EP3494432A1 - Interferometer and method for operating same - Google Patents

Interferometer and method for operating same

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Publication number
EP3494432A1
EP3494432A1 EP17745315.6A EP17745315A EP3494432A1 EP 3494432 A1 EP3494432 A1 EP 3494432A1 EP 17745315 A EP17745315 A EP 17745315A EP 3494432 A1 EP3494432 A1 EP 3494432A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
interferometer
mirror element
mirror
gap
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17745315.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Merz
Martin HUSNIK
Marc Schmid
Benedikt Stein
Christoph Schelling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3494432A1 publication Critical patent/EP3494432A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • 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
    • 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 invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
  • the subject of the present invention is also a computer program.
  • Microelectromechanical drives have a small adjustment range.
  • the adjustment range may be smaller than a desired adjustment range of a resonator gap of an interferometer.
  • US2013279005A1 an FPI spectrometer is described in which two electrostatic independently controllable
  • Actuating mechanisms act in the same direction and on the same spring, d. h., the tunable area remains limited because of the snap-in risk.
  • a large adjustment range can be achieved by a combined use of at least two drives.
  • a gap height is adjusted by an addition of adjustment paths of at least two drives. As a result, the gap height can be adjusted over a wide range with high accuracy.
  • the interferometer comprising the following features: a first drive means, which is adapted to set a gap height of the resonator gap, wherein the first drive means has a first adjustment range; and a second drive device is configured to set the gap height, wherein the second drive device has a second adjustment range that supplements and / or widens the first adjustment range.
  • An interferometer may be understood to mean a Fabry-Perot interferometer which is designed to filter out and pass a wavelength range of electromagnetic waves, which is dependent on a gap height of the gap, in a gap formed as a resonator between two opposing mirror elements. In this case, subsequent to the interferometer, a radiation intensity of the
  • Wavelength range are detected. By changing the gap height different wavelength ranges can be filtered and so the
  • Wavelength spectrum can be recorded by a plurality of detected radiation intensities. Under the gap height, a distance of the two mirror elements from each other can be understood.
  • a drive device may be designed to move at least one of the mirror elements in response to an electrical actuating signal and / or to hold it in a position predetermined by the actuating signal.
  • the first adjustment range can have at least one discrete end position. A discrete end position can be determined for example by a rest position of at least one of the mirror elements. In the rest position, the
  • the rest position can be defined by at least one spring system.
  • the end position can be determined by a stop device.
  • Stop means may be coupled to the first drive means.
  • the stop device may, for example, comprise columns and / or walls, which are aligned substantially transversely to a main extension plane of a mirror element.
  • a first spring device can be arranged between the stop device and a substrate of the interferometer.
  • a spring device may be referred to as a spring system.
  • Stop device are deflected by the drive device against a restoring force until the stopper strikes. If the
  • a second spring device can be arranged between the stop device and the first mirror element.
  • the mirror element can be deflected against a restoring force from the end position of the stop means and moved to the deflection by the restoring force back into the end position.
  • the first drive device may be coupled to the first mirror element.
  • the first mirror element can be coupled to a substrate of the interferometer via a first spring device.
  • the mirror element can be connected directly to the substrate via the spring device.
  • Drive means can drive the first mirror element.
  • the second drive device may be coupled to the second mirror element.
  • the second drive device can drive the second mirror element.
  • the second mirror element may also be coupled to the substrate via a spring device.
  • the second drive device can furthermore be coupled to the first mirror element.
  • the second drive device can act on both mirror elements and move them toward or away from each other.
  • a method for operating an interferometer wherein in a step of adjusting a gap width of a resonator gap of the interferometer between a first mirror element of the interferometer and a second mirror element of the interferometer using a first drive means and / or a second drive means is set.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the above
  • FIG. 1 is a representation of a control scheme for an interferometer according to an embodiment
  • Fig. 2 is a block diagram of an interferometer according to a
  • 3 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment
  • 4 shows a schematic representation of an interferometer according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment
  • FIG. 6 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment
  • Fig. 7 is a schematic representation of drive means according to a
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an interferometer according to an embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an interferometer according to an embodiment
  • FIG. 10 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment.
  • 11 is a flowchart of a method for operating a
  • the control scheme can be used for an interferometer with two independently controllable drive devices 100, 102 for setting a gap height 104 of a resonator gap.
  • the first drive device 100 used to switch between a first gap height area 106 and a second gap height area 108.
  • the second drive device 102 is used to adjust the gap height 104 within the gap height regions 106, 108.
  • the gap height regions 106, 108 overlap in an overlap region 110.
  • gap heights 104 within the overlap region 110 can be set from both gap height regions 106, 108.
  • the first drive device 100 here has two defined end positions and changes the gap height 104 without intermediate positions between the end positions.
  • the second drive device 102 is designed here continuously and changes the gap height 104 in proportion to a control signal 112.
  • FIG. 1 an overlap 110 of the measuring regions 106, 108 is shown.
  • the roughing takes place to two rest positions 106, 108 to this
  • Fig. 2 shows a block diagram of an interferometer 200 according to a
  • the interferometer 200 has a first mirror element 202, through an adjustable resonator gap 204 of the first
  • the interferometer 200 may be implemented using the one shown in FIG.
  • Control schemes are controlled.
  • the first mirror element 202 is here driven by two drive devices 100, 102, wherein the drive devices 100, 102 are connected in series.
  • the second mirror element 206 is fixed here.
  • Drive means 100 is adapted to a gap height 104 of the
  • the first drive device 100 has a first adjustment region 208.
  • the second drive device 102 is likewise designed to set the gap height 104.
  • the second Drive device 102 has a second adjustment region 210 that supplements first adjustment region 208.
  • a Fabry-Perot Interferometer (FPI) 200 device with multi-stage actuation is presented. It is shown a schematic representation of the drive assembly. In the sketch, the positions 106 and 108 are two positions of the first mirror element 202 which can be taken by a digital switching of the coarse control 100. However, coarse actuation 100 and / or fine-tuning 102 could just as well be applied to the second
  • Mirror element 206 act.
  • the mirror elements 200, 206 can be actuated in the same direction or in opposite directions.
  • the actuation can be unilateral or bilateral.
  • FPI micromechanical Fabry-Perot interferometer
  • the approach presented here creates a micromechanical Fabry-Perot interferometer 200 with an extended, non-pull-in limited spectral measurement range 104 and a fine resolution even at shorter wavelengths.
  • the maximum transmission resonant condition is satisfied at a gap spacing 104 equal to an integer multiple of half the wavelength.
  • the gap distance 104 should also behave as linearly as possible over the measuring range. In particular, it would be desirable for optimal spectral scanning because of the lower half-width of the resonances at shorter ones Wavelengths, ie small gap distances, the voltage increments lead to smaller gap spacing changes than at larger gap distances.
  • a simple capacitive control in which the mirror elements 202, 206 are moved towards one another, runs counter to this. The smaller the gap 104, the greater the increase in force and thus the gap change in the same Steuernapssinkrement. If a force threshold is exceeded, it can come to a snap and the electrodes touch each other.
  • mirrors of the Fabry-Perot interferometer 200 should be as plane-parallel as possible to each other for maximum resolution over the entire tuning range, and this should also remain at the time of actuation.
  • mirror layers 202, 206 may already have a mechanical tensile stress, for example, even in the zero position.
  • An advantageous driving method is a coarse control of the first actuation mechanism 100 by means of which one or both mirror elements 202, 206 is brought into one of at least two or more defined positions 106, 108 or measuring positions.
  • Coarse positions 106, 108 can either be defined via mechanical stops or be realized via discrete control signals whose height can be selected depending on the measurement task. Via the continuous or quasi-continuous fine control of a second actuation mechanism 102, the size of the optical gap 104 is then tuned.
  • the coarse-control stop positions can be selected such that the measurement ranges resulting from the fine-control overlap, so that a continuous spectrum can be composed.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment.
  • the interferometer 200 essentially corresponds to the interferometer in FIG. 2.
  • the first drive device 100 here acts on the first mirror element 202, while the second
  • Drive device 102 acts on the second mirror element 206.
  • both mirror elements 202, 206 are driven and movable here.
  • the interferometer 200 is designed as a layered structure on a substrate 300.
  • the two mirror elements 202, 206 are subregions of mirror layers 302 arranged parallel to the substrate 300
  • Mirror elements 202, 206 are arranged above a cavity 304 of the substrate 300. Laterally of the mirror elements 202, 206, the mirror layers 302 are perforated by spring perforations 306 to spring systems 308, 310th
  • the spring systems 308, 310 allow the mobility of the mirror elements 202, 206 for adjusting the gap height 104 of the
  • Resonatorspalts 204 Outside the mirror elements 202, 206 and
  • Spring systems 308, 310 are the mirror layers 302 by spacer layers 312 of the substrate 300 and spaced from each other.
  • the first drive device 100 is arranged in the region of the first spring system 308.
  • the first drive device 100 is designed as a capacitive actuator 100.
  • First electrodes of the capacitive actuator 100 are arranged on the substrate 300, while second electrodes of the capacitive actuator 100 are arranged on spring elements of the first spring system 308. When an electric voltage is applied to the electrodes, a result
  • first mirror element 202 Force of attraction between the electrodes and the first mirror element 202 is pulled by the spring elements of the first spring system 308 from a rest position in the direction of the substrate 300. In this case, the first mirror element 202 is moved until stop elements 314 of the first mirror element 202 strike against the substrate 300 and define a deflected position of the first mirror element 202. In other words, the first mirror element 202 is reciprocated by the first drive device 100 between the rest position and the deflected position to the gap height 104 between the first
  • the second drive device 102 is arranged in the region of the second spring system 310.
  • the second drive device 102 is designed as a piezoelectric actuator 102.
  • At least one piezoelectric layer of the piezoelectric actuator 102 is arranged on spring elements of the second spring system 310.
  • a length of the layer changes.
  • the spring elements are bent and the second mirror element 206 is moved depending on a voltage value and a voltage direction by the spring elements from a rest position. In the direction of the first mirror element 202, the second mirror element 206 can in this case be moved until anti-adhesive knobs 316 or anti-friction bumps 316 touch the first mirror element 202.
  • Anti-adhesive knobs 316 prevent adhesion of the smooth reflecting surfaces of the mirror elements 202, 206.
