DE69304315T2 - Regelbare optische Komponente - Google Patents

Description

EINSTELLBARE OPTISCHE KOMPONENTE
• Die Erfindung betrifft eine einstellbare optische Komponente, beispielsweise einen optischen Spalt mit einstellbarer Spaltbreite. Ein Spalt dieser Art wird typischerweise in einem Spektralphotometer für die Einstellung der Breite des Eingangs- und/oder Ausgangsspalts verwendet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Bei den meisten Spektralphotometern kann die Breite des Eingangs- und des Ausgangsspalts variiert werden. Die Spaltbreite wird vergrößert, wenn die in das Spektralphotometer eintretende Lichtm enge erhöht werden soll, beispielsweise um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Die Vergrößerung der Spaltbreite hat jedoch zur Folge, daß sich die Spektralauflösung des Spektralphotometers verschlechtert. Andererseits kann die Auflösung des Spektralphotometers auf Kosten des Signal- Rausch-Verhältnisses durch Verkleinern der Spaltbreite verbessert werden.
• Es gibt verschiedene Lösungen gemäß dem Stand der Technik, mit denen die Vanabilität der Spaltbreite erreicht werden kann. Der einfachste Ansatz ist ein austauschbarer Spalt, den ein Bediener manuell gegen einen Spalt anderer Breite austauschen kann. Dieser Ansatz ist natürlich umständlich und unfiexibel, so daß Spalte mit einstellbarer Breite entwickelt wurden. Ein Nachteil der vorhandenen einstellbaren Spalte besteht jedoch darin, daß sie komplex und teuer sind. Ein einstellbarer Spalt ist beispielsweise aus US-A-3 394 977 bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik haben der Eingangs- und der Ausgangspalt je eine feste und eine bewegliche Spaltkante, wobei die bewegliche Spaltkante durch einen federnd flexiblen Arm bewegt wird. Der Regelmechanismus ist so ausgelegt, daß die Breite des Eingangs- und des Ausgangsspalts gleichzeitig variiert wird. Dieser Mechanismus umfaßt eine sehr große Anzahl an Einzelteilen und ist daher sehr komplex, was eine erhöhte Störanfälligkeit und hohe Kosten bedingt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich die Mitte des Spalts mit Veränderung der Spaltbreite verschiebt, da eine Spaltkante fixiert ist. Außerdem muß die Regelung des Spalts manuell durch den Bediener erfolgen.
• Ein weiteres einstellbares Spatsystem ist aus US-A-3 508 813 bekannt. Dieses Spatsystem umfaßt eine metallisierte Quarzscheibe, in der viele Spalte mit verschiedenen Breiten konzentrisch angeordnet sind. Zwei jeweils gegenübertiegende Spalte haben dieselbe Breite und bilden so ein Spaltpaar, das als Eingangs- und Ausgangsspalt eines Monochromators dient. Durch Drehen der Scheibe um jeweils einen definierten Winkel können in einzelnen Schritten unterschiedliche Spaltbreiten ausgewählt werden. Die Mitte des Spalts wird im wesentlichen erhalten. Jedoch genügt die Reproduzierbarkeit der Spatmitteneinstellung möglicherweise nicht den sehr hohen Ansprüchen der spektroskopischen Genauigkeit.
• Aus US-A- 3 457 004 ist ein einstellbarer Spalt für einen spektroskopischen Apparat bekannt, bei dem die beiden Spaltränder symmetrisch von der Spaltmitte aus mittels eines Hebelmechanismus bewegt werden. Diese Konstruktion ist mechanisch komplex, was zu hohen Kosten und erhöhter Ausfallswahrscheinlichkeit führt.
• Aus EP-A-O 507 130 ist ein Spalt mit einstellbarer Breite bekannt, bei dem jede Spatbacke von mindestens zwei einander gegenüberliegenden Führungsparallelogrammen geführt wird, und bei dem ein Einstellteil gleichzeitig auf die Führungsparallelogramme der einen Seite wirkt und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Spaltbacken für die Einstellung der Spaltbreite verschiebbar ist. In einer Ausführungsart sind sowohl die Führungsparallelogramme als auch die Spaltbacken aus einer einzigen federnden Stahlplatte gefertigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Ein Ziel der Erfindung ist eine einstellbare optische Komponente, insbesondere ein optischer Spalt mit einer einstellbaren Spaltbreite, der eine einfachere Konstruktion als die bekannten Komponenten aufweist und eine hohe Reproduzierbarkeit der Einstellung der Komponentenmitte, insbesondere der Spaltmitte, sicherstellt.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine einstellbare optische Komponente, die mit hoher Präzision und zu niedrigen Kosten leicht herzustellen ist.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine einstellbare optische Komponente, bei der mehrere optische Funktionen, beispielsweise die Spaltfunktion und die Schließfunktion, leicht kombiniert werden können.
• Ein weiteres Ziel ist die Herstellung eines optischen Spalts, der eine hohe Reproduzierbarkeit der Einstellung der Spaltbreite sicherstellt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele vom Gegenstand des Anspruchs 1 erfüllt. Die einstellbare optische Komponente der Erfindung umfaßt ein bewegliches Bauteil für eine optische Funktion, beispielsweise einen optischen Spalt, und elastische Aufhängungsmittel zum Verbinden des beweglichen Bauteils mit einem Rahmen, wobei das bewegliche Bauteil und die elastischen Aufhängungsmittel vorwiegend aus Mikrostrukturen bestehen, die aus der Herstellung aus einem einzigen Chip (beispielsweise aus einem Halbleitermaterial wie Silizium) mittels eines mikromechanischen Verfahrens hervorgehen.
• Die mikromechanischen Strukturen werden mit Verfahren hergestellt, beispielweise mit photolithographischen Verfahren, die aus der Produktion mikromechanischer Komponenten bekannt sind. Eine optische Komponente im Sinne der Erfindung wird vorzugsweise aus einem Halbleiterchip gefertigt, indem das Halbleitermaterial durch Ätzschritte entfernt wird, wobei die Muster der gewünschten Mikrostrukturen photographisch aufgebracht wurden. Es versteht sich jedoch, daß weitere Methoden zum Entfernen von Material aus dem Grundmaterial auch zur Herstellung der gewünschten Mikrostrukturen verwendet werden können.
