EP2171515A1 - Micromechanical apparatus and method for projection of electromagnetic radiation - Google Patents

Micromechanical apparatus and method for projection of electromagnetic radiation

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EP2171515A1
EP2171515A1 EP08785024A EP08785024A EP2171515A1 EP 2171515 A1 EP2171515 A1 EP 2171515A1 EP 08785024 A EP08785024 A EP 08785024A EP 08785024 A EP08785024 A EP 08785024A EP 2171515 A1 EP2171515 A1 EP 2171515A1
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EP
European Patent Office
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radiation
intensity
source
radiation source
unit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08785024A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Quenzer
Ulrich Hofmann
Marten Oldsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2171515A1 publication Critical patent/EP2171515A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/008—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical device with a movable element.
  • This device may be a device for projecting electromagnetic radiation, which has an intensity-modulated radiation source, wherein the movable element is then designed as a beam deflection unit.
  • the invention further relates to a corresponding method for projecting electromagnetic radiation according to the preamble of the independent claim.
  • Such a micromechanical device can be used for
  • Projecting electromagnetic radiation can be used by radiation emanating from the radiation source is deflected to a projection surface, wherein by a corresponding activation of the beam deflection unit, a time-dependent instantaneous project tion direction can be specified.
  • a time-dependent instantaneous project tion direction can be specified.
  • Electromagnetic radiation of the UV to IR wavelength range can be deflected specifically with moving reflectors or, alternatively, with moving refractive or diffractive elements.
  • a beam deflection is e.g. for the transmission of one- or multi-dimensional image information (display tasks, for example laser projection) or else for material-processing tasks (for example laser marking).
  • One or more sources of electromagnetic radiation which can be controlled in terms of time with respect to the output intensity, deliver one or more beams, which are guided over the surface to be irradiated with the aid of a single or multi-axis deflection system.
  • An example of this can be a modulatable red-green-blue light source consisting of three laser sources of different wavelengths, which is used for color image data projection and whose combined output beam is transmitted via a two-axis microscan mirror or alternatively via two uniaxial microscan arranged one behind the other.
  • Mirror is deflected horizontally and vertically so that the deflected beam sweeps over and illuminates a projection surface in the desired shape.
  • the beam deflection can, as described in the publications US Pat. No. 6140979 A and US Pat. No. 7,097,948 B2, be grid-shaped and generate a line-by-line image structure, or else circular or spiral, as described in the document US Pat. No. 6,147,822.
  • Document WO 03/032046 A1 a similar This system, which produces a lissajous-shaped image structure based on two resonant scanning devices whose scan frequencies always differ by less than an order of magnitude, describes a projection system.
  • the document WO 2006/063577 A1 describes an image projection device which can generate the image structure both via raster-shaped scanning and via any Lissajous figures based on arbitrary ratios of the scan frequencies of a biaxial beam deflection system.
  • the arbitrarily controlled beam deflection unit is continuously tracked by an observation laser beam which, after reflection at the beam deflection system, encounters a two-dimensional position-sensitive detector and read from the image memory as a function of a current XY position of the position corresponding to this position This value is controlled according to a light source.
  • Beam deflector time not irradiated with constant intensity Since the Strahlablenkvoiraum always absorbs a not infinitely small proportion of the incident radiation heats up the deflector depending on the intensity of the incoming beam. Due to the temporally changing irradiation intensity thus always varies the temperature of the beam deflecting device. However, the changing temperature of the beam deflection device has the consequence that the material that makes up the beam deflecting device has volume Change undergoes. This in turn means that the mechanical-dynamic properties of the beam deflecting device change at least slightly.
  • the beam deflecting device is resonantly operated torsion mirrors suspended from springs
  • the temperature-induced volume changes lead to changes in the spring constants and thus to changes in the resonant frequency of this deflecting device, but also to changes in the phase and amplitude of the mirror excursion.
  • the result of this may be that not all image information is projected to the correct location and the size of the projected image also changes. This results in unwanted distortions.
  • the problem described occurs in particular when using uniaxial or multiaxial torsion microscan mirrors made of silicon, as described, for example, in DE 19941363 A1 or US Pat. No. 6595055 B1, since the usually very thin spring suspensions do not permit sufficiently rapid heat removal.
  • WO 2005/015903 A1 proposes to solve the described temperature problem by inserting a shading element between the intensity-modulated light source and the projection or processing surface in such a way that it serves to block out the light beam during certain time intervals within the total duration of the projection , The time intervals during which the light beam passes over the
  • Shading element is hidden, are each available for temperature compensation.
  • a control unit and a control program control the modulation device in such a way that an average intensity of the light beam which is at least approximately constant over the entire projection period is obtained. gives.
  • a projection display for image reproduction must have shading elements which are located at the edges of the image area and not in the middle of the image area.
  • the intended process for temperature compensation is limited in each case to the areas of the reversal points of the deflection device.
  • a temperature stabilization results only as averaging over a comparatively very long time interval.
  • Large means that very much image information (pixels) can be projected between two shading intervals. For example, with a VGA resolution image projection, at least 480 pixels, or even a maximum of 640 pixels, are projected in one piece, without the proposed method being temporarily limited to any intensification. fluctuations in these projected pixels.
  • the present invention is therefore based on the object of developing a micromechanical device with which precision problems due to thermal influences on mechanical properties of moving parts can be avoided.
  • the invention is in particular also the object of developing a device for projecting electromagnetic radiation, which avoids the disadvantages described ZUVO ⁇ with little effort.
  • the device should permit a projection of given patterns with high precision.
  • the invention is further based on the object of developing a corresponding precise method for projecting electromagnetic radiation.
  • the device comprises a controllable heating device for a defined heat input into the movable element, wherein the device further comprises a control unit which is adapted to control the heating device in dependence on a current temperature and / or of a momentary other heat input into the movable element.
  • a uniform temperature of the movable element can be achieved, which advantageously avoids that mechanical properties of the movable element, for example resonance display shafts, change due to temperature fluctuations.
  • the other heat input may be e.g. be caused by a radiation power of a directed to the movable element radiation source, in particular, if the device is to serve for the projection of electromagnetic radiation. Unless the
  • Heating device is controlled in response to a temperature, which may be a temperature of the movable element itself or an ambient temperature, may be provided for the measurement of a sensor.
  • the movable element will typically be a microactuator or a micromechanical resonator, the advantages being of particular advantage in the case of a vacuum-encapsulated element, for example in the form of a micromirror, is. In this case, thermal influences are particularly significant, unless compensated with the features of the present invention.
  • the movable element can also serve, for example, as a sensor element of an inertial sensor. In this case, a deflection of the movable element can for example be detected capacitively or optically. Typically, however, the movable element forms a beam deflection unit for a projection device. The following statements relate mostly to this case, but the features described in this context are not limited to this application.
  • control unit may preferably be arranged to control the heating device by means of a control circuit so that a temperature of the movable element is maintained at a predetermined and / or constant value.
  • the proposed device can, as already indicated, form a device for projecting electromagnetic radiation, which has an intensity-modulatable radiation source, wherein the movable element is designed as a beam deflecting unit for deflecting radiation emitted by the radiation source onto a projection surface and wherein the beam deflection Unit can be controlled to specify a time-dependent current projection direction.
  • the control unit is preferably set up to drive the heating device as a function of a momentary radiation intensity of the radiation source.
  • the heating device can be provided by an electrical conductor which is arranged on the movable element or in the vicinity of the movable element and can be acted upon by a heating current which can be controlled by the control device.
  • This conductor may for example be provided in a conductor track plane on the movable element, if this is formed by a correspondingly structured semiconductor substrate.
  • the heating device is provided by an intensity modulatable secondary source for irradiating the movable element, the control unit then being arranged to control a radiation intensity of the secondary source.
  • the device also has an intensity-modulatable secondary source for irradiating the beam deflecting unit, wherein a control unit for controlling a radiation intensity of the secondary source in dependence on a momentary radiation intensity of the radiation source is also provided
  • the beam deflecting unit can intervene despite time-varying irradiation largely constant energy input into the beam deflecting unit can be achieved.
  • temperature fluctuations in the beam deflection unit can be avoided, which would otherwise affect their mechanical properties at the expense of precision.
  • thermal stabilization of the beam deflecting unit serving as a beam deflection system can be achieved, while a complex correction of the control of the radiation source itself and / or of the beam deflecting unit is unnecessary.
  • Realizable by the invention thus an instantaneous temperature approximation.
  • the proposed device and the corresponding method is in preferred embodiments in a position to respond with a correspondingly low delay already on the difference of the intensities of only two adjacent pixels.
  • the above-described temperature problem is thus solved without impairing the quality of the projection task, because the radiation source provided for projecting can be controlled without compensation for thermal effects thanks to a compensation of intensity changes by the secondary source.
  • a device of a proposed type can be used depending on the design and need for image generation or material processing on a workpiece surface forming the projection surface.
  • the control unit is typically program-programmed so that the radiation intensity of the secondary source increases as the radiation intensity of the beam deflection unit by the radiation source decreases, and vice versa, to achieve the desired effect.
  • the beam deflection unit is now heated with an intensity-modulatable heating device that it is controlled that a heating power of the heating device decreases when an increasing radiation intensity of the radiation source and / or a frequency change of the radiation emanating from the radiation source leads to an increased heat input into the beam deflection unit, and vice versa.
  • the beam deflecting unit may e.g. are irradiated with an intensity-modulatable secondary source, which is controlled such that a radiation intensity of the secondary source decreases when an increasing radiation intensity of the radiation source and / or a frequency change of the radiation emanating from the radiation source leads to increased heat input into the beam deflection unit , and vice versa.
  • an electrical conductor can be used as a heating device, which is acted upon by a correspondingly controlled heating current.
  • the secondary source is controlled so that the radiation source and the secondary source together cause a temporally constant heat input into the beam deflecting unit by the secondary source is synchronized intensity modulated with the radiation source.
  • the radiation source and / or the secondary source may be a light source radiating in a wavelength range between ultraviolet and infrared. It can be advantageous if the secondary source is a source of light or heat radiation radiating in a non-visible wavelength range so that radiation emitted by the secondary source can not disturb a generated image.
  • the radiation source can be intensity modulatable directly or indirectly by means of a downstream modulation unit. It may in particular comprise a laser diode or an RGB laser light source or an infrared laser.
  • the secondary source should be intensity modulatable with a maximum frequency that is at least as high as a maximum modulation frequency of the radiation source, so that changing radiation intensities can be compensated by the radiation source without loss of time.
  • the secondary source may in particular comprise an infrared laser diode or a near-infrared laser diode.
  • the beam deflecting unit may also be given by a refractive element, in typical embodiments of the invention it will be reflective.
  • the beam deflecting unit comprises a tiltable about one or two axes mirror.
  • the beam deflecting unit may comprise e.g. Silicon-based micromirror comprise and, for example, form a micromirror scanner.
  • the secondary source is preferably arranged that it irradiates the beam deflection unit from a rear side, so that radiation emitted by the secondary source is not reflected onto the projection surface.
  • the secondary source may also irradiate the beam deflecting unit in other ways such that radiation emanating from the secondary source and deflected by the beam deflecting unit does not fall on the projection surface. This can be achieved, for example, by the secondary source irradiating the beam deflecting unit from a direction deviating from an irradiation direction through the radiation source by a sufficiently large angle, for example by at least 20 °.
  • the time-dependent radiation intensity of the secondary source can be defined in a simple manner by subtracting a momentary intensity value of the radiation source from a nominal value, weighting a resulting difference value with a weighting factor, and using a control signal thus obtained to drive the secondary source.
  • the control unit of the device can be set up according to the program. If the radiation source comprises a plurality of light sources, for example for producing different color components, the said intensity value of the radiation source can be determined by weighting each individual intensity of the light sources contained in the radiation source with a color-specific weighting factor and adding the individual intensities weighted in this way , As a result, frequency-dependent absorption properties of the beam deflecting unit can be taken into account.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of the invention
  • FIG. 2 also schematically but in more detail a device in an embodiment of the invention
  • Figure 3 shows another embodiment of the invention in the figure 2 corresponding representation
  • FIG. 4 shows in a comparable representation a further embodiment of the invention
  • Figure 5 is a corresponding representation of a modification of the embodiment of Figure 4.
  • the device shown in FIG. 1 forms a projection apparatus for solving the problem described above and provides a radiation source 1 which comprises one or more primary sources of electromagnetic radiation which can be specifically modulated with regard to their output power.
  • a radiation source 1 which comprises one or more primary sources of electromagnetic radiation which can be specifically modulated with regard to their output power.
  • This can in each case be a directly modulatable source, such as a laser diode controllable by the current, or else a CW source
  • Output radiation is intensity-modulated by a downstream modulator.
  • a primary source is the RGB laser light source a full-color laser video projector, or even an infrared laser used for inscription purposes.
