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Número de publicaciónDE4224601 A1
Tipo de publicaciónSolicitud
Número de solicitudDE19924224601
Fecha de publicación27 Ene 1994
Fecha de presentación23 Jul 1992
Fecha de prioridad23 Jul 1992
Número de publicación19924224601, 924224601, DE 4224601 A1, DE 4224601A1, DE-A1-4224601, DE19924224601, DE4224601 A1, DE4224601A1, DE924224601
InventoresErfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
SolicitanteSomatel Sondermaschinenbau Tel
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Electrostatic positioning system for optical beam deflection mirror, e.g. for colour image projection - produces component of force along plane of mirror using parallel fixed electrodes above and below plane of mirror
DE 4224601 A1
Resumen
A movable, plate (2), formed from a monocrystalline silicon substrate, is movable under the effect of a force of an electrostatic field produced by several fixed electrodes (4a-5b). At least one electrode produces a force component in the direction of the plane contg. the largest dimension of the plate, which is flexibly mounted in the drive direction. The electrode at the rest position of the plate is separated from a laterally adjacent electrode by a distance corresp. to the stroke of the electrode in the drive direction. The plate is held by springs on its narrow sides and extending in the plane of the plate. USE/ADVANTAGE - For use in optical and/or mechanical system producing micro-movements with high precision, eg for laser-scribing or colour picture projection.
Reclamaciones(24)  traducido del alemán
1. Elektrostatische Positionierungseinrichtung, vor zugsweise zur Anwendung in einem optischen und/oder meß technischen Gerät, mit einem beweglichen, im wesentlichen plattenförmigen Element, das unter dem Einfluß der Kraft wirkung eines, durch mehrere, relativ zu dem beweglichen Element fest angeordnete Elektroden erzeugten elektrosta tischen Feldes in seiner Lage veränderbar ist, insbesonde re gefertigt unter Einbeziehung eines Substrats aus mono kristallinem Silizium, 1. Electrostatic positioning means, before preferably for use in an optical and / or metrology device with a movable, essentially plate-shaped element, the electrostatically generated under the influence of the force effect of a, by a plurality of, relative to the movable element fixedly arranged electrodes field tables is changeable in its position, re insbesonde made involving a substrate of mono-crystalline silicon,
dadurch gekennzeichnet, characterized in
daß mindestens eine der das plattenförmige Element mittels elektrostatischer Kräfte antreibender Elektroden ( 4 a bis 13 b, 20 a bis 27 b) derart angeordnet ist, daß sie eine das plattenförmige Element antreibende Kraftwirkung mit einer Komponente in einer Richtung erzeugen, welche in diejenige geometrische Ebene fällt, in die die Richtungen der maxi malen Erstreckungen des plattenförmigen Elements fallen, und that at least one of the plate-shaped element is arranged so as to produce a plate-shaped element driving force effect having a component in a direction by means of electrostatic forces driving electrodes (20 a to 27 b 4 a to 13 b) which in the one geometric plane falls in the directions of the maxi paint extensions of the plate-fall, and
daß das plattenförmige Element mindestens in der Antriebsrich tung nachgiebig gelagert ist. that the plate-shaped element is mounted resiliently in at least the drive Rich direction.
2. Elektromechanische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in der Ruhestellung des Plättchens einen Abstand zu einer seitlich benachbarten Elektrode aufweist, der mindestens dem vorgesehenen Hubbereich des plattenför migen Elements in dieser Richtung entspricht. 2. Electromechanical positioning device according to claim 1, characterized in that the electrode has in the rest position of the wafer is spaced from a laterally adjacent electrode, which corresponds to at least the intended stroke range of the plattenför-shaped element in that direction.
3. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach ei nem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element ( 2 , 19 ) durch an seinen Schmalseiten angeordnete, sich insbe sondere in der Ebene der maximalen Erstreckung des beweg lichen Elements verlaufende, Federelemente ( 3 , 3 a, 3 b und 30 ) gehalten ist. 3. Electrostatic positioning device of egg NEM of the preceding claims, characterized in that the movable element (2, 19) arranged through on its narrow sides, in particular special in the plane of maximum extension of the movable union element extending, spring elements (3, 3 a , 3 b and 30) is held.
4. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente als Zugfedern ausgestaltet sind. 4. Electrostatic positioning device according to claim 3, characterized in that the spring elements are configured as tension springs.
5. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente an diagonal einander gegenüber liegenden Eckpunkten des beweglichen Elements angeordnet sind. 5. Electrostatic positioning device according to claim 3, characterized in that the spring elements are arranged at diagonally opposing corners of the movable member.
6. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden ( 4 a bis 13 b und 20 a bis 27 b) jeweils paarweise angeordnet sind, wobei sich eine der Elektroden unterhalb und die andere Elektrode oberhalb der Ebene ma ximaler Erstreckung des beweglichen Elements ( 2 , 19 ) be findet. 6. Electrostatic positioning device according to claim 1, characterized in that the electrodes (4 a to 13 b and 20 a to 27 b) are arranged in pairs, wherein one of the electrodes below and the other electrode above the plane ma ximaler extension of the movable element (2, 19) be found.
7. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element ( 2 ) eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist. 7. Electrostatic positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the movable element (2) has a substantially rectangular shape.
8. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element ( 19 ) im wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist. 8. Electrostatic positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the movable element (19) is substantially circular in shape.
9. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach ei nem der Ansprüche 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden jeweils einander ge genüberliegenden Schmalseiten des beweglichen Elements ( 2 ) benachbart angeordnet sind. 9. Electrostatic positioning device of egg nem of claims 1 and 6, characterized in that the electrodes each opposite to each other GE narrow sides of the movable element (2) are arranged adjacently.
10. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element ( 2 , 19 ) elektrisch leitende Oberflächenbereiche aufweist. 10. Electrostatic positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the movable element (2, 19) having electrically conductive surface regions.
11. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ober- und/oder Un terseite des beweglichen Elements ( 2 , 19 ) mindestens ein Funktionselement ( 14 ) vorgesehen ist, dessen Eigenschaften in einer Richtung die in einer Ebene des beweglichen Ele ments gelegen ist, die auch die Richtungen seiner maxima len Erstreckungen enthält, örtlich unterschiedlich sind. 11. Electrostatic positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that on the top and / or Un underside of the movable member (2, 19) is provided at least one functional element (14), whose properties in a direction in a plane of the mobile ele ment is located, which also contains the directions of its maxima len extents are locally different.
12. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement ( 14 ) einen Reflektor oder Emitter bzw. Sensor für Strahlungs- und/oder Wellenenergie bildet. 12. Electrostatic positioning device according to claim 11, characterized in that the functional element (14) forms a reflector or emitter or sensor for radiative and / or wave energy.
13. Elektromechanische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor in der Ebene, welche die Richtungen seiner maximalen Erstreckungen enthält, lokal unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweist, ins besondere zur lokal unterschiedlichen Beeinflussung der Richtung, Intensität und/oder Farbe bzw. Wellenlänge der reflektierten Strahlung. 13. Electromechanical positioning device according to claim 12, characterized in that the reflector in the plane containing the directions of its maximum extents, having locally different reflection properties, in particular for locally different influence on the direction, intensity and / or color or wavelength of the reflected radiation.
14. Elektromechanische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor als Hohlspiegel ausgebildet ist, örtlich unterschiedliche Farbfilter oder Absorptionseigenschaften aufweist. 14. Electromechanical positioning device according to claim 13, characterized in that the reflector is formed as a concave mirror, having locally different color filters or absorption properties.
15. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach An spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement ( 14 ) einen Sensor mit in Abhängigkeit von der Positionierung des beweglichen Ele ments veränderbarer Empfindlichkeit bildet. 15. Electrostatic positioning device according to claim 11, characterized in that the functional element (14) forms a sensor as a function of the position of the movable Ele ment variable sensitivity.
16. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement ( 14 ) ein Betätigungselement für einen elektromechanischen Schalter bildet, dessen zusätz lichen Kontaktelemente als Elektroden ausgebildet sind. 16. Electrostatic positioning device according to claim 11, characterized in that the functional element (14) an actuating element for an electro-mechanical switch forms whose union additional contact elements are formed as electrodes.
17. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu jeder Seiten kante des beweglichen Elements ( 2 ) mindestens eine Elek trode ( 7 a bis 13 b) vorgesehen ist. 17. Electrostatic positioning device according to one of claims 1 and 6, characterized in that adjacent to each side edge of the movable member (2) at least one elec trode (7 a to 13 b) is provided.
18. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Einzele lektroden ( 17 ) jeweils stapelartig ( 6 bis 13 und 20 bis 27 ), gegebenenfalls mit einem räumlichen Abstand zwischen benachbarten Einzelelektroden, angeordnet sind. 18. Electrostatic positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of einzele lektroden (17) each stack-like manner (6 to 13 and 20 to 27) are optionally arranged with a spatial distance between adjacent individual electrodes.
19. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstapel ( 6 bis 13 und 20 bis 27 ) rota tionssymmetrisch zu einer Achse gelegen sind, die senk recht zur Ebene der maximalen Erstreckung des beweglichen Elements gerichtet ist bzw. spiegelsymmetrisch zu einer Fläche liegen, die diese Achse enthält. 19. Electrostatic positioning device according to claim 18, characterized in that the electrode stack (6 to 13 and 20 to 27) rota located tion symmetrically to an axis which is perpendicular rightward to the maximum extension of the movable member plane or mirror symmetrically to a surface lie, which contains this axis.
20. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Elektroden ( 17 ) der Stapel ( 6 bis 13 und 20 bis 27 ) je weils ein Isolierkörper ( 18 ) vorgesehen ist. 20. Electrostatic positioning device according to one of claims 18 and 19, characterized in that between the individual electrodes (17) of the stacks (6 to 13 and 20 to 27), an insulating body (18) is provided per Weil.
21. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden ( 17 ) ei nes Stapels das gleiche elektrische Potential aufweisen. 21. Electrostatic positioning device according to one of claims 18 to 20, characterized in that several electrodes (17) ei Nes stack have the same electric potential.
22. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß einander nicht benachbarte Elektroden ( 17 ) eines Sta pels dasselbe Potential aufweisen. 22. Electrostatic positioning device according to claim 21, characterized in that non-adjacent electrodes (17) have a Sta pels the same potential.
23. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ober- oder unterhalb der Ebene der größten Erstreckung des beweglichen Elements ( 2 , 19 ) mindestens eine Meßelektrode ( 15 ) zur kapazitiven Positionsbestimmung des beweglichen Elements ( 2 , 19 ) an geordnet sind. 23. Electrostatic positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that above or arranged below the plane of maximum extension of the movable element (2, 19) at least one measuring electrode (15) for the capacitive position determination of the mobile element (2, 19) on are.
24. Elektrostatische Positionierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem beweglichen Element ( 2, 19 ) zugewandten Seiten ( 28, 29 ) der Elektroden der Form der die Oberfläche des beweglichen Elements ( 2 , 19 ) begrenzenden Kanten angepaßt sind. 24. Electrostatic positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the said movable element (2, 19) facing sides (28, 29) of the electrodes of the shape of the surface of the movable element (2, 19) defining edges are matched.
Descripción  traducido del alemán