  • the second drive device 102 is designed to steplessly move the second mirror element 206 within the second gap height range.
  • the micromechanical interferometer component 200 presented here consists of at least one substrate 300, at least two mirror elements 202, 206, flexible hangers 308, 310 spaced apart from each other by a gap 204, via which at least one of the
  • Mirror elements 202, 206 is suspended on the substrate 300, at least two independently controllable actuation mechanisms 100, 102 for tuning the gap size 104, wherein for each actuation mechanism 100, 102, an independently controllable spring system 308, 310 in one of the mirror elements 202, 206 exists.
  • the spring systems 308, 310 can be embodied either as membranes, annular membranes or as discretely structured spring elements.
  • Actuating mechanisms 100, 102 may either all be based on one of
  • the actuation mechanisms 100, 102 may move either one or more mirror elements 202, 206 relative to the substrate 300, or relative to one another. At least one of the
  • Mirror elements 202, 206 and / or the substrate 300 has stops 314 in FIG Direction of one of the other mirror elements 202, 206 and / or the substrate 300, wherein the stops 314 may be formed as one-dimensional columns or as two-dimensional walls.
  • the actuation mechanisms 100, 102 may be embodied capacitively or electrostatically and / or piezoelectrically and / or thermally.
  • the approach presented here requires smaller electrical voltages for tuning than for a fully analog tunable Fabry-Perot interferometer. This results in a more linear control. Furthermore, lower mechanical layer stresses in the mirror layers 302 result when tuning.
  • the interferometer 200 presented here has two defined optical resonance lengths, which can optionally be used to calibrate the Fabry-Perot interferometer 200, since the distance is very defined. Likewise, there is a Doublekalibrationsberichtkeit by the two independent control circuits with a capacitive or piezoelectric
  • the self-calibration can for
  • Temperature compensation and / or drift compensation can be used.
  • the interferometer 200 presented here can be produced inexpensively, since possibly only one cavity 304 is required, in comparison, for example, to a component having two electrostatic gaps.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment.
  • the interferometer 200 essentially corresponds to the interferometers in FIGS. 2 and 3.
  • the second mirror layer 302 of the second mirror element 206 is arranged directly on the substrate 300 and the second mirror element 206 is immovable.
  • the first mirror layer 302 of the first mirror element 202 is spaced from the second mirror layer 302 by a high layer thickness spacer layer 312.
  • the spring systems 308, 310 the first mirror layer 302 outside the first mirror element 202 is thinned out in sections 400.
  • the first spring system 308 and the second spring system 310 are included
  • the drive devices 100, 102 are arranged in the region of the spring systems 308, 310. Both drive devices 100, 102 are designed here as capacitive actuators. The first electrodes are thereby in the thinned portions of the first mirror layer 302
  • the second electrodes are disposed on the second mirror layer 302. Between the spring systems 308, 310, the first mirror layer is formed into a stop region for the stop elements 314.
  • the first drive device 100 moves the stopper area, the second spring system 310 and the first mirror element 202 between the rest position and the deflected position defined by the stop element 314.
  • the second drive device 102 moves the first mirror element 202 out of the rest position or the deflected position independently of the first drive device 100.
  • FIG. 4 shows a cross section through a Fabry-Perot interferometer 200, in the thinned membrane regions 400 as
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment.
  • the interferometer 200 essentially corresponds to the interferometer shown in FIG. 4.
  • the spring systems 308, 310 are formed by spring perforations 306 as in FIG.
  • the interferometer 200 shown here has a third spring system 500.
  • the third spring system 500 is formed by spring perforations 306 through the second mirror layer 302.
  • the second mirror element 206 is also movable.
  • the third spring system 500 is disposed opposite to the second spring system 310, and the second electrodes of the second drive device 102 are disposed on the spring elements of the third spring system 500.
  • the third spring system 500 is thereby connected in parallel with the second spring system 310.
  • the second drive device 102 can thus move the first mirror element 202 and the second mirror element 206 towards each other.
  • a lower attractive force between the electrodes of the second drive means is required because the attractive force acts equally on the second spring system 310 and the third spring system 500.
  • the interferometer 200 is shown in a rest position without force effect by the drive devices 100, 102.
  • the interferometer 200 to a fourth spring system, which is arranged parallel to the first spring system 308 analogous to the third spring system 500.
  • FIG. 5 a Fabry-Perot interferometer 200 is shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment.
  • the interferometer 200 corresponds to the interferometer 200 in FIG. 5.
  • the interferometer 200 is approximately at maximum
  • the first spring system 108 is deflected so far by the first drive device 100 that the stop device 314 rests against the second mirror layer 302 in the deflected position.
  • the second spring system 310 and the third spring system 500 are through the second
  • Mirror element 206 is prevented by the anti-stick nubs 316.
  • FIG. 7 shows a plan view of drive devices 100, 102 according to one exemplary embodiment.
  • the drive devices 100, 102 essentially correspond to the drive devices in FIGS. 1 to 6.
  • the drive devices 100, 102 are arranged in series one behind the other.
  • the first drive device 100 is arranged on spring elements 700 of the first spring system 308.
  • the second drive device is arranged on spring elements 702 of the second spring system 310.
  • the first mirror element 202 is round.
  • the second spring system 310 encloses the first mirror element 202.
  • the stop area encloses the second spring system in an annular manner.
  • the spring elements 702 are bent in an S-shape and connect the mirror element 202 to the stop area. in the Stop area, the stops 314 are arranged.
  • the first spring system 308 encloses the stop area in an annular manner.
  • the spring elements 700 are bent in an S-shape opposite to the spring elements 702 and connect the abutment region with the surrounding mirror layer 3
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment.
  • the interferometer 200 essentially corresponds to the previous representations.
  • the interferometer has a ridge 800 which connects the first mirror element 202 to the substrate 300.
  • the bridge 800 is flexible and brings about a deformation
  • the bridge 800 represents the first spring system 308.
  • the bridge 800 has electrical lines 802 for supplying the drive devices 100, 102.
  • annular electrode 804 which circulates around the first mirror element 202 in a circular manner.
  • the electrode 804 is annularly enclosed by the second spring system 310.
  • Spring system 310 bridges a gap 806 or a cavern between the first drive device 100 and the second drive device 102.
  • the first drive device 100 likewise has an annular electrode 808 which surrounds the second spring system 310 in a circular manner.
  • first mirror element 202 the unit of first mirror element 202, electrode 804, second spring system 310, and electrode 808 is scalloped.
  • FIG. 8 shows a detailed plan view of the suspension 800 of a Fabry-Perot interferometer 200 according to one embodiment.
  • one of the mirror elements 202 may be formed like a kelly. It has no restoring force and can be switched back and forth between two positions. This is particularly advantageous in the case of electrostatic actuation because smaller areas are sufficient.
  • this structure has the advantage that caused by external influences mechanical tensile stresses in the
  • Drift stability of the device 200 increases.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment.
  • two mirror layers 302 are through Distance layers 312 from the substrate 300 and spaced from each other.
  • the first mirror layer 302 is arranged between the second mirror layer 302 and the substrate 300.
  • the first mirror element 202 is suspended on a flexible web 800 in the form of a kelly and can be used as a
  • the 100 here has three electrodes.
  • An electrode is disposed on the substrate 300.
  • the other electrode is disposed on the second mirror layer 302.
  • the middle electrode 808 is disposed between the other two electrodes.
  • the middle electrode 808 may be in the direction of the second
  • the central electrode 808 is rigidly connected to the stopper 314.
  • the stop device 314 has a stop in the direction of the substrate 300 and a stop in the direction of the second
  • Stop device 3144 the first mirror element 202 on two defined deflected positions.
  • the first mirror element 202 is shown deflected in the direction of the second mirror layer 302.
  • the gap height 104 is low.
  • the second drive device 102 has two opposing electrodes. One of the electrodes is here coupled directly to the first mirror element 202 and disposed within the second spring system 310. The other electrode is disposed in the plane of the second mirror layer 302.
  • the interferometer 200 has a third spring system 500 integrated into the second mirror layer 302.
  • the third spring system 500 decouples the second mirror element 206 from the plane of the second mirror layer 302.
  • FIG. 10 shows a representation of an interferometer 200 according to a
  • the interferometer corresponds to the interferometer shown in FIG.
  • the first mirror element 202 is shown in the second deflected, defined position.
  • the gap height 104 is maximum.
  • FIGS. 3 to 10 primarily show exemplary embodiments with dual-capacitive or electrostatic actuators 100, 102.
  • the deflection of at least one of the mirror elements 202, 206 can be effected via the actuators 100, 102 both in the same direction, in the opposite direction or in both the same and the opposite direction. In this way, nonlinearities in the drive can be compensated.
  • the mirror elements 202, 206 can both be moved toward one another as well as moved away from one another. For example, this creates an overall larger tunable measuring range for capacitive driving by increasing the first electrostatic gap by 30% and additionally the second electrostatic gap by a further 30%.
  • this creates an overall larger tunable measuring range for capacitive driving by increasing the first electrostatic gap by 30% and additionally the second electrostatic gap by a further 30%.
  • Actuating mechanisms 100, 102 may be useful for the following reasons:
  • each actuation mechanism 100, 102 there is a corresponding spring system 308, 310 in at least one of the mirror elements 202, 206, so that the suspension, for example, with respect to a restoring force suitable for Aktuleitersmechanismus 100, 102 can be interpreted.
  • FIG. 11 shows a flow diagram of a method 1100 for operating an interferometer according to one exemplary embodiment.
  • the method 1100 includes a step 1102 of setting in which a gap width of a
  • Resonators palts the interferometer between a first mirror element of the Interferometer and a second mirror element of the interferometer using a first drive means and / or a second
  • FIG. 11 shows a flowchart of a method for
  • a first digital adjustment system is used to bring a first element or mirror element by discrete actuation in one of two or more defined positions
  • a second analogue adjustment system is used to change the distance between the mirror elements quasi-continuously
  • Spacers are used to define the discrete positions of the first mirror element.
