ITMI20072047A1 - Componernte micromeccanico comprende un dispositivo micro-oscillante e procedimento atto alla taratura di un componente - Google Patents
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Description
Descrizione
Stato dell'arte
L'invenzione prende le mosse da un componente micromeccanico del genere di cui alla rivendicazione principale . Dal brevetto d'invenzione europeo EP 1212650 B1 è noto un dispositivo micro-oscillante, nel quale è realizzata una particolare modalità di sospensione del dispositivo micro-oscillante. Il dispositivo micro-oscillante viene al riguardo eccitato, tramite eccitazione per mezzo dì forze di eccitazione, in modo per esempio da eseguire oscillazioni indotte. Al riguardo, di norma è tuttavia necessaria una taratura della frequenza propria di tali dispositivi micro-oscillanti, in quanto le imperfezioni dei processi di fabbricazione hanno come conseguenza una variazione delle proprietà meccaniche e perciò influenzano le frequenze proprie. Svantaggioso al riguardo è il fatto che una tale taratura delle frequenze proprie, oppure anche di altri parametri del comportamento di oscillazione, rappresenta costi considerevoli nella fabbricazione del componente micromeccanico, per esempio quando una tale taratura ha luogo con asportazione di materiale mediante lavorazione con il laser e trova impiego una dispendiosa tecnologia di misurazione finale.
Illustrazione dell'invenzione
Il componente micromeccanico conforme all'invenzione ed il procedimento atto alla taratura di un componente micromeccanico conforme alle rivendicazioni associate hanno invece il vantaggio che vengono evitati o quanto meno ridotti gli inconvenienti dello stato dell'arte e che è possibile una struttura micromeccanica relativamente compatta e fabbricabile economicamente, specialmente in quanto è quanto meno fortemente riducibile il dispendio relativo alla taratura delle frequenze proprie dei dispositivi micro-oscillanti presenti nel componente. Secondo l'invenzione è in seguito a ciò possibile che il componente conforme all'invenzione sia utilizzabile economicamente per esempio in cosiddetti proiettori DLP (Digital light Projector) , oppure in cosiddetti visualizzatori HUD (Head-up Display). In questi casi di utilizzo il quantomeno singolo dispositivo micro-oscillante, di preferenza tuttavia una molteplicità dì dispositivi micromeccanici, microoscillanti, sono realizzati sotto formadi microspecchio. Secondo l'invenzione è particolarmente vantaggioso che, oltre al dispositivi di azionamento e ad un sensore che serve a rilevare la posizione in senso rotatorio e/oppure che serve a rilevare il movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante, non sia necessario alcun intervento strutturale supplementare nel componente, rispettivamente nel dispositivo micro-oscillante. Nel caso del componente micromeccanico conforme all'invenzione è in seguito a ciò possibile fare ricorso a procedimenti di fabbricazione relativamente consolidati e quindi economici.
Secondo l'invenzione si preferisce che la forza di trascinamento del dispositivo micro-oscillante sìa prevista in modo da poterla variare in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante, al fine di ottenere una predeterminata frequenza propria del dispositivo micro-oscillante. Secondo l'invenzione è in seguito a ciò vantaggiosamente possìbile che nella fabbricazione del componente micromeccanico si possa fare a meno di dispendiosi procedimenti di misurazione finale, rispettivamente di fasi di taratura .
Secondo 1'invenzione si preferisce inoltre che il dispositivo micro-oscillante sia un microspecchio. In seguito a ciò è vantaggiosamente possìbile che applicazioni ottiche del componente micromeccanìco diventino possibile con mezzi semplici, in special modo applicazioni in ambito automobilistico, come procedimenti, rispettivamente apparecchi per misurare le distanze o simili.
Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che il sensore sia previsto per la rilevazione dell'accelerazione in senso rotatorio e che il dispositivi di azionamento del dispositivo microoscillante sia previsto in funzione dell'accelerazione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante. In seguito a ciò, in maniera semplice, può essere effettuata una taratura, vale a dire una modificazione della frequenza propria della microstruttura in grado di oscillare, (dispositivo micro-oscillante).
Secondo l'invenzione sì preferisce inoltre che il sensore del componente conforme all'invenzione presentì una struttura piezoresistiva, rispettivamente che il dispositivo di azionamento del dispositivo micro-oscillante sia un dispositivo dì azionamento capacitivo e/oppure induttivo. Possono in seguito a ciò essere realizzati, in maniera economica e relativamente precisa, tanto una misurazione della condizioni di movimento, , rispettivamente della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante, come anche un dispositivo di azionamento efficace. Un altro oggetto della presente invenzione è un procedimento atto alla taratura di un componente conforme all'invenzione, laddove la frequenza propria del dispositivo micro-oscillante viene regolata, modificando la forza di trascinamento, in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante. In seguito a ciò è vantaggiosamente possibile, attraverso l'influenzamento della gestione del dispositivo di azionamento, fare a meno di una dispendiosa taratura delle proprietà meccaniche del dispositivo micro-oscillante, oppure ridurre questa taratura.
Secondo 1'invenzione si preferisce inoltre che una non linearità di una sospensione del dispositivo micro-oscillante venga regolata modificando la forza di trascinamento in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo microoscillante e/oppure in funzione del movimento del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante. In seguito a ciò è vantaggiosamente possibile che ulteriori variazioni del componente, che vengono per esempio provocate da dispersioni, dovute al processo, del procedimento di fabbricazione, possano quanto meno in ampia misura essere neutralizzate senza dispendiosi accorgimenti di taratura.
Secondo 1'invenzione sì preferisce inoltre che il componente conforme all'invenzione presenti un'unità di elaborazione, oppure che al componente sia associata un'unità di elaborazione, laddove per mezzo dell'unità dì elaborazione la forza di trascinamento viene modificata in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante , Può in seguito a ciò essere conseguita una compensazione particolarmente efficace di divergenze del componente.
Esempi di realizzazione dell' invenzione sono rappresentati nel disegno ed illustrati più in dettaglio nella descrizione che segue.
Breve descrizione dei disegni
Figura 1 fa vedere schematicamente una vista in pianta dì un dispositivo microoscillante quale parte di un componente micromeccanico.
Figura 2 fa vedere schematicamente una rappresentazione in sezione di un dispositivo micro-oscillante quale parte dì un componente micromeccanico.
Forma (forme) di realizzazione dell'invenzione Un componente micromeccanìco 10 conforme all'invenzione, comprendente un dispositivo microoscillante 20 che può oscillare attorno ad un asse dì rotazione 12, è rappresentato schematicamente nella Figura 1, in una vista in pianta del dispositivo micro-oscillante 20. Il componente 10 presenta in special modo un substrato 11, con il quale il dispositivo micro-oscillante 20 è unità tramite una sospensione 21. Il substrato 11 è in special modo previsto sottoforma di un substrato semiconduttore, preferìbilmente un substrato di silicio, tuttavia nella Figura 1 è accennato soltanto schematicamente per mezzo di una linea.
11 componente 10 conforme all'<’>invenzione può in maniera di per sé noto essere fabbricato a titolo di esempio per mezzo di procedimenti di fabbricazione del tipo micromeccanica superficiale oppure del tipo micromeccanìca volumetrica. Il dispositivo micro-oscillante 20 viene al riguardo messo a nudo, a titolo di esempio per mezzo di un'incisione per via chimica dello strato da sacrificare, così il dispositivo micro-oscillante 20 possa oscillare attorno all'asse di rotazione 12 definito dalla sospensione 21. Il dispositivo micro-oscillante 20 è in special modo previsto sotto forma di microspecchio e viene in appresso anche definito come microspecchio 20. Ciò che conta secondo l'invenzione non è tuttavia l'utilizzo in qualità dì microspecchio, bensì come dispositivo micro-oscillante 20 può essere utilizzata qualsiasi struttura in grado di oscillare. Secondo l'invenzione è inoltre specialmente previsto che un certo numero, oppure addirittura un gran numero di dispositivi microoscillanti 20, rispettivamente di microspecchi 20 siano previsti nell'ambito del componente micromeccanico 10 conforme all'invenzione, a titolo di esempio per indirizzare una molteplicità di raggi luminosi in svariate direzioni. Per motivi di semplicità, nella Figura 1 e nella Figura 2 è tuttavìa rappresentato soltanto un. dispositivo micro-oscillante 20.
Il componente 10 presenta inoltre un dispositivo di azionamento 30. Si può al riguardo trattare per esempio dì un dispositivo di azionamento capacitivo 30 oppure anche di un dispositivo di azionamento induttivo 30, oppure anche di un dispositivo di azionamento 30 combinato, capacitivo ed induttivo. Come esempi per dispositivi di azionamento capacitivi 0 si possono per esempio prendere in considerazione dispositivi di azionamento a pettine oppure dispositivi di azionamento con condensatori a piastre.
Il componente 10 presenta inoltre un sensore 15 che rileva la posizione in senso rotatorio, rispettivamente il movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante 20 attorno all'asse di rotazione 12. il sensore 15 fornisce, in funzione della posizione in senso rotatorio.
rispettivamente del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante 20, un segnaledi misurazione 16 ad un'unità di elaborazione A0. L'unità di elaborazione 40 fornisce un segnale di comando 41 al dispositivo di azionamento 30.
