CN104204899B - 微镜装置及微镜装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个镜板的微镜装置，所述镜板通过一个或多个弹簧元件被悬挂在芯片框中以进行震动。在所述芯片框和所述一个或多个弹簧元件中设置有至少一个具有用于引导冷却剂的入口和出口的微镜，或者在所述芯片框，所述一个或多个弹簧元件以及所述至少一个镜板中设置有至少一个该微镜。

Description

微镜装置及微镜装置的制造方法
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的微镜装置，以及制造这种微镜装置的方法。
背景技术
微科技制造的光束偏转镜，也就是所谓的微机电系统(MEMS)扫描仪被广泛应用，比如激光投影仪、条形码扫描仪、显微镜、光学相干断层扫描(OCT)内窥镜、激光雷达(LIDAR)扫描仪、成像光谱仪等。举例来说，这种被设计为微执行器的光束偏转镜，包括设计为镜片的谐振腔体，该谐振腔体通过一个或多个弹簧元件悬挂在谐振扫描仪内的芯片框中。该芯片框可从一侧关闭，其中镜板和弹簧元件设置在腔中。然而，也可以用玻璃罩将该芯片框从两边封闭。
这样的微镜装置或光束偏转镜通常具有非常低的惯性矩，因而可以允许此种小型化光束偏转镜达到非常高的扫描速度，比如100kHz。尽管驱动力有限，但其仍可以通过共振操作产生足够大的偏转角度。这种优势在显示技术中尤其有用。
但是，至今有一些应用领域仍无法成功应用MEMS扫描仪或微执行器，反而更偏爱常规制造的检流计扫描仪。对于这一类检流计扫描仪，首先，其均为向量扫描应用，然而使用者必须在没有共振操作的情况下使用。并且，对于所有的应用领域来说，由于光束偏转系统必须要处理超过几个瓦特的激光功率，因而至今仍是应用常规的检流计扫描仪而非MEMS扫描仪。最后，迄今为止，在所有的应用领域，使用者只能依靠检流计扫描仪，其中被扫描激光束的直径在5mm之上。
上述限制最终可以归结为一个原因：
与可用于常规制造的宏观扫描仪的光束偏转系统相比，微科技制造的光束偏转系统的动力要小许多个数量级。这就不可避免地导致MEMS扫描仪的惯性矩必须要相应地更小，以达到可感知的偏转和这种光束偏转。因此，这对于镜片直径、镜片厚度和MEMS镜片的弹簧横截面都有严格限制。由此导致的MEMS扫描仪的低热容量，以及可以通过薄弹簧横截面耗散到外界的低热功率使得这些MEMS镜无法应用于激光材料加工中，因为通常会施加高达数千瓦特的激光功率。
平坦的常规镜片上必须精心涂覆多层电介质膜，以达到尽可能大于99％的反射率，从而保证由吸收带来的镜片的热负荷尽可能低。这些层叠膜会产生高机械应力梯度，使镜板以非预期的方式变形。镜片越薄，变形越大。典型地，MEMS镜的镜片厚度与直径的比率为一比十，也就是说，如果要用上述方式涂覆一个直径为几毫米的镜片，那么镜片厚度就需要达到几十分之一毫米，然而，由此导致的增长的惯性矩所需要的驱动力在MEMS组件中无法实现。
镜片装置包括腔内接收的光学元件、形成腔壁的基板、以及至少一个从DE 102007 034 652 A1中已知的透光罩。腔内有用于热耗散的介质，并且，腔壁是冷却的，比如内部散置有冷却通道，冷却气或冷却液在该冷却通道中被引导，从而可以带走光学元件表面的热量，即由射入光带来的热量。
发明内容
本发明的目的是，为镜片装置提供一种通过至少一个弹簧元件振荡地悬挂的镜板，从而改善镜板的热耗散，以实现相对大直径的有效镜板，保持低的动态和静态形变，达到大扫描量级，以及确保对于热量输入的高容忍度。
根据本发明，上述目标可以通过结合独立权利要求的前序部分以及独立权利要求的特征实现，以及相应地通过从属方法权利要求的特征实现。
从属权利要求中的具体方式可以获得更进一步的有益发展和改进。
根据本发明，微镜装置具有至少一个镜板，所述镜板通过一个或多个弹簧元件振荡地悬挂在芯片框中，至少一个微通道设置于所述芯片框和所述一个或多个弹簧元件中，或者设置于所述芯片框、所述一个或多个弹簧元件以及所述至少一个镜板中，所述微通道设置有一个入口和一个出口，用于引入流动冷却剂如液体或气体，可以通过所述微通道中流通的冷却剂散热。因此，用气态或液态或多相的介质作为冷却剂，这种冷却剂可以在压降的助力下在通道中流通，从而在上述各部分之间的产生温度梯度，特别是在弹簧悬挂、镜板以及流通的之间，以对流地耗散热量。热量通过弹簧传递至周围的基板，从而实现了热量的横向耗散。举例来说，具有高热容量的压缩空气、氦气、水以及其他液体介质等，可以作为上述流动介质。为了实现用于高光功率的MEMS镜片，以及为了热耗散而保持低动态和静态形变也是可能的。其他领域的应用，例如激光材料加工和相对高功率的激光应用，都可以通过微科技的组件实现。因而，这给生产制造带来巨大优势，低廉的大批量生产也可应运而生。
