲形翻转弹簧53。在这种情况下可以通过V形弹簧引导电位。此时可以经一个V形弹簧引导两个导线。因此总计可以经两个V形弹簧引导4个导线。这对于控制和读取传感元件是有利的。图5所示为用于描述制造方法的实施方式的多层构造的横截面。例如利用该仅仅部分描述的制造方法能制造图4所示的微机械构件。对于专业人员而言，根据下面所述的多层构造很容易想到用于制造图4所示微机械构件的方法步骤。该多层构造包括第一半导体层60、至少部分覆盖该第一半导体层60的绝缘层62以及覆盖绝缘层62的第二半导体层64。在绝缘层62中可以形成一些将半导体层60和64的区域一体地相互连接的槽口。第一半导体层60例如是硅衬底。也可被称作隐埋氧化层(Buried Oxid Layer)的绝缘层62可以包括氧化物和/或其它绝缘材料。第二半导体层64尤其可以是SOI (Silicon On Isolator/绝缘体上的娃)层。第一半导体层60的与绝缘层62反向的背面至少部分地被优选由氧化物构成的背面层66覆盖。相应地，第二半导体层64的外表面至少部分地被顶面层68覆盖，该顶面层同样可以含有氧化物。
借助专业人员已知的方法，例如光刻法，可以在层66和68中构成连贯的槽口。这样能通过正面沟槽将第一槽口 70蚀刻到第二半导体层64中，通过背面沟槽将第二槽口 72蚀刻到第一半导体层60中。以这种方式能以附图所示的多层构造结构化产生附图4所示微机械构件的部件10至30和50至58。对于专业人员而言，根据附图5容易想到适当的蚀刻方法，例如KOH蚀刻。支架例如用第一半导体层的材料成型，具有与第一半导体层60的层厚相等的高度hi。梁50、54至58和镜板10可以通过从半导体层60和64以及绝缘层62的区域中以高度h2蚀刻槽口 70和72来形成。优选仅从层厚小于第一半导体层60层厚的第二半导体层64的区域结构化出弹簧16、52和53。这可保证弹簧16、52和53的有利的弹簧刚度值。
对于专业人员而言，根据附图4和5容易想到相对于定子电极指28a、30a和30b在面外的一个层中形成执行器电极指24a、26a和26b，因此不再对此予以赘述。通过在顶面层68上尤其用铝形成至少一个金属层74，能以简单方式和低廉的成本制成用来将电位施加在电极指24a、26a、26b、28a、30a和30b上的导线。图6所示为该微机械构件的第三实施方式的示意图。在该实施方式中，内部定子电极组件的电极指30a和30b通过梁57和58固定在构造为外框架55的支架上。这使得梁57和58构造得稳健并且更容易布置将内部定子电极组件的电极指30a和30b与电源相连的导线。此外，附图6所示的实施方式还具有通过由电极组件24至30引起的转矩来调整相对较小质量的优点。因此，对电极组件24至30施加较小的电压就能引起镜板10的希望的偏转。附加地可以在内部定子电极组件的梁57上固定一些平行于外部执行器电极组件24的第二梁54的附加梁80。在附加梁80上可以构成外部定子电极组件28的另外的电极指28a。在这种情况下最好在外部执行器电极组件24的第二梁54的两侧构成电极指24a。以这种方式可以增加外部电极组件24和28的电极指24a和28a的数量，并且可以实现较大的转矩用于绕第一旋转轴线12调整镜板10。由于梁57和58的构造紧凑，可保证有足够的安装面可供对在附加梁80上形成的电极指28a施加电位的导线用。与图4所示实施方式不同，外弹簧构造成平行于第二旋转轴线14的梁形弯曲弹簧81。每一个弯曲弹簧81将外部执行器电极组件24的一个第二梁54的一端与外框架55的一个相邻的、平行于第二梁54的内表面相连。下面还将对这种外弹簧的特性进行详细探讨。也可以使用至少一个回曲形弹簧替代至少一个弯曲弹簧81。微机械构件沿着第一旋转轴线12的延伸长度比较小，因为不需要中间框架并且弯曲弹簧81并不沿着第一旋转轴线12取向。