DE102007027428A1

DE102007027428A1 - Component with a vibration element

Info

Publication number: DE102007027428A1
Application number: DE102007027428A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. rer. nat. Grüger; Jens Dr. rer. nat. Knobbe
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-18
Also published as: WO2008151705A1

Abstract

Es wird ein Bauelement (100; 200; 300) beschrieben, mit einem Schwingungselement (1), einer ersten Aufhängung (2a, 2b), über die das Schwiwngungselement in einer ersten Richtung schwingfähig aufgehängt ist, einer zweiten Aufhängung (6; 6a, 6b; 5a, 5b), über die das Schwingungselement (1) in einer zweiten Richtung schwingfähig aufgehängt ist, eine erste Antriebsvorrichtung (3a, 3b) zum Versetzen des Schwingungselements in eine resonante Schwingung in der ersten Richtung; und eine zweite Antriebsvorrichtung (6, 8; 6a, 6b, 8a, 8b; 6a, 6b, 9a, 9b) zum Versetzen des Schwingungselements (1) in eine Schwingung in der zweiten Richtung, basierend auf einer thermischen Verformung, einer Magnetorestriktion oder einer piezoelektrischen Verformung.The invention relates to a component (100; 200; 300) comprising a vibration element (1), a first suspension (2a, 2b) via which the oscillation element is suspended in a first direction, a second suspension (6; 6a, 6b 5a, 5b) via which the vibration member (1) is swingably suspended in a second direction, first driving means (3a, 3b) for setting the vibration member into a resonant vibration in the first direction; and second driving means (6, 8; 6a, 6b, 8a, 8b; 6a, 6b, 9a, 9b) for setting the vibration member (1) into vibration in the second direction based on thermal deformation, magnetorestriction or the like piezoelectric deformation.

Description

Hintergrundbackground

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bauelemente mit einem Schwingungselement, wie sie beispielsweise als zweidimensional auslenkbare Mikrospiegel verwendet werden.The The present invention relates to components with a vibration element, as for example, as a two-dimensionally deflectable micromirrors be used.

Es sind einige Varianten von zweidimensional auslenkbaren Scannerspiegeln bzw. Mikrospiegeln, kurz auch als „2d Scannerspiegel" bzw. „2d-Mikrospiegel" bezeichnet, bekannt. Seitens der in Silizium-Mikrotechnologie gefertigten Varianten gibt es unterschiedliche Antriebsvarianten.It are some variants of two-dimensional deflectable scanner mirrors or micromirrors, also referred to as "2d scanner mirror" or "2d micromirror" referred to, known. On the part of the man made in silicon microtechnology Variants there are different drive variants.

Eine Variante ist der Antrieb über elektrostatische Kräfte, die zwischen Kondensatorplatten auf der Rückseite des Spiegelelements und Gegenelektroden auf einem entsprechend positioniertem Halter typischerweise auf der Chiprückseite, erzeugt werden. Mit dieser Anordnung ist es ebenfalls möglich, zweidimensionale Scannerspiegel zu realisieren. Die Auslenkung bei einer solchen Anordnung kann sowohl resonant als auch quasistatisch erfolgen. Nachteilhaft sind die durch die Gegenelektroden stark eingeschränkten Auslenkwinkel sowie im Falle der quasistatischen Auslenkung die hohen Spannungen für den Antrieb.A Variant is the drive via electrostatic forces, the between capacitor plates on the back of the mirror element and counter electrodes on a suitably positioned holder typically on the back of the chip. With this arrangement It is also possible to use two-dimensional scanner mirrors to realize. The deflection in such an arrangement can both resonant and quasi-static done. Are disadvantageous the deflection angle greatly limited by the counterelectrodes and in the case of quasi-static deflection, the high voltages for the drive.

Eine andere Antriebsvariante, die hohe Auslenkwinkel ermöglicht ist in EP 1123526 B1 beschrieben. In dieser Variante wird ein resonanter Antrieb über Kammstrukturen an den Seiten der Scannerspiegel erreicht. Es sind ebenfalls zweidimensionale Varianten realisierbar. Durch den resonanten Antrieb ohne Gegenelektroden können mit moderaten Spannungen große Auslenkwinkel erreicht werden. Nachteilhaft ist, dass aufgrund der technologischen Randbedingungen keine langsame Bewegung des Scannerspiegels möglich ist, so dass die Überlagerung der beiden Bewegungen nicht zu einem zeilenweisen Abrastern des Bild- oder Detektionsbereichs führt. Stattdessen wird eine Lissajoux-Figur beschrieben, die verschiedene Punkte mit unterschiedlicher Häufigkeit erreicht. Hierdurch wird die Bildqualität bzw. die Bildauflösung eingeschränkt.Another drive variant that allows high deflection in EP 1123526 B1 described. In this variant, a resonant drive is achieved via comb structures on the sides of the scanner mirrors. There are also two-dimensional variants feasible. Due to the resonant drive without counter electrodes large deflection angles can be achieved with moderate voltages. The disadvantage is that due to the technological boundary conditions, no slow movement of the scanner mirror is possible, so that the superposition of the two movements does not lead to a line by line scanning of the image or detection area. Instead, a Lissajoux figure is described, which reaches different points with different frequencies. This will limit the image quality or resolution.

Ein anderes Antriebsverfahren nutzt die thermische Aktuation von Strukturen aus Schichten verschiedener Ausdehnungskoeffizienten. Hierdurch wird eine mechanische Bewegung erzeugt. Diese Ausführungsvariante ist vergleichsweise langsam. Eindimensionale Scannerspiegel mit einer resonant betriebenen Variante dieser Antriebsart sind beispielsweise in US 2005/0063038 A1 beschrieben.Another drive method uses the thermal actuation of structures of layers of different expansion coefficients. As a result, a mechanical movement is generated. This variant is comparatively slow. One-dimensional scanner mirrors with a resonant variant of this type of drive are, for example, in US 2005/0063038 A1 described.

ZusammenfassungSummary

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein Bauelement mit einem Schwingungselement; einer ersten Aufhängung, über die das Schwingungselement in einer ersten Richtung schwingfähig aufgehängt ist; einer zweiten Aufhängung, über die das Schwingungselement in einer zweiten Richtung schwingfähig aufgehängt ist; eine erste Antriebsvorrichtung zum Versetzen des Schwingungselements in eine resonante Schwingung in der ersten Richtung; und eine zweite Antriebsvorrichtung zum Versetzen des Schwingungselements in eine Schwingung in der zweiten Richtung basierend auf einer thermischen Verformung, einer Magnetorestriktion oder einer piezoelektrischen Verformung.One Embodiment of the present invention provides a component with a vibration element; a first suspension, about vibrating the vibrating element in a first direction is hung up; a second suspension, about which vibrates the vibrating element in a second direction is hung up; a first drive device for offsetting of the vibrating element into a resonant oscillation in the first Direction; and a second drive device for displacing the Vibration element based in a vibration in the second direction on a thermal deformation, a magnetorestriction or a piezoelectric deformation.

Ausführungsbeispiele des Bauelements ermöglichen, einen weit auslenkbaren Scannerspiegel bereitzustellen, der in einer Richtung bzw. Achse langsam ausgelenkt wird und in einer zweiten Richtung bzw. zweiten Achse sehr viel schneller ausgelenkt wird. Dabei kann als Minimum ein Frequenzverhältnis von 1 zu 20 benannt werden, möglich sind jedoch deutlich höhere Verhältnisse im Bereich von 1:500 oder gar 1:1.000. Dabei sind ferner Auslenkungen bzw. Auslenkwinkel im Bezug auf eine oder beide Achsen im Bereich von beispielsweise 10° oder mehr möglich.embodiments enable the device to provide a highly deflectable scanner mirror, which is slowly deflected in one direction or axis and in deflected much faster in a second direction or second axis becomes. It can as a minimum a frequency ratio of 1 to 20 are named, but are possible significantly higher Ratios in the range of 1: 500 or even 1: 1,000. there are also deflections or deflection angle with respect to one or both axes in the range of for example 10 ° or more possible.