  • a suitable beam shaping unit optically shaping the radiation emitted by the radiation source 1 or the primary source (s) in a desired manner (for example by collimation of a divergent radiation source).
  • a beam deflection unit 2 is provided in the apparatus to allow one or more dimensional deflection of the intensity modulated radiation.
  • this may be a biaxial beam deflection system, e.g. consists of two consecutively connected uniaxial movable deflecting mirrors.
  • it can just as well be a single mirror that can be moved by two or more axes or else another deflection apparatus that allows the output beam of the primary source or the primary sources to be deflected in a targeted manner at least vertically and horizontally.
  • another type of beam deflection for example only uniaxial (line projection), may be desired without restriction.
  • the deflected by the beam deflecting unit 2 radiation is projected directly onto a projection surface 3.
  • the projection surface may be designed differently, for example, in the case of a projection-projecting or backprojecting laser projection method, as a reflecting or transmissive projection screen, which as a rule also diffuses.
  • the projection surface 3 can be a variety of other materials and surfaces, which is to be processed by the deflected radiation.
  • At least one secondary source 4 is provided in the apparatus proposed here, which can also be specifically modulated with regard to the output intensity, namely with a maximum frequency which is preferably at least as high as the highest for the projection task used modulation frequency of the radiation source 1.
  • a maximum frequency which is preferably at least as high as the highest for the projection task used modulation frequency of the radiation source 1.
  • B VGA resolution requires a modulation frequency of a few MHz.
  • the secondary source 4 does not have to be involved in the projection task (image projection or material processing, etc.). In preferred embodiments of
  • the radiation emitted by the secondary source 4 is not projected onto the projection surface 3.
  • a control unit 5 receives (in the figure 1 illustrated by an arrow from below) projection data, which may be, for example, sequential RGB video data or, for example, also a or multi-dimensional data for material processing. As a rule, it is intensity information, depending on which the radiation source 1 is driven.
  • the task of the control unit 5 is to temporarily store the data and, in the evaluation of this data, synchronized with the beam deflecting unit 2, the beams are emitted. 1). While a control signal for the radiation source 1 is generated in the control unit 5 from the input data, the same control unit 5 also calculates a momentary drive signal value for driving the secondary source 4 based on the same instantaneous input data. This drive signal value for the secondary source 104 becomes in the simplest case calculated as follows:
  • Step 1 If the radiation source 1 consists of several independently controlled individual sources, as in the case of a white light laser source of a video laser projection system consisting of a red, a green and a blue light source, then the instantaneous intensity value first becomes of each of these different primary source channels multiplied by a weighting factor.
  • This weighting factor can result from experimentally obtained data and, for example, take into account the spectrally different absorption properties of the beam deflecting system, that is to say the beam deflection unit 2. For example, short-wave blue light is more strongly absorbed by an aluminum reflection layer than green or red light.
  • the instantaneous intensity values for a blue primary source would have to be weighted more heavily than those for green and red.
  • the weighting can also take into account further experimentally recognized influences.
  • Step 2 In the case that the radiation source 1 consists of several individual sources, the weighted instantaneous individual intensity values are added up to a current overall intensity value.
  • Step 3 The determined total intensity value is subtracted from a predetermined setpoint. This setpoint value is at least as high as the sum of the weighted maximum intensity values of all the individual sources from the radiation source 1.
  • Step 4 The instantaneous value thus calculated always behaves proportionally to the energy input into the beam deflecting unit 2, which is missing in order to keep the beam deflecting unit 2 permanently at a constant temperature.
  • the difference value thus determined is also multiplied by a weighting factor.
  • the weighting factor results, for example, from data obtained experimentally on the absorption property of the beam deflecting system upon irradiation with radiation of the secondary source 4.
  • Step 5 Finally, based on the instantaneous value thus obtained, a drive signal for the secondary source 4 is generated and the beam deflection system accordingly active and thus not only averaged over long periods of time but also on the time scale of pixel exposure times. kept at a constant temperature.
  • the device shown in Figure 2 forms an RGB laser display based on an RGB primary source
  • the deflected light from the radiation source 1 strikes the projection surface 3.
  • the secondary source 4, preferably a near-infrared laser diode (with a wavelength between 700 nm and 800 nm) is directed onto an uncoated back side of the silicon micromirror, which forms the beam deflection unit 2.
  • the apparatus shown in FIG. 3 is another RGB laser display based on an RGB primary source as the radiation source 1 and a biaxial micro mirror scanner made of silicon as the beam deflecting unit 2.
  • the deflected light of FIG. 3 is another RGB laser display based on an RGB primary source as the radiation source 1 and a biaxial micro mirror scanner made of silicon as the beam deflecting unit 2.
  • the deflected light of FIG. 3 is another RGB laser display based on an RGB primary source as the radiation source 1 and a biaxial micro mirror scanner made of silicon as the beam deflecting unit 2.
  • Radiation source 1 impinges on the projection surface 3.
  • the secondary source 4 preferably a near-infrared laser diode with a wavelength between 700 nm and 800 nm is also directed to the mirrored front side of the silicon micromirror 2 here.
  • the efficiency of the radiant heater is significantly lower than in the arrangement of FIG. 2.
  • the secondary source 4 is an emitter of a non-visible near-infrared wavelength, its radiation could be emitted without disturbing the contrast of the laser image. Projection are deflected onto the screen 3. This would be the case with a differently inclined impact of this radiation on the mirror.
  • the device shown in FIG. 4 also forms an RGB laser display based on an RGB primary source as the radiation source 1 and a biaxial micro-mirror scanner made of silicon as a beam deflection system or beam deflection system. Unit 2.
  • the deflected light of the given by the radiation source 1 primary source impinges on the projection surface 3.
  • the secondary source 4 preferably a near-infrared laser diode (ie again with a wavelength between 700 nm and 800 nm radiating) is on the non-mirrored Rear side of the silicon micromirror directed, which forms the beam deflection unit 2.
  • the silicon micromirror scanner shown here is hermetically packaged and vacuum-encapsulated, for which it is surrounded on both sides by glass surfaces 6 and 7, which must be irradiated.
  • the exemplary embodiments may also have, in any combination, all other features explained in the general description part.
  • an apparatus arrangement and a method for one-dimensional or multi-dimensional projection is electromagnetic
  • the relevant wavelength and power ranges for which the invention can be used include at least all wavelengths and powers which can be suitably deflected by metallic or dielectric mirrors without destroying the deflecting mirror or the deflecting mirrors.
  • the arrangement comprises at least two or even several sources, namely at least the radiation source 1 and the secondary source 4, whose emitted electromagnetic radiation can be modulated in intensity either directly or indirectly via a downstream unit.
  • the intensity modulation is controlled by one, two or more electronic control units 5 in accordance with a supplied one-dimensional or multi-dimensional image data information.
  • the intensity-modulated beam of at least one of these sources can be deflected in a controlled manner by means of a single- or multi-axis deflection unit, here referred to as beam deflection unit 2, and either directed directly onto the intended projection surface 3 or indirectly via a downstream imaging device (eg objective). projected onto the projection surface 3.
  • a single- or multi-axis deflection unit here referred to as beam deflection unit 2
  • a downstream imaging device eg objective
  • At least one of the intensity-modulatable sources of electromagnetic radiation is not or at least not primarily used for the projection task (eg image projection or material processing), but is intended to transmit, by absorption, energy to the one or more deflection units.
  • the temperature of the one or more deflection units can be kept constant, not only on the scale of whole images or whole lines, but also much more precisely, on the scale of elementary constituents of lines, namely pixels.
  • Figure 5 shows a modification of the embodiment of Figure 4 instead of the secondary source 4, which serves as a heating device in the embodiments described above, here another Schuvor- direction is provided, in which an electrical conductor 8 is disposed on the beam deflecting unit 2, the by applying a correspondingly controlled voltage U with a heating current is acted upon, wherein a control device not shown here (corresponding to the control device 5 of Figure 1) the heating device - as in the other embodiments, the secondary source 4 - so by means of a control circuit so controls, a temperature of the beam deflecting unit 2 is kept constant at a predetermined value.
  • the - typically- wise pixel-wise changing - current intensity of the irradiation by the radiation source 1 and the associated heat input is taken into account and compensated by a corresponding heating power of the Schuvor- direction.
  • the serving as a heating wire e- lectric conductor 8 is realized by a corresponding structuring of a conductor track level 9.
  • This conductor track plane 9 is arranged on a semiconductor substrate, on the basis of which and by the structuring of which the beam deflection unit 2 is formed.
  • a respective beam deflection unit 2 is shown as a movable element of a micromechanical device serving for projecting electromagnetic radiation.
  • other movable elements may be replaced by corresponding heaters and correspondingly controlled control devices at a constant rate
  • the movable elements are in each case mechanical microactuators and / or resonators, wherein temperature, frequency and phase stabilization can be achieved by the compensation of thermal influences proposed here.
  • FIG. 6 shows a last exemplary embodiment, which forms an inertia sensor, wherein the movable element is formed by a sensor element 10 which is formed on the basis of a semiconductor substrate and elastically suspended, whereby acceleration-related deflections of the sensor element 10 can be detected optically or capacitively. Also provided here is a temperature sensor 11, with the temperature changes of the sensor element 10 can be detected directly.
  • a control device 5 controls the secondary source 4 corresponding to the exemplary embodiments from FIGS. 1 to 4 and serving as heating device by means of a control loop so that the temperature of the sensor element 10 is kept constant at least in a time average.
  • the temperature stabilization of micromechanical elements by means of heating devices which, depending on a temperature, for example measured, and / or on a heat input caused by other measures, are controlled in such a way that influences which would otherwise lead to a temperature change. be compensated.
  • the invention is particularly applicable to vacuum-packaged micro-oscillator and / or micromechanical resonators, which may be, for example, deflectable micromirrors. In this case, if a secondary source is used as the heating device, then this is in any case not comparable with a radiation source which may be provided in order to project electromagnetic radiation cooperatively with the micromirror.
  • the secondary source is preferably arranged so that it starts from de radiation, if it is reflected at the movable element, at least is thrown in a clearly different direction than the radiation emanating from the actual radiation source.
  • the secondary source can also work in a significantly different wavelength range than the radiation source used to generate the projected radiation.

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Abstract

The present invention relates to a micromechanical apparatus having a moving element which comprises a controllable heating apparatus for introduction of a defined amount of heat into the moving element, wherein the apparatus furthermore has a control unit (5) which is designed to control the heating apparatus as a function of an instantaneous temperature and/or of an instantaneous amount of heat that is introduced. By way of example, the apparatus can be designed to project electromagnetic radiation when the moving element is in the form of a beam deflection unit (2) for deflection of radiation, which originates from a radiation source (1), onto a projection surface (3). Finally, the invention also relates to a corresponding method for projection of electromagnetic radiation.

Description

Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung Micromechanical device and method for projecting electromagnetic radiation
Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Vorrich- tung mit einem beweglichen Element. Bei dieser Vorrichtung kann es sich um eine Vorrichtung zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung handeln, die eine intensitätsmodulierbare Strahlungsquelle aufweist, wobei das bewegliche Element dann als Strahlablenk- Einheit ausgeführt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs .The invention relates to a micromechanical device with a movable element. This device may be a device for projecting electromagnetic radiation, which has an intensity-modulated radiation source, wherein the movable element is then designed as a beam deflection unit. The invention further relates to a corresponding method for projecting electromagnetic radiation according to the preamble of the independent claim.
Eine solche mikromechanische Vorrichtung kann zumSuch a micromechanical device can be used for
Projizieren elektromagnetischer Strahlung verwendet werden, indem von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung auf eine Projektionsfläche umgelenkt wird, wobei durch ein entsprechendes Ansteuern der Strah- lablenk-Einheit eine zeitabhängige momentane Projek- tionsrichtung vorgegeben werden kann. Damit kann eine solche Vorrichtung z.B. zur Bilderzeugung oder auch für Oberflächenbearbeitung von Werkstücken verwendet werden.Projecting electromagnetic radiation can be used by radiation emanating from the radiation source is deflected to a projection surface, wherein by a corresponding activation of the beam deflection unit, a time-dependent instantaneous project tion direction can be specified. Thus, such a device can be used for example for image generation or for surface treatment of workpieces.
Elektromagnetische Strahlung des UV- bis IR-Wellen- längenbereichs kann mit bewegten Reflektoren oder a- ber auch mit bewegten refraktiv oder diffraktiv wirkenden Elementen gezielt abgelenkt werden. Von Bedeu- tung ist eine solche Strahlablenkung z.B. für die Ü- bertragung ein- oder mehrdimensionaler Bildinformation (Display-Aufgaben, z.B. Laserprojektion) oder aber auch für materialbearbeitende Aufgaben (z.B. Laserbeschriftung) .Electromagnetic radiation of the UV to IR wavelength range can be deflected specifically with moving reflectors or, alternatively, with moving refractive or diffractive elements. Of importance, such a beam deflection is e.g. for the transmission of one- or multi-dimensional image information (display tasks, for example laser projection) or else for material-processing tasks (for example laser marking).
