[发明专利]用于悬挂可偏转的微型机械元件的扭力弹簧元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种扭力弹簧元件，其用于悬挂诸如可围绕旋转轴线枢 转的反射元件之类的可偏转的微型机械元件。就此而论，这种枢转能以 摆动的方式在两个具有预设旋转角的换向点之间进行。该枢转运动可通 过静电驱动，或者以本身已知的方式利用不同的物理原理来驱动。

背景技术

为了保证驱动所需要的能量尽可能地低，这样的系统经常在保持共 振条件被驱动。在这一点上，就必须注意到该系统的固有共振。这取决 于多个参数。除自重之外，还必须考虑弹簧元件的弹簧特性和相应的偏 转。在驱动功率恒定的情况下，当驱动器采用共振频率时，能够得到比 驱动频率与共振频率不同的情况大得多的偏转。在该方面的出现的其他 的问题将在下文中予以指出。

使用具有线性弹簧特性的弹簧元件来悬挂这种可偏转的微型机械 元件。这也是系统中的示例，这些系统利用了由H.Schenk在“用于光 的一维和二维偏转的创新微型驱动器”中描述的也称之为“面外电极刷 (electrode comb)”的驱动原理，该文献是杜伊斯堡的德国杜依斯堡综 合大学的2000年的学位论文。

出现滞后效应，并且还必须注意到，在正常情况下，仅利用超出共 振频率(固有频率)的驱动频率用于保持共振条件。这种操作不能由较 小的驱动频率所得到。如果没有达到共振频率，这种状态就会消失，并 仅能在显著高于共振频率的驱动频率(通常为共振频率的四倍)下才能 再次启动。在相应于双倍的共振频率的驱动频率下，可以进行具有共振 条件永久操作。

出于此目的需要严格的规则，其中，还必须要考虑相位。

但是，不能频繁使用微型机械元件最大的可能偏转，这是由于在处 于共振频率附近的运转中存在风险，即在驱动频率的较低波动时振荡偏 转就已经被破坏了。还必须注意到，最大偏转(振幅)的稳定性在极大 程度上取决于位于共振频率附近的相应的驱动频率。由此，驱动频率在 该范围中的较小变化导致了变化相当大的偏转。

在应该在共振条件下运转的这种系统中，努力避免对共振频率的影 响，其在运转中导致共振频率变化。这适用于相应的偏转的影响和所使 用的弹簧元件的弹簧特性，该弹簧元件应至少在工作范围中具有线性的 弹簧特性。利用不同弹簧特性，共振频率的变化同样取决于相应的偏转， 这导致在增大偏转时在递减的弹簧特性的情况下，朝较小的共振频率方 向移动，并在递增的弹簧特性情况下，朝较大的共振频率方向移动。

还应考虑称为“吸附”的效应，该效应不利地具有这样的结果，即 不能利用最大的可能偏转来可靠地避免对这样一种系统造成机械损伤。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于悬挂可偏转的微型机械元件的 扭力弹簧元件，它相对于已知的弹性元件，可在运转中获得改进的特性。

根据本发明该目的是通过权利要求1所述的扭力弹簧元件得以实 现。通过利用在从属权利要求中指出的特征，可实现本发明的有利实施 例和进一步的发展。

根据本发明的扭力弹簧元件制成为，使得它们沿其纵向轴线方向具 有变化的几何形状，从而具有非线性的弹簧特性。

在这方面，纵向轴线定向在夹具或支架和可偏转的微型元件之间， 该可偏转的微型元件由至少一个扭力弹簧元件保持。

在这方面，根据本发明的扭力弹簧元件可具有沿纵向轴线方向定向 的直线区域，以及该直线区域结合到其中的叉/分支。因而，这种扭力 弹簧元件可至少大致形成“Y”型。

在这种扭力弹簧元件上的一个或多个叉/分支制成具有肢的V型或 U型。这些肢在它们的外端面上连接至可偏转的元件或连接至支架/夹 具。

在叉/分支上可以构成至少两个肢。当然，还可存在多于两个的肢。 这些肢又通过例如制成横向腹板形式的部分来连接。

叉/分支的肢可以是直线形的。它们还可彼此平行或平行于纵向轴线 定向。

叉/分支的肢也可以是弯曲的。

在扭力弹簧元件上形成的叉/分支应该相对于纵向轴线对称。

根据本发明的扭力弹簧元件的可能的实施例在至少在一个端面处 形成三角形，其连接于直线形的区域。

在扭力弹簧元件的端面上形成的叉/分支可具有不同于彼此的形状， 并需要时可直接彼此连接，以致在该扭力弹簧元件上，不必存在沿纵向 轴线方向定向的直线形区域。