Für eine primäre Anwendung im Bereich der Projektion, ist es erforderlich, bei hohen Auslenkwinkeln die Bewegung in einer ersten Richtung möglichst schnell im Bereich von 30–50 kHz und in der zweiten Richtung langsam mit 35–50 Hz zu vollführen, so dass ein näherungsweise zeilenweises Abrastern des Bildfeldes ermöglicht wird.For a primary application in the field of projection, it is required, at high deflection angles, the movement in a first Direction as fast as possible in the range of 30-50 kHz and slowly in the second direction at 35-50 Hz perform, so that an approximately line by line Scanning of the image field is made possible.

Mittels Ausführungsbeispielen des Bauelements können daher Scannerspiegel bereitgestellt werden, die in zwei Achsen bzw. Richtungen hohe Auslenkwinkel mit moderaten Spannungen ermöglichen. Dabei kann eine Achse mittels eines resonanten Antriebs schnell, die andere Achse mittels eines thermischen, magnetostriktiven oder eines piezoelektrischen Antriebs langsam ausgelenkt werden. Vorteilhaft gegenüber bekannten Scannerspiegeln ist die Möglichkeit, Bilder zu erzeugen, bei denen zeilenweise abgerastert wird. Dadurch wird bei identischen Eigenschaften der Laserlichtquellen, insbesondere der Modulationsfrequenz, die Bildauflösung im Vergleich zu einer rein resonanten Anregung verbessert, da kein Bildpunkt unnötig mehrfach angefahren wird. Der elektronische Aufwand zum Antrieb zur Korrelation zwischen Position und Lichtquellenmodulation wird erheblich reduziert. Das erforderliche Verhältnis der Geschwindigkeiten ist von der Anzahl der Bildpunkte in den jeweiligen Richtungen abhängig. Bei geringen Bildpunktzahlen kann beispielsweise ab einem Verhältnis von 1:20 mit Vorteilen gerechnet werden, bei hochauflösenden Bildern ist dieses Verhältnis weiter.through Therefore, embodiments of the device can Scanner levels are provided in two axes or directions allow high deflection angle with moderate voltages. An axle can be accelerated by means of a resonant drive. the other axis by means of a thermal, magnetostrictive or a piezoelectric drive are slowly deflected. Advantageous compared to known scanner mirrors is the possibility Create images that are scanned line by line. Thereby is at identical properties of the laser light sources, in particular the Modulation frequency, the image resolution compared to a purely resonant excitation improved because no pixel unnecessary is approached several times. The electronic effort to drive to the correlation between position and light source modulation considerably reduced. The required ratio of speeds depends on the number of pixels in the respective directions. For low pixel counts, for example, from a ratio of 1:20 can be counted with advantages, with high-resolution Pictures, this relationship is further.

Weiterhin werden so genannte Bewegungsartefakte, die die Bildqualität bei Bewegung des Projektors einschränken, unterdrückt.Farther be called motion artifacts that improve the picture quality Restrict while moving the projector, suppressed.

Alternativ können mit der erfindungsgemäßen Lösung auch Bildaufnahmesysteme oder Ähnliches realisiert werden, bei denen die Bildfelder zeilenweise abgerastert werden. Auch dies führt zu erheblichen Verbesserungen bezüglich des Systemaufwands bei der Ansteuer- und Auswerteelektronik.alternative can with the inventive solution Imaging systems or the like can be realized, in which the image fields are scanned line by line. This too leads to significant improvements the system overhead for the control and evaluation electronics.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.embodiments The present invention will be described below with reference to FIGS attached drawings explained in more detail.

1 zeigt eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Bauelements mit einer Biegefeder als zweite Aufhängung. 1 shows a plan view of a first embodiment of a device with a bending spring as a second suspension.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß 1, wobei die zweite Antriebsvorrichtung auf einer thermischen Verformung basiert. 2 shows an embodiment according to 1 wherein the second drive device is based on a thermal deformation.

3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß 2. 3 shows a three-dimensional representation of an embodiment according to 2 ,

4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der 1 bis 3, bei der die zweite Aufhängung in einem ausgelenkten Zustand ist. 4 shows a three-dimensional representation of an embodiment according to the 1 to 3 in which the second suspension is in a deflected state.

5 zeigt eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Bauelements mit zwei Biegefedern als zweite Aufhängung, wobei die zweite Antriebsvorrichtung auf einer thermischen Verformung basiert. 5 shows a plan view of a second embodiment of a device with two bending springs as a second suspension, wherein the second drive device is based on a thermal deformation.

6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 5. 6 shows a three-dimensional representation of the embodiment according to 5 ,

7 zeigt eine Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Bauelements mit zwei Torsionsfedern als zweite Aufhängung, wobei die zweite An triebsvorrichtung auf einer Magnetostriktion basiert. 7 shows a plan view of a third embodiment of a device with two torsion springs as a second suspension, wherein the second to drive device based on a magnetostriction.

8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß 7 mit zusätzlichen Hebelarmen. 8th shows a three-dimensional representation of an embodiment according to 7 with additional lever arms.

9 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Laserprojektors. 9 shows a block diagram of an embodiment of a laser projector.

In der vorliegenden Anmeldung werden für Objekte und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, gleiche Bezugszeichen verwendet. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass einerseits, sofern es nicht explizit anders angegeben ist, Abschnitte, die sich auf Objekte mit ähnlichen oder gleichen funktionalen Eigenschaften beziehen, zwischen den Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele austauschbar sind. Andererseits wird darauf hingewiesen, dass durch eine gemeinsame Verwendung eines Bezugszeichens für ein Objekt, das in mehr als einem Ausführungsbeispiel auftritt, nicht gesagt ist, dass diese in den verschiedenen Ausführungsbeispielen oder dem betreffenden Ausführungsbeispiel identische Merkmale und Eigenschaften aufweisen. Gemeinsame oder ähnliche Bezugszeichen stellen also keine Aussage bezüglich der konkreten Auslegung und Dimensionierung dar.In of the present application are for objects and functional units, have the same or similar functional properties, same reference numerals used. In this context will be on it noted that, on the one hand, unless explicitly stated otherwise is, sections that refer to objects with similar or refer to the same functional properties, between the descriptions the various embodiments are interchangeable. On the other hand, it is noted that through a common use a reference character for an object that is in more than one Embodiment occurs, it is not said that this in the various embodiments or the subject Embodiment identical features and properties exhibit. Common or similar reference numerals So no statement regarding the concrete interpretation and Dimensioning dar.

Der prinzipielle Aufbau eines Laserprojektors unter Verwendung von in zwei Richtungen auslenkbaren bzw. kippbaren Scannerspiegeln ist bekannt. Kernstück des Projektors ist die Ablenkeinheit. Das Licht einer oder mehrerer Laserlichtquellen wird passend zur aktuellen Position der Ablenkeinheit moduliert und so Bildpunkte verschiedener Helligkeit bzw. Farbe erzeugt.Of the basic structure of a laser projector using in two directions deflectable or tiltable scanner mirrors known. The heart of the projector is the deflection unit. The light of one or more laser light sources will match the modulated current position of the deflection and so pixels different brightness or color generated.

1 zeigt eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Bauelements 100 mit einem Schwingungselement 1, einem Rahmen 4, einer ersten Aufhängung 2a, 2b, über die das Schwingungselement in dem Rahmen 4 schwingfähig aufgehängt ist, einer zweiten Aufhängung 6, über die der Rahmen 4 schwingfähig an einer Halterung 7, beispielsweise einem montierten Chip schwingfähig aufgehängt ist, eine erste Antriebsvorrichtung zum Versetzen des Schwingungselements 1 in eine resonante Schwingung, und eine zweite Antriebsvorrichtung zu Auslenken des Rahmens 4 basierend auf einer thermischen Verformung, einer Magnetostriktion oder einer piezoelektrischen Verformung. 1 shows a plan view of a first embodiment of a device 100 with a vibration element 1 a frame 4 , a first suspension 2a . 2 B over which the vibration element in the frame 4 is susceptible to swinging, a second suspension 6 about which the frame 4 swingable on a bracket 7 , For example, a mounted chip is suspended vibratory, a first drive device for moving the vibration element 1 in a resonant oscillation, and a second drive device for deflecting the frame 4 based on thermal deformation, magnetostriction or piezoelectric deformation.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Schwingungselement 1 durch zwei Torsionsfedern 2a, 2b schwingfähig aufgehängt, wobei die zwei Torsionsfedern 2a, 2b eine Torsionsachse 10 (siehe strichpunktierte Linie) definieren, um die sich das Schwingungselement 1 dreht bzw. ausgelenkt wird. Der Rahmen 4 selbst ist über die Biegefeder 6 (siehe schraffierter Bereich) schwingfähig aufgehängt, so dass der Rahmen sich in z-, y-Richtung bewegt bzw. ausgelenkt wird, oder in anderen Worten in der Ebene, die durch die Achsen z und y aufgespannt wird, ausgelenkt wird. Somit definieren die zwei Torsionsfedern eine erste schnelle Bewegungsrichtung und die Biegefeder eine zweite langsame Bewegungsrichtung, wobei die beiden Bewegungsrichtungen senkrecht zueinander sind. Das entsprechende Koordinatensystem x, y, z ist in 1 eingezeichnet.In the embodiment according to 1 is the vibration element 1 by two torsion springs 2a . 2 B suspended vibrationally, the two torsion springs 2a . 2 B a torsion axis 10 (see dotted line) define around which the vibration element 1 turns or is deflected. The frame 4 itself is about the spiral spring 6 (see hatched area) is swingably suspended, so that the frame is moved in the z, y direction or deflected, or in other words in the plane which is spanned by the axes z and y, is deflected. Thus, the two torsion springs define a first fast moving direction and the bending springs define a second slow moving direction, wherein the two directions of movement are perpendicular to each other. The corresponding coordinate system x, y, z is in 1 located.

2 zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels gemäß 1, bei der die Biegefeder 6 eine Mäanderstruktur 8 aufweist, die elektrisch leitfähig ist. Der Bereich der Biegefeder 6 ist wie in 1 durch die Schraffur gegenüber der Halterung 7 bzw. dem Rahmen 4 abgegrenzt. 2 shows a plan view of an embodiment according to 1 in which the spiral spring 6 a meander structure 8th has, the electrically conductive is capable. The area of the spiral spring 6 is like in 1 by the hatching opposite the holder 7 or the frame 4 demarcated.

3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß 2. 3 shows a three-dimensional view of an embodiment according to 2 ,

4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der 1 bis 3, bei der der Rahmen 4 und damit auch das Schwingungselement 1 über die Biegefeder 6 ausgelenkt ist. Die Auslenkung der Biegefeder 6 bzw. der zweiten Aufhängung 6 kann beispielsweise auf einer thermischen Verformung, einer Magnetostriktion oder einer piezoelektrischen Verformung basieren. 4 shows a three-dimensional representation of an embodiment according to the 1 to 3 in which the frame 4 and thus also the vibration element 1 over the spiral spring 6 is distracted. The deflection of the spiral spring 6 or the second suspension 6 may for example be based on thermal deformation, magnetostriction or piezoelectric deformation.

Die 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Rahmen 4 basierend auf einer thermischen Verformung ausgelenkt wird, wobei die Biegefeder 6 eine zweilagige Membran ist, wobei die zwei Lagen unterschiedliche Wärmeausdehnungseigenschaften haben, und so abhängig von dem Stromfluss durch die Mäanderstruktur 8 sich unterschiedlich ausdehnen und somit abhängig von dem Strom eine bestimmte Auslenkung des Federabschnitts 6 erzeugen.The 2 and 3 show an embodiment in which the frame 4 is deflected based on a thermal deformation, wherein the bending spring 6 is a two-ply membrane, the two plies having different thermal expansion properties, and thus depending on the flow of current through the meandering structure 8th expand differently and thus depending on the current a certain deflection of the spring section 6 produce.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bauelements 200 mit dem Schwingungselement 1, dem Rahmen 4, einer ersten Aufhängung 2a, 2b, über die das Schwingungselement 1 in dem Rahmen 4 schwingfähig aufgehängt ist, einer zweiten Aufhängung, bestehend aus den Balken 5a, 5b und den Aktuatoren 6a, 6b, über die der Rahmen 4 in der Halterung 7 schwingfähig aufgehängt ist, eine erste Antriebsvorrichtung zum Versetzen des Schwingungselements in eine resonante Schwingung, und eine zweite Antriebsvorrichtung zum Auslenken des Rahmens 4 basierend auf einer thermischen Verformung. 5 shows an embodiment of a device 200 with the vibration element 1 , the frame 4 , a first suspension 2a . 2 B , about which the vibration element 1 in the frame 4 is susceptible to swinging, a second suspension consisting of the beams 5a . 5b and the actuators 6a . 6b about which the frame 4 in the holder 7 is swingably suspended, a first drive device for moving the vibration element into a resonant vibration, and a second drive device for deflecting the frame 4 based on a thermal deformation.

In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schwingungselement 1 über die Torsionsfedern 2a, 2b schwingfähig aufgehängt, wobei die Torsionsfedern 2a, 2b eine Torsionsachse 10 um die das Schwingungselement 1 ausgelenkt bzw. bewegt wird, definieren. Ferner ist der Rahmen 4, im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4, über zwei Biegefedern bzw. Aktuatoren 6a und 6b schwingfähig aufgehängt, um den Rahmen 4 ähnlich wie anhand der 1 und 4 beschrieben auslenken zu können. Die zwei Torsionsfedern definieren eine erste schnelle Bewegungsrichtung und die zwei Biegefedern eine zweite langsame Bewegungsrichtung, wobei die beiden Bewegungsrichtungen senkrecht zueinander sind.In the in 5 illustrated embodiment is the vibration element 1 over the torsion springs 2a . 2 B suspended vibrationally, with the torsion springs 2a . 2 B a torsion axis 10 around the the vibration element 1 deflected or moved, define. Further, the frame 4 , in contrast to the embodiments of the 1 to 4 , via two bending springs or actuators 6a and 6b suspended swinging to the frame 4 Similar to the 1 and 4 described to be able to deflect. The two torsion springs define a first fast direction of movement and the two torsion springs define a second slow direction of movement, the two directions of movement being perpendicular to each other.

Analog zu den Ausführungsbeispielen der 2 und 3, die eine zweite Antriebsvorrichtung basierend auf der thermischen Verformung zeigen, weist das Ausführungsbeispiel gemäß 5 zwei zweilagige Membranen 6a, 6b auf, die jeweils eine elektrisch leitende Mäanderstruktur 8a, 8b aufweisen, um den Rahmen 4 abhängig von einem Stromfluss durch die elektrisch leitenden Mäanderstrukturen 8a, 8b in die zweite Bewegungsrichtung auszulenken.Analogous to the embodiments of the 2 and 3 showing a second drive device based on the thermal deformation, the embodiment according to FIG 5 two two-ply membranes 6a . 6b on, each one an electrically conductive meander structure 8a . 8b exhibit to the frame 4 depending on a current flow through the electrically conductive meander structures 8a . 8b to deflect in the second direction of movement.

