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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lageerkennung einer Mikroschwingvorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren.
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Mikroschwingvorrichtungen in Form von Mikroschwingspiegeln sind zum Beispiel aus der
DE 19857946 C1 bekannt und sind in vielfältiger Weise auf verschiedenen technischen Gebieten, beispielsweise bei optischen Überwachungssystemen, Scannern etc. einsetzbar.
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Um derartige Mikroschwingspiegel geregelt ansteuern zu können, ist eine Detektion der jeweiligen aktuellen Auslenkung erforderlich. Aus der
DE 19857946 C1 ist es beispielsweise bekannt, einen Mikroschwingspiegel mit einem elektrostatischen Antrieb zu steuern. Aus der
US 5,758,172 ist ein Mikroschwingspiegel mit einem magnetischen Antrieb bekannt geworden. Der magnetische Antrieb ist dabei auf einer Unterseite der Spiegelfläche des Mikroschwingspiegels angeordnet und liegt in Form von Leiterschleifen vor. Fließt ein elektrischer Strom durch diese Leiterschleifen, wird ein Magnetfeld erzeugt, das dann ein Drehmoment auf die Spiegelfläche des Mikroschwingspiegels ausübt.
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Um die genaue Lage eines Mikroschwingspiegels ermitteln zu können, ist es beispielsweise aus der
EP 1 944 596 bekannt geworden, im Bereich einer Aufhängung eines Mikroschwingspiegels Widerstände in Form einer Wheatstonebrücke anzuordnen. Die Wheatstonebrücke erzeugt dann veränderte elektrische Signale, wenn die Spiegelaufhängung durch eine Lageänderung des Mikroschwingspiegels verformt wird. Mittels einer entsprechenden Auswertevorrichtung, die die Spannungen der Wheatstonebrücke auswertet, kann dann die jeweilige Lage des Mikroschwingspiegels erkannt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Vorrichtung zur Lageerkennung einer Mikroschwingvorrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie das entsprechende Verfahren gemäß Anspruch 7 sowie die entsprechende Verwendung gemäß Anspruch 9 weisen den Vorteil auf, dass eine Lageerkennung einer Mikroschwingvorrichtung ohne eine Verdrahtung auf der Mikroschwingvorrichtung, beispielsweise an deren Aufhängungen, möglich ist. Dies ermöglicht eine einfachere Lagedetektion. Gleichzeitig ist damit eine optimale angepasste Anbindung der Mikroschwingvorrichtung, beispielsweise an einen Tragrahmen, möglich, da keinerlei Leitungen auf einer solchen Anbindungsstruktur oder auf der Mikroschwingvorrichtung angeordnet werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Gefahr eines Übersprechens von eventuellen Antriebssignalen für die Mikroschwingvorrichtung aufgrund Ihrer üblicherweise hohen Flankensteigungen nahezu ausgeschlossen ist, da bei einem direkten elektromagnetischen Antrieb der Mikroschwingvorrichtung keine entsprechenden elektrischen Mittel für die Lageerkennung der Mikroschwingvorrichtung angeordnet sind, zumindest nicht in einem für das Übersprechen relevanten Umgebungsbereich des elektromagnetischen Antriebs.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen die Mittel zum Detektieren zumindest ein Schallaufnahmemittel, insbesondere ein Mikrofon. Der Vorteil hierbei ist, dass insbesondere Mikrofone einfach und kostengünstig in der Herstellung sind und gleichzeitig Druckänderungen zuverlässig detektieren können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zum Detektieren unterhalb der Mikroschwingvorrichtung angeordnet. Der Vorteil hierbei ist, dass beispielsweise bei einem Mikroschwingspiegel als Mikroschwingvorrichtung die Anordnung von den Mitteln zum Detektieren eine Reflektion von Licht auf dem Mikroschwingspiegel nicht behindern und der Mikroschwingspiegel so nicht durch die genannte Anordnung hinsichtlich seiner möglichen Auslenkungen eingeschränkt ist.
