Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ACTUATOR-SENSOR SYSTEM AND FAST STEERING MIRROR (FSM) HAVING AN ACTUATOR-SENSOR SYSTEM OF THIS TYPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/184214
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuator-sensor system for the controlled diverting or deflecting of electromagnetic radiation (e.g. visible light) in at least one axis (9), comprising an actuator (5) for mechanically moving a deflecting element (10) and a measuring element (2) for sensing the position of the deflecting element (10). The measuring element (2) consists of a flat substrate (3) comprising at least one sensor element (4). The actuator (5) can consist of at least one stationary coil (6, 6') and a movable element (8) with at least one magnet (7, 7'). The invention also relates to a fast steering mirror (FSM) having an actuator-sensor system of this type.

Inventors:
HAAS HARALD (DE)
HOENICKA REINHOLD (DE)
SCHOPF TOBIAS (DE)
SCHALLMOSER GUENTER (DE)
Application Number:
PCT/DE2022/200025
Publication Date:
September 09, 2022
Filing Date:
February 22, 2022
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MICRO EPSILON MESSTECHNIK GMBH & CO K G (DE)
International Classes:
H02K29/12; H02K41/035; H02K33/18
Foreign References:
US20210021771A12021-01-21
US9354422B12016-05-31
JP2018194587A2018-12-06
JP2006204006A2006-08-03
Attorney, Agent or Firm:
ULLRICH & NAUMANN (DE)
Download PDF:
Claims:
A n s p r ü c h e

1. Aktor-Sensor-System zur geregelten Ab- oder Umlenkung elektromagneti scher Strahlung in mindestens einer Achse (9), mit einem Aktor (5) zur mechani schen Verstellung eines Umlenkelements (10), und mit einem Messelement (2) zur Erfassung der Position des Umlenkelements (10), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Messelement (2) aus einem flachen Substrat (3) besteht, welches mindestens ein Sensorelement (4) umfasst.

2. Aktor-Sensor-System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (10) an einem beweglichen Element (8) angeordnet ist oder als Teil des beweglichen Elements (8) ausgebildet ist und dass das Messelement (2) in ei ner Taillierung (20) des beweglichen Elementes (8) angeordnet ist.

3. Aktor-Sensor-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element (8) aus zwei Teilen gebildet ist.

4. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Substrat (3) zwei oder mehrere Sensorelemente (4, 4‘) umfasst, und/oder dass das Substrat (3) aus Keramik oder einem Leiterplattenmaterial be steht.

5. Aktor-Sensor-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) einlagig oder mehrlagig, besteht aus zwei oder mehreren Schichten, ausgeführt ist.

6. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Sensorelement (4) entweder als Flachspule eines induktiven Sensors oder eines Wirbelstromsensors oder Elektrode eines kapazitiven Sensors ausgeführt ist.

7. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das Sensorelement (4) auf der Oberfläche des Substrats (3) ausge bildet ist.

8. Aktor-Sensor-System nach Anspruch 4 und ggf. einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sensorelemente (4, 4‘) in diffe- renzieller Anordnung vorgesehen sind, und/oder dass mindestens zwei Sensorelemente (4, 4‘) zur Erfassung von mindes tens zwei vorzugsweise voneinander unabhängigen Bewegungen vorgesehen sind.

9. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das Substrat (3) eine Elektronik zur Ansteuerung der Sensorele mente (4, 4‘, 4“, 4‘“) umfasst, und/oder dass das Substrat (3) einen Flexleiteranschluss umfasst.

10. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass das Messelement (2) vorzugsweise einen einzigen Anschluss zur Kontaktierung der Sensorelemente (4, 4‘, 4“, 4‘“) umfasst, wobei der Anschluss als einen auf dem Substrat (3) angeordneter Stecker oder auf dem Substrat (3) ange ordnete Lötpunkte (17) oder im Sinne einer in das Substrat (3) integrierten flexiblen Leiterbahn ausgeführt ist.

11. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, dass zwei Achsen (9) vorgesehen sind, die im Wesentlichen um 90° zuei nander gedreht sind, und/oder dass das Messelement (2) drei Sensorelemente (4, 4‘, 4“) umfasst, die um 120° zueinander gedreht sind.

12. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekenn zeichnet, dass das Messelement (2) vier Sensorelemente (4, 4‘, 4“, 4‘“) umfasst, die um 90° zueinander gedreht sind.

