(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１２、１４ａ−ｄ）と、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して移動可能な可動要素（１６）と、
フレーム構造（１８）と、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造（１８）との間に、第１のスプリング方向（２６）に沿って配置された第１の対のスプリングと、
前記可動要素（１６）と前記フレーム構造（１８）との間に配置され、第２のスプリング方向（２８）に沿って配置された第２の対のスプリングと、を備え、
前記フレーム構造（１８）は、前記第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力（σ１）で第２の対のスプリングにおいて引張応力（σ２）を発生させるように構成され、
前記２つの対のスプリングの内の１つのそれぞれの１つのスプリングが配置される前記フレーム構造（１８）の第１及び第２の側面は、間に前記それぞれのスプリングが配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、前記フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度（α１）で配置される、ＭＭＳ（１０、２０、４０、５０、６０、７０、８０）。
【請求項２】
前記フレーム構造（１８）の２つの対向する側面（３４ａ、３４ｃ）の２つの外側端部（４４ａ、４４ｂ）の距離は、前記第１の対のスプリングで作用する前記引張応力（σ１）に基づいて伸長して、前記第２の対のスプリングで前記引張応力（σ２）を発生させることができる請求項１に記載のＭＭＳ。
【請求項３】
前記可動要素（１６）及び前記基板（１２、１４ａ−ｄ）のグループの第１の要素は、前記フレーム構造（１８）によって囲まれており、前記フレーム構造（１８）の２つの対向する側面（３４ａ、３４ｃ）は、前記フレーム構造（１８）の解放状態において、連続的又は不連続的に湾曲した進路を有する請求項１又は２に記載のＭＭＳ。
【請求項４】
前記第１の対のスプリングの内のそれぞれ１つのスプリング（２２ａ、２２ｂ）が配置される前記フレーム構造（１８）の第１及び第２の側面は、間に前記それぞれのスプリング（２２ａ、２２ｂ）が配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、前記フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度（α１）で配置される請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項５】
前記第２の対のスプリングの内のそれぞれ１つのスプリング（２４ａ、２４ｂ）が配置される前記フレーム構造（１８）の第３及び第４の側面は、間に前記それぞれのスプリング（２４ａ、２４ｂ）が配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、前記フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度（α１）で配置される請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項６】
前記第１のスプリング方向（２６）及び前記第２のスプリング方向（２８）に沿った前記フレーム構造（１８）の曲げ剛性は、互いに異なる請求項１から５のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項７】
前記曲げ剛性は少なくとも２倍異なる請求項６に記載のＭＭＳ。
【請求項８】
前記フレーム構造（１８）は、偶数の角点を有する構造として形成され、前記フレーム構造（１８）の１つの側面（３４ａ−ｄ）が２つの隣接する角点の間に配置され、２つの対向する側面（３４ａ／３４ｃ、３４ｂ／３４ｄ）の曲げ剛性が実質的に同じである請求項１から７のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項９】
前記フレーム構造（１８）は、前記第１又は第２の対のスプリングの内のスプリング（２２ａ−ｂ、２４ａ−ｂ）が配置される領域（３８ｃ）において隣接する領域よりも前記フレーム構造（１８）の２つの対向する側面（３４ａ／３４ｃ、３４ｂ／３４ｄ）でより高い柔軟性を示す請求項１から８のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項１０】
前記フレーム構造（１８）は、前記第１又は第２の対のスプリングの内のスプリング（２２ａ−ｂ、２４ａ−ｂ）が配置される領域において、撓みヒンジとして構成される請求項１から９のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項１１】
前記第１のスプリング方向（２６）に沿った前記フレーム構造（１８）の曲げ剛性及び前記第２のスプリング方向（２８）に沿った前記フレーム構造（１８）の曲げ剛性は、比較的高い値及び比較的低い値を有し、前記フレーム構造（１８）が撓みヒンジとして構成される領域は、前記曲げ剛性が比較的低い値を有する前記フレーム構造（１８）の一方の側面（３４ａ、３４ｃ）に配置される請求項１０に記載のＭＭＳ。
【請求項１２】
前記フレーム構造（１８）は、前記第１の対のスプリングの第１のスプリング（２２ａ）が配置される第１の側面（３４ａ）と、前記第２の対のスプリングの第１のスプリング（２４ｂ）が配置される第３の側面（３４ｂ）との間、及び、前記第１の対のスプリングの第２のスプリング（２２ｂ）が配置される第２の側面（３４ｃ）と、前記第２の対のスプリングの第２のスプリング（２２ｂ）が配置される第４の側面（３４ｄ）との間の撓みヒンジとして構成される請求項１から１１のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項１３】
前記フレーム構造（１８）は、前記第１のスプリング方向（２６）に対して軸線対称に形成され、前記第２のスプリング方向（２８）に対して軸線対称に形成される請求項１から１２のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項１４】
前記第１のスプリング方向（２６）及び前記第２のスプリング方向（２８）は、互いに直交するように配置される請求項１から１３のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項１５】
前記第１の対のスプリングの内の前記スプリング（２２ａ−ｂ）は、前記第１のスプリング方向（２６）に沿って互いに平行に、且つ互いにオフセットして配置され、前記第２の対のスプリングの内の前記スプリング（２４ａ−ｂ）は、前記第２のスプリング方向（２８）に沿って互いに平行に、且つ互いにオフセットして配置される請求項１から１４のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項１６】
前記フレーム構造（１８）とは反対側の端部における前記第１の対のスプリングの内の第１のスプリング（２２ａ）は、第１のレバー要素（５４ａ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第１の固定領域（１４ａ）と、第２のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第２の固定領域（１４ｄ）とに接続されており、前記フレーム構造（１８）とは反対側の端部における前記第１の対のスプリングの内の第２のスプリング（２２ｂ）は、第３のレバー要素（５４ｃ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第３の固定領域（１４ｂ）と、第４のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第４の固定領域（１４ｃ）とに接続されており、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）が伸長すると、前記第１、第２、第３及び第４の固定領域（１４ａ−ｄ）は、第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に沿って互いに対して変位され、
前記レバー要素（５４ａ−ｄ）の各々は、前記第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に対して前記それぞれの固定領域（１４ａ−ｄ）において７０°以上及び１１０°以下の角度（β１−β４）で配置される請求項１から１５のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項１７】
基板（１２、１４ａ−ｄ）と、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して可動な可動要素（１００３）と、
フレーム構造（１００２）と、
第１のスプリング方向（２６）に沿って前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造（１００２）との間に配置された第１及び第２のスプリング（２２ａ−ｂ）と、
第２のスプリング方向（２８）に沿って、前記可動要素（１００３）と前記フレーム構造（１００２）との間に配置される第３及び第４のスプリング（２４ａ−ｂ）と、を備え、
前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いたフレームの端部の前記第１のスプリング（２２ａ）は、第１のレバー要素（５４）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第１の固定領域（１４ａ）と、第２のレバー要素（５４ｄ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第２の固定領域（１４ｄ）とに接続され、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた端部の前記第２のスプリング（２２ｂ）は、第３のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第３の固定領域（１４ｂ）と、第４のレバー要素（５４ｃ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第４の固定領域（１４ｃ）とに接続されており、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）が伸長すると、前記第１、第２、第３及び第４の固定領域（１４ａ−ｄ）は、第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に沿って互いに対して変位され、
前記各レバー要素（５４ａ−ｄ）は、前記第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に対して前記それぞれの固定領域（１４ａ−ｄ）において７０°以上及び１００°以下の角度（β１−β４）で配置されるＭＭＳ（９０）。
【請求項１８】
前記第１及び前記第２のレバー要素（５４ａ−ｂ）は、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第１のスプリング（２２ａ）の端部において、前記第１のスプリング（２２ａ）に対して２５°以上及び６５°以下の角度（γ１、γ４）で配置されており、前記第３及び前記第４のレバー要素（５４ｃ−ｄ）は、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第２のスプリング（２２ｂ）の端部において前記第２のスプリング（２２ｂ）に対して２５°以上及び６５°以下の角度（γ２、γ３）で配置されている請求項１７に記載のＭＭＳ。
