-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Mikromechanisches Bauelement mit
Temperaturstabilisierung und auf ein Verfahren zur Einstellung einer
räumlich und zeitlich definierten Temperatur oder eines
räumlich und zeitlich definierten Temperaturverlaufes an einem
solchen mikromechanischen Bauelement. Die Erfindung ist beispielsweise
für den Einsatz reflektiv-mikromechanischer Bauelemente
in Präzisionsanwendungen mit hohen Anforderungen an die
Stabilität der mikromechanischen Bauelementeparameter,
wie z. B. für Display-, Telekommunikations-, Laser-Materialbearbeitung,
Ophthalmologie, Laser-Chirurgie, Satellitentechnik, Mikroskopie,
Holographie und Datenspeicheranwendungen geeignet.
-
Allgemein
stellen Einsatzgebiete mit signifikanten Schwankungen eines thermischen
Flusses in oder an einem mikromechanischen Bauelement durch elektromagnetische
und/oder thermische Faktoren wesentliche Anwendungsgebiete der Erfindung dar.
Solche Bauelemente mit signifikanten Schwankungen des thermischen
Flusses durch elektromagnetische Faktoren können beispielsweise
mikromechanische Bauelemente mit Einsatzmöglichkeiten im gesamten
elektromagnetischen Spektralbereich sein. Das heißt, die
mikromechanischen Bauelemente können im sichtbaren, im
ultravioletten, im nahen infraroten Strahlungsbereich, im Terahertzbereich oder
im Bereich weicher Röntgenstrahlung bis hin zur Strahlung
im Radiowellenbereich arbeiten.
-
Anwendungsgebiete
der vorliegenden Erfindung können Bauelemente für
signifikante elektromagnetische Leistungsdichten sein. Solche Bauelemente,
die inhärent eine erhebliche thermische Auswirkung auf
das mikromechanische Bauelement ausüben, können
beispielsweise Bauelemente für die Photolithographie, die
LIDAR-Erderkennung oder Bauelemente für LED-, Laser- oder
Masereinsatzfelder sein.
-
Weitere
Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung mit signifikanten Schwankungen
des thermischen Flusses durch thermische Faktoren stellen beispielsweise
mikromechanische Bauelemente mit hoher Temperaturdynamik, d. h.
beispielsweise Bauelemente für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik, der
Satellitentechnik, der Medizintechnik, der Tieftemperatursensorik,
der Vakuumtechnik oder für Sensor- und Aktorbauelemente
dar.
-
Thermische
Belastungen von reflektiv-mikromechanischen Bauelementen können
zur Änderung wichtiger Bauelemente Kenngrößen
führen. Bei reflektiv-mikromechanischen Bauelementen können sich
mikromechanisch-optische Schlüsselparameter, wie z. B.
im Falle eines Scannerspiegels die Resonanzfrequenz, die Auslenkposition
oder die Spiegelplanarität ändern. Die daraus
resultierenden Schwankungen von Systemkenngrößen,
wie beispielsweise der Abbildungstreue, der Positionierungsgeschwindigkeit
etc. machen eine adäquate Steuerung des thermischen Flusses
beim Einsatz der mikromechanischen Bauelemente insbesondere für
Laserpräzisionsanwendungen erforderlich. Dieses Problem
der thermischen Instabilität reflektiv-mikromechanischer
Bauelemente ist seit mehreren Jahren bekannt.
-
Bekannte
Verfahren zur Vermeidung thermischer Instabilitäten in
reflektiv-mikromechanischen Bauelementen umfassen beispielsweise
das Betreiben des reflektiv-mikromechanischen Bauelements bei hinreichend
kleinen elektromagnetischen Felddichten, die deshalb keinen signifikanten
thermischen Eintrag in das mikromechanische Bauelement verursachen.
-
Eine
weitere Möglichkeit thermische Instabilitäten
in mikromechanischen Bauelementen aufgrund der Wechselwirkung des
mikromechanischen Bauelementes mit elektromagnetischer Strahlung
zu vermindern, wird von Sandner u. a. („Highly
reflective optical coatings for high power applications of micro scanning
mirrors in the UV-VIS-NIR spectral region", Proceedings SPIE, Bd.
