静电致动器和用于生产其的方法 |
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| 申请号 | CN201480030847.2 | 申请日 | 2014-05-26 | 公开(公告)号 | CN105392733B | 公开(公告)日 | 2017-03-15 |
| 申请人 | 弗朗霍夫应用科学研究促进协会; | 发明人 | 尼古拉斯·兰格; 弗兰克·维普曼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种静电 致动器 ，包括静止 电极 (22’)包括在重叠区域内与静止电极(14)相对设置并且沿静止电极(14)的方向能够移动的悬臂电极(29)。(14)和一端被紧固的弯折部分(22’)，弯折部分 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种静电致动器，包括： |
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| 说明书全文 | 静电致动器和用于生产其的方法技术领域背景技术[0002] 通常，静电致动器如下构造，此处以如下顺序从下到上示意性地描述：将固定或可移动的第一电极设置在第一致动器材料上并由绝缘层覆盖。在后者上，设置牺牲层，牺牲层再被固定或可移动的第二电极覆盖。将第二致动器材料设置在第二电极上。第一和第二电极中的电极材料均可以不同于致动器材料，其中第一致动器材料也可以不同于第二致动器材料，具体地，第一或第二致动器材料可以为在其上以不可移动的方式形成致动器的衬底。在层和电极结合在一起之后，移除牺牲层，于是在结构内的电极之间留下间隙。 [0003] 静电致动器的常见生产过程在静电致动器的两个电极之间形成空气间隙，尤其由于引入的牺牲层。由间隙形成的电极之间的距离一方面导致操作致动器所需电压的显著增加，另一方面导致致动器的依赖于当前获得的偏转状态的偏转性能的变化，甚至导致“吸和”效应。 [0004] 静电致动器的生成的力随着电极彼此之间的距离增加而二次方地减小。在经典的平行板致动器的情况下，静电致动器的力能够通过忽略绝缘层由以下公式给出[0005] F＝1/2(e0A V2)/(g-d)2 [0006] 其中F描述静电力，e0描述电场常数，V描述所施加的电压，d描述电压相关偏转，A描述电容器面积，g描述电极彼此之间的初始距离。由于静电致动器的几何形状和高度非线性力生成，以比例 二次方地依赖于电极彼此之间的距离，静电致动器的效率随着电极彼此之间的距离的增大而大大地减小。在平行板致动器的情况下，该距离为最大的可能行程。 [0007] 图3a示出了根据现有技术的静电致动器的侧视图，其中将静止电极14设置在衬底12上，将绝缘层16设置在静止电极14的远离衬底12的一侧上。与静止电极14相对，设置固定在固定夹具18处的弯折件32。将可移动的电极34设置在弯折件32的朝向静止电极14的一侧，其中在可移动的电极34和绝缘层16之间形成间隙17，其中间隙17是例如移除在致动器的上述生产过程中已经设置的牺牲层的结果。 [0008] 使用电极14和34之间形成的间隙17相对于彼此定位两个电极14和34导致致动器的上述限制。 [0009] 图3b示出了图3a中的静电致动器的俯视图。设置在固定夹具18上的弯折件32以平面均匀方式实现。 [0010] 当超过电极14和34之间的基于几何形状和材料参数的控制电压时，电极14和34之间的间隙17和非线性力生成导致吸和效应。 [0011] 由于由生产引起的限制，电极14和34之间的间隙17不能够被完全关闭，但能够通过优化生产过程被最小化。由此，由电极14和34彼此之间余留的距离导致的可静电地产生并使用的力的损失可被接受。 [0012] 传统技术包括大量的静电致动器的不同结构。已知实现示出，例如，弯折件或板通过弹簧元件被悬臂或通过固定夹具或弹簧元件在两侧被夹紧。同样，关于静止电极或弯折件的几何形状，已知大量不同的实现，其中电极之间的间隙导致实现中的上述缺点。 [0013] 公开描述如何利用弯折件所包含的非常柔软的突片(tab)，通过非常早的静电激励，即以非常低的被施加的电压，并通过利用由所施加的电压产生的电极之间的吸引力产生柔软突片朝向相对的电极的偏转，部分地关闭电极之间的间隙，并且偏转部分地关闭接触点处的间隙。但是间隙本身仍然存在。 