DE102008043112A1 - Micromechanical components and method for operating a micromechanical component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil (100) mit einem Spiegelelement (50), einem Antrieb, welcher dazu ausgelegt ist, das Spiegelelement (50) um mindestens eine Drehachse zu verstellen, und mindestens einem Vibrationselement (90), welches dazu ausgelegt ist, zumindest eine reflektierende Oberfläche (56) des Spiegelelements (50) in eine Vibrationsbewegung senkrecht zu der ersten Drehachse zu versetzen. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein mikromechanisches Bauteil (100) mit einem Lichtfenster (86) und mindestens einem Vibrationselement (90), welches dazu ausgelegt ist, zumindest eine Grenzfläche (102) des Lichtfensters (86) in eine Vibrationsbewegung senkrecht zu der ersten Drehachse zu versetzen. Des Weiteren betrifft die Erfindung entsprechende Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils.The invention relates to a micromechanical component (100) having a mirror element (50), a drive which is designed to adjust the mirror element (50) about at least one axis of rotation, and at least one vibration element (90) which is designed at least to set a reflective surface (56) of the mirror element (50) in a vibratory motion perpendicular to the first axis of rotation. In addition, the invention relates to a micromechanical component (100) having a light window (86) and at least one vibration element (90) which is designed to set at least one boundary surface (102) of the light window (86) in a vibratory motion perpendicular to the first axis of rotation , Furthermore, the invention relates to corresponding methods for operating a micromechanical component.
Description
Die Erfindung betrifft mikromechanische Bauteile und Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils.The The invention relates to micromechanical components and methods of operation a micromechanical component.
Stand der TechnikState of the art
Ein als Mikrospiegel ausgebildetes mikromechanisches Bauteil mit einem Spiegelelement, welches mittels eines Antriebs um mindestens eine Drehachse verstellbar ist, kann beispielsweise in einem Projektor zum Abrastern einer Zeile oder einer Fläche verwendet werden. Manchmal weist der Mikrospiegel zusätzlich ein Lichtfenster auf, durch welches ein an einer reflektierenden Oberfläche des Spiegelelements abgelenkter Lichtstrahl auf die abgerasterte Zeile oder Fläche fällt.One formed as a micromirror micromechanical component with a Mirror element, which by means of a drive about at least one axis of rotation is adjustable, for example, in a projector for scanning a line or a surface be used. Sometimes the micromirror has an additional one Light window, through which a on a reflective surface of the mirror element deflected light beam falls on the scanned line or surface.
Häufig wird zum Abrastern ein kohärenter Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, verwendet. Allerdings treten bei einem mittels des kohärenten Lichtstrahls erzeugten Bild häufig unerwünschte Intensitätsmaxima und/oder Intensitätsminima auf, welche als Speckle bezeichnet werden. Die Speckle tragen häufig zu einer wesentlichen Verschlechterung der optischen Qualität des erzeugten Bilds bei. Man spricht dabei auch von einem Speckle-Effekt.Frequently becomes for scanning a coherent light beam, For example, a laser beam used. However, they do occur one by means of the coherent one Light beam generated image frequently undesired intensity maxima and / or intensity minima on, which are referred to as speckle. The speckle often wear a significant deterioration of the optical quality of the generated Picture at. This is also called a speckle effect.
Der
schematisch dargestellte Mikrospiegel weist eine Spiegelplatte
Der
einfallende Lichtstrahl
Der
einfallende Lichtstrahl
Die
reflektierende Oberfläche
In
Wie
beim Vergleich der
Aus
dem Stand der Technik ist keine kostengünstige Möglichkeit bekannt, eine reflektierende Oberfläche
Es ist deshalb wünschenswert, über eine kostengünstige Möglichkeit zu verfügen, um den Speckle-Effekt bei der Reflektion eines einfallenden Lichtstrahls an einer reflektierenden Oberfläche zu reduzieren oder zu vermeiden.It is therefore desirable over a cost effective way to dispose of to the speckle effect in the reflection of an incident light beam on a reflective surface to reduce or avoid.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 7, ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The invention provides a micromechanical component having the features of claim 1, a micromechanical component having the features of claim 7, a method for operating a Micromechanical device having the features of claim 8 and a method of operating a micromechanical device having the features of claim 10.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Vorliegen von Speckle in einem Bild verhinderbar ist, indem das Auftreten von zeitlich konstanten Differenzen zwischen den Wegstrecken der einzelnen Kugelwellen eines reflektierten Lichtstrahls vermieden wird. Somit wird der Speckle-Effekt verhindert, wenn keine zeitlich konstanten (konstruktiven und/oder destruktiven) Interferenzen auftreten. Sogenannte dynamische Interferenzen, deren Werte zeitlich variieren und sich somit über eine Zeitdauer herausmitteln, tragen nicht zum Auftreten von Speckle bei. Es ist deshalb vorteilhaft, die Wellenfront des reflektierten Lichtstrahls während der Beleuchtung einer Auftreff-Position zeitlich so zu verändern, dass keine statischen Interferenzen entstehen können.The The present invention is based on the finding that the presence by Speckle in a picture is preventable by the occurrence of time constant differences between the distances of the individual spherical waves of a reflected light beam avoided becomes. Thus, the speckle effect is prevented if no time Constant (constructive and / or destructive) interference occur. So-called dynamic interference whose values vary over time and vary thus over remove a period of time, do not contribute to the appearance of Speckle at. It is therefore advantageous to reflect the wavefront of the reflected Beam during to change the lighting of an impact position in time so that no static interference may arise.
Zusätzlich basiert die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine zeitliche Variation der Phasendifferenzen der an einer brechenden Ebene gebildeten Kugelwellen zu Interferenzen führt, welche nicht mehr statisch sondern dynamisch sind. Die Interferenzen sind in diesem Fall nicht mehr zeitlich konstant und mitteln sich zeitlich heraus. Man spricht dabei auch von dynamischen Speckle. Aufgrund der Trägheit des menschlichen Auges sind die dynamischen Speckle für einen Betrachter kaum oder nicht wahrnehmbar. Somit bietet diese Vorgehensweise eine Möglichkeit, um den Speckle-Effekt zu reduzieren oder zu verhindern.Additionally based the present invention based on the finding that a temporal Variation of the phase differences of the formed at a refractive plane Spherical waves leads to interference, which are no longer static but dynamic. The interference in this case are no longer constant in time and average each other out in time. This is also referred to as dynamic speckle. Due to the inertia of the human eye are the dynamic speckles for one Viewer hardly or not perceptible. Thus, this approach offers a Possibility, to reduce or prevent the speckle effect.
Des Weiteren beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine einfach ausführbare Möglichkeit zum Erzeugen von dynamischen Speckle liegt darin, eine Fläche, an welcher ein zum Erzeugen eines Bildes verwendeter Lichtstrahl gebrochen wird, in eine Vibrationsbewegung zu versetzen. Die Fläche, an welcher der Lichtstrahl gebrochen wird, kann beispielsweise eine reflektierende Oberfläche eines Spiegelelements und/oder eine Grenzfläche eines Lichtfensters sein. Man kann dies auch so beschreiben, dass die brechende Fläche, auf welcher die Kugelwellen gebildet werden, dynamisch modifiziert wird.Of Furthermore, the present invention is based on the finding that an easy executable possibility for generating dynamic speckle lies therein, an area at which a light beam used to form an image is refracted is going to put in a vibratory motion. The area, on which the light beam is refracted, for example, a reflective surface a mirror element and / or an interface of a light window. This can also be described as the refracting surface on which the spherical waves are formed, dynamically modified.
Die vorgeschlagene Lösung zum Verbessern eines optischen Eindrucks eines Bilds besteht darin, dynamische Speckle-Muster, die nicht zeitlich konstant sondern dynamisch sind, zu erzeugen. Dies ist dadurch möglich, dass die Phasen der Teilstrahlen des einfallenden Strahls zeitlich verändert werden. Das menschliche Auge ist so träge, dass sich schnell verändernde Intensitätsprofile zeitlich mitteln. Die Auflösung, bzw. die Schärfe, des projizierten Spots wird dabei kaum beeinflusst.The suggested solution to enhance an optical impression of an image is dynamic Speckle patterns that are not constant in time but dynamic, to create. This is possible by that the phases of the partial beams of the incident beam in time changed become. The human eye is so sluggish that is fast changing intensity profiles averaged over time. The resolution, or the sharpness, the projected spot is hardly influenced.
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verwendung von mindestens einem Vibrationselement, welches durch eine Modifizierung der brechenden Fläche die Wellenfront, bzw. die Phase, des reflektierenden Lichtstrahls beeinflusst. Durch die von dem mindestens einem Vibrationselement bewirkte Vibrationsbewegung der brechenden Fläche, welche die Grenzfläche des Lichtfensters und/oder die reflektierende Oberfläche des Spiegelelements sein kann, werden dynamische Phasenverschiebungen zwischen den einzelnen Teilstrahlen erzeugt, welche dazu führen, dass die Interferenzen der einzelnen Teilstrahlen nicht mehr statisch, sondern zeitlich veränderlich (dynamisch) sind.The The present invention describes the use of at least one Vibrating element, which by modifying the refractive area the wavefront, or phase, of the reflective light beam affected. By that of the at least one vibrating element caused vibratory movement of the refractive surface, which is the interface of the Light window and / or the reflective surface of the mirror element may be, become dynamic phase shifts between the individual partial beams generated, which cause that the interference of the individual partial beams is no longer static, but temporally changeable (dynamic).
Da ein geeignetes Vibrationselement kostengünstig herstellbar ist, bietet die vorliegende Erfindung eine vergleichsweise billige Möglichkeit, um den Speckle-Effekt zu reduzieren oder zu verhindern. Dabei wird der Speckle-Effekt auf ein Maß reduziert, welches für den Betrachter kaum noch wahrnehmbar ist.There a suitable vibration element is inexpensive to produce offers the present invention a comparatively cheap way to reduce or prevent the speckle effect. It will the speckle effect is reduced to a level which for the Viewer is barely perceptible.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das mindestens eine Vibrationselement dazu ausgelegt, als Vibrationsbewegung der reflektierenden Oberfläche des Spiegelelements akustische Oberflächenwellen auf der reflektierenden Oberfläche des Spiegelelements zu erzeugen. Durch die auf der reflektierenden Oberfläche künstlich erzeugten Störungen der Unebenheit der reflektierenden Oberfläche werden die Differenzen zwischen den Weglängen der Kugelwellen des reflektierten Lichtstrahls zeitlich variiert. Ist diese Modifikation schnell genug, so wird beim Beleuchten einer Position auf der reflektierenden Oberfläche vom Betrachter eine Mittelung aus mehreren Intensitätsprofilen wahrgenommen. Der Betrachter nimmt somit keine Speckle wahr.In an advantageous embodiment is the at least one vibrating element designed to vibrate the reflective surface of the mirror element surface acoustic waves on the reflective surface of the mirror element. Through the on the reflective surface artificially generated interference the unevenness of the reflective surface becomes the differences between the path lengths the spherical waves of the reflected light beam varies over time. If this modification is fast enough, when lighting a Position on the reflective surface of the viewer an averaging from several intensity profiles perceived. The viewer thus does not perceive Speckle.
Insbesondere kann das mindestens eine Vibrationselement einen Surface-Acoustic-Wave-Generator (SAW-Generator, Akustische-Oberflächen-Wellen-Generator) umfassen. Ein derartiger SAW-Generator wird häufig im Bereich von Filtern für digitale und analoge Geräte verwendet. Er lässt sich, beispielsweise in einer Serienproduktion, auf einfache Weise kostengünstig herstellen.Especially the at least one vibration element can be a Surface Acoustic Wave Generator (SAW generator, Acoustic surface-wave generator) include. Such a SAW generator is often in the range of filters for digital and analog devices used. He let itself, for example in a series production, in a simple way economical produce.
Bei einem mikromechanischen Bauteil mit einem Lichtfenster, welches gegenüber dem Spiegelelement so angeordnet ist, dass ein auf der reflektierende Oberfläche des Spiegelelements auftreffender Lichtstrahl auf das Lichtfenster ablenkbar ist, kann das mindestens eine Vibrationselement auch dazu ausgelegt sein, als Vibrationsbewegung das Spiegelelement in eine Schwingung gegenüber dem Lichtfenster zu versetzen. Auch auf diese Weise ist die Bildung von dynamischen Speckle einfach ausführbar.at a micromechanical component with a light window, which across from the mirror element is arranged so that one on the reflective surface of the mirror element incident light beam on the light window is deflected, the at least one vibrating element can also be designed be, as a vibratory motion, the mirror element in a vibration across from to move the light window. Also in this way is the education easily executed by dynamic speckle.
