DE19709913C2

DE19709913C2 - Arrangement for measuring and controlling or regulating the deflection of micromechanical mirror arrangements

Info

Publication number: DE19709913C2
Application number: DE1997109913
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Rauch; Karsten Dipl Ing Schmidt; Wolfram Prof Dr Ing Doetzel; Thomas Prof Dr Ing Gesner; Ramon Dipl Ing Hahn; Christian Dr Ing Kaufmann; Kersten Dipl Ing Kehr; Steffen Dr Ing Kurth; Heinz-Ulrich Dr Ing Loewe; Joachim Dr Ing Markert
Original assignee: CMS Mikrosysteme GmbH Chemnitz
Current assignee: CMS Mikrosysteme GmbH Chemnitz
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: DE19709913A1

Description

Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Messung und Steuerung oder Regelung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegel anordnungen.The invention relates to arrangements for measurement and control or regulation of the deflection of micromechanical mirrors arrangements.

Meßaufnehmer zur Bestimmung der Auslenkung von drehbar gela gerten Teilen sind durch mehrere Veröffentlichungen bekannt. Mikromechanische Spiegelanordnungen an sich sind unter anderem in der EP 692 729 veröffentlicht. Daraus ist ein Einzelspiegel bekannt, der über Federn in einem Rahmen aufgehängt ist. Der Rahmen, die Federn und der Einzelspiegel bestehen aus einem Halbleitermaterial in Form von Silizium. Die Auslenkung des Einzelspiegels erfolgt elektromagnetisch. Dazu sind Permanent magneten auf dem Träger der Spiegelanordnung aufgebracht. Die Auslenkung wird über jeweils eine Spulenanordnung auf dem Träger gemessen, die Bestandteil einer Widerstandsmeßbrücke sind.Sensor for determining the deflection of rotatable gela Parts are known from several publications. Micromechanical mirror arrangements per se are among others published in EP 692 729. This is a single mirror known, which is suspended by springs in a frame. The The frame, the springs and the single mirror consist of one Semiconductor material in the form of silicon. The deflection of the Single mirror is electromagnetic. These are permanent magnets applied to the support of the mirror assembly. The Deflection is via a coil arrangement on the Carrier measured, which is part of a resistance measuring bridge are.

Aus der DE 196 06 095 (Spiegelantriebsverfahren und -vorrich tung für ein Mikrospiegelfeld) ist eine Anordnung zur An steuerung von mikromechanischen Spiegelanordnungen, wobei mehrere Einzelspiegel über mindestens zwei Federn mit einem die Einzelspiegel umgebenden Rahmen verbunden sind, bekannt. Die Auslenkung basiert auf permanentmagnetischer Kopplung zwischen einer Spulenanordnung auf dem Spiegel und einem Permanent magneten auf einem Träger. Die Größe der Auslenkung ist äqui valent des Stromflusses durch die Spulenanordnung. Eine Messung der Auslenkung erfolgt nicht.From DE 196 06 095 (mirror drive method and device device for a micromirror field) is an arrangement for the application control of micromechanical mirror arrangements, wherein several individual mirrors over at least two springs with one die Single frame surrounding frames are known. The Deflection is based on permanent magnetic coupling between a coil arrangement on the mirror and a permanent magnets on a support. The size of the deflection is equi valent of current flow through the coil assembly. A measurement the deflection does not take place.

In der DE 44 24 538 (Neigungswinkelsensor) wird die Kapazitäts änderung zweier sich gegenüberliegender und plattenförmig aus gebildeter Elektroden bei einer gegenseitigen Verdrehung und einer damit verbundenen Flächenänderung zur Bestimmung des Nei gungswinkels ausgenutzt.In DE 44 24 538 (inclination angle sensor) the capacity change from two opposite and plate-shaped formed electrodes in a mutual rotation and an associated change in area to determine the Nei angle used.

Eine derartige Anordnung ist für eine Anwendung bei mikrome chanischen Spiegelanordnungen durch die vorherrschenden Platz bedingungen nicht geeignet.Such an arrangement is for use with microme Chanian mirror arrangements through the prevailing space conditions not suitable.

Die DE 37 40 688 (Mikromechanischer Beschleunigungssensor mit hoher Achsenselektivität) und die DE 195 23 171 (Halbleiterbe schleunigungssensor) beschreiben Beschleunigungaufnehmer, bei denen die Trägheit einer Masse zu einer Verformung der Aufhän gungen der Masse führt. Diese Verformung in Form einer Dehnung stellt ein Maß für die Beschleunigung dar und wird über Piezo widerstände erfaßt. Es erfolgt nur eine Aufnahme der Verformung während einer Beschleunigung. Ausschlaggebend ist nur die Er fassung der Verformung. Für dynamische Anwendungen sind diese Lösungen nicht ausgelegt. In der DE 37 40 688 ist ein Gebiet der Feder selbst ein die elektrischen Eigenschaften bei einer Deformation änderndes Element oder auf der Feder ist mindestens ein die elektrischen Eigenschaften bei einer Deformation änderndes Element angeordnet. Die Elemente sind Bestandteile einer Widerstandsmeßbrücke, über die die Auslenkung der Beschleunigungsplatte gemessen wird.DE 37 40 688 (micromechanical acceleration sensor with high axis selectivity) and DE 195 23 171 (semiconductor be acceleration sensor) describe accelerometers, at which the inertia of a mass to a deformation of the suspension leads the masses. This deformation in the form of an elongation represents a measure of the acceleration and is via piezo resistance detected. The deformation is only recorded during an acceleration. Only the Er is decisive version of the deformation. These are for dynamic applications Solutions not designed. DE 37 40 688 is an area the spring itself the electrical properties at a Deformation changing element or on the spring is at least the electrical properties in the event of a deformation changing element arranged. The elements are components a resistance bridge over which the deflection of the Accelerator plate is measured.

Aus der US 5 594 172 ist ein mikromechanischer Beschleunigungs aufnehmer zur Erfassung der Auslenkung einer Platte bekannt. Die Platte ist über mindestens eine Feder mit einem die Platte umgebenden Rahmen verbunden. Die Messung der Auslenkung der Platte erfolgt mittels eines eingebrachten Widerstandes oder eines aufgebrachten Piezowiderstandes.From US 5 594 172 is a micromechanical acceleration sensor for detecting the deflection of a plate is known. The plate is connected to the plate by at least one spring surrounding frame connected. Measuring the deflection of the The plate is made by means of a resistance or an applied piezoresistor.

Die aufgeführten Lösungen zeichnen sich dadurch aus, daß die Auslenkung einer Platte als Spiegelfläche oder Beschleunigungs aufnehmer gemessen wird.The solutions listed are characterized in that the Deflection of a plate as a mirror surface or acceleration sensor is measured.

Der in den Patentansprüchen 1 bis 5 angegebenes Erfindung liegt das Problem zugrunde, mikromechanische Spiegelanordnungen so anzusteuern, daß deren periodische Auslenkung einstellbar und dabei dynamisch amplituden- und phasentreu konstant gehalten werden kann. The invention specified in claims 1 to 5 lies the problem underlying micromechanical mirror arrangements like this to control that their periodic deflection adjustable and kept constant dynamically in terms of amplitude and phase can be.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 5 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with the in claims 1 to 5 Features listed solved.

Die Anordnungen zur Messung und Steuerung oder Regelung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegelanordnungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß die Auslenkung des oder der Einzelspiegel im statischen, quasistatischen und dynamischen Betrieb ständig erfaßt werden kann. Die Bewegung des oder der Einzelspiegel kann direkt in jeder Phase der Bewegung gemessen werden. Die Meßergebnisse stellen insbesondere die Basis einer programmierbaren Steuerung oder Regelung der Auslenkung des oder der Einzelspiegel dar. Die Meßmittel sind direkt in die Federn, die der Aufhängung des oder der Einzelspiegel in einem Rahmen dienen, integriert oder auf diese unmittelbar aufge bracht. Diese ändern ihre elektrischen Eigenschaften, so daß diese direkt in eine elektrische Meßschaltung, die weiterhin ein Bestandteil der Ansteuerung des oder der Einzelspiegel dar stellt, integriert sind.The arrangements for measuring and controlling or regulating the Draw deflection of micromechanical mirror arrangements is particularly characterized in that the deflection of the or Single mirror in static, quasi-static and dynamic Operation can be recorded continuously. The movement of the or the Individual mirrors can be measured directly in every phase of movement become. The measurement results in particular form the basis of a programmable control or regulation of the deflection of the or the single mirror. The measuring means are directly in the Feathers, which are the suspension of the or the single mirror in one Serve frames, integrated or immediately attached to them brings. These change their electrical properties so that this directly into an electrical measuring circuit that continues is part of the control of the individual mirror or mirrors represents, are integrated.

