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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrospiegelanordnung, welche eine Anzahl verkippbarer Mikrospiegelelemente enthält. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Mikrospiegelanordnung in Smartphone-Projektoren, Smart Glasses, Headup Displays, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt werden, in Barcode-Lesern oder im Rahmen von EUV-Lithographie-Anwendungen.
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Stand der Technik
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DE 10 2015 204 874 A1 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verschwenkung eines Spiegelelements mit zwei Schwenkfreiheitsgraden. Dazu ist eine Verlagerungseinrichtung vorgesehen, die der Verschwenkung eines Spiegelelements mit zwei Schwenkfreiheitsgraden dient. Ferner ist eine Elektrodenstruktur mit Aktuatorelektroden vorgesehen, wobei die Aktuatorelektroden als Kammelektroden ausgebildet sind, und wobei sämtliche Aktuatorelektroden in einer einzigen Ebene angeordnet sind, und wobei die Aktuatorelektroden einen Direktantrieb zur Verschwenkung des Spiegelelements bilden.
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DE 10 2015 220 018 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Bauelements mit mindestens einem beweglichen Bestandteil. In einem ersten Schritt erfolgt das Bereitstellen eines ersten Substrats zur Herstellung eines ersten Fügeteils. Anschließend erfolgt das Bereitstellen mindestens eines zweiten Substrats zur Herstellung mindestens eines zweiten Fügeteils, woran sich das Herstellen des ersten Fügeteils mit ersten funktionellen Strukturen aus dem ersten Substrat anschließt. Danach erfolgt die Herstellung des zweiten Fügeteils mit zweiten funktionellen Strukturen aus dem zweiten Substrat und ein Zusammenfügen der Fügeteile in einem folgenden Schritt. Anschließend werden die Fügeteile mit einer Genauigkeit von besser als 5 µm zusammengefügt, und schließlich erfolgt das Auslösen mindestens eines beweglichen Bestandteils aus mindestens einem der Fügeteile.
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DE 10 2013 208 446 A1 bezieht sich auf eine optische Baugruppe. Die optische Baugruppe dient der Führung eines Strahlungsbündels mit einer Mehrzahl von gesteuert verlagerbaren Einzelspiegeln, wozu eine Steuereinrichtung zur gesteuerten Verlagerung der Einzelspiegel eingesetzt wird. Die Einzelspiegel weisen jeweils eine Reflexionsfläche mit einer Flächennormalen auf, wobei die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs) umfasst, und wobei mindestens ein Teil der ASICs in Richtung der Flächennormalen versetzt zueinander angeordnet ist.
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Für einige Anwendungen wird eine Anzahl von Mikrospiegeln lateral beabstandet in einem ein- oder zweidimensionalen Array oder Feld angeordnet. Beispielsweise werden in modernen beziehungsweise zukünftigen EUV-Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie in der Halbleiterindustrie Mikrospiegel-Arrays eingesetzt, wie sie beispielsweise aus
DE 10 2014 203 189 A1 und der oben bereits zitierten
DE 10 2015 204 874 A1 hervorgehen. Über die Mikrospiegel-Arrays können in den EUV-Projektionsbelichtungsanlagen verstellbare optische Pfade bis zu einer Maske (Reticle) dargestellt werden, um sehr komplexe Belichtungszustände auf der Maske zu erzeugen und auf den zu belichtenden Wafern Strukturen mit extrem kleinen Lateralabmessungen zu schreiben.
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Für derartige Anwendungen ist es von Vorteil, wenn die Mikrospiegel-Arrays einen möglichst hohen Füllfaktor aufweisen, demnach eine möglichst hohe Spiegelfläche, bezogen auf die Gesamtfläche des Arrays, vorliegt. In den EUV-Projektionsbelichtungsanlagen wird damit die Lichtausbeute und somit der Wafer-Durchsatz erhöht. Aus diesem Grund werden Funktionselemente wie Federn, Antriebsmittel oder Leiterbahnen bei Mikrospiegel-Arrays mit Hohlfüllfaktor oftmals unterhalb der eigentlichen Spiegelelemente angeordnet. Die Mikrospiegel können mit einer Bragg-Beschichtung versehen sein, die die Zentralwellenlängen gut reflektiert. Wellenlängen außerhalb des Reflexionsbereichs werden absorbiert und erzeugen Wärme im Mikrospiegel, die gezielt mit einem möglichst geringen Temperaturwiderstand abzuführen ist.