【請求項１９】
前記第１のスプリング（２２ａ）及び前記第２のスプリング（２２ｂ）は、第１の対のスプリングであり、前記第３のスプリング（２４ａ）及び前記第４のスプリング（２４ｂ）は、第２の対のスプリングであり、前記フレーム構造は、前記第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力（σ１）で前記第２の対のスプリングに引張応力（σ２）を発生するように構成される請求項１７又は１８に記載のＭＭＳ。
【請求項２０】
前記角度（β１−β４）は、前記固定領域（１４ａ−ｄ）の変位によって可変である請求項１７から１９のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項２１】
前記第１のレバー要素（５４ａ）及び前記第２のレバー要素（５４ｂ）は互いに対して移動可能であり、前記第３のレバー要素（５４ｃ）及び前記第４のレバー要素（５４ｄ）は互いに対して移動可能である請求項１７から２０のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項２２】
前記第１のレバー要素（５４ａ）及び前記第２のレバー要素（５４ｂ）は、前記第１及び第２の移動方向（３２ａ−ｂ）に沿った前記第１の固定領域（１４ａ）及び前記第２の固定領域（１４ｂ）の変位中に互いに対して可変角度を有し、前記第３のレバー要素（５４ｃ）及び前記第４のレバー要素（５４ｄ）は、前記第３及び第４の移動方向（３２ｃ−ｄ）に沿って、前記第３の固定領域（１４ｃ）及び前記第４の固定領域（１４ｂ）の変位中に、互いに対して可変角度を有する請求項１７から２１のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項２３】
前記可動要素（１６）に接続されたマイクロミラー（３１）を備える請求項１７から２２のいずれか一項に記載のＭＭＳ。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項に記載の複数のＭＭＳを含むＭＭＳアレイ（１００）。
【請求項２５】
請求項１から２３のいずれか一項に記載のＭＭＳ及び／又は請求項２４に記載のＭＭＳアレイを含むＭＭＳアクチュエータ（１１０）。
【請求項２６】
ＭＭＳを提供する為の方法であって
基板（１２、１４ａ−ｄ）を設けることと、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して可動な可動要素（１６、１００３）を設けることと、
フレーム構造（１８）を設けることと、
第１のスプリング方向（２６）に沿って、前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造（１８）との間に第１の対のスプリングを配置することと、
第２のスプリング方向（２８）に沿って、前記可動要素（１６、１００３）と前記フレーム構造（１８）との間に第２の対のスプリングを配置することと、
前記フレーム構造（１８）を、
前記第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力（σ１）で第２の対のスプリングにおいて引張応力（σ２）を発生させるように、および、
前記２つの対のスプリングの内の１つのそれぞれの１つのスプリングが配置される前記フレーム構造（１８）の第１及び第２の側面は、間に前記それぞれのスプリングが配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、前記フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度（α１）で配置されるように、
配置することと、を含む、
方法。
【請求項２７】
ＭＭＳを製造する方法であって、
基板（１２、１４ａ−ｄ）を設けることと、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して可動な要素（１６、１００３）を設けることと、
フレーム構造（１００２）を設けることと、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に第１、第２、第３及び第４の固定領域（１４ａ−ｄ）を設け、前記基板（１２、１４ａ−ｄ）が伸長すると、前記第１、第２、第３及び第４の固定領域（１４ａ−ｄ）が第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に沿って互いに対して変位するようにすることと、
第１のスプリング方向（２６）に沿って、前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造（１００２）との間に第１のスプリング（２２ａ）及び第２のスプリング（２２ｂ）を配置することと、
第２のスプリング方向（２８）に沿って、前記可動要素（１００３）と前記フレーム構造（１００２）との間に第３のスプリング（２２ｃ）及び第４のスプリング（２２ｄ）を配置することと、
前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第１のスプリング（２２ａ）の端部は、第１のレバー要素（５４）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第１の固定領域と、第２のレバー要素（５４ｄ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第２の固定領域とに接続し、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第２のスプリング（２２ｂ）の端部は、第３のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第３の固定領域と、第４のレバー要素（５４ｃ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第４の固定領域とに接続し、
接続は、前記各レバー要素（５４ａ−ｄ）が、前記第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に対して前記それぞれの固定領域（１４ａ−ｄ）において７０°以上及び１００°以下の角度（β１−β４）で配置されるようにして行われるＭＭＳを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレーム構造を有する基板に対して可動な要素を含むＭＥＭＳ（微小電気機械システム）(Micro Electro Mechanical System)、ＭＥＭＳアレイ、ＭＥＭＳアクチュエータ、及びＭＥＭＳを提供する為の方法に関する。更に、本発明は、応力補償を有する微小機械要素にも関する。
【０００２】
ＭＥＭＳアクチュエータを使用して、例えば、それに接続されたマイクロミラーを移動させ、任意に位置決めすることができる。このようなアクチュエータは、空間光変調器、スキャナミラー、光ファイバを結合する為の光スイッチ（光クロスコネクト）、マイクロバルブ、電気マイクロスイッチ等の広範な用途の為に使用されることが増えてきている。
【０００３】
通常、可動アクチュエータ部の位置は、印加される電気信号によって制御される。多くの場合、物理的効果として静電引力が用いられるが、電磁力及び圧電又は熱膨張も使用することができる。このようなアクチュエータは、静的平衡偏向の為の各々の反力を提供するリセット弾性サスペンションを有することが多い。
【０００４】
実行可能な移動のタイプに基づいて、回転／傾斜アクチュエータと並進アクチュエータとの間での区別と、両方のタイプの動きを可能にするアクチュエータのタイプとの間で区別が行われる。回転／傾斜アクチュエータは、ジンバルサスペンションを有していてもよい。マイクロメカニクスでは、このようなジンバルサスペンションは、スプリングが過度の機械的張力の下にない限り、極めて良好に機能する。しかしながら、マイクロメカニクスでは、製造プロセス又は温度変化による操作中、及びスプリング、剛性アクチュエータ部品、基板、及び場合によっては、筐体に使用される材料の熱膨張係数が異なることのいずれかに起因して、機械的張力が発生し易くなることがある。スプリングの張力は、スプリング定数、ひいてはアクチュエータの撓み挙動を変化させる。（幾何学的形状に依存する）スプリングの限界値を超えると、スプリングの座屈を生じさせることがある圧縮応力は特に好ましくない［非特許文献１及び２］。この用途は、この効果が有利に使用される場合には可能であるが、このような座屈が起こるとアクチュエータが完全に使用不能となることが多い。従って、概ね、低い引張応力を有するスプリングを製造する試みが成されている。しかしながら、製造技術に依存して、所望の応力値を調整するのは、正確性に欠けることが多い。
【０００５】
マイクロメカニックジンバルサスペンションでは、驚くべきことに、システム全体として僅かな引張応力しか掛かっていないにもかかわらず、スプリングの座屈が見られる場合もある。例えば、外側スプリングが基板に固定される場合、ジンバルフレームは、（低いが）その弾性の為に外側スプリングの引張応力で変形することができる為、内側スプリングは、たとえ依然としてジンバルフレームの当初の形態で僅かな引張応力を有していたとしても、圧縮応力を受け、且つ座屈する可能性がある。このような挙動を、図１２ａ及び１２ｂに示す。図１２ａ及び図１２ｂは、元の状態にあるシステムを示す図であり、点線で示された外側要素１００４ａ及び１００４ｂに張力が加えられた時の、面及びシステム全体を示す。張力が発生している場合に関しては、参照番号にダッシュを付与してある。このことは、張力が発生した時に外側要素１００４ａ’が外側要素１００４ａに対応することを意味する。要素１００３は、円形に構成されたジンバルフレーム１００２を介して外側要素１００４ａ及び１００４ｂに接続されている。外側要素１００４ａ及び１００４ｂは共に基板に接続することができ、一方で要素１００３は、例えば、マイクロミラーなどの移動又は位置決めする要素に移動又は接続される要素である。要素１００３は、基板に接続され、外側要素１００４ａ及び１００４ｂは、位置決めされるべき要素に接続されるか、又はこの要素であることも可能である。外側要素１００４ａ及び１００４ｂとジンバルフレーム１００２との間には、スプリング１００５ａ及び１００５ｂを含む一対のスプリングが配置されている。スプリング１００６ａ及び１００６ｂを含む別の一対のスプリングは、要素１００３とジンバルフレーム１００２との間に配置されている。張力１００７に基づいて、ジンバルフレーム１００２は変形することができるので、スプリング１００６ａ及び１００６ｂ上への圧縮応力が生じ、スプリングの座屈を引き起こす場合がある。
【０００６】
図１２ｂは、ジンバルフレーム１００２及び（内側）要素１００３が正方形に構成されている場合の同様のシナリオを示す。ここで、スプリング１００６ａ及び１００６ｂ上の圧縮応力は、スプリングの座屈を引き起こすこともある。他の場合には、外側スプリングは、ジンバルフレームが内側スプリングの張力の下で変形する時に圧縮応力を受けることもある。これは、基板からの張力に応答して、円形又は正方形のジンバルフレームが変形することを意味する。内側スプリングは、例えば、アクチュエータプレートを中央でシフト又は回転させることによって、強力な圧縮応力を受けて座屈する。
【０００７】
スプリングの座屈は、異なる態様で行なわれる。図１２ａ及び１２ｂには４つの例が示されているが、特に第３次元に、又は、スプリングの捩れに関連して、更なる実施例が存在する。通常、この効果は、従来の精密ジンバルサスペンションでは生じない。何故なら、通常、スプリングは使用されないが、軸を使用しており、その軸受けが僅かな軸方向移動を可能にするからである。
【０００８】
従来の微小機械ジンバルサスペンションでは、ジンバルフレームは、上述した変形を最小限に抑える為に、非常に強力な方法で殆どが構築される。しかしながら、これは、スプリングで基板に対して多くの応力を受けられるという効果を有する。スプリングがジンバルフレーム又は基板にしっかりと接続されてはいないが、第１のスプリングに対して横方向に延び、基板に接続される更なるスプリングを備えることにより、これらの応力は、減少することができる。これを図１３に示す。スプリング１００５ａは、外側要素１００４ａに接続されたスプリング１００８ａに接続されている。又、スプリング１００５ｂは、これも又、外側要素１００４ｂとの接続を確立するスプリング１００８ｂに接続されている。フレーム１００２は、特に剛性の方法で構成することができる。外側スプリング１００５ａ及び１００５ｂにおける横方向スプリング１００８ａ及び１００８ｂは、それぞれ、基板によって導入される応力を減少させる。ジンバルフレーム１００２の残留変形が低いことによって生じる内側スプリング１００６ａ及び１００６ｂの圧縮応力は僅かである為、座屈を部分的に防止することができる。従って、これは十分に機能することができるが、通常は残留変形が残る為、内側スプリング１００６ａ及び１００６ｂ上へ掛かる圧力が維持される。更に、剛性のジンバルフレームは、多くの空間を必要とし、それに対応して重量が増す。
【０００９】
加えて、この手順は、例えば、製造中にジンバルフレーム自体が、同じ内部の可動微小機械構造よりも高い引張応力下にあり、そしてシステムが解放される時に（部分的に）弛緩する際の支援に限定される。この場合、内側スプリングの圧縮応力は、多くとも、更なる横方向スプリングによって再び減少させることができるが、部分的な減少に過ぎない。同様の問題は、内側スプリング１００６ａ及び１００６ｂが基板に接続され、外側スプリング１００５ａ及び１００５ｂが可動アクチュエータ部品に接続された時にも生じることがある。
【００１０】
従って、ＭＥＭＳスプリングにおける圧縮応力の発生を減少又は防止する概念は、望ましいことである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ランドーＬ．Ｄ．(Landau L.D)、リフシッツＥ．Ｍ．(Lifschitz E.M.)著、「弾性率の論理」(Theory of elasticity)、パーガモンプレス(Pergamon Press)、ロンドン、１９５９年
【非特許文献２】ウィキベディア(Wikipedia)、オイラーカラム(Euler column)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、微小機械システム（ＭＭＳ）、ＭＭＳアレイ、ＭＭＳアクチュエータ及び高い信頼性を有するＭＭＳを提供する為の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、独立請求項の主題によって解決される。
【００１４】
第１の態様の核となる概念は、ジンバルサスペンションの第１の対のスプリングに作用する引張応力がジンバルサスペンションの第２の対のスプリングに引張応力を発生させるように、ジンバル構造を実施することができるという成果である。これにより、引張応力による圧縮応力の発生を防止することができ、フレーム構造の構成により可能となる。
【００１５】
第２の態様の核となる概念は、第１のスプリング要素の張力を防止することにより、第２のスプリング要素における可動構造の変形、ひいては圧縮力を低減又は防止することができることと、このことは、スプリングと基板における固定領域との間のレバー構造によって達成することができ、レバーは、固定領域の予想される変位方向に対して実質的に直角であるという成果である。
【００１６】
第１の態様の実施形態によれば、微小機械システム（ＭＭＳ）は、基板と、基板に対して可動な要素とを備える。更に、ＭＭＳは、フレーム構造と、基板とフレーム構造との間に第１のスプリング方向に沿って配置された第１の対のスプリングとを含む。第２の対のスプリングは、第２のスプリング方向に沿って、可動要素とフレーム構造との間に配置される。フレーム構造は、第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力で第２の対のスプリングにおいて引張応力を発生させるように構成される。これにより、例えば、特に周囲の基板を伸長させることによって、可動要素とフレーム構造との間のスプリングに作用する引張応力にＭＭＳを解放して張力を生じることができるので、発生する張力を変換することができるようになる。これにより、圧縮力によるスプリングの座屈又は破損が減少又は防止される為、圧縮応力が低くなり、又は無くなり、ひいては、スプリング要素、ひいては、ＭＭＳの高い信頼性を得ることができるようになる。
【００１７】
一実施形態によれば、フレーム構造の対向する２つの側面の２つの遠位端部の距離は、第１の対のスプリングに作用する引張応力に基づいて延長され、第２の対のスプリングに張力を発生させることができる。これは、第１の対のスプリングに対する張力が、第１の対のスプリングを横切る方向に沿ってフレーム構造の拡張に変換されることを意味し、この場合、拡張は、第２の対のスプリングに対する張力を得る為に利用することができる。
【００１８】
別の実施形態によれば、第１の対のスプリングの各々１つのスプリングが配置されるフレーム構造の第１及び第２の側面は、第１の部分領域及び第２の部分領域を含み、これらの間にそれぞれのスプリングが配置される。第１及び第２の部分領域は、フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度となる、即ち、フレーム構造が凹状に構成されるように配置されている。この角度の値により、第２の対のスプリングに伝達される張力の範囲を構成できるようになり、その結果、ＭＭＳの高度な信頼性を得ることができるようになる。
【００１９】
上記実施形態と組み合わせて実施することも、単独で実施することもできる他の実施形態によれば、第２の対のスプリングの各々が配置されるフレーム構造の第３及び第４の側面は、第１の部分領域及び第２の部分領域を含み、これらの間にそれぞれのスプリングが配置される。第１及び第２の部分領域は、フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度で配置される。又、これにより、伝達される張力の範囲の構成が有利となる。
【００２０】
更なる実施形態によれば、フレーム構造は、フレームの角部に隣接して、及び／又は第１又は第２の対のスプリングの内のスプリングが配置される領域に隣接して、ヒンジ、例えば、撓み軸受を含むように構成される。これは、張力の影響下でフレーム構造との特異的干渉を可能にし、従って、信頼性の更なる向上を可能にする。
【００２１】
別の実施形態によれば、ＭＭＳは、フレーム構造の２つの側面の間に配置され、これに機械的に固定された補償構造を含み、第１のスプリング方向に沿ったフレーム構造の曲げ剛性と、第２のスプリング方向に沿ったフレーム構造の曲げ剛性とは、比較的高い値と比較的低い値とを有する、即ちこのフレーム構造の２つの側面は、同フレーム構造の他の２つの側面と比較して、曲げ剛性の値が低い。補償構造は、スプリング方向に沿って延在し、フレーム構造は２つの側面の間で、比較的高い曲げ剛性の値を有する。これは、フレーム構造の望ましくない曲げが減少されるか又は防止されるように、曲げ剛性の低い側面が補償構造によって強制されるようなものであると考えることもできる。
【００２２】
第２の態様によるＭＭＳは、基板と、基板に対して可動な要素と、フレーム構造とを含む。ＭＭＳは、第１のスプリング方向に沿って基板とフレーム構造との間に配置された第１及び第２のスプリングを含み、第２のスプリング方向に沿って可動要素とフレーム構造との間に配置された第３及び第４のスプリングを含む。第１のスプリングは、フレーム構造とは反対側を向いた端部が、第１のレバー要素を介して基板の第１の固定領域に接続され、第２のレベル要素を介して基板の第２の固定領域に接続される。第２のスプリングは、フレーム構造とは反対側を向いた端部が、第３のレバー要素を介して基板の第３の固定領域に接続され、第４のレベル要素を介して基板の第４の固定領域に接続される。基板が伸長すると、第１、第２、第３及び第４の固定領域は、第１、第２、第３及び第４の移動方向に沿って互いに対して変位される。各レベル要素は、第１、第２、第３又は第４の変位方向に対してそれぞれの固定領域において少なくとも７５°及び最大で１０５°の角度で配置される。有利なことに、レバー要素を角度に配置することにより、固定要素の変位による第１及び第２のスプリングの長さの変化が少ないので、基板を解放するとき、又、基板の熱による伸長又は圧縮中に、ひいては固定要素の変位時に、第１及び第２のスプリングに圧縮力を誘起することが、少なくとも低減される。これは、ＭＭＳの高い信頼性を可能にする。
【００２３】
別の実施形態は、同一基板上に配置することができる複数のＭＭＳを有するＭＭＳアレイを提供する。
【００２４】
別の実施形態は、上述の実施形態によるＭＭＳを有するＭＭＳアクチュエータを提供する。
【００２５】
更なる実施形態は、第１の態様によるＭＭＳを提供する為の方法を提供する。この方法は、基板を設けることと、基板に対して移動可能な要素を設けることと、基板に対して移動可能なフレーム構造を提供することとを含む。更に、この方法は、基板とフレーム構造との間に第１のスプリング方向に沿って第１の対のスプリングを配置することと、可動要素とフレーム構造との間に第２のスプリング方向に沿って第２の対のスプリングを配置することとを含む。フレーム構造は、第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力で第２の対のスプリングにおいて引張応力を発生させるように設けられている。
【００２６】
更なる実施形態は、第２の態様によるＭＭＳを生成する為の方法を提供する。この方法は、基板を設けることと、基板に対して移動可能な要素を設けることと、基板に対して移動可能なフレーム構造を設けることと、基板に第１、第２、第３及び第４の固定領域を設けることを含み、基板が伸長すると、第１、第２、第３及び第４の固定領域が第１、第２、第３及び第４の方向に沿って互いに対して変位する。この方法は、第１のスプリング方向に沿って、基板とフレーム構造との間に第１及び第２のスプリングを配置することを含む。更に、この方法は、第２のスプリング方向に沿って、可動要素とフレーム構造との間に第３及び第４のスプリングを配置することを含む。更に、この方法は、第１のレベル要素を介してフレーム構造とは反対側を向いた第１のスプリングの端部を基板の第１の固定領域に接続し、第２のレバー要素を介して基板の第２の固定領域に接続することを含む。第２のスプリングの、フレーム構造とは反対側を向いた端部は、第３のレバー要素を介して基板の第３の固定領域に接続され、第４のレバー要素を介して基板の第４の固定領域に接続される。接続は、各レバー要素が、固定領域の変位方向に対してそれぞれの固定領域において少なくとも７５°及び最大で１０５°の角度で配置されるようにして行われる。
【００２７】
別の有利な実施形態は、従属請求項に定義されている。