  • the actuation mechanism may be piezoelectric, capacitive or thermal.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Abstract

The invention relates to an interferometer (200) having a first reflector element (202) and a second reflector element (206) spaced apart from the first reflector element (202) by an adjustable resonator gap (204), wherein the interferometer (200) has a first driving device (100) and a second driving device (102), wherein the first driving device (100) is designed to adjust a gap height (104) of the resonator gap (204), wherein the first driving device (100) has a first adjustment range (208), wherein the second driving device (102) is also designed to adjust the gap height (104), wherein the second driving device (102) has a second adjustment range (210) which supplements the first adjustment range (208).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Interferometer und Verfahren zum Betreiben desselben Stand der Technik  Interferometer and method of operating the same prior art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm. The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.
Mikroelektromechanische Antriebe weisen einen geringen Verstellbereich auf. Der Verstellbereich kann kleiner sein, als ein gewünschter Verstellbereich eines Resonatorspalts eines Interferometers. In der US2013279005A1 wird ein FPI-Spektrometer beschrieben, bei dem mit zwei elektrostatischen voneinander unabhängig ansteuerbaren Microelectromechanical drives have a small adjustment range. The adjustment range may be smaller than a desired adjustment range of a resonator gap of an interferometer. In US2013279005A1 an FPI spectrometer is described in which two electrostatic independently controllable
Aktuierungsmechanismen der Resonatorspalt eingestellt wird. Beide Actuation mechanisms of the resonator gap is set. Both
Aktuierungsmechanismen wirken dabei in dieselbe Richtung und auf dieselbe Feder, d. h., der durchstimmbare Bereich bleibt wegen des Schnapprisikos eingeschränkt. Actuating mechanisms act in the same direction and on the same spring, d. h., the tunable area remains limited because of the snap-in risk.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Against this background, the approach presented here is used
Interferometer, ein Verfahren zum Betreiben eines Interferometers, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Interferometer, a method for operating an interferometer, and finally a corresponding computer program according to the
Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Ein großer Verstellbereich kann durch eine kombinierte Verwendung zumindest zweier Antriebe erreicht werden. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird eine Spalthöhe durch eine Addition von Verstellwegen zumindest zweier Antriebe verstellt. Dadurch kann die Spalthöhe über einen weiten Bereich mit einer hohen Genauigkeit eingestellt werden. Main claims presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible. A large adjustment range can be achieved by a combined use of at least two drives. In the approach presented here, a gap height is adjusted by an addition of adjustment paths of at least two drives. As a result, the gap height can be adjusted over a wide range with high accuracy.
Es wird ein Interferometer mit einem ersten Spiegelelement und einem durch einen einstellbaren Resonatorspalt von dem ersten Spiegelelement It is an interferometer with a first mirror element and an adjustable resonator by the first mirror element
beabstandeten zweiten Spiegelelement vorgestellt, wobei das Interferometer die folgenden Merkmale aufweist: eine erste Antriebseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Spalthöhe des Resonatorspalts einzustellen, wobei die erste Antriebseinrichtung einen ersten Einstellbereich aufweist; und eine zweite Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Spalthöhe einzustellen, wobei die zweite Antriebseinrichtung einen, den ersten Einstellbereich ergänzenden und/oder erweiternden zweiten Einstellbereich aufweist. spaced apart second mirror element, the interferometer comprising the following features: a first drive means, which is adapted to set a gap height of the resonator gap, wherein the first drive means has a first adjustment range; and a second drive device is configured to set the gap height, wherein the second drive device has a second adjustment range that supplements and / or widens the first adjustment range.
Unter einem Interferometer kann ein Fabry-Perot-Interferometer verstanden werden, das dazu ausgebildet ist, in einem als Resonator ausgebildeten Spalt zwischen zwei gegenüberliegenden Spiegelelementen einen von einer Spalthöhe des Spalts abhängigen Wellenlängenbereich elektromagnetischer Wellen aus einem Wellenlängenspektrum herauszufiltern und durchzulassen. Dabei kann anschließend an das Interferometer eine Strahlungsintensität des An interferometer may be understood to mean a Fabry-Perot interferometer which is designed to filter out and pass a wavelength range of electromagnetic waves, which is dependent on a gap height of the gap, in a gap formed as a resonator between two opposing mirror elements. In this case, subsequent to the interferometer, a radiation intensity of the
Wellenlängenbereichs erfasst werden. Durch eine Veränderung der Spalthöhe können verschiedene Wellenlängenbereiche gefiltert werden und so das Wavelength range are detected. By changing the gap height different wavelength ranges can be filtered and so the
Wellenlängenspektrum durch eine Mehrzahl an erfassten Strahlungsintensitäten aufgezeichnet werden. Unter der Spalthöhe kann ein Abstand der beiden Spiegelelemente voneinander verstanden werden. Eine Antriebseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zumindest eines der Spiegelelemente ansprechend auf ein elektrisches Stellsignal zu bewegen und/oder in einer durch das Stellsignal vorgegebenen Position zu halten. Der erste Einstellbereich kann zumindest eine diskrete Endlage aufweisen. Eine diskrete Endlage kann beispielsweise durch eine Ruhelage zumindest eines der Spiegelelemente bestimmt sein. In der Ruhelage können die Wavelength spectrum can be recorded by a plurality of detected radiation intensities. Under the gap height, a distance of the two mirror elements from each other can be understood. A drive device may be designed to move at least one of the mirror elements in response to an electrical actuating signal and / or to hold it in a position predetermined by the actuating signal. The first adjustment range can have at least one discrete end position. A discrete end position can be determined for example by a rest position of at least one of the mirror elements. In the rest position, the
Antriebseinrichtungen beispielsweise deaktiviert sein. Die Ruhelage kann durch zumindest ein Federsystem definiert sein. Drive devices, for example, be disabled. The rest position can be defined by at least one spring system.
Die Endlage kann durch eine Anschlageinrichtung bestimmt sein. Die The end position can be determined by a stop device. The
Anschlageinrichtung kann mit der ersten Antriebseinrichtung gekoppelt sein. Durch einen mechanischen Anschlag an ein gegenüberliegendes Element kann eine sehr präzise Positionierung erreicht werden. Die Anschlageinrichtung kann beispielsweise Säulen und/oder Wände umfassen, die im Wesentlichen quer zu einer Haupterstreckungsebene eines Spiegelelements ausgerichtet sind. Stop means may be coupled to the first drive means. By a mechanical stop on an opposing element a very precise positioning can be achieved. The stop device may, for example, comprise columns and / or walls, which are aligned substantially transversely to a main extension plane of a mirror element.
Zwischen der Anschlageinrichtung und einem Substrat des Interferometers kann eine erste Federeinrichtung angeordnet sein. Eine Federeinrichtung kann als Federsystem bezeichnet werden. Durch die Federeinrichtung kann die A first spring device can be arranged between the stop device and a substrate of the interferometer. A spring device may be referred to as a spring system. By the spring means, the
Anschlageinrichtung von der Antriebseinrichtung gegen eine Rückstellkraft ausgelenkt werden, bis die Anschlageinrichtung anschlägt. Wenn die Stop device are deflected by the drive device against a restoring force until the stopper strikes. If the
Antriebseinrichtung deaktiviert wird, wird die Anschlageinrichtung durch die Rückstellkraft in die Ruhelage gezogen. Drive device is disabled, the stopper is pulled by the restoring force in the rest position.
Zwischen der Anschlageinrichtung und dem ersten Spiegelelement kann eine zweite Federeinrichtung angeordnet sein. Durch die zweite Federeinrichtung kann das Spiegelelement gegen eine Rückstellkraft aus der Endlage der Anschlageinrichtung ausgelenkt werden und nach dem Auslenken durch die Rückstellkraft wieder in die Endlage bewegt werden. A second spring device can be arranged between the stop device and the first mirror element. By the second spring means, the mirror element can be deflected against a restoring force from the end position of the stop means and moved to the deflection by the restoring force back into the end position.
Die erste Antriebseinrichtung kann mit dem ersten Spiegelelement gekoppelt sein. Das erste Spiegelelement kann über eine erste Federeinrichtung mit einem Substrat des Interferometers gekoppelt sein. Das Spiegelelement kann über die Federeinrichtung direkt mit dem Substrat verbunden sein. Die erste The first drive device may be coupled to the first mirror element. The first mirror element can be coupled to a substrate of the interferometer via a first spring device. The mirror element can be connected directly to the substrate via the spring device. The first
Antriebseinrichtung kann das erste Spiegelelement antreiben. Drive means can drive the first mirror element.
Die zweite Antriebseinrichtung kann mit dem zweiten Spiegelelement gekoppelt sein. Die zweite Antriebseinrichtung kann das zweite Spiegelelement antreiben. Das zweite Spiegelelement kann ebenso über eine Federeinrichtung mit dem Substrat gekoppelt sein. The second drive device may be coupled to the second mirror element. The second drive device can drive the second mirror element. The second mirror element may also be coupled to the substrate via a spring device.