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Positionie rungseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ange gebenen Art. The invention relates to an electrostatic Positionin guiding device is in the preamble of claim 1 given type.

Derartige Einrichtungen können insbesondere als Ablenk- Einheit für optische Systeme benutzt werden, um un ter Ausnutzung elektrostatischer Kräfte einen Spiegel in unterschiedliche Stellungen zu führen. Such devices can be used in particular as a deflection unit for optical systems to perform un ter utilizing electrostatic forces a mirror in different positions.

Kraftwirkungen im elektrostatischen Feld sind seit langem bekannt und nachgewiesen. Force in electrostatic field effects have long been known and proved. Aufgrund der mit größer werden dem geometrischem Abstand quadratisch abnehmenden Kräfte des elektrostatischen Feldes ist eine Nutzung auf Anwen dungen mit kleinen Abmessungen beschränkt, zumal auch die notwendigen Kräfte, um bewegliche Elemente anzutreiben, mit zunehmender Masse zunehmen. Due to having greater are the geometric distance square waning forces of electrostatic field on a useful applica tions is of small size limited, especially as the necessary forces to drive mobile elements increase with increasing mass. Nutzungsmöglichkeiten ergeben sich daher insbesondere im Bereich der Mikromecha nik, welche auf die bekannten Technologien der Mikro elektronik zurückgreifen kann, mit denen mikromechanische Elemente im µm-Bereich herstellbar sind. Uses therefore arise in particular in the field of micromechanical engineering, which can draw on the existing technologies of microelectronics with which micromechanical elements in the micrometer range can be produced.

Aus der EP-B-00 40 302 ist eine elektrostatische Licht ablenkeinheit bekannt, bei der ein plattenförmiges Element eine eindimensionale Torsionsbewegung um eine Achse aus führen kann. EP-B-00 40 302, a light electrostatic deflector is known in which a plate-shaped member may make a one-dimensional torsional motion about an axis. Das bewegliche Element wird durch einen ani sotropen Ätzprozeß aus einkristallinem Silizium herge stellt. The movable member is by ani sotropen etching of single crystal silicon Herge. Die antreibende elektrostatische Kraft entsteht dabei durch zwei unter der, eine spiegelnde Oberfläche aufweisenden Torsionsplatte angebrachten Elektroden, wobei die Ansteuerspannungen zwischen den festen Elektroden und der beweglichen, auf dem Bezugspotential liegenden Tor sionsplatte anliegen. The driving electrostatic force is generated by means of two under, a reflecting surface having torsion plate attached electrodes, the driving voltages between the fixed electrodes and the movable lying on the reference potential applied gate sion plate. Die Positionierungseinrichtung besteht aufgrund ihres Herstellungsverfahrens immer aus zwei, separat hergestellten Elementen, die montiert werden müssen. The positioning means always consists of two separately manufactured elements that need to be mounted, due to their manufacturing process.

Eine andere elektrostatische Positionierungseinrichtung ist aus der DE-A-33 88 758 bekannt. Another electrostatic positioning device is known from DE-A-33 88 758. Hierbei sind mehrere Elektroden unterhalb der anzutreibenden Spiegelplatte an geordnet, wobei durch spezielle Federkonstruktionen eine zweidimensionale Torsionsbewegung möglich ist. Here, several electrodes are arranged to be driven below the mirror plate to where by special spring designs a two-dimensional torsional motion is possible. Die Tor sionsplatte liegt dabei auf einem Loslager, welches den Drehpunkt der Torsionsbewegung definiert. The goal sion plate is on a bearing, which defines the pivot point of the torsional motion. Auch hier sind mindestens die Elektrodenplatte und die Torsionsplatte miteinander zu verbinden. Again, at least the electrode plate and the torsion plate together. In manchen Fällen ist es sogar nötig, eine Isolierschicht zwischen beiden Platten einzu fügen. In some cases it is even necessary to add an insulating layer between two plates einzu.

Des weiteren ist aus der EP-A 0 00 50 970 eine Vorrichtung bekannt, bei der zwei eindimensionale, in einer Ebene lie gende Spiegelelemente gegenüber einem Hilfsspiegel ange ordnet sind. Furthermore, from EP-A 0 00 50 970 a device is known in which two-dimensional, lie in a plane mirror constricting elements with respect to an auxiliary mirror is arranged is. Hiermit ist zwar die zweidimensionale Ablen kung eines Lichtstrahls möglich, aber es kommt zu größeren Montagetoleranzen und Tonnenverzeichnungen bei der Strahl ablenkung. This namely the two-dimensional variables effect of a light beam is possible, but there are greater assembly tolerances and Tonnenverzeichnungen in beam deflection.

Alle Lösungen weisen den wesentlichen Nachteil auf, daß die Kraftwirkung stets senkrecht zur Ebene der Torsions platte gerichtet ist. All solutions have the significant disadvantage that the force effect is always directed perpendicular to the plane of the torsion plate. Auslenkungen in einer in der Ebene der Platte gelegenen Richtung sind nicht möglich. Deflections in a lying in the plane of the plate direction are not possible.

Andere bekannte Positionierungseinrichtungen, die unter Ausnutzung elektromagnetischer oder piezoelektrischer Ef fekte arbeiten, haben gegenüber den vorbeschriebenen An ordnungen ebenfalls keine Vorteile. Other known positioning devices which operate by utilizing effects of electromagnetic or piezoelectric Ef, take precedence over the above regulations also to any benefits. Elektromagnetisch an getriebene Anordnungen haben dazu noch den besonderen Nachteil, daß sie, bedingt durch die Mindestgröße von Per manentmagneten bzw. Spulen, eine Untergrenze für ihre me chanischen Abmaße besitzen. Electromagnetically driven arrangements to have plus the particular disadvantage that, due to the minimum size of Per manentmagneten or coils, have a lower limit for me its mechanical dimensions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektro mechanische Positionierungseinrichtung der eingangs ge nannten Gattung zu schaffen, bei der Bewegungen auch in Richtungen ausgeführt werden können, die in der Ebene der maximalen Erstreckung der anzutreibenden Platte gelegen sind. The invention has for its object to provide an electro-mechanical positioning device of the initially mentioned type GE, in which movements can be carried out in directions which are located in the plane of maximum extension of the driven plate.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the characterizing features of claim 1.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß durch eine Verlagerung der das elektrostatische Feld erzeugenden, feststehenden Elektroden in einen Bereich, der außerhalb der maximalen Erstreckung des anzutreibenden, beweglichen Elements gelegen ist, dessen Bewegung - mindestens mit ei ner zusätzlichen Komponente - auch in der Ebene seiner größten Fläche erfolgen kann. The invention includes the observation that produced by a shift in the electrostatic field, fixed electrodes in an area that is to be driven outside the maximum extent of the movable element is located, its movement - at least with egg ner additional component - and in the plane can be carried out its largest surface area.

Unter der Annahme, daß die räumlichen x- und y-Richtungen in die Ebene des Plättchens fallen, in die auch die Rich tungen seiner größten Erstreckungen fallen, können belie bige Positionen in der xy-Ebene angesteuert werden und es können hiermit bei der optischen Strahlablenkung örtlich unterschiedliche Reflexionseigenschaften des Plättchens gezielt angewählt werden. Assuming that the spatial x- and y-directions fall into the plane of the plate, which also includes the rich lines of his greatest extents fall, belie bige positions in the xy plane can be controlled and it can be incorporated in the optical beam deflection locally different reflection properties of the plate are selected specifically. Damit kann zusätzlich zu einer beliebigen Strahlauslenkung durch Drehung um die x- und/oder y-Achse auch noch eine zusätzliche Modulation des Lichtstrahls erfolgen. Thus may additionally also be carried at an arbitrary beam deflection through rotation about the x and / or y-axis an additional modulation of the light beam. Beispiele dazu werden weiter unten näher dargestellt. Examples of this are shown in more detail below.

Die Ansteuerelektroden sind bevorzugt in der Weise ange ordnet, daß ihre den Schmalseiten des beweglichen Elements mit einem Abstand zugewandten Stirnseiten von dem Element bei seinen Rotations- oder Translationsbewegungen - vor zugsweise in möglichst kleinem Abstand - passiert werden können. The driving electrodes are preferably arranged in such a way is that the narrow sides of their movable element facing end faces at a distance from the element in its rotational or translational movements - preferably in the smallest possible distance before - can be passed.

Insgesamt genügen bereits geringe Feldstärken bzw. geringe Spannungen, um die Bewegung des plattenförmigen Elements und damit dessen gewünschte Position zu erreichen. Overall, even small field strengths and low voltages, in order to achieve the movement of the plate-shaped element and thus its desired position.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Positionierungseinrich tung derart gestaltet werden kann, daß ihre Herstellung auch als Gesamtsystem ohne zusätzliche Montageprozesse mittel der Technologien der Mikrosystem-Technik (bei spielsweise als Batch-Prozeß) in günstiger Weise möglich ist. A further advantage is that the Positionierungseinrich device can be designed such that their production as a whole system without additional mounting processes middle of the technologies of microsystem technology (as a batch process for example) in a favorable way possible. Dabei ist es, auch im Hinblick auf die Vereinfachung des Herstellungsprozesses der Positionierungseinrichtung von besonderem Vorteil, daß die Elektroden für den Aufbau des zur Ablenkung erforderlichen elektrostatischen Gesamt feldes in einem Bereich angeordnet sind, das nicht von dem Volumen umfaßt ist, welches das Plättchen während seiner Bewegungsabläufe bestreicht. It is, also in view of the simplification of the manufacturing process of the positioning device of particular advantage that the electrode array for the construction of the necessary for the deflection electrostatic total are arranged in a region which is not covered by the volume that the plate during its movement sweeps.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be steht die elektrostatische Positionierungseinrichtung aus einem beweglichen, plattenförmigen Element, das im we sentlichen rechteckig ausgebildet ist und von einer Mehr zahl von, vorzugsweise radial gerichteten Federelementen in einer vorbestimmten Ruheposition im Raum gehalten wird. According to a preferred embodiment of the invention be the electrostatic positioning device consists of a movable, plate-shaped element which is formed in the we sentlichen rectangular and is held by a multiple number of, preferably radially directed spring elements in a predetermined rest position in space.

Die für die Erzeugung des elektrostatischen Feldes erfor derlichen Elektroden sind vorteilhafterweise jeweils paar weise gegenüberliegend in einem räumlichen Bereich an geordnet, der in einer in der Ebene der größten Erstreckungen des beweglichen Elements verlaufenden Richtungen außerhalb der Projektion dieser größten Erstreckung in einer dazu senkrechten Richtung gelegen sind. For the generation of the electrostatic field neces sary electrodes are advantageously in pairs opposite one another in a spatial region of ordered that are located in a plane extending in the plane of maximum extents of the movable element directions outside the projection of this greatest extent in a direction perpendicular , Die Elektro denpaare befinden sich jeweils in fester Position an zwei, einander gegenüberliegenden Schmalseiten der beweglichen Platte. The electric denpaare are located in a fixed position on two opposing narrow sides of the movable plate.

Die einzelnen, vorzugsweise rechteckig ausgebildeten Elektroden der Elektrodenpaare sind dabei insbesondere jeweils in parallen Ebenen angeordnet, die sich unter- und oberhalb der von dem beweglichen Element aufgespannten Ebene befinden. The individual, preferably rectangular shaped electrodes of the electrode pairs are arranged in each case in particular in parallels levels, the bottom and located above the plane defined by the movable element level. Die bewegliche Platte ist bevorzugt an das Bezugspotential der Steuerspannungen angeschlossen, mit denen die Elektroden beaufschlagt werden. The movable plate is preferably connected to the reference potential of the control voltages with which the electrodes are applied. Zwischen den genannten Elektroden wird durch die Spannungsbeaufschla gung ein elektrostatisches Feld aufgebaut, durch dessen Kraftwirkung das plattenförmige Element der elektrosta tischen Positionierungseinrichtung in der jeweils gewünschten Weise seine Stellung ändert. Between said electrodes, an electrostatic field is built up by the Spannungsbeaufschla supply, through the action of force changes its position, the plate-like element of electrostatically matic positioning device in such a way that you wish.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Er findung sind die Elektroden paarweise an allen vier, die Fläche des beweglichen Elements begrenzenden Seiten ange ordnet. According to a further advantageous embodiment of the invention, the electrode pairs He limiting on all four, the surface of the movable member pages are being arranged.