图7所示为该微机械构件的第四实施方式的示意图。在图7所示微机械构件中，与上述实施方式不同，外弹簧构造成梁形的弯曲弹簧81，该弯曲弹簧将一个外部执行器电极组件24的一个第二梁54的一端与一个连接梁58相连。也可以将这称作外弹簧/弯曲弹簧81向内支撑。当以这种方式布置弯曲弹簧81时，能加大外弹簧的长度，且不加长所示微机械构件沿着第二旋转轴线14的延伸长度。由于弯曲弹簧81构造得比较长，在宽度相同的情况下可以减小弯曲弹簧81的弹簧刚度。这能保证外部执行器电极组件24绕第一旋转轴线12的更好的可调整性。
图8所示为微机械构件的第五实施方式的示意图。在所示的该微机械构件中，在第一旋转轴线12的一侧协同作用的外部电极组件24和28这样构造，使得可以在协同作用的外部电极组件24和28的布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指24a-l和28a-l之间施加第一电压值作为第一电压，在协同作用的外部电极组件24和28的布置于第二旋转轴线12第二侧的电极指24a-2和28a_2之间施加与第一电压值不同的第二电压值作为第一电压。也可以将这称作协同作用的外部电极组件24和28中的至少一个电极组件的起电极面作用的电极指24a或者28a被第二旋转轴线14划分成布置于第二旋转轴线14第一侧的第一电极面24a- l或28a-l以及布置于第二旋转轴线第二侧的第二电极面24a-2或28a-2，其中，第一电极面24a_l或28a_l这样耦合在至少一个(没有绘出的)第一导线上，使得可以将第一电位施加在第一电极面24a-l或28a-l上，第二电极面24a-2或28a-2这样耦合在至少一个(没有绘出的)第二导线上，使得可以将与第一电位不同的第二电位施加在第二电极面24a-2或28a-2上。该微机械构件最好包括一个控制装置，该控制装置可用于使第一电位施加在第一电极面24a-l或28a-l上并且第二电位施加在第二电极面24a-2或28a-2上。下面更详细地探讨这种微机械构件的一种可能的实施方式在所示的该实施方式中，每个外部定子电极组件28被划分成一个第一子组件82和一个第二子组件84。第一子组件82包括所属的外部定子电极组件28的电极指28a-l，这些电极指布置在第二旋转轴线14的第一侧。第一子组件82的电极指28a-l可以布置在外框架55的平行于第二梁64的内表面上和/或布置在附加梁80的外表面上。相应地，外部定子电极组件28的布置在第二旋转轴线14第一侧的电极指28a-2分配给第二子组件84。第二子组件84的电极指28a-2也可以固定在外框架55上和/或附加梁80上。可以将第一电位施加在第一子组件82的电极指28a_l上。同时可以将与第一电位不同的第二电位施加在第二子组件84的电极指28a-2上。对于专业人员而言，根据附图8很容易想到外部定子电极组件28的两个子组件82和84的可以用于电极指28a-l和28a_2的电接触的导线，因此不再对此予以赘述。将所述至少一个外部定子电极组件28划分成子组件82和84的优点在于在例如构造成外框架55的支架上有充分的安装面可用来形成子组件82和84的导线。此外通过梁57和58的紧凑结构也使得子组件82和84的导线的形成更容易。但是需指出的是该微机械构件不限于将所述至少一个外部定子电极组件28关于第二旋转轴线14划分成子组件82和84。替代或者补充划分所述至少一个外部定子电极组件28，也可以将至少有一个执行器电极组件24这样划分，使得可以将不同的电位施加在布置于第二旋转轴线14两侧的电极指24a-l和24a-2上。对于专业人员而言，根据附图8能够容易想到微机械构件的这种构造，因此不再对此予以赘述。