Dadurch ergeben sich verschieden Möglichkeiten der Erfassung der Bewegung oder der Position des oder der Einzelspiegel. Wird in einer ersten Variante bei einem quasistatischen oder dynamischen Betrieb jeweils der Nulldurchgang, das heißt die Ausgangsposition des oder der Einzelspiegel im nicht ange steuerten Zustand, erfaßt, sind bei harmonischer Bewegung über den zeitlichen Verlauf Rückschlüsse auf den gesamten Bewegungs mechanismus des oder der Einzelspiegel möglich. Erfolgt eine zeitliche Verschiebung in Form z. B. einer Änderung der Frequenz oder Amplitude am Ausgang der Meßschaltung, so ist das auf eine Änderung der Schwingungsamplitude des oder der Einzelspiegel zurückzuführen. Diese Tatsache ist die Grundlage für eine Ände rung der Ansteuerbedingungen, so daß eine Regelung möglich ist. Damit werden Änderungen der Betriebsbedingungen unter anderem hervorgerufen durch Temperaturschwankungen, die mit Fehlern bei der Ablenkung von Lichtstrahlen einhergehen, weitestgehend aus geglichen, so daß die Fehler bei der Ablenkung weitestgehend vermieden werden.This gives rise to different possibilities for recording the movement or the position of the individual mirror or mirrors. In a first variant with a quasi-static or dynamic operation the zero crossing, that is the Starting position of the single mirror or not in the controlled state, detected, are over with harmonious movement the time course conclusions on the entire movement mechanism of the individual mirror or mirrors possible. If there is one temporal shift in the form of z. B. a change in frequency or amplitude at the output of the measuring circuit, so that's one Change in the vibration amplitude of the individual mirror or mirrors attributed. This fact is the basis for a change tion of the control conditions so that regulation is possible. This will change the operating conditions among other things caused by temperature fluctuations with errors the deflection of light rays go as far as possible equalized so that the errors in the distraction largely be avoided.

In einer zweiten Variante wird jeweils die maximale Auslenkung des oder der Einzelspiegel nach jeder Seite der Ablenkung er faßt. Dieses Ergebnis ist wiederum der Ausgang für die Möglich keit der Steuerung oder Regelung des oder der Einzelspiegel entsprechend der ersten Variante, so daß wiederum Fehler bei der Ablenkung von Lichtstrahlen weitestgehend vermieden werden. In einer dritten Variante ist es mit der Anwendung der erfin dungsgemäßen Anordnung möglich, die Amplitude des oder der Einzelspiegel in jeder Postion zu erfassen. Dieser Tatbestand ist besonders im statischen oder quasistatischen Betrieb des oder der Einzelspiegel wichtig. Damit ergibt sich die Möglich keit, einen Lichtstrahl oder mehrere Lichtstrahlen auf eine bestimmte Position genau abzulenken.In a second variant, the maximum deflection of the individual mirror or mirrors on each side of the distraction sums up. This result is in turn the exit for the possible speed of control or regulation of the individual mirror or mirrors according to the first variant, so that again errors in the deflection of light rays can be largely avoided. In a third variant it is with the application of the inventions arrangement according to the invention possible, the amplitude of the Detect individual mirrors in each position. This fact is particularly useful in static or quasi-static operation of the or the individual mirror is important. This creates the possibility speed, one light beam or several light beams on one to distract certain position exactly.

Die Elemente, die die elektrischen Eigenschaften bei einer De formation ändern, sind zu einer Widerstandsmeßbrücke zusammen geschaltet. Das ist eine einfache und hinreichend bekannte Meß schaltung, so daß ein elektrisches Maß der Deformationen her vorgerufen durch die Bewegung des Einzelspiegels zur Verfügung steht.The elements that make up the electrical properties of a De change formation are combined to form a resistance measuring bridge switched. This is a simple and well known measurement circuit, so that an electrical measure of the deformations forth called by the movement of the single mirror stands.

Durch die Einbindung eines Frequenzgenerators zum Betrieb des Einzelspiegels, der Meßschaltung und einem Phasenregelkreis in die Ansteuerung ist eine Ansteuerung einschließlich einer Regelschleife gegeben. Toleranzen, die unter anderem durch Temperaturschwankungen hervorgerufen werden, sind damit selb ständig durch die Ansteuerung ausgleichbar. Der Fangbereich des Phasenregelkreises wird durch die Betriebsbedingungen des Ein zelspiegels bestimmt. Weiterhin ergibt sich mit dem Einsatz des Phasenregelkreises die Möglichkeit, daß über einen programmier baren Teiler im Phasenregelkreis die Schwingbewegung des Ein zelspiegels digital beeinflußt werden kann.By integrating a frequency generator to operate the Single mirror, the measuring circuit and a phase locked loop in the control is a control including one Control loop given. Tolerances, among other things, by Temperature fluctuations are the same can be constantly compensated for by the control. The catch area of the Phase locked loop is determined by the operating conditions of the one zelspiegel determined. Furthermore, with the use of the Phase locked loop the possibility that a programm divisors in the phase-locked loop the oscillating movement of the on zelspiegel can be influenced digitally.

Die Ansteuerung der vier Elektroden eines Einzelspiegels, der zweidimensional bewegbar in einem Rahmen aufgehängt ist, führt dazu, daß ein Lichtstrahl in Form eines geschlossenen Kegel schnittes (Kreis, Ellipse) abgelenkt werden kann. Somit ist jeder Punkt einer Fläche überschreibbar. The control of the four electrodes of a single mirror, the suspended in a two-dimensionally movable frame cause a beam of light in the form of a closed cone cut (circle, ellipse) can be deflected. So is every point of an area can be overwritten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent ansprüchen 6 bis 18 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the patent claims 6 to 18 specified.

Die Federn sind entsprechend der Weiterbildung des Patentan spruchs 6 als einstückige Torsionsbalken ausgebildet. Die Größe der elektrischen Eigenschaftsänderungen der Elemente, die bei einer Deformation ihre elektrischen Eigenschaften ändern, steigt mit deren geometrischen Abmessungen in Richtung der mechanischen Änderung. Um eine möglichst große Länge in Defor mationsrichtung der Feder oder den Federn zu erzielen, ist das Element oder sind die Elemente mit einem Winkel von ±45° zur Federbandlängsachse angeordnet.The springs are in accordance with the further development of the patent Say 6 formed as a one-piece torsion bar. The size of the electrical property changes of the elements that a deformation changes its electrical properties, increases with their geometric dimensions in the direction of mechanical change. To be as long as possible in Defor to achieve the direction of the spring or springs is Element or are the elements with an angle of ± 45 ° to the Spring band longitudinal axis arranged.

Die Realisierung der Feder in Form von vier O-förmig angeord neten Balken entsprechend der Weiterbildungen der Patentan sprüche 7 bis 12 führt dazu, daß der Balken, der sich parallel zum Rahmen befindet und zur Messung der Auslenkung des Einzel spiegels herangezogen wird, ein Biegebalken ist. Werden mehrere aus vier O-förmig angeordneten Balken, die über Stege mitein ander mechanisch verbunden sind, als Feder eingesetzt, wird die notwendige Kraft zur Auslenkung des Einzelspiegels verringert. Mit dem Einsatz derartiger Federn sind größere Geometrien der Elemente, die bei einer Deformation die elektrischen Eigen schaften ändern, realisierbar, so daß die Empfindlichkeit und damit gleichbedeutend die Auflösung der Messung wesentlich er höht wird.The realization of the spring in the form of four O-shaped arranged Neten bars according to the developments of the patent Proverbs 7 to 12 causes the bar to be parallel to the frame and to measure the deflection of the individual mirror is used, is a bending beam. Become several from four O-shaped beams, which are joined together by means of webs are mechanically connected, used as a spring, the force required to deflect the individual mirror is reduced. With the use of such springs, larger geometries are possible Elements that are electrical in the event of a deformation change, realizable so that the sensitivity and hence the resolution of the measurement is essential is increased.

Die am stärksten beanspruchten Abschnitte einer derartigen Federgeometrie ergeben sich im Balken, der sich parallel zum Rahmen befindet, unmittelbar neben dem Steg, mit dem der Balken und damit die gesamte Feder einschließlich des Einzelspiegels am Rahmen befestigt ist. In oder auf diesem Abschnitt sind die Elemente, die bei einer Deformation ihre elektrischen Eigen schaften ändern, entsprechend den Weiterbildungen der Patent ansprüche 10 und 11 angeordnet. Dabei ist eine Anordnung sowohl in Balkenlängsachse als auch in Steglängsachse entsprechend der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 möglich. The most stressed sections of such Spring geometry results in the bar, which is parallel to the The frame is located right next to the footbridge with which the beam and thus the entire spring including the individual mirror is attached to the frame. In or on this section are the Elements that have their own electrical properties when deformed changes according to the further developments of the patent claims 10 and 11 arranged. An arrangement is both in the longitudinal axis of the beam and in the longitudinal axis of the web corresponding to the Further development of claim 11 possible.

Mit der Anordnung von zwei Elementen, die bei einer Deformation die elektrischen Eigenschaften ändern, je Feder nach der Wei terbildung des Patentanspruchs 12 sind zwei Brückenzweige einer Widerstandsmeßbrücke realisiert.With the arrangement of two elements in the event of a deformation the electrical properties change, depending on the spring according to the Wei terbildung of claim 12 are two bridge branches one Resistance measuring bridge realized.

Durch die Anordnung eines Elementes, das die elektrischen Ei genschaften bei einer Deformation ändern, auf oder in den Rah men entsprechend der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 ent steht ein Referenzelement. Mit der Einbindung dieses Elementes z. B. in eine Widerstandsmeßbrücke ergeben sich gleiche Be triebsbedingungen sowohl für die Elemente der Feder als auch des Rahmens. Dadurch werden Meßfehler, die auf unterschiedliche Temperaturen der Elemente zurückzuführen sind, vermieden.By arranging an element that is the electrical egg change properties in the event of a deformation, on or in the frame men according to the development of claim 13 ent is a reference element. With the integration of this element e.g. B. in a resistance bridge result in the same loading drive conditions for both the elements of the spring as well of the frame. This eliminates measurement errors that affect different Temperatures of the elements are avoided.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 14 führt zu Elementen, die die gleichen elektrischen Eigenschaften besitzen. Eine Aus wertung der dadurch ermittelten Daten ist leichter möglich, da sonst notwendige Kompensationen entfallen.The development of claim 14 leads to elements that have the same electrical properties. An out It is easier to evaluate the data determined in this way because otherwise necessary compensations are omitted.

Die Herstellung des oder der Einzelspiegel und des Rahmens aus Silizium nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 ermög licht eine Integration der Elemente, die die elektrischen Eigenschaften bei einer Deformation ändern, und der Leiter bahnen direkt in die Federn, mit denen der oder die Einzel spiegel im Rahmen bewegbar befestigt sind. Gleichzeitig stellt Silizium ein nichtermüdendes Material dar, so daß eine lange Lebensdauer der Anordnung gegeben ist.The manufacture of the single mirror or the frame Silicon made possible after the further development of claim 15 light an integration of the elements that make up the electrical Change properties in the event of a deformation, and the conductor orbit directly into the feathers with which the individual mirrors are movably attached in the frame. At the same time Silicon is a non-tiring material, so a long Life of the arrangement is given.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 16 führt dazu, daß zwi schen dem Einzelspiegel oder den Einzelspiegeln und den Elemen ten, die bei einer Deformation ihre elektrischen Eigenschaften ändern, nur geringe elektrische Potentialunterschiede vorhanden sind. Dadurch ist ein sehr kleiner Abstand der Elemente und der Leiterbahnen zum Einzelspiegel realisierbar.The development of claim 16 leads to the fact that between between the individual mirror or the individual mirrors and the elements the electrical properties of a deformation change, there are only slight electrical potential differences are. This creates a very small distance between the elements and the Conductor paths to the individual mirror can be realized.

Piezowiderstände als Elemente, die die elektrischen Eigenschaf ten bei einer Deformation ändern, nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 17, ändern ihren elektrischen Widerstandswert, so daß eine strom- als auch spannungsgespeiste Meßbrücke als Meßschaltung eingesetzt werden kann.Piezo resistors as elements that change the electrical properties in the event of a deformation, after further training of the Claim 17, change their electrical resistance value, so that a current and voltage fed measuring bridge as Measuring circuit can be used.

In der Weiterbildung des Patentanspruchs 18 sind verschiedene Realisierungsvarianten für die Piezowiderstände aufgeführt.In the development of claim 18, there are various Implementation variants listed for the piezoresistors.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Anordnung der Gebiete der Widerstände, Kontaktstel len und Leiterbahnen eines mit Torsionsbalken befestig ten Einzelspiegels, Fig. 1 len an arrangement of the areas of the resistors, contact Stel and conductor tracks of a torsion beam befestig th individual mirror,

Fig. 2 eine prinzipielle Realisierung einer Widerstandsmeßbrüc ke dazu, Fig. 2 shows a basic implementation of a Widerstandsmeßbrüc ke to

Fig. 3 eine Anordnung der Gebiete der Widerstände bei O-ring förmig ausgebildeten Federn, Fig. 3 shows an arrangement of the areas of the resistors in O-ring-shaped springs,

Fig. 4a und 4b Kontaktierungen der Widerstände und der herausgeführten Leiterbahnen bei O-ringförmig ausgebildeten Federn, Figures 4a and 4b contacts. The resistors and the conductor tracks led out at O-ring-shaped springs,

Fig. 5 eine prinzipielle Realisierung einer Widerstandsmeßbrüc ke dazu, Fig. 5 shows a basic implementation of a Widerstandsmeßbrüc ke to

Fig. 6 eine prinzipielle Darstellung des Phasenregelkreises mit programmierbaren Teiler Fig. 6 is a schematic representation of the phase locked loop with programmable divider

Fig. 7 eine prinzipielle Darstellung des Phasenregelkreises, wobei die Änderungen der Amplitude gegenüber einer vor gegebenen Größe überwacht und bei Änderungen automatisch ausgeregelt werden, Fig. 7 shows a schematic representation of the phase-locked loop, wherein the changes in the amplitude are monitored with respect to a given size before and automatically compensated for changes

Fig. 8 eine prinzipielle Darstellung des Phasenregelkreises, wobei die Änderungen der Amplitude gegenüber einem vor gegebenen Bereich überwacht und bei Änderungen automa tisch ausgeregelt werden und Fig. 8 is a schematic diagram of the phase-locked loop, the changes in the amplitude compared to a given area monitored and automatically compensated for changes and

Fig. 9 eine Übersichtsdarstellung einer Regelung der Amplituden eines über vier Federn in einem Rahmen befestigten Ein zelspiegels. Fig. 9 is an overview representation of a control of the amplitudes of an individual mirror attached via four springs in a frame.

1st embodiment

Ein erstes Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Anordnung zur Messung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegelanordnun gen 10, die insbesondere elektrostatisch angesteuert werden. Die Spiegelanordnung 10 besteht aus einem plattenförmig ausge bildeten Einzelspiegel 1, der von einem Rahmen 3 umgeben ist. Der Einzelspiegel 1 ist über zwei Federn, die mittig an sich gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, mit dem Rahmen 3 verbunden. Jede Feder stellt einen Balken dar, der bei einer Auslenkung des Einzelspiegels 1 verdreht wird. Es handelt sich damit um einen Torsionsbalken 2. A first exemplary embodiment includes an arrangement for measuring the deflection of micromechanical mirror arrangements 10 , which are in particular controlled electrostatically. The mirror assembly 10 consists of a plate-shaped single mirror 1 , which is surrounded by a frame 3 . The individual mirror 1 is connected to the frame 3 via two springs which are arranged centrally on opposite sides. Each spring represents a bar that is rotated when the individual mirror 1 is deflected. It is a torsion beam 2.

Die Spiegelanordnung 10 besteht aus Silizium.The mirror arrangement 10 consists of silicon.

In einer ersten Variante entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 ist jeweils ein Gebiet der Torsionsbalken 2 gegenüber dem Silizium der Spiegelanordnung 10 anders dotiert. Dieses dotierte Gebiet bildet einen piezoresistiven Widerstand R1 oder R2 im Torsionsbalken 2. Das Gebiet besitzt eine rechteckförmige Grundfläche und ist mit einem Winkel von 45° gegenüber der Längsachse des Torsionsbalkens 2 angeordnet.In a first variant, as shown in FIG. 1, a region of the torsion bars 2 is doped differently with respect to the silicon of the mirror arrangement 10 . This doped area forms a piezoresistive resistor R1 or R2 in the torsion bar 2. The area has a rectangular base area and is arranged at an angle of 45 ° with respect to the longitudinal axis of the torsion bar 2 .

Der Rahmen 3 besitzt Kontaktstellen 4. Die Enden des Wider standes R1 oder R2 sind über Leiterbahnen 5, die entweder aus einem Metall z. B. Aluminium bestehen oder gegenüber den Wider ständen R1 oder R2 höher dotierte Gebiete der Spiegelanordnung 10 darstellen, mit diesen Kontaktstellen 4 elektrisch leitend verbunden. Damit ist der Widerstand R1 oder R2 der Spiegelan ordnung 10 von außen elektrisch kontaktierbar. Die Widerstände R1 und R2 besitzen die gleichen geometrischen Abmessungen und sind Bestandteile mindestens einer Widerstandsmeßbrücke 11. Somit sind entweder zwei Brückenzweige einer Widerstandsmeß brücke 11 oder ein Brückenzweig zweier Widerstandsmeßbrücken 11 realisiert. Festwiderstände R3 und R4, die über die Kontakt stellen 4 mit den Widerständen R1 und R2 zusammengeschaltet sind, ergänzen diese Widerstandsmeßbrücke 11. Eine Brückendia gonale ist mit einer Quelle 6 verbunden und die andere stellt den Ausgang 7 der Widerstandsmeßbrücke 11 dar. In der Fig. 2 ist eine Realisierungsvariante dargestellt. Damit ist ein Wandler der mechanischen Auslenkung in eine elektrische Größe in Form des Stromes oder der Spannung gegeben.The frame 3 has contact points 4. The ends of the opposing stand R1 or R2 are via conductor tracks 5 , which are either made of a metal such. B. aluminum or stand against the opposing R1 or R2 higher doped areas of the mirror assembly 10 , with these contact points 4 electrically connected. Thus, the resistor R1 or R2 of the Spiegelan arrangement 10 is electrically contactable from the outside. The resistors R1 and R2 have the same geometric dimensions and are components of at least one resistance measuring bridge 11. Thus, either two bridge branches of a resistance measuring bridge 11 or a bridge branch of two resistance measuring bridges 11 are realized. Fixed resistors R3 and R4, which provide on the contact 4 with the resistors R1 and are interconnected R2, complement this resistance bridge 11. A Brückendia gonal is connected to a source 6 and the other represents the output 7 of the resistance 11. In the Fig. 2 shows an implementation variant. This converts the mechanical deflection into an electrical quantity in the form of the current or the voltage.

In einer zweiten Variante sind mehrere Gebiete der Torsions balken 2 gegenüber dem Silizium der Spiegelanordnung 10 anders dotiert. Diese dotierten Gebiet stellen wiederum piezoresisizive Widerstände R im Torsionsbalken 2 dar. Die Gebiete besitzen eine rechteckförmige Grundfläche und sind parallel zueinander mit einem Winkel von 45° gegenüber der Längsachse des Torsions balkens 2 angeordnet. Leiterbahnen 5, die entweder aus einem Metall z. B. Aluminium bestehen oder gegenüber den Widerständen R höher dotierte Gebiete der Spiegelanordnung 10 darstellen, verbinden diese Gebiete so, daß eine elektrische Reihenschal tung dieser Gebiete vorhanden ist.In a second variant, several areas of the torsion bars 2 are doped differently with respect to the silicon of the mirror arrangement 10 . These doped areas in turn represent piezoresistive resistors R in the torsion bar 2. The areas have a rectangular base and are arranged parallel to one another at an angle of 45 ° with respect to the longitudinal axis of the torsion bar 2 . Conductor tracks 5 , either of a metal such. B. aluminum or represent higher doped areas of the mirror assembly 10 with respect to the resistors R, these areas connect so that an electrical series circuit device of these areas is present.

Der Rahmen 3 besitzt Kontaktstellen 4. Die Enden der Reihen schaltung sind über äquivalent ausgeführte Leiterbahnen 5 mit diesen Kontaktstellen 4 elektrisch leitend verbunden. Damit sind die Widerstände R der Spiegelanordnung 10 von außen elek trisch kontaktierbar. Die Widerstände R der Torsionsbalken 2 sind wiederum Bestandteile mindestens einer Widerstandsmeß brücke 11. Somit sind entweder zwei Brückenzweige einer Wider standsmeßbrücke 11 oder ein Brückenzweig von zwei Widerstands meßbrücken 11 realisiert. Festwiderstände R ergänzen über die Kontaktstellen 4 die Widerstandsmeßbrücke 11 oder die Wider standsmeßbrücken 11. Mit der Realisierung einer Gleichstrom- Meßbrücke nach Wheatstone ist ein Wandler der mechanischen Auslenkung in eine elektrische Größe in Form der elektrischen Spannung gegeben. Die elektrische Spannung ist damit ein Maß für die Größe der Auslenkung des Einzelspiegels 1. Das Vor zeichen der elektrischen Spannung ist der Kipprichtung des Einzelspiegels 1 zuordenbar.The frame 3 has contact points 4. The ends of the series circuit are connected to these contact points 4 in an electrically conductive manner via equivalent conductor tracks 5 . Thus, the resistors R of the mirror assembly 10 are electrically contactable from the outside. The resistors R of the torsion bar 2 are in turn components of at least one resistance measuring bridge 11. Thus, either two bridge branches of a resistance measuring bridge 11 or a bridge branch of two resistance measuring bridges 11 are realized. Fixed resistors R supplement via the contact points 4, the resistance measuring bridge 11 or the resistance measuring bridges 11. With the implementation of a direct current measuring bridge according to Wheatstone, a converter of mechanical deflection into an electrical quantity in the form of the electrical voltage is given. The electrical voltage is thus a measure of the size of the deflection of the individual mirror 1. The sign of the electrical voltage before the tilt direction of the individual mirror 1 can be assigned .

Damit sind die Amplituden der Auslenkung eines mikromechani schen Einzelspiegels 1 erfaßbar.The amplitudes of the deflection of a micromechanical individual mirror 1 can thus be detected.

Zum einen können diese elektrischen Größen direkt als Stell größe für den der Ansteuerung 14 des mikromechanischen Einzel spiegels 1 dienenden Frequenzgenerators genutzt werden. Zum anderen können diese elektrischen Größen über einen Spannungs- Frequenz-Wandler 15 in eine äquivalente Frequenz oder über einen Analog-Digital-Umsetzer in äquivalente digitale Signale gewandelt werden, die wiederum der Steuerung des den mikro mechanischen Einzelspiegel 1 ansteuernden Frequenzgenerators dient.On the one hand, these electrical variables can be used directly as an actuating variable for the frequency generator serving to control 14 the micromechanical individual mirror 1 . On the other hand, these electrical quantities can be converted into an equivalent frequency via a voltage-frequency converter 15 or into equivalent digital signals via an analog-digital converter, which in turn is used to control the frequency generator which drives the micro-mechanical individual mirror 1 .

2nd embodiment

Ein zweites Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Anordnung zur Messung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegelanordnun gen 10, die insbesondere elektrostatisch angesteuert werden. Die Spiegelanordnung 10 besteht aus einem plattenförmig ausge bildeten Einzelspiegel 1, der von einem Rahmen 3 umgeben ist. Der Einzelspiegel 1 ist über zwei Federn, die mittig an sich gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, mit dem Rahmen 3 verbunden.A second exemplary embodiment includes an arrangement for measuring the deflection of micromechanical mirror arrangements 10 , which are in particular controlled electrostatically. The mirror assembly 10 consists of a plate-shaped single mirror 1 , which is surrounded by a frame 3 . The individual mirror 1 is connected to the frame 3 via two springs which are arranged centrally on opposite sides.

Jede Feder besteht aus vier O-förmig angeordneten Balken 8a bis 8d, die dabei jeweils mit einem Winkel von 90° zueinander ange ordnet sind (Darstellung der Fig. 3). Der Balken 8b parallel zum Einzelspiegel 1 ist über einen Steg 9b mit diesem und der Balken 8d parallel zum Rahmen 3 ist über einen weiteren Steg 9a mit diesem verbunden. Die Länge dieser Balken 8b und 8d ist dabei gleich der Seitenlänge des Einzelspiegels 1. Die beiden anderen Balken 8a und 8c sind wesentlich kürzer ausgebildet. Die Spiegelanordnung 10 besteht aus Silizium.Each spring consists of four O-shaped bars 8 a to 8 d, which are each arranged at an angle of 90 ° to each other (representation of Fig. 3). The bar 8 b parallel to the individual mirror 1 is connected to the latter via a web 9 b and the bar 8 d parallel to the frame 3 is connected to this via a further web 9 a. The length of these bars 8 b and 8 d is equal to the side length of the individual mirror 1. The other two bars 8 a and 8 c are formed much shorter. The mirror arrangement 10 consists of silicon.

Der Balken 8d parallel zum Rahmen 3 besitzt zwei Gebiete, die gegenüber dem Silizium der Spiegelanordnung anders dotiert sind. Dieses dotierten Gebiete bilden piezoresistive Wider stände R1 bis R4. Die Gebiete besitzen eine rechteckförmige Grundfläche und grenzen unmittelbar an die gedachte Verlänge rung des Steges 9a auf dem Balken 8d. Die geometrischen Abmes sungen aller Gebiete sind gleich.The bar 8 d parallel to the frame 3 has two areas which are doped differently from the silicon of the mirror arrangement. This doped regions form piezoresistive resistors R1 to R4. The areas have a rectangular base and border directly on the imaginary extension of the web 9 a on the bar 8 d. The geometrical dimensions of all areas are the same.

In einer ersten Variante entsprechend der Darstellung der Fig. 4a sind die Widerstände R1 bis R4 so angeordnet, daß deren Längsachse parallel zur Längsachse des Steges 9a verläuft. In a first variant according to the illustration of FIG. 4, the resistors R1 to R4 are arranged such that their longitudinal axis runs parallel to the longitudinal axis of the bar 9 a.

In einer zweiten Variante entsprechend der Darstellung der Fig. 4b sind die Widerstände R1 bis R4 derart angeordnet, daß deren Längsachse parallel zur Längsachse des Balkens 9a verläuft. Der Rahmen 3 weist elektrische Kontaktstellen 4 auf. Zwei Enden der Widerstände R1 bis R4 sind mit je einer Kontaktstelle 4, die beiden anderen Enden sind miteinander und diese Verbindung ist mit einer Kontaktstelle 4 jeweils über elektrische Leiter bahnen 5 verbunden.In a second variant according to the illustration of FIG. 4b, the resistors R1 to R4 are arranged such that their longitudinal axis runs parallel to the longitudinal axis of the bar 9 a. The frame 3 has electrical contact points 4 . Two ends of the resistors R1 to R4 are each with a contact point 4 , the other two ends are connected to each other and this connection is connected to a contact point 4 each via electrical conductors 5 .

Die Leiterbahnen 5 bestehen aus einem Metall z. B. Aluminium oder stellen gegenüber den Widerständen R1 bis R4 höher do tierte Gebiete der Spiegelanordnung 10 dar. Damit sind die Widerstände R1 bis R4 der Spiegelanordnung 10 von außen elek trisch kontaktierbar.The conductor tracks 5 consist of a metal z. As aluminum or contrast across the resistors R1 to R4 do higher-oriented areas of the mirror assembly 10. Thus, the resistors R1 to R4 of the mirror assembly 10 elec tric contacted from the outside.

Die vier Widerstände R1 bis R4 der beiden Federn sind zu einer Widerstandsmeßbrücke 11 entsprechend der Darstellung in der Fig. 5 zusammengeschaltet. Dazu sind jeweils die Enden der Widerstände R1 bis R4, die sich parallel gegenüber befinden miteinander verbunden. Diese Verbindungsstellen stellen den Ausgang 7 der Widerstandsmeßbrücke 11 dar, an der bei einer Auslenkung des Einzelspiegels 1 eine dementsprechende Span nungsänderung abnehmbar ist. Die Verbindungen der Widerstände R1 bis R4 sind miteinander und mit je einem Ausgang einer Spannungsquelle 6 verbunden. Damit ist eine Vollbrücke als Widerstandsmeßbrücke 11 gegeben und die Spannungsänderung stellt ein Maß für die Auslenkung des Einzelspiegels 1 dar. Damit sind die Amplituden der Auslenkung eines Einzelspiegels erfaßbar.The four resistors R1 to R4 of the two springs are connected together to form a resistance measuring bridge 11 as shown in FIG. 5. For this purpose, the ends of the resistors R1 to R4, which are located parallel opposite each other, are connected to each other. These junctions represent the output 7 of the resistance measuring bridge 11 , at which a corresponding change in voltage can be removed when the individual mirror 1 is deflected. The connections of the resistors R1 to R4 are connected to one another and to an output of a voltage source 6 . This provides a full bridge as a resistance measuring bridge 11 and the change in voltage represents a measure of the deflection of the individual mirror 1. The amplitudes of the deflection of an individual mirror can thus be detected.

Die an der Widerstandsmeßbrücke 11 anstehende Spannung kann eine Stellgröße für den der Ansteuerung 14 des mikromechani schen Einzelspiegels 1 dienenden Frequenzgenerators darstellen. Diese Spannung ist über einen Spannungs-Frequenz-Wandler 15 in eine äquivalente Frequenz oder über einen Analog-Digital-Umset zer in ein digitales Signal wandelbar, die wiederum der Steue rung des den mikromechanischen Einzelspiegel 1 ansteuernden Frequenzgenerators dienen können. The voltage applied to the resistance measuring bridge 11 can represent a manipulated variable for the control 14 of the micromechanical individual mirror 1 serving frequency generator. This voltage can be converted via a voltage-frequency converter 15 into an equivalent frequency or via an analog-digital converter into a digital signal, which in turn can serve to control the frequency generator which controls the micromechanical individual mirror 1 .

3rd embodiment

Ein drittes Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Anordnung zur Messung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegelanord nungen 10, die insbesondere elektrostatisch angesteuert werden. Die Spiegelanordnung 10 besteht aus einem plattenförmig ausge bildeten Einzelspiegel 1, der von einem Rahmen 3 umgeben ist. Der Einzelspiegel 1 ist über vier Federn, die mittig an den Seiten angeordnet sind, mit dem Rahmen 3 verbunden.A third exemplary embodiment includes an arrangement for measuring the deflection of micromechanical mirror arrangements 10 , which are in particular controlled electrostatically. The mirror assembly 10 consists of a plate-shaped single mirror 1 , which is surrounded by a frame 3 . The individual mirror 1 is connected to the frame 3 via four springs which are arranged centrally on the sides.

Jede Feder besteht aus vier O-förmig angeordneten Balken 8a bis 8d, die dabei jeweils mit einem Winkel von 90° zueinander ange ordnet sind. Der Balken 8b parallel zum Einzelspiegel 1 ist über einen Steg 9b mit diesem und der Balken 8d parallel zum Rahmen 3 ist über einen weiteren Steg 9a mit diesem verbunden. Die Länge dieser Balken 8b und 8d ist dabei gleich dieser Seitenlänge des Einzelspiegels 1. Die beiden anderen Balken 8a und 8c sind wesentlich kürzer ausgebildet.Each spring consists of four O-shaped bars 8 a to 8 d, which are each arranged at an angle of 90 ° to each other. The bar 8 b parallel to the individual mirror 1 is connected to the latter via a web 9 b and the bar 8 d parallel to the frame 3 is connected to this via a further web 9 a. The length of these bars 8 b and 8 d is equal to this side length of the individual mirror 1. The other two bars 8 a and 8 c are formed much shorter.

Der Balken 8d parallel zum Rahmen 3 besitzt zwei Gebiete, die gegenüber dem Silizium der Spiegelanordnung 10 anders dotiert sind. Dieses dotierten Gebiete bilden piezoresistive Wider stände R. Die Gebiete besitzen eine rechteckförmige Grundfläche und grenzen unmittelbar an die gedachte Verlängerung des Steges 9a auf dem Balken 8d. Alle Gebiete besitzen die gleichen geo metrischen Abmessungen.The bar 8 d parallel to the frame 3 has two areas which are doped differently from the silicon of the mirror arrangement 10 . This doped areas form piezoresistive resistors R. The areas have a rectangular base and directly adjoin the imaginary extension of the web 9 a on the bar 8 d. All areas have the same geometric dimensions.

In einer ersten Variante sind die Widerstände R so angeordnet, daß deren Längsachse parallel zur Längsachse des Steges 9a verläuft.In a first variant, the resistors R are arranged such that their longitudinal axis runs parallel to the longitudinal axis of the web 9 a.

In einer zweiten Variante sind die Widerstände R derart ange ordnet, daß deren Längsachse parallel zur Längsachse des Bal kens 8d verläuft.In a second variant, the resistors R are arranged such that their longitudinal axis runs parallel to the longitudinal axis of the ball kens 8 d.

Der Rahmen 3 weist elektrische Kontaktstellen 4 auf. Zwei Enden der Widerstände R sind mit je einer Kontaktstelle 4, die beiden anderen Enden sind miteinander und diese Verbindung ist mit einer Kontaktstelle 4 jeweils über elektrische Leiterbahnen 5 verbunden.The frame 3 has electrical contact points 4 . Two ends of the resistors R are each with a contact point 4 , the other two ends are connected to one another and this connection is connected to a contact point 4 via electrical conductor tracks 5 .

Die Leiterbahnen 5 bestehen aus einem Metall z. B. Aluminium oder stellen gegenüber den Widerständen R höher dotierte Ge biete der Spiegelanordnung 10 dar. Damit sind die Widerstände R der Spiegelanordnung 10 von außen elektrisch kontaktierbar. Die vier Widerstände R der sich gegenüberliegenden Federn sind jeweils zu einer Widerstandsmeßbrücke 11 zusammengeschaltet. Dazu sind jeweils die Enden der Widerstände R, die sich pa rallel gegenüber befinden miteinander verbunden. Diese Verbin dungsstellen stellen die Ausgänge 7 der Widerstandsmeßbrücken 11 dar, an denen bei einer Auslenkung des Einzelspiegels 1 dementsprechende Spannungsänderungen abnehmbar sind. Die sich gegenüberliegenden Verbindungen der Widerstände R sind mit einander und mit je einem Ausgang einer Spannungsquelle 6 verbunden. Damit sind zwei Vollbrücken als Widerstandsmeßbrücke 11 gegeben und die Spannungsänderungen stellen ein Maß für die Auslenkung des Einzelspiegels 1 dar.The conductor tracks 5 consist of a metal z. B. aluminum or compared to the resistors R higher doped Ge areas of the mirror assembly 10. Thus, the resistors R of the mirror assembly 10 are electrically contactable from the outside. The four resistors R of the opposing springs are each interconnected to form a resistance measuring bridge 11 . For this purpose, the ends of the resistors R, which are located opposite each other, are connected to each other. Binding sites The joints 7 illustrate the outputs represent the resistance bridges 11, at which corresponding thereto upon deflection of the individual mirror 1 voltage changes are removable. The opposite connections of the resistors R are connected to each other and to an output of a voltage source 6 . This gives two full bridges as resistance measuring bridge 11 and the voltage changes represent a measure of the deflection of the individual mirror 1 .

Der Einzelspiegel 1 wird über zwei unabhängige Frequenzgenera toren angesteuert. Diese steuern den Einzelspiegel 1 so an, daß dieser unabhängig in x- und y-Richtung gekippt werden kann. Dadurch ist ein 2-D-Spiegel gegeben.The individual mirror 1 is controlled by two independent frequency generators. These control the individual mirror 1 so that it can be tilted independently in the x and y directions. This creates a 2-D mirror.

Die an den Widerstandsmeßbrücken 11 anstehenden Spannungen sind den Amplituden des Einzelspiegels sowohl in x- als auch in y- Richtung zuordenbar. Die Bewegungen des 2-D-Spiegels sind damit erfaßbar.The voltages present at the resistance measuring bridges 11 can be assigned to the amplitudes of the individual mirrors in both the x and y directions. The movements of the 2-D mirror can thus be detected.

Diese Meßergebnisse sind als Stellgrößen für die der Ansteue rungen 14 des mikromechanischen Einzelspiegels dienenden Fre quenzgeneratoren einsetzbar. Diese Spannungen sind über Span nungs-Frequenz-Wandler 15 in äquivalente Frequenzen oder über Analog-Digital-Umsetzer in digitale Signale wandelbar, so daß wiederum die Möglichkeit der Steuerung der den mikromechani schen Einzelspiegel 1 ansteuernden Frequenzgeneratoren gegeben ist.These measurement results can be used as manipulated variables for the controls 14 of the micromechanical single mirror serving frequency generators. These voltages are convertible via voltage-frequency converter 15 into equivalent frequencies or via analog-digital converter into digital signals, so that in turn the possibility of controlling the micromechanical individual mirror 1 driving frequency generators is given.

Ein Ausschnitt der Anordnung ist in den Fig. 4a und 4b darge stellt. Die Fig. 5 zeigt eine Realisierungsvariante einer Widerstandsmeßbrücke 11 der sich gegenüberliegenden Federn. A section of the arrangement is shown in FIGS . 4a and 4b Darge. 5 shows a realization variant of a resistance measuring bridge 11 of the opposite springs.

4th embodiment

Ein viertes Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Anordnung zur Steuerung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegelanord nungen 10. A fourth exemplary embodiment includes an arrangement for controlling the deflection of micromechanical mirror arrangements 10.

Die Spiegelanordnungen 10 des ersten oder zweiten Ausführungs beispiels sind ein Bestandteil des vierten Ausführungsbei spiels, das prinzipiell in der Fig. 6 dargestellt ist.The mirror assemblies 10 of the first or second embodiment example are part of the fourth exemplary embodiment, which is shown in principle in FIG. 6.

Dabei ist der Einzelspiegel 1 insbesondere elektrostatisch an gesteuert und mit zwei mittig an sich gegenüberliegenden Seiten angeordneten Federn mit einem Rahmen 3 verbunden. Gebiete die ser Federn stellen piezoresistive Widerstände R dar.The individual mirror 1 is in particular electrostatically controlled and connected to a frame 3 with two springs arranged centrally on opposite sides. Areas of these springs represent piezoresistive resistors R.

Die Ausgestaltung der Federn und die Ausführung und Plazierung der Widerstände R entspricht denen des ersten und zweiten Aus führungsbeispiels. Die Widerstände R des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels sind Bestandteile einer Widerstandsmeß brücke 11, die eine Vollbrücke darstellt. Die durch die Auslen kung des Einzelspiegels 1 hervorgerufene proportionale Änderung der Brückenspannung stellt bei dynamischen Betrieb des Einzel spiegels 1 eine äquivalente Spannungsfolge dar. Diese Span nungsfolge wird über einen Spannungs-Frequenz-Wandler 15 in eine der Spannungsfolge äquivalenten Frequenz umgesetzt. Der Auslenkung des Einzelspiegels 1 dient ein eine Ansteuerung 14, die ein Wechselspannung liefernden Generator darstellt, dessen Ausgänge mit den Elektroden der Spiegelanordnung 10 zusammengeschaltet sind. Dazu ist der Einzelspiegel 1 selbst eine Elektrode und die Ansteuerung dieser und korrespondierend angeordneten Elektroden mit einer Wechselspannung führen zu einer Auslenkung des Einzelspiegels 1. The design of the springs and the design and placement of the resistors R corresponds to those of the first and second exemplary embodiments. The resistors R of the first and second exemplary embodiments are components of a resistance measuring bridge 11 , which is a full bridge. By the Auslen effect of the individual mirror 1 caused proportional change of the bridge voltage is in dynamic operation of the single mirror 1, an equivalent voltage follower. This clamping voltage sequence is converted by a voltage-to-frequency converter 15 in one of the voltage follower equivalent frequency. A single control 14 , which represents an alternating voltage generator, the outputs of which are connected to the electrodes of the mirror arrangement 10 serve to deflect the individual mirror 1 . For this purpose, the individual mirror 1 itself is an electrode and the activation of these and correspondingly arranged electrodes with an alternating voltage lead to a deflection of the individual mirror 1.

Weiterhin ist der Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers 15 mit dem Eingang eines programmierbaren Teilers 16, der Ausgang des programmierbaren Teilers 16 mit einem Eingang eines Phasen detektors 17, der Ausgang des Phasendetektors 17 mit dem Ein gang eines spannungsgesteuerten Oszillators 18, der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 18 mit dem Steuereingang der Ansteuerung 14 der Spiegelanordnung 10 und ein zweiter Eingang des Phasendetektors 17 mit dem Ausgang eines Oszillators 19, der eine rechteckförmige Wechselspannung liefert, zusammenge schaltet. Dieser Aufbau stellt einen Phasenregelkreis (PLL) dar.Further, the output of the voltage-frequency converter 15 to the input of a programmable divider 16, the output of the programmable divider 16 to one input of a phase detector 17, the output of the phase detector 17 to the A input of a voltage-controlled oscillator 18, the output of Voltage-controlled oscillator 18 with the control input of the control 14 of the mirror arrangement 10 and a second input of the phase detector 17 with the output of an oscillator 19 , which supplies a rectangular AC voltage, switched together. This structure represents a phase locked loop (PLL).

Dabei liefert der Phasendetektor 17 eine Ausgangsspannung, die von der Phasenverschiebung zwischen der Spannungsfolge am Aus gang des Spannungs-Frequenz-Wandlers 15 und der Wechselspannung des Oszillators 19 bestimmt wird. Der Phasendetektor 17 ist ein Multiplizierer. Es handelt sich dabei um einen digitalen Multi plizierer, der insbesondere und im wesentlichen aus zwei flan kengetriggerten D-Flip-Flops besteht.The phase detector 17 provides an output voltage which is determined by the phase shift between the voltage sequence at the output of the voltage-frequency converter 15 and the AC voltage of the oscillator 19 . The phase detector 17 is a multiplier. It is a digital multiplier, which consists in particular and essentially of two flank-triggered D flip-flops.

An dessen Ausgang entsteht ein Fehlersignal, das die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 18 so verändert, daß Dif ferenzen zwischen der Frequenz des Spannungs-Frequenz-Wandlers 15 und der Frequenz des Oszillators 19 ausgeregelt werden. Der "Haltebereich" des Phasenregelkreises wird durch die realisier bare Frequenzänderung des spannungsgesteuerten Oszillators 18 bestimmt. Damit wird auch der "Fangbereich" des Phasenregel kreises bestimmt, der kleiner oder gleichgroß dem Haltebereich ist. Die Ausgangsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators 18 dient der Steuerung der Ansteuerung 14 des Einzelspiegels 1. Mit dem Einsatz dieses Phasenregelkreises können die Auslen kungen des Einzelspiegels 1 im dynamischen Betrieb konstant ge halten werden, so daß sich gleichbleibende Ablenkbedingungen für den abgelenkten Lichtstrahl ergeben.At its output there is an error signal which changes the frequency of the voltage-controlled oscillator 18 so that differences between the frequency of the voltage-frequency converter 15 and the frequency of the oscillator 19 are corrected. The "holding range" of the phase-locked loop is determined by the realizable frequency change of the voltage-controlled oscillator 18 . This also determines the "catch range" of the phase-locked loop, which is smaller or the same size as the stop range. The output voltage of the voltage-controlled oscillator 18 is used to control the control 14 of the individual mirror 1. With the use of this phase-locked loop, the deflections of the individual mirror 1 can be kept constant in dynamic operation, so that there are constant deflection conditions for the deflected light beam.

Der Einsatz des programmierbaren Teilers 16 führt zu einer pro grammierbaren Frequenzsynthese. Durch das Programmieren der Programmiereingänge läßt sich eine sehr große Anzahl unter schiedlicher diskreter Frequenzen mit der gleichen Stabilität und Genauigkeit wie die der Frequenz des Oszillators 19 er zeugen. Dadurch ist die Frequenz der Ablenkung des Einzelspie gels 1 von außen leicht digital programmierbar. Die Amplitude der Auslenkung wird durch die Spannungsfolge am Ausgang der Ansteuerung 14 des mikromechanischen Einzelspiegels 1 beein flußt. Diese kann z. B. fest vorgegeben oder frei gewählt werden. The use of the programmable divider 16 leads to a programmable frequency synthesis. By programming the programming inputs can be a very large number of different discrete frequencies with the same stability and accuracy as that of the frequency of the oscillator 19, he testify. As a result, the frequency of the deflection of the individual mirror 1 is easily digitally programmable from the outside. The amplitude of the deflection is influ- impressed by the voltage follower at the output of the driver 14 of the micro mechanical mirror. 1 This can e.g. B. fixed or freely chosen.

5th embodiment

Ein fünftes Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Regelung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegelanordnungen 10. A fifth exemplary embodiment includes a control of the deflection of micromechanical mirror arrangements 10.

Grundlage des fünften Ausführungsbeispiels bildet der Aufbau des vierten Ausführungsbeispiels. Der Ausgang der Widerstands meßbrücke 11 wird sowohl mit dem Eingang des Spannungs-Fre quenz-Wandlers 15 als auch entweder mit einem Eingang des Kom parators 12 (Darstellung in der Fig. 7) oder einem Eingang des Fensterdikriminators 13 (Darstellung in der Fig. 8) zusammen geschaltet.The structure of the fourth exemplary embodiment forms the basis of the fifth exemplary embodiment. The output of the resistance measuring bridge 11 is both with the input of the voltage-fre quency converter 15 and either with an input of the comparator 12 (shown in FIG. 7) or an input of the window discriminator 13 (shown in FIG. 8 ) switched together.

Die anderen Eingänge des Komparators 12 oder Fensterdiskrimi nators 13 sind jeweils mit Spannungsquellen U oder U1 und U2 verbunden. Die Ausgänge sowohl des Komparators 12 als auch des Fensterdiskriminators 13 stellen ein Maß für die Programmier eingänge des programmierbaren Teilers 16 dar.The other inputs of the comparator 12 or window discriminators 13 are each connected to voltage sources U or U1 and U2. The outputs of both the comparator 12 and the window discriminator 13 represent a measure of the programming inputs of the programmable divider 16 .

Damit entstehen Anordnungen, bei denen die Änderungen entweder der Amplitude gegenüber einer vorgegebenen Größe oder der Am plitude gegenüber einem vorgegebenen Bereich überwacht und bei Änderungen automatisch über die Änderung der Frequenz der An steuerung 14 ausgeregelt werden.This results in arrangements in which the changes are either monitored for the amplitude relative to a predetermined size or the amplitude relative to a predetermined range and are automatically corrected for changes via the change in the frequency of the controller 14 .

Die Spannungsfolge am Ausgang der Ansteuerung 14 ist durch die Gestaltung der Ansteuerung 14 selbst vorgebbar. Diese ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird als bekannt vorausgesetzt.The voltage sequence at the output of the driver 14 itself is predetermined by the design of the control fourteenth This is not the subject of the invention and is assumed to be known.

6th embodiment

Ein sechstes Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Anordnung zur Steuerung der Auslenkung von mikromechanischen Spiegelanord nungen 10. A sixth exemplary embodiment includes an arrangement for controlling the deflection of micromechanical mirror arrangements 10.

Die Spiegelanordnung 10 des dritten Ausführungsbeispiels ist ein Bestandteil des sechsten Ausführungsbeispiels entsprechend der Darstellung in der Fig. 9.The mirror arrangement 10 of the third exemplary embodiment is part of the sixth exemplary embodiment, as shown in FIG. 9.

Dabei ist der Einzelspiegel 1 insbesondere elektrostatisch an gesteuert und mit vier mittig an den Seiten angeordneten Federn mit einem Rahmen 3 verbunden. Gebiete dieser Federn stellen piezoresistive Widerstände R dar.The individual mirror 1 is in particular electrostatically controlled and connected to a frame 3 with four springs arranged centrally on the sides. Areas of these springs represent piezoresistive resistors R.

Die Ausgestaltung der Federn und die Ausführung und Plazierung der Widerstände R entspricht dem des dritten Ausführungsbei spiels. Die Widerstände R sind Bestandteile zweier Widerstands meßbrücken 11a und 11b entsprechend einer Ablenkung in x- oder y-Richtung, die Vollbrücken darstellen. Die durch die Auslen kungen des Einzelspiegels 1 hervorgerufenen proportionalen Änderungen der Brückenspannungen stellen bei dynamischen Be trieb des Einzelspiegels 1 äquivalente Wechselspannungen dar. Die Amplituden der Wechselspannungen sind den Winkeln der Aus lenkungen des Einzelspiegels 1 äquivalent.The design of the springs and the execution and placement of the resistors R corresponds to that of the third game. The resistors R are components of two resistance measuring bridges 11 a and 11 b corresponding to a deflection in the x or y direction, which represent full bridges. The Auslen by the fluctuations of the individual mirror 1 caused proportional changes of the bridge voltages provide for dynamic loading drive of the individual mirror is 1 equivalent alternating voltages. The amplitude of the alternating voltages are the angles of the steering from the individual mirror 1 equivalent.

Die Ausgänge der Widerstandsmeßbrücken 11a und 11b sind über einen programmierbaren Schalter 20 mit den Ansteuerungen 14a und 14b des Einzelspiegels 1 verbunden. Mit diesem program mierbaren Schalter 20 sind die Amplituden der Schwingungen des Einzelspiegels 1 in x- und y- Richtung einstell- und steuerbar. Dadurch ist der abzulenkende Lichtstrahl auf der Bahn eines Kreises oder einer Ellipse ablenkbar.The outputs of the resistance measuring bridges 11 a and 11 b are connected via a programmable switch 20 to the controls 14 a and 14 b of the individual mirror 1 . With this programmable switch 20 , the amplitudes of the vibrations of the individual mirror 1 in the x and y direction can be set and controlled. As a result, the light beam to be deflected can be deflected on the path of a circle or an ellipse.

Die Größe der Amplituden wird durch die Spannungsfolge an den Ausgängen der Ansteuerungen 14a und 14b bestimmt. Diese sind durch die Gestaltungen der Ansteuerung 14 selbst vorgebbar. Diese werden als bekannt vorausgesetzt und sind nicht Gegen stand der Erfindung.The size of the amplitudes is determined by the voltage sequence at the outputs of the controls 14 a and 14 b. These can be predetermined by the design of the control 14 itself. These are assumed to be known and are not the subject of the invention.

In weiteren Ausführungsbeispielen sind die Merkmale der Aus führungsbeispiele eins bis sechs auch auf Spiegelanordnungen anwendbar, die aus mehreren Einzelspiegeln 1, die mit einem Rahmen 3 verbunden sind, bestehen.In further exemplary embodiments, the features of exemplary embodiments from one to six are also applicable to mirror arrangements which consist of a plurality of individual mirrors 1 which are connected to a frame 3 .

Claims

1. Arrangement for measuring and controlling or regulating the deflection of micromechanical mirror arrangements, one or more individual mirrors being connected to a frame via at least two springs, at least one area of the spring itself representing an element which changes the electrical properties in the event of a deformation or on which Spring is arranged at least one element which changes the electrical properties in the event of a deformation and the ends of the elements are connected to one another via electrical interconnects, with regions of the frame ( 3 ) as electrically conductive contact points ( 4 ) or with connections to electrical components which form part of the frame ( 3 ) or are arranged on it, are connected, characterized in that the elements are components of at least one measuring circuit that detects the deflection of the individual mirror (s) ( 1 ) and that the measuring circuit is a component of a control system.

2. Arrangement for measuring and controlling the deflection of micromechanical mirror arrangements, the integrated in the springs or arranged on the springs and the elec trical properties in a deformation changing elements are interconnected via electrical conductor tracks to form a resistance measuring bridge as a measuring circuit, characterized in that a Bridge diagonal with the input of a voltage-Fre frequency converter ( 15 ) that the other bridge diagonal with a source ( 6 ), that the output of a phase detector ( 17 ) with the input of a voltage-controlled oscillator ( 18 ), that its output with a Frequency controllable input of the control ( 14 ) of the individual mirror ( 1 ) that the output of the voltage-frequency converter ( 15 ) via a programmable frequency divider ( 16 ) with an input of the phase detector ( 17 ) and that the other input of the phase detector ( 17 ) together with the output of an oscillator ( 19 ) are switched.

3. Arrangement for measuring and controlling the deflection of micromechanical mirror arrangements, wherein the individual mirror has a rectangular base, a spring is arranged in the center of each side edge, which is integrated in the springs or arranged on the springs and changes the electrical properties in the event of a deformation via electrical elements Conductor tracks are connected to two resistance measuring bridges as a measuring circuit, characterized in that the corners of the rectangular base of the individual mirror ( 1 ) are beveled in that the resistance measuring bridges ( 11 a, 11 b) as measuring circuits via a programmable switch ( 20 ) with the controls ( 14 a, 14 b) of the micromechanical individual mirror ( 1 ) are interconnected.

4. Arrangement for measuring and regulating the deflection of micro-mechanical mirror arrangements, the elements integrated in the springs or arranged on the springs and the electrical properties in the case of a deformation changing elements being interconnected via electrical conductor tracks to form a resistance measuring bridge as a measuring circuit, characterized in that that a first bridge diagonal with the input of a voltage-frequency converter ( 15 ), that the second bridge diagonal with a source ( 6 ) or a voltage (U), that the output of a phase detector ( 17 ) with the input of a voltage-controlled oscillator ( 18 ) that its output with a frequency controllable input of the control ( 14 ) of the individual mirror ( 1 ), that the output of the voltage-frequency converter ( 15 ) via a programmable frequency divider ( 16 ) with an input of the phase detector ( 17 ) that the other input of the phase detector ( 17 ) with the output of an O szillators ( 19 ) that the first bridge diagonal continues with the first input of a comparator ( 12 ), that the second input with the source ( 6 ) or the voltage (U) or another voltage and that the output of the comparator ( 12 ) with the program inputs of the programmable divider ( 16 ) are interconnected.

5. Arrangement for measuring and controlling the deflection of micro-mechanical mirror assemblies, the inte grated in the springs or arranged on the springs and the electrical properties in a deformation changing elements are connected together via electrical conductor tracks to form a resistance measuring bridge as a measuring circuit, characterized in that a first bridge diagonal with the input of a voltage-frequency converter ( 15 ) that the output of a phase detector ( 17 ) with the input of a voltage-controlled oscillator ( 18 ) that its output with a frequency-controllable input of the control ( 14 ) of the individual mirror ( 1 ) that the output of the voltage-frequency converter ( 15 ) via a programmable frequency divider ( 16 ) with an input of the phase detector ( 17 ), that the other input of the phase detector ( 17 ) with the output of an oscillator ( 19 ) that the first bridge diagonal continues with an input es window discriminator ( 13 ) that the second bridge diagonal and the other inputs of the window discriminator ( 13 ) each with a source ( 6 ) or the voltages (U1, U2) and that the output of the window discriminator ( 13 ) with the program inputs of the programmable divider ( 16 ) are interconnected.

6. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of claims 1 to 5, characterized in that the spring is an integrally formed torsion bar ( 2 ) that the element is a rectangular, parallelogram or trapezoidal base and that the element with the axis of symmetry running parallel to the longer side edge is arranged at an angle of ± 45 ° to the longitudinal axis of the spring band.

7. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the spring consists of four O-shaped and mutually perpendicular beams ( 8 a to 8 d) and that parallel to the single mirror ( 1 ) arranged bar ( 8 b) with this and the parallel to the frame ( 3 ) arranged bar ( 8 d) with this via a web ( 9 a) and ( 9 b) is connected.

8. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the spring consists of at least two beams each of four O-shaped and arranged at right angles to one another ( 8 a to 8 d) exists and that these are connected to each other via a web.

9. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of the claims 7 or 8, characterized in that the element has a rectangular, parallelogram or trapezoidal base area, that the element is an area arranged parallel to the frame Bar ( 8 d) or is arranged on this and that the element with the parallel to the longer side edge axis of symmetry is arranged parallel to the longitudinal axis of the bar.

10. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of claims 7 or 8, characterized in that the element has a rectangular, parallelogram or trapezoidal base area and that two of these elements in close proximity to both Sides of the web ( 9 a) either areas of the bar arranged parallel to the frame ( 8 d) or are arranged on this.

11. Arrangement for measuring and controlling or regulating the off steering of micromechanical mirror arrangements according to patent Claim 10, characterized in that the elements with the axes of symmetry running parallel to the longer side edge parallel to the longitudinal axis of the beam or parallel to the web symmetry axis are arranged.

12. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror assemblies according to claim 10, characterized in that the elements per spring via electrical conductor tracks ( 5 ) to two bridge branches of a resistance measuring bridge ( 11 ) are interconnected.

13. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of the claims 1 to 5, characterized in that at least one area of the frame ( 3 ) itself represents the electrical properties in the event of a deformation-changing element or on which Frame ( 3 ) is arranged at least one element which changes the electrical properties in the event of a deformation.

14. Arrangement for measuring and controlling or regulating the off steering of micromechanical mirror arrangements according to one of the Claims 1 to 5, characterized in that the geo metric dimensions of the elements are the same.

15. An arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of claims 1 to 5, characterized in that the individual mirror (s) ( 1 ) and the frame ( 3 ) consist of silicon.

16. An arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the one or more individual mirrors ( 1 ) are connected to ground potential.

17. Arrangement for measuring and controlling or regulating the off steering of micromechanical mirror arrangements according to one of the Claims 1 to 5, characterized in that the electrical properties in the event of a deformation changing Elements are piezoresistors.

18. Arrangement for measuring and controlling or regulating the steering of micromechanical mirror arrangements according to claim 17, characterized in that the piezoresistors consist of polysilicon or are a doped area of the spring or frame ( 3 ).