電容傳感裝置的制造方法
【專利摘要】一電容傳感裝置(300)包括耦合于多個串聯電容組(C01，C02)的多個感測電路(310，510)。串聯電容組(C02)中的每個電容(C31，C41)具有設置于一微掃描器(100，200)的一掃描板(40)或一平衡環(70)上一可動電極(431，441)和設置于一基底(10)中一腔體(20)的一側壁(30)上的固定電極(131，142)。掃描版(40)或平衡環(70)的偏轉導致串聯電容組(C01，C02)電容值的變化。多個感測電路(310，510)輸出對應于串聯電容組(C01，C02)電容的多個電壓值。電容傳感裝置(300)的輸出信號為一反饋電路提供掃描器(100，200)投射激光束的角度信息。
【專利說明】
電容傳感裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種傳感裝置，尤其涉及一種用于微掃描器的角度位移感測的電容傳感裝置。
【背景技術】
[0002]在激光微投影裝置中，MEMS微掃描系統(MicroElectronic Mechanical System，微電機系統)通常為一雙軸微電機系統，微掃描系統的一掃描板在掃描過程中沿第一軸轉動以形成一行內復數個像素，及一平衡環沿與第一軸垂直的第二軸轉動以形成復數個像素行，以投射出包含圖像像素信息的投影光束。為確保所輸出投影畫面的準確性，采用光傳感器對激光光源發出的激光信號進行感測，采用角度位移傳感器對掃描板及平衡環在轉動過程中的角度位移信號進行感測，并將上述感測信號反饋至MEMS微掃描系統的圖像信號調制單元，圖像信號調制單元的信號同步模塊根據反饋信號驗證投影圖像像素信息的一致性。
[0003]當前激光微投影裝置中，對MEMS微掃描器系統的掃描板或平衡環轉動的角度位移的感測一般采用在微掃描系統的掃描板兩邊設置與平衡環連接的內扭力臂，以及平衡環的兩邊與基底連接處設置外扭力臂，內扭力臂與外扭力臂互相垂直。通過在內扭力臂及外扭力臂的下方設置壓電材料，兩個扭力臂在掃描板及平衡環轉動過程中所產生的扭力，通過壓電效應輸出相應電壓信號。該電壓信號相應于掃描板及平衡環在第一軸和第二軸轉動的角度位移信息。
[0004]MEMS微掃描系統中，兩個轉動軸所設置的扭力臂在一定程度上限制了掃描板及平衡環轉動角度位移，以至于影響投影輸出畫面的像素大小及所顯示畫面的分辨率。因此，為進一步增強投影圖像的分辨率大小，在設計上可以考慮取消限制掃描板及平衡環轉動角度位移幅度的扭力臂。在MEMS微掃描系統取消扭力臂設置，掃描盤或平衡環沿第一軸轉動及第二軸方向轉動的角位移信息則無法通過壓電效應的方式進行感測。
[0005]為滿足既適用于MEMS微掃描系統，同時掃描板或平衡環繞第一軸和第二軸轉動過程中微掃描器能有效對掃描并投射出的投影光束進行有效地調整，確保投影光束的準確性，提出一種適用于多種應用環境的電容傳感裝置是本發明的宗旨。
【發明內容】
[0006]本發明目的為提供一電容傳感裝置，所述電容傳感裝置用于MEMS微掃描器(簡稱“微掃描器”)，所述電容傳感裝置對微掃描器的掃描板及平衡環的轉動位移進行感測并輸出一電壓感測信號。
[0007]根據本發明一基本特征，所述電容傳感裝置位于一微掃描器內，所述微掃描器具有位于一基底的一腔體內的一掃描板。所述腔體具有包圍所述掃描板的一側壁。所述掃描板具有一第一表面及相對于所述第一表面的一第二表面。所述掃描板設定為響應一驅動以繞一第一軸轉動和與所述第一軸垂直的一第二軸轉動，所述腔體具有一側壁。
[0008]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置包括一第一電容，一第二電容，一第一導電體以及一第一感測電路。所述第一電容包括一可動電極，設置于掃描板的第一表面上，位于第一軸的一第一邊，并距第一軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。所述第二電容包括一可動電極，設置于掃描板的第二表面上，位于第一軸的與第一邊相對的一第二邊，并距第一軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極，所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。
[0009]根據本發明的另一特征，所述第一導電體耦合于第一電容的可動電極與第二電容的可動電極，使得第一電容與第二電容構成一第一串聯電容組。所述第一導電體可設置于掃描板的第一表面或第二表面上，或者嵌入所述掃描板內。
[0010]根據本發明的另一特征，所述第一感測電路具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與第二輸入端分別耦合于第一電容的固定電極及第二電容的固定電極。所述第一感測電路設定為產生對應于所述第一串聯電容組的一電容值的一第一電壓值至輸出端輸出。
[0011]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置還包括一第三電容和一第四電容，一第二導電體及一第二感測電路。所述第三電容包括一可動電極，設置于掃描板的第一表面上，位于第一軸的第二邊，并距第一軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極，所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。所述第四電容包括一可動電極，設置于掃描板的第二表面上，位于第一軸的第一邊，并距第一軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極，所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。
[0012]根據本發明的另一特征，所述第二導電體耦合于第三電容的可動電極與第四電容的可動電極，使得第三電容與第四電容構成一第二串聯電容組。
[0013]根據本發明的另一特征，所述第二感測電路具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，第一輸入端與第二輸入端分別親合于第三電容的固定電極及第四電容的固定電極。所述第二感測電路設定為產生對應于所述第二串聯電容組的一電容值的一第二電壓值至輸出端輸出。
[0014]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置還包括一第一差動放大電路。所述第一差動放大電路具有一第一輸入端及一第二輸入端，第一輸入端親合于第一感測電路的輸出端，第二輸入端耦合于第二感測電路的輸出端。所述差動放大電路設定為輸出一電壓值，該電壓值對應于第一電壓值及第二電壓值。
[0015]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置在掃描板的第二軸方向的第一邊及第二邊上還分別設置有一第三電容和一第四電容，一第二導電體及一第二感測電路。所述第三電容包括一可動電極，設置于掃描板的第一表面上，位于第二軸的一第一邊，并距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極，所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。所述第四電容包括一可動電極，設置于掃描板的第二表面上，位于第二軸的與所述第一邊相對的一第二邊，并距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。
[0016]根據本發明的另一特征，所述第二導電體耦合于第三電容的可動電極與第四電容的可動電極，使得第三電容與所述第四電容構成一第二串聯電容組。
[0017]根據本發明的另一特征，所述第二感測電路具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，第一輸入端與第二輸入端分別親合于第三電容的固定電極及第四電容的固定電極。所述感測電路設定為產生對應于所述第三串聯電容組的一電容值的一第二電壓值至輸出端輸出。
