マイクロメカニカル素子、マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ、マイクロメカニカル素子を操作する方法、マイクロメカニカル素子の監視方法、これらの方法を実施するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラムおよびマイクロメカニカル素子の機械的固有共振に影響を与える方法
【課題】改良された特性を有するマイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子を監視するための空間を節約するセンサを提供する。
【解決手段】マイクロメカニカル素子１００は、可動機能素子１１０と、第１から第４の保持素子１２０、１３０、１４０、１５０とを備える。第１の保持素子および機能素子が第１の接合１２２で接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合１３２で接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合１４２で接続され、かつ第４の保持素子および機能素子が、第４の接合１５２で接続される。また、第１の保持素子および第２の保持素子は、各々圧電駆動素子１２４、１３４を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【解決手段】マイクロメカニカル素子１００は、可動機能素子１１０と、第１から第４の保持素子１２０、１３０、１４０、１５０とを備える。第１の保持素子および機能素子が第１の接合１２２で接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合１３２で接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合１４２で接続され、かつ第４の保持素子および機能素子が、第４の接合１５２で接続される。また、第１の保持素子および第２の保持素子は、各々圧電駆動素子１２４、１３４を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、マイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサに関し、かつマイクロメカニカル素子の操作方法およびマイクロメカニカル素子を監視する方法に関する。
【０００２】
本発明の他の実施例は、コンパクトドライブおよび／または圧電ドライブ（圧電駆動素子）を有するマイクロメカニカル装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
たとえば、マイクロメカニカル傾斜ミラーにおいて、ねじりばねに懸垂されたミラー板は、１つの（１Ｄスキャナ）または２つの（２Ｄスキャナ）軸により偏向させる。たとえば、このドライブは、櫛状に配列された電極により実現することが可能で、これは、非特許文献１等に示すような装置の基板レベルにおいて形成される。静電駆動装置の欠点は、たとえば、高い駆動電流をたびたび必要とすることおよび電気機械的不安定状態の発生である。
【０００４】
ほかにマイクロメカニカル装置用ドライブを実現するために可能なものとしては、磁気ドライブがある。これによれば、磁界において、電流を保持する導体に作用する力を利用する。この場合、大きな力またはトルクそれぞれを発生できる。この原理の欠点は、消費電力が比較的高いことと高い技術的努力（装置上で交差を実現）を要する点である。
【０００５】
他には、制御可能な固有材料応力を利用する方法が考えられる。この方法によれば、機械的な偏向を、層システムにおいて、適当な材料の組み合わせにより実現する。機械的応力をたとえば、熱線形拡張（熱機械的効果、バイメタルの原理）の異なる係数によるかまた逆圧電効果により導入する。マイクロメカニカル傾斜ミラーの場合、たとえば実現された曲げモーメントをトルクに変換して、マイクロミラーを偏向できるようにするという問題がある。既存の解決法の多くは、大きな空間を要件とする特徴がある。このため、装置に要する空間が増大し、ひいては生産コストの上昇を招き、集積性が制限されてしまう。
【０００６】
マイクロメカニカル素子の例としては、さらに、非特許文献２から４、特許文献１および２などに示されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１０ ２００５ ０３３８００ Ａ１公報、Ａ・ウォルター、Ｔ・クローゼの「反射面を有するマイクロメカニカル光学素子およびその使用」と題するドイツ公開公報（Mikromechanisches optisches Element mit einer reflektierenden Flache sowie dessen Verwendung, Offenlegungsschrift DE 10 2005 033 800 A1）
【特許文献２】ＥＰ０．７４３．５４１ Ａ１公報、Ａ・Ｇ・Ｍ・サフロノフ、「多層圧電可変バイモルフィックミラー」と題するヨーロッパ公開公報（Safronov, A.G.M.: Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror, Offenlegungsschrift EP 0.743.541 A1.）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】シェンク・Ｈによる「光の１次元または二次元屈折に対する新しいマイクロアクチュエータ」、論文２０００年、ゲルハルト・メルカトル総合大学、デュースブルグ（Schenk, H: Ein neuartiger Mikroaktor zur ein- und zweidimensionalen Ablenkung von Licht, Dissertation 2000, Gerhard-Mercator-Universitat-Gesamthochschule-Duisburg）
【非特許文献２】Ｓ・シュヴィツァー、Ｓ・カルマス、Ｍ・ラウドン、Ｐ・ルノーによる、「大きい角度で低消費の熱アクチュエートされる光学マイクロスキャナ」、センサとアクチュエータ７６（１９９９年）、４７０ページから４７７ページ（Schweizer, S.; Calmes, S.; Laudon, M.; Renaud, P.: Thermally actuated optical microscanner with large angle and low consumption, Sensors and Actuators 76 (1999) S. 470-477）
【非特許文献３】Ｓ・トッド、Ａ・ジェイン、Ｈ・ク、Ｈ・シエによる「逆直列接続バイモルフアクチュエータを用いる多自由度系マイクロミラー」、ジャーナル・オブ・オプティクスＡ、純粋および応用光学８（２００６年）、３５２ページから３５９ページ（Tood, S.; Jain, A.; Qu, H.; Xie, H: A multi-degree-of-freedom micromirror utilizing inverted-series-connected bimorph actuators, Journal of Optics A; Pure and applied Optics 8 (2006) S. 352-359）
【非特許文献４】ブラザー工業株式会社、「ブラザーがメガネ型着用可能網膜走査ディスプレイを開発」、テクニカル・レポート（２００８年）（Brother Industries, Ltd.: Brother Develops Spectacle-type Wearable Retinal Imaging Display, Technical Report (2008) http://www.brother.com/en/news/2008/rid/）
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、改良された特性を有するマイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子を監視するための空間を節約するセンサを提供することである。
【００１０】
この目的は、請求項１、１０または１９に記載の装置および請求項２５または２９に記載の方法により解決される。
【００１１】
本発明の実施例は、可動機能素子と、第１から第４の保持素子とを含むマイクロメカニカル素子を提供する。第１の保持素子はおよび機能素子が、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で相互に接続され、かつ第４の保持素子および機能素子が、第４の接合で相互に接続される。さらに、第１の保持素子および第２の保持素子は、各々１つの圧電駆動素子を含む。第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子は、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【００１２】
本発明の他の実施例は、可動機能素子と、第１から第４の保持素子とを含むマイクロメカニカル素子を提供する。第１の保持素子および機能素子が、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で相互に接続され、第４の保持素子および機能素子が第４の接合で相互に接続される。第１から第４の接合が、１平面内に存在し、第１の接合が、対称軸に関して第３の接合と対称に配設され、第２の接合が、対称軸に関して第４の接合と対称に配設される。また、第１から第４の保持素子の各々が、少なくとも１部分で、対称軸に対して平行に延在する。第１の保持素子および第２の保持素子が、各々１つの駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、励起によって機能素子を動かすよう構成される。
【００１３】
本発明の他の実施例は、マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサを提供し、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と保持素子とを有する。接合で、保持素子が機能素子に接続される。こうして、保持素子が機能素子の動きに際して変形される。マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサが、センサ素子を含み、このセンサ素子が保持素子内または上に配設され、かつ保持素子の変形を検出するよう構成される。これにより、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きの監視が可能になる。
【００１４】
本発明の他の実施例は、マイクロメカニカル素子を操作する方法を提供し、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と、第１から第４の保持素子とを有する。これにより、第１の保持素子および機能素子が、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で相互に接続され、第４の保持素子および機能素子が、第４の接合で相互接続される。さらに、第１の保持素子および第２の保持素子が、各々１つの圧電駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、電気励起によって機能素子を動かすよう構成される。
【００１５】
マイクロメカニカル素子の操作方法は、第１の保持素子の駆動素子の部分上および第２の保持素子の駆動素子の部分上で、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子の電気励起によって、機能素子の動きを励起させるステップを含む。
【００１６】
本発明の他の実施例が、マイクロメカニカル素子の監視方法を提供し、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子および保持素子を含む。保持素子が、接合で機能素子に接続される。こうして、保持素子が機能素子の動きに際して変形される。これにより、マイクロメカニカル素子を監視する方法が、センサ素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップを含み、センサ素子が保持素子内まはた上に配設されて、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きの監視を可能にする。
【００１７】
本発明のいくつかの実施例は、圧電ドライブをマイクロメカニカル素子の機能素子の保持素子内または上に統合することで、マイクロメカニカル素子のドライブに必要な空間を最小限にするという基本的思想に基づく。空間要件が低い以外にも、逆圧電効果に基づくドライブは電力損失が非常に低く、必要なドライブ電圧が、静電ドライブ等の他の駆動構成に比べて低い。
【００１８】
本発明の他の実施例は、対称に配設されたいくつかの保持素子は、マイクロメカニカル素子の機能素子の動的変形を抑えることができ、かつマイクロメカニカル素子の機能素子のドライブを機能素子の保持素子内または上に統合することで、マイクロメカニカル素子の空間要件を減らすことができるとする基本的思想に基づく。これにより、高品質のマイクロメカニカル素子をコンパクトにかつまた費用効果的に設けることができる。
【００１９】
本発明のいくつかの他の実施例は、センサ素子をマイクロメカニカル素子の機能素子の保持素子に統合することにより、マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサを実現できるとする基本的思想に基づく。機能素子の動きが、保持素子の変形を引き起こすので、保持素子内または上に配設したセンサ素子により保持素子の変形を検出することができ、ひいては機能素子の動きを監視することができる。保持素子内または上にセンサ素子を統合することにより、追加の空間要件を最小にすることができる。
【００２０】
本発明のいくつかの実施例は、駆動素子がマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ素子としても使用されるマイクロメカニカル素子に関連する。
【００２１】
本発明のいくつかの他の実施例は、センサのセンサ素子をマイクロメカニカル素子のためのドライブとしても使用するマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサに関連する。
【００２２】
本発明の実施例を、添付の図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子１００の模式図である。マイクロメカニカル素子１００は、可動機能素子１１０、第１の保持素子１２０、第２の保持素子１３０、第３の保持素子１４０、および第４の保持素子１５０を備える。これにより、第１の保持素子１２０および機能素子１１０が第１の接合１２２で接続され、第２の保持素子１３０および機能素子１１０が第２の接合１３２で接続され、第３の保持素子１４０および機能素子１１０が第３の接合１４２で接続され、かつ第４の保持素子１５０および機能素子１１０が第４の接合１５２で接続される。さらに、第１の保持素子１２０および第２の保持素子１３０はそれぞれ１つの圧電駆動素子１２４および１３４を有する。第１の保持素子１２０の駆動素子１２４および第２の保持素子１３０の駆動素子１３４は、機能素子１１０を電気励起により動かすことで実現できる。
