DE102018220000B4

DE102018220000B4 - Abtastreflektorsystem

Info

Publication number: DE102018220000B4
Application number: DE102018220000.9A
Authority: DE
Inventors: Tapani LAAKSONEN; Konsta WJUGA; Mikko PYNNÖNEN
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2038-11-23
Also published as: US20190162948A1; JP6753449B2; JP2019133133A; US10908410B2; CN109991732A; DE102018220000A1; CN109991732B

Abstract

Vorrichtung, die ein Reflektorsystem und eine Rückkopplungsschaltung umfasst, wobei:das Reflektorsystem einen Träger (300), einen Reflektor (302) und eine Federstruktur (304, 306, 308) aufweist, die den Reflektor (302) für eine Abtastbewegung des Reflektors in zwei orthogonalen Oszillationsmodi an dem Träger aufhängt;jeder Oszillationsmodus einen Frequenzgang aufweist, der bei einer natürlichen Resonanzfrequenz mit einer anfänglichen Bandbreite seinen Höhepunkt erreicht;das Reflektorsystem eine erste Wandlerstruktur (400) zur mechanischen Betätigung des Reflektors (302) und eine zweite Wandlerstruktur (402) zum Erzeugen eines oder mehrerer Erfassungssignale, die eine mechanische Bewegung des Reflektors (302) darstellen, umfasst;die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist, von einem Wandler der zweiten Wandlerstruktur (402) ein Erfassungssignal zu empfangen und an einen Wandler der ersten Wandlerstruktur (400) ein Antriebssignal auf der Basis des empfangenen Erfassungssignals zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der zwei Oszillationsmodi die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist:eine Amplitude und Frequenz des Antriebssignals zu einem nicht-linearen Schwingungsbereich einzustellen, bei dem eine Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz zumindest das Zehnfache der anfänglichen Bandbreite beträgt;die Amplitude des Antriebssignals im Verhältnis zu einer Wellenform eines Modulationssignals zu variieren.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Abtastreflektorsysteme und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, das eine Abtastbewegung in zwei orthogonalen Oszillationsmodi ermöglicht.
Mikroelektromechanische (MEMS) Abtastreflektoren können in Abbildungsgeräten wie etwa Lichtdetektions- und Entfernungsmessungssensoren (LIDARs, Light-Detecting and Ranging Sensors) verwendet werden. Ein MEMS-Abtastreflektor kann zumindest einen beweglichen Reflektor enthalten, der Lichtstrahlen von einem Laseremitter in die Umgebung reflektieren kann. Zusätzliche Reflektoren oder Linsen können in dem Lichtweg zwischen dem beweglichen Reflektor und der Umgebung enthalten sein. Zurückkehrende Lichtstrahlen können durch dieselben Reflektoren oder Linsen, die den ausgehenden Strahl reflektiert haben, nach innen zu einem Fotodetektor hin reflektiert werden.
Die Abbildungsfläche (das Sichtfeld) eines MEMS-Abtastreflektors wird zum Teil dadurch bestimmt, wie stark und in welche Richtung der bewegliche Reflektor geneigt werden kann. Dies wird in 1 veranschaulicht, die eine vereinfachte zweidimensionale Skizze eines Reflektorsystems zeigt. Ein Laseremitter 11 emittiert einen Lichtstrahl 111. Ein beweglicher Reflektor 12 ist an einem Torsionsträger aufgehängt und kann um die z-Achse gedreht werden. Der Reflektor 12 ist in der Position, in der er sich gegen den Uhrzeigersinn zu seinem Endpunkt gedreht hat, mit einer durchgehenden Linie gezeigt. Der von dieser Position reflektierte Lichtstrahl 121 ist auch mit einer durchgehenden Linie dargestellt. Der Reflektor 12 ist in der Position, in der er sich im Uhrzeigersinn zu seinem Endpunkt gedreht hat, mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Der von dieser Position reflektierte Lichtstrahl 122 ist auch mit einer gestrichelten Linie dargestellt. In dieser vereinfachten Skizze wäre der Abbildungsbereich des Reflektors in der zy-Ebene eine Linie, deren Länge durch den Winkel α zwischen den zwei Strahlen 121 und 122 bestimmt wird. Wie in 1 zu sehen ist, wird die Größe von α durch den Bereich von Neigungswinkeln θ bestimmt, die der Reflektor 12 erreichen kann. Für eine multidirektionale Abtastbewegung wird eine komplexere Bewegung benötigt, bei der die unterschiedlichen Reflektorseiten auf eine geeignete koordinierte und zeitlich abgestimmte Reihenfolge angehoben und abgesenkt werden.
Eine multidirektionale Abtastbewegung kann mit einem System erzeugt werden, das in 2 schematisch veranschaulicht ist. Es zeigt einen kreisförmigen Reflektor 21 in der yz-Ebene. Dieser Reflektor 21 ist durch vier Betätigungsbauglieder 221, 222, 223 und 224, die in symmetrisch angeordneten Positionen um den Rand des Reflektors 21 herum befestigt sind, an einem Rahmen 22 aufgehängt. Jedes Betätigungsbauglied wird durch eine Spannung angetrieben (bzw. angesteuert) und jedes Betätigungsbauglied kann den Reflektorrand an dem Punkt, an dem das Betätigungsbauglied an dem Rand befestigt ist, nach oben anheben oder nach unten absenken.