[0018]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置在掃描板的第二軸方向的第二邊及第一邊上還分別設置有一第五電容和一第六電容，一第三導電體及一第三感測電路。所述第五電容包括一可動電極，設置于掃描板的第一表面上，位于第二軸的第二邊，并距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極，所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。所述第六電容包括一可動電極，設置于掃描板的第二表面上，位于第二軸的第一邊，并距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。
[0019]根據本發明的另一特征，所述第三導電體耦合于第五電容的可動電極與第六電容的可動電極，使得第五電容與第六電容構成一第三串聯電容組。
[0020]根據本發明的另一特征，所述第三感測電路具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端。第一輸入端與第二輸入端分別親合于第五電容的固定電極及第六電容的固定電極。所述第三感測電路設定為產生對應于所述第三串聯電容組的一電容值的一第三電壓值至所述輸出端輸出。
[0021]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置還包括一第二差動放大電路。所述第二差動放大電路具有一第一輸入端及一第二輸入端。所述第一輸入端耦合于第二感測電路的輸出端，所述第二輸入端耦合于第三感測電路的輸出端。所述差動放大電路設定為輸出一電壓值，所述電壓值對應于第二電壓值及第三電壓值。
[0022]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置還包括一平衡環，所述平衡環位于基底的腔體內并包圍掃描板。所述平衡環具有一第一表面及相對于第一表面的一第二表面，且所述平衡環通過至少一扭力臂與掃描板連接。其中，掃描板設定為繞平行于至少一扭力臂的第一軸轉動，所述平衡環設定為繞垂直于第一軸的第二軸轉動。
[0023]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置包括掃描板在第一軸方向的第一邊及第二邊上設置的第一電容和第二電容，還包括平衡環在第二軸方向的第一邊及與第一邊相對的第二邊上設置的一第三電容和一第四電容，一第二導電體及一第二感測電路。所述第三電容包括一可動電極，設置于平衡環的第一表面上，位于第二軸的一第一邊，并距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。所述第四電容包括一可動電極，設置于平衡環的第二表面上，位于第二軸的第二邊，并距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。
[0024]根據本發明的另一特征，所述第二導電體耦合于第三電容的可動電極與第四電容的可動電極，使得第三電容與第四電容構成一第二串聯電容組。
[0025]根據本發明的另一特征，所述第二感測電路具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端。第一輸入端與第二輸入端分別親合于第三電容的固定電極及第四電容的固定電極。所述感測電路設定為產生對應于所述第二串聯電容組的一電容值的一第二電壓值至輸出端輸出。
[0026]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置的平衡環在第二軸方向的第二邊及第一邊上還設置有一第五電容和一第六電容，一第三導電體及一第三感測電路。所述第五電容包括一可動電極，設置于平衡環的第一表面上，位于第二軸的第二邊，并距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。所述第六電容包括一可動電極，設置于平衡環的第二表面上，位于第二軸的第一邊，且距第二軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底的腔體的側壁上并鄰近所述可動電極，所述可動電極與所述固定電極在平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。
[0027]根據本發明的另一特征，所述第三導電體耦合于第五電容的可動電極與第六電容的可動電極，使得第五電容與第六電容構成一第三串聯電容組。
[0028]根據本發明的另一特征，所述第三感測電路具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端。第一輸入端與第二輸入端分別親合于第五電容的固定電極及第六電容的固定電極。所述感測電路設定為產生對應于所述第三串聯電容組的一電容值的一第三電壓值至輸出端輸出。
[0029]根據本發明的另一特征，所述電容傳感器還包括一第一差動放大電路。所述第一差動放大電路具有一第一輸入端及一第二輸入端。第一輸入端耦合于第二感測電路的輸出端，第二輸入端耦合于第三感測電路的輸出端。所述第一差動放大電路設定為輸出一電壓值，所述電壓值對應于所述第二電壓值及所述第三電壓值。
[0030]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置的掃描板在第一軸方向的第二邊及第一邊上還設置有一第五電容和一第六電容，一第三導電體及一第三感測電路。所述第五電容包括一可動電極，設置于掃描板的第一表面上，位于第一軸的第二邊，并距第一軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。所述第六電容包括一可動電極，設置于掃描板的第二表面上，位于第一軸的第一邊，且距第一軸一距離處。以及一固定電極，設置于基底的腔體的側壁上并鄰近所述可動電極。所述可動電極與所述固定電極在掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積。
[0031]根據本發明的另一特征，所述第三導電體耦合于第五電容的可動電極與第六電容的可動電極，使得第五電容與第六電容構成一第三串聯電容組。
[0032]根據本發明的另一特征，所述第三感測電路具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端。第一輸入端與第二輸入端分別親合于第五電容的固定電極及第六電容的固定電極。所述感測電路設定為產生對應于所述第三串聯電容組的一電容值的一第三電壓值至所述輸出端輸出。
[0033]根據本發明的另一特征，所述電容傳感裝置還包括一第二差動放大電路。所述第二差動放大電路具有一第一輸入端及一第二輸入端。第一輸入端耦合于第一感測電路的所述輸出端。第二輸入端耦合于第三感測電路的所述輸出端。所述差動放大電路設定為輸出一電壓值，所述電壓值對應于所述第一電壓值及所述第三電壓值。
【附圖說明】
[0034]圖1是描述根據本發明一實施例的一微掃描器的俯視圖；
[0035]圖2不意性地顯不了圖1所不的微掃描器中的一場磁體和裝于一掃描板的一磁體之間的關系；
[0036]圖3是沿圖1所示微掃描器B-B線的一剖面圖，描述根據本發明一實施例的電容設置結構；
[0037]圖4是描述根據本發明一實施例的一電容傳感裝置的一感測電路的基本框圖；
[0038]圖5是描述根據本發明一實施例的一電容傳感裝置的另一感測電路的基本框圖；
[0039]圖6是描述根據本發明一實施例的一差動放大電路的基本電路圖；
[0040]圖7是圖1所示微掃描器沿A-A線的剖面圖，描述根據本發明一實施例的電容設置結構；
[0041]圖8是描述據本發明一實施例的一電容傳感裝置的又一感測電路的基本框圖；
[0042]圖9是描述本發明一實施例的一電容傳感裝置的另外一感測電路的基本框圖；
[0043]圖10是描述根據本發明一實施例的另一差動放大電路的基本電路圖；
[0044]圖11是描述為根據本發明另一實施例的一微掃描器的俯視圖；
[0045]圖12是圖11所示微掃描器沿A-A線的一剖面圖，描述根據本發明另一實施例的電容設置結構；以及
[0046]圖13是圖11所示微掃描器沿B-B線的一剖面圖，描述根據本發明另一實施例的電容設置結構。
【具體實施方式】
[0047]在此，參照附圖對本發明的不同實施例闡述如下，在附圖中，以相同的附圖標記表示各個圖中相似結構或具有類似功能的元件。需要注意的是，附圖旨在便于闡述本發明的優選實施例。它們并不旨在對本發明進行詳盡描述，或對本發明的范圍有所限定。另外，附圖并不一定表示實際尺寸和比例關系。此外，可以理解的是，諸如頂部、底部、上、下、左、右、前、后、垂直、水平等詞語是為了參照附圖便于描述本發明的不同元素。它們并不旨在對本發明的不同元素的方向或各元素之間的空間關系有所限定。