【００２４】
保持素子１２０，１３０内または上に駆動素子１２４，１３４（または励起素子）を統合することにより、追加で必要となる空間は皆無か非常に小さいものになる。したがって、マイクロメカニカル素子のドライブをほとんど追加の表面積を必要とせずに集積することができる。マイクロメカニカル素子（またはマイクロエレクトロメカニカル素子）を、こうして、かなり小型に製造することが可能になる。
【００２５】
圧電ドライブを使用することにより、たとえば電力の損失を非常に低く抑えることができ、かつ必要な駆動電圧は、他の駆動構成における駆動電圧に比べて比較的小さいものとなる。保持素子は、たとえばねじりばねまたは梁形状のばねとして実現可能なため、ねじ素子と呼ぶことが多い。駆動素子をねじ素子に統合することにより、ねじ率（ねじ定数）に影響が生じ得る。
【００２６】
また、２を超える数の保持素子を使用することにより、機能素子１１０の動的な変形を抑えることができる。駆動素子を保持素子に統合することにより、駆動素子をそれぞれ制御することにより、動的変形をさらに積極的に抑えることができる。
【００２７】
また、たとえば、機能素子１１０の位置および／または動きの状態を検出するために、圧電駆動素子を使用することもできる。したがって、駆動素子が機能素子の動きを駆動するために使用されていないときには、機能素子に動きがあった場合に、関連の保持素子の変形により、圧電ドライブが自動的発生した信号を、読み出しかつ評価することができる。変形をこのように検出することで、機能素子１１０の位置または動きの状態を決定することができ、これはたとえば、駆動素子の電気励起をそれぞれ適合することにより、機能素子１１０の動きの最適化を図るために利用することができる。
【００２８】
一般に、多くの接合は剛性接合である。多くの場合、機能素子と保持素子とが同じ基板に構成されるので、機能素子と保持素子との間の接合での移行は円滑である。
【００２９】
基本的に、マイクロメカニカル素子のこのような構成または構造は、傾斜ミラー等の機能素子の低静電偏向を発生するのにも適している。しかしながら、これは、典型的には、保持素子または梁構造が比較的厚いため、非常にまれである。しかしながら、局所的または全体的に構造上より薄いジオメトリは、使用することができる。これらは、たとえば静電アクチュエータ（静電駆動素子）として使用することができる。
【００３０】
図２Ａと図２Ｂは、駆動素子２７０のさまざまな構成２００およびそれぞれの保持素子２６０の考えられる変形状態を示す模式図である。このように、駆動素子２７０のさまざまな構成を図２Ａに、かつ保持素子２６０の可能な変形状態の例を図２Ｂに示す。こうして、保持素子２６０を、それぞれ破断図および側面図に示す。
【００３１】
第１の構成２１０においては、保持素子２６０が、左上領域（第１の主表面上および保持素子の第１の端縁）に圧電駆動素子２７０を備える。圧電駆動素子２７０に電圧を付与することによって、引っ張り応力（s>0）または圧縮応力（s<0）を発生させることができ、かつこれにより保持素子２６０を上方または下方に偏向させることができる。駆動素子２７０の電圧ΔＵを変更することで、機械的応力に変化が生じΔs（ΔU → Δs)、これにより、たとえば引っ張り応力（Δs>0）または圧縮応力（Δs<0）が生じる。たとえば、第１の構成２１０の保持素子２６０の変形については、引っ張り応力の発生を図示しており、これが保持素子を下方に偏向させる。
【００３２】
圧電駆動素子を使用する場合、たとえば付与する電圧の極性を変換させることにより、保持素子を異なる方向に偏向させることができる。
【００３３】
第２の構成２２０では、保持素子２６０の左端縁の上側および下側（第１の主表面上および保持素子の第１の端縁）に駆動素子２７０を示す。一方の駆動素子の電圧は、引っ張り応力が生じるように選択し、他方の電圧は、圧縮応力が生じるように選択すれば、保持素子２６０を、第１の構成２１０と同様に、ただし、かなり強く上方と下方に偏向させることができる。
【００３４】
第３の構成２３０では、保持素子２６０の上側の左右端縁各々（保持素子の第１の端縁の第１の主表面上および第２の端縁の第１の主表面上）に１つの圧電駆動素子２７０を示す。これら２つの駆動素子２７０の一方が引っ張り応力を発生し、他方が圧縮応力を生じるように、これら駆動素子に電圧を付与すると、保持素子を一方端で上方へ変形させ、他方端で下方に変形させることができ、またはその逆も可能である。
【００３５】
駆動素子の第４の構成２４０により保持素子の同様の変形が得られ、駆動素子２７０が、左上（保持素子の主表面上および第１の端縁）と右下（保持素子の第２の主表面上および第２の端縁）に配設される。しかしながら、引っ張り応力または圧縮応力の両方を駆動素子２７０に発生させるように、付与電圧を選ぶ必要がある。
【００３６】
同様に、保持素子２６０のこの変形も、保持素子２６０の下側の左右端縁（保持素子の第２の主表面の第１の端縁および第２の端縁）に駆動素子２７０を配設することによりまたはひとつの駆動素子２７０を左下（保持素子の第２の主表面の第１の端縁）および１つの駆動素子２７０を右上（保持素子の第１の主表面の第２の端縁上）に配設することにより得ることができる。
【００３７】
第５の構成で２５０は、一方の保持素子２６０において４つの駆動素子２７０を統合するための例を示す。これにより、異なる駆動素子に付与される電圧に応じて、第１の構成２１０および第２の構成２２０または第３の構成２３０および第４の構成により得られるとおり、保持素子の変形が得られるが、この場合最大偏向はより高度である。
【００３８】
図示される実施例は、保持素子に統合されるドライブの選択肢であり、保持素子は梁構造と称することもできる。
【００３９】
基本的には、図２Ａに示すとおり、駆動素子２７０を保持素子に統合させるか、またはたとえば保持素子上に配設することもできる。
【００４０】
圧電ドライブの場合、アクチュエータ構造（機能層）とも呼ばれる駆動素子を、モノモルフまたはバイモルフおよびマルチモルフ構造として実現することができ、後者は、圧電機能層の直列または並列接続において実現できる。
【００４１】
図３は、例として、圧電駆動素子３００の可能な構造の模式図を示す。圧電駆動素子３００は、保持素子２６０内に統合され、いくつかの層を含む。圧電材料３１０と絶縁層３２０（非圧電）とが交互に存在する。圧電材料層３１０の２つの対向する面上に電極３３０が１つずつ配設される。圧電材料層３１０のそれぞれ同じ側面の電極３３０は、配線３４０および／またはボンディングにより相互に接続される。図示した例は、圧電トリモフ構造を並列に接続したものである。
【００４２】
図４は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子４００の模式図である。マイクロメカニカル素子は、可動機能素子４１０、第１の保持素子４２０、第２の保持素子４３０、第３の保持素子４４０、および第４の保持素子４５０を備える。この場合、第１の保持素子４２０および機能素子４１０が第１の接合４２２で相互に接続され、第２の保持素子４３０および機能素子４１０が第２の接合４３２で相互に接続され、第３の保持素子４４０および機能素子４１０が第３の接合４４２で相互に接続され、かつ第４の保持素子４５０および機能素子４１０が第４の接合４５２で相互に接続される。
【００４３】
さらに、第１から第４の接合は、ある平面内に存在し、第１の接合４２２は、第３の接合４４２と、対称軸４６０に関して（各々距離Ａで）対称に配設される。同様に、第２の接合４３２は、第４の接合４５２と、対称軸４６０に関して（各々距離Ｂで）対称に配設される。
【００４４】
さらに、第１から第４の保持素子の各々が、少なくとも一部分で、対称軸４６０に並行に延在する。第１および第２の保持素子４２０および４３０は、それぞれ１つの駆動素子４２４および４３４を有し、第１の保持素子４２０の駆動素子４２４および第２の保持素子４３０の駆動素子４３４は、励起により機能素子４１０を動かすよう構成される。
【００４５】
２を超える数の保持素子を使用することで、慣性により生じ得る機能素子４１０の動的変形を最小限にすることができる。これにより、機能素子４１０を有する保持素子の接合の構成を、機能素子４１０のジオメトリに適合させることが有効である。機能素子４１０がたとえば、矩形、方形、または円形の場合、距離ＡおよびＢはほぼ同じ大きさで選択されることになる。たとえば、機能素子４１０が三角形や滴状であった場合、異なる大きさで距離ＡおよびＢを選択することが有効である。
【００４６】
たとえば少なくとも一部分で対称軸に各々平行な保持素子によれば、対称軸を中心とする機能素子の回転運動（したがってこの軸は回転軸とも呼ぶ）を緩和することができかつ／または保持素子を分布ばねとして使用することができる。これにより、機能素子の主表面の重心が対称軸の上に来るはずである。
【００４７】
マイクロメカニカル素子４００の駆動素子（または励起素子も）については、たとえば熱機械的効果、圧電効果、ピエゾ磁気効果、電気歪み効果および／または磁気歪み効果を利用することができる。こうして、たとえば、図２にすでに示した配列および動きのパターンを実現することができる。この場合、図示のとおり、機械引っ張り応力（Δs>0）または圧縮応力（Δs<0）を（保持素子の）梁の容量のある領域内で、熱機械的効果または逆圧電効果（または電気歪み効果もしくは磁気歪み効果）により発生させる。これにより、構造の偏向を制御可能にできる。
【００４８】
熱機械的ドライブと圧電ドライブの動作モードおよび基本特性の両方は同程度なので熱機械的および圧電マルチモルフドライブは、同じ原理に基づく。サーマルドライブと比べて消費電力がより低くかつ外的影響（環境温度等）への依存がより低いため、逆圧電効果に基づくドライブの使用は有利である。
【００４９】
また、保持素子に駆動素子を統合するため、必要な空間は少なくて済む。
【００５０】
本発明によるいくつかの実施例では、マイクロメカニカル素子の機能素子は、第２の対称軸を有し、この軸は第１の対称軸に直角をなす。この場合、第１の対称軸の同じ側に配設される２つの接合は、第２の対称軸に関して相互に対称に配設される。接合を対称に配設することにより、たとえば機能素子の動的変形を抑えることができる。
【００５１】
図５は、発明の実施例に対応するマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ５００を示す模式図である。監視されるマイクロメカニカル素子は、可動機能素子５１０と保持素子５２０とを含み、保持素子５２０が接合５２２で機能素子５１０と接続される。この場合、保持素子５２０が機能素子５１０の動きに際して変形する。
【００５２】
マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ５００は、センサ素子５３０を備え、センサ素子５３０は、保持素子５２０内または上に配設される。こうして、センサ素子５３０は、保持素子５２０の変形を検出して、マイクロメカニカル素子の機能素子５１０の動きを監視できるように構成される。
【００５３】
保持素子５２０内または上にセンサ素子５３０を統合することにより、マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサのために必要な追加の空間が最小限になる。
【００５４】
保持素子５２０の変形を検出することで、たとえば機能素子５１０の位置または動きの状態を決定することができる。
【００５５】
いくつかの保持素子内または上にいくつかのセンサ素子を配設することで、いくつかの検出位置または動きの検出状態を得ることができ、これら複数の検出位置または検出された動きの状態に基づいて、機能素子５１０の変形が決定できる。この情報で、マイクロメカニカル素子の駆動素子の電気励起を適合させることにより機能素子５１０の動的変形をさらに抑えることができる。
【００５６】
たとえば圧電センサ素子として、センサ素子が実現されれば、このセンサ素子を、センサとして使用されていない時は、それぞれ電気励起によって、駆動素子として使用することができ、こうして機能素子５１０を動かすことができる。
【００５７】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子６００の模式図を示す。マイクロメカニカル素子６００の構造は、基本的に図４に示すマイクロメカニカル素子の構造に相当する。ただし、機能素子６１０には、４を超える数の保持素子６２０が使用される。これにより、保持素子の各々が、対称軸４６０に沿って延びる２つの中央保持素子から離れたところに駆動素子６３０を備える。
【００５８】
図６Ａは、マイクロメカニカル素子の平面図であり、図６Ｂは、その側面図である。図では、明瞭にするために、中央の保持素子のみを断面で示す。対称軸に素って平行に延在する他の保持素子の部分については、図示していない。
【００５９】
追加の保持素子を使用することにより、機能素子６１０の動的変形をさらに抑えることが可能である。
【００６０】
これにより、保持素子の対称軸４６０と平行に延在する部分を、ねじりばねと称することもでき、かつ残りの部分を梁構造と呼ぶことができる。たとえば、プレートやミラープレート等の機能素子に作用する、リセットする機械素子が機能素子（たとえばミラープレート）に生じさせる変形が最小限になるような態様で、梁構造およびねじりばねが配設される。梁構造は、ミラープレートの輪郭に従うので、たとえばこのサスペンションの空間要件は、比較的低いものとなる。
【００６１】
記載の構造（保持素子の構成）の目的は、たとえば機能素子（ミラープレート）の慣性に誘導された動的変形を抑えることにある。保持素子を分布ばねとして考えることもできる。
【００６２】
これらの分布ばねの梁構造には、たとえばアクチュエータとも呼ばれる熱機械的駆動素子または圧電駆動素子を設けることができる。この方法では、その曲げまたは剛性に影響を与え得る。同時に、たとえば圧電アクチュエータの場合には、機能原理を逆転させることにより（構造の）機能素子の偏向を検出することができる。
【００６３】
機械素子６００のドライブを、順に、（ミラープレートの）機能素子６１０の保持素子またはサスペンション内にも統合する。保持素子の特定の構造（特定の構成）により、機械特性等が向上する。
【００６４】
図７は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子７００の模式図である。原則として、マイクロメカニカル素子７００は、図６に示すマイクロメカニカル素子に相当する。相違点は、機能素子６１０の形状および保持素子６２０の形状と数である。
【００６５】
また、いくつかの保持素子を対称に配設して、機能素子６１０の動的変形を抑える。また、駆動素子６３０を保持素子６２０内または上に統合する。
【００６６】
梁構造（保持素子）のうちいくつかまたは全部に、ドライブ（駆動素子）を設けてもよい。この場合、電気接点という観点からの費用と達成され得る偏向等の利益の間での妥協を図る必要がある。
【００６７】
