CN109477960A - 光发射设备和用于制造光发射设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光发射设备(1)，其具有：衬底(2)；光发射装置(3)，所述光发射装置布置在所述衬底(2)上并且构造用于发射激光射束(S)。在所述衬底(2)上布置有可摆动的光偏转装置(4)。加罩装置(5)布置在所述衬底(2)上并且覆盖所述光发射装置(3)和所述光偏转装置(4)，其中，所述加罩装置(5)具有第一罩区段(5a)和透明的第二罩区段(5b)。所述第一罩区段(5a)构造用于使由所述光发射装置(3)发射的激光射束(S)转向到所述光偏转装置(4)上。所述光偏转装置(4)进一步构造用于使经转向的激光射束(S)偏转，使得经偏转的激光射束(S)能够穿过所述第二罩区段(5b)出射。

Description

光发射设备和用于制造光发射设备的方法
技术领域
本发明涉及光发射设备和用于制造光发射设备的方法。
背景技术
基于其紧凑的大小以及其低的成本，微光电子机械(MOEMS)是传感器的、二维码扫描仪的、车辆大灯的或复印机的任意部件。因此，由EP 1 225469A2已知一种MOEMS-激光扫描仪，其中，通过可摆动的镜使激光偏转并且由此可以扫描环境区域。
因为在许多应用领域中在最小的空间上安装越来越多的传感器，所以存在对还更紧凑和更稳健的MOEMS-部件的需求。
发明内容
本发明涉及一种具有权利要求1的特征的光发射设备和一种具有权利要求9的特征的用于制造光发射设备的方法。
根据第一方面，本发明据此涉及一种MOEMS-光发射设备，其具有：衬底和布置在所述衬底上的光发射装置，所述光发射装置构造用于发射激光射束。在所述衬底上布置有可摆动的光偏转装置。此外，在所述衬底上布置有可摆动的光偏转装置。此外，在所述衬底上布置有加罩装置，所述加罩装置覆盖所述光发射装置和所述光偏转装置，其中，所述加罩装置具有反射性的第一罩区段和透明的第二罩区段。所述第一罩区段构造用于使由所述光发射装置发射的激光射束转向到所述光偏转装置上。所述光偏转装置进一步构造用于使经转向的激光射束如此偏转，使得经偏转的激光射束能够穿过所述第二罩区段出射。
“透明的”在此理解为，第二罩区段对于激光射束的波长至少部分地透明或光可穿透的。
因此，根据第二方面，本发明涉及一种用于制造光发射设备的方法，其中，在衬底上布置光发射装置并且在所述衬底上布置可摆动的光偏转装置。此外，在所述衬底上布置加罩装置，所述加罩装置覆盖所述光发射装置和所述光偏转装置。所述加罩装置具有反射性的第一罩区段和透明的第二罩区段，其中，所述第一罩区段构造用于使由所述光发射装置发射的激光射束转向到所述光偏转装置上，其中，所述光偏转装置进一步构造用于使经转向的激光射束如此偏转，使得经偏转的激光射束能够穿过所述第二罩区段出射。
优选的实施方式是相应的从属权利要求的主题。
本发明的优点
本发明提供一种特别紧凑的光发射设备，因为光发射装置和光偏转装置可以节省空间地集成到衬底中。光发射装置优选定位在可摆动的光偏转装置的直接附近，以便还进一步减小光发射设备的尺寸。优选地由塑料制成的加罩装置可以成本有利地制造并且其特征在于其稳健性。
通过加罩装置自身实现所发射的激光射束的转向，从而不需要附加的转向镜。由此省去相应的制造耗费以及用于转向镜的成本，其中，同时可以进一步减小光发射设备的尺寸。因为不再需要敏感的镜，所以可以通过将光转向装置集成到加罩装置中来保证转向的高的稳健性。
基于在晶片技术中可实现的非常小的厚度公差和调准公差，可以使光发射装置、光偏转装置和加罩装置如此相互定位，使得可以省去光发射设备的附加的光学校准或调节并且光发射设备由此对用户更友好。
根据本发明的一种优选的实施方式，罩包围空气密封地封闭的空腔，光偏转装置和光发射装置位于所述空腔中。由此可以在制造期间以及在运行中保护光发射装置和光偏转装置以防污染和损坏。
根据所述光发射设备的一种特别优选的实施方式，所述光偏转装置具有可摆动的微镜，其中，所述可摆动的微镜的表面在静止位置中垂直于所述光发射装置的光发射方向。“静止位置”在此理解为微镜的不摆动的或不偏斜的位置。光发射方向相应于光发射装置的光学轴线。根据该实施方式，光发射装置的和光偏转装置的表面在静止位置中优选分别平行于衬底表面地布置在衬底上或者集成到衬底中。由此可以实现光发射设备的低的高度。
根据光发射设备的一种优选的扩展方案中，所述第一罩区段构造用于准直第一激光射束。由此使通常以一定的张角发射的激光射束如此转向，使得激光射束的各个光束相互平行地延伸。由此，光发射设备发射具有小的散射的非常精确的激光射束，而不需要附加的透镜系统。由此不仅减小结构空间而且改善光发射设备的准确度。
根据光发射设备的另一实施方式，所述第一罩区段具有抛物面镜。
根据光发射设备的一种特别优选的实施方式，所述第一罩区段的面向所述光发射装置的一侧具有反射性涂层。这样的涂层可以成本有利地制造并且相比于转向镜布置在衬底上允许更高的精确度。
根据光发射设备的一种扩展方案，所述光发射装置布置在所述衬底中的空穴中，其中，所述光偏转装置在所述空穴中是能够摆动的。光发射设备在此特别紧凑地构造。
根据光发射设备的一种优选的扩展方案，所述光发射装置构造为表面发射器。
按照根据本发明的方法的另一实施方式，在所述第一罩区段的面向所述光发射装置的一侧上构造反射性涂层。
附图说明
图1示出根据本发明的一种实施方式的光发射设备的示意性横截面视图；
图2示出根据本发明的一种实施方式的用于制造光发射设备的方法的流程图。
方法步骤的编号用于概览并且一般应不隐含确定的时间顺序。尤其也可以同时地实施多个方法步骤。不同的实施方式可以任意地相互组合，只要这是有意义的。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一种实施方式的光发射设备1的示意性横截面视图。光发射设备1具有衬底2、优选由硅制成的衬底，在所述衬底中成型有空穴7。在空穴7中布置有光发射装置3，所述光发射装置构造用于沿着光学轴线A发射具有预给定的波长的激光射束S。优选地，光学轴线A垂直于衬底2的表面。激光射束S在此具有张角α，即随着时间扩宽。光发射设备优选是表面发射器(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL：垂直腔面发射激光器)。
此外，可摆动的光偏转装置4借助悬挂元件如此布置在衬底2上，使得光偏转装置4在空穴7中是可摆动的。光偏转装置4优选是可摆动的微镜或微扫描仪。光偏转装置可以绕一个轴线或绕两个轴线摆动。可以借助电磁力、静电力、热电力或压电力来使光偏转装置4偏转。通过光偏转装置4的偏转可以扫描预给定的空间角范围。
光发射设备1此外具有加罩装置5，加罩装置布置在衬底2上。加罩装置5在光发射装置3和光偏转装置4上方延伸，从而在衬底2和加罩装置5之间形成空腔8，该空腔包围光发射装置3和光偏转装置4。在空腔8中优选构造真空。
加罩装置5具有反射性的第一罩区段5a和透明的第二罩区段5b。第一罩区段5a在加罩装置5的面向所述光发射装置3的一侧上具有反射性涂层6，该反射性涂层构造用于将由光发射装置3发射的激光射束S转向到光偏转装置4上。第一罩区段5a为此成拱形地构造并且具有抛物面镜的或准直器镜的形状。具有张角α的所发射的激光射束S由此转向到平行的激光射束S中。
光偏转装置4构造用于使经转向的激光射束S转向至第二罩区段5b。第二罩区段5b对于激光射束S的波长是至少部分地透明的，从而经偏转的激光射束S可以穿过第二罩区段5b出射。
在图2中说明根据本发明的一种实施方式的用于制造光发射设备1的方法的流程图。在方法步骤Sl中，在衬底2上布置光发射装置3。优选地，为此在蚀刻步骤中，在衬底2中构造空穴7，并且将光发射装置3以表面发射器或VCSEL的形式布置在空穴7中。
此外，在方法步骤S2中，在所述衬底2上布置可摆动的光偏转装置4。光偏转装置4通过悬挂元件或连接元件与衬底2连接并且固定在该衬底上，其中，光偏转装置4在空穴7中是可摆动的。优选地，通过在衬底2中蚀刻来暴露光偏转装置4。
在另一方法步骤S3中，在所述衬底(2)上布置加罩装置5，所述加罩装置覆盖所述光发射装置3和所述光偏转装置4。加罩装置5优选由塑料制造并且优选与衬底2空气密封地连接。
所述加罩装置5具有反射性的第一罩区段和透明的第二罩区段，其中，所述第一罩区段构造用于使由所述光发射装置3发射的激光射束S转向到所述光偏转装置4上。所述光偏转装置4进一步构造用于使经转向的激光射束S如此偏转，使得经偏转的激光射束S能够穿过所述第二罩区段5b出射。
优选地，在所述第一罩区段5a的面向所述光发射装置3的一侧上构造反射性涂层6。例如，可以气相喷镀银层。加罩装置5可以一件式地构造并且由同一材料制成。

Claims (10)

1.一种光发射设备(1)，其具有：
衬底(2)；
光发射装置(3)，所述光发射装置布置在所述衬底(2)上并且构造用于发射激光射束(S)；
可摆动的光偏转装置(4)，所述光偏转装置布置在所述衬底(2)上；和
加罩装置(5)，所述加罩装置布置在所述衬底(2)上并且覆盖所述光发射装置(3)和所述光偏转装置(4)，其中，所述加罩装置(5)具有反射性的第一罩区段(5a)和透明的第二罩区段(5b)；
其中，所述第一罩区段(5a)构造用于使由所述光发射装置(3)发射的激光射束(S)转向到所述光偏转装置(4)上，其中，所述光偏转装置(4)进一步构造用于使经转向的激光射束(S)偏转，使得经偏转的激光射束(S)能够穿过所述第二罩区段(5b)出射。
2.根据权利要求1所述的光发射设备(1)，其中，所述罩包围空气密封地封闭的空腔(8)。
3.根据权利要求1或2所述的光发射设备(1)，其中，所述光偏转装置(4)具有可摆动的微镜，其中，所述可摆动的微镜的表面在静止位置中垂直于所述光发射装置(3)的光发射方向。
4.根据以上权利要求中任一项所述的光发射设备(1)，其中，所述第一罩区段(5a)构造用于准直所发射的激光射束(S)。
5.根据权利要求4所述的光发射设备(1)，其中，所述第一罩区段(5a)具有抛物面镜。
6.根据以上权利要求中任一项所述的光发射设备(1)，其中，所述第一罩区段(5a)的面向所述光发射装置(3)的一侧具有反射性涂层(6)。
7.根据以上权利要求中任一项所述的光发射设备(1)，其中，所述光发射装置(3)布置在所述衬底(2)中的空穴(7)中，其中，所述光偏转装置(4)在所述空穴(7)中是能够摆动的。
8.根据以上权利要求中任一项所述的光发射设备(1)，其中，所述光发射装置(3)构造为表面发射器。
9.一种用于制造光发射设备(1)的方法，所述方法具有以下步骤：
在衬底(2)上布置(Sl)光发射装置(3)；
在所述衬底(2)上布置(S2)可摆动的光偏转装置(4)；
在所述衬底(2)上布置(S3)加罩装置(5)，所述加罩装置覆盖所述光发射装置(3)和所述光偏转装置(4)，其中，所述加罩装置(5)具有反射性的第一罩区段(5a)和透明的第二罩区段(5b)，其中，所述第一罩区段(5a)构造用于使由所述光发射装置(3)发射的激光射束(S)转向到所述光偏转装置(4)上，其中，所述光偏转装置(4)进一步构造用于使经转向的激光射束(S)如此偏转，使得经偏转的激光射束(S)能够穿过所述第二罩区段(5b)出射。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述第一罩区段(5a)的面向所述光发射装置(3)的一侧上构造反射性涂层(6)。
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