[0048]本發明提供了一種用來感測在微掃描器中的一浮動掃描板或一浮動平衡環的角位移的一電容傳感裝置，以此來判定被投影的圖像和輸入視頻信號之間的一致性，從而有效地對掃描并投射出的投影光束進行有效地調整，進而確保投影光束的準確性。電容傳感裝置的輸出信號可以提供給包含該微掃描器的投影裝置的一反饋電路。根據本發明，具有一電容傳感裝置的一微掃描器能夠實現高頻率、高分辨率、大角度的掃描，并且該電容傳感裝置可為微掃描器的正常并穩定的操作提供一反饋機制。
[0049]圖1是不意性地描述包含一掃描板40的一微掃描器100的一俯視圖。舉例而言，微掃描器100通過半導體制造工藝在一半導體晶片上制成。例如，該半導體晶片可以是塊狀硅(Bulk Silicon)晶片或絕緣襯底上的娃(SOI ,Silicon on Insulator)晶片。圖1僅示出了作為一半導體基底10的半導體晶片的一部分。一腔體20形成于基底10的一頂部主表面11內。根據一實施例，腔體20是位于基底10的一通孔，該通孔具有一側壁30。根據另一實施例，腔體20是位于基底10的一凹陷部分或一凹槽，該凹陷部分或凹槽具有一側壁30和與側壁30連接的一底部(未示出于附圖中)。
[0050]圖2示意性地顯示了圖1所示的微掃描器100中的一場磁體42和裝于掃描板40的一磁體36之間的關系。在微掃描器100的一制造過程中，在微掃描器100中的掃描板40通過一個或多個細薄桿件(未示出于附圖中)與基底10物理連接。物理連接將掃描板40保持在腔體20內。在場磁體42被裝配圍繞基底10后，其在腔體20內產生磁場41，且磁體36懸浮于磁場41中。微掃描器100中的掃描板40能夠位于或靠近平衡位置45處懸浮于腔體20內。此時，可以用短促且猛烈的氣流來斷開微掃描器100中的掃描板40和基底10之間的物理連接，并從腔體20內消除斷開連接的殘余物質。
[0051]圖3是示意性地顯示如圖1所示的具有電容傳感裝置的微掃描器100沿B-B線的剖視圖。如圖1和圖3所示，一掃描板40位于腔體20內，并被側壁30包圍。掃描板40具有一頂面401及相對于頂面401的一底面402。一反射鏡50設置于掃描板40的頂面401上。根據本發明一優選實施例，反射鏡50包括沉積于掃描板40的頂面401的一鉑金反射面。一閉合電路線圈60設置于掃描板40的頂面401。根據本發明的一優選實施例，閉合電路線圈60為具有一導電材料(例如，金，銅，鋁或前述材料任意組合)的一閉合電路繞組。顯然地，根據本發明的技術方案，閉合電路線圈60也可以設置在掃描板40的底面402。
[0052 ]如圖1至圖3所示，磁體36可以包括與掃描板40基本共形的一環形磁體。此外，磁體36優選地在磁體36內產生與掃描板40的底面402基本垂直的一磁場37。微掃描器100還包括一個或多個鄰近于基底10的場磁體42。場磁體42可以設置在基底10之上，之下和/或周圍。場磁體42在腔體20內產生圍繞著掃描板40的一磁場41。磁場41具有垂直于掃描板40的頂面401 (或底面402)的一垂直分量和平行于掃描板40的頂面401 (或底面402)的一水平分量。
[0053]根據本發明，磁場41的垂直分量在基底10的腔體20內是非均勻的。根據一實施例，非均勻的磁場41的垂直分量的方向與磁場37在磁體36內的方向相同，并在腔體20內的一位置45處達到一最大強度。根據另一實施例，非均勻的磁場41的垂直分量的方向與磁場37在磁體36內的方向相反，且在腔體15內的一位置45處達到一最小強度。在位置45處，磁場41的垂直分量向磁體36施加一零磁合力。當設置于掃描板40的磁體36偏離位置45時，非均勻的磁場41的垂直分量朝位置45方向向磁體36施加一合力，從而推動磁體36返回至位置45。因此，當掃描板40位于腔體20中的位置45時，其處于一穩定的平衡狀態。
[0054]在此，圖2示出的磁體36和場磁體42的設置僅是為了通過一實施例來具體闡述微掃描器100的掃描板40懸浮于腔體20中的原理。然而，圖2所示的磁體36和場磁體42的設置并非是使得微掃描器100的掃描板40懸浮于腔體20中的唯一實施方式。顯然地，分別將場磁體和/或磁體的磁北極和磁南極采用與圖2所示的場磁體42及磁體36的磁北極和磁南極相反設置也能夠實現掃描板40在腔體20內的懸浮。具體內容可以參閱
【申請人】于2016年3月31提交的，申請號為201610195818.2，名稱為“具有浮動平衡環的微掃描器，以及包含該微掃描器的激光投影裝置”及申請號201610195832.2，名稱為“具有浮動掃描板的微掃描器及包含該微掃描器的激光投影裝置”的兩項發明專利申請。
[0055]如圖3所示的閉合電路線圈60包括一個具有多匝的閉合電路線圈。基于本發明的技術方案，線圈60可以包括一閉合電路線圈或若干閉合電路線圈，每一線圈具有一Bi或多匝圈數。在線圈60包括一個以上的閉合電路線圈的實施例中，不同的線圈可以設置在掃描板40的不同部位。
[0056]當微掃描器100未工作或未處于掃描操作時，優選地，掃描板40的頂面401平行于基底10的一主表面11。在一掃描操作中，掃描板40設定為響應一驅動信號以繞一第一軸轉動以及繞與第一軸垂直的一第二軸轉動，掃描板40相對于基底10的主表面11的方向隨著時間而變化。這樣的變化體現了掃描板40離開其平衡位置的角位移。感測掃描板40的角位移便能夠提供投影視頻圖像中的像素位置的相關信息。
[0057]如圖3所示，根據本發明的一實施例，一電容傳感裝置300包括沿沿圖1中所示B-B線對角線設置的一電容Cll和一電容C21。其中，電容Cll包括一可動電極411和一固定電極111。可動電極411設置于掃描板40的頂面401上，位于第一軸(即與A-A線重合的一軸)的第一邊(圖3所示掃描板40的左半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極111設置于基底10的腔體20的側壁30上，并且鄰近于可動電極411。可動電極411和固定電極111在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。相同地，電容C21包括一可動電極421和一固定電極122。可動電極421設置于掃描板40的底面402上，位于第一軸的與第一邊相對的一第二邊(圖3所示掃描板40的右半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極122設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極421。可動電極421和固定電極122在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。在其它實施例中，電容Cll和/或電容C21可以不沿B-B線設置，也就是說，電容Cl I和/或電容C21可以偏離B-B線設置。例如，電容Cl I可以設置在如圖1所示的B-B線下方且A-A線左邊的區域(但不在A-A線上)，電容C21則可以設置在如圖1所示的B-B線上方且A-A線右邊的區域(但不在A-A線上)。當然，沿B-B線對角線設置的兩個電容使得電容傳感裝置的感測掃描板角位移的精確程度更高。根據本發明，電容Cl I的固定電極111既可以設置在鄰接基底10的主表面11的側壁30上(如圖3所示)，也可以設置在基底10的主表面11的延展面上，即電容Cll的固定電極111的水平面與基底10的主表面11齊平。
[0058]電容傳感裝置還包括耦合于電容Cll的可動電極411和電容C21的可動電極421的一導電體(未示出于附圖中)，以此使得電容Cll和電容C21構成的一第一串聯電容組Cd。在此，導電體可以是埋設于掃描板40內的一導線或一導電膠條。本領域的技術人員可以根據掃描板的尺寸或材質等實際情況對導電體進行選擇和設定。
[0059]繼續參閱圖1和圖3，電容傳感裝置還包括電容C31和電容C41，兩者也沿B-B線對角線設置。其中，電容C31包括一可動電極431和一固定電極121，可動電極431設置于掃描板40的頂面401上，位于第一軸的第二邊(圖3所示掃描板40的右半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極121設置于基底10的腔體20的側壁30上，并且鄰近于可動電極431。可動電極431和固定電極121在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。同樣地，電容C41包括一可動電極441和一固定電極112，可動電極441設置于掃描板40的底面402上，位于第一軸的第一邊(圖3所示掃描板40的左半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極112設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極441。可動電極441和固定電極112在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。在其他實施例中，電容C31和/或電容C41可以不沿B-B線設置，也就是說，電容C31和/或電容C41也可以偏離B-B線設置。當然，沿B-B線對角線設置的兩個電容使得電容傳感裝置的感測掃描板角位移的精確性更高。根據本發明，電容C31的固定電極121可以如圖3所示設置在鄰接基底10的主表面11的側壁30上，還可以設置在基底10的主表面11上，即電容C31的固定電極121的水平面與基底10的主表面11齊平。
[0060]電容傳感裝置還包括耦合于電容C31的可動電極431和電容C41的可動電極441的另一導電體(未示出于附圖中)，以此使得電容C31和電容C41構成的一第二串聯電容組Co2。在此，導電體可以是埋設于掃描板40內的一導線或一導電膠條。本領域的技術人員可以根據掃描板的尺寸或材質等實際情況對導電體進行選擇和設定。
[0061]圖4示意性地描述根據本發明一實施例的一電容傳感裝置300的一感測電路310。如圖3和圖4所示，根據本發明的一實施例，電容傳感裝置300包括一第一感測電路310，其具有一第一輸入端311，一第二輸入端313，及一輸出端，第一輸入端311與第二輸入端313分別耦合于電容Cll的固定電極111及電容C21的固定電極122，從而將由電容Cll和電容C21構成的第一串聯電容組Col親合于一電感LI，構成一振蕩電路。振蕩電路親合于一振蕩器315構成一諧振電路。諧振電路產生一具有特定頻率的電流信號。一限幅放大器317耦合于該諧振電路的輸出端，并對其輸出的電流信號進行穩幅放大，確保輸出具有特定頻率的電流信號。一鑒頻器319耦合于限幅放大器317的輸出端，并根據其所輸出的電流信號確定一頻率信號，并將該頻率信號轉換為第一電壓值Vl并輸出。
[0062]圖5示意性地描述根據本發明一實施例的一電容傳感裝置300的另一感測電路510。如圖3和圖5所示，根據本發明的一實施例，電容傳感裝置300還包括一第二感測電路510，其具有一第一輸入端511，一第二輸入端513及一輸出端，第一輸入端511與第二輸入端513分別耦合于電容C31的固定電極121及電容C41的固定電極112。由電容C31和電容C41構成的第二串聯電容組Co2親合于一電感L2，構成一振蕩電路。振蕩電路親合于一振蕩器515構成一諧振電路。諧振電路產生一具有特定頻率的電流信號。一限幅放大器517耦合于該諧振電路的輸出端，并對其輸出的電流信號進行穩幅放大，確保輸出具有特定頻率的電流信號。一鑒頻器519耦合于限幅放大器517的輸出端，并根據其所輸出的電流信號確定一頻率信號，并將該頻率信號轉換為第二電壓值V2并輸出。
[0063]電容C11，C21，C31，C41用來感測掃描板40繞沿圖1所示A-A線的第一軸的轉動。另夕卜，與由電容Cll和電容C21構成的第一串聯電容組Cd耦合的第一感測電路310設定為產生對應于第一串聯電容組Col的一電容值的第一電壓值VI，與由電容C31和電容C41構成的第二串聯電容組Co2耦合的第二感測電路510設定為產生對應于第二串聯電容組Co2的一電容值的第二電壓值V2 ο在繞第一軸轉動過程中，電容Cl I，C21，C31，C41的可動電極與固定電極之間的覆蓋面積會發生變化，而這一變化將使得由電容Cl I和電容C21構成的第一串聯電容組Cd以及由電容C31和電容C41構成的第二串聯電容組Co2的電容值發生變化，由此使得第一感測電路310輸出的第一電壓值Vl和第二感測電路510輸出的第二電壓值V2也產生相應的變化。電容Cl I，C21，C31，C41的可動電極與固定電極之間覆蓋面積的大小表明了掃描板40相對于基底10的主表面11繞A-A線的第一軸的角位移。
[0064]圖6為本發明實施例的一差動放大電路410的基本電路圖。根據本發明的實施例，第一感測電路310輸出第一電壓值VI，第二感測電路510輸出第二電壓值V2。電容傳感裝置300還包括一差動放大電路410，以有效地放大差模輸入信號，降低干擾信號的影響以提高感測精度和可靠性。第一串聯電容組Cd對應第一電壓值VI，第二串聯電容組Co2對應的第二電壓值V2。差動放大電路410具有一第一輸入端421及一第二輸入端422。第一電壓值Vl和第二電壓值V2分別耦合至差動放大電路410的第一輸入端421和第二輸入端422。本發明實施例中，兩個輸入端電壓值Vl和V2，設定以差模信號耦合到差動放大電路410。在差模信號耦合方式下，第一電壓值Vl和第二電壓值V2中的其中一路電壓信號的相位與另一路電壓信號的相位正好相反。基于本發明的技術方案，在初始設置電容時，可以對第一電壓值Vl所對應的第一串聯電容組Cd以及第二電壓值V2所對應的第二串聯電容組Co2進行調整，以使得第一串聯電容組Co I對應輸出的第一電壓值VI及第二串聯電容組Co2對應輸出的第二電壓值V2變化幅度大致相等，相位大致相反。例如，調整電容C11，C21，C31，C41中可動電極與固定電極之間覆蓋面積和距離。第一電壓值Vl和第二電壓值V2之間的差值即為差動放大電路410的有效輸入信號。該有效輸入信號經過電路阻抗Rl，R2，R3，R4和運算放大器A的放大后，輸出一電壓值Vol。電壓值Vol對應于第一電壓值Vl和第二電壓值V2的差值，并且是這兩個電壓輸入信號差值經放大后的數值。
[0065]另外，微掃描器100包括一圖像信號處理器，其具有一信號同步模塊(圖中未示出)。電容傳感裝置300的輸出的電壓信號反饋至同步模塊。在繞第一軸的轉動過程中。信號處理器根據反饋信號進行調整掃描板40的角位，從而保證微掃描器100在第一軸轉動過程中掃描并投射出的投影光束方向的準確性。
[0066]根據本發明的技術方案，僅設置如圖3所示的電容ClI，C21或電容C31，C41也能感測掃描板40繞沿圖1所示A-A線的第一軸的角位移。同時具有電容Cll，C21和電容C31，C41的電容傳感裝置300的感測精確度感測精確度一般會高于于只具有電容CU，C21或電容C31，C41的電容傳感裝置的300。然而，由于微掃描器100的體積很小，因此在其內部設置越多電容，制造難度越大，生產成本也會大幅度地提高。鑒于此，本領域的技術人員應當綜合感測精確度、制造難易程度及生產投入等多方面因素，在電容傳感裝置中設置相應數量的電容。
[0067]圖7是示意性地顯示微掃描器100沿如圖1所示A-A線的剖視圖。根據本發明的一實施例，電容傳感裝置300包括沿A-A線對角線設置的電容C32和電容C42。其中，電容C32包括一可動電極432和一固定電極131。可動電極432設置于掃描板40的頂面401上，位于一第二軸(即與B-B線重合的一軸)的第一邊(圖7所示掃描板40的左半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極131設置于基底10的腔體20的側壁30上，并且鄰近于可動電極432。可動電極432和固定電極131在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。相同地，電容C42包括一可動電極442和一固定電極142，可動電極442設置于掃描板40的底面402上，位于第二軸的第二邊(圖7所示掃描板40的右半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極142設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極442。可動電極442和固定電極142在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。在其他實施例中，電容C32和/或電容C42可以不沿A-A線設置，也就是說，電容C32和/或電容C42可以偏離A-A線設置。例如，電容C32可以設置在如圖1所示的A-A線下方且B-B線左邊的區域(但不在B-B線上)，電容C42則可以設置在如圖1所示的A-A線上方且B-B線右邊的區域(但不在B-B線上)。當然，沿A-A線對角線設置的兩個電容使得電容傳感裝置的感測掃描板角位移的精確性更好。根據本發明，電容C32的固定電極131既可以設置在鄰接基底10的主表面11的側壁30上(如圖7所示)，也可以設置在基底10的主表面11的延展面上，即電容C32的固定電極131的水平面與基底10的主表面11齊平。