• Gemäß einem der Erfindung zugrundeliegenden Prinzip können die wesentlichen Teile der optischen Komponente, d.h. das bewegliche Bauteil für die optische Funktion, und die federnden Aufhängungsmittel aus einem einzigen Materialstück, beispielsweise einem Halbleiterchip, unteranwendung mikrostrukturellerverfahren hergestelltwerden. Dies hat den Vorteil, daß eine verkleinerte Komponente mit sehr hoher mechanischer Präzision produziert werden kann und daß die Herstellungskosten der Komponente niedrig sind. Die Komponenten können gleichzeitig in hoher Stückzahl gefertigt werden, da eine Vielzahl von Chips auf einer Halbleiterplatte angeordnet und gleichzeitig verarbeitet werden kann.
• Die Reproduzierbarkeit in der Einstellung einer erfindungsgemäßen Komponente ist sehr hoch. Sie liegt über +/- 10 Nanometer. Dies ist bei einem optischen Spalt besonders wichtig, bei dem bei Veränderung der Spaltbreite die Spaltmitte sehr genau erhalten werden muß, insbesondere bei Photodiodenfeld-Spektralphotometern. Des weiteren können die Spaltmaße mit sehr hoher Präzision hergestellt werden. Die erwähnten Eigenschaften sichern eine hohe Meßgenauigkeit, wenn die Komponente in einem Spektralphotometer eingesetzt wird.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, daß mehrere optische Funktionen in einer Komponente kombiniert werden können. Die Erfindung bietet die Möglichkeit, einen Spalt mit einstellbarer Breite und einen Verschluß in einer einzigen Komponente zu kombinieren. Die verschiedenen Spaltbreiten oder die Verschlußposition werden einfach durch eine Bewegung der Komponente eingestellt. Die ist besonders vorteilhaft in einem Spektralphotometer, in dem eine Verschlußfunktion zum Messen des Dunkelstroms gebraucht wird, um eine Signalkorrektur durchzuführen. Zusätzlich kann in der erfindungsgemäßen Komponente ein Wellenlängennormal für die Kalibrierung des Spektralphotometers, beispielsweise ein Holmiumfilter, ein Absorber, ein Filter zweiter Ordnung oder ein Spiegel, untergebracht werden. Die verschiedenen optischen Funktionen werden ausgewählt, indem das bewegliche Bauteil so bewegt wird, daß sich der Spalt oder Verschluß oder Filter etc. in der optischen Achse des Spektralphotometers befindet. Gemäß dem Stand der Technik werden die erwähnten Funktionen von verschiedenen Komponenten ausgeführt, die an verschiedenen Stellen im Spektralphotometer angeordnet sind. Im Gegensatz dazu hat die vorliegende Erfindung eine wesentlich einfachere und kompaktere Auslegung, die zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann und dennoch eine hohe mechanische und optische Präzision sicherstellt.
• Eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung ist ein Spalt mit einstellbarer Breite und integriertem Verschluß. Zu diesem Zweck umfaßt das bewegliche Bauteil, das an den elastischen Aufhängungsmitteln aufgehängt ist eine Vielzahl an Öffnungen unterschiedlicher Breite und einen lichtundurchlässigen Teil, der der Verschlußposition entspricht. Die Öffnungen können verbunden sein, und bilden so einen Stufenspalt, oder sie können durch lichtundurchlässige Teile getrennt sein. Die elastischen Aufhängungsmittel umfassen bevorzugt mindestens ein Paar flexible Träger, die mit einem festen Rahmen verbunden sind und aus demselben Material, üblicherweise aus Halbleitermaterial, in einem gemeinsamen Herstellungsprozeß gefertigt werden. Der einstellbare Spalt der Erfindung bietet eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Mittenposition jeder einzelnen Spaltöffnung. Zusätzlich wird diese Reproduzierbarkeit innerhalb eines großen Temperaturbereichs aufrechterhalten. Außerdem kann die Breite der verschiedenen Öffnungen mit hoher Genauigkeit hergestellt werden, und die Ränder der Öffnungen sind scharf und genau definiert, wodurch sichergestellt wird, daß der durch den Spalt fallende Lichtstrahl in Form und Abmessung genau definiert ist.
• In einer weiteren Entwicklung der Erfindung wird der Rahmen, mit dem die elastischen Aufhängungsmittel verbunden sind, an den Punkten an einem Unterbau befestigt, die auf einer Linie mit der jeweiligen Mitte der Öffnungen liegen, die den einstellbaren Spalt bilden. Diese Maßnahme trägt weiterhin zur Temperaturstabilität der Mittenpositionen der Spaltöffnungen bei. Um die Höhe der Spaltöffnungen zu begrenzen, kann eine Blendenplatte vorgesehen werden, die ebenfalls mit einem mikrostrukturellen Verfahren aus demselben Material wie die übrigen Spaltteile gefertigt werden kann.
• Die elastischen Aufhängungsmittel sind bevorzugt so ausgelegt, daß das bewegliche Bauteil, das die Spaltöffnungen trägt, entlang einer geraden Linie bewegt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die elastischen Träger, die an einem Ende mit dem beweglichen Bauteil verbunden sind, mit dem anderen Ende nicht direkt mit dem Unterbau, sondern mit zusätzlichen beweglichen Stegen, die wiederum mit dem Rahmen verbunden sind, verbunden werden. Diese beweglichen Stege werden in demselben Prozeß wie die übrigen Spaltteile mit einem mikrostrukturellen Verfahren gefertigt. Eine weitere Entwicklung umfaßt zusätzliche bewegliche Zwischen stege und elastische Träger, was zu einer Schachtelstruktur von beweglichen Stegen und elastischen Trägern führt. Diese Auslegung hat den Vorteil, daß der Weg, den die einzelnen Elemente bei der Einstellung der unterschiedlichen Spaltbreiten zurücklegen müssen, im Vergleich zu einer weniger komplexen Auslegung kürzer ist, so daß die Verformung der elastischen Träger und so das Risiko eines Materialbruchs reduziert wird. Da an den Enden der elastischen Träger das Bruchrisiko am größten ist, besteht eine weitere einfache aber effektive Maßnahme darin, die elastischen Träger so auszulegen, daß ihr Querschnitt zu den Trägerenden hin zunimmt, so daß zu starke Verformungen an den Enden vermieden werden.
• Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Spalts besteht darin, daß er leicht mit integrierten mechanischen Anschlägen erzeugt werden kann, die die Bewegung des beweglichen Bauteils begrenzen. Diese mechanischen Anschläge sind ein präziser Bezugspunkt für die Bewegung der Platte, auf der der Spalt sitzt, und tragen deshalb zur Genauigkeit bei der Einstellung der gewünschten Spaltbreite bei.
• Zusammenfassend kann ein erfindungsgemäßer Spalt auf einfache Art in einem einzigen Fertigungsprozeß hergestellt werden, wobei eine Vielzahl von Elementen, wie Spaltöffnungen, Spaltränder, V-Nuten im Spaltbereich, die an die konische Form des Lichtstrahls angepaßt sind, elastische Aufhängungsträger, Verbindungsbrücken, Versteifungsrippen, Bohrungen für Halterung und Positionierung und mechanische Anschläge, in einem einzigen Prozeß mit hoher Präzision gefertigt werden.
• Ein erfindungsgemäßer Spalt kann auch vorteilhaft in einem Photodiodenfeld- Spektralphotometer verwendet werden, d.h. in einem Spektrometer, bei dem das Licht, das eine einfache Zelle durchlaufen hat und durch ein Bezugsgitter räumlich aufgespalten wurde, auf ein Feld von Photodioden trifft. Konventionelle Photodiodenfeld-Spektralphotometer haben einen Eingangsspalt mit fester Breite. Der Grund dafür liegt darin, daß einerseits der Eingangsspalt in einem Photodiodenfeld- Spektralphotometer sehr genau eingestellt werden muß, da das Spektrometer nicht mit der Genauigkeit rekalibriert werden kann, die für eine gute Wellenlängengenauigkeit erforderlich ist, und daß andererseits keine variablen Spalte verfügbar waren, die die Aufrechterhaltung der genauen Einstellung bei Änderung der Spaltbreite sicherstellen konnten. Die vorliegende Erfindung stellt jedoch einen solchen variablen Spalt zur Verfügung, der die erforderliche optische Ausrichtung (d.h. die Reproduzierbarkeit der Spaltmitte) beibehält, auch wenn die Spaltbreite verändert wird. So ist es möglich, sogar ein Photodiodenfeld-Spektralphotometer mit einer hohen Wellenlängengenauigkeit mit einem einstellbaren Eingangsspalt auszustatten.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Einstellung der Spaltbreite automatisiert und von einem Mikroprozessor gesteuert werden kann, entweder in Übrseinstimmung mit einem vorprogrammierten Plan oder in Reaktion auf aktuelle Meßwerte, wie Lichtintensität in einem Spektrometer. Die Spaltbreite kann beispielsweise erhöht werden, wenn die Lichtintensität sehr gering ist, um das Signal- Rausch-Verhältnis zu verbessern. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß die Spaltbreite schnell geändert werden kann, so daß sogar Reaktionen auf schnelle Änderungen der Lichtintensität möglich sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
• Im folgenden werden Ausführungsarten der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
• Abb. 1a und 1b zeigen zwei Hauptteile einer Spaltanordnung gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung im nicht zusammengebauten Zustand.
• Abb. 2 ist eine Vergrößerung der in Abb. 1a dargestellten Spaltplatte.
• Abb. 3 zeigt die Spaltanordnung gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung im zusammengebauten Zustand zusammen mit Antriebsmitteln für die Spaltplatte.
• Abb. 4 ist ein schematischer Querschnitt eines Ausschnitts der beiden Teile, die in den Abbildungen 1a und 1b dargestellt sind, im zusammengebauten Zustand.
• Abb. 5 ist eine Vergrößerung der in Abb. 4 dargestellten Spaltkante.
• Abb. 6 zeigt einen Teil der Spaltanordnung gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung.
• Abb. 7 zeigt einen Teil der Spatanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsart der Erfindung.
• Abb. 8 zeigt einen Teil der Spaltanordnung gemäß einer dritten Ausführungsart der Erfindung.
• Abb. 9a und 9b stellen jeweils Details einer Spatanordnung der Erfindung dar, die die Reduktion der mechanischen Belastung zeigen.
• Abb. 10a und 10b stellen zwei Ausführungsarten einer Spaltplatte in einer Spatanordnung der Erfindung dar, die eine alternative Lösung für die Reduktion der mechanischen Belastung zeigen.
• Abb. 11 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsart der Erfindung, um die spektrale Auflösung in einem Photodiodenfeld- Photometer zu verbessern.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Abbildungen 1a und 1b stellen die beiden Hauptteile einer Spaltanordnung gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung im nicht zusammengebauten Zustand dar. Die beiden abgebildeten Teile sind bearbeitete Silziumchips, wobei die abgebildeten Strukturen mit Verfahren hergestellt wurden, die den Verfahren ähneln, die bei der Herstellung von Halbleiterchips für elektronische Apparate eingesetzt werden. Im zusammengebauten Zustand (siehe Abbildung 3) ist der in Abbildung 1a dargestellte erste Chip 1 so auf dem in Abbildung 1b dargestellten Chip 8 angeordnet, daß die Positioniercher 21 und 22 des ersten Chips 1 mit den Positionierchern 21' und 22' des zweiten Chips ausgerichtet sind.
• Der erste Chip 1 umfaßt eine bewegliche Platte 9 mit einem Stufenspalt 10. Der Stufenspalt 10 umfaßt eine Vielzahl von rechtwinkligen Öffnungen verschiedener Breiten, die den verscheidenen einstellbaren Spaltenbreiten entsprechen. Die bewegliche Platte 9 wird unten mit Bezugnahme auf Abbildung 2 genauer beschrieben. Die Platte 9 ist an elastischen Elementen 5a-5h aufgehängt, die aus Chip 1 gefertigte Siliziumträger sind. in Abbildung 1a sind die Platte 9 und folglich die elastischen Träger 5a-5h aus ihrer Ruhelage ausgelenkt dargestellt. In dieser ausgelenkten Lage sind die Träger 5a-5h verformt. Die Ruhelage ist durch gepunktete Linien, wie 5a' und 5c', gekennzeichent. In diesem nicht ausgelenkten Zustand sind die Träger gerade.
• Die Träger 5a, 5b, 5g, 5h sind jeweils an einem Ende mit dem äußeren Rahmen 12 des ersten Chips 1 und am anderen Ende mit den beweglichen Stegen 30 und 31, wie in Abbildung 1a dargestellt, verbunden. Die Träger 5c, 5d, 5e, 5f sind jeweils an einem Ende mit der beweglichen Platte 9 und am anderen Ende mit den beweglichen Stegen 30 und 31 verbunden. Der innere Teil des Chips 1, der die Platte 9, die Stege 30 und 31 sowie die Verbindungsträger umfaßt, ist so gegenüber dem äußeren Rahmen 12 frei beweglich. Die Kraft zum Bewegen der Platte 9 wird über das Loch 13 übertragen.
