本发明专利技术实施例提供一种装置，所述装置包括微镜、包含或支持所述微镜的励磁结构以及至少一个压电式传感器。所述的励磁结构包括至少一个压电式执行机构，所述励磁结构的配置可以对所述微镜进行共振励磁，从而使所述微镜发生偏转。至少要配置一个压电式传感器以提供取决于所述微镜偏转的传感器信号，所述压电式传感器连接至所述的励磁结构，从而在所述微镜的共振励磁过程中所述的传感器信号和所述微镜的偏转之间可以形成固定的相互间的相位关系。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例关于一种对微镜进行共振励磁和提供取决于所述微镜偏转的传感器信号的装置和方法。进一步实施例关于一种所述装置的生产方法。部分实施例关于用于压电驱动共振微镜的压电式位置传感器。
技术介绍
探测共振驱动或移动MEMS装置(MEMS表示微机电系统)，例如共振驱动微镜的位置的可能性有限。基本上讲，可以探测驱动微镜的执行机构的运动或直接探测微镜的运动。微镜位置测量最常用的传感器原理基于压阻式或金属应变测量条(应变计)或电容或光学方法。压阻式应变测量条、金属应变测量条和电容测量原理经常只能探测到所述执行机构的位置，而探测不到所述微镜的实际位置，而光学方法可以测量微镜的实际位置。但是，上述测量方法均有不足，具体如下。集成压阻式传感器需要特定的生产材料，例如掺杂多晶硅，才能在设备内机械张力的作用力下产生电阻变化。这就限制了这一方案的可执行性。此外，半导体材料制成的压电电阻器对入射光线和温度变化也较为敏感，这一特点大大限制了这类传感器在微型装置中的应用。金属应变测量条利用众多金属都有压缩电阻的性能这一特点，例如在发生形变时相应的电阻也发生变化。金属应变测量结构的执行简易度大大高于半导体材料制成的压电电阻器，但是敏感度却差很多。因此，使用金属应变测量结构需要执行机构和微镜之间的执行机构或弹簧结构具有足够大的应变[M.Cueff、E.Defay、G.Le Rhun、P.Rey、F.Perruchot、A.Suhm和M.Aid,Integrated metallic gauge in a piezoelectric cantilever, ^Sens.Actuators Phys.，第 172 期，第 1 卷，第 148-153 页，2011 年 12 月]。最终，电阻变化量明确取决于MEMS设备的设计。但是，很多MEMS设计缺乏适当的结构，一方面要有较大的形变量，另一方面可以要提供足够的空间用于应变测量条。因此，在此类MEMS设备中，使用应变测量条同时会伴有敏感度低和分辨率低等问题。静电驱动使用具有不同电压水平且相互吸引的区域作为执行机构。相反，这些电极区也可以用作电容式传感器组件，所述电容式传感器组件的传感器信号接着会提供关于所述电极距离的信息，最终提供关于微镜位置的说明、[T_von Wantoch、C.Mallas、U.Hofmann、J.Janes、B.Wagner和W.Benecke，‘‘Analysis of capacitive sensing for 2D-MEMS scanner laserproject1n, ,y in Proc.SPIE 8977，MOEMS and Miniaturized Systems XIII，2014 年，第897707页]。这种情况下，可以直接探测所述执行机构的位置或所述微镜的位置。但是，不利因素在于信号强度相对较低且串扰会产生信号干扰。尤其是电极面积相对较大而且距离较小，会大大增加快速移动的微镜的空气动力摩擦，通常会大大降低共振微镜的最大偏转。光学测量可以直接探测镜板的运动。但是，需要有外部光源、光束处理和探测器(激光二极管)，这将牺牲设备的紧凑性，最终会造成结构复杂昂贵。此外，微镜及其生产方法是已知的。
技术实现思路
根据实施例，装置(100)可以包括:微镜(102);励磁结构(104)，所述励磁结构(104)包含或支持所述微镜(102)以及包括至少一个压电式传感器(106_1:106_n)，所述励磁结构(104)的配置可以对所述微镜(102)进行共振励磁，从而使所述微镜(102)发生偏转；以及至少一个压电式传感器(108_1:108_m),提供取决于所述微镜(102)偏转的传感器信号(122)，所述压电式传感器(108_1:108_m)以机械方式连接至所述励磁结构(104)，从而在所述微镜(102)的共振励磁过程中所述的传感器信号(122)和所述微镜(102)的偏转之间可以形成固定的相互间的相位关系；所述励磁结构(104)包括支持所述微镜(102)并与至少一个压电式执行机构(106_1:106_n)相连接的弹簧结构(130);所述励磁结构(104)包括两个压电式执行机构(106_1、106_2)和设置在所述两个压电式执行机构(106_1、106_2)之间的所述弹簧结构(130);所述至少一个压电式传感器(108_1:108_m)连接至所述弹簧结构(130)，从而使之随所述弹簧结构(130)移动；以及所述至少一个压电式传感器(108_1:108_m)延伸并至少部分跨过所述弹簧结构(130)。