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Zur genauen Einstellung der Position der einzelnen Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays ist ein Positionssensorsystem vonnöten, welches von einer Regelelektronik geregelt wird. Die erreichbare Positioniergenauigkeit der Mikrospiegel hängt von der Gesamtleistung des Mikrospiegel-Positionssensorsystems inklusive der eingesetzten Regelelektronik ab, ferner von der Temperaturverteilung und deren Symmetrie beziehungsweise Homogenität innerhalb des einzelnen Mikrospiegelelements.
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Ausgehend von der
DE 10 2015 204 874 A1 liegen die Längenfederelemente, welche eine Verkippung der Einzelspiegel um die X-Achse und die Y-Achse ermöglichen, näherungsweise in der Mitte eines Aktuators. Dies bedeutet, dass die Feder näherungsweise an der Oberkante feststehender vertikaler Elektrodenfinger und näherungsweise an der Unterkante beweglicher vertikaler Elektrodenfinger gemäß der
DE 10 2015 204 874 A1 angeordnet sind. Zwar kann durch diese Art der Platzierung der Federebene die Verkippung oder Verschwenkung zwischen den beweglichen und den feststehenden Elektrodenfingern vergleichsweise gering gehalten werden, jedoch entsteht an der Spiegeloberfläche, welche senkrecht zur Chip-Ebene relativ weit vom Schwenkpunkt beabstandet liegt, bei der Verkippung des Einzelspiegels eine große Seitwärtsbewegung, demnach eine Bewegungskomponente parallel zur Chip-Ebene. Im vorliegenden Zusammenhang wird ein Abstand zwischen dem Drehpunkt und der Spiegeloberfläche auch als Federpodesthöhe bezeichnet. Um zu verhindern, dass sich benachbarte einzelne Mikrospiegelelemente auch bei maximalen Auslenkungen berühren, ist daher ein relativ großer seitlicher Spalt zwischen den Einzelspiegeln des Feldes aus Einzelspiegelelementen vorzuhalten. Diese Spalte wiederum limitieren den maximal erreichbaren Füllfaktor des Mikrospiegelfeldes beziehungsweise Mikrospiegel-Arrays.
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Ferner bergen große Spalte zwischen den einzelnen Mikrospiegelelementen ein höheres Risiko dahingehend, dass größere Partikel, die zum Beispiel bei der Endmontage des Mikrospiegel-Arrays auftreten können, zwischen den Spiegeloberflächen einzelner benachbarter Mikrospiegelelemente hindurch fallen, in den darunterliegenden Elektrodenbereich geraten und elektrische Kurzschlüsse oder gar mechanische Blockaden verursachen können.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Mikrospiegelanordnung vorgeschlagen, mit einer Anzahl unabhängig voneinander betätigbarer Einzelspiegelelemente, die als Feld angeordnet sind und jeweils über eine Aktuatorik, insbesondere Aktuatorelektroden, bewegbar sind, und die Einzelspiegelelemente jeweils eine Reflexionsfläche aufweisen, wobei unterhalb der Reflexionsfläche der Einzelspiegelelemente eine Federebene nahe der Reflexionsfläche und des Schwerpunkts beweglicher Teile verläuft, in der ein das Einzelspiegelelement um einen vertikal verschobenen Schwerpunkt abstützendes Federelement aufgenommen ist, um welches das Einzelspiegelelement um eine X-Achse und/oder eine Y-Achse bewegbar ist.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich in vorteilhafter Weise eine Reduktion der seitlichen Bewegung des Einzelspiegelelements erreichen, wodurch sich insgesamt gesehen ein erhöhter Füllfaktor innerhalb einer feldförmig konfigurierten Mikrospiegelanordnung ergibt.
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In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung ist der Schwenkpunkt unterhalb der Reflexionsfläche des Einzelspiegelelements, bezogen auf ein Flächenzentrum einer projizierten Seitenfläche, vertikal verschoben.
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Des Weiteren ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung der Schwenkpunkt, bezogen auf das Flächenzentrum einer projizierten Seitenfläche eines beweglichen Elektrodenteils vertikal verschoben angeordnet.
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In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung sind zwischen der Reflexionsfläche und der Basisplatte Sensorelektroden sowie Aktuatorelektroden angeordnet, die jeweils einen beweglichen, passiven Elektrodenteil und jeweils einen feststehenden, aktiven Elektrodenteil umfassen.
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In vorteilhafter Weise sind die beweglichen, passiven Elektrodenteile der Sensorelektroden sowie der Aktuatorelektroden mittelbar oder unmittelbar mit der Reflexionsfläche verbunden.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung sind die feststehenden, aktiven Elektrodenteile der Sensorelektroden sowie der Aktuatorelektroden auf der Basisplatte angeordnet.