Alternativ können eine oder beide Membranen selbst elektrisch leitfähig sein, und der Strom durch die eine Membran oder beide Membranen selbst geleitet werden, um die Auslenkung zu bewirken.alternative One or both membranes themselves may be electrically conductive be, and the current through the one membrane or both membranes themselves be directed to effect the deflection.

Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen in 1 bis 4 weist das Ausführungsbeispiel gemäß 5 damit statt einer zweilagigen Membran 6 zwei zweilagige Membranen 6a, 6b auf, wobei jeweils eine der zweilagigen Membranen 6a, 6b einen der Rahmenstege 5a, 5b des Rahmens 4 mit einer Seite des Rahmens verbunden ist. Die zweilagigen Membranen 6a, 6b und die Rahmenstege 5a, 5b bilden dabei die zweite Aufhängung. Dabei wird ähnlich wie in Bezug auf die Ausführungsbeispiele in den 2 bis 4 erläutert, durch entsprechenden Stromfluss durch die Mäanderstrukturen 8a, 8b eine Beugung der zweilagigen Membranen 6a, 6b verursacht, die den Rahmen 4 entsprechend in der y-, z-Ebene bewegen, während das Schwingungselement 1 um die Rotationsachse 10 gedreht werden kann.In contrast to the embodiments in 1 to 4 The embodiment according to FIG 5 so instead of a two-ply membrane 6 two two-ply membranes 6a . 6b on, in each case one of the two-layer membranes 6a . 6b one of the frame webs 5a . 5b of the frame 4 connected to one side of the frame. The two-layer membranes 6a . 6b and the frame bars 5a . 5b form thereby the second suspension. It is similar to the embodiments in the 2 to 4 explained by corresponding current flow through the meander structures 8a . 8b a diffraction of the two-layered membranes 6a . 6b causing the frame 4 move accordingly in the y, z plane while the vibrating element 1 around the axis of rotation 10 can be turned.

In anderen Worten ist bei den in den 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispielen die Ablenkeinheit als Spiegel derart realisiert, dass der eigentliche Spiegel 1 bzw. das Schwingungselement 1 an tordierbaren Aufhängungen 2a, 2b in einem Rahmen 4 montiert ist, der sich wiederum beispielsweise gegen den fest montierten Chip oder allgemein eine Halterung 7, entlang einer zweiten Achse, die zu der ersten Bewegungsachse 10 (siehe 1 und 5) senkrecht ist, bzw. entlang einer zweiten Bewegungsrichtung, die zu der ersten Bewegungsrichtung senkrecht ist, verkippen lässt.In other words, in the in the 1 to 6 described embodiments, the deflection unit as a mirror realized such that the actual mirror 1 or the vibration element 1 on towable suspensions 2a . 2 B in a frame 4 is mounted, in turn, for example, against the hard-mounted chip or generally a holder 7 , along a second axis, leading to the first axis of motion 10 (please refer 1 and 5 ) is perpendicular, or can tilt along a second direction of movement which is perpendicular to the first direction of movement.

Die Auslenkung des Spiegels 1 geschieht beispielsweise auf resonante kapazitive Weise über Kammstrukturen 3a, 3b am Rande der Spiegelfläche 1, wie in EP 1123526 B1 beschrieben.The deflection of the mirror 1 happens, for example, in a resonant capacitive manner via comb structures 3a . 3b on the edge of the mirror surface 1 , as in EP 1123526 B1 described.

Diese Antriebsweise ermöglicht eine sehr schnelle Bewegung des Spiegels, je nach Spiegelfläche von 10 bis 50 kHz, in einer Achse, nämlich der ersten Achse 10. Der Spiegelrahmen wird in der zweiten Richtung (in der y, z Ebene) durch einen thermisch angetriebenen Aktuator ausgelenkt. Dieser besteht aus einer zweilagigen Membran 6 und einer elektrisch leitenden Mäanderstruktur 8. Die beiden Schichten bzw. Lagen der Membran 6 weisen einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf und erzeugen bei Temperaturänderung eine Kraft, die zur Lageänderung genutzt wird. Durch einen entsprechend gesteuerten Stromfluss durch die Mäanderstruktur 8 kann eine Temperaturänderung und damit Lageänderung gezielt eingestellt werden. Wegen der geringen Wärmekapazität erfolgt die Auslenkung in einigen Millisekunden. Somit kann eine Bewegung mit 35–50 Hz erreicht werden, die für den Zweck der Auslenkung des Rahmens ausreichend langsam ist.This drive mode allows a very fast movement of the mirror, depending on the mirror surface of 10 to 50 kHz, in one axis, namely the first axis 10 , The mirror frame is deflected in the second direction (in the y, z plane) by a thermally driven actuator. This consists of a two-ply membrane 6 and an electrically conductive meander structure 8th , The two Layers or layers of the membrane 6 have a different coefficient of thermal expansion and generate a force that is used to change the position when the temperature changes. By a correspondingly controlled current flow through the meander structure 8th It is possible to set a temperature change and thus a change in position. Because of the low heat capacity, the deflection takes place in a few milliseconds. Thus, a movement of 35-50 Hz can be achieved, which is sufficiently slow for the purpose of deflection of the frame.

Die Wirkprinzipien beider Antriebe beeinflussen sich gegenseitig nicht. Es sind nur wenige elektrische Leitungen erforderlich, insbesondere wird nur für den inneren Aktuator bzw. die innere Antriebsvorrichtung ein rechteckförmiges elektrisches Wechselstromsignal verwendet.The The principles of action of both drives do not influence each other. There are only a few electrical cables required, in particular is only for the inner actuator or the inner drive device a rectangular electric AC signal is used.

Technologisch lassen sich alle von bisherigen Scannerspiegeln bekannten Varianten realisieren, z. B. Schwingungselemente als metallische Spiegel mit und ohne Schutzschicht, als dielektrische Spiegel, als teiltransparente Spiegel, mit reflektierenden Oberflächen, die wellenlängenabhängige Eigenschaften aufweisen oder die Polarisation beeinflussen. Des Weiteren können auf der Oberfläche der Schwingungselemente auch Gitterstrukturen oder Strukturen mit diffraktiven und/oder abbildenden Eigenschaften, z. B. Fresnel-Optiken, Realisiert werden.technological All variants known from previous scanner mirrors can be used realize, z. B. vibration elements as metallic mirror with and without protective layer, as dielectric mirror, as partially transparent Mirror, with reflective surfaces, the wavelength-dependent Have properties or affect the polarization. Of Further, on the surface of the vibration elements also lattice structures or structures with diffractive and / or imaging properties, eg. B. Fresnel optics, be realized.

Weitere Varianten des Antriebs bzw. der Antriebsvorrichtungen verwenden für den inneren Spiegel ein elektromagnetisches oder piezoelektrisches Wirkprinzip zur Erzeugung der Antriebskraft, wiederum derart, dass keine Rückseitenelektroden verwendet werden, die die Auslenkung begrenzen.Further Use variants of the drive or drive devices for the inner mirror an electromagnetic or piezoelectric action principle for generating the driving force, again such that no backside electrodes be used, which limit the deflection.

Der Antrieb des Rahmens kann zudem anstelle der thermischen Ausdehnung einer Schichtstruktur, wie in den 1 bis 6 gezeigt, über die magnetfeldinduzierte Längenänderung eines Aktuators, über die so genannte Magnetostriktion, geschehen.The drive of the frame can also, instead of the thermal expansion of a layer structure, as in 1 to 6 shown, via the magnetic field induced change in length of an actuator, via the so-called magnetostriction happen.

