一種MEMS器件、MEMS微鏡系統(tǒng)和MEMS微小投影儀的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種關(guān)于兩個(gè)軸線振蕩并且具有位置檢測(cè)系統(tǒng)的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))器件，特別地是壓阻型的。特別地，MEMS器件形成微鏡。

背景技術(shù)：

已知微機(jī)械器件具有使用半導(dǎo)體技術(shù)而制造的微鏡結(jié)構(gòu)。

這些微機(jī)械器件被使用在便攜式裝置中用于光學(xué)應(yīng)用，特別地用于引導(dǎo)由具有期望形態(tài)的光源所生成的光輻射束，便攜式裝置諸如例如便攜式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)(包括超薄筆記本計(jì)算機(jī))、PDA、平板計(jì)算機(jī)和智能電話。

借助于其小尺寸，這些器件可以滿足關(guān)于體積的嚴(yán)格要求，包括面積和厚度二者。

例如，微機(jī)械鏡器件被用于小型化投影儀模塊(所謂的微小投影儀)，其能夠在一定距離處投影圖像或生成期望的光圖案。

例如，這種投影儀模塊結(jié)合圖像捕獲模塊形成針對(duì)三維成像的三維(3D)照相機(jī)或攝像機(jī)。備選地，投影儀模塊可以使用在3D場(chǎng)景重建系統(tǒng)中，其測(cè)量由微小投影儀所發(fā)射以撞擊表面并且朝向接收器被向后反射的單色射線所用的時(shí)間(所謂的飛行時(shí)間方法)。另一應(yīng)用測(cè)量探測(cè)器陣列上的例如紅外類型的反射線或束的位置，其中反射線或束的位置取決于反射面的距離(所謂的結(jié)構(gòu)化光變形方法)。

微鏡器件一般地包括懸掛在腔上并且由半導(dǎo)體主體形成的鏡元件以便例如利用滾動(dòng)和傾斜運(yùn)動(dòng)可移動(dòng)，以根據(jù)期望來引導(dǎo)入射光束。

例如，圖1示意性地示出了包括諸如激光源的光源1的微小投影儀9，生成三個(gè)單色束的光束2，三個(gè)單色束的每個(gè)針對(duì)每個(gè)基色， 通過僅示意性地被示出的光學(xué)系統(tǒng)3，由鏡元件5使得光束2朝向屏幕6偏斜。鏡元件5為二維類型，其被控制以便關(guān)于垂直軸A和水平軸B轉(zhuǎn)動(dòng)。鏡元件5關(guān)于垂直軸A的旋轉(zhuǎn)在屏幕6上生成快速的水平掃描，如圖2中所圖示的。鏡元件5關(guān)于垂直于垂直軸A的水平軸B的旋轉(zhuǎn)生成緩慢的垂直掃描，整體上生成鋸齒掃描。

相反，在圖3的場(chǎng)景重建系統(tǒng)中，源11(例如，單色紅外源)生成光射線12，其通過僅示意性地示出的光學(xué)聚焦系統(tǒng)13由鏡元件5朝向物體14偏離并且由后者反射到檢測(cè)器15上。連接到源11、鏡元件5和檢測(cè)器15的控制器16確定被用于場(chǎng)景重建的飛行時(shí)間。備選地，如所提到的，可以經(jīng)由結(jié)構(gòu)化光變形方法來重建場(chǎng)景。

經(jīng)由致動(dòng)系統(tǒng)來控制鏡元件5的旋轉(zhuǎn)，該致動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)前具有靜電、電磁或壓電類型。

例如，圖4示出了具有電磁致動(dòng)的鏡元件5。此處，芯片20包括被懸掛在襯底上(不可見)的平臺(tái)21，其具有反射面(未圖示)并且通過第一對(duì)臂22(第一扭轉(zhuǎn)彈簧)由懸掛式框架23所支撐。第一臂22從平臺(tái)21的相對(duì)側(cè)延伸并且定義鏡元件5的旋轉(zhuǎn)軸A。懸掛式框架23經(jīng)由第二對(duì)臂26(第二扭轉(zhuǎn)彈簧)被連接到芯片20的固定外圍部分25，其支持懸掛式框架23和平臺(tái)21關(guān)于水平軸B的旋轉(zhuǎn)。第一臂22和第二臂26耦合到靜電類型的相應(yīng)致動(dòng)組件28A、28B。此處，每個(gè)致動(dòng)組件28A、28B包括面向相應(yīng)第二電極30的第一電極29。

