WO2007121692A1 - Oszillierend auslenkbares mikromechanisches element und verfahren zum betreiben des elementes - Google Patents

Oszillierend auslenkbares mikromechanisches element und verfahren zum betreiben des elementes Download PDF

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Alexander Wolter
Thilo Sandner
Christian Drabe
Thomas Klose
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/0078—Constitution or structural means for improving mechanical properties not provided for in B81B3/007 - B81B3/0075
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
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    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0109—Bridges

Definitions

  • the invention relates to an oscillating deflectable micromechanical elements as well as a 'method for operating such elements.
  • spring-mass oscillators are often used as oscillators.
  • movably mounted and earthy elements are held with one or more spring elements.
  • the spring elements cause restoring forces in the direction of the rest position of the deflected elements.
  • the oscillating deflection between two reversal points can be initiated with alternating electrical voltage.
  • the resonance frequency of an oscillating deflected element can be taken into account and used for a maximum deflection achievable with reduced power.
  • the drive is therefore often at least near a resonant frequency.
  • the procedure is such that the oscillation is started by means of a sequence of voltage pulses having a frequency of the order of four times the mechanical resonance frequency.
  • an electrical alternating voltage with a frequency which corresponds to twice the resonance frequency is then used.
  • the resonance frequency is a basic quantity for the design of oscillating elements / systems which are to be operated at resonance. Only minor deviations are allowed. It is therefore desirable to keep the dependence of the frequency of other variables, such as the respective deflection as small as possible. Therefore, spring elements with a linear spring characteristic are used in order to avoid a changing resonance frequency.
  • this object is achieved with elements which are designed according to claim 1. Operation may be by a method according to claim 10. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be achieved with features designated in the subordinate claims.
  • the micromechanical elements according to the invention are held by means of at least one spring element. The oscillating deflection between two reversal points can be achieved with an electrical alternating voltage.
  • the one or more spring element (s) has / have a non-linear spring characteristic, wherein ' the selection of the respective non-linearity can be made for the respective concrete application.
  • the respective mechanical natural resonance frequency changes with different deflections.
  • This can be specifically exploited, for example, to be able to achieve the greatest possible deflection with low drive energy by utilizing the mechanical self-resonance frequency.
  • a frequency for driving the deflection can be set specifically, which leads to self-resonance at a certain deflection. This can be achieved at several frequencies and then with respectively corresponding deflection of an element. This advantage can, as will be explained below, be exploited.
  • the oscillating deflection can be translational and / or rotational, that is, in the form of a pivoting with angular amounts about an axis of rotation. It can be obtained in a conventional manner with electrostatic forces or capacitive ways.
  • the spring characteristic of spring elements may be degressive and / or progressive, taking into account the combination of degressive and progressive behavior as a function of the respective deflection can be. For example, degressive behavior may be present for small deflections and progressive behavior for larger deflections.
  • the deviation of the spring characteristic from the non-linearity should be at least 5%.
  • Non-linearity should be achieved at least in one area of the respective deflection. This can be, for example, after reaching a certain deflection, a progressive spring behavior.
  • the frequency of the electrical alternating voltage with which the oscillating deflection is to be effected should be controllable and also be able to be determined for an evaluation or a detection of measured variables, which will be referred to below.
  • micromechanical elements according to the invention can be formed and used in different forms. So they can be designed as a micromirror (scanner mirror), as a clock or sensor elements.
  • pressures or viscosities of fluids in which the respective element is arranged can be determined.
  • damping behavior the achievable deflection and the frequency of the alternating electrical voltage change.
  • the change in frequency can be determined relatively easily, with little effort and small error and evaluated as a measure of the respective pressure or the viscosity of the fluid (gas).
  • accelerations that are based on a act inventive element be determined.
  • the acceleration can have a linear effect or can also be considered as angular acceleration.
  • an acceleration acting in the direction of the deflection can lead to a displacement of the rest position (center position between reversal points).
  • a spring element with progressive spring characteristic thereby also increases the frequency of the oscillating deflection. The change in frequency can thus be used as a measure of the acting acceleration.
  • a surface can be provided, at least in some areas, with an adhesive coating to which specific substances can adhere, so that the mass increases.
  • Increasing the mass reduces the frequency, which leads to an increase in the deflection and, as a result, to a further reduction in the frequency with increased measuring sensitivity.
  • a de- sitive spring behavior is favorable.
  • errors may be due to changing environmental conditions, e.g. Temperature or atmospheric pressure infoge of the deviating time constants are recognized and taken into account in an evaluation, since such pressures and temperatures change much slower than z.
  • B is an acceleration.
  • the elements according to the invention can also be used as clocks with controlled frequency.
  • There- in the resonance frequency can be changed by changing the deflection, which can be achieved for example by changing the electrical voltage, and so set a specific clock frequency.
  • the invention can also be used to influence the oscillating deflection so that an oscillating deflection deviating from a sinusoidal shape can be achieved.
  • spring elements whose spring characteristic is degressive, an almost triangular deflection movement between reversal points and, in the case of spring elements with a progressive spring characteristic, an almost triangular deflection movement can be achieved.
  • the latter deflection movement can advantageously be operated micromirrors for display applications, since a reversal point of such a vibration is not available.
  • the invention can also be used for data acquisition, in addition to scanners in microscopy, for data output in laser displays, in laser printers or laser exposure.
  • An application is also possible in Fourier spectrometers, for path length modulation or the manipulation of electromagnetic radiation.
  • usable spring elements can be formed by juxtaposed differently shaped and dimensioned individual elements and form quasi a series circuit.
  • bending or torsion beams can be combined with other shapes.
  • Such a beam may for example be formed on one or both end faces with a branch, such as a fork.
  • a branch such as a fork.
  • areas on such a partially bar-shaped spring element can act on their orientation from the Deviate longitudinal axis of the bar-shaped part.
  • spring elements can also be designed so that the part which acts on the oscillatingmenlenkenden E- lement and the side which is stored or clamped firmly, are designed differently.
  • Manufacturing tolerances for example, cause a corresponding natural resonant frequency can be better compensated. This has a particularly advantageous effect in the case of multidimensional deflection. As a rule, given the deflection by at least " two axes, certain frequency ratios must be maintained in order to allow deflections while maintaining resonance conditions.” However, if at least one mechanical natural resonance frequency deviates as a result of non-compliance with manufacturing tolerances, such an operation is not possible. However, this can be compensated with the invention because of the larger usable frequency range.
  • the invention is used for sensitive elements for the detection of physical quantities, their sensitivity can be increased.
  • FIG. 1 shows a diagram of the excitation frequency and deflection with consideration of the resonance frequency in the case of spring elements with a linear spring characteristic
  • Figure 2 is a diagram of the frequency and deflection of an element with spring elements having a linear spring characteristic and are deflected by means of out-of-plane Electrode Comb drive;
  • FIG. 3 shows a diagram of the resonant frequency which changes as a function of the deflection in the case of spring elements with a progressive spring characteristic
  • FIG. 4 shows a diagram of the resonant frequency which changes as a function of the deflection in spring elements with a progressive spring characteristic curve
  • FIG. 5 shows an example of design forms of spring elements that can be used in the invention.
  • FIG. 5 eight examples of possible embodiments of spring elements which can be used in the invention are shown.
  • a region aligned rectilinearly in the direction of the longitudinal axis is present.
  • the examples shown in the upper row have on one end face a bifurcation / branching, which is V-shaped or also U-shaped.
  • the example shown on the lower right-most row is made up of two directly connected bifurcations / branches, with one and the other is V-shaped.