6.114 (2005)) durch die Erzeugung einer hohen Oberflächenreflexion
mit Vergütungsschichten zur Reduzierung der thermischen Einkopplung
erreicht.
-
Alternativ
können thermische Instabilitäten auch durch ein
spezielles Beleuchtungsschema im Laserbetrieb erreicht werden, wie
dies in der
WO 2005/015903
A1 beschrieben wird.
-
Wie
in der Patentschrift
WO
2005/078506 A1 beschrieben wird, kann zur Einstellung einer
stabilisierten Temperatur in einem mikromechanischen Bauelement
ein thermischer Kompensationsfluss mit einer lokalisierten elektrischen
Heizung in unterschiedlichen Bereichen des Bauelementes erzeugt werden.
-
Auch
ein zeitlich beschränkter Betrieb des mikromechanischen
Bauelementes mit „Ruhezeiten" kann durchgeführt
werden, um eine signifikante thermische Erwärmung zu vermeiden
oder zu minimieren.
-
Ein
weiterer Ansatz zur Verminderung thermischer Instabilitäten
in reflektiv-mikromechanischen Scannern basiert auf dem speziellen
Design von mechanischen Federn zur Aufhängung des Scanners mit
einer optimierten Wärmeableitung oder auf einer Gasspülung
des mikromechanischen Bauelementes zur Wärmeableitung.
-
Grundsätzlich
weisen die bisher bekannten Ansätze zur thermischen Stabilisierung
von mikromechanischen Bauelementen unterschiedliche Schwierigkeiten
bzw. Nachteile auf.
-
So
können beispielsweise die oben erwähnten Designänderungen
der Spiegelfedern für Scannerspiegel zu nicht optimalen
mechanischen Eigenschaften dieser thermisch optimierten Spiegelfedern führen.
-
Eine
lokale elektrische Heizung zur Temperaturstabilisierung eines mikromechanischen
Bauelementes kann nur partiell und gegebenenfalls mit einem erheblichen
zeitlichen Versatz auf Temperaturänderungen reagieren.
Zudem sind größere thermische Flussschwankungen
nur in begrenzten Fällen regelbar. Der Betrieb eines mikromechanischen
Bauelementes mit „Ruhezeiten" setzt der Arbeitsgeschwindigkeit
des mikromechanischen Bauelementes erhebliche Grenzen und ist deshalb
nicht wünschenswert.
-
Ein
spezielles Laserbeleuchtungsschema zur Vermeidung von thermischen
Instabilitäten in reflektiv-mikromechanischen Bauelementen,
wie oben erwähnt, kann partiell zur Kontrolle des thermischen Flusses
in dem Bauelement eingesetzt werden. Solch ein Beleuchtungsschema,
ist allerdings mit Hinblick auf den zu kompensierenden thermischen Fluss
in der zeitlichen und räumlichen Dynamik potentiell begrenzt.
-
Leistungsforderungen
industrieller Anwender nach hoher Präzision, beispielsweise
der Resonanzfrequenz von Mikroscannerspiegeln bei Laseranwendungen
oder der stabile Betrieb unter klimatisch schwankenden Einsatzbedingungen
bleiben mit den oben erwähnten Maßnahmen zur Temperaturstabilisierung
jedoch weiterhin beschränkt.