Da die verschiedenen Positionen des beweglichen Elements durch die unterschiedlichen Kombinationen der Spannungs belegung der einzelnen Elektroden erreichbar sind, kann die Variationsbreite der Positionierung des beweglichen Elements gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in günstiger Weise weiter erhöht werden, indem die einzelnen Elektrodenpaare jeweils durch "Stapel" von Elektroden ersetzt sind. Since the various positions of the movable member by the different combinations of the voltage assignment of the individual electrodes can be achieved, the range of variation of the positioning of the movable element can be increased in a favorable manner further in accordance with a development of the invention, in that the individual electrode pairs in each case by "stack" of electrodes are replaced. Diese Stapel weisen dann bevorzugt unter einander jeweils dieselbe Anzahl von Einzelelektroden auf, wobei die Stapelanordnung in Relation zu dem beweg lichen Element bevorzugt symmetrisch ebenfalls derart erfolgt, daß ober- und unterhalb der durch das bewegliche Element aufgespannten Ebene die gleiche Anzahl von Ein zelelektroden vorhanden ist. These stacks have then preferably one another on in each case the same number of individual electrodes, wherein the stack assembly in relation to the movable union element preferably symmetrically likewise effected such that above and below the plane defined by the moving member level the same number of A zelelektroden is present , Zwischen den einzelnen Elektroden der Stapel sind dünne Isolierschichten vorhan den, um die einzelnen Elektroden potentialmäßig sicher voneinander zu trennen. Between the electrodes of the stack thin insulating layers are the IN ANY order in terms of potential sure to separate the individual electrodes from each other.

Die Ansteuerung der Elektroden der einzelnen Elektroden stapel kann dabei für zusätzlich anzusteuernde vertikale Bewegungen (in z-Richtung) oder eine Rotation um die x- oder y-Achse auch nach dem Schrittmotor-Prinzip erfolgen. The control of the electrodes of the individual electrodes can be stacked for addition thereby to be driven vertical movements take place (in z-direction) or a rotation around the x- or y-axis after the step motor principle. Dabei werden in Richtung der gewünschten Bewegung zeitlich und räumlich nacheinander die entsprechenden Elektroden eines oder mehrerer Elektrodenstapel mit jeweils einem fe sten Potential angesteuert. In this case, sequentially, the corresponding electrodes of one or more electrode stack are driven each with an Fe most potential in the direction of the desired movement in time and space. Auf diese Weise wird eine "Digitalisierung" der Bewegung hervorgerufen. In this way, a "digitization" of the movement is caused.

Eine derartige diskontinuierliche Bewegung bei der Posi tionierung des beweglichen Elements kann durch eine vereinfachte Ausführung auch dadurch erreicht werden, daß innerhalb der Elektrodenstapel alternierend Elektroden fest elektrisch parallel geschaltet sind und die Ansteuerung dieser Elektrodenpaare nacheinander erfolgt. Such discontinuous movement in the posi tioning of the movable element can also be achieved that within the electrode stack alternately electrodes are permanently connected electrically in parallel and used to trigger this electrode pairs sequentially through a simplified version.

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht weiterhin darin, daß durch einfaches Umschalten der angesteuerten Elektroden eine diskrete Lageänderung, beispielsweise für Verwendung der Positionierungseinrichtung als Schalter, möglich ist. A particular advantage of this arrangement is still that a discrete change in position, for example, using the positioning device as a switch, is possible by simply switching the driven electrodes. Für die einzelnen diskreten Positionen sind damit relativ hohe Haltemomente erzeugbar, die aufgrund der geringen Abstände zwischen den Elektroden mit niedri gen Spannungen realisiert werden können. For each discrete positions so that a relatively high retaining torques can be generated, which can be realized due to the small distances between the electrodes with niedri gene voltages.

Nach einer weiteren günstigen Weiterbildung der Erfindung ist das bewegliche, sich zweidimensional erstreckende Ele ment der elektrostatischen Positionierungseinrichtung im wesentlichen kreisförmig ausgebildet. According to another advantageous development of the invention, the movable two-dimensionally extending Ele ment is the electrostatic positioning device essentially circular. Die zur Positionie rung des Elements erforderlichen Elektrodensysteme sind gleichmäßig an seinem Umfang verteilt angeordnet. The electrode systems necessary for Positionin tion of the element are uniformly distributed on its periphery. Die als Paar oder als Stapel angeordneten, flächig ausgebildeten Elektroden besitzen in günstiger Weise an ihrer, dem be weglichen Element zugewandten Seite eine kreisbogenförmige Abschlußkante. The arranged as a couple or as a stack, planar electrodes formed on its own in a favorable manner, the movable element be facing side of a circular arc-shaped end edge. Diese Anpassung an die Form des beweglichen Elements ermöglicht eine bessere Anpassung des elektrosta tischen Feldes bei gleichzeitig verringerten Abmessungen der elektrostatischen Positionierungseinrichtung. This adaptation to the shape of the movable member allows a better adjustment of the field at the same time electrostatically tables reduced dimensions of the electrostatic positioning means.

Entsprechend einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Elements jeweils ein Elektrodenstapel angeordnet. According to another development of the invention, an electrode stack is arranged on two opposite sides of the movable member, respectively. Um eine reine Torsionsbewegung um die Mittelachse des beweglichen Elements in ein oder zwei Richtungen durchführen zu kön nen, sind die Einzelelektroden innerhalb des Stapels so angeordnet, daß die dem beweglichen Element zugewandten Schmalseiten der plattenförmig ausgebildeten Elektroden auf einem, im wesentlichen kreisförmigen Kurvenabschnitt liegen. A pure torsional NEN perform about the central axis of the movable member in one or two directions to Ki, the individual electrodes are arranged within the stack so that the said movable member facing narrow sides of the plate-shaped electrodes lying on a substantially circular curve section. Durch diese Elektrodenanordnung wird der Abstand zwischen dem beweglichen Element und den feststehenden Elektroden während eines Positioniervorganges nahezu kon stant gehalten. By this electrode arrangement, the distance between the movable member and the fixed electrodes during a positioning is kept almost con stant. Wird der Abstand der Elektroden zu dem be weglichen Element mit größerer Entfernung von der Mittel lage verringert, so ist ein Ausgleich des bei größerer Auslenkung des durch die Federelemente der Lagerung be wirkten, steigenden rücktreibenden Moments möglich. Is the distance between the electrodes is reduced to be the movable element with a greater distance from the central position, so a balance of at larger deflection of the BE had by the spring elements of the bearing, increasing repulsive torque is possible.

Durch die Wahl der zu verwendenden Federelemente, welche das anzutreibende Element nach Art einer Verspannung halten, sind Rotations- und Translationsbewegungen des beweglichen Elements einander überlagert ausführbar. By the selection of to be used spring elements, which hold the element to be driven in the manner of a strain, rotational and translational movements of the movable element are superimposed on one another executable. Die Federn lassen sich in Konformität mit dem übrigen mikro mechanischen Herstellungsvorgang bevorzugt in Mäanderform erzeugen. The springs can preferably generate a meander pattern in conformity with the rest of micromechanical fabrication process.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung ist an der Ober- und/oder Unterseite des beweglichen Ele ments mindestens ein Funktionselement vorgesehen ist, des sen Eigenschaften in einer Richtung die in einer Ebene des beweglichen Elements gelegen ist, die auch die Richtungen seiner maximalen Erstreckungen enthält, örtlich unter schiedlich sind. In preferred embodiments according to the invention is on the top and / or bottom of the movable ele ment at least one function element is provided, the SEN properties in a direction which is situated in a plane of the moving element, which also contains the directions of its maximum extents, are locally under different. Auf diese Weise können die für eine An wendung jeweils notwendigen oder erwünschten Eigenschaften durch eine überlagerte Verschiebung des Elements in xy-Richtung ausgewählt werden. In this way, any necessary or desirable for an appli cation properties by a superimposed displacement of the element in the xy direction can be selected. Das Funktionselement kann da bei insbesondere einen Reflektor oder Emitter bzw. Sensor für Strahlungs- und/oder Wellenenergie bilden. The functional element may form in particular as a reflector or emitter and sensor for radiant and / or wave energy. Gegebenen falls können auch jeweils verschiedene Bereiche mit Sensor- oder Emittereigenschaften durch Verschieben in Be zug auf eine Blende individuell angewählt werden, so daß aktive und passive Eigenschaften eines Elements nach Be darf auswählbar sind. Where appropriate may also each different areas with sensor or emitter properties by moving in Be train on a screen can be selected individually so that active and passive properties of an element after loading may be selected.