Abstract

Die Erfindung betrifft oszillierend auslenkbare mikromechanische Element sowie ein Verfahren zum Betreiben solcher Elemente. Es ist dabei Aufgabe der Erfindung die mikromechanischen Elemente bei der oszillierenden Auslenkung unter Berücksichtigung der jeweiligen mechanischen Resonanzfrequenz stabil und einfach betreiben zu können. An erfindungsgemäßen Elementen ist mindestens ein Federelement vorhanden mit dem es gehalten ist. Es wird zwischen zwei Umkehrpunkten unter Einsatz einer elektrischen Wechselspannung ausgelenkt. Das eine oder mehrere Federelement(e) weist/weisen eine nicht lineare Federkennlinie auf, so dass sich eine in Abhängigkeit der jeweiligen Auslenkung eine veränderte mechanische Resonanzfrequenz ergibt.

Description

Oszillierend auslenkbares mikromechanisches Element und Verfahren zum Betreiben des Elementes
Die Erfindung betrifft oszillierend auslenkbare mikromechanische Elemente sowie ein' Verfahren zum Betreiben solcher Elemente.
In der Mikromechanik kommen häufig Feder-Masse- Schwinger als Oszillatoren zum Einsatz. Dabei sind beweglich gelagerte und massebehaftete Elemente mit einem oder auch mehreren Federelementen gehalten. Die Federelemente bewirken Rückstellkräfte in Richtung der Ruhelage der ausgelenkten Elemente. Die oszillierende Auslenkung zwischen zwei Umkehrpunkten kann mit elektrischer Wechselspannung initiiert werden. Hierbei kann die Resonanzfrequenz eines oszillierend ausgelenkten Elementes berücksichtigt und für eine mit reduzierter Leistung erreichbare maximale Auslenkung genutzt werden. Der Antrieb erfolgt daher häufig zumindest in der Nähe einer Resonanzfrequenz.
Problematisch ist dies beispielsweise bei einem An- triebskonzept, das als „Out-Of-Plane-Electrode-Comb" bezeichnet und von H. Schenk in „Ein neuartiger Mikroaktor zur ein- und zweidimensionalen Ablenkung von Licht"; Dissertation 2000; Gerhard-Mercator- Universität-Gesamthochschule-Duisburg beschrieben ist. Dabei treten neben einem Hysterese-Effekt auch weitere Nachteile auf. So können bei vorhandenen Federelementen mit linearer Federkennlinie für die oszillierende Auslenkung sinnvoll nur elektrische Wechselspannungen mit Frequenzen größer als die Resonanz- frequenz der auszulenkenden Elemente genutzt werden. Dies erhöht den Aufwand für die Steuerung einer solchen Auslenkung erheblich, da die Oszillation bei einer Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz zusammenbricht .
Beim Betrieb dieser bekannten Elemente wird so vorgegangen, dass mittels einer Folge von Spannungsimpulsen mit einer Frequenz in der Größenordnung des Vierfachen der mechanischen Resonanzfrequenz die Oszilla- tion gestartet. Im geregelten Betrieb wird dann eine elektrische Wechselspannung mit einer Frequenz, die dem Doppelten der Resonanzfrequenz entspricht genutzt.
Es ist zu beachten, dass die maximale Schwingungsamp- .litude nicht erreichbar ist, wenn die Frequenz ausgehend von niedrigeren Werten erhöht wird. Dies führt dazu, dass bei einer Oszillation mit maximaler Amplitude der Auslenkung jede kleinste Verringerung der Anregungsfrequenz zum Zusammenbruch der Oszillation führt. Demzufolge muss ein erneutes „Anfahren" mit erheblich höherer Anregungsfrequenz, wie vorab erwähnt durchgeführt werden.
Für einen stabilen Betrieb bei Resonanzbedingungen ist daher eine genaue Regelung von Frequenz und Phase erforderlich. Nur so kann stabil mit maximaler Auslenkung gearbeitet werden. Es ist ein entsprechend hoher Aufwand für die Regelung erforderlich.