Die zweite Antriebseinrichtung kann ferner mit dem ersten Spiegelelement gekoppelt sein. Die zweite Antriebseinrichtung kann auf beide Spiegelelemente wirken und diese aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. The second drive device can furthermore be coupled to the first mirror element. The second drive device can act on both mirror elements and move them toward or away from each other.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben eines Interferometers vorgestellt, wobei in einem Schritt des Einstellens eine Spaltweite eines Resonatorspalts des Interferometers zwischen einem ersten Spiegelelement des Interferometers und einem zweiten Spiegelelement des Interferometers unter Verwendung einer ersten Antriebseinrichtung und/oder einer zweiten Antriebseinrichtung eingestellt wird. Furthermore, a method for operating an interferometer is presented, wherein in a step of adjusting a gap width of a resonator gap of the interferometer between a first mirror element of the interferometer and a second mirror element of the interferometer using a first drive means and / or a second drive means is set.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the above
beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. described embodiments, in particular when the program product or program is executed on a computer or a device.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
Fig. 1 eine Darstellung eines Steuerschemas für ein Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 is a representation of a control scheme for an interferometer according to an embodiment;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Interferometers gemäß einem Fig. 2 is a block diagram of an interferometer according to a
Ausführungsbeispiel; Embodiment;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment; 4 shows a schematic representation of an interferometer according to an exemplary embodiment;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel; 5 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 7 eine schematische Darstellung von Antriebseinrichtungen gemäß einem6 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment; Fig. 7 is a schematic representation of drive means according to a
Ausführungsbeispiel; Embodiment;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel; 8 shows a schematic representation of an interferometer according to an embodiment;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel; 9 shows a schematic representation of an interferometer according to an embodiment;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 10 is a schematic representation of an interferometer according to an embodiment; and
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines 11 is a flowchart of a method for operating a
Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Interferometer according to one embodiment. In the following description of favorable embodiments of the present invention are the same or similar for the elements shown in the various figures and similar acting
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Reference numeral used, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Steuerschemas für ein Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuerschema kann für ein Interferometer mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Antriebseinrichtungen 100, 102 zum Einstellen einer Spalthöhe 104 eines Resonatorspalts verwendet werden. Bei dem hier dargestellten Steuerschema wird die erste Antriebseinrichtung 100 dazu verwendet, zwischen einem ersten Spalthöhenbereich 106 und einem zweiten Spalthöhenbereich 108 umzuschalten. Die zweite Antriebseinrichtung 102 wird dazu verwendet, die Spalthöhe 104 innerhalb der Spalthöhenbereiche 106, 108 einzustellen. Hier überlappen sich die Spalthöhenbereiche 106, 108 in einem Überlappungsbereich 110. Dadurch können Spalthöhen 104 innerhalb des Überlappungsbereichs 110 aus beiden Spalthöhenbereichen 106, 108 eingestellt werden. 1 shows an illustration of a control scheme for an interferometer according to an exemplary embodiment. The control scheme can be used for an interferometer with two independently controllable drive devices 100, 102 for setting a gap height 104 of a resonator gap. In the control scheme shown here, the first drive device 100 used to switch between a first gap height area 106 and a second gap height area 108. The second drive device 102 is used to adjust the gap height 104 within the gap height regions 106, 108. Here, the gap height regions 106, 108 overlap in an overlap region 110. As a result, gap heights 104 within the overlap region 110 can be set from both gap height regions 106, 108.
Die erste Antriebseinrichtung 100 weist hier zwei definierte Endlagen auf und verändert die Spalthöhe 104 ohne Zwischenpositionen zwischen den Endlagen. Die zweite Antriebseinrichtung 102 ist hier stufenlos ausgeführt und verändert die Spalthöhe 104 proportional zu einem Steuersignal 112. The first drive device 100 here has two defined end positions and changes the gap height 104 without intermediate positions between the end positions. The second drive device 102 is designed here continuously and changes the gap height 104 in proportion to a control signal 112.
In Fig. 1 ist eine Überlappung 110 der Messbereiche 106, 108 dargestellt. Hier erfolgt die Grobaktuierung zu zwei Ruhepositionen 106, 108, um diese In Fig. 1, an overlap 110 of the measuring regions 106, 108 is shown. Here, the roughing takes place to two rest positions 106, 108 to this
Ruhepositionen 106, 108 mittels des zweiten Aktuierungsmechanismus 102 feinzustimmen. Rest positions 106, 108 by means of the second Aktuierungsmechanismus 102 fine tune.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Interferometers 200 gemäß einem Fig. 2 shows a block diagram of an interferometer 200 according to a
Ausführungsbeispiel. Das Interferometer 200 weist ein erstes Spiegelelement 202, ein durch einen einstellbaren Resonatorspalt 204 von dem ersten Embodiment. The interferometer 200 has a first mirror element 202, through an adjustable resonator gap 204 of the first
Spiegelelement 202 beabstandetes zweites Spiegelelement 206, eine erste Antriebseinrichtung 100 und eine zweite Antriebseinrichtung 102 auf. Das Interferometer 200 kann unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Mirror element 202 spaced second mirror element 206, a first drive means 100 and a second drive means 102 on. The interferometer 200 may be implemented using the one shown in FIG
Steuerschemas angesteuert werden. Control schemes are controlled.
Das erste Spiegelelement 202 wird hier von beiden Antriebseinrichtungen 100, 102 angetrieben, wobei die Antriebseinrichtungen 100, 102 in Reihe geschaltet sind. Das zweite Spiegelelement 206 ist hier feststehend. Die erste The first mirror element 202 is here driven by two drive devices 100, 102, wherein the drive devices 100, 102 are connected in series. The second mirror element 206 is fixed here. The first
Antriebseinrichtung 100 ist dazu ausgebildet, eine Spalthöhe 104 des Drive means 100 is adapted to a gap height 104 of the
Resonatorspalts 204 zwischen dem ersten Spalthöhenbereich 106 und dem zweiten Spalthöhenbereich 108 einzustellen. Die erste Antriebseinrichtung 100 weist einen ersten Einstellbereich 208 auf. Die zweite Antriebseinrichtung 102 ist ebenfalls dazu ausgebildet, die Spalthöhe 104 einzustellen. Die zweite Antriebseinrichtung 102 weist einen, den ersten Einstellbereich 208 ergänzenden zweiten Einstellbereich 210 auf. Resonator gap 204 between the first gap height region 106 and the second gap height range 108 set. The first drive device 100 has a first adjustment region 208. The second drive device 102 is likewise designed to set the gap height 104. The second Drive device 102 has a second adjustment region 210 that supplements first adjustment region 208.
Mit anderen Worten wird ein Fabry-Perot-Interferometer (FPI)-Bauelement 200 mit mehrstufiger Aktuierung vorgestellt. Es ist eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gezeigt. In der Skizze sind die Positionen 106 und 108 zwei einnehmbare Positionen des ersten Spiegelelements 202, die durch ein digitales Schalten der Grobansteuerung 100 erfolgt. Genauso gut könnte jedoch die Grobaktuierung 100 und/oder die Feinaktuierung 102 auf das zweite In other words, a Fabry-Perot Interferometer (FPI) 200 device with multi-stage actuation is presented. It is shown a schematic representation of the drive assembly. In the sketch, the positions 106 and 108 are two positions of the first mirror element 202 which can be taken by a digital switching of the coarse control 100. However, coarse actuation 100 and / or fine-tuning 102 could just as well be applied to the second
Spiegelelement 206 wirken. Dabei können die Spiegelelemente 200, 206 gleichsinnig oder gegensinnig aktuiert werden. Ebenso kann die Aktuierung einseitig oder beidseitig erfolgen. Mirror element 206 act. In this case, the mirror elements 200, 206 can be actuated in the same direction or in opposite directions. Likewise, the actuation can be unilateral or bilateral.
Herkömmliche mikromechanische Fabry-Perot-Interferometer (FPI) werden in ihrem Funktionsbereich durch das Auftreten höherer Ordnungen in ihrem Conventional micromechanical Fabry-Perot interferometers (FPI) are in their functional range by the appearance of higher orders in their
Betriebsbereich zu niedrigen Wellenlängen hin prinzipbedingt begrenzt. Für analytische Fragestellungen ist ein Betrieb über einen möglichst großen Operating range limited to low wavelengths due to the principle. For analytical questions, a company is as large as possible
Wellenlängenbereich wünschenswert. Wavelength range desirable.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein mikromechanisches Fabry-Perot- Interferometer 200 mit einem erweiterten, nicht durch Pull-in begrenzten, spektralen Messbereich 104 und einer feinen Auflösung auch bei kürzeren Wellenlängen. The approach presented here creates a micromechanical Fabry-Perot interferometer 200 with an extended, non-pull-in limited spectral measurement range 104 and a fine resolution even at shorter wavelengths.
Bei Fabry-Perot-Interferometern 200 wird die Resonanzbedingung für maximale Transmission bei einem Spaltabstand 104, der gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge ist, erfüllt. In Fabry-Perot interferometers 200, the maximum transmission resonant condition is satisfied at a gap spacing 104 equal to an integer multiple of half the wavelength.
Beim Durchstimmen eines kapazitiv angesteuerten Fabry-Perot-Interferometers 200 ist es wünschenswert, möglichst niedrige Steuerspannungen einsetzen zu können, da dies einerseits stromsparenderen Betrieb erlaubt, andererseits aber auch den Einsatz einfacherer und günstigerer Ansteuerelektronik ermöglicht. Der Spaltabstand 104 sollte sich zudem über den Messbereich möglichst linear verhalten. Insbesondere wäre es wünschenswert für eine optimale spektrale Abtastung wegen der geringeren Halbwertsbreite der Resonanzen bei kürzeren Wellenlängen, also kleinen Spaltabständen, die Spannungsinkremente zu kleineren Spaltabstandsänderungen führen als bei größeren Spaltabständen. Eine einfache kapazitive Ansteuerung, bei dem die Spiegelelemente 202, 206 aufeinander zubewegt werden, läuft dem jedoch zuwider. Je kleiner der Spalt 104, desto größer die Kraftzunahme und damit die Spaltänderung beim selben Steuerspannungsinkrement. Wird eine Kraftschwelle überschritten, kann es zum Schnappen kommen und die Elektroden berühren sich. When tuning a capacitively controlled Fabry-Perot interferometer 200, it is desirable to be able to use control voltages that are as low as possible, since on the one hand this allows more power-saving operation, but on the other hand also enables the use of simpler and more favorable control electronics. The gap distance 104 should also behave as linearly as possible over the measuring range. In particular, it would be desirable for optimal spectral scanning because of the lower half-width of the resonances at shorter ones Wavelengths, ie small gap distances, the voltage increments lead to smaller gap spacing changes than at larger gap distances. However, a simple capacitive control, in which the mirror elements 202, 206 are moved towards one another, runs counter to this. The smaller the gap 104, the greater the increase in force and thus the gap change in the same Steuerspannungsinkrement. If a force threshold is exceeded, it can come to a snap and the electrodes touch each other.
Die Spiegel des Fabry-Perot-Interferometers 200 sollen für eine maximale Auflösung über den gesamten Durchstimmbereich möglichst planparallel zueinander sein und dies auch bei Aktuierung bleiben. Herkömmlicherweise können die Spiegelschichten 202, 206 dazu beispielsweise schon in der Nulllage eine mechanische Zugspannung aufweisen. Beim Anlegen einer The mirrors of the Fabry-Perot interferometer 200 should be as plane-parallel as possible to each other for maximum resolution over the entire tuning range, and this should also remain at the time of actuation. Conventionally, mirror layers 202, 206 may already have a mechanical tensile stress, for example, even in the zero position. When creating a
Auslenkspannung nimmt die mechanische Spannung in den Spiegelschichten 202, 206 weiter zu. In Summe begrenzt dies die maximale Größe herkömmlicher Fabry-Perot-Spiegel, zu große Spiegel würden reißen. Deflection stress increases the mechanical stress in the mirror layers 202, 206 on. In sum, this limits the maximum size of conventional Fabry-Perot mirrors, too large mirrors would break.
Eine vorteilhafte Ansteuerungsmethode ist eine Grobansteuerung des ersten Aktuierungsmechanismus 100 mittels derer eines oder beide Spiegelelemente 202, 206 in eine von mindestens zwei oder mehr definierten Positionen 106, 108 beziehungsweise Messpositionen gebracht wird. Die zwei oder mehr An advantageous driving method is a coarse control of the first actuation mechanism 100 by means of which one or both mirror elements 202, 206 is brought into one of at least two or more defined positions 106, 108 or measuring positions. The two or more
Grobpositionen 106, 108 können dabei entweder über mechanische Anschläge definiert sein oder über diskrete Steuersignale realisiert werden, deren Höhe in Abhängigkeit der Messaufgabe gewählt werden kann. Über die kontinuierliche oder quasikontinuierliche Feinsteuerung eines zweiten Aktuierungsmechanismus 102 wird dann die Größe des optischen Spalts 104 durchgestimmt. Coarse positions 106, 108 can either be defined via mechanical stops or be realized via discrete control signals whose height can be selected depending on the measurement task. Via the continuous or quasi-continuous fine control of a second actuation mechanism 102, the size of the optical gap 104 is then tuned.
Die Anschlagspositionen der Grobsteuerung können so gewählt werden, dass sich die mit der Feinsteuerung ergebenden Messbereiche überlappen, damit sich ein kontinuierliches Spektrum zusammensetzen lässt. The coarse-control stop positions can be selected such that the measurement ranges resulting from the fine-control overlap, so that a continuous spectrum can be composed.
Mittels einer/mehrerer schmalbandigen/r Lichtquellen/Spektrallinien kann eine Autokalibration der beiden Aktuierungsmechanismen 100, 102 gegeneinander erfolgen. Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Interferometer 200 entspricht im Wesentlichen dem Interferometer in Fig. 2. Im Gegensatz dazu wirkt die erste Antriebseinrichtung 100 hier auf das erste Spiegelelement 202, während die zweite By means of one / more narrow-band light sources / spectral lines, an autocalibration of the two actuation mechanisms 100, 102 can take place against each other. 3 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment. The interferometer 200 essentially corresponds to the interferometer in FIG. 2. In contrast, the first drive device 100 here acts on the first mirror element 202, while the second
Antriebseinrichtung 102 auf das zweite Spiegelelement 206 wirkt. Mit anderen Worten sind hier also beide Spiegelelemente 202, 206 angetrieben und beweglich. Drive device 102 acts on the second mirror element 206. In other words, both mirror elements 202, 206 are driven and movable here.
Das Interferometer 200 ist als schichtweiser Aufbau auf einem Substrat 300 ausgeführt. Die beiden Spiegelelemente 202, 206 sind dabei Teilbereiche von parallel zum Substrat 300 angeordneten Spiegelschichten 302. Die The interferometer 200 is designed as a layered structure on a substrate 300. The two mirror elements 202, 206 are subregions of mirror layers 302 arranged parallel to the substrate 300
Spiegelelemente 202, 206 sind über einer Kaverne 304 des Substrats 300 angeordnet. Seitlich der Spiegelelemente 202, 206 sind die Spiegelschichten 302 durch Federperforationen 306 perforiert, um Federsysteme 308, 310 Mirror elements 202, 206 are arranged above a cavity 304 of the substrate 300. Laterally of the mirror elements 202, 206, the mirror layers 302 are perforated by spring perforations 306 to spring systems 308, 310th
auszubilden. Die Federsysteme 308, 310 ermöglichen die Beweglichkeit der Spiegelelemente 202, 206 zum Einstellen der Spalthöhe 104 des train. The spring systems 308, 310 allow the mobility of the mirror elements 202, 206 for adjusting the gap height 104 of the
Resonatorspalts 204. Außerhalb der Spiegelelemente 202, 206 und Resonatorspalts 204. Outside the mirror elements 202, 206 and
Federsysteme 308, 310 sind die Spiegelschichten 302 durch Distanzschichten 312 von dem Substrat 300 und voneinander beabstandet. Spring systems 308, 310 are the mirror layers 302 by spacer layers 312 of the substrate 300 and spaced from each other.
Die erste Antriebseinrichtung 100 ist im Bereich des ersten Federsystems 308 angeordnet. Die erste Antriebseinrichtung 100 ist als kapazitiver Aktor 100 ausgebildet. Erste Elektroden des kapazitiven Aktors 100 sind dabei auf dem Substrat 300 angeordnet, während zweite Elektroden des kapazitiven Aktors 100 auf Federelementen des ersten Federsystems 308 angeordnet sind. Wenn eine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt wird, resultiert eine The first drive device 100 is arranged in the region of the first spring system 308. The first drive device 100 is designed as a capacitive actuator 100. First electrodes of the capacitive actuator 100 are arranged on the substrate 300, while second electrodes of the capacitive actuator 100 are arranged on spring elements of the first spring system 308. When an electric voltage is applied to the electrodes, a result
Anziehungskraft zwischen den Elektroden und das erste Spiegelelement 202 wird durch die Federelemente des ersten Federsystems 308 aus einer Ruhelage in Richtung des Substrats 300 gezogen. Dabei wird das erste Spiegelelement 202 bewegt, bis Anschlagelemente 314 des ersten Spiegelelements 202 an das Substrat 300 anschlagen und eine ausgelenkte Lage des ersten Spiegelelements 202 definieren. Mit anderen Worten wird das erste Spiegelelement 202 durch die erste Antriebseinrichtung 100 zwischen der Ruhelage und der ausgelenkten Lage hin- und herbewegt, um die Spalthöhe 104 zwischen dem ersten Force of attraction between the electrodes and the first mirror element 202 is pulled by the spring elements of the first spring system 308 from a rest position in the direction of the substrate 300. In this case, the first mirror element 202 is moved until stop elements 314 of the first mirror element 202 strike against the substrate 300 and define a deflected position of the first mirror element 202. In other words, the first mirror element 202 is reciprocated by the first drive device 100 between the rest position and the deflected position to the gap height 104 between the first
Einstellbereich und dem zweiten Einstellbereich zu verändern. Die zweite Antriebseinrichtung 102 ist im Bereich des zweiten Federsystems 310 angeordnet. Dabei ist die zweite Antriebseinrichtung 102 als Piezoaktor 102 ausgebildet. Zumindest eine piezoelektrische Schicht des Piezoaktors 102 ist dabei auf Federelementen des zweiten Federsystems 310 angeordnet. Wenn eine elektrische Spannung an die piezoelektrische Schicht angelegt wird, ändert sich eine Länge der Schicht. Dadurch werden die Federelemente gebogen und das zweite Spiegelelement 206 wird abhängig von einem Spannungswert und einer Spannungsrichtung durch die Federelemente aus einer Ruhelage bewegt. In Richtung des ersten Spiegelelements 202 kann das zweite Spiegelelement 206 dabei so weit bewegt werden, bis Antihaftnoppen 316 beziehungsweise Antistiction-Bumps 316 das erste Spiegelelement 202 berühren. Die Adjustment range and the second adjustment range to change. The second drive device 102 is arranged in the region of the second spring system 310. In this case, the second drive device 102 is designed as a piezoelectric actuator 102. At least one piezoelectric layer of the piezoelectric actuator 102 is arranged on spring elements of the second spring system 310. When an electric voltage is applied to the piezoelectric layer, a length of the layer changes. As a result, the spring elements are bent and the second mirror element 206 is moved depending on a voltage value and a voltage direction by the spring elements from a rest position. In the direction of the first mirror element 202, the second mirror element 206 can in this case be moved until anti-adhesive knobs 316 or anti-friction bumps 316 touch the first mirror element 202. The
Antihaftnoppen 316 verhindern dabei eine Adhäsion der glatten spiegelnden Oberflächen der Spiegelelemente 202, 206. Die zweite Antriebseinrichtung 102 ist dabei dazu ausgebildet, das zweite Spiegelelement 206 innerhalb des zweiten Spalthöhenbereichs stufenlos zu bewegen. Anti-adhesive knobs 316 prevent adhesion of the smooth reflecting surfaces of the mirror elements 202, 206. The second drive device 102 is designed to steplessly move the second mirror element 206 within the second gap height range.
Das hier vorgestellte mikromechanische Interferometer-Bauelement 200 besteht aus mindestens einem Substrat 300, wenigstens zwei durch einen Spalt 204 voneinander beabstandeten, übereinander angeordneten Spiegelelementen 202, 206, flexiblen Aufhängungen 308, 310, über die wenigstens eines der The micromechanical interferometer component 200 presented here consists of at least one substrate 300, at least two mirror elements 202, 206, flexible hangers 308, 310 spaced apart from each other by a gap 204, via which at least one of the
Spiegelelemente 202, 206 am Substrat 300 aufgehängt ist, wenigstens zwei voneinander unabhängig ansteuerbaren Aktuierungsmechanismen 100, 102 zur Durchstimmung der Spaltgröße 104, wobei zu jedem Aktuierungsmechanismus 100, 102 ein unabhängig ansteuerbares Federsystem 308, 310 in einem der Spiegelelemente 202, 206 existiert. Mirror elements 202, 206 is suspended on the substrate 300, at least two independently controllable actuation mechanisms 100, 102 for tuning the gap size 104, wherein for each actuation mechanism 100, 102, an independently controllable spring system 308, 310 in one of the mirror elements 202, 206 exists.
Die Federsysteme 308, 310 können entweder als Membranen, Ringmembranen oder als diskret strukturierte Federelemente ausgeprägt sein. Die The spring systems 308, 310 can be embodied either as membranes, annular membranes or as discretely structured spring elements. The
Aktuierungsmechanismen 100, 102 können entweder alle auf eines der Actuating mechanisms 100, 102 may either all be based on one of
Spiegelelemente 202, 206, auf mehrere Spiegelelemente 202, 206 oder nur auf je ein Spiegelelement 202, 206 wirken. Die Aktuierungsmechanismen 100, 102 können entweder ein oder mehrere Spiegelelemente 202, 206 relativ zum Substrat 300, oder relativ zueinander bewegen. Wenigstens eines der Mirror elements 202, 206, on a plurality of mirror elements 202, 206 or only on each mirror element 202, 206 act. The actuation mechanisms 100, 102 may move either one or more mirror elements 202, 206 relative to the substrate 300, or relative to one another. At least one of the
Spiegelelemente 202, 206 und/oder das Substrat 300 weist Anschläge 314 in Richtung eines der anderen Spiegelelemente 202, 206 und/oder des Substrats 300 auf, wobei die Anschläge 314 als eindimensionale Säulen oder als zweidimensionale Wände ausgebildet sein können. Mirror elements 202, 206 and / or the substrate 300 has stops 314 in FIG Direction of one of the other mirror elements 202, 206 and / or the substrate 300, wherein the stops 314 may be formed as one-dimensional columns or as two-dimensional walls.
Die Aktuierungsmechanismen 100, 102 können kapazitiv beziehungsweise elektrostatisch und/oder piezoelektrisch und/oder thermisch ausgeführt sein. The actuation mechanisms 100, 102 may be embodied capacitively or electrostatically and / or piezoelectrically and / or thermally.
Durch den hier vorgestellten Ansatz sind kleinere elektrische Spannungen für das Durchstimmen notwendig, als bei einem vollständig analog durchstimmbaren Fabry-Perot-Interferometer. Es ergibt sich eine linearere Steuerung. Weiterhin resultieren geringere mechanische Schichtspannungen in den Spiegelschichten 302 beim Durchstimmen. Das hier vorgestellte Interferometer 200 weist zwei definierte optische Resonanzlängen auf, die gegebenenfalls zur Kalibrierung des Fabry-Perot-Interferometers 200 nutzbar sind, da der Abstand sehr definiert ist. Ebenso besteht eine Selbstkalibrationsmöglichkeit durch die zwei voneinander unabhängigen Steuerkreise mit einer kapazitiven oder piezoelektrischen The approach presented here requires smaller electrical voltages for tuning than for a fully analog tunable Fabry-Perot interferometer. This results in a more linear control. Furthermore, lower mechanical layer stresses in the mirror layers 302 result when tuning. The interferometer 200 presented here has two defined optical resonance lengths, which can optionally be used to calibrate the Fabry-Perot interferometer 200, since the distance is very defined. Likewise, there is a Selbstkalibrationsmöglichkeit by the two independent control circuits with a capacitive or piezoelectric
Detektion über den zweiten Steuerkreis. Die Selbstkalibration kann zur Detection via the second control circuit. The self-calibration can for
Temperaturkompensation und/oder Driftkompensation verwendet werden. Das hier vorgestellte Interferometer 200 kann kostengünstig hergestellt werden, da gegebenenfalls nur eine Kavität 304 erforderlich ist, im Vergleich etwa zu einem Bauelement mit zwei elektrostatischen Spalten. Temperature compensation and / or drift compensation can be used. The interferometer 200 presented here can be produced inexpensively, since possibly only one cavity 304 is required, in comparison, for example, to a component having two electrostatic gaps.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Interferometer 200 entspricht im Wesentlichen den Interferometern in den Figuren 2 und 3. Im Gegensatz dazu ist hier die zweite Spiegelschicht 302 des zweiten Spiegelelements 206 direkt auf dem Substrat 300 angeordnet und das zweite Spiegelelement 206 ist unbeweglich. Die erste Spiegelschicht 302 des ersten Spiegelelements 202 ist durch eine Distanzschicht 312 mit hoher Schichtdicke von der zweiten Spiegelschicht 302 beabstandet. Zum Ausbilden der Federsysteme 308, 310 ist die erste Spiegelschicht 302 außerhalb des ersten Spiegelelements 202 in Abschnitten 400 ausgedünnt. Das erste Federsystem 308 und das zweite Federsystem 310 sind dabei 4 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment. The interferometer 200 essentially corresponds to the interferometers in FIGS. 2 and 3. In contrast, here the second mirror layer 302 of the second mirror element 206 is arranged directly on the substrate 300 and the second mirror element 206 is immovable. The first mirror layer 302 of the first mirror element 202 is spaced from the second mirror layer 302 by a high layer thickness spacer layer 312. To form the spring systems 308, 310, the first mirror layer 302 outside the first mirror element 202 is thinned out in sections 400. The first spring system 308 and the second spring system 310 are included
hintereinander in Reihe geschaltet. Die Antriebseinrichtungen 100, 102 sind im Bereich der Federsysteme 308, 310 angeordnet. Beide Antriebseinrichtungen 100, 102 sind hier als kapazitive Aktoren ausgebildet. Die ersten Elektroden sind dabei in den ausgedünnten Abschnitten der ersten Spiegelschicht 302 consecutively connected in series. The drive devices 100, 102 are arranged in the region of the spring systems 308, 310. Both drive devices 100, 102 are designed here as capacitive actuators. The first electrodes are thereby in the thinned portions of the first mirror layer 302
angeordnet. Die zweiten Elektroden sind auf der zweiten Spiegelschicht 302 angeordnet. Zwischen den Federsystemen 308, 310 ist die erste Spiegelschicht zu einem Anschlagbereich für die Anschlagelemente 314 ausgebildet. arranged. The second electrodes are disposed on the second mirror layer 302. Between the spring systems 308, 310, the first mirror layer is formed into a stop region for the stop elements 314.
Die erste Antriebseinrichtung 100 bewegt den Anschlagbereich, das zweite Federsystem 310 und das erste Spiegelelement 202 zwischen der Ruhelage und der durch das Anschlagelement 314 definierten ausgelenkten Lage. Die zweite Antriebseinrichtung 102 bewegt das erste Spiegelelement 202 unabhängig von der ersten Antriebseinrichtung 100 aus der Ruhelage oder der ausgelenkten Lage heraus. The first drive device 100 moves the stopper area, the second spring system 310 and the first mirror element 202 between the rest position and the deflected position defined by the stop element 314. The second drive device 102 moves the first mirror element 202 out of the rest position or the deflected position independently of the first drive device 100.
Mit anderen Worten zeigt Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Fabry-Perot- Interferometer 200, bei dem ausgedünnte Membranbereiche 400 als In other words, Fig. 4 shows a cross section through a Fabry-Perot interferometer 200, in the thinned membrane regions 400 as
Federsysteme 308, 310 wirken. Spring systems 308, 310 act.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Interferometer 200 entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 4 dargestellten Interferometer. Im Gegensatz dazu sind die Federsysteme 308, 310 wie in Fig. 3 durch Federperforationen 306 ausgebildet. Zusätzlich weist das hier dargestellte Interferometer 200 ein drittes Federsystem 500 auf. Das dritte Federsystem 500 ist durch Federperforationen 306 durch die zweite Spiegelschicht 302 ausgebildet. Dadurch ist das zweite Spiegelelement 206 ebenfalls beweglich. Das dritte Federsystem 500 ist gegenüberliegend zu dem zweiten Federsystem 310 angeordnet und die zweiten Elektroden der zweiten Antriebseinrichtung 102 sind auf den Federelementen des dritten Federsystems 500 angeordnet. Das dritte Federsystem 500 ist dadurch parallel zu dem zweiten Federsystem 310 geschaltet. Die zweite Antriebseinrichtung 102 kann so das erste Spiegelelement 202 und das zweite Spiegelelement 206 aufeinander zubewegen. Um die gleiche Änderung der Spalthöhe 104 zu erreichen, wie in Fig. 4 ist eine geringere Anziehungskraft zwischen den Elektroden der zweiten Antriebseinrichtung erforderlich, da die Anziehungskraft gleichmäßig auf das zweite Federsystem 310 und das dritte Federsystem 500 wirkt. Das Interferometer 200 ist in einer Ruhelage ohne Kraftein Wirkung durch die Antriebseinrichtungen 100, 102 dargestellt. 5 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment. The interferometer 200 essentially corresponds to the interferometer shown in FIG. 4. In contrast, the spring systems 308, 310 are formed by spring perforations 306 as in FIG. In addition, the interferometer 200 shown here has a third spring system 500. The third spring system 500 is formed by spring perforations 306 through the second mirror layer 302. As a result, the second mirror element 206 is also movable. The third spring system 500 is disposed opposite to the second spring system 310, and the second electrodes of the second drive device 102 are disposed on the spring elements of the third spring system 500. The third spring system 500 is thereby connected in parallel with the second spring system 310. The second drive device 102 can thus move the first mirror element 202 and the second mirror element 206 towards each other. In order to achieve the same change in gap height 104, as in FIG. 4, a lower attractive force between the electrodes of the second drive means is required because the attractive force acts equally on the second spring system 310 and the third spring system 500. The interferometer 200 is shown in a rest position without force effect by the drive devices 100, 102.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Interferometer 200 ein viertes Federsystem auf, das analog zu dem dritten Federsystem 500 parallel zu dem ersten Federsystem 308 angeordnet ist. In an embodiment not shown, the interferometer 200 to a fourth spring system, which is arranged parallel to the first spring system 308 analogous to the third spring system 500.
Mit anderen Worten ist in Fig. 5 ein Fabry-Perot-Interferometer 200 im In other words, in FIG. 5, a Fabry-Perot interferometer 200 is shown in FIG
Nullzustand mit kapazitiven Steuerelektroden und Anschlägen 314 sowie separaten Federsystemen 308, 310 für die beiden voneinander unabhängig ansteuerbaren elektrostatischen Aktuierungsmechanismen 100, 102 dargestellt. Zero state with capacitive control electrodes and stops 314 and separate spring systems 308, 310 for the two independently controllable electrostatic actuation mechanisms 100, 102 shown.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Interferometer 200 entspricht dem Interferometer 200 in Fig. 5. Hier ist das Interferometer 200 in näherungsweise maximal 6 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment. The interferometer 200 corresponds to the interferometer 200 in FIG. 5. Here, the interferometer 200 is approximately at maximum
ausgelenktem Zustand dargestellt. Das erste Federsystem 108 ist durch die erste Antriebseinrichtung 100 so weit ausgelenkt, dass die Anschlageinrichtung 314 an der zweiten Spiegelschicht 302 in der ausgelenkten Lage anliegt. Das zweite Federsystem 310 und das dritte Federsystem 500 sind durch die zweite deflected state shown. The first spring system 108 is deflected so far by the first drive device 100 that the stop device 314 rests against the second mirror layer 302 in the deflected position. The second spring system 310 and the third spring system 500 are through the second
Antriebseinrichtung 102 so weit ausgelenkt, bis sich die Elektroden beinahe berühren. Dabei sind die Federsysteme 310, 500 gegensinnig ausgelenkt. Eine direkte Berührung des ersten Spiegelelements 202 mit dem zweiten Drive device 102 so far deflected until the electrodes are almost touching. The spring systems 310, 500 are deflected in opposite directions. A direct contact of the first mirror element 202 with the second
Spiegelelement 206 wird durch die Antihaftnoppen 316 verhindert. Mirror element 206 is prevented by the anti-stick nubs 316.
Fig. 7 zeigt eine Draufsichtdarstellung von Antriebseinrichtungen 100, 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Antriebseinrichtungen 100, 102 entsprechen dabei im Wesentlichen den Antriebseinrichtungen in den Figuren 1 bis 6. Wie in den Figuren 5 und 6 sind die Antriebseinrichtungen 100, 102 in Reihe hintereinander angeordnet. Die erste Antriebseinrichtung 100 ist auf Federelementen 700 des ersten Federsystems 308 angeordnet. Die zweite Antriebseinrichtung ist auf Federelementen 702 des zweiten Federsystems 310 angeordnet. Das erste Spiegelelement 202 ist rund. Das zweite Federsystem 310 umschließt das erste Spiegelelement 202. Der Anschlagbereich umschließt das zweite Federsystem ringförmig. Die Federelemente 702 sind S-förmig gebogen und verbinden das Spiegelelement 202 mit dem Anschlagbereich. Im Anschlagbereich sind die Anschläge 314 angeordnet. Das erste Federsystem 308 umschließt den Anschlagbereich ringförmig. Die Federelemente 700 sind entgegengesetzt zu den Federelementen 702 S-förmig gebogen und verbinden den Anschlagbereich mit der umgebenden Spiegelschicht 302. FIG. 7 shows a plan view of drive devices 100, 102 according to one exemplary embodiment. The drive devices 100, 102 essentially correspond to the drive devices in FIGS. 1 to 6. As in FIGS. 5 and 6, the drive devices 100, 102 are arranged in series one behind the other. The first drive device 100 is arranged on spring elements 700 of the first spring system 308. The second drive device is arranged on spring elements 702 of the second spring system 310. The first mirror element 202 is round. The second spring system 310 encloses the first mirror element 202. The stop area encloses the second spring system in an annular manner. The spring elements 702 are bent in an S-shape and connect the mirror element 202 to the stop area. in the Stop area, the stops 314 are arranged. The first spring system 308 encloses the stop area in an annular manner. The spring elements 700 are bent in an S-shape opposite to the spring elements 702 and connect the abutment region with the surrounding mirror layer 302.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Interferometer 200 entspricht im Wesentlichen den vorhergehenden Darstellungen. Im Gegensatz dazu weist das Interferometer einen Steg 800 auf, der das erste Spiegelelement 202 mit dem Substrat 300 verbindet. Der Steg 800 ist flexibel und bringt einer Verformung eine 8 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment. The interferometer 200 essentially corresponds to the previous representations. In contrast, the interferometer has a ridge 800 which connects the first mirror element 202 to the substrate 300. The bridge 800 is flexible and brings about a deformation
vernachlässigbare Federkraft entgegen. Der Steg 800 repräsentiert das erste Federsystem 308. Der Steg 800 weist elektrische Leitungen 802 zum Versorgen der Antriebseinrichtungen 100, 102 auf. Dabei weist die zweite negligible spring force. The bridge 800 represents the first spring system 308. The bridge 800 has electrical lines 802 for supplying the drive devices 100, 102. In this case, the second
Antriebseinrichtung 102 eine ringförmige Elektrode 804 auf, die kreisförmig um das erste Spiegelelement 202 umläuft. Die Elektrode 804 ist ringförmig von dem zweiten Federsystem 310 umschlossen. Die Federelemente des zweiten Drive device 102, an annular electrode 804, which circulates around the first mirror element 202 in a circular manner. The electrode 804 is annularly enclosed by the second spring system 310. The spring elements of the second
Federsystems 310 überbrücken einen Spalt 806 beziehungsweise eine Kaverne zwischen der ersten Antriebseinrichtung 100 und der zweiten Antriebseinrichtung 102. Die erste Antriebseinrichtung 100 weist ebenso eine ringförmige Elektrode 808 auf, die das zweite Federsystem 310 kreisförmig umschließt. Durch den StegSpring system 310 bridges a gap 806 or a cavern between the first drive device 100 and the second drive device 102. The first drive device 100 likewise has an annular electrode 808 which surrounds the second spring system 310 in a circular manner. Through the jetty
800 ist die Einheit aus dem ersten Spiegelelement 202, der Elektrode 804, dem zweiten Federsystem 310 und der Elektrode 808 kellenförmig. 800, the unit of first mirror element 202, electrode 804, second spring system 310, and electrode 808 is scalloped.
Mit anderen Worten zeigt Fig. 8 eine Detaildraufsicht der Aufhängung 800 eines Fabry-Perot-Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann eines der Spiegelelemente 202 kellenförmig ausgebildet sein. Es besitzt keine Rückstellkraft und kann zwischen zwei Positionen hin- und hergeschaltet werden. Dies ist insbesondere im Falle elektrostatischer Aktuierung vorteilhaft, weil kleinere Flächen ausreichen. Zusätzlich hat dieser Aufbau den Vorzug, dass durch äußere Einflüsse entstehende mechanische Zugspannungen in denIn other words, FIG. 8 shows a detailed plan view of the suspension 800 of a Fabry-Perot interferometer 200 according to one embodiment. In this case, one of the mirror elements 202 may be formed like a kelly. It has no restoring force and can be switched back and forth between two positions. This is particularly advantageous in the case of electrostatic actuation because smaller areas are sufficient. In addition, this structure has the advantage that caused by external influences mechanical tensile stresses in the
Schichten des Spiegelelements 202 keine Auswirkung haben, was die Layers of the mirror element 202 have no effect, what the
Driftstabilität des Bauelements 200 erhöht. Drift stability of the device 200 increases.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie in Fig. 3 sind zwei Spiegelschichten 302 durch Distanzschichten 312 von dem Substrat 300 und voneinander beabstandet. Die erste Spiegelschicht 302 ist dabei zwischen der zweiten Spiegelschicht 302 und dem Substrat 300 angeordnet. Das erste Spiegelelement 202 ist wie in Fig. 8 kellenförmig an einem biegsamen Steg 800 aufgehängt und kann als 9 shows a cross-sectional view of an interferometer 200 according to an exemplary embodiment. As in FIG. 3, two mirror layers 302 are through Distance layers 312 from the substrate 300 and spaced from each other. The first mirror layer 302 is arranged between the second mirror layer 302 and the substrate 300. As in FIG. 8, the first mirror element 202 is suspended on a flexible web 800 in the form of a kelly and can be used as a
freischwebende Spiegelkelle bezeichnet werden. Die erste Antriebseinrichtungfree floating mirror trowel. The first drive device
100 weist hier drei Elektroden auf. Eine Elektrode ist auf dem Substrat 300 angeordnet. Die andere Elektrode ist an der zweiten Spiegelschicht 302 angeordnet. Die mittlere Elektrode 808 ist zwischen beiden anderen Elektroden angeordnet. So kann die mittlere Elektrode 808 in Richtung der zweiten 100 here has three electrodes. An electrode is disposed on the substrate 300. The other electrode is disposed on the second mirror layer 302. The middle electrode 808 is disposed between the other two electrodes. Thus, the middle electrode 808 may be in the direction of the second
Spiegelschicht 302 gezogen werden oder in Richtung des Substrats 300 gezogen werden. Die mittlere Elektrode 808 ist starr mit der Anschlageinrichtung 314 verbunden. Die Anschlageinrichtung 314 weist dabei einen Anschlag in Richtung des Substrats 300 und einen Anschlag in Richtung der zweiten Mirror layer 302 are pulled or pulled toward the substrate 300. The central electrode 808 is rigidly connected to the stopper 314. The stop device 314 has a stop in the direction of the substrate 300 and a stop in the direction of the second
Spiegelschicht 302 auf. Durch den biegsamen Steg 800 weist das erste Mirror layer 302 on. Due to the flexible bridge 800, the first
Spiegelelement 202 keine definierte stabile Ruhelage auf. Aufgrund der Mirror element 202 no defined stable rest position. Due to the
Anschlageinrichtung 314 weist das erste Spiegelelement 202 zwei definierte ausgelenkte Positionen auf. Hier ist das erste Spiegelelement 202 in Richtung der zweiten Spiegelschicht 302 ausgelenkt dargestellt. Die Spalthöhe 104 ist dabei gering.  Stop device 314, the first mirror element 202 on two defined deflected positions. Here, the first mirror element 202 is shown deflected in the direction of the second mirror layer 302. The gap height 104 is low.
Die zweite Antriebseinrichtung 102 weist zwei gegenüberliegende Elektroden auf. Eine der Elektroden ist hier direkt mit dem ersten Spiegelelement 202 gekoppelt und innerhalb des zweiten Federsystems 310 angeordnet. Die andere Elektrode ist in der Ebene der zweiten Spiegelschicht 302 angeordnet. The second drive device 102 has two opposing electrodes. One of the electrodes is here coupled directly to the first mirror element 202 and disposed within the second spring system 310. The other electrode is disposed in the plane of the second mirror layer 302.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Interferometer 200 wie in den Figuren 5 und 6 ein in die zweite Spiegelschicht 302 integriertes drittes Federsystem 500 auf. Das dritte Federsystem 500 entkoppelt dabei das zweite Spiegelelement 206 von der Ebene der zweiten Spiegelschicht 302. In one embodiment, as in FIGS. 5 and 6, the interferometer 200 has a third spring system 500 integrated into the second mirror layer 302. The third spring system 500 decouples the second mirror element 206 from the plane of the second mirror layer 302.