[0068]電容傳感裝置300還包括耦合于電容C32的可動電極432和電容C42的可動電極442的一導電體(未示出于附圖中)，以此使得電容C32和電容C42構成的一第三串聯電容組Co3。在此，導電體可以是埋設于掃描板40內的一導線或一導電膠條。本領域的技術人員可以根據掃描板的尺寸或材質等實際情況對導電體進行選擇和設定。
[0069]繼續參閱圖1和圖7，電容傳感裝置300還包括電容C51和電容C61，兩者也沿A-A線對角線設置。其中，電容C51包括一可動電極451和一固定電極141，可動電極451設置于掃描板40的頂面401上，位于第二軸的第二邊(圖7所示掃描板40的右半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極141設置于基底10的腔體20的側壁30上，并且鄰近于可動電極451。可動電極451和固定電極141在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。同樣地，電容C61包括一可動電極461和一固定電極132，可動電極461設置于掃描板40的底面402上，位于第二軸的第一邊(圖7所示掃描板40的左半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極132設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極461。可動電極461和固定電極132在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。在其他實施例中，電容C51和/或電容C61可以不沿A-A線設置，也就是說，電容C51和/或電容C61可以偏離A-A線設置。當然，沿A-A線對角線設置的兩個電容使得電容傳感裝置的感測掃描板角位移的精確性更高。根據本發明，電容C51的固定電極141既可以設置在鄰接基底10的主表面11的側壁30上(如圖7所示)，也可以設置在基底10的主表面11的延展面上，即電容C51的固定電極141的水平面與基底10的主表面11齊平。
[0070]電容傳感裝置300還包括耦合于電容C51的可動電極451和電容C61的可動電極461的另一導電體(未示出于附圖中)，以此使得電容C51和電容C61構成的一第四串聯電容組Co4。在此，導電體可以是埋設于掃描板40內的一導線或一導電膠條。本領域的技術人員可以根據掃描板的尺寸或材質等實際情況對導電體進行選擇和設定。
[0071]圖8示意性地描述根據本發明一實施例的一電容傳感裝置300的又一感測電路710。如圖7和圖8所示，根據本發明的一實施例，電容傳感裝置300包括感測電路710，其具有一第一輸入端711，一第二輸入端713及一輸出端，第一輸入端711與第二輸入端713分別親合于電容C32的固定電極131及電容C42的固定電極142。由電容C32和電容C42構成第三串聯電容組Co3親合于一電感L3，構成一振蕩電路。振蕩電路親合于一振蕩器715構成一諧振電路。諧振電路產生一具有特定頻率的電流信號。一限幅放大器717耦合于該諧振電路的輸出端，并對其輸出的電流信號進行穩幅放大，確保輸出具有特定頻率的電流信號。一鑒頻器719耦合于限幅放大器717的輸出端，并根據其所輸出的電流信號確定一頻率信號，并將該頻率信號轉換為第三電壓值V3并輸出。
[0072]圖9示意性地描述本發明一實施例的一電容傳感裝置300的另外一感測電路910。如圖7和圖9所示，根據本發明的一實施例，電容傳感裝置300包括感測電路910，其具有一第一輸入端911，一第二輸入端913及一輸出端，第一輸入端911與第二輸入端913分別親合于電容C51的固定電極141及電容C61的固定電極132。由電容C51和電容C61構成第三串聯電容組Co4親合于一電感L4，構成一振蕩電路。振蕩電路親合于一振蕩器915構成一諧振電路。諧振電路產生一具有特定頻率的電流信號。一限幅放大器917耦合于該諧振電路的輸出端，并對其輸出的電流信號進行穩幅放大，確保輸出具有特定頻率的電流信號。一鑒頻器919耦合于限幅放大器917的輸出端，并根據其所輸出的電流信號確定一頻率信號，并將該頻率信號轉換為第四電壓值V4并輸出。
[0073]電容032，042，051，061用來感測掃描板40繞沿圖1所示8-8線的第二軸的轉動。另夕卜，與由電容C32和電容C42構成的第三串聯電容組Co3耦合的第三感測電路710設定為產生對應于第三串聯電容組Co3的一電容值的第三電壓值V3，與由電容C51和電容C61構成的第四串聯電容組Co4耦合的第四感測電路910設定為產生對應于第四串聯電容組Co4的一電容值的第四電壓值V4ο在繞第二軸轉動過程中，電容C32，C42，C51，C61的可動電極與固定電極之間的覆蓋面積會發生變化，而這一變化將使得由電容C32和電容C42構成的第三串聯電容組Co3以及由電容C51和電容C61構成的第四串聯電容組Co4的電容值發生變化，由此使得第三感測電路710輸出的第三電壓值V3和第四感測電路910輸出的第四電壓值V4也產生相應的變化。電容C32，C42，C51，C61的可動電極與固定電極之間覆蓋面積的大小表明了掃描板40相對于基底10的主表面11繞第二軸的角位移。
[0074]圖10示意性地描述根據本發明一實施例的另一差動放大電路810。根據本發明的實施例，第三感測電路710輸出第三電壓值V3，第四感測電路910輸出第四電壓值V4。電容傳感裝置300還包括差動放大電路810，以有效地放大差模輸入信號，降低干擾信號的影響。第三串聯電容組Co3對應第三電壓值V3，第四串聯電容組Co4對應的第二電壓值V4。差動放大電路810具有一第一輸入端821及一第二輸入端822。第三電壓值V3和第四電壓值V4分別耦合至差動放大電路810的第一輸入端821和第二輸入端822。本發明實施例中，兩個輸入端電壓值V3和V4，設定以差模信號耦合到差動放大電路810。在差模信號耦合方式下，第三電壓值V3和第四電壓值V4中的其中一路電壓信號的相位與另一路電壓信號的相位相反。基于本發明的技術方案，在初始設置電容時，可以對第三電壓值V3所對應的第三串聯電容組Co3以及第四電壓值V4所對應的第四串聯電容組Co4進行調整，以使得第三串聯電容組Co3對應輸出的第三電壓值V3及第四串聯電容組Co4對應輸出的第四電壓值V4相近或相同。例如，調整電容〇32，042，051，061的可動電極與固定電極之間覆蓋面積，或者調整電容032，042，051，〇61的可動電極與固定電極之間的距離。第三電壓值V3和第四電壓值V4之間的差值即為差動放大電路810的有效輸入信號。該有效輸入信號經過電路阻抗1?5，1?6，1?7，1?8和運算放大器4’的放大后，輸出一電壓值Vo2。電壓值Vo2對應于第三電壓值V3和第四電壓值V4的差值，并且是這兩個電壓輸入信號差值經放大后的數值。
[0075]根據本發明的技術方案，僅設置如圖7所示的電容C32，C42或電容C51，C61也能感測掃描板40繞沿圖1所示B-B線的第二軸的角位移。當然，只具有電容C32，C42或電容C51，C61的電容傳感裝置的感測精確度肯定低于同時具有電容C32，C42和電容C51，C61的電容傳感裝置的感測精確度。根據本發明的一實施例，在電容傳感裝置中可以僅設置第一串聯電容組Cd (即電容Cl I，C21)或第二串聯電容組Co2(C31，C41)以感測掃描板40繞沿圖1所示A-A線的第一軸的角位移，并且僅第三串聯電容組Co3(即電容C32，C42)或第四串聯電容組Co4(即電容C51，C61)以感測掃描板40繞沿圖1所示B-B線的第二軸的角位移。根據本發明的另一實施例，在電容傳感裝置中可以僅設置第一串聯電容組Col(即電容Cll，C21)或第二串聯電容組Co2(即電容C31，C41)以感測掃描板40繞沿圖1所示A-A線的第一軸的角位移，且同時第三串聯電容組Co3(即電容C32，C42)和第四串聯電容組Co4(即電容C51，C61)以感測掃描板40繞沿圖1所示B-B線的第二軸的角位移。根據本發明的又一實施例，在電容傳感裝置中可以同時設置第一串聯電容組Cd (即電容Cl I，C21)和第二串聯電容組Co2 (即電容C31，C41)以感測掃描板40繞沿圖1所示A-A線的第一軸的角位移，且僅第三串聯電容組Co3 (即電容C3 2，C42)或第四串聯電容組Co4(即電容C51，C61)以感測掃描板40繞沿圖1所示B-B線的第二軸的角位移。根據本發明的一優選實施例，在電容傳感裝置中可以同時設置第一串聯電容組Col(即電容C11，C21)和第二串聯電容組Co2(即電容C31，C41)以感測掃描板40繞沿圖1所示A-A線的第一軸的角位移，且同時第三串聯電容組Co3(即電容C32，C42)和第四串聯電容組Co4(即電容C51，C61)以感測掃描板40繞沿圖1所示B-B線的第二軸的角位移。基于此，本領域技術人員可以綜合感測精確度、制造難易程度及成本投入等多方面因素，對電容傳感裝置中的電容數量進行相應的選擇和設置。