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Die Mittel zum Detektieren können dabei senkrecht beabstandet von der zumindest einen Drehachse der Mikroschwingvorrichtung angeordnet sein. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Mittel zum Detektieren von Druckänderungen erhöht, da durch eine Lageänderung der Mikroschwingvorrichtung Druckwellen des Fluids im Bereich maximaler Auslenkung der Mikroschwingvorrichtung, d. h. senkrecht zur entsprechenden Drehachse, maximal sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Antriebsmittel zum Antrieb der Mikroschwingvorrichtung vorgesehen. Damit lässt sich auf einfache Weise die Mikroschwingvorrichtung direkt oder indirekt antreiben, sodass anhand der Lageänderung der Mikroschwingvorrichtung Druckänderungen des Fluids entstehen, die dann entsprechend detektiert und ausgewertet werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfassen die Mittel zum Detektieren zumindest vier Schallaufnahmemittel, die spiegelsymmetrisch zu zumindest zwei Drehachsen der Mikroschwingvorrichtung angeordnet sind. Der Vorteil hierbei ist, dass dadurch eine Detektion einer Drehung bzw. Verkippung der Mikroschwingvorrichtung um eine zweite Achse ermöglicht wird. Hierbei werden insbesondere zumindest zwei der Mittel zum Detektieren jeweils achsensymmetrisch zur jeweiligen Drehachse der Mikroschwingvorrichtung angeordnet. Die Amplituden der Druckänderungen des Fluids aufgrund von Drehungen der Mikroschwingvorrichtung um die jeweilige Drehachse sind dabei jeweils unterschiedlich. Anhand des Verhältnisses der Amplituden kann dann die jeweilige Drehung der Mikroschwingvorrichtung um die jeweilige Achse ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Steuermittel zum Steuern der Antriebsmittel vorgesehen, insbesondere wobei die Steuermittel zum Steuern der Antriebsmittel so ausgebildet sind, dass die Lageänderung der Mikroschwingvorrichtung mittels der Antriebsmittel im Wesentlichen periodisch, insbesondere resonant mit einer Eigenfrequenz der Mikroschwingvorrichtung, erfolgt. Der Vorteil hierbei ist, dass damit auf einfache und kostengünstige Weise ein zuverlässiger Antrieb des Mikroschwingspiegels ermöglicht wird. Sind die Steuermittel insbesondere so ausgebildet, dass diese die Antriebsmittel so steuern, sodass die Mikroschwingvorrichtung resonant im Wesentlichen mit einer Eigenfrequenz der Mikroschwingvorrichtung schwingt, reicht eine Detektion von Druckänderungen aus, um eine zuverlässige Lageerkennung der Mikroschwingvorrichtung zu ermöglichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Lageänderung anhand einer periodischen Schwingung der Mikroschwingvorrichtung, insbesondere anhand einer resonanten Schwingung im Wesentlichen mit einer Eigenfrequenz der Mikroschwingvorrichtung. Der Vorteil hierbei ist, dass beispielsweise bei einer Schwingung mit einer Eigenfrequenz der Mikroschwingvorrichtung eine Detektion von Druckänderungen zur Lageerkennung ausreicht. Damit wird das Verfahren wesentlich einfacher in seiner Durchführung.
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Die Vorrichtung kann weiter ein Gehäuse umfassen, welches insbesondere als Verkappung ausgebildet ist. Die Mittel zum Detektieren können innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Damit kann der Platzbedarf für die Vorrichtung reduziert werden, so dass beispielsweise ein Mikroschwingspiegel zusammen mit den Mitteln zum Detektieren in einem gemeinsamen Chip angeordnet werden können.
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Die Mittel zum Detektieren können derart ausgebildet sein, um Druckänderungen in Form von Druckpulsen mit einer Frequenz zwischen 15 kHz und 30 kHz, insbesondere zwischen 17 kHz und 25 kHz zu detektieren. Damit können Druckänderungen bzw. Druckpulse von Mikroschwingspiegeln, die eine resonante Bewegung durchführen, einfach und zuverlässig detektiert werden.
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Weiter können die Mittel zum Detektieren derart ausgebildet, um Druckänderungen im Bereich zwischen 0,001 mbar und 10 mbar, insbesondere zwischen 0,01 mbar und 1 mbar zu detektieren. Damit können Druckänderungen einfach und zuverlässig mit Mikrofonen detektiert werden. Die Mikrofone können dabei sowohl außerhalb als auch innerhalb eines Gehäuses der Mikroschwingvorrichtung angeordnet sein.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Form.
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil eines Mikroschwingspiegels 1, der um zwei senkrecht zueinander angeordnete Achsen A1, A2 drehbar angeordnet ist, wobei sich die Achsen A1, A2 im Punkt D schneiden. Der Punkt D liegt dabei im Wesentlichen in der Mitte des um die Achsen A1, A2 drehbar angeordneten Mikroschwingspiegels 1. Der Mikroschwingspiegel 1 ist links und rechts über Aufhängungen 2 mit einer Basis (nicht gezeigt) verbunden. Anhand der in 1 gezeigten Aufhängungen 2 ist der Mikroschwingspiegel 1 um die Achse A2 drehbar angeordnet. Mittels Aufhängungen 2a (mit unterbrochenen Linien dargestellt), die zwischen Mikroschwingspiegel 1 und Aufhängung 2 angeordnet sind, ist der Mikroschwingspiegel 1 um die Achse A1 drehbar angeordnet.