Fig. 10 zeigt eine Darstellung eines Interferometers 200 gemäß einem 10 shows a representation of an interferometer 200 according to a
Ausführungsbeispiel. Das Interferometer entspricht dabei dem in Fig. 9 dargestellte Interferometer. Hier ist das erste Spiegelelement 202 in der zweiten ausgelenkten, definierten Position dargestellt. Die Spalthöhe 104 ist dabei maximal. Die Figuren 3 bis 10 zeigen in erster Linie Ausführungsbeispiele mit zweifach kapazitiven beziehungsweise elektrostatischen Ansteuerungen 100, 102. Embodiment. The interferometer corresponds to the interferometer shown in FIG. Here, the first mirror element 202 is shown in the second deflected, defined position. The gap height 104 is maximum. FIGS. 3 to 10 primarily show exemplary embodiments with dual-capacitive or electrostatic actuators 100, 102.
Analoge Ausführungsbeispiele mit piezoelektrischer, thermischer und/oder kapazitiver Ansteuerung in beliebiger Kombination, beispielsweise elektrostatisch und piezoelektrisch, sind jedoch ebenfalls denkbar. Die Auslenkung wenigstens eines der Spiegelelemente 202, 206 kann über die Ansteuerungen 100, 102 sowohl in die gleiche Richtung, in die entgegengesetzte Richtung oder aber sowohl in die gleiche als auch die entgegengesetzte Richtung bewirkt werden. Auf diese Weise können Nichtlinearitäten in der Ansteuerung kompensiert werden. Analogous embodiments with piezoelectric, thermal and / or capacitive control in any combination, such as electrostatic and piezoelectric, however, are also conceivable. The deflection of at least one of the mirror elements 202, 206 can be effected via the actuators 100, 102 both in the same direction, in the opposite direction or in both the same and the opposite direction. In this way, nonlinearities in the drive can be compensated.
Insbesondere können in einem Ausführungsbeispiel die Spiegelelemente 202, 206 sowohl aufeinander zubewegt, als auch voneinander wegbewegt werden. Dies schafft beispielsweise bei kapazitiver Ansteuerung einen insgesamt größeren durchstimmbaren Messbereich durch eine Vergrößerung des ersten elektrostatischen Spalts um 30% und zusätzlich des zweiten elektrostatischen Spalts um weitere 30%. Bei einer Ausführung mit zwei voneinander unabhängigen elektrostatischenIn particular, in one embodiment, the mirror elements 202, 206 can both be moved toward one another as well as moved away from one another. For example, this creates an overall larger tunable measuring range for capacitive driving by increasing the first electrostatic gap by 30% and additionally the second electrostatic gap by a further 30%. In a version with two independent electrostatic
Aktuierungsmechanismen 100, 102 kann es sinnvoll sein, für die Actuating mechanisms 100, 102 may be useful for the
Grobansteuerung einen kleineren elektrostatischen Spalt als für die Groban control a smaller electrostatic gap than for the
Feinansteuerung zu verwenden, um über die Grobansteuerung einen der Spiegel 202, 206 einfacher, also mit weniger Steuerspannung in seine Messposition anschnappen lassen zu können. Fine control to use the coarse control one of the mirrors 202, 206 easier, so it can snap into its measuring position with less control voltage.
Für jeden Aktuierungsmechanismus 100, 102 existiert ein korrespondierendes Federsystem 308, 310 in wenigstens einem der Spiegelelemente 202, 206, sodass die Federung beispielsweise bezüglich einer Rückstell kraft passend zum Aktuierungsmechanismus 100, 102 ausgelegt werden kann. For each actuation mechanism 100, 102 there is a corresponding spring system 308, 310 in at least one of the mirror elements 202, 206, so that the suspension, for example, with respect to a restoring force suitable for Aktuierungsmechanismus 100, 102 can be interpreted.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Betreiben eines Interferometers gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1100 weist einen Schritt 1102 des Einstellens auf, in dem eine Spaltweite eines FIG. 11 shows a flow diagram of a method 1100 for operating an interferometer according to one exemplary embodiment. The method 1100 includes a step 1102 of setting in which a gap width of a
Resonatorspalts des Interferometers zwischen einem ersten Spiegelelement des Interferometers und einem zweiten Spiegelelement des Interferometers unter Verwendung einer ersten Antriebseinrichtung und/oder einer zweiten Resonatorspalts the interferometer between a first mirror element of the Interferometer and a second mirror element of the interferometer using a first drive means and / or a second
Antriebseinrichtung eingestellt wird. Drive device is set.
Mit anderen Worten zeigt Fig. 11 ein Ablaufdiagramm einer Methode zum In other words, Fig. 11 shows a flowchart of a method for
Durchstimmen eines Fabry-Perot-Interferometers mit wenigstens zwei voneinander unabhängig aktuierbaren Verstellsystemen, die dadurch Tuning a Fabry-Perot interferometer with at least two mutually independently actuatable adjustment systems, characterized
gekennzeichnet ist, dass ein erstes digitales Verstellsystem dazu verwendet wird, ein erstes Element oder Spiegelelement durch eine diskrete Aktuierung in eine von zwei oder mehreren definierten Positionen zu bringen, während ein zweites, analoges Verstellsystem dazu verwendet wird, den Abstand zwischen den Spiegelelementen quasikontinuierlich zu verändern. Es werden Abstandshalter benutzt, um die diskreten Positionen des ersten Spiegelelements zu definieren. Der Aktuierungsmechanismus kann piezoelektrisch, kapazitiv oder thermisch sein. characterized in that a first digital adjustment system is used to bring a first element or mirror element by discrete actuation in one of two or more defined positions, while a second analogue adjustment system is used to change the distance between the mirror elements quasi-continuously , Spacers are used to define the discrete positions of the first mirror element. The actuation mechanism may be piezoelectric, capacitive or thermal.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

Ansprüche claims
1. Interferometer (200) mit einem ersten Spiegelelement (202) und einem durch einen einstellbaren Resonatorspalt (204) von dem ersten An interferometer (200) having a first mirror element (202) and an adjustable resonator gap (204) from the first one
Spiegelelement (202) beabstandeten zweiten Spiegelelement (206), wobei das Interferometer (200) die folgenden Merkmale aufweist: eine erste Antriebseinrichtung (100), die dazu ausgebildet ist, eine Spalthöhe (104) des Resonatorspalts (204) einzustellen, wobei die erste Antriebseinrichtung (100) einen ersten Einstellbereich (208) aufweist; und eine zweite Antriebseinrichtung (102), die dazu ausgebildet ist, eine Spalthöhe (104) einzustellen, wobei die zweite Antriebseinrichtung (102) einen, den ersten Einstellbereich (208) ergänzenden und/oder erweiternden zweiten Einstellbereich (210) aufweist.  Mirror element (202) spaced second mirror element (206), said interferometer (200) comprising the following features: a first drive means (100) adapted to set a gap height (104) of the resonator gap (204), wherein the first drive means (100) has a first adjustment area (208); and a second drive device (102) which is designed to set a gap height (104), wherein the second drive device (102) has a second adjustment region (210) which supplements and / or widens the first adjustment region (208).
2. Interferometer (200) gemäß Anspruch 1, bei dem der erste 2. Interferometer (200) according to claim 1, wherein the first
Einstellbereich (208) zumindest eine diskrete Endlage aufweist.  Setting range (208) has at least one discrete end position.
Interferometer (200) gemäß Anspruch 2, bei dem die Endlage durch eine Anschlageinrichtung (314) bestimmt ist, wobei die Anschlageinrichtung (314) mit der ersten Antriebseinrichtung (100) gekoppelt ist. Interferometer (200) according to claim 2, wherein the end position is determined by a stop means (314), wherein the stop means (314) is coupled to the first drive means (100).
Interferometer (200) gemäß Anspruch 3, bei dem zwischen der Interferometer (200) according to claim 3, wherein between the
Anschlageinrichtung (314) und einem Substrat (300) des Interferometers (200) eine erste Federeinrichtung (308) angeordnet ist.  Stop means (314) and a substrate (300) of the interferometer (200), a first spring means (308) is arranged.
Interferometer (200) gemäß Anspruch 4, bei dem zwischen der Interferometer (200) according to claim 4, wherein between the
Anschlageinrichtung (314) und dem ersten Spiegelelement (202) eine zweite Federeinrichtung (310) angeordnet ist. Interferometer (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die erste Antriebseinrichtung (100) mit dem ersten Stop means (314) and the first mirror element (202) a second spring means (310) is arranged. Interferometer (200) according to one of the preceding claims, in which the first drive device (100) is connected to the first
Spiegelelement (202) gekoppelt ist, wobei das erste Spiegelelement (202) über eine erste Federeinrichtung (308) mit einem Substrat (300) des Interferometers (200) gekoppelt ist. Mirror element (202) is coupled, wherein the first mirror element (202) via a first spring means (308) with a substrate (300) of the interferometer (200) is coupled.
Interferometer (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die zweite Antriebseinrichtung (102) mit dem zweiten Interferometer (200) according to one of the preceding claims, wherein the second drive means (102) with the second
Spiegelelement (206) gekoppelt ist. Mirror element (206) is coupled.
Interferometer (200) gemäß Anspruch 7, bei dem die zweite Interferometer (200) according to claim 7, wherein the second
Antriebseinrichtung (102) ferner mit dem ersten Spiegelelement (202) gekoppelt ist. Drive means (102) is further coupled to the first mirror element (202).
Verfahren (1100) zum Betreiben eines Interferometers (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, wobei in einem Schritt (1102) des Einstellens eine Spaltweite (104) eines Resonatorspalts (204) des Interferometers (200) zwischen einem ersten Spiegelelement (202) des Interferometers (200) und einem zweiten Spiegelelement (206) des Interferometers (200) unter Verwendung einer ersten Antriebseinrichtung (100) und/oder einer zweiten Antriebseinrichtung (102) eingestellt wird. A method (1100) for operating an interferometer (200) according to one of the preceding claims 1 to 8, wherein in a step (1102) of adjusting, a gap width (104) of a resonator gap (204) of the interferometer (200) between a first mirror element (202 ) of the interferometer (200) and a second mirror element (206) of the interferometer (200) using a first drive means (100) and / or a second drive means (102) is set.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (1100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen. A computer program adapted to execute the method (1100) according to any one of the preceding claims.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist. A machine-readable storage medium storing the computer program of claim 10.
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