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In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung sind die beweglichen, passiven Elektrodenteile sowie die feststehenden, aktiven Elektrodenteile der Sensorelektroden und der Aktuatorelektroden von einer umlaufenden Rahmenstruktur zur Verhinderung eines Eintrags von Partikeln umgeben.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung sind die beweglichen, passiven Elektrodenteile unterhalb der Reflexionsfläche in Bezug auf einen Rand der Reflexionsfläche mit einem Versatz nach innen angeordnet. Diese Anordnungsausführung erweitert das Bewegungsspektrum der Einzelspiegelelemente.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung sind Anbindungspunkte der Reflexionsfläche an die Trägerplatte, bezogen auf den vertikal verschobenen Schwenkpunkt um einen Radialversatz nach innen ausgeführt. Damit werden in vorteilhafter Weise die Auslenkgrade des jeweiligen Einzelspiegelelements vergrößert, da mehr Freiraum zur Verfügung steht.
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In vorteilhafter Weise sind bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung die Anbindungspunkte jeweils flexibel und verformbar ausgeführt.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikrospiegelanordnung zeichnet sich weiterhin in vorteilhafter Weise dadurch aus, dass zur Optimierung des Temperaturwiderstands erste und zweite Podeste am Federelement ausgestaltet sind, wobei die ersten Podeste, die in Richtung der Trägerplatte weisen, eine erste Podesthöhe aufweisen und die zweiten Podeste, die in Richtung der Basisplatte weisen, eine zweite Podesthöhe aufweisen.
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Durch die unterschiedlich gewählten Podesthöhen kann der Schwenkpunkt, um welchen die Reflexionsflächen der Einzelspiegelelemente um X-Achse und/oder Y-Achse bewegbar sind, weiter unterhalb an die Reflexionsfläche verschoben werden, so dass sich eine erhebliche Verbesserung der Bewegungsmöglichkeiten ergibt, kleinere Spalte zu benachbarten Einzelspiegelelementen eingehalten werden und in vorteilhafter Weise insgesamt gesehen der Füllgrad der Mikrospiegelanordnung in Bezug auf ein Feld von Einzelspiegelelementen erheblich verbessert werden kann.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung übersteigt die zweite Podesthöhe der Podeste, die in Richtung der Basisplatte weisen, die erste Podesthöhe der Podeste, die die Anbindung zur Trägerplatte darstellen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung kann auf der der Basisplatte zuweisenden Seite des Federelements beispielsweise ein zylindrischer Sockel aus Vollmaterial ausgebildet werden, mit dem das Federelement mit der Basisplatte gekoppelt werden kann. Dadurch lässt sich eine erhebliche Verbesserung des Temperaturwiderstands und eine wesentliche Verbesserung der Wärmeableitung erreichen. Insbesondere kann durch das Vorhalten eines Vollmaterials eine wesentlich gleichmäßigere Wärmeverteilung erzielt werden.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung kann die vertikale Schwenkpunktverschiebung der ersten Podesthöhe des ersten Podests des Federelements entsprechen.
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Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Mikrospiegelanordnung in einem Smartphone-Projektor, in Smart-Glasses-Anwendungen, als Headup-Display in einem Fahrzeug oder in einem Barcodeleser oder zur Anwendung in EUV-Lithographien.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung soll mittels eines Federelements eine kardanische Aufhängung eines jeden Einzelspiegelelements innerhalb eines Mikrospiegel-Arrays erreicht werden, so dass eine Auslenkung desselben in zwei Freiheitsgraden, im vorliegenden Fall insbesondere um die X-Achse sowie um die Y-Achse, darstellbar ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine reduzierte seitliche Bewegung des Einzelspiegelelements und damit ein erhöhter Füllfaktor innerhalb eines Mikrospiegelfelds erreichen. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist in vorteilhafter Weise die Federebene, in der das Federelement des Einzelspiegelelements aufgenommen ist, in Richtung zur Spiegeloberfläche hin versetzt, d. h. vertikal nach oben verschoben. Dadurch verringert sich die seitliche Auslenkung der Spiegeloberfläche bei einer Bewegung des Einzelspiegels um die X-Achse und um die Y-Achse. Infolgedessen lässt sich der notwendige Spalt zwischen benachbarten Einzelspiegelelementen erheblich reduzieren.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung nehmen die vertikalen, jedoch auch die seitlichen Bewegungen in den vertikalen Elektrodenfingern zu. Dementsprechend ist dafür Sorge zu tragen, dass die Abstände zwischen den beweglichen und den festen Elektrodenfingern so erhöht werden, dass Berührungen zwischen den Elektroden auch bei maximaler Auslenkung des Einzelspiegelelements vermieden werden.