13. Aktor-Sensor-System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Messelement (2) einen integrierten Temperatursensor (15) um fasst. 14. Fast Steering Mirror (FSM) mit einem Aktor-Sensor-System nach einem der

Ansprüche 1 bis 13.

15. FSM nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der FSM ein Umlenk element zur Ab- oder Umlenkung elektromagnetische Strahlung, insbesondere op- tischer Signale, Lichtsignale im sichtbaren Bereich, Infrarot-Signale, UV-Signale o- der Signale im EUV-Bereich, Bilder, Laserstrahlen, etc., enthält.

Description:
AKTOR-SENSOR-SYSTEM UND FAST STEERING MIRROR (FSM) MIT DERARTIGEM AKTOR-SENSOR-SYSTEM

Die Erfindung betrifft ein Aktor-Sensor-System zur geregelten Ab- oder Umlenkung elektromagnetischer Strahlung in mindestens einer Achse, mit einem Aktor zur me chanischen Verstellung eines Umlenkelements, und mit einem Messelement zur Er fassung der Position des Umlenkelements. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Fast Steering Mirror (FSM).

Aktor-Sensor-Systeme werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, wo Be-we- gungen kontrolliert ausgeführt werden müssen. Angefangen von einachsigen Be wegungen über zwei- und mehrachsige Bewegungen gibt es eine Vielzahl von Ak toren, die mittels Sensor derart gesteuert werden, dass eine kontrollierte und gere gelte Bewegung in einer oder mehreren Richtungen bzw. Achsen hervorgerufen wird. Das Sensorsignal dient dabei als Rückmeldung für die Istposition des Aktors. In einem Regler wird diese mit der Sollposition verglichen und daraus ein Regelsig nal zur Ansteuerung des Aktors generiert.

Als Sensoren zur Positionserfassung werden zumeist zwei Sensoren pro Achse in differenzieller Anordnung (Sensor A - Sensor B) verwendet. Da sich Sensor A und Sensor B gegenüberstehen und die drehbare Flalterung dazwischen angeordnet ist, wird annähernd die doppelte Empfindlichkeit bei nahezu linearem Ausgangssignal erreicht. Bekannte Sensoren, die hier in Frage kommen, sind induktive oder Wirbel stromsensoren, kapazitive Sensoren oder optische Sensoren.

Flerkömmliche Sensoren besitzen meist eine große Bauform, die durch das Senso relement selbst, das Gehäuse, den Anschluss (Kabel oder Stecker) oder deren Zu sammenwirken bedingt ist. Aus technischen und vor allem aus Kostengründen ist jedoch häufig eine kompakte Bauform wünschenswert. Dies gilt ganz besonders für Anwendungen, wo geringes Gewicht oder eine besonders kleine Bauform notwen dig ist, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt. Da für einachsige Aktor-Sensor- Systeme (in differentieller Anordnung) zwei Sensoren und für zweiachsige Aktor- Sensor-Systeme vier Sensoren benötigt werden, hat die Baugröße der Sensoren einen entscheidenden Einfluss auf die Baugröße der Aktor-Sensor-Systeme insge samt. Für eine differenzielle Anordnung ergeben sich bauartbedingt ein mechanischer Mit tenpunkt (Nullpunkt) und ein elektrischer Mittenpunkt (Nullpunkt). Stand der Technik ist es, diese beiden Mittenpunkte durch mechanische Justageprozesse (verstellen der einzelnen Sensoren) möglichst genau in Übereinstimmung zu bringen. Dies ist in der Praxis zeitaufwendig und gelingt nur bis zu einem verbleibenden Restfehler. Zudem ist für mindestens einen, in der Regel für beide Sensoren eine mechanische Halterung erforderlich, welche die Verstellung und anschließende Fixierung des Sensors ermöglicht. Solche Vorrichtungen sind kostenintensiv und vergrößern ebenfalls den Bauraum. Weiter ist für jeden Sensor eine separate elektrische An bindung zu schaffen. Eine Kalibrierung der differentiellen Sensoranordnung ist erst nach Justage und Fixierung möglich.

Für die differentielle Anordnung der Sensoren ist es bzgl. Linearität und Tempera turverhalten von Vorteil, wenn sich die beiden Sensoren des Sensorpaares zuei nander möglichst gleich verhalten.