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Die Achse A1 verläuft dabei im Wesentlichen in die Zeichenebene hinein, von links vorne nach rechts hinten gemäß 1, die Achse A2 verläuft in der Zeichenebene von rechts nach links. Die erste Ebene E1, wobei ein Teil dieser Ebene mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, verläuft in der Zeichenebene, die zweite Ebene E2 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene und ein Teil dieser Ebene ist mit unterbrochenen Linien dargestellt.
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Zur weiteren Verdeutlichung der relativen Lage der Achsen A1, A2 zueinander, ist die Lage der beiden Achsen A1, A2 sowie die Lage des Punktes D auch separat nochmals rechts neben dem Mikroschwingspiegel 1 gezeigt.
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Der Mikroschwingspiegel 1 befindet sich vollständig in einem Fluid F in Form von Luft. Unterhalb der Ebene E2, die einer Ruhelage des Mikroschwingspiegels 1 entspricht, sind jeweils senkrecht zu den Achsen A1, A2 vier Mikrofone M1, M2, M3, M4 symmetrisch zum Punkt D angeordnet. Weiter sind in der Ebene E1, welche senkrecht zur Achse A1 angeordnet ist und in welcher die Drehachse A2 des Mikroschwingspiegels 1 angeordnet ist, Zonen mit Überdruck D1, D2 bzw. Zonen mit Unterdruck D3, D4 gezeigt. Dabei sind die Zonen D1 und D3 oberhalb des Mikroschwingspiegels 1, die Zonen D2 und D4 unterhalb des Mikroschwingspiegels 1 angeordnet. Der Mikroschwingspiegel 1 erzeugt die in 1 gezeigten Druckänderungen D1, D2, D3, D4 bei einer Drehung um die Achse A1 im Uhrzeigersinn im Punkt D. Die Amplituden der Druckänderungen D1, D2, D3, D4 entsprechen im Wesentlichen denen von Schallwellen. Zu ihrer Detektion sind wie bereits ausgeführt unterhalb des Mikroschwingspiegels 1 Mikrofone M1, M2, M3, M4 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Mikrofone M1, M2, M3, M4 an anderen Stellen. in einem Gehäuse des Mikroschwingspiegels 1 anzuordnen. Das Gehäuse kann dabei als Verkappung ausgebildet sein.
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Die Mikrofone M1, M2, M3, M4 sind jeweils mit einer Auswerteeinheit C, insbesondere einem Computer, integrierten Schaltkreisen oder ähnlichem, verbunden, die elektrische Signale auf Grund der von den Mikrofonen M1, M2, M3, M4, detektierten Druckänderungen D1, D2, D3, D4, auswertet, also anhand dieser Signale eine Lageerkennung des Mikroschwingspiegels 1 vornimmt. Weiterhin sind ebenfalls Steuermittel S angeordnet, die mit Antriebsmitteln W, insbesondere Elektroden, verbunden sind. Diese sind unterhalb des Mikroschwingspiegels 1 angeordnet. Die Antriebsmittel W dienen zum elektrostatischen Antrieb des Mikroschwingspiegels 1. Die Steuermittel S steuern dann die Antriebsmittel W zum Antrieb des Mikroschwingspiegels 1 entsprechend. Die Steuermittel S können dabei die Antriebsmittel W derart steuern, sodass der Mikroschwingspiegel 1 periodisch, insbesondere resonant mit einer Eigenfrequenz des Mikroschwingspiegels 1, schwingt.
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Die Steuermittel S sind ebenfalls mit der Auswerteeinheit C verbunden, sodass die Auswerteeinheit C zur Lageerkennung des Mikroschwingspiegels 1 ebenfalls Daten für die Ansteuerung der Antriebsmittel W nutzen kann. Für eine Steuerung des resonanten Antriebs des Mikroschwingspiegels 1 ist es ausreichend, eine Phasenlage der jeweils detektieren Druckänderungen D1, D2, D3, D4 in Bezug auf nachfolgend detektierte Druckänderungen D1, D2, D3, D4 zu bestimmen, um daraus eine aktuelle Lage des Mikroschwingspiegels 1 berechnen zu können.
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Die Mikrofone M1, M2, M3, M4 weisen dabei Abmessungen auf, die im Millimeterbereich liegen. Diese sind günstig in der Herstellung und auf einfache Weise in ein Gehäuse eines Mikroschwingspiegels 1 integrierbar.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19857946 C1 [0002, 0003]
- US 5758172 [0003]
- EP 1944596 [0004]
