微机械弹簧设备和用于制造微机械弹簧设备的方法与流程

本发明涉及一种微机械弹簧设备和一种用于制造微机械弹簧设备的方法。

背景技术：

振动的微机械设备经常在共振中运行，其中，所述设备的弹簧装置被共振地驱动并且以共振频率振动。由此可以例如使微镜或其他致动器以期望的方式偏转。

在wo2009033914a1中描述一种微机械弹簧装置。

技术实现要素：

本发明公开一种具有专利权利要求1的特征的微机械设备和一种具有专利权利要求10的特征的、用于制造微机械设备的方法。

相应地，根据本发明的第一方面提供一种微机械设备，所述微机械设备具有：弹簧装置，该弹簧装置在所述弹簧装置的至少一个附接点上以能运动的方式能耦接到或者已耦接到框架装置上；其中，弹簧装置具有至少一个接片，所述至少一个接片从至少一个附接点开始延伸；其中，所述至少一个接片这样结构化，使得所述至少一个接片具有至少一个第一区段以及一个扩宽区段用于减小弹簧装置的非线性，所述扩宽区段相对于第一区段扩宽。

宽度尤其应理解为一个或多个接片在以下方向中的几何结构方面的尺寸，该方向垂直于接片延伸所沿着的方向，在线性构造的接片中例如垂直于所述接片的长度，在弯曲构造的接片中例如垂直于切线方向。

此外，根据本发明的第二方面提供一种用于制造微机械设备的方法，所述方法具有以下步骤：构造弹簧装置，该弹簧装置在所述弹簧装置的至少一个附接点上以能运动的方式能耦接到或者已耦接到框架装置上；其中，弹簧装置具有至少一个接片，所述至少一个接片从至少一个附接点开始延伸；其中，所述至少一个接片这样结构化，使得所述至少一个接片具有至少一个第一区段以及一个扩宽区段用于减小弹簧装置的非线性，所述扩宽区段相对于第一区段扩宽。

弹簧装置可以例如与框架装置一件式地构造，使得该弹簧装置持久地耦接到框架装置上。替代地，弹簧装置也可以接合到框架装置上，例如粘接或键合到框架装置上。

本发明所基于的认知在于，通过由弹簧和质量的适配构型影响共振的微机械设备的也被简短标记为模式的振动模式，可实现该设备的较小的非线性。因此，能够实现有利地降低的模式耦合。

“降低的模式耦合”尤其应理解为，使不期望的振动模式的固有频率在耦合的模式频谱中这样偏移，使得所述固有频率在激励期望的振动模式时不会或者仅有非常小的分量、例如少于百分之五一样被激励。

具有低模式耦合的设备相对于工艺公差或变化的环境/装配条件或外部激励可以是较不敏感的。此外，具有低模式耦合的设备可以通过调节技术更容易和/或更稳定地操控。

本发明所基于的想法在于，考虑到该认知并且提供一种微机械设备，在该微机械设备中降低或避免模式耦合。这尤其通过弹簧装置上的、尤其呈扩宽区段形式的附加质量来实现。弹簧装置的接片的扩宽区段比相应接片的剩余部分加宽例如超过百分之二十、优选加宽超过百分之五十、尤其加宽超过百分之一百。

模式耦合可以例如在非理想的正弦形振动的情况下出现。所述模式耦合尤其可以在以大偏转进行振动的设备中出现。大偏转例如对于微机械镜设备是有利的，以便实现光射束的高的可转向性，或者对于转速传感器是有利的，以便获得足够大的测量信号。有利地，为了振动的微机械设备的激励使用矩形脉冲。矩形脉冲可以通过电子部件以较小耗费来提供、控制和切换。

尤其通过非理想的正弦形振动结合作为激励脉冲的矩形脉冲来产生频率分量，这些频率分量具有期望的共振频率f的尤其整数倍n*f和/或具有整数n的倒数1/n与期望的共振频率f的乘积1/n*f的频率。当所产生的频率分量和存在于微机械设备中的模式具有相同或非常相似的频率时，这些频率分量可以激励所述模式。不期望地激励的模式可能妨碍微机械设备的功能。