Aus diesem Grund werden Sensoren, die auf gewickelten Spulen basieren (wie z.B. induktive oder Wirbelstromsensoren), einem nachgelagerten Match-Vorgang unter zogen, um gleichartige Sensoren zu ermitteln. Üblicherweise wird dies bei zwei Ab ständen innerhalb des Messbereiches durchgeführt. Dies bedeutet jedoch aufgrund des zusätzlichen Arbeitsschrittes höhere Herstellungskosten, zumal die Sensoren, die keinen „Partner“ gefunden haben, beim nächsten Matchvorgang nochmals ver messen werden müssen. Außerdem ist der Matchvorgang in keinster Weise perfekt, weil um überhaupt eine nennenswerte Anzahl von Paaren finden zu können eine gewisse Abweichung zwischen den gemessenen Ausgangswerten bei den beiden Abständen zugelassen werden muss. Auch findet bzgl. des Temperaturverhaltens der Einzelsensoren überhaupt kein matchen statt, weil dies zu aufwändig und zu teuer ist.

Um die Sensoren mit der nachgelagerten Auswerteschaltung zu verbinden ist eine leitfähige Verbindung erforderlich. Dies wird üblicherweise über geschirmte Koax- Leitungen oder flexible Leiterplatten erreicht. Um den jeweiligen Sensor kontaktieren zu können, sind zusätzliche Fertigungs schritte erforderlich. Dadurch wird die Herstellung teuer und die Zuverlässigkeit sinkt, zumal es sich bei jeder zusätzlichen Verbindung gleichzeitig um eine potenti elle Schwachstelle (Unterbrechung oder Kurzschluss) handelt. Verschlimmert wird die Thematik zusätzlich, wenn Einflüsse von außen wie Temperaturschwankungen, Schock und Vibration hinzu kommen.

Weit verbreitet sind derartige Aktor-Sensor-Systeme dort, wo optische Signale ge zielt ab- oder umgelenkt werden müssen (sogenannte Fast Steering Mirrors - FSMs). FMSs enthalten neben dem eigentlichen Aktor-Sensor-System zusätzlich ein Umlenkelement, womit optische Signale ab- oder umgelenkt werden können. Sie lenken beispielsweise in der Halbleiterfertigung den Laserstrahl, der die Die’s auf einen Waver vereinzelt. Weiterhin werden FSMs zur schnellen Zielverfolgung oder als Bildstabilisatoren in militärischen Anwendungen eingesetzt. Auch werden diese häufig bei optischen Scannern (3D), beim 3D-Druck oder für Projektionen auf großen Leinwänden eingesetzt verwendet.

FSMs bestehen regelmäßig aus einer reflektierenden Oberfläche (Spiegel), einem beweglichen Element, das auch als Halterung für den Spiegel dient (für eine bzw. zwei Achsen), Antriebseinheiten (Elektromagnete, Aktoren) zur Positionierung des Spiegels und Sensoren, die die Istposition der Spiegelhalterung und somit der re flektierenden Oberfläche erfassen. FSMs werden als geregelte Systeme betrieben, indem die Istposition mit einer gewünschten Sollposition verglichen wird und ent sprechende Regelsignale an die Antriebseinheiten übermittelt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Tech nik auftretenden Probleme weitestgehend zu eliminieren. Außerdem sollen sich das erfindungsgemäße Aktor-Sensor-System und der erfindungsgemäße Fast Steering Mirror (FSM) von wettbewerblichen Produkten unterscheiden.

Voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Danach ist das bekannte Aktor-Sensor-System dadurch gekennzeichnet, dass das Messele ment aus einem flachen Substrat besteht, welches mindestens ein Sensorelement umfasst. In Bezug auf den erfindungsgemäßen FSM ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 14 gelöst, wonach der FSM ein er findungsgemäßes Aktor-Sensor-System umfasst.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Bauform eines Aktor-Sensor-Sys- tems deutlich reduziert und seine Fierstellung und Funktion wesentlich verbessert werden können, wenn die diskreten Sensoren durch ein Messelement ersetzt wer den, das aus einem flachen Substrat besteht, das ein oder mehrere Sensorele mente enthält.

