包括压阻式位置传感器的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种系统(1)，其具有衬底(4)和平台(5)，平台(5)通过至少一个柔性铰接件(6,6’,6”)连接到衬底(4)并且相对于衬底是可移动的，并且具有至少一个具有多个压阻元件(10,10’,14,15,16)的位置传感器，所述多个压阻元件被连接以形成电桥，其中压阻元件(10,10’)布置在至少一个柔性铰接件(6)上或所述至少一个柔性铰接件处。根据本发明专利技术，所述系统的特征在于至少一个压阻元件(14,15,16)布置在衬底(4)或平台(5)上或布置在所述衬底或平台处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括压阻式位置传感器的系统
本专利技术涉及一种包括衬底和平台的系统，所述平台通过至少一个柔性铰接件连接到所述衬底上并且相对于所述衬底是可移动的，并且所述系统包括至少一个具有多个压阻元件的位置传感器，所述多个压阻元件被连接以形成电桥，一个压阻元件布置在所述至少一个柔性铰接件上或所述至少一个柔性铰接件处。
技术介绍
在激光加工材料时，需要越来越小和紧凑的系统。节省空间的一种可能性为使用仅包括一个基于MEMS技术(微机电系统)的反射镜的扫描设备。按照惯例，这些反射镜成阵列使用以用作大偏转反射镜或并入简单的偏转系统中。在该情形下，反射镜通常不得不仅绕着一个轴线偏向并且具有较小的偏转角。为了覆盖适合于激光加工的工作区域，所使用的反射镜不得不实现多达10°或更大的偏转角，并且必须能在两个空间方向上偏转。进一步地，这些反射镜必须在特定的时间点到达一个特定的偏转角，因而必须精确地对其进行控制。由于借助柔性铰接件实现反射镜的偏转，因而常存在沿着第三空间方向进行振荡的问题，在定位期间不得不考虑这个问题。为了精确控制反射镜，在三个空间方向上均实现准确和快速的位置测定是必要的。例如从US8,559,086B2中已知这种类型的包括位置传感器的系统。在该系统中，整个压阻式传感器，即四个压阻元件，布置在柔性铰接件上，因而柔性铰接件本身必须是相对大的。由于系统是十分刚性的，因而仅可能以受限的方式实现大偏转(+/-10°)。柔性铰接件理解成意味着通过弯曲允许两个刚体区域之间的相对运动(旋转)的部件的区域。柔性铰接件通常形成为弹簧元件。
技术实现思路
本专利技术的目的是以允许更精确位置确定的方式改进上文所提及类型的系统。上述目的通过根据本专利技术的包括衬底和平台的系统来实现，所述平台通过至少一个柔性铰接件连接到所述衬底上并且相对于所述衬底是可移动的，并且所述系统包括至少一个具有多个压阻元件的位置传感器，所述多个压阻元件被连接以形成电桥，一个压阻元件布置在所述至少一个柔性铰接件上或所述至少一个柔性铰接件处，并且至少一个压阻元件布置在所述衬底或所述平台上。因而，根据本专利技术所提供的不是整个位置传感器布置在所述柔性铰接件上，而是将作为位置传感器的一部分的至少一个压阻元件布置在所述衬底或所述平台上，即布置在刚体区域上。这使得能够降低位置传感器在柔性铰接件上的空间需求，由此能将柔性铰接件制造得更小。另外，单个的压阻元件可能会几乎占据柔性铰接件的整个宽度。因此，能将压阻元件形成为足够大以至于将噪声保持在较低水平。有利地，位置传感器的、优选所有位置传感器的压阻元件形成为相同的。尤其优选的是刚好一个压阻元件布置在所述至少一个柔性铰接件上或所述至少一个柔性铰接件处，并且三个压阻元件布置在所述刚体区域上或所述刚体区域处且被连接以形成惠斯通电桥(Wheatstonebridge)。因而，三个压电电阻器附接至结构的不可变形部分。当所述平台移动时，所述柔性铰接件变形，这引起机械应力的变化以及因而引起压阻元件的变化，并导致电阻的改变。因而，惠斯通电桥的输出信号发生改变。基于所述输出信号可确定位置变化。可通过以下方式在惠斯通电桥的两个触点处产生输出信号(电压)，即在另外两个触点处向电桥施加恒定电流、或向所述另外两个触点施加恒定电压。至少一个压阻元件可由掺杂的单晶或多晶半导体材料制成。由此，能够通过晶体硅的局部掺杂，例如p-型掺杂形成压阻元件。可替换地，能通过对多晶半导体材料、尤其是对多晶硅掺杂制成压阻元件。在该情形下，能通过薄膜工艺在在绝缘层上方施加多晶层，并对多晶层掺杂。多晶材料制成的压阻元件的优势在于所述元件是较少依赖光的。所述压阻元件能通过金属层连接到分析电子器件上。为了产生欧姆接触电阻，可在压阻元件和金属之间的触点处对半导体层进行更加高度地掺杂。可在蚀刻半导体材料之前对压阻元件掺杂。在半导体晶体中，压阻系数是依赖于方向的。因而，所述压阻元件优选定位成相对于彼此成90°的角度，使得各个元件的压阻系数尽可能地类似或相同。至少一个压阻元件可为U形的。可通过蚀刻制成所述U形的两个臂之间的切口区域以为了避免或是穿越未掺杂区域或由于掺杂区域扩散过宽而造成的短路。所述柔性铰接件在U形压阻元件的位置处可为两个部分。至少一个压阻元件可由不透光层覆盖。该不透光层例如可为反射辐射、尤其是反射激光的金属层、或者可为吸收辐射、例如吸收激光辐射的另一层。由此，降低了所述位置传感器的光敏性，且几乎排除了光的影响。也能在很大程度上避免位置传感器的受热以及由此对温度的依赖性。