Durch ein geeignetes Koordinieren der Anhebungs- und Absenkbewegungen jedes Betätigungsbaugliedes kann die Reflektoroberfläche in jeder Richtung aus der yz-Ebene heraus geneigt werden. Falls das Betätigungsbauglied 224 beispielsweise den Rand, an dem es befestigt ist, anhebt, während des Betätigungsbauglied 222 den Rand, an dem es befestigt ist, absenkt, und sowohl 221 als auch 223 die Ränder, an denen sie befestigt sind, in einer mittleren Position halten, dann ahmt die Reflektorbewegung einen Neigung um die y-Achse nach. Falls das Betätigungsbauglied 221 anhebt, während 223 absenkt, und sowohl 222 als auch 224 in einer mittleren Position bleiben, dann ahmt die Reflektorbewegung eine Neigung um die z-Achse nach. Falls die Betätigungsbauglieder 222 und 221 anheben, während 223 und 224 absenken, ahmt die Reflektorbewegung eine kombinierte Neigung sowohl um die y- als auch die z-Achse nach. Für einen multidirektionalen Abtastmodus kann der bewegliche Reflektor 12 dahingehend angeordnet sein, um zwei orthogonale Rotationsachsen zu oszillieren. Beide Oszillationen können simultan angeregt und angetrieben werden, und die resultierende Position des Reflektors ist eine Superposition der zwei Oszillationsmodi. Der Reflektor wird dadurch einer Abtastbewegung in zwei orthogonalen Oszillationsmodi unterzogen. Vorteilhafterweise werden die Oszillationsmodi resonant betrieben.
Falls der Reflektor dahingehend angetrieben wird, mit einer Resonanzfrequenz zu oszillieren, kann der maximale Neigungswinkel wie folgt geschrieben werden: $θ = 2 QF / (π^{2} {Mf}_{res}^{2} r)$
wobei Q in dem Reflektor gespeicherte Energie/pro Schwingungszyklus verlorene Energie ist, M die Masse des Reflektors ist, r der Radius des Reflektors ist, fres die Resonanzfrequenz ist und F die Antriebskraft ist. Die Antriebskraft kann wie folgt beschrieben werden: $F = η V$
wobei η der Transkonduktanzfaktor des Betätigungsbaugliedes ist und V die angelegte Spannung ist. Um einen großen Neigungswinkel θ zu erzielen, muss das System demgemäß einen großen Q-Wert aufweisen oder eine sehr große Spannung muss verwendet werden, um die Neigung anzutreiben. Die Nutzung einer sehr großen Antriebsspannung ist nicht praktisch, Q-Werte in der Größenordnung von 1000 - 10000 oder sogar mehr können jedoch erzielt werden, wenn der Reflektor in ein strukturelles Systemelement vakuumgepackt ist.
Wenn die orthogonalen Sinusoszillationsmodi in Resonanz mit einer Phasendifferenz von 90 Grad angetrieben werden, erzeugt der reflektierte Strahl 121 aus 1 eine kreisförmige Abtastbahn auf einer Oberfläche 123 in der yz-Ebene. Mit einer geeigneten Anordnung fester Reflektoren (in 1 nicht gezeigt) kann dieser reflektierte Strahl 121 weiter reflektiert oder gebrochen werden, so dass eine eindimensionale 360°-Abtastansicht erzeugt wird, die einem Kreis in der yz-Ebene entspricht. Zur Bildbildung wird jedoch bei zahlreichen Anwendungen ein Abtastmuster benötigt, das den Bildbereich, der dem Kreis in der x-Richtung entspricht, dahingehend verbreitert, einem ringförmigen Ring zu entsprechen. Das Erfordernis der Verwendung hoher Q-Werte erzeugt jedoch in dieser Hinsicht einige Probleme.
Ungeachtet der Implementierung gibt es immer eine Frequenzteilung der beiden Neigungseigenmoden, und obwohl der Q-Wert hoch ist, ist die Bandbreite jeder der Resonanzen sehr eng. Das bedeutet, dass bei steuerbar angetriebenen Oszillationsmodi selbst bei kleinen Frequenzverschiebungen sehr große Amplitudenänderungen auftreten. Diese Änderungen können durch separate Rückkopplungsschleifen gesteuert werden, die die Phase und Amplitude jeder der Oszillationsmodi konstant halten, wie in Dokument US20120320379 A1 offenbart ist. Kleine Abweichungen in jeder der qualitativ hochwertigen Oszillationsmodi wirken sich jedoch trotzdem nachteilig auf die Amplitude aus, so dass außerhalb der engen Bandbreite die anlegbaren Antriebsspannungen keine Einführung eines Modulationssignals ermöglichen, das den Neigungswinkel θ innerhalb eines Winkels α variieren könnte, der für einen aus aufeinanderfolgenden 360°-Abtastrunden resultierenden 2-dimensionalen Bildbereich geeignet ist.
Ferner weist die Systemreaktion auf ein externes Modulationssignal einen exponentiellen transienten Term proportional zu ~ exp(-t/T) auf, wobei τ die Systemzeitkonstante ist. Da $τ = Q / π fr$
kann der transiente Term als ~ exp(-t/τ) = exp(-πfrt/Q) = exp(-πΔf t) geschrieben werden. Das bedeutet, dass der Q-Wert (enge Bandbreite) Probleme erzeugt, falls der Spiegelneigungswinkel sich schnell ändern muss, da die Zeitkonstante groß ist und der transiente Term langsam stirbt.
JP 2017 167 254 A beschreibt eine Antriebsvorrichtung und eine Spiegelvorrichtung, mit denen es möglich ist, die Genauigkeit beim Antreiben eines angetriebenen Teils zu verbessern und einen stabilen Antrieb zu ermöglichen. Die Antriebsvorrichtung umfasst ein erstes Vibrationsteil, ein Rahmenteil, das sich durch das erste Vibrationsteil in zwei voneinander verschiedenen Richtungen um die Rotationsachse dreht, ein zweites Vibrationsteil, das mit dem Rahmenteil verbunden ist, und ein angetriebenes Teil, das in Drehung versetzt wird, eine Rotationsachse in zwei Richtungen durch das zweite Vibrationsteil, ein erstes Antriebssystem umfassend das erste Vibrationsteil und das Rahmenteil mit einer ersten Resonanzfrequenz um die Rotationsachse in zwei Richtungen, ein zweites Antriebssystem umfassend das zweite Vibrationsteil und wobei der angetriebene Teil um die Rotationsachse in zwei Richtungen mit einer zweiten Resonanzfrequenz schwingt, die gemeinsam und kleiner als die erste Resonanzfrequenz ist.