发明内容[0014] 本发明的目的在于提供一种静电致动器以及用于生产其的方法，由此能够减小用于操作的电压。 [0015] 该目的通过本发明实施例提供的静电致动器及其生产方法实现。 [0016] 根据本发明实施例的静电致动器，包括：静止电极；固定悬臂式的弯折件，其中所述弯折件包括带有在重叠区域内与所述静止电极相对设置的悬臂电极的悬臂；其中所述悬臂包括在空闲状态下设置在所述弯折件的平面内的第一端和偏转出沿所述静止电极的方向设置所述弯折件的平面的第二端，以当施加电场时引起所述悬臂电极或所述弯折件的变形。 [0017] 根据本发明实施例的用于生产静电致动器的方法，包括：设置静止电极；设置固定悬臂式的弯折件；其中，所述弯折件包括带有在重叠区域内与所述静止电极相对设置的悬臂电极的悬臂；其中所述悬臂包括在空闲状态下设置在所述弯折件的平面内的第一端和偏转出沿所述静止电极的方向设置所述弯折件的平面的第二端，以当施加电场时引起所述悬臂电极或所述弯折件的变形。 [0018] 本发明基于通过利用机械预加载部分地关闭电极之间的间隙而防止上述问题的知识。此外，通过设置悬臂电极，能够影响施加的电压和导致的致动器行程之间的特征曲线。 [0019] 例如在光刻工艺中，能够实现弯折件的材料中的由生产引起的张力并用于使悬臂相对于弯折件偏转。通过稍微改变的几何形状和机械张力梯度，能够在致动器内产生不同地弯曲的区域。如果不同地弯曲的区域是同步的，电极之间的间隙能够在接触点处被部分地关闭和/或能够产生额外的弹簧元件。额外的弹簧元件能够被用于，例如，通过由弹簧元件改变的反方向的力使静电致动器的力-偏转曲线线性化。 [0020] 用于改变偏转曲线的一个进一步并更加可靠的并且技术上也更加简单的选择是电极形状的改变，以通过局部不同的电极构造调整局部不同的激励功率并因此调整已改变的偏转曲线。 [0021] 根据一个实施例，弯折件包括沿静止电极方向偏转的悬臂电极，以使悬臂电极接触设置在静止电极上的绝缘层，并由此在悬臂电极和静止电极之间的接触点处部分地关闭电极之间的例如通过移除牺牲层而暴露的间隙。由此，当在电极之间施加电压时，产生高吸引力并以较低电压实现弯折件的偏转。 [0022] 根据可选的实施例，沿轴向伸展弯曲弯折件，以使弯折件和静止电极之间的距离沿弯曲并从弯折件的夹具开始增加。这个布置允许致动器在可偏转端和静止电极之间的行程增加。 [0023] 根据进一步的实施例，设置两个静电致动器以使弯折件的可偏转端彼此相对并在可偏转端之间设置弹簧结构，这产生相对于偏转致动器的静电力的恢复力。由此，额外地影响电压偏转行为。 [0024] 根据进一步的实施例，在弯折件的自由可偏转端处设置梁元件，以通过杠杆作用增加静电致动器的行程。 [0025] 根据进一步的实施例，绝缘间隔件至少部分地设置在所述悬臂电极和所述静止电极之间。 [0026] 根据进一步的实施例，绝缘间隔件至少部分地设置在所述悬臂电极和所述静止电极之间，且所述绝缘间隔件设置在所述悬臂电极或所述静止电极上。 [0027] 根据进一步的实施例，所述静止电极包括区域，所述悬臂电极支撑在所述区域上。 [0028] 根据进一步的实施例，设置在所述悬臂电极和所述静止电极之间的间隙在所述悬臂电极的区域内被部分地减小。 [0029] 根据进一步的实施例，所述悬臂电极或所述静止电极的几何形状被实现为具有施加在所述电极之间的电压和所述弯折件或所述悬臂电极产生的所述变形之间的线性化比例。 [0030] 根据进一步的实施例，静电致动器包括设置在所述弯折件的与固定夹具相对设置的可偏转端上的弹簧结构。 [0031] 根据进一步的实施例，所述弯折件包括多个所述悬臂电极。 [0032] 根据进一步的实施例，所述静止电极包括至少两个部分电极。 [0033] 根据进一步的实施例，所述悬臂电极包括至少两个部分电极。 [0034] 根据进一步的实施例，所述部分电极中的一个或多个包括可变侧向伸展。 [0035] 根据进一步的实施例，在所述弯折件的可偏转端上设置梁元件，所述梁元件在与所述弯折件侧向相邻且沿着所述弯折件的一个部分内延伸。 [0036] 根据进一步的实施例，所述梁元件沿所述梁元件的轴向曲线弯曲。 [0038] 下面参考附图描述本发明的实施例。