电容传感装置的制造方法
【专利摘要】一电容传感装置(300)包括耦合于多个串联电容组(C01，C02)的多个感测电路(310，510)。串联电容组(C02)中的每个电容(C31，C41)具有设置于一微扫描器(100，200)的一扫描板(40)或一平衡环(70)上一可动电极(431，441)和设置于一基底(10)中一腔体(20)的一侧壁(30)上的固定电极(131，142)。扫描版(40)或平衡环(70)的偏转导致串联电容组(C01，C02)电容值的变化。多个感测电路(310，510)输出对应于串联电容组(C01，C02)电容的多个电压值。电容传感装置(300)的输出信号为一反馈电路提供扫描器(100，200)投射激光束的角度信息。
【专利说明】
电容传感装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种传感装置，尤其涉及一种用于微扫描器的角度位移感测的电容传感装置。
【背景技术】
[0002]在激光微投影装置中，MEMS微扫描系统(MicroElectronic Mechanical System，微电机系统)通常为一双轴微电机系统，微扫描系统的一扫描板在扫描过程中沿第一轴转动以形成一行内复数个像素，及一平衡环沿与第一轴垂直的第二轴转动以形成复数个像素行，以投射出包含图像像素信息的投影光束。为确保所输出投影画面的准确性，采用光传感器对激光光源发出的激光信号进行感测，采用角度位移传感器对扫描板及平衡环在转动过程中的角度位移信号进行感测，并将上述感测信号反馈至MEMS微扫描系统的图像信号调制单元，图像信号调制单元的信号同步模块根据反馈信号验证投影图像像素信息的一致性。
[0003]当前激光微投影装置中，对MEMS微扫描器系统的扫描板或平衡环转动的角度位移的感测一般采用在微扫描系统的扫描板两边设置与平衡环连接的内扭力臂，以及平衡环的两边与基底连接处设置外扭力臂，内扭力臂与外扭力臂互相垂直。通过在内扭力臂及外扭力臂的下方设置压电材料，两个扭力臂在扫描板及平衡环转动过程中所产生的扭力，通过压电效应输出相应电压信号。该电压信号相应于扫描板及平衡环在第一轴和第二轴转动的角度位移信息。
[0004]MEMS微扫描系统中，两个转动轴所设置的扭力臂在一定程度上限制了扫描板及平衡环转动角度位移，以至于影响投影输出画面的像素大小及所显示画面的分辨率。因此，为进一步增强投影图像的分辨率大小，在设计上可以考虑取消限制扫描板及平衡环转动角度位移幅度的扭力臂。在MEMS微扫描系统取消扭力臂设置，扫描盘或平衡环沿第一轴转动及第二轴方向转动的角位移信息则无法通过压电效应的方式进行感测。
[0005]为满足既适用于MEMS微扫描系统，同时扫描板或平衡环绕第一轴和第二轴转动过程中微扫描器能有效对扫描并投射出的投影光束进行有效地调整，确保投影光束的准确性，提出一种适用于多种应用环境的电容传感装置是本发明的宗旨。
【发明内容】
[0006]本发明目的为提供一电容传感装置，所述电容传感装置用于MEMS微扫描器(简称“微扫描器”)，所述电容传感装置对微扫描器的扫描板及平衡环的转动位移进行感测并输出一电压感测信号。
[0007]根据本发明一基本特征，所述电容传感装置位于一微扫描器内，所述微扫描器具有位于一基底的一腔体内的一扫描板。所述腔体具有包围所述扫描板的一侧壁。所述扫描板具有一第一表面及相对于所述第一表面的一第二表面。所述扫描板设定为响应一驱动以绕一第一轴转动和与所述第一轴垂直的一第二轴转动，所述腔体具有一侧壁。
[0008]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置包括一第一电容，一第二电容，一第一导电体以及一第一感测电路。所述第一电容包括一可动电极，设置于扫描板的第一表面上，位于第一轴的一第一边，并距第一轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。所述第二电容包括一可动电极，设置于扫描板的第二表面上，位于第一轴的与第一边相对的一第二边，并距第一轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极，所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。
[0009]根据本发明的另一特征，所述第一导电体耦合于第一电容的可动电极与第二电容的可动电极，使得第一电容与第二电容构成一第一串联电容组。所述第一导电体可设置于扫描板的第一表面或第二表面上，或者嵌入所述扫描板内。
[0010]根据本发明的另一特征，所述第一感测电路具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与第二输入端分别耦合于第一电容的固定电极及第二电容的固定电极。所述第一感测电路设定为产生对应于所述第一串联电容组的一电容值的一第一电压值至输出端输出。
[0011]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置还包括一第三电容和一第四电容，一第二导电体及一第二感测电路。所述第三电容包括一可动电极，设置于扫描板的第一表面上，位于第一轴的第二边，并距第一轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极，所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。所述第四电容包括一可动电极，设置于扫描板的第二表面上，位于第一轴的第一边，并距第一轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极，所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。
[0012]根据本发明的另一特征，所述第二导电体耦合于第三电容的可动电极与第四电容的可动电极，使得第三电容与第四电容构成一第二串联电容组。
[0013]根据本发明的另一特征，所述第二感测电路具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，第一输入端与第二输入端分别親合于第三电容的固定电极及第四电容的固定电极。所述第二感测电路设定为产生对应于所述第二串联电容组的一电容值的一第二电压值至输出端输出。
[0014]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置还包括一第一差动放大电路。所述第一差动放大电路具有一第一输入端及一第二输入端，第一输入端親合于第一感测电路的输出端，第二输入端耦合于第二感测电路的输出端。所述差动放大电路设定为输出一电压值，该电压值对应于第一电压值及第二电压值。
[0015]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置在扫描板的第二轴方向的第一边及第二边上还分别设置有一第三电容和一第四电容，一第二导电体及一第二感测电路。所述第三电容包括一可动电极，设置于扫描板的第一表面上，位于第二轴的一第一边，并距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极，所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。所述第四电容包括一可动电极，设置于扫描板的第二表面上，位于第二轴的与所述第一边相对的一第二边，并距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。
[0016]根据本发明的另一特征，所述第二导电体耦合于第三电容的可动电极与第四电容的可动电极，使得第三电容与所述第四电容构成一第二串联电容组。
[0017]根据本发明的另一特征，所述第二感测电路具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，第一输入端与第二输入端分别親合于第三电容的固定电极及第四电容的固定电极。所述感测电路设定为产生对应于所述第三串联电容组的一电容值的一第二电压值至输出端输出。
[0018]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置在扫描板的第二轴方向的第二边及第一边上还分别设置有一第五电容和一第六电容，一第三导电体及一第三感测电路。所述第五电容包括一可动电极，设置于扫描板的第一表面上，位于第二轴的第二边，并距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极，所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。所述第六电容包括一可动电极，设置于扫描板的第二表面上，位于第二轴的第一边，并距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。
[0019]根据本发明的另一特征，所述第三导电体耦合于第五电容的可动电极与第六电容的可动电极，使得第五电容与第六电容构成一第三串联电容组。
[0020]根据本发明的另一特征，所述第三感测电路具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端。第一输入端与第二输入端分别親合于第五电容的固定电极及第六电容的固定电极。所述第三感测电路设定为产生对应于所述第三串联电容组的一电容值的一第三电压值至所述输出端输出。
[0021]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置还包括一第二差动放大电路。所述第二差动放大电路具有一第一输入端及一第二输入端。所述第一输入端耦合于第二感测电路的输出端，所述第二输入端耦合于第三感测电路的输出端。所述差动放大电路设定为输出一电压值，所述电压值对应于第二电压值及第三电压值。
[0022]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置还包括一平衡环，所述平衡环位于基底的腔体内并包围扫描板。所述平衡环具有一第一表面及相对于第一表面的一第二表面，且所述平衡环通过至少一扭力臂与扫描板连接。其中，扫描板设定为绕平行于至少一扭力臂的第一轴转动，所述平衡环设定为绕垂直于第一轴的第二轴转动。
[0023]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置包括扫描板在第一轴方向的第一边及第二边上设置的第一电容和第二电容，还包括平衡环在第二轴方向的第一边及与第一边相对的第二边上设置的一第三电容和一第四电容，一第二导电体及一第二感测电路。所述第三电容包括一可动电极，设置于平衡环的第一表面上，位于第二轴的一第一边，并距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。所述第四电容包括一可动电极，设置于平衡环的第二表面上，位于第二轴的第二边，并距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。
[0024]根据本发明的另一特征，所述第二导电体耦合于第三电容的可动电极与第四电容的可动电极，使得第三电容与第四电容构成一第二串联电容组。
[0025]根据本发明的另一特征，所述第二感测电路具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端。第一输入端与第二输入端分别親合于第三电容的固定电极及第四电容的固定电极。所述感测电路设定为产生对应于所述第二串联电容组的一电容值的一第二电压值至输出端输出。
[0026]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置的平衡环在第二轴方向的第二边及第一边上还设置有一第五电容和一第六电容，一第三导电体及一第三感测电路。所述第五电容包括一可动电极，设置于平衡环的第一表面上，位于第二轴的第二边，并距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。所述第六电容包括一可动电极，设置于平衡环的第二表面上，位于第二轴的第一边，且距第二轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底的腔体的侧壁上并邻近所述可动电极，所述可动电极与所述固定电极在平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。
[0027]根据本发明的另一特征，所述第三导电体耦合于第五电容的可动电极与第六电容的可动电极，使得第五电容与第六电容构成一第三串联电容组。
[0028]根据本发明的另一特征，所述第三感测电路具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端。第一输入端与第二输入端分别親合于第五电容的固定电极及第六电容的固定电极。所述感测电路设定为产生对应于所述第三串联电容组的一电容值的一第三电压值至输出端输出。
[0029]根据本发明的另一特征，所述电容传感器还包括一第一差动放大电路。所述第一差动放大电路具有一第一输入端及一第二输入端。第一输入端耦合于第二感测电路的输出端，第二输入端耦合于第三感测电路的输出端。所述第一差动放大电路设定为输出一电压值，所述电压值对应于所述第二电压值及所述第三电压值。
[0030]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置的扫描板在第一轴方向的第二边及第一边上还设置有一第五电容和一第六电容，一第三导电体及一第三感测电路。所述第五电容包括一可动电极，设置于扫描板的第一表面上，位于第一轴的第二边，并距第一轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。所述第六电容包括一可动电极，设置于扫描板的第二表面上，位于第一轴的第一边，且距第一轴一距离处。以及一固定电极，设置于基底的腔体的侧壁上并邻近所述可动电极。所述可动电极与所述固定电极在扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积。
[0031]根据本发明的另一特征，所述第三导电体耦合于第五电容的可动电极与第六电容的可动电极，使得第五电容与第六电容构成一第三串联电容组。
[0032]根据本发明的另一特征，所述第三感测电路具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端。第一输入端与第二输入端分别親合于第五电容的固定电极及第六电容的固定电极。所述感测电路设定为产生对应于所述第三串联电容组的一电容值的一第三电压值至所述输出端输出。
[0033]根据本发明的另一特征，所述电容传感装置还包括一第二差动放大电路。所述第二差动放大电路具有一第一输入端及一第二输入端。第一输入端耦合于第一感测电路的所述输出端。第二输入端耦合于第三感测电路的所述输出端。所述差动放大电路设定为输出一电压值，所述电压值对应于所述第一电压值及所述第三电压值。
【附图说明】
[0034]图1是描述根据本发明一实施例的一微扫描器的俯视图；
[0035]图2不意性地显不了图1所不的微扫描器中的一场磁体和装于一扫描板的一磁体之间的关系；
[0036]图3是沿图1所示微扫描器B-B线的一剖面图，描述根据本发明一实施例的电容设置结构；
[0037]图4是描述根据本发明一实施例的一电容传感装置的一感测电路的基本框图；
[0038]图5是描述根据本发明一实施例的一电容传感装置的另一感测电路的基本框图；
[0039]图6是描述根据本发明一实施例的一差动放大电路的基本电路图；
[0040]图7是图1所示微扫描器沿A-A线的剖面图，描述根据本发明一实施例的电容设置结构；
[0041]图8是描述据本发明一实施例的一电容传感装置的又一感测电路的基本框图；
[0042]图9是描述本发明一实施例的一电容传感装置的另外一感测电路的基本框图；
[0043]图10是描述根据本发明一实施例的另一差动放大电路的基本电路图；
[0044]图11是描述为根据本发明另一实施例的一微扫描器的俯视图；
[0045]图12是图11所示微扫描器沿A-A线的一剖面图，描述根据本发明另一实施例的电容设置结构；以及
[0046]图13是图11所示微扫描器沿B-B线的一剖面图，描述根据本发明另一实施例的电容设置结构。
【具体实施方式】
[0047]在此，参照附图对本发明的不同实施例阐述如下，在附图中，以相同的附图标记表示各个图中相似结构或具有类似功能的元件。需要注意的是，附图旨在便于阐述本发明的优选实施例。它们并不旨在对本发明进行详尽描述，或对本发明的范围有所限定。另外，附图并不一定表示实际尺寸和比例关系。此外，可以理解的是，诸如顶部、底部、上、下、左、右、前、后、垂直、水平等词语是为了参照附图便于描述本发明的不同元素。它们并不旨在对本发明的不同元素的方向或各元素之间的空间关系有所限定。
[0048]本发明提供了一种用来感测在微扫描器中的一浮动扫描板或一浮动平衡环的角位移的一电容传感装置，以此来判定被投影的图像和输入视频信号之间的一致性，从而有效地对扫描并投射出的投影光束进行有效地调整，进而确保投影光束的准确性。电容传感装置的输出信号可以提供给包含该微扫描器的投影装置的一反馈电路。根据本发明，具有一电容传感装置的一微扫描器能够实现高频率、高分辨率、大角度的扫描，并且该电容传感装置可为微扫描器的正常并稳定的操作提供一反馈机制。
[0049]图1是不意性地描述包含一扫描板40的一微扫描器100的一俯视图。举例而言，微扫描器100通过半导体制造工艺在一半导体晶片上制成。例如，该半导体晶片可以是块状硅(Bulk Silicon)晶片或绝缘衬底上的娃(SOI ,Silicon on Insulator)晶片。图1仅示出了作为一半导体基底10的半导体晶片的一部分。一腔体20形成于基底10的一顶部主表面11内。根据一实施例，腔体20是位于基底10的一通孔，该通孔具有一侧壁30。根据另一实施例，腔体20是位于基底10的一凹陷部分或一凹槽，该凹陷部分或凹槽具有一侧壁30和与侧壁30连接的一底部(未示出于附图中)。
[0050]图2示意性地显示了图1所示的微扫描器100中的一场磁体42和装于扫描板40的一磁体36之间的关系。在微扫描器100的一制造过程中，在微扫描器100中的扫描板40通过一个或多个细薄杆件(未示出于附图中)与基底10物理连接。物理连接将扫描板40保持在腔体20内。在场磁体42被装配围绕基底10后，其在腔体20内产生磁场41，且磁体36悬浮于磁场41中。微扫描器100中的扫描板40能够位于或靠近平衡位置45处悬浮于腔体20内。此时，可以用短促且猛烈的气流来断开微扫描器100中的扫描板40和基底10之间的物理连接，并从腔体20内消除断开连接的残余物质。
[0051]图3是示意性地显示如图1所示的具有电容传感装置的微扫描器100沿B-B线的剖视图。如图1和图3所示，一扫描板40位于腔体20内，并被侧壁30包围。扫描板40具有一顶面401及相对于顶面401的一底面402。一反射镜50设置于扫描板40的顶面401上。根据本发明一优选实施例，反射镜50包括沉积于扫描板40的顶面401的一铂金反射面。一闭合电路线圈60设置于扫描板40的顶面401。根据本发明的一优选实施例，闭合电路线圈60为具有一导电材料(例如，金，铜，铝或前述材料任意组合)的一闭合电路绕组。显然地，根据本发明的技术方案，闭合电路线圈60也可以设置在扫描板40的底面402。
[0052 ]如图1至图3所示，磁体36可以包括与扫描板40基本共形的一环形磁体。此外，磁体36优选地在磁体36内产生与扫描板40的底面402基本垂直的一磁场37。微扫描器100还包括一个或多个邻近于基底10的场磁体42。场磁体42可以设置在基底10之上，之下和/或周围。场磁体42在腔体20内产生围绕着扫描板40的一磁场41。磁场41具有垂直于扫描板40的顶面401 (或底面402)的一垂直分量和平行于扫描板40的顶面401 (或底面402)的一水平分量。
[0053]根据本发明，磁场41的垂直分量在基底10的腔体20内是非均匀的。根据一实施例，非均匀的磁场41的垂直分量的方向与磁场37在磁体36内的方向相同，并在腔体20内的一位置45处达到一最大强度。根据另一实施例，非均匀的磁场41的垂直分量的方向与磁场37在磁体36内的方向相反，且在腔体15内的一位置45处达到一最小强度。在位置45处，磁场41的垂直分量向磁体36施加一零磁合力。当设置于扫描板40的磁体36偏离位置45时，非均匀的磁场41的垂直分量朝位置45方向向磁体36施加一合力，从而推动磁体36返回至位置45。因此，当扫描板40位于腔体20中的位置45时，其处于一稳定的平衡状态。
[0054]在此，图2示出的磁体36和场磁体42的设置仅是为了通过一实施例来具体阐述微扫描器100的扫描板40悬浮于腔体20中的原理。然而，图2所示的磁体36和场磁体42的设置并非是使得微扫描器100的扫描板40悬浮于腔体20中的唯一实施方式。显然地，分别将场磁体和/或磁体的磁北极和磁南极采用与图2所示的场磁体42及磁体36的磁北极和磁南极相反设置也能够实现扫描板40在腔体20内的悬浮。具体内容可以参阅
【申请人】于2016年3月31提交的，申请号为201610195818.2，名称为“具有浮动平衡环的微扫描器，以及包含该微扫描器的激光投影装置”及申请号201610195832.2，名称为“具有浮动扫描板的微扫描器及包含该微扫描器的激光投影装置”的两项发明专利申请。
[0055]如图3所示的闭合电路线圈60包括一个具有多匝的闭合电路线圈。基于本发明的技术方案，线圈60可以包括一闭合电路线圈或若干闭合电路线圈，每一线圈具有一Bi或多匝圈数。在线圈60包括一个以上的闭合电路线圈的实施例中，不同的线圈可以设置在扫描板40的不同部位。
[0056]当微扫描器100未工作或未处于扫描操作时，优选地，扫描板40的顶面401平行于基底10的一主表面11。在一扫描操作中，扫描板40设定为响应一驱动信号以绕一第一轴转动以及绕与第一轴垂直的一第二轴转动，扫描板40相对于基底10的主表面11的方向随着时间而变化。这样的变化体现了扫描板40离开其平衡位置的角位移。感测扫描板40的角位移便能够提供投影视频图像中的像素位置的相关信息。
[0057]如图3所示，根据本发明的一实施例，一电容传感装置300包括沿沿图1中所示B-B线对角线设置的一电容Cll和一电容C21。其中，电容Cll包括一可动电极411和一固定电极111。可动电极411设置于扫描板40的顶面401上，位于第一轴(即与A-A线重合的一轴)的第一边(图3所示扫描板40的左半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极111设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并且邻近于可动电极411。可动电极411和固定电极111在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。相同地，电容C21包括一可动电极421和一固定电极122。可动电极421设置于扫描板40的底面402上，位于第一轴的与第一边相对的一第二边(图3所示扫描板40的右半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极122设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极421。可动电极421和固定电极122在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。在其它实施例中，电容Cll和/或电容C21可以不沿B-B线设置，也就是说，电容Cl I和/或电容C21可以偏离B-B线设置。例如，电容Cl I可以设置在如图1所示的B-B线下方且A-A线左边的区域(但不在A-A线上)，电容C21则可以设置在如图1所示的B-B线上方且A-A线右边的区域(但不在A-A线上)。当然，沿B-B线对角线设置的两个电容使得电容传感装置的感测扫描板角位移的精确程度更高。根据本发明，电容Cl I的固定电极111既可以设置在邻接基底10的主表面11的侧壁30上(如图3所示)，也可以设置在基底10的主表面11的延展面上，即电容Cll的固定电极111的水平面与基底10的主表面11齐平。
[0058]电容传感装置还包括耦合于电容Cll的可动电极411和电容C21的可动电极421的一导电体(未示出于附图中)，以此使得电容Cll和电容C21构成的一第一串联电容组Cd。在此，导电体可以是埋设于扫描板40内的一导线或一导电胶条。本领域的技术人员可以根据扫描板的尺寸或材质等实际情况对导电体进行选择和设定。
[0059]继续参阅图1和图3，电容传感装置还包括电容C31和电容C41，两者也沿B-B线对角线设置。其中，电容C31包括一可动电极431和一固定电极121，可动电极431设置于扫描板40的顶面401上，位于第一轴的第二边(图3所示扫描板40的右半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极121设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并且邻近于可动电极431。可动电极431和固定电极121在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。同样地，电容C41包括一可动电极441和一固定电极112，可动电极441设置于扫描板40的底面402上，位于第一轴的第一边(图3所示扫描板40的左半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极112设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极441。可动电极441和固定电极112在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。在其他实施例中，电容C31和/或电容C41可以不沿B-B线设置，也就是说，电容C31和/或电容C41也可以偏离B-B线设置。当然，沿B-B线对角线设置的两个电容使得电容传感装置的感测扫描板角位移的精确性更高。根据本发明，电容C31的固定电极121可以如图3所示设置在邻接基底10的主表面11的侧壁30上，还可以设置在基底10的主表面11上，即电容C31的固定电极121的水平面与基底10的主表面11齐平。
[0060]电容传感装置还包括耦合于电容C31的可动电极431和电容C41的可动电极441的另一导电体(未示出于附图中)，以此使得电容C31和电容C41构成的一第二串联电容组Co2。在此，导电体可以是埋设于扫描板40内的一导线或一导电胶条。本领域的技术人员可以根据扫描板的尺寸或材质等实际情况对导电体进行选择和设定。
[0061]图4示意性地描述根据本发明一实施例的一电容传感装置300的一感测电路310。如图3和图4所示，根据本发明的一实施例，电容传感装置300包括一第一感测电路310，其具有一第一输入端311，一第二输入端313，及一输出端，第一输入端311与第二输入端313分别耦合于电容Cll的固定电极111及电容C21的固定电极122，从而将由电容Cll和电容C21构成的第一串联电容组Col親合于一电感LI，构成一振荡电路。振荡电路親合于一振荡器315构成一谐振电路。谐振电路产生一具有特定频率的电流信号。一限幅放大器317耦合于该谐振电路的输出端，并对其输出的电流信号进行稳幅放大，确保输出具有特定频率的电流信号。一鉴频器319耦合于限幅放大器317的输出端，并根据其所输出的电流信号确定一频率信号，并将该频率信号转换为第一电压值Vl并输出。
[0062]图5示意性地描述根据本发明一实施例的一电容传感装置300的另一感测电路510。如图3和图5所示，根据本发明的一实施例，电容传感装置300还包括一第二感测电路510，其具有一第一输入端511，一第二输入端513及一输出端，第一输入端511与第二输入端513分别耦合于电容C31的固定电极121及电容C41的固定电极112。由电容C31和电容C41构成的第二串联电容组Co2親合于一电感L2，构成一振荡电路。振荡电路親合于一振荡器515构成一谐振电路。谐振电路产生一具有特定频率的电流信号。一限幅放大器517耦合于该谐振电路的输出端，并对其输出的电流信号进行稳幅放大，确保输出具有特定频率的电流信号。一鉴频器519耦合于限幅放大器517的输出端，并根据其所输出的电流信号确定一频率信号，并将该频率信号转换为第二电压值V2并输出。
[0063]电容C11，C21，C31，C41用来感测扫描板40绕沿图1所示A-A线的第一轴的转动。另夕卜，与由电容Cll和电容C21构成的第一串联电容组Cd耦合的第一感测电路310设定为产生对应于第一串联电容组Col的一电容值的第一电压值VI，与由电容C31和电容C41构成的第二串联电容组Co2耦合的第二感测电路510设定为产生对应于第二串联电容组Co2的一电容值的第二电压值V2 ο在绕第一轴转动过程中，电容Cl I，C21，C31，C41的可动电极与固定电极之间的覆盖面积会发生变化，而这一变化将使得由电容Cl I和电容C21构成的第一串联电容组Cd以及由电容C31和电容C41构成的第二串联电容组Co2的电容值发生变化，由此使得第一感测电路310输出的第一电压值Vl和第二感测电路510输出的第二电压值V2也产生相应的变化。电容Cl I，C21，C31，C41的可动电极与固定电极之间覆盖面积的大小表明了扫描板40相对于基底10的主表面11绕A-A线的第一轴的角位移。
[0064]图6为本发明实施例的一差动放大电路410的基本电路图。根据本发明的实施例，第一感测电路310输出第一电压值VI，第二感测电路510输出第二电压值V2。电容传感装置300还包括一差动放大电路410，以有效地放大差模输入信号，降低干扰信号的影响以提高感测精度和可靠性。第一串联电容组Cd对应第一电压值VI，第二串联电容组Co2对应的第二电压值V2。差动放大电路410具有一第一输入端421及一第二输入端422。第一电压值Vl和第二电压值V2分别耦合至差动放大电路410的第一输入端421和第二输入端422。本发明实施例中，两个输入端电压值Vl和V2，设定以差模信号耦合到差动放大电路410。在差模信号耦合方式下，第一电压值Vl和第二电压值V2中的其中一路电压信号的相位与另一路电压信号的相位正好相反。基于本发明的技术方案，在初始设置电容时，可以对第一电压值Vl所对应的第一串联电容组Cd以及第二电压值V2所对应的第二串联电容组Co2进行调整，以使得第一串联电容组Co I对应输出的第一电压值VI及第二串联电容组Co2对应输出的第二电压值V2变化幅度大致相等，相位大致相反。例如，调整电容C11，C21，C31，C41中可动电极与固定电极之间覆盖面积和距离。第一电压值Vl和第二电压值V2之间的差值即为差动放大电路410的有效输入信号。该有效输入信号经过电路阻抗Rl，R2，R3，R4和运算放大器A的放大后，输出一电压值Vol。电压值Vol对应于第一电压值Vl和第二电压值V2的差值，并且是这两个电压输入信号差值经放大后的数值。
[0065]另外，微扫描器100包括一图像信号处理器，其具有一信号同步模块(图中未示出)。电容传感装置300的输出的电压信号反馈至同步模块。在绕第一轴的转动过程中。信号处理器根据反馈信号进行调整扫描板40的角位，从而保证微扫描器100在第一轴转动过程中扫描并投射出的投影光束方向的准确性。
[0066]根据本发明的技术方案，仅设置如图3所示的电容ClI，C21或电容C31，C41也能感测扫描板40绕沿图1所示A-A线的第一轴的角位移。同时具有电容Cll，C21和电容C31，C41的电容传感装置300的感测精确度感测精确度一般会高于于只具有电容CU，C21或电容C31，C41的电容传感装置的300。然而，由于微扫描器100的体积很小，因此在其内部设置越多电容，制造难度越大，生产成本也会大幅度地提高。鉴于此，本领域的技术人员应当综合感测精确度、制造难易程度及生产投入等多方面因素，在电容传感装置中设置相应数量的电容。
[0067]图7是示意性地显示微扫描器100沿如图1所示A-A线的剖视图。根据本发明的一实施例，电容传感装置300包括沿A-A线对角线设置的电容C32和电容C42。其中，电容C32包括一可动电极432和一固定电极131。可动电极432设置于扫描板40的顶面401上，位于一第二轴(即与B-B线重合的一轴)的第一边(图7所示扫描板40的左半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极131设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并且邻近于可动电极432。可动电极432和固定电极131在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。相同地，电容C42包括一可动电极442和一固定电极142，可动电极442设置于扫描板40的底面402上，位于第二轴的第二边(图7所示扫描板40的右半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极142设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极442。可动电极442和固定电极142在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。在其他实施例中，电容C32和/或电容C42可以不沿A-A线设置，也就是说，电容C32和/或电容C42可以偏离A-A线设置。例如，电容C32可以设置在如图1所示的A-A线下方且B-B线左边的区域(但不在B-B线上)，电容C42则可以设置在如图1所示的A-A线上方且B-B线右边的区域(但不在B-B线上)。当然，沿A-A线对角线设置的两个电容使得电容传感装置的感测扫描板角位移的精确性更好。根据本发明，电容C32的固定电极131既可以设置在邻接基底10的主表面11的侧壁30上(如图7所示)，也可以设置在基底10的主表面11的延展面上，即电容C32的固定电极131的水平面与基底10的主表面11齐平。
[0068]电容传感装置300还包括耦合于电容C32的可动电极432和电容C42的可动电极442的一导电体(未示出于附图中)，以此使得电容C32和电容C42构成的一第三串联电容组Co3。在此，导电体可以是埋设于扫描板40内的一导线或一导电胶条。本领域的技术人员可以根据扫描板的尺寸或材质等实际情况对导电体进行选择和设定。
[0069]继续参阅图1和图7，电容传感装置300还包括电容C51和电容C61，两者也沿A-A线对角线设置。其中，电容C51包括一可动电极451和一固定电极141，可动电极451设置于扫描板40的顶面401上，位于第二轴的第二边(图7所示扫描板40的右半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极141设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并且邻近于可动电极451。可动电极451和固定电极141在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。同样地，电容C61包括一可动电极461和一固定电极132，可动电极461设置于扫描板40的底面402上，位于第二轴的第一边(图7所示扫描板40的左半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极132设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极461。可动电极461和固定电极132在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。在其他实施例中，电容C51和/或电容C61可以不沿A-A线设置，也就是说，电容C51和/或电容C61可以偏离A-A线设置。当然，沿A-A线对角线设置的两个电容使得电容传感装置的感测扫描板角位移的精确性更高。根据本发明，电容C51的固定电极141既可以设置在邻接基底10的主表面11的侧壁30上(如图7所示)，也可以设置在基底10的主表面11的延展面上，即电容C51的固定电极141的水平面与基底10的主表面11齐平。
[0070]电容传感装置300还包括耦合于电容C51的可动电极451和电容C61的可动电极461的另一导电体(未示出于附图中)，以此使得电容C51和电容C61构成的一第四串联电容组Co4。在此，导电体可以是埋设于扫描板40内的一导线或一导电胶条。本领域的技术人员可以根据扫描板的尺寸或材质等实际情况对导电体进行选择和设定。
[0071]图8示意性地描述根据本发明一实施例的一电容传感装置300的又一感测电路710。如图7和图8所示，根据本发明的一实施例，电容传感装置300包括感测电路710，其具有一第一输入端711，一第二输入端713及一输出端，第一输入端711与第二输入端713分别親合于电容C32的固定电极131及电容C42的固定电极142。由电容C32和电容C42构成第三串联电容组Co3親合于一电感L3，构成一振荡电路。振荡电路親合于一振荡器715构成一谐振电路。谐振电路产生一具有特定频率的电流信号。一限幅放大器717耦合于该谐振电路的输出端，并对其输出的电流信号进行稳幅放大，确保输出具有特定频率的电流信号。一鉴频器719耦合于限幅放大器717的输出端，并根据其所输出的电流信号确定一频率信号，并将该频率信号转换为第三电压值V3并输出。
[0072]图9示意性地描述本发明一实施例的一电容传感装置300的另外一感测电路910。如图7和图9所示，根据本发明的一实施例，电容传感装置300包括感测电路910，其具有一第一输入端911，一第二输入端913及一输出端，第一输入端911与第二输入端913分别親合于电容C51的固定电极141及电容C61的固定电极132。由电容C51和电容C61构成第三串联电容组Co4親合于一电感L4，构成一振荡电路。振荡电路親合于一振荡器915构成一谐振电路。谐振电路产生一具有特定频率的电流信号。一限幅放大器917耦合于该谐振电路的输出端，并对其输出的电流信号进行稳幅放大，确保输出具有特定频率的电流信号。一鉴频器919耦合于限幅放大器917的输出端，并根据其所输出的电流信号确定一频率信号，并将该频率信号转换为第四电压值V4并输出。
[0073]电容032，042，051，061用来感测扫描板40绕沿图1所示8-8线的第二轴的转动。另夕卜，与由电容C32和电容C42构成的第三串联电容组Co3耦合的第三感测电路710设定为产生对应于第三串联电容组Co3的一电容值的第三电压值V3，与由电容C51和电容C61构成的第四串联电容组Co4耦合的第四感测电路910设定为产生对应于第四串联电容组Co4的一电容值的第四电压值V4ο在绕第二轴转动过程中，电容C32，C42，C51，C61的可动电极与固定电极之间的覆盖面积会发生变化，而这一变化将使得由电容C32和电容C42构成的第三串联电容组Co3以及由电容C51和电容C61构成的第四串联电容组Co4的电容值发生变化，由此使得第三感测电路710输出的第三电压值V3和第四感测电路910输出的第四电压值V4也产生相应的变化。电容C32，C42，C51，C61的可动电极与固定电极之间覆盖面积的大小表明了扫描板40相对于基底10的主表面11绕第二轴的角位移。
[0074]图10示意性地描述根据本发明一实施例的另一差动放大电路810。根据本发明的实施例，第三感测电路710输出第三电压值V3，第四感测电路910输出第四电压值V4。电容传感装置300还包括差动放大电路810，以有效地放大差模输入信号，降低干扰信号的影响。第三串联电容组Co3对应第三电压值V3，第四串联电容组Co4对应的第二电压值V4。差动放大电路810具有一第一输入端821及一第二输入端822。第三电压值V3和第四电压值V4分别耦合至差动放大电路810的第一输入端821和第二输入端822。本发明实施例中，两个输入端电压值V3和V4，设定以差模信号耦合到差动放大电路810。在差模信号耦合方式下，第三电压值V3和第四电压值V4中的其中一路电压信号的相位与另一路电压信号的相位相反。基于本发明的技术方案，在初始设置电容时，可以对第三电压值V3所对应的第三串联电容组Co3以及第四电压值V4所对应的第四串联电容组Co4进行调整，以使得第三串联电容组Co3对应输出的第三电压值V3及第四串联电容组Co4对应输出的第四电压值V4相近或相同。例如，调整电容〇32，042，051，061的可动电极与固定电极之间覆盖面积，或者调整电容032，042，051，〇61的可动电极与固定电极之间的距离。第三电压值V3和第四电压值V4之间的差值即为差动放大电路810的有效输入信号。该有效输入信号经过电路阻抗1?5，1?6，1?7，1?8和运算放大器4’的放大后，输出一电压值Vo2。电压值Vo2对应于第三电压值V3和第四电压值V4的差值，并且是这两个电压输入信号差值经放大后的数值。
[0075]根据本发明的技术方案，仅设置如图7所示的电容C32，C42或电容C51，C61也能感测扫描板40绕沿图1所示B-B线的第二轴的角位移。当然，只具有电容C32，C42或电容C51，C61的电容传感装置的感测精确度肯定低于同时具有电容C32，C42和电容C51，C61的电容传感装置的感测精确度。根据本发明的一实施例，在电容传感装置中可以仅设置第一串联电容组Cd (即电容Cl I，C21)或第二串联电容组Co2(C31，C41)以感测扫描板40绕沿图1所示A-A线的第一轴的角位移，并且仅第三串联电容组Co3(即电容C32，C42)或第四串联电容组Co4(即电容C51，C61)以感测扫描板40绕沿图1所示B-B线的第二轴的角位移。根据本发明的另一实施例，在电容传感装置中可以仅设置第一串联电容组Col(即电容Cll，C21)或第二串联电容组Co2(即电容C31，C41)以感测扫描板40绕沿图1所示A-A线的第一轴的角位移，且同时第三串联电容组Co3(即电容C32，C42)和第四串联电容组Co4(即电容C51，C61)以感测扫描板40绕沿图1所示B-B线的第二轴的角位移。根据本发明的又一实施例，在电容传感装置中可以同时设置第一串联电容组Cd (即电容Cl I，C21)和第二串联电容组Co2 (即电容C31，C41)以感测扫描板40绕沿图1所示A-A线的第一轴的角位移，且仅第三串联电容组Co3 (即电容C3 2，C42)或第四串联电容组Co4(即电容C51，C61)以感测扫描板40绕沿图1所示B-B线的第二轴的角位移。根据本发明的一优选实施例，在电容传感装置中可以同时设置第一串联电容组Col(即电容C11，C21)和第二串联电容组Co2(即电容C31，C41)以感测扫描板40绕沿图1所示A-A线的第一轴的角位移，且同时第三串联电容组Co3(即电容C32，C42)和第四串联电容组Co4(即电容C51，C61)以感测扫描板40绕沿图1所示B-B线的第二轴的角位移。基于此，本领域技术人员可以综合感测精确度、制造难易程度及成本投入等多方面因素，对电容传感装置中的电容数量进行相应的选择和设置。
[0076]图11示意性地描述根据本发明另一实施例的一微扫描器200的结构。图12和图13分别是图11所示的微扫描器沿A-A线和沿B-B线的剖面图。由于图11所示的微扫描器200的结构与图1所示的微扫描器100的结构相似，最主要的不同之处在于:图11所示的微扫描器200还包括一平衡环70。在此，在图11的微扫描器200中与图1的微扫描器100中的相同或相似部件以相同的附图标记标出。通过实施例来说明，微扫描器200通过半导体制造工艺制成在一半导体晶片上制成。例如，该晶片可以是硅体(B u I k S i I i c ο η)晶片或绝缘底上的硅(SOI)晶片。图11至图13示出了作为一半导体基底10的半导体晶片的一部分。一腔体20形成于基底10的一顶部主表面11内。根据一实施例，腔体20是位于基底10的一通孔，该通孔具有如图12所示的一侧壁30。本实施例的微扫描器200中的电容传感装置还包括平衡环70。平衡环70位于基底10的腔体20内并包围扫描板40。平衡环70通过扭力臂26，28与扫描板40连接。扫描板40设定为绕平行于扭力臂26，28的一第一轴(即与A-A线重合的一轴)转动，平衡环70设定为绕垂直于第一轴的一第二轴(即与B-B线重合的一轴)转动。
[0077]图11所示的扭力臂26，28是直的且具有与扫描板40和平衡环24相同的厚度。应理解的是，这并不旨在限制本发明的范围。根据本发明的不同实施例，扭力臂26，28可以具有诸如弯曲或蛇形等不同形状，并且在不同的截面具有不同的宽度。此外，扭力臂26，28还可以具有不同的厚度。对扭力臂的形状、宽度及厚度进行选择可满足扭力臂不同的质量分布、刚度和其他机械性能的要求。例如，根据本发明的一可选实施例，如图12所示的扭力臂26，28的厚度小于扫描板40和平衡环70的厚度。
[0078]根据本发明一优选实施例，扫描板40，平衡环70及扭力臂26，28采用与基底10相同的半导体材料制成。一反射镜面50位于扫描板40的顶面401上。平衡环70具有一第一表面701及相对第一表面701的一第二表面702，一线圈60位于平衡环70的第一表面701上。根据本发明一优选实施例，反射镜50包括沉积于扫描板40的顶面401的一铂金反射面。一闭合电路线圈60设置于平衡环70的第一表面701。根据本发明的一优选实施例，线圈60包括具有一导电材料(例如，金，铜或铝等)的一闭合电路绕组。
[0079]如图11和图13所示，根据本发明的一实施例，电容传感装置包括沿B-B线对角线设置的电容Cll和电容C21。其中，电容Cll包括一可动电极411和一固定电极111，可动电极411设置于扫描板40的顶面401上，位于第一轴的第一边(图13所示扫描板40的左半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极111设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并且邻近于可动电极411。可动电极411和固定电极111在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。相同地，电容C21包括一可动电极421和一固定电极122，可动电极421设置于扫描板40的底面402上，位于第一轴的第二边(图13所示扫描板40的右半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极122设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极421。可动电极421和固定电极122在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。在其他实施例中，电容CU和/或电容C21可以不沿B-B线设置，也就是说，电容Cll和/或电容C21可以偏离B-B线设置。例如，电容Cll可以设置在如图11所示的B-B线上方且A-A线左边的区域(但不在A-A线上)，电容C21则可以设置在如图11所示的B-B线下方且A-A线右边的区域(但不在A-A线上)。当然，沿B-B线对角线设置的两个电容使得电容传感装置的感测扫描板角位移的精确性更为可靠。根据本发明，电容Cll的固定电极111可以设置在基底10的主表面11的延展面上(如图13所示)，即电容Cll的固定电极111的水平面与基底10的主表面11齐平，还可以设置在距基底10的主表面11 一距离的侧壁30上。
[0080]如图11和12所示，根据本发明的一实施例，电容传感装置包括沿A-A线对角线设置的电容C31和电容C41。其中，电容C31包括一可动电极431和一固定电极131，可动电极431设置于平衡环70的第一表面701上，位于第二轴的第一边(图12所示平衡环70的左半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极111与基底10的主表面11齐平，并且邻近于可动电极431。可动电极431和固定电极131在平衡环70静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。同样地，电容C41包括一可动电极441和一固定电极142，可动电极441设置于平衡环70的第二表面702上，位于第二轴的第二边(图12所示平衡环70的右半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极142设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极441。可动电极441和固定电极142在平衡环70静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。在其他实施例中，电容C31和/或电容C41可以不沿A-A线设置，也就是说，电容C31和/或电容C41可以偏离A-A线设置。当然，沿A-A线对角线设置的两个电容使得电容传感装置的感测扫描板角位移的精确性更为精准。根据本发明，电容C31的固定电极131可以设置在基底10的主表面11的延展面上(如图12所示)，即电容C31的固定电极131的水平面与基底10的主表面11齐平，还可以设置在距基底10的主表面11 一距离的侧壁30上。
[0081 ]显然地，电容传感装置还包括耦合于电容Cl I的可动电极411和电容C21的可动电极421的一导电体，以及耦合于电容C31的可动电极431和电容C41的可动电极441的另一导电体(未示出于附图中)，以此使得电容Cl I和电容C21以及电容C31和电容C41分别构成第一串联电容组和第二串联电容组。在此，导电体可以是分别埋设于扫描板40和平衡环70内的一导线或一导电胶条。本领域的技术人员可以根据扫描板的尺寸或材质等实际情况对导电体进行选择和设定。
[0082]电容Cl I，C21用来感测扫描板40绕沿图1所示A-A线的第一轴的转动。另外，与由电容Cll和电容C21构成的第一串联电容组耦合的第一感测电路设定为产生对应于第一串联电容组的一电容值的第一电压值。电容C31，C41用来感测平衡环70绕沿图1所示B-B线的第二轴的转动。此外，与由电容C31和电容C41构成的第二串联电容组耦合的第二感测电路设定为产生对应于第二串联电容组的一电容值的第二电压值。在绕第一轴转动过程中，电容(:11<21<31，041的可动电极411，421，431，441与固定电极111，122，131，142之间的覆盖面积会发生变化，而这一变化将使得由电容Cl I和电容C21构成的第一串联电容组以及由电容C31和电容C41构成的第二串联电容组的电容值发生变化，由此使得第一感测电路输出的第一电压值和第二感测电路输出的第二电压值也产生相应的变化。电容Cll，C21的可动电极411，421与固定电极111，122之间覆盖面积的大小表明了扫描板40相对于基底1的主表面11绕第一轴的角位移。电容C31，C41的可动电极431，441与固定电极131，142之间覆盖面积的大小表明了平衡环70相对于基底10的主表面11绕第二轴的角位移。图13的微扫描器200中的相关串联电容组与感测电路的设置方式及功能作用与图1的微扫描器100中的第一串联电容组Cd和第二串联电容组Co2与其所对应的第一感测电路和第二感测电路的设置方式和功能作用相同，在此就不通过附图对本实施例的串联电容组和感测电路进行详细的描述，必要时可以参阅图4、图5、图8和图9。
[0083]如图11和图12所示，为了进一步地提高电容传感装置的感测精度，根据本发明的另一实施例，电容传感装置还包括沿A-A线对角线设置的电容C51和电容C61。其中，电容C51包括一可动电极451和一固定电极141，可动电极451设置于平衡环70的第一表面701上，位于第二轴的第二边(图12所示平衡环70的右半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极141与基底10的主表面11齐平，并且邻近于可动电极451。可动电极451和固定电极141在平衡环70静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。同样地，电容C61包括一可动电极461和一固定电极132，可动电极461设置于平衡环70的第二表面702上，位于第二轴的第一边(图12所示平衡环70的左半边)，并且距离第二轴一距离处。固定电极132设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极461。可动电极461和固定电极132在平衡环70静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。
[0084]如图11和图13所示，为了进一步地提高电容传感装置的感测精度，根据本发明的又一实施例，电容传感装置还包括沿B-B线对角线设置的电容C52和电容C62。其中，电容C52包括一可动电极452和一固定电极121，可动电极452设置于扫描板40的顶面401上，位于第一轴的第二边(图13所示扫描板40的右半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极121与基底10的腔体20的侧壁30齐平，并且邻近于可动电极452。可动电极452和固定电极121在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。同样地，电容C62包括一可动电极462和一固定电极112，可动电极462设置于扫描板40的底面402上，位于第一轴的第一边(图13所不扫描板40的左半边)，并且距离第一轴一距离处。固定电极112设置于基底10的腔体20的侧壁30上，并邻近于可动电极462。可动电极462和固定电极112在扫描板40静止或转动的过程中具有一定的覆盖面积。
[0085]当电容传感装置包括电容(:11，021，052，062时，可以将对应由电容(:11，021构成的串联电容组输出的电压值和对应由电容C52，C62构成的串联电容值输出的电压值以差模信号方式耦合至一差动放大电路。当电容传感装置包括电容C31，C41，C51，C61时，也可以将对应由电容C31，C41构成的串联电容组输出的电压值和对应由电容C51，C61构成的串联电容值输出的电压值以差模信号方式耦合至另一差动放大电路。由于这两个差动放大电路的结构、设置方式以及功能作用与图6和图10所示的差动放大电路相同或相似，故就不通过相关附图对此进行具体描述了。
[0086]根据本发明的一实施例，仅设置如图12所示的电容C31，C41或电容C51，C61也能感测平衡环70绕沿图11所示B-B线的第二轴的角位移。同样地，仅设置如图13所示的电容Cll，C21或电容C52，C62也能感测扫描板40绕沿图11所示A-A线的第一轴的角位移。根据本发明的一优选实施例，在电容传感装置中可以同时设置电容(:11，021，052，062以感测扫描板40绕沿图1所示4^线的第一轴的角位移，并且同时设置电容031，041，051，061以感测平衡环70绕沿图1所示B-B线的第二轴的角位移。基于此，本领域技术人员可以综合感测精确度、制造难度及生产投入等多方面因素，对电容传感装置中的电容的数量进行相应的选择和设置。
[0087]本发明所述的电容传感装置是一种非接触式传感器。根据本发明，该非接触式传感器米用电容感测技术来确定在微扫描器中的一扫描板绕相互垂直的两根轴的角位移。根据本发明，该电容传感装置包括设置于扫描板和/或与扫描板连接的一平衡环上的可动电容以及设置于一基底上的固定电容。根据一优选实施例，电容传感装置还可以包括一差动放大电路。根据另一实施例，电容传感装置的电容设置数量可以进行合理的选择和设置，以获得高准确性的感测结果。
[0088]根据本发明，该电容传感装置与具有一浮动平衡环组件或一浮动扫描板的微机电系统微扫描器是兼容的。在此类微机电系统微扫描器中，该平衡环组件或扫描板悬浮在产生于基底的一腔体周围的一磁场中。在磁场中悬浮平衡环组件或扫描板，从而无需扫描板或平衡环与周围框架之间有一物理连接，由此大大提高了扫描仪在高扫描频率、高扫描分辨率及大扫描角度等方面的扫描性能。按照本发明的一电容传感装置与一能够承受高频率和大振幅驱动的微机电系统微扫描器兼容。根据本发明所述的电容传感装置具有广泛的应用领域。
[0089]虽然对于本发明结合不同实施例并参照相关附图进行了描述，但是本领域的普通技术人员能够基于本发明的上述描述做出不同的修改。例如，根据本发明的一电容传感装置并不限于实施在如上所述的具有一浮动结构的一微机电系统微扫描器中。根据本发明的一电容传感装置也可以设置为感测在一微机电系统微扫描器中的一扫描板的角位移。此夕卜，在根据本发明的一电容传感装置的电容可以包括纸介电容、陶瓷电容、薄膜电容及金属电解电容等体积较小的电容。
【主权项】
1.一电容传感装置，其位于一微扫描器内，所述微扫描器具有位于一基底的一腔体内的一扫描板，所述腔体具有包围所述扫描板的一侧壁，所述扫描板具有一第一表面及相对于所述第一表面的一第二表面，并设定为响应一驱动以绕一第一轴转动和与所述第一轴垂直的一第二轴转动，其特征在于所述电容传感装置包括: 一第一电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第一表面上，位于所述第一轴的一第一边距所述第一轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第二电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第二表面上，位于所述第一轴的与所述第一边相对的一第二边，并距所述第一轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第一导电体，親合于所述第一电容的所述可动电极与所述第二电容的所述可动电极，使得所述第一电容与所述第二电容构成一第一串联电容组，及 一第一感测电路，其具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与所述第二输入端分别耦合于所述第一电容的所述固定电极及所述第二电容的所述固定电极，所述感测电路设定为产生对应于所述第一串联电容组的一电容值的一第一电压值至所述输出端。2.根据权利要求1所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括: 一第三电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第一表面上，位于所述第一轴的所述第二边，并距所述第一轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第四电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第二表面上，位于所述第一轴的所述第一边，并距所述第一轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第二导电体，耦合于所述第三电容的所述可动电极与所述第四电容的所述可动电极，使得所述第三电容与所述第四电容构成一第二串联电容组，及 一第二感测电路，其具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与所述第二输入端分别耦合于所述第三电容的所述固定电极及所述第四电容的所述固定电极，所述感测电路设定为产生对应于所述第二串联电容组的一电容值的一第二电压值至所述输出端。3.根据权利要求2所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括一差动放大电路，具有一第一输入端及一第二输入端，所述第一输入端親合于所述第一感测电路的所述输出端，所述第二输入端耦合于所述第二感测电路的所述输出端，所述差动放大电路设定为输出一电压值，所述电压值对应于所述第一电压值及所述第二电压值。4.根据权利要求1所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括: 一第三电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第一表面上，位于所述第二轴的一第一边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第四电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第二表面上，位于所述第二轴的与所述第一边相对的一第二边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第二导电体，耦合于所述第三电容的所述可动电极与所述第四电容的所述可动电极，使得所述第三电容与所述第四电容构成一第二串联电容组，及 一第二感测电路，其具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与所述第二输入端分别耦合于所述第三电容的所述固定电极及所述第四电容的所述固定电极，所述感测电路设定为产生一对应于所述第二串联电容组的一电容值的第二电压值至所述输出端。5.根据权利要求4所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括: 一第五电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第一表面上，位于所述第二轴的所述第二边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第六电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第二表面上，位于所述第二轴的所述第一边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第三导电体，耦合于所述第五电容的所述可动电极与所述第六电容的所述可动电极，使得所述第五电容与所述第六电容构成一第三串联电容组，及 一第三感测电路，其具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与所述第二输入端分别耦合于所述第五电容的所述固定电极及所述第六电容的所述固定电极，所述感测电路设定为产生对应于所述第三串联电容组的一电容值的一第三电压值至所述输出端。6.根据权利要求5所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括一差动放大电路，具有一第一输入端及一第二输入端，所述第一输入端耦合于所述第二感测电路所述输出端，所述第二输入端耦合于所述第三感测电路所述输出端，所述差动放大电路设定为输出一电压值，所述电压值对应于所述第二电压值及所述第三电压值。7.根据权利要求1所述的电容传感装置，其特征在于所述微扫描器包括一平衡环，其位于所述基底的腔体内并包围所述扫描板，所述平衡环具有一第一表面及相对于所述第一表面的一第二表面，且所述平衡环通过至少一扭力臂与所述扫描板连接，其中，所述扫描板设定为绕平行于所述至少一扭力臂的第一轴转动，所述平衡环设定为绕垂直于所述第一轴的第二轴转动，所述电容传感装置包括: 一第三电容，其包括: 一可动电极，设置于所述平衡环的所述第一表面上，位于所述第二轴的一第一边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第四电容，其包括: 一可动电极，设置于所述平衡环的所述第二表面上，位于所述第二轴的与所述第一边相对的一第二边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第二导电体，耦合于所述第三电容的所述可动电极与所述第四电容的所述可动电极，使得所述第三电容与所述第四电容构成一第二串联电容组，及 一第二感测电路，其具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与所述第二输入端分别耦合于所述第三电容的所述固定电极及所述第四电容的所述固定电极，所述感测电路设定为产生对应于所述第二串联电容组的一电容值的一第二电压值至所述输出端。8.根据权利要求7所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括: 一第五电容，其包括: 一可动电极，设置于所述平衡环的所述第一表面上，位于所述第二轴的所述第二边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第六电容，其包括: 一可动电极，设置于所述平衡环的所述第二表面上，位于所述第二轴的所述第一边，并距所述第二轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底的腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述平衡环静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第三导电体，耦合于所述第五电容的所述可动电极与所述第六电容的所述可动电极，使得所述第五电容与所述第六电容构成一第三串联电容组，及 一第三感测电路，其具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与所述第二输入端分别耦合于所述第五电容的所述固定电极及所述第六电容的所述固定电极，所述感测电路设定为产生对应于所述第三串联电容组的一电容值的一第三电压值至所述输出端。9.根据权利要求8所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括一第一差动放大电路，具有一第一输入端及一第二输入端，所述第一输入端親合于所述第二感测电路的所述输出端，所述第二输入端耦合于所述第三感测电路的所述输出端，所述第一差动放大电路设定为输出一电压值，所述电压值对应于所述第二电压值及所述第三电压值。10.根据权利要求7所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括: 一第五电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第一表面上，位于所述第一轴的所述第二边，并距所述第一轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第六电容，其包括: 一可动电极，设置于所述扫描板的所述第二表面上，位于所述第一轴的所述第一边，并距所述第一轴一距离处;及 一固定电极，设置于所述基底的腔体的所述侧壁上并邻近所述可动电极，并与所述可动电极在所述扫描板静止或转动过程中具有一定的覆盖面积； 一第三导电体，耦合于所述第五电容的所述可动电极与所述第六电容的所述可动电极，使得所述第五电容与所述第六电容构成一第三串联电容组，及 一第三感测电路，其具有一第一输入端，一第二输入端及一输出端，所述第一输入端与所述第二输入端分别耦合于所述第五电容的所述固定电极及所述第六电容的所述固定电极，所述感测电路设定为产生对应于所述第三串联电容组的一电容值的一第三电压值至所述输出端。11.根据权利要求10所述的电容传感装置，其特征在于所述电容传感装置包括一差动放大电路，具有一第一输入端及一第二输入端，所述第一输入端親合于所述第一感测电路的所述输出端，所述第二输入端耦合于所述第三感测电路的所述输出端，所述差动放大电路设定为输出一电压值，所述电压值相应于所述第一电压值及所述第三电压值。
【文档编号】G01B7/30GK105865324SQ201610316001
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】汪际军
【申请人】全普光电科技(上海)有限公司