DE102019207073B4

DE102019207073B4 - Bilderzeugungseinrichtung für ein scannendes Projektionsverfahren mit Bessel-ähnlichen Strahlen

Info

Publication number: DE102019207073B4
Application number: DE102019207073.6A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hofmann; Joachim Janes
Original assignee: Oqmented GmbH
Current assignee: Oqmented GmbH
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: KR20220008864A; CN114072716A; US20220197042A1; SG11202112572WA; EP3969957A1; DE102019207073A1; JP2022533380A; CA3139854A1; WO2020228907A1

Abstract

Bilderzeugungseinrichtung mit einer Strahlungsquelle (1a) für einen oder mehrere Ausgangsstrahlen (1) mit gaußscher Strahlungscharakteristik, insbesondere einer Laserstrahlquelle,mit einer Einrichtung (2, 4, 5, 28, 29) zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen aus einem oder mehreren Ausgangsstrahlen,mit einem steuerbar antreibbaren MEMS-Scanner (8, 9, 32, 36, 41),wobei die Bessel-ähnlichen Strahlen auf den MEMS-Scanner gerichtet sind und durch den MEMS-Scanner (8, 9) zur Erzeugung eines Bildes gezielt ausgelenkt werden,und mit einem wenigstens teilweise für die Bessel-ähnlichen Strahlen durchlässigen Anzeigekörper (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30), auf den die Bessel-ähnlichen Strahlen durch den MEMS-Scanner gelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapselungswand des MEMS-Scanners (8, 9, 32, 36, 41) als Anzeigekörper (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30) ausgebildet ist, wobei die Kapselungswand für die Bilderzeugung insbesondere einen planen Abschnitt oder einen kugelkalottenförmigen Abschnitt aufweist, dessen Kugelmittelpunkt mit einem Punkt zusammenfällt, in dem sich zwei Schwenkachsen eines MEMS-Spiegels (8, 32, 36) schneiden, wobei der Anzeigekörper (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30) als Mattscheibe ausgebildet oder mit einer phosphoreszierenden oder fluoreszierenden Substanz, insbesondere einer phosphoreszierenden oder fluoreszierenden Folie beschichtet ist, um auf einer Oberfläche des Anzeigekörpers (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30) ein reelles Bild zu erzeugen.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Optik und der Bilderzeugung. Sie ist mit besonderem Vorteil beispielsweise für Bildprojektoren einsetzbar.
Scannende Bildprojektionsverfahren sind grundsätzlich bekannt. Bei solchen Verfahren wird üblicherweise ein Strahl, beispielsweise ein Laserstrahl, mittels eines steuerbaren Spiegels, gezielt abgelenkt, und während der Ablenkung wird die Strahlintensität moduliert. Hierdurch entsteht auf einer Projektionsfläche ein erkennbares Bild.
Die Auflösung bekannter Projektionsverfahren ist nicht nur die abbildende Optik und die Qualität der Steuerung der Spiegel oder anderer den Strahl gezielt ablenkender Elemente begrenzt, sondern auch durch die Qualität, insbesondere die Ausdehnung, der bilderzeugenden Strahlen selbst.
Aus dem Dokument US 2005 / 0 279 922 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, um Verzerrungen in einem durch eine LPD erzeugten Bild steuerbar zu kompensieren, wobei die Verzerrung aus der Form und/oder dem Winkel der Betrachtungsfläche relativ zur LPD entsteht.
Aus dem Dokument EP 2 514 211 B1 ist eine Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Lissajous-Figuren auf ein Beobachtungsfeld bekannt, die ausgebildet ist, einen Lichtstrahl um mindestens eine erste und eine zweite Ablenkachse zur Erzeugung der Lissajous-Figuren umzulenken.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein scannendes Projektionsverfahren und eine Bilderzeugungseinrichtung zu schaffen, die es erlauben, Bilder mit möglichst hoher Auflösung zu erzeugen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 8 stellen mögliche Implementierungen der Einrichtung vor.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Bilderzeugungseinrichtung mit einer Strahlungsquelle für einen oder mehrere Ausgangsstrahlen mit gaußscher Strahlungscharakteristik, insbesondere einer Laserstrahlquelle, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen aus einem oder mehreren Ausgangsstrahlen, mit einem steuerbar antreibbaren MEMS-Scanner, wobei die Bessel-ähnlichen Strahlen auf den MEMS-Scanner gerichtet sind und durch den MEMS-Scanner zur Erzeugung eines Bildes gezielt ausgelenkt werden, und mit einem wenigstens teilweise für die Bessel-ähnlichen Strahlen durchlässigen Anzeigekörper, auf den die Bessel-ähnlichen Strahlen durch den MEMS-Scanner gelenkt werden.
Erfindungsgemäß ist eine Kapselungswand des MEMS-Scanners als Anzeigkörper ausgebildet, wobei die Kapselungswand für die Bilderzeugung insbesondere einen planen Abschnitt oder einen kugelkalottenförmigen Abschnitt aufweist, dessen Kugelmittelpunkt mit einem Punkt zusammenfällt, in dem sich zwei Schwenkachsen eines MEMS-Spiegels schneiden, wobei der Anzeigekörper als Mattscheibe ausgebildet oder mit einer phosphoreszierenden oder fluoreszierenden Substanz, insbesondere einer phosphoreszierenden oder fluoreszierenden Folie beschichtet ist, um auf einer Oberfläche des Anzeige körpers ein reelles Bild zu erzeugen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Auflösung von scannenden Projektionsverfahren unter anderem auch durch das Strahlprofil der üblicherweise verwendeten gaußschen Strahlen, beispielsweise in Form von Laserstrahlen, begrenzt ist. Der Fokussierung und Strahlformung von gaußschen Strahlen zu geringen Strahldurchmessern sind physikalisch prinzipiell Grenzen gesetzt.
Aus den Lösungen der Helmholtz-Gleichung, die grundsätzlich elektromagnetische Strahlungen beschreibt, ergibt sich, dass durch sogenannte Bessel-Strahlen, benannt nach den Bessel-Funktionen, die mögliche Lösungen der Helmholtz-Gleichung beschreiben, geringere Strahldurchmesser möglich sind als mit den üblichen Gauß-Strahlen. Ideale Bessel-Strahlen, die durch die genannten Bessel-Funktionen beschrieben werden, sind jedoch in der Praxis ebenso wenig zu erzeugen wie ideale gaußsche Strahlen. Deshalb wird bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung in der Folge auf Bessel-ähnliche Strahlen abgestellt, die Eigenschaften besitzen, die den Eigenschaften der idealen Bessel-Strahlung nahekommen. Praktische Möglichkeiten, Bessel-ähnliche Strahlen zu erzeugen, sind bekannt und gehen von der Verwendung von gaußschen Strahlen und ihrer Umformung in Bessel-ähnliche Strahlen aus. Auf die Eigenschaften der Bessel-Strahlen und Bessel-ähnlichen Strahlen wird im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung noch genauer eingegangen.
Gemäß der Erfindung kann daher mit großer Auflösung unter Verwendung eines MEMS-Scanners eine Abbildung auf einem Anzeigekörper sichtbar gemacht werden. Die Pixelauflösung kann beispielsweise in der Größenordnung von etwa 1000 × 1000 Bildpunkten pro Quadratzentimeter liegen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin liegen, dass eine Projektionseinrichtung vorgesehen ist, die das Bild vom Anzeigekörper mittels einer Projektionsoptik auf eine Projektionsfläche projiziert. Der Anzeigekörper kann zunächst nach Art einer Mattscheibe wirken, auf der das durch die Bessel-ähnlichen Strahlen erzeugte Bild sichtbar wird. Dieses Bild kann durch die Projektionseinrichtung beispielsweise auf eine größere Fläche geworfen werden, um das Bild für Benutzer besser und/oder komfortabler sichtbar zu machen.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen wenigstens ein Axicon aufweist. Unter einem Axicon wird ein optisches Bauelement verstanden, dass in spiegelnder oder lichtbrechender Ausführung vorliegen kann, das in den meisten Fällen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und das in Fernfeldnäherung ringförmige Strahlprofile erzeugt. Optimal ist hierfür, dass ein Laserstrahl, und somit ein gaußscher Strahl, kollinear zur optischen Achse eines Axicons eingestrahlt wird. Durch die weitere Strahlführung wird das ringförmige Strahlprofil auf eine möglichst kleine Fläche konzentriert, beispielsweise fokussiert oder kollimiert. Hierzu kann eine abbildende Optik oder ein weiteres Axicon verwendet werden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass wenigstens ein Axicon als Spiegel oder als lichtbrechendes Element, insbesondere als Linse, ausgebildet ist.
Vom Ausgangsstrahl werden beide Axicons in einem solchen Fall nacheinander durchlaufen, wobei auch eine Zusammenstellung aus zwei Axicons zusätzlich mit einer Abbildungsoptik kombiniert sein kann.
Konkret kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen wenigstens zwei koaxial zueinander ausgerichtete Axicons aufweist.