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung werden in vorteilhafter Weise unterhalb der Spiegelebene angeordnete Komponenten, insbesondere die beweglichen Elektrodenfinger nach innen, insbesondere zum Zentrum des Einzelspiegelelements versetzt, so dass Berührungen mit den beweglichen Elektrodenfingern des benachbarten Einzelspiegelelements bei maximaler Auslenkung des Einzelspiegelelements sicher ausgeschlossen sind. Es ist jedoch kein größerer Spalt zwischen den Reflexionsflächen, d. h. den Spiegeloberflächen benachbarter Einzelspiegelelemente erforderlich. Der Versatz der beweglichen Elektrodenfinger nach innen zum Zentrum des Einzelspiegelelements hin führt zu einer Reduktion des durch die Aktuatorelektroden zu erzeugenden Drehmoments.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird der Temperaturwiderstand zwischen dem Einzelspiegelelement und einer Basisplatte reduziert. Da die Federelemente im Allgemeinen sehr dünn ausgeführt sind, stellen diese den mit Abstand größten thermischen Widerstand im Gesamtsystem des Einzelspiegelelements dar. Für die Temperaturverteilung innerhalb des Einzelspiegelelements kann es von Vorteil sein, wenn die Federelemente sehr nah an der Spiegelebene, d. h. an der Reflexionsfläche angeordnet werden. Dadurch können Federpodeste im Querschnitt optimiert werden, so dass ein geringerer Temperaturwiderstand erreicht werden kann. Ein sich beispielsweise in Richtung der Basisplatte erstreckendes Podest kann niedriger mit gleichem Querschnitt ausgeführt werden; eine Anbindung der Trägerplatte des Einzelspiegelelements erfolgt über ein oberes, sich in Richtung der Trägerplatte erstreckendes Podest. Bei einer verbesserten Temperaturverteilung in der Basisplatte lässt sich auch die Stabilität der Positionierung eines Einzelspiegelelements erheblich verbessern, weil diese sich symmetrischer über die Temperatur verformen wird.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist, dass ein seitlicher Spiegelrahmen umlaufend neben den relativ zueinander beweglichen Teilen der Elektrodenfinger angeordnet werden kann, der verhindert, dass Partikel in den Bereich der Elektrodenfinger fallen können, so dass das Auftreten elektrischer Kurzschlüsse oder mechanischer Blockaden bei Relativbewegungen ausgeschlossen werden kann.
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Durch den einseitigen Aufbau der Elektrodenfinger, ob deren bewegliche oder deren feststehende Teile, können beispielsweise Rippenstrukturen und Verdickungen zur Stabilitätserhöhung vorgesehen werden, da sich die Elektrodenfingerspitzen durch die Drehbewegung vom Elektrodenrahmen entfernen. Dieser sich ergebende Freiraum kann für die mechanische Stabilität verleihenden Verdickungen beziehungsweise Rippenstrukturen ausgenutzt werden.
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In vorteilhafter Weise ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mikrospiegelanordnung die Anbindung zwischen der Spiegelebene und dem Elektrodenfingerbereich nun nicht mehr zentral an einem Punkt gegeben, sondern eine federnde Anbindung mit großem Querschnitt erfolgt an mehreren Punkten in einem etwas weiter außen liegenden Bereich. Im Zentralbereich des Einzelspiegelelements befinden sich vielmehr jetzt die Federelemente, welche eine Bewegung des Einzelspiegelelements sowohl um die X-Achse als auch um die Y-Achse ermöglichen.
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Auf einem größeren Radius befindliche Anbindungspunkte zwischen dem Einzelspiegelelement und den Elektrodenfingern ermöglichen eine bessere Winkelposition und Stabilität der Einzelspiegelelemente, wenn die Spiegeltemperaturverteilung und deren Abführung ungleichförmig oder unsymmetrisch verlaufen sollte. Die Anbindung zwischen dem Einzelspiegelelement und den Elektrodenfingern ist in vorteilhafter Weise flexibel auszuführen, so dass Temperaturschwankungen keinen negativen Einfluss auf die durch die Elektrodenfinger ausgeübte Stützfunktion ausüben können.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine wesentliche Verbesserung der Vibrationsrobustheit erreichen, da der Schwenkpunkt jetzt näher am Schwenkpunkt der beweglichen Teile liegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung mit einem unterhalb des Einzelspiegelelements angeordneten Federelement,
- 2.1 eine perspektivische Draufsicht auf ein Federelement,
- 2.2 Paare von Federelementen, die jeweils durch Federzungen gebildet werden, in ausgelenkter Lage um die Y-Achse,
- 3 einen Teilschnitt durch ein Federelement,
- 4 eine Draufsicht auf das Federelement,
- 5 eine Auslenkung eines Einzelspiegelelements um einen Schwenkpunkt und
- 6 eine Darstellung einer Auslenkung eines Einzelspiegelelements bei in vertikaler Richtung unterhalb des Spiegelelements verschobenem Schwerpunkt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Mikrospiegelanordnung mit einem unterhalb eines Einzelspiegelelements angeordneten Federelement.
