可偏转微机械系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及一种可偏转微机械系统以及这种可偏转微机械系统的应用，其中能够确定至少一个可偏转元件的偏转。根据本发明专利技术，可偏转元件由至少一个弹簧元件支持并至少带有一个检测偏转的单元。所述检测单元形成为带有接触件的压阻传感器，所述接触件彼此至少间隔设置且设置在随偏转而变形的区域中。所述接触件连接到电压源。非均匀电场形成为沿深度方向与接触件表面垂直，从而能够检测到在接触件之间的根据偏转而变化的电阻以作为对位置的测量值。变形区域由导电材料或半导体材料形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种可偏转微机械系统，其中能够确定至少一个可偏转 元件的各个偏转。这能够以平移式偏转和/或绕这种元件的至少一个轴 以旋转的方式偏转来确定。因而能够确定可偏转元件的各个位置坐标或 各个偏转角度。通过能以这种方式确定的值能够确定其它测量值或者能 够有效地影响系统，尤其是元件的偏转。例如，可偏转元件可为光学元 件，尤其是反射元件，但是也可为弹性可变形元件，尤其是膜。
技术介绍
偏转可以是振动(能够以振动的方式进行)并且也能够在观察共振 情况下同时进行。在最后所述的情形下的本专利技术的操作中能够更好地观 察这些情况.迄今为止在微系统技术中已经使用用于确定位置的物理有效原理。 其基本上是三种这样的原理。因此通过几何结构改变而检测到电容量变化，并且在这方面利用如 下事实，即通过电极相对于彼此的各种布置能够影响电容量。对于这种 系统或者系统元件的运动而言，电容器装置的电容量变化是相应的合适 的测量值。这种解决方案应用于用于零点检测的压力传感器中以及应用 于微扫描器镜中。另外的已知可能性也是伪霍尔效应的使用。在这种情况下4吏用单晶硅 的压阻特性。这导致，电场在承受扭力的工件中不是沿直线传播。通过电 极的特定布置(伪霍尔传感器)能够测量到取决于机械剪应变的电压.在 这种情况下，电流流动和电压符号>^据剪切力的方向而变化。因而能够确 定W^扭转梁的转角。另外，能够利用电阻变化、几何结构改变或者电导率改变。例如在 这种情况下利用单晶硅或多晶硅的材料的压阻特性.这导致电导率沿局 部应变场的方向发生局部变化。因此沿有效拉伸力方向的由拉伸应变产生的电导率的改变能够导致取决于几何结构的电阻发生显著变化。能够 确定这种变化的电阻并且能够使用确定的测量信号，例如在微型化的压 力传感器中。基本上，在图la)至lc)中示出了这种可能的结构。然而，这些迄今为止使用的有效原理也有缺点。因此，对于许多应 用而言，电容传感器不是非常灵敏而且能够得到测量精确度太低。尤其 是当通过静电驱动来进行工作时电容改变小也是存在问题的，因为静电 驱动充当了干扰变量。另外，对于电容传感器而言需要相对较大的空间 需求，这在微系统工程中是极为不利的。伪霍尔传感器的缺点在于必须考虑高的一体化费用，因为必须将四 个分开的电压引向每一个传感器元件，由于需要四个电极因此必须考虑 相应的高空间需求。对于确定相应变化的电导率，必须考虑在变形体的几何结构高度依 赖性.然而，能够相对容易地确定拉伸力和压缩力的效果。这一点由图 2a)和图2b)示意性地示出。然而，通过传统使用的对称设计不能在 弯曲/变形的情况下识别各个运动方向或偏转方向。由于这个原因，如由图3a)和图3b)示出的，例如在层结构中形 成有电绝缘层。然而在这种情况下，机械特性不应该受到影响，这只能通过^^大的 费用或者只能通过限制来达到。另外显著地增加生产费用。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于能够以较少的费用和较小的空间需求来精 确地确定可偏转微机械系统中的元件的位置或偏转以及各个的运动方 向。根据本专利技术，这一目的由具有如权利要求1所述特征的系统来实现。 在权利要求11至13中描述了根据本专利技术的系统的应用。利用从属权利要求中指定的特征能够获得本专利技术有利的实施方式和进一步的改进。非均匀电场能够受到强迫，其在系统的电有效体积内基于压阻效应与 机械电压/应变场相互作用。与存在的机械电压/应变场的曲线走向无关， 通过电场的非均匀性能够实现电阻的显著变换并且能够实现较高的灵敏 度，特别是沿偏转方向。对由于弯曲而变形的系统或区域而言，在构成极其不对称的电压/ 应变场的时也是这种情况，本专利技术通过接触件在系统的其它对称形成的区域中的适当布置而 能够利用电场的不对称性。为了这一目的，利用接触件形成压阻传感器， 接触件连接到电压源并以尽可能小的间距设置，所述压阻传感器设置于 在根据本专利技术的系统中的随元件偏转而变形的区域处.在变形的情况 下，电阻发生变化，而且这种变化能够用作为用于系统的可偏转元件的 各个偏转或位置的测量值。电接触件应该设置成使得非均匀电场沿深度方向形成，即垂直于接 触件表面，接触件的间距应该保持很小，在可能的情况下，应该不超过高度的1.5倍。相应变化的电场形成为在变形的区域内具有相应的高度非均匀性， 因为确定了的电阻基本上更多地受到在变形区域表面上的电导率变化 的影响.在变形区域的表面处，接触件设置成与在其下面设置的变形区 域的部分中的情况一样。在利用这种效应的时，能够提高灵敏度，尤其是方向灵敏度，这优 选能够用于由弯曲或扭转所引起的变形。灵敏度能够实现完全在变形区域的整个深度上延伸。变形区域应该具在这种情况下，变形区域不必与系统的其他区域隔开，例如通过电绝 缘层和/或材料特性的变化、尤其是压阻特性、掺杂和/或电导率。如果多个压阻传感器的接触件电连接成形成测量桥，那么就能够尤其有利地进一步改进本专利技术。在这种情况下，至少应该设置两个压阻 传感器，使得在元件偏转导致区域变形的情况下，能够获得电阻变化的 相反符号测量信号。然而，由于对称元件或装置经常用于微系统工程中， 所以这种解决方案能够作为惯例使用而无需付出更多的努力。在本专利技术中，带有压阻传感器的可变形区域应该由导电材料形成， 优选半导体材料，尤其是单晶或多晶半导体材料。后者(例如硅)可以 优选低摻杂或无掺杂硅，这种硅经常用于微机械元件或系统的制造。然 而，也能够使用锗、铟镓砷化物或者铟锡化合物。用于微机械系统的可偏转元件通常由悬挂件保持，而且其中，例如 螺旋弹簧和/或扭簧的弹簧元件为这种悬桂件的元件。压阻传感器的接 触件应该设置在这种弹簧元件处，而且至少在其附近处，因为随偏转而 变形的区域就在那里。接触件能够直接形成在变形区域的表面上并且能够以牢固粘接的 方式连接到所述表面。接触件能够以薄膜技术形成。在本专利技术的多个压阻传感器以电的方式彼此连接以形成测量桥的 实施方式中，压电传感器应该设置成使得它们在沿一个方向的偏转时分 别提供一个用于带有相反符号的检测到的电阻变化的测量信号.由于对 称设计常用于微系统工程中，所以这通常是可行的。在根据本专利技术的微机械系统中， 一个或多个压阻传感器仅需要较低 的空间需求.只须向每一个接触件引一个供电线路。在微机械系统的对称几何结构中，检测随元件偏转而发生的弯曲或 扭转的方向也是可行的。相对于已知的解决方案能够获得较高的测量灵敏度。相反，与以前使用的解决方案相比生产费用低。这能够通过电场的非均匀设计来获得，特别是在可变形区域中的具 有相应的厚度延伸的有效区域。因而本体能够在整个体积内具有均匀的 压阻特性，这能够通过电接触件的布置来获得。不同于已知解决方案， 能够省略涂层或最后的掺杂和构造所需要的生产步骤从而能够减少制造费用。然而，所有这些优点补偿了测量信号的估算所需的费用，尤其是由 测定的测量信号的非线性造成的费用。如上文已经提到的，本专利技术也能够用于在观察共振情况下同时操作 的系统中，通过本专利技术能够改善对其观察的共振的影响.尤其是通过多个压阻传感器连接成的且通过它能够形成非均匀电 场的测量桥，除提高测量灵敏度外还能够抑制或者甚至于防止例如温度 偏差和非线性的干扰性影响。本专利技术能够用于确定绕一个或两个轴枢转的反射元件(倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可偏转微机械系统，其中可偏转元件由至少一个形成悬挂件的弹簧元件来保持，并且存在至少一个检测各个偏转的单元，其特征在于：　所述单元设计成具有至少两个接触件（２、３）的压阻传感器，所述接触件（２、３）彼此间隔设置且设置在所述系统的在所述可偏转元件（１）的偏转时变形的区域中，所述接触件连接到电压源从而形成沿深度方向、垂直于所述接触件的接触表面的非均匀电场，从而能够检测到在所述接触件（２、３）之间的根据偏转而变化的电阻以作为对各个位置的测量值；和　至少设置有所述接触件（２、３）的可变形区域由导电材料或半导体材料制成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：霍尔格康拉德，托马斯克洛泽，蒂洛桑德纳，
申请(专利权)人：弗兰霍菲尔运输应用研究公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]