In einer anderen Ausprägung kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen eine Blende mit einem Ringspalt aufweist, auf den der oder die Ausgangsstrahlen gerichtet sind, wobei insbesondere von der Strahlungsquelle aus gesehen hinter dem Ringspalt wenigstens eine Sammellinse vorgesehen ist. Auch durch eine solche Einrichtung lässt sich ein Bessel-ähnlicher Strahl mit einer extrem engen Intensitätsverteilung herstellen.
Grundsätzlich kann der verwendete MEMS-Scanner einen oder mehrere antreibbar schwenkbare oder drehbare Spiegel aufweisen, die um unterschiedliche Achsen schwenkbar sind, so dass der Strahl in zwei Dimensionen ablenkbar ist, um ein zweidimensionales Bild zu erzeugen. Dabei kann es sinnvoll sein, dass die Achsen des oder der Spiegel senkrecht aufeinanderstehen. Es ist grundsätzlich auch für einige Anwendungen möglich, einen Spiegel, insbesondere MEMS-Spiegel vorzusehen, der nur um eine einzige Achse dreh- oder schwenkbar ist.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn bei mehreren vorgesehenen Schwenkachsen diese sich schneiden. Werden nämlich von einem Strahl zwei schwenkbare Spiegel nacheinander durchlaufen, so addieren sich sowohl die Reflexionsverluste als auch Fehler bei der Ablenkung. Zum Teil liegt dies auch daran, dass auf dem zweiten Spiegel der bereits durch den ersten Spiegel abgelenkte Strahl wandert, so dass Inhomogenitäten auf der Spiegeloberfläche zu Fehlern führen können.
Deshalb kann es gemäß der Erfindung vorteilhaft vorgesehen sein, dass der MEMS-Scanner als 2D-MEMS-Scanner mit einem um mehrere Achsen drehbaren oder schwenkbaren Spiegel ausgebildet ist. Bei grundsätzlich bekannten 2D-MEMS-Scannern wird ein einziger Spiegel durch geeignete Antriebe um zwei verschiedene Achsen gedreht, um ein zweidimensionales Bild zu erzeugen. Fehler bei der Bilderzeugung können durch Verwendung eines derartigen 2D-MEMS-Scanners minimiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass eine Kapselungswand des MEMS-Scanners als Anzeigekörper ausgebildet ist, wobei die Kapselungswand für die Bilderzeugung insbesondere einen planen Abschnitt oder einen kugelkalottenförmigen Abschnitt aufweist, dessen Kugelmittelpunkt mit einem Punkt zusammenfällt, in dem sich zwei Schwenkachsen eines MEMS-Spiegels schneiden. In vielen Fällen sind die beschriebenen MEMS-Scanner gekapselt und weisen eine wenigstens teilweise für die verwendete Strahlung transparente Kapselungswand auf. Durch die Kapselung kann beispielsweise der Scanner vor Umwelteinflüssen geschützt werden, und der Raum, in dem sich der antreibbare Spiegel bewegt, kann beispielsweise auch evakuiert werden, um Luftreibungsverluste zu minimieren und die Auslenkung des Spiegels zu optimieren.
Ein Abschnitt der Kapselungswand kann dazu verwendet werden, als eine Art Mattscheibe zu dienen, um auf diesem Abschnitt die scannende Projektion derart zu erzeugen, dass sie von außerhalb der Kapselung erkennbar ist. Eine übliche Ausbildung der Kapselungswand als Mattscheibe, beispielsweise durch Aufrauen der Kapselungswand auf der Innen- oder Außenseite, wird dabei oft nicht ausreichen, da die mögliche erreichbare Auflösung durch die Verwendung der Bessel-ähnlichen Strahlen die Auflösung einer solchen Mattscheibe übersteigen kann. Das Material der Kapselungswand sollte deshalb vorteilhaft eine Struktur aufweisen, die mit hoher Ortsauflösung eine Vorwärtsstreuung des einfallenden Lichts ermöglicht. Dazu kann die Kapselungswand beispielsweise mit einer phosphoreszierenden Substanz versetzt oder beschichtet, beispielsweise auch mit einer phosphoreszierenden Folie beschichtet sein. Es ist jedoch auch jede andere Art der Beschaffenheit einer solchen Kapselungswand, die eine hochauflösende Vorwärtsstreuung ermöglicht, denkbar.
Die Form der Kapselungswand oder konkret des Abschnitts der Kapselungswand, auf dem das Bild erzeugt werden kann, kann beispielsweise einer Kugelkalotte entsprechen, deren Kugelmittelpunkt mit dem Punkt zusammenfällt, in dem sich zwei Schwenkachsen eines MEMS-Spiegels schneiden. In einem solchen Fall wird ein Bild erzeugt, das einfach zu berechnen ist und eine über die Bildausdehnung gleichmäßige Ortsauflösung aufweist. Es ist auch denkbar, einen planen Abschnitt der Kapselungswand zur Bildprojektion zu verwenden. Hierbei sind Verzerrungen des erzeugten Bildes bei Kenntnis der zugrunde liegenden Geometrie bei der Bilderzeugung, d. h. bei der Einstellung der jeweiligen Ablenkwinkel des MEMS-Scanners für einzelne Bildpunkte, mathematisch in einfacher Form zu berücksichtigen.
Bei Verwendung eines einzelnen Ablenkspiegels/MEMS-Spiegels, der nur um eine einzige Achse schwenkbar ist, kann auch ein zylindrisches oder halbzylindrisches Kapselungsgehäuse vorgesehen werden oder ein zylindrischer Abschnitt des Kapselungsgehäuses. Die Zylinderachse kann dann vorteilhaft parallel zu der Schwenkachse ausgerichtet sein.
Grundsätzlich ist noch zu bemerken, dass das Bild sowohl auf der Innenseite der Kapselungswand als auch auf der Außenseite oder auch in einer dazwischen liegenden Schicht erzeugbar ist.
Wird eine phosphoreszierende Substanz verwendet, so ist selbstverständlich die Wellenlänge der Bessel-ähnlichen Strahlen auf das Material derart abzustellen, dass Phosphoreszenz erzeugt wird.
Da bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungseinrichtung Bessel-ähnliche Strahlen verwendet werden, die zumindest abschnittsweise in Abschnitten des Strahlverlaufs eine ringförmige Intensitätsverteilung aufweisen, kann eine solche ringförmige Intensitätsverteilung auch bei der Reflexion auf dem oder den MEMS-Spiegeln vorliegen, da die Strahlen erst hinter dem MEMS-Scanner auf den optimierten Strahldurchmesser komprimiert werden. Dies bedeutet, dass in vielen Fällen der zentrale Bereich des oder der MEMS-Spiegel für eine Reflexion nicht benötigt wird. Ein solcher Bereich kann zur Massereduktion des MEMS-Spiegels oder der MEMS-Spiegel deshalb ausgenommen werden. Eine solche Ausnehmung kann beispielsweise kreisrund oder auch elliptisch ausgebildet sein, wenn die Bessel-ähnlichen Strahlen unter einem flachen Winkel auf den MEMS-Spiegel fallen.
Bessel-Strahlen
Bessel-Strahlen wurden 1987 theoretisch beschrieben und kurz darauf experimentell erzeugt. Unter Bessel-Strahlen versteht man eine der Lösungen der Helmholtz-Gleichung, nämlich ein elektromagnetisches Feld, dessen Amplitude mit einer Besselfunktion erster Art beschrieben wird. Im normalen Sprachgebrauch bezeichnet man den rotationssymmetrischen Spezialfall m = 0 als Bessel-Strahl oder genauer als Bessel-ähnlichen Strahl. Die Erzeugung von Bessel- Strahlen erfordert eine unendlich ausgedehnte ebene Welle, die in der Praxis nicht herzustellen ist. Im weiteren Text wird zum Teil der Ausdruck Bessel-Strahlen verwendet, wobei Bessel-ähnliche Strahlen gemeint sind.
Für die Erzeugung von Bessel-Strahlen werden Laserstrahlen (Gauß-Strahlen oder gaußsche Strahlen) mit speziellen Linsen umgeformt. Anders als Laserstrahlen mit einer gaußschen Charakteristik entstehen bei Bessel-Strahlen keine Beugungseffekte, und die Strahlgeometrie ändert sich bei ihrer Ausbreitung nicht. Die ausnutzbaren Eigenschaften von Bessel-Strahlen sind, dass ihr Zentralmaximum eine hohe Strahldichte aufweist und dass dieses Zentralmaximum eine geringe radiale Ausdehnung besitzt.