JP 2015 118 181 A beschreibt einer Bildanzeigevorrichtung, die in der Lage ist, eine Bildverschiebung für jede Abtasteinheit zu unterdrücken, und eines Verfahrens zum Steuern der Bildanzeigevorrichtung. Die Bildanzeigevorrichtung umfasst eine RGB-Laserdiode, die Laserlicht ausgibt, einen horizontalen Scanner, der das Laserlicht reflektiert und in einer horizontalen Richtung hin- und her bewegt, einen Abtasterfassungsteil, der einen Betriebsbereich für jede Zeile in der horizontalen Richtung erfasst, ein Zeichnungspositionssteuerteil, das eine Bildanzeigeposition für jede Linie basierend auf einer Abweichung zwischen dem erfassten Betriebsbereich und einem Linienreferenzwert bestimmt, und einen Lasertreiber, der die RGB-Laserdiode basierend auf Bilddaten zu einem entsprechenden Zeitpunkt die bestimmte Bildanzeigeposition ansteuert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung, die ein Reflektorsystem und eine Rückkopplungsschaltung umfasst, und ein Verfahren zum Antreiben eines Reflektorsystems mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die Offenbarung basiert auf der Idee, dass eine Rückkopplungsschaltung dahingehend konfiguriert wird, das Reflektorsystem in einem nicht-linearen Bereich anzutreiben, der bei unerwünschten Instabilitäten für gewöhnlich vermieden wird, und ein bestimmtes Phänomen in dem Frequenzgang darin zu nutzen, um eine Verbreiterungsmodulation einer Bildfläche zu ermöglichen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine vereinfachte zweidimensionale Skizze eines Reflektorsystems;
2 Abtastmodi eines kreisförmigen Reflektors;
3 Elemente eines beispielhaften Reflektorsystems;
4 eine beispielhafte Wandleranordnung;
5 grundlegende Funktionselemente einer beispielhaften Rückkopplungsschaltung;
6 einen Falteffekt unter Verwendung eines Diagramms von Amplitude im Vergleich zu Frequenz;
7a bis 7c Änderungen der Form eines Frequenzgangs, wenn eine Antriebsamplitude in einen nicht-linearen Schwingungsbereich gebracht wird; und
8 eine Änderung der Spitzenfrequenz eines Kanals, während die Antriebsamplitude erhöht wird; und
9 die Form eines amplitudenmodulierten Antriebssignals auf Konzeptebene.

Ausführungsbeispiele dieser Offenbarung umfassen eine Vorrichtung, die ein Reflektorsystem und eine Rückkopplungsschaltung umfasst. 3 veranschaulicht Elemente eines Reflektorsystems, die bei der offenbarten Vorrichtung angewendet werden können. Das Reflektorsystem weist einen Träger 300, eine Reflektor 302 und eine Federstruktur 304, 306, 308 auf, die den Reflektor an dem Träger aufhängen für eine Abtastbewegung des Reflektors in zwei orthogonalen Oszillationsmodi.
Der Begriff Träger 300 bezieht sich hierin auf ein mechanisches Element, das Teil der Vorrichtung sein kann, die das Reflektorsystem umfasst, beispielsweise Teil eines MEMS-Abtastreflektorbauelements. Alternativ dazu kann der Träger ein separates Element sein, das steif an der Vorrichtung befestigt ist. Demgemäß stellt der Träger hier jedes Element dar, das eine steife, lokal inerte Referenz bereitstellt, an der andere Elemente des Reflektorsystems befestigt sein können, oder an der andere Elemente des Reflektorsystems aufgehängt ein können. Der Träger kann einen Rahmen umfassen, der den Reflektor umgibt, muss dies jedoch nicht notwendigerweise tun. Bei einigen Ausführungsbeispielen des Reflektorsystems ist der Träger eine Trageschicht, unter und durch einen Zwischenraum außerhalb einer Ebene getrennt von einer Bauelementschicht des Reflektors und den Aufhängungen. Der Träger und die Bauelementschicht können durch einen oder mehrere hervorstehende Befestigungspunkte 312, 314, 316 gekoppelt sein.
Der Begriff Reflektor 302 bezieht sich hierin auf jedes Element, das eine reflektierende Oberfläche umfasst, die eine einfallende Lichtwellenfront zurückgibt. Das Gesetz der Reflexion besagt, dass für jeden einfallenden Strahl der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist und die einfallende, normale und reflektierte Richtung koplanar sind. Bei mikroelektromechanischen Reflektorsystemen kann eine reflektierende Oberfläche des Reflektors beispielsweise durch eine mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtete Siliziumplatte implementiert sein. Die reflektierende Beschichtung kann beispielsweise eine oder mehrere metallische Dünnfilmschichten umfassen, zum Beispiel Aluminium-, Silber-, Gold- oder Kupfer-Filme. Alternativ dazu kann die Beschichtung einen Stapel aus einem oder mehreren dielektrischen Filmen mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweisen, wobei die Filme derart angeordnet sind, dass der Stapel Licht reflektiert. Vorteilhafterweise ist die reflektierende Oberfläche planar.
Die Federstruktur weist eine oder mehrere Aufhängungen 304, 306, 308 auf. Eine Position oder Ausrichtung eines steifen Elementes, das an einem anderen steifen Element aufgehängt ist, weist zumindest einen Freiheitsgrad auf. Der Begriff Aufhängungen 304, 306, 308 bezieht sich somit hierin auf ein mechanisches Teil, das den Reflektor 302 an dem Träger 300 aufhängt und stellt zumindest einen Freiheitsgrad zwischen dem Träger und dem Reflektor bereit. Mit anderen Worten: Wenn der Reflektor mit Aufhängungen an dem Träger angebracht ist, können sich Teile der Aufhängungen sowie der von den Aufhängungen getragene Reflektor in Bezug auf den Träger bewegen. Eine Aufhängung trägt das Gewicht des Reflektors, bei einer Betätigung bewegt sie jedoch den Reflektor auch in Bezug auf den Träger oder ermöglicht eine Bewegung desselben. Die Aufhängungen können beispielsweise Siliziumträger sein, die aus derselben Siliziumsubstratschicht wie die Reflektorplatte gebildet sind.
