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Die Erfindung bezieht sich auf ein mikromechanisches System mit Temperaturstabilisierung. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Alternativ können thermische Instabilitäten auch durch ein spezielles Beleuchtungsschema im Laserbetrieb erreicht werden, wie dies in der
WO 2005/015903 A1 beschrieben wird.
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Wie in der
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.
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Auch ein zeitlich beschränkter Betrieb des mikromechanischen Bauelementes mit „Ruhezeiten” kann durchgeführt werden, um eine signifikante thermische Erwärmung zu vermeiden oder zu minimieren.
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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.
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Grundsätzlich weisen die bisher bekannten Ansätze zur thermischen Stabilisierung von mikromechanischen Bauelementen unterschiedliche Schwierigkeiten bzw. Nachteile auf.
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So können beispielsweise die oben erwähnten Designänderungen der Spiegelfedern für Scannerspiegel zu nicht optimalen mechanischen Eigenschaften dieser thermisch optimierten Spiegelfedern führen.
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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 Fallen regelbar. Der Betrieb eines mikromechanischen Bauelementes mit „Ruhezeiten” setzt der Arbeitsgeschwindigkeit des mikromechanischen Bauelementes erhebliche Grenzen und ist deshalb nicht wünschenswert.
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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.
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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.
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Eine räumlich und zeitlich exakte Stabilisierung des thermischen Flusses innerhalb des mikromechanischen Bauelementes ist gegenwärtig nur partiell erreichbar. Wesentliche Beschränkungen sind durch thermisch nahezu isolierend wirkende mikromechanische Bewegungselemente, wie z. B. die Spiegelfedern bei Scannerspiegeln, bestimmt.
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Die
US 5,969,465 A beschreibt eine mikromechanische Struktur und Mittel um eine Resonanzfrequenz der mikromechanischen Struktur mittels eines elektrischen oder thermoelektrischen Wärmeeintrags in Torsionsfedern der mikromechanischen Struktur zu verändern.
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Die
US 6,297,898 B1 zeigt eine optische Ablenkeinheit, welche an der Spitze einer Torsionsfeder einen Spiegel aufweist der Torsionsschwingungen ausführen kann. Zur Vermeidung von Änderungen der Resonanzfrequenz durch Temperaturfluktuationen wird eine elektrische Heizung für die Torsionsfeder vorgeschlagen.
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Die
US 2006/0033980 A1 zeigt eine mikromechanische Anordnung zur Lichtmodulation, die ein Temperaturkontrollelement, wie z. B. einen Heizwiderstand oder ein Peltierelement aufweist, um eine gewünschte Temperatur an dem Lichtmodulator einzustellen.
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Die
US 4,772,786 A beschreibt ein oszillierendes optisches Gerät, bei dem der Schwingkörper mittels einer Lichtquelle unter Verwendung des photothermischen Effektes angetrieben wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mikromechanisches System mit Temperaturstabilisierung bereitzustellen, welches effizient und mit hoher zeitlicher und/oder räumlicher Auflösung eine Temperaturstabilisierung ermöglicht und die oben genannten Nachteile vermeiden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein mikromechanisches System gemäß Anspruch 1 gelöst.
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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 mikromechanischen Reflektoren mit partiell strukturierten oder vollständig absorbierenden Belägen oder Interferenzschichten mit definierten Schichtspannungen.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines mikromechanischen Bauelementes mit Temperaturstabilisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine weitere Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer Absorptions- bzw. Interferenzschicht, einer Steuerung und einem Sensor;
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3 zeigt die schematische Darstellung eines Scannerspiegels mit optischer Temperaturstabilisierung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Einstellung einer definierten Temperatur oder eines definierten Temperaturverlaufes in einem mikromechanischen Bauelement; und
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5 ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelementes für den Einsatz als mikromechanischer Aktor oder Sensor.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das mikromechanische Bauelement kann auch für die optische Modulation von Systemen, welche OLED-, lichtemittierende Dioden-(LED), Laser- oder Maser-Strahlungsquellen aufweisen, eingesetzt werden.
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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.
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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.
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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.
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Die elektromagnetische Strahlungsheizung kann auch in Abhängigkeit einer externen Strahlungsquelle im optischen System die Temperatur und damit die Resonanzfrequenz des mikromechanischen Bauelementes regeln.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In 4 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Einstellung einer definierten Temperatur oder eines definierten Temperaturverlaufes in einer mikromechanischen Funktionsstruktur eines mikromechanischen Bauelementes dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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 bestimmte Bauelementeigenschaften überwacht und Sensorsignale an eine Steuereinrichtung überträgt, die daraufhin die elektromagnetische Strahlungsheizung steuert erfolgen.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Steuern auch nach einem vorbestimmten Algorithmus durchgeführt werden, weshalb dann auch kein Sensorsignal benötigt wird.
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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.
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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.
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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 emittierten elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsheizung aufweisen.
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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.