-
Eine
räumliche und zeitliche exakte Stabilisierung des thermischen
Flusses innerhalb des mikromechanischen Bauelementes ist gegenwärtig
nur partiell erreichbar. Wesentliche Beschränkungen sind
durch thermisch nahezu isolierend wirkenden mikromechanischen Bewegungselemente,
wie z. B. den Spiegelfedern bei Scannerspiegeln, bestimmt.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mikromechanisches Bauelement
mit Temperaturstabilisierung und ein Verfahren zur Einstellung einer
definierten zeitlich und räumlichen Temperatur oder eines
definierten zeitlich und räumlichen Temperaturverlaufes
an einem mikromechanischen Bauelement bereitzustellen, welches effizient
und mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung
eine Temperaturstabilisierung ermöglicht und die oben genannten
Nachteile vermeiden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein mikromechanisches Bauelement nach Anspruch
1 und ein Verfahren nach Anspruch 29 gelöst.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauelement,
mit folgenden Merkmalen:
einer mikromechanischen Funktionsstruktur;
und
einer der mikromechanischen Funktionsstruktur zugeordneten
elektromagnetischen Strahlungsheizung, die ausgebildet ist, um eine
zeitlich und räumlich definierte Temperatur oder einen
zeitlich und räumlich definierten Temperaturverlauf an
der mikromechanischen Funktionsstruktur zu bewirken.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Einstellung
einer zeitlich und räumlich definierten Temperatur oder
eines zeitlich und räumlich definierten Temperaturverlaufes
an einer mikromechanischen Funktionsstruktur eines mikromechanischen
Bauelementes, mit folgenden Schritten:
Bestrahlen der mikromechanischen
Funktionsstruktur mit einer von einer elektromagnetischen Strahlungsheizung
emittierten elektromagnetischen Strahlung;
Einstellen einer
zeitlich und räumlich definierten Temperatur oder eines
zeitlich und räumlich definierten Temperaturverlaufes an
der mikromechanischen Funktionsstruktur durch das Bestrahlen.
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ermöglichen die definierte Einstellung
des thermischen Flusses auf einem reflektiv-mikromechanischen Bauelementes
mit wahlweise hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung,
sowie die vorgebbare Deformation von Spiegelflächen durch
die Kombinationen der mikromechanischern Reflektoren mit partiell
strukturierten oder vollständig absorbierenden Belägen
oder Interferenzschichten mit definierten Schichtspannungen.
-
In
Ausführungsbeispielen wird (i) eine Steuerung des thermischen
Arbeitspunktes eines mikromechanischen Bauelementes mit wahlweiser
hoher zeitlicher Auflösung, (ii) die Möglichkeit
zur Feineinstellung und zur Stabilisierung der Resonanzfrequenz
mikromechanischer Bauelemente, (iii) die definierte Einstellung
hoher Betriebstemperaturen von mikromechanischen Bauelementen, (iv)
die Justierung der Phase einer Spiegelauslenkung beim dynamischen
Betrieb eines mikromechanischen Bauelementes, (v) die Anwendung
reflektiv-mikromechanischer Bauelemente in Einsatzbereichen mit
stark schwankender thermischer und elektromagnetischer Belastung,
und (vi) die Erhöhung der optischen Leistung eines mikromechanischen
Bauelements durch optimierte Abbildungseigenschaften der reflektierenden
Spiegeloberfläche gezeigt. Dadurch ergeben sich neue Anwendungsfelder
in Präzisionsoptiken bis hin zu Hochleistungs-Laseranwendungen
und in klimatisch extremen Einsatzgebieten.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines mikromechanischen Bauelementes mit
Temperaturstabilisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
weitere Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung mit einer Absorptions- bzw. Interferenzschicht, einer
Steuerung und einem Sensor;
-
3 zeigt
die schematische Darstellung eines Scannerspiegels mit optischer
Temperaturstabilisierung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
4 ein
Flussdiagramm zum Verfahren zur Einstellung einer definierten Temperatur
oder eines definierten Temperaturverlaufes in einem mikromechanischen
Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung; und
-
5 ein
Flussdiagramm zum Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen
Bauelementes für den Einsatz als mikromechanischer Aktor
oder Sensor.
-
In 1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Mikrobauelements
gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Ein mikromechanisches Bauelement 1 weist eine
mikromechanische Funktionsstruktur 3 auf und eine der mikromechanischen
Funktionsstruktur zugeordnete elektromagnetische Strahlungsheizung 5, welche
durch die räumlich und zeitlich exakte Emittierung von
elektromagnetischer Strahlung 4 eine räumlich
und zeitlich definierte Temperatur und/oder einen räumlichen
und zeitlichen definierten Temperaturverlauf an der mikromechanischen
Funktionsstruktur 3 erzielen kann. Die mikromechanische
Funktionsstruktur ist über Federn 7 in dem mikromechanischen Bauelement
aufgehängt. Bei dem mikromechanischen Bauelement 1 kann
es sich um einen Scannerspiegel handeln und bei der mikromechanischen Funktionsstruktur
um eine entsprechende Spiegelplatte desselben.
-
Mikromechanische
Bauelemente weisen häufig in Folge thermischer Einflüsse
eine Veränderung mikromechanisch-optischer Schlüsselparameter,
wie z. B. der Resonanzfrequenz, der Auslenkposition und der Spiegelplanarität
eines Scannerspiegels, auf. Diese unerwünschten Schwankungen
können unter anderem durch Bestrahlung mit mittleren und
hohen Lichtintensitäten oder durch thermische Umgebungsschwankungen
verursacht werden. Diese unerwünschten Schwankungen werden
gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine gezielte
Steuerung des thermischen Flusses an der mikromechanischen Funktionsstruktur
mittels einer elektromagnetischen Strahlungsheizung kompensiert.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung zur Umsetzung dieses
Prinzips ist die direkte Aufheizung der mikromechanischen Funktionsstruktur
mit einer elektromagnetischen Strahlungsheizung auf eine im Vergleich
zur Umgebung erhöhten Temperatur. Diese erhöhte
Temperatur kann beispielsweise zwischen 35°C und 50°C
liegen, also z. B. 40°C betragen.
-
Bei
der Einwirkung externer thermischer Schwankungen durch Wärmezufuhr,
z. B. durch eine Laserstrahlung im Display- oder Scanner-Betrieb,
die zu einem Temperaturanstieg oder auch zu einer Abkühlung
führen, kann durch zeitliche und gegebenenfalls räumliche
Intensitätsmodulation der elektromagnetischen Strahlungsheizung 5 die
mittlere Temperatur der optisch wirksamen Spiegelanteile einer Funktionsstruktur
angepasst bzw. kompensiert werden. Das heißt, Temperaturschwankungen
werden für das mikromechanische Bauelement durch eine angepasste Änderung
des internen Wärmeflusses regulierbar.
-
Bei
der mikromechanischen Funktionsstruktur 3 kann es sich,
wie oben bereits beschrieben, um eine Spiegelplatte eines Scannerspiegels
handeln, die beispielsweise in einer Siliziumstruktur ausgebildet
ist und an Torsionsfedern in einer Rahmenstruktur aufgehängt
ist. Die elektromagnetische Strahlungsheizung 5 kann sich
unterhalb der Spiegelplatte befinden und diese von der Rückseite
auf die gewünschte Temperatur erwärmen. Alternativ
kann die der mikromechanischen Funktionsstruktur zugeordnete elektromagnetische
Strahlungsheizung außerhalb des mikromechanischen Bauelementes 1 angeordnet
sein und mit der mikromechanischen Funktionsstruktur Wechselwirken,
um diese auf eine räumlich und zeitlich definierte Temperatur
zu bringen bzw. einen räumlichen und zeitlichen definierten
Temperaturverlauf in derselben zu erzeugen. Durch den Einsatz einer
Strahlungsheizung können z. B. die thermisch isolierende
Wirkung der Spiegelfedern 7 des mikromechanischen Scannerbauelements 1 zur Steuerung
des thermischen Flusses auf dem Spiegelbauelement 3 umgangen
werden. Durch die Erwärmung mit der von der elektromagnetischen
Strahlungsheizung emittierten elektromagnetischen Strahlung können
Wärmeströme sehr hoher Intensität, mittels
variabler Lichtquellen, welche als Strahlungsheizung dienen, sowohl
zeit-, als auch ortsaufgelöst in das mikromechanische System
eingebracht werden. Daraus resultiert eine große Vielfalt
thermischer Regelungsmöglichkeiten für das mikromechanische Bauelement
beginnend bei fest definierten Strahlungsheizströmen, hervorgerufen
durch die elektromagnetische Strahlung, die von der mikromechanischen
Funktionsstruktur absorbiert wird, bis hin zu rückgekoppelten,
zeitlich modulierten Regelkreisen. Die elektromagnetische Strahlungsheizung
ermöglicht also eine umfassende Manipulation, beispielsweise
der Spiegeltemperatur eines Scanners und stellt damit eine deutliche
Erweiterung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik
dar.
-
In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
dargestellt. In dem schematischen Querschnitt des mikromechanischen
Bauelementes 1 befindet sich wieder eine mikromechanische
Funktionsstruktur 3, welche an der Torsionsfedern 7 aufgehängt
ist. Die mikromechanische Funktionsstruktur 3 kann teilweise
oder ganzflächige Absorptions- oder Interferenzschichten 6 aufweisen,
die gegenüber einer elektromagnetischen Strahlung 4, welche
von der elektromagnetischen Strahlungsheizung 5 emittiert
wird, eine hohe Absorption aufweisen. Dadurch kann gewährleistet
werden, dass die mikromechanische Funktionsstruktur 3 schnell
und auch hinsichtlich des Leistungsverbrauches der elektromagnetischen
Strahlungsheizung effizient auf eine definierte Temperatur gebracht
werden kann.
-
Das
mikromechanische Bauelement 1 kann ferner eine Steuerung 9 aufweisen,
die wirksam mit der elektromagnetischen Strahlungsheizung zur Einstellung
der räumlich und zeitlich definierten Temperatur oder des
räumlich und zeitlich definierten Temperaturverlaufes an
der mikromechanischen Funktionsstruktur verbunden ist. Die Steuerung 9 kann
in dem mikromechanischen Bauelement integriert sein oder aber über
externe Steuerleitungen mit der elektromagnetischen Strahlungsheizung
wirksam verbunden sein.
-
Die
Steuerung kann ausgebildet sein, um eine von der elektromagnetischen
Strahlungsheizung abgegebene Strahlungsleistung zu variieren. Dazu
kann die Steuerung so ausgebildet sein, um ein internes oder ein
externes Steuerungssignal zu empfangen, so dass daraufhin eine Änderung
der abgegebenen Strahlungsleistung erfolgt.
-
Die
elektromagnetische Strahlungsheizung kann dazu außerdem
einen zugeordneten Sensor 10 aufweisen, der wirksam mit
der Steuervorrichtung verbunden ist und in Abhängigkeit
eines von diesem Sensor erzeugten internen oder externen Sensor- oder
Steuersignals die Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlungsheizung
moduliert, so dass beispielsweise die Resonanzfrequenz oder ein anderer
wichtiger funktionaler Bauelementeparameter des mikromechanischen
Bauelementes regelbar ist.
-
Durch
die gezielte Erwärmung der Spiegelplatte 3 kann
auch eine vorgebbare Deformation der Spiegelflächen durch
eine Kombination der mikromechanischen Reflektoren mit partiell
strukturierten oder vollständig absorbierenden Belägen 6 oder
Interferenzschichten mit definierten Schichtspannungen erzielt werden.
Das heißt, die mikromechanische Funktionsstruktur kann
Absorptionsschichten oder Interferenzschichten für einen
bestimmten Wellenlängenbereich der elektromagnetischen
Strahlungsheizung aufweisen, so dass sich durch die Bestrahlung
mit der elektromagnetischen Strahlungsheizung eine vorgebare Deformation
der mikromechanischen Funktionsstruktur erreichen lässt.
-
Die
elektromagnetische Strahlungsheizung 5 kann in Ausführungsbeispielen
der Spiegelplatte 3 derart zugeordnet sein, dass die Oberseite
oder die Unterseite durch die emittierte elektromagnetische Strahlung
auf eine räumlich und zeitlich definierte Temperatur bzw.
einen räumlichen und zeitlichen definierten Temperaturverlauf
gebracht werden kann.
-
In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Bei dem dargestellten mikromechanischen Bauelement
handelt es um ein Laserscannerbauelement 1 zur Lichtmodulation
eines gepulsten Hochleistungsultraviolettenlasersystems. Eine partiell
absorbierte ultraviolette Laserstrahlung kann zu einer Verstimmung
der Modulatorresonanzfrequenz des Laserscannerbauelementes führen.