• Der in Abbildung 1b dargestellte zweite Chip 8 weist eine Blendenöffnung 7 auf, die die Höhe des Spaltes, durch den das Licht fällt, bestimmt. Die Blendenöffnung 7 befindet an einer solchen Stelle, daß sich im zusammengebauten Zustand, d.h. wenn Chip 1 und 2 wie in Abbildung 3 dargestellt verbunden sind, die Mittellinie des Stufenspalts 10 unter der Mitte der Blendenöffnung befindet. Die Blendenöffnung 7 ist von einer Aussparung 29 umgeben, an der die Stärke des Siliziumchips verringert ist. Die Aussparung 29 ist im Querschnitt in Abbildung 4 dargestellt. In Chip 8 befinden sich auch Öffnungen 25, 26 und 28. Die Öffnung 28 dient als Durchlaß für den Antriebsmechanismus zur Bewegung der Spaltplatte 9, was in Zusammenhang mit Abbildung 3 noch genauer erläutert wird. Der Zweck der Öffnungen 25 und 26 besteht darin, dem Chip 8 mehr Flexibilität zu geben, so daß im Falle von Temperaturveränderungen eine unterschiedliche Wärmeausdehnung des Siliziumchips und des Unterbaus (z. B. Aluminium), an dem der Chip befestigt ist, möglich ist. Eine weitere Maßnahme zur Eröhung der Flexibilität sind Einbuchtungen im Rahmen des Chips, beispielsweise Einbuchtungen 34 und 34' im Rahmen 14, oder Einbuchtungen 27 und 27' im Rahmen 12 des ersten Chips 1. Diese Einbuchtungen dienen in erster Linie dem Zweck, ein symmetrisches Ausdehnungsverhalten der Chips 1 und 8 bei Temperaturveränderungen sicherzustellen, so daß die Spaltmitten stabil bleiben. Wie in den Abbildungen 1a und 1b dargestellt, sind die Einbuchtungen im Verhältnis zur Mittelachse der Chips asymmetrisch angeordnet; der Grund für die Asymmetrie liegt darin, daß der Stufenspalt 10 auch asymmetrisch im Verhältnis zur Mittelachse der Chips angeordnet ist. Der zweite Chip 8 wurde aus Siliziummaterial und mit demselben Verfahren wie der erste Chip 1 hergestellt. Der erste Chip 1 und der zweite Chip 8 werden üblicherweise zusammengeklebt. Eine alternative Methode zum Verbinden der beiden Chips ist anodisches Bonden. Es versteht sich, daß statt eines Siliziumchips 8 ein anderes Element als Blendenöffnung 7 verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine kleine Platte mit einer Blendenöffnung verwendet werden. Eine andere Möglichkeit ist elektrogalvanisch behandeltes Nickel.
• Wie aus den Abbildungen 1a und 1b ersichtlich ist, sind die Positionierlöcher 21 und 22 des ersten Chips 1 und die Mittellinie des Stufenspalts 10 auf einer Linie angeordnet. Dies gilt ebenso für die Positionierlöcher 21' und 22' des zweiten Chips 8 und für die Mitte der Blendenöffnung 7. Im zusammengebauten Zustand sind die beiden übereinanderliegenden Chips über Bolzen oder andere geeignete Befestigungsmittel, die in die Löcher 21,21' und 22,22' gesteckt werden, fest mit einer Grundplatte (nicht dargestellt) verbunden. Aufgrund dieser Konstruktion ist sichergestellt, daß die Position der Mitte des Spalts 10 sogar bei Temperaturveränderungen fest bleiben. Wenn die Grundplatte aus einem Material hergestellt ist, das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Chip hat, beispielsweise Aluminium, stellt die Fixierung des Chips an den Stellen 21 und 22 die geometrische Stabilität der Spaltmitte sicher, wobei sich die übrigen Teile der Siliziumstruktur thermisch ausdehnen können.
• Mit Bezugnahme auf Abbildung 2 wird die Platte 9, auf der der Stufenspalt 10 angeordnet ist, genauer erläutert. Die Platte 9 weist die Form doppelten T-Stücks auf, wobei sich der Stufenspalt in dem kleineren T-Stück und das Loch 13, über die eine Kraft eingeleitet werden kann, in dem größeren T-Stück befinden. Ebenso sind die oberen und unteren Anschläge 23 und 24 abgebildet, die die Bewegung der Platte 9 begrenzen. Die oberen und unteren Anschläge bilden einen Teil des Rahmens 12 des ersten Chips 1. Der Stufenspalt 10 besteht aus einer verbundenen Reihe von Durchgangslöchern, wie die Löcher 32 und 33. Die einzelnen Löcher weisen einen rechtwinkligen Querschnitt auf und sind so angeordnet, daß die Mitten aller Löcher auf einer Linie liegen. Wie bereits erwähnt, fällt diese gemeinsame Linie oder Mittellinie mit der Linie zusammen, die die Positionierlöcher 21 und 22 verbindet. Diese gemeinsame Linie wird im folgenden als Y-Achse bezeichnet. Die in der Ebene der Platte 9 senkrecht auf der Y-Achse stehende Achse wird als X-Achse bezeichnet, und die Achse, die sowohl auf der Y-Achse als auch auf der X-Achse senkrecht steht, d.h. senkrecht auf der Papierebene steht, wird als Z-Achse bezeichnet. Der Buchstabe F (oder -F) an Loch 13 bezeichnet die Kraft, die an dieser Stelle zum Bewegen der Platte nach oben in die positive Y-Richtung oder nach unten in die negative Y-Richtung eingeleitet wird. Der Abstand zwischen dem Anschlag 23 bzw. 24 und der gegenüberliegenden Kante der Platte 9 ist jeweils T, so daß der gesamte Weg, den die Platte nach oben und nach unten zurücklegen kann, 2 × T beträgt.
• Aufgrund der Befestigung der Platte 9 mittels der elastischen Träger 5a-h, wie in Abbildung 1a dargestellt, bewegen sich die Mittellinien der Löcher 32,33 etc. entlang einer geraden Linie, wenn die Platte 9 bewegt wird. Die als Quadrat in gepunkteter Linie dargestellte Position 11 entspricht der Verschlußposition. Mit anderen Worten. Wenn die Platte 9 so bewegt wurde, daß sich der Bereich 11 über der Blendenöffnung 7 befindet, wird der Lichtdurchgang durch das Siliziummaterial der Platte 9 verhindert. Gemäß einer praktischen Ausführungsart der Erfindung beträgt die Breite der einzelnen Löcher, die den Stufenspalt 10 darstellen, 25, 50, 100, 200 und 400 Mikrometer. In einem solchen praktischen Beispiel haben die Träger 5a bis 5h eine Länge von 8 Millimetern, eine Breite von 75 Mikrometern und eine Höhe von 390 Mikrometern.
• Im folgenden werden die Antriebsmittel zum Bewegen der Platte 9 mit dem Stufenspalt 10 mit Bezugnahme auf Abbildung 3 genauer beschrieben. Abbildung 3 stellt die beiden aufeinander angeordneten Chips 1 und 8 dar. Eine Schubstange 15 ist mit der Platte 9 über einen Bolzens 16 verbunden, der in die Schubstange gedrückt und vom Loch 13 in der Platte 9 aufgenommen wird (siehe Abbildung la).
• Bevorzugt wird eine Hülse (nicht dargestellt) mit einer runden Öffnung in das Loch 13 gesteckt und mit der Kante des Lochs 13 verklebt. Der Bolzen 16 wird in diese runde Öffnung gesteckt, so daß eine drehbare Befestigung des Bolzens 16 an der Platte 9 erzielt wird. Das andere Ende der Schubstange 15 wird über einen Bolzen 18 drehbar an einem Zwischenzahnrad 17 befestigt. Das Zahnrad 17 greift in ein zweites Zahnrad 19, das an der Antriebsachse eines Miniaturschrittmotors (nicht dargestellt) befestigt ist. Statt des Schrittmotors kann auch ein magnetischer Antrieb, beispielsweise eine bewegliche Spule, verwendet werden.
• Die Bolzen 35 und 36, die jeweils in den Positionierlöchern 21, 21' und 22,22' angeordnet sind, befestigen den mikromechanische Spaltaufbau am Gehäuse eines Spektrometers. In Abbildung 3 ist die Seite der Spaltbaugruppe dargestellt, von der der Lichtstrahl eintritt. Der zweite Chip 8 befindet sich in dieser Zeichnung dem Betrachter gegenüber. Der Lichtstrahl durchläuft die Blendenöffnung 7, ein Teil des Strahls trifft auf die Platte 9, und der restliche Teil fällt durch den Spalt, der sich hinter der Blendenöffnung befindet. Die Öffnung 28 im zweiten Chip stellt sicher, daß der Bolzen 16 mit der Platte 9 des ersten Chips verbunden und über eine bestimmte Strecke bewegt werden kann.
• Abbildung 4 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Richtung der X-Achse durch einen Teil des ersten Chips 1 und des zweiten Chips 8 im zusammengebauten Zustand. Der erste Chip 1 sowie der zweite Chip 8 sind aus Silizium (Si) hergestellt, die Oberflächen der Chips weisen eine dünne Schicht Siliziumdioxyd (SiO&sub2;) auf. Ein Lichtstrahl 37 tritt durch die Blendenöffnung 7 in den Spaltaufbau ein, passiert eine Öffnung des Stufenspalts und läuft dann weiter zu den folgenden Komponenten des Spektrometers. Die optische Achse liegt in Richtung der Z-Achse. Um die Blendenöffnung 7 herum ist eine Aussparung 29 vorgesehen, die Kantenbereiche der Aussparung sind abgeschrägt. Der Zweck der Aussparung 29 besteht darin, Reflexionen des eintretenden Lichtstahls 37 an den Kanten des zweiten Chips 8 zu verhindern. Der Spaltbereich 2 in der Platte 9 weist eine V-Form auf, so daß genügend freier Raum für den vom Spalt ausgehenden Lichtkegel vorhanden ist. Die dreistelligen Zahlen in Klammern in Abbildung 4, beispielsweise (111) oder (100), bezeichnen die Kristallebenen des Siliziumchips. In Abbildung 4 ist in einem unterbrochenen Kreis auch ein Detail mit der Referenznummer 5 dargestellt. Dieses Detail symbolisiert einen der elastischen Träger, an dem die Platte 9, wie in Abbildung 1a dargestellt, befestigt ist. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß das Detail in dem unterbrochenen Kreis nicht wie die restliche Zeichnung in einem Abschnitt entlang der Richtung der X- Achse, sondern entlang der Richtung der Y-Achse abgebildet ist. Der hauptsächliche Zweck dieser Form der graphischen Darstellung besteht darin zu zeigen, daß die elastischen Träger aus demselben Material wie die restlichen, in Abbildung 4 dargestellten Elemente und in demselben Herstellungsprozeß gefertigt sind.
• Eine vergrößerte Ansicht des Spaltbereichs 2 wird in Abbildung 5 gezeigt. Die Spaltkanten 3 und 4 werden von den Enden einer Siliziumdioxydschicht 38 und einer Metalischicht 39, die sich oben auf der Siliziumdioxydschicht befindet, gebildet. So werden sehr genaue und makellose Spaltkanten erzeugt, die parallel zueinander liegen und einen genau definierten Abstand zueinander aufweisen. In einer Ausführungsart der Erfindung beträgt die Stärke der Siliziumdioxydschicht 38 etwa einen Mikrometer und die Stärke der Metalischicht 39 ein paar Zehntel eines Mikrometers. Zwischen dem zweiten Chip 8 und der Platte 9, auf der sich der Stufenspalt 10 befindet, ist ein Abstand shalter angebracht, so daß die Platte 9 über dem Chip 8 bewegt werden kann. Dasselbe gilt auch für die Siliziumträger 5a-5h und die beweglichen Stege 30 und 31. Gemäß einem praktischen Beispiel beträgt der Abstand zwischen der Unterkante der Metallschicht 39 und der Oberfläche des Chips 8 etwa 10 Mikrometer.
• Die Einstellung der gewünschten Spaltbreite wird dadurch begonnen, daß eine Steuereinheit zur Steuerung des Schrittmotors dem Motor eine festgelegte Schrittzahl vorgibt, die länger ist als der gesamte Weg, den die Platte 9 zurücklegen kann (z.B. 2 × T, siehe Abbildung 2). Dies wird unabhängig von der aktuellen Position der Spaltanordnung ausgeführt. Die Platte 9 wird dann bis zu einem der beiden mechanischen Anschläge 23 oder 24 bewegt. Diese Anschlagposition ist eine genau definierte Position, die als Ausgangspunkt für das Anfahren der gewünschten Spaltposition anhand einer vorgegebenen Schrittanzahl des Schrittmotors dient. Die Beziehung zwischen der Schrittanzahl und der Auslenkung der Platte 9 ist in guter Näherung linear. Bei einer zur erwähnten Einstelprozedur alternativen Vorgehensweise muß die Platte 9 nicht zu den Anschlägen 23 oder 24 bewegt werden, wenn die aktuelle Spaltposition, von der eine neue Position angefahren werden soll, bekannt ist. Die Einstellung einer neuen Position kann dann relativ zur aktuellen Position erfolgen. in einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist die Höhe der einzelnen Öffnungen (z.B. 32, 33 in Abbildung 2), die den Stufenspalt 10 bilden, größer als die Höhe der Blendenöffnung 7, die sich über dem Stufenspalt befindet. In einem praktischen Beispiel beträgt die Höhe der Blendenöffnung 500 Mikrometer, die Höhe der Öffnungen 700 Mikrometer. Folglich muß die Positioniergenauigkeit in Richtung der Y-Achse nicht außerordentlich hoch sein.
• Mechanische Toleranzen bzw. mechanisches Spiel im Getriebe oder bei der Paßgenauigkeit der Teile des Spaltantriebs werden durch die elastischen Kräfte der elastischen Träger 5a-5h ausgeglichen. Das stromfreie statische Drehmoment des Miniaturschrittmotors ist groß genug, um die Spaltanordnung auch bei maximaler Auslenkung der Spaltplatte in einer stabilen Lage zu halten. Ein erfindungsgemäßes Spaltsystem kann mehrere Millionen Male hin und her bewegt werden, praktisch ohne jede Abweichung der Spaltmitte von der Idealposition. Dies ist ein bedeutender Vorteil bei spektroskopischen Anwendungen. Bei einer praktischen Ausführungsart der Erfindung war die mechanische Reproduzierbarkeit der Mitte des Stufenspalts 10 besser als +/-10 Nanometer.
• Im folgenden werden einige Details des Prozesses zur Spaltherstellung mit Bezugnahme auf Abbildung 4 erläutert. Im wesentlichen entspricht das Herstellungsverfahren der Chips 1 und 8 dem Herstellungsverfahren mikroelektronischer oder mikromechanischer Komponenten. Anisotropes Ätzen des Siliziummaterials in Verbindung mit spezifischen Ätzschritten ist die Basis für die Herstellung des Spalt-Träger-Systems der erfindungsgemäßen Spaltanordnung. Mit anisotropen Ätzlösungen ist die Ätzgeschwindigkeit in Richtung der (111)- Kristallebenen minimal. Die (111)-Kristallebenen begrenzen so das Ätzen Die verschiedenen Kristallebenen des Siliziummaterials sind in Abbildung 4 dargestellt. Beim Tiefätzen von (100)-Silizium, auf dem sich Masken mit rechteckigen Öffnungen befinden, werden V-förmige Löcher erzeugt, deren Seitenwände (111)-Ebenen sind.
• Bei der in Zusammenhang mit den Abbildungen 1 bis 5 erklärten Ausführungsart der Erfindung bewegt sich die Platte 9 mit dem Stufenspalt entlang einer geraden Linie. Eine solche Bewegung entlang einer geraden Linie ist möglich, weil die elastischen Träger 5c-5f, an denen die Platte 9 befestigt ist, nicht direkt am Rahmen 12 des Chips 1, sondern an den beweglichen Stegen 30 und 31 befestigt sind. In einer alternativen Ausführungsart wird, wie in Abbildung 6 dargestellt, eine Platte 40 mit einem Stufenspalt 41 mit elastischen Trägern 42 und 43 an einem Rahmen 44 befestigt. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsart werden die Platte 40, die Träger 42,43 und der Rahmen 44 aus einem einzigen Chip gefertigt. Über die Positionierlöcher 45 und 46 wird der Rahmen 44 an einem Spektrometer befestigt. Für die Einstellung der unterschiedlichen Spaltbreiten wird die Platte 40 durch Einwirkung einer durch den Pfeil F gekennzeichneten Kraft bewegt. Da die Träger 42 und 43 direkt am Rahmen 44 befestigt sind, beschreiben die Mitten der verschiedenen Löcher des Stufenspalts 41 bei der Bewegung der Platte eine Parabel statt einer geraden Linie. Wenn gewünscht wird, daß die Mitten der verschiedenen Löcher des Stufenspalts 41 bei der Bewegung der Platte übereinanderliegen, können diese Löcher entlang einer Parabel angeordnet werden, die invers zu der durch die Platte 40 beschriebenen Parabel verläuft. So kompensiert die Parabelanordnung der Löcher in Platte 40 die Parabel, die die Platte 40 während der Bewegung beschreibt, was zu einer Reproduzierbarkeit der Spaltmitten für verschiedene Spaltbreiten führt. Die in Abbildung 6 dargestellte Ausführungsart hat den Vorteil, daß sie weniger komplex ist und daß ein kleinerer Chip als bei der in Zusammenhang mit den Abbildungen 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsart erforderlich ist. Ein gewisser Nachteil besteht jedoch darin, daß eine höhere Positioniergenauigkeit in Richtung der Y-Achse und eine größere Kraft zum Bewegen der Spaltplatte erforderlich sind.
• Eine weitere Ausführungsart mit reduzierter Chipgröße ist in Abbildung 7 dargestellt. Eine Platte 50 mit dem Stufenspalt 51 wird mittels elastischer Träger 52c - 52f an einem beweglichen Steg 53 aufgehängt. Der bewegliche Steg 53 ist wiederum mittels elastischer Träger 52a,52b und 52g,52h an einem Rahmen 54 aufgehängt. Der Rahmen umfaßt Positionierlöcher 55 und 56. Die Kraft F zum Bewegen der Platte 50 und damit zum Einstellen der unterschiedlichen Spaltbreiten wirkt über einen Vorsprung 57 der Platte 50. Der Punkt, auf den die Kraft F wirkt, befindet sich auf einer Linie, die durch die Mitten der elastischen Träger 52c-52f verläuft. Die Mitten der Löcher, die den gestuften Spalt 51 bilden, beschreiben eine gerade Linie, wenn die Platte 50 bewegt wird. Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsarten sind alle abgebildeten Elemente aus einem Siliziumchip hergestellt. Die Verwendung der doppelten Träger, beispielsweise 52a und 52b, verringert die Empfindlichkeit gegenüber Transversalkräften, d.h. quer zur Richtung der Kraft F, die zum Verkanten der Spaltplatte führen würden.
• Die Bearbeitung eines Siliziumchips zur Herstellung der Mikrostrukturen des erfindungsgemäßen Apparates umfaßt üblicherweise einen oder mehrere Ätzschritte Solche Ätzschritte insbesondere das anisotrope Ätzen der Kristallebene (100) im Silizium können zu unerwünschten Strukturen in konvexen Ecken des Chips führen. Solche konvexe Ecken befinden sich üblicherweise an den Enden der elastischen Siliziumträger, an denen sie mit dem Rahmen des Siliziumchips oder den beweglichen Siliziumstegen verbunden sind. Die unerwünschten Strukturen können als Spitzen an den Enden der elastischen Siliziumträger auftreten und erhöhte mechanische Spannungen bewirken. Diese erhöhten mechanischen Spannungen können, wenn die Stege häufig hin und her bewegt werden, zu Materialermüdung und schließlich zum Brechen der Siliziumstrukturen führen. Um Ermüdungsbrüche zu vermeiden oder zu verringern, können diverse Maßnahmen ergriffen werden: Im allgemeinen sind die Spannungen am Ende eines elastischen Trägers proportional zur Dehnung des Trägers. Deshalb können die Spannungen reduziert werden, indem die Dehnung der elastischen Träger verringert wird, oder mit anderen Worten&sub1; indem der Weg, den die Platte mit dem Stufenspalt zurücklegen muß&sub3; verkleinert wird. Eine Möglichkeit zur Reduzierung dieser Wegstrecke besteht darin, die Höhen der Löcher, die den Stufenspalt bilden, zu verringern, so daß die Platte zum Einstellen der unterschiedlichen Spaltbreiten nicht so weit bewegt werden muß. Diese Lösung hätte den Nachteil, daß der offene Spaltbereich verkleinert und somit der Lichtdurchsatz verringert würde.
• Eine zweite Lösung basiert auch auf der Idee, die Dehnung der elastischen Träger zu verringern, weist aber nicht den Nachteil der ersten Lösung auf. Gemäß dieser zweiten Lösung ist eine Vielzahl von ineinander verschachtelten elastischen Trägern und beweglichen Stegen vorgesehen, so daß der Gesamtweg, den die Platte mit dem Stufenspalt zurücklegt, auf eine größere Anzahl Stege als beispielsweise bei der in Abbildung 1a dargestellten Ausführungsart verteilt wird. Ein Beispiel für diese Ausführungsart ist in Abbildung 8 dargestellt. Auf der Platte 60 befindet sich ein Stufenspalt 61, die Kraft zum Bewegen der Platte 60 wirkt über das Loch 62. Die Platte 60 ist über die elastischen Träger g,h,i,j an den beweglichen Stegen 63 und 64 aufgehängt. Die beweglichen Stege 63 und 64 sind durch elastische Träger e,f,k,l an Zwischenstücken 68 und 69 aufgehängt. Die Zwischenstücke 68 und 69 sind beweglich. Die Zwischenstücke 68 und 69 sind über elastische Träger c,d,m,n mit den beweglichen Stegen 65 und 66 verbunden. Die beweglichen Stege 65 und 66 sind über elastische Träger a,b,o,p am Rahmen 67 des Chips aufgehängt.
