使用边缘场感测反射镜的位置制造技术

本申请涉及使用边缘场感测反射镜的位置。机械装置(20，60)包括基座(22)和移动元件(24)，移动元件被安装成围绕轴相对于基座旋转。电容式旋转传感器包括：在邻近基座的位置在移动元件上布置的至少一个第一电极(34，38，66)，以及在所述至少一个第一电极的附近在基座上布置的至少一个第二电极(32，36，62，64)。感测电路(50)被耦接以感测第一电极和第二电极之间的可变电容。

【技术实现步骤摘要】
使用边缘场感测反射镜的位置本申请是申请日为2015年1月20日，申请号为201510026430.5，专利技术名称为“使用边缘场感测反射镜的位置”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及监测旋转机械设备的运动，并且具体涉及监测扫描微镜的运动。
技术介绍
PCT国际公开WO2014/016794描述了基于微机电系统(MEMS)的扫描微镜，此公开通过参考被结合在此。在此公开中描述的实施例提供了扫描镜组件，包括：支撑结构；基座(也称为平衡架)，其被安装成围绕第一轴相对于支撑结构旋转；以及反射镜，其被安装以围绕第二轴相对于基座旋转。在WO2014/016794中描述的一种实施例中，使用在旋转轴的相对侧上的反射镜附近布置的电容式传感器板，电容式感测被用于监测反射镜的旋转。在所公开的实施例中，所述板相对于支撑结构的平面成一定角度，不过在其他实施中，所述板可以与支撑结构的平面平行。测量所述板和所述反射镜之间的电容变化以监测反射镜的旋转。
技术实现思路
在此描述的本专利技术的实施例提供了用于微型移动元件的电容式感测的改进技术。根据本专利技术的实施例，因而提供了一种机械装置，所述机械装置包括：基座和移动元件，所述移动元件被安装成围绕轴相对于基座旋转。电容式旋转传感器包括：在邻近基座的位置在移动元件上布置的至少一个第一电极，以及在所述至少一个第一电极的附近在基座上布置的至少一个第二电极。感测电路被耦接以感测第一电极和第二电极之间的可变电容。在所公开的实施例中，基座限定一平面，以及移动元件在所述平面中具有机械均衡位置，使得当移动元件处于机械均衡位置时，第一电极和第二电极共面。基座和移动元件可以由半导体衬底在微机电系统(MEMS)工艺中形成，其中电极和将电极连接到感测电路的导电迹线作为MEMS工艺的一部分被沉积在半导体衬底上。在一种实施例中，移动元件包括平衡架，并且基座包括在其上安装平衡架的框架。额外地或替代地，移动元件可以包括反射镜，而基座包括在其上安装反射镜的平衡架。通常，第一电极和第二电极具有沿着与移动元件围绕其旋转的轴垂直的和/或平行的方向伸长的相应形状。在所公开的实施例中，感测电路被配置为响应于感测到的电容输出移动元件相对于基座的旋转角的指示。在某些实施例中，由感测电路感测到的电容随着移动元件的旋转角非线性变化，并且感测电路被配置为在依据感测到的电容变化得出旋转角的过程中，随着移动元件的旋转应用电容幅值和电容变化斜率这两者。根据本专利技术的实施例，还提供了一种用于感测的方法，所述方法包括：安装移动元件以围绕轴相对于基座旋转。在邻近基座的位置在移动元件上布置至少一个第一电极，以及在所述至少一个第一电极的附近在基座上布置至少一个第二电极。随着移动元件围绕轴旋转，感测第一电极和第二电极之间的可变电容。附图说明结合附图，从本专利技术实施例的下述详细描述中可以更充分理解本专利技术，其中：图1是根据本专利技术的实施例的扫描组件的简要主视图，所述扫描组件包括具有电容式旋转传感器的装有平衡架的扫描镜；图2是根据本专利技术的其他实施例的扫描组件的简要主视图，所述扫描组件包括具有电容式旋转传感器的装有平衡架的扫描镜；图3是根据本专利技术的实施例示出计算得到的电容随平衡架的旋转角变化的曲线的图；图4是根据本专利技术的实施例简要说明扫描系统的框图；以及图5是根据本专利技术的实施例简要说明用于扫描的方法的流程图。具体实施方式在此描述的本专利技术的实施例提供了移动元件相对于基座旋转的电容式感测。在所公开的实施例中，移动元件是保持扫描镜的平衡架，而基座是平衡架在其上旋转的框架。替代地或额外地，反射镜可以是移动元件，而平衡架是基座。进一步替代地，所公开实施例的原理可应用于包括移动元件的其他类型的设备，尤其是诸如MEMS设备之类的平面型设备。所公开的实施例感测移动元件的旋转而无需设备平面外的电极，设备平面在典型MEMS实施中是晶片的平面。因此，在扫描镜或平衡架的情况中，例如旋转的感测是使用仅在反射镜结构的平面中已形成的电极完成的。这些实施例使用电极对之间的电容改变，所述电极对并排放置于反射镜结构本身的平面内。作为边缘电场随着电极之间距离而变化的结果，电容在此情况中变化，并且因此提供用于精确监测旋转角的手段。此感测方法不仅使得能够精确测量，而且对实施来说也是便宜和简单的。因为电容随着角度非线性变化，其可以基于电容曲线中的峰值位置(通常对应于旋转设备的平面内、零转矩角)以及曲线的形状被用于绝对化位置测量。此测量模式因此在面对感测电路中放大器的增益变化以及可以以其他方式扭曲电容测量尺度的其他因素时具有灵活性。在图中示出并且在以下详细描述的实施例中，此种电容式传感器被用以感测旋转平衡架和框架之间的相对运动，所述框架用作用于平衡架和反射镜的支撑结构。在替代实施例中，未在图中示出，可选地或替代地，基于边缘电场的电容式传感器可以被用于测量反射镜相对于平衡架的旋转角。更一般地，本方面的原理可以被应用于监测其它类型尤其是MEMS设备中的旋转结构，其中此种传感器可以作为在制备设备本身时使用的光刻生产工艺的一部分而被制造。图1是根据本专利技术实施例的扫描组件20的简要主视图，所述扫描组件20包括具有电容式旋转传感器的装有平衡架的扫描镜26。反射镜26在扭转铰链对30上(沿着图中的Y轴定向)相对于平衡架24旋转，平衡架24接着在另一扭转铰链对28上(沿着X轴定向)相对于框架22旋转。反射镜26和平衡架24的旋转可以由例如在以上提及的PCT公开中描述的那种磁力驱动或本领域已知的任意其他合适种类的驱动来驱动。扫描组件20可以通常由MEMS微制备工艺从半导体晶片中生产，其中反射镜26的边框、平衡架24和铰链28、30，由光刻掩膜限定，并且所述晶片接着被刻蚀以从晶片的周围部分中得到移动反射镜和平衡架。作为此工艺中的另一步骤，金属反射涂层(未示出)被沉积在反射镜表面。在此相同步骤，或在其他金属沉积步骤中，内部金属电极34和38沿着平衡架24的边缘沉积，并且外部金属电极32和36被沉积在框架22的邻近区域，如图所示。导电迹线40、44、46也被沉积在晶片表面，将电极32、34、36、38连接到连接焊盘48。还期望在沉积金属电极之前在晶片上沉积诸如氧化层之类的绝缘层，以便消除平衡架24上的电极34和38与框架22上的电极32和36之间的任何可能电阻耦合。每个金属电极对-平衡架24上的一个电极34或38与框架22上的另一个电极32或36-限定一电容器。由于电极的边缘场，每对中电极之间的电容根据电极之间的间隙变化并且因此随着平衡架的倾角而改变。框架22限定一平面，为方便起见被标识为图1中的X-Y平面。平衡架24(以及反射镜26)在所述平面中具有机械均衡位置(零转矩角)，使得当平衡架处于机械均衡位置时电极32、34、36和38共面。电极32、34、36和38具有伸长形状，电极对32/34和36/38的长轴在垂直于铰链28的轴的Y方向上定向，平衡架24围绕铰链28的轴的旋转将被测量。为测量电容，以及因此的平衡架24的旋转角(也称为倾角)，感测电路50被连接到触点焊盘48并且感测电极32和34之间以及电极36和38之间的可变阻抗。感测电路50可以感测阻抗，例如通过导电迹线40、44和46在电极之间施加调制电压，并且感测得到的电流(或相反)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械装置，包括：基座，由半导体衬底形成并且包括平衡架；包括反射镜的移动元件，所述移动元件由半导体衬底形成并且被安装在所述平衡架上以围绕轴相对于所述平衡架旋转；沉积在所述反射镜的表面上的金属反射涂层；以及电容式旋转传感器，包括：置于所述平衡架上的所述半导体衬底上方的绝缘层；在所述反射镜的附近置于所述平衡架上的所述绝缘层上方的至少一个电极；以及感测电路，所述感测电路被耦接以感测沉积在所述反射镜的表面上的所述金属反射涂层与所述至少一个电极之间的可变电容。