通过将第一电压值施加在协同作用的外部电极组件24和28的布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指24a-l和28a-l之间并且将与第一电压值不同的第二电压值施加在相同外部电极组件24和28的布置于旋转轴线14第二侧的电极指24a-2和28a_2之间，可将绕第二旋转轴线14的附加转矩作用于外部执行器电极组件24上。按照一优选实施方式，由控制装置这样提供第一电压值和第二电压值，使得绕第二旋转轴线14作用于外部执行器电极组件24上的该附加转矩补偿在绕第二旋转轴线14调整相邻的内部执行器电极组件26时由该内部执行器电极组件26引起的附加转矩。实现这一点的方式为控制装置附加地被设计用于，在考虑关于在内部执行器电极组件26的至少一个电极指26a或26b与内部定子电极组件30之间施加的第二电压和/或内部执行器电极组件26的至少一个电极指26a或26b相对于内部定子电极组件30的当前位置的信息的情况下来确定所施加的第一电
位/第一电压值与第二电位/第二电压值之间的差。以这种方式能防止在常规微机械构件中由 于外部执行器电极组件24在绕第二旋转轴线14调整相邻内部执行器电极组件26时随之运动而出现的串扰。因此能够抑制在现有技术中出现的在镜板10的两种调整运动之间的不希望的耦合，使其不会或者几乎不会影响镜板10的所希望的调整。将至少一个外部电极组件24或28划分成两个子组件82和84并且在第二旋转轴线14两侧的协同作用的外部电极组件24和28的电极面24a-l、24a-2、28a-l和28a_2之间施加不同的电压值，也可被称作微机械构件在闭环运行中工作。需要指出的是在这种闭环运行中，两个协同作用的外部电极组件24和28这样构造，使得通过对电极指24a-l、24a_2、28a-l和28a-2施加第一电压可以使镜板10绕第一旋转轴线12调整，这两个协同作用的外部电极组件24和28将电极指24a-l、24a-2、28a-l和28a_2这样划分，以致可以在布置于第二旋转轴线14第一侧的电极指24a-l和28a-l之间施加第一电压值并且在布置于第二旋转轴线14第二侧的电极指24a-2和28a_2之间施加与第一电压值不同的第二电压值。在进一步构型中，图4和6所示的微机械构件实施方式也可以在闭环运行中工作。对于专业人员而言，通过上述段落容易想到适合于该闭环运行的构型方式，因此不再对此予以赘述。图9A和9B所示为该微机械构件的第六实施方式的示意图。在图9A中以俯视图所的实施方式具有一个外部电动板式驱动器替代一外部电动梳式驱动器。这种情况下，外部执行器电极组件24构造成执行器板式电极86，它通过沿着第二旋转轴线14延伸的中间弹簧52与相邻的内部执行器电极组件26的第一梁50相连。执行器板式电极86优选在其初始位置中(无电压状态下)平行于由两个旋转轴线12和14展开的平面。执行器板式电极86通过至少一个外弹簧与支架直接或间接相连。该至少一个外弹簧例如可以包括弯曲弹簧81。在所示实施方式中，两个弯曲弹簧81在执行器板式电极86和一个相邻的连接梁58之间平行于第二旋转轴线14延伸。对于专业人员而言，根据这里所示的附图也容易想到将执行器板式电极86与支架直接或间接相连的该至少一个外弹簧的其它可能实施例。外部定子电极组件28也可以构造成至少一个定子板式电极88。从图9B所示的沿图9A中线A-A的横截面中可以看出，至少一个定子板式电极28优选以极小的间距平行于执行器板式电极80的初始位置。板式电极86和88最好可以具有重叠面。重叠面之间的距离可以只有几微米。这可保证相对较大的转矩，用于通过使用板式电极86和88来绕第一旋转轴线12调整镜板10。在所示实施方式的一种扩展构型中，可以将协同作用的外部电极组件24和28中的至少一个电极组件划分成子组件。在这种情况下，外部电极组件24和28中的至少一个电极组件在第二旋转轴线14的第一侧具有第一部分板式电极并且在第二旋转轴线14的第二侧具有第二部分板式电极。这样就能在协同作用的外部电极组件24和28的布置于第二旋转轴线14第一侧的第一电极面之间施加第一电压值并且在协同作用的外部电极组件24和28的布置于第二旋转轴线14第二侧的第二电极面之间施加与第一电压值不同的第二电压值。以这种方式也可以通过电动板式驱动器的协同作用的外部电极组件24和28对外部执行器电极组件24施加附加转矩，该附加转矩抑制外部执行器电极组件24在绕第二旋转轴线14调整相邻内部执行器电极组件26时随之运动。对于专业人员而言，根据这里的描述容易想到电动板式驱动器的这种扩展构型以及为板式驱动器的电接触所需的导线，因此不再对这种改进实施方式予以赘述。 图10所示为该微机械构件的第七实施方式的示意图。一种用于抑制串扰、也就是抑制外执行器组件24在绕第二旋转轴线14调整相邻的内部执行器电极组件26时随之运动的可能性在于，将用于连接外执行器电极24与支架的至少一个外弹簧适当地构造和定位。中间弹簧52在其绕第二旋转轴线14扭转方面的第一弹簧刚度最好小于抵抗外部执行器电极组件24绕第二旋转轴线14的旋转运动的至少一个外弹簧的第二弹簧刚度。可以用简单方式实现这一点外弹簧或者由多个外弹簧组合成的弹簧悬架这样来构造和布置，使得至少一个外弹簧的与外部执行器电极组件24沿着垂直于两个旋转轴线12和14的第一运动方向的第一调整运动相关的第一弯曲刚度相对小。附加地有利的是，外弹簧或弹簧悬架的与外部执行器电极组件24沿着不平行于第一运动方向的第二运动方向的第二调整运动相关的第二弯曲刚度比较大。在之前的附图中已经描述了至少一个外弹簧的用于保证有益的第一弯曲刚度和第二弯曲刚度的合适的有利实施例。在图10所示的微机械构件中，每个外部执行器电极组件24通过两个平行于第一旋转轴线12的扭簧90与构造成外框架55的支架相连。扭簧90最好构造成梁形的。通过将外部执行器电极组件24通过两个扭簧90布置在外框架55上就能保证，可以用比较小的力将外部执行器电极组件24朝向希望的第一调整方向垂直于两个旋转轴线12和14调整。与此相比，需要比较大的力才会使外部执行器电极组件24朝向不平行于第一调整方向的第二调整方向运动。也可以将这称作两个扭簧90被设计用于使外部执行器电极组件24进行一优先的平移运动(垂直于两个旋转轴线12和14)。两个扭簧90在这种情况下共同起到一个两侧夹紧的弯曲弹簧的作用。此外，中间弹簧52可以在与外部执行器电极组件相邻的端部区段上具有穿通的槽口，该槽口将端部区段划分成第一臂和第二臂。最好将端部区段这样划分，使得两个臂以及在两个臂之间延伸的一个连接梁形成一个U形的弹簧连接部92。正如专业人员可以看出的那样，所描述的该实施方式和其它说明的实施方式的外部电极组件24和28可以构造成梳式驱动器和/或板式驱动器。还可以附加地相对于第二旋转轴线14来划分至少一个外部电极组件24和28的用于施加电位的电极面。通过上述段落容易想到这种实施方式的构型。图11所示为该微机械构件的第八实施方式的示意图。所示的该微机械构件的每个外部执行器电极组件24通过两个V形弹簧94与构造成外框架55的支架相连。V形弹簧94最好这样构造，使得其对称轴平行于第一旋转轴线12。以这种方式可保证，外部执行器电极组件24的两个V形弹簧94的可称为X形弹簧装置的布置具有与外部执行器电极组件24沿着垂直于两个旋转轴线12和14的第一调整方向的第一调整运动有关的较小的第一弯曲刚度。与此相比，该X形弹簧装置对于不平行于第一调整方向的第二调整方向的第二弯曲刚度比较大。因此，也可以利用由两个V形弹簧94构成的X形弹簧装置来抑制串扰，即抑制镜板10的两个调整运动之间的不希望的耦合。此外，V形弹簧94可以通过U形弹簧连接部96与外框架55相连。图11中仅示意性示出的内部执行器电极组件26在其朝向相邻中间弹簧52的一侧具有一凹槽，该凹槽至少部分地包围中间弹簧52。因此，中间弹簧52的至少一个区段在该凹槽内延伸。这样中间弹簧52就能具有有利的大的长度，因此具有低的第一弹簧刚度和绕第二旋转轴线14的良好的可弯曲性，尽管该微机械构件沿第二旋转轴线14具有较小的延伸长度。中间弹簧52还可以通过U形弹簧连接部92与相 邻的外部执行器电极组件24相连。图12A和12B所示为该微机械构件的第九实施方式的示意图。在图12A中以俯视图所示的微机械构件具有两个外部执行器电极组件24，这些电极组件分别通过两个在两侧/双侧夹紧的弯曲弹簧98与外框架55相连。从图12B的放大图可看出，每个在两侧夹紧的弯曲弹簧98包括一个梁形的内区段98a和一个构造成U形弹簧连接部的外区段98b。内区段98a与相邻的外部执行器电极组件24接触。与外框架55接触的外区段98b这样构造，使得外区段98b的两个臂的两个外表面之间的平均距离明显大于内区段98a的平均宽度。两个在两侧夹紧的弯曲弹簧98最好这样布置在外部执行器电极组件24上，使得其对称轴线平行于第一旋转轴线12。通过在两侧夹紧的弯曲弹簧98能够可靠地实现外部执行器电极组件24垂直于两个旋转轴线12和14的平移运动。在图12A和12B所示的实施方式中，中间弹簧52也通过U形弹簧连接部92与相邻的外部执行器电极组件24相连并且至少部分地穿过在对应的内部执行器电极组件26中构成的凹槽。图13A和13B所示为该微机械构件的第十实施方式。在图13A中放大地示出回曲形弹簧100。回曲形弹簧100具有至少一个回曲。对于专业人员而言，根据图13A容易想到，回曲形弹簧100构造有多个圈/回曲。可以将回曲形弹簧100在第一端部区段102上固定在例如构造成外框架55的支架上。回曲形弹簧100也可以在第二端部区段104上与一个外部执行器电极组件24接触。该回曲形弹簧100最好借助支架的至少一个子单元和/或借助外部执行器电极组件24用半导体材料(例如硅)结构化形成。对于专业人员而言，根据图13A和13B容易想到回曲形弹簧100的制造方法，因此不再予以赘述。在外部电极组件24和28之间施加电压引起回曲形弹簧100弯曲，从初始位置进入弯曲位置100a。从图13B的以侧视图所示的微机械构件可以看出，每两个回曲形弹簧100可以将一个外部执行器电极组件24与外框架55相连。回曲形弹簧100的第一端部区段102最好与外框架55的平行于第一旋转轴线12的内表面接触。第二端部区段104可以与对应的外部执行器电极组件24的平行于第二旋转轴线14的外表面接触。一个外部执行器电极组件24的两个回曲形弹簧100中的每一个与第二旋转轴线14的不同侧的对应外部执行器电极组件24接触。回曲形弹簧100的纵向106平行于第二旋转轴线14。通过相同的外部执行器电极组件24的两个回曲形弹簧100的协同作用实现了一种弹簧悬架，该弹簧悬架具有与外部执行器电极组件24的垂直于两个旋转轴线12和14的第一调整运动相关的有利的较小第一弯曲刚度。弹簧悬架的与外执行器组件24的不平行于第一调整运动的第二调整运动相关的第二弯曲刚度明显较大。因此，两个回曲形弹簧100的弯曲线总和产生总弹簧特性，它有利于外部执行器电极组件24垂直于两个旋转轴线12和14平移运动并且阻止串扰。当外部执行器电极组件24纯平移运动时，不会产生外部执 行器电极组件24的横向运动，该横向运动干扰镜板10的所需运动。因此省去了在现有技术中出现的额外能量输入，该额外能量输入可被转变成不希望的横向运动。因此在这里所述的实施方式中可以获得最佳能量输入。此外，所产生的静电力与电极组件24至30的面积变化成正比。当外部执行器电极组件24纯平移运动时，在外部电极组件24和28之间产生与电极指24a和28a的长度成正比的面积变化。当外部执行器电极组件24意外地转动时，面积变化为一半大。通过附加的横向运动分量也会减小激励运动的有效分量。此外，附加的横向运动分量导致镜板10的中心偏移，这使得需要增大镜板10，以保证在镜板调整运动过程中光束射到镜板10的表面上。利用这里所述的实施方式和扩展构成能规避现有技术的这一缺点。除了外弹簧的形状外，也可以改变外弹簧的悬挂点，以实现外部执行器电极组件24的纯平移的、也就是垂直于两个旋转轴线12和14的运动。对于专业人员而言，通过附图容易想到这里所述的实施方式的这类变型，因此不再详细解释。