根据其他实施例，生产如权利要求1所述的装置的方法(200)可以包括下述步骤:提供半导体基板(204);将绝缘层施加至半导体基板上(206);将压电层施加至绝缘层上(208);以及对所述压电层、所述绝缘层和所述半导体基板进行图形化(210)，从而得到所述微镜(102)和所述励磁结构(104)，所述励磁结构(104)支持所述微镜(102)而且包括至少一个所述的压电式执行机构(106_1:106_n)，以对所述微镜(102)进行共振励磁，从而使所述微镜(102)发生偏转，所述励磁机构(104)包括支持所述微镜(102)并连接至所述至少一个压电式执行机构(106_1:106_n)的弹簧结构(130)，所述励磁结构(104)包括两个压电式执行机构(106_1、106_2)和设置在所述两个压电式执行机构(106_1、106_2)之间的所述弹簧结构(130);因而得到至少一个压电式传感器(108_1:108_m)，提供取决于所述微镜(102)偏转的传感器信号(122)，所述压电式传感器(108_1:108_m)连接至所述励磁结构(104)，从而在所述微镜(102)的共振励磁过程中所述传感器信号(122)和所述微镜(102)的偏转之间可以形成固定的相互间的相位关系，所述至少一个压电式传感器(108_1:108_m)连接所述弹簧结构(130)从而使之随所述弹簧结构(130)移动，所述至少一个压电式传感器(108_1:108_m)延伸并至少部分跨过所述弹簧结构(130)。根据另一实施例，方法(300)可以包括下述步骤:利用励磁机构(104)对微镜(102)进行共振励磁(302)，从而使所述微镜(102)发生偏转，所述励磁结构(104)支持所述微镜(102)并包括至少一个压电式执行机构(106_1:106_n)，所述励磁结构(104)包括支持所述微镜(102)并与至少一个压电式执行机构(106_1:106_n)相连接的弹簧结构(130)，所述励磁结构(104)包括两个压电式执行机构(106_1、106_2)和设置在所述两个压电式执行机构(106_1、106_2)之间的所述弹簧结构(130);以及通过压电式传感器(108_1:108_m)提供取决于所述微镜(102)偏转的传感器信号(122) (304)，所述压电式传感器(108_1:108_m)连接至所述励磁结构(104)，从而在所述微镜(102)的共振励磁过程中所述的传感器信号(122)和所述微镜(102)的偏转之间可以形成固定的相互间的相位关系，所述至少一个压电式传感器(108_1:108_m)连接所述弹簧结构(130本文档来自技高网...
【技术保护点】
装置(100)包括：微镜(102)；励磁结构(104)，所述励磁结构(104)包含或支持所述微镜(102)以及包括至少一个压电式执行机构(106_1：106_n)，所述励磁结构(104)配置为对所述微镜(102)进行共振励磁，从而使所述微镜(102)发生偏转；以及至少一个压电式传感器(108_1：108_m)，提供取决于所述微镜(102)偏转的传感器信号(122)，所述压电式传感器(108_1：108_m)以机械方式连接至所述励磁结构(104)，从而在所述微镜(102)的共振励磁过程中，所述的传感器信号(122)和所述微镜(102)的偏转之间形成固定的相互间的相位关系；所述励磁结构(104)包括支持所述微镜(102)并与至少一个压电式执行机构(106_1：106_n)相连接的弹簧结构(130)；所述励磁结构(104)包括两个压电式执行机构(106_1：106_2)，且所述弹簧结构(130)设置在所述两个压电式执行机构(106_1：106_2)之间；以及所述至少一个压电式传感器(108_1：108_m)连接至所述弹簧结构(130)从而使之随所述弹簧结构(130)移动；以及所述至少一个压电式传感器(108_1：108_m)延伸并至少部分跨过所述弹簧结构(130)。...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·古施托佩尔，HJ·昆策尔，J·雅内斯，F·海因里希，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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