CN104555886B - 具有集成光电二极管的微机械构件以及微投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明基于一种微机械构件(500)，其具有至少一个微镜(510)。本发明的核心在于，所述微机械构件(500)具有集成光电二极管(550)。本发明也涉及一种微投影仪，其具有光源和微机械构件(500)，所述微机械构件具有至少一个微镜(510)，其中，所述微机械构件(500)具有用于接收光源的光的集成光电二极管(550)。

Description

具有集成光电二极管的微机械构件以及微投影仪
技术领域
本发明基于一种微机械构件，其具有至少一个微镜。
本发明还基于一种微投影仪，其具有光源和微机械构件，该微机械构件具有至少一个微镜。
背景技术
激光二极管结合进行扫描的微机械镜用于在微微投影仪和激光打印机中的图像生成。为了满足大的色谱通常采用红色、绿色和蓝色二极管。在给定的驱动电流的情况下发射的光学输出功率受二极管温度以及老化效应影响。这些效应可以对于不同二极管非常不同地形成，因此所实现的颜色可能显著不同于所期望的颜色。这些效应的补偿能够通过根据光电探测器的信号调节二极管驱动电流来实现，该光电探测器监视光学输出功率。激光扫描仪和激光打印机中常见的实现方式是，每个激光二极管借助各一个探测器、典型地光电二极管监视。通过结构分离可以确保每个探测器仅仅由一个激光二极管照明。替代地可以应用滤色器或波长敏感的探测器，其作为单个构件或者放置在激光模块中或者放置在进行扫描的模块中的适合的其他位置上。
所有上述在现有技术中的设备共同的是，作为探测器应用附加的元件，对于这些附加的元件必须产生附加成本并且投入附加的结构空间。
文献US20070252806公开了一种具有三个激光二极管和一些驱动器以及一个用于监视和调节光强的光电二极管的电路。
文献US20090160833公开了一种激光投影仪，其具有三个激光二极管、三个分光器和三个光电二极管以及离散结构的镜。
发明内容
本发明基于具有至少一个微镜的微机械构件。本发明的核心在于，微机械构件具有集成光电二极管。光学的上部构造在多种情况下需要光探测器。有利地，可以将光电二极管在技术上容易地集成到微机械构件中并且因此在没有大的额外成本的情况下提供光探测器。为此，有利地利用可在微机械构件中的原本可用的结构空间。
根据本发明的微机械构件的一种有利的构型设置，微镜和集成光电二极管设置在一个共同的衬底上。由此有利地，可以在一个共同的制造工艺中制造微镜和光电二极管。由此有利地，微镜和光电二极管相互具有固定的位置关系和定向，这对于在其光程中的光学设备和构件是特别重要的。
根据本发明的微机械构件的一种有利的构型设置，微镜的镜面设置在第一衬底侧上，并且光电二极管设置在第一衬底侧上，如此使得微镜和光电二极管设置在用于入射光的共同的入射区域内。有利地借助这样的设备可以特别简单和可靠地确定入射到镜上的光功率。
根据本发明的微机械构件的另一种有利的构型设置，微镜的镜面设置在第一衬底侧上，罩设置在第二衬底侧上，其中，第二衬底侧与第一衬底侧相对置，并且光电二极管在第二衬底侧上设置在由罩覆盖的区域中，如此使得微镜和罩设置在用于入射光的共同的入射区域内并且光电二极管设置用于接收从罩出发的散射光。由此有利地，可以特别节省空间地设置光电二极管，例如不限制用于微镜的结构空间。
根据本发明的微机械构件的一种有利的构型设置，衬底具有接触层面，并且光电二极管设置在接触层面中或邻接的层面中。因此可以有利地简单和廉价地电接触集成光电二极管。
也有利的是，衬底具有至少一个掺杂的半导体层，并且光电二极管设置在所述掺杂的半导体层中。有利地，在此可以将光电二极管在没有附加工艺的情况下或者以少量附加的制造步骤集成到微机械构件中。特别有利地，该衬底是硅衬底，或者该衬底是多层衬底并且具有至少一个硅层。在此有利的是，为了制造微机械构件和尤其集成光电二极管可以应用硅半导体技术的所引入的工艺。
本发明基于一种微投影仪，其具有光源和微机械构件，该微机械构件具有至少一个微镜。本发明的核心在于，微机械构件具有用于接收光源的光的集成光电二极管。因此有利地，可以给微投影仪配备光电二极管，而对此无需附加的值得一提的结构空间。
根据本发明的微投影仪的一种有利的构型设置，所述光源是激光光源，其尤其具有半导体激光介质。有利地可以基于借助于光电二极管的光强测量借助于控制电流良好地功率调节激光光源。
根据本发明的微投影仪的一种特别有利的构型设置，激光光源具有至少一个第一激光波长和至少一个第二激光波长，并且所发射的、所述第一激光波长和第二激光波长的光的光程是至少部分重叠的。有利地可以借助光电二极管进行用于多个激光波长的功率测量，因为光电二极管的光敏感性是相对宽带的并且因为借助重叠的光程可以在无附加耗费的情况下以光照射相同的光电二极管。
也有利的是，激光光源具有至少一个具有第一激光波长的第一激光和至少一个具有第二激光波长的第二激光。另一有利构型设置，激光光源具有激光器，该激光器发出具有第一和第二波长的光。
本发明实现了一个或多个激光二极管的光学输出功率的借助一个光电二极管的监视，以便补偿温度效应和老化效应。通过将光电二极管集成到用作扫描仪的微机械模块(MEMS)中的方式避免一个或多个附加构件的配备，从而在整个系统中可以节省结构空间和成本。
用于进行扫描的光学应用例如激光扫描仪或激光投影仪的以微机械模块(MEMS)形式的微镜的制造工艺也允许光电二极管作为MEMS的组成部分制造。通过适合地选择工艺顺序和光电二极管在MEMS中的放置可以降低待为此投入的结构空间和成本，在理想情况下可以成本与结构空间自给地集成光电二极管。
为了正确地监视光输出功率必须确保足够好地照明光电二极管。在本发明的一个优选实施方式中为此利用由主光束的边缘区域在MEMS内散射的光。在另一优选实施方式中探测直接来自主光束的光。
附图说明
图1示出了现有技术中的具有三个激光器和一个光电二极管的激光光源。
图2示出了根据本发明的微投影仪，该微投影仪具有激光光源和微机械构件，该微机械构件具有微镜和集成光电二极管。
图3示出了根据本发明的具有微镜和集成光电二极管的微机械构件的第一实施例。
图4示出了根据本发明的具有微镜和集成光电二极管的微机械构件的第二实施例。
具体实施方式
图1示出了现有技术中的具有三个激光器和一个光电二极管的激光光源。示出的是激光模块200，其具有三个激光二极管211、212、213的借助一个光电二极管230的监视。三个激光束借助于分光器221、222、223组合成一个光束。所组合的光束的一部分偏转到光电二极管230，该光电二极管同样设置在激光模块200内。光电二极管230作为用于所有三个激光二极管的辐射功率的共同的探测器使用。该探测器可以典型地借助用于选择性地监视各个激光二极管的滤色器实现。
图2示出了根据本发明的微投影仪，其具有激光光源和微机械构件，该微机械构件具有微镜和集成光电二极管。示出微投影仪200，其具有光源400和微机械构件500。光源400具有三个激光二极管411、412、413，其发出的光以三个激光束的形式借助于分光器421、422、423组合成一个光束。所组合的光束在光圈(Apertur)440处从光源400射出。微机械构件500具有可运动的微镜510并且根据本发明具有集成光电二极管550。微机械构件500如此设置在光源400的光程中，使得所组合的光束射到微镜510上并且可以由该微镜偏转用于投影仪图像的显示。光电二极管550作为用于所有三个激光二极管的辐射功率的共同的探测器使用。本发明利用在微机械构件(MEMS)中存在的结构空间用于放置光电二极管550。在图中示意地绘出光电二极管550的在微镜510旁的位置。主光束的散射光出现在该位置上。
图3示出了根据本发明的具有微镜和集成光电二极管的微机械构件的第一实施例。示出微机械构件500，其具有衬底505和罩540。由衬底505结构化出微镜510和芯片框架530。根据本发明，光电二极管550集成到微机械构件500中。光电二极管550同样设置在衬底505上。在该实施例中，微镜510的镜面设置在第一衬底侧上，而罩设置在第二衬底侧上，其中，第二衬底侧与第一衬底侧相对置地也就是穿过衬底看去设置在衬底的另一侧上。光电二极管550在第二衬底侧上设置在由罩540覆盖的区域中。微镜510和罩540设置在一个用于例如以激光束形式的入射光560的共同的入射区域内。
光电二极管550如此设置，使得该光电二极管可以接收从罩出发的散射光580。微镜510借助于弹簧系统可运动地悬挂并且与固定的芯片框架520连接。微镜510具有接触层面530。接触层面530用于连接镜驱动装置并且从外部可电接触地设计。接触层面530也用于光电二极管550的定位和接触。光电二极管550设置在接触层面530中或者设置在邻接的层面中并且与接触层面530连接。为了保护免于外部的损坏和污物，微机械构件500具有罩540。入射到微镜510上的光560——例如激光束在光圈之后具有高斯轮廓570，也就是说强度集中到核心区域上并且随后向外指数地下降。绕一个或多个旋转轴线可运动的微镜510如此定位，使得该微镜反射激光束的核心区域。但是在镜侧面总是存在剩余强度。该剩余光580从微镜旁传播经过，射到罩540上，由罩540散射并且随后射到光电二极管550上。所散射的光的部分是与部件相关的。因此，光电二极管的信号在每个部件的新状态中被校准。
光电二极管550的在图3中示出和描述的定位是有利的，因为在该位置处未经利用的结构空间可供使用，电接触能够容易地实现并且二极管的制造可良好地集成到用于制造微机械构件500的工艺顺序中。
图4示出了根据本发明具有微镜和集成光电二极管的微机械构件的第二实施例。示出微机械构件500，其具有衬底505。从衬底505结构化出微镜510和芯片框架530。根据本发明，光电二极管550集成到微机械构件500中。光电二极管550同样设置在衬底505上。在该实施例中，微镜510的镜面和光电二极管550设置在第一衬底侧上。接触层面530也设置在第一衬底侧上，光电二极管550与接触层面电连接，或者光电二极管550同样设置在其中。在该实施方式中，微镜510和光电二极管550一样地由入射光560射到，因为微镜和光电二极管设置在用于入射光的入射区域内。在此，强度最大值落到微镜510上，并且来自入射光束的边缘区域的剩余光射到光电二极管550。
为了制造在具有半导体衬底的微机械构件(MEMS)中的光电二极管，需要p型掺杂和n型掺杂。如果对于其制造不需要附加的工艺步骤，则集成在MEMS中的光电二极管的成本自给的实现是可能的。当用于半导体掺杂的注入已经用于MEMS的其他元件时，这在本发明的一个实施方式中是可能的。这样的元件例如是在用于悬挂微镜的弹簧结构上的压电电阻。压电电阻例如用于实现镜位置的电识别和随后的调节。
本发明可以在具有一个或多个进行扫描的微镜的激光投影仪或微投影仪中得以应用。在具有进行扫描的微镜的激光打印机中的应用同样可能。

Claims (11)

1.一种微机械构件(500)，其具有至少一个微镜(510)，其中，所述微机械构件(500)具有集成光电二极管(550)，其中，所述微镜(510)和所述集成光电二极管(550)设置在一个共同的衬底(505)上，其特征在于，所述微镜(510)的镜面设置在第一衬底侧上，并且所述光电二极管(550)设置在第一衬底侧上，如此使得所述微镜(510)和所述光电二极管(550)设置在用于入射光的共同的入射区域内，所述光被以由第一和第二激光器的激光束组合成的光束形式由光源发出，使得所述集成光电二极管作为用于所述第一和第二激光器的辐射功率的共同的探测器使用。
2.根据权利要求1所述的微机械构件，其特征在于，所述衬底(505)具有接触层面，并且所述光电二极管(550)设置在所述接触层面(530)中或设置在邻接的层面中并且与所述接触层面(530)连接。
3.根据权利要求1所述的微机械构件，其特征在于，所述衬底(505)具有至少一个掺杂的半导体层，并且所述光电二极管(550)设置在所述掺杂的半导体层中。
4.一种微机械构件(500)，其具有至少一个微镜(510)，其中，所述微机械构件(500)具有集成光电二极管(550)，其中，所述微镜(510)和所述集成光电二极管(550)设置在一个共同的衬底(505)上，其特征在于，所述微镜(510)的镜面设置在第一衬底侧上，罩(540)设置在第二衬底侧上，其中，所述第二衬底侧与所述第一衬底侧相对置，并且光电二极管(550)在所述第二衬底侧上设置在由所述罩(540)覆盖的区域中，如此使得所述微镜(510)和所述罩(540)设置在用于入射光(560)的共同的入射区域内并且所述光电二极管设置用于接收从所述罩(540)出发的散射光。
5.根据权利要求4所述的微机械构件，其特征在于，所述衬底(505)具有接触层面，并且所述光电二极管(550)设置在所述接触层面(530)中或设置在邻接的层面中并且与所述接触层面(530)连接。
6.根据权利要求4所述的微机械构件，其特征在于，所述衬底(505)具有至少一个掺杂的半导体层，并且所述光电二极管(550)设置在所述掺杂的半导体层中。
7.一种微投影仪，其具有光源和根据权利要求1至6中任一项所述的微机械构件(500)，所述微机械构件具有至少一个微镜(510)，其特征在于，所述集成光电二极管(550)被用于接收光源的光。
8.根据权利要求7所述的微投影仪，其特征在于，所述光源是激光光源。
9.根据权利要求8所述的微投影仪，其特征在于，所述激光光源具有至少一个第一激光波长和至少一个第二激光波长，并且所发射的、所述第一激光波长和第二激光波长的光的光程是至少部分重叠的。
10.根据权利要求8或9所述的微投影仪，其特征在于，所述激光光源具有至少一个具有第一激光波长的第一激光和至少一个具有第二激光波长的第二激光。
11.根据权利要求8所述的微投影仪，其特征在于，所述光源具有半导体激光介质。
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