根据本发明，所述入口和所述出口设置于所述芯片框的同一侧，或者设置于芯片框的不同侧，不同设置方式会产生不同的结果。例如，可以实现只悬挂在一个所述弹簧元件上的镜板，其中，可以采用环状方式，优选地可以通过所述镜板，将所述通道引导回所述芯片框的相同侧。然而，也可以将所述镜板悬挂在两个相对的弹簧元件上，通过这种设置方式，所述微通道的入口会在所述芯片框的一侧，而其出口则在所述芯片框的另一侧。也可以以单轴或多轴的方式实现悬挂的镜板。
在有利的实施例中，所述至少一个微通道的入口和出口可以朝向所述微通道的用于连接所述各口的部分的纵向方向，或者，在进一步的实施例中，所述入口和/或出口可以朝向与所述长度方向呈不可忽略角度的方向，所述不可忽略角度优选可为90度。这些实施的可能性可以改善设计的可能性，并且，冷却剂的供应和排放也可适应于外界条件。
优选地，所述芯片框中，和/或所述一个或多个弹簧元件，和/或所述至少一个镜板中的所述至少一个微通道采用环状或分支状设计。
在优选的实施例中，所述芯片框的上侧和/或下侧连接设置有腔的罩体，以将所述芯片框的至少一部分、所述一个或多个弹簧元件和所述至少一个镜板封装于腔中。由于封装优选的是晶片级的封装，是密封的，优选的密封是气密式密封，因而可以保护被设计为镜片的所述微执行器，防止其被污染。而且，通过这种方式，所述腔可以是真空或者填充有空气或诸如氦气的其他气体。一方面，由于真空封装，因而可以保证流动冷却剂不仅不渗透入所述腔或所述真空腔，而且仅会在所述微通道中流动。另一方面，通过所述真空封装，可以显著减少所述MEMS镜片的粘性摩擦，从而对于常用的静电设备、压电设备、电磁设备或者热机设备来说，尤其是在它们的共振操作中，实现非常有效的能量利用。在其他应用领域，用空气或例如氦气的其他气体填充封装的腔，有利于热耗散。
所述入口和所述出口分别与供应导管和排放导管连接，以供应和排放所述介质流，其中，所述开口与所述导管被设置在所述封装外，也就是所述罩体外的芯片框上。
正如前文所述，所述微镜装置是为偏转激光而设计的，其中所述镜板可以以单轴或多轴的方式悬挂。正是由于这种将镜片置于真空中的创造性设置，因而可以以相对大的偏转角度，操作超大且坚固的、直径大于5mm的镜片。
优选地，可以在位于流入侧，也就是在入口的气密式密封的微通道上设置窄道，以通过所述冷却剂，优选是气体的膨胀进行额外的冷却。
根据本发明，由所述芯片框、所述弹簧元件、以及至少一个镜板形成的所述微执行器，可以有各种各样的应用及设计。
本发明提供一种制造前文所述的微镜设置的方法，通过该方法，根据所述微通道的几何线路优选是在其中应用各向异性等离子刻蚀，来构造硅晶片的表面。继而通过各向同性等离子刻蚀，在所述结构下方创建腔，并且淀积(沉淀)多晶硅层，以使所述结构在所述硅晶片的表面被封闭，并保留所述腔的一部分。之后，以上述方式，即刻蚀的方式处理过的硅晶片被构造在在具有所述一个或多个弹簧元件，以及所述至少一个镜板的微执行器中，并通过将所述硅晶片连接至包括腔的罩体，和/或连接至包括腔的另外的硅晶片，和/或连接至设置有腔的另外的罩体而进行封装。本发明提供的具有集成微通道的微镜装置可以通过这种方式简单地实现。
若通过淀积(沉淀)多晶硅层，在所述通道的狭窄部位封闭所述通道的步骤形成的层表面太过粗糙，则可以在中间步骤中对该层进行抛光。
本发明还提供一种制造微镜装置的方法，该方法设想通过用芯片框、一个或多个弹簧元件，以及所述至少一个镜板，从硅晶片的一个或两个表面实现微执行器结构的刻蚀，并实现从硅晶片表面将微通道的横截面刻蚀至设定的深度。优选地，可以使用SOI晶片(绝缘硅晶片)，由于其包括阻止氧化的层，因而一旦到达该层，则各自的刻蚀过程(等离子体硅刻蚀过程)就会停止。这样做的优势是，最终的结果是均匀的，并且是基于刻蚀深度确定的。随后，在所述硅晶片上淀积设置有腔的罩体，具体的，在刻蚀有所述微通道的表面的相反面上，即构造的硅晶片的表面上淀积设置有腔的罩体。通过将前述制造的硅晶片与根据所述微执行器的结构刻蚀的另外的硅晶片，封闭所述微通道上刻蚀的横截面。上述刻蚀优选的是等离子刻蚀，然而也可以应用另一种刻蚀方法，比如采用四甲基氢氧化铵TMAH或氢氧化钾KOH的湿化学刻蚀。根据本发明提供的方法，可实现微镜装置的制造。
在一种优选的实施方式中，同样也可以用前述微执行器的构造步骤，以及刻蚀所述微通道上的横截面的方法，制造另外硅晶片，并且，将两个表面上刻蚀有所述微通道的构造的硅晶片相互结合，以使所述微通道以气密方式封闭。由于两个同样的硅晶片可以相互连接，因而可以简化制造方法。
在一种优选的实施方式中，用来封闭所述微执行器的所述罩体，被设计为可以淀积至各硅晶片上的玻璃罩形晶片。
根据本发明提供的方法，可以制造众多晶片级的微执行器，其中多个罩体也被设计为玻璃罩形晶片，并且可以根据所述众多微执行器制造所述另外的硅晶片。在相互结合所述罩体晶片、MEMS晶片和基底晶片后，得到的复合晶片是单一化的(分离的或被切成小块的)，并且，各微镜装置的微通道呈可进入状态，从而可以制造多个微镜装置。
附图说明