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。添付図面は、以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の態様の一実施形態によるＭＭＳの概略上面図である。
【図２ａ】第１の態様の更なる実施形態によるＭＭＳの概略上面図である。
【図２ｂ】図２ａによるＭＭＳの、一実施形態による断面平面における概略側断面図である。
【図３】例えば、図１又は図２ａによるＭＭＳに使用することができるフレーム構造の柔軟側の構成の概略上面図である。
【図４】第１の態様の更なる実施形態によるＭＭＳの概略上面図であって、張力が生じた時にフレーム構造の側面の端部が離れるように押されること示す。
【図５】第１の態様の更なる実施形態によるＭＭＳの概略上面図であって、フレーム構造の２つの側面が、図４に示すＭＭＳと比較して外側に湾曲したビームとして形成されている。
【図６】フレーム構造の４つの側面が湾曲したアーチとして実現される、第１の態様の更なる実施形態によるＭＭＳの概略上面図である。
【図７】第１の態様の一実施形態による、図１のＭＭＳに望ましくない変形が加えられているところを示す概略上面図である。
【図８】補償構造を有する第１の態様の一実施形態によるＭＭＳの概略上面図である。
【図９】第２の態様の一実施形態によるＭＭＳの概略上面図である。
【図１０】一実施形態によるＭＭＳアレイの概略ブロック図である。
【図１１】一実施形態によるＭＭＳアクチュエータの概略ブロック図である。
【図１２ａ】乃至
【図１２ｂ】従来技術によるＭＭＳの挙動を示す図である。
【図１３】従来技術による別のＭＭＳを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する前に、同一の、機能的に等しい又は等価な要素、物体及び／又は構造が、異なる図面において同一の参照番号を付与されており、異なる実施形態で示されるこれらの要素の説明が相互交換可能又は適用可能であることに留意すべきである。
【００３１】
以下の説明は、微小機械構造（ＭＭＳ）の構成及び／又は製造に関するものである。実施形態により、上述したＭＭＳのスプリング要素に作用する圧縮力の発生を減少させ、可能性としては防止することができるようになる。張力を引き起こす基板又は他の構造部品の変形は、例えば、ＭＭＳの解放中に起こり得る。代替的に又は追加的に、変形は、内部又は外部の力が発生するとき、及び／又はそれぞれの構造部分の熱による変形によって起こる場合がある。例えば、基板を加熱することにより、基板が伸長することがあり、これは、スプリング要素又はＭＭＳの他の要素の伸長と比較して大きく、又は小さく、その熱伸長の差により力が発生する。このことから、以下の説明は、例えば、アクチュエータにおいて使用されるマイクロエレクトロメカニカル構造（ＭＥＭＳ）に限定されることなく関連することが直ちに明らかになる。同じことは、構造の少なくとも一部を動作中に設定する為の力及び／又は温度を生成するアクチュエータを含むことができ、このことによっても、力を発生する。
【００３２】
ＭＭＳ及び／又はＭＥＭＳは、複数の材料を含んでいてもよい。例えば、半導体材料で形成することも整形することもできるし、即ち、シリコンなどの半導体材料上に形成することもできる。異なる構造の形成は、例えば、同一又は異なる材料を堆積することによって行うことができ、ここでは、化学蒸着、物理蒸着、及び／又はエピタキシャル成長などの異なる方法を使用することができる。基板上又は基板内にこのような構造を形成する間、後で少なくとも部分的に除去される犠牲層を使用して個々の部品間の移動を可能にすることができる。ＭＭＳに異なる材料を堆積させるか又は使用する場合、犠牲層を除去する際に１つ又は幾つかの構造部品における運動が起こる効果を有する電圧勾配を、材料中に生じさせることができる。例えば、可動（基板に対して）構造は、基板が可動要素に対して拡張することと等価な収縮をすることができる。以下の説明の大部分は、基板がＭＭＳの他の部分に関して拡張するという事実にのみ関連するのであるが、スプリング要素を介して基板に接続されたフレーム構造間のスプリング要素における引張応力は、フレーム構造が基板に対して収縮することによっても得ることができる。
【００３３】
図１は、第１の態様の一実施形態によるＭＭＳ１０の概略上面図を示す。実線は、解放前のＭＭＳの状態を示すことができ、図１中の点線は、解放後の状態を例示的に示す。明確にする為に、参照番号にはダッシュを付している。
【００３４】
ＭＭＳ１０は、基板１２を含む。基板１２は、例えば、チップ表面又はそれと同等のものとすることができる。固定要素１４ａ及び１４ｂは、基板１２の基板面に対して高くして、基板面からのスペースを取ることができ、又、例えば、ＭＭＳ１０の更なる構成要素の為のサスペンションを提供することができる。以下では、固定要素１４ａ及び１４ｂは、異なる材料で形成することができる場合であっても、基板１２の一部として考えるものとする。更に、ＭＭＳ１０は、基板１２に対して移動可能な可動要素１６を含む。
【００３５】
ＭＭＳ１０は又、基板１２に対して移動可能なフレーム構造１８を含むことができ、これは、ジンバルフレームとも呼ばれる。ＭＭＳ１０は、第１の対のスプリングを形成するスプリング２２ａ及び２２ｂを含む。スプリング２２ａ及び２２ｂは、基板１２と固定要素１４ａ及び１４ｂとの間及び、フレーム構造１８との間それぞれに配置されている。スプリング要素２２ａ及び２２ｂは、基板１２に対してフレーム構造１８を支持するか、又は担持する。スプリング２４ａ及び２４ｂは、フレーム構造１８を可動要素１６に接続する。この為、スプリング２２ａ及び２２ｂは、第１のスプリング方向２６に沿って配置することができる。例えば、スプリング２２ａ及び２２ｂは、フレーム構造１８の両側面に配置され、互いに平行に配向されている。スプリング２２ａ及び２２ｂは、スプリング方向２６に沿って互いにオフセットして配置することができ、及び／又は、いかなるオフセットもなく、それに垂直な方向に沿って配置することができる。図１２ｂとの関連での説明と比較して、ＭＭＳ１０は基本的に同一の方法で形成することができ、少なくともフレーム構造１８は異なって形成されている。
【００３６】
スプリング２４ａ及び２４ｂは、第２のスプリング方向２８に沿って配置することができる。スプリング方向２６及び２８は、例えば、互いに対して垂直に配置することができるが、互いに異なる角度を有していてもよい。スプリング２４ａ〜２４ｂは、方向２６に沿ってオフセットすることなく、互いに平行に配置することもできるし、方向２８に沿って単に互いにオフセットして配置することもできる。これにより、フレーム構造１８による基板１２に対する可動要素１６のジンバルサスペンションが可能となる。得られたサスペンションは、例えば、第１の対のスプリング及び第２の対のスプリングが互いに対して垂直に配置された際に、ジンバルサスペンションと呼ぶこともでき、１対のスプリングの内の一方は、フレーム構造１８の内側に配置され、他方の対のスプリングは、フレーム構造１８の外側に配置される。スプリング２２ａ、２２ｂ、２４ａ及び／又は２４ｂは、例えば、捩りスプリング又は可撓性スプリングとして形成することができる。
【００３７】
基板１２、固定要素１４ａ及び１４ｂ、可動要素１６、フレーム構造１８並びにスプリング２２ａ、２２ｂ、２４ａ及び２４ｂは、同じ材料又は異なる材料を含んでいてもよい。上述の要素は、例えば、ＭＭＳを解放する前の状態について図１に示されており、ここでは、ＭＭＳを固定する犠牲層は、明確の為に図示されていない。
【００３８】
矢印３２ａ及び３２ｂに示すように、固定要素１４ａ及び１４ｂは、例えば、正及び負のｘ方向に沿って移動する。ｘ方向は、スプリング２２ａ及び２２ｂのスプリング方向２６と平行に空間内に配置して、スプリング要素２２ａ及び２２ｂの張力が基板１２又は固定要素１４ａ及び１４ｂの変位によって生成されるようにしてもよい。これは、つまり、ｘ方向がスプリング方向２６に対して垂直でない角度で配置することも可能であることを意味する。
【００３９】
フレーム構造１８は、スプリング２２ａ及び２２ｂに作用する引張応力σ１が生じた時に、第２の対のスプリング、即ち、スプリング２４ａ及び２４ｂに引張応力σ２が発生するように構成されている。この為に、フレーム構造１８は、４つ以上のフレーム側面３４ａ〜３４ｄを含んでいてもよい。例えば、図示された４つの側面３４ａ〜３４ｄは、平行四辺形、好ましくは長方形であるか、又は図示するように四角形で配置されてもよい。側面３４ａ及び３４ｃは、互いに対向して配置することができ、それぞれスプリング２２ａ又は２２ｂによって固定要素１４ａ及び１４ｂに接続することができる。これらの２つの側面の間には、互いに対向して配置された側面３４ｂ及び３４ｄを配置することができ、これらの側面は、スプリング要素２４ａ及び２４ｂを介して可動要素１６に接続されている。ＭＭＳ１０は、引張応力σ１が発生すると、側面３４ａ及び３４ｂが伸長するように構成され、これにより、側面３４ａ及び３４ｂが予め湾曲され、湾曲度は、結果として生じる張力によって減少されて、側面３４ａ及び３４ｃの端部は、互いに離れるように移動し、側面３４ａ及び３４ｃの２つの外側の端部の距離は、引張応力σ１によって伸長される。これは、引張応力σ１が生じた時に、フレーム構造１８が、それに垂直な方向に沿って、即ちスプリング方向２８に沿って伸長するように構成することができることを意味する。側面３４ａ及び３４ｃは、例えば、フレーム構造の凹部を形成することができ、これは、側面３４ａ及び３４ｃがその中央領域において、更に外側、例えばその端部に位置する側面３４ａ又は３４ｃの領域よりもフレーム構造１８の内側領域内に更に延びることができることを意味する。これにより、互いに対向して配置された２つの他の側面３４ｂ及び３４ｄを押圧するフレーム構造１８に力を導入し、これがスプリング２４ａ及び２４ｂによる張力として作用して引張応力σ２を発生させることができる。例えば、図１２ｂの説明が比較として使用される場合、スプリング要素１００６ａ及び１００６ｂへの望ましくない又は損傷を与える圧縮力の代わりに、スプリング要素２４ａ及び２４ｂ内に張力が存在し、この張力は、好ましい、或いは、少なくとも圧縮力よりは許容可能であるということが明らかになる。
【００４０】
ＭＭＳ１０は、固定要素１４ａ及び１４ｂがフレーム構造１８の外側に配置され、可動要素１６がフレーム構造１８の内側に配置されるように記載されているが、これらの要素の動作モードも相互交換されることができる。本明細書に記載の教示を限定することなく、例えば、要素１４ａ及び１４ｂは、ミラー又はそれと同等のもの等、移動する要素に接続され、一方要素１６は基板１２に接続されて、固定要素として作用することが可能である。ここでは、解放によって、引張応力σ１を誘起する張力を、例えば、フレーム構造１８が移動すべき要素（鏡）に対して収縮する時に得られる。
【００４１】
この原理は、例えばスプリング方向２６に沿った軸線を中心にして、及びスプリング方向２８に沿った軸線を中心として、２次元で傾動可能なアクチュエータに特に適している。このようなアクチュエータでは、２段階の自由度の動きは、互いに直角に実質的に延びる二対のスプリングによって可能にできる。ここで、恐らく、これらのスプリングは、各々、複数の個別のスプリングを含んでいてもよいし、或いは、複数の個別のスプリングに分離又は分割することもできる。二対のスプリングの機械的な接続は、スプリングと比較してかなり剛性のあるフレーム、即ちフレーム構造１８を介して発生させることができ、ジンバルサスペンションとも呼ばれる。一対のスプリングの一方は、ジンバルフレームの外側で係合し、例えば基板に固定されることができる。一対のスプリングの他方は、例えば、ジンバルフレームの内部で係合し、アクチュエータの可動部を他端に保持する。他の実施形態では、固定基板及び任意のアクチュエータ部品の役割は逆となる。従って、多数又は全ての部分、特にスプリング２２ａ、２２ｂ、２４ａ及び２４ｂにおける圧縮応力を防止することができる微小機械式のジンバルサスペンションを提供することができる。これは、予想される製造プロセスのパラメータ変動と、予想される動作条件の下で維持可能である。設計パラメータを適切に選択することにより、所望の（引張）応力値をサスペンションの異なる部分で具体的に調整することができる。以下、その実施例を図２ａを参照して説明する。