根据一个实施例，可将至少一个温度传感器布置在所述衬底或所述平台上。在该情形下，所述温度传感器布置成尽可能靠近位置传感器的压阻元件。由于压阻元件对温度是敏感的，因而能够探测温度从而随后能补偿温度漂移是有利的。例如，所述温度传感器可形成为在所述衬底或平台上靠近压阻元件的金属电阻器。所述系统可布置或形成在SOI衬底(绝缘硅衬底，silicon-on-insulatorsubstrate)上。特别地，所述平台连同所述柔性铰接件可通过蚀刻在绝缘硅晶片(silicon-on-insulatorwafer)中制成。在该情形下，通过蚀刻去除所述柔性铰接件和所述平台下方的层。为了进一步改善所述元件的电绝缘，可在所述衬底和所述平台上通过SOI晶片的顶层(也称为设备层)绕着所述压阻元件蚀刻出沟槽。可提供多个绕着所述平台的周边布置的柔性铰接件。特别地，可设置多个柔性铰接件以及两个、优选四个位置传感器，其中所述柔性铰接件的数量可以由二整除、优选地由四整除，所述位置传感器绕着所述平台均匀地布置。特别地，当存在数量可被四整除的多个柔性铰接件时，可刚好提供两个位置传感器。因而，能够使用压阻式传感器测量在三个自由度(x-倾斜、y-倾斜、z-升降)上平台的位置。在静止位置，所述平台与xy-平面平行并且由布置成也与xy-平面平行的柔性铰接件保持。当所述平台移动时，所述柔性铰接件变形，引起布置在所述柔性铰接件上的压阻元件的机械应力的变化，这转而又导致电阻的改变。位置传感器的压阻元件可以以惠斯通电桥的形式互相连接。在优选的实施例中，四个柔性铰接件的每个可分别包括一个压阻元件。根据该设置，优选提供四个位置传感器，所述位置传感器的压阻元件各自被连接以形成惠斯通电桥，所述柔性铰接件上的四个压阻元件中的每个在实心区域上分别连接至另外三个压阻元件，从而形成惠斯通电桥。惠斯通电桥的输出信号可相互抵消，从而确定所述平台在三个自由度上的位置。在每种情形下，所述四个柔性铰接件优选绕着所述平台相互成90度地布置。这意味着在单纯绕着一个轴线倾斜的情况下，相对惠斯通电桥的输出信号均具有相同的值，而具有不同的极性符号。可基于来自两个传感器对的信号确定倾斜方向。从该值中可确定出倾斜度。当单纯存在z-升降运动时，这意味着所有四个惠斯通电桥的信号具有相同的值以及相同的极性符号。另外，惠斯通电桥应均具有相同的布线。在同时升降和倾斜的情形下，可从惠斯通电桥的四个输出信号确定出三个自由度上的位置。所述柔性铰接件上的压阻元件的位置应当是相同的。桥的压阻元件优选相同的。有利地，所述桥也是相同的。为了获得精确的位置测定，在特别均匀的柔性铰接件上的同一点处布置压阻元件是有利的。所述压阻元件可布置在所述柔性铰接件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统(1)，其包括衬底(4)和平台(5)，所述平台(5)通过至少一个柔性铰接件(6,6’,6”)连接到所述衬底(4)并且相对于所述衬底是可移动的，并且所述系统包括具有多个压阻元件(10,10’,14,15,16)的至少一个位置传感器，所述多个压阻元件被连接以形成电桥，一个压阻元件(10,10’)布置在所述至少一个柔性铰接件(6)上或所述至少一个柔性铰接件处，其特征在于，至少一个压阻元件(14,15,16)布置在所述衬底(4)或所述平台(5)上或者布置在所述衬底或所述平台处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.25 EP 14178608.71.一种系统(1)，其包括衬底(4)和平台(5)，所述平台(5)通过至少一个柔性铰接件(6,6’,6”)连接到所述衬底(4)并且相对于所述衬底是可移动的，并且所述系统包括具有多个压阻元件(10,10’,14,15,16)的至少一个位置传感器，所述多个压阻元件被连接以形成电桥，一个压阻元件(10,10’)布置在所述至少一个柔性铰接件(6)上或所述至少一个柔性铰接件处，其特征在于，至少一个压阻元件(14,15,16)布置在所述衬底(4)或所述平台(5)上或者布置在所述衬底或所述平台处。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，刚好一个压阻元件(10,10’)布置在所述柔性铰接件(6)上或所述柔性铰接件处，并且三个压阻元件(14,15,16)布置在所述衬底(4)或所述平台(5)上或者布置在所述衬底或所述平台处、且被连接以形成惠斯通电桥(17)。3.根据前述权利要求任一所述的系统，其特征在于，至少一个压阻元件(10,10’,14,15,16)由掺杂的单晶或多晶半导体材料制成。4.根据前述权利要求任一所述的系统，其特征在于，至少一个压阻元件(10)是U形的。5.根据前述权利要求任一所述的系统，其特征在于，至少一个压阻元件(10,10’,14,15,16)被不透光层覆盖。6.根据前述权利要求任一所述的系统，其特征在于，在所述衬底(4)或所述平台(5)上布置至少一个温度传感器。7.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·尤特齐，D·巴亚特，S·拉尼，
申请(专利权)人：通快激光标记系统公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH