CN117940823A - 具有中心镜悬架的利萨如微型扫描器及其制造方法 - Google Patents

具有中心镜悬架的利萨如微型扫描器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117940823A
CN117940823A CN202280057348.7A CN202280057348A CN117940823A CN 117940823 A CN117940823 A CN 117940823A CN 202280057348 A CN202280057348 A CN 202280057348A CN 117940823 A CN117940823 A CN 117940823A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spring
deflection element
micro scanner
springs
deflection
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.)
Pending
Application number
CN202280057348.7A
Other languages
English (en)
Inventor
U·霍夫曼
T·范万托克
S·马拉乌斯卡
O·佩特拉克
M·梅特舒拉特
L·波尔
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.)
Oakgate Co ltd
Original Assignee
Oakgate Co ltd
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 Oakgate Co ltd filed Critical Oakgate Co ltd
Publication of CN117940823A publication Critical patent/CN117940823A/zh
Pending 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
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • 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
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
    • 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
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

一种微型扫描器，具有：偏转元件，用于偏转入射的电磁射束；支撑结构；和包括一个或多个弹簧的弹簧装置，偏转元件通过该弹簧装置能振动地悬挂在支撑结构上，使得偏转元件能够相对于支撑结构同时进行围绕第一振动轴的第一旋转振荡以及围绕与第一振动轴正交的第二振动轴的第二旋转振荡，以便通过在同时振荡期间入射到偏转元件上的电磁射束的偏转而引起利萨如投影。支撑结构具有弹簧承载结构，并且弹簧装置具有数量为N个的第一弹簧，其中N≥1，并且该N个第一弹簧中的每一个都在至少一个对应的附接点上附接在弹簧承载结构上，在至少一个对应的耦接点上耦接偏转元件，并且在该附接点与该耦接点之间延伸。在偏转元件上存在三个点，这三个点在其静止位置中限定了欧几里德辅助平面，并且在辅助平面中展开由这些点之间的连接直线围成的面或直线区段，每个附接点或其在辅助平面上的相应垂直投影都位于该面或直线区段上。

Description

具有中心镜悬架的利萨如微型扫描器及其制造方法
技术领域
本发明涉及通过微技术制造射束偏转系统的领域，并且涉及一种用于在观察场中生成利萨如投影的微型扫描器以及一种用于制造这种微型扫描器的方法。
背景技术
微型扫描器，在技术语言中特别地被称为“MEMS扫描器”、“MEMS镜”或“微型镜”，或者在英语中被特别地称为“微型扫描器”或“微型扫描镜”或“MEMS镜”，属于微型机电系统(MEMS)，或者更准确地说是用于电磁射束、特别是可见光的动态调制的微型镜致动器类型的微型光-电-机系统(MOEMS)。根据结构，单个镜的调制运动可以平移地或者围绕至少一个轴旋转地进行。第一种情况实现了相移效应，第二种情况实现了入射电磁射束的偏转。另外还要考虑的是微型扫描器，其中单个镜的调制运动是旋转进行的。相比于镜阵列中通过多个镜的协同作用来调制入射光，在微型扫描器中调制是通过单个镜实现。
微型扫描器可以特别用于偏转电磁射束，以便借助于偏转元件(“镜”)对入射于其上的电磁射束相对于其偏转方向进行调制。这可以特别用于射束在观测场或投影场中产生利萨茹投影。由此可以例如完成成像感测任务或者实现显示功能。此外，这种微型扫描器还可以用于以有利的方式照射材料并因此能够处理材料。其它可能的应用包括在使用电磁射束来照明(Beleuchtung)或照亮(Ausleuchtung)某些开放或封闭空间或空间区域的领域，例如在使用前照灯的环境下。
在许多情况下，微型扫描器由镜板(偏转板)组成，镜板侧向悬挂在可弹性拉伸(elastisch dehnbaren)的弹簧上。人们将单轴镜与双轴镜和多轴镜区分开来，其中单轴镜是优选仅围绕单轴可移动地悬挂。
无论是在成像传感器还是在显示功能，微型扫描器都是用于至少二维地(例如水平和竖直地)偏转电磁射束，例如激光束或者来自任何其它电磁辐射源的成形射束，从而扫描或照射处于观察场内的对象表面。这可以特别是这样进行，即，使扫描激光束扫过投影场中投影面上的矩形区域。因此，在这些应用中是使用具有至少双轴镜的微型扫描器或者在光路中串联连接的单轴镜。待偏转射束的波长范围原则上可以从短波UV射束、经由VIS范围、NIR范围、IR范围、FIR范围直至长波陆地和雷达射束的整个光谱中选择。
微型扫描器通常采用硅技术的方法来制造。基于硅晶片基板，采用层沉积、光刻和蚀刻技术在硅中形成微结构，并由此实现具有可移动MEMS镜的微型扫描器。
驱动通常采用静电、电磁、压电、热和其它致动器原理。镜运动在此可以特别是准静态(＝非谐振)或者谐振地进行，后者特别是为了实现更大的振幅、更大的偏转和更高的光学分辨率。此外，在谐振操作中，原则上还可以使能耗最小化，或者可以实现特别是在稳定性、鲁棒性、产量等方面的优势。扫描频率通常从0Hz(准静态)直至超过100kHz(谐振)。
尽管这里描述的根据本发明的微型扫描器原则上可以在许多不同的领域中合理且成功地使用，但是下文中将特别讨论其在激光投影显示器领域中的应用。
在许多已知的情况下，基于微型扫描器的激光投影显示器是所谓的光栅扫描显示器，其中第一射束偏转轴在高频(通常为15kHz至30kHz)下以谐振方式运行(快轴)以产生水平偏转，而第二轴在低频(通常30Hz至60Hz)下准静态地运行以产生垂直偏转。在此，固定设定的格栅状线形图案(轨迹)通常每秒再现(reproduziert)30到60次。
另一种方式是应用在所谓的利萨如微型扫描器中，特别是还应用在利萨如扫描显示器中。在那里，两个轴通常谐振运行并据此创建利萨如图形式的扫描路径。通过这种方式，可以在两个轴上实现较大的振幅。特别是垂直偏转可以因此比光栅扫描器大得多。相应地，在利萨如微型扫描器、特别是利萨如扫描显示器中，通常可以实现比光栅扫描显示器明显更高的光学分辨率，特别是在竖直方向上。
根据现有技术已知的用于利萨如微型扫描器、特别是用于其包括悬架在内的微型镜的各种架构，特别是从文献DE102009058762A1或EP2514211B1和US8,711,456B2中获得，并在下文中将参照图1至图4加以说明。这些架构的共同之处在于：其中的镜悬架始终只基于多个弹簧构成，这些弹簧分别在板状镜的外边缘与围绕镜的封闭固定框架之间延伸。
针对基于微型扫描器的利萨如激光束偏转系统，通常会提出以下要求中的一项或多项：
-高扫描频率，例如在最小10kHz和最大80kHz之间，以便能够特别是每秒投影尽可能多的扫描行并实现高图像刷新率(Bildwiederholraten)；
-优选地，两个射束偏转轴(振动轴)就其扫描频率而言不相差太多，并因此代表有两个快轴，以便通过这种方式针对观察者产生特别是非常有利的轨迹、对投影区域的良好且非常快速的覆盖、以及在显示器的情况下尽可能少的或仅稍微明显的闪烁伪像(Flacker-Artefakte)。关于相应(振动)轴的术语“快”和“慢”在此分别是指在微型扫描器的偏转元件(镜)在其运行期间围绕相关轴振动的振动频率。该术语特别是被用于相对地区分“较快的”轴和“较慢的”轴。
-大的镜直径，特别是为了能够实现小光斑尺寸和高光学像素分辨率。特别是在与光波导(英语：wave guide)的相互配合中，大的镜直径对于实现大的所谓“眼盒”(Eyebox)和低衍射损失以及尽可能少的伪影是非常有利的；
-大的射束偏转角度，特别是为了能够实现尽可能高的像素分辨率和大的投影或观察场(视场(Field-of-View)，FoV)；
-尽可能小的结构空间或尽可能小的芯片尺寸，特别是为了能够使电子终端设备(例如智能眼镜(例如增强现实(AR)眼镜)、智能手机或平板电脑)的基于微型扫描器的激光投影仪能够几乎不可见地消失在眼镜腿中或智能手机或平板电脑的壳体中，但同时还能够实现低制造成本；
-最小的功耗，特别为了能够使终端设备实现低发热和尽可能长的电池寿命。
但是，这些要求往往会涉及到相反的作用，如以下示例所示：
-为了能够更好地满足紧凑性要求而减小了其结构的微型扫描器通常会损失致动器面积从而损失驱动力或驱动转矩，并由此损失(像素)分辨率和性能(例如，视域尺寸、可实现的图像刷新率)。
-结构减小的微型扫描器通常会损失可供用于安置弹簧悬架的空间。这增大了悬架中的应力并减小了机械偏转，并由此同时也降低了光学分辨率和性能。
-为了延长移动设备或其上运行的应用程序的使用寿命而降低功耗的微型扫描器通常会损失驱动力或驱动转矩，从而损失分辨率和性能。
-出于更小的光斑和因此更高的光学分辨率的原因而增大的镜板通常会增大质量和惯性力矩，从而降低了可实现的动力学性能和速度。
-出于更高光学分辨率的原因而增大的镜板通常会表现出更大的动态变形，这增加了射束发散性和光斑尺寸并部分降低了分辨率。
-为了更高的扫描速度和更高的图像刷新率而被加强的弹簧悬架通常会获得更小的偏转并因此降低了可实现的光学分辨率。
总体而言，在设计微型扫描器时通常会出现具有挑战性的优化问题，为了解决这些问题，通常不仅必须一起考虑上述参数中的一个或多个，而且还必须一起考虑许多其它的特性和边界条件。这些附加的特性和边界条件可能会特别是影响激光源和驱动器的可制造性、制造成本、产量、电子可操控性、再现性、可用的调制带宽等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的、至少双轴的、特别是可谐振运行的微型扫描器，用于对观察场或(同义的)投影场进行利萨如图形扫描，其能够实现针对至少一个上述问题的改进。此外，本发明还提供了一种适用于制造这种微型扫描器的制造方法。
本发明的目的根据独立权利要求的教导来实现。本发明的各种实施方式和扩展方案由从属权利要求给出。
本发明的第一方面涉及一种用于将电磁射束投影到观察场(投影场)上的微型扫描器，其中该微型扫描器包括：(i)偏转元件，特别是镜，用于偏转入射的电磁射束；(ii)支撑结构；和(iii)具有一个或多个弹簧的弹簧装置，偏转元件通过这些弹簧可振动地悬挂在支撑结构上，使得偏转元件能够相对于支撑结构同时进行围绕第一振动轴的第一旋转振荡(Oszillation)以及围绕与第一振动轴正交的第二振动轴的第二旋转振荡，以便通过偏转在同时振荡期间入射在偏转元件上的电磁射束而在观察场中引起利萨如投影。
支撑结构具有弹簧承载结构，并且弹簧装置包括数量为N个的第一弹簧，其中N≥1，并且N个第一弹簧中的每一个都在至少一个对应的附接点(Ansatzpunkt)上附接在弹簧承载结构上，在至少一个对应的耦接点(Kopplungspunkt)上耦接在偏转元件上，并且在该附接点与该耦接点之间延伸。在此，在偏转元件上有三个点，它们在其静止位置中限定了一个特别是虚拟的欧几里德辅助平面，并且由这三个点之间的连接直线所围成的面或直线区段在该辅助平面中展开，每个附接点或其在该辅助平面上的相应垂直投影位于该面或直线区段上(连接直线本身在此属于该面或直线区段。此外，并非必须恰好有三个点满足上述条件。相反可以有任意数量的、甚或是无限数量的由这样的点构成的点矩阵)。
本发明意义上的“弹簧”可以特别理解为用于吸收和储存机械(势)能的弹性体，特别是机器元件，其在低于弹性极限的负载范围内的加载情况下有针对性地变形，并在卸载时又恢复到其初始形状。在此，所述加载可以特别是通过扭转或弯曲来实现。与此对应地，弹簧可以特别是弯曲弹簧或扭转弹簧。
本发明意义上的“偏转元件”特别是被理解为具有足够平滑的反射面(镜面)的物体，使得根据反射定律反射的电磁射束(例如可见光)能够保持其平行性并由此产生图像。为此，镜面的粗糙度必须小于电磁射束波长的大约一半。偏转元件可以特别是被配置为具有至少一个镜面的镜板或者具有这样的镜板。特别地，镜面本身可以由与偏转元件的其它主体不同的材料构成，例如由金属构成，特别是由沉积的(abgeschiedenen)金属构成。
弹簧的“附接点”在本发明意义上特别应理解为弹簧承载结构之上或之中的点，弹簧在该点处紧固在弹簧承载结构上，或者在弹簧与支撑结构一件式构成或者被构造为其一部分的情况下在该点处过渡到支撑结构中或转变为支撑结构，并且该点在偏转元件振荡中形成在此所发生的弹簧运动的固定点。在此，弹簧特别是还可以在多个连续的或单独的附接点上附接于弹簧承载结构上。
弹簧的“耦接点”在本发明意义上特别应被理解为弹簧之上或之中的一个点，弹簧从该点处直接地或通过一个或多个中间体间接地紧固在偏转元件上，或者在弹簧与偏转元件一件式构成或被构造为其一部分的情况下在该点处过渡到偏转元件中。在此，弹簧特别是还可以通过多个连续的或单独的耦接点耦接于偏转元件上。术语“耦接”、“耦接于”、“被耦接”及其变型在此相应地涉及到至少两个物体之间的直接或间接的力耦接，特别是机械的力耦接，例如一方面是偏转元件或支撑结构，另一方面是弹簧。
本发明意义上的“振动轴”或同义的“轴”特别应被理解为旋转运动的转动轴线(旋转轴线)。它是一条限定或描述旋转或转动的直线。
本发明意义上的“利萨如投影”特别应被理解为借助电磁射束对观察场的扫描(Scanning)，该扫描是通过将射束偏转到观察场中的偏转元件的至少两个相互正交且至少基本上为正弦形的振动(振荡)引起。
按照数学中的常见语言用法，欧几里德“辅助平面”特别应被理解为三维空间中的欧几里德平面，其不是、至少并非必须物质地(例如通过真实物体的相应平表面)实现，而是通常仅作为一种抽象的(虚拟的)数学辅助手段，特别是被定义用于解决或描述几何问题或状态。
在本文中可能使用的术语“包括”、“包含”、“涉及”、“具有”、“带有”、“有”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括或具有一系列元件的方法或装置不一定限于这些元件，而是可以包括未明确列出或在这种方法或装置中固有的其它元件。
此外，除非有明确相反的规定，否则“或”是指包容性的“或者”，而不是非包容性的“或者”。例如，满足条件A或B的情况之一是：A为真(或存在)和B为假(或不存在)；A为假(或不存在)和B为真(或存在)；以及A和B两者均为真(或存在)。
在本文中使用的术语“一”或“一个”被定义为“一个/一个或多个”。术语“另一”和“另一个”及其任何其它变型应被理解为“至少另一个”。
在本文中使用的术语“多个”应被理解为“两个或更多个”。
在本发明的意义上，“配置为”或者“配置”或其变型应被理解为，相应的装置已经被设计或者可被调整、即可被配置用于执行特定的功能。在此，所述配置可以例如通过相应地调整流程的参数或者由用于激活或停用功能或设定的硬件或软件实现的开关等来实现。特别地，装置可以具有多个预定的配置或运行模式，从而可以通过选择这些配置或运行模式中的一个来进行配置。
因此，在根据第一方面的微型扫描器中，与现有技术中已知的技术方案不同，偏转元件(特别是被构造为镜板或者可以具有这种镜板)悬挂于其上的(第一)弹簧不是从偏转元件向外指向地朝向芯片框架延伸。相反，它们是向内指向地朝向它们各自在弹簧承载元件上相应定位的附接点延伸，弹簧承载元件因此提供了第一弹簧的中心(zentrale)但并非必须中央(mittige)的悬挂，并因此也间接提供了偏转元件的中心但并非必须中央的悬挂。
这特别是允许振动部件(即与弹簧结合的偏转元件)实现更小的惯性力矩，并因此能够实现两个轴的大扫描角度和/或高扫描频率、紧凑的结构，并由此通常也允许更低的制造成本和/或由于更小的行程而引起的更小的弹簧应力。此外，向内指向的(第一)弹簧由于更小的最大偏转要求而使得能够减小甚至是避免导致弹簧弯曲或扭转的非线性弹簧运行范围内的振荡运动，这对于构件性能是有利的。
这种微型扫描器的应用领域可以特别是：增强和虚拟现实眼镜显示器、平视显示器、微型投影仪、电影投影仪、激光电视、3D相机、LIDAR传感器、手势识别系统、高光谱相机、光刻胶曝光器、激光材料处理系统、雷达扫描器、OCT扫描器(OCT＝光学相干断层成像；或英语为Optical Coherence tomography，光学相干层析成像)。
下面对根据第一方面的微型扫描器的优选实施方式进行说明，除非明确排除或它们相互排斥，否则这些实施方式可以任意地彼此组合。
在一些实施方式中，偏转元件在其静止位置关于(第一)对称轴具有旋转对称性，并且被布置为使得(第一)对称轴延伸穿过由弹簧承载结构展开的空间区域。该旋转对称性可以特别是n重的(n＝2，3，4，...)，甚至可以是圆对称。特别地，弹簧承载结构可以作为整体、弹簧承载结构的包含第一弹簧的附接点的部分、或者第一弹簧的附接点的布置也可以关于第二对称轴具有旋转对称性，并且被布置为使得第一和第二对称轴重合。
所有这些实施方式的共同点在于，它们都具有偏转元件在中心布置的弹簧承载结构上的至少基本上中心的悬挂，这特别是促进了相应旋转对称的镜运动。特别地，因此能够将第一弹簧选择为长度相同的，甚或是将其全部或成对地选择为相同类型的，并因此能够至少关于一个方向实现近似对称的悬挂并因此实现对称的运动。这种对称性也有利于实现特别简单的结构以及相应简化的调整。
术语“展开的空间区域”(或其语言变体)在此应被理解为：由弹簧承载结构“展开的空间区域”包括位于由任意两个点展开作为位于其间的直线连接的任一线段上的所有空间点，其中上述展开的点分别位于弹簧承载结构本身的表面上或内部中。所有这些“展开”整个空间区域的点本身也属于该展开的空间区域。例如，由圆支柱形管展开的空间区域除了包括由材料管本身所占据的空间区域之外，还包括由管状圆支柱形壁在管内部所围成的空腔。
在一些实施方式中，所述N个第一弹簧分别仅附接在支撑结构上的弹簧承载结构上，并且偏转元件仅悬挂在这些第一弹簧上。通过这种方式，可以特别是实现特别小的结构。由于在这里仅提供第一弹簧用于偏转元件的悬挂，因此可以实现特别小的惯性力矩和/或由此实现高扫描速度和大扫描角度。前述的偏转元件振动较少受到弹簧潜在非线性影响的优点在此也可以有利地使用，这种潜在非线性通常特别是出现在大偏转的情况下。
在一些实施方式中，偏转元件具有偏转板(微型镜，镜板)，在该偏转板中形成有留空。通过该留空，能够进一步减小偏转板的惯性力矩。相应地可以将弹簧设计得更轻或更纤细，这也带来了重量、结构尺寸和扫描速度方面的优势。特别地，在结构尺寸方面对于具有旋转对称性(例如，n重或圆对称)的偏转板来说是有利的。因此，偏转板可以特别是具有旋转对称的环形形状，例如圆环形状，其中位于偏转元件主体外部的环形内部形成留空。
在一些这样的实施方式中，至少一个第一弹簧或者特别是全部第一弹簧至少分段地(abschnittsweise)在留空内部延伸，这允许特别节省空间地实现微型扫描器。特别是由此还可以实现特别扁平的实施方式，特别是如果所有弹簧都在留空内部延伸，并且偏转板和弹簧基本上位于一个共同平面中(更精确地说：位于低厚度的“板状”空间区域中)。
在这种偏转板中具有留空的一些实施方式中，微型扫描器还具有光学器件，用于将入射的(einfallender)电磁射束转换为出射的(ausfallenden)、指向偏转元件的电磁射束，电磁射束在其碰撞在偏转元件上时发生径向强度变化，使得射束的径向强度最大值在留空的两个对置侧面上特别是环形地围绕留空。
光学器件可以特别地具有轴椎体(Axicon)。轴椎体是产生环形径向射束轮廓的锥形透镜。特别地，当预先借助于折射、衍射或反射的轴椎体将具有圆形的(rundem)、特别是近圆形的(kreisrundem)射束轮廓的入射激光束转换成环形射束，随后其作为环形射束落在环形镜板上并由环形镜板也双轴地偏转为环形射束时，环形镜可以特别有利地用于激光投影任务。如果同时选择聚焦光学器件与轴椎体和环形镜相结合，使得环形射束在一焦点处彼此相遇，则甚至会出现射束的干涉，这在贝塞尔射束的情况下能够有利地实现投影系统的小焦点直径和非常高的可实现的光学分辨率。
在一些实施方式中，所述N个第一弹簧中的至少其中之一被形成为，特别是分别被弧形形状地形成为，在其静止位置上，在偏转元件与弹簧承载结构之间的有效弹簧长度大于其在偏转元件上的一个耦接点、特别是每一个耦接点与其在弹簧承载结构上的一个附接点、特别是每一个附接点之间出现的最小距离。特别地，因此可以实现具有大弹性距离(行程)并因此具有大偏转以及因此具有大观测场的多腿悬挂。特别地，第一弹簧的布置可以具有螺旋形状(特别是类似于螺旋星系的螺旋形状)。
在一些实施方式中，弹簧装置具有正好N＝2个第一弹簧，这些第一弹簧一起形成偏转元件在弹簧承载结构上的双腿悬架。特别地，两个弹簧的布置还可以具有旋转对称性。使用正好两个弹簧的优点除了特别简单的结构之外，还在于能够特别容易和精确地预先确定第一和第二振动轴的精确位置和扫描频率(振动频率)。此外，通过对称的双腿悬架，特别是利用对称的双腿悬架，可以实现特别好的矩形观察场。
另一方面，在一些替代的实施方式中，弹簧装置具有N＝4个第一弹簧，其中这四个第一弹簧一起形成偏转元件在弹簧承载结构上的十字形的、特别是正交的悬架。在这里的优点在于相对简单的结构以及容易和精确地确定第一和第二振动轴的位置和扫描频率。
在这些实施方式的一些变型中，十字形布置的(第一)弹簧中的任意两个弹簧，在此特别可以是该四个第一弹簧中的在十字形悬架的框架下相对置的两个弹簧，形成由相同弹簧刚度的弹簧构成的相应的弹簧对，而两个弹簧对的第一弹簧的各自的弹簧刚度不同。因此，特别是在旋转对称的悬架的情况下，针对第一振动轴和第二振动轴能够特别简单地实现不同的扫描频率。
在一些实施方式中，支撑结构还具有框架结构(Rahmenstruktur)，该框架结构至少在两侧围绕偏转元件并且相对于偏转元件的第一和第二旋转振荡是固定的，偏转元件通过数量为M个的第二弹簧而附加地悬挂在该框架结构上，其中M≥1。由此，偏转元件一方面通过N个第一弹簧悬挂在弹簧承载结构上，另一方面通过M个第二弹簧悬挂在框架结构上。特别地，M可以等于N(M＝N)。
这些实施方式可以特别有助于进一步区分第一和第二振动轴的不同的有效弹簧刚度，并由此区分它们各自的扫描频率及其在扫描过程中的保持。通过第一和第二弹簧的组合，特别是可以在保持在线性范围内运行的情况下增大弹簧悬架相对于相关振动轴的有效整体刚度，并因此特别是还可以在振动轴上实现更高的扫描频率。在此，特别有利的是可以将第二弹簧的刚度选择为小于第一弹簧的刚度。特别地，在两个振动轴的扫描频率之间保持一定的频率间隔对于能够实现矩形照明是必不可少的，即，从光轴的横截面来看特别是近似均匀地照亮矩形投影区域。
因此，尽管有额外的框架结构和第二弹簧，但是能够实现特别小的结构，因为第二弹簧可以比现有技术的已知技术方案更短和/或刚性更小。
在一些这样的实施方式中，将偏转元件通过N个第一弹簧悬挂在弹簧承载结构上限定了第一振动轴，并且将偏转元件通过M个第二弹簧悬挂在框架结构上限定了第二振动轴，至少在每种情况下主要是如此。因此，通过适当地选择一方面第一弹簧和另一方面第二弹簧各自的弹簧特性，可以特别容易地调整或确定两个轴中的每一个的弹簧刚度，并因此特别容易地调整或确定两个轴中的每一个的扫描频率。此外，由此可以针对每个轴特别容易地实现特定于轴的驱动，分别包括一个或多个单独配属的致动器。同样的情况也适用于偏转元件的位置确定的传感器。
在一些实施方式中，N≥2，并且偏转元件在N个第一弹簧的相应的耦接点之间延伸，使得其在此至少部分地(teilweise)桥接弹簧承载结构。特别地，这些耦接点可以同时是相应弹簧的端点。通过这种方式，尤其是可以实现微型扫描器的特别紧凑的结构以及可用镜面积(用于反射电磁射束)与微型扫描器的总面积(特别是芯片面积)的特别有利(即，大)的比率。特别地，偏转元件也可以被构造为没有留空，因为将弹簧容纳在留空中对于实现紧凑的结构是不必要的。
在一些这样的实施方式中，偏转元件具有基板，该基板被构造为偏转入射的电磁射束的偏转板，其通过至少一个结合连接(Bondverbindung)与一个或多个第一弹簧连接，或者与布置在一面是一个或多个第一弹簧与另一面是偏转板之间的中间体连接。这样做的优点在于：在制造时，偏转板与用于制造第一弹簧和可能的中间体的基板是分开制造的，并且只能随后通过结合连接耦接到弹簧悬架上。结合连接可以特别是：(i)阳极产生的结合连接，这在玻璃和硅相互连接时可以特别考虑；(ii)共晶结合连接(例如Au-Au)；(iii)通过热压产生的连接；(iv)即时的(unmittelbare)(直接(direkte))结合连接，特别是激光辅助的直接结合连接；或者(v)玻璃料结合连接，特别是在镜直径较大的情况下。
在上述具有框架结构和桥接弹簧承载结构的偏转元件的一些实施方式中，弹簧装置还具有数量为K的第三弹簧，其中K≥1。在此，每个第三弹簧一方面耦接到对应的第一弹簧的相应耦接点上或者必要时耦接到中间体上，并且另一方面耦接到框架结构上。特别地，K＝M和/或K＝N的情况是可能的。因此，偏转元件在框架结构上的悬挂一方面通过第二弹簧实现，另一方面通过第三弹簧实现。因此，特别地可以实现第一和第二振动轴的有效弹簧刚度的进一步增加，特别是对于在胡克(线性)范围内的操作。并且，这些实施方式由于附加的自由度(例如,附加的第三弹簧的数量、类型和位置)而进一步扩展了在微型扫描器设计中的可用设计自由度和配置选项。此外，可以有取消第二弹簧的变型，并且特别是仅第一和第三弹簧形成弹簧装置的变型。
在一些实施方式中，微型扫描器还具有封壳(Verkapselung)，至少偏转元件和弹簧装置的弹簧通过该封壳被气密密封地封装，使得在封壳中用于执行振荡的偏转元件有能力振动地悬挂在弹簧装置上。在此，封壳具有桥接偏转元件的胶囊部段(Kapselabschnitt)，待偏转的射束可以通过该胶囊部段照射到由封壳封装的空间区域中，并在其已经在偏转元件处偏转之后从该空间区域再次射出。封壳或者胶囊部段可以特别地由玻璃材料组成或包含玻璃材料，该玻璃材料在与使用微型扫描器相关的光谱范围内对于电磁射束而言至少大多数、优选绝大部分是透明的。
使用这种封壳能够减少特别是被气密密封封装的空间区域中的压力，特别是排空该空间区域，以便减少、甚或是很大程度上消除气体摩擦损失、特别是空气摩擦损失或者对偏转元件振荡的其它干扰。这对于将微型扫描器用于利萨茹显示器应用的情况是特别有利的，此时偏转元件及其弹簧悬挂不是在环境空气中，而是在已降低的压力下、特别是在真空中操作，因为由此能够非常有效地避免由于空气阻尼引起的摩擦损失，其结果是微型扫描器可以实现例如比在大气压下的空气中高至100倍的振动幅度。相应地，还可以因此使得在第一和第二振动轴中的一个或每一个中可实现的光学分辨率相应地增加，例如增加到直至100倍。
在一些这样的实施方式中，胶囊部段具有圆顶形(穹顶形)、平面形或横截面为矩形的U形形状。圆顶形状的优点尤其在于：入射和出射的电磁射束、特别是激光束几乎不会被布线(Verkabelung)偏转。就入射射束在圆顶形胶囊部段上的反射而言，通常是发生在与偏转元件上反射的出射射束的方向不同的方向上，使得在此能够有效地避免射束出现不期望的交互(Wechselwirkung)或叠加。另一方面，平面形状和横截面为矩形的U形形状的特征则在于它们在微型扫描器的制造过程中能够被特别简单的制造和处理。横截面为矩形的U形形状还可以提供以下优点：可以避免在封壳的子结构中为了形成足够大的用于偏转元件运动的、由封壳包围的空间区域而可能附加需要的任何中间层(隔层)或者减少其数量或厚度。
在这种具有封壳的一些实施方式中，胶囊部段被安装在第一层堆(erstenSchichtstapel)上，该第一层堆包含第一层序列(erste Schichtfolge)，该第一层序列在顺序、材料和/或第一层序列的各个层的厚度方面对应于据以制成偏转元件、弹簧装置(至少第一弹簧)和弹簧承载结构的组合的第二层堆的第二层序列。这允许特别有效的制造过程，因为第一层堆和第二层堆可以被制造为单个公共层堆的部分，并且只有在构造该公共层堆的框架下才能够保留其相应的形状并进而获得其相应的功能。
在一些实施方式中，微型扫描器关于所述两个振荡中的至少一个的品质因子(即，Q因子)至少为1000。这可以特别结合具有封壳的实施方式来实现，特别是通过相对于大气压降低由封壳封装的内部空间内部的气体压力降低或使其真空来实现。由此，可以特别是进一步提高性能。
在一些实施方式中，微型扫描器还具有：(i)承载弹簧承载结构的承载基板；以及(ii)用于驱动偏转元件的第一振荡和/或第二振荡的致动器(Aktuator)。在此，致动器被机械地耦接到承载基板，以便在微型扫描器运行时机械地作用于承载基板，并在此至少通过弹簧承载结构和第一弹簧间接地引起对偏转元件的驱动作用，以驱动偏转元件的第一和/或第二振荡。这些实施方式特别是能够省略用于驱动微型扫描器振荡的、特定于振动轴的致动器，并由此将微型扫描器的振动性构件或部分(偏转元件、弹簧)构造为纯无源构件，这种纯无源构件特别地不需要电流或信号供应。
在一些这样的实施方式中，致动器被布置为邻近承载基板或与致动器连接的另一基板、特别是微型扫描器的承载基板或底部基板中的腔体，使得致动器在其运行时可以至少分段地执行延伸到腔体中的运动。由此，可以实现特别节省空间的、紧凑的结构，同时保持致动器关于偏转元件的高效驱动功率和较大可能的偏转。
在前述的具有致动器的一些实施方式中，致动器同时被构造为用于传感技术地检测偏转元件瞬时位置的传感器装置，或者被构造为这种传感器装置的一部分。特别地，致动器可以具有压电致动器，该压电致动器同时用作基于电容性测量的传感器组件的电极。
在一些实施方式中，在弹簧承载结构或弹簧装置上设有一个或多个致动器或传感器，它们被连接在一个或多个信号或电流供应线路上，该信号或电流供应线路总体上至少分段地延伸穿过一个或多个设置在弹簧承载结构中的开口(通道)。
在一些实施方式中，微型扫描器被配置为，两个振动轴中较快振动轴的谐振频率f1与两个振动轴中较慢振动轴的谐振频率f2的频率比适用于：f1/f2＝F+v，其中F是自然数(F＝1，2，3，...)，并且失谐(Verstimmung)v适用于：v＝(f1-f2)/f2，其中(f1-f2)<200Hz，其中v不是整数。
在一些实施方式中，微型扫描器具有致动机构(Aktuatorik)，该致动机构包括一个或多个致动器，用以驱动第一和第二振荡，在此，该致动机构被配置为使偏转元件置身于关于第一和第二振动轴的双谐振振动中。该致动机构可以特别地具有一个或多个在前述实施方式中描述的致动器或者由它们组成。
在一些这样的实施方式中，致动机构被配置为能够使偏转元件置身于关于第一和第二振动轴的同时振动中，使得两个振动轴中的较快振动轴的振动频率f1与两个振动轴中的较慢振动轴的振动频率f2的频率比适用于：f1/f2＝F+v，其中F是自然数(F＝1，2，3，...)，并且对于失谐v适用于：v＝(f1-f2)/f2，其中(f1-f2)<200Hz，其中v不是整数。因此，频率比f1/f2在这里是接近1、2、3或4等。
在上述具有失谐v的情况下，失谐v可以特别是这样实现：即，两个振动频率中只有一个或二者均不同于相关振动轴的相应谐振频率。失谐v在此相对于整数性频率比扮演重要的角色，因为频率的这种失谐决定了利萨如轨迹在空间上继续移动的有多快。在整数比的情况下，失谐等于零，轨迹是固定的并且不断以这种形式重现。相反，在非整数性失谐v＞0时，轨迹开始游移，更确切地说是在一定间隔内，失谐v相对于整数比越大，游移就越快。轨迹继续移动的前进速度可以有利地选择为建立特定的轨迹重复率(完整的相位运行/时间)，例如从30Hz至100Hz的频率范围内，轨迹以该轨迹重复率重现或者说在理想的无干扰条件下重现。(需要说明的是：由于相位调节回路和其它调节回路的干预，精确重现通常是不可能的。尽管如此，适宜选择的失谐和相关适宜的前进速度的优点仍然存在)。基于这样选择的失谐v，特别是还可以实现改善的、即至少关于时间平均的、提高的线密度。
本发明的第二方面涉及一种用于制造根据第一方面的微型扫描器的方法。该方法包括以下步骤或过程：(i)提供板状的基板、特别是半导体基板，其具有两个彼此对置的主表面；(ii)从所述主表面的第一主表面结构化基板，以便至少成比例地构造偏转元件、支撑结构和弹簧装置；(iii)从另一个主表面选择性地、至少成比例地曝露通过结构化构造的各个偏转元件和弹簧装置；以及(iv)将曝露得到的微型扫描器组件紧固在承载基板上。
特别是在半导体基板的情况下，可以使用已知的MEMS制造技术，特别是半导体芯片制造技术，结合适当的蚀刻工艺，使用(光)微影技术来进行这种结构化和曝露。
在一些实施方式中，该方法还可以包括以下至少一个下列步骤或过程：(v)在基板的主侧、特别是第一主侧上的用于形成偏转元件的表面区段上施加反射层；(vi)通过封壳气密地封装被紧固在承载基板上的微型扫描器组件；(vii)通过阳极结合方法、共晶结合方法或直接结合方法或热压方法，将至少两个相邻的基板结合在用于构造微型扫描器的层堆内部；(viii)在弹簧承载结构或弹簧装置上产生一个或多个致动器或传感器以及产生一个或多个信号或电流供应线路，它们整体上至少分段地延伸穿过一个或多个设置在弹簧承载结构中的开口，并且致动器或传感器连接于其上。在此，不应将这里给出的过程(v)至(viii)的顺序理解为强制性的实际过程顺序。相反，，单个过程(如果存在)能够以不同的顺序实施。例如，在过程(i)之前执行过程(v)以及在过程(vi)之前执行过程(viii)都是适宜的。
附图说明
下面将结合附图详细说明本发明的更多优点、特征和应用选项。其中：
图1示意性示出了根据由专利文献EP2514211B1已知的微型扫描器架构的双轴、万向节(即，通过万向节)悬挂的微型镜的俯视图，其具有梳状驱动器；
图2示意性示出了根据由专利文献US8,711,456B2中已知的第一微型扫描器架构的双轴、无万向节悬挂的微型镜的俯视图；
图3示意性示出了根据由专利文献US8,711,456B2中已知的第二微型扫描器架构的另一双轴、无万向节悬挂的微型镜的俯视图；
图4示意性示出了根据由专利文献US8,711,456B2中已知的第三微型扫描器架构的又一双轴、无万向节悬挂的微型镜的俯视图；
图5示意性示出了根据本发明第一实施方式的微型扫描器；
图5A示意性示出了根据图5的微型扫描器的变型，其中特别地，第一弹簧不沿着辅助平面延伸；
图6示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有唯一的第一弹簧；
图7示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有多个具有增加的弹簧长度和已安装的致动器的第一弹簧；
图8示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有由螺旋形状的第一弹簧构成的三腿悬架；
图9示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有由螺旋形状的第一弹簧构成的双腿悬架；
图10示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有由第一弹簧组成的两个交叉弹簧对，其中两个弹簧对的弹簧刚度不同；
图11示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别附加地设置有外框架和在该框架与偏转元件之间延伸的第二弹簧；
图12示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别是第一弹簧至少主要限定用于第一振动轴的弹簧刚度，并且第二弹簧至少主要限定用于正交的第二振动轴的弹簧刚度；
图13示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中偏转元件被构造为桥接第一弹簧的单独基板；
图13A示出了根据图13的微型扫描器在其运行期间的一个时间点的情况；
图14示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别附加地设置有另一外框架和在该另一外框架与桥接第一弹簧的偏转元件之间延伸的第三弹簧；
图14A示出了根据图14的微型扫描器在其运行期间的一个时间点的情况；
图15示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有通过圆顶形胶囊部段构成的封壳；
图16示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地在承载基板中设置一个或多个腔体，用于增大可用于偏转元件振荡的空间区域；
图17示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地为了进一步增大可用于偏转元件振荡的空间区域，在承载胶囊部段的层结构中设置附加的支撑结构作为间隔件；
图18示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有通过平面形胶囊部段构成的封壳；
图19至图23分别示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有由具有平坦盖板的、横截面为U形的胶囊部段构成的封壳；
图24示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地在承载基板的背对偏转元件的主侧上设置有被紧固在另一基板上、用于驱动微型扫描器的致动器和在该另一基板中与致动器相邻的腔体；
图25示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地在承载基板的背对偏转元件的主侧上设置有被紧固在另一基板上、用于驱动微型扫描器的致动器和在承载基板中与致动器相邻的腔体；
图26示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地在承载基板的背对偏转元件的主侧上设置有被紧固在另一基板上、用于驱动微型扫描器的致动器和在承载基板中与致动器相邻的腔体，其中该腔体部分地延伸超过致动器的端部；
图27示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地在由胶囊部段封装的空间区域内部设置一个或多个致动器；
图28示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中弹簧承载结构同时是微型扫描器的驱动装置；
图29示出了根据本发明另一种实施方式的微型扫描器，其中特别地设置有用于将射束分束(Strahlaufspaltung)成具有环形强度轮廓的射束的光学器件；
图30示出了根据本发明的用于制造微型扫描器的方法的第一实施方式；以及
图31示出了根据本发明的用于制造微型扫描器的方法的第二实施方式，其具有用于电性构件、特别是致动器或传感器的电连接件。
具体实施方式
首先，将参照图1至图4简要描述现有技术中已知的不同微型扫描器架构的镜悬架，以提供本发明的技术起点的简要概述。
图1以示意性俯视图示出了由专利文献EP2514211B1已知的一种微型扫描器架构100，其具有双轴(正交振动轴A1和A2)、万向节悬挂的微型镜105(镜板)。此外示出了静电远离轴的(achsenfern)梳状驱动器110和靠近轴的(achsennahe)梳状驱动器115，它们也可以用作传感器电极。镜板105通过内部扭转弹簧120悬挂在可移动框架125中，该可移动框架通过外部扭转弹簧130悬挂在固定芯片框架135中。框架125可以通过静电梳状驱动器140置于谐振中，在此为了清楚起见，没有示出同样存在的靠近轴的、用于驱动或者可移动框架125的感测目的的梳状电极。为了更好地说明，所示出的振动轴A1和A2被添加到取自专利文献EP2514211B1的附图中(见其图3)并且调整了附图标记。
在图2中以示意性俯视图示出了由专利文献US8,711,456B2已知的另一种微型扫描器架构200，其代表了用于微型镜的所谓“MiniFaros”类型的一种变型。在此，镜板205的悬挂由三个弧形弹簧210以三腿悬架的形式实现，每个弧形弹簧在其一端215与镜板205连接，并在其相应的另一端220与扭转刚性的实心芯片框架225连接。附加地，每个弹簧210被附接在相对于相邻弹簧的相应位置围绕镜板205的中心旋转120°的位置处。梳状驱动器230被设计用于驱动镜运动并作用到弹簧210上以使其偏转。在弹簧与芯片框架225以及镜板205之间存在自由空间235，该空间允许弹簧210振动。为了更好地说明取自专利文献US8,711,456B2的附图(见其图2)，对图2中的附图标记进行了调整和补充。
在图3中以示意性俯视图示出了由US8,711,456B2已知的另一种微型扫描器架构300，其代表了用于微型镜的“MiniFaros”类型的另一种变型。在此，镜板305的悬挂由两个弧形弹簧310以双腿悬架的形式实现，每个弧形弹簧在其一端315与镜板305连接，并在其相应的另一端320与扭转刚性的实心芯片框架325连接。附加地，每个弹簧310被附接在相对于另一个弹簧310的相应位置围绕镜板305的中心旋转180°的位置处。梳状驱动器330被设计用于驱动镜运动并作用到弹簧210上以使其偏转。在弹簧310和芯片框架325以及镜板305之间存在自由空间335，该空间允许弹簧310振动。为了更好地说明取自专利文献US8,711,456B2的附图(见其图3)，对图3中的附图标记进行了调整和补充。
在图4中以示意性俯视图示出了由专利文献US8,711,456B2已知的另一种微型扫描器结构400，其代表了用于微型镜的“KOLA”类型的一种变型。在此，镜板405的悬挂由多个、在该示例中为四个弧形弹簧410以双腿悬架的形式实现，每个弧形弹簧在其一端415与镜板405连接，并在其相应的另一端420与扭转刚性的实心芯片框架425连接。附加地，每个弹簧410被附接在相对于相邻弹簧的相应位置围绕镜板405的中心旋转90°的位置处。为了更好地说明取自专利文献US8,711,456B2的附图(见其图4)，对图4中的附图标记进行了调整和补充。
所有这些已知的微型扫描器架构100至400的共同点在于，相应的微型镜板105、205、305或405的悬挂仅仅是从外部通过在外部扭转刚性芯片框架125、225、325或425与微型镜板105、205、305或405之间延伸的弹簧110、210、310或410来实现。因此，在这些现有技术的微型扫描器架构中，在偏转元件105、205、305或405上不存在这样的三个点：这三个点在其静止位置中限定了一个欧几里德辅助平面，并且由这三个点之间的连接直线所围成的面或直线区段在该辅助平面中展开，弹簧的每个附接点(例如215、315或415)或其在该辅助平面上的相应垂直投影位于该面或直线区段上。
结果是，微型扫描器100、200、300和400在镜平面中的空间或面积需求显著高于相应的微型镜板105、205、305和405本身的空间或面积需求。此外，在镜板的外侧具有中等和较大镜直径的情况下，弹簧在此必须执行来自芯片平面的非常大的幅度，这会导致在悬架中有较高的应力值以实现所述性能目标，并因此容易导致材料、特别是弹簧材料的超载
下面将参照图5至图28说明根据本发明的微型扫描器架构的各种示例性实施方式。在此，这些图中有一些会包含两个子图(A)和(B)，其中各个子图(A)是俯视图，各个子图(B)(图28除外)是垂直于图平面并沿着相应图中所示实施方式的轴A1的横截面图。常规的用于驱动相应微型扫描器的致动器545仅在其中一些图中示出，特别是当其位置或形状对于相应微型扫描器的设计特别重要时。
图5示出了微型扫描器的第一种示例性实施方式500。微型扫描器500具有圆环形镜板作为偏转元件505，其通过在此示例性选择的N＝4个(第一)弹簧510悬挂在用作弹簧承载结构515、布置在中心并且由承载基板530承载的支柱(Pfosten)上，该支柱特别地具有比弹簧510更高的扭转和弯曲刚度。弹簧承载结构515在此已经可以代表用于偏转元件505的完整支撑结构。支柱515具有两个不同的层515a和515b，其中层515a由与第一弹簧510和镜板505相同的基板制成。每个(第一)弹簧510在一面是弹簧承载结构515上的相关附接点520(分别用菱形标记示出)与另一面是圆环形偏转元件505的内边缘上的相关耦接点525(分别用小圆环标记示出)之间延伸。在本发明的意义上，偏转元件505的由偏转元件505的圆环限定的圆形内部空间505c代表偏转元件505中的“留空”。其可以特别是被构造为贯通的开口，或者也可以仅构造为凹部。
关于弹簧承载结构515彼此对置的缺口510每两个形成一个弹簧对，这些弹簧对特别是分别确定了偏转元件505的相关振动轴A1或A2的方向和振动频率，并由此确定了扫描频率。在图5所示示例中，两个弹簧对彼此正交地布置，使得在偏转元件505的静止位置中(在该静止位置上，除了重力和弹簧510的弹簧力之外，没有明显的另外的力作用到偏转元件上并且偏转元件处于静止中)，每两个相邻的弹簧之间出现至少基本上90°的角度。然而，弹簧510的其它布置也是可能的，其中替代地在相邻的弹簧之间出现其它的角度。
此外，为了更好地描述微型扫描器500，在图5的子图(A)中，还用实心黑圈标记了三个示例点535a至535c，它们均位于偏转元件505上。点535a至535c展开了一辅助平面H(见图5A以进一步说明)，该辅助平面可以特别是与偏转元件505的表面重合，或者说在图5中与绘图平面重合。此外，点535a至535c还通过它们各自的连接两个点的直连接线540在该辅助平面H中展开一三角形面D作为辅助平面H上的面区段。所有的附接点520(或它们在辅助平面H上的垂直投影)都位于该面区段D的内部，从而形成前述的偏转元件505在弹簧承载结构515上的中心悬挂。偏转元件505上的满足上述条件的其它选择的三个点535a至535c也是可能的。
特别地，在该微型扫描器500中，弹簧510(或其在辅助平面H上的垂直投影)在此是在偏转元件505中的圆形留空505c内部延伸，该圆形留空在内侧(或者说在其在辅助平面H上的垂直投影内部)限定了其圆环形状。虽然在图5中，偏转元件505和支柱状的弹簧承载结构515都具有旋转对称性，在此甚至是圆形对称性，并且弹簧承载结构515也相对于偏转元件505居中地布置，使得至少偏转元件505和弹簧承载结构515的相应对称轴重合，但是不具有这种对称性或者具有其它的特别是更少数量的这种对称性的其它变型也是可能的。
下面描述的微型扫描器的更多实施方式是通过对图5所示微型扫描器500的补充或修改衍生而来，因此接下来将只主要详细讨论这些差异，而其它方面将主要参考先前对图5的描述。因此，在基于图5的这些示图中，相同的附图标记被一致用于这些示图中所示不同实施方式的相同或相互对应的元件，因此通常不需要对彼此相同或对应的元件进行重复说明。只要它们不是互斥的，可以将下面所描述的实施方式或其各自不同的技术方面(例如封壳、致动器装置、成像光学器件等)两两或更多地组合。
图5A示出了与微型扫描器500相关的一种实施方式的示意性截面图，其中第一弹簧510、特别是其在弹簧承载结构515上的附接点520不是位于由偏转元件505上的三个点535a、b、c展开的辅助平面H中。替代于此地，在本示例中在横截面中是由弹簧承载结构515和第一弹簧510的组合的Y形布置。然而，附接点520在辅助平面H上的垂直投影P又位于由辅助平面H中的点535a、b、c所展开的面区段D中，如图5的子图(A)中所示。
图6示出了微型扫描器的另一种实施方式600，其中与图5所示微型扫描器500不同，仅提供了单一(第一)弹簧510用于将偏转元件505悬挂在由承载基板530承载的弹簧承载结构515上。该单一弹簧510又在位于具有两个堆叠层515a和515b的弹簧承载结构515上的附接点520与位于圆环形偏转元件505内侧的耦接点525之间延伸。偏转元件505至少在其一个环形面上具有附加的镜层505a作为反射面，该镜层可以特别地被构造为沉积的金属层，例如铝或铬。弹簧510相对于振动轴A1主要起到弯曲弹簧的作用，并且相对于第二振动轴A2只要起到扭转弹簧的作用。由三个点535a至535c展开一个辅助平面H，并且在该辅助平面中通过点535a至535c之间的直连接线540展开一个三角形面区段D，附接点520或其在辅助表面H上的投影位于该面区段D中(见图5A)。
虽然在图5中没有示出用于驱动偏转元件振荡的致动器，但是在图6中示出了放置在弹簧510上的两个条形压电致动器545。它们可以在相应地激活压电致动器时使弹簧510置身于二维振动中，以便使偏转元件505一方面围绕第一振动轴A1并且另一方面围绕第二振动轴A2分别以各自独有的振动或扫描频率同时振荡。由此将能够实现入射到偏转元件505上、更精确地说是入射到其镜面505a上的电磁射束、特别是光束在观察场中的利萨如投影。
图7示出了微型扫描器的另一种实施方式700，其具有镜悬架，其中具有环形镜505的偏转元件505通过两个初始部分分开的弹簧腿(federnschenkel)向内指向地悬挂在弹簧承载结构515上。在这两个弹簧腿过渡到弹簧承载结构515的中心支柱中之前，它们连接成单一的(第一)弹簧510。该示例特别说明了将偏转元件505中央的中心区域(留空)有效地用于弹簧悬架的选项。
这种将弹簧围绕中心支柱515引导的选项特别允许实现相对长且宽的弹簧510，其能够有利地实现高弹簧刚度并由此实现高谐振频率，而且还同时能够实现大的偏移，这对于许多显示器技术方案是非常有利的。在该示例中，两个分开的弹簧腿各自配备一个压电弯曲致动器545，以便能够激励弹簧510振动并由此激励偏转元件505振动。在此，每个压电弯曲致动器545具有由位于两个电极555和565之间的压电陶瓷层560组成的层堆，并且通过合适的结合材料550紧固在相应的弹簧510上。
图8和图9分别示出了微型扫描器的另外两种实施方式800或900，与图5所示微型扫描器500不同的是设置了多个螺旋形布置的(第一)弹簧510，用于将偏转元件505悬挂在由承载基板530承载的弹簧承载结构515上。在微型扫描器800中存在由三个旋转对称布置并且相同类型的(第一)弹簧510构成的三腿悬架；在微型扫描器900中存在由仅两个旋转对称布置的相同类型的(第一)弹簧510构成的两腿悬架。
两种实施方式800和900的特征在于，弹簧长度显著长于在弹簧510的相应附接点520与耦接点525之间的相应直线距离。这使得当微型扫描器800或900运行时，即使是在大的镜偏转的情况下，也特别容易将弹簧保持在其线性(胡克)运行范围内。微型扫描器900还具有以下优点：能够容易地提前确定振动轴A1和A2的准确位置，并且基本上与所使用的振动频率无关。
图10示出了微型扫描器的另一种实施方式1000，其基本上对应于图5所示的微型扫描器500，然而与图5所示微型扫描器500的不同之处在于，两个弹簧对中的一弹簧对，在此示例性地为弹簧对510b，具有与另一弹簧对510a不同的弹簧刚度。相反，每一弹簧对510a或510b的两个弹簧就其弹簧刚度而言特别是总体上优选是相同的。在该实施方式中，通过有针对性地选择不同的弹簧刚度，可以特别容易地为两个轴A1和A2确定不同的振动或扫描频率，而不必为此必须修改扫描器关于弹簧510a或510b的设计。
图11示出了微型扫描器的另一种实施方式1100，其是基于图10的微型扫描器1000通过以下方式得到：提供具有刚性的(第一)外框架575的框架结构作为支撑结构的附加元件，偏转元件505附加地特别是如这里所示地那样沿着振动轴A1通过第二弹簧570悬挂在该框架结构上。在此，该(第一)外框架575可以特别地由支撑结构580承载，该支撑结构由与弹簧承载结构515的层515b相同的基板制成。该实施方式1100特别允许进一步区分可用的弹簧刚度并由此区分扫描频率。这尤其是对于观察场的直角照明是重要的，其中在微型扫描器运行期间在两个振动轴A1和A2的扫描频率之间保持设定的频率间隔使特别重要的。
相对于由现有技术已知的仅在外框架上具有镜悬架的微型扫描器，对于微型扫描器1100而言，尽管在此同样存在(第一)外框架575，但是仍然可以实现较小的结构，因为线性要求和对高弹簧刚度的要求已经在很大程度上通过位于内部的第一弹簧510实现。因此，第二弹簧570可以选择得更短，并且不必总是在线性范围内运行，以便仍然能够实现微型扫描器的可靠和高频的运行。相反，当弹簧510a和570如这里示出的那样基本上沿着同一方向、特别是振动轴延伸时，第一弹簧510a和第二弹簧570的弹簧效应互补，特别是作为组合的弹簧效应，使得所得到的有效弹簧特性虽然仍然主要由内部的第一弹簧510a确定，但是附加地也收到外部的第二弹簧570的弹簧特性的影响。与仅具有第一弹簧510a、b的技术方案相比，这允许特别是增加设计自由度。
图12示出了微型扫描器的另一种实施方式1200，其是基于图11所示微型扫描器1100通过以下方式得到：现在设置N＝4个第一弹簧510来替代微型扫描器1100的交叉布置的第一弹簧510a和510b，它们布置为两个并排延伸的弹簧对，其中，这些弹簧对基本上沿着两个振动轴中的第一振动轴延伸，这里是轴A2。类似地，微型扫描器1100的第二弹簧570在微型扫描器1200中由两个弹簧对取代，它们至少基本上沿着两个振动轴中的另一个并排延伸，这里是轴A1。因此，由第一弹簧510构成的弹簧对在此是至少近似地正交于第二弹簧570所构成的弹簧对延伸。
代替在此所示的弹簧对的布置，特别地，也可以设想第一弹簧510的弹簧对或第二弹簧570的弹簧对的非平行布置，其中优选将相应的布置设计为，使得各自对应的振动轴代表用于第一弹簧510或第二弹簧570的布置的对称轴。
在微型扫描器1200中，如图所示，特别是可以针对两个振动轴A1和A2的驱动而分别提供单独的致动器或致动器组545a或545b，从而能够特别容易地单独操控每个振动轴。
图13示出了微型扫描器的另一种实施方式1300，其是基于图11的微型扫描器1100通过以下方式得到：替代于在微型扫描器1100中与第一弹簧510和第二弹簧570布置在相同层中的环形偏转元件505，是在与之平行的另一层中设置单独的镜板作为偏转元件515。镜板515可以特别地具有圆表面形状或其他的无留空的形状。优选地，其通过至少一个中间层505b与第一弹簧510分开，使得第一弹簧510具有足够的空间用于其振动，而不会因此撞到镜板505。中间层505b可以特别地被视为偏转元件515的组成部分并且放置在设置于第一弹簧510与第二弹簧570之间的紧固区段585上。
微型扫描器1300的特征特别在于更加紧凑的形状因子(Formfaktor)，在此可以特别有利地设计其反射面与微型扫描器的总面积的尺寸比。该微型扫描器架构的各个层特别可以分别由半导体晶片或另一基板来提供，其中不同结构化的基板随后特别地可以通过一个或多个结合连接成微型扫描器架构。
图13A再次示出了微型扫描器的同一实施方式1300，然而特别是在子图(B)中可以清楚地看到在其运行期间所发生的不同弹簧布局(Federauslegungen)。特别地可以看到，根据优选的变型，第一弹簧510的弹簧刚度可以高于第二弹簧570的弹簧刚度。
图14示出了微型扫描器的另一种实施方式1400，其是基于图13的微型扫描器1300通过以下方式得到：附加地设置第三弹簧605，其在与偏转板或镜板505相同的层中从偏转板或镜板开始延伸到框架结构的另一(第二)外框架595，该另一(第二)外框架可以特别地通过中间层中的中间元件590紧固在(第一)外框架575上。优选地，第三弹簧605至少在微型扫描器1400的静止位置中平行于第二弹簧570延伸，但并非必须是这种情况。
增加第三弹簧605特别是能够进一步地增加由第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧的组合所引起的偏转元件505的悬架的总弹簧刚度，特别是在线性弹簧范围内，并且还能够使微型扫描器的设计有更大的设计自由度。这可以特别地用于通过不同弹簧510、570和605的组合而针对微型扫描器1400产生各种有效的总弹簧刚度，并由此特别是实现许多应用所期望的高扫描频率，一般至少在20kHz以上，通常达到100kHz及以上。在一些在此未示出的变型中，也可以省略第二弹簧570而有利于第三弹簧605(见图19)。
图14A再次示出了微型扫描器的同一实施方式1400，然而，特别是在子图(B)中可以清楚地看到在其运行期间所发生的不同弹簧布局。特别是可以看到，根据优选的变型，第一弹簧510的弹簧刚度可以高于第二弹簧570和第三弹簧605的弹簧刚度。
图15示出了微型扫描器的另一种实施方式1500，其基于图14的微型扫描器1400通过以下方式得到：附加地通过将圆顶形或穹顶形的胶囊构件610(“胶囊部段”)放置在第二外框架595上而形成气密密封的封壳。该封壳包括抽真空的空间区域615，弹性悬挂在支撑结构上的偏转元件505位于该空间区域中，并且由于抽真空而能够几乎无空气摩擦地实施其振荡。该胶囊部段610对于在对应于微型扫描器1500的期望工作范围的波长范围内的入射电磁射束而言至少部分是基本透明的，并且可以特别地具有玻璃材料或者完全由玻璃材料形成。因此，入射的电磁射束L1可以基本上不受干扰，并且由于胶囊部段610的圆顶形状也仅以很小的偏转穿过胶囊部段610到达偏转元件505，并在那里在光学成像的意义下通过在偏转元件505上的反射而转换成相应的出射射束L2，该出射射束又可以通过胶囊部段610沿所期望的观察场的方向离开微型扫描器1500。
图16示出了微型扫描器的另一种实施方式1600，其是基于图5的微型扫描器500通过以下方式得到：增加基于胶囊部段610的气密封装，并且还在承载基板530中形成腔体620，该腔体允许偏转元件505在不撞到承载基板530的情况下在振荡的框架下实施特别大的振荡幅度(偏转)。为此，胶囊部段610可以特别地放置在一基座上，该基座被构造为层堆，由与弹簧承载结构515的层515b和包含弹簧承载结构515的层区段515a、偏转元件505和第一弹簧510的层所构成的层堆相同的层构成。
图17示出了微型扫描器的另一种实施方式1700，其是基于图16的微型扫描器1600通过以下方式得到：特别是出于进一步增大胶囊部段610下方的空间区域615中的可用于偏转元件振动的自由空间的目的，形成另一中间层625。该中间层625可以特别地布置在承载基板530与弹簧承载元件515的层515b或支撑结构580之间。
代替圆顶形封壳的还可以是其它的胶囊形状，特别是平面形的盖。在图18至图23中与先前所述实施方式500至1400中的各种实施方式相结合地示出了具有平面形盖作为胶囊部段610的的微型扫描器的不同实施方式1800至2300。
在图18的实施方式1800中，平面形盖610仅由平面形板组成，例如玻璃板。为了提供足够的运动自由度以供偏转元件505振荡，在盖610与另一外框架595之间设置另一间隔层630。
图19至图23中具有不同悬挂的更多实施方式1900至2300与实施方式1800的区别特别在于，胶囊部段610本身除了平面形盖板之外还具有相应的支撑环610a，特别是与平面形盖板一体现出，代替了因此可以取消的间隔层630。在圆形盖板的情况下，支撑环610a可以特别地具有圆环形状。因此，胶囊部段610包括其支承环610a在内在横截面中形成“U”形形状。
图24至图26中的更多实施方式2400至2600与实施方式2300的区别特别在于，在承载基板530的背对偏转元件505(在图中：下部)的主侧布置有特别是板状的致动器(例如压电致动器)545用于驱动偏转元件505的振荡，该致动器又优选至少点状地(punktweise)紧固在附加的基座基板(Sockelsubstrat)625上。在此，致动器545可以特别地与两个振动轴A1和A2的相应谐振频率同时来操控，以便将微型扫描器作为利萨如扫描器运行。这种布置的优点特别在于：致动器可以与振动部件、特别是弹簧和弹簧悬架分开布置，并且在微型扫描器封装的情况下甚至可以布置在封装空间区域615的外部，这特别是有利于其与信号和电流供应的电接触。由此，振动部件，特别是微型扫描器的偏转元件505和弹簧及其支撑结构，可以完全被动地实施。
在致动器545的至少一个主侧，致动器至少分段地被腔体630包围，该腔体为致动器提供了用于其运动、特别是振动的自由空间。在图24的实施方式2400的情况下，腔体630被构造为基座基板625中的留空并位于承载基板530与致动器545之间。相反，在图25的实施方式2500中，腔体630被构造为承载基板530的面对致动器545的主侧中的留空。在这两种实施方式2400和2500中，致动器545通过基板530与625之间的层堆固定在腔体630的两侧。相反，在图26中的实施方式2500(其由实施方式2500导出)中，致动器545的端部区域没有被基板530和625包围，使得在其运行时，倾斜运动形式的振动能够传递到位于上方的具有振动部件的微型扫描器结构上。
在这里通过根据实施方式2300的微型扫描器架构而示例性示出的实施方式2400至2600还可以特别是与其它实施方式相结合，例如那些不具有其他用于驱动偏转元件505的致动器的实施方式，以及那些具有外框架575或595的实施方式或圆顶形或其它形状的封壳的实施方式。
另一种根据图27的实施方式2700与实施方式2300的不同之处特别在于：用于驱动微型扫描器2700的一个或多个致动器545是布置在承载基板530的面对偏转元件605的一侧，并因此只要存在封壳就布置在被封装的空间区域615内部。这种布置可以特别地用于使用一个或多个致动器545同时作为传感装置或其一部分(特别是作为电容式测量的电极)，在此可以特别地将该传感装置设计用于确定偏转元件505的瞬时位置。
图28示出了微型扫描器的另一种实施方式2800，其是基于图5的微型扫描器500通过以下方式得到：弹簧承载结构515同时被构造为微型扫描器2800的驱动装置545。为此，特别是支柱形的弹簧承载结构515同时被构造为致动器，特别是压电致动器。弹簧承载结构515可以特别地具有四个压电致动器，这些压电致动器在关于弹簧承载结构或支柱的纵轴线的横截面中看分别形成四个正方形的压电节段515c至525f。通过对这四个压电致动器的适当操控，可以控制偏转元件505相对于其两个振动轴A1和A2的偏转，并且特别是可以相应地实现偏转元件505的相应谐振或者整体上实现双谐振振动。由于弹簧承载结构的这种“两用”功能，可以不再设置其它的致动器，并且特别是省略了致动器在弹簧上的紧固，从而由此实现了特别紧凑和鲁棒的结构。
根据这些实施方式其中之一的微型扫描器的制造可以特别地这样进行：将弹簧承载结构515放置在承载基板530、特别是半导体基板(例如Si基板)上并在那里固定。这可以特别是通过粘贴或钎焊来实现。然后可以将偏转元件附接在固定的弹簧承载结构515上，这特别是也可以通过粘贴或钎焊来实现。
图29在其子图(A)中示出了微型扫描器的一种实施方式2900，其可以特别有利地与环形偏转单元505、特别是环形镜结合使用，并且具有用于针对入射到偏转元件505上的电磁射束L1形成环形射束横截面的特殊光学器件。相反，子图(B)示出了没有这种光学器件的另一种实施方式2901，该实施方式特别适合与全平面的(无留空的)偏转单元505配合使用，例如根据实施方式1800至2200的偏转单元。
在根据子图(B)的实施方式2901中，入射的电磁射束L1入射到偏转元件505上，在那里被反射并作为出射射束L2投影到观察场中，该观察场在本示例中包括诸如画布、房屋墙壁或路面这样的投影面645。射束L2在其射到投影面上时优选具有大致点状的或对应于小圆面的横截面(例如作为激光束)，并因此在聚焦的(im Fokus stehenden)投影面645上产生基本上点状的强度最大值(光点)650(在图29中超大地示出为黑色圆圈)。由于偏转元件505在其作为利萨如扫描器运行时的第一和第二振荡，通过光点的相应运动在投影面645上产生利萨如图形655，该利萨如图形在适当选择两个振动轴A1和A2的扫描频率的情况下将照亮所选择的观察场或投影场的区段并由此照亮所选择的投影面645的区段。
相反，在根据子图(A)的实施方式2900中，在光路中布置有前述特殊的光学器件，该光学器件特别具有轴椎体635以及会聚透镜640。在该装置运行时入射的电磁射束L3、例如具有圆形横截面的激射束首先偏转到轴椎体635，该轴椎体将射束分割成具有环形、特别是圆环形射束横截面的射束L4。还可以(在射束横截面中)分割成多个同心的环(与贝塞尔辐射类似或如贝塞尔辐射一样)。在这种情况下，射束L4被成像到会聚透镜640上，该会聚透镜640又将该射束作为具有环形辐射横截面的射束L1成像到相应的微型扫描器的偏转元件505上，该微型扫描器在本示例中具有圆环形的偏转板或镜板。偏转元件505又通过借助出射的射束L2反射将入射的射束L1成像为到观察场中或投影面645上的利萨如投影。
下面将参照图30或图31说明根据本发明的用于制造微型扫描器、特别是具有封壳的微型扫描器的方法的两个示例性实施方式3000或3100。
在图30所示方法的实施方式3000中，如子图30(a)所示，在第一过程中提供板状的基板660，特别是例如硅基板的半导体基板，并在基板的主侧上，在至少一个应形成偏转元件505的反射面的表面区段上，施加反射层(镜层)505a。后者可以特别是通过沉积(例如通过溅射然后抛光)合适的材料、特别是金属(例如铝)来进行。
随后，在下一过程中，如子图30(b)所示，从其一主侧、优选从之前先前在其上构造反射层的主侧，对基板660进行结构化。由此，偏转元件505，支撑结构、特别是弹簧承载结构515以及弹簧装置、特别是第一弹簧510至少分段地构成。这可以特别是通过一种或多种蚀刻方法并配合光刻(Lithographie)协同地进行，在基板660中形成多个凹槽(沟槽)，用以将各个微型扫描器构件逐段地彼此分开。
在下一过程中，如子图30(c)中所示，从相对置的主侧出发，在基板660上选择性地曝露微型扫描器的之前已经通过结构化部分形成的元件或完成其结构化，特别是偏转元件505、第一弹簧510和弹簧承载结构515。“选择性地”在此是指基板660在曝露意义下不是被整面地剥除或减薄，而是有针对性地(并因此选择性地)在基板660的那些需要去除的区段上进行曝露，以便完全地曝露偏转元件505及其弹簧悬架。
接下来是另一过程，如子图30(d)中所示，将之前形成的结构施加到承载基板530上并在那里固定，特别是通过一个或多个合适的连接方法。原则上，阳极结合方法、共晶结合方法或直接结合方法或热压方法特别适合于该连接方法。
现在在如子图30(e)所示的下一过程中，仍然添加胶囊部段610以构成气密封壳。这优选如下地进行：在封装的内部空间615中形成低于大气压力的气压(例如空气压力)甚或是真空，从而在微型扫描器的后续运行中可以至少减少甚或是基本上避免气体摩擦效应(例如，空气摩擦效应)。
该方法的如图31所示的实施方式3100描述了图30所示方法3000的一种扩展方案，其中附加地形成了电连接件，用于设置在弹簧承载结构515、弹簧悬架(特别是第一弹簧510)或偏转元件505上的电性构件，特别是致动器545或传感器。为此，如子图31(a)所示，在基板660的两个相对置的主侧之间，在合适的位置处分别形成穿过基板635的电连接部660a，例如通过合适的蚀刻工艺和随后用导电材料填充所产生的空腔。
对于半导体基板，特别是由硅构成的半导体基板，在此特别适用半导体工艺技术中已知的用于制造所谓“硅通孔”(TSV)的方法。电连接部660a优选地延伸穿过基板635的一区段，该区段在方法3000的框架下被构造为用于弹簧承载结构515。子图31(b)和子图31(c)的过程对应于方法2900的子图30(b)和30(c)的过程。
此外，在方法3000中，如子图31(d)中所示，在承载基板530中形成与电连接部660a相对应的导电通道530a，用以引导致动器545或传感器到微型扫描器架构外侧、特别是承载基板530外侧的电连接，并在那里提供连接选项。当基板530与基板660具有相同类型的材料时，通常可以使用相同或相关的工艺来制造电性通道530a。否则，例如当基板530被构造为印刷电路板(PCB)时，可以使用其它相应合适的已知工艺用于制造穿过基板530的电性通道530a。
虽然之前已经描述了至少一种示例性实施例，但是应该注意，还可能存在其大量变型。在这种情况下还应注意，所描述的示例性实施方式仅为非限制性示例，并且不旨在限制在此描述的装置和方法的范围、可应用性或配置。相反，之前的描述将为本领域技术人员提供实现至少一个示例性实施方式的引导，其中，应该理解，在不偏离在所附权利要求中限定的主题及其法律等效物的情况下，在示例性实施方式中描述的元件的操作和布置中可以进行各种改变。
附图标记列表
100 已知的具有万向悬架的微型扫描器架构
105 偏转元件，特别是镜板
110 用于振动轴A1的远离轴的梳状驱动器
115 用于振动轴A1的靠近轴的梳状驱动器
120 内部扭转弹簧
125 可移动框架
130 外部扭转弹簧
135 芯片框架
140 用于振动轴A2的外部梳状驱动器
200 已知的三腿“MiniFaros”类型的微型扫描器架构
205 偏转元件，特别是镜板
210 弧形弹簧
215 弧形弹簧的内端，偏转元件上的耦接点
220 弧形弹簧的外端，芯片框架上的附接点
225 芯片框架
230 梳状驱动器
235 狭缝状的自由空间
300 已知的双腿“MiniFaros”类型的微型扫描器架构
305 偏转元件，特别是镜板
310 弧形弹簧
315 弧形弹簧的内端，偏转元件上的耦接点
320 弧形弹簧的外端，芯片框架上的附接点
325 芯片框架
330 梳状驱动器
335 狭缝状的自由空间
400 已知的双腿“MiniFaros”类型的微型扫描器架构
405 偏转元件，特别是镜板
410 弧形弹簧
415 弧形弹簧的内端，偏转元件上的耦接点
420 弧形弹簧的外端，芯片框架上的附接点
425 芯片框架
500 微型扫描器的实施方式
501 实施方式500的变型
505 偏转元件，特别是镜板
505a 偏转元件505上的反射层或镜层
505b 偏转元件的中间层
505c 偏转元件的留空
510 第一弹簧
510a 具有较低弹簧刚度的第一弹簧
510b 具有较高弹簧刚度的第一弹簧
515 弹簧承载结构，特别是支柱
515a 弹簧承载结构515的第一层
515b 弹簧承载结构515的第二层
515c-f 压电节段
520 第一弹簧的内端，弹簧承载结构上的附接点
525 第一弹簧的外端，偏转元件505上的耦接点
530 承载基板
530a 电性通道
535a，b，c 偏转元件505上的点，它们在辅助平面上展开一面区段
540 两点535a-c之间的直线连接线/直线
545 用于驱动微型扫描器的致动器，特别是压电致动器
550 结合材料或结合层
555 压电致动器545的第一电极
560 压电致动器545的压电陶瓷层
565 压电致动器545的第二电极
570 第二弹簧
575 框架结构的(第一)外框架
580 支撑结构
585 紧固区段，中间体
590 中间元件
595 框架结构的另一外框架
605 第三弹簧
610 胶囊部段，或封壳
610a 支撑环
615 封装的空间区域或内部空间
620 承载基板530中的腔体
625 中间层
630 (另外的)间隔层
635 轴椎体
640 会聚透镜
645 投影面
650 强度最大值(光点)
655 利萨如图形
660 (初始)基板，特别是半导体基板
660a 电连接部，特别是硅通孔(TSV)
600，...，2900 微型扫描器的其他实施方式
3000，3100 用于制造微型扫描器的方法的实施方式
A1，A2 振动轴
D 辅助平面H上的(三角形)面区段
L1，...，L4 电磁射束，特别是激光束
H 辅助平面
P 垂直投影。

Claims (28)

1.一种用于将电磁射束投影到观察场(645)上的微型扫描器(500；600；...；2800)，其中所述微型扫描器具有：
偏转元件(505)，用于偏转入射的电磁射束(L1)；
支撑结构(515；575；595)；和
包括一个或多个弹簧(510，570，605)的弹簧装置(510，570，605)，所述偏转元件(505)通过所述弹簧装置能振动地悬挂在所述支撑结构(515；575；595)上，使得所述偏转元件能够相对于所述支撑结构(515；575；595)同时进行围绕第一振动轴(A1)的第一旋转振荡以及围绕与所述第一振动轴正交的第二振动轴(A2)的第二旋转振荡，以便通过在同时振荡期间入射到所述偏转元件(505)上的电磁射束(L1)的偏转而引起在观察场(645)中的利萨如投影(655)；
其中，所述支撑结构(515；575；595)具有弹簧承载结构(515)，并且所述弹簧装置具有数量为N个的第一弹簧(510)，其中N≥1，并且所述N个第一弹簧(510)中的每一个都在至少一个对应的附接点(520)上附接在所述弹簧承载结构(515)上，在至少一个对应的耦接点(525)上耦接在所述偏转元件(505)上，并且在该附接点(520)与该耦接点(525)之间延伸；并且
其中，在所述偏转元件(505)上存在三个点，所述三个点在其静止位置中限定了欧几里德辅助平面(H)，并且在所述辅助平面(H)中展开由所述三个点(535a，b，c)之间的连接直线(540)围成的面或直线区段，每个所述附接点(520)或其在所述辅助平面(H)上的相应垂直投影(P)位于所述面或直线区段上。
2.根据权利要求1所述的微型扫描器(500)，其中，所述偏转元件(505)在其静止位置中具有关于对称轴的旋转对称性，并且被布置为使所述对称轴延伸穿过由所述弹簧承载结构(515)展开的空间区域。
3.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(500)，其中，所述N个第一弹簧(510)分别仅附接在所述支撑结构上的所述弹簧承载结构(515)上，并且所述偏转元件(505)仅悬挂在所述第一弹簧(510)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(500)，其中，所述偏转元件(505)具有偏转板，所述偏转板具有形成于其中的留空。
5.根据权利要求4所述的微型扫描器(500)，其中，至少一个所述第一弹簧(510)至少分段地在所述留空内部延伸。
6.根据权利要求4或5所述的微型扫描器(500，2800)，还具有光学器件(635，640)，用于将入射的电磁射束转换为出射的、指向所述偏转元件(505)的电磁射束(L1)，所述电磁射束在其碰撞在所述偏转元件(505)上时发生径向强度变化，使得所述射束(L1)的径向强度最大值在所述留空的两个相对置的侧面围绕所述留空。
7.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(500，700，800，900)，其中，所述N个第一弹簧(510)中的至少一个被形成为，其在静止位置上在所述偏转元件(505)与所述弹簧承载结构(515)之间的有效弹簧长度大于在其于所述偏转元件(505)上的耦接点(525)和其于所述弹簧承载结构(515)上的附接点(520)之间出现的最小距离。
8.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(700；900)，其中，所述弹簧装置具有正好N＝2个第一弹簧(510)，该两个第一弹簧一起在所述弹簧承载结构(515)上形成对所述偏转元件(505)的双腿悬挂。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的微型扫描器(500；1000；1200)，其中，所述弹簧装置具有N＝4个第一弹簧(510)，该四个第一弹簧(510)一起在所述弹簧承载结构(515)上形成对所述偏转元件(505)的十字形悬挂。
10.根据权利要求9所述的微型扫描器(1000)，其中，所述四个第一弹簧(510)中的每两个弹簧形成一个由相同弹簧刚度的弹簧构成的弹簧对，而两个弹簧对中各自的第一弹簧(510)的弹簧刚度不同。
11.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(1100)，其中，所述支撑结构还具有框架结构(575)，所述框架结构至少在两侧围绕所述偏转元件(505)并且关于所述偏转元件的第一旋转振荡和第二旋转振荡是固定的，所述偏转元件(505)通过数量为M个的第二弹簧(570)附加地悬挂在所述框架结构上，其中M≥1。
12.根据权利要求11所述的微型扫描器(1100)，其中，所述偏转元件(505)通过所述N个第一弹簧(510)悬挂在所述弹簧承载结构(515)上限定了所述第一振动轴，并且所述偏转元件(505)通过所述M个第二弹簧悬挂在所述框架结构(575)上限定了所述第二振动轴。
13.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(1300)，其中，N≥2，并且所述偏转元件(505)在所述N个第一弹簧(510)的各个耦接点(525)之间延伸，使得所述偏转元件在此至少部分地桥接所述弹簧承载结构(515)。
14.根据权利要求13所述的微型扫描器(1300；1400)，其中，所述偏转元件(505)具有被构造为偏转板的基板，用于偏转入射的电磁射束，所述基板通过至少一个结合连接与一个或多个所述第一弹簧(510)连接或者与布置在一个或多个第一弹簧(510)与所述偏转板之间的中间体(585)连接。
15.根据分别引用权利要求11或12的权利要求13或14所述的微型扫描器(1400)，其中，所述弹簧装置还具有数量为K个的第三弹簧(605)，其中K≥1；其中，每个第三弹簧(605)一侧耦接到对应的第一弹簧(510)的相应耦接点(525)上或者必要时耦接到所述中间体(585)上，并且另一侧耦接到所述框架结构(575，595)上。
16.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(1500；1800；1900)，还具有封壳，至少所述偏转元件(505)和所述弹簧装置的弹簧(510，570，605)通过所述封壳被气密密封地封装，使得所述偏转元件(505)能振动地悬挂在所述封壳中以实施所述振荡；
其中，所述封壳具有桥接所述偏转元件(505)的胶囊部段(610)，待偏转的射束能够穿过所述胶囊部段入射到由所述封壳封装的空间区域(615)中，并且在其于所述偏转元件(505)上偏转之后从所述空间区域再次出射。
17.根据权利要求16所述的微型扫描器(1500；1800；1900)，其中，所述胶囊部段(610)具有圆顶形、平面形或横截面为矩形的U形形状。
18.根据权利要求16或17所述的微型扫描器(1500；1800；1900)，其中，所述胶囊部段(610)安装在第一层堆上，所述第一层堆具有第一层序列(580，575，590，595)，所述第一层序列在顺序、材料和/或所述第一层序列的各个层的厚度方面对应于第二层堆(515b，515a，505b，505)的第二层序列，由所述第二层堆制成所述偏转元件(505，505b)、所述弹簧装置(510，570，605)和所述弹簧承载结构(515)的组合。
19.一种根据前述权利要求中任一项所述的射束偏转系统，其中，所述微型扫描器关于所述两个振荡中的至少一个的品质因子至少为1000。
20.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(2400)，还具有：
承载基板(530)，承载所述弹簧承载结构(515)；和
致动器(545)，用于驱动所述偏转元件(505)的所述第一振荡和/或所述第二振荡；
其中，所述致动器(545)被机械地耦接在所述承载基板(530)上，以便在所述微型扫描器(500)运行时机械地作用于该承载基板，并在此至少通过所述弹簧承载结构(515)和所述第一弹簧(510)间接地引起对所述偏转元件(505)的驱动作用，以驱动所述偏转元件的第一振荡和/或第二振荡。
21.根据权利要求20所述的微型扫描器(2400；2500)，其中，所述致动器(545)被布置为与所述承载基板(530)或与所述致动器(545)连接的另一基板(625)中的腔体(620)相邻，使得所述致动器在运行时可以至少分段地实施延伸到所述腔体(620)中的运动。
22.根据权利要求20或21所述的微型扫描器(2400；2500)，其中，所述致动器(545)同时被构造为用于传感技术地检测所述偏转元件(505)的瞬时位置的传感器装置，或者被构造为这种传感器装置的一部分。
23.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(800；1200)，其中，在所述弹簧承载结构(515)或所述弹簧装置(510)上设置一个或多个致动器(545)或传感器，所述致动器或传感器连接在一个或多个信号或电流供应线路(660a，530a)上，所述信号或电流供应线路总体上至少分段地延伸穿过一个或多个设置在所述弹簧承载结构(515)中的开口。
24.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(800；1200)，其中，所述微型扫描器(800；1200)被配置为，使两个振动轴中较快振动轴的谐振频率f1与该两个振动轴中较慢振动轴的谐振频率f2的频率比适用于：f1/f2＝F+v，其中F是自然数(F＝1，2，3，...)，并且失谐v适用于：v＝(f1-f2)/f2，其中(f1-f2)<200Hz，其中v不是整数。
25.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(800；1200)，具有致动机构，该致动机构包括一个或多个致动器(545)用于驱动所述第一振荡和所述第二振荡，其中所述致动机构被配置为，使所述偏转元件处于关于所述第一振动轴和所述第二振动轴的双谐振振动中。
26.根据权利要求25所述的微型扫描器(800；1200)，其中，所述致动机构被配置为，使所述偏转元件能够关于所述第一振动轴和所述第二振动轴处于同时振动中，这两个振动轴中较快振动轴的振动频率f1与这两个振动轴中较慢振动轴的振动频率f2的频率比适用于：f1/f2＝F+v，其中F是自然数(F＝1，2，3，...)，并且失谐v适用于：v＝(f1-f2)/f2，其中(f1-f2)<200Hz，其中v不是整数。
27.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(500)的方法，其中所述方法包括：