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1 zeigt eine Mikrospiegelanordnung 10 anhand eines herausgezeichneten Einzelspiegelelements 12. Bezugszeichen 14 bezeichnet eine X-Achse und Bezugszeichne 16 eine Y-Achse. Das Einzelspiegelelement 12 weist eine Reflexionsfläche 30 auf, die von einer Trägerplatte 32 abgestützt ist. Unterhalb der Trägerplatte 32 gemäß 1 befinden sich bewegliche Elektrodenfinger 22, welche einen beweglichen, passiven Elektrodenteil 46 darstellen. Diese wirken mit feststehenden Elektrodenfingern 24 zusammen, die sich ausgehend von einer Basisplatte 50 in vertikaler Richtung erstrecken. Die feststehenden Elektrodenfinger 24 bilden den feststehenden, aktiven Elektrodenteil 48. Durch eine Strömung von Aktuatorelektroden 38 kann eine Bewegung des Einzelspiegelelements 12 erreicht werden. Erfindungsgemäß liegt ein vertikal verschobener Schwenkpunkt 90 möglichst nahe unterhalb der Trägerplatte 32. Der in der Darstellung gemäß 1 dargestellte, vertikal verschobene Schwenkpunkt 90 ist um eine vertikale Schwenkpunktverschiebung 96 nach oben in Richtung auf die Trägerplatte 32 verschoben. Aus der Darstellung gemäß 1 ergibt sich, dass die Trägerplatte 32 mitsamt daran aufgenommener Reflexionsfläche 30 durch ein Federelement 52, welches in einer Ausnehmung 36 angeordnet ist, abgestützt ist. Durch die Auslegung des Federelements 52 ist die Reflexionsfläche 30 sowohl um die X-Achse 14 als auch um die Y-Achse 16 verschwenkbar, d. h. bewegbar. Aufgrund der Tatsache, dass der vertikal verschobene Schwenkpunkt 90 in Richtung auf die Trägerplatte 32 hin verschoben ist, verringert sich die seitliche Auslenkung der Reflexionsfläche 30 bei Bewegungen des Einzelspiegelelements 12 um die X-Achse 14 und die Y-Achse 16. Infolgedessen kann ein notwendiger Spalt zu benachbarten Einzelspiegelelementen 12 erheblich reduziert werden. Zugleich nehmen vertikale, aber auch seitliche Bewegungen in den sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckenden Elektrodenfingern 22, 24 zu und dementsprechend werden Abstände zwischen den beweglichen und den festen Elektrodenteilen 46, 48 erhöht, um Berührungen zwischen den einzelnen Elektrodenfingern 22, 24 bei maximaler Auslenkung zu vermeiden. In vorteilhafter Weise können die unterhalb der Reflexionsfläche 30 angeordneten beweglichen Elektrodenfinger 22, wie in den 5 und 6 noch gezeigt werden wird, radial nach innen in Richtung des Zentrums des Einzelspiegelelements 12 versetzt angeordnet werden. Dadurch kann die Berührung mit beweglichen Elektrodenfingern 22, 24 eines benachbarten Einzelspiegelelements 12 sicher vermieden werden.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante des Federelements 52 die Trägerplatte 32 der Reflexionsfläche 30 über erste Podeste 60 verbunden ist, die eine erste Podesthöhe 68 aufweisen. Demgegenüber weist das Federelement 52 gemäß der Ausführungsvariante in 1 auf seiner der Basisplatte 50 zuweisenden Seite einen zylinderförmigen Sockel 80 auf. Mit diesem ist das Federelement 52 in den Temperaturwiderstand besonders begünstigender Weise mit der Basisplatte 50 gekoppelt, so dass Wärme sehr schnell und gleichmäßig in die Basisplatte 50 des Einzelspiegelelements 12 abgeleitet werden kann.
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Durch diese Anordnung wird der Temperaturwiderstand zwischen der Reflexionsfläche 30 und der Basisplatte 50 erfindungsgemäß erheblich reduziert. Für die Temperaturverteilung im jeweiligen Einzelspiegelelement 12, insbesondere auf der Oberfläche der Reflexionsfläche 30, kann es sehr vorteilhaft sein, wenn die Federelemente 52 sehr nah, wie in 1 dargestellt, an die Reflexionsfläche 30 herangeführt sind. Dadurch können die ersten Federpodeste 60 hinsichtlich ihres Querschnitts optimiert werden, so dass ein optimaler, d. h. ein sehr geringer Temperaturwiderstand eingehalten werden kann. Bei einer vergleichmäßigten Temperaturverteilung kann auch die Positionsstabilität des Einzelspiegelelements 12 erheblich verbessert werden.
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2.1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein Federelement.
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Aus der Darstellung gemäß 2.1 geht hervor, dass das Federelement 52 im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist und an seiner Oberseite die bereits erwähnten ersten Podeste 60 aufweist, während an der Unterseite in einem Versatz zu den ersten Podesten 60 zweite Podeste 62 ausgeführt sind. Mittels der ersten und zweiten Podeste 60, 62 ist das Federelement 52 mit der Trägerplatte 32 der Reflexionsfläche 30 einerseits und mit der Basisplatte 50 andererseits verbunden. Durch das Federelement 52 ist die Trägerplatte 32 der Reflexionsfläche 30 beweglich abgestützt, da das Federelement 52 in einer 90°-Orientierung 56 mehrere Federzungenpaare 54 aufweist. Diese ermöglichen eine Auslenkung des Federelements 52 um die X-Achse 14 und/oder die Y-Achse 16, wie in 2.1 angedeutet.
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Die in 2.1 dargestellten ersten Podeste 60 haben ein tortenstückähnliches Aussehen. In analoger Weise können die zweiten Podeste 62 an der Unterseite des Federelements 52 ausgebildet sein. Anstelle der zweiten Podeste 62 kann an der Unterseite, d. h. an der Seite des Federelements 52, welches sich zur Basisplatte 50 erstreckt, wie auch in 1 angedeutet, ein zylinderförmiger Sockel 80 ausgebildet sein, um den Temperaturwiderstand zu optimieren und eine Wärmeabfuhr, ausgehend von der Reflexionsfläche 30 über die Trägerplatte 32 und durch das Federelement 52 und den zylinderförmigen Sockel 80 in die Basisplatte 50 zu begünstigen.
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Das Federelement 52 weist eine innere Struktur 58 auf, die jeweils über besagte Federzungenpaare 54 mit den Podesten 60, 62 verbunden ist.
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2.2 zeigt Paare von Federelementen in ausgelenkter Lage um die Y-Achse 16, die jeweils durch Federzungen gebildet werden.
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Die auf der Oberseite des Federelements 52 angeordneten, einander gegenüberliegenden ersten Podeste 60 sind aufgrund der ersten ausgelenkten Federpaare 64 aus ihrer gestrichelt dargestellten Ruheposition in die mittels durchgezogener Linien dargestellte ausgelenkte Position verschränkt. Demgegenüber sind die Federzungenpaare 54, die um die X-Achse 14 orientiert sind, nicht ausgelenkt. Demzufolge verbleiben die an der Unterseite des Federelements 52 angeordneten zweiten Podeste 62, von denen in der Darstellung gemäß 2.2 aus zeichnerischen Gründen nur eines dargestellt ist, in ihrer nicht ausgelenkten Ruhelage.
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Wie bereits erwähnt, kann auf der Unterseite des Federelements 52 gemäß der Darstellung in 2.2 anstelle der einander gegenüberliegenden zweiten Podeste 62 auch ein zylinderförmiger Sockel 80 ausgebildet sein, der sich in Richtung auf die Basisplatte 50 erstreckt, wie in 1 angedeutet ist.
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3 zeigt einen Teilschnitt durch ein Federelement 52. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante beispielsweise die ersten Podeste 60, die sich an der Oberseite des Federelements 52 befinden, in einer ersten Podesthöhe 68 ausgeführt sind. Im Vergleich zu einer zweiten Podesthöhe 70, in welcher die zweiten Podeste 62 ausgebildet sind, ist die erste Podesthöhe 68 relativ gering bemessen. Demzufolge würde bei Einsatz des in 3 im Teilschnitt dargestellten Federelements 52 in der Ausführungsvariante gemäß 1 sich der vertikal verschobene Schwenkpunkt 90 einstellen, da sich aufgrund der ersten Podesthöhe 68 die Anbindungsstelle des Federelements 52 an die Trägerplatte 32 in vertikaler Richtung nach oben, d. h. um die vertikale Schwenkpunktverschiebung 96, verschiebt.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht des Weiteren hervor, dass das Federelement 52 als Ein-Schicht-Aufbau 78 ausgebildet ist, der wesentlich präziser gefertigt werden kann und laterale Verschiebungen, die bei einem Mehr-Schicht-Aufbau zwischen den einzelnen Komponenten des Federelements 52 auftreten können, hier vermieden werden, wodurch sich insgesamt eine sehr hohe laterale Genauigkeit in Bezug auf die Außenabmessung des Federelements 52 erreichen lässt.
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In der Mitte des in 3 dargestellten Federelements 52 verläuft die Federebene 34, in der die in den 2.1 und 2.2 dargestellten Federzungenpaare 54 angeordnet sind. Wie bereits erwähnt, befinden sich in der Ausführungsvariante des Federelements 52 gemäß 3 an dessen Unterseite die zweiten Podeste 62, von denen in der Darstellung gemäß 3 lediglich eines dargestellt ist. Dessen zweite Podesthöhe 70 übersteigt die erste Podesthöhe 68 auf der Oberseite des ersten Federelements 52 erheblich. Die zweiten Podeste 62 des Federelements 52 erstrecken sich zur Basisplatte 50, wohingegen sich die an der Oberseite des Federelements 52 ausgebildeten Podeste 60 zur Trägerplatte 32 des Einzelspiegelelements 12 erstrecken. Aufgrund der unterschiedlichen Bemessung der Podesthöhen 68, 70 stellt sich die in den 1, 5 und 6 dargestellte vertikale Schwerpunktverschiebung 96 in Richtung auf die Trägerplatte 32 ein.
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Der Darstellung gemäß 4 ist eine Draufsicht auf das Federelement 52 zu entnehmen. Dieses ist, wie im Zusammenhang mit den 2.1 und 2.2 bereits erwähnt, sowohl um die X-Achse 14 als auch um die senkrecht zu dieser orientierte Y-Achse 16 verschwenkbar. Die Draufsicht gemäß 4 zeigt die Federzungenpaare 54. Mit Bezugszeichen 58 ist eine innere Struktur des Federelements 52 bezeichnet. 4 ist des Weiteren zu entnehmen, dass in dieser Draufsicht die ersten Podeste 60 ein tortenstückähnliches Aussehen haben und auf der Oberseite des Federelements 52 einander gegenüberliegend ausgebildet sind. An der Unterseite des in der Draufsicht gemäß 4 dargestellten Federelements 52 befindet sich der zylinderförmige Sockel 80, der nur teilweise dargestellt ist. Die Konfiguration des Federelements 52 gemäß der Darstellung in 4 entspricht dem in 1 dargestellten Federelement 52 mit sich zur Basisplatte 50 erstreckendem, zylinderförmigem Sockel 80.
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Der Darstellung gemäß 5 ist eine Auslenkung eines Einzelspiegelelements 12 um einen vertikal verschobenen Schwenkpunkt 90 zu entnehmen. Wie anhand der vorstehenden Figuren bereits beschrieben, ist im Vergleich zum Schwenkpunkt 20 der am erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einzelspiegelelement 12 dargestellte, verschobene Schwenkpunkt 90 um die vertikale Schwenkpunktverschiebung 96 nach oben hin, d. h. in Richtung auf das Einzelspiegelelement 12 verschoben. Um die vertikale Schwenkpunktverschiebung 96 zu verdeutlichen, ist am Einzelspiegelelement 12 eine projizierte Seitenfläche 108 eingezeichnet. Ein Flächenzentrum der projizierten Seitenfläche 108 ist mit Bezugszeichen 110 bezeichnet. Das Flächenzentrum 110 der projizierten Seitenfläche 108 fällt mit dem ursprünglichen Schwenkpunkt 20 zusammen, der jedoch aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gestaltung des die Trägerplatte 32 des Einzelspiegelelements 12 stützenden Federelements 52 um die vertikale Schwenkpunktverschiebung 96 in der Vertikalen verschoben ist, so dass sich der vertikal verschobene Schwenkpunkt 90 einstellt. Um diesen ist das in 5 dargestellte Einzelspiegelelement 12 ausgelenkt. Die sich einstellende Auslenkung des Einzelspiegelelements 12 ist in 5 etwas überzeichnet dargestellt, um die Einzelheiten zu verdeutlichen. An der Unterseite des Einzelspiegelelements 12 beziehungsweise von dessen Trägerplatte 32 erstrecken sich die beweglichen Elektrodenfinger 22, welche die in einer außenliegenden Ringanordnung angeordneten Aktuatorelektroden 38 und die ebenfalls in einer Ringanordnung angeordneten Sensorelektroden 42 umfassen. Diese wirken mit den in 1 dargestellten, an der Basisplatte 50 angeordneten, feststehenden Elektrodenfingern 24 zusammen. Bei deren Bestromung erfolgt die Auslenkung entsprechend der Bestromung von Aktuatorelektroden 38 und Sensorelektroden 42 in die in 5 dargestellte gekippte Lage des Einzelspiegelelements 12. Auf dessen Oberseite befindet sich die Reflexionsfläche 30. Die Anbindungspunkte 112 und 114 bezeichnen die Stellen, an denen die Aktuatorelektroden 38 in Fingerform beziehungsweise die Sensorelektroden 42 in Fingerform an der Unterseite der Trägerplatte 32 befestigt sind. Von der Normalen des Einzelspiegelelements 12 abweichend ist ein erster Radialversatz 116 beziehungsweise ein zweiter Radialversatz 118 eingezeichnet, welche die Positionen bezeichnen, an denen sich die Mitten der Aktuatorelektroden 38 beziehungsweise der Sensorelektroden 42 senkrecht zur Trägerplatte 32 in Richtung auf die Basisplatte 50 erstrecken. Bezugszeichen 92 und 94 bezeichnen sich einstellende erste und zweite Abstände zum Spiegelrahmen, welche die Verkippung des Einzelspiegelelements 12 um seinen vertikal verschobenen Schwenkpunkt 90 begrenzen.