Für die Herstellung von Bessel-ähnlichen Strahlen werden Gauß-Strahlen z. B. mit Hilfe von Axicons überlagert. Axicons sind konische, optische Bauelemente, die in spiegelnder oder in linsenförmiger, lichtbrechender Ausführung angewendet werden können. Axicons werden sowohl in konkaver wie auch in konvexer Form hergestellt. Sie können aus jedem geeigneten, optischen Material bestehen (geeignet im Hinblick auf Wellenlänge, Laserleistung, u.a.). Sowohl in spiegelnder als auch in linsenförmiger Ausführung erzeugen Axicons in der Fernfeldnäherung ringförmige Strahlprofile, sobald ein Laserstrahl beispielsweise kollinear oder annähernd kollinear zur optischen Achse eines Axicons eingestrahlt wird. Die Ringweite des ringförmigen Strahls ergibt sich dann näherungsweise als die Hälfte des Durchmessers des gaußschen Eingangsstrahls. Verwendet man entweder weitere Axicons oder Linsen auf der optischen Achse, so lassen sich Strahlprofile mit unterschiedlicher Geometrie herstellen.
Für die Anwendung von Axicons in der hier beschriebenen Vorrichtung ist ausschlaggebend, dass die Art der erzeugten Bessel-Strahlen im Wesentlichen vom Axicon-Winkel abhängt, der die Strahlgeometrie definiert.
In gleicher Weise, wie dies z. B. für Laserstrahlen in der Augenchirurgie durchgeführt wird, werden zur Herstellung eines kollimierten Strahls mit ringförmiger Intensitätsverteilung zwei Axicons miteinander kombiniert. Der Abstand der beiden Axicons definiert dann den Durchmesser der ringförmigen Intensitätsverteilung. Für die Erzeugung von Bessel-Strahlen oder konkreten Bessel-ähnlichen Strahlen gilt dann auch, dass deren laterale Verteilung und deren Tiefe von dem Eingangsdurchmesser abhängen. Es ist eine bekannte Praxis, Axicons auch mit verschiedenen optischen Linsen zu kombinieren, die zur Definition der Strahlgeometrie dienen (z. B. als Beam-Expander).
Zur Erzeugung von Bessel-Strahlen dienen jedoch nicht nur Axicons. Eine alternative Herstellungsmethode besteht darin, einen kollimierten Laserstrahl durch einen Ringspalt mit geeignetem Durchmesser fallen zu lassen. An diesem Ringspalt wird der Laserstrahl gebeugt. Eine Linse mit einer Brennweite, die näherungsweise dem Abstand zum Ringspalt entspricht, kollimiert die ringförmige Intensitätsverteilung und erzeugt somit einen Bessel-ähnlichen Strahl.
MEMS-Scanner
Für Anwendungen der hier vorliegenden Erfindung bietet sich die Bilderzeugung mit 2D-MEMS-Scannern an. Solche Scanner werden beispielsweise in den folgenden Dokumenten beschrieben:

- DE 199 41 363 B4 : Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktorbauteils;
- DE 10 2004 060 576 B4 optisch-elektronisches Laser-Scanverfahren und Anordnung zu dessen Betrieb;
- DE 10 2006 058 536 B3 : Mikrospiegel-Aktuator mit Kapselungsmöglichkeit sowie Verfahren zur Herstellung;
- EP 2 102 096 B1 : hermetisches Wafer-Level Package für mobil einsetzbare optische MEMS;
- DE 10 2008 012 384 A1 : geometrische Reflexionsunterdrückung an verkapselten Mikrospiegeln;
- EP 2 514 211 B1 : Verfahren und Vorrichtung zur ein- oder mehrachsigen Strahlablenkung;
- EP 2 828 701 B1 : mikromechanischer Spiegel Aktuator für die Ablenkung hoher Laserleistung;
- DE 10 2013 206 396 A1 : resonante Mikrospiegel-Aktuator mit großer Oszillations-Amplitude.

Die 2D-Scanner unterliegen hinsichtlich ihrer Ausführungsform und ihrer Antriebsart keiner Einschränkung.
MEMS-Scanner können beispielsweise elektrostatisch, piezoelektrisch, magnetisch, mechanisch oder anders angetrieben werden. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass eine genügend genaue Messmethode für die Winkelstellung in beide Richtungen vorgesehen ist. Ein vorteilhafter Gesichtspunkt bei der Auswahl eines 2D-Scanners ist, dass beide Torsionsachsen in einer Ebene liegen und dass es daher einen gemeinsamen Pivotpunkt für die Auslenkungen in zwei unabhängigen Richtungen gibt.
Ein Aufbau, der zwei 1D-Scanner verwendet und damit auch den angestrebten Raumwinkelbereich abdeckt, ist ebenfalls möglich, aber aus geometrischen Gründen in einigen Anwendungen weniger vorteilhaft.
Die Scanfrequenzen auf beiden Achsen richten sich nach der Anwendung. 2D-MEMS-Scanner, die derzeit hergestellt werden, erreichen Oszillationsfrequenzen z. B. von einigen 100 Hz auf einer Achse bis zu einigen 10 kHz auf der anderen Achse. Es können aber auch 2D-MEMS-Scanner mit gleichen oder ähnlichen Scanfrequenzen in beiden Schwingungsrichtungen verwendet werden. Die Frequenzen der beiden Achsen definieren die maximale Wiederholrate, mit der ein Volumen ausgeleuchtet wird.
Die Voraussetzung für die Bilderzeugung ist zu jedem Zeitpunkt während der Bilderzeugung die genaue Kenntnis der Winkelstellung des Scanners in beiden Achsen. Beispielsweise stehen für die Messung der Winkelstellung kapazitive Auslesemethoden, optische positionsempfindliche Detektoren, Dehnungsmessstreifen, piezoelektrische Methoden und weitere Methoden zur Verfügung.
Glaskapselung/Vakuumkapselung
Es stehen verschiedene Konstruktionen und Verfahren zum vakuumdichten Abdecken von MEMS-Spiegeleinheiten zur Verfügung. Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Spiegelanordnung, bei der ein transparenter Deckel mit einem Trägersubstrat, an dem ein um mindestens eine Achse schwingender Spiegel aufgehängt ist, hermetisch dicht verschlossen wird, weist folgende Schritte auf:

- Bereitstellen eines Siliziumwafers,
- Strukturieren des Siliziumwafers derart, dass eine Mehrzahl von Vertiefungen hergestellt werden, die jeweils der Grundfläche des Deckels entsprechen,
- Aufbonden eines Deckelwafers aus glasartigem Material auf den strukturierten Siliziumwafer, wobei ein Inertgas bei einem vorgegebenen Druck in den durch die Vertiefungen und den Deckelwafer gebildeten Kavitäten eingeschlossen wird,
- Tempern des Verbundes aus Siliziumwafer und Deckelwafer derart, dass durch die Expansion des eingeschlossenen Inertgases eine Mehrzahl von Kuppeln gebildet wird,
- nach Abkühlen des Verbundes aus Siliziumwafer und Deckelwafer teilweises oder vollständiges Entfernen des Siliziumwafers,
- Anordnen eines Spiegelwafers, der eine Mehrzahl von am Trägersubstrat aufgehängten Spiegeln umfasst, zu dem Deckelwafer derart, dass die Spiegelmitten jeweils im Mittelpunkt der Kuppeln liegen,
- Fügen und hermetisch dichtes Verschließen des Deckelwafers mit dem Spiegelwafer,
- Vereinzeln des Verbundes aus Deckelwafer und Spiegelwafer in einzelne verkappte MEMS-Spiegelanordnungen.

Bei einem anderen Verfahren wird anstelle des Siliziumwafers ein Werkzeug verwendet, das aus einem ein Ankleben eines heißen glasartigen Materials verhindernden Material besteht oder das mit einem ein Ankleben eines heißen glasartigen Materials verhindernden Material beschichtet ist. Dieses Werkzeug ist oder wird mit Durchgangsöffnungen versehen. Ein Deckelwafer aus glasartigem Material wird auf das mit Durchgangsöffnungen versehene Werkzeug aufgelegt, und es wird ein Unterdruck auf der vom Deckelwafer abgewandten Seite angelegt. Das Tempern des Verbundes aus Werkzeug und Deckelwafer erfolgt bei atmosphärischen Bedingungen derart, dass durch Ansaugen des Deckelwafers in die Durchgangsöffnungen aufgrund des Unterdrucks eine Mehrzahl von Kuppeln gebildet wird. Nach Abkühlen des Verbundes aus Werkzeug und Deckelwafer wird das Werkzeug entfernt. Die weiteren Schritte entsprechen denen des vorher angegebenen Verfahrens.
Bildschirm, Mattscheibe
Es ist möglich, mit der vorgeschlagenen Einrichtung ein reelles Bild zu erzeugen, das nachfolgend z. B. mit einer entsprechenden Projektionsoptik auf einen Schirm projiziert wird. Die einfachste Möglichkeit, ein derartiges Bild zu erzeugen, ist die Verwendung einer Mattscheibe, wie sie in der Vergangenheit in der Fotografie üblich war. Die Mattscheibe wird entweder auf der Innenseite oder der Außenseite der Glasverkapselung des MEMS-Scanners hergestellt, um dort ein reelles Bild zu erzeugen. Vor dem Hintergrund jedoch, dass das reelle Bild mit Hilfe scannender Bessel-Strahlen erzeugt werden soll, also mit Strahlen besonders hoher lateraler Auflösung, nutzt die Korngröße bzw. die Körnigkeit von üblichen Mattscheiben die verfügbare Auflösung nicht voll aus. Die mit Bessel-Strahlen mögliche Pixelauflösung wäre bei der Verwendung von Mattscheiben reduziert.