詳細(xì)地，第一電極29關(guān)于相應(yīng)臂22、26被固定并且關(guān)于第二電極30形成梳齒(comb-fingered)以便生成電容耦合。由于每個(gè)致動(dòng)組件28A、28B的電極29、30的布置，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)還被定義為梳驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

通過應(yīng)用第一電極29與第二電極30之間的適當(dāng)?shù)碾妷海伤鼈冎g的吸引/排斥力并且因此引起第一電極29關(guān)于第二電極30的旋轉(zhuǎn)以及臂22、26關(guān)于相應(yīng)軸線A、B的扭轉(zhuǎn)是可能的。以這種方式，獲得平臺(tái)21(以及未示出的反射面)關(guān)于軸線A、B的受控旋轉(zhuǎn)并且 因此在水平方向和垂直方向上掃描。

在以上應(yīng)用中，特別地對(duì)于場(chǎng)景或手勢(shì)識(shí)別而言，要求鏡元件5的高定位精確度(即，其位置的精確的知識(shí))。

因此，位置獲取系統(tǒng)在專用于MEMS器件的研究之下并且基于被集成在鏡元件5中的位置傳感器。

例如，美國(guó)專利申請(qǐng)2011/0199284描述了一種壓阻傳感器，該壓阻傳感器由布置在平臺(tái)與框架之間的第一扭轉(zhuǎn)彈簧(被稱為“彎曲部分”)附近的至少一個(gè)橋元件形成，使得輸出信號(hào)的扭轉(zhuǎn)分量被放大并且非扭轉(zhuǎn)分量衰減或甚至被消除。

上文已知方案支持歸因于不期望的影響(干擾)的輸出信號(hào)的分量(例如，歸因于材料特性的過程擴(kuò)散和變化的部件)的消除，其引起除由致動(dòng)系統(tǒng)控制的變形外的扭轉(zhuǎn)彈簧的變形(特別地，扭轉(zhuǎn)彈簧彎曲)。

然而，例如，當(dāng)(在圖4的實(shí)施例中)第二臂26的致動(dòng)引起懸掛式框架23和對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)彈簧22的扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，它不支持包含扭轉(zhuǎn)彈簧的假扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)的變形的辨別。而且，利用以上專利中所描述的傳感器，控制這兩個(gè)角位置是不可能的并且必須具有相應(yīng)傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目標(biāo)是提供克服現(xiàn)有技術(shù)方案的限制的位置檢測(cè)系統(tǒng)。

根據(jù)本實(shí)用新型，提供了MEMS微鏡器件，如附圖中所定義的。

實(shí)施例提供了一種MEMS器件，包括：平臺(tái)；框架，其通過彈性連接元件來支撐平臺(tái)，彈性連接元件被配置成允許平臺(tái)關(guān)于第一軸線的旋轉(zhuǎn)；承載結(jié)構(gòu)，其通過彈性懸掛元件來支撐框架，彈性懸掛元件被配置成允許框架關(guān)于橫向于第一軸線的第二軸線的旋轉(zhuǎn)；以及應(yīng)力傳感器，其被布置在彈性懸掛元件上，彈性懸掛元件通過關(guān)于第二軸線被偏移布置的相應(yīng)錨固部分而被錨固到承載結(jié)構(gòu)。

根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力傳感器靠近錨固部分布置。

根據(jù)實(shí)施例，彈性懸掛元件被配置成允許框架也關(guān)于第一軸線旋轉(zhuǎn)，并且使得框架關(guān)于第一軸線和第二軸線的旋轉(zhuǎn)在彈性懸掛元件上僅產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

根據(jù)實(shí)施例，彈性懸掛元件包括第一懸掛臂和第二懸掛臂，并且應(yīng)力傳感器包括分別被布置在第一懸掛臂和第二懸掛臂上的第一傳感器元件和第二傳感器元件。