Eine oder mehrere in Bezug auf die Ausgangsintensität zeitlich gezielt steuerbare Quellen elektromagnetischer Strahlung liefern einen oder mehrere Strahlen, welche mit Hilfe eines ein- oder mehrachsigen Ablenk- Systems über die zu bestrahlende Oberfläche geführt werden. Ein Beispiel hierfür kann eine aus drei Laserquellen verschiedener Wellenlängen bestehende modulierbare Rot-Grün-Blau-Lichtquelle sein, die für farbige Bilddaten-Projektion eingesetzt wird und de- ren vereinigter Ausgangsstrahl über einen zweiachsigen Mikroscan-Spiegel oder alternativ über zwei hintereinander angeordnete einachsige Mikroscan-Spiegel horizontal und vertikal so abgelenkt wird, dass der abgelenkte Strahl eine Projektionsfläche in gewünsch- ter Form überstreicht und ausleuchtet. Die Strahlablenkung kann, wie in den Druckschriften US 6140979 A und US 7009748 B2 beschrieben, rasterförmig sein und einen zeilenweisen Bildaufbau erzeugen, oder aber auch kreisförmig oder spiralförmig erfolgen, wie in der Druckschrift US 6147822 A beschrieben. In derOne or more sources of electromagnetic radiation, which can be controlled in terms of time with respect to the output intensity, deliver one or more beams, which are guided over the surface to be irradiated with the aid of a single or multi-axis deflection system. An example of this can be a modulatable red-green-blue light source consisting of three laser sources of different wavelengths, which is used for color image data projection and whose combined output beam is transmitted via a two-axis microscan mirror or alternatively via two uniaxial microscan arranged one behind the other. Mirror is deflected horizontally and vertically so that the deflected beam sweeps over and illuminates a projection surface in the desired shape. The beam deflection can, as described in the publications US Pat. No. 6140979 A and US Pat. No. 7,097,948 B2, be grid-shaped and generate a line-by-line image structure, or else circular or spiral, as described in the document US Pat. No. 6,147,822. In the
Druckschrift WO 03/032046 Al wird ein ähnliches Pro- jektionssystem beschrieben, welches lissajous- förmig einen Bildaufbau erzielt basierend auf zwei resonan- ten Scan-Vorrichtungen deren Scan-Frequenzen sich stets um weniger als eine Größenordnung unterschei- den. In der Druckschrift WO 2006/063577 Al ist eine Bildprojektions-Vorrichtung beschrieben, welche den Bildaufbau sowohl über rasterförmiges Scannen als auch über beliebige Lissajous-Figuren basierend auf beliebigen Verhältnissen der Scan-Frequenzen eines zweiachsigen Strahlablenksystems erzeugen kann. Dabei wird die beliebig angesteuerte Strahlablenkeinheit durch einen Beobachtungslaserstrahl, welcher nach Re- flektion am Strahlablenksystem auf einen zweidimensionalen positionsempfindlichen Detektor trifft, konti- nuierlich verfolgt und in Abhängigkeit von einer so gemessenen momentanen XY-Position der zu dieser Position gehörende Intensitätswert aus dem Bildspeicher ausgelesen und diesem Wert entsprechend eine Lichtquelle angesteuert.Document WO 03/032046 A1, a similar This system, which produces a lissajous-shaped image structure based on two resonant scanning devices whose scan frequencies always differ by less than an order of magnitude, describes a projection system. The document WO 2006/063577 A1 describes an image projection device which can generate the image structure both via raster-shaped scanning and via any Lissajous figures based on arbitrary ratios of the scan frequencies of a biaxial beam deflection system. In this case, the arbitrarily controlled beam deflection unit is continuously tracked by an observation laser beam which, after reflection at the beam deflection system, encounters a two-dimensional position-sensitive detector and read from the image memory as a function of a current XY position of the position corresponding to this position This value is controlled according to a light source.
Bei allen diesen bekannten Projektions-Systemen tritt folgendes Problem auf :In all these known projection systems the following problem occurs:
Da die zu übertragende Information in der Regel in- tensitätscodiert ist, wird die jeweils vorgeseheneSince the information to be transmitted is usually intensity-coded, the respectively provided
Strahlablenkvorrichtung zeitlich nicht mit konstanter Intensität bestrahlt. Da die Strahlablenkvoirichtung stets einen nicht unendlich kleinen Anteil der eintreffenden Strahlung absorbiert, heizt sich die Ab- lenkvorrichtung in Abhängigkeit von der Intensität des eintreffenden Strahls auf. Bedingt durch die zeitlich wechselnde BeStrahlungsintensität variiert somit auch stets die Temperatur der Strahlablenkvorrichtung. Die wechselnde Temperatur der Strahlablenk- Vorrichtung hat aber zur Folge, dass das Material, aus dem die Strahlablenkvorrichtung besteht, Volumen- änderung erfährt. Das hat wiederum zur Folge, dass sich die mechanisch-dynamischen Eigenschaften der Strahlablenkvorrichtung zumindest geringfügig ändern. Wenn es sich bei der Strahlablenkvorrichtung bei- spielsweise um an Federn aufgehängte resonant betriebene Torsionsspiegel handelt, dann führen die temperaturbedingten Volumenänderungen zu Änderungen der Federkonstanten und damit zu Änderungen der Resonanzfrequenz dieser Ablenkvorrichtung, zugleich aber auch zu Änderungen von Phase und Amplitude der Spiegelaus- lenkung. Das Ergebnis dessen kann sein, dass nicht alle Bildinformationen auf den richtigen Ort projiziert werden und auch die Größe des projizierten Bildes sich ändert. Es entstehen also unerwünschte Ver- Zerrungen. Die geschilderte Problematik tritt insbesondere auf bei Verwendung von aus Silizium gefertigten einachsigen oder mehrachsigen Torsions-Mikroscan- Spiegeln, wie z.B. in DE 19941363 Al oder US 6595055 Bl beschrieben, denn die in der Regel sehr dünnen Fe- deraufhängungen lassen keinen ausreichend schnellen Wärmeabtransport zu.Beam deflector time not irradiated with constant intensity. Since the Strahlablenkvoirichtung always absorbs a not infinitely small proportion of the incident radiation heats up the deflector depending on the intensity of the incoming beam. Due to the temporally changing irradiation intensity thus always varies the temperature of the beam deflecting device. However, the changing temperature of the beam deflection device has the consequence that the material that makes up the beam deflecting device has volume Change undergoes. This in turn means that the mechanical-dynamic properties of the beam deflecting device change at least slightly. If, for example, the beam deflecting device is resonantly operated torsion mirrors suspended from springs, the temperature-induced volume changes lead to changes in the spring constants and thus to changes in the resonant frequency of this deflecting device, but also to changes in the phase and amplitude of the mirror excursion. The result of this may be that not all image information is projected to the correct location and the size of the projected image also changes. This results in unwanted distortions. The problem described occurs in particular when using uniaxial or multiaxial torsion microscan mirrors made of silicon, as described, for example, in DE 19941363 A1 or US Pat. No. 6595055 B1, since the usually very thin spring suspensions do not permit sufficiently rapid heat removal.
In der Druckschrift WO 2005/015903 Al wird zur Lösung des geschilderten Temperatur-Problems vorgeschlagen, zwischen intensitätsmodulierter Lichtquelle und Projektions- bzw. Bearbeitungsfläche ein Abschattungs- element so einzufügen, dass es dazu dient, den Lichtstrahl während bestimmter Zeitintervalle innerhalb der Gesamtdauer der Projektion auszublenden. Die Zeitintervalle während der der Lichtstrahl über dasWO 2005/015903 A1 proposes to solve the described temperature problem by inserting a shading element between the intensity-modulated light source and the projection or processing surface in such a way that it serves to block out the light beam during certain time intervals within the total duration of the projection , The time intervals during which the light beam passes over the
Abschattungselement ausgeblendet wird, stehen jeweils zur Temperaturkompensation zur Verfügung. Eine Steuereinheit und ein Steuerprogramm steuern die Modulationseinrichtung derart, dass sich eine über den Ge- samtprojektionszeitraum hinweg zumindest annähernd konstante mittlere Intensität des Lichtstrahls er- gibt.Shading element is hidden, are each available for temperature compensation. A control unit and a control program control the modulation device in such a way that an average intensity of the light beam which is at least approximately constant over the entire projection period is obtained. gives.
Der Nachteil dieser Anordnung ist unmittelbar ersichtlich: Zunächst einmal bewirkt ein solches Ab- schattungselement, dass nicht alles Licht, welches prinzipiell zur Bild- bzw. Informationsübertragung zur Verfügung stünde, für diesen Zweck auch verwendet werden kann. Diese geringere Effizienz der Lichtausbeute ist für Anordnungen zur Materialbearbeitung un- problematisch, da dies in der Regel durch die hohen zur Verfügung stehenden Lichtleistungen der Lichtquellen ausgeglichen werden kann. Für mobile Laserprojektionsdisplays hingegen, speziell für solche, die Batterie gespeist sind, kann eine solche schlech- tere Effizienz bei der Lichtübertragung sehr wohl ein inakzeptables Problem darstellen. Ein weiteres Problem besteht grundsätzlich ganz unabhängig von der Anwendung: Die in der Druckschrift WO 2005/015903 Al beschriebene Erfindung lässt eine Temperaturkorrektur immer nur zu bestimmten Zeitpunkten zu. Der Fachmann kann diesem vorgeschlagenen Verfahren entnehmen, dass ein Projektionsdisplay für Bildwiedergabe Abschat- tungselemente besitzen muss, die sich an den Rändern des Bildbereichs und nicht inmitten des Bildbereichs befinden. Damit beschränkt sich der beabsichtigte Vorgang zur Temperaturkompensation jeweils auf die Bereiche der Umkehrpunkte dεr Ablenkvorrichtung. Somit ergibt sich eine Temperaturstabilisierung nur als Mittelung über ein vergleichsweise sehr großes Zeit- intervall hinweg. Groß bedeutet dabei, dass zwischen zwei Abschattungsintervallen durchaus sehr viele Bildinformationen (Pixel) projiziert werden können. Beispielsweise werden bei einer Bildprojektion mit VGA-Auflösung mindestens 480 Pixel, maximal sogar 640 Pixel am Stück projiziert ohne, dass das vorgeschlagene Verfahren zwischenzeitlich auf etwaige Intensi- tätsschwankungen innerhalb dieser projizierten Pixel reagieren kann. Auf kleine Zeitintervalle (wenige Pixel) bezogen, können daher sehr wohl erhebliche In- tensitäts- und Temperaturschwankungen auftreten, die mit diesem Verfahren nicht zu kompensieren sind. Innerhalb zweier Abschattungsereignisse kann es deshalb weiterhin zu Phasen-, Amplituden- und Frequenzschwankungen kommen. Um hohe Originaltreue Bild- bzw. Informationsübertragung zu gewährleisten, kann dieses Verfahren daher speziell bei hochauflösenden Bildinformationen unzureichend sein.The disadvantage of this arrangement is immediately apparent: First of all, such a shading element causes not all light, which in principle would be available for image or information transmission, to be used for this purpose. This lower efficiency of the luminous efficacy is unproblematic for arrangements for material processing, since this can generally be compensated for by the high available light powers of the light sources. On the other hand, for mobile laser projection displays, especially those that are battery-powered, such poorer light transmission efficiency may well be an unacceptable problem. In principle, a further problem is completely independent of the application: The invention described in the document WO 2005/015903 Al always allows a temperature correction only at certain points in time. The person skilled in the art can see from this proposed method that a projection display for image reproduction must have shading elements which are located at the edges of the image area and not in the middle of the image area. Thus, the intended process for temperature compensation is limited in each case to the areas of the reversal points of the deflection device. Thus, a temperature stabilization results only as averaging over a comparatively very long time interval. Large means that very much image information (pixels) can be projected between two shading intervals. For example, with a VGA resolution image projection, at least 480 pixels, or even a maximum of 640 pixels, are projected in one piece, without the proposed method being temporarily limited to any intensification. fluctuations in these projected pixels. Relative to small time intervals (a few pixels), it is therefore possible for considerable intensity and temperature fluctuations to occur that can not be compensated for with this method. Within two shading events, phase, amplitude and frequency fluctuations can therefore continue to occur. To ensure high fidelity image or information transmission, this method can therefore be insufficient especially for high-resolution image information.