Abhängig von der spezifischen Anwendung der Vorrichtung ist es auch möglich, eine phosphoreszierende Schicht auf einer der Oberflächen des Glaskörpers der Vakuumkapselung aufzubringen. Die phosphoreszierende Schicht wird typischer Weise mit „blauem“ Laserlicht bestrahlt. Ein bekannter Konversionsprozess in der phosphoreszierenden Schicht führt dazu, dass daraus Licht mit größeren Wellenlängen emittiert wird.
Seit einigen Jahren existiert eine Projektionsoberfläche, die als „transparent fluorescent film“ oder auch „superimaging film“ bezeichnet wird („transparente Fluoreszenzfolie“). Diese Folie besteht im Wesentlichen aus Nano-Partikeln, die aufgrund des kleinen Durchmessers der Partikel im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent sind. Wenn diese Folie mit Laserlicht z. B. der Wellenlänge von 405 nm beleuchtet wird, dann emittiert die Folie in alle Richtungen und bei größeren Wellenlängen, z. B. blau oder rot, inkohärentes Licht. Ein Bessel-Strahl, der von dem in zwei Richtungen schwingenden MEMS-Scanner reflektiert wird und einen Flächenabschnitt der Vakuumkapselung überstreicht, projiziert auf diese Weise ein Bild auf diesen kleinen Bildschirm.
Die Erzeugung eines Bildes durch Scannen eines Laserstrahls oder eines Bessel-Strahls, der z. B. durch einen 2D-MEMS-Scanner abgelenkt wird, und bei dem das Bild z.B. aus 2000 × 1000 Pixeln besteht, erfordert eine präzise Detektion der momentanen Winkelstellung des MEMS-Spiegels in den zwei Scanrichtungen.
Die Erfassung der Winkelposition kann durch verschiedene Methoden durchgeführt werden. Dazu zählen u. a. kapazitive Messungen von einander gegenüberstehenden, leitfähigen Oberflächen, optische Messungen, piezoelektrische Messungen, oder Messungen mit Dehnungsmesstreifen.
Abhängig von der momentanen Winkelstellung des MEMS-Spiegels wird die Leistung des Lasers eingestellt, so dass beleuchtete Pixel an den gewünschten Positionen auf einem Bildschirm sichtbar werden. Um dies zu erreichen, wird die Laserleistung als Funktion der Winkelstellungen in beiden Schwenkrichtungen des Spiegels gesteuert. Hierfür ist eine Steuerung oder Regelung vorgesehen, die die Position des 2D-MEMS-Scanners mit der Laserleistung in Verbindung bringt, um mit hoher Ortsauflösung die Pixelintensität zu definieren.
Bei der erfindungsgemäßen Bilderzeugungseinrichtung kann genutzt werden, dass für viele Anwendungen MEMS-Scanner mit einer Vakuumkapselung ausgestattet sind. Dabei kann die Glasoberflächen der Vakuumkapselung ausgenutzt werden, um darauf ein reelles Bild zu erzeugen.
Die hohe Pixelauflösung wird erreicht, indem mit bekannten Methoden ein Bessel-Strahl erzeugt wird, der von dem MEMS-Scanner in seinen beiden Richtungen zeitlich abhängig reflektiert wird und einen Teil des Glaskörpers der Vakuumkapselung als Anzeigekörper beleuchtet.
Um auf einer Oberfläche des Anzeigekörpers ein reelles Bild zu erzeugen, ist es vorteilhaft, diese Oberfläche in ihren optischen Eigenschaften zu gestalten. Oberflächeneigenschaften von Vakuumkapselungen der MEMS-Scanner können dergestalt verändert werden, dass mit dem transparenten Material, z. B. Glas, Saphir, oder Quarz, ein reelles Bild erzeugt werden kann. Dafür stehen verschiedene, existierende Möglichkeiten offen.
Zunächst soll betont werden, dass die Oberflächenveränderungen nur in dem Abschnitt der Vakuumkapselung ausgeführt werden soll, auf dem das reelle Bild entstehen soll. Der Bereich der Vakuumkapselung, durch den die Laserstrahlen vor der Reflexion durch den MEMS-Spiegel durchtreten, soll frei von Veränderungen und möglichst transparent bleiben. Die Oberflächenveränderungen oder -ergänzungen, die hier angesprochen werden, umfassen beispielsweise die Ausbildung einer Mattscheibe, das Aufbringen von phosphoreszierenden Materialien und das Aufbringen einer transparenten fluoreszierenden Folie.
Tatsächlich lässt sich auch auf einer völlig transparenten Oberfläche ein reelles Bild erzeugen, so dass die einfache Glasoberfläche der Vakuumkapselung als Bildschirm in manchen Fällen ausreicht. Bei dieser Ausgestaltung entsteht jedenfalls ein gescanntes, reelles Bild auf beiden Oberflächen des Glaskörpers, und diese Doppelbilder können für die Anwendung hinderlich sein. Immerhin wird auf diese Weise die Bildauflösung verschlechtert. Die einfachste Möglichkeit mit einer Präparation der Oberfläche besteht darin, diese so zu behandeln, dass daraus eine Mattscheibe entsteht. Dabei kann ausgewählt werden, welche der beiden Oberflächen des Glaskörpers als Mattscheibe ausgeführt wird. Auf diese Weise ist es grundsätzlich möglich, ein reelles Bild zu erzeugen. Die Auflösung, die mit einer Mattscheibe, wie sie in der Vergangenheit in der Fotografie z. B. mit Systemkameras üblich war, ist jedoch suboptimal. Unter der Voraussetzung, dass ein geeignetes Material zur Ausstattung einer Oberfläche der Vakuumkapselung des MEMS-Bauelements gefunden ist, besteht eine der vielversprechendsten Anwendungen der Erfindung darin, das auf dieser Oberfläche entstehende Bild mit einer geeigneten Projektionsoptik auf einen großen Bildschirm zu projizieren.
Für die Erzeugung von Bessel-Strahlen stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Die Verwendung von reflektierenden oder linsenartigen Axicons bzw. Kombinationen dieser Axicons ist eine bekannte und verwendete Vorgehensweise. Alternativ können Bessel-Strahlen auch dadurch hergestellt werden, dass ein Laserstrahl durch einen Ringspalt tritt und dass hinter dem Spalt entstehende Beugungsmuster mit einer geeigneten Linse fokussiert wird, so dass Bessel-Strahlen entstehen. Die Erfindung ist jedoch unabhängig von der Erzeugungsmethode der Bessel-Strahlen.
Die im Vordergrund stehende Anwendung der Erfindung besteht darin, auf einer der Oberflächen der Vakuumkapselung eines 2D-MEMS-Scanners ein reelles Bild zu erzeugen, das anschließend mit einer Projektionsoptik auf einen Bildschirm projiziert wird.
Es ist wichtig, hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf 2D-MEMS-Scanner beschränkt ist. Anwendungen, für die nur ein 1D-MEMS-Scanner erforderlich ist, sind ebenfalls mit umfasst.
Typische Projektionsoptiken, die ein kleines, reelles Bild in der Größenordnung von wenigen Quadratzentimetern in einem Abstand einiger Meter mit Projektionsflächen einiger Quadratmeter projiziert wurden in der Vergangenheit in Diaprojektoren und heutzutage in „Beamern“ verwendet. Sie bestehen aus einer Kombination geeigneter Linsen, deren optische Eigenschaften der Aufgabenstellung angepasst sind. Mit einem derartigen Aufbau stellt die Erfindung eine Alternative und einen Ersatz für derzeitige „Beamer“ dar, bei denen die Bilderzeugung z. B. mit DLPs und einer Projektionsoptik erfolgt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt

1 einen optischen Aufbau zur Erzeugung Bessel-ähnlicher Strahlen,
2 eine berechnete Verteilung der Strahldichte von Bessel-Strahlen,
3 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes mittels Bessel-ähnlicher Strahlen auf einer sphärischen Glaskuppel,
4 eine perspektivischer Darstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes entsprechend 3,
5 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes mittels gescannter Bessel-ähnlicher Strahlen auf einem Bildschirm außerhalb der Kapselung eines MEMS-Spiegels,
6 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes auf der Kapselungswand einer planaren Vakuumverkapselung eines MEMS-Bauelements,
7 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes auf einem Bildschirm außerhalb einer planaren Vakuumverkapselung eines MEMS-Bauelements,
8 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes auf einer planaren, zum Winkel des MEMS-Bauelements schräg gestellten Kapselungswand,
9 eine Darstellung analog zu 8, wobei das Bild auf einem Bildschirm jenseits der schräg gestellten Kapselungswand erzeugt wird,
10 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes auf einer sphärisch geformten Kapselungswand eines MEMS-Elements, deren Mittelpunkt gegenüber dem Pivotpunkt des MEMS-Spiegels verschoben ist,
11 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung eines reellen Bildes auf einer Kapselungswand mit irregulärer Oberflächenform,
12 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Bilderzeugung mittels gescannter Bessel-ähnlicher Strahlen, wobei die Erzeugung der Bessel-ähnlichen Strahlen mittels Glaskörper-Axicons erfolgt, sowie
13a-c mögliche Ausführungsformen von Spiegeln eines MEMS-Scanners mit Aussparungen.