Insbesondere weist eine auf dem beweglichen Element vorge sehene Reflektorschicht in der Ebene, welche die Richtun gen seiner maximalen Erstreckungen enthält, lokal unter schiedliche Reflexionseigenschaften auf, so daß eine lokal unterschiedliche Beeinflussung der Richtung, Intensität und/oder Farbe bzw. Wellenlänge der reflektierten Strah lung erfolgen kann. In particular, a pre-on the movable element provided for the reflector layer in the plane containing the Richtun gene its maximum extents, locally under different reflection characteristics, so that a locally different influence on the direction, intensity and / or color or wavelength of the reflected ent radiation can take place. Der Reflektor kann insbesondere auch als Hohlspiegel ausgebildet sein oder örtlich unterschied liche Farbfilter bzw. Absorptionseigenschaften bzw. im Falls eines Sensors unterschiedlicher Empfindlichkeit auf weisen. The reflector may be in particular formed as a concave mirror or locally difference Liche color filters or absorption properties or in the case of a sensor different sensitivities in ways.

Durch die Verschiebung des mit elektrischen Kontaktmitteln nach Art eines elektromechanischen Schalters ausgestatte ten Funktionselements in Bezug auf eine sich in xy-Richtung erstreckende Kontaktmatrix sind galvanische Schaltvorgänge im Mikrobereich ausführbar. The displacement of the electrical contact means equipped in the manner of an electromechanical switch function th element with respect to extending in the xy direction galvanic contact matrix switching operations in the micron range are executable.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Other advantageous developments of the invention are characterized in the claims and described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. Es zeigen: In the drawings:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer einfachen Aus führungsform der Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of a simple imple mentation of the invention,

Fig. 2 das elektrische Prinzip-Schaltbild der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, Fig. 2 shows the electrical schematic diagram of the arrangement shown in Fig. 1,

Fig. 3 eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in schematisierter Darstellung, Fig. 3 shows another advantageous embodiment of the invention in a schematic representation;

Fig. 4 die schematisierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 shows the schematic representation of a preferred embodiment of the invention,

Fig. 5 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in schematisierter Darstellung, Fig. 5 shows a further advantageous embodiment of the invention in a schematic representation;

Fig. 6 eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, Fig. 6 shows an advantageous development of the invention,

Fig. 7 die schematisierte Darstellung eines Details der Erfindung, Fig. 7 shows the schematic view of a detail of the invention,

Fig. 8 eine vorteilhafte Weiterbildung der in Fig. 3 dargestellten Form der Erfindung, Fig. 8 is an advantageous further development of the illustrated in Fig. 3 of the invention,

Fig. 9 eine günstige Weiterbildung der in Fig. 8 sche matisch dargestellten Form der Erfindung sowie FIG. 9 is a beneficial development of 8 cal in Fig. Matically illustrated form of the invention, and

Fig. 10 und 11 Details von weiteren vorteilhaften Aus führungsbeispielen der Erfindung. Figs. 10 and 11 Details of further advantageous embodiments of the invention from management.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht den prinzipiel len Aufbau einer elektrostatischen Positionierungsein richtung 1 mit einem beweglichen Element 2 , welches durch zwei Federelemente 3 a und 3 b in einer bestimmten Ruhelage im Raum gehalten wird. Fig. 1 shows in perspective view the structure of an electrostatic prinzipiel len Positionierungsein device 1 with a movable member 2 which by means of two spring elements 3 a and 3 b is held in a specific resting position in space. Die paarweise an zwei gegenüberlie genden Seitenkanten des Elements 2 angeordneten Elektroden 4 a, 4 b bzw. 5 a, 5 b befinden sich in einem Bereich, der in einer in der Ebene der größten Erstreckung des beweglichen Elements 2 verlaufenden Richtung außerhalb der Projektion dieser größten Erstreckung in einer dazu senkrechten Rich tung gelegen ist. The paired two gegenüberlie ing side edges of the element 2 electrodes 4 a, 4 b and 5 a, 5 b are in an area in a plane extending in the plane of maximum extension of the movable element 2 direction outside the projection of this most extension in a perpendicular direction Rich is located. Die Elektroden 4 a, 4 b bzw. 5 a, 5 b sind dabei in Ebenen angeordnet, die sich ober- und unterhalb der von der größten Fläche des beweglichen Elements 2 auf gespannten Ebene und parallel zu dieser erstrecken. The electrodes 4 a, 4 b and 5 a, 5 b are arranged in planes which extend above and below the largest of the surface of the movable member 2 to the tensioned level and parallel thereto. Das Element 2 ist rechteckig ausgebildet. The element 2 is rectangular. Die dem Element 2 zugewandten Seitenkanten 28 der Elektroden 4 a, 4 b, 5 a und 5 b verlaufen, der Form des beweglichen Elements angepaßt, geradlinig. The element 2 facing the side edges 28 of the electrodes 4 a, 4 b, 5 a and 5 b extend, adapted to the shape of the movable member, in a straight line. Es ist ersichtlich, daß die den benachbarten Schmalseiten der Elektrode zugewandten Stirnkanten des be weglichen Elements 2 durch die entsprechende geometrische Bemessung von dem mit einer vertikalen Komponente ange triebenen Element 2 in kleinem Abstand passiert werden können. It can be seen that the adjacent narrow sides of the electrode facing end edges of the movable member 2 can be at a small distance to be passed by the corresponding geometric design of the vertical component attached to a driven member 2. Auf diese Weise lassen sich mit Abständen im Mi krometerbereich relativ große Kräfte mit kleinen Spannun gen auf das Element 2 übertragen und damit auch große Be schleunigungen erzielen. In this way micrometer range relatively large forces with small voltages can be personalized with intervals in Mi conditions applied to the element 2 and thus achieve accelerations and large loading.

Das in Fig. 2 dargestellte elektrische Ersatzschaltbild einer mit zwei Elektrodenpaaren 4 a, 4 b und 5 a, 5 b ausge rüsteten Positionierungseinrichtung 1 zeigt das bewegliche Element 2 , das im 1. Fall elektrisch leitend ausgebildet ist und dadurch auf ein gewünschtes Potential gelegt wer den kann. The electrical equivalent circuit diagram shown in Fig. 2 of a two pairs of electrodes 4 a, 4 b and 5 a, 5 b been upgraded positioning device 1 showing the movable element 2, which is formed in the first case, electrically conductive and thereby set to a desired potential who the can. Dieses Potential bildet somit das Bezugspoten tial für die vier einstellbaren Spannungsquellen U 1 , U 2 , U 3 und U 4 . This potential thus forms the poten tial reference for the four adjustable voltage source U 1, U 2, U 3 and U. 4 Werden geeignete Spannungen an die Elektroden 4 a und 5 b gelegt, so bilden sich zwei elektrostatische Fel der, jeweils zwischen dem beweglichen Element 2 und einer der beiden feststehenden Elektroden aus. Appropriate voltages to the electrodes 4 a and 5 b down, then two electrostatic Fel of each between the movable element 2 and one of the two fixed electrodes are formed. Diese erzeugen eine elektrostatische Kraftwirkung in der Art, daß das be wegliche Element 2 bestrebt ist, den Abstand zwischen fe ster Elektrode und beweglichem Element zu verringern. These generate an electrostatic force acting in the way that the areas moving element 2 seeks to reduce the distance between fe-edge electrode and the movable element. Durch diese Kraftwirkung wird in diesem Fall eine Ver schiebung in Richtung der x-Achse hervorgerufen. Due to this force effect a shift Ver is caused in the direction of x-axis in this case. Mit einer Änderung der anliegenden Spannungsdifferenz ändern sich die wirkenden Kräfte und es lassen sich kontinuierliche Positionsänderungen erzielen. With a change in applied voltage difference, the forces change and it can achieve continuous position changes.