7 zeigt eine Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels und 8 eine dreidimensionale Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 7, bei dem die Kraft über zusätzliche Hebelarme 9a, 9b zwischen den Aktuatoren 6a und 6b und den Halterungen bzw. Haltestegen 5a, 5b eingekoppelt wird. 7 shows a plan view of a third embodiment and 8th a three-dimensional representation of the embodiment according to 7 in which the power over additional lever arms 9a . 9b between the actuators 6a and 6b and the brackets or holding webs 5a . 5b is coupled.

Die 7 und 8 zeigen ein Bauelement 300 mit einem Schwingungselement 1, einem Rahmen 4, einer ersten Aufhängung 2a, 2b über die das Schwingungselement 1 in dem Rahmen schwingfähig aufgehängt ist, einer zweiten Aufhängung 5a, 5b, über die der Rahmen schwingfähig aufgehängt ist, eine erste Antriebsvorrichtung 3a, 3b zum Versetzen des Schwingungselements 1 in eine resonante Schwingung, und eine zweite Antriebsvorrichtung 6a, 6b in Verbindung mit 9a, 9b zum Auslenken des Rahmens 4 basierend auf einer Magnetostriktion. Dabei wird das Schwingungselement 1 in dem Rahmen 4 um die Torsionsachse 10, die durch die Aufhängung 2a, 2b definiert wird, bewegt und der Rahmen 4 innerhalb der Halterung 7 über die Rahmenstege 5a, 5b aufgehängt und um eine zweite Torsionsachse 12, die durch die Rahmenstege 5a, 5b definiert wird, gedreht. Die erste Torsionsachse 10 ist orthogonal zur zweiten Torsionsachse 12. Die das Magnetfeld erzeugende Vorrichtung, die beispielsweise eine von dem angelegten Magnetfeld abhängige Längenänderung der Aktuatoren 6a, 6b und damit Drehung des Rahmens 4 bewirkt, ist in den 7 und 8 nicht gezeigt.The 7 and 8th show a component 300 with a vibration element 1 a frame 4 , a first suspension 2a . 2 B over the the vibration element 1 suspended in the frame is swingable, a second suspension 5a . 5b , about which the frame is suspended swingably, a first drive device 3a . 3b for displacing the vibration element 1 in a resonant oscillation, and a second drive device 6a . 6b combined with 9a . 9b for deflecting the frame 4 based on a magnetostriction. In this case, the vibration element 1 in the frame 4 around the torsion axis 10 by the suspension 2a . 2 B is defined, moved and the frame 4 inside the holder 7 over the frame bars 5a . 5b suspended and around a second torsion axis 12 passing through the frame bars 5a . 5b is defined, rotated. The first torsion axis 10 is orthogonal to the second torsion axis 12 , The magnetic field generating device, for example, a dependent on the applied magnetic field change in length of the actuators 6a . 6b and thus rotation of the frame 4 is in the 7 and 8th Not shown.

Die zusätzlichen Hebelarme 9a, 9b sind zwischen den Haltestegen 5a, 5b und den Aktuatoren 6a, 6b angeordnet, um die Längenänderungen der Aktuatoren 6a, 6b in eine entsprechende Torsion bzw. Drehung um die zweite Torsionsachse 12 umzusetzen (siehe Pfeil in 8). Die Aktuatoren 6a, 6b sind in den 7 und 8 schraffiert dargestellt.The additional lever arms 9a . 9b are between the retaining bars 5a . 5b and the actuators 6a . 6b arranged to change the length of the actuators 6a . 6b in a corresponding torsion or rotation about the second torsion axis 12 implement (see arrow in 8th ). The actuators 6a . 6b are in the 7 and 8th hatched shown.

Wie zuvor erläutert wird das Schwingungselement, das über die erste Aufhängung in dem Rahmen aufgehängt ist, durch die erste Antriebsvorrichtung in eine Schwingung versetzt, deren Frequenz im Resonanzfrequenzbereich der ersten Aufhängung bzw. im Resonanzfrequenzbereich der Einheit aus der ersten Aufhängung und des Schwingungselements liegt. Die zweite Aufhängung bzw. die zweite Einheit aus der zweiten Aufhängung, dem Rahmen und der ersten Einheit weist eine zweite Resonanzfrequenz auf. Die zweite Antriebsvorrichtung ist jedoch ausgebildet, diese zweite Einheit nicht mit einer Frequenz auszulenken, die im Bereich der zweiten Resonanzfrequenz der zweiten Einheit liegt, sondern mit einer Frequenz auszulenken, die geringer als die zweite Resonanzfrequenz, und beispielsweise mehr als 10-mal geringer als die zweite Resonanzfrequenz ist. Dabei kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zweite Antriebsvorrichtung bzw. das entsprechende Wirkprinzip, z. B. basierend auf einer thermischen Verformung, einer Magnetostriktion oder einer piezoelektrischen Veränderung, zu träge ist, um die zweite Einheit im Resonanzfrequenzbereich anzuregen, oder dadurch, dass diese durch andere Maßnahmen so geregelt wird, dass die zweite Resonanzfrequenz nicht erreicht wird.As previously explained is the vibrating element over the first suspension hung in the frame is vibrated by the first drive device, whose frequency in the resonant frequency range of the first suspension or in the resonant frequency range of the unit from the first suspension and the vibration element is located. The second suspension or the second unit of the second suspension, the Frame and the first unit has a second resonant frequency on. However, the second drive device is designed, this second unit does not deflect with a frequency in the range the second resonant frequency of the second unit, but with to deflect a frequency less than the second resonant frequency, and, for example, more than 10 times less than the second resonant frequency. This can be achieved for example by the fact that the second drive device or the corresponding operating principle, for. Based on thermal deformation, magnetostriction or a piezoelectric change, too sluggish is to excite the second unit in the resonant frequency range, or by being regulated by other measures is that the second resonant frequency is not reached.

Zusätzlich zur Projektion können auch Erfassungssysteme realisiert werden, indem anstelle der Lichtquellen ein Photodetektor verwendet wird, der das Darstellungsprinzip umkehrt. Auch hier ist das zeilenweise Abrastern vorteilhaft. Zusätzliche Gitterstrukturen mit diffraktiven Eigenschaften können zur spektralen Aufspaltung des Lichts verwendet werden. Hierdurch können neben räumlichen Intensitätsverteilungen auch wellenlängenaufgelöste Messungen realisiert werden.In addition to the projection detection systems can be realized by using a photodetector instead of the light sources, which reverses the presentation principle. Again, line-by-line scanning is advantageous. Additional lattice structures with diffractive properties can be used for spectral splitting of the light can be used. As a result, in addition to spatial intensity distributions, wavelength-resolved measurements can also be realized.

Ausführungsbeispiele der Bauelemente können beispielsweise in miniaturisierten Laserprojektoren eingesetzt werden. Dabei wird das Licht bei monochromen Bildern von einer, bei Farben wie z. B. der RGB-Farbendarstellung (RGB – Red Green Blue – Rot Grün Blau) Laserlichtquellen moduliert auf den Spiegel 1 gebracht und von diesem zur Bilddarstellung abgelenkt.Exemplary embodiments of the components can be used, for example, in miniaturized laser projectors. The light is monochrome images of a, in colors such. B. the RGB color representation (RGB - Red Green Blue - Red Green Blue) laser light sources modulated on the mirror 1 brought and distracted by this for image presentation.

9 zeigt ein Blockschaltdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines RGB-Laserprojektors 900 mit einem Projektionsmodul 910, einer digitalen Steuerung 930, die über eine Schnittstelle 940 beispielsweise an einen PC (Personal Computer) angeschlossen werden. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine USB-(Universal Serial Bus) Schnittstelle sein. 9 shows a block diagram of an embodiment of an RGB laser projector 900 with a projection module 910 , a digital controller 930 that have an interface 940 For example, be connected to a PC (personal computer). The interface may be, for example, a USB (Universal Serial Bus) interface.