マイクロメカニカル素子の機能素子６１０の可能な動きのパターンの１つは、対称軸４６０を中心とする回転動作である。ミラープレートのような機能素子の、平面からはみ出す（機能素子の半分が上方に、残りの半分が下方に動く等）非対称な動きによって、対称軸（回転軸）に関して各々の場合において対向するドライブ（駆動素子）が、反対の方向に作用する。これは、材料の異なる組み合わせまたは（たとえば時間的に）異なる制御プロセスによるものが考えられる。
【００６８】
上記のとおり、図８は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子８００の模式図を示す。マイクロメカニカル素子８００の基本設計は図７のマイクロメカニカル素子に相当する。しかしながら、保持素子６２０については、最も外側の保持素子（対称軸から最も遠くに位置する保持素子）のみを駆動に使用する。残りの保持素子は、受動構造を構成し、たとえば動的変形を抑える役割をし、かつ分布ばねとして使用されてもよい。
【００６９】
また、第１タイプ７３０の駆動素子またはアクチュエータと第２タイプ７４０の駆動素子またはアクチュエータは、区別する。タイプ１のアクチュエータはタイプ２のアクチュエータと反対の方向に作用する。このように、対称軸４６０（回転軸とも呼ぶ）を中心とする回転動作を発生させることができる。
【００７０】
図９は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子９００の他の模式図である。マイクロメカニカル素子９００の基本設計は図８のマイクロメカニカル素子に相当する。ただし、保持素子６２０のうち外側の４つの保持素子のみを駆動に使用するだけではなく、中心に配設された保持素子を除く保持素子の全てが駆動に使用される。
【００７１】
対称軸４６０の一方側の駆動素子の全てが第１タイプ７３０の素子であり、対称軸４６０の他方の側は、第２のタイプ７４０の素子である。
【００７２】
タイプ１の駆動素子またはアクチュエータは、タイプ２の駆動素子またはアクチュエータと反対の方向に作用する。上に述べたとおり、これは、材料の異なる組み合わせまたは異なる制御プロセスによりそうすることができる。製造または制御に関して生じる費用が大きすぎる場合には、ミラー等の機能素子６１０の一方側にのみドライブを設けるか、または前記機能素子６１０の一方側のみを制御することも可能である。
【００７３】
上記にしたがい、図１０は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子１０００の模式図である。マイクロメカニカル素子１０００の基本設計は既出の図８のマイクロメカニカル素子に相当する。しかしながら、対称軸４６０の一方側の保持素子６２０にのみ駆動素子７３０を装備する。
【００７４】
結果として、製造または制御に関する費用は、図８のマイクロメカニカル素子に比べて抑えることができる。しかしながら、達成され得る偏向は明らかにより小さいものとなる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施例においては、偏向は圧電ドライブ（駆動素子）の場合、機能原理を逆転させることにより検出することができる。この場合、たとえば、（機能素子の）装置の偏向を達成する同じ構造（駆動素子）（アクチュエータ）をセンサとして使用してもよい。
【００７６】
１つの可能な方法は、追加の機能層（センサ素子）を統合すること、すなわち、（保持素子の）ジオメトリの部品を専用センサとして使用することである。
【００７７】
上記にしたがい、図１１は、マイクロメカニカル素子を監視するための統合されたセンサを備えるマイクロメカニカル素子１１００の模式図を示す。マイクロメカニカル素子１１００の基本設計も図８のマイクロメカニカル素子に相当する。また、外側の保持素子には異なるタイプ７３０および７４０の駆動素子を備える。しかしながら、図８に示すマイクロメカニカル素子とは異なり、４つの新たな保持素子は、各々センサ素子１１１０を備える。
【００７８】
センサ素子は、たとえば圧電素子でよい。
【００７９】
駆動素子７３０および７４０に加えて配設された専用センサ素子１１１０により、駆動素子の部分上の機能素子６１０の動きを励起している間、たとえば機能素子６１０の位置または動きの状態を検出することができる。
【００８０】
しかしながら、この構成では、たとえばセンサ（センサ素子）に別々に接触しなければならないので、装置（マイクロメカニカル素子）内の配線の量がかなり増加する。代替的には、アクチュエータ構造（駆動素子）自体をたとえばセンサとしても使用できる。これは、たとえば共振装置内では可能である。応じて配設される圧電機能層を、たとえばセンサ動作とアクチュエータ動作の間で切り替えればよい。
【００８１】
この場合、たとえば、最初、圧電機能層（単数または複数）は、（マイクロメカニカル素子の）装置の機械的自己共振に近い励起周波数で共振ドライブとして制御される。これにより、装置内で発振が開始される。
【００８２】
その後、ドライブをたとえば、発振期間の４分の１、２分の１、１発振期間または数発振期間の間中断する。一方、装置の時間的偏向は、圧電効果等により測定される。同じ電源線を使用して、ドライブについては、センサ電圧を読み出すことができる。
【００８３】
その後、事前に行った測定により訂正できるパラメータで、共振ドライブとしての圧電機能層（単数または複数）を制御して、たとえば、発振度合を調整する。さらにドライブを停止して、時間的偏向を測定することによりこのプロセスを繰り返してもよい。
【００８４】
図１２は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子を操作する方法のフローチャート１２００である。マイクロメカニカル素子は、可動機能素子および第１から第４の保持素子を備える。第１の保持素子と機能素子とは、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子と機能素子とは第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子と機能素子とは第３の接合で相互に接続され、かつ第４の保持素子と機能素子とは第４の接合で相互に接続される。第１および第２の保持素子は、各々、圧電駆動素子を有し、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子は、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【００８５】
マイクロメカニカル素子の操作方法は、励起ステップ１２１０、すなわち第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子の電気励起による第１の保持素子の駆動素子の部分と第２の保持素子の駆動素子の部分上での機能素子の動きの励起ステップを備える。
【００８６】
たとえば、第１の保持素子は、機能素子が動くと変形し、第１の保持素子の駆動素子を選択的にセンサ素子として使用するように構成することが可能である。
【００８７】
したがって、マイクロメカニカル素子の操作方法には、第１の保持素子の駆動素子の部分上での機能素子の動きの励起を中断するステップ１２２０と、第１の保持素子の駆動素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップ１２３０とを任意に含み、これにより機能素子の位置または動きの状態を、検出された変形に基づき検出することができる。
【００８８】
マイクロメカニカル素子は、駆動素子の電気励起を制御するよう構成される制御手段を任意に備えてもよい。
【００８９】
マイクロメカニカル素子を操作する方法は、したがって、機能素子の検出位置または検出した動きの状態に基づいて、駆動素子の電気励起を制御するステップ１２４０を任煮に備えてもよい。
【００９０】
本発明のいくつかの実施例では、保持素子に統合された駆動素子が、梁構造（保持素子）の剛性に影響を与えることによって装置（マイクロメカニカル素子）の機械的自己共振に影響を与え得る。このようにして、傾斜ミラー等の共振して動作するマイクロメカニカル素子の周波数を同調（周波数を一致）させることができる。
【００９１】
本発明の他の実施例においては、傾斜ミラー等のマイクロメカニカル素子の機械的自己共振に近い周波数で梁構造内（駆動素子の部分上の保持素子内で）に交流負荷を発生させることにより、機械的発振を直接的に励起してもよい。
【００９２】
本発明のいくつかの実施例においては、たとえば駆動素子を対応して制御することにより、ミラープレート等のマイクロメカニカル素子の機能素子の動的変形に対して積極的に影響を与えかつ／またはこれを減らすことも可能である。
【００９３】
本発明の他の実施例においては、動作原理を逆転させることにより、（マイクロメカニカル素子の機能素子の）構造の偏向を時間分解検出することができる。たとえば、これは、圧電効果または逆圧電効果であってもよい。そして、圧電駆動素子を圧電センサ素子として使用してもよい。
【００９４】
本発明のいくつかの実施例において、たとえば動的変形を抑えるために使用する構造（保持素子）がすでに存在する場合には、保持素子内に駆動素子を統合することにより、追加のスペースは不要かまたは必要でも非常に少ないスペースで済む。
【００９５】
本発明の他の実施例においては、逆圧電効果を適用する。結果として、ドライブの電力損失が非常に少なくなる。流れる電力は、たとえば電極を再ロードするための変位電流のみである。
【００９６】
本発明のいくつかの実施例においては、必要な駆動電圧は、たとえば静電ドライブに比べて小さい（数十ボルトまでの範囲）。
【００９７】
本発明の他のいくつかの実施例においては、アクチュエータ（逆圧電効果）およびセンサ（圧電効果）として、統合された圧電変換器構造の時間置換利用が可能である。
【００９８】
本発明の他の実施例においては、静電および共振ドライブ（方形電気励起電圧の場合が多い）に比べて、純粋に高調波電圧曲線で励起を実行し得る。これにより、発振系（マイクロメカニカル素子）は、線形振動子に相当することになる。また、機械的共振周波数ｆｍに合わせた電気共振周波数ｆｅ、すなわちｆｍ＝ｆｅで、電気共振回路により駆動電圧を発生させることができる。結果として、電気的駆動回路の消費電力を明確に抑えることができる。
【００９９】
本発明のいくつかの実施例は、記載の構造の統合（保持素子からなる構成）、すなわち、可傾式ジオメトリ（ミラープレート等）の対向する側に配設されるばね素子からなるサスペンション等に関連し、かつ熱機械的または圧電アクチュエータ（駆動素子）を、ドライブとして、統合された位置センサシステムとして、１次元ねじり発振器（１Ｄ傾斜ミラー等）、二次元ねじり発振器（２Ｄ傾斜ミラー等）、（準）静電偏向可能傾斜ミラー等の共振または非共振マイクロシステム（マイクロメカニカル素子）内に含めて、サスペンションのばね率（周波数同調、周波数一致等）に影響を与えるか、またはミラープレート等のマイクロメカニカル素子の機能素子の動的変形を積極的に抑える。
【０１００】
本発明のいくつかの実施例においては、ミラープレート等のマクロメカニカル素子の機能素子の動的変形を抑えるための構造（保持素子）を、同時に駆動素子を収納するために使用してもよい。その結果、ドライブに新たな空間が不要となる。
【０１０１】
本発明の他の実施例において、この構造（駆動素子の統合）の実現は、分布ばねの梁構造（保持素子）のいくつかまたは全部内において実現されてもよい。
【０１０２】
本発明の他のいくつかの実施例においては、（ドライブの）構造は、１つまたは２つの独立のドライブ（駆動素子）を用いて実現してもよい。その結果、異なる駆動素子の反対の動きが可能となり、その結果、たとえば回転動作が可能になる。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施例においては、熱機械的効果、圧電効果、ピエゾ磁気効果、電気歪み効果または磁気歪み効果を、アクチュエータとして活性な素子（ドライブ、駆動素子）のために使用する。
【０１０４】
本発明の他のいくつかの実施例においては、機械的共振周波数に適合する電気的共振回路を、共振駆動された装置の高調波電圧または電流を与えるために使用する。
【０１０５】
本発明の他の実施例においては、圧電機能層を含む構造を、時間的に連続した態様で、アクチュエータおよびセンサとして使用してもよい。
【０１０６】
本発明のいくつかの実施例は、マイクロメカニカル素子に関連し、いくつかの構造（保持素子）は、圧電機能層で実現され、いくつかはドライブとして構成され、かつまた１つまたは複数の構造がセンサとして構成される。
【０１０７】
本発明の他のいくつかの実施例は、１Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ等、顕微鏡において、またレーザディスプレイ、レーザプリンタもしくはレーザイルミネータ等のデータ出力において、または圧力センサ、加速センサもしくは粘度センサを使用してのデータ取得に対する、分布ばねおよび統合されたアクチュエータ構造を備えるマイクロメカニカル装置の可能な応用に関する。
【０１０８】
本発明の他の実施例は、マイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子の制御手段に関連し、同制御手段は、マイクロメカニカル素子の駆動素子の電気励起を制御するよう構成される。この場合、たとえば駆動素子の電気励起を、マイクロメカニカル素子の機能素子の検出された位置または動きの状態に基づき適合させてもよい。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施例において、保持素子は、ばね素子として実現される。たとえば、それらはねじりばねや梁ばねであってもよい。梁ばね内または上に駆動素子を配設することにより、たとえばこの保持素子のばね定数に積極的に影響を与えてもよい。
【０１１０】
本発明の他の実施例においては、マイクロメカニカル素子の機能素子の位置または動きの状態を、複数のセンサ素子の変形検出により決定してもよく、かつ機能素子の動的変形を、決定された複数の位置または動きの状態に基づき決定してもよい。決定された機能素子の動的変形に基づき、駆動素子の電気励起を適合して、たとえば、機能素子の動的変形を抑えるようにしてもよい。
【０１１１】
本発明のいくつかの実施例においては、回転軸を中心とする回転動作または並進運動は、マイクロメカニカル素子の保持素子内または上の統合された駆動素子により行ってもよく、保持素子の接合は、機能素子と同じ平面にあり、かつ並進運動は、この平面に直角をなす方向に実行される。
【０１１２】
本発明の他の実施例において、機能素子の監視の感度および／または精度を、いくつかのセンサ素子を用いることによって向上させてもよい。このため、センサ素子を直列に接続してもい。いくつかのセンサ素子を１つの保持素子の上および／または様々な保持素子の上に配設してもよい。
【０１１３】
本出願においては、同じまたは類似する機能特性を含むものおよび機能単位については、一部同じ参照番号を使用する。
【０１１４】
特に、状況に応じて、発明の構成は、ソフトウェアで実現してもよい点に留意されたい。特に、それぞれの方法を実行するよう、プログラマブルなコンピュータ系と協働し得る、電気的に読み出し可能な制御信号を有するディスクまたはＣＤ等のデジタル記憶媒体上で実現してもよい。したがって、一般には、本発明は、機械で読み出し可能なキャリア上に記憶され、コンピュータ上で実行されて、発明の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品においても実現される。言い換えれば、本発明は、同コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、同方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムとして実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図２】駆動素子のさまざまな配列およびそれぞれの保持素子の可能な変形状態を示す模式図である。
【図３】圧電駆動素子の模式図である。
【図４】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図５】マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサの模式図である。
【図６】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図７】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図８】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図９】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図１０】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図１１】マイクロメカニカル素子を監視するための統合されたセンサを有するマイクロメカニカル素子の模式図である。
【図１２】マイクロメカニカル素子の使用方法のフロー図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００ マイクロメカニカル素子
１１０ 機能素子
１２０ 保持素子
１２２ 接合
１２４ 駆動素子
４１０ 可動機能素子
５００ センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、マイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサに関し、かつマイクロメカニカル素子の操作方法およびマイクロメカニカル素子を監視する方法に関する。
【０００２】
本発明の他の実施例は、コンパクトドライブおよび／または圧電ドライブ（圧電駆動素子）を有するマイクロメカニカル装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
たとえば、マイクロメカニカル傾斜ミラーにおいて、ねじりばねに懸垂されたミラー板は、１つの（１Ｄスキャナ）または２つの（２Ｄスキャナ）軸により偏向させる。たとえば、このドライブは、櫛状に配列された電極により実現することが可能で、これは、非特許文献１等に示すような装置の基板レベルにおいて形成される。静電駆動装置の欠点は、たとえば、高い駆動電流をたびたび必要とすることおよび電気機械的不安定状態の発生である。
【０００４】
ほかにマイクロメカニカル装置用ドライブを実現するために可能なものとしては、磁気ドライブがある。これによれば、磁界において、電流を保持する導体に作用する力を利用する。この場合、大きな力またはトルクそれぞれを発生できる。この原理の欠点は、消費電力が比較的高いことと高い技術的努力（装置上で交差を実現）を要する点である。
【０００５】
他には、制御可能な固有材料応力を利用する方法が考えられる。この方法によれば、機械的な偏向を、層システムにおいて、適当な材料の組み合わせにより実現する。機械的応力をたとえば、熱線形拡張（熱機械的効果、バイメタルの原理）の異なる係数によるかまた逆圧電効果により導入する。マイクロメカニカル傾斜ミラーの場合、たとえば実現された曲げモーメントをトルクに変換して、マイクロミラーを偏向できるようにするという問題がある。既存の解決法の多くは、大きな空間を要件とする特徴がある。このため、装置に要する空間が増大し、ひいては生産コストの上昇を招き、集積性が制限されてしまう。
【０００６】
マイクロメカニカル素子の例としては、さらに、非特許文献２から４、特許文献１および２などに示されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１０ ２００５ ０３３８００ Ａ１公報、Ａ・ウォルター、Ｔ・クローゼの「反射面を有するマイクロメカニカル光学素子およびその使用」と題するドイツ公開公報（Mikromechanisches optisches Element mit einer reflektierenden Flache sowie dessen Verwendung, Offenlegungsschrift DE 10 2005 033 800 A1）
【特許文献２】ＥＰ０．７４３．５４１ Ａ１公報、Ａ・Ｇ・Ｍ・サフロノフ、「多層圧電可変バイモルフィックミラー」と題するヨーロッパ公開公報（Safronov, A.G.M.: Multiple layer piezoelectric deformable bimorphic mirror, Offenlegungsschrift EP 0.743.541 A1.）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】シェンク・Ｈによる「光の１次元または二次元屈折に対する新しいマイクロアクチュエータ」、論文２０００年、ゲルハルト・メルカトル総合大学、デュースブルグ（Schenk, H: Ein neuartiger Mikroaktor zur ein- und zweidimensionalen Ablenkung von Licht, Dissertation 2000, Gerhard-Mercator-Universitat-Gesamthochschule-Duisburg）
【非特許文献２】Ｓ・シュヴィツァー、Ｓ・カルマス、Ｍ・ラウドン、Ｐ・ルノーによる、「大きい角度で低消費の熱アクチュエートされる光学マイクロスキャナ」、センサとアクチュエータ７６（１９９９年）、４７０ページから４７７ページ（Schweizer, S.; Calmes, S.; Laudon, M.; Renaud, P.: Thermally actuated optical microscanner with large angle and low consumption, Sensors and Actuators 76 (1999) S. 470-477）
【非特許文献３】Ｓ・トッド、Ａ・ジェイン、Ｈ・ク、Ｈ・シエによる「逆直列接続バイモルフアクチュエータを用いる多自由度系マイクロミラー」、ジャーナル・オブ・オプティクスＡ、純粋および応用光学８（２００６年）、３５２ページから３５９ページ（Tood, S.; Jain, A.; Qu, H.; Xie, H: A multi-degree-of-freedom micromirror utilizing inverted-series-connected bimorph actuators, Journal of Optics A; Pure and applied Optics 8 (2006) S. 352-359）
【非特許文献４】ブラザー工業株式会社、「ブラザーがメガネ型着用可能網膜走査ディスプレイを開発」、テクニカル・レポート（２００８年）（Brother Industries, Ltd.: Brother Develops Spectacle-type Wearable Retinal Imaging Display, Technical Report (2008) http://www.brother.com/en/news/2008/rid/）
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、改良された特性を有するマイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子を監視するための空間を節約するセンサを提供することである。
【００１０】
この目的は、請求項１、１０または１９に記載の装置および請求項２５または２９に記載の方法により解決される。
【００１１】
本発明の実施例は、可動機能素子と、第１から第４の保持素子とを含むマイクロメカニカル素子を提供する。第１の保持素子はおよび機能素子が、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で相互に接続され、かつ第４の保持素子および機能素子が、第４の接合で相互に接続される。さらに、第１の保持素子および第２の保持素子は、各々１つの圧電駆動素子を含む。第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子は、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【００１２】
本発明の他の実施例は、可動機能素子と、第１から第４の保持素子とを含むマイクロメカニカル素子を提供する。第１の保持素子および機能素子が、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で相互に接続され、第４の保持素子および機能素子が第４の接合で相互に接続される。第１から第４の接合が、１平面内に存在し、第１の接合が、対称軸に関して第３の接合と対称に配設され、第２の接合が、対称軸に関して第４の接合と対称に配設される。また、第１から第４の保持素子の各々が、少なくとも１部分で、対称軸に対して平行に延在する。第１の保持素子および第２の保持素子が、各々１つの駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、励起によって機能素子を動かすよう構成される。
【００１３】
本発明の他の実施例は、マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサを提供し、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と保持素子とを有する。接合で、保持素子が機能素子に接続される。こうして、保持素子が機能素子の動きに際して変形される。マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサが、センサ素子を含み、このセンサ素子が保持素子内または上に配設され、かつ保持素子の変形を検出するよう構成される。これにより、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きの監視が可能になる。
【００１４】
本発明の他の実施例は、マイクロメカニカル素子を操作する方法を提供し、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と、第１から第４の保持素子とを有する。これにより、第１の保持素子および機能素子が、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で相互に接続され、第４の保持素子および機能素子が、第４の接合で相互接続される。さらに、第１の保持素子および第２の保持素子が、各々１つの圧電駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、電気励起によって機能素子を動かすよう構成される。
【００１５】
マイクロメカニカル素子の操作方法は、第１の保持素子の駆動素子の部分上および第２の保持素子の駆動素子の部分上で、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子の電気励起によって、機能素子の動きを励起させるステップを含む。
【００１６】
本発明の他の実施例が、マイクロメカニカル素子の監視方法を提供し、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子および保持素子を含む。保持素子が、接合で機能素子に接続される。こうして、保持素子が機能素子の動きに際して変形される。これにより、マイクロメカニカル素子を監視する方法が、センサ素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップを含み、センサ素子が保持素子内まはた上に配設されて、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きの監視を可能にする。
【００１７】
本発明のいくつかの実施例は、圧電ドライブをマイクロメカニカル素子の機能素子の保持素子内または上に統合することで、マイクロメカニカル素子のドライブに必要な空間を最小限にするという基本的思想に基づく。空間要件が低い以外にも、逆圧電効果に基づくドライブは電力損失が非常に低く、必要なドライブ電圧が、静電ドライブ等の他の駆動構成に比べて低い。
【００１８】
本発明の他の実施例は、対称に配設されたいくつかの保持素子は、マイクロメカニカル素子の機能素子の動的変形を抑えることができ、かつマイクロメカニカル素子の機能素子のドライブを機能素子の保持素子内または上に統合することで、マイクロメカニカル素子の空間要件を減らすことができるとする基本的思想に基づく。これにより、高品質のマイクロメカニカル素子をコンパクトにかつまた費用効果的に設けることができる。
【００１９】
本発明のいくつかの他の実施例は、センサ素子をマイクロメカニカル素子の機能素子の保持素子に統合することにより、マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサを実現できるとする基本的思想に基づく。機能素子の動きが、保持素子の変形を引き起こすので、保持素子内または上に配設したセンサ素子により保持素子の変形を検出することができ、ひいては機能素子の動きを監視することができる。保持素子内または上にセンサ素子を統合することにより、追加の空間要件を最小にすることができる。
【００２０】
本発明のいくつかの実施例は、駆動素子がマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ素子としても使用されるマイクロメカニカル素子に関連する。
【００２１】
本発明のいくつかの他の実施例は、センサのセンサ素子をマイクロメカニカル素子のためのドライブとしても使用するマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサに関連する。
【００２２】
本発明の実施例を、添付の図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子１００の模式図である。マイクロメカニカル素子１００は、可動機能素子１１０、第１の保持素子１２０、第２の保持素子１３０、第３の保持素子１４０、および第４の保持素子１５０を備える。これにより、第１の保持素子１２０および機能素子１１０が第１の接合１２２で接続され、第２の保持素子１３０および機能素子１１０が第２の接合１３２で接続され、第３の保持素子１４０および機能素子１１０が第３の接合１４２で接続され、かつ第４の保持素子１５０および機能素子１１０が第４の接合１５２で接続される。さらに、第１の保持素子１２０および第２の保持素子１３０はそれぞれ１つの圧電駆動素子１２４および１３４を有する。第１の保持素子１２０の駆動素子１２４および第２の保持素子１３０の駆動素子１３４は、機能素子１１０を電気励起により動かすことで実現できる。
【００２４】
保持素子１２０，１３０内または上に駆動素子１２４，１３４（または励起素子）を統合することにより、追加で必要となる空間は皆無か非常に小さいものになる。したがって、マイクロメカニカル素子のドライブをほとんど追加の表面積を必要とせずに集積することができる。マイクロメカニカル素子（またはマイクロエレクトロメカニカル素子）を、こうして、かなり小型に製造することが可能になる。
【００２５】
圧電ドライブを使用することにより、たとえば電力の損失を非常に低く抑えることができ、かつ必要な駆動電圧は、他の駆動構成における駆動電圧に比べて比較的小さいものとなる。保持素子は、たとえばねじりばねまたは梁形状のばねとして実現可能なため、ねじ素子と呼ぶことが多い。駆動素子をねじ素子に統合することにより、ねじ率（ねじ定数）に影響が生じ得る。
【００２６】
また、２を超える数の保持素子を使用することにより、機能素子１１０の動的な変形を抑えることができる。駆動素子を保持素子に統合することにより、駆動素子をそれぞれ制御することにより、動的変形をさらに積極的に抑えることができる。
【００２７】
また、たとえば、機能素子１１０の位置および／または動きの状態を検出するために、圧電駆動素子を使用することもできる。したがって、駆動素子が機能素子の動きを駆動するために使用されていないときには、機能素子に動きがあった場合に、関連の保持素子の変形により、圧電ドライブが自動的発生した信号を、読み出しかつ評価することができる。変形をこのように検出することで、機能素子１１０の位置または動きの状態を決定することができ、これはたとえば、駆動素子の電気励起をそれぞれ適合することにより、機能素子１１０の動きの最適化を図るために利用することができる。
【００２８】
一般に、多くの接合は剛性接合である。多くの場合、機能素子と保持素子とが同じ基板に構成されるので、機能素子と保持素子との間の接合での移行は円滑である。
【００２９】
基本的に、マイクロメカニカル素子のこのような構成または構造は、傾斜ミラー等の機能素子の低静電偏向を発生するのにも適している。しかしながら、これは、典型的には、保持素子または梁構造が比較的厚いため、非常にまれである。しかしながら、局所的または全体的に構造上より薄いジオメトリは、使用することができる。これらは、たとえば静電アクチュエータ（静電駆動素子）として使用することができる。
【００３０】
図２Ａと図２Ｂは、駆動素子２７０のさまざまな構成２００およびそれぞれの保持素子２６０の考えられる変形状態を示す模式図である。このように、駆動素子２７０のさまざまな構成を図２Ａに、かつ保持素子２６０の可能な変形状態の例を図２Ｂに示す。こうして、保持素子２６０を、それぞれ破断図および側面図に示す。
【００３１】
第１の構成２１０においては、保持素子２６０が、左上領域（第１の主表面上および保持素子の第１の端縁）に圧電駆動素子２７０を備える。圧電駆動素子２７０に電圧を付与することによって、引っ張り応力（s>0）または圧縮応力（s<0）を発生させることができ、かつこれにより保持素子２６０を上方または下方に偏向させることができる。駆動素子２７０の電圧ΔＵを変更することで、機械的応力に変化が生じΔs（ΔU → Δs)、これにより、たとえば引っ張り応力（Δs>0）または圧縮応力（Δs<0）が生じる。たとえば、第１の構成２１０の保持素子２６０の変形については、引っ張り応力の発生を図示しており、これが保持素子を下方に偏向させる。
【００３２】
圧電駆動素子を使用する場合、たとえば付与する電圧の極性を変換させることにより、保持素子を異なる方向に偏向させることができる。
【００３３】
第２の構成２２０では、保持素子２６０の左端縁の上側および下側（第１の主表面上および保持素子の第１の端縁）に駆動素子２７０を示す。一方の駆動素子の電圧は、引っ張り応力が生じるように選択し、他方の電圧は、圧縮応力が生じるように選択すれば、保持素子２６０を、第１の構成２１０と同様に、ただし、かなり強く上方と下方に偏向させることができる。
【００３４】
第３の構成２３０では、保持素子２６０の上側の左右端縁各々（保持素子の第１の端縁の第１の主表面上および第２の端縁の第１の主表面上）に１つの圧電駆動素子２７０を示す。これら２つの駆動素子２７０の一方が引っ張り応力を発生し、他方が圧縮応力を生じるように、これら駆動素子に電圧を付与すると、保持素子を一方端で上方へ変形させ、他方端で下方に変形させることができ、またはその逆も可能である。
【００３５】
駆動素子の第４の構成２４０により保持素子の同様の変形が得られ、駆動素子２７０が、左上（保持素子の主表面上および第１の端縁）と右下（保持素子の第２の主表面上および第２の端縁）に配設される。しかしながら、引っ張り応力または圧縮応力の両方を駆動素子２７０に発生させるように、付与電圧を選ぶ必要がある。
【００３６】
同様に、保持素子２６０のこの変形も、保持素子２６０の下側の左右端縁（保持素子の第２の主表面の第１の端縁および第２の端縁）に駆動素子２７０を配設することによりまたはひとつの駆動素子２７０を左下（保持素子の第２の主表面の第１の端縁）および１つの駆動素子２７０を右上（保持素子の第１の主表面の第２の端縁上）に配設することにより得ることができる。
【００３７】
第５の構成で２５０は、一方の保持素子２６０において４つの駆動素子２７０を統合するための例を示す。これにより、異なる駆動素子に付与される電圧に応じて、第１の構成２１０および第２の構成２２０または第３の構成２３０および第４の構成により得られるとおり、保持素子の変形が得られるが、この場合最大偏向はより高度である。
【００３８】
図示される実施例は、保持素子に統合されるドライブの選択肢であり、保持素子は梁構造と称することもできる。
【００３９】
基本的には、図２Ａに示すとおり、駆動素子２７０を保持素子に統合させるか、またはたとえば保持素子上に配設することもできる。
【００４０】
圧電ドライブの場合、アクチュエータ構造（機能層）とも呼ばれる駆動素子を、モノモルフまたはバイモルフおよびマルチモルフ構造として実現することができ、後者は、圧電機能層の直列または並列接続において実現できる。
【００４１】
図３は、例として、圧電駆動素子３００の可能な構造の模式図を示す。圧電駆動素子３００は、保持素子２６０内に統合され、いくつかの層を含む。圧電材料３１０と絶縁層３２０（非圧電）とが交互に存在する。圧電材料層３１０の２つの対向する面上に電極３３０が１つずつ配設される。圧電材料層３１０のそれぞれ同じ側面の電極３３０は、配線３４０および／またはボンディングにより相互に接続される。図示した例は、圧電トリモフ構造を並列に接続したものである。
【００４２】
図４は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子４００の模式図である。マイクロメカニカル素子は、可動機能素子４１０、第１の保持素子４２０、第２の保持素子４３０、第３の保持素子４４０、および第４の保持素子４５０を備える。この場合、第１の保持素子４２０および機能素子４１０が第１の接合４２２で相互に接続され、第２の保持素子４３０および機能素子４１０が第２の接合４３２で相互に接続され、第３の保持素子４４０および機能素子４１０が第３の接合４４２で相互に接続され、かつ第４の保持素子４５０および機能素子４１０が第４の接合４５２で相互に接続される。
【００４３】
さらに、第１から第４の接合は、ある平面内に存在し、第１の接合４２２は、第３の接合４４２と、対称軸４６０に関して（各々距離Ａで）対称に配設される。同様に、第２の接合４３２は、第４の接合４５２と、対称軸４６０に関して（各々距離Ｂで）対称に配設される。
【００４４】
さらに、第１から第４の保持素子の各々が、少なくとも一部分で、対称軸４６０に並行に延在する。第１および第２の保持素子４２０および４３０は、それぞれ１つの駆動素子４２４および４３４を有し、第１の保持素子４２０の駆動素子４２４および第２の保持素子４３０の駆動素子４３４は、励起により機能素子４１０を動かすよう構成される。
【００４５】
２を超える数の保持素子を使用することで、慣性により生じ得る機能素子４１０の動的変形を最小限にすることができる。これにより、機能素子４１０を有する保持素子の接合の構成を、機能素子４１０のジオメトリに適合させることが有効である。機能素子４１０がたとえば、矩形、方形、または円形の場合、距離ＡおよびＢはほぼ同じ大きさで選択されることになる。たとえば、機能素子４１０が三角形や滴状であった場合、異なる大きさで距離ＡおよびＢを選択することが有効である。
【００４６】
たとえば少なくとも一部分で対称軸に各々平行な保持素子によれば、対称軸を中心とする機能素子の回転運動（したがってこの軸は回転軸とも呼ぶ）を緩和することができかつ／または保持素子を分布ばねとして使用することができる。これにより、機能素子の主表面の重心が対称軸の上に来るはずである。
【００４７】
マイクロメカニカル素子４００の駆動素子（または励起素子も）については、たとえば熱機械的効果、圧電効果、ピエゾ磁気効果、電気歪み効果および／または磁気歪み効果を利用することができる。こうして、たとえば、図２にすでに示した配列および動きのパターンを実現することができる。この場合、図示のとおり、機械引っ張り応力（Δs>0）または圧縮応力（Δs<0）を（保持素子の）梁の容量のある領域内で、熱機械的効果または逆圧電効果（または電気歪み効果もしくは磁気歪み効果）により発生させる。これにより、構造の偏向を制御可能にできる。
【００４８】
熱機械的ドライブと圧電ドライブの動作モードおよび基本特性の両方は同程度なので熱機械的および圧電マルチモルフドライブは、同じ原理に基づく。サーマルドライブと比べて消費電力がより低くかつ外的影響（環境温度等）への依存がより低いため、逆圧電効果に基づくドライブの使用は有利である。
【００４９】
また、保持素子に駆動素子を統合するため、必要な空間は少なくて済む。
【００５０】
本発明によるいくつかの実施例では、マイクロメカニカル素子の機能素子は、第２の対称軸を有し、この軸は第１の対称軸に直角をなす。この場合、第１の対称軸の同じ側に配設される２つの接合は、第２の対称軸に関して相互に対称に配設される。接合を対称に配設することにより、たとえば機能素子の動的変形を抑えることができる。
【００５１】
図５は、発明の実施例に対応するマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ５００を示す模式図である。監視されるマイクロメカニカル素子は、可動機能素子５１０と保持素子５２０とを含み、保持素子５２０が接合５２２で機能素子５１０と接続される。この場合、保持素子５２０が機能素子５１０の動きに際して変形する。
【００５２】
マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ５００は、センサ素子５３０を備え、センサ素子５３０は、保持素子５２０内または上に配設される。こうして、センサ素子５３０は、保持素子５２０の変形を検出して、マイクロメカニカル素子の機能素子５１０の動きを監視できるように構成される。
【００５３】
保持素子５２０内または上にセンサ素子５３０を統合することにより、マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサのために必要な追加の空間が最小限になる。
【００５４】
保持素子５２０の変形を検出することで、たとえば機能素子５１０の位置または動きの状態を決定することができる。
【００５５】
いくつかの保持素子内または上にいくつかのセンサ素子を配設することで、いくつかの検出位置または動きの検出状態を得ることができ、これら複数の検出位置または検出された動きの状態に基づいて、機能素子５１０の変形が決定できる。この情報で、マイクロメカニカル素子の駆動素子の電気励起を適合させることにより機能素子５１０の動的変形をさらに抑えることができる。
【００５６】
たとえば圧電センサ素子として、センサ素子が実現されれば、このセンサ素子を、センサとして使用されていない時は、それぞれ電気励起によって、駆動素子として使用することができ、こうして機能素子５１０を動かすことができる。
【００５７】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子６００の模式図を示す。マイクロメカニカル素子６００の構造は、基本的に図４に示すマイクロメカニカル素子の構造に相当する。ただし、機能素子６１０には、４を超える数の保持素子６２０が使用される。これにより、保持素子の各々が、対称軸４６０に沿って延びる２つの中央保持素子から離れたところに駆動素子６３０を備える。
【００５８】
図６Ａは、マイクロメカニカル素子の平面図であり、図６Ｂは、その側面図である。図では、明瞭にするために、中央の保持素子のみを断面で示す。対称軸に素って平行に延在する他の保持素子の部分については、図示していない。
【００５９】
追加の保持素子を使用することにより、機能素子６１０の動的変形をさらに抑えることが可能である。
【００６０】
これにより、保持素子の対称軸４６０と平行に延在する部分を、ねじりばねと称することもでき、かつ残りの部分を梁構造と呼ぶことができる。たとえば、プレートやミラープレート等の機能素子に作用する、リセットする機械素子が機能素子（たとえばミラープレート）に生じさせる変形が最小限になるような態様で、梁構造およびねじりばねが配設される。梁構造は、ミラープレートの輪郭に従うので、たとえばこのサスペンションの空間要件は、比較的低いものとなる。
【００６１】
記載の構造（保持素子の構成）の目的は、たとえば機能素子（ミラープレート）の慣性に誘導された動的変形を抑えることにある。保持素子を分布ばねとして考えることもできる。
【００６２】
これらの分布ばねの梁構造には、たとえばアクチュエータとも呼ばれる熱機械的駆動素子または圧電駆動素子を設けることができる。この方法では、その曲げまたは剛性に影響を与え得る。同時に、たとえば圧電アクチュエータの場合には、機能原理を逆転させることにより（構造の）機能素子の偏向を検出することができる。
【００６３】
機械素子６００のドライブを、順に、（ミラープレートの）機能素子６１０の保持素子またはサスペンション内にも統合する。保持素子の特定の構造（特定の構成）により、機械特性等が向上する。
【００６４】
図７は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子７００の模式図である。原則として、マイクロメカニカル素子７００は、図６に示すマイクロメカニカル素子に相当する。相違点は、機能素子６１０の形状および保持素子６２０の形状と数である。
【００６５】
また、いくつかの保持素子を対称に配設して、機能素子６１０の動的変形を抑える。また、駆動素子６３０を保持素子６２０内または上に統合する。
【００６６】
梁構造（保持素子）のうちいくつかまたは全部に、ドライブ（駆動素子）を設けてもよい。この場合、電気接点という観点からの費用と達成され得る偏向等の利益の間での妥協を図る必要がある。
【００６７】
マイクロメカニカル素子の機能素子６１０の可能な動きのパターンの１つは、対称軸４６０を中心とする回転動作である。ミラープレートのような機能素子の、平面からはみ出す（機能素子の半分が上方に、残りの半分が下方に動く等）非対称な動きによって、対称軸（回転軸）に関して各々の場合において対向するドライブ（駆動素子）が、反対の方向に作用する。これは、材料の異なる組み合わせまたは（たとえば時間的に）異なる制御プロセスによるものが考えられる。
【００６８】
上記のとおり、図８は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子８００の模式図を示す。マイクロメカニカル素子８００の基本設計は図７のマイクロメカニカル素子に相当する。しかしながら、保持素子６２０については、最も外側の保持素子（対称軸から最も遠くに位置する保持素子）のみを駆動に使用する。残りの保持素子は、受動構造を構成し、たとえば動的変形を抑える役割をし、かつ分布ばねとして使用されてもよい。
【００６９】
また、第１タイプ７３０の駆動素子またはアクチュエータと第２タイプ７４０の駆動素子またはアクチュエータは、区別する。タイプ１のアクチュエータはタイプ２のアクチュエータと反対の方向に作用する。このように、対称軸４６０（回転軸とも呼ぶ）を中心とする回転動作を発生させることができる。
【００７０】
図９は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子９００の他の模式図である。マイクロメカニカル素子９００の基本設計は図８のマイクロメカニカル素子に相当する。ただし、保持素子６２０のうち外側の４つの保持素子のみを駆動に使用するだけではなく、中心に配設された保持素子を除く保持素子の全てが駆動に使用される。
【００７１】
対称軸４６０の一方側の駆動素子の全てが第１タイプ７３０の素子であり、対称軸４６０の他方の側は、第２のタイプ７４０の素子である。
【００７２】
タイプ１の駆動素子またはアクチュエータは、タイプ２の駆動素子またはアクチュエータと反対の方向に作用する。上に述べたとおり、これは、材料の異なる組み合わせまたは異なる制御プロセスによりそうすることができる。製造または制御に関して生じる費用が大きすぎる場合には、ミラー等の機能素子６１０の一方側にのみドライブを設けるか、または前記機能素子６１０の一方側のみを制御することも可能である。
【００７３】
上記にしたがい、図１０は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子１０００の模式図である。マイクロメカニカル素子１０００の基本設計は既出の図８のマイクロメカニカル素子に相当する。しかしながら、対称軸４６０の一方側の保持素子６２０にのみ駆動素子７３０を装備する。
【００７４】
結果として、製造または制御に関する費用は、図８のマイクロメカニカル素子に比べて抑えることができる。しかしながら、達成され得る偏向は明らかにより小さいものとなる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施例においては、偏向は圧電ドライブ（駆動素子）の場合、機能原理を逆転させることにより検出することができる。この場合、たとえば、（機能素子の）装置の偏向を達成する同じ構造（駆動素子）（アクチュエータ）をセンサとして使用してもよい。
【００７６】
１つの可能な方法は、追加の機能層（センサ素子）を統合すること、すなわち、（保持素子の）ジオメトリの部品を専用センサとして使用することである。
【００７７】
上記にしたがい、図１１は、マイクロメカニカル素子を監視するための統合されたセンサを備えるマイクロメカニカル素子１１００の模式図を示す。マイクロメカニカル素子１１００の基本設計も図８のマイクロメカニカル素子に相当する。また、外側の保持素子には異なるタイプ７３０および７４０の駆動素子を備える。しかしながら、図８に示すマイクロメカニカル素子とは異なり、４つの新たな保持素子は、各々センサ素子１１１０を備える。
【００７８】
センサ素子は、たとえば圧電素子でよい。
【００７９】
駆動素子７３０および７４０に加えて配設された専用センサ素子１１１０により、駆動素子の部分上の機能素子６１０の動きを励起している間、たとえば機能素子６１０の位置または動きの状態を検出することができる。
【００８０】
しかしながら、この構成では、たとえばセンサ（センサ素子）に別々に接触しなければならないので、装置（マイクロメカニカル素子）内の配線の量がかなり増加する。代替的には、アクチュエータ構造（駆動素子）自体をたとえばセンサとしても使用できる。これは、たとえば共振装置内では可能である。応じて配設される圧電機能層を、たとえばセンサ動作とアクチュエータ動作の間で切り替えればよい。
【００８１】
この場合、たとえば、最初、圧電機能層（単数または複数）は、（マイクロメカニカル素子の）装置の機械的自己共振に近い励起周波数で共振ドライブとして制御される。これにより、装置内で発振が開始される。
【００８２】
その後、ドライブをたとえば、発振期間の４分の１、２分の１、１発振期間または数発振期間の間中断する。一方、装置の時間的偏向は、圧電効果等により測定される。同じ電源線を使用して、ドライブについては、センサ電圧を読み出すことができる。
【００８３】
その後、事前に行った測定により訂正できるパラメータで、共振ドライブとしての圧電機能層（単数または複数）を制御して、たとえば、発振度合を調整する。さらにドライブを停止して、時間的偏向を測定することによりこのプロセスを繰り返してもよい。
【００８４】
図１２は、本発明の実施例によるマイクロメカニカル素子を操作する方法のフローチャート１２００である。マイクロメカニカル素子は、可動機能素子および第１から第４の保持素子を備える。第１の保持素子と機能素子とは、第１の接合で相互に接続され、第２の保持素子と機能素子とは第２の接合で相互に接続され、第３の保持素子と機能素子とは第３の接合で相互に接続され、かつ第４の保持素子と機能素子とは第４の接合で相互に接続される。第１および第２の保持素子は、各々、圧電駆動素子を有し、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子は、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【００８５】
マイクロメカニカル素子の操作方法は、励起ステップ１２１０、すなわち第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子の電気励起による第１の保持素子の駆動素子の部分と第２の保持素子の駆動素子の部分上での機能素子の動きの励起ステップを備える。
【００８６】
たとえば、第１の保持素子は、機能素子が動くと変形し、第１の保持素子の駆動素子を選択的にセンサ素子として使用するように構成することが可能である。
【００８７】
したがって、マイクロメカニカル素子の操作方法には、第１の保持素子の駆動素子の部分上での機能素子の動きの励起を中断するステップ１２２０と、第１の保持素子の駆動素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップ１２３０とを任意に含み、これにより機能素子の位置または動きの状態を、検出された変形に基づき検出することができる。
【００８８】
マイクロメカニカル素子は、駆動素子の電気励起を制御するよう構成される制御手段を任意に備えてもよい。
【００８９】
マイクロメカニカル素子を操作する方法は、したがって、機能素子の検出位置または検出した動きの状態に基づいて、駆動素子の電気励起を制御するステップ１２４０を任煮に備えてもよい。
【００９０】
本発明のいくつかの実施例では、保持素子に統合された駆動素子が、梁構造（保持素子）の剛性に影響を与えることによって装置（マイクロメカニカル素子）の機械的自己共振に影響を与え得る。このようにして、傾斜ミラー等の共振して動作するマイクロメカニカル素子の周波数を同調（周波数を一致）させることができる。
【００９１】
本発明の他の実施例においては、傾斜ミラー等のマイクロメカニカル素子の機械的自己共振に近い周波数で梁構造内（駆動素子の部分上の保持素子内で）に交流負荷を発生させることにより、機械的発振を直接的に励起してもよい。
【００９２】
本発明のいくつかの実施例においては、たとえば駆動素子を対応して制御することにより、ミラープレート等のマイクロメカニカル素子の機能素子の動的変形に対して積極的に影響を与えかつ／またはこれを減らすことも可能である。
【００９３】
本発明の他の実施例においては、動作原理を逆転させることにより、（マイクロメカニカル素子の機能素子の）構造の偏向を時間分解検出することができる。たとえば、これは、圧電効果または逆圧電効果であってもよい。そして、圧電駆動素子を圧電センサ素子として使用してもよい。
【００９４】
本発明のいくつかの実施例において、たとえば動的変形を抑えるために使用する構造（保持素子）がすでに存在する場合には、保持素子内に駆動素子を統合することにより、追加のスペースは不要かまたは必要でも非常に少ないスペースで済む。
【００９５】
本発明の他の実施例においては、逆圧電効果を適用する。結果として、ドライブの電力損失が非常に少なくなる。流れる電力は、たとえば電極を再ロードするための変位電流のみである。
【００９６】
本発明のいくつかの実施例においては、必要な駆動電圧は、たとえば静電ドライブに比べて小さい（数十ボルトまでの範囲）。
【００９７】
本発明の他のいくつかの実施例においては、アクチュエータ（逆圧電効果）およびセンサ（圧電効果）として、統合された圧電変換器構造の時間置換利用が可能である。
【００９８】
本発明の他の実施例においては、静電および共振ドライブ（方形電気励起電圧の場合が多い）に比べて、純粋に高調波電圧曲線で励起を実行し得る。これにより、発振系（マイクロメカニカル素子）は、線形振動子に相当することになる。また、機械的共振周波数ｆｍに合わせた電気共振周波数ｆｅ、すなわちｆｍ＝ｆｅで、電気共振回路により駆動電圧を発生させることができる。結果として、電気的駆動回路の消費電力を明確に抑えることができる。
【００９９】
本発明のいくつかの実施例は、記載の構造の統合（保持素子からなる構成）、すなわち、可傾式ジオメトリ（ミラープレート等）の対向する側に配設されるばね素子からなるサスペンション等に関連し、かつ熱機械的または圧電アクチュエータ（駆動素子）を、ドライブとして、統合された位置センサシステムとして、１次元ねじり発振器（１Ｄ傾斜ミラー等）、二次元ねじり発振器（２Ｄ傾斜ミラー等）、（準）静電偏向可能傾斜ミラー等の共振または非共振マイクロシステム（マイクロメカニカル素子）内に含めて、サスペンションのばね率（周波数同調、周波数一致等）に影響を与えるか、またはミラープレート等のマイクロメカニカル素子の機能素子の動的変形を積極的に抑える。
【０１００】
本発明のいくつかの実施例においては、ミラープレート等のマクロメカニカル素子の機能素子の動的変形を抑えるための構造（保持素子）を、同時に駆動素子を収納するために使用してもよい。その結果、ドライブに新たな空間が不要となる。
【０１０１】
本発明の他の実施例において、この構造（駆動素子の統合）の実現は、分布ばねの梁構造（保持素子）のいくつかまたは全部内において実現されてもよい。
【０１０２】
本発明の他のいくつかの実施例においては、（ドライブの）構造は、１つまたは２つの独立のドライブ（駆動素子）を用いて実現してもよい。その結果、異なる駆動素子の反対の動きが可能となり、その結果、たとえば回転動作が可能になる。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施例においては、熱機械的効果、圧電効果、ピエゾ磁気効果、電気歪み効果または磁気歪み効果を、アクチュエータとして活性な素子（ドライブ、駆動素子）のために使用する。
【０１０４】
本発明の他のいくつかの実施例においては、機械的共振周波数に適合する電気的共振回路を、共振駆動された装置の高調波電圧または電流を与えるために使用する。
【０１０５】
本発明の他の実施例においては、圧電機能層を含む構造を、時間的に連続した態様で、アクチュエータおよびセンサとして使用してもよい。
【０１０６】
本発明のいくつかの実施例は、マイクロメカニカル素子に関連し、いくつかの構造（保持素子）は、圧電機能層で実現され、いくつかはドライブとして構成され、かつまた１つまたは複数の構造がセンサとして構成される。
【０１０７】
本発明の他のいくつかの実施例は、１Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ等、顕微鏡において、またレーザディスプレイ、レーザプリンタもしくはレーザイルミネータ等のデータ出力において、または圧力センサ、加速センサもしくは粘度センサを使用してのデータ取得に対する、分布ばねおよび統合されたアクチュエータ構造を備えるマイクロメカニカル装置の可能な応用に関する。
【０１０８】
本発明の他の実施例は、マイクロメカニカル素子およびマイクロメカニカル素子の制御手段に関連し、同制御手段は、マイクロメカニカル素子の駆動素子の電気励起を制御するよう構成される。この場合、たとえば駆動素子の電気励起を、マイクロメカニカル素子の機能素子の検出された位置または動きの状態に基づき適合させてもよい。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施例において、保持素子は、ばね素子として実現される。たとえば、それらはねじりばねや梁ばねであってもよい。梁ばね内または上に駆動素子を配設することにより、たとえばこの保持素子のばね定数に積極的に影響を与えてもよい。
【０１１０】
本発明の他の実施例においては、マイクロメカニカル素子の機能素子の位置または動きの状態を、複数のセンサ素子の変形検出により決定してもよく、かつ機能素子の動的変形を、決定された複数の位置または動きの状態に基づき決定してもよい。決定された機能素子の動的変形に基づき、駆動素子の電気励起を適合して、たとえば、機能素子の動的変形を抑えるようにしてもよい。
【０１１１】
本発明のいくつかの実施例においては、回転軸を中心とする回転動作または並進運動は、マイクロメカニカル素子の保持素子内または上の統合された駆動素子により行ってもよく、保持素子の接合は、機能素子と同じ平面にあり、かつ並進運動は、この平面に直角をなす方向に実行される。
【０１１２】
本発明の他の実施例において、機能素子の監視の感度および／または精度を、いくつかのセンサ素子を用いることによって向上させてもよい。このため、センサ素子を直列に接続してもい。いくつかのセンサ素子を１つの保持素子の上および／または様々な保持素子の上に配設してもよい。
【０１１３】
本出願においては、同じまたは類似する機能特性を含むものおよび機能単位については、一部同じ参照番号を使用する。
【０１１４】
特に、状況に応じて、発明の構成は、ソフトウェアで実現してもよい点に留意されたい。特に、それぞれの方法を実行するよう、プログラマブルなコンピュータ系と協働し得る、電気的に読み出し可能な制御信号を有するディスクまたはＣＤ等のデジタル記憶媒体上で実現してもよい。したがって、一般には、本発明は、機械で読み出し可能なキャリア上に記憶され、コンピュータ上で実行されて、発明の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品においても実現される。言い換えれば、本発明は、同コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、同方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムとして実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図２】駆動素子のさまざまな配列およびそれぞれの保持素子の可能な変形状態を示す模式図である。