Wenn im zweiten Fall das bewegliche Element 2 nicht mit dem Bezugspotential verbunden ist oder aus einem elektrisch nicht- oder schlechtleitenden, aber das elektrostatische Feld gut bündelnden Werkstoff besteht, bildet sich durch die Potentiale der Spannungsquellen U 1 und U 3 ein elektrostatisches Feld zwischen den Elektro den 4 a und 5 b aus. If in the second case, the movable element 2 is not connected to the reference potential or consists of an electrically non-conductive or poorly conductive, but the electrostatic field well bundled material, U 1 and U 3 is formed by the potentials of the voltage sources, an electrostatic field between the electric Figures 4 a and 5 b from. Auf das in diesem Feld befindliche Ele ment 2 wird dabei eine Rotationskraft ausgeübt, da das bewegliche Element 2 bestrebt ist, dem Feld einen möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen. Back to the top in this field Ele ment 2 where a rotational force is applied, since the movable element 2 is eager to oppose the lowest possible resistance to the field. Es bildet sich ein Kräftegleichgewicht zwischen dem rücktreibenden Moment der Federelemente 3 a, 3 b und den elektrostatischen Feldkräften aus. It is formed from a balance of power between the rear driving torque of the spring elements 3 a, 3 b and the electrostatic field forces. Durch die Änderung der anliegenden Span nungsdifferenz, und somit durch die Stärke des elektrosta tischen Feldes, ändert sich die Kraftwirkung auf das bewegliche Element 2 und ermöglicht ebenfalls eine kon tinuierliche Positionsänderung dieses Elements. By changing the applied clamping voltage difference, and thus by the strength of electrostatically matic field, the force effect changes to the movable member 2, and also allows a con tinuous change in position of this element. Durch die im Vergleich zum ersten Fall sehr viel größeren Elektroden sind entsprechend größere Spannungen nötig, um ein Feld geeigneter Stärke aufzubauen. Due to the very much larger than in the first case, electrodes are correspondingly higher voltages needed to build a box suitable strength.

Eine rein translatorische Bewegung kann für den Fall des mit einem bestimmten Potential beaufschlagten Elements 2 durch zwei betragsmäßig gleichgroße Spannungen U 1 und U 4 bzw. A purely translational motion, in the case of the applied potential with a specific element 2 by two magnitude equal voltages U 1 and U 4 and U 2 und U 3 erzeugt werden. U 2 and U 3 generates. Für den Fall, daß das Element 2 nicht mit einem bestimmten Potential beauf schlagt wird, ist eine translatorische Bewegung durch eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 4 a und 5 a bzw. 4 b und 5 b erreichbar. In the event that the element 2 is not hit with a predetermined potential beauf, a translatory movement is by a potential difference between the electrodes 4 a and 5 a and 4 b and 5 b reachable.

Durch geeignete Kombination der Spannungsbelegung der Elektroden 4 a, 4 b, 5 a und 5 b sowie die Änderung des Span nungspegels kann das Element 2 der elektrostatischen Posi tionierungseinrichtung 1 Bewegungen ausführen, bei der translatorische und rotatorische Komponenten beliebig überlagerbar sind. A suitable combination of voltage assignment of the electrodes 4 a, 4 b, 5 a and 5 b and the amendment of the clamping voltage level can only element 2 of the electrostatic Posi tionierungseinrichtung 1 Perform movements are arbitrarily superimposed on the translational and rotational components. Zum Ausschließen unerwünschter Bewe gungskomponenten sind gegebenenfalls zusätzliche Lager stellen bzw. Führungselemente für das bewegliche Element 2 günstig, die vorzugsweise als unter dem Flächenschwerpunkt des beweglichen Elements 2 angebrachtes (nicht dargestell tes) Loslager (Spitze, Schneide oder dergl.) ausgestaltet ist und die gewünschte Drehachse festlegt. Supply components to exclude unwanted BeWe are any additional bearings may or guide elements for the movable element 2 low, preferably as under the centroid of the moving element 2 mounted (not dargestell value) floating bearing (top, cutting or the like.) Is configured and the desired axis of rotation determines. Zum anderen kön nen geeignete leistenförmige Führungen rotatorische Bewe gungen ausschließen. On the other Kings nen suitable strip-shaped guides rotatory move- ments rule.

Fig. 3 zeigt als perspektivische Ansicht in schematisier ter Darstellung eine elektromechanische Positionierungs einrichtung 1 , deren bewegliches Element 2 an seiner gesamten Peripherie von paarweise plazierten Elektroden umgeben ist. Fig. 3 shows a perspective view in schematisier ter representation of an electromechanical positioning device 1, the movable element 2 is surrounded on its peripherals pairs of electrodes placed. Diese sind nach dem bezüglich Fig. 1 erläuterten Prinzip angeordnet. These are arranged in accordance with the respect to FIG. 1, explained principle. Dabei ist es für eine in feineren Stufen staffelbare Positionierung des Elements 2 besonders günstig, die Elektrodenpaare je Außenseite des Elements 2 weiter zu untergliedern. It is particularly favorable for a stackable in finer steps positioning of the element 2, the electrode pairs per outer side of the element 2 further subdivide. Dadurch stehen für den zur Positionierung erforderlichen Aufbau des elektrosta tischen Feldes insgesamt acht Elektrodenpaare ( 6 a, 6 b), ( 7 a, 7 b), ( 8 a, 8 b), ( 9 a, 9 b), ( 10 a, 10 b), ( 11 a, 11 b), ( 12 a, 12 b) und ( 13 a, 13 b) zur Verfügung. Characterized available for the necessary for the positioning structure of the electrostatically tables field a total of eight pairs of electrodes (6 a, 6 b), (7 a, 7 b), (8 a, 8 b), (9 a, 9 b), (10 a , 10 b), (11 a, 11 b), (12 a, 12 b), and (13 a, 13 b) are available. Diese Elektroden anordnung ermöglicht bei geeigneter Ansteuerung drei Translations- und drei Torsionsbewegungen des Elements 2 , das durch vier, an seinen Eckpunkten befestigte Federele mente 3 bei spannungslosen Elektroden in seiner Ruhelage fixierbar ist. These electrodes enables arrangement with appropriate controlling three translational and three torsional motions of the element 2, the elements by four, attached to its vertices Federele at 3-energized electrodes in its rest position is fixed. Durch entsprechende Ansteuerung der Elektroden sind translatorische und rotatorische Bewe gungen auch überlagerbar. By appropriate control of the electrodes translational and rotational movements BeWe are also superimposed. Möglichkeiten zur Ansteuerung und die sich daraus ergebenden einzelnen Bewegungen sind in der folgenden Tabelle dargestellt: Possibilities to control and the resulting individual movements are shown in the following table:

Eine vorteilhafte Weiterbildung der in Fig. 3 darge stellten Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 4 in perspektivischer Darstellung. An advantageous further shown in FIG. 3 Darge presented embodiment of the invention shown in FIG. 4 in perspective. Die in Fig. 3 beschriebenen Elektrodenpaare aus im wesentlichen plattenförmig ausge bildeten Einzelelektroden 6 a, 6 b bis 13 a, 13 b sind durch Elektrodenstapel 6 bis 13 ersetzt, um die Variationsbrei te für die Positionierung des beweglichen Elements 2 wei ter erhöhen zu können. The electrode pairs described in FIG. 3 of substantially plate-shaped been formed individual electrodes 6 a, 6 b to 13 a, 13 b are replaced by the electrode stack 6 to 13 to the Variationsbrei te to increase white ter for the positioning of the movable member 2. Die Elektrodenstapel 6 bis 13 , die seitlich neben dem beweglichen Element 2 gleichmäßig ver teilt angeordnet sind, bestehen aus einer Mehrzahl plat tenförmiger Elektroden, die in vertikaler Richtung symme trisch zu der von dem Element 2 aufgespannten Ebene inner halb des Stapels positioniert sind. The electrode stack 6 to 13, which are arranged laterally next to ver evenly divides the movable member 2, consisting of a plurality plat tenförmiger electrodes sym metrically in the vertical direction are positioned within the half of the stack to the plane spanned by the element 2 level.

Die Ansteuerung der Elektrodenstapel 6 bis 13 ist bei der Anordnung gemäß Fig. 4 in günstiger Weise nach dem genann ten Schrittmotor-Prinzip auch für eine translatorische Vertikalbewegung durchführbar. The control of the electrode stack 6 to 13 can be carried out in the arrangement of FIG. 4 in a favorable manner after genann th step motor principle for translational vertical movement. Dabei werden in Richtung der gewünschten Bewegung zeitlich und räumlich nacheinander die entsprechenden Elektroden eines oder mehrerer Elektrodenstapel mit entsprechenden Spannungen derart beaufschlagt, daß die Schmalseite des Elements 2 jeweils schrittweise in eine Position gelangt, in der diese einer dieser zugewandten Elektrodenfläche benachbart ist. In this case, temporally and spatially in succession the respective electrodes of one or more electrode stack with appropriate voltages are applied in such a way in the direction of the desired movement, that the narrow side of the element 2 are each progressively reaches a position in which this one of these electrodes facing surface is adjacent. Die Ansteuerung der Elektroden kann dabei mit verschiedenen diskreten Werten so vorgenommen werden, daß eine schrittweise Bewegung des Elements 2 erfolgt. The control of the electrodes can be made with different discrete values so that an incremental movement of the element 2 takes place.