本发明在附图中示出，并在下文中进行更详细的描述。附图中：
图1为本发明提供的微镜装置的第一实施例的示意图，在该立体图中，微镜装置具有悬挂在一侧的镜板；
图2为本发明提供的微镜装置的第二实施例，在该示意性的立体图中，微镜装置具有悬挂在两侧的单轴镜板；
图3为根据图2所示的微镜装置，该微镜装置具有上侧和下侧罩体；
图4为根据图3所示的微镜装置，该微镜装置具有用于冷却剂进入和排出的上侧开口；
图5为根据图4所示的视图，该微镜装置具有引导冷却剂的导管和吸气剂；
图6为根据图5所示的视图，该微镜装置具有以双轴方式振荡的镜板以及分支状的微通道；
图7为制造微镜装置的第一方法的步骤；
图8为制造微镜装置的第二方法的步骤；
图9为制造微镜装置的第三方法的步骤。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的微镜装置的第一实施例以及微执行器1，其中微执行器包括在刚性芯片框4中，悬挂在弹簧元件3上以形成弹簧悬挂的镜板2。图中的微通道5用虚线表示，并且该微通道5从设置在芯片框的窄边壁的入口6处开始延伸，经过芯片框4的边缘和弹簧元件3，在镜板2中形成外围环状，再回经弹簧元件3以及芯片框4的边缘，直到入口6旁边的出口7。该入口和出口均与用于供给冷却剂的供给单元连接，上述供给单元并未在图中示出，其可适用于让可以是气体、液体或多相的冷却剂在压降的助力下流经气密的微通道5，实现在上述各部分，即镜板2、弹簧元件3、芯片框4和流通的冷却剂之间的温度梯度，从而以对流的方式散热。前文描述的微执行器是用于偏转激光的可移动振荡镜。
通过静电设备、压电设备、电磁设备或者热机设备，采用上述方式的微执行器1的镜板2被偏转进入振荡状态。
图2示出了微执行器1的另一实施例，该实施例与图1提供的实施例的区别在于，镜板2是根据刚性芯片框内侧的振荡轴悬挂在两个弹簧元件3上的，这两个弹簧元件3关于所述镜板相对设置。微通道5此时从芯片框4的窄边开始直线延伸，经过芯片框4的边缘、第一弹簧元件3、镜板2、第二弹簧元件以及芯片框4的另一边缘。入口6位于芯片框的一窄边壁，出口7位于芯片框的另一相对设置的窄边，其中冷却剂的流动方向用箭头20表示。本实施例中的微通道5是以直线方式设计的，但也可以在镜板2中将其设置为一个或多个环状，或者是分支状。
图3示出了一种微镜装置100，其中，图2所示的微执行器1设置有两个罩体8，9，其中罩体8固定连接在芯片框的上侧，同时罩体9固定连接在芯片框4的下侧。因此，微执行器1基本上完全被封装于腔中，罩体8，9的固定链接可以这样进行，从而使微执行器1以气密方式密封，其中空气或气体被封闭于该腔中或者还可以将其抽为真空，这一点将在后文描述。罩体8，9最好是源于玻璃晶片，亦即，它们对于可见光和/或红外光是透明的，但是，也可以是连接至芯片框4的非透明罩体，例如设置有腔的硅晶片的非透明罩体。
图4示出了一种微镜装置100，其与图3的区别在于，入口6和出口7均垂直于芯片框4的平面设置在图中芯片框的上侧。流入微通道5和流出微通道5的方向用箭头21表示。这样的实施例简化了媒介通道的接触连接(contacting-on)，特别是在可用空间很少的情况下。图5示出了设置有供应软管11和排放软管12的微镜装置100的实施例，该供应软管11与入口6相接触，该排放软管12与出口7相接触，用于供应或排放冷却剂。此外，可将金属层形式的吸气剂13，例如钛，集成在腔10中，从而通过这种方式将微执行器1封装在真空环境中。因此，由于所包括的金属层在高温下氧化，最重要的是键合O2和N2，从而使这些分子不再对气压做贡献。
图6示出了微镜装置100的又一实施例，其与图5的区别在于，本实施例中的镜板用16表示。振荡元件14具有外框15，形成镜板16的内振荡元件悬挂在连接于外框15的两个弹簧元件17上。由此产生沿两个振荡轴偏转的镜板16。由此提供了一种能够在两个轴中偏转入射激光的镜。本实施例中的微通道5通过一个弹簧元件，根据振荡元件14的框15进行分支，再重新连接，以通过第二弹簧元件3到达出口7。并且，微通道5可以在外框1上进行分支，以通过弹簧元件17和镜板16。
通过图7详细描述了制造前述的微镜装置100或微执行器1的方法的优选实施例。
初始步骤a)示出了一硅晶片22，其上通过各向异性等离子体刻蚀形成有凹槽23，该凹槽限定根据图1至图6的微通道5的几何路线。然后，根据b)，应用各向同性等离子刻蚀，亦即，所使用的刻蚀药剂在水晶网格的所有方向起作用，以在硅晶片的表面下生形成微通道5的实际腔24，即其连接至凹槽23。接着，根据c)，以共型的方式淀积多晶硅层，比如通过高温低压化学气相沉积LPCVD淀积。因此，上述凹槽，即通向腔24的狭窄部位，被从顶部封闭，从而使得硅晶片22中出现不连接该晶片表面，即气密式的微通道5。可选的，可以增加抛光步骤d)，以减少淀积的多晶硅层25表面的粗糙度。接着，用硅晶片22构造出实际的微执行器1，通过这种方式制造芯片框4、镜板2和弹簧元件3。将具有深腔的玻璃罩体8，9结合到硅晶片22或者由其制造的芯片框4上，通过这种方式将微执行器1封装于腔10中。