根據(jù)實(shí)施例，第一傳感器元件和第二傳感器元件關(guān)于第一軸線對(duì)稱地被布置在第二軸線的相同側(cè)。

根據(jù)實(shí)施例，傳感器元件靠近錨固部分布置。

根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)傳感器元件包括壓阻或壓電類型的第一電阻器和第二電阻器，每個(gè)傳感器元件的第一電阻器和第二電阻器被布置成橫向于第二軸線并且關(guān)于對(duì)稱軸彼此對(duì)稱，對(duì)稱軸平行于第一軸線，每個(gè)傳感器元件的第一電阻器和第二電阻器定義第一偏置節(jié)點(diǎn)和第二偏置節(jié)點(diǎn)以及中間輸出節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)傳感器元件的第一電阻器和第二電阻器被布置在相對(duì)于第二軸線的±45°處。

根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)傳感器元件的第一電阻器和第二電阻器定義半橋配置。

根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)傳感器元件包括壓阻或壓電類型的第三電阻器和第四電阻器，其中每個(gè)傳感器元件的第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器和第四電阻器定義橋配置。

根據(jù)實(shí)施例，懸掛臂具有蛇形或L形的形狀。

根據(jù)實(shí)施例，懸掛臂具有第一端和第二端，懸掛臂的第一端被布置在第二軸線的第一側(cè)，并且懸掛臂的第二端被布置在第二軸線的第二側(cè)。

根據(jù)實(shí)施例，形成MEMS微鏡。

實(shí)施例提供了一種MEMS微鏡系統(tǒng)，包括：上文所述的MEMS器件；處理單元，被連接到傳感器元件的中間節(jié)點(diǎn)并且被配置成在中間節(jié)點(diǎn)處對(duì)信號(hào)進(jìn)行相和減并且生成經(jīng)測(cè)量的角位置信號(hào)；以及位置 校正單元，被配置成將經(jīng)測(cè)量的角位置信號(hào)與期望的位置信號(hào)相比較，并且生成用于MEMS器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

根據(jù)實(shí)施例，包括光發(fā)生器和上文所述的MEMS微鏡系統(tǒng)。

通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，至少解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的部分問題并且達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)效果。

附圖說明

為了本實(shí)用新型的更好理解，現(xiàn)在僅以非限制性示例的方式參考附圖來描述由此的優(yōu)選實(shí)施例，其中：

-圖1是微小投影儀的示意性表示；

-圖2示出了由圖1的微小投影儀所生成的圖像在屏幕上的投影方案；

-圖3示出了使用MEMS微鏡的場(chǎng)景或手勢(shì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本圖；

-圖4是具有靜電致動(dòng)的微鏡器件的示意性俯視圖；

-圖5是本MEMS微鏡器件的實(shí)施例的俯視圖；

-圖6和圖7分別是包括圖5的微鏡器件的系統(tǒng)的側(cè)視圖和俯視圖；

-圖8和圖9在透視圖中示出了兩個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)條件的圖5的微鏡器件；

-圖10A和圖10B示出了圖8的驅(qū)動(dòng)條件中的圖5的微鏡器件的兩個(gè)細(xì)節(jié)的電等效；

-圖11A和圖11B示出了圖9的驅(qū)動(dòng)條件中的圖5的微鏡器件的兩個(gè)細(xì)節(jié)的電等效；

-圖12A和圖12B示出了圖8的驅(qū)動(dòng)條件中的圖5的微鏡器件的兩個(gè)細(xì)節(jié)的備選實(shí)施例的電等效；

-圖13A和圖13B示出了圖9的驅(qū)動(dòng)條件中的圖5的微鏡器件的兩個(gè)細(xì)節(jié)的備選實(shí)施例的電等效；

-圖14和圖15示出了本MEMS微鏡器件的不同的實(shí)施例；以及

-圖16示出了使用圖5、圖14或圖15的微鏡器件的微小投影儀 的框圖。

具體實(shí)施方式

圖5示出了MEMS器件40(此處是微鏡)，其包括固定結(jié)構(gòu)41和懸掛結(jié)構(gòu)42。懸掛結(jié)構(gòu)42在由固定結(jié)構(gòu)41外部所劃定的腔43內(nèi)延伸。固定結(jié)構(gòu)41包括襯底(不可見)，其在腔43和懸掛結(jié)構(gòu)42下面延伸。以對(duì)MEMS結(jié)構(gòu)所共有的未圖示的方式，固定結(jié)構(gòu)41、懸掛結(jié)構(gòu)42和腔43使用已知的半導(dǎo)體制造技術(shù)由例如硅的半導(dǎo)體材料的管芯44形成，半導(dǎo)體制造技術(shù)諸如以本身已知的方式生長(zhǎng)、沉積和/或選擇性移除。

懸掛結(jié)構(gòu)42包括可定向結(jié)構(gòu)45，其通過由也被懸掛并且圍繞可定向結(jié)構(gòu)45的框架48的第一對(duì)臂或扭轉(zhuǎn)彈簧46(在下文中，還被稱為“彈性連接元件”)所承載。進(jìn)而，框架48經(jīng)由第二對(duì)臂或扭轉(zhuǎn)彈簧49(在下文中還被稱為“彈性懸掛元件”)由固定結(jié)構(gòu)41所承載。

第一臂46具有線性形狀、沿著第一旋轉(zhuǎn)軸A延伸并且被配置為支持可定向結(jié)構(gòu)45關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)。

此處，第二臂49具有蛇形形狀并且被配置為使得框架48主要關(guān)于第二旋轉(zhuǎn)軸B并且在較小的程度上關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)，如在下文中更詳細(xì)解釋的。

第二臂49各自具有經(jīng)由相應(yīng)錨固部分50被連接到框架48的第一端49A和被連接到固定結(jié)構(gòu)41的第二端49B。第二臂49的第一端和第二端二者(并且因此錨固部分50)關(guān)于第二軸線B偏移。詳細(xì)地，第二臂49的第一端49A被布置在第二旋轉(zhuǎn)軸B(在以下附圖中)的相同第一面上，并且第二臂49的第二末端49B被布置在第二旋轉(zhuǎn)軸B(在以上附圖中)的相同第二面上。而且，第二臂49整體上關(guān)于第二軸線B被中心布置，從而懸掛結(jié)構(gòu)42的質(zhì)心至少近似地與第一軸線A與第二軸線B之間的交點(diǎn)一致。MEMS器件40整體上關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A也是對(duì)稱的。

在所考慮的情況中，第一軸線A在下文中也被稱為“快軸”，并且關(guān)于該第一軸線A的旋轉(zhuǎn)引起懸掛結(jié)構(gòu)42的差別(differentiated)快速運(yùn)動(dòng)(共振運(yùn)動(dòng))，如在下文中解釋的。第二軸線B在下文中也被稱為“慢軸”，并且關(guān)于該第二軸線B的旋轉(zhuǎn)引起整個(gè)懸掛結(jié)構(gòu)42的同相緩慢運(yùn)動(dòng)。

在圖示的實(shí)施例中，此處具有壓阻類型的兩個(gè)傳感器51、52各自被布置在錨固部分50處或其附近的相應(yīng)第二臂49上，如圖5的放大細(xì)節(jié)中所示。例如，傳感器51、52可以被布置以下區(qū)域中：在該區(qū)域中的應(yīng)力相對(duì)于其中具有最大值的區(qū)域(最大應(yīng)力區(qū)域)的至少80％的區(qū)域中。傳感器51、52被布置在關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A的對(duì)稱位置中。因此，由于錨固部分50的偏移位置，傳感器51、52也對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)軸B被偏移布置。

特別地，每個(gè)傳感器51、52此處包括兩個(gè)壓阻電阻器53、54，以及相應(yīng)地以半橋配置連接并且被布置在關(guān)于第二旋轉(zhuǎn)軸B的±45°處。例如，壓阻電阻器53-56被制造為形成懸掛結(jié)構(gòu)42和固定結(jié)構(gòu)41的頂部部分的硅層內(nèi)的植入或擴(kuò)散區(qū)(例如，具有N類型，在框架48和P型的內(nèi)部部分41A的情況下)。

在圖示的示例中，第一傳感器51的第一壓阻電阻器53具有第一端子，其被連接到第一節(jié)點(diǎn)SB1+，進(jìn)而耦合到位置處理單元60(還參見圖16)，并且第二端子被連接到第二節(jié)點(diǎn)S01，也耦合到處理單元60。第一傳感器51的第二壓阻電阻器54具有被連接到第三節(jié)點(diǎn)SB1-的第一端子，也耦合到處理單元60，以及被連接到第二節(jié)點(diǎn)S01的第二端子。

同樣地，第二傳感器52的第一壓阻電阻器55具有第一端子，其被連接到第四節(jié)點(diǎn)SB2+，進(jìn)而耦合到處理單元60，并且第二端子連接到第二節(jié)點(diǎn)S02，耦合到處理單元60。第二傳感器52的第二壓阻電阻器56具有連接到第五節(jié)點(diǎn)SB2-的第一端子，也耦合到處理單元60，以及被連接到第五節(jié)點(diǎn)S02的第六端子。

在圖5的實(shí)施例中，第一節(jié)點(diǎn)SB1+、第三節(jié)點(diǎn)SB1-、第四節(jié)點(diǎn) SB2和第六節(jié)點(diǎn)SB2+沿著平行于旋轉(zhuǎn)軸B并且與旋轉(zhuǎn)軸B不一致的直線相互對(duì)齊，并且第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)被布置在關(guān)于第二旋轉(zhuǎn)軸的偏移位置中。兩個(gè)壓阻電阻器53、54和相應(yīng)地55、56因此關(guān)于平行于第一旋轉(zhuǎn)軸A的對(duì)稱軸相互對(duì)稱地布置，并且傳感器51、52關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A對(duì)稱地布置。

在圖示的實(shí)施例中，可定向結(jié)構(gòu)45的運(yùn)動(dòng)通過包括線圈和磁性結(jié)構(gòu)的致動(dòng)結(jié)構(gòu)47而電磁地發(fā)生。特別地，在圖示的示例中，框架48具有一般地矩形環(huán)形形狀，其具有兩兩平行于旋轉(zhuǎn)軸A、B的四個(gè)邊。線圈65在框架48的上面延伸，其中，其形成至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，此處是多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。磁性結(jié)構(gòu)可以通過例如管芯44的外部的磁性元件而被形成。特別地，磁性元件與管芯44之間的相互布置關(guān)于生成磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在關(guān)于軸A、B近似45°處傾斜以用于允許在這兩個(gè)軸A、B周圍驅(qū)動(dòng)。

例如，圖6和圖7示出了可能的布置，其中，C形磁性元件80具有被布置在距彼此一定距離處并且由例如鐵磁性或甚至非磁性材料的支持83所承載的第一磁極81和第二磁極82。管芯44由磁極81、82之間的支持83承載，并且被布置在關(guān)于由磁性元件80生成的磁場(chǎng) 的方向40°處，如特別地在圖7中可見的。

利用所描述的方案，通過在預(yù)設(shè)頻率處提供交流電，關(guān)于兩個(gè)軸A、B來旋轉(zhuǎn)可定向結(jié)構(gòu)是可能的。特別地，通過同時(shí)地利用具有適當(dāng)?shù)姆鹊膬蓚€(gè)電流并且在不同的頻率處饋送線圈65，其中的一個(gè)接近于諧振頻率，這些生成磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)通過感應(yīng)引起框架48關(guān)于第二軸線B的旋轉(zhuǎn)以及可定向結(jié)構(gòu)45關(guān)于第一軸線A的旋轉(zhuǎn)。

詳細(xì)地，供應(yīng)給線圈65的、在第一頻率f1(例如，諸如60Hz的低頻率)處并且具有第一幅度(例如，100mA)的交流電引起具有可定向結(jié)構(gòu)45(滾動(dòng)運(yùn)動(dòng))的框架48關(guān)于期望值(并且在頻率f1處)的第二旋轉(zhuǎn)軸B的同相旋轉(zhuǎn)。同時(shí)提供給線圈65的高于第一并且接近諧振頻率(例如，20kHz)并且具有例如100mA的第二幅度的第二頻率f2處的交流電引起框架48關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A的小旋轉(zhuǎn)。該小 旋轉(zhuǎn)通過由可定向結(jié)構(gòu)45造成的共振效應(yīng)而被放大，而且由于第一彈簧46的特性，因此獲得可定向結(jié)構(gòu)45關(guān)于期望值的第一旋轉(zhuǎn)軸A的旋轉(zhuǎn)(并且在頻率f2處)(即，可定向結(jié)構(gòu)45的共振運(yùn)動(dòng)，在下文中也被稱為懸掛結(jié)構(gòu)42的“傾斜”的運(yùn)動(dòng))。

還參考圖8、圖9、圖10A至圖10B，如在下文中所描述的，通過傳感器51和52檢測(cè)和辨別框架48關(guān)于每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸A、B的旋轉(zhuǎn)，利用由第二臂49上的每個(gè)旋轉(zhuǎn)引起的不同的應(yīng)力。這些附圖示出了歸因于由致動(dòng)組件47所引起的懸掛結(jié)構(gòu)42的旋轉(zhuǎn)的錨固部分50上的應(yīng)力，這利用疊加原理。

詳細(xì)地，圖8示出了當(dāng)僅關(guān)于第二旋轉(zhuǎn)軸B旋轉(zhuǎn)時(shí)的懸掛結(jié)構(gòu)42(在附圖中由箭頭R所指示的低速滾動(dòng)運(yùn)動(dòng))。在對(duì)應(yīng)于框架48的預(yù)設(shè)角θ(例如，10°)的旋轉(zhuǎn)R的圖8的仿真中，箭頭SR1和SR2指示在相同方向上的第二臂49的對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)。在圖8中，具有降低的灰度級(jí)的陰影表示從負(fù)值到正值(例如，從-200μm到+200μm)的結(jié)構(gòu)的位移。

如可以注意的，對(duì)于圖8的旋轉(zhuǎn)而言，該仿真示出第二臂49的錨固部分50經(jīng)受相等幅度的應(yīng)力τ1、τ2并且在相同方向上定向。在該條件中，通過在第三節(jié)點(diǎn)SB1-與第一節(jié)點(diǎn)SB1+之間并且相應(yīng)地在第六節(jié)點(diǎn)SB2-與第四節(jié)點(diǎn)SB2+之間使具有直流電壓(例如，1V)的傳感器51、52偏置，在第二節(jié)點(diǎn)SO1和第五節(jié)點(diǎn)SO2上呈現(xiàn)的電壓是相同的(圖10A和圖10B)。因此，以在低頻f1處的正弦方式被控制的有效運(yùn)動(dòng)引起第二節(jié)點(diǎn)SO1和第五節(jié)點(diǎn)SO2上的同相輸出電壓。

因此，這些信號(hào)的相加產(chǎn)生信號(hào)，其幅度提供有效旋轉(zhuǎn)角θ的值的指示。相反，這些信號(hào)之間的減法產(chǎn)生零信號(hào)。

實(shí)際上，傾斜運(yùn)動(dòng)(懸掛結(jié)構(gòu)42關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A的旋轉(zhuǎn))引起相反電壓，如圖9、圖11A和圖11B中所示。詳細(xì)地，圖9示出了當(dāng)關(guān)于僅第一旋轉(zhuǎn)軸A(箭頭P)旋轉(zhuǎn)時(shí)的懸掛結(jié)構(gòu)42。在圖9中，由懸掛結(jié)構(gòu)42的預(yù)設(shè)角α(例如，10°)旋轉(zhuǎn)P所引起在相反方向 上的第二臂49的扭轉(zhuǎn)，如由箭頭SP1和SP2所指示的。而且，在圖9的仿真中，具有降低的灰度級(jí)的陰影表示從負(fù)值到正值(例如，從-200μm到+200μm)的結(jié)構(gòu)的位移。

如可以注意的，對(duì)于圖9中的旋轉(zhuǎn)而言，仿真示出第二臂49的錨固部分50經(jīng)受相同幅度的應(yīng)力τ1、τ2，但是在相反方向上定向。在該條件中，通過在第三節(jié)點(diǎn)SB1-與第一節(jié)點(diǎn)SB1+之間并且相應(yīng)地在第六節(jié)點(diǎn)SB2-與第四節(jié)點(diǎn)SB2+之間使得具有直流電壓(例如，1V)的傳感器51、52偏置，在第二節(jié)點(diǎn)SO1和第五節(jié)點(diǎn)SO2上的電壓是相反的(圖11A和圖11B)。因此，以在高頻f2處的正弦方式所控制的有效運(yùn)動(dòng)引起第二節(jié)點(diǎn)SO1和第五節(jié)點(diǎn)SO2上反相的的輸出電壓。

如果將這些信號(hào)相加，因此獲得零信號(hào)。實(shí)際上，如果將這些信號(hào)供應(yīng)相減，則獲得非零信號(hào)，其幅度指示有效旋轉(zhuǎn)角α的值。

因此，一般而言，在關(guān)于軸A、B的旋轉(zhuǎn)的情況下，由傳感器51、52所供應(yīng)的信號(hào)的總和產(chǎn)生滾動(dòng)角(關(guān)于第二旋轉(zhuǎn)軸B)的指示，并且它們的差產(chǎn)生傾斜角(關(guān)于第一旋轉(zhuǎn)軸A)的指示。

如所提到的，在第二節(jié)點(diǎn)SO1和第五節(jié)點(diǎn)SO2上所供應(yīng)的信號(hào)(為簡(jiǎn)單起見，被指派為相同名字SO1、SO2)可以被供應(yīng)給位置處理單元，如在下文中參考圖16所解釋的。

特別地，每個(gè)信號(hào)SOi，以及i＝1,2，由以下等式給出：

SOi＝(∑∏_k σ_k，i)V_bias i＝1，2 (1)

其中：

∏_k[Pa^-1]是表示壓敏電阻器53-56(摻雜硅)的材料的壓阻系數(shù)的張量的分量；

σ_k[Pa]是應(yīng)力張量的分量；并且

V_bias是等于SBi-與SBi+之間的電位差的偏置電壓。

等式(1)可以被重寫如下，突出由所測(cè)量的應(yīng)力狀態(tài)所引起的 旋轉(zhuǎn)：

SOi_roll＝G_rollθV_bias(針對(duì)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng))

SOi_pitch＝G_pitchαV_bias(針對(duì)傾斜運(yùn)動(dòng))

其中：

G_roll,G_pitch[mV/° C/V]是針對(duì)相應(yīng)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)和傾斜運(yùn)動(dòng)的傳感器的靈敏度；并且

θ和α是尋找角。

因此，輸出處的信號(hào)SOi的符號(hào)依賴于SBi-與SBi+之間的偏置并且依賴于剪應(yīng)力τ的方向，剪應(yīng)力τ的方向歸因于與所考慮的傳感器51、52相關(guān)聯(lián)的第二臂或彈簧49的扭轉(zhuǎn)。

因此，所獲得的角θ和α的值可以被處理用于控制懸掛結(jié)構(gòu)42的位置，如在下文中所討論的。

圖12A、圖12B、圖13A和圖13B示出了傳感器51、52的不同的實(shí)施例的電等效。此處，詳細(xì)地，每個(gè)傳感器51、52包括四個(gè)壓阻電阻器，并且精確地，除了圖5中所示出的電阻器53-56之外，第一傳感器51包括兩個(gè)另外的壓阻電阻器70、71(僅經(jīng)由電等效所表示、但是與壓敏電阻器53-54類似)，并且第二傳感器52包括兩個(gè)另外的壓阻電阻器72、73(與壓阻電阻器55-56類似)以便形成兩個(gè)全橋結(jié)構(gòu)。而且，電阻器70-71和72-73被布置在關(guān)于第二旋轉(zhuǎn)軸B±45°處、被連接在節(jié)點(diǎn)SB1+、SB1-與相應(yīng)地SB2-、SB2+之間并且定義中間節(jié)點(diǎn)SO1+和SO2-。在圖12A至圖13B中，通過SO1-和SO2+指派壓阻電阻器53-56之間的中間節(jié)點(diǎn)。

而且，在這種情況下，中間節(jié)點(diǎn)SO1-、SO1+之間以及相應(yīng)地中間節(jié)點(diǎn)SO2+、SO2-之間的信號(hào)S1和信號(hào)S2是一致的，并且對(duì)于滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)是同相的，并且對(duì)于傾斜運(yùn)動(dòng)反相的。因此，在這種情況下，它們的加法和減法還支持關(guān)于相應(yīng)角θ和α的信息的辨別。

圖12A、圖12B、圖13A和圖13B的方案支持靈敏度的加倍，以歸因于另外的兩個(gè)輸出SO1+和SO2-的存在而造成的較大的復(fù)雜性和 面積占用為代價(jià)。

圖14示出了MEMS器件140的實(shí)施例，其中，此處由149指派的第二臂是L形的。在該附圖中，通過相同附圖標(biāo)記指派等于圖5中的那些元件的元件。

詳細(xì)地，在圖14中，每個(gè)第二臂149包括第一部分150和第二部分151，第一部分150平行于第二旋轉(zhuǎn)軸B從框架48向內(nèi)延伸，并且第二部分151從相應(yīng)第一部分150平行于第一旋轉(zhuǎn)軸A延伸直至相應(yīng)錨固部分50的。

如在圖5中的，MEMS器件140具有被布置在遠(yuǎn)離第二旋轉(zhuǎn)軸B的位置中的錨固部分50處或其附近的傳感器51、52。如在圖5的細(xì)節(jié)中或在圖12A至圖13B的變型中所表示地制造傳感器51、52。

而且，由于錨固部分50的偏移布置和附近的傳感器51、52的布置，因而圖14的實(shí)施例支持滾動(dòng)角θ和傾斜角α的測(cè)量。

圖15示出了MEMS器件240的實(shí)施例，其中，此處由249指派的第二臂從框架48朝向其外部延伸并且在250中直接被錨固到固定結(jié)構(gòu)41。

而且，在圖15的實(shí)施例中，MEMS器件240具有被布置在遠(yuǎn)離第二旋轉(zhuǎn)軸B的錨固部分250處或其附近的傳感器51、52。

如所提到的，MEMS器件40、140、240可以是MEMS微鏡系統(tǒng)60的一部分，MEMS微鏡系統(tǒng)60諸如例如圖16中所圖示的那個(gè)。此處，處理單元61(例如，邏輯電路和/或單元)將信號(hào)SO1、SO2相加和相減并且處理和信號(hào)與差信號(hào)以獲得角θ和α的值，如上文所描述的。因此，所測(cè)量的角θ和α的值可以供應(yīng)給位置校正單元62，其根據(jù)計(jì)算值θ和α和(在圖16中由θ1和α1所指派的)期望角度值，可以生成針對(duì)MEMS器件40的驅(qū)動(dòng)信號(hào)D。例如，邏輯單元62可以是簡(jiǎn)單差分放大器級(jí)。

微鏡系統(tǒng)60可以是圖1中或圖3的場(chǎng)景識(shí)別系統(tǒng)中所圖示的類型的微小投影儀系統(tǒng)63的一部分。為此目的，在圖16中，微小投影儀系統(tǒng)63包括光源64并且可以包括控制器65。如果存在的話，則控 制器65可以包括位置校正單元62的功能。

最后，顯然，在不脫離如附圖中定義的本實(shí)用新型的范圍的情況下，可以對(duì)在本文中已經(jīng)描述和說明的MEMS器件做出修改和變型。例如，可以組合所描述的各種實(shí)施例以提供另外的方案。

而且，如果懸掛結(jié)構(gòu)經(jīng)受空間傾斜和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)并且期望精確地測(cè)量它們的角位置，則所描述的方案也可以適于與微鏡不同的類型的MEMS器件。

所描述的偏置僅是指示性的并且可以在兩個(gè)傳感器51、52中逆轉(zhuǎn)，獲得輸出信號(hào)的符號(hào)的反轉(zhuǎn)。因此，對(duì)這些信號(hào)所執(zhí)行的操作(相加、相減)取決于所選擇的特定偏置。

可以經(jīng)由適當(dāng)?shù)碾娐坊蚪?jīng)由數(shù)字處理電子地執(zhí)行輸出信號(hào)SO1、SO2、S1、S2的相加和相減操作。

假如其諸如將支持框架48關(guān)于第二旋轉(zhuǎn)軸B的旋轉(zhuǎn)并且其支持如所討論的傳感器51、52的偏移布置，則第二臂49；149；249的形狀可以與所圖示的那個(gè)形狀不同。

傳感器51、52可以具有不同的類型，例如壓電類型。