权利要求
1.微机械构件，具有 一个支架(55)； 一个可调元件(10)； 一个外部定子电极组件(28)和一个外部执行器电极组件(24)，所述外部执行器电极组件(24)通过至少一个外弹簧(53，81，90，94，98，100)与支架(55)相连，所述可调元件(10)这样耦合到所述外部执行器电极组件(24)上，使得可通过在外部执行器电极组件(24)和外部定子电极组件(28)之间施加第一电压来绕第一旋转轴线(12)相对于所述支架(55)调整所述可调元件(10);以及 一个内部定子电极组件(30)和一个内部执行器电极组件(26)，所述内部执行器电极组件(26)包括带有至少一个电极指(26a，26b)的第一梁(50)，该第一梁(50)沿着不平行于第一旋转轴线(12)的第二旋转轴线(14)定向，该可调元件(10)这样耦合到所述内部执行器电极组件(26)上，使得可通过在所述内部执行器电极组件(26)的至少一个电极指(26a，26b)和所述内部定子电极组件(30)之间施加第二电压来绕第二旋转轴线(14)相对于所述支架(55)调整所述可调元件(10)； 其特征在于， 设置有一个沿着第二旋转轴线(14)定向的中间弹簧(52)，通过该中间弹簧将所述内部执行器电极组件(26)与所述外部执行器电极组件(24)相连。
2.根据权利要求I所述的微机械构件，其中，所述中间弹簧(52)的与该中间弹簧(52)绕第二旋转轴线(14)的扭转相关的第一弹簧刚度小于抵抗所述外部执行器电极组件(24)绕第二旋转轴线(14)的旋转运动的所述至少一个外弹簧(53，81，90，94，98，100)的第二弹簧刚度。
3.根据权利要求I或2所述的微机械构件，其中，所述外部执行器电极组件(24)包括带有至少一个电极指(24a)且不平行于第一梁(50)的第二梁(54)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，所述外部执行器电极组件(24)包括一板式电极(86)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，所述内部执行器电极组件(26)是朝向相邻的外部执行器电极组件(24)的一侧具有一凹槽，中间弹簧(52)至少部分地穿过该凹槽延伸。
6.根据上述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，所述外部执行器电极组件(24)和/或所述外部定子电极组件(28)的电极面(28a-l，28a-2)被第二旋转轴线(14)划分成布置于第二旋转轴线(14)第一侧的第一电极面(28a-l)和布置于第二旋转轴线(14)第二侧的第二电极面(28a-2)，并且，第一电极面(28a-l)这样耦合到至少一个第一导线上，使得可将第一电位施加在所述第一电极面(28a-l)上，第二电极面(28a-2)这样耦合到至少一个第二导线上，使得可将与第一电位不同的第二电位施加在所述第二电极面(28a-2)上。
7.根据权利要求6所述的微机械构件，其中，所述微机械构件包括一控制装置，该控制装置设计用于使第一电位施加在第一电极面(28a_l)上并且第二电位施加在第二电极面(28a-2)上，该控制装置附加用于在考虑关于在所述内部执行器电极组件(26)的所述至少一个电极指(26a，26b)与所述内部定子电极组件(30)之间施加的第二电压和/或所述内部执行器电极组件(26)的所述至少一个电极指(26a，26b)相对于所述内部定子电极组件(30)的当前位置的信息的情况下确定第一电位和第二电位之间的差。