Werden die Potentiale der Elektroden hingegen kon tinuierlich verändert, ist das Element auch in beliebige Zwischenposition führbar und hat den Charakter eines analog positionierbaren Motors. The potentials of the electrodes, however, changed continuously available, the element is also feasible in any intermediate position and has the character of an analog-positionable motor.

Der besondere Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß durch einfaches Umschalten der Potentiale der ange steuerten Elektroden diskrete Lageänderungen des bewegli chen Elements 2 erzwungen werden können, welche die erfin dungsgemäße Positionierungseinrichtung auch für die Auslö sung von Schaltvorgängen durch Betätigung z. B. optischer Schaltelemente geeignet machen. The particular advantage of this arrangement is the fact that discrete changes in position of the bewegli chen element 2 can be enforced by simply switching the potentials of the driven electrodes, which the inven tion proper positioning device optical for the tripping solution of shifts for by operation. B. make suitable switching elements.

Für eine ausschließlich rotatorische Bewegung des Elements 2 der Positionierungseinrichtung 1 um dessen Achse zu erzeugen, ist die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform der Erfindung vorgesehen. For an exclusively rotational movement of the member 2 of the positioning device 1 to produce about the axis thereof, the embodiment of the invention shown in Figure 5. Is provided. Die Elektrodenstapel 4 und 5 sind parallel zu den Längsseiten des beweglichen Elements 2 angeordnet, wobei die dem Element 2 zugewandten Schmal seiten der Elektroden auf einer im wesentlichen kreiszy lindrisch ausgebildeten Fläche liegen. The electrode stack 4 and 5 are arranged parallel to the longitudinal sides of the movable element 2, the element 2 facing the narrow sides of the electrodes lie on a substantially kreiszy cylindrically formed surface. Durch diese Elektrodenanordnung wird bei einer Torsion des durch die Federelemente 3 a und 3 b gehaltenen Elements 2 der Abstand zwischen ihm und den festen Elektroden annähernd konstant gehalten. By means of this electrode arrangement is in a twist of by the spring elements 3 a and 3 b supported member 2 is held, the distance between it and the fixed electrodes approximately constant. Sind die Elektrodenstapel 4 und 5 jedoch so angeordnet, daß sich der Abstand der einzelnen Elektroden zu dem beweglichen Element mit größerer Auslenkung aus der Mittellage verringert, kann durch die dadurch bewirkte Verstärkung des elektrischen Feldes ein Ausgleich des mit größerer Auslenkung durch die Federelemente 3 a, 3 b stei genden rücktreibenden Momentes erreicht werden. If the electrode stack 4 and 5, however, arranged so that the distance of the individual electrodes is reduced to the movable element of greater deflection from the central position can be obtained by the thus caused amplification of the electric field, a balance of the A with a greater deflection by the spring elements 3, 3 b stei ing Retrodriving torque can be achieved.

Das Element 2 ist an seiner Oberseite mit einem zusätz lichen Funktionselement 14 versehen. The element 2 is provided at its top with an additional functional element 14 union. Dieses Funktions element kann aus einer speziellen Beschichtung mit strahlungs- und/oder wellenemittierenden Eigenschaften bestehen oder als Reflektor bzw. Strahler ausgestaltet sein (Einsatzbereich optische Abtastsysteme) sowie sen sorische oder aktorische Aufgaben (Einsatzbereich Meßmit tel, Schaltelemente) übernehmen. This functional element can consist of a special coating with radiation and / or wave-emitting properties or as a reflector or radiator designed to be (Application optical scanning) and sen sorische or actuatory tasks (Application Meßmit tel, switching elements) accepts.

Eine in Fig. 6 perspektivisch dargestellte vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besitzt neben den zwei zur Po sitionierung des beweglichen Elements 2 der Positionie rungseinrichtung 1 erforderlichen Elektrodenpaaren ( 4 a, 4 b) und ( 5 a, 5 b) zwei zusätzliche Meßelektroden 15 . A shown in perspective in FIG. 6 advantageous development of the invention, in addition to the two to Po sitioning of the movable element 2 of the Positionin guiding device 1 required electrode pairs (4 a, 4 b) and (5 a, 5 b) two additional measuring electrodes 15th Diese erstrecken sich unterhalb des beweglichen Elements 2 in einer zu diesem parallelen Ebene. These extend below the movable element 2 in a direction parallel to this plane. Sie dienen der kapa zitiven Lagemessung des beweglichen Elements 2 und bilden die Voraussetzung für eine Regelung der Positionierungs einrichtung. They serve the kapa zitiven position measurement of the movable element 2 and form the basis for a regulation of the positioning device.

Wie in Fig. 7 dargestellt, befindet sich zwischen den einzelnen Elektroden 17 eines Stapels jeweils eine isolie rende Zwischenschicht 18 , die die Isolation der jeweiligen Elektroden gegeneinander realisiert und die Position der Elektroden im Raum bestimmt. As shown in Fig. 7, is located between the individual electrodes 17 of a stack in each case a yield Insulate any intermediate layer 18 against each other realizing the insulation of the respective electrodes, and determines the position of the electrodes in space. Die Anordnung von Iso lierschichten 18 zwischen den Elektroden 17 ermöglicht über eine gemeinsame Verbindungsleitung 16 in vor teilhafter Weise die Beaufschlagung mehrerer Elektroden mit dem gleichen Spannungspegel U i . The arrangement of iso lierschichten 18 between the electrodes 17 allows a common connection line 16 in front of some manner, the impingement of multiple electrodes with the same voltage level U i. Neben der hier dargestellten Verknüpfung von jeder dritten Elektrode 17 eines Stapels mit der gleichen Spannung, ist auch die paarweise Kopplung von Elektroden von jeweils gegenü berliegenden Stapeln günstig, um das bekannte Funk tionsprinzip eines elektromagnetischen Schrittmotors auf diesen "elektrostatischen Schrittmotors" zu übertragen. In addition to linking of any third electrode 17 a stack with the same voltage shown here, the pairwise coupling of electrodes of each gegenü berliegenden stacking is convenient to transfer the known radio prin- ciple of an electromagnetic pulse motor on these "electrostatic stepper motor" to. Das entsprechende Spannungs-Winkel-Diagramm für eine Posi tioniereinrichtung mit Elektrodenstapeln gemäß Fig. 7 ist in Fig. 11 in schematisierter Form dargestellt. The corresponding stress-angle diagram for a Posi tioniereinrichtung with electrode stacks as shown in FIG. 7 is shown in Fig. 11 in schematic form. Das zeit lich gestaffelte Anlegen der Spannungen U 5 , U 6 , und U 7 führt zu einer stufenweisen Änderung der Ablenkwinkels w. The time Lich staggered application of the voltages U 5, U 6 and U 7 leads to a gradual change in the deflection angle w.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in den Fig. 8 und 9 als Draufsicht bzw. als perspekti vische Ansicht schematisiert dargestellt. Another advantageous development of the invention is shown schematically in Figs. 8 and 9 as plan and as Perspecti vische view. Danach ist das bewegliche Element 19 der Positionierungseinrichtung 1 im wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Thereafter, the movable member 19 of the positioning device 1 is formed substantially circular. Es ist an seiner Pe ripherie gleichmäßig von einer Mehrzahl von Elektroden um geben und wird durch vier Federn 30 in seiner Position in dem von den Elektroden begrenzten Bereich gehalten. It is at its Pe ripherie evenly from a plurality of electrodes to give and held by four springs 30 in position within the limited area of the electrodes. Die Elektroden sind als Elektrodenstapel 20 bis 27 oder als Elektrodenpaare 20 a und 20 b bis 27 a und 27 b ausgebildet. The electrodes are as electrode stack 20 to 27 or as pairs of electrodes 20 a and 20 b formed by 27 a and 27 b. Um die Gesamtanordnung in ihren räumlichen Abmessungen be sonders klein auszubilden ist es günstig, die einzelnen Elektroden so auszubilden, daß ihre dem Element 19 zuge wandten Seiten 29 der Form des Elements 19 weitestgehend angepaßt sind. To be the overall arrangement in their spatial dimensions form particularly small it is low, the individual electrodes in such a way that their element 19 facing sides 29 of the shape of the element 19 are matched as far as possible. Dies führt in günstiger Weise zusätzlich zu einer Homogenisierung des elektrostatischen Feldes zwi schen Elektroden und Element 19 . This results in a favorable manner in addition to a homogenization of the electrostatic field between electrodes and rule element 19th Für die grundsätzliche Anordnung der Elektroden bezüglich des beweglichen Ele ments 19 gelten die zu den Fig. 1, 3, 4 und 5 vorste hend angegebenen Erläuterungen. For the basic arrangement of the electrodes relative to the movable element 19 Ele remarks vorste to FIGS. 1, 3, 4 and 5 basis as specified.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in den Fig. 1 und 3 bis 9 die elektrischen Verbindungen der Elektroden mit den entsprechenden Spannungsquellen sowie die für den Aufbau der Positionierungseinrichtung erforderlichen me chanischen Halte- und Tragekonstruktionen nicht darge stellt. For reasons of clarity in Figs. 1 and 3-9, the electrical connections of the electrodes with the respective voltage sources, the data needed for the construction of the positioning device ME mechanical holding and supporting structures is not Darge.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besitzt je nach Anzahl, Gestaltung und Anordnung der Elektroden und der Federele mente bezüglich des beweglichen Elements folgende wesent liche Vorteile: The inventive device has depending on the number, organization and arrangement of the electrodes and the Federele elements with respect to the movable member following wesent clear advantages