【００４２】
換言すれば、上記の問題は、ジンバルフレームが、部分的に凹状に形成されており、即ち、全ての位置が凸状ではなく、角がより弱く構成されている、即ち、部分的に薄く形成されており、これらの位置において好適に屈曲することができることで解決される。ここで、対のスプリングの一方は、凹状薄肉位置で係合する。ＭＭＳ１０では、外側スプリングは、凹状位置に配置されてそこに係合し、他方では、基板に固定される。ここで、例えば、外側スプリングを介して基板からジンバルへと張力が伝達されると、図３を参照してより詳細に説明されるように、進入するジンバルフレーム部分間の角度は更に鈍角になり、即ち、より大きくなり、２つの他のフレーム部分、即ち、側面３４ｂ及び３４ｄは、互いに離れるように押される。ＭＭＳ１０とは対照的に、図１３についての文脈で示されたもののような既知のシステムは、圧縮応力を低減することはできるが、圧縮応力を引張応力に変換することはできない。
【００４３】
図２ａは、第１の態様の更なる実施形態によるＭＭＳ２０の概略上面図を示す。ＭＭＳ１０は、スプリング２２ａ及び２２ｂが比較的柔軟な側面３４ａ及び３４ｃに配置されるように構成されているが、ＭＭＳ２０のフレーム構造１８は、比較的柔軟な、即ち曲げ剛性が低い、互いに対向して配置された２つの側面を更に有し、その間に比較的剛性の高い、即ち比較的高い曲げ剛性を有する２つの側面が配置されている。ＭＭＳ２０は、スプリング２２ａ及び２２ｂが剛性の側面３４ｂ及び３４ｄに係合する、即ち、接続されるように構成されている。基板に対するＭＭＳ全体の収縮によってこの例で生じる張力は、軟質側面３４ａ及び３４ｃの中心が引き離されるという効果を有しており、スプリング２４ａ及び２４ｂに対する張力を提供する。これとは対照的に、ＭＭＳ１０では、柔軟な側面３４ａ及び３４ｃの端部は、互いに離れるように押される。側面３４ｂ及び３４ｄは、フレーム構造１８の凹部を形成することができる。
【００４４】
これは、フレーム構造１８は、スプリング方向２６に沿ったフレーム構造１８の曲げ剛性と、スプリング方向２８に沿った曲げ剛性とが互いに異なるように構成することができることを意味する。ＭＭＳ１０は、例えば、柔軟な側面３４ａ及び３４ｃがスプリング方向２８に平行になるように構成され、フレーム構造１８がスプリング方向２８に沿って柔軟に形成され、スプリング方向２６に沿って剛性に形成されるように構成されている。この状態は、ＭＭＳ２０では異なり、この場合、柔軟な側面はスプリング方向２６に沿って配置され、その結果、スプリング方向２８に沿ったフレーム構造１８の曲げ剛性は、スプリング方向２６に沿ったフレーム構造の曲げ剛性よりも比較的高くなる。剛性な側面３４ｂ及び３４ｄと比較して、柔軟な側面３４ａ及び／又は３４ｃの曲げ剛性は、２倍以上、３倍以上、例えば５倍以上又は８倍以上と異なっていてもよく、例えば、２倍として、剛性側面が、柔軟側面の一方の剛性の２倍以上となるように、或いは、柔軟側面の曲げ剛性が剛性側面の曲げ剛性少なくともの二分の一の値となるように考慮されるべきである。
【００４５】
換言すれば、図２ａは、第１の態様による異なる実施形態を示す。ここで、外側スプリングは、直線ジンバル部分及び内側スプリングにおいて、凹状位置で係合する。動作モードは、図１に関連して説明した動作モードと同様である。２つの実施例では共通して、フレーム構造１８は全ての位置において凸状に構成することができない。
【００４６】
図２ｂは、線２３で示された断面Ａ−Ａ’における、図２ａによるＭＭＳ２０の概略的な側断面図を示す。線２３は、スプリング２２ａ及び２２ｂに平行であるが、これらに隣接して配置することができる。固定プレート１４ａ及び１４ｂは、主基板平面２５に対して高位とする又は離間することができる。アクチュエータ２７は、偏向可能要素１６に接続することができ、偏向可能要素１６を偏向させるように構成することができる。スプリング２４及びフレーム構造１８は、断面Ａ−Ａ’の外側に点線で示されている。
【００４７】
ポール構造のような任意の保持構造２９は、可動要素１６及び任意の更なる可動構造３１、例えばマイクロミラー又はそれと同等のものに接続することができる。保持構造２９及び更なる可動構造３１は、シリコン及び／又はアルミニウム、チタン、金又は銀などの金属、或いは金属合金及び／又は化合物、特に窒化チタン又は酸化アルミニウムなどの酸化物又は窒化物を含む、同じ又は異なる材料から形成することができる。可動要素１６の動きは、更なる可動構造３１の動きを誘導することができ、又はその逆も可能であり、これは、アクチュエータ２７の代わりにセンサを配置することができることを意味する。或いは、固定プレート１４ａ及び１４ｂは、基板１２に対して移動可能であってもよく、それとは別に、アクチュエータ２７の代わりに基板１２に実装されていてもよい。
【００４８】
基板１２からの固定プレート１４ａ及び１４ｂの空間は、ＭＭＳ１０のような本明細書に記載されている他のＭＭＳと同様に構成することができる。基板１２は、平面２５に対して高位の部分を有するように示されているが、これらの高位の部分は又、固定プレート１４ａ及び／又は１４ｂの一部であってもよい。代替的に又は追加的に、固定プレートは基板１２の基板材料を含むこともでき、及び／又は、基板材料と一体的に形成することもできる。アクチュエータ２７を配置することにより、ＭＭＳ２０は、ＭＥＭＳとも呼ばれる。
【００４９】
図３は、例えば、ＭＭＳ１０又は２０におけるフレーム構造１８の側面３４ａとして使用することができるので、フレーム構造１８の柔軟な側面の特に有利な実装の概略上面図を示す。フレーム構造１８の側面３４ａは、２つ以上の部分領域３８ａ及び３８ｂを含んでいてもよい。部分領域３８ａ及び３８ｂは、中央領域としても説明できる部分領域３８ｃにおいて接続することができる。外側スプリング２２ａは、ＭＭＳ１０の為に図示されているように、中央領域３８ｃに配置されていてもよく、又は、内側スプリング２４ａは、ＭＭＳ２０の為に図示されているように、配置されていてもよい。部分領域３８ａ及び３８ｂは、その中央部分において比較的剛性のある方法で、例えば、その他の領域と比較して相対的に大きい幅で構成することができる。
【００５０】
側面３４ａは、部分領域３８ａと３８ｂとの間、又はそれぞれの部分領域３８ａ及び３８ｂと中央領域３８ｃとの間で薄肉とすることができ、それによって、撓みヒンジが、薄肉とされた領域２４ａ及び２４ｂ内に形成される。これは、第１又は第２の対のスプリングの内のスプリングが配置される領域において、フレーム構造を撓みヒンジとして構成することができることを意味する。撓みヒンジは、柔軟な側面３４ａに、即ち、フレーム構造の曲げ剛性が比較的低い値を有するフレーム構造の側面に沿って配置することができる。部分領域３８ａ及び３８ｂは、１つ又は複数の撓みヒンジを介して互いに対して移動可能とすることができる。これにより、フレーム構造１８における構造的損傷を防止しながら、部分的な領域、従ってフレーム構造を移動させることが可能になる。
【００５１】
部分領域３８ａ及び３８ｂは、１８０°以外の角度α１で互いに対して配置することができる。これは、より小さい値を有する部分領域３８ａと３８ｂとの間の角度に関連する。１８０°以外の角度であれば、他の側では、１８０°よりも大きい別の角度を同時に考慮することができることは明らかである。ここで、１８０°より小さい角度α１は、フレーム構造１８の外側、即ち外側で測定された角度に関連する。側面３４ａは、領域３８ｃ内に配置されたスプリングの進路に沿うなどの軸線４６に対して対称に形成し、部分領域３８ａと軸線４６との間の角度α２が、部分領域３８ｂと軸線４６との間の角度α３に等しくなるようにすることができる。或いは、側面３４ａは、角度α２及びα３が互いに異なるように、非対称に形成することもできる。フレーム構造に対して外側で測定して角度α１を取り囲むように互いに対する部分領域３８ａ及び３８ｂの配置は、部分領域３８ａ及び３８ｂがフレーム構造の凹部又は凹み側面を形成するようにすることもできる。
【００５２】
張力の発生により、側面３４ａは変形する場合があり、これにより側面３４ａの端部４４ａ及び４４ｂが引っ張られるか、又は押し離される。端部４４ａ及び４４ｂにおいて、撓みヒンジを実現する為に側面３４ａを薄くすることもでき、それにより、撓みヒンジは、２つの隣接する側面の間でフレーム構造１８内に配置される。これは、フレーム構造が、第１の対のスプリングの内の一つのスプリングが配置される側と第２の対のスプリングの内の一つのスプリングが配置される側との間、そして、第１の対のスプリングの別のスプリングが配置される他の側と、第２の対のスプリングの別のスプリングが配置される他の側との間の撓みヒンジとして構成されることを意味する。
【００５３】
補強部分領域３８ａ及び３８ｂと比較して、撓みヒンジ４２ａ及び４２ｂは又、フレーム構造が、隣接する領域３８ａ及び／又は３８ｂと比較して、第１又は第２の対のスプリングの一つのスプリングが配置される領域において、フレーム構造の２つの対向する側面でより高い柔軟性を有すると考えることができる。
【００５４】
図１及び図２を再び考慮すると、フレーム構造の２つの対向する側面は、実質的に同じ曲げ剛性を有するように形成することができる。ここで説明するＭＭＳは、フレーム構造が４つの側面を有するように記載されているが、平行四辺形及びその特定の形態として矩形又は正方形を得ることができるように、フレーム構造は、６個、８個、１０個又はそれ以上の偶数個の側面を有する多角形として形成することも可能である。ここでも又、それぞれ対向する２つの側面を考えることができる。
【００５５】
好ましくは、フレーム構造１８は、第１のスプリング方向２６に沿って、且つ第２のスプリング方向２８に沿って対称的に形成され、これにより、２つの対向する側面を識別することができるようになる。図３においてより詳細に示される側面３４ａは、不連続に湾曲した進路を有する側面として見ることができる。部分領域３８ａ及び３８ｂは、それぞれ基本的に直線的に実施することができ、側面３４ａ内の方向を不連続に変化させることによって同じ結果が生じた場合でも、全体としての側面３４ａが湾曲した進路を有するように、互いに角度をなして配置することができる。
【００５６】
換言すれば、解放前に再進入するジンバルフレーム部分の元の角度α１を選択することにより、角部におけるフレームの得られる幅の値、ひいては、内側スプリングにおける所望の僅かな引張応力を任意に調整することができる。この角度は、レベル原理によって、張力によってフレーム構造にどれだけの力が導入されるかを決定する。材料選択及びフレームの幾何学的形状の選択により、フレームの変形、ひいては、内側スプリングへの張力を決定することができる。角度α１の鈍角が小さいほど、外側スプリングの引張応力によるフレームの広がりが強くなり、内側スプリングの引張応力が高くなる。これにより、内側スプリングへの圧縮力を防止する目的が解決される。ジンバルフレームは全体として、外側スプリングの張力を規定された方法で与えるので、ジンバルフレームの角接続部（ヒンジ又は撓みヒンジ）の剛性を選択することによって、残りの引張応力を調整して初期値の有利に小さい部分に調整することができる。特に薄くて柔らかい角接続部は、柔軟な曲げを可能にし、引張応力をより小さな部分にしておく。しかしながら、二対のスプリングの応力は、フレーム構造１８を介して接続されるので、互いに影響を及ぼすことを考慮すべきである。ジンバルサスペンションの記載された幾何学的形状は、他の負荷状況におけるシステムの特性を改善するのにも適している。例えば、ジンバルが製造の理由によって引張応力下にあり、解放中に何かが収縮する場合、張力は剛性基板を介してジンバルにかかる。この場合も、フレームの角部分は僅かに拡大されて、内側スプリングにおける圧縮応力の収縮及び発生に対抗する。その代わり、既知の概念とは対照的に、二対のスプリングにおける平衡引張応力分布が再び生じる。
【００５７】
図４は、別の実施形態によるＭＭＳ４０の概略上面図を示しており、側面３４ａ及び３４ｃの端部が張力に基づいて離れるように押される。側面３４ａ及び３４ｃは、互いに対して角度をなして配置された少なくとも２つの直線状セグメントから形成されている。セグメントは、同一のものが角度α１を囲むように配置されている。
【００５８】
図５は、ＭＭＳ５０の概略上面図を示しており、側面３４ｂ及び３４ｄは、ＭＭＳ４０と比較して外側に湾曲したビームとして形成される。これは、対向する側面３４ｂ及び３４ｄを連続的に湾曲した進路を有するものとして説明することができることを意味する。外側に湾曲した側面３４ｂ及び３４ｄはアーチ又はブリッジ構造として作用することができ、直線的に構成された要素と比較して湾曲した要素を下に曲げることができるので、スプリング要素２４ａ及び２４ｂへの力の伝達を高めることができる。ヒンジ又は撓みヒンジは、隣接する側面での変形を簡単にする為に、側面３４ａ及び３４ｃの端部４４ａ〜４４ｄに配置することができる。側面３４ａ及び３４ｃは、フレーム構造の凹部を形成することができる。
【００５９】
図６は、第１の態様の更なる実施形態によるＭＭＳ６０の概略上面図を示し、側面３４ｂ及び３４ｄは、外側に湾曲したアーチとして実現され、一方、側面３４ａ及び３４ｃは、内側に湾曲したアーチとして実現される。側面３４ａ及び３４ｃの連続的な湾曲は、ＭＭＳ１０及び２０について説明したような領域において凸状に形成された側面の部分領域間の角度α１の実装と同様の効果を可能にする。ＭＭＳ６０の利点は、例えば、簡単な構造を実現することができることである。側面３４ａ及び３４ｃは、フレーム構造の凹部を形成することができる。
【００６０】
図７は、参照番号１６”、１８”、２４ａ”及び２４ｂ”で示されるように、好ましくない変形を生じたＭＭＳ１０を示す概略上面図である。例えば、ＭＭＳ１０及びＭＭＳ２０に関連して説明した、フレーム構造１８の２つの隣接する側面間に配置される、前述したような可撓性角接続部は、動作状況によっては、フレーム構造１８”に対して示されるように、ジンバルフレーム１８に好ましくない変形を生じるという影響をもたらす場合がある。このような変形は、例えば、動的に励起される場合があり、部材の適切な機能を妨げる可能性がある。
【００６１】
図８は、補償構造４８ａ’及び４８ｂ’を含む第１の態様の有利な実施形態によるＭＭＳ８０の概略上面図を示す。補償構造４８ａ’は、例えば、比較的低い曲げ剛性を有する側面３４ａと同じ方法で構成することができる。又、補償構造４８ｂ’は、フレーム構造１８’の側面３４ｂと同様に構成することができる。簡単に言えば、補償構造４８ａ’及び４８ｂ’は、側面３４ａ及び３４ｃと平行に、且つ側面３４ｂ及び３４ｄの間に配置することができる。これは、補償構造４８ａ’及び４８ｂ’を、側面３４ｂ及び３４ｄに機械的に固定できることを意味する。好ましくは、補償構造４８ａ’及び４８ｂ’は、フレーム構造１８’がより低い曲げ剛性を有する側面に沿って配置される。最も好ましくは、補償構造４８ａ’及び４８ｂ’は、柔軟な側面３４ａ及び３４ｃと平行に配置される、即ち、側面３４ａ及び３４ｃが、力を平行に誘導することができるように、２重又は複数重ねて実装される。
【００６２】
側面３４ａは、実質的にスプリング方向２６に沿って延在する接続要素５２ａを介して補償構造４８ａ’に接続することができ、これにより、中央領域においても補償構造４８ａ’への張力の直接的な力印加が可能となる。又、補償構造４８ｂ’と側面３４ｃとの間には、接続要素５２ｂを配置することができる。
【００６３】
ＭＭＳ８０は、各側面３４ａ及び３４ｃが２重に実装されるように記載されているが、側面の内の一方だけが補償構造を有していてもよい。代替的に又は追加的に、少なくとも一方の側面は３重、少なくとも４重、又はより高い値で実装することができる。
【００６４】
換言すれば、再進入フレーム部分の少なくとも一部が２重又は複数重ねて実装され、従って、平行案内が提供されるという点で、図７による変形は相殺できる。従って、図８は、図７に示されるジンバルフレームの望ましくない変形に対し、二重化されたフレーム部分によって安定化している様子を示しているが、この場合、一方の側面での二重又は多重の実装でも十分である。予想される荷重のケースによっては、選択されるジンバルの形状が変わる場合もある。各ケースにおいて、ＭＭＳ１０及びＭＭＳ２０による凹部を有する構成、又、幾つかのスプリングが係合する本明細書で説明する他の実施形態の構成により、結果として生じる応力分布、特に細いスプリングにおける圧縮応力の防止に好ましい影響を与えることができる。基本形状角度又は角接続強度の最適化は、ＦＥＭシミュレーションを用いて行うことができる。
【００６５】
本明細書に記載される第１の態様の実施形態により、これまで知られているバージョンよりも機械的応力に対して大幅に感度が低いジンバルサスペンションを有するＭＭＳアクチュエータ及び／又はＭＥＭＳアクチュエータを生成することができるようになる。これにより、特に敏感なスプリングの座屈を防止することができ、又別のプロセスウィンドウで部材を製造することができ、広範囲に変化する条件下で作動させることができる。その為に、第１の態様による実施形態は、一般に、追加の製造工程又はプロセス変更を必要としない。特性を向上させる為には、高価であるかもしれないが、ある設計最適化のみが必要となる。これらの実施形態は、移動することを意図しないマイクロシステムの自立部品にも使用することができる。その場合、上記のいわゆるスプリングは、他の理由による座屈を容易に安定化することができない、単に弱いシステム要素に過ぎない。
【００６６】
図９は、第２の態様の一実施形態によるＭＭＳ９０の概略上面図を示す。第２の態様によれば、ジンバルフレーム１００２内のスプリング１００６ａ及び１００６ｂに対する引張応力を少なくとも減少させる目的は、外側スプリング１００５ａ及び１００５ｂの基板１２に対する接続を変更することによって達成される。ＭＭＳ９０は、図１２ａの文脈で説明され、スプリング１００６ａ及び１００６ｂを介してフレーム構造１００２に接続された基板１２及び可動要素１００３を含む。フレーム構造１００２は、フレーム構造１８として形成することもできるが、これに限定されるものではない。スプリング１００６ａ及び１００６ｂは、スプリング２４ａ及び２４ｂとすることができる。代替的に又は追加的に、スプリング１００５ａ及び１００５ｂは、スプリング２２ａ及び２２ｂであってもよい。図１２ａに関連して説明された状況とは異なり、ＭＭＳ９０は、少なくとも４つの固定領域１４ａ〜１４ｄを有する。基板１２を、例えば、解放中に加熱又は力付与によってｘ及びｙ方向に沿って伸長させることにより、固定要素１４ａ〜１４ｄの変位は、可動要素１００３から離れる方向に向いた斜め方向矢印３２ａ〜３２ｄによって示される、それぞれｘ及びｙ方向に沿った１つの方向成分を有することができる。矢印３２ａで示される固定要素１４ａの移動方向は、矢印３２ｃで示される固定要素１４ｃの移動方向と、固定要素１４ｂ及び１４ｄの移動方向と逆であってもよい。これは、基板１２の伸長に起因して、又、その収縮中に固定要素１４ａ〜１４ｄは、互いに対して、及び可動要素１００３及びフレーム１００２に対してそれぞれ変位されることを意味する。
【００６７】
固定要素１４ａ〜１４ｄは、図２ｂを参照して説明したように、基板１２から離間して配置することができる。
【００６８】
ＭＭＳは、レバー要素５４ａ〜５４ｄを含み、一方のレバー要素５４ａは、フレーム構造とは反対側のスプリング１００５ａの端部と固定領域１４ａとの間に配置され、レバー要素５４ｄは、固定要素１４ｄの同じ端部の間に配置される。これは、スプリング１００５ａのフレーム１００２とは反対側の端部が、それぞれ１つのレバー要素５４ａ及び５４ｄによって、固定要素１４ａ及び１４ｄにそれぞれ接続されていることを意味する。同様に、スプリング１００５ｂの、レバー要素５４ｂ及び５４ｃを有するフレーム１００２とは反対側の端部は、固定領域１４ｂ及び１４ｃにそれぞれ配置される。レバー要素５４ａ〜５４ｄは、それぞれ部分領域３８ａ又は３８ｄとして構成することができるが、代替的に、連続的又は非連続的に湾曲させた、直線的な、可変又は一定の幅又は厚さを有する、異なる構成を有していてもよい。２つの隣接するレバー要素５４ａ及び５４ｂの組み合わせは、側面３４ａについて図３の文脈で説明したように構成することができる。
【００６９】
各固定領域１４ａ〜１４ｄにおけるレバー要素５４ａ〜５４ｄの配置は、レバー要素５４ａ〜５４ｄが、変位方向に対して９０°±２０°（即ち、７０°以上１１０°以下）、９０°±１５°（即ち、７５°以上、１０５°以下）、最も好ましくは９０°±１０°（８０°以上、１００°以上）の角度β１〜β４で配置されるようなものとすることができる。各固定要素１４ａ〜１４ｄの変位方向とその上に配置されるレバー要素との間の９０°の角度β１〜βは、特に有利であり、ここで、角度β１〜β４は、固定要素を変位させることによって可変である。このようにして、角度β１〜β４は、９０°よりも僅かに大きいか又は僅かに小さく、その後の更なる減少又は増加の為の変位中に９０°の値を有していてもよい。換言すれば、角度β１〜β４は、固定要素１４ａ／１４ａ’、１４ｂ／１４ｂ’、１４ｃ／１４ｃ’及び１４ｄ／１４ｄ’の位置間の変位中に、９０°の角度が得られるように、即ち、予め僅かに大きいか又は小さくなるように構成することができ、その後、９０°の値を仮定し、続いて再び増減する。
【００７０】
ＭＭＳのこのような対称的な構成に基づいて、スプリングの端部は又、本質的に静止しており、即ち僅かに変位されるだけである。これにより、スプリング１００５ａ及び１００５ｂは、基板１２の拡張中に本質的に修正されない位置を有することができ、これは、フレーム１００２の位置を意味するとともに、それの形状を本質的に修正することができないことを意味する。
【００７１】
レバー要素５４ａ〜５４ｄの説明した向きは、フレーム１００２から離れて面するスプリング１００５ａ及び１００５ｂの端部に対する固定要素１４ａ〜１４ｄの変位が、ｘ方向に沿って且つスプリング方向２６に沿って小さい力が発生するようにそれぞれ構成されており、古典的なフレーム１００２でさえ、内側スプリング１００６ａ及び１００６ｂに小さな力又は全く力が加えられないように構成される。力は、それぞれの正及び／又は負の方向成分に沿って作用することができる。
【００７２】
レバー要素とそれぞれの外側スプリング１００５ａ及び１００５ｂとの間の角度γ１〜γ４それぞれは、例えば、撓み振幅又は同じ及び／又は固定要素１４ａ〜１４ｄの位置決め等のような、スプリング１００５ａ及び１００５ｂの構成に起因する。好ましくは、個々の要素の長さ及び位置は、角度γ１〜γ４が、互いに２５°以上６５°以下の値を有するように構成される。
【００７３】