Wird oder kann dies nicht erreicht werden, ist eine Nutzung der maximal möglichen Auslenkung nicht gegeben, da wie erwähnt geringe Abweichungen von der vorgegebenen Anregungsfrequenz (nämlich dem Doppelten der Resonanzfrequenz) zum Abbruch der Oszillation führen können. Zur Sicherung eines stabilen Betriebes muss daher die Auslenkung begrenzt werden, so dass eine maximal mögliche Auslenkung nicht genutzt werden kann.
Ein weiterer zu beachtender Punkt ist die Stabilität der Amplitude der Auslenkung. Sie hängt in der Nähe der Resonanzfrequenz ebenfalls von der Anregungsfrequenz ab. So kann eine kleine Änderung der Anregungsfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz zu einer erhöhten Zunahme der Amplitude führen.
Diese Zusammenhänge können mit den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Diagrammen besser verstanden werden.
Insbesondere bei mit kleiner Länge und linearer Federkennlinie eingesetzten Federelementen, die bei sehr hohen Frequenzen betrieben werden sollen, wird die maximale erreichbare Auslenkung begrenzt. So kann ein Element mit zwei geradlinigen Torsionsfederele- menten gehalten sein. Mit zunehmender Auslenkung also bei größeren Drehwinkeln werden die Torsionsfederele- rαente steifer und die Federkennlinie ist dann progressiv. Dies führt in Verbindung zu den vorher bezeichneten Nachteilen und bei ungeregeltem Betrieb dazu, dass die maximal mögliche Auslenkung nicht er- reicht werden kann. Durch das progressive Federverhalten erhöht sich die Resonanzfrequenz bei steigender Auslenkung. Der Frequenzgang beginnt sich also umzukehren, wie dies aus dem in Figur 3 gezeigten Diagramm hervorgeht. Die Frequenzerniedrigung beim Anfahren müsste ab einem bestimmten Amplituden- Frequenzverhältnis umgekehrt werden, was in einem ungeregelten Betrieb real nicht möglich ist.
Üblicherweise ist die Resonanzfrequenz eine Basisgrö- ße für die Auslegung von oszillierenden Elementen/Systemen, die bei Resonanz betrieben werden sollen/können. Es sind nur geringe Abweichungen zulässig. Man ist daher bestrebt die Abhängigkeit der Frequenz von anderen Größen, wie der jeweiligen Auslen- kung möglichst klein zu halten. Es werden daher Federelemente mit linearer Federkennlinie eingesetzt, um eine sich ändernde Resonanzfrequenz zu vermeiden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oszillierend aus- lenkbare mikromechanische Elemente zur Verfügung zu stellen, die stabil und einfach betrieben bzw. genutzt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Elementen, die gemäß Anspruch 1 ausgebildet sind, gelöst. Der Betrieb kann mit einem Verfahren nach Anspruch 10 erfolgen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht wer- den. Die erfindungsgemäßen mikromechanischen Elemente sind mittels mindestens eines Federelementes gehalten. Die oszillierende Auslenkung zwischen zwei Umkehrpunkten kann mit einer elektrischen Wechselspannung erreicht werden. Das eine oder auch mehrere Federelement (e) weist/weisen eine nicht lineare Federkennlinie auf, wobei 'die Auswahl der jeweiligen Nichtlinearität für die jeweilige konkrete Anwendung erfolgen kann.
Dadurch verändert sich bei unterschiedlichen Auslenkungen die jeweilige mechanische Eigenresonanzfrequenz. Dies kann gezielt ausgenutzt werden, um beispielsweise eine möglichst große Auslenkung mit geringer Antriebsenergie unter Ausnutzung der mechani- sehen Eigenresonanzfrequenz erreichen zu können. Dabei kann eine Frequenz für den Antrieb der Auslenkung gezielt eingestellt werden, die bei einer bestimmten Auslenkung zur Eigenresonanz führt. Dies kann bei mehreren Frequenzen und dann mit jeweils entsprechen- der Auslenkung eines Elementes erreicht werden. Dieser Vorteil kann, wie nachfolgend noch erläutert werden soll, ausgenutzt werden.
Mehrere Federelemente sollten symmetrisch angeordnet und in gleicher Form gestaltet und dimensioniert sein. Die oszillierende Auslenkung kann translatorisch und/oder rotatorisch, also dann in Form einer Verschwenkung mit Winkelbeträgen um eine Rotationsachse erfolgen. Sie kann in an sich bekannter Form mit elektrostatischen Kräften oder auch auf kapazitivem Wege erwirkt werden.
Die Federkennlinie von Federelementen kann degressiv und/oder progressiv sein, wobei die Kombination von degressivem und progressivem Verhalten in Abhängigkeit von der jeweiligen Auslenkung berücksichtigt werden kann. So kann beispielsweise degressives Verhalten bei kleinen Auslenkungen und progressives Verhalten bei größeren Auslenkungen vorliegen.
Die Abweichung der Federkennlinie von der Nichtlinea- rität sollte mindestens 5 % betragen. Dabei sollte Nichtlinearität zumindest in einem Bereich der jeweiligen Auslenkung erreicht werden. Dies kann beispielsweise nach Erreichen einer bestimmten Auslen- kung ein progressives Federverhalten sein.
Die Frequenz der elektrischen Wechselspannung mit der die oszillierende Auslenkung bewirkt werden soll, sollte regelbar und für eine Auswertung bzw. eine De- tektion von Messgrößen, worauf nachfolgend noch zurück zu kommen sein wird, auch bestimmt werden können.
Die erfindungsgemäßen mikromechanischen Elemente kön- nen in unterschiedlicher Form ausgebildet und eingesetzt werden. So können sie als Mikrospiegel (Scannerspiegel) , als Taktgeber oder auch Sensorelemente ausgebildet sein.
Mit ihnen können Drücke oder auch Viskositäten von Fluiden, in denen das jeweilige Element angeordnet ist, bestimmt werden. Bei sich änderndem Druck oder sich ändernder Viskosität verändert sich das Dämpfungsverhalten, die jeweils erreichbare Auslenkung und die Frequenz der elektrischen Wechselspannung. Die Änderung der Frequenz kann relativ leicht, mit geringem Aufwand und kleinem Fehler bestimmt und als Maß für den jeweiligen Druck oder der Viskosität des Fluides (Gases) ausgewertet werden.
Es können aber auch Beschleunigungen, die auf ein er- findungsgemäßes Element wirken, bestimmt werden. Die Beschleunigung kann linear wirken oder auch als Winkelbeschleunigung berücksichtigt werden.
Bei einem oszillierend ausgelenkten Element kann eine in Richtung der Auslenkung wirkende Beschleunigung zu einer Verschiebung der Ruhelage (Mittenlage zwischen Umkehrpunkten) führen. Mit einem Federelement mit progressiver Federkennlinie erhöht sich dadurch auch die Frequenz der oszillierenden Auslenkung. Die Änderung der Frequenz kann so als Maß für die wirkende Beschleunigung genutzt werden.
Mit erfindungsgemäßen Elementen können aber auch sich ändernde Massen detektiert werden. Dies betrifft insbesondere die Eigenmasse des oszillierend ausgelenkten Elements. So kann beispielsweise eine Oberfläche zumindest bereichsweise mit einer adhäsiv wirkenden Beschichtung versehen sein, an der spezifische Stoffe anhaften können, so dass sich die Masse erhöht. Durch Zunahme der Masse verringert sich die Frequenz, was zu einer Erhöhung der Auslenkung und dadurch wieder zu einer weiteren Verringerung der Frequenz bei erhöhter Messempfindlichkeit führt. Hierfür ist ein de- gressives Federverhalten günstig.
Bei der Detektion der bezeichneten Messgrößen können Fehler durch sich ändernde Umgebungsbedingungen, wie z.B. Temperatur oder Atmosphärendruck infoge der von- einander abweichenden Zeitkonstanten erkannt und bei einer Auswertung berücksichtigt werden, da sich solche Drücke und Temperaturen deutlich langsamer ändern, als z. B eine Beschleunigung.
Die erfindungsgemäßen Elemente können auch als Taktgeber mit geregelter Frequenz eingesetzt werden. Da- bei kann die Resonanzfrequenz durch Veränderung der Auslenkung, was z.B. durch Veränderung der elektrischen Spannung erreichbar ist, verändert und so eine bestimmte Taktfrequenz eingestellt werden.
Mit der Erfindung kann auch Einfluss auf die oszillierende Auslenkung genommen werden, so dass eine von einer Sinusform abweichende oszillierende Auslenkung erreicht werden kann. So kann mit Federelementen, de- ren Federkennlinie degressiv ist eine zumindest nahezu trapezförmige Auslenkungsbewegung zwischen umkehrpunkten und bei Federelementen mit einer progressiven Federkennlinie eine nahezu dreieckförmige Auslenkungsbewegung erreicht werden. Mit letztgenannter Auslenkungsbewegung können vorteilhaft Mikrospiegel für Displayanwendungen betrieben werden, da ein Umkehrpunkt einer solchen Schwingung nicht nutzbar ist.
Die Erfindung kann außerdem für die Datenaufnahme, neben Scannern auch in der Mikroskopie, für die Datenausgabe in Laserdisplays, bei Laserdruckern oder Laserbelichtern eingesetzt werden. Ein Einsatz ist auch in Fourierspektrometern, für eine Weglängenmodulation oder die Manipulation von elektromagnetischer Strahlung möglich.
Bei der Erfindung einsetzbare Federelemente können durch aneinander gereihte unterschiedlich gestaltete und dimensionierte Einzelelemente gebildet sein und quasi eine Reihenschaltung bilden. So können beispielsweise Biege- oder Torsionsbalken mit anderen Formen kombiniert sein. Ein solcher Balken kann z.B an einer oder beiden Stirnseiten mit einer Verzweigung, wie eine Gabelung ausgebildet sein. Es können auch Bereiche an einem solchen teilweise balkenförmi- gen Federelement angreifen deren Ausrichtung von der Längsachse des balkenförmigen Teiles abweichen. Federelemente können aber auch so ausgebildet sein, dass der Teil, der am oszillierend auszulenkenden E- lement angreift und die Seite die gelagert oder fest eingespannt ist, unterschiedlich ausgebildet sind.
Mit der Erfindung kann ein größerer Frequenzbereich, bei oszillierender erhöhter Auslenkung durch Ausnutzung von Resonanz, ausgenutzt werden.
Fertigungstoleranzen, die beispielsweise eine entsprechende Eigenresonanzfrequenz bewirken, können besser kompensiert werden. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft bei mehrdimensionaler Auslenkung aus. Dabei müssen in der Regel bei der Auslenkung um mindestens " zwei Achsen bestimmte Frequenzverhältnisse eingehalten werden, um Auslenkungen bei Einhaltung von Resonanzbedingungen zu ermöglichen. Weicht aber in Folge von nicht eingehaltener Fertigungstoleranz- vorgäbe mindestens eine mechanische Eigenresonanzfrequenz ab, ist ein solcher Betrieb nicht möglich. Dies kann aber mit der Erfindung wegen des größeren nutzbaren Frequenzbereich kompensiert werden.
Wird die Erfindung bei sensitiven Elementen für die Detektion physikalischer Messgrößen eingesetzt, kann deren Sensitivität erhöht werden.
Mit den Figuren soll der technische Sachverhalt bes- ser erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 ein Diagramm der Anregungsfrequenz und Aus- lenkung mit Berücksichtigung der Resonanzfrequenz bei Federelementen mit linearer Federkennlinie; Figur 2 ein Diagramm der Frequenz und Auslenkung eines Elementes mit Federelementen, die eine lineare Federkennlinie aufweisen und mittels Out-Of-Plane- Electrode-Comb-Antrieb ausgelenkt werden;
Figur 3 ein Diagramm der sich in Abhängigkeit der Auslenkung ändernden Resonanzfrequenz bei Federelementen mit progressiver Federkennlinie;
Figur 4 ein Diagram der sich in Abhängigkeit der Auslenkung verändernden Resonanzfrequenz bei Federelementen mit progressiver Federkennlinie und
Figur 5 Beispiel für Gestaltungsformen von bei der Erfindung einsetzbaren Federelementen.
So sind in Figur 5 acht Beispiele für mögliche Ausbildungen von bei der Erfindung einsetzbaren Feder- elementen gezeigt. Dabei ist in allen, bis auf das rechts in der unteren Reihe gezeigte Beispiel, ein geradlinig in Richtung der Längsachse ausgerichteter Bereich vorhanden. Die in der oberen Reihe gezeigten Beispiele haben an einer Stirnseite eine Gabe- lung/Verzweigung, die v- oder auch u-förmig ausgebildet ist.
Die in der unteren Reihe dargestellten Beispiele weisen an beiden Stirnseiten Gabelungen/Verzweigungen auf, die jeweils auch unterschiedlich gestaltet oder bezüglich ihrer Länge in Richtung der Längsachse variiert sein können.
Das in der unteren Reihe ganz rechts gezeigte Bei- spiel ist aus zwei unmittelbar miteinander verbundenen Gabelungen/Verzweigungen gebildet, wobei eine u- und die andere v-förmig ausgebildet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Oszillierend auslenkbares mikromechanisches Element, das mit mindestens einem Federelement gehalten und mittels einer elektrischen Wechselspannung zwischen zwei Umkehrpunkten auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Federelement (e) eine nicht lineare Federkennlinie aufweist/aufweisen und sich so eine in Abhängigkeit der jeweiligen Auslenkung verändernde mechanische Resonanzfrequenz ergibt.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung translatorisch und/oder rotatorisch erfolgt.
3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung mittels elektro- statischer oder kapazitiver Kraftwirkung erfolgt.
4. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Nichtlinearität der Federkennlinie von dem einen oder mehreren Federelement (en) , zumindest in einem Bereich der Auslenkung des Elementes, mindestens 5 % erreicht.
5. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkennlinie des/der Federelement (e) degressiv und/oder progressiv ist.
6. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der elektrischen Wechselspannung regelbar und bestimmbar ist.
7. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element einen Mikrospiegel, einen Taktgeber oder ein Sensorelement bildet.
8. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Drucksensor, ein Viskositätssensor, ein Massesensor oder ein Beschleunigungssensor ist.
9. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Elementes zumindest bereichsweise mit einer adhäsiv wirkenden Beschichtung versehen ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung des Elementes bei Ein- haltung von Resonanzbedingungen unter Berücksichtigung der sich in Abhängigkeit der von der jeweiligen Auslenkung verändernden mechanischen Resonanzfrequenz durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich- • net, dass die sich in Abhängigkeit der Auslenkung und/oder einer Beschleunigung des Elementes ändernde Frequenz, der für die Auslenkung genutzten elektrischen Wechselspannung bestimmt wird
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Amplitude der Auslen- kung durch Bestimmung der Frequenz bestimmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck oder eine Viskosität eines Fluides, in dem das Element angeordnet ist, durch Bestimmung der sich ändernden Frequenz bestimmt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich ändernde Masse des Elementes durch Bestimmung der sich verändernden Frequenz bestimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf das Element wirkende Beschleunigung durch Bestimmung der sich verän- dernden Frequenz bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Auslenkbewegung durch Federelement (e) mit degressiver Federkennlinie in trapezform und durch Fe- derelement (e) mit progressiver Federkennlinie in dreieckform gebracht wird.
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