Nella Figura 2, in maniera schematica, è rappresentata una rappresentazione in sezione del componente micromeccanico 10 recante il dispositivo micro-oscillante 20. Il dispositivo micro-oscillante 20 può ruotare, rispettivamente oscillare entro certi limiti attorno all'asse di rotazione 12 e preferibilmente nell'ambito della sospensione 21, Con linea tratteggiata è a titolo esemplificativo rappresentata un'impostazione del dispositivo micro-oscillante 20 spostata rispetto alla posizione di equilibrio. Rappresentato è inoltre l'angolo di escursione 25 per questa impostazione spostata.
Schematicamente è inoltre rappresentato il fatto che il dispositivo di azionamento 30 esercita, al fine di ottenere questa posizione spostata del dispositivo micro-oscillante 20, una forza di trascinamento 35 sul dispositivo micrco-oscillante 20.
Il dispositivo di azionamento 30 è rappresentato nelle Figure 1 e 2 in maniera tale, per cui ai due lati dell'asse di rotazione 12 è prevista una parte del dispositivo di azionamento 30 e pertanto, corrispondentemente, su entrambi i lati viene esercitata una forza di trascinamento 35che preferibilmente agisce in sensi opposti, così che su entrambi i lati viene esercitato un momento torcente e qui direzionale sul dispositivo microoscillante 20 attorno all'asse di rotazione 12. Ciò è possibile per esempio con un dispositivo di azionamento 30 sotto forma di un condensatore a piastre (dispositivo di azionamento elettrostatico) laddove ai due lati dell'asse di rotazione 12, nonché tra il dispositivo microoscillante 20 ed il substrato 11, è di volta in volta disposta una piastra di un condensatore a piastre e laddove il dispositivo micro-oscillante 20, rispettivamente una zona elettronica (non rappresentata) del dispositivo micro-oscillante 20 forma per entrambi i lati la contro-piastra del condensatore a piastre. Applicando tensioni di comando adeguate (non rappresentato)sui rispettivi elettrodi del dispositivo di azionamento 30 può allora essere esercitata la forza di trascinamento 35. In alternativa, oppure in aggiunta, secondo l'invenzione può anche essere previsto di prevedere un dispositivo di azionamento 30 magnetico, rispettivamente induttivo. In questo caso, l'applicazione di una corrente di comando, rispettivamente di una molteplicità dì correnti di comando (parimenti non rappresentate) sul dispositivo di azionamento 30 fa sì che la forza di trascinamento 35 venga esercitata sul dispositivo micro-oscillante 20.
L'equazione di movimento del dispositivo microoscillante 20 può a titolo di esempio essere descritta, per l'esempio di un dispositivo di azionamento elettrostatico, nella seguente maniera:
Ja βα ka - Mes-f Mext
laddove a è l'angolo di rotazione 25 del dispositivo micro-oscillante 20, a è la velocità di rotazione del dispositivo micro-oscillante 20 a è l'accelerazione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante 20, J è il momento d'inerzia di massa del dispositivo microoscillante 20 relativamente all'asse si rotazione 12, β è la costante di attenuazione del movimento in senso rotatorio, A- è la rigidità torsionale, nonché Mesè il momento torcente generato elettrostaticamente e Mextè il momento torcente dovuto a forze di trascinamento esterne.