Das Projektionsmodul 910 weist einen zweidimensionalen Mikrospiegel 920 auf, eine Laserdiode 974 für blaues Licht und eine Laserdiode 976 für rotes Licht, einen ersten Kollimator (im Englischen „collimator") 982, einen zweiten Kollimator 984 und einen dritten Kollimator 986 sowie einem ersten Strahlenteiler 992 und einem zweiten Strahlenteiler 994 (im Englischen „beam divider") auf. Der erste Kollimator 982 parallelisiert den Strahlenverlauf des grünen Lichtanteils eines grünen Lasers 972, der zweite Kollimator 984 den Strahlenverlauf des blauen Lichtanteils der Laserdiode 974 und der dritte Kollimator 986 den Strahlenverlauf des roten Lichtanteils der Laserdiode 976. Die entsprechend modulierten roten, grünen und blauen Lichtanteile werden über die Strahlenteiler 992 und 994 auf den zweidimensionalen Mikrospiegel 920 projiziert und von dort beispielsweise derart abgelenkt, dass beispielsweise eine zeilenweise Projektion der Bildsignale, die von dem PC empfangen werden, erreicht wird.The projection module 910 has a two-dimensional micromirror 920 on, a laser diode 974 for blue light and a laser diode 976 for red light, a first collimator (in English "collimator") 982 , a second collimator 984 and a third collimator 986 and a first beam splitter 992 and a second beam splitter 994 (in English "beam divider") The first collimator 982 parallelizes the beam path of the green light component of a green laser 972 , the second collimator 984 the beam path of the blue light component of the laser diode 974 and the third collimator 986 the beam path of the red light component of the laser diode 976 , The correspondingly modulated red, green and blue light components are transmitted via the beam splitters 992 and 994 on the two-dimensional micromirror 920 projected and deflected from there, for example, such that, for example, a line-by-line projection of the image signals received by the PC is achieved.

Über den zweidimensionalen Spannungsanpasser 950 (im Englischen auch als „2D-Voltage-Adaption" bezeichnet) steuert die digitale Steuerung 930 abhängig von dem Bildsignal, das die digitale Steuerung über die Schnittstelle 940 von beispielsweise dem PC empfängt, die zweidimensionale Auslenkung des Mikrospiegels 920. Ferner steuert die digitale Steuerung 930 über einen ersten Laser-Treiber für den grünen Laser 972, sowie die Modulation des Grünanteils des Signals, über einen zweiten Laser-Treiber 964 die Laserdioden 974 für den blauen Anteil des Signals sowie dessen Modulation und über einen dritten Laser-Treiber 966 die Laserdiode für den roten Anteil des Signals bzw. dessen Modulation.About the two-dimensional voltage adjuster 950 (also known as "2D voltage adaptation") controls the digital controller 930 depending on the image signal that the digital control over the interface 940 from the PC receives, for example, the two-dimensional deflection of the micromirror 920 , Furthermore, the digital controller controls 930 via a first laser driver for the green laser 972 , as well as the modulation of the green component of the signal, via a second laser driver 964 the laser diodes 974 for the blue portion of the signal as well as its modulation and via a third laser driver 966 the laser diode for the red portion of the signal or its modulation.

Die digitale Steuerung kann beispielsweise als FPGA (Field Programmable Gate Array – programmierbare Logikstruktur) realisiert werden.The digital control, for example, as FPGA (Field Programmable Gate Array - programmable logic structure) realized become.

Der zweidimensionale Mikrospiegel 920 kann ein Bauelement sein, wie es beispielsweise anhand der 1 bis 8 zuvor beschrieben wurde.The two-dimensional micromirror 920 can be a component, as for example with reference to 1 to 8th previously described.

Die Ausführungsbeispiele des Bauelements bzw. zweidimensionalen Mikrospiegels ermöglichen es, mit der langsamen Achse in eine Richtung nur eine sehr geringe Bewegung durchzufüh ren, während die schnelle bzw. hochfrequente Achse eine gesamte Zeile abfährt. Hierdurch wird ein besonders günstiger Bildaufbau erreicht, der eine hohe Anzahl von Bildpunkten zulässt. Zudem werden Bildstörungen durch so genannte Bewegungsartefakte unterdrückt, da keine zweidimensionale Lissajoux-Figur abgefahren wird. Die hohe Auslenkung des Spiegels gewährleistet ein großes Bildfeld in geringer Entfernung.The Embodiments of the device or two-dimensional Micromirror make it possible with the slow axis in one direction only a very small movement to carry out, while the fast or high-frequency axis a whole Line goes off. This will be a particularly favorable Image composition achieved, which allows a high number of pixels. In addition, image disturbances are caused by so-called motion artifacts suppressed, since no two-dimensional Lissajoux figure departed becomes. The high deflection of the mirror ensures a large field of view at a short distance.

Der in 9 dargestellte Scannerspiegel wird beispielsweise in der thermisch angetriebenen Achse (siehe 1 bis 6) mit 35 Hz bewegt, in der elektrisch angetriebenen Achse etwa 1.000-mal schneller. In dem in 9 gezeigten System werden, wie zuvor dargestellt, drei Laser 972, 974, 976 für rotes Licht (635 Nanometer), grünes Licht (532 Nanometer) und blaues Licht (450 Nanometer) verwendet. Das Licht wird mittels der Laser-Treiber 962, 964 und 966 elektronisch moduliert, die Referenzierung erfolgt über den Nulllagendurchgang des Spiegels in den jeweiligen Achsen.The in 9 shown scanner level is, for example, in the thermally driven axis (see 1 to 6 ) with 35 Hz, in the electrically driven axle about 1,000 times faster. In the in 9 shown system, as previously shown, three lasers 972 . 974 . 976 used for red light (635 nm), green light (532 nm), and blue light (450 nm). The light is made by the laser driver 962 . 964 and 966 electronically modulated, the referencing takes place via the zero position passage of the mirror in the respective axes.

Der zweidimensionale Mikrospiegel kann beispielsweise einen Durchmesser von einem Millimeter haben und sich in eine oder beide Richtungen mechanisch um +/– 10° aus der Ruhelage bewegen bzw. ausgelenkt werden.Of the For example, two-dimensional micromirrors may have a diameter of one millimeter and are mechanical in one or both directions Move or deflect by +/- 10 ° from the rest position become.

In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Öffnungswinkel des zweidimensionalen Mikrospiegels 920 beispielsweise 40°.In the in 9 illustrated embodiment, the opening angle of the two-dimensional micromirror 920 for example 40 °.

Das System erreicht beispielsweise in einer ersten Ausführungsvariante eine Auflösung von 640 × 480 Bildpunkten in Farbe (VGA – Video Graphics Array), technisch sind jedoch auch andere Computergraphikstandards bzw. Standards mit höheren Auflösungen wie z. B. XGA (eXtended Graphics Array), SXGA (Super eXtended Graphics Array) oder WGA (Wide Graphics Array) möglich. Die Baugröße der Scannereinheit bzw. des Bauelements beträgt beispielsweise etwa 30 × 15 × 15 mm³.The system achieves a resolution of 640 × 480 pixels in color (VGA - Video Graphics Array), for example, in a first embodiment, but technically are other computer graphics standards or standards with higher resolutions such. XGA (eXtended Graphics Array), SXGA (Super Extended Graphics Array) or WGA (Wide Graphics Array). The size of the scanner unit or of the component is for example about 30 × 15 × 15 mm ³ .

Ein zweidimensionaler Scannerspiegel basierend auf der Kombination aus einem Rahmen mit elektrostatischen Antrieb des Rahmens in quasi statischer Ausführung und resonanten Antrieb des Spiegels im Inneren ist alternativ möglich, führt jedoch zu geringen Auslenkwinkeln in mindestens eine Richtung und zudem sind elektrische Beeinflussungen untereinander nicht auszuschließen.A two-dimensional scanner mirror based on the combination of a frame with electrostatic drive of the frame in quasi-static design and resonant drive of the mirror inside is alternatively possible, but leads to small deflection angles in at least one direction and also electrical influences can not be excluded with each other.

Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Auslenkung in die zweite Bewegungsrichtung bzw. die Auslenkung des Rahmens, unabhängig davon, ob die zweite Antriebsvorrichtung zum Auslenken des Rahmens auf einer thermischen Verformung, einer Magnetostriktion oder einer piezoelektrischen Verformung basiert, in Form einer Verbiegung, Torsion oder einer anders gearteten Veränderung der zweiten Aufhängung erfolgen.at alternative embodiments, the deflection in the second direction of movement or the deflection of the frame, regardless of whether the second drive device for Deflecting the frame on a thermal deformation, a magnetostriction or a piezoelectric deformation based, in the form of bending, torsion or any other modification of the second suspension respectively.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Bauelemente und Projektoren oder Scanner sind nicht auf die zuvor genannten Angaben beschränkt.embodiments The present components and projectors or scanners are not on the aforementioned information is limited.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beispielsweise einen zweidimensionalen Scannerspiegel ermöglichen, der in einer Silizium-Mikrotechnologie oder in einem artverwandten Verfahren hergestellt werden kann, und der aufgrund seiner technischen Eigenschaften unter Verwendung einer einfachen Spiegelplatte vorzugsweise für mobile bildgebende Systeme, z. B. Laserprojektoren für tragbare Geräte, z. B. sogenannte „Handheld-Geräte", geeignet ist, jedoch ebenfalls für Erfassungssysteme wie beispielsweise zum Lesen so genannter Barcodes genutzt werden kann.In summary can be said that the embodiments described above, for example enable a two-dimensional scanner mirror, the in a silicon microtechnology or in a related method can be made, and because of its technical properties preferably using a simple mirror plate for mobile imaging systems, e.g. B. laser projectors for portable devices, e.g. B. so-called "handheld devices", is suitable, but also for detection systems such as can be used to read so-called barcodes.

Werden zusätzliche Strukturmerkmale, beispielsweise Gitterstrukturen, realisiert, so können auch Systeme zur spektral aufgelösten Bilderkennung, dem so genannten „Spectral Imaging", ermöglicht werden. Ferner ermöglichen Ausfüh rungsbeispiele Bauelemente zur Ablenkung von elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer mindestens teilweise reflektierenden Oberfläche, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auslenkung in einer Richtung mittels eines resonanten elektrostatischen, elektromagnetischen Antriebs schnell und in einer zweiten Richtung durch ein thermisches oder magnetorestriktives oder piezoelektrisches Wirkprinzip mindestens um einen Faktor 1/20 langsamer erfolgt.Become additional structural features, such as lattice structures, realized, so also systems for spectrally resolved Image recognition, the so-called "Spectral Imaging", allows become. Furthermore, Ausfüh tion examples allow Components for the deflection of electromagnetic radiation with at least one at least partially reflective surface, which is characterized in that the deflection in one direction by means of a resonant electrostatic, electromagnetic Drive quickly and in a second direction by a thermal or magnetostrictive or piezoelectric action at least slower by a factor of 1/20.

Ferner können Ausführungsbeispiele des Bauelements einen zusätzlichen Positionssensor zur Erfassung einer Information über die Position und/oder Frequenz und/oder Phasenlage der Spiegelbewegungen aufweisen.Further can embodiments of the device a additional position sensor for acquiring information about the position and / or frequency and / or phase of the mirror movements exhibit.

Alternativ zu einem Projektor gemäß 9, können Ausführungsbeispiele für die Ablenkung elektromagnetischer Strahlung Licht im sichtbaren Spektralbereich aber auch zwischen ultraviolett, sichtbar oder infrarot sein.Alternatively to a projector according to 9 , Embodiments for the deflection of electromagnetic radiation may be light in the visible spectral range but also between ultraviolet, visible or infrared.

Alternative Ausführungsbeispiele weisen ein Schwingungselement mit einer Oberfläche auf, die ein hoch reflektierender Spiegel aus einer Schicht oder einem Schichtstapel ist.alternative Embodiments have a vibration element with a surface that is a highly reflective mirror is from a layer or a layer stack.

Weitere Ausführungsbeispiele weisen als Spiegel einen dielektrischen Spiegel zur Realisierung besonders hoher Reflexionsgrade auf.Further Embodiments have as mirror a dielectric Mirror for the realization of particularly high reflectance.

In anderen Ausführungsbeispielen weist die Oberfläche des Schwingungselements diffraktive Eigenschaften auf.In other embodiments, the surface of the vibrating element on diffractive properties.

In anderen Ausführungsbeispielen ist die Oberfläche des Schwingungselements ein Reflexionsgitter mit oder ohne optimierte Reflexionseigenschaften, so genannte Blaze-Strukturen.In other embodiments is the surface of the vibration element, a reflection grating with or without optimized Reflection properties, so-called blaze structures.

In wiederum anderen Ausführungsbeispielen weist die Oberfläche des Schwingungselements eine Struktur mit diffraktiv abbildenden Eigenschaften, eine so genannte Fresnel-Struktur auf.In In turn, other embodiments, the surface of the vibration element, a structure with diffractive imaging Properties, a so-called Fresnel structure on.

In weiteren Ausführungsbeispielen hat die zumindest teilweise reflektierende Oberfläche des Schwingungselements Wellenlängen- und/oder ortsabhängig selektiv reflektierende bzw. teiltransparente Eigenschaften und/oder Einfluss auf die Polarisation der elektromagnetischen Strahlung.In further embodiments, the at least partially reflective surface of the vibrating element wavelength and / or location-dependent selectively reflective or partially transparent properties and / or influence on the polarization of the electromagnetic radiation.

In Ausführungsbeispielen kann die reflektierende Oberfläche des Schwingungselements auch nicht planar sein.In Embodiments may be the reflective surface the vibration element also not be planar.

In weiteren Ausführungsbeispielen werden zum Antrieb in der ersten, schnellen Bewegungsrichtung bzw. als erste Antriebsvorrichtung Kammstrukturen am Rand des Spiegels bzw. Schwingungselements verwendet.In Further embodiments are for driving in the first, fast direction of movement or as the first drive device Comb structures used at the edge of the mirror or vibration element.

In weiteren Ausführungsbeispielen wird der Antrieb in der zweiten, langsamen Bewegungsrichtung thermisch mittels eines Schichtstapels aus mindestens zwei Materialien unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten erreicht.In Further embodiments, the drive in the second, slow direction of movement thermally by means of a layer stack made of at least two materials with different coefficients of expansion reached.

In wiederum anderen Ausführungsbeispielen wird der Antrieb in der zweiten, langsamen Bewegungsrichtung durch eine magnetfeldinduzierte Längenänderung eines Materials erreicht. Des weiteren können piezoelektrische Veränderungen, z. B. piezoelektrische Längen-, Dicken oder Volumenänderungen oder Kombinationen von diesen genutzt werden.In In turn, other embodiments, the drive in the second, slow direction of movement by a magnetic field-induced Length change of a material achieved. Furthermore, you can piezoelectric changes, e.g. B. piezoelectric Length, thickness or volume changes or combinations be used by these.