ＭＭＳ９０は、フレーム構造１８を備えていてもよい。第１の態様との関連で説明された構成は、限定されることなく、第２の態様と組み合わせることができる。これは、例えば、フレーム構造１８がスプリング１００５ａ及び１００５ｂに引張応力が存在する時にスプリング１００６ａ及び１００６ｂに引張応力を発生させるように配置及び構成されるように、ＭＭＳ９０が構成できることを意味する。代替的に又は追加的に、ＭＭＳ１０、２０、４０、５０、６０、７０及び８０の文脈で説明される固定領域又は固定要素は、ＭＭＳ９０に従って構成することもでき、即ち、より多数の固定要素を配置することができ、ここで、１つのレバー要素は、フレーム構造と固定要素とは反対の方向を向いたスプリングの端部に接続され、且つ空間内のレバー要素の幾何学的配置は、単に、低い圧縮力が他のＭＭＳ部分に掛かるように構成される。
【００７４】
図１０は、上述した実施形態の１つ又は幾つかによる、複数のＭＭＳを有するＭＭＳアレイの概略ブロック図を示す。ＭＭＳアレイ１００は、例えば、２つのＭＭＳを含み、ここでも、任意のより高い数は、例えば３以上、５以上、又は１０以上又はそれ以上の数を配置することができる。この配置のＭＭＳは、１つの行にすることもできるし、領域全体に分散させることもできる。例えば、１００又は数百以上の行及び／又は１００以上又は数百以上の列を有する、多くのＭＭＳを有する規則的な行及び列の配置が好ましい。例えば、ＭＭＳ１０ａ及びＭＭＳ１０ｂは、それぞれＭＭＳ１０と同様に構成されている。代替的に又は追加的に、ＭＭＳ１０ａ、１０ｂ、又は場合によっては更なるＭＭＳの少なくとも１つは、本明細書で説明される異なるＭＭＳ、例えば、ＭＭＳ２０、４０、５０、６０、７０、８０及び／又は９０として構成することができる。
【００７５】
図１１は、一実施形態によるＭＭＳアクチュエータ１１０の概略ブロック図を示す。ＭＭＳアクチュエータ１１０は、本明細書に記載される実施形態によるＭＭＳ又はＭＭＳアレイを含み、更にアクチュエータ要素５６を含む。アクチュエータ要素５６は、ＭＭＳの可動要素の偏向を可能にする力又はエネルギーを適用する任意の要素とすることができる。例えば、これは、２つの平行な電極板又はＭＭＳ１０若しくは基板１２の部分を加熱若しくは冷却する為の熱要素からなる静電アクチュエータであってもよく、その場合、他の要素も加熱することができる。代替的に又は追加的に、力部材は、例えば、圧電力部材として配置することができる。代替的に又は追加的に、ＭＭＳアクチュエータ１１０は、ＭＭＳ２０、４０、５０、６０、７０、８０及び／又は９０のような異なるＭＭＳを含んでいてもよく、或いはＭＭＳアレイ１００を含んでいてもよい。ＭＭＳアクチュエータは、ＭＥＭＳ又はＭＥＭＳアクチュエータとも呼ぶことができる。
【００７６】
換言すれば、本明細書で説明される実施形態は、微小機械システム、特にジンバルサスペンションアクチュエータに適している。従って、本発明の実施形態は、微小機械又はＭＥＭＳアクチュエータの構造に関する。これら実施形態は、微小機械システムにおける既知のサスペンションの特性を向上させる。これらは、同様の幾何学的形状を有する要素に対して、例えこれらが傾斜動作を意図していなくても、又、恐らくは動きを全く意図していなくても、即ち、静止して配置されていたとしても、有用である。
【００７７】
幾つかの態様を装置の文脈で説明したが、これらの態様は、対応する方法の説明も表し、装置のブロック又はデバイスもそれぞれの方法ステップや方法ステップの特徴に対応することは明らかである。同様に、方法ステップに関連して説明される態様は、対応する装置の対応するブロック又は詳細又は特徴の説明をも表す。
【００７８】
上述した実施形態は、本発明の原理を単に説明する為のものである。本明細書に記載された構成及び詳細についての変更及び変形は、当業者には明らかであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものであり、本明細書中の実施形態の記述及び説明によって提示される特定の詳細によって限定されるものではない。
〔付記１〕
基板（１２、１４ａ−ｄ）と、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して移動可能な要素（１６）と、
フレーム構造（１８）と、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造（１８）との間に、第１のスプリング方向（２６）に沿って配置された第１の対のスプリングと、
前記可動要素（１６）と前記フレーム構造（１８）との間に配置され、第２のスプリング方向（２８）に沿って配置された第２の対のスプリングと、を備え、  
前記フレーム構造（１８）は、前記第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力（σ１）の第２の対のスプリングにおいて引張応力（σ２）を発生させるように構成されるＭＭＳ（１０、２０、４０、５０、６０、７０、８０）。
〔付記２〕
前記フレーム構造（１８）の２つの対向する側面（３４ａ、３４ｃ）の２つの外側端部（４４ａ、４４ｂ）の距離は、前記第１の対のスプリングで作用する前記引張応力（σ１）に基づいて伸長して、前記第２の対のスプリングで前記張力（σ２）を発生させることができる付記１に記載のＭＭＳ。
〔付記３〕
前記可動要素（１６）及び前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記グループの第１の要素は、前記フレーム構造（１８）によって囲まれており、前記フレーム構造（１８）の２つの対向する側面（３４ａ、３４ｃ）は、前記フレーム構造（１８）の解放状態において、連続的又は不連続的に湾曲した進路を有する付記１又は２に記載のＭＭＳ。
〔付記４〕
前記第１の対のスプリングの内のそれぞれ１つのスプリング（２２ａ、２２ｂ）が配置される前記フレーム構造（１８）の第１及び第２の側面は、間に前記それぞれのスプリング（２２ａ、２２ｂ）が配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、前記フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度（α１）で配置される付記１〜３の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記５〕
前記第１の対のスプリングの内のそれぞれ１つのスプリング（２２ａ、２２ｂ）が配置される前記フレーム構造（１８）の第１及び第２の側面は、間に前記それぞれのスプリング（２２ａ、２２ｂ）が配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、共に前記フレーム構造の凹部を形成する付記１〜４の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記６〕
前記第２の対のスプリングの内のそれぞれ１つのスプリング（２４ａ、２４ｂ）が配置される前記フレーム構造（１８）の第３及び第４の側面は、間に前記それぞれのスプリング（２４ａ、２４ｂ）が配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、前記フレーム構造に対して外側で測定して１８０°未満の角度（α１）で配置される付記１〜５の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記７〕
前記第２の対のスプリングの内の１つのスプリング（２４ａ、２４ｂ）がそれぞれ配置される前記フレーム構造（１８）の第３及び第４の側面は、間に前記それぞれのスプリング（２４ａ、２４ｂ）が配置される第１の部分領域（３８ａ）及び第２の部分領域（３８ｂ）を含み、前記第１及び第２の部分領域（３８ａ、３８ｂ）は、共に前記フレーム構造の凹部を形成する付記１〜６の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記８〕
前記フレーム構造（１８）は、前記第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力（σ１）で前記第２の対のスプリングの領域において前記第２のスプリング方向（２８）に沿って伸長するように構成される付記１〜７の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記９〕
前記第１のスプリング方向（２６）及び前記第２のスプリング方向（２８）に沿った前記フレーム構造（１８）の曲げ剛性は、互いに異なる付記１〜８の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記１０〕
前記曲げ剛性は少なくとも２倍異なる付記９に記載のＭＭＳ。
〔付記１１〕
前記フレーム構造（１８）は、偶数の角点を有する構造として形成され、前記フレーム構造（１８）の１つの側面（３４ａ−ｄ）が２つの隣接する角点の間に配置され、２つの対向する側面（３４ａ／３４ｃ、３４ｂ／３４ｄ）の曲げ剛性が実質的に同じである付記１〜１０の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記１２〕
前記フレーム構造（１８）は、前記第１又は第２の対のスプリングの内のスプリング（２２ａ−ｂ、２４ａ−ｂ）が配置される領域（３８ｃ）において隣接する領域よりも前記フレーム構造（１８）の２つの対向する側面（３４ａ／３４ｃ、３４ｂ／３４ｄ）でより高い柔軟性を示す付記１〜１１の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記１３〕
前記フレーム構造（１８）は、前記第１又は第２の対のスプリングの内のスプリング（２２ａ−ｂ、２４ａ−ｂ）が配置される領域において、撓みヒンジとして構成される付記１〜１２の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記１４〕
前記第１のスプリング方向（２６）に沿った前記フレーム構造（１８）の曲げ剛性及び前記第２のスプリング方向（２８）に沿った前記フレーム構造（１８）の曲げ剛性は、比較的高い値及び比較的低い値を有し、前記フレーム構造（１８）が撓みヒンジとして構成される領域は、前記曲げ剛性が比較的低い値を有する前記フレーム構造（１８）の一方の側面（３４ａ、３４ｃ）に配置される付記１３に記載のＭＭＳ。
〔付記１５〕
前記フレーム構造（１８）は、前記第１の対のスプリングの第１のスプリング（２２ａ）が配置される第１の側面（３４ａ）と、前記第２の対のスプリングの第１のスプリング（２４ｂ）が配置される第３の側面（３４ｂ）との間、及び、前記第１の対のスプリングの第２のスプリング（２２ｂ）が配置される第２の側面（３４ｃ）と、前記第２の対のスプリングの第２のスプリング（２２ｂ）が配置される第４の側面（３４ｄ）との間の撓みヒンジとして構成される付記１〜１４の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記１６〕
前記フレーム構造（１８）は、前記第１のスプリング方向（２６）に対して軸線対称に形成され、前記第２のスプリング方向（２８）に対して軸線対称に形成される付記１〜１５の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記１７〕
更に、前記フレーム構造（１８）の２つの側面（３４ｂ、３４ｄ）の間に配置され、機械的に固定された補償構造（４８ａ−ｂ）を含み、前記第１のスプリング方向（２６）に沿った前記フレーム構造（１８）の側面の曲げ剛性と、第２のスプリング方向（２８）に沿った前記フレーム構造（１８）の側面の曲げ剛性とは、比較的高い値と比較的低い値とを有し、前記補償構造（４８ａ−ｂ）は曲げ剛性の値が低い側面（３４ａ、３４ｃ）に沿って配置される付記１〜１６の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記１８〕
前記補償構造は、前記フレーム構造の側面（３４ａ−ｄ）と同一に構成される付記１７に記載のＭＭＳ。
〔付記１９〕
前記補償構造（４８ａ−ｂ）は、第２及び第４の側面（３４ｂ、３４ｄ）を互いに接続する前記フレーム構造（１８）の第１の側面（３４ｃ）と平行に配置される付記１７又は１８に記載のＭＭＳ。
〔付記２０〕
前記第１のスプリング方向（２６）及び前記第２のスプリング方向（２８）は、互いに直交するように配置される付記１〜１９の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記２１〕
前記第１の対のスプリングの内の前記スプリング（２２ａ−ｂ）は、前記第１のスプリング方向（２６）に沿って互いに平行に、且つ互いにオフセットして配置され、前記第２の対のスプリングの内の前記スプリング（２４ａ−ｂ）は、前記第２のスプリング方向（２８）に沿って互いに平行に、且つ互いにオフセットして配置される付記１〜２０の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記２２〕
前記フレーム構造体（１８）とは反対側の端部における前記第１の対のスプリングの内の第１のスプリング（２２ａ）は、第１のレバー要素（５４ａ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第１の固定領域（１４ａ）と、第２のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第２の固定領域（１４ｄ）とに接続されており、前記フレーム構造体（１８）とは反対側の端部における前記第１の対のスプリングの内の第２のスプリング（２２ｂ）は、第３のレバー要素（５４ｃ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第３の固定領域（１４ｂ）と、第４のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第４の固定領域（１４ｃ）とに接続されており、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）が伸長すると、前記第１、第２、第３及び第４の固定領域（１４ａ−ｄ）は、第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に沿って互いに対して変位され、
前記レバー要素（５４ａ−ｄ）の各々は、前記変位方向（３２ａ−ｄ）に対して前記それぞれの固定領域（１４ａ−ｄ）において７０°以上及び１１０°以下の角度（β１−β４）で配置される付記１〜２１の何れか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記２３〕
基板（１２、１４ａ−ｄ）と、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して可動な要素（１００３）と、
フレーム構造（１００２）と、
第１のスプリング方向（２６）に沿って前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造体（１００２）との間に配置された第１及び第２のスプリング（２２ａ−ｂ）と、
第２のスプリング方向（２８）に沿って、前記可動要素（１００３）と前記フレーム構造（１００２）との間に配置される第３及び第４のスプリング（２４ａ−ｂ）と、を備え、
前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いたフレームの端部の前記第１のスプリング（２２ａ）は、第１のレバー要素（５４）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第１の固定領域（１４ａ）と、第２のレバー要素（５４ｄ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第２の固定領域（１４ｄ）とに接続され、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた端部の前記第２のスプリング（２２ｂ）は、第３のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第３の固定領域（１４ｂ）と、第４のレバー要素（５４ｃ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の第４の固定領域（１４ｃ）とに接続されており、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）が伸長すると、前記第１、第２、第３及び第４の固定領域  （１４ａ−ｄ）は、第１、第２、第３及び第４の移動方向（３２ａ−ｄ）に沿って互いに対して変位され、
前記各レバー要素（５４ａ−ｄ）は、前記変位方向（３２ａ−ｄ）に対して前記それぞれの固定領域（１４ａ−ｄ）において７０°以上及び１００°以下の角度（β１−β４）で配置されるＭＭＳ（９０）。
〔付記２４〕
前記基板の前記伸長は、前記基板の熱的に誘導される伸長である付記２３に記載のＭＭＳ。
〔付記２５〕
前記第１及び前記第２のレバー要素（５４ａ−ｂ）は、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第１のスプリング（２２ａ）の端部において、前記第１のスプリング（２２ａ）に対して２５°以上及び６５°以下の角度（γ１、γ４）で配置されており、前記第３及び前記第４のレバー要素（５４ｃ−ｄ）は、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第２のスプリング（２２ｂ）の端部において前記第２のスプリング（２２ｂ）に対して２５°以上及び６５°以下の角度（γ２、γ３）で配置されている付記２３又は２４に記載のＭＭＳ。
〔付記２６〕
前記第１のスプリング（２２ａ）及び前記第２のスプリング（２２ｂ）は、第１の対のスプリングであり、前記第３のスプリング（２４ａ）及び前記第４のスプリング（２４ｂ）は、第２の対のスプリングであり、前記フレーム構造は、前記第１対のスプリングにおいて作用する引張応力（σ１）で前記第２の対のスプリングに引張応力（σ２）を発生するように構成される付記２３乃至２５のいずれか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記２７〕
前記角度（β１−β４）は、前記固定領域（１４ａ−ｄ）の変位によって可変である付記２３乃至２６のいずれか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記２８〕
前記第１のレバー要素（５４ａ）及び前記第２のレバー要素（５４ｂ）は互いに対して移動可能であり、前記第３のレバー要素（５４ｃ）及び前記第４のレバー要素（５４ｄ）は互いに対して移動可能である付記２３乃至２７のいずれか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記２９〕
前記第１のレバー要素（５４ａ）及び前記第２のレバー要素（５４ｂ）は、前記第１及び第２の変位方向（３２ａ−ｂ）に沿った前記第１の固定領域（１４ａ）及び前記第２の固定領域（１４ｂ）の変位中に互いに対して可変角度を有し、前記第３のレバー要素（５４ｃ）及び前記第４のレバー要素（５４ｄ）は、前記第３及び第４の変位方向（３２ｃ−ｄ）に沿って、前記第３の固定領域（１４ｃ）及び前記第４の固定領域（１４ｂ）の変位中に、互いに対して可変角度を有する付記２３乃至２８のいずれか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記３０〕
前記可動要素（１６）に接続されたマイクロミラー（３１）を備える付記１〜２９のいずれか１項に記載のＭＭＳ。
〔付記３１〕
付記１乃至３０のいずれか１項に記載の複数のＭＭＳを含むＭＭＳアレイ（１００）。
〔付記３２〕
付記１乃至３０のいずれか１項に記載のＭＭＳ及び／又は付記３１に記載のＭＭＳアレイを含むＭＭＳアクチュエータ（１１０）。
〔付記３３〕
ＭＭＳを提供する為の方法であって
基板（１２、１４ａ−ｄ）を設けることと、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して可動な要素（１６、１００３）を設けることと、
フレーム構造（１８）を設けることと、
第１のスプリング方向（２６）に沿って、前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造（１８）との間に第１の対のスプリングを配置することと、
第２のスプリング方向（２８）に沿って、前記可動要素（１６、１００３）と前記フレーム構造（１８）との間に第２の対のスプリングを配置することと、
前記フレーム構造（１８）は、前記第１の対のスプリングにおいて作用する引張応力（σ１）で第２の対のスプリングにおいて引張応力（σ２）を発生させるように配置することとを含む方法。
〔付記３４〕
ＭＭＳを製造する方法であって、
基板（１２、１４ａ−ｄ）を設けることと、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に対して可動な要素（１６、１００３）を設けることと、
フレーム構造（１８）を設けることと、
前記基板（１２、１４ａ−ｄ）に第１、第２、第３及び第４の固定領域（１４ａ−ｄ）を設け、前記基板（１２、１４ａ−ｄ）が伸長すると、前記第１、第２、第３及び第４の固定領域（１４ａ−ｄ）が第１、第２、第３及び第４の方向（３２ａ−ｄ）に沿って互いに対して変位するようにすることと、
第１のスプリング方向（２６）に沿って、前記基板（１２、１４ａ−ｄ）と前記フレーム構造（１００２）との間に第１及び第２のスプリングを配置することと、
第２のスプリング方向（２８）に沿って、前記可動要素（１００３）と前記フレーム構造（１００２）との間に第３及び第４のスプリングを配置することと、
前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第１のスプリング（２２ａ）の端部は、第１のレバー要素（５４）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第１の固定領域（１４ａ）と、第２のレバー要素（５４ｄ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第２の固定領域（１４ｄ）とに接続し、前記フレーム構造（１００２）とは反対側を向いた前記第２のスプリング（２２ｂ）の端部は、第３のレバー要素（５４ｂ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第３の固定領域（１４ｂ）と、第４のレバー要素（５４ｃ）を介して前記基板（１２、１４ａ−ｄ）の前記第４の固定領域（１４ｃ）とに接続し、
接続は、前記各レバー要素（５４ａ−ｄ）が、前記移動方向（３２ａ−ｄ）に対して前記それぞれの固定領域（１４ａ−ｄ）において７０°以上及び１００°以下の角度（β１−β４）で配置されるようにして行われるＭＭＳを製造する方法。
【符号の説明】
【００７９】
１０、２０、４０、５０、６０、７０、８０  ＭＭＳ
１２  基板
１４ａ〜１４ｄ  固定要素
１６  可動要素
１８  フレーム要素
２２ａ  スプリング
２２ｂ  スプリング
２４ａ  スプリング
２４ｂ  スプリング
２６  スプリング方向
２８  スプリング方向
３４ａ〜３４ｄ  フレーム側面
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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