Per il momento torcente dovuto alle forze elettrostatiche, con dispositivo di azionamento 30 su entrambi i lati e con una sovrapposizione di una tensione correttiva U alla tensione periodica di azionamento ϋχ, vale le seguente equazione:
laddove C(a) è la capacità del dispositivo di azionamento come funzione dell'angolo 25. Se la tensione correttiva U viene scelta con un parametro di taratura U0ed in funzione dell'angolo 25, vale a dire in funzione della posizione in senso rotatorio a del dispositivo micro-oscillante 20 (primo caso), a titolo di esempio viene scelta nel seguente modo
oppure viene scelta in funzione del movimento in senso rotatorio, rispettivamente dell'accelerazione in senso rotatorio (a) del dispositivo micro-oscillante 20 (secondo caso}, per esempio viene scelta nel seguente modo
si ottiene allora una modificazione della
frequenza propria del sistema considerato, vale a
dire del dispositivo micro-oscillante 20. La
frequenza propria del dispositivo micro-oscillante
può perciò essere tarata scegliendo la tensione U
dipendente dalla posizione in senso rotatorio,
rispettivamente dipendente dal movimento in senso
rotatorio, rispettivamente con il parametro di
taratura U0. La frequenza propria può
conformemente all'invenzione essere tanto ridotta,
come anche aumentata. Per il primo caso si ottiene
a titolo di esempio una frequenza propria di
-
mentre per il secondo caso si viene ad avere una
frequenza propria dì
In maniera corrispondente, tuttavia non
rappresentata, conformemente all'invenzione è
possibile anche una taratura nel caso dì un dispositivo di azionamento induttivo. Al posto della tensione di azionamento, rispettivamente della tensione correttiva trovano preferibilmente impiego, per il caso dì un dispositivo di azionamento induttivo, correnti di azionamento, rispettivamente correnti correttive. Il vantaggio sostanziale del componente conforme all'invenzione, rispettivamente del procedimento di taratura conforme all'invenzione sta nel fatto che le imprecisioni del processo di fabbricazione possono essere compensate con il parametro di taratura UQ (rispettivamente I0nel caso di un dispositivo di azionamento induttivo) e della nota funzione in C (a) . Il modo di procedere conforme all'invenzione presuppone un'elaborazione del segnale adeguatamente rapida da parte dell'unità di elaborazione 40, Secondo l'invenzione è vantaggioso che tanto una taratura, come anche un'eccitazione ad eseguire oscillazioni indotte del dispositivo micro-oscillante 20 possono aver luogo con la medesima struttura, vale a dire con il dispositivo di azionamento 30, rispettivamente il sistema di azionamento di questo, e secondo il medesimo principio. Allo scopo, alla tensione di taratura (dipendente dal movimento in senso rotatorio) viene sovrapposta la tensione di eccitazione, rispettivamente la tensione di azionamento, la quale eccita le oscillazioni la cui frequenza viene armonizzata nella maniera illustrata. Con il principio conforme all'invenzione della rilevazione dell'angolo di rotazione, rispettivamente dell'accelerazione (in senso rotatorio) tramite il sensore 15, della successiva elaborazione del segnale nell'unità di elaborazione 40 e dell'emissione della tensione complessiva sotto forma di segnale di comando 41 è possìbile rappresentare dipendenze più o meno arbitrarie del momento torcente sul dispositivo micro-oscillante 20 dall'angolo di rotazione, rispettivamente da derivate temporali del medesimo. Conformemente all'invenzione è pertanto parimenti possibile compensare con questo procedimento per esempio non linearità della bara di torsione, rispettivamente della sospensione 21,
Claims (9)
- Rivendicazioni 2. Componente micromeccanico (10) comprendente un dispositivo micromeccanico (20), che può oscillare attorno ad un asse dì rotazione (12), e comprendente un dispositivo di azionamento (30) del dispositivo micro-oscillante (20), laddove il dispositivo di azionamento (30) è in grado dì esercitare una forza di trascinamento (35) sul dispositivo micro-oscillante (20), caratterizzato dal fatto che il componente (10) presenta un sensore (15) che serve a rilevare la posizione in senso rotatorio e/oppure che serve a rilevare il movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20) attorno all'asse di rotazione (12), laddove la forza di trascinamento (35) del dispositivo microoscillante (20) è prevista in modo da poter essere variata in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20) e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20).
- 2. Componente (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la forza di trascinamento (35) del dispositivo microoscillante (20) è prevista in modo da poter essere variata in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20) e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20) allo scopo di ottenere una predeterminata frequenza propria del dispositivo·micro-oscillante (20).
- 3. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che il dispositivo micro-oscillante (20} è un microspecchio.
- 4. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che il sensore (15) è previsto per rilevare l'accelerazione in senso rotatorio e dal fatto che il dispositivo dì azionamento (30) del dispositivo micro-oscillante (20) è previsto in funzione dell'accelerazione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20).
- 5. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che il sensore (15) presenta una struttura piezoresistiva .
- 6. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di azionamento (30) del dispositivo micro-oscillante (20) è un dispositivo di azionamento capacitivo e/oppure induttivo,
- 7. Procedimento atto alla taratura di un componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che la frequenza propria del dispositivo micro-oscillante (20) viene regolata modificando la forza di trascinamento (35) in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20) e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20).
- 8. Procedimento atto alla taratura dì un componente (10) secondo una delle rivendicazionil fino a 7, caratterizzato dal fatto che una non linearità di una sospensione del dispositivo micro-oscillante (20) viene regolata modificando la forza di trascinamento (35) in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20) e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20).
- 9. Procedimento atto alla taratura dì un componente (10) secondo una delle rivendicazioni 7 oppure 8, caratterizzato dal fatto che il componente (10) presenta un'unità di elaborazione (40), oppure al componente (10) è associata un'unità di elaborazione (40), e per mezzo dell'unità di elaborazione (40) la forza di trascinamento (35) viene modificata in funzione della posizione in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20) e/oppure in funzione del movimento in senso rotatorio del dispositivo micro-oscillante (20).
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