【図３】圧電駆動素子の模式図である。
【図４】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図５】マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサの模式図である。
【図６】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図７】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図８】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図９】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図１０】マイクロメカニカル素子の模式図である。
【図１１】マイクロメカニカル素子を監視するための統合されたセンサを有するマイクロメカニカル素子の模式図である。
【図１２】マイクロメカニカル素子の使用方法のフロー図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００ マイクロメカニカル素子
１１０ 機能素子
１２０ 保持素子
１２２ 接合
１２４ 駆動素子
４１０ 可動機能素子
５００ センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメカニカル素子であって、
可動機能素子と、
第１の保持素子と、
第２の保持素子と、
第３の保持素子と、
第４の保持素子とを備え、
第１の保持素子および機能素子は、第１の接合で接続され、
第２の保持素子および機能素子は、第２の接合で接続され、
第３の保持素子および機能素子は、第３の接合で接続され、
第４の保持素子および機能素子は、第４の接合で接続され、
第１の保持素子および第２の保持素子は、各々圧電駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子は、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【請求項２】
機能素子が、少なくとも１つの対称軸を含む形状を呈し、かつ第１の接合が、対称軸に関して第３の接合に対称に配設され、第２の接合が、対称軸に関して第４の接合に対称に配設される、請求項１に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項３】
新たな保持素子をさらに備え、その新たな保持素子が、新たな接合で機能素子に接続され、いずれの場合も、２つの新たな接合が対称軸に関して相互に対称かまたは第１の対称軸に直角をなす新たな対称軸に関して相互に対称に配設されて、動きに際しての機能素子の動的変形を抑えるようになっている、請求項１または２に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項４】
第１の保持素子が、機能素子の動きに際して変形し、第１の保持素子の駆動素子が、センサ素子として使用されかつ保持素子の変形を検出するよう構成され、それにより検出された変形に基づき、機能素子の位置まはたは動きの状態を検出できる、請求項１から３のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項５】
制御手段さらに備え、この制御手段が駆動素子の電気励起を制御するよう構成され、かつ機能素子の検出された位置または動きの状態に基づき駆動素子の電気励起を適合させるよう構成される、請求項１から４のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項６】
制御手段が、複数の検出位置または動きの状態に基づき、機能素子の動的変形を決定し、かつ駆動素子の電気励起を適合させて、機能素子の動的変形を抑えるように構成される、請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項７】
制御手段が、電気共振回路を含みかつ機能素子の固有周波数に電気共振回路の周波数を適合させるよう構成され、電気共振回路の適合された周波数に基づき、駆動素子の電気励起が行われる、請求項５または６に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項８】
第１の保持素子が、ばね素子であり、かつ第１の保持素子の駆動素子が、第１の保持素子のばね定数に影響を与えるよう構成される、請求項１から７のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項９】
保持素子がセンサ素子を含み、センサ素子が保持素子の変形を検出するよう構成される、請求項１から８のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１０】
マイクロメカニカル素子であって、
可動機能素子と、
第１の保持素子と、
第２の保持素子と、
第３の保持素子と、
第４の保持素子とを備え、
第１の保持素子および機能素子が第１の接合で接続され、
第２の保持素子および機能素子が第２の接合で接続され、
第３の保持素子および機能素子が第３の接合で接続され、
第４の保持素子および機能素子が第４の接合で接続され、
第１から第４の接合が、１平面内に存在し、第１の接合が、対称軸に関して第３の接合と対称に配設され、第２の接合が、対称軸に関して第４の接合と対称に配設され、第１から第４の保持素子の各々が、少なくとも１部分で、対称軸に対して平行に延在し、
第１の保持素子および第２の保持素子が各々駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、励起によって機能素子を動かすよう構成される、マイクロメカニカル素子。
【請求項１１】
第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、圧電駆動素子、ピエゾ磁気駆動素子、熱機械的駆動素子、電気歪駆動素子または磁気歪駆動素子である、請求項１０に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１２】
新たな保持素子を含み、これら新たな保持素子が、新たな接合で、機能素子に接続され、各々の場合、２つの新たな接合が対称軸に関して相互に対称に配設されるかまたは第１の対称軸に直角をなす新たな対称軸に関して相互に対称に配設され、動きに際して機能素子の動的変形を抑えるようになっている、請求項１０または１１に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１３】
第１の保持素子が、機能素子の動きに際して変形し、第１の保持素子の駆動素子がセンサとして使用され、かつ保持素子の変形を検出するよう構成され、検出された変形に基づき、機能素子の位置または動きの状態を決定できるようになっている、請求項１０から１２のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１４】
制御手段をさらに備え、この制御手段が駆動素子の電気励起を制御するよう構成され、かつ機能素子の検出位置または動きの状態に基づき駆動素子の電気励起を適合させるよう構成される、請求項１０から１３のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１５】
制御素子が、複数の検出位置または動きの状態に基づき、機能素子の動的変形を決定し、かつ駆動素子の電気励起を適合させて、機能素子の動的変形を抑えるよう構成される、請求項１４に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１６】
制御手段が、電気共振回路を含みかつ機能素子の固有周波数に、電気共振回路の周波数を適合させるよう構成され、駆動素子の励起が、電気共振回路の適合後の周波数に基づき行われる、請求項１４または１５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１７】
第１の保持素子がばね素子であり、かつ第１の保持素子の駆動素子が、第１の保持素子のばね定数に影響を与えるよう構成される、請求項１０から１６のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１８】
保持素子がセンサ素子を含み、センサ素子が、保持素子の変形を検出するよう構成される、請求項１０から１７のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１９】
第１の駆動素子と第２の駆動素子が、第１の保持素子および第２の保持素子を曲げるよう構成される、請求項１から１５のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項２０】
マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサであって、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と保持素子とを備え、接合で、保持素子が機能素子に接続され、かつ保持素子が機能素子の動きに際して変形され、センサが、
センサ素子を備え、このセンサ素子が保持素子内または上に配設され、かつ保持素子の変形を検出して、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きの監視を可能にするよう構成される、センサ。
【請求項２１】
保持素子の検出された変形に基づき機能素子の位置または動きの状態を決定するよう構成される、請求項２０に記載のマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ。
【請求項２２】
センサ素子が圧電センサ素子であり、かつ駆動素子として使用され、電気励起によって、機能素子を動かすように構成される、請求項２０または２１に記載のマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ。
【請求項２３】
新たな保持素子を備え、この保持素子が、駆動素子を含み、この駆動素子が励起によって機能素子を動かすよう構成される、請求項２０から２２のいずれかに記載のセンサ。
【請求項２４】
マイクロメカニカル素子が、１Ｄねじり発振器、２Ｄねじり発振器、準静的偏向可能傾斜ミラー、１Ｄスキャナ、または２Ｄスキャナとして使用されるかまたは顕微鏡、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、レーザイルミネータ、圧力センサ、加速センサまたは粘度センサにおいて使用されるよう構成される、請求項１から１８のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項２５】
センサ素子が、１Ｄねじり発振器、２Ｄねじり発振器、準静的偏向可能傾斜ミラー、１Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ、顕微鏡、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、圧力センサ、加速センサまたは粘度センサにおいて使用されるよう構成される、請求項２０または２１のいずれかに記載のセンサ。
【請求項２６】
マイクロメカニカル素子を操作する方法であって、
マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と、第１の保持素子と、第２の保持素子と、第３の保持素子と、第４の保持素子とを備え、第１の保持素子および機能素子が、第１の接合で接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で接続され、第４の保持素子および機能素子が、第４の接合で接続され、第１の保持素子および第２の保持素子が、各々圧電駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、電気励起によって機能素子を動かすよう構成され、方法が、
第１の保持素子の駆動素子の部分上および第２の保持素子の駆動素子の部分上で、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子の電気励起によって、機能素子の動きを励起させるステップを含む、方法。
【請求項２７】
第１の保持素子が、機能素子の動きに際して変形され、かつ第１の保持素子の駆動素子が、センサ素子として使用されるよう構成され、方法がさらに、
第１の保持素子の駆動素子の部分上の機能素子の動きの励起を中断するステップと、
検出された変形に基づき、機能素子の位置または動きの状態の決定を可能にするよう、第１の保持素子の駆動素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップとを含む、請求項の２６に記載のマイクロメカニカル素子の操作方法。
【請求項２８】
マイクロメカニカル素子が、駆動素子の電気励起を制御するよう構成される制御手段を備え、方法が、
機能素子の検出された位置または動きの状態に基づき駆動素子の電気励起を制御するステップをさらに含む、請求項２７に記載のマイクロメカニカル素子の操作方法。
【請求項２９】
制御手段が電気共振回路を含み、方法がさらに、
電気共振回路の周波数を機能素子の固有周波数に適合させるステップをさらに含み、駆動素子の電気励起が、電気共振回路の周波数に基づき行われる、請求項２８に記載のマイクロメカニカル素子の操作方法。
【請求項３０】
マイクロメカニカル素子の監視方法であって、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子および保持素子を備え、保持素子が、接合で機能素子に接続され、かつ保持素子が機能素子の動きに際して変形され、方法が、
センサ素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップを含み、センサ素子が、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きを監視するよう保持素子内まはた上に配設される、方法。
【請求項３１】
機能素子の位置または動きの状態を、検出された変形に基づき決定する、請求項３０に記載のマイクロメカニカル素子の監視方法。
【請求項３２】
機能素子の動きの励起を、検出された変形に基づき制御する、請求項３０または３１に記載のマイクロメカニカル素子の監視方法。
【請求項３３】
マイクロメカニカル素子が、電気共振回路を含み、方法が、
電気共振回路の周波数を検出した変形に基づき機能素子の固有周波数に適合させるステップをさらに含み、マイクロメカニカル素子の駆動素子の電気励起が、電気共振回路の周波数に基づき行われる、請求項３０から３２のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子の監視方法。
【請求項３４】
コンピュータまたはマイクロコントローラ上で実行され、請求項２６または３０に記載の方法を実施するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
【請求項３５】
マイクロメカニカル素子の機械的固有共振に影響を与える方法であって、
マイクロメカニカル素子の機械的固有共振に影響を与えるよう、保持素子に統合される駆動素子の部分上のマイクロメカニカル素子の保持素子の剛性に影響を与えるステップを含む、方法。
【請求項１】
マイクロメカニカル素子であって、
可動機能素子と、
第１の保持素子と、
第２の保持素子と、
第３の保持素子と、
第４の保持素子とを備え、
第１の保持素子および機能素子は、第１の接合で接続され、
第２の保持素子および機能素子は、第２の接合で接続され、
第３の保持素子および機能素子は、第３の接合で接続され、
第４の保持素子および機能素子は、第４の接合で接続され、
第１の保持素子および第２の保持素子は、各々圧電駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子は、電気励起により機能素子を動かすよう構成される。
【請求項２】
機能素子が、少なくとも１つの対称軸を含む形状を呈し、かつ第１の接合が、対称軸に関して第３の接合に対称に配設され、第２の接合が、対称軸に関して第４の接合に対称に配設される、請求項１に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項３】
新たな保持素子をさらに備え、その新たな保持素子が、新たな接合で機能素子に接続され、いずれの場合も、２つの新たな接合が対称軸に関して相互に対称かまたは第１の対称軸に直角をなす新たな対称軸に関して相互に対称に配設されて、動きに際しての機能素子の動的変形を抑えるようになっている、請求項１または２に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項４】
第１の保持素子が、機能素子の動きに際して変形し、第１の保持素子の駆動素子が、センサ素子として使用されかつ保持素子の変形を検出するよう構成され、それにより検出された変形に基づき、機能素子の位置まはたは動きの状態を検出できる、請求項１から３のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項５】
制御手段さらに備え、この制御手段が駆動素子の電気励起を制御するよう構成され、かつ機能素子の検出された位置または動きの状態に基づき駆動素子の電気励起を適合させるよう構成される、請求項１から４のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項６】
制御手段が、複数の検出位置または動きの状態に基づき、機能素子の動的変形を決定し、かつ駆動素子の電気励起を適合させて、機能素子の動的変形を抑えるように構成される、請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項７】
制御手段が、電気共振回路を含みかつ機能素子の固有周波数に電気共振回路の周波数を適合させるよう構成され、電気共振回路の適合された周波数に基づき、駆動素子の電気励起が行われる、請求項５または６に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項８】
第１の保持素子が、ばね素子であり、かつ第１の保持素子の駆動素子が、第１の保持素子のばね定数に影響を与えるよう構成される、請求項１から７のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項９】
保持素子がセンサ素子を含み、センサ素子が保持素子の変形を検出するよう構成される、請求項１から８のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１０】
マイクロメカニカル素子であって、
可動機能素子と、
第１の保持素子と、
第２の保持素子と、
第３の保持素子と、
第４の保持素子とを備え、
第１の保持素子および機能素子が第１の接合で接続され、
第２の保持素子および機能素子が第２の接合で接続され、
第３の保持素子および機能素子が第３の接合で接続され、
第４の保持素子および機能素子が第４の接合で接続され、
第１から第４の接合が、１平面内に存在し、第１の接合が、対称軸に関して第３の接合と対称に配設され、第２の接合が、対称軸に関して第４の接合と対称に配設され、第１から第４の保持素子の各々が、少なくとも１部分で、対称軸に対して平行に延在し、
第１の保持素子および第２の保持素子が各々駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、励起によって機能素子を動かすよう構成される、マイクロメカニカル素子。
【請求項１１】
第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、圧電駆動素子、ピエゾ磁気駆動素子、熱機械的駆動素子、電気歪駆動素子または磁気歪駆動素子である、請求項１０に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１２】
新たな保持素子を含み、これら新たな保持素子が、新たな接合で、機能素子に接続され、各々の場合、２つの新たな接合が対称軸に関して相互に対称に配設されるかまたは第１の対称軸に直角をなす新たな対称軸に関して相互に対称に配設され、動きに際して機能素子の動的変形を抑えるようになっている、請求項１０または１１に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１３】
第１の保持素子が、機能素子の動きに際して変形し、第１の保持素子の駆動素子がセンサとして使用され、かつ保持素子の変形を検出するよう構成され、検出された変形に基づき、機能素子の位置または動きの状態を決定できるようになっている、請求項１０から１２のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１４】
制御手段をさらに備え、この制御手段が駆動素子の電気励起を制御するよう構成され、かつ機能素子の検出位置または動きの状態に基づき駆動素子の電気励起を適合させるよう構成される、請求項１０から１３のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１５】
制御素子が、複数の検出位置または動きの状態に基づき、機能素子の動的変形を決定し、かつ駆動素子の電気励起を適合させて、機能素子の動的変形を抑えるよう構成される、請求項１４に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１６】
制御手段が、電気共振回路を含みかつ機能素子の固有周波数に、電気共振回路の周波数を適合させるよう構成され、駆動素子の励起が、電気共振回路の適合後の周波数に基づき行われる、請求項１４または１５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１７】
第１の保持素子がばね素子であり、かつ第１の保持素子の駆動素子が、第１の保持素子のばね定数に影響を与えるよう構成される、請求項１０から１６のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１８】
保持素子がセンサ素子を含み、センサ素子が、保持素子の変形を検出するよう構成される、請求項１０から１７のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１９】
第１の駆動素子と第２の駆動素子が、第１の保持素子および第２の保持素子を曲げるよう構成される、請求項１から１５のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項２０】
マイクロメカニカル素子を監視するためのセンサであって、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と保持素子とを備え、接合で、保持素子が機能素子に接続され、かつ保持素子が機能素子の動きに際して変形され、センサが、
センサ素子を備え、このセンサ素子が保持素子内または上に配設され、かつ保持素子の変形を検出して、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きの監視を可能にするよう構成される、センサ。
【請求項２１】
保持素子の検出された変形に基づき機能素子の位置または動きの状態を決定するよう構成される、請求項２０に記載のマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ。
【請求項２２】
センサ素子が圧電センサ素子であり、かつ駆動素子として使用され、電気励起によって、機能素子を動かすように構成される、請求項２０または２１に記載のマイクロメカニカル素子を監視するためのセンサ。
【請求項２３】
新たな保持素子を備え、この保持素子が、駆動素子を含み、この駆動素子が励起によって機能素子を動かすよう構成される、請求項２０から２２のいずれかに記載のセンサ。
【請求項２４】
マイクロメカニカル素子が、１Ｄねじり発振器、２Ｄねじり発振器、準静的偏向可能傾斜ミラー、１Ｄスキャナ、または２Ｄスキャナとして使用されるかまたは顕微鏡、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、レーザイルミネータ、圧力センサ、加速センサまたは粘度センサにおいて使用されるよう構成される、請求項１から１８のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項２５】
センサ素子が、１Ｄねじり発振器、２Ｄねじり発振器、準静的偏向可能傾斜ミラー、１Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ、顕微鏡、レーザディスプレイ、レーザプリンタ、圧力センサ、加速センサまたは粘度センサにおいて使用されるよう構成される、請求項２０または２１のいずれかに記載のセンサ。
【請求項２６】
マイクロメカニカル素子を操作する方法であって、
マイクロメカニカル素子が、可動機能素子と、第１の保持素子と、第２の保持素子と、第３の保持素子と、第４の保持素子とを備え、第１の保持素子および機能素子が、第１の接合で接続され、第２の保持素子および機能素子が、第２の接合で接続され、第３の保持素子および機能素子が、第３の接合で接続され、第４の保持素子および機能素子が、第４の接合で接続され、第１の保持素子および第２の保持素子が、各々圧電駆動素子を含み、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子が、電気励起によって機能素子を動かすよう構成され、方法が、
第１の保持素子の駆動素子の部分上および第２の保持素子の駆動素子の部分上で、第１の保持素子の駆動素子および第２の保持素子の駆動素子の電気励起によって、機能素子の動きを励起させるステップを含む、方法。
【請求項２７】
第１の保持素子が、機能素子の動きに際して変形され、かつ第１の保持素子の駆動素子が、センサ素子として使用されるよう構成され、方法がさらに、
第１の保持素子の駆動素子の部分上の機能素子の動きの励起を中断するステップと、
検出された変形に基づき、機能素子の位置または動きの状態の決定を可能にするよう、第１の保持素子の駆動素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップとを含む、請求項の２６に記載のマイクロメカニカル素子の操作方法。
【請求項２８】
マイクロメカニカル素子が、駆動素子の電気励起を制御するよう構成される制御手段を備え、方法が、
機能素子の検出された位置または動きの状態に基づき駆動素子の電気励起を制御するステップをさらに含む、請求項２７に記載のマイクロメカニカル素子の操作方法。
【請求項２９】
制御手段が電気共振回路を含み、方法がさらに、
電気共振回路の周波数を機能素子の固有周波数に適合させるステップをさらに含み、駆動素子の電気励起が、電気共振回路の周波数に基づき行われる、請求項２８に記載のマイクロメカニカル素子の操作方法。
【請求項３０】
マイクロメカニカル素子の監視方法であって、マイクロメカニカル素子が、可動機能素子および保持素子を備え、保持素子が、接合で機能素子に接続され、かつ保持素子が機能素子の動きに際して変形され、方法が、
センサ素子の部分上の保持素子の変形を検出するステップを含み、センサ素子が、マイクロメカニカル素子の機能素子の動きを監視するよう保持素子内まはた上に配設される、方法。
【請求項３１】
機能素子の位置または動きの状態を、検出された変形に基づき決定する、請求項３０に記載のマイクロメカニカル素子の監視方法。
【請求項３２】
機能素子の動きの励起を、検出された変形に基づき制御する、請求項３０または３１に記載のマイクロメカニカル素子の監視方法。
【請求項３３】
マイクロメカニカル素子が、電気共振回路を含み、方法が、
電気共振回路の周波数を検出した変形に基づき機能素子の固有周波数に適合させるステップをさらに含み、マイクロメカニカル素子の駆動素子の電気励起が、電気共振回路の周波数に基づき行われる、請求項３０から３２のいずれかに記載のマイクロメカニカル素子の監視方法。
【請求項３４】
コンピュータまたはマイクロコントローラ上で実行され、請求項２６または３０に記載の方法を実施するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
【請求項３５】
マイクロメカニカル素子の機械的固有共振に影響を与える方法であって、
マイクロメカニカル素子の機械的固有共振に影響を与えるよう、保持素子に統合される駆動素子の部分上のマイクロメカニカル素子の保持素子の剛性に影響を与えるステップを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１３４４３２（Ｐ２０１０−１３４４３２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２２５１８４（Ｐ２００９−２２５１８４）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（５９７１５９７６５）フラウンホーファーゲゼルシャフト ツール フォルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシユング エー．フアー． (68)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２５１８４（Ｐ２００９−２２５１８４）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（５９７１５９７６５）フラウンホーファーゲゼルシャフト ツール フォルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシユング エー．フアー． (68)
【Ｆターム（参考）】
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