• Wenn man die Anordnung in Abbildung 8 mit der in Abbildung 1a vergleicht, zeigt sich, daß die Auslenkungen der einzelnen elastischen Träger (a-p) in Abbildung 8 kürzer sind als in Abbildung 1a, wenn die Platte mit dem Stufenspalt (Referenznummer 60 in Abbildung 8 und Referenznummer 9 in Abbildung la) jeweils die gleiche Strecke zurücklegt. Da die Auslenkung der Träger kleiner ist, treten an den Trägerenden kleinere Spannungen auf, was das Risiko eines Materialbruchs reduziert. Eine dritte Lösung zur Reduzierung mechanischer Spannungen an den unerwünscht verbliebenen Strukturen in der Nähe der Enden der elastischen Träger wird nun mit Bezugnahme auf die Abbildungen 9a und 9b erklärt. Abbildung 9a ist eine detaillierte Ansicht des Bereichs, in dem der elastische Träger 70 mit einem Teil 71, beispielsweise einem beweglichen Steg oder einem Rahmen, wie in den Abbildungen 1a oder 8 dargestellt, verbunden ist. Wie zu sehen ist, weist der Träger 70 eine gleichmäßige Stärke auf. Das Prinzip der dritten Lösung zur Reduzierung mechanischer Spannungen ist in Abbildung 9b dargestellt: Der Träger 75 wird zum Ende hin dicker. Wie in Abbildung 9b dargestellt, endet der Träger in verschiedenen Stufen 72,73,74, die zum Teil 77 hin, mit dem die Träger verbunden sind, größer werden. So wird vermeiden, daß der Träger 75 am Ende übermäßig gebogen wird. Da sich aufgrund der oben erwähnten unerwünschten Strukturen der kritische Bereich an den Enden der Träger befindet, bietet diese Lösung eine sehr effektive Möglichkeit zur Vermeidung von Matenalbruch. Elastische Träger mit zunehmender Stärke gemäß Abbildung 9b können leicht bei der mikromechanischen Herstellung des Chips, der das einstellbare Spaltsystem bildet, produziert werden. Ein Vorteil dieser Lösung liegt im Vergleich zu der in Abbildung 8 dargestellten Lösung in der geringeren Komplexität.
• Eine vierte Lösung zur Reduzierung von Matenalbrüchen besteht in einer Optimierung der Reihenfolge der Löcher undloder der Verschlußposition auf der Spaltplatte. Dies wird in den Abbildungen 10a und 10b dargestellt. Abbildung 10a zeigt eine Lochfolge, wie sie in den vorher beschriebenen Ausführungsarten gezeigt wurde, Abbildung 10b eine optimierte Lochfolge. Gemäß Abbildung 10b befinden sich die Löcher, die häufiger als andere Löcher verwendet werden, und die Verschlußposition 81 nahe der Mitte der beweglichen Spaltplatte 80. In dem dargestellten Beispiel wird die dem Loch 82 entsprechende Spaltbreite am häufigsten verwendet, danach folgen die Löcher 83,84,85 und 86. Da der Verschluß 81 üblicherweise sehr oft benutzt wird, wird er auch in der Nähe der Mitte angeordnet. Aus dieser Anordnung der Löcher und der Verschlußposition ergibt sich, daß Belastungszyklen im Durchschnitt bei kleineren Krümmungen der elastischen Träger stattfinden. So wird das Risiko von Ermüdungsbrüchen reduziert. Es versteht sich, daß Kombinationen der erwähnten vier Lösungen zur weiteren Reduzierung verbleibender Bruchprobleme möglich sind.
• Es versteht sich, daß vielfältige Modifikationen der oben beschriebenen spezifischen Ausführungsarten möglich sind. Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf einen einstellbaren Spalt beschränkt, sondern es können auch andere optische Funktionen, beispielsweise ein Verschluß, ein Wellenlängennormal, ein Filter zweiter Ordnung, ein Arbsorber oder ein Spiegel, in die Komponente der Erfindung integriert werden.
• Eine weitere optische Funktion, die mit einer einstellbaren Komponente der Erfindung ausgeführt werden kann, wird nun mit Bezugnahme auf Abbildung 11 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsart kann die Spektralauflösung eines Photodiodenfeld- Spektrometers verbessert werden. Das technische Prinzip für die Verbesserung der Auflösung besteht in einer schrittweisen Verlagerung der Spektralinformation, die auf das Photodiodenfeld entlang des Feldes auftrifft. Dieses Prinzip wurde aus der in EP A-0 320 530 dargelegten Methode zur Verbesserung der Auflösung entwickelt. Abbildung 11 zeigt eine Spaltplatte 90 gemäß der vorliegenden Erfindung, die mehrere Öffnungen 92-96 und eine Verschlußposition 91 aufweist. Die Elemente für die Aufhängung der Spaltplatte 90 und für erhebliche Bewegungen der Platte entsprechen den in den oben beschriebenen Ausführungsarten der Erfindung erwähnten Elementen. Im folgenden wird die Methode der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung der Auflösung erklärt; Ausgangspunkt sind allgemeine Überlegungen zu Photodiodenfeld- Spektrometern.
• Der Abstand d zwischen zwei Dioden in einem Photodiodenfeld ist konstant. Wenn der Spektrometerspalt in Richtung der X-Achse aus der Mittelstellung herausbewegt wird, wird die Spektralinformation im Verhältnis zum Diodenfeld bewegt. Wenn der Spalt über die Strecke d in Richtung der X-Achse bewegt wird, bewegt sich auch das Spektrum um eine Strecke d, so daß auf dem Photodiodenfeld dieselbe Information wie vor der Bewegung erhalten wird, jedoch um eine Diode verlagert. Wenn die Spaltmitte in vorgegebenen Schritten verlagert wird, wobei jeder der Schritte kürzer als d ist, kann die Auflösung, wie in EP-A-0 320 530 erläutert, verbessert werden. Gemäß einer Ausführungsart der Erfindung wird die schrittweise Bewegung der Spaltmitte dadurch erreicht, daß eine Anordnung von Spatöffnungen, wie in Abbildung 11 dargestellt, vorgesehen wird, wobei die Öffnungen untereinander einen Versatz in Richtung der X-Achse entsprechend der gewünschten Schrittbreite haben und durch die Spaltanordnung schrittweise in Richtung der Y-Achse bewegt werden. Beispiel: Der Abstand zwischen zwei Dioden beträgt 25 Mikrometer. Es wird angenommen, daß das Spektrum in Schritten von 5 Mikrometern verlagert werden soll. Deshalb sind fünf Spaltöffnungen 92-96 erforderlich, die einen Abstand von 5 Mikrometern zwischen ihren Mittenpositionen aufweisen. Eine sechste Öffnung würde keinen zusätzlichen Gewinn an Spektralinformation bringen. Die jeweils mit den Spaltöffnungen 92-96 erzielten Spektren werden nacheinander aufgezeichnet. Mit der Öffnung 92 wird ein Spektrum bei der relativen Position von 0 Mikrometern&sub1; mit der Öffnung 93 wird ein Spektrum bei der relativen Position von 5 Mikrometern&sub3; etc. aufgezeichnet. Danach werden die aufgezeichneten Spektren verarbeitet, damit ein Spektrum mit verbesserter Auflösung abgeleitet werden kann.

Claims (13)

1. Einstellbare optische Komponente, die folgendes umfaßt:

- ein bewegliches Bauteil für die Ausführung einer optischen Funktion, beispielsweise einer Spalt-, einer Verschluß- oder einer Filterfunktion, und

- elastische Aufhängungsmittel zum Verbinden des beweglichen Bauteils mit einem Rahmen

beide aus einer einzigen Basiskomponente hergestellt,

dadurch gekennzeichnet, daß

das bewegliche Bauteil (9) und die elastischen Aufhängungsmittel (5a-5h) hauptsächlich aus Mikrostrukturen bestehen, die aus einem einzigen Chip mittels eines mikromechanischen Verfahrens gefertigt werden.

2. Optische Komponente gemäß Anspruch 1, wobei die wesentlichen Teile des beweglichen Bauteils (9), der elastischen Aufhängungsmittel (5a-5h) und des Rahmens (12) aus dem einzigen Chip (1) mittels des mikromechanischen Verfahrens hergestellt werden, das beispielsweise anisotropes Ätzen umfaßt.

3. Optische Komponente gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das bewegliche Bauteil (9)

- eine Vielzahl von Öffnungen (32,33) mit unterschiedlichen Breiten für einen Spalt mit regelbarer Breite und

- einen lichtundurchlässigen Teil (11) für einen optischen Verschluß umfaßt.

4. Optische Komponente gemäß Anspruch 3, wobei die Vielzahl von Öffnungen (32,33) auf dem beweglichen Bauteil (9) so angeordnet sind, daß die Mitten der Öffnungen (32,33) jeweils auf einer gemeinsamen Linie (Y-Achse) liegen, und wobei sich das bewegliche Bauteil (9) entlang einer Linie bewegen kann, die parallel zu dieser gemeinsamen Linie verläuft.

5. Optische Komponente gemäß Anspruch 4, die Befestigungsmittel (21,35;22,36) zum Befestigen des Rahmens (12) an einem Unterbau umfaßt, wobei die Befestigungsmittel weitgehend entlang der Linie (Y-Achse) jeweils durch die Mitte der Öffnungen (32,33) angeordnet sind.

6. Optische Komponente gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, die eine Blendenplatte (8) mit einer Blendenöffnung (7), die sich über dem beweglichen Bauteil (9) befindet, umfaßt.

7. Optische Komponente gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die elastischen Aufhängungsmittel mindestens zwei im wesentlichen parallele elastische Träger (5a,5b; 59,5h; 42a,42b) umfassen.

8. Optische Komponente gemäß Anspruch 7, wobei die elastischen Aufhängungsmittel des weiteren mindestens zwei bewegliche Stege (30,31) umfassen, die über elastische Träger (5a,5b,59,5h) mit dem Rahmen (12) und über zusätzliche elastische Träger (5c,5d,5e,5f) mit dem beweglichen Bauteil (9) verbunden sind.

9. Optische Komponente gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Querschnitt der elastischen Träger (5a-5h; 75) zu den Enden der Träger hin zunimmt, wodurch eine übermäßige Verformung der Träger an den Enden vermieden wird.

10. Optische Komponente gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, die mechanische Anschläge (23,24) für die Begrenzung der Bewegungen des beweglichen Bauteils (9) umfaßt.

11. Optische Komponente gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Antriebsmittel für gesteuerte Bewegungen des beweglichen Bauteils (9) vorgesehen sind und diese Antriebsmittel eine mit dem Spabauteil (9) verbundene Schubstange (15), eine mit der Schubstange verbundene Getriebeanordnung (17,19) und einen mit der Getriebeanordnung verbundenen Motor umfassen.

12. Optische Komponente gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das bewegliche Bauteil (9) mehrere Bereiche (19,11) umfaßt, die jeweils eine andere optische Funktion ermöglichen (beispielsweise Spaltfunktion, Verschlußfunktion, Filterfunktion), wenn sie in einem einfallenden Lichtstrahl (37) angeordnet sind.

13. Verwendung einer optischen Komponente gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in einem Spektralphotometer.