【技术特征摘要】
2014.01.20 US 61/929,1401.一种机械装置，包括：基座，由半导体衬底形成并且包括平衡架；包括反射镜的移动元件，所述移动元件由半导体衬底形成并且被安装在所述平衡架上以围绕轴相对于所述平衡架旋转；沉积在所述反射镜的表面上的金属反射涂层；以及电容式旋转传感器，包括：置于所述平衡架上的所述半导体衬底上方的绝缘层；在所述反射镜的附近置于所述平衡架上的所述绝缘层上方的至少一个电极；以及感测电路，所述感测电路被耦接以感测沉积在所述反射镜的表面上的所述金属反射涂层与所述至少一个电极之间的可变电容。2.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述基座限定一平面，以及所述移动元件在所述平面中具有机械均衡位置，使得当所述移动元件处于机械均衡位置时，所述反射镜和所述至少一个电极共面。3.根据权利要求1或2所述的机械装置，其中所述至少一个电极具有沿着与所述移动元件围绕其旋转的轴垂直的方向伸长的形状。4.根据权利要求1或2所述的机械装置，其中所述至少一个电极具有沿着与所述移动元件围绕其旋转的轴平行的方向伸长的形状。5.根据权利要求1或2所述的机械装置，其中所述感测电路被配置为响应于感测到的电容输出所述移动元件相对于所述平衡架的旋转角的指示。6.根据权利要求5所述的机械装置，其中由所述感测电路感测到的电容随着所述移动元件的旋转角非线性变化，并且其中所述感测电路被配置为在依据感测到的电容变化得出...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·埃尔里奇，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US