根据本发明的制造方法尤其可以用于制造根据前述实施方式中任一项所述的微机械设备并且尤其可以根据所述微机械设备和弹簧装置的所有说明的扩展方案和变型方案来适配。

可选地，框架装置可以构造为微机械设备的一部分，该框架装置与弹簧装置耦合。

有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求以及由参考附图的说明得出。

根据有利的扩展方案，所述至少一个扩宽区段相比于第一区段具有更大的横截面面积。横截面面积尤其应理解为垂直于接片延伸的方向。

根据另一有利的扩展方案，所述至少一个扩宽区段至少部分地通过质量装置构成，该质量装置在接片上构造为弹簧装置的一部分。“质量装置”尤其应理解为附加质量，即对于弹簧装置的刚度没有影响或仅有小的影响的质量，但是提高弹簧装置的总质量。“小的影响”尤其应理解为弹簧装置的刚度、即弹簧弹性的相对变化小于百分之十、优选小于百分之五、特别优选小于百分之二。因此，弹簧装置的固有振动的至少一个频率可以有利地偏移。

质量装置可以有利地布置在相应接片的局部最大弯曲处，例如布置在以下区域中，在该区域上相应接片实施发夹曲线，即，实施在160°与200°之间、尤其在170°与190°之间的方向变化。

根据另一有利的扩展方案，质量装置能够不改变弹簧装置的刚度。因此，不影响微机械设备的其他期望的特性。

根据另一有利的扩展方案，质量装置至少部分、优选完全与接片一件式构造。因此，可以减小用于制造微机械设备的技术耗费。替代地，质量装置也可以接合、例如粘接或键合到接片上，这在具体构型中出于效率的原因可以是有利的。

根据另一有利的扩展方案，弹簧装置具有至少两个接片，所述接片分别具有第一区段和至少一个扩宽区段，其中，所述至少两个接片彼此对称地构造。根据另一有利的扩展方案，微机械设备的微镜耦接到弹簧装置上。优选地，通过弹簧装置使微镜可运动地耦接到微机械设备的框架装置上。

附图说明

下面根据在说明书附图的示意性附图中所示出的实施例来详细阐释本发明。附图示出：

图1根据本发明的实施方式的微机械设备10的示意性俯视图；

图2a示例性的弹簧装置116；

图2b根据本发明的另一实施方式的弹簧装置216；

图2c根据本发明的另一实施方式的弹簧装置316；

图2d根据本发明的附加的实施方式的弹簧装置416；和

图2e根据本发明的另一附加的实施方式的弹簧装置516。

在所有附图中，相同或者说功能相同的元件和设备(只要未另外说明)设有相同的参考标记。方法步骤的编号用于条理清楚并且(只要未另外说明)尤其不应意味着确定的时间顺序。尤其也可以同时实施多个方法步骤。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施方式的微机械设备10的示意性俯视图。微机械设备10包括微镜12，该微镜的反射表面在图1中指向进入页面方向。微镜12具有底脚，该底脚将微镜12的镜碟(在该镜碟上构造有反射表面)与固定点13连接。固定点13通过弹簧装置16与框架装置14连接。

详细地，固定点13通过弹簧装置16的四个接片18-1、18-3、18-3、18-4与框架装置14连接，这些接片在下面概括地简短标记为18-i。

所述接片18-i中的每个接片分别具有两个第一区段20-1、20-2、20-2、20-3以及各一个布置在所述两个第一区段20-1、20-2、20-2、20-3之间的扩宽区段22-1、22-2、22-3、22-4。第一区段20-1、20-2、20-2、20-3在下面简短标记为20-i。扩宽区段22-1、22-2、22-3、22-4在下面简短标记为22-i。在根据图1的装置10中，扩宽区段大致呈盘状，其中，相应的盘在其外周区域上与相应的接片18-i连接。

扩宽区段22-i分别以附加的质量加载弹簧装置16。因此，扩宽区段22-i也可以被称为质量元件或附加质量。通过扩宽区段22-i不改变或仅不显著地改变弹簧装置16的刚度。有利地，扩宽区段22-i这样改变弹簧装置16的固有频率和/或固有频谱，使得不期望的振动模式的固有频率偏移，有利地离开弹簧装置的所期望的振动模式的固有频率。

在图1中，框架装置14与电线圈装置36固定连接，该线圈装置可以被通以电流。如果线圈装置36布置在同样可以是微机械设备10一部分的永磁体的磁场中，则可以通过给线圈装置36相应地通以交流电流来产生线圈装置36的共振运动，该共振运动通过框架装置14、接片18-i和固定点14来引起微镜12的共振运动。为了减小线圈装置36的重量，该线圈装置在线圈装置36绕组内部构造有空腔38。