Das Reflektorsystem umfasst eine erste Wandlerstruktur zur mechanischen Betätigung des Reflektors gemäß einem Antriebssignal. Das exemplarische Ausführungsbeispiel aus 3 zeigt eine Anordnung, bei der die den Reflektor am Träger aufhängenden Aufhängungen piezoelektrische Betätigungsbauglieder umfassen. Der Begriff Betätigungsbauglied bezieht sich hier auf eine piezoelektrische Komponente, die als Reaktion auf eine an die Komponente angelegte Spannung eine physische Verformung erfährt. Ein Betätigungsbauglied kann dazu verwendet werden, eine oszillierende Bewegung anzutreiben, wenn dasselbe mit einem periodischen Wechselspannungssignal gesteuert wird. Ein biegsames piezoelektrisches Betätigungsbauglied für einen MEMS-Abtastreflektor kann eine Siliziumschicht umfassen, die mit piezoelektrischen Schichten und leitfähigen Schichten beschichtet ist, die das Spannungssignal an die piezoelektrischen Schichten übertragen. Eine etwa 50 µm dicke Siliziumschicht ist ausreichend dünn, um sich beim Anlegen einer Spannung gemeinsam mit dem piezoelektrischen Material zu verbiegen. Die biegsamen piezoelektrischen Betätigungsbauglieder umfassen eine piezoelektrisch aktive Schicht, z. B. Aluminiumnitrid, um eine Betätigungsbewegung zu erleichtern. Das biegsame piezoelektrische Betätigungsbauglied kann außerdem Metallelektrodenschichten auf zwei Seiten der piezoelektrisch aktiven Schicht umfassen, so dass die Betätigungsbewegung durch Spannungssignale gesteuert werden kann. Die Elektroden können beispielsweise aus Molybdän, Aluminium oder Titan hergestellt sein.
Bei dem mikroelektromechanischen Reflektorsystem aus 3 ist jede Aufhängung 304, 306, 308 von einem jeweiligen Befestigungspunkt 312, 314, 316 an dem Träger befestigt.
Es ist zu beachten, dass die Aufhängungskonfiguration aus 3 beispielhaft ist, wobei die Anzahl, Form und Positionen von Aufhängungen und Befestigungspunkten innerhalb des Schutzumfangs variiert werden können. Befestigung bezieht sich hierin auf eine mechanisch steife Verbindung, bei der ein Ende einer Aufhängung sicher an einem Befestigungspunkt platziert oder angebracht ist. Die Befestigungspunkte 312, 314, 316 können außerdem einen Weg für elektrische Verbindungsleitungen zu den Aufhängungen bereitstellen.
Wenn die reflektierende Oberfläche des Reflektors in einem nicht betätigten Zustand dahingehend betrachtet wird, sich zu einer virtuelle Referenzebene auszurichten, ermöglichen es die flexiblen Aufhängungen und die piezoelektrischen Betätigungsbauglieder an den Aufhängungen, dass zweite Enden der Aufhängungen sich in Richtung außerhalb der Ebene verschieben. Diese Verschiebungen können dahingehend angewendet werden, den Reflektor in Bewegung zu versetzen, die als Oszillation um zwei Rotationsachsen ausgedrückt werden kann. In 3 ist eine erste Rotationsachse 326 in Ausrichtung zur Y-Richtung gezeigt und die zweite Rotationsachse 328 ist in Ausrichtung zur X-Richtung gezeigt, beide in der virtuellen Bezugsebene, die mit der Seite der Zeichnung ausgerichtet ist.
Die Oszillation des Reflektors 302 kann durch Anlegen einer periodischen Wechselspannung an ein oder mehrere der länglichen piezoelektrischen Betätigungsbauglieder, die sich an den länglichen Aufhängungen 304, 306, 308 erstrecken, angetrieben werden. Dafür umfasst das mikroelektromechanische Reflektorsystem typischerweise ein Steuerbauelement, das elektrisch mit den piezoelektrischen Betätigungsbaugliedern der Aufhängungen verbunden ist und dazu ausgebildet ist, Betätigungsspannungen bereitzustellen, die Betätigungsbauglieder in einer vom Aufbau gesteuerten Weise betreiben. Das Steuerbauelement kann eine Rückkopplungsschaltung sein, die mit 5 ausführlicher offenbart wird.
Ein erster Oszillationsmodus bezieht sich hier auf eine Oszillation des Reflektors 302 um die erste Rotationsachse 326 (Y-Modus-Oszillation). Ein zweiter Oszillationsmodus bezieht sich hier auf eine Oszillation des Reflektors um die zweite Rotationsachse 328 (X-Modus-Oszillation). Die Abtastbewegung für eine kreisförmige Abtastbahn kann durch sukzessives Anlegen eines periodischen Betätigungssignals an die Aufhängungen bewirkt werden. Bei Betätigung verbleiben befestigte erste Enden der Aufhängungen fest an ihren jeweiligen Befestigungspunkten, die zweiten Enden der Aufhängungen verschieben sich jedoch simultan in der Richtung außerhalb der Ebene. Durch gesteuerte Betätigung wird eine Seite des Reflektors dahingehend angetrieben, sich nach oben zu bewegen, wenn sich die gegenüberliegende Seite des Reflektors nach unten bewegt, und umgekehrt.