Zur Herstellung von Bessel-Strahlen werden in der ersten Ausführungsform spiegelnde Axicons verwendet, die, wie in 1 gezeigt, so aufgebaut sind, dass sie die Überlagerung von Gauß-Strahlen ermöglichen. Ein gaußscher Strahl 1 durchläuft eine Strahlformungsoptik 2, mit der in erster Linie sein Durchmesser und seine Strahldivergenz eingestellt werden (die Strahlformungsoptik ist in 1 nur symbolisch dargestellt). Nach Durchtritt durch die Öffnung 3 in dem Bauelement 5 trifft der Strahl 1 auf den konisch geformten Spiegel 4, der als „Axicon“ bezeichnet wird. Im mathematischen Sinn ist der konisch geformte Spiegel ein Kegel. Die optische Funktion des konisch geformten Spiegels ist es, den gaußschen Strahl 1 zu reflektieren, so dass nach der Reflexion ein ringförmiger Strahlquerschnitt entsteht. In diesem Sinn ist es vorteilhaft, dass der gaußsche Strahl auf der optischen Achse (Kegelachse) des Axicons verläuft.
Ein weiteres spiegelndes Axicon 5 ist derart in dem Strahlengang angeordnet, dass die ringförmige Intensitätsverteilung des Strahls 1 nach der Reflexion am Axicon 4 vollständig von der konischen Oberfläche des Axicons 5 reflektiert wird. Eine wesentliche Voraussetzung für die Funktionsweise der Anordnung ist, dass die beiden optischen Achsen 6 der beiden Axicons 4 und 5 ideal kollinear sind. Das Axicon 5 reflektiert die ringförmige Intensitätsverteilung in die Richtung der optischen Achse 6. Die Geometrie der Anordnung muss vorsehen, dass das Axicon 4 nicht im Strahlengang der durch das Axicon 5 kollimierten ringförmigen Intensitätsverteilung steht. In einem Abstand, der von den Reflexionswinkeln der Axicons4 und 5 abhängt, wird die ringförmige Intensitätsverteilung in dem Volumen 7 überlagert.
Die summierte Baulänge der Elemente 2, 3, 4, 5, 6 und 7 beträgt bei der in 1 gezeigten Simulation ca. 15-20 mm, und der Eingangsdurchmesser des Laserstrahls 1 ist hier beispielsweise 1 mm.
Die berechnete Intensitätsverteilung, die sich aus der Überlagerung der ringförmigen Lichtverteilung im Volumen 7 ergibt, ist in 2 dargestellt. Die Rechnung beruht auf idealen Voraussetzungen dergestalt, dass z. B. mit exakt einer Wellenlänge ohne Bandbreite simuliert wurde. Weiterhin besitzt der Eingangsstrahl eine ideale Phase und ebene Wellenfronten. In der Darstellung ist die simulierte Strahldichte als Funktion der lateralen Ausdehnung und der axialen Position in Richtung der Achse 6 innerhalb des Volumens 7 gezeigt.
2 zeigt die theoretische Strahldichteverteilung der Bessel-Strahlen, die mit dem in 1 gezeigten Aufbau erzielt wird. Die wesentliche Eigenschaft der Bessel-Strahlen für die oben beschriebene Aufgabenstellung ist deren in der Simulation gefundenen laterale Ausdehnung von wenigen um für das Zentralmaximum und einigen Nebenmaxima mit Intensitäten von weniger als 10% der Intensität des Zentralmaximums. Zusätzlich erkennt man in 2, dass das Zentralmaximum entlang der optischen Achse nur eine relativ geringe Variation der Intensität aufweist.
In 3 ist als Schnittzeichnung der erfindungsgemäße Aufbau zur Erzeugung von Bessel-Strahlen und deren Projektion auf eine Kugeloberfläche gezeigt. Ein Laser 1a als Strahlungsquelle mit einem (gaußschen) Laserstrahl 1 wird mit einer Strahlformungsoptik 2 hinsichtlich seines Durchmessers und seiner Divergenz eingestellt. Die Lasereinheit 1a kann auch aus einer Kombination von Lasern bestehen, die die notwendigen Bedingungen für die Erzeugung eines reellen Bildes erfüllen. Nach Durchtritt durch die Öffnung 3 trifft der Laserstrahl auf das erste Axicon 4. Die vom Axicon 4 reflektierten Strahlen bilden eine ringförmige Intensitätsverteilung und treffen dann auf das zweite Axicon 5. Die optischen Achsen der Axicons 4 und 5 sind kollinear. Ebenso liegt das Zentrum des Laserstrahls 1 idealerweise, jedoch nicht notwendig, auf der optischen Achse 6. Gewisse Achsabweichungen sowohl der Laser als auch der Axicons sind möglich und können korrigiert oder später bei der Bilderzeugung herausgerechnet werden.
Der Pivot-Punkt des MEMS-Scanners 8 liegt vorteilhaft ebenfalls auf der optischen Achse 6. Der MEMS-Scanner ist Bestandteil des MEMS-Bauelements 9, das die mechanische und elektrische Funktionalität des Scanners beinhaltet. Der Installationswinkel des MEMS-Bauelements 9 relativ zur optischen Achse 6 ist einerseits durch die Anwendung definiert, und andererseits durch den optischen Scanwinkel, den der Scannerspiegel 8 ermöglichen soll. Das MEMS-Bauelement ist mit einer optisch transparenten Vakuumkapselung 10 versehen, die hier in sphärischer Form ausgeführt ist. Die Vakuumverkapselung 10 erhöht den Q-Wert der Torsionsschwingungen des Spiegels und somit die Winkelamplituden der Schwingungen. Sie besteht aus optisch transparentem Material, das auch den Randbedingungen einer Prozessführung für MEMS-Bauelemente genügen muss (z. B.: passender thermischer Ausdehnungskoeffizient).
Die ringförmige Intensitätsverteilung, die am Axicon 5 reflektiert wird, tritt durch das sphärisch ausgeführte Material der Vakuumkapselung 10. Ungeachtet der genauen geometrischen Form der Kapselung 10 auch für die im folgenden gezeigten Ausführungsfomen gilt, dass die Materialdicke/Glasdicke vorteilhaft im Wesentlichen konstant sein soll. Für den Fall, dass die Glasdicke veränderlich ist, können Linseneffekte eine deutliche Verzerrung der erzeugten Bilder hervorrufen. Materialdicken/Glasdicken von MEMS-Vakuumkapselungen liegen ungefähr in dem Bereich von 50 um bis 500 um, wobei meistens eine möglichst kleine Glasdicke angestrebt wird. In der hier dargestellten Ausführungsform liegt das Zentrum der sphärischen Vakuumkapselung 10 auf der optischen Achse 6. Der Axiconwinkel des Axicons 5 ist derart eingestellt, dass die ringförmige Intensitätsverteilung zum MEMS-Scanner 8 hin kollimiert wird und danach eine Überlagerung der Intensität auf der Vakuumkapselung 10 im Abschnitt 11 stattfindet. In dem Abschnitt 11 entstehen somit Bessel-Strahlen, deren Profil in 2 simuliert und gezeigt ist. Führt der MEMS-Scanner 8 in einer oder in zwei der möglichen Richtungen eine Torsionsschwingung aus, dann bewegt sich der Abschnitt 11 entsprechend der Reflexionsbedingungen in einem konstanten Abstand um den Pivotpunkt des MEMS-Scanners 8 herum. Das hat zur Folge, dass die in 2 gezeigten Intensitätsverteilungen sich ebenfalls um den Pivotpunkt des Scanners 8 bewegen.
Um sicherzustellen, dass die optischen Achsen der Axicons 4 und 5 dauerhaft mit dem Pivotpunkt des MEMS-Scanners übereinstimmen, werden die Axicons 4 und 5 mit den Halteelementen 12 und 13 mit dem MEMS-Bauelement verbunden.
Auf der Kugeloberfläche der Kapselung 10 ist vorzugsweise eine transparente Fluoreszenzfolie aufgebracht. Die Folie kann sowohl auf der Innenfläche als auch auf der Außenfläche der Kapselung aufgebracht sein, ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Die Folie wird von den gescannten Bessel-Strahlen beleuchtet. Dabei erzeugt die in 2 gezeigte Intensitätsverteilung pixelweise Fluoreszenzlicht. Werden die Bessel-Strahlen mit dem 2D-MEMS-Scanner 8 zeitlich abhängig in zwei Richtungen gescannt, entsteht eine Vielzahl von Pixeln. Wird die Laserleistung entsprechend gesteuert, entsteht durch unterschiedlich helle Pixel ein reelles Bild in der Folie auf der Kugeloberfläche.
Die Kapselung 10 besteht aus geeignetem Glasmaterial. Beispielsweise wird für die Herstellung der Vakuumkapselungen mit einer sphärischen Glaskuppel aus prozesstechnischen Gründen Borofloat verwendet.
Ungeachtet der Dicke des Glasmaterials liegen zwei Oberflächen vor. Beide Flächen des kuppelförmigen Kapselungsabschnitts, die äußere Oberfläche wie auch die innere Oberfläche, können als Projektionsfläche gewählt werden. Eine dieser ausgewählten Oberflächen wird dann z. B. mit dem phosphoreszierenden Material beschichtet oder mit der fluoreszierenden Folie überzogen oder mit anderen Mitteln behandelt. So entsteht auf einer der ausgewählten Oberflächen ein Projektionsschirm, auf dem die von den gescannten Bessel-Strahlen erzeugten Pixel ein reelles Bild erzeugen.
Aufgrund der Tatsache, dass sowohl die Axicons 4 und 5 wie auch der Pivotpunkt des Scannerspiegels 8 möglichst genau auf einer Achse liegen sollten, ist es vorteilhaft, die entsprechenden Bauelemente zueinander auszurichten und fest zu installieren. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass die Verbindungselemente den Strahlengang des Lasers 1a nicht beeinträchtigen. Aus diesem Grund wird das Axicon 4 auf eine Halterung 12 installiert, die auf der Kuppel der Kapselung 10 befestigt wird.
Die Ausrichtung dieser Bauelemente zueinander sowie die Ausrichtung der Axicon-Achse auf den Pivotpunkt des Scannerspiegels 8 erfolgt mit den bekannten In-situ-Justiermethoden. Das Axicon 5 wird beispielsweise in eine zylinderförmige Halterung 13 installiert. Wichtig ist, dass auch hier die Axicon-Achse und die Zylinderachse kollinear aufeinander justiert sind. Die Halterung 13 gemeinsam mit dem Axicon 5 werden dann ebenfalls mit den bekannten In-situ-Justiermethoden relativ zu der Achse, auf der der Pivotpunkt des Scannerspiegels 8 und die Symmetrieachse des Axicons 4 liegt, ausgerichtet und an der Oberfläche der Glaskuppel der Kapselung 10 befestigt.
Die Verwendung von Axicons und der sich daraus ergebenden ringförmigen Intensitätsverteilung des Laserlichts ermöglicht eine vorteilhafte Ausführungsform des Scannerspiegels 8. Da in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die ringförmige Intensitätsverteilung auch auf der Spiegeloberfläche des Scannerspiegels 8 zu finden ist, kann dieser auch in Form eines elliptischen Rings mit einer zentralen Ausnehmung hergestellt werden. Dies umfasst auch die Form eines kreisförmigen Rings. Die ringförmige Intensitätsverteilung des Laserstrahls 1, die auf einen Scannerspiegel 8 unter einem Einfallswinkel (hier z. B. 45°) trifft, ergibt auf der Spiegeloberfläche eine elliptische Intensitätsverteilung. Der Vorteil einer Ausnehmung in Bezug auf den Scannerspiegel 8 besteht darin, dass ein elliptischer Ring mit definierter äußerer Begrenzung eine geringere Masse besitzt als ein Scannerspiegel 8, der als volle elliptische Scheibe ausgeführt ist. Die geringere Masse des Scannerspiegels 8 führt dazu, dass ein kleineres Drehmoment erforderlich ist, um die gleichen Winkelamplituden zu erreichen, als bei einem aus Vollmaterial hergestellter Scannerspiegel. Ungeachtet der Antriebsart des Scannerspiegels 8 bedeutet dies eine geringere Antriebskraft und entsprechend den Antriebsarten z. B. geringere Antriebsspannungen oder geringere Antriebsströme. (siehe dazu die 13a-c).
Zur pixelgenauen Erzeugung eines reellen Bildes ist es erforderlich, die Winkelstellung des MEMS-Scanners 8 in beiden Oszillationsrichtungen zu bestimmen oder zu erfassen und die notwendige Beleuchtungsstärke eines Pixels, das genau in die Richtung der entsprechenden Winkelstellung des MEMS-Scanners 8 projiziert wird, zu regeln oder zu steuern. Die Detektions- und Regeleinheit 14 verknüpft die Winkelstellung des MEMS-Scanners 8 mit der Ansteuerung des Lasers 1a zur Steuerung der Laserintensität für jedes zu projizierende Pixel. Die Detektions- und Regeleinheit 14 kann auch für die Steuerung oder Regelung einer Kombination von Lasern ausgelegt sein.
Das auf der Glaskuppel der Kapselung 10 erzeugte Bild weist eine Fläche von höchstens wenigen Quadratzentimetern (1 cm² - 2 cm²) auf und kann abhängig von der erreichten Pixelauflösung durch die Bessel-Strahlen innerhalb der Projektionsfläche eine Pixeldichte von bis zu 2000 Pixeln pro Zentimeter in einer Richtung aufweisen. Ein derartiges reelles Bild kann mit einer üblichen Projektionsoptik z. B. auf einen großen Bildschirm in einer üblichen Entfernung von einigen Metern vom MEMS- Spiegel projiziert werden.
4 zeigt den Aufbau, der schon in 3 als Schnittzeichnung präsentiert ist, in perspektivischer Darstellung. Der Laserstrahl 1 und die nachfolgenden ringförmigen Intensitätsverteilungen sind aus darstellerischen Gründen als Schnitt in vertikaler Ebene gezeigt. Die gestrichelten Linien auf den Axicons 4 und 5 sowie auf dem MEMS-Scanner 8 deuten die Bereiche an, die entweder von dem Laserstrahl 1 oder von den nachfolgenden ringförmigen Intensitätsverteilungen beleuchtet werden. Der MEMS-Scanner 8 ist hier als 2D-MEMS-Spiegel mit den angedeuteten Torsionsachsen gezeigt.
In 5 ist eine Schnittzeichnung gezeigt, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau zur Erzeugung von Bessel-Strahlen zeigt wie 3. Lediglich der Axiconwinkel des Axicons 5 ist derart eingestellt, dass das Überlappungsgebiet der ringförmigen Intensitätsverteilung 14 außerhalb der sphärischen Vakuumkapselung 10 und damit in einer größeren Entfernung vom Axicon 5 als in 3 liegt. Eine ähnliche Konstellation ist natürlich auch mit der Anpassung von Abständen der Axicons 4 und 5 und des Axiconwinkels des Axicons 4 erreichbar. Innerhalb des Überlappungsvolumens der ringförmigen Intensitätsverteilung bilden sich auch hier Bessel-Strahlen aus, wie sie in 2 simuliert und dargestellt sind. Die Bessel-Strahlen treffen dann auf einen Bildschirm 15, der dazu dient, die Intensitätsverteilung, wie sie in 2 angedeutet ist, sichtbar zu machen. Auch bei diesem Aufbau bewirken die Torsionsschwingungen des MEMS-Scanners, dass die Bessel-Strahlen entsprechend den Reflexionsbedingungen den Bildschirm 15 überstreichen. In diesem Ausführungsbeispiel ist dann im Gegensatz zu der in 3 dargestellten Ausführung der Bildschirm mit dem phosphoreszierenden Material beschichtet bzw. mit der fluoreszierenden Folie versehen. Ein auf diese Weise entstandenes reelles Bild kann wiederum mit einer üblichen Projektionsoptik z. B. auf einen großen Bildschirm in einer üblichen Entfernung von beispielsweise einigen Metern projiziert werden.
Die geometrische Form der Vakuumkapselung ist nicht auf sphärische Ausführungen beschränkt.
In 6 ist eine Ausführungsform der Vakuumkapselung mit einer ebenen Glasplatte 16 dargestellt, die parallel zum MEMS-Bauelement 9 angeordnet ist. Die Axiconwinkel der Axicons 4 und 5 sowie ihre Abstände sind derart eingestellt, dass die Überlagerung der ringförmigen Intensitätsverteilung und damit die Formung von Bessel-ähnlichen Strahlen im Gebiet 17 erfolgt. Auf diese Weise entsteht die in 2 dargestellte Intensitätsverteilung der Bessel-Strahlen auf der planaren Glasabdeckung 16. Wenn der MEMS-Scanner Torsionsschwingungen ausführt, wird der Bereich 17 der überlagerten Intensitätsverteilung entsprechend verschoben und überstreicht damit die ebene Glasabdeckung. Im Gegensatz zu der Ausführung in 3 ändert sich mit dem Scanwinkel des MEMS-Scanners auch der Abstand zwischen dem Pivotpunkt des MEMS-Scanners und der Position des Bereichs 17 auf der planaren Glasabdeckung 16.
In 2 ist zu erkennen, dass die Intensitätsverteilung des Bessel-Strahls in einem bestimmten Bereich des Abstands (z. B. von den Axicons) auftritt (in der Simulation von 2 ist dieser Abstand ungefähr 10 mm). Der Abstandsbereich hängt in erster Linie von dem Durchmesser des Laserstrahls 1 und dem Kreuzungswinkel der ringförmigen Intensitätsverteilung in 17 ab. Die Erzeugung eines reellen Bilds auf der planaren Glasabdeckung 16 erfolgt dann in gleicher Weise wie in dem Ausführungsbeispiel in 3. Entweder wird z. B. eine phosphoreszierende Schicht auf der Außenseite oder auf der Innenseite der Glasabdeckung 16 aufgebracht, oder eine der beiden Seiten wird mit einer fluoreszierenden Folie versehen, oder es wird ein anderes Verfahren zur Herstellung eines reellen Bildes angewandt.
Die Befestigung und Justierung der Axicons 4 und 5 auf einer gemeinsamen Achse, die auch durch den Pivotpunkt des MEMS-Scanners 8 verläuft, muss für einzelne MEMS-Scanner Systeme individuell gelöst werden.
In 7 ist eine Schnittzeichnung gezeigt, die im Wesentlichen den gleichen Aufbau zur Erzeugung von Bessel-Strahlen zeigt wie 6. Lediglich die Axiconwinkel der Axicons 4 und 5 ist derart eingestellt, dass das Überlappungsgebiet der ringförmigen Intensitätsverteilung außerhalb der planaren Glasabdeckung 18 liegt. Die Anpassung der Abstände der Axicons 4 und 5 erreicht das gleiche Ziel. Innerhalb des Überlappungsvolumens der ringförmigen Intensitätsverteilung bilden sich auch hier Bessel-Strahlen aus, wie sie in 2 simuliert und dargestellt sind. Die Bessel-Strahlen treffen dann auf einen Bildschirm 19, der dazu dient, die Intensitätsverteilung sichtbar zu machen. Auch bei diesem Aufbau bewirken die Torsionsschwingungen des MEMS-Scanners, dass die Intensitätsverteilung der Bessel-Strahlen entsprechend den Reflexionsbedingungen über den Bildschirm 19 streicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist dann im Gegensatz zu der in 6 dargestellten Ausführung der Bildschirm 19 mit einem phosphoreszierenden Material beschichtet bzw. mit der fluoreszierenden Folie versehen.
Analog zum Ausführungsbeispiel von 6 ist in 8 eine Ausführungsform gezeigt, bei der eine planare Vakuumkapselung 20 des MEMS-Bauelements vorliegt, diese jedoch im Gegensatz zu 6 einen Winkel größer als 0° mit der Oberfläche des Bauelements einschließt. Eine derartige Bauweise der Vakuumkapselung wird angewendet, um bei Laserprojektionsverfahren die Richtung von Reflexspots einstellen zu können (siehe DE 10 2008 012 384 A1 ). In gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel, das in 6 gezeigt ist, entsteht im Gebiet 21 eine Intensitätsverteilung ähnlich derjenigen, die in 2 dargestellt ist.
Die Erzeugung eines reellen Bilds auf der schrägen, planaren Glasabdeckung 20 erfolgt dann in gleicher Weise wie in dem Ausführungsbeispiel in 6. Entweder wird z. B. eine phosphoreszierende Schicht auf der Außenseite oder auf der Innenseite der Glasabdeckung aufgebracht, oder eine der beiden Seiten wird mit einer fluoreszierenden Folie versehen, oder es wird ein anderes Verfahren zur Herstellung eines reellen Bildes angewandt. Das reelle Bild kann dann mittels einer Projektionsoptik 46, die in 8 schematisch dargestellt ist, weiter auf einen nicht dargestellten Bildschirm projiziert und dort vergrößert sichtbar gemacht werden.
In analoger Weise wie in 7 dargestellt kann der Bildschirm außerhalb des Scannersystems aufgebaut werden, wie in 9 dargestellt. Diese Figur zeigt im Wesentlichen den gleichen Aufbau zur Erzeugung von Bessel-Strahlen wie 7. Lediglich die Axiconwinkel der Axicons 4 und 5 sind derart gewählt, dass das Überlappungsgebiet der ringförmigen Intensitätsverteilung 23 außerhalb der planaren Glasabdeckung 22 liegt.
Die Anpassung der Abstände der Axicons 4 und 5 kann zu derselben Situation führen. Innerhalb des Überlappungsvolumens der ringförmigen Intensitätsverteilung bilden sich auch hier Bessel-Strahlen oder konkret Bessel-ähnliche Strahlen aus, wie sie in 2 simuliert und dargestellt sind. Die Bessel-Strahlen treffen dann auf einen Bildschirm 23, der dazu dient, die Intensitätsverteilung sichtbar zu machen. Auch bei diesem Aufbau bewirken die Torsionsschwingungen des MEMS-Scanners, dass die Intensitätsverteilung der Bessel-Strahlen entsprechend den Reflexionsbedingungen den Bildschirm 23 überstreicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist dann im Gegensatz zu der in 7 dargestellten Ausführung der Bildschirm 23 mit dem phosphoreszierenden Material beschichtet bzw. mit der fluoreszierenden Folie versehen.
In 10 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Vakuumkapselung ohne zentralsymmetrische Geometrie hergestellt ist. Das Zentrum der immer noch kugelförmigen Glaskuppel 24 liegt hier nicht mehr im Pivotpunkt des Scannerspiegels. Dies bedeutet, dass der Durchtritt der ringförmigen Intensitätsverteilung nicht mehr achsensymmetrisch zur Glaskuppel 24 liegt.
In 10 ist eine Schnittzeichnung gezeigt, bei der der optische Aufbau zur Erzeugung von Bessel-Strahlen im Wesentlichen der gleiche ist, wie der in 3 gezeigte. Dabei kann das Zentrum der sphärisch geformten Glaskuppel 24 relativ zur Ebene des MEMS-Bauelements 9 in x-, y-, oder z-Richtung verschoben sein. In gleicher Weise wie in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird auch in dem in 10 gezeigten Fall entweder ein Teil der Innenseite oder ein Teil der Außenseite der Kuppel 24 mit den optischen Eigenschaften ausgestattet, die die Erzeugung eines reellen Bildes in 25 ermöglichen.
In 3 geht die ringförmige Intensitätsverteilung symmetrisch durch die Glaskuppel der Vakuumkapselung. Damit erfahren die Wellenfronten überall die gleichen Phasenverschiebungen. Dies ist auch der Fall für planare Glasabdeckungen, ungeachtet der Winkel, die die Abdeckung zum Strahl hat. Bei der in 10 dargestellten Situation ist dies nicht mehr der Fall. Bei dem in der Schnittzeichnung gezeigten Strahlengang haben die im oberen Teil dargestellten Strahlen einen anderen Durchtrittswinkel durch die Glaskuppel als die im unteren Teil. Das bedeutet, dass die im oberen Teil dargestellten Strahlen eine andere Phasenverschiebung erfahren. Die Intensitätsverteilung der Bessel-Strahlen sieht daher völlig anders aus als die in 2 gezeigte Verteilung für den symmetrischen Fall. Aus Gründen der Herstellungstechnologie für die hier beschriebene sphärische Glaskuppel 24 ist diese der am häufigsten auftretende Fall. Dass das Zentrum der sphärischen Glaskuppel und der Pivotpunkt zusammenfallen, ist ein angestrebter, aber leider nicht immer erreichbarer Sonderfall.
In 11 ist eine Ausführungsform der Glaskapselung 26 des MEMS-Scanners mit einer irregulären Geometrie gezeigt. Die hier gezeigte Geometrie ist stellvertretend für beliebig viele irreguläre geometrische Formen. Darunter sollen auch diejenigen geometrischen Formen subsumiert werden, die im mathematischen Sinn nicht irregulär sind. Dazu sollen hier beispielsweise Glaskapselungen in elliptischer Ausführungsform, in zylindrischer Ausführungsform u. a. gezählt werden.
Die Erzeugung der Bessel-Strahlen erfolgt mit dem Laser 1a und der Strahlformungsoptik 2 sowie mit den Axicons 4 und 5. Analog zum Ausführungsbeispiel aus der 10 führt die irreguläre Form der Vakuumkapselung 26 dazu, dass der Durchtritt der ringförmigen Intensitätsverteilung nicht mehr achsensymmetrisch zur Glaskuppel 26 erfolgt. Da das Überlappungsgebiet 27 ebenfalls auf der irregulär geformten Oberfläche 26 liegt, müssen die dort erzeugten reellen Bilder entsprechend der Oberflächenform mit Bildsteuerungsalgorithmen entzerrt werden.
In 12 ist eine mögliche Ausführungsform einer Einrichtung für die Herstellung von Bessel-Strahlen unter Verwendung von glasgeformten Axicons 28, 29 aus einem optisch transparenten, lichtbrechenden Material gezeigt. Ein Laser 1a mit einem Laserstrahl 1 mit einer gaußschen Charakteristik wird mit einer Strahlformungsoptik 2 in erster Linie hinsichtlich seines Durchmesser und seiner Divergenz eingestellt. Anschließend trifft er auf ein Axicon 28, das aus im optischen Bereich transparenten, lichtbrechenden Material gefertigt ist und auf (mindestens) einer Seite konkav kegelförmig (konisch) zugeschnitten ist. Dadurch erhält der Laserstrahl 1a eine ringförmige Intensitätsverteilung, die im geeigneten Abstand und unter einem geeigneten Winkel auf das Axicon 29 trifft. Das Axicon 29 besteht ebenfalls aus einem lichtbrechenden Material und besitzt auf beiden Seiten eine konvexe kegelförmige (konische) Form. Die optischen Achsen 6 der Axicons 28 und 29 sowie der Strahlformungsoptik und die Zentralachse des Laserstrahls 1a sind kollinear. Die Axiconwinkel der Axicons 28, 29 sind derart eingestellt, dass die ringförmige Intensitätsverteilung nach Durchtritt durch das Axicon 29 kollimiert wird.
Analog wie bei der Ausführungsform von 3 trifft die ringförmige Intensitätsverteilung auf den MEMS-Spiegel 8 innerhalb des MEMS-Bauelements 9. Der MEMS-Spiegel 8 führt entlang seiner Oszillationsachsen Torsionsschwingungen aus, die zur Ablenkung der ringförmigen Intensitätsverteilung führen. Der Pivotpunkt des MEMS-Spiegels liegt idealerweise auf der optischen Achse 6 der optischen Bauelemente 2, 28 und 29. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das MEMS-Bauelement 9 mit dem MEMS-Spiegel 8 mit einer sphärisch geformten Vakuumkapselung 30 versehen. Sowohl die Axiconwinkel als auch die jeweiligen Abstände der Bauelemente zueinander sind so eingestellt, dass die ringförmige Intensitätsverteilung in dem Gebiet 31 um die sphärische Glaskuppel herum überlappt und die in 2 beschriebenen Bessel-Strahlen ausbildet.
Wie bereits zu 3 erwähnt, hat die ringförmige Intensitätsverteilung, die durch die Axicons hervorgerufen wird, einen großen Vorteil in Bezug auf das Layout der 2D- (auch 1D-)MEMS-Scanner.
Dadurch, dass der MEMS-Spiegel nur in seinem Randbereich beleuchtet wird, ist es nur notwendig, diesen für die Umlenkung der ringförmigen Intensitätsverteilung auszulegen. Der Spiegel muss deshalb auch nur in einem ringförmigen Bereich reflektieren.
Ein Vergleich der Geometrie eines Standard-MEMS-Spiegels mit einem MEMS-Spiegel für eine ringförmige Beleuchtung ist in 13 dargestellt. In 13a ist beispielhaft ein kreisförmiger Standard MEMS-Spiegel 32 ohne die Federaufhängungen gezeigt. Der MEMS-Spiegel führt Torsionsschwingungen um die Achsen 33 und 34 aus. Die ringförmige Intensitätsverteilung trifft innerhalb der Fläche 35 auf den MEMS-Spiegel, die durch die gestrichelte Linie begrenzt ist. Außerhalb dieser Fläche 35 wird der MEMS-Spiegel nicht beleuchtet. Aus diesem Grund ist es möglich und vorteilhaft, den MEMS-Spiegel 32 in angepasster Form mit einer massesparenden Ausnehmung auszulegen.
In 13b ist beispielhaft ein MEMS-Spiegel 36 in dieser angepassten Form gezeigt. Der MEMS-Spiegel 36 führt Torsionsschwingungen um die beiden Achsen 37 und 38 aus. Die Fläche 39, die durch die gestrichelte Linie begrenzt ist, deutet den Bereich auf dem MEMS-Spiegel 36 an, der von der ringförmigen Intensitätsverteilung beleuchtet wird. Innerhalb der Fläche des MEMS-Spiegels 36, die nicht beleuchtet ist, weist der MEMS-Spiegel 36 die Aussparung 40 auf. Dieses führt dazu, dass der MEMS-Spiegel 36 bei gleichem Außenradius eine geringere Masse besitzt als der MEMS-Spiegel 32 in 13a. Wegen der geringeren Masse besitzt der MEMS-Spiegel 36 ein geringeres Trägheitsmoment als des MEMS-Spiegel 32 ohne Aussparung. Daher braucht der MEMS-Spiegel 36 eine geringere Antriebskraft zur Aufrechterhaltung der beiden Torsionsschwingungen um die Achsen 37 und 38 als der MEMS-Spiegel 32 in 13b. Insgesamt hat die Aussparung 40 eine positive Auswirkung auf die Spiegelperformance.
In 13c ist eine analoge Ausführungsform des MEMS-Spiegels für den allgemeineren Fall gezeigt, dass die ringförmige Intensitätsverteilung einen größeren Einfallswinkel relativ zur Flächennormalen des MEMS-Spiegels besitzt (10° - 80°). Für größere Einfallswinkel weist die durch die ringförmige Intensitätsverteilung beleuchtete Fläche eine ausgeprägt elliptische Form auf.
Der MEMS-Spiegel 41 besitzt vorteilhafterweise eine elliptische Ausführungsform und oszilliert um die Torsionsachsen 42 und 43. Wegen des Einfallswinkels der ringförmigen Intensitätsverteilung auf den MEMS-Spiegel 41 ist die durch die gestrichelte Linie begrenzte Beleuchtungsfläche 44 entsprechend elliptisch.
Vorteilhaft wird die Aussparung 45 auch entsprechend elliptisch ausgeführt. Die Aussparung 45 wird elliptisch ausgeführt ungeachtet der äußeren, geometrischen Form des MEMS-Spiegels 41.
Durch die beschriebene Bilderzeugungseinrichtung lassen sich mit vertretbarem Aufwand hochauflösende Bilder durch Scannen erzeugen, die geeignet weiterverarbeitet werden können.

Claims

Bilderzeugungseinrichtung mit einer Strahlungsquelle (1a) für einen oder mehrere Ausgangsstrahlen (1) mit gaußscher Strahlungscharakteristik, insbesondere einer Laserstrahlquelle, mit einer Einrichtung (2, 4, 5, 28, 29) zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen aus einem oder mehreren Ausgangsstrahlen, mit einem steuerbar antreibbaren MEMS-Scanner (8, 9, 32, 36, 41), wobei die Bessel-ähnlichen Strahlen auf den MEMS-Scanner gerichtet sind und durch den MEMS-Scanner (8, 9) zur Erzeugung eines Bildes gezielt ausgelenkt werden, und mit einem wenigstens teilweise für die Bessel-ähnlichen Strahlen durchlässigen Anzeigekörper (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30), auf den die Bessel-ähnlichen Strahlen durch den MEMS-Scanner gelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapselungswand des MEMS-Scanners (8, 9, 32, 36, 41) als Anzeigekörper (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30) ausgebildet ist, wobei die Kapselungswand für die Bilderzeugung insbesondere einen planen Abschnitt oder einen kugelkalottenförmigen Abschnitt aufweist, dessen Kugelmittelpunkt mit einem Punkt zusammenfällt, in dem sich zwei Schwenkachsen eines MEMS-Spiegels (8, 32, 36) schneiden, wobei der Anzeigekörper (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30) als Mattscheibe ausgebildet oder mit einer phosphoreszierenden oder fluoreszierenden Substanz, insbesondere einer phosphoreszierenden oder fluoreszierenden Folie beschichtet ist, um auf einer Oberfläche des Anzeigekörpers (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30) ein reelles Bild zu erzeugen.
Bilderzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Projektionseinrichtung (46), die das Bild vom Anzeigekörper (10, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30) mittels einer Projektionsoptik auf eine Projektionsfläche projiziert.
Bilderzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen wenigstens ein Axicon (4, 5, 28, 29) aufweist.
Bilderzeugungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Axicon (4, 5, 28, 29) als Spiegel oder als lichtbrechendes Element, insbesondere Linse, ausgebildet ist.
Bilderzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen wenigstens zwei koaxial zueinander ausgerichtete Axicons (4, 5, 28, 29) aufweist.
Bilderzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Bessel-ähnlichen Strahlen eine Blende mit einem Ringspalt aufweist, auf den der oder die Ausgangsstrahlen gerichtet sind, wobei insbesondere von der Strahlungsquelle aus gesehen hinter dem Ringspalt wenigstens eine Sammellinse vorgesehen ist.
Bilderzeugungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MEMS-Scanner als 2D-MEMS-Scanner (8, 9, 32, 36, 41) mit einem um mehrere Achsen drehbaren oder schwenkbaren Spiegel ausgebildet ist.
Bilderzeugungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder wenigstens ein MEMS-Spiegel (36, 41) eine insbesondere kreisrunde oder elliptische Ausnehmung (40, 45) aufweist.