提供板状的基板(660)，该基板具有两个彼此相对置的主表面；
从所述主表面中的第一主表面使所述基板(660)结构化，以便至少成比例地构成偏转元件(505)、支撑结构(515)和弹簧装置(510)；
从另一个主表面选择性地、至少成比例地曝露通过结构化构成的所述偏转元件(505)和所述弹簧装置(510)；以及
将曝露得到的微型扫描器组件(505，510，515)紧固在承载基板(530)上。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括下列过程中的至少一个：
-在所述基板(660)的主侧上的用于形成所述偏转元件(505)的表面区段上施加反射层(505a)；
-通过封壳(610)气密地封装被紧固在所述承载基板(530)上的微型扫描器组件；
-通过阳极的、共晶的或直接的结合方法或热压方法，将至少两个相邻的基板(530，545，575，580，590，595，610，625)结合在用于构造微型扫描器(500)的层堆内部；
-在弹簧承载结构(515)或所述弹簧装置(510)上产生一个或多个致动器(545)或传感器以及产生一个或多个信号或电流供应线路(660a)，所述信号或电流供应线路整体上至少分段地延伸穿过一个或多个设置在所述弹簧承载结构(515)中的开口，并且所述致动器(545)或传感器连接到所述信号或电流供应线路上。
CN202280057348.7A 2021-06-22 2022-06-21 具有中心镜悬架的利萨如微型扫描器及其制造方法 Pending CN117940823A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021116165.7 2021-06-22
DE102021116165.7A DE102021116165B3 (de) 2021-06-22 2021-06-22 Lissajous-mikroscanner mit zentraler spiegelaufhängung und verfahren zu seiner herstellung
PCT/EP2022/066828 WO2022268778A1 (de) 2021-06-22 2022-06-21 Lissajous-mikroscanner mit zentraler spiegelaufhängung und verfahren zu seiner herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117940823A true CN117940823A (zh) 2024-04-26

Family

ID=82258504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280057348.7A Pending CN117940823A (zh) 2021-06-22 2022-06-21 具有中心镜悬架的利萨如微型扫描器及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240295731A1 (zh)
EP (1) EP4359842A1 (zh)
CN (1) CN117940823A (zh)
DE (1) DE102021116165B3 (zh)
WO (1) WO2022268778A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023109108A1 (de) 2023-04-11 2024-10-17 Tdk Electronics Ag Mikroelektromechanischer Spiegel, Verfahren zum Betrieb eines mikroelektromechanischen Spiegels, Projektionsvorrichtung und Verwendung eines mikroelektromechanischen Spiegels
DE212024000012U1 (de) 2023-04-11 2024-06-25 Tdk Electronics Ag Mikroelektromechanischer Spiegel und Projektionsvorrichtung

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6906848B2 (en) * 2003-02-24 2005-06-14 Exajoule, Llc Micromirror systems with concealed multi-piece hinge structures
US7388700B1 (en) 2006-04-28 2008-06-17 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Ball joint gimbal mirror with actuator assembly
US7488082B2 (en) * 2006-12-12 2009-02-10 Angstrom, Inc. Discretely controlled micromirror array device with segmented electrodes
DE102009058762A1 (de) 2009-12-14 2011-06-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung, Projektionsvorrichtung zum Projizieren eines Bildes und Verfahren zum Ansteuern einer Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung
DE102011104556B4 (de) 2011-06-15 2021-03-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ablenkvorrichtung für einen Scanner mit Lissajous-Abtastung
DE102012222988B4 (de) 2012-12-12 2021-09-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanische Resonatoranordnung
DE102017200352A1 (de) * 2017-01-11 2018-07-12 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil, Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und Verfahren zum Anregen einer Bewegung eines verstellbaren Teils um eine Rotationsachse
CN110892306B (zh) * 2017-06-13 2022-02-22 三菱电机株式会社 光扫描装置以及光扫描装置的调整方法
JP6870699B2 (ja) * 2018-05-03 2021-05-12 株式会社村田製作所 拡大された画像領域を備える走査光学デバイス
DE102019207073B4 (de) 2019-05-15 2021-02-18 OQmented GmbH Bilderzeugungseinrichtung für ein scannendes Projektionsverfahren mit Bessel-ähnlichen Strahlen

Also Published As

Publication number Publication date
EP4359842A1 (de) 2024-05-01
WO2022268778A1 (de) 2022-12-29
US20240295731A1 (en) 2024-09-05
DE102021116165B3 (de) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106809796B (zh) 具有双轴致动的微机械结构及对应的mems设备
CN108710203B (zh) 静电驱动mems器件
JP6447683B2 (ja) 走査型微小電気機械反射鏡システム、光検出及び測距（ｌｉｄａｒ）装置、及び走査型微小電気機械反射鏡システムの作動方法
CN117940823A (zh) 具有中心镜悬架的利萨如微型扫描器及其制造方法
US8456727B2 (en) Actuator device for optical deflector
EP3447560B1 (en) A mems reflector system
US10969575B2 (en) MEMS reflector with center support
JP2009075309A (ja) 光走査素子およびその駆動方法、並びに光走査素子を用いた光走査プローブ
KR20080050131A (ko) 2차원 마이크로 광스캐너
KR20070028919A (ko) 미러 패키지 및 광 스캐너
US7420729B2 (en) Small thin film movable element, small thin film movable element array and method of driving small thin film movable element
JP6870699B2 (ja) 拡大された画像領域を備える走査光学デバイス
JP2012150350A (ja) 機能素子パッケージ、光走査装置、画像形成装置及び機能素子パッケージのパッケージング方法
US20220197042A1 (en) Image generating device for a scanning projection method with bessel-like beams
US11086122B2 (en) Microelectromechanical device having a structure tiltable through an actuation of the piezoelectric type
JP2009116151A (ja) 光偏向器、及びそれを用いた光学機器
CN217148569U (zh) 微机电设备
JP2008249412A (ja) 物体検知装置
JP5740819B2 (ja) 空間光変調器の製造方法、空間光変調器、照明光発生装置および露光装置
US20240288683A1 (en) Microscanner having meander spring-based mirror suspension
JP2010281853A (ja) 光偏向装置、画像形成装置および画像表示装置
EP4237895A1 (en) Micromechanical resonator wafer assembly and method of fabrication thereof
Grüger et al. New approach for MEMS scanning mirror for laser projection systems
JP2007086143A (ja) 可変焦点レンズおよび可変焦点ミラー
JP2016102895A (ja) 露光装置および露光方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination