DE102021201373A1

DE102021201373A1 - MEMS-actuated light-emitting device and method for changing the position of a light-emitting device

Info

Publication number: DE102021201373A1
Application number: DE102021201373.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Blasl; Meysam Namdari; Jan Grahmann; Michael Wildenhain
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2022-08-18
Also published as: WO2022171614A2; WO2022171614A3

Abstract

Eine Vorrichtung umfasst eine Lichtemissionseinrichtung, die ausgebildet ist, um Licht auszusenden, eine MEMS-Positioniereinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Position der Lichtemissionseinrichtung in der Vorrichtung zu verändern, um eine Position, von der das Licht aussendbar ist, zu verändern. Die Vorrichtung umfasst eine Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Steuerungsinformation, die mit einer Position der Lichtemissionseinrichtung assoziiert ist, zu erhalten, und um basierend auf der Steuerungsinformation die MEMS-Positioniereinrichtung zu steuern, um die Position der Lichtemissionseinrichtung zu verändern.A device includes a light emission device that is designed to emit light, a MEMS positioning device that is designed to change a position of the light emission device in the device in order to change a position from which the light can be emitted. The device includes a controller configured to receive control information associated with a position of the light emitting device and to control the MEMS positioning device based on the control information to change the position of the light emitting device.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer MEMS-Positioniereinrichtung zum Verändern einer Position einer Lichtemissionseinrichtung, beispielsweise einem Gitterkoppler oder Bragg-Gitter, und auf ein Verfahren zum Verändern einer Position, von der ein Licht mit einer Lichtemissionseinrichtung ausgesendet wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf einen MEMS-aktuierten photonischen Gitterkoppler für mehrschichtige photonische Systeme.The present invention relates to an apparatus with a MEMS positioning device for changing a position of a light emitting device, for example a grating coupler or Bragg grating, and a method for changing a position from which a light is emitted with a light emitting device. The present invention further relates to a MEMS-actuated photonic grating coupler for multilayer photonic systems.

Sensorchips, die auf integrierter Photonik basieren, sind bekannte Sensorverfahren. Austauschbare Sensoren sind ein wichtiger Teil einer patientennahen Vor-Ort-Diagnose und Umweltmessungen. Um die Mobilität solcher Systeme zu erhöhen, sind kompakte Systeme auf Handgerätebasis gewünscht. In solchen Systemen ist ein kompakter und robuster Interposer, das heißt, ein Kopplungselement, zwischen den austauschbaren Chips und dem Auslesesystem notwendig.Sensor chips based on integrated photonics are known sensor methods. Replaceable sensors are an important part of point-of-care diagnostics and environmental measurements. In order to increase the mobility of such systems, compact handheld based systems are desired. In such systems, a compact and robust interposer, i.e. a coupling element, is necessary between the exchangeable chips and the readout system.

Hierzu werden zwei Konzepte betrachtet. Gemäß dem einen Konzept kann Licht an den Chip gekoppelt und von dem Chip gekoppelt werden, indem Freiraumoptiken und mikromechanische Positionierung verwendet wird. Diese Lösung führt zu einem voluminösen Auslesesystem aber ermöglicht kostengünstige Sensorchips. Im zweiten Verfahren werden die Daten durch einen elektrischen Interposer von einer on-chip integrierten Elektronik erhalten, beispielsweise unter Verwendung von Photodioden, Lasern und dergleichen. In diesem Fall wird der Chip sowie das Auslesesystem ausgewechselt und das wird zu einer Erhöhung des Preises der Sensorchips führen. Allerdings ermöglicht das zweite Konzept ein hochkompaktes System. Ungeachtet dessen scheitern beide Konzepte daran, ein separates kompaktes Handgerät als Auslesesystem mit günstigen austauschbaren Sensorchips bereitzustellen.To this end, two concepts are considered. According to one concept, light can be coupled to and off the chip using free space optics and micromechanical positioning. This solution leads to a voluminous readout system but enables inexpensive sensor chips. In the second method, the data is obtained through an electrical interposer from on-chip integrated electronics, for example using photodiodes, lasers and the like. In this case, the chip and the reading system will be replaced, which will lead to an increase in the price of the sensor chip. However, the second concept enables a highly compact system. Irrespective of this, both concepts fail because a separate, compact hand-held device as a readout system with cheap, replaceable sensor chips is available.

Wünschenswert wäre demnach ein Konzept zum Ausrichten einer Lichtquelle, das eine robuste und kostengünstige Realisierung von Vorrichtungen und Systemen ermöglicht.Accordingly, a concept for aligning a light source that enables devices and systems to be implemented in a robust and cost-effective manner would be desirable.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Konzept für eine robuste und kostengünstige Positionierung einer Lichtquelle zu ermöglichen.The object of the present invention is therefore to enable a concept for a robust and cost-effective positioning of a light source.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims.

Die Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Aussendeort von Licht für einen auswechselbaren optischen Chip mit einer MEMS-Positioniereinrichtung zu verschieben, um eventuell verbleibende Positionsungenauigkeiten zu kompensieren, was eine exakte Positionierung des Orts, an dem das Licht ausgesendet wird, ermöglicht und insofern eine robuste Vorrichtung ermöglicht, die ungeachtet der aktiven Einstellung dennoch kostengünstig herstellbar ist.The core idea of the present invention is to shift the emission location of light for a replaceable optical chip with a MEMS positioning device in order to compensate for any remaining positional inaccuracies, which enables exact positioning of the location at which the light is emitted, and in this respect a allows robust device that is still inexpensive to produce regardless of the active setting.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung eine Lichtemissionseinrichtung, die ausgebildet ist, um Licht auszusenden. Ferner ist eine MEMS-Positioniereinrichtung angeordnet, die ausgebildet ist, um eine Position der Lichtemissionseinrichtung in dem MEMS zu verändern, um eine Position, von der das Licht aussendbar ist, zu verändern. Eine Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, um eine Steuerungsinformation, die mit einer Position der Lichtemissionseinrichtung assoziiert ist, zu erhalten, und um basierend auf der Steuerungsinformation die MEMS-Positioniereinrichtung zu steuern, um die Position der Lichtemissionseinrichtung zu verändern.According to one embodiment, a device includes a light emission device that is designed to emit light. Furthermore, a MEMS positioning device is arranged, which is designed to change a position of the light emission device in the MEMS in order to change a position from which the light can be emitted. A controller is configured to receive control information associated with a position of the light emitting device and, based on the control information, to control the MEMS positioning device to change the position of the light emitting device.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung ein Bereitstellen einer Lichtemissionseinrichtung, so dass diese ausgebildet ist, um Licht auszusenden. Ferner erfolgt ein Bereitstellen einer MEMS-Positioniereinrichtung, die einen MEMS-Aktuator aufweist, so dass die MEMS-Positioniereinrichtung ausgebildet ist, um eine Position der Lichtemissionseinrichtung in dem MEMS zu verändern, um eine Position, von der das Licht aussendbar ist, zu verändern. Ferner erfolgt ein Bereitstellen einer Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Steuerungsinformation, die mit einer Position der Lichtemissionseinrichtung assoziiert ist, zu erhalten, und um basierend auf der Steuerungsinformation die MEMS-Positioniereinrichtung zu steuern, um die Position der Lichtemissionseinrichtung zu verändern.According to one exemplary embodiment, a method for producing a device includes providing a light-emitting device such that it is designed to emit light. Furthermore, a MEMS positioning device is provided, which has a MEMS actuator, so that the MEMS positioning device is designed to change a position of the light emission device in the MEMS in order to change a position from which the light can be emitted. Furthermore, a control device is provided which is designed to receive control information associated with a position of the light emission device and to control the MEMS positioning device based on the control information in order to change the position of the light emission device.

Ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Aussenden von Licht mit einer Lichtemissionseinrichtung, ein Erhalten einer Steuerungsinformation, die mit einer Position der Lichtemissionseinrichtung assoziiert ist, und ein Steuern der MEMS-Positioniereinrichtung basierend auf der Steuerungsinformation, um die Position der Lichtemissionseinrichtung zu verändern, um eine Position, von der das Licht ausgesendet wird, mit der MEMS-Positioniereinrichtung zu verändern.A method according to an embodiment includes emitting light with a light emitting device, obtaining control information associated with a position of the light emitting device, and controlling the MEMS positioning device based on the control information to change the position of the light emitting device to a Position from which the light is emitted to change with the MEMS positioning device.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Further advantageous exemplary embodiments are the subject matter of the dependent patent claims.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel die zusätzlich zur Vorrichtung aus 1 eine Lichtempfangseinrichtung aufweist;
3 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel die gegenüber den Vorrichtungen aus 1 und 2 eine zusätzliche Lichtemissionseinrichtung und eine zusätzliche Lichtempfangseinrichtung zum Durchführen einer Bestimmung einer Positionierung aufweist.
4 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Lichtemissionseinrichtung eine Gitterkoppelstruktur umfasst;
5 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Lichtemissionseinrichtung und die Lichtempfangseinrichtung ortsfest zueinander auf dem inneren Substratbereich angeordnet sind;
6 eine schematische Seitenschnittdarstellung einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Lichtemissionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7a-b schematische Ansichten eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die auch in hierin beschriebenen Systemen eingesetzt werden kann;
9 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem zwei oder mehrere Lichtemissionseinrichtungen an einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind;
10 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit dem eine Vorrichtung gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen herstellbar ist; und
11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens, das beispielsweise in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen dazu genutzt werden kann, um eine hierin beschriebene Vorrichtung oder ein System zu betreiben.

Preferred embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a schematic block diagram of a device according to an embodiment;
2 a schematic block diagram of a device according to an embodiment in addition to the device 1 comprises a light receiving device;
3 a schematic block diagram of a device according to an embodiment compared to the devices from 1 and 2 an additional light emitting device and an additional light receiving device for performing a determination of a positioning.
4 a schematic plan view of a device according to an embodiment, in which the light emission device comprises a grating coupling structure;
5 a schematic plan view of a device according to an exemplary embodiment, in which the light-emitting device and the light-receiving device are arranged in a stationary manner with respect to one another on the inner substrate region;
6 a schematic side sectional view of an advantageous embodiment of a light emission device according to an embodiment;
7a-b schematic views of a system according to an embodiment;
8th a schematic block diagram of a device according to an embodiment, which can also be used in systems described herein;
9 a schematic block diagram of a device according to an embodiment, in which two or more light-emitting devices are arranged on a common substrate;
10 a schematic flowchart of a method according to an embodiment, with which a device according to embodiments described herein can be produced; and
11 a schematic flowchart of a method that can be used, for example, in accordance with embodiments to operate a device or a system described herein.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical elements, objects and/or structures that have the same function or have the same effect are provided with the same reference symbols in the different figures, so that the elements shown in different exemplary embodiments Description of these elements is interchangeable or can be applied to each other.

Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Details beschrieben. Ausführungsbeispiele können jedoch auch ohne diese detaillierten Merkmale implementiert werden. Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Verständlichkeit wegen unter Verwendung von Blockschaltbildern als Ersatz einer Detaildarstellung beschrieben. Ferner können Details und/oder Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele ohne Weiteres mit einander kombiniert werden, solange es nicht explizit gegenteilig beschrieben ist.Exemplary embodiments described below are described in connection with a large number of details. However, example embodiments can also be implemented without these detailed features. Furthermore, for the sake of comprehensibility, exemplary embodiments are described using block diagrams as a substitute for a detailed illustration. Furthermore, details and/or features of individual exemplary embodiments can be combined with one another without further ado, as long as it is not explicitly described to the contrary.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Lichtemissionseinrichtung 12, die ausgebildet ist, um Licht auszusenden. Bei der Lichtemissionseinrichtung 12 kann es sich beispielsweise um einen Gitterkoppler oder ein Bragg-Gitter handeln, was auch mit dem Begriff Grating bezeichnet werden kann. Die Lichtemissionseinrichtung kann mit einem optischen Medium, etwa einem Lichtwellenleiter oder dergleichen verbunden sein, um ein Lichtsignal zu empfangen und um basierend auf dem Lichtsignal Licht 14 auszusenden. 1 shows a schematic block diagram of a device 10 according to an embodiment. The device 10 comprises a light emission device 12 which is designed to emit light. The light emission device 12 can be, for example, a grating coupler or a Bragg grating, which can also be referred to by the term grating. The light emitting device may be connected to an optical medium, such as an optical fiber or the like, to receive a light signal and to emit light 14 based on the light signal.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine MEMS-Positioniereinrichtung 16, die ausgebildet ist, um eine Position der Lichtemissionseinrichtung 12 in der Vorrichtung zu verändern, um eine Position, von der das Licht 14 aussendbar ist, zu verändern. Die MEMS-Positioniereinrichtung 16 umfasst dabei zumindest eine MEMS-Aktuatorik, was beispielweise vermittels elektrostatischer Kammelektroden, Piezoelektrik, thermoelektrischer Aktuatoren, magnetoaktiver Aktuatoren oder dergleichen erfolgen kann.The device 10 also includes a MEMS positioning device 16, which is designed to change a position of the light-emitting device 12 in the device in order to change a position from which the light 14 can be emitted. The MEMS positioning device 16 includes at least one MEMS actuator, which can be done, for example, by means of electrostatic comb electrodes, piezoelectrics, thermoelectric actuators, magneto-active actuators or the like.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Steuerungsinformation 22, die mit einer Position der Lichtemissionseinrichtung 12 assoziiert ist, zu erhalten, und um basierend auf der Steuerungsinformation 22 die MEMS-Positioniereinrichtung 16 zu steuern, um die Position der Lichtemissionseinrichtung 12 zu verändern. Die Veränderung der Position der Lichtemissionseinrichtung 12 kann dabei zumindest entlang einer ersten Richtung 24₁ mit positiver oder negativer Amplitude erfolgen, das bedeutet, hin und/oder her. In manchen Ausführungsformen ist ferner vorgesehen, die Lichtemissionseinrichtung 12 auch entlang einer zweiten, orthogonalen Richtung 24₂ zu bewegen, um so insgesamt eine Positionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 in einer zweidimensionalen Ebene zu ermöglichen. Die MEMS-Positioniereinrichtung 16 kann dabei ausgebildet sein, um eine entsprechende Stellkraft entlang einer jeweiligen positiven und negativen Orientierung der Richtung 24₁ und/oder 24₂ bereitzustellen. Alternativ kann es ebenfalls ausreichend sein, die Kraft jeweils nur entlang positiver oder negativer Orientierung aufzubringen und beispielsweise rückstellende Elemente, etwa Federelemente oder dergleichen, zu verwenden, um das Element in eine Ausgangslage zurück zu bewegen. Beide Konzepte sind miteinander kombinierbar, so dass eine Ruhelage entlang einer oder mehrerer Richtungen vermittels mechanischer rückstellender Elemente erhalten werden kann und darüber hinaus die MEMS-Positioniereinrichtung 16 entlang positiver und negativer Orientierung der Richtung 24₁ und/oder 24₂ Kräfte aufbringen kann.The device 10 further comprises a control device which is designed to receive control information 22 associated with a position of the light emitting device 12, and to control the MEMS positioning device 16 based on the control information 22 in order to position the light emitting device 12 to change. The change in the position of the light emission device 12 can take place at least along a first direction 24 ₁ with a positive or negative amplitude, that is to say back and/or forth. In some specific embodiments, provision is also made for the light-emitting device 12 to also be moved along a second, orthogonal direction 24 ₂ , in order to achieve overall positioning of the light-emitting device 12 in a two-way manner allow dimensional level. In this case, the MEMS positioning device 16 can be designed to provide a corresponding actuating force along a respective positive and negative orientation of the direction 24 ₁ and/or 24 ₂ . Alternatively, it can also be sufficient to apply the force only along the positive or negative orientation and to use restoring elements, such as spring elements or the like, for example, in order to move the element back into an initial position. Both concepts can be combined with one another, so that a rest position can be obtained along one or more directions by means of mechanical restoring elements and, moreover, the MEMS positioning device 16 can apply forces along the positive and negative orientation of the direction 24 ₁ and/or 24 ₂ .

Die Steuerungsinformation 22 kann eine Information aufweisen, dass die Position der Lichtemissionseinrichtung 12 zu verändern ist. Diese kann auf unterschiedliche Weise gewonnen werden. Ausführungsbeispiele sehen vor, diese Information durch eine geeignete Sensorik zu erhalten, etwa eine positionsbestimmende Sensorik. Alternativ oder zusätzlich sehen Ausführungsbeispiele vor, eine Rückkopplung des ausgesendeten Lichts zu nutzen, um zu bestimmen, ob die Lichtemissionseinrichtung 12 bezüglich einer das Licht 14 empfangenden Einrichtung korrekt positioniert ist, was wiederum eine Quelle für die Steuerungsinformation 22 bereitstellen kann. Insofern kann die Steuerungsinformation 22 beispielsweise mit einer Lichtamplitude eines empfangenen Lichts assoziiert sein, so dass eine Lichtamplitude unterhalb eines lokalen oder globalen Maximums als optimierungsbedürftige Position ausgelegt werden kann, wobei alternativ oder zusätzlich auch eine konkrete Positionsinformation, etwa im Hinblick auf eine x/y-Koordinate oder dergleichen, erhalten werden kann.The control information 22 may include information that the position of the light emitter 12 is to be changed. This can be won in different ways. Exemplary embodiments provide for this information to be obtained by a suitable sensor system, for example a position-determining sensor system. Alternatively or additionally, embodiments provide for using feedback of the emitted light to determine whether the light emitting device 12 is correctly positioned with respect to a device receiving the light 14 , which in turn can provide a source for the control information 22 . In this respect, the control information 22 can be associated, for example, with a light amplitude of a received light, so that a light amplitude below a local or global maximum can be interpreted as a position in need of optimization, with concrete position information, for example with regard to an x/y coordinate or the like can be obtained.

Die Steuerungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die Lichtemissionseinrichtung 12 innerhalb eines Suchraums, etwa begrenzt durch die Bewegungsamplituden der MEMS-Positioniereinrichtung 16 oder andere Kriterien, zu bewegen, bis ein Maximum einer Lichtamplitude des Lichts 28 durch die Steuerungseinrichtung 18 innerhalb des Suchraums festgestellt ist.The control device can be designed to move the light emission device 12 within a search space, for example limited by the movement amplitudes of the MEMS positioning device 16 or other criteria, until a maximum of a light amplitude of the light 28 is determined by the control device 18 within the search space.

In Ausführungsbeispielen kann die Positionsbestimmung über in der Vorrichtung integrierte Sensoren durchgeführt werden, da dies eine hochintegrierte und sensitive Methode ist. Eine Positionsbestimmung mittels externer Sensoren ist denkbar, führt aber zu zusätzlichem Aufwand. Eine Positionsbestimmung wird im Grunde genommen ohne zusätzliche Information von Positionssensoren innerhalb von Ausführungsbeispielen durchgeführt, da Antriebsspannung und Position der MEMS-Positioniereinrichtung einen in erster Näherung gut beschreibbaren Zusammenhang aufweisen und die Steuerung der MEMS-Positionseinrichtung, etwa durch eine Antriebsspannung, auf das Lichtleistungssignal als Regelgröße erfolgen kann, wie es nachfolgend noch ausgeführt wird. Eine zusätzliche genauere Bestimmung der Position vermittels externer oder integrierter Sensoren kann für Anwendungen von Interesse sein, bei denen die exaktere Position beziehungsweise deren Veränderung eine zusätzliche Information trägt.In exemplary embodiments, the position can be determined using sensors integrated in the device, since this is a highly integrated and sensitive method. A position determination by means of external sensors is conceivable, but leads to additional effort. A position determination is basically carried out without additional information from position sensors within exemplary embodiments, since the drive voltage and position of the MEMS positioning device have a relationship that can be described well in a first approximation and the control of the MEMS position device, for example by a drive voltage, on the light output signal as a control variable can take place, as will be explained below. An additional, more precise determination of the position by means of external or integrated sensors can be of interest for applications in which the more exact position or its change carries additional information.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Diese kann dieselben Elemente aufweisen wie die Vorrichtung 10. Darüber hinaus kann die Vorrichtung 20 eine Lichtempfangseinrichtung 26 aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Licht 28 zu empfangen. Die Lichtempfangseinrichtung 26 kann beispielsweise einen Photodetektor aufweisen, der ausgebildet ist, um ein auf dem zweiten Licht 28 basierendes Licht zu empfangen. Dabei kann beispielsweise eine zusätzliche Filterung, Vorverarbeitung oder dergleichen erfolgen oder es kann das Licht 28 direkt ausgewählt werden. 2 shows a schematic block diagram of a device 20 according to an embodiment. This can have the same elements as the device 10. In addition, the device 20 can have a light receiving device 26, which is designed to receive a light 28. The light receiving device 26 can have a photodetector, for example, which is designed to receive a light based on the second light 28 . In this case, for example, additional filtering, pre-processing or the like can take place, or the light 28 can be selected directly.

Die Steuerungseinrichtung 22 kann ausgebildet sein, um basierend auf dem Licht 28 die Steuerungsinformation 22 zu bestimmen. So kann beispielsweise die Lichtempfangseinrichtung 26 ausgebildet sein, um eine Information über eine Wellenlänge, Amplitude, eine Phase des Lichts 28 oder andere Informationen als Signal 22' an die Steuerungseinrichtung 18 bereitzustellen, welche diese Information verarbeitet und daraus die Steuerungsinformation 22 zumindest teilweise ableiten kann.The control device 22 can be designed to determine the control information 22 based on the light 28 . For example, light receiving device 26 can be designed to provide information about a wavelength, amplitude, phase of light 28 or other information as signal 22' to control device 18, which processes this information and can at least partially derive control information 22 from it.

Das Licht 28 kann auf dem Licht 14 basieren. Beispielsweise kann das Licht 28 ein Ausgangssignal eines optischen Chips oder eines anderen optischen Elements sein, welches das Licht 14 empfängt und verarbeitet. Alternativ kann das Licht 28 auf einer Reflexion des Lichts 14 basieren.Light 28 may be based on light 14 . For example, light 28 may be an output of an optical chip or other optical element that receives and processes light 14 . Alternatively, the light 28 can be based on a reflection of the light 14 .

So kann beispielsweise die Steuerungseinrichtung 18 ausgebildet sein, um die MEMS-Positioniereinrichtung 16 so anzusteuern, dass diese die Lichtemissionseinrichtung 12 entlang der Richtung 24₁ und/oder 24₂ hin- und herbewegt. Aus einem dergestalt abgefahrenen Suchraum kann die Steuerungseinrichtung 22 beispielsweise diejenige Position auswählen und die Lichtemissionseinrichtung 12 vermittels der MEMS-Positioniereinrichtung 16 dorthin bewegen, wo beispielsweise eine größte Lichtamplitude des Lichts 28 zurückempfangen wird. Alternativ kann auch eine Auswahl der Position dergestalt getroffen werden, an welcher Position zuerst eine gewisse Schwelle einer Lichtamplitude oder dergleichen erreicht oder überschritten wird.For example, the control device 18 can be designed to control the MEMS positioning device 16 in such a way that it moves the light emission device 12 back and forth along the direction 24 ₁ and/or 24 ₂ . From a search space traversed in this way, the control device 22 can, for example, select that position and use the MEMS positioning device 16 to move the light emission device 12 to where, for example, a greatest light amplitude of the light 28 is received back. Alternatively, the position can also be selected in such a way that at which position a certain threshold of a light amplitude or the like is first reached or exceeded.

Die Steuerungseinrichtung 18 kann ausgebildet sein, um für eine Bestimmung einer Zielposition der Lichtemissionseinrichtung 12 die MEMS-Positioniereinrichtung 16 anzusteuern, um die Lichtemissionseinrichtung 12 in unterschiedliche Positionen zu bewegen. Ferner kann die Steuerungseinrichtung 18 das Licht 28 in den unterschiedlichen Positionen auswerten, um eine Mehrzahl von Auswerteergebnissen zu erhalten, beispielsweise im Sinne der empfangenen Lichtamplitude. Basierend auf der Mehrzahl von Auswerteergebnissen kann die Steuerungseinrichtung die Zielposition der Lichtemissionseinrichtung 12 bestimmen, und damit eine Positionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 zumindest zeitweise zu beenden, beispielsweise um für die korrespondierende Sensorchip-Anwendung eine gleichbleibende Position bereitzustellen. Eine Neupositionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 kann beispielsweise dann erfolgen, wenn ein optisch aktiver Chip, der mit der Vorrichtung 10 oder 20 gekoppelt wird, ausgewechselt wird.The control device 18 can be designed to actuate the MEMS positioning device 16 for a determination of a target position of the light emitting device 12 in order to move the light emitting device 12 into different positions. Furthermore, the control device 18 can evaluate the light 28 in the different positions in order to obtain a plurality of evaluation results, for example in terms of the received light amplitude. Based on the plurality of evaluation results, the control device can determine the target position of the light-emitting device 12 and thus at least temporarily end a positioning of the light-emitting device 12, for example to provide a constant position for the corresponding sensor chip application. The light emission device 12 can be repositioned, for example, when an optically active chip that is coupled to the device 10 or 20 is replaced.

Die Vorrichtung 10 und/oder die Vorrichtung 20 kann dabei ausgebildet sein, um das Licht 14 einer anderen Vorrichtung bereitzustellen, etwa einer optisch aktiven Einrichtung oder einem optisch aktiven Element, das es beispielsweise ermöglicht, unter Verwendung des Lichts 14 Messungen auszuführen. Von einem derartigen Element zurück bereitgestelltes Licht, etwa in Form des Lichts 28, kann von der Steuerungseinrichtung 18 vor, während oder nach der Neupositionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 ausgewertet werden, um entsprechende Messergebnisse zu erhalten. Hierzu zählen beispielsweise Veränderungen im Spektrum und/oder der Lichtamplitude basierend auf unterschiedlichen Stoffen, mit denen das optisch aktive Element in Kontakt gebracht wird oder andere auf Optik basierende Messungen.The device 10 and/or the device 20 can be designed to provide the light 14 to another device, such as an optically active device or an optically active element, which makes it possible, for example, to carry out measurements using the light 14 . Light provided back by such an element, for example in the form of light 28, can be evaluated by the control device 18 before, during or after the repositioning of the light emission device 12 in order to obtain corresponding measurement results. This includes, for example, changes in the spectrum and/or the light amplitude based on different substances with which the optically active element is brought into contact or other measurements based on optics.

Während die Vorrichtungen 10 und/oder 20 das für die Messungen implementierte Licht 14 auch dafür nutzen können, um die Positionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 zu ermöglichen, wie es detailliert im Zusammenhang mit der 2 beschrieben ist, ermöglicht es die Vorrichtung 30, die in 3 als schematisches Blockschaltbild dargestellt ist, eine zusätzliche Lichtquelle 32 zu verwenden, die ausgebildet ist, um Licht 34 bereitzustellen, das auf vergleichbare Art und Weise zum Empfang eines hierauf basierenden Lichts 36 führen kann. Die Vorrichtung 30 kann ferner eine Lichtempfangseinrichtung 38 zusätzlich zur Lichtempfangseinrichtung 26 aufweisen. Die Steuerungseinrichtung 18 kann sowohl die Lichtquelle 32 steuern als auch mit der Lichtempfangseinrichtung 38 gekoppelt sein, um zusammen mit der Lichtquelle 32 und der Lichtempfangseinrichtung 38 einen Regelkreis abzubilden oder bereitzustellen, um die Positionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 zu steuern. Dabei kann die Lichtquelle 32 und die Lichtemissionseinrichtung 12 ortsfest zueinander angeordnet sein, so dass beispielsweise die Lichtquelle 32 mit der Lichtemissionseinrichtung 12 mitbewegt wird, wenn die MEMS-Positioniereinrichtung 16 angesteuert wird. Ferner kann zu dieser Anordnung auch die Lichtempfangseinrichtung 38 ortsfest angeordnet sein. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das Licht 36 auf einer Reflexion an dem optisch aktiven Element basiert.While the devices 10 and/or 20 can also use the light 14 implemented for the measurements to enable the positioning of the light emitting device 12, as is detailed in connection with FIG 2 is described, the device 30, which is described in 3 is shown as a schematic block diagram to use an additional light source 32, which is designed to provide light 34, which can lead to the reception of a light 36 based thereon in a comparable manner. The device 30 can also have a light receiving device 38 in addition to the light receiving device 26 . The control device 18 can both control the light source 32 and be coupled to the light receiving device 38 in order to map or provide a control loop together with the light source 32 and the light receiving device 38 in order to control the positioning of the light emitting device 12 . In this case, the light source 32 and the light emission device 12 can be arranged stationary in relation to one another, so that, for example, the light source 32 is moved together with the light emission device 12 when the MEMS positioning device 16 is activated. Furthermore, the light-receiving device 38 can also be arranged in a stationary manner in relation to this arrangement. This is advantageous, for example, when the light 36 is based on reflection at the optically active element.

Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Alternativ kann die Lichtemissionseinrichtung 12 auch gegenüber der Lichtquelle 32 und/oder der Lichtempfangseinrichtung 38 bewegt werden, etwa indem das optisch aktive Element das Licht 36 aktiv erzeugt, um damit anzuzeigen, inwieweit sich ein dortiger Empfang des Lichts 14 verändert.However, exemplary embodiments are not limited to this. Alternatively, the light-emitting device 12 can also be moved relative to the light source 32 and/or the light-receiving device 38, for example by the optically active element actively generating the light 36 in order to indicate the extent to which reception of the light 14 changes there.

Das Licht 14 kann einer anderen Einrichtung, etwa einem optisch aktiven Element wie einem auswechselbaren Chip bereitgestellt werden, etwa zu Messzwecken. Zusätzlich zur Lichtemissionseinrichtung 12, die mit einer Lichtquelle verbunden sein kann, um der Lichtemissionseinrichtung 12 eine Quelle für das Licht 14 bereitzustellen. Die Vorrichtung kann eine zweite bzw. zusätzliche Lichtquelle und/oder Lichtemissionseinrichtung aufweisen, um ein Positionslicht, das Licht 34, auszusenden. Ferner kann eine weitere Lichtempfangseinrichtung 38 angeordnet sein, die ausgebildet ist, um ein auf dem Positionslicht 34 basierendes von dem optisch verbundenen Element empfangenes Licht 36 zu empfangen. Die Steuerungseinrichtung 18 kann ausgebildet sein, um basierend auf dem empfangenen Licht 36 die Steuerungsinformation zu bestimmen.The light 14 can be provided to another device, for example an optically active element such as a replaceable chip, for example for measurement purposes. In addition to the light emitter 12 which may be connected to a light source to provide the light emitter 12 with a source of the light 14 . The device can have a second or additional light source and/or light emission device in order to emit a position light, the light 34 . Furthermore, a further light receiving device 38 can be arranged, which is designed to receive a light 36 based on the position light 34 and received by the optically connected element. The control device 18 can be designed to determine the control information based on the received light 36 .

Die zusätzliche Anordnung der Lichtquelle 32 und/oder der Lichtempfangseinrichtung 38 ermöglicht es, das Licht 14 und/oder das Licht 28 für die Messungen zu verwenden, was beispielsweise eine längere Nutzungsdauer des Lichts und/oder speziell abgestimmte Wellenlängenbereiche ermöglicht.The additional arrangement of the light source 32 and/or the light receiving device 38 makes it possible to use the light 14 and/or the light 28 for the measurements, which, for example, enables a longer service life of the light and/or specially tuned wavelength ranges.

4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 40 umfasst beispielsweise die Lichtemissionseinrichtung 12 dergestalt, dass diese eine Gitterkoppelstruktur aufweist, die ausgebildet ist, um das Licht in einer Verschaltungsebene zu empfangen und aus der Verschaltungsebene heraus umzulenken. Die Verschaltungsebene kann beispielsweise die in der Draufsicht dargestellte MEMS-Ebene sein, wobei das Licht beispielsweise in Richtung des Betrachters umgelenkt wird, beispielsweise im Wesentlichen um 90 Grad. Die MEMS-Positioniereinrichtung 16 ist ausgebildet, um die Gitterkoppelstruktur parallel zu der Verschaltungsebene entlang zumindest einer Orientierung oder Richtung 24₁ und/oder 24₂ zu verschieben, um die Position, von der das Licht vermittels der Lichtemissionseinrichtung 12 aussendbar ist, parallel zu der Verschaltungsebene zu verändern. 4 shows a schematic plan view of a device 40 according to an embodiment. The device 40 comprises, for example, the light emission device 12 in such a way that it has a grating coupling structure which is designed to receive the light in a circuit level and to deflect it out of the circuit level. The interconnection level can be, for example, the MEMS level shown in the top view, with the light being deflected, for example, in the direction of the viewer, for example essentially by 90 degrees. The MEMS positioning device 16 is designed to position the lattice coupling structure parallel to the interconnection plane along at least one orientation or to shift direction 24 ₁ and/or 24 ₂ in order to change the position from which the light can be emitted by means of the light-emitting device 12, parallel to the interconnection plane.

Beispielsweise weist die MEMS-Positioniereinrichtung eine Kammelektrodenstruktur auf, die ausgebildet ist, um eine elektrostatische Kraft zu erzeugen. Die MEMS-Positioniereinrichtung kann ausgebildet sein, um die Lichtemissionseinrichtung 12 unter Einfluss der elektrostatischen Kraft zu verschieben. Hierfür können Aktuatoren 16₁ und/oder 16₂ ausgebildet sein, um die Lichtemissionseinrichtung 12 entlang der Richtung 24₂ zu verschieben. Aktuatoren 16₃ und/oder 16₄ können ausgebildet sein, um die Lichtemissionseinrichtung 12 entlang einer zweiten, verschiedenen und beispielsweise orthogonalen Richtung zu verschieben. Die jeweiligen Aktuatoren können mittelbar oder unmittelbar mit dem beweglichen Substratabschnitt 42 beziehungsweise 46 verbunden sein. Mittelbar, über den Zwischenbereich 42, können auch die Aktuatoren 16₁ und 16₂ mit dem beweglichen inneren Bereich 42 verbunden sein.For example, the MEMS positioner has a comb electrode structure configured to generate an electrostatic force. The MEMS positioning device can be designed to displace the light-emitting device 12 under the influence of the electrostatic force. For this purpose, actuators 16 ₁ and/or 16 ₂ can be designed in order to displace the light emission device 12 along the direction 24 ₂ . Actuators 16 ₃ and/or 16 ₄ can be designed to displace the light emitting device 12 along a second, different and, for example, orthogonal direction. The respective actuators can be connected directly or indirectly to the movable substrate section 42 or 46, respectively. Indirectly, via the intermediate area 42, the actuators 16 ₁ and 16 ₂ can also be connected to the movable inner area 42 .

Die Lichtemissionseinrichtung 12 kann beispielsweise an einem beweglichen Substrat 46 angeordnet sein, wobei dieser Substratabschnitt vermittels des Aktuators 16₃ und/oder 16₄ bewegbar an der beweglichen Zwischenstruktur 42 aufgehängt sein kann. Die bewegliche Zwischenstruktur 42 kann beweglich gegenüber dem äußeren Substrat 46 angeordnet sein. Die Aktuatoren 16₁ und 16₂ können ausgebildet sein, um die bewegliche Zwischenstruktur 42 auszulenken.The light emission device 12 can be arranged, for example, on a movable substrate 46, in which case this substrate section can be movably suspended on the movable intermediate structure 42 by means of the actuator 16 ₃ and/or 16 ₄ . Movable intermediate structure 42 may be movably disposed relative to outer substrate 46 . The actuators 16 ₁ and 16 ₂ can be designed to deflect the movable intermediate structure 42 .

Die MEMS-Positioniereinrichtung umfasst beispielsweise Kammelektrodenanordnungen 16₁ und 16₂, um einen Zwischenbereich 42 gegenüber einem äußeren Bereich 44 entlang der Richtung 24₂ zu verschieben. Gegenüber dem Zwischenbereich 42 ist ein innerer Bereich 44 über Kammelektrodenstrukturen 16₃ und 16₄ so angeordnet, dass die Kammelektrodenstrukturen 16₃ und 16₄ eine Bewegung parallel zu der Richtung 24₁ bewirken können.The MEMS positioning device comprises, for example, comb electrode arrangements 16 ₁ and 16 ₂ in order to displace an intermediate region 42 with respect to an outer region 44 along the direction 24 ₂ . Opposite the intermediate area 42, an inner area 44 is arranged via comb electrode structures 16 ₃ and 16 ₄ such that the comb electrode structures 16 ₃ and 16 ₄ can cause a movement parallel to the direction 24 ₁ .

Federelemente 48₁ und 48₂ können angeordnet sein, um den Zwischenbereich 42 gegenüber dem äußeren Bereich 44 abzustützen und/oder beweglich aufzuhängen. Alternativ oder zusätzlich können Federelemente 48₃ und 48₄ den inneren Bereich 46 gegenüber dem Zwischenbereich 42 beweglich aufhängen.Spring elements 48 ₁ and 48 ₂ may be arranged to support and/or movably suspend the intermediate portion 42 relative to the outer portion 44 . Alternatively or additionally, spring elements 48 ₃ and 48 ₄ can movably suspend the inner area 46 with respect to the intermediate area 42 .

Die Federelemente 48₁, 48₂, 48₃ und/oder 48₄ können dabei jeweils eine rückstellende Kraft bereitstellen, die als relevant betrachtet werden kann, etwa im Sinne der Kraftauslegung oder der Auslegung der Aktuatorik. Die Lichtemissionseinrichtung 12 kann auf einem beweglichen Substratabschnitt angeordnet sein, beispielsweise dem inneren Bereich 46. Der Substratabschnitt kann über eine Federelementanordnung, beispielsweise die Federelemente 48₃ und 48₄ mit einer Substratumgebung, beispielsweise dem inneren Bereich 42 oder direkt mit dem äußeren Bereich 44 mechanisch verbunden sein. Die MEMS-Positioniereinrichtung kann eine Antriebseinrichtung aufweisen, etwa die Kammelektrodenstruktur, die ausgebildet ist, um den beweglichen Substratabschnitt unter Verformung der Federelementanordnung zu bewegen.The spring elements 48 ₁ , 48 ₂ , 48 ₃ and/or 48 ₄ can each provide a restoring force that can be considered relevant, for example in terms of the force design or the design of the actuator system. The light emission device 12 can be arranged on a movable substrate section, for example the inner area 46. The substrate section can be mechanically connected via a spring element arrangement, for example the spring elements 48 ₃ and 48 ₄ to a substrate environment, for example the inner area 42 or directly to the outer area 44 be. The MEMS positioning device may include a driving device, such as the comb electrode structure, which is configured to move the movable substrate section while deforming the spring element arrangement.

In der dargestellten Implementierung der Vorrichtung 40 können die Federelemente 48₁ und 48₄ darüber hinaus genutzt werden, um eine Trägerstruktur für einen optischen Wellenleiter 52 bereitzustellen, der eine Lichtquelle 54 optisch mit der Lichtemissionseinrichtung 12 verbindet. Die Lichtquelle 54 kann beispielsweise eine optische Ader oder ein optisches Kabel sein, kann aber alternativ oder zusätzlich auch einen Laser, eine lichtemittierende Diode (LED) oder dergleichen aufweisen.In the illustrated implementation of the device 40, the spring elements 48 ₁ and 48 ₄ can also be used to provide a support structure for an optical waveguide 52 that optically connects a light source 54 to the light emitting device 12 . The light source 54 can be, for example, an optical wire or an optical cable, but can alternatively or additionally also have a laser, a light-emitting diode (LED) or the like.

Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines Federelements, das eine relevante Rückstellkraft bereitstellen kann, kann ein vernachlässigbar weiches Element, das gegenüber den beschriebenen Federelementen keine relevante Rückstellkraft bereitstellt, als Trägerstruktur für den optischen Wellenleiter genutzt werden. Alternativ ist es ebenfalls möglich, den optischen Wellenleiter 52 über Luftspalte oder dergleichen zu führen, das heißt, auf eine zwischen zwei relativ zueinander beweglich angeordneten Substratabschnitten angeordnete Trägerstruktur zu verzichten. Das bedeutet, der Wellenleiter 52 kann auch über eine separate Struktur geführt werden, welche mechanisch sehr viel weicher ist und nicht signifikant zur Federhärte der Aufhängung beiträgt.As an alternative or in addition to using a spring element that can provide a relevant restoring force, a negligibly soft element that does not provide any relevant restoring force compared to the described spring elements can be used as a support structure for the optical waveguide. Alternatively, it is also possible to route the optical waveguide 52 via air gaps or the like, that is to say to dispense with a carrier structure arranged between two substrate sections arranged to be movable relative to one another. This means that the waveguide 52 can also be routed via a separate structure which is mechanically much softer and does not contribute significantly to the spring stiffness of the suspension.

Ferner kann die Lichtempfangseinrichtung 26 über eine vergleichbare Struktur beweglich gegenüber dem äußeren Bereich 44 angeordnet sein. Die Lichtempfangseinrichtung 26 kann alternativ oder zusätzlich gegenüber der Lichtemissionseinrichtung 12 beweglich angeordnet und von der MEMS-Positioniereinrichtung bewegbar angeordnet sein. Die Steuerungseinrichtung kann ausgebildet sein, um eine Relativposition der Lichtempfangseinrichtung 26 gegenüber der Lichtemissionseinrichtung 12 anzupassen. Dies kann beispielsweise unter sequenzieller oder paralleler Ansteuerung entsprechender Bewegungsräume der Lichtemissionseinrichtung 12 und/oder der Lichtempfangseinrichtung 26 gegenüber dem optisch gekoppelten externen Element erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann zusätzliche Steuerungsinformation verwendet werden, etwa eine Art, ein Typ, eine Bauform oder dergleichen der externen Einrichtung.Furthermore, the light receiving device 26 can be arranged movably with respect to the outer region 44 via a comparable structure. Alternatively or additionally, the light receiving device 26 can be arranged such that it can move with respect to the light emission device 12 and can be arranged such that it can be moved by the MEMS positioning device. The control device can be designed to adjust a relative position of the light receiving device 26 with respect to the light emitting device 12 . This can be done, for example, with sequential or parallel control of corresponding movement spaces of the light-emitting device 12 and/or the light-receiving device 26 in relation to the optically coupled external element. Alternatively or additionally, additional control information can be used, such as a type, type, design or the like of the external device.

Die Lichtempfangseinrichtung 26 kann ebenfalls mit einem optischen Wellenleiter 56 gekoppelt sein, der das empfangene Licht beispielsweise an eine Lichtsenke weiterleiten kann, beispielsweise einen Photodetektor oder ebenfalls ein optisches Kabel oder dergleichen.The light receiving device 26 can also be coupled to an optical waveguide 56, which can forward the received light, for example, to a light sink, for example a photodetector or also an optical cable or the like.

Unter Bezugnahme auf die Vorrichtung 30 könnte die Vorrichtung 40 ferner auch eine zusätzliche Struktur zum Aussenden und/oder Empfangen von Licht aufweisen, etwa einen Gitterkoppler auf dem MEMS, der nur zu Positionierzwecke genutzt wird und ein gegenüber dem Licht der Lichtemissionseinrichtung 12 zusätzliches Lichtsignal aussendet, welche von einer Struktur des gegenüberliegenden Sensorchips (nicht gezeigt) reflektiert oder weiterverarbeitet und zurückgeschickt wird. Dies würde eine Trennung von Sensormesssignal und Positionssignal ermöglichen.Further, with reference to device 30, device 40 could also include additional structure for emitting and/or receiving light, such as a grating coupler on the MEMS, which is used only for positioning purposes and emits an additional light signal compared to the light from light emitting device 12, which is reflected or further processed and sent back by a structure of the opposite sensor chip (not shown). This would enable the sensor measurement signal and the position signal to be separated.

Die Lichtempfangseinrichtung 26 kann ebenso wie die Lichtemissionseinrichtung 12 eine Gitterkoppelstruktur aufweisen und ausgebildet sein, um das Licht aus einer Richtung senkrecht zu einer dargestellten Verschaltungsebene zu erhalten und in eine Richtung parallel zu der Verschaltungsebene umzulenken. So kann beispielsweise das empfangene Licht aus Richtung der Betrachtungsebene auf die Lichtempfangseinrichtung 26 treffen und in etwa um 90 Grad umgelenkt werden. Sowohl für die Lichtempfangseinrichtung 26 als auch für die Lichtemissionseinrichtung 12 gilt dabei, dass das Funktionsprinzip muss das Licht nicht notwendigerweise vollständig senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgesandt werden muss, es genügt vielmehr, dass das Licht eine Richtungskomponente aufweist, die senkrecht zu der Verschaltungsebene liegt. Es genügt also, das Aussenden aus der Ebene heraus, was auch unter einem Winkel verschieden von 90° erfolgen kann.Like the light emission device 12, the light receiving device 26 can have a grating coupling structure and be designed to receive the light from a direction perpendicular to a circuit level shown and to deflect it in a direction parallel to the circuit level. For example, the received light can strike the light receiving device 26 from the direction of the viewing plane and be deflected by approximately 90 degrees. Both for the light-receiving device 26 and for the light-emitting device 12, the principle of operation does not necessarily mean that the light must be emitted completely perpendicular to the direction of movement; rather, it is sufficient for the light to have a directional component that is perpendicular to the interconnection plane. It is therefore sufficient for the transmission to be out of the plane, which can also take place at an angle other than 90°.

Wie es in 4 erkennbar ist, kann die Vorrichtung 40 eine Lichtquelle zum Bereitstellen des Lichts aufweisen. Die Lichtquelle 54 kann mit der Lichtemissionseinrichtung 12 vermittels eines Lichtwellenleiters 52 optisch verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtquelle eine auf einem Substrat der MEMS-Positioniereinrichtung, etwa einem der Bereiche 42, 44 oder 46, angeordnete diskrete Lichtquelle aufweisen und die diskrete Lichtquelle mittels einer Struktur an einen mit der Lichtemissionseinrichtung 12 verbundenen Wellenleiter optisch gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Lichtquelle eine mit einem Substrat der MEMS-Positioniereinrichtung integrierte Lichtquelle aufweisen. Die integrierte Lichtquelle kann mit einer geeigneten Koppelstruktur an einen mit der Lichtemissionseinrichtung 12 verbundenen optischen Wellenleiter optisch gekoppelt sein. Analog können die Ankopplungen der Lichtempfangseinrichtung 26 an entsprechende Strukturen erfolgen. Das bedeutet, um das Gitter auf dem MEMS mit Licht zu versorgen und/oder das empfangene Licht einem Detektor zuzuführen, sind unter anderem drei Möglichkeiten denkbar. Zum einen kann eine externe Quelle und/oder ein externer Empfänger verwendet werden, deren Signale über optische Fasern mittels einer Struktur an die Wellenleiter eines MEMS-Chips angebunden werden. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, auf dem MEMS-Chip befestigte diskrete Quellen/Empfänger oder Senken vorzusehen, deren Signale mittels einer Struktur an die Wellenleiter des MEMS-Chips angebunden werden. Eine dritte Variante sieht vor, eine integrierte Quelle und/oder einen integrierten Empfänger zu verwenden, deren Signale mittels einer Struktur an die Wellenleiter des MEMS-Chips angebunden werden. In den letzteren beiden Fällen kann der MEMS-Chip direkt um die Lichtquelle und/oder den Detektor erweitert werden.like it in 4 As can be seen, the device 40 can have a light source for providing the light. The light source 54 can be optically connected to the light emission device 12 by means of an optical waveguide 52 . Alternatively or additionally, the light source may comprise a discrete light source disposed on a substrate of the MEMS positioning device, such as one of regions 42, 44 or 46, and the discrete light source may be optically coupled to a waveguide connected to the light emitting device 12 by means of a structure. Alternatively or additionally, a light source can have a light source integrated with a substrate of the MEMS positioning device. The integrated light source can be optically coupled to an optical waveguide connected to the light emission device 12 using a suitable coupling structure. The coupling of the light receiving device 26 to corresponding structures can take place analogously. This means that three options, among others, are conceivable for supplying the grating on the MEMS with light and/or feeding the received light to a detector. On the one hand, an external source and/or an external receiver can be used, whose signals are connected to the waveguides of a MEMS chip via optical fibers by means of a structure. A second possibility is to provide discrete sources/receivers or sinks mounted on the MEMS chip, whose signals are connected to the waveguides of the MEMS chip by means of a structure. A third variant envisages using an integrated source and/or an integrated receiver whose signals are connected to the waveguides of the MEMS chip by means of a structure. In the latter two cases, the MEMS chip can be directly expanded to include the light source and/or the detector.

5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß dieser Ausführungsform können die Lichtemissionseinrichtung 12 und die Lichtempfangseinrichtung 26 ortsfest zueinander auf dem inneren Bereich 46 angeordnet sein, ein Substratbereich, der gegenüber dem äußeren Bereich 44 vermittels mehrerer Federelemente aufgehängt sein kann, die gerade, abschnittsweise gerade oder gekrümmt gebildet sein können. 5 shows a schematic plan view of a device 50 according to an embodiment. According to this embodiment, the light-emitting device 12 and the light-receiving device 26 can be arranged in a stationary manner in relation to one another on the inner area 46, a substrate area which can be suspended in relation to the outer area 44 by means of a plurality of spring elements which can be straight, straight in sections or curved.

Die MEMS-Positioniereinrichtung umfasst beispielhaft Kammelektrodenstrukturen 16₁ und 16₂, die jeweils ausgelegt sind, um entlang einer positiven und einer negativen Orientierung der Richtung 24₁ beziehungsweise 24₂ eine Bewegung des inneren Bereichs 46 und mithin der Lichtemissionseinrichtung 12 und der Lichtempfangseinrichtung 26 zu wirken. Federelemente 48₃ und 48₄ können als Trägerstrukturen für optische Wellenleiter 52 beziehungsweise 56 genutzt werden, die eine optische Kopplung zu einer als beispielsweise Laser gebildeten Lichtquelle 54 beziehungsweise einer als Photodiode oder Photoempfänger gebildeten Lichtsenke 58 bereitstellen.The MEMS positioning device comprises, for example, comb electrode structures 16 ₁ and 16 ₂ , each of which is designed to cause a movement of the inner region 46 and thus of the light-emitting device 12 and the light-receiving device 26 along a positive and a negative orientation of the direction 24 ₁ and 24 ₂ , respectively . Spring elements 48 ₃ and 48 ₄ can be used as carrier structures for optical waveguides 52 and 56, respectively, which provide an optical coupling to a light source 54 formed as a laser, for example, or a light sink 58 formed as a photodiode or photoreceiver.

Während die Vorrichtung 40 einen MEMS-aktuierten Gitterkoppler, der durch Kammelektroden angetrieben ist, zeigt, zeigt die 5 eine schematische Darstellung eines MEMS-aktuierten Gitterkopplers mit einer separierten Antriebseinheit und einer Lichtquelle 54 und einem Detektor 58 innerhalb desselben Packages.While device 40 shows a MEMS-actuated grating coupler driven by comb electrodes, FIG 5 a schematic representation of a MEMS-actuated grating coupler with a separated drive unit and a light source 54 and a detector 58 within the same package.

6 zeigt eine schematische Seitenschnittdarstellung einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Lichtemissionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. So ist beispielsweise der optische Wellenleiter 52 parallel zu einer Verschaltungsebene angeordnet, die beispielsweise parallel zu den Richtungen 24₁ und 24₂ angeordnet ist. Eine Zielrichtung 62, entlang der das Licht 14 zumindest eine Richtungskomponente aufweist, ist senkrecht zur Richtung 24₁ und senkrecht zur Richtung 24₂ angeordnet, so dass die Lichtemissionseinrichtung 12 ausgebildet ist, um das Licht 14 entlang der Zielrichtung 62 aus der Verschaltungsebene heraus zu senden. Die Lichtemissionseinrichtung 12 weist hierfür beispielsweise einen mit dem optischen Wellenleiter 52 optisch gekoppelten Gitterkoppler 64 auf beziehungsweise der Gitterkoppler 64 kann in eine Kernschicht des optischen Wellenleiters 52 eingebracht sein. Hierdurch kann Licht nicht nur entlang der Zielrichtung 62, sondern auch entgegengesetzt hierzu ausgekoppelt werden. 6 shows a schematic side sectional view of an advantageous embodiment of a light emission device according to an embodiment. For example, the optical waveguide 52 is parallel to an interconnection plane arranged parallel to the directions 24 ₁ and 24 ₂ , for example. A target direction 62, along which light 14 has at least one directional component, is arranged perpendicular to direction 24 ₁ and perpendicular to direction 24 ₂ , so that light-emitting device 12 is designed to emit light 14 along target direction 62 out of the interconnection plane . For this purpose, the light emission device 12 has, for example, a grating coupler 64 optically coupled to the optical waveguide 52 or the grating coupler 64 can be introduced into a core layer of the optical waveguide 52 . As a result, light can be coupled out not only along the target direction 62, but also in the opposite direction thereto.

Die Lichtemissionseinrichtung 12 weist eine Reflexionsschicht 66 auf, die ausgehend von der Gitterkoppelstruktur 64 entgegengesetzt zu der Zielrichtung 62 angeordnet ist und ausgebildet ist, um von der Gitterkoppelstruktur 64 in die entgegengesetzte Richtung ausgesendetes Licht 14 in die Zielrichtung 14 zu reflektieren. Hierdurch kann die optische Effizienz der Lichtemissionseinrichtung 12 sehr hoch ausgestaltet werden. Die Reflexionsschicht 66 kann beispielsweise an einem Substrat 68 angeordnet sein und durch optisch transparentes Material 72₁ von der Gitterkoppelstruktur 64 beabstandet sein.The light emission device 12 has a reflection layer 66 which, starting from the grating coupling structure 64, is arranged opposite to the target direction 62 and is designed to reflect light 14 emitted by the grating coupling structure 64 in the opposite direction in the target direction 14. As a result, the optical efficiency of the light emission device 12 can be made very high. The reflection layer 66 can be arranged, for example, on a substrate 68 and can be spaced apart from the grating coupling structure 64 by optically transparent material 72 ₁ .

7a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein System 70, während die 7b eine schematische Seitenschnittansicht hierzu zeigt. Beispielhaft ist die Vorrichtung 50 aus 5 Teil des Systems 70, wobei auch eine andere Vorrichtung, 10, 20, 30 und/oder 40, Teil des Systems sein kann. 7a shows a schematic plan view of a system 70, while the 7b shows a schematic side sectional view of this. By way of example, device 50 is off 5 Part of the system 70, although another device, 10, 20, 30 and/or 40, can also be part of the system.

Das System 70 ist ausgebildet, um ein optisch aktives Element 74 aufzunehmen. Hierfür können Eintrittsöffnungen, Austrittsöffnungen oder mechanische Führungen vorgesehen sein, um eine Bewegung und/oder Position des optisch aktiven Elements 74 gegenüber der Vorrichtung 50 zu steuern oder zu beeinflussen. Beispielsweise kann das System 70 mechanische Stopper 76₁ und/oder 76₂ aufweisen, die ausgebildet sind, um eine Grobpositionierung des optisch aktiven Elements 74 bereitzustellen, insbesondere gegenüber der Lichtemissionseinrichtung und/oder der Lichtempfangseinrichtung der Vorrichtung 50. Die Vorrichtung 50 kann ausgebildet sein, um das Licht 14 dem optisch aktiven Element 74 bereitzustellen und/oder um ein hierauf basierendes Licht zu empfangen.The system 70 is designed to accommodate an optically active element 74 . For this purpose, inlet openings, outlet openings or mechanical guides can be provided in order to control or influence a movement and/or position of the optically active element 74 relative to the device 50 . For example, the system 70 can have mechanical stoppers 76 ₁ and/or 76 ₂ which are designed to provide a rough positioning of the optically active element 74, in particular with respect to the light-emitting device and/or the light-receiving device of the device 50. The device 50 can be designed to provide the light 14 to the optically active element 74 and/or to receive a light based thereon.

Beispielsweise kann das optisch aktive Element 74 mit einer Bewegung 78 in die mechanische Führung der mechanischen Stopper 76₁ und/oder 76₂ eingeführt werden, so dass das Licht 14 an eine entsprechende Empfangseinrichtung des optisch aktiven Elements 74 geleitet wird. Beispielhaft weist das optisch aktive Element 74 mehrere Ringresonatoren 82 auf, die mit einem Wellenleiter 84 in optischer Wechselwirkung stehen, so dass das Licht von einer Empfangseinrichtung 86 des optisch aktiven Elements 74 hin zu einer Lichtemissionseinrichtung 88 des optisch aktiven Elements 74 beeinflusst wird, beispielsweise aufgrund von Stoffen oder Medien, die mit den Ringresonatoren 82 interagieren. Das von der Lichtemissionseinrichtung 88 ausgesendete Licht, etwas das Licht 28, kann von der Lichtempfangseinrichtung 26 der Vorrichtung 50 wieder empfangen und ausgewertet werden. For example, the optically active element 74 can be inserted into the mechanical guide of the mechanical stopper 76 ₁ and/or 76 ₂ with a movement 78 so that the light 14 is guided to a corresponding receiving device of the optically active element 74 . By way of example, the optically active element 74 has a plurality of ring resonators 82 which optically interact with a waveguide 84, so that the light is influenced from a receiving device 86 of the optically active element 74 to a light emitting device 88 of the optically active element 74, for example due to of substances or media that interact with the ring resonators 82. The light emitted by the light-emitting device 88, some of the light 28, can be received again by the light-receiving device 26 of the device 50 and evaluated.

Die Vorrichtung 50 kann für eine Aufnahme und eine Entnahme, das bedeutet, zum Wechsein eines auswechselbaren optischen Elements, dem optisch aktiven Element 74 ausgebildet sein, das unter Verwendung des bereitgestellten Lichts 14 das Licht 28 bereitstellen kann.The device 50 can be designed for receiving and removing, that is, for changing an exchangeable optical element, the optically active element 74 , which can provide the light 28 using the light 14 provided.

Das Aussenden des Lichts 14 kann vermittels der Lichtemissionseinrichtung 12 erfolgen. Das auswechselbare optische Element kann beispielsweise ein optischer Chip sein oder einen solchen Chip umfassen.The light 14 can be emitted by means of the light emission device 12 . The replaceable optical element can be an optical chip, for example, or can include such a chip.

Die 7b zeigt das System 70 in einer Schnittdarstellung AA'. Beim Einsetzen oder Auswechseln des optisch aktiven Elements 74 an, in oder bezüglich der Vorrichtung 50 kann es aufgrund von Herstellungstoleranzen, Ausführungstoleranzen oder dergleichen zu einer Fehlpositionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 gegenüber der Lichtempfangseinrichtung 86 kommen, die durch die beschriebene Bewegung der Lichtemissionseinrichtung 12 zumindest teilweise ausgeglichen werden kann.the 7b shows the system 70 in a sectional view AA'. When inserting or replacing optically active element 74 on, in, or with respect to device 50, manufacturing tolerances, design tolerances, or the like can result in incorrect positioning of light-emitting device 12 relative to light-receiving device 86, which is at least partially compensated for by the described movement of light-emitting device 12 can.

Ein System gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kann somit eine Lichtquelle zum Bereitstellen des Lichts 14 aufweisen. Die Lichtquelle kann mit der Lichtemissionseinrichtung 12 vermittels eines Lichtwellenleiters optisch verbunden sein, wie es beispielsweise im Zusammenhang mit der 4 oder der 5 beschrieben ist.A system according to exemplary embodiments described herein can thus have a light source for providing the light 14 . The light source can be optically connected to the light-emitting device 12 by means of an optical waveguide, as is the case, for example, in connection with the 4 or the 5 is described.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein System die Lichtquelle, die ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von voneinander verschiedenen Lichtsignalen bereitzustellen. Die Lichtquelle kann ausgebildet sein, um eines aus der Mehrzahl von Lichtsignalen an die Lichtemissionseinrichtung 12 bereitzustellen. So kann beispielsweise unter Verwendung der Steuerungseinrichtung oder anderer Einrichtungen für die Positionierung ein anderes Licht ausgesendet werden als für die Messung, etwa im Hinblick auf einen Wellenlängenbereich, eine Phase, eine Lichtamplitude oder dergleichen. Alternativ kann auch für die Messung zwischen mehreren möglichen Lichtarten ausgewählt werden, etwa in Abhängigkeit eines optisch aktiven Elements und/oder einer auszuführenden Messung.According to one embodiment, a system includes the light source, which is designed to provide a plurality of light signals that are different from one another. The light source can be designed to provide one of the plurality of light signals to the light emission device 12 . For example, using the control device or other devices, a different light can be emitted for the positioning than for the measurement, for example with regard to a wavelength range, a phase, a light amplitude or the like. Alternatively, you can also choose between several possible types of light for the measurement, e.g depending on an optically active element and/or a measurement to be carried out.

Das System 70 ist so beschrieben und dargestellt, dass die Vorrichtung eine Lichtemissionseinrichtung aufweisen kann, die einer einzelnen Lichtempfangseinrichtung des optisch aktiven Elements zugeordnet beziehungsweise gegenüberliegend angeordnet ist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, optisch aktive Elemente einzusetzen, die eine Mehrzahl von Lichtempfangseinrichtungen aufweisen, etwa um eine Mehrzahl von Messungen auszuführen, die nacheinander auszuführen sind oder von denen eine auszuwählen ist. Ein System gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ausgebildet sein, um die Lichtemissionseinrichtung 12 nacheinander gegenüberliegend zu einer Mehrzahl von optisch aktiven Elementen und/oder Lichtempfangseinrichtung eines optisch aktiven Elements zu positionieren, um der Mehrzahl von optisch aktiven Elementen nacheinander das Licht bereitzustellen. Das bedeutet, der Verfahrweg oder der Aktuatorweg oder Stellweg der MEMS-Positioniereinrichtung ist nicht auf die Feinpositionierung der Lichtemissionseinrichtung 12 beschränkt, sondern kann vielmehr auch einen Wechsel zwischen verschiedenen Positionen zu verschiedenen Lichtempfangseinrichtungen auf einem oder auf mehreren verteilten Chips bereitstellen.The system 70 is described and illustrated such that the apparatus may include a light emitting device associated with or opposed to a single light receiving device of the optically active element. However, it is also possible to use optically active elements which have a plurality of light receiving devices, for example in order to carry out a plurality of measurements which are to be carried out in succession or one of which is to be selected. A system according to exemplary embodiments described herein can be designed to position the light emitting device 12 in succession opposite a plurality of optically active elements and/or light receiving device of an optically active element in order to provide the light to the plurality of optically active elements in succession. That is, the travel or actuator travel or travel of the MEMS positioner is not limited to fine positioning of the light emitting device 12, but rather may also provide a change between different positions to different light receiving devices on one or more distributed chips.

8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 80 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die auch in hierin beschriebenen Systemen eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung 80 kann eine Mehrzahl von zumindest zwei, zumindest drei oder auch einer höheren Anzahl von Lichtemissionseinrichtungen 12₁, 12₂ und/oder 12₃ aufweisen, die ausgebildet sind, um ein gleiches oder voneinander verschiedene Lichter 14₁, 14₂ und/oder 14₃ an Lichtempfangseinrichtungen 86₁, 86₂ und/oder 86₃ bereitzustellen. Die MEMS-Positioniereinrichtung 16 kann ausgebildet sein, um die Lichtemissionseinrichtungen 12₁, 12₂ und/oder 12₃ individuell bezogen aufeinander zu positionieren. Dadurch kann beispielsweise Licht an mehrere optisch aktive Elemente gleichzeitig bereitgestellt werden, das bedeutet, eine jeweilige Messung auf mehreren Chips gleichzeitig ausgeführt werden. 8th shows a schematic block diagram of a device 80 according to an embodiment, which can also be used in systems described herein. The device 80 can have a plurality of at least two, at least three or a higher number of light-emitting devices 12 ₁ , 12 ₂ and/or 12 ₃ which are designed to emit the same or different lights 14 ₁ , 14 ₂ and/or 14 ₃ to light receiving devices 86 ₁ , 86 ₂ and/or 86 ₃ . The MEMS positioning device 16 can be designed to position the light-emitting devices 12 ₁ , 12 ₂ and/or 12 ₃ individually in relation to one another. As a result, for example, light can be provided to a plurality of optically active elements at the same time, which means that a respective measurement can be carried out on a plurality of chips at the same time.

9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 90 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem zwei oder mehrere Lichtemissionseinrichtungen 12₁, 12₂ und 12₃, wobei eine beliebige andere Anzahl ≥ 2 implementierbar ist, an einem gemeinsamen Substrat 92₁ angeordnet sind, so dass eine gemeinsame Positionsänderung der Lichtemissionseinrichtungen 12₁, 12₂ und 12₃ durch die MEMS-Positioniereinrichtung 16 erfolgen kann. Das Substrat 92₁ kann bspw. mit einem Substrat anderer hierin beschriebener Vorrichtungen verbunden sein oder dieses ganz oder teilweise bilden. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise eine Anzahl von Lichtempfangseinrichtungen 86₁, 86₂ und 86₃ an einem Substrat 92₂ angeordnet sein, etwa indem ein einziges optisch aktives Element 74 zumindest zwei oder eine höhere Anzahl von Empfangseinrichtungen 86 aufweist. 9 shows a schematic block diagram of a device 90 according to an embodiment, in which two or more light-emitting devices 12 ₁ , 12 ₂ and 12 ₃ , with any other number ≥ 2 being implementable, are arranged on a common substrate 92 ₁ , so that a common change in position of the light emitting devices 12 ₁ , 12 ₂ and 12 ₃ can be done by the MEMS positioning device 16 . For example, substrate 92 ₁ may be bonded to, or constitute in whole or in part, a substrate of other devices described herein. Alternatively or additionally, for example, a number of light receiving devices 86 ₁ , 86 ₂ and 86 ₃ can be arranged on a substrate 92 ₂ , for example by a single optically active element 74 having at least two or a higher number of receiving devices 86 .

Die Vorrichtungen 80 und 90 können somit eine Mehrzahl von Lichtemissionseinrichtungen aufweisen. Die Lichtemissionseinrichtungen 12₁, 12₂ und 12₃ können jeweils mit einer gleichen, gemeinsamen Lichtquelle verbunden sein oder können, alternativ, zumindest teilweise mit einrichtungsindividuellen Lichtquellen, etwa unterschiedlichen LEDs oder unterschiedlichen Lasern, verbunden sein. Die Vorrichtung 80 und/oder 90 kann ausgebildet sein, um eine korrespondierende Anzahl von Lichtsignalen einem oder mehreren optischen aktiven Elementen bereitzustellen.Devices 80 and 90 may thus include a plurality of light emitting devices. The light emission devices 12 ₁ , 12 ₂ and 12 ₃ can each be connected to the same, common light source or, alternatively, can be at least partially connected to device-specific light sources, for example different LEDs or different lasers. The device 80 and/or 90 can be designed to provide a corresponding number of light signals to one or more optically active elements.

Das bedeutet, Ausführungsbeispiele sind darauf gerichtet, dass möglicherweise ein MEMS-Aktor mehrere Gitter (Lichtemissionseinrichtungen) aufweisen kann, so dass gleichzeitig auf mehreren Kanälen Licht gesendet wird beziehungsweise empfangen werden kann. Ausführungsbeispiele sehen ferner vor, dass das MEMS-seitige Gitter, die Lichtemissionseinrichtung 12 und/oder die Lichtempfangseinrichtung 26 entlang einer oder mehrerer Richtungen bewegbar ist, um nacheinander verschiedenen sensorchipseitige Gitter anzusprechen.This means that exemplary embodiments are aimed at the possibility that a MEMS actuator can have a number of gratings (light emission devices), so that light can be sent or received simultaneously on a number of channels. Embodiments further provide that the MEMS-side grating, the light-emitting device 12 and/or the light-receiving device 26 can be moved along one or more directions in order to successively address different sensor-chip-side gratings.

Obwohl vorangehend beschriebene Ausführungsbeispiele so beschrieben sind, dass die Steuerungseinrichtung die Steuerungsinformation selbst bestimmen kann, kann in hierin beschriebenen Systemen auch eine Positionsbestimmungseinrichtung angeordnet sein, die ausgebildet ist, um die Steuerungsinformation zu bestimmen und der Steuerungseinrichtung ein auf der Positionsbestimmung basierendes Ansteuersignal bereitzustellen. Hierzu können beispielsweise zusätzliche Sensoren oder dergleichen verwendet werden.Although the exemplary embodiments described above are described such that the control device can determine the control information itself, a position determination device can also be arranged in the systems described herein, which is designed to determine the control information and to provide the control device with a control signal based on the position determination. Additional sensors or the like can be used for this purpose, for example.

Das System 70 kann eine Auswerteeinrichtung aufweisen, die ein zusätzliches Element darstellen kann oder Teil der Steuerungseinrichtung 18 sein kann, und die ausgebildet ist, um ein auf dem ersten Licht 14 basierendes zweites Licht 28 von dem optisch aktiven Element 74 zu empfangen und auszuwerten. Das bedeutet, die Auswertung der Messungen auf dem Chip kann in der Vorrichtung erfolgen, beispielsweise der Vorrichtung 50.The system 70 can have an evaluation device, which can represent an additional element or can be part of the control device 18 and which is designed to receive and evaluate a second light 28 based on the first light 14 from the optically active element 74 . This means that the measurements on the chip can be evaluated in the device, for example the device 50.

Hierin beschriebene Systeme können eine Auswertung vermittels der Auswerteeinrichtung dergestalt ausführen, dass diese für eine kohärente Phasendetektion basierend auf dem Licht 14 und dem Licht 28 eingerichtet ist.Systems described herein can carry out an evaluation by means of the evaluation device in such a way that it is set up for a coherent phase detection based on the light 14 and the light 28 .

Hierin beschriebene Vorrichtungen und/oder Systeme können beliebig ausgestaltet sein, sind aber gemäß Ausführungsbeispielen als Handgerät gebildet, das bedeutet, als für den Handbetrieb während eines Tragens durch einen Benutzer eingerichtete Einrichtungen. Devices and/or systems described herein can be embodied in any way, but according to exemplary embodiments are formed as hand-held devices, ie as devices set up for manual operation while being carried by a user.

10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit dem eine Vorrichtung gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen herstellbar ist, beispielsweise die Vorrichtung 10, 20, 30, 40 und/oder 50. Ein Schritt 110 umfasst ein Bereitstellen einer Lichtemissionseinrichtung, so dass diese ausgebildet ist, um Licht auszusenden. Ein Schritt 120 umfasst ein Bereitstellen einer MEMS-Positioniereinrichtung, die einen MEMS-Aktuator aufweist, so dass die MEMS-Positioniereinrichtung ausgebildet ist, um eine Position der Lichtemissionseinrichtung in dem MEMS zu verändern, um eine Position, von der das Licht aussendbar ist, zu verändern. 10 10 shows a schematic flowchart of a method 100 according to an embodiment, with which a device according to embodiments described herein can be produced, for example the device 10, 20, 30, 40 and/or 50. A step 110 comprises providing a light-emitting device so that it is formed is to emit light. A step 120 includes providing a MEMS positioning device, which has a MEMS actuator, so that the MEMS positioning device is configured to change a position of the light emitting device in the MEMS to a position from which the light can be emitted change.

Ein Schritt 130 umfasst ein Bereitstellen einer Steuerungseinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Steuerungsinformation, die mit einer Position der Lichtemissionseinrichtung assoziiert ist, zu erhalten, etwa durch eigene Berechnungen oder durch Kommunikation von extern, und um basierend auf der Steuerungsinformation die MEMS-Positioniereinrichtung zu steuern, um die Position der Lichtemissionseinrichtung zu verändern.A step 130 includes providing a controller configured to obtain control information associated with a position of the light emitting device, such as through internal calculations or through external communication, and to control the MEMS positioning device based on the control information control to change the position of the light emitter.

11 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200, das beispielsweise in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen dazu genutzt werden kann, um eine hierin beschriebene Vorrichtung oder ein System zu betreiben. Ein Schritt 210 umfasst ein Aussenden von Licht mit einer Lichtemissionseinrichtung. Ein Schritt 220 umfasst ein Steuern der MEMS-Positioniereinrichtung basierend auf der Steuerungsinformation, um die Position der Lichtemissionseinrichtung zu verändern, um eine Position, von der das Licht ausgesendet wird, mit der MEMS-Positioniereinrichtung zu verändern. 11 FIG. 2 shows a schematic flow diagram of a method 200 that can be used, for example in accordance with exemplary embodiments, to operate a device or a system described herein. A step 210 includes emitting light with a light emitting device. A step 220 includes controlling the MEMS positioning device based on the control information to change the position of the light emitting device to change a position from which the light is emitted with the MEMS positioning device.

In anderen Worten kann, um die Aufgabe eines hochintegrierten Interposers mit günstigen Chips zu adressieren, ein MEMS-aktuierter Gitterkoppler in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen umgesetzt werden. Die 4 und 5 zeigen zwei Beispiele solcher Interposer beziehungsweise Vorrichtungen. Die MEMS, die Kammelektroden und Federn aufweisen können, ermöglichen eine automatisierte Ausrichtungsprozedur zwischen dem MEMS-Interposer und dem austauschbaren Chip, der in den 7a und 7b gezeigt ist. Der MEMS-Chip koppelt Licht in den Sensor und aus dem Sensor vermittels Gitterkoppler und einer durch die Positionierung erreichten hohen bis optimalen Signalqualität.In other words, to address the issue of a highly integrated interposer with inexpensive chips, a MEMS-actuated grating coupler may be implemented in accordance with example embodiments. the 4 and 5 show two examples of such interposers or devices. The MEMS, which may have comb electrodes and springs, allow for an automated alignment procedure between the MEMS interposer and the replaceable chip included in the 7a and 7b is shown. The MEMS chip couples light into and out of the sensor using grating couplers and a high to optimal signal quality achieved through positioning.

Gitterkoppler können mit optischen Kabeln oder Leitungen kontaktiert werden, wie es beispielsweise in 4 dargestellt ist, oder direkt verbunden mit Quellen und Detektoren sein, wie es im Zusammenhang mit der 5 beschrieben ist, wobei eine derartige Anordnung auch ohne Weiteres in der Vorrichtung 40 implementierbar ist. Hierdurch kann ein gemeinsames Package beziehungsweise eine integrierte Quelle erhalten werden. Die Lösungen erlauben eine robuste Handheld-Vorrichtung mit einer automatisierten Ausrichtungsfunktion zur Verwendung von günstigen Sensorchips.Grating couplers can be contacted with optical cables or lines, as is the case, for example, in 4 is shown, or directly connected to sources and detectors, as is the case with the 5 is described, such an arrangement also being able to be implemented in the device 40 without further ado. As a result, a common package or an integrated source can be obtained. The solutions allow for a robust, handheld device with an automated alignment function using inexpensive sensor chips.

Die automatisierte Ausrichtung zwischen Lichtemissionseinrichtung und gegenüberliegender Lichtempfangseinrichtung ist möglich, insbesondere für Gitterkoppler und Bewegungsumfänge in der Größenordnung der Gittergrößen. Für eine Bewegungsamplitude, die zum Teil auch wesentlich größer sein kann, als dieser Abstand, kann ein Umschalten zwischen verschiedenen Gittern an dem Sensorchip implementiert sein. Hierfür können auch kapazitive oder piezoresistive Sensoren eine Positionsbestimmung ermöglichen.Automated alignment between the light-emitting device and the opposing light-receiving device is possible, in particular for grating couplers and ranges of movement in the order of magnitude of the grating sizes. Switching between different grids on the sensor chip can be implemented for a movement amplitude that can in part also be significantly larger than this distance. For this purpose, capacitive or piezoresistive sensors can also enable position determination.

Ausführungsbeispiele beziehen sich somit auf MEMS-aktuierte photonische Gitterkoppler, wie in den Figuren hierin dargestellt. Alternativ oder zusätzlich können integrierte Elektronikschaltungen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann eine kohärente Phasendetektion, etwa mittels eines IQ-Empfängers, ermöglicht werden, der mit einer integrierten Elektronik zum Auswerten verschaltet sein kann. Auch kann ein Schalten zwischen verschiedenen Signaleingängen oder Signalausgängen implementiert werden und/oder eine separate Positionsbestimmung vorgesehen sein.Embodiments thus relate to MEMS-actuated photonic grating couplers as illustrated in the figures herein. Alternatively or additionally, integrated electronic circuits can be provided. As an alternative or in addition to this, a coherent phase detection can be made possible, for example by means of an IQ receiver, which can be connected to integrated electronics for evaluation. Switching between different signal inputs or signal outputs can also be implemented and/or a separate position determination can be provided.

Ausführungsbeispiele beziehen sich sofern auf einen translatorisch verschiebbaren und MEMS-aktuierten Gitterkoppler für eine aktive Ausrichtung zwischen einem auswechselbaren optischen Chip und dem optischen Kabel, dem Wellenleiter beziehungsweise der Lichtemissionseinrichtung, die mit einem Laser oder einer LED gekoppelt ist und Licht zu einem Empfängermodul aussendet.Exemplary embodiments relate insofar to a translationally displaceable and MEMS-actuated grating coupler for active alignment between an interchangeable optical chip and the optical cable, the waveguide or the light-emitting device, which is coupled to a laser or an LED and emits light to a receiver module.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations to the arrangements and details described herein will occur to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

Claims

Device with the following features: a light emission device (12) which is designed to emit light (14); a MEMS positioning device (16) which is designed to change a position of the light emitting device (12) in the device; to change a position from which the light (14) can be emitted; a control device (18) which is designed to receive control information (22) associated with a position of the light-emitting device (12); and to control, based on the control information (22), the MEMS positioning device (16) to change the position of the light emitting device (12).

Device according to claim 1 , in which the light emission device (12) has a grating coupling structure and is designed to receive the light (14) in a circuit level and to deflect it out of the circuit level; the MEMS positioning device (16) is designed to displace the lattice coupling structure parallel to the interconnection plane along at least one direction; to change the position from which the light (14) can be emitted parallel to the interconnection level.

Device according to claim 2 , in which the light emission device (12) is designed to emit the light (14) along a target direction (62) out of the interconnection level; and which further comprises a reflective layer (66) which, starting from the grating coupling structure, is arranged opposite to the target direction (62) and is designed to reflect light (14) emitted in the opposite direction from the grating coupling structure into the target direction (62).

Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the MEMS positioner (16) comprises a comb electrode structure configured to generate an electrostatic force; wherein the MEMS positioning device (16) is designed to move the light-emitting device (12) under the influence of the electrostatic force.

Device according to claim 4 , in which the MEMS positioning device (16) has a first actuator which is configured to provide a first force for moving the light emitting device (12) along a first direction; and a second actuator configured to provide a second force for moving the light emitting device (12) along a second, different direction.

Device according to claim 5 , in which the first actuator and the second actuator are mechanically connected to a movable substrate section on which the light-emitting device (12) is arranged.

Device according to claim 5 wherein the light emitting device (12) is arranged on a movable substrate section (46) which is movably suspended from a movable intermediate structure (42) by means of the first actuator; wherein the movable intermediate structure (42) is movably arranged relative to a substrate (44) and the second actuator is designed to deflect the movable intermediate structure (42).

Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the light emitting means (12) is arranged on a movable substrate portion (42); wherein the substrate section (42) is mechanically connected to a substrate environment (44) via a spring element arrangement; wherein the MEMS positioning device (16) has a drive device which is designed to move the movable substrate section (42) while deforming the spring element arrangement.

Device according to claim 8 wherein the light emission device (12) is connected to an optical waveguide (52), wherein at least one spring element of the spring element arrangement or a negligibly soft element provides a support structure for the optical waveguide (52).

Device according to one of the preceding claims, which is designed for receiving and removing an exchangeable optical element (74) and is designed to emit the light (14) to the exchangeable optical element by means of the light emission device (12).

Device according to claim 10 , wherein the interchangeable optical element (74) is an optical chip.

Device according to one of the preceding claims, in which the control device (18) is designed to determine the control information (22).

Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the light (14) of the light emitting means (12) is a first light; wherein the device has a light receiving device which is designed to receive a second light (28); wherein the control device (18) is designed to determine the control information (22) based on the second light (28).

Device according to Claim 13 , in which the control device (18) is designed to actuate the MEMS positioning device (16) for determining a target position of the light-emitting device (12) in order to move the light-emitting device (12) into different positions; and to evaluate the second light (28) in the different positions to obtain a plurality of evaluation results; and to determine, based on the plurality of evaluation results, the target position of the light-emitting device (12) at which a positioning of the light-emitting device (12) is at least temporarily terminated.

Device according to Claim 13 or 14 , which is designed to move the light-emitting device (12) within a search space until a maximum of a light amplitude of the second light (28) is determined by the control device (18) within the search space.

Device according to one of Claims 13 until 15 , which is designed for receiving and removing an exchangeable optical element (74), which provides the second light (28) using the first light.

Device according to one of Claims 13 until 16 , in which the light receiving device has a grating coupling structure and is designed to receive the light (14) from a direction perpendicular to a wiring plane and to deflect it in a direction parallel to the wiring plane.

Device according to one of Claims 13 until 17 , wherein the light receiving device has a photodetector which is designed to receive a light based on the second light (28).

Device according to one of Claims 13 until 18 , wherein the light emitting device (12) is a first light emitting device, wherein the device has a first light source which is designed to provide the first light emitting device with a first light in order to transmit the first light to an element optically connected to the light emitting device; wherein the device has a second light source (32) for emitting a position light (34) and a light receiving device (38) which is designed to receive light (36) based on the position light (34) and received by the optically connected element; wherein the control device (18) is designed to determine the control information (22) based on the received light (36).

Device according to one of Claims 13 until 19 , in which the light-receiving device is movably arranged relative to the light-emitting device (12) and can be moved by the MEMS positioning device (16), the control device (18) being designed to adjust a relative position of the light-receiving device relative to the light-emitting device (12).

Apparatus according to any one of the preceding claims, comprising a light source (54) for providing the light; wherein the light source is optically connected to the light emitting device (12) by means of an optical fiber (52).

Device according to Claim 21 wherein the light source (54) comprises a laser.

Device according to Claim 21 or 22 wherein the light source (54) comprises a discrete light source disposed on a substrate of the MEMS positioning device (16), and the discrete light source is optically coupled by a structure to a waveguide connected to the light emitting device (12); or wherein the light source comprises a light source integrated with a substrate of the MEMS positioning device (16); and the integrated light source is optically coupled by a structure to a waveguide connected to the light emitting device (12).

Apparatus according to any one of the preceding claims, comprising a plurality of light emitting devices (12) connected to a common light source; or are each connected to a facility-specific light source; wherein the device is designed to provide a corresponding plurality of light signals to one or more optically active elements (74).

Device according to one of the preceding claims, which is designed as a hand-held device.

System with a device according to one of the preceding claims, which has a receptacle which is designed to receive an optically active element and to provide the light (14) to the optically active element.

system according to Claim 26 wherein the receptacle includes a mechanical stop (76) configured to provide coarse positioning of the optically active element (74); wherein the control device (18) is designed to set a fine position of the light emission device (12) relative to the optically active element (74) in relation to the coarse position.

system according to Claim 26 or 27 comprising a light source for providing the light (14); wherein the light source is optically connected to the light emitting device (12) by means of an optical fiber (52).

system according to claim 28 , in which the light source is designed to provide a plurality of light signals that are different from one another; and is designed to provide one of the plurality of light signals to the light emission device (12).

system according to one of Claims 26 until 29 which is adapted to position the light emitting device (12) sequentially in opposition to a plurality of optically active elements; to sequentially provide the light to the plurality of optically active elements.

system according to one of Claims 26 until 30 , comprising a position determination device which is designed to determine the control information (22) and the control device (18) to provide a control signal based on the position determination.

system according to one of Claims 26 until 31 , in which the light (14) is a first light, and which has an evaluation device which is designed to receive and evaluate a second light (28) based on the first light from the optically active element.

system according to Claim 32 , in which the evaluation device is set up for a coherent phase detection based on the first light and the second light.

Method of manufacturing a device, comprising the following steps: Providing (110) a light-emitting device so that it is designed to emit light; providing (120) a MEMS positioning device, which has a MEMS actuator, so that the MEMS positioning device is configured to change a position of the light emitting device in the MEMS; to change a position from which the light can be emitted; providing (130) a control device (18) which is designed to receive control information associated with a position of the light-emitting device; and to control, based on the control information, the MEMS positioning device to change the position of the light emitting device.

Procedure with the following steps: emitting (210) light with a light emitting device; obtaining (220) control information associated with a position of the light emitting device; controlling the MEMS positioning device based on the control information, to change the position of the light emitter; to change a position from which the light is emitted with the MEMS positioning device.