它们示出： [0039] 图1a为静电致动器的侧视图，除绝缘层之外，静电致动器的弯折件包括悬臂电极，悬臂电极沿静止电极的方向偏转并关闭电极之间的间隙； [0040] 图1b为图1a中的静电致动器的俯视图； [0041] 图2为类似于图1a的静电致动器的侧视图，其中悬臂电极沿静止电极的方向偏转并部分地减小电极之间的间隙； [0042] 图3a为根据现有技术的不具有悬臂电极的静电致动器的侧视图； [0043] 图3b为图3a中的静电致动器的俯视图； [0044] 图4a为类似于图1a的静电致动器，其中弯折件包括机械预加载，以使弯折件具有弯曲； [0045] 图4b为图4a中的静电致动器的俯视图； [0046] 图5a为具有方形悬臂的静电致动器的俯视图； [0047] 图5b为具有三角形悬臂的静电致动器的俯视图； [0048] 图5c为具有梯形悬臂的静电致动器的俯视图； [0049] 图5d为具有矩形悬臂的静电致动器的俯视图，矩形悬臂的可偏转端沿弯折件的轴向曲线延伸； [0050] 图6a为类似于图5a的具有邻近固定夹具设置的减小的悬臂的静电致动器的俯视图； [0051] 图6b为类似于图6a的具有邻近弯折件的可偏转端设置的减小的悬臂的静电致动器的俯视图； [0052] 图6c为具有分别类似于图6a和6b的悬臂的静电致动器的俯视图； [0053] 图7a为可偏转端通过弹簧元件相连的两个相对的静电致动器的侧视图； [0054] 图7b为图7a中的静电致动器的俯视图； [0055] 图8为具有四个悬臂的环形静电致动器的俯视图； [0056] 图9a为具有根据图4a的预弯曲和悬臂电极的静电致动器的侧视图； [0057] 图9b为不同示意性电极几何形状的图示； [0058] 图9c为具有图9b中的不同电极几何形状的示意性致动器偏转的曲线图； [0059] 图10a为处于非偏转状态的静电致动器的俯视图，在其可偏转端处设置梁元件； [0060] 图10b为图10a中的静电致动器的侧视图； [0061] 图10c为类似于图10b的静电致动器处于偏转状态时的侧视图； [0062] 图10d为图10a-c中的静电致动器处于类似于图10c的偏转状态时的俯视图； [0063] 图11a为类似于图10a的静电致动器的俯视图，其中弯折件具有相对于梁元件而言较小的轴向伸展； [0064] 图11b为图11a中的类似于图10b的静电致动器的侧视图； [0065] 图11c为类似于图11b的静电致动器处于偏转状态时的侧视图； [0066] 图11d为类似于图11a的静电致动器处于类似于图11c的可偏转状态时的俯视图； [0067] 图12a为类似于图11a的静电致动器的俯视图，其中在梁元件的区域内设置梁电极； [0068] 图12b为根据图12a的类似于图11b的致动器的侧视图； [0069] 图12c为类似于图12b的致动器的侧视图，其中额外地设置的梁元件被偏转； [0070] 图12d为类似于图12a的静电致动器处于类似于图12c的偏转状态时的俯视图。 具体实施方式[0071] 图1a示出了具有静电致动器的装置10的侧视图。在衬底12上设置以平面的方式被绝缘层16覆盖的静止电极14。与静止电极14相对，间隔开间隙17，布置设置在固定夹具18上的弯折件22，其中弯折件包括可变形致动器材料24和设置在其上的弯折件电极26。弯折件22的中性纤维27平行于静止电极14延伸。弯折件22的区域限定出悬臂28并在静止电极14的方向上偏转，其中在悬臂28的朝向静止电极14的表面上设置与弯折件电极26绝缘的悬臂电极29，以便可以在弯折件电极26和悬臂电极29之间施加不同的电势。在空闲状态下，不施加电场，悬臂28被预偏转，以使悬臂电极29在接触点31处接触绝缘层16并在接触点31处部分地关闭悬臂电极29和静止电极14之间的间隙17。通过弯折件的从固定夹具18朝向与弯折件的被夹紧侧相对的可偏转端33的轴向曲线，在空闲状态下并且没有施加电场的情况下，除了悬臂电极29以外，弯折件22包括弯折件和绝缘层16之间的以及因此与静止电极14之间的几乎恒定的距离，其中在该距离内形成间隙17。 [0072] 图1b示出图1a中的装置的俯视图。在其被夹紧的端处，通过弯折件22的整个宽度的侧向伸展以固定的方式夹紧弯折件22。弯折件22包括形成悬臂28以使从悬臂28到弯折件22的过渡部邻近弯折件22的可偏转端设置的凹槽35，使得如图1a所示，在朝向夹具18的一侧，悬臂28从在其内沿静止电极的方向设置弯折件的平面偏转出。凹槽35能够在生产过程中或通过不在凹槽35的位置形成弯折件或通过随后移除材料实现。 [0073] 除了在接触点31处部分地关闭悬臂电极29和静止电极14之间的间隙17，从而减少偏转弯折件的可偏转端所需的张力之外，悬臂电极29和电极14之间的接近导致弯折件22和静止电极14之间的增加的力生成，这增加弯折件22的有用行程，因此增加致动器的有用行程并减少所需的控制电压。