[发明专利]可偏转微机械系统及其应用

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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发明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。在这种情况下使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依据剪切力的方向而变化。因而能够确定微机械扭转梁的转角。

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1a)至1c)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，这只能通过很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。

发明内容

因此，本发明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。

根据本发明，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中描述了根据本发明的系统的应用。

利用从属权利要求中指定的特征能够获得本发明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。

本发明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发明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。