[0076]圖11示意性地描述根據本發明另一實施例的一微掃描器200的結構。圖12和圖13分別是圖11所示的微掃描器沿A-A線和沿B-B線的剖面圖。由于圖11所示的微掃描器200的結構與圖1所示的微掃描器100的結構相似，最主要的不同之處在于:圖11所示的微掃描器200還包括一平衡環70。在此，在圖11的微掃描器200中與圖1的微掃描器100中的相同或相似部件以相同的附圖標記標出。通過實施例來說明，微掃描器200通過半導體制造工藝制成在一半導體晶片上制成。例如，該晶片可以是硅體(B u I k S i I i c ο η)晶片或絕緣底上的硅(SOI)晶片。圖11至圖13示出了作為一半導體基底10的半導體晶片的一部分。一腔體20形成于基底10的一頂部主表面11內。根據一實施例，腔體20是位于基底10的一通孔，該通孔具有如圖12所示的一側壁30。本實施例的微掃描器200中的電容傳感裝置還包括平衡環70。平衡環70位于基底10的腔體20內并包圍掃描板40。平衡環70通過扭力臂26，28與掃描板40連接。掃描板40設定為繞平行于扭力臂26，28的一第一軸(即與A-A線重合的一軸)轉動，平衡環70設定為繞垂直于第一軸的一第二軸(即與B-B線重合的一軸)轉動。
[0077]圖11所示的扭力臂26，28是直的且具有與掃描板40和平衡環24相同的厚度。應理解的是，這并不旨在限制本發明的范圍。根據本發明的不同實施例，扭力臂26，28可以具有諸如彎曲或蛇形等不同形狀，并且在不同的截面具有不同的寬度。此外，扭力臂26，28還可以具有不同的厚度。對扭力臂的形狀、寬度及厚度進行選擇可滿足扭力臂不同的質量分布、剛度和其他機械性能的要求。例如，根據本發明的一可選實施例，如圖12所示的扭力臂26，28的厚度小于掃描板40和平衡環70的厚度。
[0078]根據本發明一優選實施例，掃描板40，平衡環70及扭力臂26，28采用與基底10相同的半導體材料制成。一反射鏡面50位于掃描板40的頂面401上。平衡環70具有一第一表面701及相對第一表面701的一第二表面702，一線圈60位于平衡環70的第一表面701上。根據本發明一優選實施例，反射鏡50包括沉積于掃描板40的頂面401的一鉑金反射面。一閉合電路線圈60設置于平衡環70的第一表面701。根據本發明的一優選實施例，線圈60包括具有一導電材料(例如，金，銅或鋁等)的一閉合電路繞組。
[0079]如圖11和圖13所示，根據本發明的一實施例，電容傳感裝置包括沿B-B線對角線設置的電容Cll和電容C21。其中，電容Cll包括一可動電極411和一固定電極111，可動電極411設置于掃描板40的頂面401上，位于第一軸的第一邊(圖13所示掃描板40的左半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極111設置于基底10的腔體20的側壁30上，并且鄰近于可動電極411。可動電極411和固定電極111在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。相同地，電容C21包括一可動電極421和一固定電極122，可動電極421設置于掃描板40的底面402上，位于第一軸的第二邊(圖13所示掃描板40的右半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極122設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極421。可動電極421和固定電極122在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。在其他實施例中，電容CU和/或電容C21可以不沿B-B線設置，也就是說，電容Cll和/或電容C21可以偏離B-B線設置。例如，電容Cll可以設置在如圖11所示的B-B線上方且A-A線左邊的區域(但不在A-A線上)，電容C21則可以設置在如圖11所示的B-B線下方且A-A線右邊的區域(但不在A-A線上)。當然，沿B-B線對角線設置的兩個電容使得電容傳感裝置的感測掃描板角位移的精確性更為可靠。根據本發明，電容Cll的固定電極111可以設置在基底10的主表面11的延展面上(如圖13所示)，即電容Cll的固定電極111的水平面與基底10的主表面11齊平，還可以設置在距基底10的主表面11 一距離的側壁30上。
[0080]如圖11和12所示，根據本發明的一實施例，電容傳感裝置包括沿A-A線對角線設置的電容C31和電容C41。其中，電容C31包括一可動電極431和一固定電極131，可動電極431設置于平衡環70的第一表面701上，位于第二軸的第一邊(圖12所示平衡環70的左半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極111與基底10的主表面11齊平，并且鄰近于可動電極431。可動電極431和固定電極131在平衡環70靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。同樣地，電容C41包括一可動電極441和一固定電極142，可動電極441設置于平衡環70的第二表面702上，位于第二軸的第二邊(圖12所示平衡環70的右半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極142設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極441。可動電極441和固定電極142在平衡環70靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。在其他實施例中，電容C31和/或電容C41可以不沿A-A線設置，也就是說，電容C31和/或電容C41可以偏離A-A線設置。當然，沿A-A線對角線設置的兩個電容使得電容傳感裝置的感測掃描板角位移的精確性更為精準。根據本發明，電容C31的固定電極131可以設置在基底10的主表面11的延展面上(如圖12所示)，即電容C31的固定電極131的水平面與基底10的主表面11齊平，還可以設置在距基底10的主表面11 一距離的側壁30上。
[0081 ]顯然地，電容傳感裝置還包括耦合于電容Cl I的可動電極411和電容C21的可動電極421的一導電體，以及耦合于電容C31的可動電極431和電容C41的可動電極441的另一導電體(未示出于附圖中)，以此使得電容Cl I和電容C21以及電容C31和電容C41分別構成第一串聯電容組和第二串聯電容組。在此，導電體可以是分別埋設于掃描板40和平衡環70內的一導線或一導電膠條。本領域的技術人員可以根據掃描板的尺寸或材質等實際情況對導電體進行選擇和設定。
[0082]電容Cl I，C21用來感測掃描板40繞沿圖1所示A-A線的第一軸的轉動。另外，與由電容Cll和電容C21構成的第一串聯電容組耦合的第一感測電路設定為產生對應于第一串聯電容組的一電容值的第一電壓值。電容C31，C41用來感測平衡環70繞沿圖1所示B-B線的第二軸的轉動。此外，與由電容C31和電容C41構成的第二串聯電容組耦合的第二感測電路設定為產生對應于第二串聯電容組的一電容值的第二電壓值。在繞第一軸轉動過程中，電容(:11<21<31，041的可動電極411，421，431，441與固定電極111，122，131，142之間的覆蓋面積會發生變化，而這一變化將使得由電容Cl I和電容C21構成的第一串聯電容組以及由電容C31和電容C41構成的第二串聯電容組的電容值發生變化，由此使得第一感測電路輸出的第一電壓值和第二感測電路輸出的第二電壓值也產生相應的變化。電容Cll，C21的可動電極411，421與固定電極111，122之間覆蓋面積的大小表明了掃描板40相對于基底1的主表面11繞第一軸的角位移。電容C31，C41的可動電極431，441與固定電極131，142之間覆蓋面積的大小表明了平衡環70相對于基底10的主表面11繞第二軸的角位移。圖13的微掃描器200中的相關串聯電容組與感測電路的設置方式及功能作用與圖1的微掃描器100中的第一串聯電容組Cd和第二串聯電容組Co2與其所對應的第一感測電路和第二感測電路的設置方式和功能作用相同，在此就不通過附圖對本實施例的串聯電容組和感測電路進行詳細的描述，必要時可以參閱圖4、圖5、圖8和圖9。
