WO2021013597A1 - Interferometer device and method for operating an interferometer device - Google Patents

Interferometer device and method for operating an interferometer device Download PDF

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WO2021013597A1
WO2021013597A1 PCT/EP2020/069699 EP2020069699W WO2021013597A1 WO 2021013597 A1 WO2021013597 A1 WO 2021013597A1 EP 2020069699 W EP2020069699 W EP 2020069699W WO 2021013597 A1 WO2021013597 A1 WO 2021013597A1
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actuation
electrically conductive
actuation electrode
eli
capacitance
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Application number
PCT/EP2020/069699
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French (fr)
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Benedikt Stein
Christoph Schelling
Thomas Buck
Christoph Daniel Kraemmer
Reinhold Roedel
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters

Definitions

  • the present invention relates to an interferometer device and a
  • a cavity consisting of two plane-parallel, highly reflective mirrors with a distance (cavity length) in the range of optical wavelengths shows strong transmission only for wavelengths for which the cavity length corresponds to an integral multiple of half the wavelength.
  • a filter element which can be varied (spectrally tunable) in terms of the wavelengths of the transmission can thus be provided.
  • the function of such a spectrometer can depend heavily on the parallelism of the two mirrors, which should be as high as possible so that a defined cavity with the highest possible finesse is created between the two mirrors.
  • Finesse describes the ratio of the distance between two neighboring interference maxima and the half-width of a single interference maximum, for example in wavelengths.
  • the size of the distance between the mirrors in conventional FPIs is usually measured by back-measuring the optical mirror distance via the actuation electrodes or separate electrodes, it usually being possible for all electrodes to have the same or a different distance.
  • US2014 / 0022643 A1 describes a wavelength-variable interference filter with a movable substrate and a stationary substrate, the two substrates being able to form different capacitances and distances.
  • the present invention provides an interferometer device according to claim 1 and a method for operating an interferometer device according to claim 1
  • the idea on which the present invention is based is to provide an interferometer device with an improved possibility for
  • the interferometer device comprises a substrate with an edge structure, which is arranged on the substrate and, in a plan view of an upper side of the substrate, at least partially laterally runs around an optical region above the substrate; a first mirror device which extends at least in the optical region over and spanning the substrate and which is anchored to the edge structure.
  • Interferometer device a second mirror device which extends at least in the optical region over the substrate and over the first mirror device and spanning this and which is anchored to the edge structure, the first and second mirror device being exposed in the optical region are; a first actuation electrode which is arranged on the substrate and at least partially laterally runs around a central region of the optical region; and a second actuation electrode which is arranged on the substrate and is arranged laterally outside the first actuation electrode, and wherein the first mirror device comprises a first electrically conductive region at least above the first and second actuation electrodes; and a controller associated with the first and second
  • Actuating electrode and the first electrically conductive area is electrically connected, wherein the control device is configured to a
  • a change in the capacitance can advantageously be recognized as a measure of the deflection.
  • the measurement of the capacitances can be done by the applied evaluation voltages, wherein the first area can be connected to a negative input of an operational amplifier and can advantageously be connected to a ground potential.
  • a differential signal can be generated directly by means of an evaluation circuit from a movement of the first mirror device and thus a change in the capacitances, which can result in an improved signal-to-noise ratio for the individual measurement of the capacitances.
  • the control device comprises an evaluation circuit through which between the first electrically conductive area and the first actuation electrode a first evaluation voltage and a second between the first electrically conductive area and the second actuation electrode
  • Evaluation voltage can be applied, which in each case comprises an alternating voltage and wherein the first evaluation voltage to the second
  • Evaluation voltage has opposite polarity.
  • the evaluation circuit is set up to determine a difference between a change in a first capacitance and a change in a second capacitance, the first electrically conductive area and the first actuation electrode forming the first capacitance and the first electrically conductive area and the second
  • Actuation electrode form the second capacitance.
  • a differential signal can be generated directly by means of the evaluation circuit from a movement of the first mirror device and thus a change in the first and second capacitance, which can have an improved signal-to-noise ratio compared to a single measurement of the first or second capacitance.
  • the evaluation circuit is set up to superimpose the actuation voltage on the first evaluation voltage and the second evaluation voltage.
  • the two evaluation voltages can then be used on one
  • Actuation voltage which is applied to the actuation electrodes, can be modulated. In this way, a separate voltage connection on the respective actuation electrode can advantageously be dispensed with.
  • the actuation voltage is a voltage that changes over time.
  • the measurement of the changes in capacity can take place over a longer period of time, over which the actuation voltage can vary over time.
  • the first electrically conductive area comprises a circular ring over the first actuation electrode and over the second actuation electrode or corresponds to the entire extent of the associated mirror device.
  • the first actuation electrode and / or the second actuation electrode comprises several subsegments, which can each be applied to the same or different actuation voltages.
  • Unevenness in the first mirror device during actuation can be compensated for by subsegments, so that the first
  • Mirror device can be deflected and positioned in the central area parallel to the second mirror device.
  • the sub-segments also allow differences in the
  • Changes in capacitance can be recognized, which for example indicates inconsistencies or unevenness in the mirror devices or actuation electrodes.
  • Interferometer device providing an inventive Interferometer device; application of an actuation voltage between the first actuation electrode and the first electrically conductive area and between the second actuation electrode and the first electrically conductive area by the control device and actuation of the first
  • Actuation electrode by the control device a determination by the control device of a difference in a change in capacitance between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and / or a change in capacitance between the first electrically conductive area and the second actuation electrode or against a fixed reference capacitance of an evaluation circuit; and determining the first distance between the first mirror device and the second mirror device from the difference in the changes in capacitance compared to an undeflected state of the two mirror devices.
  • the method can advantageously also be distinguished by the features already mentioned in connection with the interferometer device and their advantages, and vice versa.
  • a first evaluation voltage is applied between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and a second evaluation voltage is applied between the first electrically conductive area and the second actuation electrode
  • Evaluation voltage applied which each comprises an AC voltage and wherein the first evaluation voltage is polarized opposite to the second evaluation voltage.
  • a difference between a change in a first capacitance and a change in a second capacitance is determined, the first electrically conductive area and the first actuation electrode forming the first capacitance and the first electrically conductive area and the second actuation electrode forming the second capacitance .
  • the actuation electrode and / or the second actuation electrode are applied and unevenness in the first mirror device is compensated during actuation in such a way that the first mirror device in the
  • Central area is deflected and positioned parallel to the second mirror device.
  • FIG. 1a shows a schematic side view of the interferometer device according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 1b shows a schematic plan view of an interferometer device according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows an electronic circuit for evaluating the capacitance between the first mirror device and the actuation electrodes for a Interferometer device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of an interferometer device according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • 5 shows a schematic block diagram of method steps of a
  • Fig. La shows a schematic side view of the interferometer device according to an embodiment of the present invention.
  • the interferometer device 1 comprises a substrate 2 with an edge structure RS, which is arranged on the substrate 2 and, in plan view of an upper side O of the substrate 2, at least partially laterally runs around an optical region OB above the substrate 2. Furthermore, the edge structure RS, which is arranged on the substrate 2 and, in plan view of an upper side O of the substrate 2, at least partially laterally runs around an optical region OB above the substrate 2. Furthermore, the edge structure RS, which is arranged on the substrate 2 and, in plan view of an upper side O of the substrate 2, at least partially laterally runs around an optical region OB above the substrate 2. Furthermore, the edge structure RS, which is arranged on the substrate 2 and, in plan view of an upper side O of the substrate 2, at least partially laterally runs around an optical region OB above the substrate 2. Furthermore, the edge structure RS, which is arranged on the substrate 2 and, in plan view of an upper side O of the substrate 2, at least partially laterally runs around an optical region OB above the substrate 2. Furthermore, the edge structure RS, which is arranged on the
  • Interferometer device 1 a first mirror device SP1, which is at least in the optical area OB above the substrate 2 and this
  • the edge structures on the two mirror devices can be the same in lateral or vertical extent or can differ (for example, as a result of the manufacturing process).
  • the interferometer device 1 comprises a first
  • Actuation electrode ALI which is arranged on substrate 2 and at least partially laterally runs around a central area MB of optical area OB; a second actuation electrode AL2, which is arranged on the substrate 2 and is arranged laterally outside the first actuation electrode ALI, and wherein the first mirror device SP1 comprises a first electrically conductive region ELI at least above the first and second actuation electrodes (ALI; AL2); and a control device SE which is electrically connected to the first and second actuation electrodes (ALI; AL2) and the first electrically conductive area ELI, the control device (SE) being configured to electrically apply an actuation voltage UAct between the first actuation electrode ALI and the first senior division ELI and the second
  • the first conductive area ELI can be a portion of the first
  • mirror device SP1 at least above the two actuation electrodes or include the entire first mirror device SP1.
  • At least one or both mirror devices can themselves also comprise a plurality of partial mirror layers and the mirror devices can be configured as Bragg mirrors, for example.
  • the edge structure RS can comprise at least one or more layers in which at least the first mirror device SP1 or also the second mirror device SP2 can be enclosed at their lateral edges.
  • Actuation electrode ALI must be larger than in place of the second Actuation electrode.
  • the two actuation electrodes can be shaped as an actuation ring, the outer electrode (second actuation electrode), for example, a deflection of the first
  • Actuation electrode ALI (inner) a deflection of the first
  • Mirror device can generate in this area by two thirds of the first deflection.
  • An effective change in capacitance i.e. a difference in the change signals of both capacities (first and second), can then
  • Evaluation circuit for measuring the capacitance can be set (influenced) within a certain framework.
  • the two capacitances can particularly advantageously fit one another very precisely, so that changes relative to one another are of suitable orders of magnitude and over a wide area
  • the first distance between the mirror devices can be known in the rest position and, after drawing a conclusion from the measured change in capacitance, the current distance can be determined on the change in the first distance.
  • the difference and determining the deflection can be determined on the basis of the geometric surfaces and their radial positioning with respect to the actuation profile of the mirror. Parasites can - as long as they are with
  • the actuation voltage can generate an electrostatic force (1/2 * dC / dx * U 2 ) (dashed lines in FIG. La). It should be noted here that the force acts over an area and is not limited to a single point.
  • the two actuation voltages can advantageously be the same.
  • One advantage of this type of circuit is that there is less interference in the evaluation of the capacitive signal at an output of a measuring circuit (evaluation circuit). Although a part of the total capacity swing can no longer be used, the formation of the difference between the capacities can result in a signal that can be directly related to the deflection of the mirror device (membrane) and less
  • Fig. Lb shows a schematic plan view of an interferometer device according to an embodiment of the present invention.
  • the interferometer device 1 can in plan view on a plane of
  • Actuation electrode ALI laterally (radially) within the second
  • Actuation electrode AL2 and can advantageously be spaced inwardly from the second actuation electrode AL2 by a radial offset b.
  • the exposed areas of the mirror devices in particular the optical area and the central area MB provided for light transmission or light filtering, can also be circular and a circular area
  • Edge structure RS can be completely circumvented laterally.
  • the actuation electrodes can be formed continuously without interruptions and with the same radial thickness over an azimuthal angle f.
  • the substrate and the actuation electrodes can also deviate from a circular shape.
  • Fig. 2 shows an electronic circuit for evaluating a capacitance.
  • the circuit of the operational amplifier can be chosen so that the voltage at the input of the operational amplifier can be kept at zero volts (0V).
  • the output voltage Vout can be proportional to the current of the capacitances CI and Cref (fixed reference capacitance of a
  • Evaluation voltages UAusl and UAus2 are advantageous in opposite directions (i.e. of the same amplitude but inverse phase). If the capacitances Cref and CI are of identical size, then the currents from the two sources of the evaluation voltages advantageously equalize each other exactly, Vout is then at 0V. If CI is greater or less than Cref, the result is an effective current in the circuit and Vout differs from 0V.
  • Cref corresponds exactly to the capacitance CI in the idle state (the mirror position), which means that Vout can drop to 0V, which makes the evaluation particularly easy. This does not have to be the case, however, since CI is on the MEMS chip, but Cref is typically in the evaluation circuit, and both can vary uncorrelated in production. In this case, a certain residual voltage Vout remains unavoidable in the rest position and must be deducted in the evaluation circuit by a calibration.
  • the first electrically conductive area ELI and the first actuation electrode ALI can form the first capacitance CI and the first electrically conductive area ELI and the second actuation electrode AL2 can form the second capacitance C2.
  • the capacitance C2 is advantageously not included in the electrical output signal of the circuit.
  • the control voltage Uakt applied to C2 for actuation can be completely independent of the measurement of the capacitance CI.
  • a change in the capacitance can advantageously be recognized as a measure of the deflection.
  • the measurement of the first capacitance CI or its change can be done by the applied evaluation voltages UAusl and UAus2 take place, wherein the first area ELI can be connected to a negative input of an operational amplifier Op, and can advantageously be connected to a ground potential.
  • the circuit can represent a CU converter. (Capacity to voltage converter, for example one
  • Actuation voltage which is applied in each case to the actuation electrodes, are modulated, and applied to the first actuation electrode ALI in an inverted manner to the first evaluation voltage UAusl.
  • Such a circuit can correspond to an evaluation of acceleration sensors.
  • the output signal Vout obtained at the output can be an alternating voltage which is proportional to the difference between the two
  • Capacities can be CI and Cref.
  • a statement about the change in the capacitance CI can be made using a reference capacitance Cref, for example in the control device (which can include an ASIC). Compared to a known undeflected state of rest, the change in the first
  • the reference capacitor Cref can advantageously have the same value as the first capacitance im
  • a feedback of the operator amplifier is indicated with the resistor RFB and the capacitor CFB.
  • Fig. 3 shows an electronic circuit for evaluating the capacitance between the first mirror device and the actuation electrodes for a
  • a first evaluation voltage UAusl can be applied to the first actuation electrode ALI and a second evaluation voltage UAus2, which each comprises an alternating voltage and the first evaluation voltage, can be applied to the second actuation electrode AL2 UAusl can have opposite polarity to the second evaluation voltage UAus2.
  • the first evaluation voltage UAusl and the second evaluation voltage UAus2 can be in inverse phase, with both evaluation voltages being able to be modulated on the actuation voltage UAct at the respective actuation electrodes.
  • a differential signal Vout can be generated directly by means of the evaluation circuit from a movement of the first mirror device and thus a change in capacitances CI and C2, which can have an improved signal-to-noise ratio for the individual measurement of the first capacitance (according to FIG. 2). Possibly in the evaluation voltage UAusl and / or UAus2
  • any interference caused by electrically coupled signals can be compensated for by the difference in the signals, advantageously canceling each other out through differential evaluation. Since both capacitances CI and C2 are used, there is no need for an additional reference capacitance.
  • the first area El is in turn pulled to a ground potential (0V) at the operational amplifier Op.
  • the output signal Vout obtained at the output can be a
  • Capacities can be CI and C2.
  • the first and second capacitance CI and C2 can advantageously be the same in the rest position, but can also be different. The difference may be about an asymmetry of the two
  • Evaluation voltage UAusl can differ from the amplitude of the second
  • the evaluation system can be made less sensitive to electrical interference. Ideally, these can be completely suppressed.
  • the evaluation voltages can each include an alternating voltage, with a frequency above at least the first mechanical
  • the resonance frequency of the mirror device (first) should be to which the evaluation voltage can be applied (first and / or second). This can advantageously prevent, at least for the most part, that the Evaluation voltages can lead to undesired actuations (movements approximately perpendicular to the mirror surface).
  • Interferometer device in particular the first mirror device, are designed in such a way that the interferometer device or at least the first mirror device is in a mechanically aperiodically or supercritically damped state.
  • a mechanical oscillation as a mechanical disturbance can be further reduced by the evaluation voltage.
  • the evaluation voltage can be superimposed on the
  • Actuation voltage is a modulated detection voltage on the
  • the effective value of the actuation voltage as alternating voltage can be viewed as an additional actuation and compensated for by the control circuit.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of an interferometer device according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the interferometer device 1 can in plan view on a plane of
  • Mirror devices in particular the optical area and the central area MB provided for light transmission or light filtering, can be circular and are completely laterally encompassed by a circular edge structure RS.
  • the actuation electrodes ALI and AL2 can continuously without Interruptions and be formed with the same radial thickness over an azimuthal angle f.
  • one of the actuation electrodes ALI or AL2 or both actuation electrodes can be divided into several subsegments (ALla; AL2b;
  • AL2n which can be spaced from one another or can be adjacent to one another (not shown).
  • the subsegments ALla; ALlb; ...; AL2n can either be the same or different
  • Actuation voltages can be applied. In the case of unevenness in the first or second mirror device, different actuation voltages can occur
  • Subsegments ALla; ALlb; ...; AL2n of the actuation electrodes ALI and / or AL2 are applied and unevennesses in the first mirror device SP1 are measured and compensated during actuation so that the first mirror device SP1 can be deflected and positioned in the central area MB parallel to the second mirror device SP2 when actuated.
  • the first conductive region can also comprise ELI subsegments.
  • the electrodes can be segmented in order to reduce the deflection of the
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of method steps of a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an interferometer device S1; an application of an actuation voltage between the first actuation electrode and S2 the first electrically conductive area and between the second
  • Evaluation circuit and determining S5 the first distance between the first mirror device and the second mirror device from the difference between the changes in capacitance compared to an undeflected state of the two mirror devices.
  • Embodiment has been fully described above, it is not limited to it, but can be modified in many ways.

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Abstract

The present invention relates to an interferometer device (1) comprising: a first mirror device (SP1); a second mirror device (SP2); a first actuating electrode (AL1); and a second actuating electrode (AL2), which is arranged on a substrate (2) and is arranged laterally outside the first actuating electrode (AL1), wherein the first mirror device (SP1) comprises a first electrically conductive zone (EL1) at least above the first and second actuating electrode (AL1; AL2), wherein a control device (SE) is configured to apply an actuation voltage (UAkt) between the first actuating electrode (AL1) and the first electrically conductive zone (EL1) and the second actuating electrode (AL2) and the first electrically conductive zone (EL1) and to apply an evaluation voltage (UAus) between the first electrically conductive zone (EL1) and the first actuating electrode (AL1) and between the first electrically conductive zone (EL1) and the second actuating electrode (AL2) and to determine, from a difference in a capacitance change, a first distance (d12) between the first mirror device (SP1) and the second mirror device (SP2).

Description

Beschreibung description
Titel title
Interferometereinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Interferometer device and method for operating a
Interferometereinrichtung Interferometer device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Interferometereinrichtung und ein The present invention relates to an interferometer device and a
Verfahren zum Betreiben einer Interferometereinrichtung. Method for operating an interferometer device.
Stand der Technik State of the art
Aus Fabry-Perot Interferometern (FPI) ist es vorteilhaft möglich in Wellenlängen durchstimmbare spektrale Filter mit einem hohen Grad einer Miniaturisierung zu erzielen. Hierzu kann sich vorteilhaft MEMS-Technologie eignen From Fabry-Perot interferometers (FPI) it is advantageously possible to achieve wavelength-tunable spectral filters with a high degree of miniaturization. MEMS technology can advantageously be suitable for this purpose
(mikroelektromechanische Bauteile). Es kann dabei ausgenutzt werden, dass eine Kavität bestehend aus zwei planparallelen, hochreflektierenden Spiegeln mit einem Abstand (Kavitätslänge) im Bereich optischer Wellenlängen eine starke Transmission nur für Wellenlängen zeigt, für welche die Kavitätslänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht. Durch die (microelectromechanical components). Use can be made of the fact that a cavity consisting of two plane-parallel, highly reflective mirrors with a distance (cavity length) in the range of optical wavelengths shows strong transmission only for wavelengths for which the cavity length corresponds to an integral multiple of half the wavelength. Through the
Anwendung beispielsweise elektrostatischer oder piezoelektrischer Aktoren kann die Kavitätslänge verändert werden. Somit kann ein die Wellenlängen der Transmission veränderliches (spektral durchstimmbares) Filterelement bereitgestellt werden. Die Funktion eines solchen Spektrometers kann dabei stark von der Parallelität der beiden Spiegel abhängen, wobei diese möglichst hoch sein sollte, sodass zwischen den beiden Spiegeln eine definierte Kavität mit einer möglichst hohen Finesse entsteht. Die Finesse beschreibt das Verhältnis des Abstands zweier benachbarter Interferenzmaxima und der Halbwertsbreite eines einzelnen Interferenzmaximums beispielsweise in Wellenlängen. Es ist hierzu die Anwendung zweier Spiegel möglich, die auf zwei massiven, biegesteifen Substraten aufgebracht werden, die später aneinander gebondet werden können. Eine Messung der Größe des Abstands zwischen den Spiegeln bei üblichen FPIs erfolgt meist durch eine Rückmessung des optischen Spiegelabstands über die Aktuierungselektroden oder separate Elektroden, wobei üblicherweise alle Elektroden den gleichen oder einen unterschiedlichen Abstand aufweisen können. If, for example, electrostatic or piezoelectric actuators are used, the cavity length can be changed. A filter element which can be varied (spectrally tunable) in terms of the wavelengths of the transmission can thus be provided. The function of such a spectrometer can depend heavily on the parallelism of the two mirrors, which should be as high as possible so that a defined cavity with the highest possible finesse is created between the two mirrors. Finesse describes the ratio of the distance between two neighboring interference maxima and the half-width of a single interference maximum, for example in wavelengths. For this purpose, it is possible to use two mirrors, which are applied to two solid, rigid substrates that can later be bonded to one another. The size of the distance between the mirrors in conventional FPIs is usually measured by back-measuring the optical mirror distance via the actuation electrodes or separate electrodes, it usually being possible for all electrodes to have the same or a different distance.
In der US2014/0022643 Al wird ein wellenlängenvariables Interferenzfilter mit einem beweglichen Substrat und einem stationären Substrat beschrieben, wobei die beiden Substrate unterschiedliche Kapazitäten sowie Abstände bilden können. US2014 / 0022643 A1 describes a wavelength-variable interference filter with a movable substrate and a stationary substrate, the two substrates being able to form different capacitances and distances.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Interferometereinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Interferometereinrichtung nach The present invention provides an interferometer device according to claim 1 and a method for operating an interferometer device according to claim 1
Anspruch 7. Claim 7.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Preferred further developments are the subject of the subclaims.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Interferometereinrichtung mit einer verbesserten Möglichkeit zur The idea on which the present invention is based is to provide an interferometer device with an improved possibility for
Abstandsbestimmung zwischen den beiden Spiegeln bereitzustellen. Provide distance determination between the two mirrors.
Erfindungsgemäß umfasst die Interferometereinrichtung ein Substrat mit einer Randstruktur, welche auf dem Substrat angeordnet ist, und in Draufsicht auf eine Oberseite des Substrats einen optischen Bereich über dem Substrat zumindest teilweise lateral umläuft; eine erste Spiegeleinrichtung, welche sich zumindest im optischen Bereich über dem Substrat und dieses überspannend erstreckt und welche an der Randstruktur verankert ist. Des Weiteren umfasst die According to the invention, the interferometer device comprises a substrate with an edge structure, which is arranged on the substrate and, in a plan view of an upper side of the substrate, at least partially laterally runs around an optical region above the substrate; a first mirror device which extends at least in the optical region over and spanning the substrate and which is anchored to the edge structure. Furthermore, the
Interferometereinrichtung eine zweite Spiegeleinrichtung, welche sich zumindest im optischen Bereich über dem Substrat und über der ersten Spiegeleinrichtung und diese überspannend erstreckt und welche an der Randstruktur verankert ist, wobei die erste und zweite Spiegeleinrichtung im optischen Bereich freigestellt sind; eine erste Aktuierungselektrode, welche auf dem Substrat angeordnet ist und einen Mittelbereich des optischen Bereichs zumindest teilweise lateral umläuft; und eine zweite Aktuierungselektrode, welche auf dem Substrat angeordnet ist und lateral außerhalb der ersten Aktuierungselektrode angeordnet ist, und wobei die erste Spiegeleinrichtung zumindest über der ersten und zweiten Aktuierungselektrode einen ersten elektrisch leitenden Bereich umfasst; und eine Steuereinrichtung, welche mit der ersten und zweiten Interferometer device a second mirror device which extends at least in the optical region over the substrate and over the first mirror device and spanning this and which is anchored to the edge structure, the first and second mirror device being exposed in the optical region are; a first actuation electrode which is arranged on the substrate and at least partially laterally runs around a central region of the optical region; and a second actuation electrode which is arranged on the substrate and is arranged laterally outside the first actuation electrode, and wherein the first mirror device comprises a first electrically conductive region at least above the first and second actuation electrodes; and a controller associated with the first and second
Aktuierungselektrode und dem ersten elektrisch leitenden Bereich elektrisch verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Actuating electrode and the first electrically conductive area is electrically connected, wherein the control device is configured to a
Aktuationsspannung zwischen der ersten Aktuierungselektrode und dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode und dem ersten elektrisch leitenden Bereich anzulegen und eine Auswertungsspannung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Apply actuation voltage between the first actuation electrode and the first electrically conductive area and the second actuation electrode and the first electrically conductive area and an evaluation voltage between the first electrically conductive area and the first
Aktuierungselektrode und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode anzulegen und bei einem Aktuieren der ersten Spiegeleinrichtung aus einer Differenz einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Aktuierungselektrode und/oder einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode oder gegen eine feste Referenzkapazität einer Auswerteschaltung einen ersten Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung zu bestimmen. Actuation electrode and between the first electrically conductive area and the second actuation electrode and when the first mirror device is actuated from a difference in a change in capacitance between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and / or a change in capacitance between the first electrically conductive area and the second actuation electrode or to determine a first distance between the first mirror device and the second mirror device against a fixed reference capacitance of an evaluation circuit.
Eine Änderung der Kapazität kann vorteilhaft als ein Maß der Auslenkung erkannt werden. Die Messung der Kapazitäten kann durch die angelegten Auswertungsspannungen erfolgen, wobei der erste Bereich an einen negativen Eingang eines Operationsverstärkers geschaltet werden kann, und vorteilhaft auf ein Masse- Potential gelegt werden kann. Aus einer Bewegung der ersten Spiegeleinrichtung und somit einer Änderung der Kapazitäten kann mittels einer Auswerteschaltung direkt ein differentielles Signal erzeugt werden, was ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis zur einzelnen Messung der Kapazitäten ergeben kann. A change in the capacitance can advantageously be recognized as a measure of the deflection. The measurement of the capacitances can be done by the applied evaluation voltages, wherein the first area can be connected to a negative input of an operational amplifier and can advantageously be connected to a ground potential. A differential signal can be generated directly by means of an evaluation circuit from a movement of the first mirror device and thus a change in the capacitances, which can result in an improved signal-to-noise ratio for the individual measurement of the capacitances.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst die Steuereinrichtung eine Auswerteschaltung, durch welche zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Aktuierungselektrode eine erste Auswertungsspannung und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode eine zweite According to a preferred embodiment of the interferometer device, the control device comprises an evaluation circuit through which between the first electrically conductive area and the first actuation electrode a first evaluation voltage and a second between the first electrically conductive area and the second actuation electrode
Auswertungsspannung anlegbar ist, welche jeweils eine Wechselspannung umfasst und wobei die erste Auswertungsspannung zur zweiten Evaluation voltage can be applied, which in each case comprises an alternating voltage and wherein the first evaluation voltage to the second
Auswertungsspannung gegengepolt ist. Evaluation voltage has opposite polarity.
Bei einer Bewegung der Spiegeleinrichtung können Veränderungen in den Kapazitäten zwischen einer Spiegeleinrichtung und den unterschiedlichen Elektroden vorteilhaft getrennt betrachtet werden. Gegengepolte und vorteilhaft im Betrag gleiche Auswertungsspannungen können sich in einem When the mirror device moves, changes in the capacitances between a mirror device and the different electrodes can advantageously be viewed separately. Evaluation voltages of opposite polarity and advantageously of equal magnitude can be combined in one
unausgelenkten Zustand der Spiegeleinrichtung kompensieren. Compensate for the undeflected state of the mirror device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die Auswerteschaltung dazu eingerichtet, eine Differenz einer Änderung einer ersten Kapazität und einer Änderung einer zweiten Kapazität zu ermitteln, wobei der erste elektrisch leitende Bereich und die erste Aktuierungselektrode die erste Kapazität bilden und der erste elektrisch leitende Bereich und die zweite According to a preferred embodiment of the interferometer device, the evaluation circuit is set up to determine a difference between a change in a first capacitance and a change in a second capacitance, the first electrically conductive area and the first actuation electrode forming the first capacitance and the first electrically conductive area and the second
Aktuierungselektrode die zweite Kapazität bilden. Actuation electrode form the second capacitance.
Aus einer Bewegung der ersten Spiegeleinrichtung und somit einer Änderung der ersten und zweiten Kapazität kann mittels der Auswerteschaltung direkt ein differentielles Signal erzeugt werden, was ein verbessertes Signal-Rausch- Verhältnis im Vergleich zu einer einzelnen Messung der ersten oder zweiten Kapazität aufweisen kann. A differential signal can be generated directly by means of the evaluation circuit from a movement of the first mirror device and thus a change in the first and second capacitance, which can have an improved signal-to-noise ratio compared to a single measurement of the first or second capacitance.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die Auswerteschaltung dazu eingerichtet, die erste Auswertungsspannung und die zweite Auswertungsspannung mit der Aktuationsspannung zu überlagern. According to a preferred embodiment of the interferometer device, the evaluation circuit is set up to superimpose the actuation voltage on the first evaluation voltage and the second evaluation voltage.
Die beiden Auswertungsspannungen können dann auf einer The two evaluation voltages can then be used on one
Aktuationsspannung, welche jeweils an den Aktuierungselektroden anliegt, aufmoduliert werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft auf einen separaten Spannungsanschluss an der jeweiligen Aktuierungselektrode verzichtet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die Aktuationsspannung eine zeitlich veränderliche Spannung. Actuation voltage, which is applied to the actuation electrodes, can be modulated. In this way, a separate voltage connection on the respective actuation electrode can advantageously be dispensed with. According to a preferred embodiment of the interferometer device, the actuation voltage is a voltage that changes over time.
Die Messung der Kapazitätsänderungen kann über einen längeren Zeitraum verlaufen, über welchen die Aktuationsspannung zeitlich veränderlich sein kann. The measurement of the changes in capacity can take place over a longer period of time, over which the actuation voltage can vary over time.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst der erste elektrisch leitende Bereich einen Kreisring über der ersten Aktuierungselektrode und über der zweiten Aktuierungselektrode oder entspricht der gesamten Ausdehnung der zugehörigen Spiegeleinrichtung. According to a preferred embodiment of the interferometer device, the first electrically conductive area comprises a circular ring over the first actuation electrode and over the second actuation electrode or corresponds to the entire extent of the associated mirror device.
Bei einem Kreisring kann es vorteilhaft ausreichen, die Aktuationsspannung oder die Auswertungsspannung nur an einem Teilbereich der Spiegeleinrichtung anzulegen und die Änderung der Kapazität zur jeweiligen Aktuierungselektrode nur in diesem Bereich zu betrachten. Bei einem Anlegen der Aktuationsspannung oder der Auswertungsspannung über die gesamte Spiegeleinrichtung kann ein weiterer Bereich betreffend einer Änderung der Kapazität zur jeweiligen In the case of a circular ring, it can advantageously be sufficient to apply the actuation voltage or the evaluation voltage only to a partial area of the mirror device and to consider the change in capacitance for the respective actuation electrode only in this area. When the actuation voltage or the evaluation voltage is applied over the entire mirror device, a further area relating to a change in the capacitance to the respective
Aktuierungselektrode betrachtet werden. Actuation electrode are considered.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst die erste Aktuierungselektrode und/oder die zweite Aktuierungselektrode mehrere Teilsegmente, welche jeweils an die gleiche oder an unterschiedliche Aktuationsspannungen anlegbar sind. According to a preferred embodiment of the interferometer device, the first actuation electrode and / or the second actuation electrode comprises several subsegments, which can each be applied to the same or different actuation voltages.
Durch Teilsegmente können Unebenheiten in der ersten Spiegeleinrichtung beim Aktuieren kompensiert werden, so dass unter Aktuierung die erste Unevenness in the first mirror device during actuation can be compensated for by subsegments, so that the first
Spiegeleinrichtung im Mittelbereich parallel zur zweiten Spiegeleinrichtung ausgelenkt und positioniert werden kann. Durch die Teilsegmente können beim Ermitteln der zugehörigen Teilkapazitäten auch Unterschiede in den Mirror device can be deflected and positioned in the central area parallel to the second mirror device. When determining the associated partial capacities, the sub-segments also allow differences in the
Kapazitätsänderungen erkannt werden, was beispielsweise auf Schieflagen oder Unebenheiten in den Spiegeleinrichtungen oder Aktuierungselektroden schließen lässt. Changes in capacitance can be recognized, which for example indicates inconsistencies or unevenness in the mirror devices or actuation electrodes.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben einer According to the invention, the method for operating a
Interferometereinrichtung ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Interferometereinrichtung; ein Anlegen einer Aktuationsspannung zwischen der ersten Aktuierungselektrode und dem ersten elektrisch leitenden Bereich und zwischen der zweiten Aktuierungselektrode und dem ersten elektrisch leitenden Bereich durch die Steuereinrichtung und ein Aktuieren der ersten Interferometer device providing an inventive Interferometer device; application of an actuation voltage between the first actuation electrode and the first electrically conductive area and between the second actuation electrode and the first electrically conductive area by the control device and actuation of the first
Spiegeleinrichtung; ein Anlegen einer Auswertungsspannung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Aktuierungselektrode und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Mirror device; applying an evaluation voltage between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and between the first electrically conductive area and the second
Aktuierungselektrode durch die Steuereinrichtung; ein Bestimmen einer Differenz einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Aktuierungselektrode und/oder einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode oder gegen eine feste Referenzkapazität einer Auswerteschaltung durch die Steuereinrichtung; und ein Bestimmen des ersten Abstands zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung aus der Differenz der Kapazitätsänderungen gegenüber einem unausgelenkten Zustand der beiden Spiegeleinrichtungen. Actuation electrode by the control device; a determination by the control device of a difference in a change in capacitance between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and / or a change in capacitance between the first electrically conductive area and the second actuation electrode or against a fixed reference capacitance of an evaluation circuit; and determining the first distance between the first mirror device and the second mirror device from the difference in the changes in capacitance compared to an undeflected state of the two mirror devices.
Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der Interferometereinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt. The method can advantageously also be distinguished by the features already mentioned in connection with the interferometer device and their advantages, and vice versa.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Aktuierungselektrode eine erste Auswertungsspannung und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode eine zweite According to a preferred embodiment of the method, a first evaluation voltage is applied between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and a second evaluation voltage is applied between the first electrically conductive area and the second actuation electrode
Auswertungsspannung angelegt, welche jeweils eine Wechselspannung umfasst und wobei die erste Auswertungsspannung zur zweiten Auswertungsspannung gegengepolt ist. Evaluation voltage applied, which each comprises an AC voltage and wherein the first evaluation voltage is polarized opposite to the second evaluation voltage.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Differenz einer Änderung einer ersten Kapazität und einer Änderung einer zweiten Kapazität ermittelt, wobei der erste elektrisch leitende Bereich und die erste Aktuierungselektrode die erste Kapazität bilden und der erste elektrisch leitende Bereich und die zweite Aktuierungselektrode die zweite Kapazität bilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden According to a preferred embodiment of the method, a difference between a change in a first capacitance and a change in a second capacitance is determined, the first electrically conductive area and the first actuation electrode forming the first capacitance and the first electrically conductive area and the second actuation electrode forming the second capacitance . According to a preferred embodiment of the method
unterschiedliche Aktuationsspannungen an Teilsegmente der ersten different actuation voltages on sub-segments of the first
Aktuierungselektrode und/oder der zweiten Aktuierungselektrode angelegt und Unebenheiten in der ersten Spiegeleinrichtung derart beim Aktuieren kompensiert, so dass unter Aktuierung die erste Spiegeleinrichtung im The actuation electrode and / or the second actuation electrode are applied and unevenness in the first mirror device is compensated during actuation in such a way that the first mirror device in the
Mittelbereich parallel zur zweiten Spiegeleinrichtung ausgelenkt und positioniert wird. Central area is deflected and positioned parallel to the second mirror device.
Durch die Teilsegmente können beim Ermitteln der zugehörigen Teilkapazitäten auch Unterschiede in den Kapazitätsänderungen erkannt werden, was beispielsweise auf Schieflagen oder Unebenheiten in den Spiegeleinrichtungen oder Aktuierungselektroden schließen lässt. When determining the associated partial capacitances, differences in the capacitance changes can also be recognized by the subsegments, which, for example, allows conclusions to be drawn about inconsistencies or unevenness in the mirror devices or actuation electrodes.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischenThe present invention is described below with reference to the schematic
Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Figures of the drawing illustrated embodiments specified.
Es zeigen: Show it:
Fig. la eine schematische Seitenansicht der Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 1a shows a schematic side view of the interferometer device according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. lb eine schematische Draufsicht auf eine Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 1b shows a schematic plan view of an interferometer device according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine elektronische Schaltung zur Auswertung einer Kapazität; 2 shows an electronic circuit for evaluating a capacitance;
Fig. 3 eine elektronische Schaltung zur Auswertung der Kapazität zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und den Aktuierungselektroden für eine Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 3 shows an electronic circuit for evaluating the capacitance between the first mirror device and the actuation electrodes for a Interferometer device according to an embodiment of the present invention;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine Interferometereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und 4 shows a schematic plan view of an interferometer device according to a further exemplary embodiment of the present invention; and
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild von Verfahrensschritten eines 5 shows a schematic block diagram of method steps of a
Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Method according to an embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente. In the figures, the same reference symbols denote identical or functionally identical elements.
Fig. la zeigt eine schematische Seitenansicht der Interferometereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. La shows a schematic side view of the interferometer device according to an embodiment of the present invention.
Die Interferometereinrichtung 1 umfasst ein Substrat 2 mit einer Randstruktur RS, welche auf dem Substrat 2 angeordnet ist, und in Draufsicht auf eine Oberseite O des Substrats 2 einen optischen Bereich OB über dem Substrat 2 zumindest teilweise lateral umläuft. Des Weiteren umfasst die The interferometer device 1 comprises a substrate 2 with an edge structure RS, which is arranged on the substrate 2 and, in plan view of an upper side O of the substrate 2, at least partially laterally runs around an optical region OB above the substrate 2. Furthermore, the
Interferometereinrichtung 1 eine erste Spiegeleinrichtung SP1, welche sich zumindest im optischen Bereich OB über dem Substrat 2 und dieses Interferometer device 1 a first mirror device SP1, which is at least in the optical area OB above the substrate 2 and this
überspannend erstreckt und welche an der Randstruktur RS verankert ist; eine zweite Spiegeleinrichtung SP2, welche sich zumindest im optischen Bereich OB über dem Substrat 2 und über der ersten Spiegeleinrichtung SP1 und diese überspannend erstreckt und welche an der Randstruktur RS verankert ist, wobei die erste und zweite Spiegeleinrichtung (SP1; SP2) im optischen Bereich OB freigestellt sind. Die Randstrukturen an den beiden Spiegeleinrichtungen können gleich in lateraler oder vertikaler Ausdehnung sein oder sich unterscheiden (beispielsweise prozessbedingt durch die Herstellung). extends spanning and which is anchored to the edge structure RS; a second mirror device SP2, which extends at least in the optical area OB over the substrate 2 and over the first mirror device SP1 and spanning this and which is anchored to the edge structure RS, the first and second mirror devices (SP1; SP2) in the optical area OB are optional. The edge structures on the two mirror devices can be the same in lateral or vertical extent or can differ (for example, as a result of the manufacturing process).
Des Weiteren umfasst die Interferometereinrichtung 1 eine erste Furthermore, the interferometer device 1 comprises a first
Aktuierungselektrode ALI, welche auf dem Substrat 2 angeordnet ist und einen Mittelbereich MB des optischen Bereichs OB zumindest teilweise lateral umläuft; eine zweite Aktuierungselektrode AL2, welche auf dem Substrat 2 angeordnet ist und lateral außerhalb der ersten Aktuierungselektrode ALI angeordnet ist, und wobei die erste Spiegeleinrichtung SP1 zumindest über der ersten und zweiten Aktuierungselektrode (ALI; AL2) einen ersten elektrisch leitenden Bereich ELI umfasst; und eine Steuereinrichtung SE, welche mit der ersten und zweiten Aktuierungselektrode (ALI; AL2) und dem ersten elektrisch leitenden Bereich ELI elektrisch verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (SE) dazu eingerichtet ist, eine Aktuationsspannung UAkt zwischen der ersten Aktuierungselektrode ALI und dem ersten elektrisch leitenden Bereich ELI und der zweiten Actuation electrode ALI, which is arranged on substrate 2 and at least partially laterally runs around a central area MB of optical area OB; a second actuation electrode AL2, which is arranged on the substrate 2 and is arranged laterally outside the first actuation electrode ALI, and wherein the first mirror device SP1 comprises a first electrically conductive region ELI at least above the first and second actuation electrodes (ALI; AL2); and a control device SE which is electrically connected to the first and second actuation electrodes (ALI; AL2) and the first electrically conductive area ELI, the control device (SE) being configured to electrically apply an actuation voltage UAct between the first actuation electrode ALI and the first senior division ELI and the second
Aktuierungselektrode AL2 und dem ersten elektrisch leitenden Bereich ELI anzulegen und eine Auswertungsspannung UAus zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich ELI und der ersten Aktuierungselektrode ALI und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich ELI und der zweiten Apply actuation electrode AL2 and the first electrically conductive area ELI and an evaluation voltage UAus between the first electrically conductive area ELI and the first actuation electrode ALI and between the first electrically conductive area ELI and the second
Aktuierungselektrode AL2 anzulegen und bei einem Aktuieren der ersten Spiegeleinrichtung SP1 aus einer Differenz einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich ELI und der ersten Aktuierungselektrode ALI und einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich ELI und der zweiten Aktuierungselektrode AL2 einen ersten Abstand dl2 zwischen der ersten Spiegeleinrichtung SP1 und der zweiten Apply actuation electrode AL2 and when the first mirror device SP1 is actuated from a difference in a change in capacitance between the first electrically conductive area ELI and the first actuation electrode ALI and a change in capacitance between the first electrically conductive area ELI and the second actuation electrode AL2, a first distance dl2 between the first Mirror device SP1 and the second
Spiegeleinrichtung SP2 zu bestimmen. To determine mirror device SP2.
Der erste leitende Bereich ELI kann einen Teilbereich der ersten The first conductive area ELI can be a portion of the first
Spiegeleinrichtung SP1 zumindest über den beiden Aktuierungselektroden umfassen oder die gesamte erste Spiegeleinrichtung SP1 umfassen. Include mirror device SP1 at least above the two actuation electrodes or include the entire first mirror device SP1.
Zumindest eine oder beide Spiegeleinrichtungen können selbst auch mehrere Spiegelteilschichten umfassen und die Spiegeleinrichtungen etwa als Bragg- Spiegel ausgestaltet sein. At least one or both mirror devices can themselves also comprise a plurality of partial mirror layers and the mirror devices can be configured as Bragg mirrors, for example.
Die Randstruktur RS kann zumindest eine oder mehrere Schichten umfassen, in welche zumindest die erste Spiegeleinrichtung SP1 oder auch die zweite Spiegeleinrichtung SP2 an deren lateralen Rändern eingefasst sein kann. The edge structure RS can comprise at least one or more layers in which at least the first mirror device SP1 or also the second mirror device SP2 can be enclosed at their lateral edges.
Bei einer angelegten Aktuationsspannung kann radial nach innen gesehen die Auslenkung der ersten Spiegeleinrichtung SP1 an Stelle der ersten When actuation voltage is applied, the deflection of the first mirror device SP1 can be seen radially inward instead of the first
Aktuierungselektrode ALI größer sein als an Stelle der zweiten Aktuierungselektrode. Die beiden Aktuierungselektroden können auf diese Weise als ein Aktuierungsring ausgeformt sein, wobei die äußere Elektrode (zweite Aktuierungselektrode) beispielsweise eine Auslenkung der ersten Actuation electrode ALI must be larger than in place of the second Actuation electrode. In this way, the two actuation electrodes can be shaped as an actuation ring, the outer electrode (second actuation electrode), for example, a deflection of the first
Spiegeleinrichtung in diesem Bereich um ein Drittel einer ersten Auslenkung, wie sie der Mittelbereich bei solcher Aktuierung erfahren kann, und die erste Mirror device in this area by a third of a first deflection, as can be experienced by the central area with such actuation, and the first
Aktuierungselektrode ALI (innere) eine Auslenkung der ersten Actuation electrode ALI (inner) a deflection of the first
Spiegeleinrichtung in diesem Bereich um zwei Drittel der ersten Auslenkung erzeugen kann. Eine effektive Kapazitätsänderung, also eine Differenz der Änderungssignale beider Kapazitäten (erste und zweite) kann dann Mirror device can generate in this area by two thirds of the first deflection. An effective change in capacitance, i.e. a difference in the change signals of both capacities (first and second), can then
beispielsweise ein Drittel betragen (relativ zur Gesamtänderung die dann der Mittelbereich erfahren würde, also der maximal zu erwartenden Änderung). for example one third (relative to the total change which the middle range would then experience, i.e. the maximum change to be expected).
Durch die Position der Aktuationselektroden ALI und AL2 sowie deren Abstand (Versatz) zueinander sowie durch deren Geometrie kann die Differenz der Kapazität, die Auslenkung, und daher das Ausgangssignal einer Due to the position of the actuation electrodes ALI and AL2 and their distance (offset) from one another and their geometry, the difference in capacitance, the deflection and therefore the output signal of a
Auswerteschaltung zur Messung der Kapazität in einem gewissen Rahmen eingestellt (beeinflusst) werden. Evaluation circuit for measuring the capacitance can be set (influenced) within a certain framework.
Besonders vorteilhaft können die beiden Kapazitäten, deren Differenz hier gebildet werden kann, sehr präzise zueinander passen, so dass Änderungen relativ zueinander in passenden Größenordnungen sind und über weite The two capacitances, the difference of which can be formed here, can particularly advantageously fit one another very precisely, so that changes relative to one another are of suitable orders of magnitude and over a wide area
Größenbereiche die Differenz gebildet werden und ausgewertet werden kann.Size ranges the difference can be formed and evaluated.
Der erste Abstand zwischen den Spiegeleinrichtungen kann in Ruhelage bekannt sein und nach Rückschluss aus der gemessenen Änderung der Kapazität kann auf die Veränderung des ersten Abstands der aktuelle Abstand ermittelt werden. The first distance between the mirror devices can be known in the rest position and, after drawing a conclusion from the measured change in capacitance, the current distance can be determined on the change in the first distance.
Die Berücksichtigung der Differenz und Ermittlung der Auslenkung kann aufgrund der geometrischen Flächen sowie deren radialer Positionierung bezüglich des Aktuierungsprofils des Spiegels ermittelt werden. Parasiten können - solange sie bei Taking into account the difference and determining the deflection can be determined on the basis of the geometric surfaces and their radial positioning with respect to the actuation profile of the mirror. Parasites can - as long as they are with
beiden Kapazitäten (nahezu) identisch sind - vernachlässigt werden. both capacities are (almost) identical - are neglected.
Durch die Aktuationsspannung kann, vereinfacht betrachtet, eine elektrostatische Kraft (1/2 * dC/dx*U2) erzeugt werden (gestrichelt in Fig. la). Es ist hierbei zu beachten, dass die Kraft flächig wirkt und nicht auf einen einzelnen Punkt beschränkt ist. Die beiden Aktuationsspannungen können vorteilhaft gleich sein. Ein Vorteil dieser Schaltungsart liegt in einer störungsärmeren Auswertung des kapazitiven Signals an einem Ausgang einer Messschaltung (Auswerteschaltung). Zwar kann hierbei ein Teil des Gesamt- Kapazitätshubs nicht mehr verwendet werden, durch die Differenz-Bildung der Kapazitäten kann sich jedoch ein Signal ergeben, das direkt mit der Auslenkung der Spiegeleinrichtung (Membran) Zusammenhängen kann und weniger In simplified terms, the actuation voltage can generate an electrostatic force (1/2 * dC / dx * U 2 ) (dashed lines in FIG. La). It should be noted here that the force acts over an area and is not limited to a single point. The two actuation voltages can advantageously be the same. One advantage of this type of circuit is that there is less interference in the evaluation of the capacitive signal at an output of a measuring circuit (evaluation circuit). Although a part of the total capacity swing can no longer be used, the formation of the difference between the capacities can result in a signal that can be directly related to the deflection of the mirror device (membrane) and less
stark von Parasitärkapazitäten beeinflusst wird. Darüber hinaus kann das System unempfindlicher werden gegenüber eingekoppelten elektrischen Störungen.is strongly influenced by parasitic capacities. In addition, the system can become less sensitive to electrical interference.
Diese werden im Idealfall perfekt unterdrückt. Ideally, these are perfectly suppressed.
Fig. lb zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Interferometereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. Lb shows a schematic plan view of an interferometer device according to an embodiment of the present invention.
Die Interferometereinrichtung 1 kann in Draufsicht auf eine Ebene der The interferometer device 1 can in plan view on a plane of
Spiegeleinrichtungen (SP1; SP2) als eine kreisrunde Interferometereinrichtung 1 mit kreisrunden Spiegeleinrichtungen SP1; SP2, einem kreisrunden Substrat (vorteilhaft einem kreisrunden Ausschnitt des Substrats) mit einer Oberseite O und mit einer kreisrunden ersten Aktuierungselektrode ALI und einer kreisrunden zweiten Aktuierungselektrode AL2 ausgestaltet sein, wobei die erste Mirror devices (SP1; SP2) as a circular interferometer device 1 with circular mirror devices SP1; SP2, a circular substrate (advantageously a circular section of the substrate) with an upper side O and with a circular first actuation electrode ALI and a circular second actuation electrode AL2, the first
Aktuierungselektrode ALI lateral (radial) innerhalb der zweiten Actuation electrode ALI laterally (radially) within the second
Aktuierungselektrode AL2 und vorteilhaft um einen radialen Versatz b von der zweiten Aktuierungselektrode AL2 nach innen beabstandet sein kann. Hierbei können auch die freigestellten Bereiche der Spiegeleinrichtungen, insbesondere der optische Bereich und der für eine Lichttransmission oder Lichtfilterung vorgesehen Mittelbereich MB kreisrund sein und von einer kreisrunden Actuation electrode AL2 and can advantageously be spaced inwardly from the second actuation electrode AL2 by a radial offset b. In this case, the exposed areas of the mirror devices, in particular the optical area and the central area MB provided for light transmission or light filtering, can also be circular and a circular area
Randstruktur RS lateral vollständig umlaufen werden. Die Aktuierungselektroden können durchgehend ohne Unterbrechungen und mit einer gleichen radialen Dicke über einen azimutalen Winkel f ausgeformt sein. Das Substrat und die Aktuierungselektroden können auch von einer kreisrunden Form abweichen. Edge structure RS can be completely circumvented laterally. The actuation electrodes can be formed continuously without interruptions and with the same radial thickness over an azimuthal angle f. The substrate and the actuation electrodes can also deviate from a circular shape.
Fig. 2 zeigt eine elektronische Schaltung zur Auswertung einer Kapazität. Die Schaltung des Operationsverstärkers kann so gewählt werden, dass die Spannung am Eingang des Operationsverstärkers auf null Volt (0V) gehalten werden kann. Die Ausgangsspannung Vout kann proportional zum Strom der über die Kapazitäten CI und Cref (feste Referenzkapazität einer Fig. 2 shows an electronic circuit for evaluating a capacitance. The circuit of the operational amplifier can be chosen so that the voltage at the input of the operational amplifier can be kept at zero volts (0V). The output voltage Vout can be proportional to the current of the capacitances CI and Cref (fixed reference capacitance of a
Auswerteschaltung) in die Schaltung fließt sein. Die Angelegten Evaluation circuit) flows into the circuit. The created
Auswertungsspannungen UAusl und UAus2 sind vorteilhaft gegenläufig (d.h. von gleicher Amplitude aber inverser Phase). Sind die Kapazitäten Cref und CI identisch groß, dann gleichen sich die Ströme aus den beiden Quellen der Auswertespannungen vorteilhaft exakt aus, Vout ist dann bei 0V. Ist CI größer oder kleiner als Cref, so ergibt sich ein effektiver Strom in die Schaltung und Vout unterscheidet sich von 0V. Evaluation voltages UAusl and UAus2 are advantageous in opposite directions (i.e. of the same amplitude but inverse phase). If the capacitances Cref and CI are of identical size, then the currents from the two sources of the evaluation voltages advantageously equalize each other exactly, Vout is then at 0V. If CI is greater or less than Cref, the result is an effective current in the circuit and Vout differs from 0V.
In einer vorteilhaften Auslegung entspricht Cref exakt der Kapazität CI im Ruhezustand (der Spiegelposition) womit Vout auf 0V sinken kann, was die Auswertung besonders einfach macht. Dies muss aber nicht zwingend so sein, da CI auf dem MEMS-Chip, Cref aber typischerweise im Auswerteschaltkreis liegt, und beide unkorreliert in der Fertigung variieren können. In diesem Fall bleibt in Ruhelage eine gewisse Restspannung Vout unvermeidlich und muss in der Auswerteschaltung durch eine Kalibrierung abgezogen werden. In an advantageous design, Cref corresponds exactly to the capacitance CI in the idle state (the mirror position), which means that Vout can drop to 0V, which makes the evaluation particularly easy. This does not have to be the case, however, since CI is on the MEMS chip, but Cref is typically in the evaluation circuit, and both can vary uncorrelated in production. In this case, a certain residual voltage Vout remains unavoidable in the rest position and must be deducted in the evaluation circuit by a calibration.
Der erste elektrisch leitende Bereich ELI und die erste Aktuierungselektrode ALI können die erste Kapazität CI bilden und der erste elektrisch leitende Bereich ELI und die zweite Aktuierungselektrode AL2 können die zweite Kapazität C2 bilden. Die Kapazität C2 geht vorteilhaft nicht ins elektrische Ausgangssignal der Schaltung ein. Die zur Aktuierung an C2 angelegte Steuerspannung Uakt kann völlig unabhängig von der Messung der Kapazität CI sein. The first electrically conductive area ELI and the first actuation electrode ALI can form the first capacitance CI and the first electrically conductive area ELI and the second actuation electrode AL2 can form the second capacitance C2. The capacitance C2 is advantageously not included in the electrical output signal of the circuit. The control voltage Uakt applied to C2 for actuation can be completely independent of the measurement of the capacitance CI.
Bei einer Veränderung der Abstände zwischen den Spiegeleinrichtungen und der Aktuierungselektroden können sich, etwa durch unterschiedliche If the distances between the mirror devices and the actuation electrodes change, for example by different
Aktuationsspannungen, die Teilbereiche der ersten Spiegeleinrichtung SP1 über den Aktuierungselektroden unterschiedlich verändern, was zu einer Actuation voltages that change subregions of the first mirror device SP1 differently over the actuation electrodes, resulting in a
unterschiedlichen Änderung der ersten Kapazität CI und der zweiten Kapazität C2 führen kann. Eine Änderung der Kapazität kann vorteilhaft als ein Maß der Auslenkung erkannt werden. Die Messung der ersten Kapazität CI oder deren Änderung kann durch die angelegten Auswertungsspannungen UAusl und UAus2 erfolgen, wobei der erste Bereich ELI an einen negativen Eingang eines Operationsverstärkers Op geschaltet werden kann, und vorteilhaft auf ein Masse- Potential gelegt werden kann. Die Schaltung kann einen CU-Wandler darstellen. (Kapazität zu Spannung Wandler, beispielsweise einer different changes in the first capacitance CI and the second capacitance C2 can result. A change in the capacitance can advantageously be recognized as a measure of the deflection. The measurement of the first capacitance CI or its change can be done by the applied evaluation voltages UAusl and UAus2 take place, wherein the first area ELI can be connected to a negative input of an operational amplifier Op, and can advantageously be connected to a ground potential. The circuit can represent a CU converter. (Capacity to voltage converter, for example one
Beschleunigungsauswertung entsprechend). Die beiden Acceleration evaluation accordingly). The two
Auswertungsspannungen UAusl und UAus2 können dann auf einer Evaluation voltages UAusl and UAus2 can then be used on a
Aktuationsspannung, welche jeweils an den Aktuierungselektroden anliegt, aufmoduliert werden, und an der ersten Aktuierungselektrode ALI invertiert zur ersten Auswertungsspannung UAusl angelegt werden. Actuation voltage, which is applied in each case to the actuation electrodes, are modulated, and applied to the first actuation electrode ALI in an inverted manner to the first evaluation voltage UAusl.
Eine solche Schaltung kann einer Auswertung von Beschleunigungssensoren entsprechen. Das am Ausgang erhaltene Ausgangssignal Vout kann eine Wechselspannung sein, welche proportional zur Differenz der beiden Such a circuit can correspond to an evaluation of acceleration sensors. The output signal Vout obtained at the output can be an alternating voltage which is proportional to the difference between the two
Kapazitäten CI und Cref sein kann. Durch eine Referenzkapazität Cref, etwa in der Steuereinrichtung (welche einen ASIC umfassen kann) kann eine Aussage über die Änderung der Kapazität CI getroffen werden. Verglichen mit einem bekannten unausgelenkten Ruhezustand kann die Änderung des ersten Capacities can be CI and Cref. A statement about the change in the capacitance CI can be made using a reference capacitance Cref, for example in the control device (which can include an ASIC). Compared to a known undeflected state of rest, the change in the first
Abstands und dann des tatsächlichen Abstands zwischen den beiden Distance and then the actual distance between the two
Spiegeleinrichtungen ermittelt werden. Der Referenzkondensator Cref kann vorteilhaft einen gleichen Wert aufweisen wie die erste Kapazität im Mirror devices are determined. The reference capacitor Cref can advantageously have the same value as the first capacitance im
unausgelenkten Zustand. undeflected state.
Mit dem Widerstand RFB und dem Kondensator CFB wird eine Rückkopplung des Operatorverstärkers angedeutet. A feedback of the operator amplifier is indicated with the resistor RFB and the capacitor CFB.
Fig. 3 zeigt eine elektronische Schaltung zur Auswertung der Kapazität zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und den Aktuierungselektroden für eine Fig. 3 shows an electronic circuit for evaluating the capacitance between the first mirror device and the actuation electrodes for a
Interferometereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Interferometer device according to an embodiment of the present invention.
Zur Ermittlung einer Differenz der Änderung der ersten und der zweiten Kapazität CI und C2 zueinander kann hierbei an der ersten Aktuierungselektrode ALI eine erste Auswertungsspannung UAusl und an der zweiten Aktuierungselektrode AL2 eine zweite Auswertungsspannung UAus2 angelegt werden, welche jeweils eine Wechselspannung umfasst und wobei die erste Auswertungsspannung UAusl zur zweiten Auswertungsspannung UAus2 gegengepolt sein kann. Die erste Auswertungsspannung UAusl und die zweite Auswertungsspannung UAus2 können in inverser Phase sein, wobei beide Auswertungsspannungen der Aktuationsspannung UAkt an den jeweiligen Aktuierungselektroden aufmoduliert werden können. To determine a difference between the change in the first and second capacitance CI and C2, a first evaluation voltage UAusl can be applied to the first actuation electrode ALI and a second evaluation voltage UAus2, which each comprises an alternating voltage and the first evaluation voltage, can be applied to the second actuation electrode AL2 UAusl can have opposite polarity to the second evaluation voltage UAus2. The first evaluation voltage UAusl and the second evaluation voltage UAus2 can be in inverse phase, with both evaluation voltages being able to be modulated on the actuation voltage UAct at the respective actuation electrodes.
Aus einer Bewegung der ersten Spiegeleinrichtung und somit einer Änderung der Kapazitäten CI und C2 kann mittels der Auswertungsschaltung direkt ein differentielles Signal Vout erzeugt werden, was ein verbessertes Signal-Rausch- Verhältnis zur einzelnen Messung der ersten Kapazität (nach Figur 2) aufweisen kann. Eventuell in der Auswertungsspannung UAusl und/oder UAus2 A differential signal Vout can be generated directly by means of the evaluation circuit from a movement of the first mirror device and thus a change in capacitances CI and C2, which can have an improved signal-to-noise ratio for the individual measurement of the first capacitance (according to FIG. 2). Possibly in the evaluation voltage UAusl and / or UAus2
vorhandene Störungen durch elektrisch eingekoppelte Signale können durch die Differenz der Signale ausgeglichen werden, vorteilhaft sich durch differentielle Auswertung aufheben. Da beide Kapazitäten CI und C2 verwendet werden, kann auf eine zusätzliche Referenzkapazität verzichtet werden. Der erste Bereich El wird wiederum auf ein Massepotential (0V) am Operationsverstärker Op gezogen. Das am Ausgang erhaltenen Ausgangssignal Vout kann eine Any interference caused by electrically coupled signals can be compensated for by the difference in the signals, advantageously canceling each other out through differential evaluation. Since both capacitances CI and C2 are used, there is no need for an additional reference capacitance. The first area El is in turn pulled to a ground potential (0V) at the operational amplifier Op. The output signal Vout obtained at the output can be a
Wechselspannung sein, welche proportional zur Differenz der beiden AC voltage which is proportional to the difference between the two
Kapazitäten CI und C2 sein kann. Die erste und zweite Kapazität CI und C2 können in Ruhelage vorteilhaft gleich sein, können jedoch auch verschieden sein. Der Unterschied kann über eine Asymmetrie der beiden Capacities can be CI and C2. The first and second capacitance CI and C2 can advantageously be the same in the rest position, but can also be different. The difference may be about an asymmetry of the two
Auswertungsspannungen oder durch nachträgliches Abziehen einer Evaluation voltages or by subsequently removing a
Festspannung kompensiert werden. Die Amplitude der ersten Fixed voltage can be compensated. The amplitude of the first
Auswertungsspannung UAusl kann sich von der Amplitude der zweiten Evaluation voltage UAusl can differ from the amplitude of the second
Auswertungsspannung UAus2 entsprechend unterscheiden. Differentiate the evaluation voltage UAout2 accordingly.
Darüber hinaus kann das Auswertesystem unempfindlicher gegenüber eingekoppelten elektrischen Störungen werden. Diese können im Idealfall vollständig unterdrückt werden. In addition, the evaluation system can be made less sensitive to electrical interference. Ideally, these can be completely suppressed.
Die Auswertungsspannungen können jeweils eine Wechselspannung umfassen, wobei eine Frequenz oberhalb zumindest der ersten mechanischen The evaluation voltages can each include an alternating voltage, with a frequency above at least the first mechanical
Resonanzfrequenz der Spiegeleinrichtung (erste) sein sollte, an welcher die Auswertungsspannung angelegt werden kann (erste und/oder zweite). Dadurch kann es vorteilhaft verhindert werden, zumindest größtenteils, dass die Auswertungsspannungen zu unerwünschten Aktuierungen (Bewegungen etwa senkrecht zur Spiegeloberfläche) führen können. Hierbei kann die The resonance frequency of the mirror device (first) should be to which the evaluation voltage can be applied (first and / or second). This can advantageously prevent, at least for the most part, that the Evaluation voltages can lead to undesired actuations (movements approximately perpendicular to the mirror surface). Here the
Interferometereinrichtung, insbesondere die erste Spiegeleinrichtung, derart ausgelegt werden, dass sich die Interferometereinrichtung oder zumindest die erste Spiegeleinrichtung in einem mechanisch aperiodisch oder überkritisch gedämpften Zustand befindet. Dadurch kann eine mechanische Schwingung durch die Auswertungsspannung als mechanische Störung weiter verringert werden. Die Auswertungsspannung kann bei einer Überlagerung der Interferometer device, in particular the first mirror device, are designed in such a way that the interferometer device or at least the first mirror device is in a mechanically aperiodically or supercritically damped state. As a result, a mechanical oscillation as a mechanical disturbance can be further reduced by the evaluation voltage. The evaluation voltage can be superimposed on the
Aktuationsspannung eine aufmodulierte Detektionsspannung an der Actuation voltage is a modulated detection voltage on the
Aktuierungselektroden (oder zwischen der Aktuierungselektrode und dem ersten leitfähigen Bereich) darstellen. Durch eine entsprechende Wahl der Größe der Auswertungsspannungen, vorteilhaft möglichst gering, kann eine durch die Auswertungsspannungen an der Spiegeleinrichtung ausgelöste elektrostatische Kraft vorteilhaft möglichst geringgehalten werden. Hierbei kann vorteilhaft ein Kompromiss zwischen gewünschter Signalamplitude der Represent actuation electrodes (or between the actuation electrode and the first conductive area). By appropriately selecting the size of the evaluation voltages, advantageously as small as possible, an electrostatic force triggered by the evaluation voltages on the mirror device can advantageously be kept as low as possible. A compromise between the desired signal amplitude can be advantageous here
Auswertungsspannungen und somit eines Messsignals Vout für die Kapazität oder deren Änderung und dem ungewünschten elektromechanischen Effekt eingenommen werden. Evaluation voltages and thus a measurement signal Vout for the capacitance or its change and the undesired electromechanical effect are taken.
Der Effektivwert der Aktuationsspannung als Wechselspannung kann als eine zusätzliche Aktuierung betrachtet und von der Ansteuerungsschaltung kompensiert werden. The effective value of the actuation voltage as alternating voltage can be viewed as an additional actuation and compensated for by the control circuit.
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Interferometereinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 shows a schematic plan view of an interferometer device according to a further exemplary embodiment of the present invention.
Die Interferometereinrichtung 1 kann in Draufsicht auf eine Ebene der The interferometer device 1 can in plan view on a plane of
Spiegeleinrichtungen (SP1; SP2) als eine kreisrunde Interferometereinrichtung 1 mit kreisrunden Spiegeleinrichtungen SP1; SP2, einem kreisrunden Substrat mit einer Oberseite O und mit kreisrunden Aktuierungselektroden ALI und AL2 ausgestaltet sein. Hierbei können auch die freigestellten Bereiche der Mirror devices (SP1; SP2) as a circular interferometer device 1 with circular mirror devices SP1; SP2, a circular substrate with an upper side O and with circular actuation electrodes ALI and AL2. The cut-out areas of the
Spiegeleinrichtungen, insbesondere der optische Bereich und der für eine Lichttransmission oder Lichtfilterung vorgesehene Mittelbereich MB kreisrund sein und von einer kreisrunden Randstruktur RS lateral vollständig umlaufen werden. Die Aktuierungselektroden ALI und AL2 können durchgehend ohne Unterbrechungen und mit einer gleichen radialen Dicke über einen azimutalen Winkel f ausgeformt sein. Mirror devices, in particular the optical area and the central area MB provided for light transmission or light filtering, can be circular and are completely laterally encompassed by a circular edge structure RS. The actuation electrodes ALI and AL2 can continuously without Interruptions and be formed with the same radial thickness over an azimuthal angle f.
Im Unterschied zu Fig. lb kann eine der Aktuierungselektroden ALI oder AL2 oder beide Aktuierungselektroden in mehrere Teilsegmente (ALla; AL2b; In contrast to FIG. 1b, one of the actuation electrodes ALI or AL2 or both actuation electrodes can be divided into several subsegments (ALla; AL2b;
AL2n) unterteilt sein, welche voneinander beabstandet sein können oder aneinander angrenzen können (nicht gezeigt). Die Teilsegmente ALla; ALlb; ...; AL2n können jeweils an die gleiche oder an unterschiedliche AL2n), which can be spaced from one another or can be adjacent to one another (not shown). The subsegments ALla; ALlb; ...; AL2n can either be the same or different
Aktuationsspannungen anlegbar sein. Bei Unebenheiten der ersten oder zweiten Spiegeleinrichtung können unterschiedliche Aktuationsspannungen an Actuation voltages can be applied. In the case of unevenness in the first or second mirror device, different actuation voltages can occur
Teilsegmente ALla; ALlb; ...; AL2n der Aktuierungselektroden ALI und/oder AL2 angelegt werden und Unebenheiten in der ersten Spiegeleinrichtung SP1 gemessen und derart beim Aktuieren kompensiert werden, so dass unter Aktuierung die erste Spiegeleinrichtung SP1 im Mittelbereich MB parallel zur zweiten Spiegeleinrichtung SP2 ausgelenkt und positioniert werden kann. Subsegments ALla; ALlb; ...; AL2n of the actuation electrodes ALI and / or AL2 are applied and unevennesses in the first mirror device SP1 are measured and compensated during actuation so that the first mirror device SP1 can be deflected and positioned in the central area MB parallel to the second mirror device SP2 when actuated.
Alternativ oder zusätzlich kann auch der erste leitende Bereich ELI Teilsegmente umfassen. As an alternative or in addition, the first conductive region can also comprise ELI subsegments.
Die Elektroden können so segmentiert werden, um die Auslenkung der The electrodes can be segmented in order to reduce the deflection of the
Spiegeleinrichtung (erste) örtlich aufzulösen, um so eventuell eingebaute Asymmetrien durch die Aufbau- und Verbindungstechnik oder Toleranzen, beispielsweise im Herstellungsprozess der Interferometereinrichtung, ausgleichen zu können. Vorteilhaft können so auch mehrere Segmente zusammengeschalten werden. Ein weiterer Vorteil an dieser Stelle kann eine Möglichkeit der Anpassung der Absolutwerte der Kapazitäten im Falle von großflächigen FPIs (Fabry-Perot-Interferometern) sein um den To resolve the mirror device (first) locally in order to be able to compensate for any built-in asymmetries due to the construction and connection technology or tolerances, for example in the manufacturing process of the interferometer device. Several segments can also be interconnected in this way. Another advantage at this point can be the possibility of adapting the absolute values of the capacitances in the case of large-area FPIs (Fabry-Perot interferometers)
Dynamikumfang einer bereits existenten Auswerteschaltung (z.B. in Form eines ASICs) besser ausfüllen zu können. To be able to better fill the dynamic range of an already existing evaluation circuit (e.g. in the form of an ASIC).
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild von Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. FIG. 5 shows a schematic block diagram of method steps of a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Interferometereinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 einer erfindungsgemäßen Interferometereinrichtung; ein Anlegen S2 einer Aktuationsspannung zwischen der ersten Aktuierungselektrode und dem ersten elektrisch leitenden Bereich und zwischen der zweiten In the method for operating an interferometer device, an interferometer device according to the invention is provided S1; an application of an actuation voltage between the first actuation electrode and S2 the first electrically conductive area and between the second
Aktuierungselektrode und dem ersten elektrisch leitenden Bereich durch die Steuereinrichtung und ein Aktuieren der ersten Spiegeleinrichtung; ein Anlegen S3 einer Auswertungsspannung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Aktuierungselektrode und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode durch die Actuation electrode and the first electrically conductive region by the control device and actuating the first mirror device; an application S3 of an evaluation voltage between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and between the first electrically conductive area and the second actuation electrode by the
Steuereinrichtung. Des Weiteren erfolgt ein Bestimmen S4 einer Differenz einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der ersten Aktuierungselektrode und einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich und der zweiten Aktuierungselektrode durch dieControl device. Furthermore, a determination S4 of a difference between a change in capacitance between the first electrically conductive area and the first actuation electrode and a change in capacitance between the first electrically conductive area and the second actuation electrode takes place by the
Steuereinrichtung oder gegen eine feste Referenzkapazität einer Control device or against a fixed reference capacitance
Auswerteschaltung; und ein Bestimmen S5 des ersten Abstands zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung aus der Differenz der Kapazitätsänderungen gegenüber einem unausgelenkten Zustand der beiden Spiegeleinrichtungen. Evaluation circuit; and determining S5 the first distance between the first mirror device and the second mirror device from the difference between the changes in capacitance compared to an undeflected state of the two mirror devices.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Although the present invention is based on the preferred
Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Embodiment has been fully described above, it is not limited to it, but can be modified in many ways.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Interferometereinrichtung (1) umfassend 1. Interferometer device (1) comprising
ein Substrat (2) mit einer Randstruktur (RS), welche auf dem Substrat (2) angeordnet ist, und in Draufsicht auf eine Oberseite (O) des Substrats (2) einen optischen Bereich (OB) über dem Substrat (2) zumindest teilweise lateral umläuft; eine erste Spiegeleinrichtung (SP1), welche sich zumindest im optischen Bereich (OB) über dem Substrat (2) und dieses überspannend erstreckt und welche an der Randstruktur (RS) verankert ist; a substrate (2) with an edge structure (RS) which is arranged on the substrate (2), and in plan view of an upper side (O) of the substrate (2) an optical area (OB) above the substrate (2) at least partially runs laterally; a first mirror device (SP1) which extends at least in the optical region (OB) above the substrate (2) and spans it and which is anchored to the edge structure (RS);
eine zweite Spiegeleinrichtung (SP2), welche sich zumindest im optischen Bereich (OB) über dem Substrat (2) und über der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) und diese überspannend erstreckt und welche an der Randstruktur (RS) verankert ist, wobei die erste und zweite Spiegeleinrichtung (SP1; SP2) im optischen Bereich (OB) freigestellt sind; a second mirror device (SP2) which extends at least in the optical area (OB) above the substrate (2) and above the first mirror device (SP1) and spans this and which is anchored to the edge structure (RS), the first and second Mirror device (SP1; SP2) are free in the optical area (OB);
eine erste Aktuierungselektrode (ALI), welche auf dem Substrat (2) angeordnet ist und einen Mittelbereich (MB) des optischen Bereichs (OB) zumindest teilweise lateral umläuft; a first actuation electrode (ALI) which is arranged on the substrate (2) and at least partially laterally runs around a central region (MB) of the optical region (OB);
eine zweite Aktuierungselektrode (AL2), welche auf dem Substrat (2) angeordnet ist und lateral außerhalb der ersten Aktuierungselektrode (ALI) angeordnet ist, und wobei die erste Spiegeleinrichtung (SP1) zumindest über der ersten und zweiten Aktuierungselektrode (ALI; AL2) einen ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) umfasst; und a second actuation electrode (AL2) which is arranged on the substrate (2) and is arranged laterally outside the first actuation electrode (ALI), and wherein the first mirror device (SP1) has a first at least above the first and second actuation electrodes (ALI; AL2) electrically conductive region (ELI) comprises; and
eine Steuereinrichtung (SE), welche mit der ersten und zweiten a control device (SE), which with the first and second
Aktuierungselektrode (ALI; AL2) und dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (SE) dazu eingerichtet ist, eine Aktuationsspannung (UAkt) zwischen der ersten Aktuierungselektrode (ALI) und dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) und dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) anzulegen und eine Auswertungsspannung (UAus) zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der ersten Aktuierungselektrode (ALI) und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) anzulegen und bei einem Aktuieren der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) aus einer Differenz einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der ersten Aktuierungselektrode (ALI) und/oder einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) oder gegen eine feste Referenzkapazität (Cref) einer Auswerteschaltung einen ersten Abstand (dl2) zwischen der ersten Actuation electrode (ALI; AL2) and the first electrically conductive area (ELI) is electrically connected, the control device (SE) being set up to apply an actuation voltage (UAct) between the first actuation electrode (ALI) and the first electrically conductive area (ELI) and to apply the second actuation electrode (AL2) and the first electrically conductive area (ELI) and an evaluation voltage (UAus) between the first electrically conductive area (ELI) and the first actuation electrode (ALI) and between the first electrically conductive area (ELI) and of the second actuation electrode (AL2) and when the first mirror device (SP1) is actuated from a difference in a change in capacitance between the first electrically conductive region (ELI) and the first actuation electrode (ALI) and / or a Change in capacitance between the first electrically conductive area (ELI) and the second actuation electrode (AL2) or a first distance (dl2) between the first against a fixed reference capacitance (Cref) of an evaluation circuit
Spiegeleinrichtung (SP1) und der zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) zu bestimmen. To determine mirror device (SP1) and the second mirror device (SP2).
2. Interferometereinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinrichtung (SE) eine Auswerteschaltung umfasst, durch welche zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der ersten Aktuierungselektrode (ALI) eine erste Auswertungsspannung (UAusl) und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) eine zweite 2. Interferometer device (1) according to claim 1, in which the control device (SE) comprises an evaluation circuit through which a first evaluation voltage (UAusl) and between the first electrically between the first electrically conductive area (ELI) and the first actuation electrode (ALI) conductive area (ELI) and the second actuation electrode (AL2) a second
Auswertungsspannung (UAus2) anlegbar ist, welche jeweils eine Wechselspannung umfasst und wobei die erste Auswertungsspannung (UAusl) zur zweiten Evaluation voltage (UAus2) can be applied, which each comprises an alternating voltage and wherein the first evaluation voltage (UAusl) to the second
Auswertungsspannung (UAus2) gegengepolt ist. Evaluation voltage (UAus2) has opposite polarity.
3. Interferometereinrichtung (1) nach Anspruch 2, bei welcher die Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, eine Differenz einer Änderung einer ersten Kapazität (CI) und einer Änderung einer zweiten Kapazität (C2) zu ermitteln, wobei der erste elektrisch leitende Bereich (ELI) und die erste Aktuierungselektrode (ALI) die erste Kapazität (CI) bilden und der erste elektrisch leitende Bereich (ELI) und die zweite 3. Interferometer device (1) according to claim 2, in which the evaluation circuit is set up to determine a difference between a change in a first capacitance (CI) and a change in a second capacitance (C2), the first electrically conductive region (ELI) and the first actuation electrode (ALI) form the first capacitance (CI) and the first electrically conductive area (ELI) and the second
Aktuierungselektrode (AL2) die zweite Kapazität (C2) bilden. Actuation electrode (AL2) form the second capacitance (C2).
4. Interferometereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die 4. Interferometer device (1) according to one of claims 2 to 3, wherein the
Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, die erste Auswertungsspannung (UAusl) und die zweite Auswertungsspannung (UAus2) mit der Aktuationsspannung (UAkt) zu überlagern. Evaluation circuit is set up to superimpose the first evaluation voltage (UAusl) and the second evaluation voltage (UAus2) with the actuation voltage (UAct).
5. Interferometereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der erste elektrisch leitende Bereich (ELI) einen Kreisring über der ersten 5. Interferometer device (1) according to one of claims 1 to 4, in which the first electrically conductive region (ELI) has a circular ring above the first
Aktuierungselektrode (ALI) und über der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) umfasst oder der gesamten Ausdehnung der zugehörigen Spiegeleinrichtung entspricht. Actuation electrode (ALI) and above the second actuation electrode (AL2) or corresponds to the entire extent of the associated mirror device.
6. Interferometereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die erste Aktuierungselektrode (ALI) und/oder die zweite Aktuierungselektrode (AL2) mehrere Teilsegmente (ALla; AL2a; ...; ALln; AL2n) umfasst, welche jeweils an die gleiche oder an unterschiedliche Aktuationsspannungen (UAkt) anlegbar sind. 6. Interferometer device (1) according to one of claims 1 to 5, in which the first actuation electrode (ALI) and / or the second actuation electrode (AL2) comprises several subsegments (ALla; AL2a; ...; ALln; AL2n), which respectively to the the same or different actuation voltages (UAct) can be applied.
7. Verfahren zum Betreiben einer Interferometereinrichtung (1) umfassend die Schritte: 7. A method for operating an interferometer device (1) comprising the steps:
Bereitstellen (Sl) einer Interferometereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; Providing (Sl) an interferometer device (1) according to one of claims 1 to 6;
Anlegen (S2) einer Aktuationsspannung (UAkt) zwischen der ersten Aktuierungselektrode (ALI) und dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und zwischen der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) und dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) durch die Steuereinrichtung (SE) und Aktuieren der ersten Spiegeleinrichtung (SP1); Application (S2) of an actuation voltage (UAkt) between the first actuation electrode (ALI) and the first electrically conductive area (ELI) and between the second actuation electrode (AL2) and the first electrically conductive area (ELI) by the control device (SE) and actuation the first mirror device (SP1);
Anlegen (S3) einer Auswertungsspannung (UAus) zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der ersten Aktuierungselektrode (ALI) und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der zweiten Application (S3) of an evaluation voltage (UAus) between the first electrically conductive area (ELI) and the first actuation electrode (ALI) and between the first electrically conductive area (ELI) and the second
Aktuierungselektrode (AL2) durch die Steuereinrichtung (SE); Actuation electrode (AL2) by the control device (SE);
Bestimmen (S4) einer Differenz einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der ersten Aktuierungselektrode (ALI) und/oder einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) oder gegen eine feste Referenzkapazität (Cref) einer Auswerteschaltung durch die Steuereinrichtung (SE); und Determining (S4) a difference in a change in capacitance between the first electrically conductive region (ELI) and the first actuation electrode (ALI) and / or a change in capacitance between the first electrically conductive region (ELI) and the second actuation electrode (AL2) or against a fixed reference capacitance (Cref) an evaluation circuit by the control device (SE); and
Bestimmen (S5) des ersten Abstands (dl2) zwischen der ersten Determination (S5) of the first distance (dl2) between the first
Spiegeleinrichtung (SP1) und der zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) aus der Mirror device (SP1) and the second mirror device (SP2) from the
Differenz der Kapazitätsänderungen gegenüber einem unausgelenkten Zustand der beiden Spiegeleinrichtungen (SP1; SP2). Difference in the changes in capacitance compared to an undeflected state of the two mirror devices (SP1; SP2).
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der ersten Aktuierungselektrode (ALI) eine erste 8. The method according to claim 7, wherein between the first electrically conductive region (ELI) and the first actuation electrode (ALI) a first
Auswertungsspannung (UAusl) und zwischen dem ersten elektrisch leitenden Bereich (ELI) und der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) eine zweite Evaluation voltage (UAusl) and a second between the first electrically conductive area (ELI) and the second actuation electrode (AL2)
Auswertungsspannung (UAus2) angelegt wird, welche jeweils eine Evaluation voltage (UAus2) is applied, each of which is a
Wechselspannung umfasst und wobei die erste Auswertungsspannung (UAusl) zur zweiten Auswertungsspannung (UAus2) gegengepolt ist. Comprises alternating voltage and wherein the first evaluation voltage (UAusl) has opposite polarity to the second evaluation voltage (UAus2).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem eine Differenz einer Änderung einer ersten Kapazität (CI) und einer Änderung einer zweiten Kapazität (C2) ermittelt wird, wobei der erste elektrisch leitende Bereich (ELI) und die erste Aktuierungselektrode (ALI) die erste Kapazität (CI) bilden und der erste elektrisch leitende Bereich (ELI) und die zweite Aktuierungselektrode (AL2) die zweite Kapazität (C2) bilden. 9. The method according to claim 8, wherein a difference between a change in a first capacitance (CI) and a change in a second capacitance (C2) is determined, wherein the first electrically conductive area (ELI) and the first actuation electrode (ALI) form the first capacitance (CI) and the first electrically conductive area (ELI) and the second actuation electrode (AL2) form the second capacitance (C2).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei welchem unterschiedliche 10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein different
Aktuationsspannungen (UAkt) an Teilsegmente (ALla; AL2a; ...; ALln; AL2n ) der ersten Aktuierungselektrode (ALI) und/oder der zweiten Aktuierungselektrode (AL2) angelegt werden und Unebenheiten in der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) derart beim Aktuieren kompensiert werden, so dass unter Aktuierung die erste Actuation voltages (UAkt) are applied to subsegments (ALla; AL2a; ...; ALln; AL2n) of the first actuation electrode (ALI) and / or the second actuation electrode (AL2) and unevenness in the first mirror device (SP1) is compensated for during actuation so that under actuation the first
Spiegeleinrichtung (SP1) im Mittelbereich (MB) parallel zur zweiten Mirror device (SP1) in the central area (MB) parallel to the second
Spiegeleinrichtung (SP2) ausgelenkt und positioniert wird. Mirror device (SP2) is deflected and positioned.
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