In der Druckschrift US 7157679 B2 wird ein sogenanntes "pattern dependent heating" von Lichtquellen an- gesprochen, also ein musterabhängiges Aufheizen. Vorgeschlagen wird dort zur Problemlösung eine Korrektur der Bilddaten, die mit einem nachteilig hohen Rechenaufwand verbunden ist.In the document US Pat. No. 7,157,679 B2, a so-called "pattern dependent heating" of light sources is addressed, that is, a pattern-dependent heating. It is proposed there for problem solving a correction of the image data, which is associated with a disadvantageously high computational effort.
Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine mikromechanische Vorrichtung zu entwickeln, mit der sich Präzisionsprobleme aufgrund von thermischen Einflüssen auf mechanische Eigenschaften beweglicher Teile vermeiden lassen. Der Erfindung liegt dabei insbesondere auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung zu entwickeln, die die ZUVOΪ geschilderten Nachteile mit geringem Aufwand vermeidet. Die Vorrichtung soll insbesondere eine Projektion vorgegebe- ner Muster mit hoher Präzision erlauben. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes präzises Verfahren zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung zu entwickeln.The present invention is therefore based on the object of developing a micromechanical device with which precision problems due to thermal influences on mechanical properties of moving parts can be avoided. The invention is in particular also the object of developing a device for projecting electromagnetic radiation, which avoids the disadvantages described ZUVOΪ with little effort. In particular, the device should permit a projection of given patterns with high precision. The invention is further based on the object of developing a corresponding precise method for projecting electromagnetic radiation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eineThis object is achieved by a
Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Er- findung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche .Device with the characterizing features of Main claim in conjunction with the features of the preamble of the main claim and by a method with the features of the secondary claim. Advantageous embodiments and further developments of the invention will be apparent from the features of the subclaims.
Die Aufgabe wird also dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine steuerbare Heizvorrichtung für einen definierten Wärmeeintrag in das bewegliche Element umfasst, wobei die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit aufweist, die eingerichtet ist zum Steuern der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von einer momentanen Temperatur und/oder von einem momentanen anderen Wär- meeintrag in das bewegliche Element. Dadurch lässt sich eine gleichmäßige Temperierung des beweglichen Elements erreichen, womit in vorteilhafter Weise vermieden wird, dass sich mechanische Eigenschaften des beweglichen Elements, beispielsweise Resonanzeigen- Schäften, aufgrund von Temperaturschwankungen ändern. Der andere Wärmeeintrag kann dabei z.B. durch eine Strahlungsleistung einer auf das bewegliche Element gerichteten Strahlungsquelle verursacht sein, insbesondere, wenn die Vorrichtung zum Projizieren elekt- romagnetischer Strahlung dienen soll. Sofern dieThe object is therefore achieved in that the device comprises a controllable heating device for a defined heat input into the movable element, wherein the device further comprises a control unit which is adapted to control the heating device in dependence on a current temperature and / or of a momentary other heat input into the movable element. As a result, a uniform temperature of the movable element can be achieved, which advantageously avoids that mechanical properties of the movable element, for example resonance display shafts, change due to temperature fluctuations. The other heat input may be e.g. be caused by a radiation power of a directed to the movable element radiation source, in particular, if the device is to serve for the projection of electromagnetic radiation. Unless the
Heizvorrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur gesteuert wird, bei der es sich um eine Temperatur des beweglichen Elements selbst oder um eine Umgebungstemperatur handeln kann, kann zu deren Messung ein Sensor vorgesehen sein.Heating device is controlled in response to a temperature, which may be a temperature of the movable element itself or an ambient temperature, may be provided for the measurement of a sensor.
Das bewegliche Element wird typischerweise ein Mikro- aktuator oder ein mikromechanischer Resonator sein, wobei die Vorteile Erfindung dann besonders zur GeI- tung kommen, wenn es sich um ein Vakuum-gekapseltes Element, beispielsweise in Form eines Mikrospiegels, handelt. In diesem Fall sind thermische Einflüsse besonders signifikant, sofern nicht mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung kompensiert werden. Das bewegliche Element kann auch z.B. als Sensorelement eines Trägheitssensors dienen. In diesem Fall kann ein Ausschlag des beweglichen Elements beispielsweise kapazitiv oder optisch detektiert werden. Typischerweise bildet das bewegliche Element jedoch eine Strahlablenk-Einheit für eine Projektionseinrichtung. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich meistens auf diesen Fall, wobei die in diesem Zusammenhang beschriebenen Merkmale jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt sind.The movable element will typically be a microactuator or a micromechanical resonator, the advantages being of particular advantage in the case of a vacuum-encapsulated element, for example in the form of a micromirror, is. In this case, thermal influences are particularly significant, unless compensated with the features of the present invention. The movable element can also serve, for example, as a sensor element of an inertial sensor. In this case, a deflection of the movable element can for example be detected capacitively or optically. Typically, however, the movable element forms a beam deflection unit for a projection device. The following statements relate mostly to this case, but the features described in this context are not limited to this application.
Um möglichst konstante thermische Bedingungen zu erreichen, kann die Steuereinheit vorzugsweise eingerichtet sein, die Heizvorrichtung mittels eines Regelkreises so anzusteuern, dass eine Temperatur des beweglichen Elements auf einem vorgegebenen und/oder konstanten Wert gehalten wird.In order to achieve the most constant possible thermal conditions, the control unit may preferably be arranged to control the heating device by means of a control circuit so that a temperature of the movable element is maintained at a predetermined and / or constant value.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann, wie bereits angedeutet, eine Vorrichtung zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung bilden, die eine intensitäts- modulierbare Strahlungsquelle aufweist, wobei das bewegliche Element als Strahlablenk-Einheit zum Umlenken von der Strahlungsquelle ausgehender Strahlung auf eine Projektionsfläche ausgeführt ist und wobei die Strahlablenk-Einheit ansteuerbar ist zum Vorgeben einer zeitabhängigen momentanen Projektionsrichtung. Die Steuereinheit ist in diesem Fall vorzugsweise eingerichtet zum Ansteuern der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von einer momentanen Strahlungsintensität der Strahlungsquelle.The proposed device can, as already indicated, form a device for projecting electromagnetic radiation, which has an intensity-modulatable radiation source, wherein the movable element is designed as a beam deflecting unit for deflecting radiation emitted by the radiation source onto a projection surface and wherein the beam deflection Unit can be controlled to specify a time-dependent current projection direction. In this case, the control unit is preferably set up to drive the heating device as a function of a momentary radiation intensity of the radiation source.
Unabhängig von der Anwendung einer Vorrichtung hier vorgeschlagener Art kann die Heizvorrichtung gegeben sein durch einen elektrischen Leiter, der auf dem beweglichen Element oder in Umgebung des beweglichen Elements angeordnet ist und mit einem durch die Steu- ervorrichtung steuerbaren Heizstrom beaufschlagbar ist. Dieser Leiter kann z.B. in einer Leiterbahnebene auf dem beweglichen Element vorgesehen sein, wenn dieses durch ein entsprechend strukturiertes Halbleitersubstrat gebildet ist. Alternativ kann die Heiz- Vorrichtung durch eine intensitätsmodulierbare Sekundärquelle zum Bestrahlen des beweglichen Elements gegeben ist, wobei die Steuereinheit dann eingerichtet ist zum Steuern einer Strahlungsintensität der Sekundärquelle .Regardless of the application of a device here As proposed, the heating device can be provided by an electrical conductor which is arranged on the movable element or in the vicinity of the movable element and can be acted upon by a heating current which can be controlled by the control device. This conductor may for example be provided in a conductor track plane on the movable element, if this is formed by a correspondingly structured semiconductor substrate. Alternatively, the heating device is provided by an intensity modulatable secondary source for irradiating the movable element, the control unit then being arranged to control a radiation intensity of the secondary source.
Wenn die Vorrichtung eine ebenfalls intensitätsmodulierbare Sekundärquelle zum Bestrahlen der Strah- lablenk-Einheit aufweist, wobei ferner eine Steuereinheit zum Steuern einer Strahlungsintensität der Sekundärquelle in Abhängigkeit von einer momentanen Strahlungsintensität der Strahlungsquelle vorgesehen ist, kann trotz einer sich zeitlich ändernden Bestrahlung der Strahlablenk-Einheit ein weitgehend konstanten Energieeintrag in die Strahlablenk-Einheit erreicht werden. Dadurch wiederum können Temperaturschwankungen in der Strahlablenkeinheit vermieden werden, die andernfalls deren mechanische Eigenschaften auf Kosten der Präzision beeinflussen würden. So kann eine thermische Stabilisierung der als Strahlab- lenksystem dienenden Strahlablenk-Einheit erreicht werden, während sich eine aufwendige Korrektur der Ansteuerung der Strahlungsquelle selbst und oder der Strahlablenkeinheit erübrigt. Realisierbar wird durch die Erfindung also eine instantane Temperatur- Angleichung. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung sowie dem entsprechenden Verfahren ist man bei bevorzugten Ausführungen in der Lage, mit entsprechend geringer Verzögerung bereits auf die Differenz der Intensitäten von nur zwei benachbarten Pixeln zu reagieren. Das weiter oben geschilderte Temperatur-Problem wird also gelöst, ohne dass die Qualität der Projektionsaufgabe beeinträchtigt wird, weil die zum Projizieren vorgesehene Strahlungsquelle dank einer Kompensation von Intensitätsänderungen durch die Sekundärquelle ohne Rücksicht auf thermische Effekte angesteuert werden kann.If the device also has an intensity-modulatable secondary source for irradiating the beam deflecting unit, wherein a control unit for controlling a radiation intensity of the secondary source in dependence on a momentary radiation intensity of the radiation source is also provided, the beam deflecting unit can intervene despite time-varying irradiation largely constant energy input into the beam deflecting unit can be achieved. In turn, temperature fluctuations in the beam deflection unit can be avoided, which would otherwise affect their mechanical properties at the expense of precision. Thus, thermal stabilization of the beam deflecting unit serving as a beam deflection system can be achieved, while a complex correction of the control of the radiation source itself and / or of the beam deflecting unit is unnecessary. Realizable by the invention thus an instantaneous temperature approximation. With the proposed device and the corresponding method is in preferred embodiments in a position to respond with a correspondingly low delay already on the difference of the intensities of only two adjacent pixels. The above-described temperature problem is thus solved without impairing the quality of the projection task, because the radiation source provided for projecting can be controlled without compensation for thermal effects thanks to a compensation of intensity changes by the secondary source.
Eine Vorrichtung vorgeschlagener Art kann je nach Ausführung und Bedarf zur Bilderzeugung oder zur Materialbearbeitung an einer die Projektionsfläche bildenden Werkstückoberfläche verwendet werden. Die Steuereinheit ist typischerweise programmtechnisch so eingerichtet, dass die Strahlungsintensität der Se- kundärquelle zunimmt, wenn die BeStrahlungsintensität der Strahlablenk-Einheit durch die Strahlungsquelle abnimmt und umgekehrt, damit der erwünschte Effekt erzielt wird.A device of a proposed type can be used depending on the design and need for image generation or material processing on a workpiece surface forming the projection surface. The control unit is typically program-programmed so that the radiation intensity of the secondary source increases as the radiation intensity of the beam deflection unit by the radiation source decreases, and vice versa, to achieve the desired effect.
Bei dem entsprechenden Verfahren zum Projizieren e- lektromagnetischer Strahlung, das mit einer derartigen Vorrichtung ausgeführt werden kaπri, wird von einer Strahlungsquelle ausgehende Strahlung intensi- tätsmoduliert und mittels einer Strahlablenk-Einheit auf die Projektionsfläche umgelenkt, wobei die Strahlablenk-Einheit so angesteuert wird, dass die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung mit einer sich zeitlich ändernden Projektionsrichtung auf verschiedene Orte auf der Projektionsfläche fällt. Zusätzlich wird nun die Strahlablenk-Einheit mit einer intensi- tätsmodulierbaren Heizvorrichtung geheizt, die so an- gesteuert wird, dass eine Heizleistung der Heizvorrichtung abnimmt, wenn eine zunehmende Strahlungsintensität der Strahlungsquelle und/oder eine Frequenz - änderung der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung zu einem erhöhten Wärmeeintrag in die Strahlablenk-Einheit führt, und umgekehrt.In the corresponding method for projecting electromagnetic radiation, which can be carried out with such a device, radiation emanating from a radiation source is intensity-modulated and deflected by means of a beam deflection unit onto the projection surface, the beam deflection unit being controlled such that the radiation emanating from the radiation source with a time-varying projection direction to different locations on the projection surface falls. In addition, the beam deflection unit is now heated with an intensity-modulatable heating device that it is controlled that a heating power of the heating device decreases when an increasing radiation intensity of the radiation source and / or a frequency change of the radiation emanating from the radiation source leads to an increased heat input into the beam deflection unit, and vice versa.