Durch die Integration einer effizienten organischen lichtemittierenden
(OLED-)Lichtquelle 5, die als Strahlungsheizung mit höchster
Energieeffizienz, beispielsweise im grünen Spektralbereich,
unterhalb des Scannerspiegels 3 dient, kann mit einem minimalen
Leistungsbedarf der Strahlungsheizung diese Verstimmung der Modulatorresonanzfrequenz verhindert
werden. Dies kann durch eine thermische Temperaturstabilisierung
des Scannerspiegels mittels der OLED-Strahlungsheizung erfolgen.
-
Der
Scannerspiegel 3 kann eine spektral angepasste Absorberschicht
für den grünen Spektralbereich der OLED an der
Unterseite des Scannerspiegels 3 aufweisen. Dadurch kann
auch ebenfalls ein minimaler Leistungsbedarf der Strahlungsheizung
sichergestellt werden.
-
Das
mikromechanische Bauelement 1 kann außerdem Mittel
zur Modulation der OLED-Lichtquelle mit einem zeitlich gekoppelten
Pulsbetrieb zum ultravioletten Nutzsignal aufweisen. Dieses Mittel
zur Modulation der elektromagnetischen Strahlungsheizung 5 kann
eine interne oder eine externe Steuervorrichtung für die
Lichtintensität der elektromagnetischen Strahlungsheizung
sein. Durch die Steuervorrichtung kann eine thermische Kompensation
des Gesamtsystems und eine Stabilisierung der Resonanzfrequenz des
Scannerspiegels mit minimaler elektrischer Leistung erreicht werden.
Dazu kann das Scannerbauelement 1 oberhalb einer Umgebungstemperatur
auf eine nahezu konstante Betriebstemperatur durch die Leistungsmodulation
der OLED eingestellt werden.
-
Bei
den in den Ausführungsbeispielen dargestellten mikromechanischen
Bauelementen kann es sich um ein reflektiv-mikromechanische Bauelement, für
den Einsatz als mikromechanische Aktor oder Sensor handeln. Dabei
kann das Bauelement eine elektromagnetische Quelle mit mindestens
einer vorgebbaren Wellenlänge aufweisen, welche durch die Absorptionsmaterialeigenschaften
des mikromechanischen Bauelementes oder mindestens einer seiner Beschichtungen
bestimmt ist, und zur elektromagnetischen Aufheizung des reflektiv-mikromechanischen Bauelementes
verwendet werden kann.
-
Das
mikromechanische Bauelement kann auch für die optische
Modulation von Systemen, welche OLED-, lichtemittierende Dioden-(LED),
Laser- oder Maser-Strahlungsquellen aufweisen, eingesetzt werden.
-
Die
elektromagnetische Heizung mit ihrem Strahlungsfeld kann beispielsweise
Teilbereiche der mikromechanischen Funktionsstruktur oder die gesamte
mikromechanische Funktionsstruktur bestrahlen. Falls es sich bei
der mikromechanischen Funktionsstruktur um eine Spiegelplatte handelt
können also entweder die gesamte Spiegelplatte oder aber nur
Teile der optisch wirksamen Spiegelfläche von der elektromagnetischen
Strahlungsheizung bestrahlt werden.
-
Handelt
es sich beispielsweise bei der mikromechanischen Funktionsstruktur
um eine reflektierende, verspiegelte Funktionsstruktur, so kann
die elektromagnetische Heizung direkt auf der optisch genutzten
reflektierenden Spiegelstruktur oder der dieser abgewandten Fläche
wirksam werden.
-
In
einem anderen Ausführungsbeispiel kann die elektromagnetische
Strahlungsheizung auch dazu genutzt werden, die Phasenlage der Spiegelauslenkung
des Scannerspiegels zu korrigieren oder einzustellen. Der an Federn
aufgehängte Scannerspiegel kann als schwingendes System
betrachtet werden, welches z. B. periodisch eine elektrische Anregung
erfährt um die Schwingung aufrecht zu erhalten. Deshalb
kann diese Schwingung mit einer bestimmten Phasenlage beschrieben
werden. Dementsprechend kann das schwingende System mit der Spiegelplatte
auch eine Resonanzfrequenz aufweisen, die durch die elektromagnetische
Strahlungsheizung in Abhängigkeit eines vorgebbaren Algorithmus definiert
oder justiert werden kann.
-
Dieser
Algorithmus kann beispielsweise durch eine externe oder interne
Steuervorrichtung die zeitliche und räumliche Emission
der elektromagnetischen Strahlungsheizung steuern. Die elektromagnetische
Strahlungsheizung kann also in Abhängigkeit eines internen
oder externen Sensorsignals die Resonanzfrequenz des mikromechanischen
Bauelementes regeln.
-
Die
elektromagnetische Strahlungsheizung kann auch in Abhängigkeit
einer externen Strahlungsquelle im optischen System die Temperatur
und damit die Resonanzfrequenz des mikromechanischen Bauelementes
regeln.
-
Die
elektromagnetische Strahlungsheizung kann eine Laserdiode, eine
lichtemittierende Diode (LED), eine organische lichtemittierende
Diode (OLED), einen Laser, ein Maser oder beispielsweise auch ein
keramischer Heizstab sein.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
können Streuanteile, Reflexionsanteile oder direkte Strahlungsanteile
der von der Strahlungsheizung emittierten elektromagnetischen Strahlung
zur Detektion oder Einstellung von Bauelementeigenschaften des mikromechanisches
Bauelementes genutzt werden. Diese Streu-, Reflexions- oder direkten
Strahlungsanteile der elektromagnetischen Heizstrahlung können
also auch zur Detektion oder Einstellung der Spiegelposition, der
Auslenkphase oder der Resonanzfrequenz eines Scannerspiegels genutzt
werden.
-
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel können Anteile der
Heizstrahlung zur Detektion oder Einstellung der Spiegelplanarität,
der Spiegeldeformation oder der Spiegeltemperatur eines reflektiv-optischen
Bauelementes verwendet werden.
-
Das
mikromechanische Bauelement kann gemäß Ausführungsbeispielen
Absorptionsbereiche oder Interferenzschichten für eine
optimierte Absorption der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsheizung
besitzen. Die Absorptionsbereiche oder Interferenzschichten können
teilweise oder vollständig auf Oberflächen des
mikromechanischen Bauelementes abgeschieden oder strukturiert worden
sein.
-
In
weiteren Ausführungsbeispielen kann das mikromechanische
Bauelement Absorptionsfilme oder Interferenzschichten mit vorgebbaren
Schichtspannungen zur thermisch modulierbaren Deformation der Spiegelfläche
mit Hilfe der elektromagnetischen Strahlungsheizung besitzen. Die
Absorptionsfilme oder Interferenzschichten mit vorgebbaren Schichtspannungen
können teilweise oder vollständig auf Oberflächen
des mikromechanischen Bauelementes abgeschieden und strukturiert
sein.
-
In 4 ist
ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Einstellung einer definierten
Temperatur oder eines definierten Temperaturverlaufes in einer mikromechanischen
Funktionsstruktur eines mikromechanischen Bauelementes dargestellt.
-
Das
Verfahren zur Einstellung einer räumlich und zeitlich definierten
Temperatur oder eines räumlich und zeitlich definierten
Temperaturverlaufes in einer mikromechanischen Funktionsstruktur
eines mikromechanischen Bauelementes, mit einer der mikromechanischen
Funktionsstruktur zugeordneten elektromagnetischen Strahlungsheizung
kann ein Bereitstellen 30, sowie ein funktionales Betreiben 32 des
mikromechanischen Bauelementes aufweisen. Das Verfahren weist ein
Bestrahlen 34 der mikromechanischen Funktionsstruktur mit
einer elektromagnetischen Strahlung auf, welche von der elektromagnetischen
Strahlungsheizung emittiert wird und ein Einstellen 36 einer
räumlich und zeitlich definierten Temperatur oder eines
räumlich und zeitlich definierten Temperaturverlaufes der
mikromechanischen Funktionsstruktur durch das Bestrahlen 34.
-
Das
Bestrahlen 34 der mikromechanischen Funktionsstruktur zur
Einstellung einer definierten räumlichen und zeitlichen
Temperatur oder eines räumlich und zeitlich definierten
Temperaturverlaufes durch die elektromagnetische Strahlungsheizung kann
so durchgeführt werden, dass die Intensität einer
von der elektromagnetischen Strahlungsheizung emittierten Strahlung
zeitlich vorgebbar variiert wird.
-
Die
Bestrahlung der mikromechanischen Funktionsstruktur kann so durchgeführt
werden, dass diese in Abhängigkeit eines internen oder
externen Sensorsignals die Einstellung der definierten Temperatur
oder des definierten Temperaturverlaufes der mikromechanischen Funktionsstruktur
regelt.
-
Dazu
kann das Verfahren ferner ein Steuern der räumlichen und
zeitlichen Emission einer Heizstrahlung der elektromagnetischen
Strahlungsheizung aufweisen. Das Einstellen 36 kann als
ein Steuern durchgeführt werden. Das Steuern kann dabei mit
Hilfe von Sensorsignalen eines Sensors der be stimmte Bauelementeigenschaften überwacht
und Sensorsignale an eine Steuereinrichtung überträgt, die
daraufhin die elektromagnetische Strahlungsheizung steuert erfolgen.
-
In
einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das
Steuern auch nach einem vorbestimmten Algorithmus durchgeführt
werden, weshalb dann auch kein Sensorsignal benötigt wird.
-
In
Ausführungsbeispielen kann das Bestrahlen der mikromechanischen
Funktionsstruktur mit einer außerhalb des mikromechanischen
Bauelementes angeordneten elektromagnetischen Strahlungsheizung
erfolgen. Die Einstellung 36 einer definierten Temperatur
durch die elektromagnetische Strahlungsheizung des mikromechanischen
Bauelementes kann so durchgeführt werden, dass die definierte Temperatur
mindestens 5°C über der Umgebungstemperatur des
mikromechanischen Bauelementes liegt.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung
eines mikromechanischen Bauelementes. Das Verfahren (5) weist
einen Einbau 50 oder eine Integration einer elektromagnetischen
Strahlungsheizung in das mikromechanische Bauelement auf, wobei
das mikromechanische Bauelement ein reflektiv-mikromechanisches
Bauelement, für den Einsatz als mikromechanischer Aktor
oder Sensor, sein kann. Das Bauelement kann eine elektromagnetische
Quelle mit mindestens einer vorgebbaren Wellenlänge aufweisen, wobei
die Wellenlänge durch absorbierende Materialeigenschaften
des Bauelementes oder mindestens einer seiner Beschichtungen bestimmt
ist.
-
Das
Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Bauelementes kann
ferner ein Abscheiden 52 und ein Strukturieren 54 von
Absorptionsfilmen oder Interferenzschichten, teilweise oder vollständig
auf Oberflächen des mikromechanischen Bauelementes, zur
optimierten Absorption der emit tierten elektromagnetischen Strahlung
der Strahlungsheizung aufweisen.
-
Gemäß anderer
Ausführungsbeispiele kann das Verfahren ferner ein Abscheiden 52 und
ein Strukturieren 54 von Absorptionsfilmen oder Interferenzschichten
mit vorgegebenen Schichtspannungen, teilweise oder vollständig
auf Oberflächen des reflektiv-mikromechanischen Bauelementes,
zu einer thermisch modulierbaren Deformation einer Spiegelfläche
eines reflektiv-mikromechanischen Bauelementes mittels angewandter
Strahlungsheizung aufweisen. Es sollte darauf hingewiesen werden,
dass die in 5 angegebene Reihenfolge der
Herstellungsschritte keine Einschränkung darstellt, da
die Herstellungsschritte vertauschbar sind.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/015903
A1 [0008]
- - WO 2005/078506 A1 [0009]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Highly
reflective optical coatings for high power applications of micro
scanning mirrors in the UV-VIS-NIR spectral region", Proceedings
SPIE, Bd. 6.114 (2005) [0007]