正如在微电子中常见的一样，众多的微镜装置根据步骤a)到f)在一个硅晶片上制造，其中，众多罩体8同样设置在玻璃罩形晶片上。随后，将根据步骤f)制造的复合晶片单一化为多个单一的微镜装置100，该单一化过程释出了微通道5，亦即，形成了入口和出口。
图8和图9示出了另一种方法，其中图8相对于图9的区别仅在于最后一步。在图8中，初始步骤a)提供硅绝缘体晶片26作为初始材料，该硅绝缘体晶片26通常是由硅层，绝缘体(即，二氧化硅)和另外的硅层形成。在步骤b)中，通过各向异性等离子刻蚀在两侧构造晶片26，通过这种方式确定微执行器1的几何结构以及微通道5的横截面。在步骤b)和步骤c)之间，最好用气态流动酸移除薄绝缘膜。在步骤c)中，带有深腔的玻璃罩形晶片被结合为罩体8。两个如此结合的玻璃晶片和如步骤c)所述的硅晶片，通过它们的下侧，以可调的方式互相结合，从而气密地封闭微通道5，并且形成设置有微执行器1、芯片框4、镜板2和弹簧元件3的微镜装置100，以在步骤d)制造具有微执行器的实际微镜装置。正如前面的描述，此处在晶片上用相应的罩晶片制造众多的微镜装置100，并将它们单一化，其中，在各种情况下均使微通道5呈可进入状态。
根据描述，图9中的步骤a)到c)与图8中的相应步骤相同。然而，在步骤d)中，具有额外的硅晶片27和结合至硅晶片27的玻璃罩体9的复合晶片根据步骤a)至步骤c)以可调方式结合前述至复合晶片，其中通过各向异性等离子刻蚀构造硅晶片27使其仅具有微执行器的几何结构，而没有传输微通道。正如图8所示，在晶片上制造众多的微镜装置100，并将其单一化，从而再次释出各自的微通道5。
在上面的描述中，不同实施例给出了不同的特征。即使一个特征只在一个实施例中提及，其仍可被应用于其他所有实施例，以提供具有不同所述特征组合的微镜装置。

Claims (16)

1.一种具有至少一个镜板(2)的微镜装置，所述镜板(2)通过一个或多个弹簧元件(3)振荡地悬挂在芯片框(4)中，其特征在于，
至少一个气密式密封微通道(5)，设置于所述芯片框(4)和所述一个或多个弹簧元件(3)中，或者设置于所述芯片框(4)、所述一个或多个弹簧元件(3)和所述至少一个镜板(2)中，所述微通道(5)设置有入口(6)和出口(7)，并用于引入流动冷却剂。
2.根据权利要求1所述的微镜装置，其特征在于，所述入口(6)和所述出口(7)设置于所述芯片框(4)的同一侧，或者，设置于所述芯片框(4)的不同侧。
3.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述至少一个气密式密封微通道的所述入口(6)和/或所述出口(7)朝向所述微通道(5)的用于连接各口(6，7)的部分的纵向方向。
4.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述至少一个气密式密封微通道的所述入口(6)和/或所述出口(7)与纵向方向呈90度的方向。
5.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述芯片框(4)中，和/或所述一个或多个弹簧元件(3)中，和/或所述镜板(2)中的所述至少一个气密式密封微通道(5)采用环状或分支状设计。
6.根据权利要求1所述的微镜装置，其特征在于，所述芯片框的上侧和/或下侧连接至设置有腔的罩体(8，9)，以这样的方式将所述芯片框(4)的至少一部分、所述一个或多个弹簧元件(3)和所述至少一个镜板(2)封装于腔(10)中。
7.根据权利要求6所述的微镜装置，其特征在于，所述封装是气密式密封，并且，所述腔(10)是真空的或者填充有空气或其他气体。
8.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述入口(6)与用于供应所述流动冷却剂的供应导管(11)连接，所述出口(7)与用于排放所述流动冷却剂的排放导管(12)连接。
9.一种制造如权利要求1-8任一项所述的微镜装置的方法，其特征在于如下步骤：
1)根据所述微通道(5)的几何线路，通过应用等离子刻蚀，来构造硅晶片的表面，
2)通过应用等离子刻蚀，来在与所述步骤1)的结构下创建腔(24)，
3)淀积多晶硅层，以使所述结构在所述硅晶片(22)的表面被封闭，并保留所述腔(24)的一部分，
4)刻蚀由所述芯片框(4)、所述一个或多个弹簧元件(3)和所述至少一个镜板(2)构成的微执行器(1)的结构，
5)通过将所述硅晶片结合至包括腔的罩体，和/或结合至另外的硅晶片，和/或结合至包括腔的另外的罩体上，封装所述微执行器(1)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述罩体(8，9)被设计为玻璃罩形晶片。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在连续复合晶片中制造多个微镜装置，其中，各微镜装置的微通道呈现出在所述复合晶片单一化的情况下是可进入的。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述淀积的多晶硅层是经过抛光的。
13.一种制造如权利要求1到8任一项所述的微镜装置的方法，其特征在于如下步骤：
1)从硅晶片(26)的一个或两个表面刻蚀由所述芯片框(4)、所述一个或多个弹簧元件(3)和所述至少一个镜板(2)构成的微执行器(1)的结构，并从所述硅晶片的表面刻蚀所述微通道(5)的横截面至设定的深度，
2)将设置有腔的罩体(8，9)结合至所述步骤1)构造的硅晶片(26)的刻蚀有所述微通道(5)的表面的相反面上，
3)通过将步骤1)和步骤2)制造的所述硅晶片(26)与根据所述微执行器(1)的结构刻蚀的另外的硅晶片结合，来封闭所述微通道(5)上刻蚀的横截面。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过步骤1)和步骤2)创建所述另外的硅晶片，并将两个表面上刻蚀有所述微通道(5)的构造的硅晶片相互结合，以使所述微通道(5)以气密方式封闭。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述罩体(8，9)被设计为玻璃罩形晶片。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在连续复合晶片中制造多个微镜装置，其中，各微镜装置的微通道呈现出在所述复合晶片单一化的情况下是可进入的。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020098479A1 (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 天津大学 散热结构、带散热结构的体声波谐振器、滤波器和电子设备

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11181688B2 (en) 2009-10-13 2021-11-23 Skorpios Technologies, Inc. Integration of an unprocessed, direct-bandgap chip into a silicon photonic device
US9882073B2 (en) * 2013-10-09 2018-01-30 Skorpios Technologies, Inc. Structures for bonding a direct-bandgap chip to a silicon photonic device
DE102013214746A1 (de) * 2013-07-29 2014-08-07 Carl Zeiss Smt Gmbh Optisches System sowie Verfahren zum Herstellen derselben
DE102014208498B4 (de) * 2014-05-07 2024-05-29 Robert Bosch Gmbh Montagekörper für Mikrospiegelchips, Spiegelvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine Spiegelvorrichtung
DE102015202195A1 (de) 2015-02-06 2016-08-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Laserstrahlung auslenkendes Element
DE102015222511A1 (de) * 2015-11-16 2017-05-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und entsprechendes MEMS-Bauelement sowie entsprechendes Betriebsverfahren
DE102016105440A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung optischer Komponenten unter Verwendung von Funktionselementen
JP2017183635A (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 ソニー株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法、集積基板、及び、電子機器
TWI638419B (zh) 2016-04-18 2018-10-11 村田製作所股份有限公司 一種掃描鏡設備與其製造方法
US10598922B2 (en) * 2016-08-03 2020-03-24 Aptiv Technologies Limited Refractive beam steering device useful for automated vehicle LIDAR
US10473920B2 (en) * 2016-08-24 2019-11-12 Stmicroelectronics S.R.L. Hermetically sealed MEMS mirror and method of manufacture
US10018802B1 (en) * 2017-03-06 2018-07-10 Xerox Corporation Cooling a digital micromirror device
EP3617777B1 (en) * 2017-04-25 2021-12-29 LG Chem, Ltd. Optical device
DE102017218670A1 (de) 2017-10-19 2019-04-25 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Mikrospiegelanordnung und entsprechendes Betriebsverfahren
DE102019207073B4 (de) 2019-05-15 2021-02-18 OQmented GmbH Bilderzeugungseinrichtung für ein scannendes Projektionsverfahren mit Bessel-ähnlichen Strahlen
IT201900025042A1 (it) 2019-12-20 2021-06-20 St Microelectronics Srl Procedimento di fabbricazione di un dispositivo microelettromeccanico di tipo ottico dotato di una struttura orientabile e una superficie antiriflettente
US11668925B2 (en) * 2020-03-25 2023-06-06 Compertum Microsystems Inc. MEMS micro-mirror device with stopper and method of making same
DE102020008076B4 (de) 2020-06-23 2022-03-24 OQmented GmbH Glassubstratbasierte mems-spiegelvorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung
DE102020116511B4 (de) 2020-06-23 2022-03-24 OQmented GmbH Glassubstratbasierte MEMS-Spiegelvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102020211784A1 (de) 2020-09-21 2022-03-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Optische messvorrichtung zur ortsaufgelösten abstandsbestimmung
CN112965238B (zh) * 2021-02-05 2022-09-30 西安知象光电科技有限公司 一种压电驱动的真空密封微镜
DE102021126360A1 (de) 2021-10-12 2023-04-13 Lpkf Laser & Electronics Aktiengesellschaft Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks durch Laserstrahlung in Form von Lissajous-Figuren sowie ein hierfür bestimmter Scanner und ein Spiegelelement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1794038A (zh) * 2004-12-24 2006-06-28 Lg电子株式会社 扫描微镜封装及其制造方法和利用该封装的光学扫描设备
DE102007034652A1 (de) * 2007-07-25 2009-01-29 Carl Zeiss Smt Ag Vorrichtung zur Temperatureinstellung eines optischen Elements
CN102171615A (zh) * 2008-09-30 2011-08-31 卡尔蔡司Smt有限责任公司 微光刻投射曝光设备
CN102272636A (zh) * 2009-01-09 2011-12-07 卡尔蔡司Smt有限责任公司 构造尤其用于微光刻投射曝光系统的分面镜的个体反射镜

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6633693B1 (en) * 2001-03-27 2003-10-14 Tellium, Inc. Temperature control of micro-mirrors of an optical switch substrate
JP2004095993A (ja) * 2002-09-03 2004-03-25 Nikon Corp 光学部品冷却方法、光学部品冷却装置及びそれを有するｅｕｖ露光装置
US20040147056A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Mckinnell James C. Micro-fabricated device and method of making
US7362415B2 (en) * 2004-12-07 2008-04-22 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
FR2879819B1 (fr) * 2004-12-21 2007-02-23 Ulis Soc Par Actions Simplifie Composant de detection de rayonnements electromagnetiques notamment infrarouges
US20090122428A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-14 Nikon Corporation Reflective optical elements exhibiting multimetallic-like self-correction of distortions caused by heating
DE102009054888A1 (de) 2009-12-17 2011-06-22 Carl Zeiss SMT GmbH, 73447 Optisches Element mit einer Mehrzahl von refletiven Facettenelementen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1794038A (zh) * 2004-12-24 2006-06-28 Lg电子株式会社 扫描微镜封装及其制造方法和利用该封装的光学扫描设备
DE102007034652A1 (de) * 2007-07-25 2009-01-29 Carl Zeiss Smt Ag Vorrichtung zur Temperatureinstellung eines optischen Elements
CN102171615A (zh) * 2008-09-30 2011-08-31 卡尔蔡司Smt有限责任公司 微光刻投射曝光设备
CN102272636A (zh) * 2009-01-09 2011-12-07 卡尔蔡司Smt有限责任公司 构造尤其用于微光刻投射曝光系统的分面镜的个体反射镜

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020098479A1 (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 天津大学 散热结构、带散热结构的体声波谐振器、滤波器和电子设备

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Publication number Publication date
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EP2828701A1 (de) 2015-01-28
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US9523848B2 (en) 2016-12-20

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