进一步地，能够影响悬臂的几何形状、能够发生的偏转行为的改变以及达到吸和效应的最大行程，其中吸和效应具有沿静止电极14的方向突然地偏转弯折件22的效果。通过改变生产参数并通过电极14、26和29的稍微不同的几何形状，结合将悬臂电极29朝向静止电极移动的机械预加载，两个电极14和29之间的间隙被关闭以使在电极14和29之间仅设置绝缘层以防止短路。由此，致动器的偏转在较低电压下也是可能的。 [0074] 当前的生产过程只是稍微改变以实现具有悬臂电极的静电致动器。悬臂在与平行于静止电极14的平面延伸的生产平面垂直的方向上偏转，由此电极14和29之间的间隙17在接触点31处被部分地关闭并因此显著提高性能。 [0075] 悬臂28或悬臂电极29的几何形状、位置或基本设计的适当改变额外地能够调整施加到电极14、26或29上的电压和致动器的偏转之间的比例，特别地，能够使得该比例线性化。在基于聚合物的静电致动器中，这能够通过生产参数的稍微改变而发生。此处，利用了悬臂28接近静止电极14产生增加的静电力的事实，其中该力由悬臂28和/或悬臂电极29以及静止电极14的几何形状限定，从而减少所需的供给电压或防止吸和效应，其中几何形状也能够被实现为调整施加到致动器的电压和导致的致动器行程之间的线性化比例。此处，全部电极26和29也能够被单独地或择一地控制，全部的电极26和29能够彼此相连。 [0076] 悬臂28包括悬臂电极29，两者均能够连接到弯折件22所包括的弯折件电极26，但也能够被单独地控制。能够根据对致动器的需求，根据悬臂的位置和设计改变静电致动器的偏转曲线，如将在下面的实施例中所描述的。通过相对于静止电极的预偏转产生的反向力能够被用作机械阻力或弹簧元件或在电激励情况下，用作额外的吸引元件。 [0077] 在可选的实施例中，弯折件电极和悬臂电极一体形成，以使向弯折件或悬臂电极施加电压也导致向各个其他电极施加电压。 [0078] 根据可选的实施例，致动器材料或衬底与弯折件电极和/或悬臂电极一体形成，以使例如导电材料的平面部分设置在固定夹具上并包括悬臂。 [0079] 实施例包括多个如下结构，包括自支撑和/或夹紧的弯折梁、脊、弹簧元件和悬臂。进一步地，实施例示出一个装置中的多个该结构的布置，其中他们的布置可以为基本并排、平行、径向或作为更大系统中的较小元件。 [0080] 图3示出类似于图1a的静电致动器的侧视图，其中沿静止电极14的方向偏转悬臂28，以使间隙17横跨弯折件的轴向伸展被部分地减小，悬臂28在无电压状态与绝缘层16间隔设置。 [0081] 依赖于悬臂相对于静止电极的布置或偏转，悬臂和静止电极之间的间隙能够被部分地减少或部分地关闭。间隙的不断减小导致偏转静电致动器所需电压的不断减小，以使静电致动器的偏转行为能够被间隙的部分较小或部分关闭影响。 [0082] 图4a示出类似于图1a的静电致动器的侧视图，其中与图1中的弯折件22相比，弯折件22’被机械地预加载以使与固定夹具18相对设置的可偏转端33’朝远离固定电极14的方向偏转。由此，将弯折件22’的中性纤维27’所在的平面设置为具有弯曲。类似于图1中的悬臂28，弯折件22’包括的并由凹槽35’限定的悬臂28’具有电压梯度并因此具有相对于弯折件22’的机械预加载，以使悬臂电极29和静止电极14之间的间隙17’在空闲状态下并因此在没有施加电场的情况下被部分地关闭，使得在接触点31’处，在电极14和29之间仅设置绝缘层16。 [0083] 弯折件22’的机械预加载导致可偏转端33’和静止电极之间的距离相对于图1被增大，并且因此导致致动器的有用行程增加。同时，弯折件22’额外地包括悬臂28’的恢复力。 [0084] 图4b示出图4a中的静电致动器的俯视图。该俯视图与图1b相同，由于悬臂28’和设置在固定夹具18上的弯折件22’的机械预加载导致弯折件22’和悬臂28’在观察者方向上的弯曲，使得俯视图保持不变。 [0085] 图5a-d每个示出由凹槽限定并被弯折件56包括的悬臂的不同可能实施。 [0086] 图5a示出悬臂58，与上述实施例类似，悬臂58由凹槽57以方形的方式形成并包括邻近固定夹具18设置的可偏转端。 [0087] 图5b示出供选择的悬臂58’，悬臂58’由凹槽27’以三角形的方式形成，其中悬臂58’从可偏转端朝向相对的、邻近固定夹具18的固定端形成锥形。