  • - Das bewegliche Element muß nicht leitfähig ausgebil det sein und kann in bis zu sechs unterschiedlichen Freiheitsgraden positioniert werden. - The movable member does not need to be conductive ausgebil det and can be positioned in up to six different degrees of freedom.
  • - Es kann grundsätzlich auf Lagerstellen für das beweg liche Element verzichtet werden, da diese Kräfte beidseitig tangential zur Fläche des beweglichen Ele ments wirken. - It can be avoided as storage places for the after movable element, since these forces act on both sides tangential to the surface of the movable ele ments.
  • - Durch die spezifischen Konstruktionsmerkmale entsteht durch die Feldbündelung an den Kanten des beweglichen Elements und die kleinen mechanischen Abmaße des elektrostatischen Feldes ein großes Drehmoment, so daß auch schon bei niedrigen Spannungen Bewegungen mit einem Hub, der einem Vielfachen des Abstandes zwischen beweglichem Element und Elektroden ent spricht, erzeugbar sind. - Due to the specific design features created by the field concentration at the edges of the movable member and the small mechanical dimensions of the electrostatic field, a large torque, so that even at low voltages movement with a stroke, the ENT a multiple of the distance between the movable element and electrodes speaks are generated.
  • - Die Positionierungseinrichtung nach Fig. 1 bis 7 kann mit Technologien der Mikroelektronik (vorzugsweise mit auf einkristallines Silizium angewandten Ätzprozessen und Verfahren der chemischen Schichtauftragung) in großer Stückzahl bei geringsten Fertigungstoleranzen montagefrei hergestellt werden. -. The positioning device of Figure 1 to 7 can be (preferably applied to monocrystalline silicon etching processes and methods of chemical layer application) produced in large numbers at the lowest manufacturing tolerances with no assembly technologies of microelectronics.

Es ergeben sich eine Vielzahl Anwendungsmöglichkeiten, die alle Arten von Bereichen umfassen, bei denen es um die Er zeugung von Mikrobewegungen beliebiger Richtung mit großer Präzision geht. It produces a multitude of applications that include all kinds of areas where it comes to the generation of micro-movements he any direction with great precision.

Bei in den Fig. 10 und 11 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung ist an der Ober seite des beweglichen Elements mindestens ein Funktionse lement vorgesehen, dessen Eigenschaften in einer Rich tung die in einer Ebene des beweglichen Elements gelegen ist, die auch die Richtungen seiner maximalen Erstreckun gen enthält, örtlich unterschiedlich sind. When in Figs. 10 and 11 illustrated preferred embodiments according to the invention at least one Funktionse is on the upper side of the movable member ele- ment provided whose properties device in a rich which is situated in a plane of the movable member, which is also the direction of its maximum Erstreckun contains conditions are locally different.

Auf diese Weise können die für eine Anwendung jeweils not wendigen oder erwünschten Eigenschaften durch eine überla gerte Verschiebung des Elements in xy-Richtung ausgewählt werden. In this way, for each application not agile or desired properties by Überla siege displacement of the element in the xy direction can be selected. Bei dem in Fig. 10 im Schnitt dargestellten Funk tionselement handelt es sich um einen Reflektor, der als Hohlspiegel ausgebildet ist. Tion element in the radio shown in Fig. 10 in section is a reflector that is formed as a concave mirror.

Bei dieser Anwendung ist das bewegliche Element nicht als Ebene ausgebildet, sondern ist an seiner das Funktionsele ment aufweisenden Oberfläche konkav gewölbt. In this application, the movable member is not formed as a plane, but is concave on its surface having the Funktionsele element. Wird dieses in der xy-Ebene kreisförmig angetrieben (Überlagerung von zwei Translationsbewegungen (gemäß r 2 = x 2 + y 2 ), so wird ein einfallender Lichtstrahl kreisförmig dejustiert. Damit ist es zum Beispiel für einen Beschriftungslaser möglich, die Strichbreite seines Bearbeitungsstrahles bedarfsweise zu vergrößern. In Fig. 10 ist ein Schnitt entlang der xz-Ebene mit zwei Beispiellichtstrahlen dargestellt. Es ist ersichtlich, wie der Lichtstrahl in Abhängigkeit von seinem Einfallsort auf dem Spiegel unterschiedlich ausge lenkt - und damit aufgefächert wird. If this is in the xy plane circular driven (superposition of two translational motions (according to r 2 = x 2 + y 2), as an incident light beam is misaligned circular. This allows, for example of a marking lasers possible, the line width of its processing beam as needed to . larger Figure 10 is a section taken along the xz plane is shown with two light beams Example It can be seen how the light beam in dependence be different from its point of incidence on the mirror deflects -.. and is fanned out so.

In Fig. 11 ist ein Spiegel in Draufsicht dargestellt, der mit örtlich verschiedenen als Farbfilter wirkenden Refle xionsbereichen versehen ist. In Fig. 11, a mirror in plan view is shown, which is provided with xionsbereichen different places, acting as a color filter refle. Diese teilen sich nach dem Dreifarbensystem in Bereich von Rot, Grün und Blau auf drei Sektoren von je 120° auf. These are divided according to the three-color system in the range from red, green and blue on three sectors of 120 °. Je nach Einfallsort eines zu reflektierenden Lichtstrahls wird dieser unterschied lich eingefärbt. Depending on the point of incidence of light to be reflected beam is this difference be colorized. Auf diese Weise kann ein Lichtstrahl - beispielsweise für Farbbildprojektionen zur Bilddarstel lung mittels Neigung des Spiegels ausgelenkt und durch Ver schieben des Spiegels in xy-Richtung jeweils unterschied lich eingefärbt werden. In this way, a ray of light - for example, deflected for color image projections for Bilddarstel development using tilt of the mirror and the mirror Ver in the xy direction to push over will be colorized difference.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungs beispiel. The invention is not limited in its implementation for the above-described preferred embodiment. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Rather, a number of variants is conceivable that make use of the illustrated solution even in fundamentally different embodiments.

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Patente citante Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
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Clasificaciones
Clasificación internacionalG12B1/00, G09F9/37, G02B26/08
Clasificación cooperativaG02B26/0841, G09F9/372, G12B1/00
Clasificación europeaG02B26/08M4E, G12B1/00, G09F9/37E
Eventos legales
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