Dazu kann die Strahlablenk-Einheit z.B. mit einer in- tensitätsmodulierbaren Sekundärquelle bestrahlt wer- den, die so angesteuert wird, dass eine Strahlungsintensität der Sekundärquelle abnimmt, wenn eine zunehmende Strahlungsintensität der Strahlungsquelle und/oder eine Frequenzänderung der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung zu einem erhöhten Wärmeeintrag in die Strahlablenk-Einheit führt, und umgekehrt. Stattdessen kann auch ein elektrischer Leiter als Heizvorrichtung verwendet werden, der mit einem entsprechend gesteuerten Heizstrom beaufschlagt wird.For this purpose, the beam deflecting unit may e.g. are irradiated with an intensity-modulatable secondary source, which is controlled such that a radiation intensity of the secondary source decreases when an increasing radiation intensity of the radiation source and / or a frequency change of the radiation emanating from the radiation source leads to increased heat input into the beam deflection unit , and vice versa. Instead, an electrical conductor can be used as a heating device, which is acted upon by a correspondingly controlled heating current.
Vorzugsweise wird die Sekundärquelle dabei so angesteuert, dass die Strahlungsquelle und die Sekundärquelle gemeinsam einen zeitlich konstanten Wärmeeintrag in die Strahlablenk-Einheit bewirken, indem die Sekundärquelle mit der Strahlungsquelle synchronisiert intensitätsmoduliert wird.Preferably, the secondary source is controlled so that the radiation source and the secondary source together cause a temporally constant heat input into the beam deflecting unit by the secondary source is synchronized intensity modulated with the radiation source.
Für typische Anwendungen der Erfindung kann die Strahlungsquelle und/oder die Sekundärquelle eine in einem Wellenlängenbereich zwischen Ultraviolett und Infrarot strahlende Lichtquelle sein. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Sekundärquelle eine in einem nichtsichtbaren Wellenlängenbereich strahlende Licht- oder Wärmestrahlungsquelle ist, damit von der Sekun- därquelle ausgehende Strahlung ein erzeugtes Bild nicht stören kann. Die Strahlungsquelle kann direkt oder indirekt mittels einer nachgeschalteten Modulationseinheit inten- sitätsmodulierbar sein. Sie kann insbesondere eine Laserdiode oder eine RGB-Laser-Lichtquelle oder einen Infrarot-Laser umfassen.For typical applications of the invention, the radiation source and / or the secondary source may be a light source radiating in a wavelength range between ultraviolet and infrared. It can be advantageous if the secondary source is a source of light or heat radiation radiating in a non-visible wavelength range so that radiation emitted by the secondary source can not disturb a generated image. The radiation source can be intensity modulatable directly or indirectly by means of a downstream modulation unit. It may in particular comprise a laser diode or an RGB laser light source or an infrared laser.
Genauso gilt für die Sekundärquelle, dass sie direkt oder mittels einer nachgeschalteten Modulationsein- heit intensitätsmodulierbar sein kann. Dabei sollte die Sekundärquelle mit einer Maximalfrequenz intensitätsmodulierbar sein, die mindestens so hoch ist wie eine maximale Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle, damit sich ändernde BeStrahlungsintensitäten durch die Strahlungsquelle ohne Zeitverlust kompensiert werden können. Die Sekundärquelle kann insbesondere eine Infrarot-Laserdiode oder eine Nahinfrarot-Laserdiode umfassen.The same applies to the secondary source that it can be intensity-modulated directly or by means of a downstream modulation unit. In this case, the secondary source should be intensity modulatable with a maximum frequency that is at least as high as a maximum modulation frequency of the radiation source, so that changing radiation intensities can be compensated by the radiation source without loss of time. The secondary source may in particular comprise an infrared laser diode or a near-infrared laser diode.
Die Strahlablenk-Einheit kann zwar theoretisch auch durch ein refraktives Element gegeben sein, bei typischen Ausführungen der Erfindung wird sie jedoch reflektierend ausgeführt sein. Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Strahlablenk-Einheit einen um ei- ne oder zwei Achsen kippbaren Spiegel umfasst. Insbesondere kann die Strahlablenk-Einheit einen z.B. auf Siliziumbasis hergestellten Mikrospiegel umfassen und bspw. einen Mikrospiegel-Scanner bilden. Für die Strahlablenkeinheit und die Art ihrer Ansteuerung und der damit erreichten Bilderzeugung kommt jede der im einleitenden Teil im Zusammenhang mit dem Stand der Technik angesprochenen Realisierungen in Frage. Für weitere Details kann insofern auf die dort genannten Druckschriften verwiesen werden.Although theoretically the beam deflecting unit may also be given by a refractive element, in typical embodiments of the invention it will be reflective. A simple structure results when the beam deflecting unit comprises a tiltable about one or two axes mirror. In particular, the beam deflecting unit may comprise e.g. Silicon-based micromirror comprise and, for example, form a micromirror scanner. For the beam deflection unit and the type of their control and the image generation achieved with this, each of the realizations mentioned in the introductory part in connection with the prior art comes into question. For further details, reference may be made to the documents cited therein.
Die Sekundärquelle ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie die Strahlablenk-Einheit von einer Rückseite aus bestrahlt, damit von der Sekundärquelle ausgehende Strahlung nicht auf die Projektionsfläche reflektiert wird. Die Sekundärquelle kann die Strahlablenk- Einheit auch in anderer Weise so bestrahlen, dass von der Sekundärquelle ausgehende Strahlung, die von der Strahlablenk-Einheit umgelenkt wird, nicht auf die Projektionsfläche fällt. Das kann beispielsweise erreicht werden, indem die Sekundärquelle die Strah- lablenk-Einheit aus einer um einen hinreichend großen Winkel, bspw. um mindestens 20°, von einer Bestrahlungsrichtung durch die Strahlungsquelle abweichenden Richtung bestrahlt.The secondary source is preferably arranged that it irradiates the beam deflection unit from a rear side, so that radiation emitted by the secondary source is not reflected onto the projection surface. The secondary source may also irradiate the beam deflecting unit in other ways such that radiation emanating from the secondary source and deflected by the beam deflecting unit does not fall on the projection surface. This can be achieved, for example, by the secondary source irradiating the beam deflecting unit from a direction deviating from an irradiation direction through the radiation source by a sufficiently large angle, for example by at least 20 °.
Die zeitabhängige Strahlungsintensität der Sekundärquelle kann in einfacher Weise definiert werden, indem ein momentaner Intensitätswert der Strahlungs- quelle von einem Sollwert subtrahiert wird, ein sich dadurch ergebender Differenzwert mit einem Wichtungs- faktor gewichtet wird und ein so erhaltenes Ansteuersignal zum Ansteuern der Sekundärquelle verwendet wird. Dazu kann die Steuereinheit der Vorrichtung entsprechend programmtechnisch eingerichtet sein. Wenn die Strahlungsquelle mehrere Lichtquellen um- fasst, bspw. zur Erzeugung verschiedener Farbkomponenten, kann der genannte Intensitätswert der Strahlungsquelle dabei ermittelt werden, indem jede Einzelintensität der in der Strahlungsquelle enthaltener Lichtquellen mit einem farbspezifischen Wichtungsfak- tor gewichtet wird und die so gewichteten Einzelintensitäten addiert werden. Dadurch können frequenzabhängige Absorptionseigenschaften der Strahlablenk- Einheit berücksichtigt werden.The time-dependent radiation intensity of the secondary source can be defined in a simple manner by subtracting a momentary intensity value of the radiation source from a nominal value, weighting a resulting difference value with a weighting factor, and using a control signal thus obtained to drive the secondary source. For this purpose, the control unit of the device can be set up according to the program. If the radiation source comprises a plurality of light sources, for example for producing different color components, the said intensity value of the radiation source can be determined by weighting each individual intensity of the light sources contained in the radiation source with a color-specific weighting factor and adding the individual intensities weighted in this way , As a result, frequency-dependent absorption properties of the beam deflecting unit can be taken into account.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 beschrieben. Es zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,Embodiments of the invention are described below with reference to Figures 1 to 4. It shows FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of the invention,
Figur 2 ebenfalls schematisch, aber etwas detaillierter eine Vorrichtung in einer Ausführung der Erfindung,FIG. 2 also schematically but in more detail a device in an embodiment of the invention,
Figur 3 eine andere Ausführung der Erfindung in der Figur 2 entsprechender Darstellung undFigure 3 shows another embodiment of the invention in the figure 2 corresponding representation and
Figur 4 in vergleichbarer Darstellung eine weitere Ausführung der Erfindung,FIG. 4 shows in a comparable representation a further embodiment of the invention,
Figur 5 eine entsprechende Darstellung einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Figur 4 undFigure 5 is a corresponding representation of a modification of the embodiment of Figure 4 and
Figur 6 eine entsprechende Darstellung eines ande- ren Ausführungsbeispiels der vorliegenden6 shows a corresponding representation of another embodiment of the present invention
Erfindung.Invention.
Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung bildet eine Projektions-Apparatur zur Lösung des eingangs geschil- derten Problems und sieht eine Strahlungsquelle 1 vor, die eine oder mehrere Primär-Quellen elektromagnetischer Strahlung umfasst, welche hinsichtlich ihrer Ausgangsleistung gezielt modulierbar ist bzw. sind. Dies kann jeweils eine direkt modulierbare Quelle sein, wie beispielsweise eine durch den Strom steuerbare Laserdiode, oder aber auch eine CW-QuelleThe device shown in FIG. 1 forms a projection apparatus for solving the problem described above and provides a radiation source 1 which comprises one or more primary sources of electromagnetic radiation which can be specifically modulated with regard to their output power. This can in each case be a directly modulatable source, such as a laser diode controllable by the current, or else a CW source
(also eine insbesondere mit konstanter Frequenz und(ie one in particular with constant frequency and
Ampitude strahlende "continuous wave source"), derenAmplitude radiating "continuous wave source"), whose
Ausgangsstrahlung durch einen nachgeschalteten Modu- lator intensitätsmoduliert wird. Ein Beispiel für eine solche Primär-Quelle ist die RGB-Laser-Lichtquelle eines vollfarbigen Laser-Video-Projektors, oder aber auch ein für Beschriftungszwecke eingesetzter Infrarot-Laser.Output radiation is intensity-modulated by a downstream modulator. An example of such a primary source is the RGB laser light source a full-color laser video projector, or even an infrared laser used for inscription purposes.
Für einige Anwendungen, für die diese Erfindung vonFor some applications for which this invention of
Relevanz ist, ist es erforderlich, die von der Strahlungsquelle 1 bzw. von der oder den Primär-Quellen emittierte Strahlung zunächst durch eine geeignete Strahlformungseinheit (Optik) in gewünschter Weise zu beeinflussen (z.B. durch Kollimation einer divergenten Strahlungsquelle) .If it is relevant, it is necessary to first of all influence the radiation emitted by the radiation source 1 or the primary source (s) by a suitable beam shaping unit (optics) in a desired manner (for example by collimation of a divergent radiation source).
Eine Strahlablenk-Einheit 2 ist in der Apparatur vorgesehen, um eine ein- oder mehrdimensionale Ablenkung der intensitätsmodulierten Strahlung zu ermöglichen. Für scannende Bildprojektion kann dies ein zweiachsiges Strahlablenksystem sein, welches z.B. aus zwei nacheinander geschalteten einachsigen gezielt beweglichen Ablenkspiegeln besteht. Ebenso gut kann es a- ber auch ein einziger um zwei oder mehr Achsen beweglicher Spiegel oder auch eine andere Ablenkapparatur sein, die es erlaubt, den Ausgangsstrahl der Primär- Quelle bzw. der Primär-Quellen gezielt mindestens vertikal und horizontal abzulenken. Für andere Pro- jektionsaufgaben kann ohne Einschränkung auch eine andere Art der Strahlablenkung, zum Beispiel nur einachsig (Linienprojektion) gewünscht sein.A beam deflection unit 2 is provided in the apparatus to allow one or more dimensional deflection of the intensity modulated radiation. For scanning image projection, this may be a biaxial beam deflection system, e.g. consists of two consecutively connected uniaxial movable deflecting mirrors. However, it can just as well be a single mirror that can be moved by two or more axes or else another deflection apparatus that allows the output beam of the primary source or the primary sources to be deflected in a targeted manner at least vertically and horizontally. For other projection tasks, another type of beam deflection, for example only uniaxial (line projection), may be desired without restriction.
Die durch die Strahlablenk-Einheit 2 abgelenkte Strahlung wird direkt auf eine Projektionsfläche 3 projiziert. Je nach Applikation kann die Projektions- fläche verschieden gestaltet sein, so beispielsweise im Fall eines aufproj izierenden oder rückproj izieren- den bildgebenden Laserprojektionsverfahren als re- flektierender oder auch transmittierender, in der Regel auch streuender Projektions-Schirm. Im Fall einer Projektion zur Materialbearbeitung kann es sich bei der Projektionsfläche 3 um vielfältig andere Materialien und Oberflächen handeln, welche es durch die abgelenkte Strahlung zu bearbeiten gilt.The deflected by the beam deflecting unit 2 radiation is projected directly onto a projection surface 3. Depending on the application, the projection surface may be designed differently, for example, in the case of a projection-projecting or backprojecting laser projection method, as a reflecting or transmissive projection screen, which as a rule also diffuses. In the case of one Projection for material processing, the projection surface 3 can be a variety of other materials and surfaces, which is to be processed by the deflected radiation.
Zusätzlich zur auch als Primär-Quellen-Einheit bezeichneten Strahlungsquelle 1 ist in der hier vorgeschlagenen Apparatur mindestens eine Sekundärquelle 4 vorgesehen, welche hinsichtlich der Ausgangsintensi- tat ebenfalls gezielt modulierbar ist, und zwar mit einer Maximalfrequenz , die vorzugsweise mindestens eben so hoch ist, wie die höchste für die Projektionsaufgabe zum Einsatz kommende Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle 1. Für scannende Bildprojektion mit z. B VGA-Auflösung wird eine Modulationsfrequenz von einigen MHz benötigt.In addition to the radiation source 1, which is also referred to as the primary source unit, at least one secondary source 4 is provided in the apparatus proposed here, which can also be specifically modulated with regard to the output intensity, namely with a maximum frequency which is preferably at least as high as the highest for the projection task used modulation frequency of the radiation source 1. For scanning image projection with z. B VGA resolution requires a modulation frequency of a few MHz.
Die Sekundärquelle 4 muss nicht Anteil haben an der Projektionsaufgabe (Bildprojektion oder Materialbear- beitung, etc.) . In bevorzugten Ausgestaltungen derThe secondary source 4 does not have to be involved in the projection task (image projection or material processing, etc.). In preferred embodiments of
Erfindung (siehe z.B. Figur 2) wird die von der Sekundärquelle 4 emittierte Strahlung daher nicht auf die Projektionsfläche 3 projiziert.Therefore, according to the invention (see for example Figure 2), the radiation emitted by the secondary source 4 is not projected onto the projection surface 3.
Eine Steuereinheit 5 (auch als Kontroll-Einheit bezeichnet) empfängt (in der Figur 1 veranschaulicht durch einen von unten kommenden Pfeil) Projektionsda- ten, bei denen es sich beispielsweise um sequentielle RGB-Video-Daten handeln kann oder aber beispielsweise auch um ein- oder mehrdimensionale Daten zur Materialbearbeitung. In der Regel handelt es sich um Intensitätsinformationen, in Abhängigkeit derer die Strahlungsquelle 1 angesteuert wird. Der Steuereinheit 5 kommt die Aufgabe zu, die Daten zu empfangen zwi- schenzuspeichern und in Auswertung dieser Daten synchronisiert zur Strahlablenk-Einheit 2 die Strah- lungsquelle 1 anzusteuern. Während in der Steuereinheit 5 aus den Eingangsdaten ein Steuersignal für die Strahlungsquelle 1 erzeugt wird, berechnet dieselbe Steuereinheit 5 basierend auf denselben momentanen Eingangsdaten auch einen momentanen Ansteuer-Signal- wert für die Ansteuerung der Sekundärquelle 4. Dieser Ansteuer-Signalwert für die Sekundärquelle 104 wird im einfachsten Fall folgendermaßen berechnet:A control unit 5 (also referred to as a control unit) receives (in the figure 1 illustrated by an arrow from below) projection data, which may be, for example, sequential RGB video data or, for example, also a or multi-dimensional data for material processing. As a rule, it is intensity information, depending on which the radiation source 1 is driven. The task of the control unit 5 is to temporarily store the data and, in the evaluation of this data, synchronized with the beam deflecting unit 2, the beams are emitted. 1). While a control signal for the radiation source 1 is generated in the control unit 5 from the input data, the same control unit 5 also calculates a momentary drive signal value for driving the secondary source 4 based on the same instantaneous input data. This drive signal value for the secondary source 104 becomes in the simplest case calculated as follows:
Schritt 1: Wenn die Strahlungsquelle 1 aus mehreren unabhängig voneinander angesteuerten Einzelquellen besteht, wie beispielsweise bei einer Weißlicht- Laserquelle eines Video-Laser-Projektionssystems, bestehend aus einer roten, einer grünen und einer blau- en Lichtquelle, dann wird zunächst der momentan vorliegende Intensitätswert eines jeden dieser verschiedenen Primär-Quellen-Kanäle mit einem Wichtungsfaktor multipliziert. Dieser Wichtungsfaktor kann sich aus experimentell gewonnenen Daten ergeben und beispiels- weise die spektral unterschiedlichen Absorptionseigenschaften des Strahlablenksystems, also der Strah- lablenk-Einheit 2, berücksichtigen. So wird beispielsweise kurzwelliges blaues Licht von einer Aluminium-Reflexionsschicht stärker absorbiert als grü- nes oder rotes Licht. Demzufolge wären bezogen auf die weiter oben geschilderte Temperatur-Problematik die momentanen IntensitätswεrtG für eine blaue Fri- märquelle stärker zu gewichten als die für Grün und für Rot . Die Wichtung kann aber auch darüber hinaus weitere experimentell erkannte Einflüsse berücksichtigen. So wäre es möglich, auch die Abhängigkeit der spektralen Absorption vom veränderlichen Auftreffwinkel auf eine bewegte Spiegelplatte in der Gewichtung zu berücksichtigen. Insofern die Strahlungsquelle 1 aus nur einer einzigen Quelle elektromagnetischerStep 1: If the radiation source 1 consists of several independently controlled individual sources, as in the case of a white light laser source of a video laser projection system consisting of a red, a green and a blue light source, then the instantaneous intensity value first becomes of each of these different primary source channels multiplied by a weighting factor. This weighting factor can result from experimentally obtained data and, for example, take into account the spectrally different absorption properties of the beam deflecting system, that is to say the beam deflection unit 2. For example, short-wave blue light is more strongly absorbed by an aluminum reflection layer than green or red light. Consequently, based on the above-described temperature problem, the instantaneous intensity values for a blue primary source would have to be weighted more heavily than those for green and red. However, the weighting can also take into account further experimentally recognized influences. Thus, it would be possible to take into account the dependence of the spectral absorption of the variable angle of incidence on a moving mirror plate in the weighting. Insofar as the radiation source 1 from only a single source of electromagnetic
Strahlung besteht, entfällt die spektrale Wichtung. Schritt 2: Für den Fall, dass die Strahlungsquelle 1 aus mehreren Einzelquellen besteht, werden die ge- wichteten momentanen Einzel-Intensitätswerte zu einem momentanen Gesamt- Intensitätswert aufaddiert.Radiation, eliminates the spectral weighting. Step 2: In the case that the radiation source 1 consists of several individual sources, the weighted instantaneous individual intensity values are added up to a current overall intensity value.
Schritt 3. Der ermittelte Gesamt-Intensitätswert wird von einem vorgegebenen Sollwert subtrahiert. Dieser Sollwert ist dabei mindestens so hoch wie die Summe der gewichteten Maximal-Intensitätswerte aller Einzelquellen aus der Strahlungsquelle 1.Step 3. The determined total intensity value is subtracted from a predetermined setpoint. This setpoint value is at least as high as the sum of the weighted maximum intensity values of all the individual sources from the radiation source 1.
Schritt 4 : Der so berechnete Momentanwert verhält sich stets proportional zu dem Energie-Eintrag in die Strahlablenk-Einheit 2, welcher fehlt, um die Strah- lablenk-Einheit 2 permanent auf konstanter Temperatur zu halten. Der so ermittelte Differenzwert wird ebenfalls mit einem Wichtungsfaktor multipliziert. Der Wichtungsfaktor ergibt sich beispielsweise aus expe- rimentell gewonnen Daten zur Absorptionseigenschaft des Strahlablenksystems bei Bestrahlung mit Strahlung der Sekundärquelle 4.Step 4: The instantaneous value thus calculated always behaves proportionally to the energy input into the beam deflecting unit 2, which is missing in order to keep the beam deflecting unit 2 permanently at a constant temperature. The difference value thus determined is also multiplied by a weighting factor. The weighting factor results, for example, from data obtained experimentally on the absorption property of the beam deflecting system upon irradiation with radiation of the secondary source 4.
Schritt 5: Schließlich wird basierend auf dem so zu- letzt gewonnenen Momentanwert ein Ansteuer-Signal für die Sekundärquelle 4 erzeugt und das Strahlablenksystem dementsprechend aktiv gεhεizt und damit nicht nur über große Zeiträume hinweg gemittelt sondern auch auf der Zeitskala von Pixel-Belichtungszeiten auf an- nähernd konstanter Temperatur gehalten.Step 5: Finally, based on the instantaneous value thus obtained, a drive signal for the secondary source 4 is generated and the beam deflection system accordingly active and thus not only averaged over long periods of time but also on the time scale of pixel exposure times. kept at a constant temperature.
Wiederkehrende Merkmale sind in den weiteren Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Recurring features are always denoted by the same reference numerals in the other figures.
Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung bildet ein RGB- Laser-Display, basierend auf einer RGB-Primär-Quelle als Strahlungsquelle 1 und einem aus Silizium gefertigten zweiachsigen Mikro-Spiegel-Scanner als Strahl- ablenk-Einheit 2. Das abgelenkte Licht der Strahlungsquelle 1 trifft auf die Projektionsfläche 3. Die Sekundärquelle 4, vorzugsweise eine Nahinfrarot- Laser-Diode (mit einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 800 nm) wird auf eine unbeschichtete Rückseite des Silizium-Mikrospiegels gerichtet, der die Strahl- ablenk-Einheit 2 bildet.The device shown in Figure 2 forms an RGB laser display based on an RGB primary source The deflected light from the radiation source 1 strikes the projection surface 3. The secondary source 4, preferably a near-infrared laser diode (with a wavelength between 700 nm and 800 nm) is directed onto an uncoated back side of the silicon micromirror, which forms the beam deflection unit 2.
Die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung ist ein anderes RGB-Laser-Display, basierend auf einer RGB-Primär- Quelle als Strahlungsquelle 1 und einem aus Silizium gefertigten zweiachsigen Mikro-Spiegel-Scanner als Strahlablenk-Einheit 2. Das abgelenkte Licht derThe apparatus shown in FIG. 3 is another RGB laser display based on an RGB primary source as the radiation source 1 and a biaxial micro mirror scanner made of silicon as the beam deflecting unit 2. The deflected light of FIG
Strahlungsquelle 1 trifft auf die Projektionsfläche 3. Die Sekundärquelle 4, vorzugsweise eine Nahinfrarot-Laser-Diode mit einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 800 nm wird hier ebenfalls auf die verspiegelte Vorderseite des Silizium-Mikrospiegels 2 gerichtet.Radiation source 1 impinges on the projection surface 3. The secondary source 4, preferably a near-infrared laser diode with a wavelength between 700 nm and 800 nm is also directed to the mirrored front side of the silicon micromirror 2 here.
Die Effizienz des Heizstrahlers ist bei dieser Anordnung wegen der hohen Reflektivität jedoch deutlich geringer als bei der Anordnung aus Figur 2. Insofern die Sekundärquelle 4 ein Emitter einer nicht sichtba- ren Nahinfrarot Wellenlänge ist, könnte ihre Strahlung ohne Störung des Kontrastes der Laser-Bild- Projektion auf die Projektionsfläche 3 abgelenkt werden. Das wäre bei einem, anders als hier dargestellt, entsprechend angewinkelten Auftreffen dieser Strah- lung auf den Spiegel der Fall.However, because of the high reflectivity, the efficiency of the radiant heater is significantly lower than in the arrangement of FIG. 2. Insofar as the secondary source 4 is an emitter of a non-visible near-infrared wavelength, its radiation could be emitted without disturbing the contrast of the laser image. Projection are deflected onto the screen 3. This would be the case with a differently inclined impact of this radiation on the mirror.