该实施具有如下效果：沿悬臂58’的曲线对悬臂58’和静止电极之间的机械力进行调整，并且通过凹槽57’(因此由悬臂58’)的几何形状，将通过在悬臂电极和静止电极之间施加电压引起的力限定在悬臂58’和/或弯折件56相对于静止电极之间。锥形悬臂58’在锥形端处具有较小的刚性，因此具有较小的恢复力。同时，悬臂电极和静止电极彼此相对的区域也形成锥形，使得在锥形位置，电极之间的吸引力较小。 [0088] 图5c示出具有以梯形方式形成的悬臂58”的弯折件56，其中悬臂58”从设置在固定夹具18上的不可移动端开始朝向相对的可偏转端逐渐变细。 [0089] 在图5d中，悬臂58”’也具有矩形形状，但是相对于图5a-c被定向为悬臂58”’的可偏转端沿从邻近固定夹具18设置的固定夹紧端朝向相对的可偏转端的方向延伸，使得悬臂相对于图5a-c旋转90°，并且悬臂58”’和静止电极或绝缘层之间的接触点沿静止电极的轴向曲线延伸，作为上述实施例的替代。 [0090] 基本上，能够实现弯折件内的悬臂的任何实施。根据以下各个应用的需求改变悬臂的定向和几何形状。没有静电功能的悬臂(例如由于没有电压与电极接触或没有对电极施加电压)允许将悬臂用作弹簧元件以通过几何形状和材料选择使得静电致动器的偏转曲线适于限定的需求，其中根据限定的需求，实施悬臂的位置、长度、几何形状和/或机械预加载。 [0091] 图5a-d中描述的电极几何形状的改变导致弯折件致动期间的电容变化。致动器的偏转导致悬臂和静止电极之间的距离的减小，其中电容变化由可变的距离触发，由此致动器额外地示出非线性偏转行为。该非线性偏转行为能够通过悬臂和/或静止电极的几何形状的改变进行调整，例如用于调整电容变化的线性曲线或电容的恒定曲线。通过改变电极形状，能够影响致动器的偏转行为，此外，能够完全防止吸和效应。由此，电极的形状与随着增加的偏转而在致动器中产生的电容的变化相适应。 [0092] 图6a示出图5a的弯折件56的俯视图，具有可偏转端61和供选择的悬臂60，其中悬臂60与图5a中的悬臂58相比是被减小的。悬臂60邻近弯折件56的固定夹紧端设置。 [0093] 图6b示出具有类似于图6a的悬臂60的悬臂60’的弯折件56的俯视图，其中悬臂60’邻近弯折件56的可偏转端61’设置。 [0094] 图6c示出包括类似于图6a的悬臂60和类似于图5b的悬臂60’的弯折件56的俯视图，以使两个悬臂60和60’被弯折件56包括，根据上述实施例能够单独地控制设置在其上的电极。供选择地或额外地，两个悬臂60和60’也可以具有不同的机械预加载，以实现弯折件和静止电极之间的不同力和距离。 [0095] 可选的实施例包括任意数量的相同地或不同地形成的悬臂。 [0096] 基本上，弯折件包括的多个电极能够被实施为电分隔，或可单独控制，或电连接并因此可共同控制。 [0097] 图7示出包括通过弹簧元件相互连接的根据图4的两个静电致动器的装置20。 [0098] 图7a示出装置20的侧视图，其中两个静电致动器彼此布置成：弯折件22’a和22’b的两个可偏转端33’a和33’b彼此相对。设置弹簧元件62以使弹簧元件62将弯折件22’a和22’b的两个可偏转端33’a和33’b彼此连接。如果控制一个或两个静电致动器，弯折件22’a的可偏转端33’a沿路径64a移动，弯折件22’b的可偏转端33’b沿路径64b移动，其中弯折件 22’a和22’b的两个可偏转端33’a和33’b之间的距离随着同步控制减小。随着弯折件22’a和 22’b的两个可偏转端33’a和33’b之间的距离的不断减小，弹簧元件62不断地被致动力FA1和FA2的一部分FH1或FH2压缩，并产生阻碍弯折件22’a和22’b的偏转的力FH1。随着弯折件22’a和 22’b的偏转的增加，力F1增加，以便当部分FH1或FH2与反向力F1相等并发生力的平衡时，存在弯折件22’a和22’b的最大偏转，这受弹簧元件62产生的反向力FH1的限制。 [0099] 通过弹簧元件62的布置以及通过限制致动器的行程，依赖于弹簧常数或弹簧几何形状影响致动器的偏转行为。通过根据致动器的后续应用导致的需求进行弹簧常数的非线性设计或由弹簧几何形状所限定的弹簧常数的设计，吸和效应能够被完全地防止或能够被调整以使吸和效应示出先前限定的操作点。 [0100] 图7b示出图7a中的装置20的俯视图。弹簧元件62近似沿弯折件22’a和22’b的可偏转端33’a和33’b的侧向伸展中心地布置，以当压缩弹簧元件62时，减少弯折件22’a相对于弯折件22’b的倾斜，产生力F1。在供选择的实施例中，设置弹簧元件62以便获得一个弯折件相对于另一个弯折件的预限定的倾斜。在进一步的实施例中，沿弯折件的各自的可偏转端以平面的方式设置弹簧元件，以便也以平面的方式引入恢复力F1。 [0101] 在供选择的实施例中，在弯折件之间设置弹簧元件，使得调整施加到电极上的电压和导致的致动器行程之间的线性化比例。供选择地或额外地，也能够允许吸和效应的发生。 [0102] 在进一步的实施例中，在弹簧元件上设置功能元件，例如通过在空间中偏转至少一个致动器而随致动器的可偏转端和弹簧元件一起移动的光学结构。 [0103] 图8示出具有圆形静电致动器和四个对称设置的悬臂66a-d的装置30，其中每个悬臂表示圆弧的四分之一。悬臂66a-d包括类似于图1的机械预加载，然而致动器的外区域68以及内区域72在没有机械预加载的情况下实施，以使外区域68和内区域72以类似于图1的平面方式形成。悬臂66a-d从致动器的平面偏转出并且每个悬臂分别在四个接触点处部分地关闭类似于图1a的设置在悬臂66a-d上的电极和相对的静止电极之间的间隙。通过单独地控制悬臂66a-d的电极，能够获得内区域72的倾斜，由此当同时控制悬臂66a-d时，设置在内区域72上的物体能够在空间倾斜或者在空间中移动。 [0104] 图9a示出类似于图4a的静电致动器的侧视图，图9c示出静止电极14的不同变形A-D的偏转。图9b示出静止电极14的四个实施的俯视图，每种实施具有一个或两个段，其中每段能够被独立地提供电压。 [0105] 在下面的图9c中描述与静止电极14的不同实施相对应的致动器的偏转曲线的行为。在变形A中，静止电极14由横跨整个伸展的段14’a一体地形成。在变形B中，静止电极14包括两个段14b’和14b”，其中两个段14b’和14b”中的每个能够被独立地提供电压。段14b’和14b”均以矩形的方式形成，其中段14b’和14b”具有相同的侧向伸展，段14b”比段14b’具有更大的轴向伸展。在变形C中，静止电极14包括两个段14c’和14c”，其中段14c”相对于段14b”以三角形的方式形成并包括朝向远离段14c’的一端的锥形。在变形D中，段14d”包括类似于段14c”的锥形，其中锥形具有非线性凹曲线。段14b’、14c’和14d’具有相同的形状。段 14b’、14c’和14d’邻近固定夹具18设置，其中段14b”、14c”和14d”在远离固定夹具18且与弯折件22’相对的方向上邻近各个段14b’、14c’和14d’设置，并且其中段14c”或14d”的锥形端与弯折件22’的可偏转端33’相对设置。 [0106] 对具有图9b中所述的静止电极14的变形A-D的结构而言，图9c定性地示出包括电极的静电致动器依赖于所施加的控制电压的各个可获得的偏转。曲线图的纵坐标示出图9a中的弯折件22’的可偏转端到绝缘层16的距离。控制电压绘制在横坐标上，其中在横坐标的第一部分，从纵坐标开始，绘制段14a’、14b’、14c’和14d’的增加的控制电压，并且在横坐标的通过横坐标值0以虚线描述的第二部分中，描绘第二段14b”、14c”和14d”的联系。 [0107] 第一曲线图74a的曲线示出用于静止电极14的变形A的可偏转端33’的偏转。随着控制电压从0逐渐地上升，弯折件22’的可偏转端33’的偏转在第一个五个增量内相对于绝缘层16逐渐地减小，以在控制电压的接下来的增量中，示出与吸和效应的发生相对应的突然的0偏转。当考虑控制电压的增量时，第五增量和第六增量之间的行程的分辨是不可能的。因此，用于具有静止电极14的变形A的致动器的模拟偏转的最大控制电压被限制为从0到发生吸和效应的电压范围。 [0108] 其他曲线图74b、74c和74d在横坐标的第一部分内一个位于另一个的上方，由于在该区域内仅是各个相同地形成的段14b’、14c’和14d’被相对于弯折件电极26或悬臂电极29提供电压，而具有不同几何形状的段14b”、14c”和14d”没有被提供任何电压。能够看出可偏转端33’的可与段14a’的控制电压的第五增量相比的偏转只在控制电压的第六增量中获得。在这种情况中，用于该行程的致动器偏转能够具有高分辨率，因为用于变形B-D的弯折件22’和静止电极14之间的吸引力仅在段14b’、14c’和14d’的区域内产生。如果电压被进一步增加一个增量，将示出与曲线图74a相似的致动器偏转的强下降，其中致动器偏转保持在与初始偏转的一半近似对应的偏转，尽管具有进一步增加的电压，并且横跨整个行程防止吸和效应的发生。施加在段14b’-14d’上的电压的进一步的增加不示出致动器偏转的任何可视变化。在横坐标的其他曲线中，段14b’-14d’上的电压维持恒定，而第二段14b”-d”上的电压逐渐地增加。 [0109] 可以看出的是，在示出包括变形B中的静止电极14的致动器的偏转的曲线图74b中，在第二增量中随着段14b”上的增大的电压而产生的致动器偏转被减小到近似为原始偏转的三分之一，以在段14b”上的控制电压的下一个增量内示出发生吸和效应。相比之下，曲线图74c沿0方向示出致动器偏转的连续曲线。由于段14c’的三角形几何形状，静止电极14和相对的电极之间局部地产生的吸引力随着段14c’的锥形侧向伸展而减小，使得在相同电压的情况下，静止电极14和悬臂电极29或弯折件电极26之间的静电力局部地不同。 [0110] 对于控制电压的第五增量而言，在段14c”上，曲线图74c具有接近但大于0的较小致动器偏转，这示出没有吸合效应。指示在段14c”的控制电压的进一步的曲线中，致动器的行程被减小到0，但是这是在小增量内实现的，因此与吸合效应的突然发生相反。 [0111] 由于段14d”的非线性锥形，曲线图74d示出横跨整个电压范围的可完全分辨的行程，其中能够施加更大的电压直至行程减小到0，其中可利用的行程能够具有高分辨率。这样的理由是段14d”的侧向伸展相对于段14c”非线性地逐渐变细。 [0112] 依赖于静电致动器的必需的特征曲线，由于第一段14a’-d’和/或第二段14b”-d”和可能的额外电极段的几何形状，静电致动器的行程的任何特征曲线均能够被限定。 [0113] 供选择地或者额外地，代替或除了将静止电极分成多段的分隔外，可以将悬臂和/或弯折件电极分隔成两段或多段以依赖所施加的电压限定致动器的行程的改变。 [0114] 改变电极的侧向伸展允许改变两个电极之间产生的力，两个电极之间产生的力还依赖于电极的几何形状以及因此依赖于产生的静电致动器的偏转。具体地，除了减小悬臂和静止电极之间的间隙外，静电力生成的非线性能够被几何形状考虑到或者补偿。 [0115] 供选择地或者额外地，机械预加载和产生的预弯曲弯折件结构能够被用于通过杠杆将致动器产生的偏转转变为更大的偏转。 [0116] 图10示出装置40，其中在弯折件76上，具有与弯折件76相似的伸展的梁元件78偏置设置在弯折件76的可偏转端83处。 [0117] 图10a示出处于无电压的非偏转状态的装置40的俯视图。在弯折件76的朝向静止电极14以及由凹槽81限定的偏转件82的一侧上设置电极84。弯折件76的远离固定夹具18的可偏转端83限定出点P2。梁元件78具有弯曲，以使在装置的侧视图中，梁元件78与弯折件76几乎一致地设置，如图10b所示，其中弯折件76的可偏转端83与梁元件78的夹紧端连接。 [0118] 图10b以侧视图示出图10a中的装置40。电极84的一部分设置在悬臂82上，以使悬臂电极和弯折件电极是一体的并且具有相同的电势。悬臂82在接触点87处部分地关闭静止电极14和悬臂电极之间的间隙89。梁元件78的可偏转端由点P1标出并与梁元件的夹紧端相对设置。 [0119] 图10c示出类似于图10b的处于偏转状态的装置40的侧视图。与图10a相比，弯折件76的偏转导致点P2与静止电极14之间的距离减小，如上述实施例所述。同时，就侧视图而言，弯折件76不再与梁元件78一致，从而梁元件78的弯曲具有如下效果：点P1到静止电极14的平面的距离大于非偏转状态下的距离。 [0120] 图10d示出处于类似于图10c的偏转状态下的装置40的俯视图。与图10a相比并就俯视图而言，梁元件78的侧向伸展被减小。 [0121] 通过布置梁元件78，利用杠杆原理偏转致动器的行程，使得一方面能够使用随着电压的增大而增大的梁元件78的点P1和静止电极14的平面之间的距离，而不是随着增大电压而减小弯折件电极和静止电极之间的距离。同时，通过单独定义弯折件76和梁元件78的轴向伸展，根据杠杆原理，能够限定力-距离传动，这允许可获得的行程的增加或致动功率的增加。 [0122] 通过杠杆传动能够增加静电致动器的冲程。在点P1处可以设置功能元件，如保持聚合物镜头或微反射镜的压并弹簧。根据上述实施例，能够按照需要通过电极的形状调整改变弯折件的偏转行为。 [0123] 图11a示出类似于装置40的具有弯折件76’和梁元件78’的装置50的俯视图，其中弯折件76’的轴向伸展相对于梁元件78的轴向伸展被缩短。 [0124] 图11b示出处于非偏转状态的装置50的侧视图，其中类似于装置40，弯折件76’和梁元件78沿弯折件76’的曲线朝向点P2一致地延伸。在接触点87’处，悬臂82’部分地关闭电极84’和静止电极91之间的间隙89’。从点P2开始，梁元件78朝向固定夹具18，在观察平面内与弯折件76’平行地延伸，但是与装置40相反，梁元件78设置成使其曲线延伸超过固定夹具18，以使梁元件78比弯折件76’具有更大的轴向伸展。 [0125] 图11c示出处于偏转状态的装置50的侧视图。类似于图10c，点P2移动到邻近静止电极91，这导致点P1到衬底12的距离增大。由于在相同曲率下，梁元件78的轴向伸展比弯折件76’的轴向伸展更大，点P1到衬底12的距离的增大量大于点P2到静止电极91的距离的减少量。 [0126] 图11d以俯视图示出装置50的偏转状态，其中由于类似于图10d的偏转，示出梁元件78的相对于观察平面的减小的轴向伸展。 [0127] 根据上述说明，通过限定弯折件或梁元件的轴向伸展的比例，能够限定致动力和/或致动器行程的杠杆传动。 [0128] 图12示出装置60，装置60在以下方面对图11中的装置50进行扩展：在梁元件78的从梁元件78的可偏转端开始的部分上设置梁电极86。 [0129] 图12a示出装置60的俯视图。从梁元件78的可偏转端开始，梁电极86设有从可偏转端直到靠近固定夹具18的区域的轴向伸展。 [0130] 图12b示出类似于图11b的侧视图的装置60的的侧视图，其中与梁电极86相对，在衬底12上，设置由绝缘层16’b覆盖的静止电极91b，其中绝缘层16b’防止梁电极86与静止电极91b的电接触。静止电极91a与图11中的静止电极91相对应并与电极84’相对设置，而且被与图11中的绝缘层16’相对应的绝缘层16’a覆盖。 [0131] 由于弯折件76’和梁元件78的弯曲的平行曲线，梁电极86和静止电极91b之间的距离在沿固定夹具18的侧向伸展的区域内达到最小。 [0132] 图12c示出装置60的侧视图，其中在梁电极86和静止电极91b之间施加电压。梁电极86和静止电极91b之间产生的吸引力具有如下效果：梁元件的可偏转端沿静止电极91b的方向偏转，并且点P1和静止电极91b之间的距离被减小。 [0133] 图12d示出处于图12c的状态中的装置60的俯视图，其中在梁电极86和静止电极91b之间施加电压。在俯视图的平面内，通过图12c中描述的偏转增加梁元件78的轴向伸展。 [0134] 通过布置梁电极，能够独立于点P2的偏转调整点P1的偏转，具体地，无需向电极84’施加电压即可调整点P1和相对的静止电极91b之间距离的减少，并且在梁元件已经被偏转之后，通过在电极86和91b之间施加电压调整点P1到相对的静止电极91b的距离的减小，能够进行根据图11c被偏转的梁元件的姿势调整。 [0135] 供选择地或者额外地，能够使用装置60，使得从非偏转状态开始，在第一步中，类似于图11c中的装置50偏转致动器，并且在第二步中，在梁电极86和静止电极91b之间施加电压导致对点P1的定位。在这种情况下，点P1的移动方向与上述实施例中的可偏转端33、33’或83类似，其中控制电压的增加产生吸引力并因此导致行程的减小。通过梁元件78，致动器的可用行程相对于没有梁元件的实施例被增大。此外，点P1在朝向静止电极91b方向和相反的方向上是可移动的。 [0136] 在供选择的实施例中，静止电极91a和91b一体地形成。这具有优点，具体地在生产程序中，当静止电极在随后的操作中包括静电驱动的参考电势或地电势，并因此用作相对于设置在弯折件上的电极的参考点和相对于梁电极的参考电势时。 [0137] 在进一步的实施例中，绝缘层16’a与绝缘层16’b一体地形成。 [0138] 尽管在上述实施例中电极通常设置在弯折件、悬臂或梁元件上，但是根据供选择的实施例，电极也可能嵌入弯折件、悬臂或梁元件的材料中，尤其当弯折件、悬臂或梁元件由聚合物材料形成时。根据这些实施例，在弯折件、悬臂或梁元件的材料的两个相对的电极之间形成绝缘层，以省略进一步的绝缘层的布置。 [0139] 尽管在上述实施中静电致动器通常被如此描述：施加电压，因此两个电极之间的电场在电极之间产生吸引力，因此导致电极之间的距离的减小，但是显然也可以在电极之间施加电压以在电极之间产生排斥力并因此使电极之间的距离增加。 |
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