8.根据上述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，所述至少一个外弹簧(53，90，94，98)包括一平行于第一旋转轴线(12)的弹簧(53，90，94，98)，该弹簧构造成回曲形翻转弹簧(53)、扭簧(90)、V形弹簧(94)和/或两侧夹紧的弯曲弹簧(98)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，所述至少一个外弹簧(81，100)包括一平行于第二旋转轴线(14)的弹簧，该弹簧构造成弯曲弹簧(81)和/或回曲形弹黃(100)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的微机械构件，其中，通过所述至少一个外弹簧(53，81，90，94，98，100)的形状和/或所述至少一个外弹簧(53，81，90，94，98，100)的悬挂点可使所述外部执行器电极组件(24)进行垂直于第一旋转轴线(12)和第二旋转轴线(14)的运动。
11.微机械构件的制造方法，包括以下步骤 形成一外部定子电极组件(28)和一外部执行器电极组件(25)，通过至少一个外弹簧(53,81,90,94,98,100)将所述外部执行器电极组件(24)与该微机械构件的支架(55)相连； 将一可调元件(10)这样耦合到所述外部执行器电极组件(24)上，使得当在所述外部执行器电极组件(24)和所述外部定子电极组件(28)之间施加第一电压时该可调元件(10)被相对于所述支架(55)绕第一旋转轴线(12)调整； 构造一内部定子电极组件(30)和一带有第一梁(50)以及至少一个布置在第一梁(50)上的电极指(26a，26b)的内部执行器电极组件(26)，其中，所述第一梁(50)沿着不平行于第一旋转轴线(12)的第二旋转轴线(14)定向；并且 将该可调元件(10)这样耦合到所述内部执行器电极组件(26)上，使得当在所述内部执行器电极组件(26)的所述至少一个电极指(26a，26b)与所述内部定子电极组件(30)之间施加第二电压时该可调元件(10)被相对于所述支架(55)绕第二旋转轴线(14)调整； 其特征在于，包含该步骤 通过一个沿着第二旋转轴线(14)定向的中间弹簧(52)将所述内部执行器电极组件(26)与所述外部执行器电极组件(24)相连。
全文摘要
本发明涉及一种微机械构件，包括一外部定子电极组件(28)和一通过至少一个外弹簧(81)与支架(55)相连的外部执行器电极组件(24)，通过在外部执行器电极组件(24)和外部定子电极组件(28)之间施加第一电压可绕第一旋转轴线(12)调整一可调元件(10)；该微机械构件还包括一内部定子电极组件(30)和一内部执行器电极组件(26)，该内部执行器电极组件带有第一梁(50)，该梁上布置有至少一个电极指(26a，26b)，通过在内部执行器电极组件(26)的至少一个电极指(26a，26b)与内部定子电极组件(30)之间施加第二电压可绕第二旋转轴线(14)调整该可调元件(10)，所述内部执行器电极组件(26)通过沿第二旋转轴线(14)定向的中间弹簧(52)与外部执行器电极组件(24)相连。本发明还涉及一种微机械构件制造方法。
文档编号B81B3/00GK102712460SQ201080023341
公开日2012年10月3日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年5月27日
发明者F·恩吉卡姆恩吉蒙齐, J·穆霍, W·朔克, Z·莱什詹 申请人:罗伯特·博世有限公司