[0083]如圖11和圖12所示，為了進一步地提高電容傳感裝置的感測精度，根據本發明的另一實施例，電容傳感裝置還包括沿A-A線對角線設置的電容C51和電容C61。其中，電容C51包括一可動電極451和一固定電極141，可動電極451設置于平衡環70的第一表面701上，位于第二軸的第二邊(圖12所示平衡環70的右半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極141與基底10的主表面11齊平，并且鄰近于可動電極451。可動電極451和固定電極141在平衡環70靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。同樣地，電容C61包括一可動電極461和一固定電極132，可動電極461設置于平衡環70的第二表面702上，位于第二軸的第一邊(圖12所示平衡環70的左半邊)，并且距離第二軸一距離處。固定電極132設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極461。可動電極461和固定電極132在平衡環70靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。
[0084]如圖11和圖13所示，為了進一步地提高電容傳感裝置的感測精度，根據本發明的又一實施例，電容傳感裝置還包括沿B-B線對角線設置的電容C52和電容C62。其中，電容C52包括一可動電極452和一固定電極121，可動電極452設置于掃描板40的頂面401上，位于第一軸的第二邊(圖13所示掃描板40的右半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極121與基底10的腔體20的側壁30齊平，并且鄰近于可動電極452。可動電極452和固定電極121在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。同樣地，電容C62包括一可動電極462和一固定電極112，可動電極462設置于掃描板40的底面402上，位于第一軸的第一邊(圖13所不掃描板40的左半邊)，并且距離第一軸一距離處。固定電極112設置于基底10的腔體20的側壁30上，并鄰近于可動電極462。可動電極462和固定電極112在掃描板40靜止或轉動的過程中具有一定的覆蓋面積。
[0085]當電容傳感裝置包括電容(:11，021，052，062時，可以將對應由電容(:11，021構成的串聯電容組輸出的電壓值和對應由電容C52，C62構成的串聯電容值輸出的電壓值以差模信號方式耦合至一差動放大電路。當電容傳感裝置包括電容C31，C41，C51，C61時，也可以將對應由電容C31，C41構成的串聯電容組輸出的電壓值和對應由電容C51，C61構成的串聯電容值輸出的電壓值以差模信號方式耦合至另一差動放大電路。由于這兩個差動放大電路的結構、設置方式以及功能作用與圖6和圖10所示的差動放大電路相同或相似，故就不通過相關附圖對此進行具體描述了。
[0086]根據本發明的一實施例，僅設置如圖12所示的電容C31，C41或電容C51，C61也能感測平衡環70繞沿圖11所示B-B線的第二軸的角位移。同樣地，僅設置如圖13所示的電容Cll，C21或電容C52，C62也能感測掃描板40繞沿圖11所示A-A線的第一軸的角位移。根據本發明的一優選實施例，在電容傳感裝置中可以同時設置電容(:11，021，052，062以感測掃描板40繞沿圖1所示4^線的第一軸的角位移，并且同時設置電容031，041，051，061以感測平衡環70繞沿圖1所示B-B線的第二軸的角位移。基于此，本領域技術人員可以綜合感測精確度、制造難度及生產投入等多方面因素，對電容傳感裝置中的電容的數量進行相應的選擇和設置。
[0087]本發明所述的電容傳感裝置是一種非接觸式傳感器。根據本發明，該非接觸式傳感器米用電容感測技術來確定在微掃描器中的一掃描板繞相互垂直的兩根軸的角位移。根據本發明，該電容傳感裝置包括設置于掃描板和/或與掃描板連接的一平衡環上的可動電容以及設置于一基底上的固定電容。根據一優選實施例，電容傳感裝置還可以包括一差動放大電路。根據另一實施例，電容傳感裝置的電容設置數量可以進行合理的選擇和設置，以獲得高準確性的感測結果。
[0088]根據本發明，該電容傳感裝置與具有一浮動平衡環組件或一浮動掃描板的微機電系統微掃描器是兼容的。在此類微機電系統微掃描器中，該平衡環組件或掃描板懸浮在產生于基底的一腔體周圍的一磁場中。在磁場中懸浮平衡環組件或掃描板，從而無需掃描板或平衡環與周圍框架之間有一物理連接，由此大大提高了掃描儀在高掃描頻率、高掃描分辨率及大掃描角度等方面的掃描性能。按照本發明的一電容傳感裝置與一能夠承受高頻率和大振幅驅動的微機電系統微掃描器兼容。根據本發明所述的電容傳感裝置具有廣泛的應用領域。
[0089]雖然對于本發明結合不同實施例并參照相關附圖進行了描述，但是本領域的普通技術人員能夠基于本發明的上述描述做出不同的修改。例如，根據本發明的一電容傳感裝置并不限于實施在如上所述的具有一浮動結構的一微機電系統微掃描器中。根據本發明的一電容傳感裝置也可以設置為感測在一微機電系統微掃描器中的一掃描板的角位移。此夕卜，在根據本發明的一電容傳感裝置的電容可以包括紙介電容、陶瓷電容、薄膜電容及金屬電解電容等體積較小的電容。
【主權項】
1.一電容傳感裝置，其位于一微掃描器內，所述微掃描器具有位于一基底的一腔體內的一掃描板，所述腔體具有包圍所述掃描板的一側壁，所述掃描板具有一第一表面及相對于所述第一表面的一第二表面，并設定為響應一驅動以繞一第一軸轉動和與所述第一軸垂直的一第二軸轉動，其特征在于所述電容傳感裝置包括: 一第一電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第一表面上，位于所述第一軸的一第一邊距所述第一軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第二電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第二表面上，位于所述第一軸的與所述第一邊相對的一第二邊，并距所述第一軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第一導電體，親合于所述第一電容的所述可動電極與所述第二電容的所述可動電極，使得所述第一電容與所述第二電容構成一第一串聯電容組，及 一第一感測電路，其具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與所述第二輸入端分別耦合于所述第一電容的所述固定電極及所述第二電容的所述固定電極，所述感測電路設定為產生對應于所述第一串聯電容組的一電容值的一第一電壓值至所述輸出端。2.根據權利要求1所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括: 一第三電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第一表面上，位于所述第一軸的所述第二邊，并距所述第一軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第四電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第二表面上，位于所述第一軸的所述第一邊，并距所述第一軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第二導電體，耦合于所述第三電容的所述可動電極與所述第四電容的所述可動電極，使得所述第三電容與所述第四電容構成一第二串聯電容組，及 一第二感測電路，其具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與所述第二輸入端分別耦合于所述第三電容的所述固定電極及所述第四電容的所述固定電極，所述感測電路設定為產生對應于所述第二串聯電容組的一電容值的一第二電壓值至所述輸出端。