Auch die in Figur 4 dargestellte Vorrichtung bildet ein RGB-Laser-Display, basierend auf einer RGB- Primär-Quelle als Strahlungsquelle 1 und einem aus Silizium gefertigten zweiachsigen Mikro-Spiegel- Scanner als Strahlablenksystem oder Strahlablenk- Einheit 2. Das abgelenkte Licht der durch die Strahlungsquelle 1 gegebenen Primär-Quelle trifft auf die Projektionsfläche 3. Die Sekundärquelle 4, vorzugsweise eine Nahinfrarot-Laser-Diode (also wieder mit einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 800 nm strahlend) wird auf die unverspiegelte Rückseite des SiIi- zium-Mikrospiegels gerichtet, der die Strahlablenkeinheit 2 bildet. Der hier dargestellte Silizium- Mikrospiegel-Scanner ist hermetisch verpackt und Va- kuum-verkapselt, wozu er beidseitig von Glasflächen 6 und 7 umgeben ist, die durchstrahlt werden müssen.The device shown in FIG. 4 also forms an RGB laser display based on an RGB primary source as the radiation source 1 and a biaxial micro-mirror scanner made of silicon as a beam deflection system or beam deflection system. Unit 2. The deflected light of the given by the radiation source 1 primary source impinges on the projection surface 3. The secondary source 4, preferably a near-infrared laser diode (ie again with a wavelength between 700 nm and 800 nm radiating) is on the non-mirrored Rear side of the silicon micromirror directed, which forms the beam deflection unit 2. The silicon micromirror scanner shown here is hermetically packaged and vacuum-encapsulated, for which it is surrounded on both sides by glass surfaces 6 and 7, which must be irradiated.
Die Ausführungsbeispiele können in beliebiger Kombination auch alle weiteren im allgemeinen Beschrei- bungsteil erläuterten Merkmale aufweisen.The exemplary embodiments may also have, in any combination, all other features explained in the general description part.
Mit der zuletzt anhand der Ausführungsbeispiele aus den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Erfindung wird eine apparative Anordnung und ein Verfahren zur ein- oder mehrdimensionalen Projektion elektromagnetischerWith the last invention described with reference to the embodiments of Figures 1 to 4, an apparatus arrangement and a method for one-dimensional or multi-dimensional projection is electromagnetic
Strahlung vorgeschlagen. Die relevanten Wellenlängen- und Leistungsbereiche, für die die Erfindung angewendet werden kann, umfassen dabei zumindest alle Wellenlängen und Leistungen, die sich mit metallischen oder dielektrischen Spiegeln geeignet ablenken lassen, ohne dass es dabei zur Zerstörung des Ablenk- spiegels bzw. der Ablenkspiegel kommt. Die Anordnung umfasst zumindest zwei oder aber auch mehreren Quellen, nämlich zumindest die Strahlungsquelle 1 und die Sekundärquelle 4, deren emittierte elektromagnetische Strahlung entweder direkt, oder aber indirekt über eine nachgeschaltete Einheit, in der Intensität moduliert werden kann. Die Intensitätsmodulation wird durch eine, zwei oder mehrere elektronische Steuer- einheiten 5 entsprechend einer zugeführten ein- oder mehrdimensionalen Bilddaten-Information gesteuert. Der intensitätsmodulierte Strahl mindestens einer dieser Quellen kann mittels einer ein- oder mehr- achsigen Ablenkeinheit, hier als Strahlablenk-Einheit 2 bezeichnet, kontrolliert abgelenkt und entweder di- rekt auf die vorgesehene Projektionsfläche 3 gerichtet oder aber indirekt über eine nachgeschaltete Abbildungseinrichtung (z.B. Objektiv) auf die Projektionsfläche 3 projiziert werden. Mindestens eine der intensitätsmodulierbaren Quellen elektromagnetischer Strahlung dient nicht oder zumindest nicht primär der Projektionsaufgabe (z.B. Bildprojektion oder Materialbearbeitung) , sondern ist dazu vorgesehen, vermittelt durch Absorption Energie an die eine oder aber auch mehrere Ablenkeinheiten zu übertragen. Dadurch kann die Temperatur der einen oder mehreren Ablenkeinheiten zeitlich nicht nur auf der Skala von ganzen Bildern oder ganzen Zeilen, sondern wesentlich präziser noch, auf der Skala der Elementarbestandteile von Zeilen, nämlich von Pixeln, konstant gehalten werden.Radiation proposed. The relevant wavelength and power ranges for which the invention can be used include at least all wavelengths and powers which can be suitably deflected by metallic or dielectric mirrors without destroying the deflecting mirror or the deflecting mirrors. The arrangement comprises at least two or even several sources, namely at least the radiation source 1 and the secondary source 4, whose emitted electromagnetic radiation can be modulated in intensity either directly or indirectly via a downstream unit. The intensity modulation is controlled by one, two or more electronic control units 5 in accordance with a supplied one-dimensional or multi-dimensional image data information. The intensity-modulated beam of at least one of these sources can be deflected in a controlled manner by means of a single- or multi-axis deflection unit, here referred to as beam deflection unit 2, and either directed directly onto the intended projection surface 3 or indirectly via a downstream imaging device (eg objective). projected onto the projection surface 3. At least one of the intensity-modulatable sources of electromagnetic radiation is not or at least not primarily used for the projection task (eg image projection or material processing), but is intended to transmit, by absorption, energy to the one or more deflection units. As a result, the temperature of the one or more deflection units can be kept constant, not only on the scale of whole images or whole lines, but also much more precisely, on the scale of elementary constituents of lines, namely pixels.
Figur 5 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Figur 4 anstelle der Sekundärquelle 4, die bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen als Heizvorrichtung dient, ist hier eine andere Heizvor- richtung vorgesehen, bei der ein elektrischer Leiter 8 auf der Strahlablenk-Einheit 2 angeordnet ist, der durch Anlegen einer entsprechend gesteuerten Spannung U mit einem Heizstrom beaufschlagt wird, wobei eine hier nicht abgebildete Steuervorrichtung (entspre- chend der Steuervorrichtung 5 aus Figur 1) die Heiz- vorrichtung - wie bei den anderen Ausführungsbeispielen die Sekundärquelle 4 - mittels eines Regelkreises so ansteuert, dass eine Temperatur der Strahlablenk- Einheit 2 konstant auf einem vorgegebenen Wert gehal- ten wird. Dabei wird, wie auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, die - typischer- weise pixelweise sich ändernde - aktuelle Intensität der Bestrahlung durch die Strahlungsquelle 1 und der damit verbundene Wärmeeintrag berücksichtigt und durch eine entsprechende Heizleistung der Heizvor- richtung kompensiert. Der als Heizdraht dienende e- lektrische Leiter 8 ist durch eine entsprechende Strukturierung einer Leiterbahnebene 9 realisiert. Diese Leiterbahnebene 9 ist auf einem Halbleitersubstrat angeordnet, auf dessen Basis und durch dessen Strukturierung die Strahlablenk-Einheit 2 gebildet ist.Figure 5 shows a modification of the embodiment of Figure 4 instead of the secondary source 4, which serves as a heating device in the embodiments described above, here another Heizvor- direction is provided, in which an electrical conductor 8 is disposed on the beam deflecting unit 2, the by applying a correspondingly controlled voltage U with a heating current is acted upon, wherein a control device not shown here (corresponding to the control device 5 of Figure 1) the heating device - as in the other embodiments, the secondary source 4 - so by means of a control circuit so controls, a temperature of the beam deflecting unit 2 is kept constant at a predetermined value. In this case, as in the previously described embodiments, the - typically- wise pixel-wise changing - current intensity of the irradiation by the radiation source 1 and the associated heat input is taken into account and compensated by a corresponding heating power of the Heizvor- direction. The serving as a heating wire e- lectric conductor 8 is realized by a corresponding structuring of a conductor track level 9. This conductor track plane 9 is arranged on a semiconductor substrate, on the basis of which and by the structuring of which the beam deflection unit 2 is formed.
Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils eine Strahlablenk-Einheit 2 als bewegli- ches Element einer zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung dienenden mikromechanischen Vorrichtung gezeigt. In anderen Ausführungen der Erfindung können stattdessen andere bewegliche Elemente durch entsprechende Heizvorrichtungen und entsprechend ein- gerichtete Steuervorrichtungen auf einer konstantenIn the exemplary embodiments described so far, a respective beam deflection unit 2 is shown as a movable element of a micromechanical device serving for projecting electromagnetic radiation. In other embodiments of the invention, other movable elements may be replaced by corresponding heaters and correspondingly controlled control devices at a constant rate
Temperatur gehalten werden, um die mechanischen Eigenschaften dieser beweglichen Elemente konstant zu halten. Im Allgemeinen handelt es sich bei den beweglichen Elementen jeweils um mechanische Mikroaktuato- ren und/oder Resonatoren, wobei durch die hier vorgeschlagene Kompensation thermischer Einflüsse eine Temperatur-, Frequenz- und Phasenstabilisation erreicht werden kann.Temperature to keep the mechanical properties of these moving elements constant. In general, the movable elements are in each case mechanical microactuators and / or resonators, wherein temperature, frequency and phase stabilization can be achieved by the compensation of thermal influences proposed here.
Figur 6 zeigt ein letztes Ausführungsbeispiel, das einen Trägheitssensor bildet, wobei das bewegliche Element hier durch ein Sensorelement 10 gebildet ist, dass auf Basis eines Halbleitersubstrats gebildet und elastisch aufgehängt ist, wobei beschleunigungsbe- dingte Auslenkungen des Sensorelements 10 optisch oder kapazitiv detektiert werden können. Ebenfalls vorgesehen ist hier ein Temperatursensor 11, mit dem Temperaturänderungen des Sensorelements 10 unmittelbar detektiert werden können. Eine Steuervorrichtung 5 steuert die den Ausführungsbeispielen aus den Figu- ren 1 bis 4 entsprechende und als Heizvorrichtung dienende Sekundärquelle 4 mittels eines Regelkreises so, dass die Temperatur des Sensorelements 10 zumindest in einem zeitlichen Mittel konstant gehalten wird. Anstelle der Sekundärquelle 4 (der Begriff Se- kundärquelle wird hier allgemein für zu temperie- rungszwecken vorgesehene Strahlungsquellen verwendet, auch wenn die Vorrichtung selbst keine Primärquelle aufweist) kann bei einer Abwandlung selbstverständlich wieder eine andere Heizvorrichtung verwendet werden, beispielsweise ein entsprechend mit Strom beaufschlagter elektrischer Leiter wie bei dem Ausführungsbeispiel aus Figur 5.FIG. 6 shows a last exemplary embodiment, which forms an inertia sensor, wherein the movable element is formed by a sensor element 10 which is formed on the basis of a semiconductor substrate and elastically suspended, whereby acceleration-related deflections of the sensor element 10 can be detected optically or capacitively. Also provided here is a temperature sensor 11, with the temperature changes of the sensor element 10 can be detected directly. A control device 5 controls the secondary source 4 corresponding to the exemplary embodiments from FIGS. 1 to 4 and serving as heating device by means of a control loop so that the temperature of the sensor element 10 is kept constant at least in a time average. Instead of the secondary source 4 (the term secondary source is generally used here for temperature control purposes provided radiation sources, even if the device itself does not have a primary source), of course, another heater can be used in a modification, for example, a corresponding electrically energized electrical Ladder as in the embodiment of Figure 5.
Den verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Er- findung gemeinsam ist die Temperaturstabilisierung mikromechanischer Elemente durch Heizvorrichtungen, die, abhängig von einer - beispielsweise gemessenen - Temperatur und/oder von einem durch andere Maßnahmen verursachten Wärmeeintrag so angesteuert werden, dass Einflüsse, die andernfalls zu einer Temperaturände- rung führen würden, kompensiert werden. Die Erfindung ist insbesondere auf Vakuum-verpacktε Mirkoaktuato- ren- und/oder mikromechanische Resonatoren anwendbar, bei denen es sich z.B. um auslenkbare Mikrospiegel handeln kann. Wenn dabei als Heizvorrichtung eine Sekundärquelle zum Einsatz kommt, so ist diese jedenfalls nicht mit einer Strahlungsquelle vergleichbar, die unter Umständen vorgesehen ist, um mit dem Mikrospiegel zusammenwirkend elektromagnetische Strahlung zu Projizieren. In diesem Fall wird die Sekundärquelle vorzugsweise so angeordnet, dass von ihr ausgehen- de Strahlung, sofern sie an dem beweglichen Element reflektiert wird, jedenfalls in eine deutlich andere Richtung geworfen wird als die Strahlung, die von der eigentlichen Strahlungsquelle ausgeht. Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärquelle dazu auch in einem signifikant anderen Wellenlängenbereich arbeiten als die Strahlungsquelle, die zum Erzeugen der projizierten Strahlung dient. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Heizvorrichtung und die damit er- reichte gleichmäßige Temperierung wird dabei in erster Linie eine Änderung mechanischer (und nicht primär optischer) Eigenschaften der mikromechanischen Vorrichtung vermieden, insbesondere eine Änderung von mechanischen Resonanzeigenschaften des beweglichen Elements. Common to the various embodiments of the present invention is the temperature stabilization of micromechanical elements by means of heating devices which, depending on a temperature, for example measured, and / or on a heat input caused by other measures, are controlled in such a way that influences which would otherwise lead to a temperature change. be compensated. The invention is particularly applicable to vacuum-packaged micro-oscillator and / or micromechanical resonators, which may be, for example, deflectable micromirrors. In this case, if a secondary source is used as the heating device, then this is in any case not comparable with a radiation source which may be provided in order to project electromagnetic radiation cooperatively with the micromirror. In this case, the secondary source is preferably arranged so that it starts from de radiation, if it is reflected at the movable element, at least is thrown in a clearly different direction than the radiation emanating from the actual radiation source. Alternatively or additionally, the secondary source can also work in a significantly different wavelength range than the radiation source used to generate the projected radiation. By a corresponding control of the heating device and the uniform temperature achieved thereby, a change of mechanical (and not primarily optical) properties of the micromechanical device is avoided in the first place, in particular a change of mechanical resonance properties of the movable element.