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6 zeigt eine Darstellung einer Auslenkung eines Einzelspiegelelements 12 mit in vertikaler Richtung unterhalb des Einzelspiegelelements 12 verschobenem Schwerpunkt 90. Wie im Zusammenhang mit 5 bereits beschrieben, ist die vertikale Schwenkpunktverschiebung 96 in 6 analog zur vertikalen Schwenkpunktverschiebung 96 definiert. Diese entspricht dem Abstand 92, 94 zwischen dem Flächenzentrum 110 der projizierten Seitenfläche 108 der Elektrodenanordnung unterhalb der Trägerplatte 32 des Einzelspiegelelements 12. Je weiter der vertikal verschobene Schwenkpunkt 90 in Richtung auf das Einzelspiegelelement 12 verschoben werden kann, desto größere Füllungsgrade lassen sich an Mikrospiegelanordnungen 10 aus feldartig nebeneinanderliegenden Einzelspiegelelementen 12 erreichen. In der Darstellung gemäß 6 ist eine Radialelektrodenverschiebung 100 dargestellt, um welche die beweglichen Elektrodenfinger 22, nämlich die sich an der Unterseite der Trägerplatte 32 in Richtung auf die Basisplatte 50 erstreckenden Aktuatorelektroden 38 beziehungsweise Sensorelektroden 42 angeordnet sind. Die sich an der Unterseite der Trägerplatte 32 des Einzelspiegelelements 12 erstreckenden Aktuatorelektroden 38 sowie die Sensorelektroden 42 stellen die beweglichen Elektrodenfinger 22 dar und bilden den passiven Elektrodenteil 46. Dieser wird durch den hier nicht dargestellten, aktiven Elektrodenteil 48, der sich, wie in 1 dargestellt, an der Oberseite der Basisplatte 50 befindet, bewegt, so dass das Einzelspiegelelement 12 um den vertikal verschobenen Schwenkpunkt 90 ausgelenkt werden kann. Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen, sich einstellenden vertikal verschobenen Schwenkpunkt 90 können die Einzelspiegelelemente 12 kollisionsfrei in Bezug auf ihre Ränder 120 um den vertikal verschobenen Schwenkpunkt 90 verschwenkt werden. Somit wird ein Rahmen nicht tangiert, so dass innerhalb einer Mikrospiegelanordnung 10 die Einzelspiegelelemente 12 in geringeren Abständen zueinander angeordnet werden können, ohne deren Verschwenkbarkeit um den vertikal verschobenen Schwenkpunkt 90 signifikant zu beeinträchtigen. Analog zur Darstellung gemäß 5 bezeichnen die ersten Anbindungspunkte 112 beziehungsweise die zweiten Anbindungspunkte 114 die Befestigungsbereiche der Aktuatorelektroden 38 beziehungsweise Sensorelektroden 42 an der Unterseite der Trägerplatte 32. Die Radialversatze 116 und 118, in welchen die Aktuatorelektroden 38 beziehungsweise die Sensorelektroden 42 angeordnet sind, sind durch die sich von der Mitte der Trägerplatte 32 aus erstreckenden Pfeile identifiziert. Aufgrund der Radialelektrodenverschiebung nach innen 100 ergibt sich an den Rändern 120 der Einzelspiegelelemente 12 ein Überstand 102.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015204874 A1 [0002, 0005, 0008]
- DE 102015220018 A1 [0003]
- DE 102013208446 A1 [0004]
- DE 102014203189 A1 [0005]