3.根據權利要求2所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括一差動放大電路，具有一第一輸入端及一第二輸入端，所述第一輸入端親合于所述第一感測電路的所述輸出端，所述第二輸入端耦合于所述第二感測電路的所述輸出端，所述差動放大電路設定為輸出一電壓值，所述電壓值對應于所述第一電壓值及所述第二電壓值。4.根據權利要求1所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括: 一第三電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第一表面上，位于所述第二軸的一第一邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第四電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第二表面上，位于所述第二軸的與所述第一邊相對的一第二邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第二導電體，耦合于所述第三電容的所述可動電極與所述第四電容的所述可動電極，使得所述第三電容與所述第四電容構成一第二串聯電容組，及 一第二感測電路，其具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與所述第二輸入端分別耦合于所述第三電容的所述固定電極及所述第四電容的所述固定電極，所述感測電路設定為產生一對應于所述第二串聯電容組的一電容值的第二電壓值至所述輸出端。5.根據權利要求4所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括: 一第五電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第一表面上，位于所述第二軸的所述第二邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第六電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第二表面上，位于所述第二軸的所述第一邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第三導電體，耦合于所述第五電容的所述可動電極與所述第六電容的所述可動電極，使得所述第五電容與所述第六電容構成一第三串聯電容組，及 一第三感測電路，其具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與所述第二輸入端分別耦合于所述第五電容的所述固定電極及所述第六電容的所述固定電極，所述感測電路設定為產生對應于所述第三串聯電容組的一電容值的一第三電壓值至所述輸出端。6.根據權利要求5所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括一差動放大電路，具有一第一輸入端及一第二輸入端，所述第一輸入端耦合于所述第二感測電路所述輸出端，所述第二輸入端耦合于所述第三感測電路所述輸出端，所述差動放大電路設定為輸出一電壓值，所述電壓值對應于所述第二電壓值及所述第三電壓值。7.根據權利要求1所述的電容傳感裝置，其特征在于所述微掃描器包括一平衡環，其位于所述基底的腔體內并包圍所述掃描板，所述平衡環具有一第一表面及相對于所述第一表面的一第二表面，且所述平衡環通過至少一扭力臂與所述掃描板連接，其中，所述掃描板設定為繞平行于所述至少一扭力臂的第一軸轉動，所述平衡環設定為繞垂直于所述第一軸的第二軸轉動，所述電容傳感裝置包括: 一第三電容，其包括: 一可動電極，設置于所述平衡環的所述第一表面上，位于所述第二軸的一第一邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第四電容，其包括: 一可動電極，設置于所述平衡環的所述第二表面上，位于所述第二軸的與所述第一邊相對的一第二邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第二導電體，耦合于所述第三電容的所述可動電極與所述第四電容的所述可動電極，使得所述第三電容與所述第四電容構成一第二串聯電容組，及 一第二感測電路，其具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與所述第二輸入端分別耦合于所述第三電容的所述固定電極及所述第四電容的所述固定電極，所述感測電路設定為產生對應于所述第二串聯電容組的一電容值的一第二電壓值至所述輸出端。8.根據權利要求7所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括: 一第五電容，其包括: 一可動電極，設置于所述平衡環的所述第一表面上，位于所述第二軸的所述第二邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第六電容，其包括: 一可動電極，設置于所述平衡環的所述第二表面上，位于所述第二軸的所述第一邊，并距所述第二軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底的腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述平衡環靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第三導電體，耦合于所述第五電容的所述可動電極與所述第六電容的所述可動電極，使得所述第五電容與所述第六電容構成一第三串聯電容組，及 一第三感測電路，其具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與所述第二輸入端分別耦合于所述第五電容的所述固定電極及所述第六電容的所述固定電極，所述感測電路設定為產生對應于所述第三串聯電容組的一電容值的一第三電壓值至所述輸出端。9.根據權利要求8所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括一第一差動放大電路，具有一第一輸入端及一第二輸入端，所述第一輸入端親合于所述第二感測電路的所述輸出端，所述第二輸入端耦合于所述第三感測電路的所述輸出端，所述第一差動放大電路設定為輸出一電壓值，所述電壓值對應于所述第二電壓值及所述第三電壓值。10.根據權利要求7所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括: 一第五電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第一表面上，位于所述第一軸的所述第二邊，并距所述第一軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第六電容，其包括: 一可動電極，設置于所述掃描板的所述第二表面上，位于所述第一軸的所述第一邊，并距所述第一軸一距離處;及 一固定電極，設置于所述基底的腔體的所述側壁上并鄰近所述可動電極，并與所述可動電極在所述掃描板靜止或轉動過程中具有一定的覆蓋面積； 一第三導電體，耦合于所述第五電容的所述可動電極與所述第六電容的所述可動電極，使得所述第五電容與所述第六電容構成一第三串聯電容組，及 一第三感測電路，其具有一第一輸入端，一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端與所述第二輸入端分別耦合于所述第五電容的所述固定電極及所述第六電容的所述固定電極，所述感測電路設定為產生對應于所述第三串聯電容組的一電容值的一第三電壓值至所述輸出端。11.根據權利要求10所述的電容傳感裝置，其特征在于所述電容傳感裝置包括一差動放大電路，具有一第一輸入端及一第二輸入端，所述第一輸入端親合于所述第一感測電路的所述輸出端，所述第二輸入端耦合于所述第三感測電路的所述輸出端，所述差動放大電路設定為輸出一電壓值，所述電壓值相應于所述第一電壓值及所述第三電壓值。
【文檔編號】G01B7/30GK105865324SQ201610316001
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】汪際軍
【申請人】全普光電科技(上海)有限公司