在线圈装置36的区域中，微机械设备10通过可伸展和可压缩的第一和第二间距保持件30-1、30-2与微机械设备10的包边34可运动地连接。在框架装置14的区域中，微机械设备10通过可伸展和可压缩的第三和第四间距保持件32-1、32-2与包边34可运动地连接。第一至第四间距保持件30-1、30-2、32-1、32-2有利地分别多s形蜿蜒地构造。

框架装置14、接片18-i、固定点13、第一至第四间距保持件30-1、30-2、32-1、包边34和空腔38有利地相对于对称轴线a轴对称地构造。

图2a示出示例性的弹簧装置119，该弹簧装置具有两个接片118-1、118-2，所述接片通过相应接片118-1、118-2的各一个附接点124可附接到或已附接到未示出的框架装置上。框架装置可以是例如固定部、质量或致动器。弹簧装置116具有第一横向接片119-1和第二横向接片119-2，这些横向接片分别在所述两个接片118-1、118-2之间延伸。第二横向接片119-2使接片118-1、118-2的背离相应附接点124的各个端部相互连接。

第一横向接片119-1在每个接片118-1、118-2上分别构造在相应接片118-1、118-2的端部之间，其中，第一横向接片119-1布置得距离第二横向接片119-2比距离附接点124更近，尤其布置得距离第二横向接片119-2比距离每个接片118-1、118-2的两个端部之间的中点更近。弹簧装置116构造为用于沿着功能方向r振动，该功能方向优选平行于第一和/或第二横向接片119-1、119-2地布置。

图2b示出根据本发明的另一实施方式的弹簧装置216。弹簧装置216是弹簧装置116的变型。

接片218-1、218-2以及弹簧装置216的第一和第二横向接片119-1、119-2相对于对称轴线s1轴对称地构造。所述接片218-1、218-2中的每个接片从相应的附接点124开始朝着第一横向接片119-1方向首先逐渐变窄直至相应接片118-1、118-2的最窄部位220-1、220-2，并且从那里开始扩宽直至第二横向接片119-2。最窄部位220-1、220-2也被称为折点高度。相对于最窄部位220-1、220-2，接片118-1、118-2的其他区域呈现为扩宽区域222-1、222-2、222-3、222-4，这些扩宽区域概括地被标记为222-i。接片118-1、118-2的逐渐变窄和/或扩宽可以根据在制造方法中所使用的网栅尤其逐级地构造。

通过最窄部位220-1、220-1构型在受轻微应力负载或不受应力负载的部位上，弹簧装置216的固有频率可以以有利的方式偏移、即适配。弹簧沿着功能方向r的可能的、伴随该相应构型的刚度变化可以通过弹簧装置216的长度变化、即尤其通过接片218-1、218-2的长度变化来补偿。因此，可以实现弹簧装置216的固有频率的有利偏移和/或模式耦合的降低，而不会随之带来弹簧装置216的刚度变化、即弹簧弹性的变化。

图2c示出根据本发明的另一实施方式的弹簧装置316。弹簧装置316是弹簧装置216的变型。弹簧装置316首先如弹簧装置216那样构造。但是弹簧装置316的接片318-1、318-2区别于弹簧装置216地这样构造，使得第二横向接片119-2不构造在接片318-1、318-2的端部上。替代地，接片318-1、318-2进一步延伸超过第二横向接片119-2，并且在所述接片的背离连接点124的端部上通过第三横向接片319来连接。第三横向接片319同样相对于对称轴线s1轴对称地构造。

在附接点124与第三横向接片319之间的区域中，弹簧装置316与弹簧装置216相同地构造。接片318-1、318-2的宽度在第二横向接片119-2与第三横向接片319之间优选不改变。

图2d示出根据本发明的附加实施方式的弹簧装置416。弹簧装置416是弹簧装置216的变型并且与该弹簧装置的区别在于，在第二横向接片119-2的背离附接点124的棱边上布置有附加质量426，该附加质量同样相对于对称轴线s1轴对称地构造。附加质量426可以例如方形地或盘状地构造。

图2e示出根据本发明的另一附加实施方式的弹簧装置516。弹簧装置516是弹簧装置116的变型并且与该弹簧装置的区别在于，即在第一接片518-1上构造有附加质量526，该第一接片在其他方面与弹簧装置116的第一接片118-1相同地构造，由此在第一接片518-1上产生扩宽区段522。附加质量526可以例如方形地或盘状地构造。附加质量526尤其相对于接片518-1、118-2的对称轴线s1不对称地构造。

虽然前面已根据优选实施例描述了本发明，但是本发明不局限于此，而是可以以多种方式进行修改。本发明尤其能够以各种方式来改变或修改，而不会偏离本发明的核心。