Das Messelement ist im Aktor-Sensor-System so angeordnet, dass es die Position eines beweglichen Elementes erfassen kann. Das bewegliche Element wird mittels eines oder mehrerer Aktoren bewegt, beispielsweise um eine Achse gekippt. Mit dem beweglichen Element ist eine Flalterung verbunden, die ein Umlenkelement enthält, das zur Umlenkung von optischen Signalen (bzw. im Allgemeinen von elekt romagnetischer Strahlung) geeignet ist. Umlenkelement können optische Elemente wie zum Beispiel Spiegel, Prismen, Linsen oder auch Beugungsgitter sein.

Die Halterung ist über das bewegliche Element so gelagert, dass eine Bewegung in eine oder mehrere Richtungen bzw. um eine oder mehrere Achsen ausgeführt wer den kann. Beispielsweise kann das bewegliche Element über ein Linien- oder Punktlager gekippt werden. Alternativ kann auch ein Festlager z.B. in Form eines Biegeelementes verwendet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Umlenkelement an einem beweglichen Ele ment angeordnet ist (beispielsweise als Beschichtung) oder als Teil des bewegli chen Elements ausgebildet ist und wenn das bewegliche Element eine Taillierung aufweist, innerhalb derer das Messelement angeordnet ist. Der Begriff „Taillierung“ bedeutet im Rahmen dieser Offenbarung eine radiale Einschnürung oder Verjün gung des beweglichen Elementes. Oberhalb und unterhalb der Taillierung weist das bewegliche Element einen größeren Querschnitt auf als in der Taillierung. Oberhalb der Taillierung kann das Umlenkelement angebracht sein. Unterhalb der Taillierung können die Magneten (bzw. das magnetische Material) für den Aktor angebracht sein, mit deren Hilfe das bewegliche Element bewegt wird. Dadurch erhält man eine sehr kompakte, flache Bauform des Aktor-Sensor-Systems. Durch die Anordnung des Messelements innerhalb der Taillierung ragt dieses in radialer Richtung nicht oder nicht wesentlich über das bewegliche Element hinaus. Aufgrund der flachen Bauform des Messelementes kann die Höhe des beweglichen Elementes mit der Taillierung sehr gering gehalten werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das bewegliche Element aus zwei Teilen gebildet ist, die fest miteinander verbunden sind. Der obere Teil kann das Umlenkelement tragen, der untere Teil kann den/die Magneten (bzw. das magnetische Material) für den/die Aktoren tragen. Das bewegliche Element kann über ein Biegeelement be weglich gelagert sein. Das Biegeelement kann dabei entweder am oberen Teil, oder am unteren Teil angebracht sein oder einer Kombination aus beiden.

Das bewegliche Element kann aus einfach herzustellenden Drehteilen hergestellt sein. Zweckmäßig ist dann das Messelement als ringförmiges Substrat ausgeführt, das bei der Montage zwischen oberen und unteren Teil des beweglichen Elementes eingefügt wird. Das Messelement kann starr mit dem Gehäuse oder der Tragestruk tur des Aktor-Sensor-Elementes verbunden sein. Die Sensorelemente können im Messelement so angeordnet sein, dass jeweils ein Sensorelement oberhalb eines Aktors sitzt. Alternativ können die Sensorelemente jedoch auch um beispielsweise 45° versetzt zu den Aktoren angeordnet sein. Damit wird die Beeinflussung durch die Aktoren reduziert. Aber auch eine andere Anordnung, beispielsweise mit nur drei Sensorelementen unter einem Winkel von 120° ist denkbar. Besonders vorteil haft ist es, wenn das bewegliche Element aus einem Metall gefertigt ist. Dadurch ist das Messelement durch dessen unteren Teil von der Unterseite her gegenüber dem Aktor abgeschirmt, so dass störende Einflüsse des Aktors auf das Messelement verringert werden. Unabhängig von seiner genauen Ausgestaltung kann das be wegliche Element vorzugsweise als Halterung für das Umlenkelement dienen und das Target für die Sensorelemente darstellen. Auch ist es denkbar, die Magneten der Aktoren daran zu befestigen. Das Messelement kann so angeordnet werden, dass sich das Sensorelement ne ben dem Aktor befindet. Dies erlaubt eine besonders flache Bauweise. Das Mes selement kann aber auch so angeordnet werden, dass sich das Sensorelement zwi schen dem Aktor und dem beweglichen Element befindet, zum Beispiel im Luftspalt, der im Aktor zwischen Spule und Magneten (bzw. magnetischen Material) gebildet wird.

Das Messelement ist als überwiegend flaches, ebenes Substrat ausgebildet und kann beispielsweise aus Keramik oder Leiterplattenmaterial bestehen. In der ein fachsten Form ist das Substrat einlagig ausgeführt, es kann aber auch aus mehre ren Lagen (Schichten) bestehen.

Sensorelemente können auf oder in dem Substrat angeordnet sein. Beispielsweise können Sensorelemente von kapazitiven Sensoren auf der Oberfläche des Substra tes angeordnet sein, indem die flächigen Elektroden in bekannter Weise auf der Oberfläche ausgebildet werden. Sensorelemente von induktiven oder Wirbelstrom sensoren können entweder als einlagige Spule auf der Oberfläche, oder als mehr lagige Spule innerhalb der Schichten des Substrates angeordnet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Substrat mehrere Sensorelemente enthält. Damit kann in einfacher Weise eine differentielle Sensoranordnung erzielt werden, indem beispielsweise zwei Sensorelemente nebeneinander (bzw. gegenüber) auf oder in dem Substrat so angeordnet sind, dass das zu messende Objekt von beiden Sensorelementen detektiert wird. Differentielle Anordnung bedeutet, dass bei einer Bewegung ein Sensorelement die Annäherung des Messobjektes und das andere Sensorelement die Entfernung des Messobjektes detektiert. Die Differenz beider Signale ist häufig schon ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen linear. Weiterhin werden dadurch Störungen, die auf beide Sensorelemente gleichermaßen einwir ken wie z.B. Temperatureinflüsse, oder elektromagnetische Störungen, eliminiert.

In einer anderen Ausführung können mittels mehrerer Sensorelemente Bewegun gen in mehrere Richtungen gleichzeitig erfasst werden, beispielsweise eine Verkip pung um zwei Achsen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für jede Bewegungsrichtung eine differentielle Anordnung gewählt wird, indem jeweils zwei Sensorelemente zusammen eine Be wegungsrichtung unabhängig von der anderen Bewegungsrichtung detektieren. Ein derartiges Aktor-Sensor-System kann beispielsweise einen Spiegel in zwei unter 90° angeordneten Achsen unabhängig voneinander bewegen, so dass Lichtstrahlen in einen beliebigen Raumwinkel abgelenkt werden können. Der Raumwinkel wird begrenzt durch den Verkippungswinkel um die jeweilige Achse. Für den Fall von zweiachsiger Bewegung sind nicht zwingend vier Sensorelemente erforderlich, son dern es genügen drei in einer Anordnung von etwa 120° zueinander. Die differenti elle Auswertung erfordert dann eine komplexere, jedoch bekannte mathematische Berechnung.

Das Messelement benötigt im Idealfall nur einen Anschluss zur Kontaktierung der Sensorelemente. Dies kann ein Stecker sein, der auf dem Substrat angeordnet ist. Es könnte auch eine flexible Leiterbahn in das Substrat integriert werden, die gerade bei beengtem Bauraum eine frei verlegbare, sehr dünn aufbauende elektrische Ver bindung darstellt.

Auf dem Substrat könnten auch bereits Elektronikkomponenten für eine elektroni sche Schaltung angeordnet sein. Im einfachsten Fall könnte für die Sensorelemente ein Vorverstärker realisiert werden, um die Signale bereits an vorderster Stelle an zupassen und zu verstärken. Dadurch wirken sich etwaige Störungen, die auf die Leitungen wirken, nicht oder nur geringfügig aus. Es wäre auch denkbar, die ge samte Auswerteelektronik auf dem Substrat unterzubringen. Weiterhin könnte sogar die Regelelektronik für den Aktor integriert werden.

Zusätzlich könnte auf dem Substrat noch ein oder mehrere Temperatursensoren angeordnet sein. Damit könnte innerhalb des Aktor-Sensor-Systems die Tempera tur gemessen und ggf. Temperatureinflüsse auf die Messwerte der Sensoren kom pensiert werden.

Werden die Sensorelemente in einem Fertigungsprozess in dem Substrat integriert, sind diese zueinander fest und präzise angeordnet. Werden beispielsweise die Sensorelemente in herkömmlicher Leiterplattentechnik aus Kupferlagen hergestellt, sind die geometrischen Abmessungen der Spulen bzw. Elektroden durch den Fertigungsprozess alle annähernd gleich.

Auch bei der Herstellung des Substrates aus Keramik ist die verwendete leitfähige Paste beim „Drucken“ der Leiterstruktur auf dem Roh-Keramikträger für alle Senso ren gleich.

Da in beiden Fällen alle Sensorelemente auf dem Substrat die gleichen Fertigungs schritte durchlaufen haben, verhalten sich die Sensoren zueinander annähernd gleich. Die elektrischen Werte (wie z.B. ohmscher Widerstand, Induktivität, Kapazi tät, Impedanz) und auch das Temperaturverhalten der Sensorelemente sind nahezu identisch. Ein nachträgliches Matchen oder Selektieren kann somit komplett entfal len.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich nung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeich nung zeigen

Fig. 1 in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen FSM mit einem Messelement in Form eines flachen Substrats,

Fig. 2 in einer schematischen Ansicht ein Messelement in Form eines fla chen Substrats mit zwei Sensorelementen in Form einer Spule,

Fig. 3 in einer schematischen Ansicht ein Messelement in Form eines fla chen Substrats mit zwei Sensorelementen, die als Elektroden kapazi tiver Sensoren ausgeführt sind, Fig. 4 in einer schematischen Ansicht ein Messelement mit vier Sensorele menten in Form von Spulen,

Fig. 5 in schematischen Ansichten zwei Ausführungsbeispiele von Messele menten mit jeweils vier Sensorelementen in differenzieller Anordnung,

Fig. 6 in einer schematischen Ansicht ein Messelement mit drei Sensorele menten für die Erfassung von Bewegungen um zwei Achse,

Fig. 7 in einer schematischen Ansicht ein Messelement mit zusätzlichen

Temperatursensoren in Form mäanderförmiger Leiterschleifen,

Fig. 8 in einer schematischen Ansicht ein Messelement mit Elektronikbautei len in Form einer elektronischen Schaltung,

Fig. 9 in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines FSM für die Umlenkung optischer Signale in zwei Achsen, umfassend ein Mes selement mit vier Sensorelementen,

Fig. 10 in einer schematischen, geschnittenen Ansicht ein Ausführungsbei spiel eines Aktor-Sensor-Systems, und

Fig. 11 in einer schematischen Ansicht eine Explosionsdarstellung des Aktor- Sensor-Systems gemäß Fig. 10.

Figur 1 zeigt einen Fast Steering Mirror, abgekürzt FSM 1 , mit einem Messelement 2 in Form eines flachen Substrates 3. Gezeigt ist die differentielle Anordnung mit zwei Sensorelementen 4, 4‘. Der FSM enthält zwei Aktoren 5, 5‘ in Form von Spulen 6, 6‘, die über Magnete 7, 7‘ ein bewegliches Element 8 in einer Achse 9 bewegen können. Auf dem beweglichen Element 8 ist ein Umlenkelement 10 angebracht, hier in Form einer spiegelnden Beschichtung. Das bewegliche Element 8 ist über ein Festlager in Form eines Biegebalkens 11 beweglich gelagert. Figur 2 zeigt ein Messelement 2 in Form eines flachen Substrates 3 mit zwei Sen sorelementen 4, 4‘ in Form einer Spule. Die Spule kann entweder als einlagige Spule auf dem Substrat angeordnet sein, oder als mehrlagige Spule in den Schich ten des Substrates angeordnet sein.

Figur 3 zeigt ein Messelement 2 in Form eines flachen Substrates 3 mit zwei Sen sorelementen 4, 4‘, die als Elektroden 12, 12‘ von kapazitiven Sensoren ausgebildet sind.

Figur 4 zeigt ein Messelement 2 mit insgesamt vier Sensorelementen 4, 4‘, 4“, 4‘“ in Form von Spulen. Jeweils zwei Sensorelemente sind gegenüber angeordnet, so dass damit die Bewegung um zwei Achsen (die jeweils um 90° zueinander versetzt sind) gemessen werden kann. Im Zentrum des Messelementes befindet sich ein Durchgang 13, durch den das bewegliche Element, das als Flalterung für das Um lenkelement dient, zentral gelagert werden kann (nicht gezeigt)

Figur 5 zeigt ein Messelement 2 mit drei Sensorelementen 4, 4‘, 4“ für die Erfassung von Bewegungen um zwei Achsen. Die Sensorelemente sind unter 120° zueinander angeordnet. Zur Erfassung der Bewegung um die zwei Achsen ist eine mathemati sche Funktion notwendig, die nicht nur aus der Differenz von zwei Sensorsignalen besteht.

Figur 6 zeigt zwei Beispiele von Messelementen 2, 2‘ mit jeweils vier Sensorele menten in differentieller Anordnung und jeweils einem Durchgang 13, 13‘ im Zent rum. Die Messelemente 2, 2‘ weisen Aussparungen 14, 14‘ auf. Diese dienen dazu, dass die Aktoren (Spule oder Magnet) jeweils näher an das bewegliche Element 8 herangebracht werden können. Dies verbessert den Kraftfluss und verringert die Bauform.

Figur 7 zeigt ein Messelement 2 mit zusätzlichen Temperatursensoren 15, 15‘, 15“, 15‘“ in Form von mäanderförmigen Leiterschleifen. Überden ohmschen Widerstand der Leiterschleifen kann die Temperatur gemessen werden. Figur 8 zeigt ein Messelement 2, das zusätzlich Elektronikbauteile 16 in Form einer elektronischen Schaltung enthält. Diese Schaltung kann zur Signalvorverarbeitung dienen, oder bereits die komplette Auswerteschaltung enthalten, oder zusätzlich auch die Regelelektronik für die Aktoren. Kontaktiert wird die Schaltung über Löt- pads 17. Alternativ könnte auch ein Flexleiter bereits in das Substrat integriert sein (nicht gezeigt).

Figur 9 zeigt einen FSM 1 für die Umlenkung optischer Signale in zwei Achsen mit einem Messelement 2 mit vier Sensorelementen 4, 4‘ (nur zwei sichtbar), einem Umlenkelement 10 als Flachspiegel und vier Aktoren 5, 5‘, 5“ (einer 5‘“ davon nicht sichtbar hinter den drei anderen). Jeweils zwei Aktoren wirken zusammen und kön nen die Flalterung mit dem Flachspiegel um zwei Achsen verkippen. Das Messele ment weist Aussparungen 14, 14‘, 14“ (eine nicht sichtbar) auf, durch die hindurch die Magnete 7, 7‘, 7“ (einer 7‘“ davon nicht sichtbar hinter den drei anderen) der Aktoren in die Spulen eintauchen

Die Figuren 10 und 11 zeigen ein Aktor-Sensor-System in unterschiedlichen Dar stellungen. Das bewegliche Element 8 weist einen oberen Teil 18 und einem unte ren Teil 19 auf, die - beispielsweise durch Schrauben, Kleben oder eine andere geeignete mechanische Verbindung - starr miteinander verbunden sind. In der Tail- lierung 20 des beweglichen Elements 8 ist das Messelement 2 angeordnet und über eine geeignete Flaltestruktur 21 mit dem Gehäuse 22 verbunden. Am unteren Teil 19 des beweglichen Elements 8 sind die Magnete 7, 7‘ der Aktoren 5, 5‘ angeordnet, mit deren Hilfe das bewegliche Element 8 gezielt um die Achse 9 verkippt werden kann (angedeutet durch den Pfeil 9). Die Verkippung des beweglichen Elementes 8 erfolgt über ein Festlager 11 in Form eines Biegebalkens. Die Sensorelemente 4, 4‘ sind in Achsrichtung oberhalb der Aktoren 5, 5‘ angeordnet. Der untere Teil 19 des beweglichen Elementes 8 schirmt dabei die Sensorelemente 4, 4‘ gegenüber den Aktoren 5, 5‘ ab.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschrei bung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen. Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschrie benen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lehre lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Bezugszeichenliste

1 FSM

2 Messelement

3 flachen Substrates

4, 4‘, 4“, 4‘“ Sensorelemente

5, 5‘ Aktoren

6, 6‘ Spulen

7, 7‘, 7“, 7‘“ Magnete

8 bewegliches Element

9 Achse

10 Umlenkelement

11 Festlager in Form eines Biegebalkens

12, 12‘ Elektroden 13 Durchgang

14, 14‘, 14“ Aussparungen , 15‘, 15“, 15‘“ Temperatursensoren 16 Elektronikbauteile

17 Lötpads

18 oberer Teil (bewegliches Element)

19 unterer Teil (bewegliches Element)

20 Taillierung 21 Flaltestruktur 22 Gehäuse