In alternativen Ausführungsbeispielen kann eine "Vorwärtsbewegung" und "Rückwärtsbewegung" der Schwingung bzw. eine Auslenkung aus der Ruhelage und eine entsprechende Rückkehr in die Ruhelage in oder entlang der zweiten Richtung gleichmäßig erfolgen oder auch gemäß anderer Muster, z. B. gemäß einem Sägezahnmuster erfolgen. Bei der Auslenkung gemäß einem Sägezahnmuster kann die "Vorwärtsbewegung" in oder entlang der zweiten Richtung beispielsweise das Abfahren der Zeilen von oben nach unten langsamer gemäß einer langsam ansteigenden Flanke des Sägezahnmusters erfolgen, und die "Rückwärtsbewegung" in oder entlang der zweiten Richtung von unten nach oben schneller gemäß einer steil abfallenden Flanke des Sägezahnmusters erfolgen, um beispielsweise schnell an die obere Ausgangsposition zurückzukehren bevor das nächste Bild erzeugt wird.In alternative embodiments, a "forward movement" and "backward movement" of the oscillation or a deflection from the rest position and a corresponding return to the rest position in or along the second direction can be uniform or according to other patterns, eg. B. done according to a sawtooth pattern. In the case of the sawtooth pattern deflection, the "forward movement" in or along the second direction, for example, the descending of the rows from top to bottom may be slower according to a slowly rising edge of the sawtooth pattern, and the "backward" movement in or along the second direction from the bottom to the bottom above faster according to a steeply sloping edge of the sawtooth pattern, for example, to quickly return to the upper starting position before the next image is generated.

Obwohl zuvor lediglich Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen der Rahmen 4 – und damit auch das Schwingungselement 1 – in der zweiten Richtung in eine langsamere Schwingung versetzt wird, und das Schwingungselement 1 zusätzlich innerhalb des Rahmens 4 in einer zweiten Richtung in eine schnellere, resonante Schwingung versetzt wird, so sind die Ausführungsbeispiele darauf nicht beschränkt. Vielmehr können in alternativen Ausführungsbeispielen beispielsweise der Rahmen 4 – und damit auch das Schwingungselement 1 – in der ersten Richtung in die schnellere, resonante Schwingung versetzt werden und das Schwingungselement zusätzlich innerhalb des Rahmens in der zweiten Richtung in eine langsamere Schwingung versetzt werden.Although previously only embodiments have been described in which the frame 4 - And thus also the vibration element 1 - In the second direction is set in a slower vibration, and the vibration element 1 additionally within the frame 4 In a second direction is set in a faster resonant oscillation, so the embodiments are not limited thereto. Rather, in alternative embodiments, for example, the frame 4 - And thus also the vibration element 1 - Be offset in the first direction in the faster, resonant oscillation and the vibration element additionally be placed within the frame in the second direction in a slower oscillation.

Zudem können die erste Richtung, die der ersten Schwingung zugeordnet ist, und die zweite Richtung, die der zweiten Schwingung zugeordnet ist, senkrecht zueinander sein, in alternativen Ausführungsbeispielen, abhängig von den Anforderungen an die zweidimensionale Schwingung, jedoch auch beliebige andere Winkel zueinander aufweisen.moreover can be the first direction associated with the first vibration is, and the second direction, which is associated with the second oscillation, perpendicular to each other, in alternative embodiments, depending on the requirements of the two-dimensional Oscillation, but also have any other angle to each other.

Dabei können Ausführungsbeispiele der Bauelemente zur Bilderzeugung, zur Bilderfassung verwendet werden und/oder zur spektral aufgelösten Bilderkennung verwendet werden.there can exemplary embodiments of the components for Image generation, used for image acquisition and / or spectral resolved image recognition can be used.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Bauelemente können auch als zweidimensionale Scannerspiegel mit kombiniertem Antrieb bzw. im Englischen auch als „2D combi drive scanner" bezeichnet werden.embodiments The present components can also be used as two-dimensional Scanner level with combined drive or in English also be referred to as "2D combi drive scanner".

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1123526 B1 [0004, 0037]
US 2005/0063038 A1 [0005]

Claims

Component ( 100 ; 200 ; 300 ) with: a vibration element ( 1 ); a first suspension ( 2a . 2 B ), via which the vibration element ( 1 ) is suspended vibrationally in a first direction; a second suspension ( 6 ; 6a . 6b ; 5a . 5b ), via which the vibration element ( 1 ) is suspended vibrationally in a second direction; a first drive device ( 3a . 3b ); for displacing the vibration element ( 1 ) in a resonant oscillation in the first direction; and a second drive device ( 6 . 8th ; 6a . 6b . 8a . 8b ; 6a . 6b . 9a . 9b ) for displacing the vibration element ( 1 ) in a vibration in the second direction based on a thermal deformation ( 6 . 8th ; 6a . 6b . 8a . 8b ), a magnetostriction ( 6a . 6b . 9a . 9b ) or a piezoelectric deformation.

Component according to Claim 1, in which the first drive device is a resonant electrostatic ( 3a . 3b ) or a resonant electromagnetic drive.

Component according to claim 1 or 2, wherein the vibration element ( 1 ) over the first suspension ( 2a . 2 B ) in a framework ( 4 ) is suspended vibratory in the first direction and the frame ( 4 ) via the second suspension ( 6 ; 6a . 6b ; 5a . 5b ) is suspended vibratable in the second direction.

The component according to claim 3, wherein the first drive device has comb structures at an edge of the vibration element and at the inner edges of the frame. 4 ) having.

Component according to claim 1 or 2, wherein the vibration element via the second suspension is swingable in a frame in the second direction is suspended and the frame over the first suspension hung in the first direction is.

Component according to claim 5, wherein the first drive device Comb structures on an outer edge of the frame and at an inner edge of a further frame surrounding the frame.

Component according to one of claims 1 to 6, in which an operating principle of the first drive device and an operating principle the second drive device are different from each other and do not affect each other.

Component according to one of claims 1 to 7, wherein the second drive device is adapted to the vibration element ( 1 ) with a frequency that is more than 20 times less than the resonant vibration of the first drive device.

Component according to one of claims 1 to 8, wherein the frequency of the oscillation in the second direction more than 10 times smaller than a resonant frequency of the second suspension.

Component according to one of claims 1 to 9, wherein the second drive device ( 6 . 8th ; 6a . 6b . 8a . 8b ) Based on thermal expansion and has a layer stack of at least two materials of different thermal expansion coefficients.

Component according to one of claims 1 to 10, wherein the second drive device is a magnetorestrictive material and a magnetic field generating device.

Component according to one of claims 1 to 11, wherein the piezoelectric deformation on which the second drive device is a piezoelectric length, thickness or volume change.

Component according to one of claims 1 to 12, wherein the second drive device ( 6 . 8th ; 6a . 6b . 8a . 8b ; 6a . 6b . 9a . 9b ) is configured to vibrate the vibrating element in the second direction in accordance with a sawtooth curve.

Component according to one of claims 1 to 13, wherein the first direction and the second direction are different are.

Component according to one of claims 1 to 14, wherein the vibration element is a reflecting mirror of a Layer or a layer stack.

Component according to one of claims 1 to 15, wherein the vibration element is a dielectric mirror.

Component according to one of claims 1 to 16, wherein the vibration element ( 1 ) has diffractive properties.

Component according to one of claims 1 to 17, wherein the vibration element ( 1 ) is a reflection grating with or without optimized reflection properties.

Component according to one of Claims 1 to 18, wherein the vibration element is a structure with diffractive imaging Features.

Component according to one of claims 1 to 19, wherein the vibration element wavelength. and / or is spatially dependent selectively reflective and / or has an influence on the polarization of electromagnetic radiation impinging on the vibration element.

Component according to one of claims 1 to 20, wherein the vibration element is formed, electromagnetic At least partially divert radiation, and the electromagnetic Radiation light in the spectral range between ultraviolet, visible or infrared.

Component according to one of Claims 1 to 21, wherein at least one surface of the vibration element is not planar.

Component according to one of Claims 1 to 22, wherein the device comprises a position sensor for detecting information about the position and / or the frequency and / or phase of the mirror movements having.

Component according to one of Claims 1 to 23, wherein the device for image generation, image capture and / or for spectrally resolved image recognition is formed.