Claims

FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT...e.V. 087PCT 1293Patentansprüche FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ... eV 087PCT 1293Patentansprüche
1. Mikromechanische Vorrichtung mit einem beweglichen Element, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine steuerbare Heizvorrichtung für ei- nen definierten Wärmeeintrag in das bewegliche1. A micromechanical device with a movable element, characterized in that it has a controllable heating device for a NEN defined heat input into the movable
Element umfasst, wobei die Vorrichtung ferner eine Steuereinheit (5) aufweist, die eingerichtet ist zum Steuern der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von einer momentanen Temperatur und/oder von einem momentanen anderen Wärmeeintrag in das bewegliche Element.Element, wherein the device further comprises a control unit (5) which is adapted to control the heating device in dependence on a current temperature and / or by a momentary other heat input into the movable element.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element ein Mikro- aktuator und/oder ein mikromechanischer Resona- tor ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the movable element is a micro actuator and / or a micromechanical resonator.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Heizvorrichtung mittels eines Regelkreises so anzusteuern, dass eine Temperatur des beweglichen Elements auf einem vorgegebenen und/oder konstanten Wert gehalten wird.3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the control unit is adapted to control the heater by means of a control circuit so that a temperature of the movable member is maintained at a predetermined and / or constant value.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrich- tung zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung bildet, die eine intensitätsmodulierbare Strahlungsquelle (1) aufweist, wobei das bewegliche Element als Strahlablenk-Einheit (2) zum Umlenken von der Strahlungsquelle (1) ausgehender Strahlung auf eine Projektionsfläche (3) ausgeführt ist und wobei die Strahlablenk- Einheit (2) ansteuerbar ist zum Vorgeben einer zeitabhängigen momentanen Projektionsrichtung.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it forms a Vorrich- device for projecting electromagnetic radiation having an intensity modulated radiation source (1), wherein the movable element as a beam deflecting unit (2) for Deflection of the radiation source (1) outgoing radiation on a projection surface (3) is executed and wherein the Strahlablenk- unit (2) is controllable to specify a time-dependent instantaneous projection direction.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) eingerichtet ist zum Ansteuern der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von einer momentanen Strahlungsinten- sität der Strahlungsquelle (1) .5. The device according to claim 4, characterized in that the control unit (5) is adapted to drive the heating device in dependence on a momentary radiation intensity of the radiation source (1).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung gegeben ist durch einen elektrischen Leiter (8), der auf dem beweglichen Element oder in Umgebung des beweglichen Elements angeordnet ist und mit einem durch die Steuervorrichtung (5) steuerbaren Heizstrom beaufschlagbar ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heating device is provided by an electrical conductor (8) which is arranged on the movable element or in the vicinity of the movable element and with a controllable by the control device (5) Heating current can be acted upon.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung durch eine intensitätsmodulierbare Sekundärquelle (4) zum Bestrahlen des beweglichen Elements gegeben ist, wobei die Steuereinheit (5) eingerichtet ist zum Steuern einer Strahlungsintensität der Sekundärquelle (4) . 7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heating device is given by an intensity modulated secondary source (4) for irradiating the movable element, wherein the control unit (5) is arranged to control a radiation intensity of the secondary source (4).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 oder nach einem der Ansprüche 6 oder 7, sofern diese auf Anspruch 4 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) programmtechnisch so eingerichtet ist, dass eine Heizleistung der Heizvorrichtung zunimmt, wenn die Bestrahlungsintensität der Strahlablenk- Einheit (2) durch die Strahlungsquelle (1) abnimmt, und umgekehrt . 8. Device according to one of claims 4 or 5 or according to one of claims 6 or 7, provided that they are dependent on claim 4, characterized in that the control unit (5) is programmatically set up so that a heating power of the heater increases when the Irradiation intensity of the Strahlablenk- unit (2) by the radiation source (1) decreases, and vice versa.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder nach Anspruch 8, sofern dieser auf Anspruch 7 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärquelle (4) eine in einem nichtsichtbaren Wellenlängen- bereich strahlende Licht- oder Warmestrahlungs- quelle ist und vorzugsweise eine Infrarot- Laserdiode oder eine Nahinfrarot-Laserdiode um- fasst .9. Apparatus according to claim 7 or claim 8, if this is dependent on claim 7, characterized in that the secondary source (4) is a radiant in a non-visible wavelength range light or heat radiation source and preferably an infrared laser diode or a near-infrared laser diode.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 9 oder nach Anspruch 8, sofern dieser auf Anspruch10. Device according to one of claims 7 or 9 or claim 8, if this claim
7 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärquelle (4) direkt oder mittels einer nachgeschalteten Modulationseinheit intensitäts- modulierbar ist.7, characterized in that the secondary source (4) can be intensity-modulated directly or by means of a downstream modulation unit.
11. Vorrichtung nach Ansprüche 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärquelle (4) mit einer Maximalfrequenz intensitätsmodulierbar ist, die mindestens so hoch ist wie eine maximale Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle (1) .11. The device according to claims 10, characterized in that the secondary source (4) with a maximum frequency is intensity modulated, which is at least as high as a maximum modulation frequency of the radiation source (1).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element reflektierend ausgeführt ist.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the movable element is designed to be reflective.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche EIe- ment einen um eine oder zwei Achsen kippbaren13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the movable EIe- ment tiltable about one or two axes
Spiegel umfasst.Mirror includes.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element einen Silizium-Mikrospiegel umfasst und/oder einen Mikrospiegel-Scanner bildet.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the movable element comprises a silicon micromirror and / or forms a micromirror scanner.
15. Vorrichtung nach Anspruch 7, sofern dieser auf Anspruch 4 rückbezogen ist, oder nach einem der Ansprüche 8 bis 14 , sofern diese auf die Ansprüche 4 und 7 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärquelle (4) so angeordnet ist, dass sie die Strahlablenk-Einheit (2) von einer Rückseite aus und/oder aus einer um mindestens 20° von einer Bestrahlungsrichtung durch die Strahlungsquelle (1) abweichenden Richtung bestrahlt .15. The apparatus of claim 7, if this is dependent on claim 4, or after one of Claims 8 to 14, insofar as these are dependent on claims 4 and 7, characterized in that the secondary source (4) is arranged to extend the beam deflecting unit (2) from a rear side and / or from one at least twenty Irradiated by a direction of irradiation by the radiation source (1) deviating direction.
16. Verfahren zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung, bei dem von einer Strahlungsquelle16. A method of projecting electromagnetic radiation using a radiation source
(1) ausgehende Strahlung intensitätsmoduliert und mittels eine Strahlablenk-Einheit (2) auf eine Projektionsfläche (3) umgelenkt wird, wobei die Strahlablenk-Einheit (2) so angesteuert wird, dass die von der Strahlungsquelle (1) ausgehende Strahlung mit einer sich zeitlich ändernden Projektionsrichtung auf verschiedene Orte auf der Projektionsfläche (3) fällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenk-Einheit (2) zusätzlich mit einer intensitätsmodulierbaren Heizvorichtung geheizt wird, die so angesteuert wird, dass eine Heizleistung der Heizvorrichtung abnimmt, wenn eine zunehmende Strahlungsintensität der Strah- lungsquelle (1) und/oder eine Frequenzänderung der von der Strahlungsquelle (1) ausgehenden Strahlung zu einem erhöhten Wärmeeintrag in die Strahlablenk-Einheit (2) führt, und umgekehrt.(1) intensity is modulated outgoing radiation and deflected by means of a beam deflecting unit (2) on a projection surface (3), wherein the beam deflection unit (2) is controlled so that the radiation from the radiation source (1) outgoing radiation at a time changing projection direction to different locations on the projection surface (3), characterized in that the beam deflecting unit (2) is additionally heated with an intensity modulable Heizvorichtung which is controlled so that a heating power of the heater decreases when an increasing radiation intensity of the beam - Source (1) and / or a change in frequency of the radiation source (1) emanating radiation to increased heat input into the beam deflecting unit (2) leads, and vice versa.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich- net, dass die Strahlablenk-Einheit (2) dazu mit einer als Heizvorrichtung dienenden intensitätsmodulierbaren Sekundärquelle (4) bestrahlt wird, die so angesteuert wird, dass eine die Heizleistung definierende Strahlungsintensität der Se- kundärquelle (4) abnimmt, wenn eine zunehmende Strahlungsintensität der Strahlungsquelle (1) und/oder eine Frequenzänderung der von der Strahlungsquelle (1) ausgehenden Strahlung zu einem erhöhten Wärmeeintrag in die Strahlablenk- Einheit (2) führt und umgekehrt.17. Method according to claim 16, characterized in that the beam deflecting unit (2) is irradiated therewith with an intensity-modulatable secondary source (4) serving as a heating device, which is controlled such that a radiation intensity of the secondary power ( 4) decreases if an increasing Radiation intensity of the radiation source (1) and / or a change in frequency of the radiation source (1) emanating radiation to increased heat input into the Strahlablenk- unit (2) leads and vice versa.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Bilderzeugung auf der Projektionsfläche (3) oder zur Materialbearbeitung an einer die Projektionsfläche (3) bildenden Werkstückoberfläche dient.18. The method according to any one of claims 16 or 17, characterized in that it is used for image formation on the projection surface (3) or for material processing on a projection surface (3) forming the workpiece surface.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) und die Heizvorrichtung durch eine mit der Strahlungsquelle (1) synchronisierte Inten- sitätsmodulation der Heizvorrichtung gemeinsam einen zeitlich konstanten Wärmeeintrag in die Strahlablenk-Einheit (2) bewirken.19. The method according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the radiation source (1) and the heating device by a synchronized with the radiation source (1) intensity modulation of the heating device together a temporally constant heat input into the beam deflecting unit (2) cause.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenk- Einheit (2) die von der Strahlungsquelle (1) ausgehende Strahlung mit einem Spiegel reflektiert, der um eine oder zwei Achsen geschwenkt wird.20. The method according to any one of claims 16 to 19, characterized in that the Strahlablenk- unit (2) from the radiation source (1) emanating radiation with a mirror which is pivoted about one or two axes.
21. Verfahren nach Anspruch 17 oder nach einem der Ansprüche 18 bis 20, sofern diese auf Anspruch21. The method according to claim 17 or any one of claims 18 to 20, if this claim to
17 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärquelle (4) die Strahlablenk- Einheit (2) von einer Rückseite und/oder so bestrahlt, dass von der Sekundärquelle (4) ausge- hende Strahlung, die von der Strahlablenk-17, characterized in that the secondary source (4) irradiates the beam deflecting unit (2) from a rear side and / or in such a way that radiation originating from the secondary source (4) is emitted by the beam deflecting unit.
Einheit (2) umgelenkt wird, nicht auf die Projektionsfläche (3) fällt. Unit (2) is deflected, not on the projection surface (3) falls.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitabhängige Heizleistung der Heizvorrichtung definiert wird, indem ein momentaner Intensitätswert der Strah- lungsquelle (1) von einem Sollwert subtrahiert wird, ein sich dadurch ergebender Differenzwert mit einem Wichtungsfaktor gewichtet wird und ein so erhaltenes Ansteuer-Signal zum Ansteuern der Heizvorrichtung verwendet wird.22. The method according to any one of claims 16 to 21, characterized in that the time-dependent heating power of the heating device is defined by a current intensity value of the radiation source (1) is subtracted from a desired value, a resulting difference value is weighted by a weighting factor and a drive signal thus obtained is used to drive the heater.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Intensitätswert der Strahlungsquelle (1) ermittelt wird, indem jede Einzelintensität mehrerer in der Strahlungsquelle (1) enthaltener Lichtquellen mit einem farbspezifi- sehen Wichtungsfaktor gewichtet wird und die so gewichteten Einzelintensitäten addiert werden.23. Method according to claim 22, characterized in that the intensity value of the radiation source (1) is determined by weighting each individual intensity of a plurality of light sources contained in the radiation source (1) with a color-specific weighting factor and adding the individual intensities weighted in this way.
24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 23. 24. Use of a device according to one of claims 1 to 15 for carrying out a method according to one of claims 16 to 23.
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