Eine allgemeine Aufgabe von Reflektorsystemen besteht darin, sicherzustellen, dass der zum Erzielen der Oszillation erforderliche Leistungsverbrauch optimiert wird. Der größte Amplitudengang wird erreicht, indem das Reflektorsystem dahingehend entworfen wird, in einem Resonanzmodus zu arbeiten, d. h., so dass die Oszillation in beiden Oszillationsmodi bei deren jeweiligen mechanischen Resonanzfrequenzen erfolgt. Das Steuerbauelement ist somit dazu ausgebildet, Steuersignale bereitzustellen, um den Reflektor 302 simultan zu einer ersten Rotationsoszillation um die erste Rotationsachse 326 bei einer ersten Resonanzfrequenz F1 und zu einer zweiten Rotationsoszillation um eine zweite Rotationsachse 328 bei einer zweiten Resonanzfrequenz F2 anzutreiben. Die erste Rotationsachse 326 und die zweite Rotationsachse sind orthogonal, so dass die resultierende Position des Reflektors 302 eine Superposition der ersten Rotationsoszillation und der zweiten Rotationsoszillation ist. Wenn F1 gleich F2 ist, wird eine Abtastbewegung für eine kreisförmige Abtastbahn erreicht, die auch Wobbelmodusabtastbewegung genannt wird.
Wenn ein auf die reflektierende Oberfläche des Reflektors 302 einfallender Lichtstrahl zurückreflektiert wird, hängt die Richtung des reflektierten Strahls von der Position des Reflektors zum Zeitpunkt des Einfalls ab. Vorteilhafterweise sind die erste Rotationsoszillation und die zweite Rotationsoszillation dazu angeordnet, den Reflektor derart zu positionieren, dass der reflektierte Strahl sich entlang eines gesteuerten Abtastmusters bewegt, das einen Bildbereich des Reflektorsystems bildet.
Für eine gesteuerte Oszillation des Reflektors umfasst das Reflektorsystem zumindest einen zweiten Wandler, der dazu ausgebildet ist, ein Erfassungssignal zu erzeugen, das eine mechanische Bewegung des Reflektors darstellt. Ein mögliches Verfahren, um dies zu erreichen, besteht darin, realisierte Verschiebungen der Aufhängungen zu erfassen. Dazu können neben den piezoelektrischen Betätigungsbaugliedern ein oder mehrere, vorteilhafterweise alle Aufhängungen mit piezoelektrischen Detektorelementen versehen sein. Der Begriff Detektor bezieht sich hier auf eine piezoelektrische Komponente, die als Reaktion auf eine physische Verformung, die durch die Oszillationsbewegung des Reflektors hervorgerufen wird, ein Spannungssignal erzeugt. 4 veranschaulicht eine exemplarische Anordnung, bei der ein längliches piezoelektrisches Betätigungsbauglied 400 und ein piezoelektrisches Detektorelement 402 sich elektrisch getrennt jedoch mechanisch gekoppelt nebeneinander an einer Aufhängung 306 aus 3 erstrecken. Die elektrische Verbindung zum Steuerelement für Betätigungs- und Detektionsspannungen zu den piezoelektrischen Elementen kann durch den Befestigungspunkt 314 hindurch geführt werden. Im Rahmen des Schutzumfangs können natürlich auch andere Wandlerkonfigurationen eingesetzt werden. Beispielsweise sind piezoelektrische Wandler aufgrund ihrer kompakten Größe und ihres geringen Antriebsspannungsbedarfs für Anwendungen mit oszillierenden Reflektorsystemen von Vorteil. Es können jedoch auch eine kapazitive Betätigung und Erfassung innerhalb des Schutzumfangs eingesetzt werden. Eine Implementierung einer kapazitiven Erfassung und Detektion ist einem Fachmann bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.
5 veranschaulicht grundlegende Funktionselemente einer beispielhaften Rückkopplungsschaltung, die bei der offenbarten Vorrichtung angewendet werden kann. Die Rückkopplungsschaltung ist dazu ausgebildet, von zumindest einem Wandler der zweiten Wandlerstruktur ein Erfassungssignal zu empfangen und an einen Wandler der ersten Wandlerstruktur ein Antriebssignal auf der Basis des empfangenen Erfassungssignals zu erzeugen. 5 zeigt eine beispielhafte digitale Antriebsschaltungsanordnung mit geschlossenem Regelkreis für einen Kanal eines Reflektorsystemelements, wobei der Schutzumfang nicht auf digitale Implementierungen beschränkt wird. Für einen Fachmann ist es ersichtlich, dass die offenbarten Funktionen mit verschiedenen Kombinationen analoger und digitaler Signalsteuerungselementkonfigurationen implementiert werden können. Ein Kanal bezieht sich in diesem Kontext auf Teile der Rückkopplungsschaltungsanordnung, die bei einer Rückkopplungsoperation eines Paares einer ersten Wandlerstruktur, die den Reflektor betätigt, und einer zweiten Wandlerstruktur, die Bewegungen des Reflektors in oder von derselben Reflektorposition erfasst, angewendet werden. Bei diesem bestimmten Beispiel kann jedes Paar von Wandlern beispielsweise auf einer Aufhängung positioniert sein, wobei ein Ende davon mit einem Randpunkt des Reflektors und das andere Ende mit dem Träger gekoppelt ist. Ein Wandler der ersten Wandlerstruktur (Betätigungsbauglied) und ein Wandler der zweiten Wandlerstruktur (Detektor), die auf einer selben Aufhängung positioniert sind, bilden dann einen Kanal für die Rückkopplungsschaltung.
Im Betrieb biegt sich auf eine Aufhängung mit einer Bewegung außerhalb der Ebene des gekoppelten Reflektors und ein Wandlerelement der zweiten Wandlerstruktur darauf erzeugt ein analoges Signal, das eine konventionelle analoge Front-End-Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) in ein Erfassungssignal aS1 verarbeitet. Das analoge Erfassungssignal aS1 wird mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 50 digitalisiert und das digitalisierte Signal dS1 wird einem digitalen Tiefpassfilter (LPF) 52 zugeführt, das dahingehend abgestimmt ist, die Phase des digitalisierten Signals dS1 bei der Resonanzfrequenz um ungefähr 90 Grad zu verschieben. Ein Amplitudendetektor 54 misst die Amplitude A des digitalisierten Signals dS1 und führt es einer Automatikverstärkungssteuerung (AGC, Automatic Gain Controller) 56 zu. Die AGC vergleicht die erfasste Signalamplitude A mit einem konfigurierbaren Referenzpegel und stellt automatisch einen Multiplikationsfaktor des phasenverschobenen Kanalsignals S2 aus dem LPF-Ausgang auf einen korrekten Pegel ein. Falls die erfasste Signalamplitude A zu klein ist, wird die Verstärkung erhöht, und umgekehrt. Der konfigurierbare Referenzpegel in 5 ist mit einer vordefinierten Zielamplitude T veranschaulicht. Mit einer konstanten Zielamplitude T wird ein sinusförmiges Antriebssignal erreicht, das die kreisförmige Abtastbahn mit einem konstanten Neigungswinkel ermöglicht.
Um einen größeren Bildbereich zu erreichen wird bei der vorliegenden Erfindung das Reflektorsystem in einem nicht-linearen Schwingungsbereich angetrieben, bei dem eine Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz zumindest das Zehnfache der anfänglichen Bandbreite beträgt. Mit anderen Worten: Amplitude und Frequenz des Antriebssignals werden auf einen nicht-linearen Schwingungsbereich eingestellt, bei dem eine Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz mindestens das Zehnfache der anfänglichen Bandbreite beträgt. Wie bereits erwähnt, weist jeder Oszillationsmodus des Reflektors einen Resonanzgang auf, der bei einer Eigenresonanzfrequenz mit einer anfänglichen Bandbreite seinen Höhepunkt erreicht. Um größere Neigungswinkel mit anlegbaren Antriebsspannungen zu ermöglichen, entspricht die anfängliche Bandbreite für gewöhnlich einem Qualitätsfaktor (Q-Wert) von 1000 oder mehr, bei vielen praktischen Anwendungen sogar einem Qualitätsfaktor von 10.000 oder mehr. So weisen beispielsweise MEMS-Spiegel in einem im Umfang des europäisch geförderten Projekts MiniFaros entwickelten Laserbereichsensor bereits Q-Werte von 10.000 auf, und es wird erwartet, dass weitere Verbesserungen im Vakuumpackungsverfahren eine Erhöhung des Q-Faktors ermöglichen (Hofmann et al.: „Resonant biaxial 7-mm MEMS mirror for omnidirectional scanning“, Journal of Micro/Nanolitography, MEMS, and MOEMS, Jan-Mar 2014/Vol. 13).
Bei harmonischen Oszillatoren ist die Rückstellkraft hinsichtlich ihrer Größe proportional und entgegengesetzt zur Verschiebungsrichtung von x von seiner natürlichen Position x₀. Als Folge der Nicht-Linearität kann sich die Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit der Verschiebung des Systems ändern. Diese Änderungen der Schwingungsfrequenz führen dazu, dass Energie durch einen Prozess, der als parametrische Kopplung bezeichnet wird, von der Grundschwingungsfrequenz zu anderen Frequenzen gekoppelt wird. Mit zunehmender Antriebsamplitude wird die Resonanzfrequenz von ihrem natürlichen Wert um einen Faktor κA² verschoben, wobei κ eine Konstante ist, die durch anharmonische Koeffizienten definiert ist, und A die Oszillationsamplitude ist. Bei niedrigen Vorspannungsspannungen dominiert die mechanische Federkonstante und bei den hohen Antriebspegeln verschiebt sich die Resonanzspitze zu einer höheren oder niedrigeren Frequenz. Zur gleichen Zeit verzerrt sich die Form der Resonanzkurve. Der Verzerrungseffekt wird Falteffekt genannt und 6 veranschaulicht denselben mit einem Diagramm von Amplitude im Vergleich zu Frequenz eines sinusförmig angetriebenen Pendels. (Pendulum Lab by Franz-Josef Elmer, University of Basel, Switzerland, https://www.elmer.unibas.ch/pendulum/nonres.htm). Es ist zu erkennen, dass, solange die Antriebsamplitude A klein ist, die Resonanzlinie von dem Ergebnis für einen unterdämpften harmonischen Oszillator sehr gut approximiert wird. Bei stärkerem Antrieb „faltet“ sich die Resonanzlinie, was schließlich zu Bistabilität und Hysterese führt. Das heißt, der nicht-lineare Oszillator oszilliert entweder mit einer großen Amplitude oder einer kleinen Amplitude. Dazwischen befindet sich eine instabile periodische Lösung (als punktierte Linie dargestellt). Am Ende des Bistabilitätsintervalls vernichtet dieser instabile Grenzzyklus sich mit einem seiner stabilen Gegenstücke in einer Sattelpunktgabelung.
Konventionell wurde für Anwendungen mikroelektromechanischer Systeme (MEMS), die mechanische Oszillatoren verwenden, eine Nicht-Linearität als ein Nachteil angesehen, da sie große Verschiebungsinstabilitäten und übermäßiges Frequenzrauschen verursacht und somit deren Leistung verschlechtert. Inzwischen wurde jedoch festgestellt, dass das Reflektorsystem als Duffing-Oszillator betrieben werden kann, bei dem die typischerweise unerwünschte Verzerrung, die mit nicht-linearen Resonanzen in Verbindung steht, genutzt werden kann, um eine Modulation der Antriebsamplitude für eine Auswahl an MEMS-Abtastspiegelimplementierungen mit normal anlegbaren Antriebsspannungen und Zeitkonstanten zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, muss die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet sein, den Reflektor in einem nicht-linearen Schwingungsbereich anzutreiben, wobei eine Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz zumindest das Zehnfache der anfänglichen Bandbreite beträgt.
7a bis 7c veranschaulichen die Formänderung gemessener Frequenzgänge in drei Kanälen der exemplarischen Reflektorsystemstruktur aus 3, wenn Antriebsamplituden von einem linearen in einen nicht-linearen Schwingungsbereich gebracht werden. Der Frequenzbereich beträgt in allen 7a bis 7c 1440 - 1500 Hz und die Antriebsspannung wird von 30 mV in 7a zu 150 mV in 7b erhöht und von dort auf 300 mV in 7c. Es ist zu beachten, dass die Diagramme nur veranschaulichend sind, verschiedene Kanäle sind also nicht eindeutig identifizierbar und die angezeigten Amplitudenwerte nicht direkt vergleichbar. 7a veranschaulicht jedoch einen linearen Betriebsbereich, der scharf zugespitzte, teilweise nicht überlappende Frequenzgänge der drei Kanäle zeigt. Die anfängliche Bandbreite Δf dieser Spitzen (Halbwertsbreite) liegt in der Größenordnung von 1 Hz. 7b veranschaulicht den Effekt der Verfünffachung der anfänglichen Antriebsspannung, die in dem linearen Bereich angelegt wird. Es ist ersichtlich, dass die Bandbreite Δf der Resonanzgangkurve einer Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz entspricht und sich auf die Größenordnung von 11 Hz erhöht hat. 7c veranschaulicht ferner die Erhöhung in der Größenordnung von 34 Hz der Bandbreite Δf der Resonanzgangkurven, wenn die anfängliche Antriebsspannung verzehnfacht wird. Im Hinblick auf 7b und 7c befinden sich die beiden gezeigten Antriebsschemata in dem detektierten Betriebsbereich und wären somit dahingehend anwendbar, eine Modulation der Antriebsamplitude zu ermöglichen. Es wurde detektiert, dass der Q-Wert in dem beanspruchten Bereich dahingehend behandelt werden kann, hoch genug zu bleiben, um gewünschte Neigungswinkel des Reflektors zu ermöglichen, jedoch niedrig genug, dass der transiente Term in dem Reflektorsystem eine spezifisch gesteuerte Modulation ermöglicht.
Bei dieser speziellen Konfiguration kann die gewünschte Modulation einfach durch Variieren der Amplitude des Antriebssignals im Verhältnis zu einer Wellenform eines Modulationssignals implementiert werden. Bei der beispielhaften Implementierung aus 5 würde der Kanal S2 konventionell durch einen vordefinierten Zielamplitudenpegel T gesteuert werden. Für die gewünschte Modulation umfasst die Rückkopplungsschaltung einen Amplitudenmodulationssignalgenerator 58, der ein sinusförmiges Modulationssignal M mit einer viel niedrigeren Frequenz als die Frequenz des Kanalsignals S2 erzeugt. Das Modulationssignal M wird bei diesem Beispiel zu der vordefinierten Zielamplitude T summiert, so dass die AGC die erfasste Signalamplitude A mit dem summierten Ziel T+M vergleicht und den Multiplikationsfaktor des Kanalsignals S2 aus LPF-Ausgang kontinuierlich auf einen entsprechenden modulierten Pegel einstellt. Das multiplizierte Signal dD1 wird dann mit einem Digital-Analog-Wandler (DAC) 59 in ein analoges Signal aD1 umgewandelt. Eine analoge Ausgangsschaltungsanordnung (nicht gezeigt) führt dem ersten Wandler (Betätigungsbauglied) des in Frage kommenden Kanals das modulierte analoge Signal zu.
Es wurde jedoch festgestellt, dass ein definiertes Gleichgewicht zwischen den statischen und variierenden Elementen der Steuerparameter aufrechterhalten werden muss. 8 zeigt Messergebnisse, die veranschaulichen, wie die Spitzenfrequenz in einem Kanal zu höheren Frequenzen gezogen wird, wenn sich die Antriebsamplitude erhöht. Beim Wobbeln der Antriebsfrequenz nach oben in dem nicht-linearen Bereich wird jede Resonanzkurve dem oberen Zweig der Resonanzkurve hoch zu der Spitzenfrequenz folgen, wo sie nach unten springt. Demgemäß muss die Frequenz des zweiten Signals für gültige Betriebsmodi kleiner als die Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz festgelegt werden. Mit anderen Worten: Die Frequenzvariation durch das Modulationssignal muss in der Größenordnung der aufgrund des nicht-linearen Betriebsbereiches verbreiterten Bandbreite liegen. Dies setzt einen engen Betriebsrahmen, ist jedoch für Abmessungen und Funktionsanforderungen mikroelektromechanischer (MEMS) Reflektorsysteme anwendbar und eröffnet damit eine wichtige Möglichkeit für eine Vielzahl von MEMS-Abtastspiegelanwendungen.
9 veranschaulicht auf der Konzeptebene die Form des amplitudenmodulierten Antriebssignals, das durch das vorgeschlagene Reflektorsystem und die Rückkopplungsschaltungskonfiguration erzeugt wird. Das Antriebssignal und das Modulationssignal sind vorteilhafterweise sinusförmige Signale. Die Frequenz des Antriebssignals beträgt vorteilhafterweise zumindest das Zehnfache der Frequenz des Modulationssignals. Bei tatsächlichen Implementierungen gemessene Signale haben diese Ergebnisse bestätigt.
Die hierin offenbarten Signalverarbeitungsstufen können mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung implementiert werden, die dazu ausgebildet ist, eine systematisch Ausführung von Operationen in Bezug auf empfangene und/oder gespeicherte Daten gemäß vordefinierten, im Wesentlichen programmierten Prozessen auszuführen.
Obwohl zahlreiche Aspekte der Erfindung als Blockdiagramme, Nachrichtenflussdiagramme, Flussdiagramme und Logikflussdiagramme oder unter Verwendung anderer bildlicher Darstellungen veranschaulicht werden können, ist zu beachten, dass die veranschaulichten Einheiten, Blöcke, Vorrichtungen, Systemelemente, Prozesse und Verfahren beispielsweise als Hardware, Software, Firmware, Spezialschaltkreise oder -logik, Rechengerät oder Kombinationen daraus implementiert werden können. Software-Routinen oder Software-Module, die auch als Programmprodukte bezeichnet werden können, sind hergestellte Artikel und können in jeglichem vorrichtungslesbaren Datenspeichermedium gespeichert werden, und dieselben können Programmanweisungen zum Ausführen vordefinierter Aufgaben umfassen. Demgemäß umfassen Ausführungsbeispiele dieser Offenbarung auch ein Computerprogrammprodukt, das durch einen Computer lesbar ist, und Codierungsanweisungen, die bewirken, dass die offenbarte Vorrichtung die offenbarten Schritte wie hierin beschrieben ausführt. Ausführungsbeispiele dieser Offenbarung umfassen auch ein computerlesbares Medium, auf dem ein derartiges Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
Es ist für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass, wenn die Technologie fortschreitet, die Grundidee der Erfindung auf viele unterschiedliche Arten implementiert werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele sind somit nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche variieren.

Claims

Vorrichtung, die ein Reflektorsystem und eine Rückkopplungsschaltung umfasst, wobei: das Reflektorsystem einen Träger (300), einen Reflektor (302) und eine Federstruktur (304, 306, 308) aufweist, die den Reflektor (302) für eine Abtastbewegung des Reflektors in zwei orthogonalen Oszillationsmodi an dem Träger aufhängt; jeder Oszillationsmodus einen Frequenzgang aufweist, der bei einer natürlichen Resonanzfrequenz mit einer anfänglichen Bandbreite seinen Höhepunkt erreicht; das Reflektorsystem eine erste Wandlerstruktur (400) zur mechanischen Betätigung des Reflektors (302) und eine zweite Wandlerstruktur (402) zum Erzeugen eines oder mehrerer Erfassungssignale, die eine mechanische Bewegung des Reflektors (302) darstellen, umfasst; die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist, von einem Wandler der zweiten Wandlerstruktur (402) ein Erfassungssignal zu empfangen und an einen Wandler der ersten Wandlerstruktur (400) ein Antriebssignal auf der Basis des empfangenen Erfassungssignals zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der zwei Oszillationsmodi die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist: eine Amplitude und Frequenz des Antriebssignals zu einem nicht-linearen Schwingungsbereich einzustellen, bei dem eine Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz zumindest das Zehnfache der anfänglichen Bandbreite beträgt; die Amplitude des Antriebssignals im Verhältnis zu einer Wellenform eines Modulationssignals zu variieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rückkopplungsschaltung dazu ausgebildet ist, eine Frequenz des Modulationssignals dahingehend festzulegen, kleiner zu sein als die Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wandler der ersten Wandlerstruktur (400) den Reflektor (302) in einer Position betätigt und der Wandler der zweiten Wandlerstruktur (402) eine Bewegung des Reflektors (302) in derselben Reflektorposition erfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Federstruktur (304, 306, 308), die den Reflektor (302) an dem Träger (300) aufhängt, eine oder mehrere Aufhängungen umfasst, wobei ein Ende jeder Aufhängung mit einem Randpunkt des Reflektors (302) gekoppelt ist und das andere Ende der Aufhängung mit dem Träger (300) gekoppelt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wandler der ersten Wandlerstruktur (400) und der Wandler der zweiten Wandlerstruktur (402) auf einer selben Aufhängung positioniert sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Federstruktur (304, 306, 308), die den Reflektor (302) an dem Träger (300) aufhängt, drei oder mehr Aufhängungen umfasst; ein Wandler der ersten Wandlerstruktur (400) und ein Wandler der zweiten Wandlerstruktur (402), die auf einer selben Aufhängung positioniert sind, einen Rückkopplungskanal für die Rückkopplungsschaltung bilden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wandler der ersten Wandlerstruktur (400) und der Wandler der zweiten Wandlerstruktur (402) piezoelektrische Wandler sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Frequenz des Antriebssignals zumindest das Zehnfache der Frequenz des Modulationssignals beträgt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Antriebssignal und das Modulationssignal sinusförmige Signale sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rückkopplungsschaltung ein Automatikverstärkungssteuerungselement (56) und ein Amplitudenmodulationssignalgeneratorelement (58) umfasst; das Automatikverstärkungssteuerungselement (56) dazu ausgebildet ist, eine Verstärkung des Antriebssignals auf einen Zielpegel einzustellen; der Zielpegel der Automatikverstärkungssteuerung einen festen Teil und einen variierenden Teil umfasst, wobei der variierende Teil im Verhältnis zu der Wellenform des Modulationssignals variiert.
Verfahren zum Antreiben eines Reflektorsystems, das einen Träger (300), einen Reflektor (302), eine erste Wandlerstruktur (400)zur mechanischen Betätigung des Reflektors (302), eine zweite Wandlerstruktur (402) zum Erzeugen eines oder mehrerer Erfassungssignale, die eine mechanische Bewegung des Reflektors (302) darstellen, und eine Federstruktur (304, 306, 308) umfasst, die den Reflektor (302) für eine Abtastbewegung des Reflektors (302) in zwei orthogonalen Oszillationsmodi an dem Träger (300) aufhängt; wobei jeder Oszillationsmodus einen Frequenzgang aufweist, die bei einer natürlichen Resonanzfrequenz mit einer anfänglichen Bandbreite seinen Höhepunkt erreicht; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen eines Erfassungssignals von einem Wandler der zweiten Wandlerstruktur (402) und Erzeugen eines Antriebssignals auf der Basis des empfangenen Erfassungssignals an einen Wandler der ersten Wandlerstruktur (400), gekennzeichnet durch Einstellen einer Amplitude und Frequenz des Antriebssignals auf einen nicht-linearen Schwingungsbereich, bei dem eine Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz zumindest das Zehnfache der anfänglichen Bandbreite beträgt; Variieren der Amplitude des Antriebssignals im Verhältnis zu einer Wellenform eines Modulationssignals; Festlegen einer Frequenz des Modulationssignals dahingehend, kleiner als die Frequenzverschiebung bei der Spitzenfrequenz zu sein.
Computerprogrammprodukt, das Anweisungen aufweist, um zu bewirken, dass die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 die Schritte des Verfahrens gemäß Anspruch 11 ausführt.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 12 gespeichert ist.