Als Alternative oder als Ergänzung zu den oben beschriebenen Ausführungsformen kann das mindestens eine Vibrationselement an einer Außenfläche des mikromechanischen Bauteils angeordnet und dazu ausgelegt sein, nach einem Befestigen des mikromechanischen Bauteils an einer Befestigungsfläche eines externen Bauteils, wobei die Außenfläche über das mindestens eine Vibrationselement mit der Befestigungsfläche verbunden ist, zusätzlich die Außenfläche in eine Vibrationsbewegung gegenüber der Befestigungsfläche zu versetzen. Auf diese Weise ist es möglich, das mikromechanische Bauteil in eine Richtung gegenüber der Befestigungsfläche zu verschieben und auf diese Weise dem Auftreten von Speckle entgegen zu wirken. Insbesondere ist dabei auch die Verwendung mindestens eines externen Vibrationselements möglich. Dies erleichtert das Anordnen des mindestens einen Vibrationselements an das mikromechanische Bauteil.As an alternative or as a supplement to the According to embodiments described above, the at least one vibrating element may be arranged on an outer surface of the micromechanical component and may be designed, after attaching the micromechanical component to an attachment surface of an external component, wherein the outer surface is connected to the attachment surface via the at least one vibration element, additionally the outer surface to put in a vibratory motion relative to the mounting surface. In this way, it is possible to move the micromechanical component in a direction opposite to the mounting surface and thus counteract the occurrence of speckle. In particular, the use of at least one external vibration element is possible. This facilitates the arrangement of the at least one vibration element to the micromechanical component.
Des Weiteren kann das mindestens eine Vibrationselement so ausgelegt sein, dass eine Vibrationsgeschwindigkeit der Vibrationsbewegung größer als eine Höchst-Verstellgeschwindigkeit des Antriebs ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Dynamik der Interferenzen ausreichend ist, um ein zeitliches Mitteln eines erzeugten Rasterpunktes zu bewirken.Of Furthermore, the at least one vibration element can be designed in this way be that a vibration speed of the vibratory motion greater than a maximum adjustment speed of the drive. This will ensure that the Dynamics of interference is sufficient to a temporal means effect a generated grid point.
Bei einem mikromechanischen Bauteil mit mindestens einem Vibrationselement, welches dazu ausgelegt ist, zumindest eine Grenzfläche des Lichtfensters in eine Vibrationsbewegung senkrecht zu der ersten Drehachse zu versetzen, können als Vibrationsbewegung der Grenzfläche des Lichtfensters akustische Oberflächenwellen auf der Grenzfläche des Lichtfensters, beispielsweise mittels eines SAW-Generators, erzeugt werden. Ebenso kann das mindestens eine Vibrationselement so ausgelegt sein, dass die Vibrationsgeschwindigkeit der Vibrationsbewegung des Lichtfensters größer als eine Höchst-Verstellgeschwindigkeit des Antriebs ist. Die in den oberen Absätzen beschriebenen vorteilhaften Merkmale sind somit auch auf diese Ausführungsform anwendbar.at a micromechanical component having at least one vibration element, which is adapted to at least one interface of the Light window in a vibratory motion perpendicular to the first Can set the axis of rotation as a vibrational movement of the interface of the light window acoustic surface wave on the interface of the Light window, for example by means of a SAW generator generated become. Likewise, the at least one vibrating element can be designed so that the vibration speed of the vibration movement of the light window greater than a maximum adjustment speed of the drive. The advantageous features described in the above paragraphs are thus also on this embodiment applicable.
Die auf der Grenzfläche des Lichtfensters und/oder auf der reflektierenden Oberfläche erzeugten akustischen Oberflächenwellen weisen vorzugsweise Amplituden in der Größenordnung von einigen 10 nm auf. Auf diese Weise lassen sich dynamisch veränderbare Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Kugelwellen eines reflektierenden Strahls erzeugen, welche für ein Auge leicht mittelbar sind.The on the interface the light window and / or generated on the reflective surface acoustic surface waves preferably have amplitudes of the order of a few 10 nm on. In this way dynamically variable phase differences can be achieved between the individual spherical waves of a reflecting beam generate which for an eye are easily mediocre.
In einer Weiterbildung kann der Antrieb zusätzlich dazu ausgelegt sein, die reflektierende Oberfläche gegenüber dem Lichtfenster um eine zusätzliche Drehachse zu verstellen, welche senkrecht zu der Vibrationsbewegung der Grenzfläche des Lichtfensters und/oder der reflektierende Oberfläche des Spiegelelements gerichtet ist. Somit ist die vorliegende Erfindung auch auf ein mikromechanisches Bauteil anwendbar, bei welchem die reflektierende Oberfläche um zwei Drehachsen verstellbar ist.In In a further development, the drive can additionally be designed to the reflective surface across from the light window by an additional To adjust the axis of rotation, which is perpendicular to the vibratory motion the interface the light window and / or the reflective surface of the mirror element is directed. Thus, the present invention is also a micromechanical component applicable, in which the reflective surface is adjustable by two axes of rotation.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des mikromechanischen Bauteils ist die reflektierende Oberfläche eine Grenzfläche einer aufgespannten Membran oder eine reflektierende Beschichtung auf einer aufgespannten Membran. Da sich eine Membran leicht in Vibrationen versetzen lässt, bietet diese Weiterbildung eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zum Erzeugen dynamischer Speckle. Entsprechend kann auch das Lichtfenster als Membran ausgebildet werden. Ein derartiges Lichtfenster lässt sich ebenfalls leicht in Vibrationen versetzen.In a further advantageous embodiment of the micromechanical Component, the reflective surface is an interface of a clamped membrane or a reflective coating on one clamped membrane. As a diaphragm easily vibrates lets shift, This development offers a particularly advantageous possibility for generating dynamic speckle. Accordingly, the light window be formed as a membrane. Such a light window can also be slightly vibrate.
Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch bei einem entsprechenden Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils gewährleistet.The in the upper paragraphs described advantages are also in a corresponding method to operate a micromechanical device guaranteed.
Die Vibrationsbewegung der Grenzfläche des Lichtfensters und/oder der reflektierenden Oberfläche des Spiegelelements verläuft vorzugsweise entlang einer Richtung durch das Lichtfenster und/oder das Spiegelelement. Beispielsweise ist die Vibrationsbewegung der Grenzfläche des Lichtfensters und/oder der reflektierenden Oberfläche des Spiegelelements senkrecht zu einer Ausgangslage der reflektierenden Oberfläche gerichtet. Die Vibrationsbewegung der reflektierenden Oberfläche des Spiegelelements ist vorteilhafterweise eine Vibration der reflektierenden Oberfläche gegenüber mindestens einer Komponente eines Gehäuses des mikromechanischen Bauteils. Ebenso kann die Vibrationsbewegung der reflektierenden Oberfläche des Spiegelelements auch eine Vibration gegenüber einer externen Bildebene und/oder einer externen Befestigungsfläche des mikromechanischen Bauteils sein. Entsprechend kann die Vibrationsbewegung der Grenzfläche des Lichtfensters eine Vibration gegenüber dem Spiegelelement, einer externen Bildebene, einer externen Befestigungsfläche und/oder einer Komponente eines Gehäuses des mikromechanischen Bauteils sein.The Vibratory motion of the interface of the Light window and / or the reflective surface of the Mirror element runs preferably along a direction through the light window and / or the mirror element. For example, the vibration movement is the interface the light window and / or the reflective surface of the mirror element directed perpendicular to a starting position of the reflective surface. The vibratory motion of the reflective surface of the mirror element is advantageously a vibration of the reflective surface against at least a component of a housing of the micromechanical component. Likewise, the vibration movement the reflective surface the mirror element also vibrates against an external image plane and / or an external attachment surface of the micromechanical component be. Accordingly, the vibrational motion of the interface of the Light window a vibration against the mirror element, a external image plane, an external mounting surface and / or a component of a housing of the micromechanical component.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:Further Features and advantages of the present invention will become apparent below explained with reference to the figures. Show it:
Ausführungsformen der ErfindungenEmbodiments of the inventions
Die
dargestellte, als Spiegelelement dienende Spiegelplatte
Die
Spiegelplatte
Die
Vibrationselemente
Durch
die Verwendung von mindestens zwei Vibrationselementen
Bei
der dargestellten Ausführungsform
sind die beiden Vibrationselemente
Mindestens
eines der Vibrationselemente
Die
dargestellte, als Spiegelelement fungierende Membran
Aufgrund
ihrer vergleichsweise geringen Schichtdicke d2 weist die Membran
Somit
bietet die Membran
Die
in
Das
auf einen Abschnitt eines Spiegelelements
Das
als SAW-Generator ausgebildete Vibrationselement
Das
schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil
Über Spacer
Wird
die Außenfläche
Durch
das zeitliche Variieren der Abstände a1
und a2 wird auch die Phasendifferenz der einzelnen Teilstrahlen
eines an der reflektierenden Oberfläche
Das
schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil
Bei
einem Betreiben der Vibrationselemente
Claims (10)
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Legal Events
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