FR2779547A1 - LIGHT BEAM SCANNING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A DEVICE - Google Patents

LIGHT BEAM SCANNING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A DEVICE Download PDF

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Philippe Renaud
Sam Calmes
Sandra Schweizer
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Abstract

The invention concerns a light beam scanning device, comprising a support (10), a light source (11) mounted on one face thereof, a mirror (3) arranged for receiving a light beam derived from said light source and a cantilever-type structure capable of elastic deformation which is also mounted on said face, bears said mirror and is capable of causing it to oscillate. Said device is characterised in that said source and said structure are mounted on coplanar portions of said face and said structure comprises at least one curved bimetal crossarm (22) forming an oscillator with the mirror.

Description

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DISPOSITIF DE BALAYAGE PAR FAISCEAU LUMINEUX ET  LIGHT BEAM SCANNING DEVICE AND

PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL DISPOSITIF  METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A DEVICE

La présente invention se rapporte à un dispositif de balayage par faisceau  The present invention relates to a beam scanning device

lumineux ainsi qu'à son procédé de fabrication.  light as well as its manufacturing process.

L'invention concemrne, plus particulièrement, un dispositif de balayage comportant un support et, montés sur une face de celui-ci, une source de lumière et un miroir mobile disposé de manière à recevoir le faisceau de lumière provenant de ladite source. De tels dispositifs sont notamment utilisés  The invention relates more particularly to a scanning device comprising a support and, mounted on one face thereof, a light source and a movable mirror arranged so as to receive the beam of light coming from said source. Such devices are used in particular

pour la lecture de codes à barres.for reading bar codes.

La demande de brevet EP 0 650 133 décrit un dispositif de ce type, dans lequel le support comprend une première surface plane et une deuxième surface plane également, définissant ensemble un angle de 135 . La première surface porte la source de lumière tandis que le miroir est monté pivotant au moyen de deux bras élastiques sur la deuxième surface. Le support est dégagé sous le miroir qui peut ainsi osciller librement sous l'action d'un transducteur électrostatique relié à une source d'énergie électrique dispensant un signal périodique. Un tel dispositif permet la réalisation de lecteurs de codes à barres ayant un  Patent application EP 0 650 133 describes a device of this type, in which the support comprises a first planar surface and also a second planar surface, together defining an angle of 135. The first surface carries the light source while the mirror is pivotally mounted by means of two elastic arms on the second surface. The support is released under the mirror which can thus oscillate freely under the action of an electrostatic transducer connected to a source of electrical energy providing a periodic signal. Such a device allows the production of bar code readers having a

système de balayage intégré, de faible volume et de consommation modeste.  integrated scanning system, low volume and low consumption.

Il présente toutefois des inconvénients.  However, it has drawbacks.

En effet, la réalisation d'un support formé de deux surfaces inclinées l'une par rapport à l'autre est coûteuse. En outre, la solution décrite ne permet qu'un  Indeed, the production of a support formed by two surfaces inclined relative to each other is expensive. In addition, the solution described only allows

angle très faible de balayage.very low scanning angle.

Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un dispositif présentant une structure extrêmement simple, autorisant un balayage sur un angle important, à une fréquence  The purpose of the present invention is to overcome these drawbacks and to allow the production of a device having an extremely simple structure, allowing scanning over a large angle, at a frequency

relativement basse et pour une faible consommation d'énergie.  relatively low and for low energy consumption.

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Ce but est atteint grâce au fait que la face du support est plane et que le dispositif comporte, en outre, une structure de type cantilever et bilame,  This object is achieved thanks to the fact that the face of the support is planar and that the device further comprises a cantilever and bimetal type structure,

déformable élastiquement et assujettissant le miroir au support.  elastically deformable and subjecting the mirror to the support.

Un tel dispositif est avantageusement réalisé par procédé photo-  Such a device is advantageously produced by photo-

lithographique. Pour en optimiser la mise en oeuvre, le support est en silicium et ladite structure comporte au moins une poutre formée d'une première couche en un composé de silicium et venue de matière avec ledit support et une deuxième couche électriquement conductrice et recouvrant la première couche. io Pour assurer sa fonction de balayage, le miroir doit pouvoir réfléchir le faisceau lumineux issu de la source de lumière. Cela n'est possible que si la surface du miroir coupe le faisceau. C'est pourquoi, dans un mode particulièrement avantageux de l'invention, le faisceau lumineux est sensiblement parallèle à la face plane du support et la poutre est incurvée de façon à ce que le miroir fasse un angle compris entre 30 et 150 degrés avec  lithographic. To optimize its implementation, the support is made of silicon and said structure comprises at least one beam formed by a first layer of a silicon compound and made of material with said support and a second electrically conductive layer and covering the first layer . io To ensure its scanning function, the mirror must be able to reflect the light beam from the light source. This is only possible if the surface of the mirror cuts the beam. This is why, in a particularly advantageous embodiment of the invention, the light beam is substantially parallel to the flat face of the support and the beam is curved so that the mirror makes an angle between 30 and 150 degrees with

ladite face.said face.

La présente invention a également pour but d'assurer un entraînement du  The present invention also aims to provide training of the

miroir par des moyens simples et peu gourmands en énergie.  mirror by simple and energy-efficient means.

A cet effet, dans un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comporte des moyens pour relier la couche conductrice à une source d'énergie électrique à même de générer un signal périodique qui a pour effet de la chauffer et ainsi la dilater, de manière à faire osciller le miroir. De façon surprenante, I'utilisation de l'énergie thermique pour engendrer le mouvement du miroir ne demande qu'une faible quantité d'énergie. Cela est dû aux petites  To this end, in a particular embodiment of the invention, the device includes means for connecting the conductive layer to a source of electrical energy capable of generating a periodic signal which has the effect of heating it and thus expanding it. , so as to cause the mirror to oscillate. Surprisingly, the use of thermal energy to generate the movement of the mirror requires only a small amount of energy. This is due to small

dimensions du dispositif.device dimensions.

Afin d'obtenir un miroir effectuant un mouvement de forte amplitude, pour une consommation d'énergie aussi basse que possible, la première couche de la structure est en dioxyde de silicium et la deuxième couche en chrome. De manière avantageuse, l'épaisseur de la couche de dioxyde de silicium est  In order to obtain a mirror performing a movement of high amplitude, for as low energy consumption as possible, the first layer of the structure is made of silicon dioxide and the second layer of chromium. Advantageously, the thickness of the layer of silicon dioxide is

sensiblement égale à deux fois l'épaisseur de la couche de chrome.  substantially equal to twice the thickness of the chromium layer.

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Un autre but de la présente invention est d'obtenir une bonne stabilité de  Another object of the present invention is to obtain good stability of

l'orientation du miroir.the orientation of the mirror.

Ce but est atteint du fait que la structure de type cantilever comporte deux  This object is achieved because the cantilever structure has two

poutres reliant le miroir au support.  beams connecting the mirror to the support.

Pour effectuer un balayage dans des conditions optimales, il est nécessaire que le faisceau lumineux soit focalisé. Le dispositif selon l'invention comporte donc, en outre, une lentille convergente montée sur le support entre la source de lumière et le miroir et disposée pour focaliser le faisceau sur l'objet à balayer. io Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif est complété par un capteur photoélectrique, également monté sur le support et disposé pour recevoir la lumière renvoyée par un objet balayé par le faisceau provenant de  To perform a scan under optimal conditions, it is necessary that the light beam is focused. The device according to the invention therefore further comprises a converging lens mounted on the support between the light source and the mirror and arranged to focus the beam on the object to be scanned. According to an advantageous embodiment, the device is completed by a photoelectric sensor, also mounted on the support and arranged to receive the light reflected by an object scanned by the beam coming from

la source.source.

Le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté pour la réalisation de lecteurs de codes à barres, de faible volume et facilement industrialisables. La présente invention se rapporte également à un procédé pour la fabrication d'un dispositif comportant un support plan et un miroir monté sur le support au moyen d'une structure de type cantilever bilame. Cette structure est formée d'une poutre ayant une première couche en composé de silicium et une deuxième couche électriquement conductrice et recouvrant la première couche. Ce procédé permet de réaliser une poutre qui prend automatiquement une forme incurvée permettant d'orienter le miroir de manière adéquate par rapport au faisceau lumineux. A cet effet, le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: - oxydation des faces du support avec génération d'une tension interne de compression, - dépôt, avec tension interne de traction, de la couche électriquement conductrice destinée à former une partie de ladite poutre ainsi que de couches destinées à former le miroir, et  The device according to the invention is particularly well suited for the production of bar code readers, of small volume and easily industrializable. The present invention also relates to a method for manufacturing a device comprising a planar support and a mirror mounted on the support by means of a structure of cantilever bimetallic strip type. This structure is formed of a beam having a first layer of silicon compound and a second electrically conductive layer and covering the first layer. This process makes it possible to produce a beam which automatically takes a curved shape making it possible to orient the mirror adequately with respect to the light beam. To this end, the method according to the invention comprises the following steps: - oxidation of the faces of the support with generation of an internal compression tension, - deposition, with internal tension of traction, of the electrically conductive layer intended to form a part said beam as well as layers intended to form the mirror, and

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- attaque du support pour enlever le silicium sous la totalité de la surface du miroir et sous la poutre jusqu'à son point d'ancrage au support, de manière  - attack of the support to remove the silicon under the entire surface of the mirror and under the beam to its point of anchorage to the support, so

à former une creusure et dégager la structure de type cantilever.  to form a hollow and release the cantilever structure.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la  Other advantages and characteristics of the invention will emerge from the

description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, dans lequel:  description which follows, made with reference to the appended drawing, in which:

À La figure 1 montre, en perspective, un dispositif selon l'invention; La figure 2 illustre, dans des vues en coupe, les différentes étapes du processus de fabrication du dispositif; La figure 3 représente en plan (a) et en coupe (b) un dispositif selon l'invention; et ò La figure 4 est un schéma montrant la sensibilité angulaire du dispositif de  In Figure 1 shows, in perspective, a device according to the invention; Figure 2 illustrates, in sectional views, the different stages of the device manufacturing process; FIG. 3 shows in plan (a) and in section (b) a device according to the invention; and ò Figure 4 is a diagram showing the angular sensitivity of the device

suspension du miroir en fonction de l'épaisseur des couches.  suspension of the mirror according to the thickness of the layers.

Le dispositif représenté à la figure 1 comprend un support 10 portant une source de lumière 11, une lentille convergente 12 et un miroir 13, disposé pour recevoir le faisceau de lumière émis par la source 11. De façon avantageuse, le support 10 porte également un capteur photoélectrique 14 destiné à recevoir le faisceau lumineux après qu'il a été renvoyé par un objet  The device shown in FIG. 1 comprises a support 10 carrying a light source 11, a converging lens 12 and a mirror 13, arranged to receive the beam of light emitted by the source 11. Advantageously, the support 10 also carries a photoelectric sensor 14 for receiving the light beam after it has been returned by an object

portant par exemple un code à barres.  for example carrying a barcode.

Le support 10 est formé d'une plaque plane en silicium monocristallin. La source de lumière 11 est une diode laser émettant dans le visible, comme celle vendue par Sony sous la référence SLD 1101 VS et rapportée sur le support 10. La lentille 12 est constituée d'une microlentille sphérique,  The support 10 is formed from a flat monocrystalline silicon plate. The light source 11 is a laser diode emitting in the visible, like that sold by Sony under the reference SLD 1101 VS and attached to the support 10. The lens 12 consists of a spherical microlens,

avantageusement fixée par collage sur le support.  advantageously fixed by gluing to the support.

La surface réfléchissante du miroir 13 est formée d'une couche de chrome 20,  The reflecting surface of the mirror 13 is formed by a layer of chromium 20,

portée par un substrat 21, en nickel par exemple.  carried by a substrate 21, made of nickel for example.

Le miroir 13 est assujetti au support 10 par deux poutres 22 formées chacune d'un bilame, avec une couche électriquement conductrice et une couche isolante. La couche conductrice est avantageusement en chrome et la couche  The mirror 13 is secured to the support 10 by two beams 22 each formed of a bimetallic strip, with an electrically conductive layer and an insulating layer. The conductive layer is advantageously made of chromium and the layer

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isolante en dioxyde de silicium, comme on le verra de manière plus précise  insulating silicon dioxide, as will be seen more precisely

en référence à la figure 3b.with reference to Figure 3b.

Le support 10 est, en outre, revêtu de paires de pistes conductrices portant les références 25 et 26, 27 et 28, 29 et 30, reliant respectivement la source s de lumière 11, les poutres 22 et le capteur 14 à un dispositif de commande et  The support 10 is, moreover, coated with pairs of conductive tracks bearing the references 25 and 26, 27 and 28, 29 and 30, respectively connecting the light source 11, the beams 22 and the sensor 14 to a control device and

à une source d'énergie électrique, non représentés au dessin.  to a source of electrical energy, not shown in the drawing.

Le mode de fabrication d'un tel dispositif fait appel aux techniques de micro-  The method of manufacturing such a device uses micro-

usinage, utilisant largement les procédés photolithographiques. Le processus utilisé est décrit ci-après, en référence à la figure 2. Les différents io paragraphes décrivant ce processus sont identifiés par une lettre  machining, widely using photolithographic processes. The process used is described below, with reference to FIG. 2. The various paragraphs describing this process are identified by a letter

correspondant à la numérotation des éléments de la figure 2.  corresponding to the numbering of the elements in Figure 2.

On relèvera que, sur cette figure, l'échelle n'est pas respectée, les épaisseurs de couches étant considérablement agrandies par rapport aux longueurs,  It will be noted that, in this figure, the scale is not respected, the thicknesses of the layers being considerably enlarged compared to the lengths,

pour faciliter la lecture du dessin.  to make the drawing easier to read.

A. Le dispositif est réalisé à partir d'une plaque plane de silicium monocristallin 30 dont les faces supérieure et inférieure portent chacune une couche de dioxyde de silicium, respectivement référencées 31 et 32,  A. The device is produced from a flat plate of monocrystalline silicon 30, the upper and lower faces of which each carry a layer of silicon dioxide, respectively referenced 31 and 32,

obtenues par chauffage de la plaque en milieu oxydant.  obtained by heating the plate in an oxidizing medium.

B. La face supérieure et la face inférieure sont recouvertes d'une couche de photorésiste 33. La couche supérieure est ensuite exposée à la lumière au travers d'un masque, puis attaquée de manière à dégager une ouverture 34  B. The upper face and the lower face are covered with a layer of photoresist 33. The upper layer is then exposed to light through a mask, then etched so as to release an opening 34

au travers de laquelle apparaît la couche de dioxyde de silicium 31.  through which appears the layer of silicon dioxide 31.

C. La couche 31 de dioxyde de silicium est attaquée chimiquement, formant  C. The layer 31 of silicon dioxide is attacked chemically, forming

ainsi une ouverture 35 qui dégage le silicium monocristallin 30.  thus an opening 35 which gives off the monocrystalline silicon 30.

D. On dépose une couche 36 d'aluminium sur toute la face supérieure du support. E. En éliminant le photorésiste 33, la couche d'aluminium 36 est également  D. A layer 36 of aluminum is deposited on the entire upper face of the support. E. By eliminating the photoresist 33, the aluminum layer 36 is also

enlevée, sauf dans l'ouverture 35.removed, except in opening 35.

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F. On dépose une couche de chrome 37, puis une couche d'or 38 sur  F. We deposit a layer of chromium 37, then a layer of gold 38 on

l'ensemble de la face supérieure.the entire upper face.

G. La couche d'or 38 est recouverte d'une couche 39 de photorésiste. Celui-ci est exposé à la lumière au travers d'un masque, puis dissout dans les zones ayant été éclairées, de manière à définir un dégagement 40, localisé dans la  G. The layer of gold 38 is covered with a layer 39 of photoresist. This is exposed to light through a mask, then dissolved in the areas that have been lit, so as to define a clearance 40, located in the

partie droite de l'ouverture 35.right part of opening 35.

H. Les couches d'or 38 et de chrome 37 sont attaquées de manière classique, au travers du dégagement 40, jusqu'à atteindre la couche 36 d'aluminium sous-jacente et recouvrant l'ouverture 35. On crée ainsi une ouverture 40a  H. The layers of gold 38 and of chromium 37 are attacked in a conventional manner, through the clearance 40, until reaching the layer 36 of underlying aluminum and covering the opening 35. An opening 40a is thus created

1o entre la couche de chrome 37 et la couche de dioxyde de silicium 31.  1o between the layer of chromium 37 and the layer of silicon dioxide 31.

I. La face supérieure est à nouveau recouverte d'une couche de photorésiste, portant la référence 41, dans laquelle est pratiquée une ouverture 42 selon la même procédure que décrit plus haut. L'ouverture 42 s'étend sur la partie gauche de l'ouverture 35 et au-delà, au-dessus de l'espace portant les  I. The upper face is again covered with a layer of photoresist, bearing the reference 41, in which an opening 42 is made according to the same procedure as described above. The opening 42 extends over the left part of the opening 35 and beyond, above the space carrying the

couches superposées de dioxyde de silicium 31, de chrome 37 et d'or 38.  overlapping layers of silicon dioxide 31, chromium 37 and gold 38.

J. On dépose par électrolyse une couche de nickel 43 qui ferme l'ouverture 42. K. Les couches de nickel 43 et de photorésiste 41 sont recouvertes d'une  J. A layer of nickel 43 is closed by electrolysis, which closes the opening 42. K. The layers of nickel 43 and of photoresist 41 are covered with a

couche d'or 44.layer of gold 44.

L. La couche de photorésiste 41 est éliminée. La couche d'or 44 est simultanément enlevée, sauf dans la partie o elle recouvre la couche de  L. The photoresist layer 41 is eliminated. The layer of gold 44 is simultaneously removed, except in the part where it covers the layer of

nickel 43.nickel 43.

M. On attaque la couche d'aluminium 36 ainsi que le silicium sous-jacent au  M. We attack the aluminum layer 36 as well as the silicon underlying the

travers de l'ouverture 40a. De la sorte, une creusure 45 est pratiquée au-  through the opening 40a. In this way, a recess 45 is made over

dessous des zones comportant la couche de nickel 43 et les couches de  below the areas comprising the nickel layer 43 and the layers of

dioxyde de silicium 31, de chrome 37 et d'or 38.  silicon dioxide 31, chromium 37 and gold 38.

On comprendra mieux comment la creusure 45 peut être pratiquée sous les différentes couches en se référant à la figure 3, qui en a) montre en plan et en  It will be better understood how the recess 45 can be practiced under the different layers by referring to FIG. 3, which a) shows in plan and in

b) en coupe le dispositif en fin de fabrication.  b) in section the device at the end of manufacture.

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De manière plus précise, on peut voir, sur la partie en plan de cette figure, le support 10, le miroir 13, les poutres 22, les pistes conductrices 27 et 28 ainsi que la creusure 45. La partie en coupe permet de reconnaître la couche de silicium monocristallin 30, les couches de dioxyde de silicium 31 et 32, la couche de chrome 37, les couches d'or 38 et 44, la couche de nickel 43 ainsi  More precisely, we can see, on the plan part of this figure, the support 10, the mirror 13, the beams 22, the conductive tracks 27 and 28 as well as the recess 45. The sectional part makes it possible to recognize the monocrystalline silicon layer 30, silicon dioxide layers 31 and 32, chromium layer 37, gold layers 38 and 44, nickel layer 43 as well

que la creusure 45.than recess 45.

Comme on peut le voir sur la figure 3a, la creusure 45 entoure complètement le miroir 13 et s'étend au-dessous des poutres 22. De la sorte, le miroir 13 et  As can be seen in FIG. 3a, the recess 45 completely surrounds the mirror 13 and extends below the beams 22. In this way, the mirror 13 and

les poutres 22 forment ensemble une structure de type cantilever.  the beams 22 together form a cantilever type structure.

o La figure 3b permet de comprendre la structure du dispositif en fin de fabrication. On y constate que les poutres 22 ont une structure de type bilame, formée d'une couche de dioxyde de silicium 31 et d'une couche de chrome 37. Elles sont orientées parallèlement au plan de la plaque 30. Dans la réalité, les poutres 22 sont incurvées, comme représenté à la figure 1, dès  o Figure 3b allows to understand the structure of the device at the end of manufacturing. It can be seen that the beams 22 have a bimetallic strip structure, formed by a layer of silicon dioxide 31 and a layer of chromium 37. They are oriented parallel to the plane of the plate 30. In reality, the beams 22 are curved, as shown in Figure 1, from

que la surface inférieure du miroir 13 est libérée.  that the lower surface of the mirror 13 is released.

Cette forme particulière des poutres est obtenue en générant des tensions de compression dans la couche de dioxyde de silicium 31 et/ou des tensions de traction dans la couche de chrome 37 durant leur fabrication. Lorsque la couche de silicium sous-jacente est enlevée, c'est-à-dire au moment de la création de la creusure 45, les poutres 22 se déforment jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint entre les couches métalliques 37 et 38 et la couche de dioxyde de silicium 31. Les poutres 22 s'incurvent ainsi jusqu'à définir avec le support un angle pouvant atteindre 1350, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1. Grâce à cette particularité, il est possible de placer la source de lumière de sorte qu'elle émette dans une direction parallèle au plan du support, et d'usiner le miroir dans ce même plan, celui-ci prenant, sans autre, la position  This particular shape of the beams is obtained by generating compression stresses in the silicon dioxide layer 31 and / or tensile stresses in the chromium layer 37 during their manufacture. When the underlying silicon layer is removed, that is to say at the time of the creation of the recess 45, the beams 22 are deformed until the equilibrium is reached between the metal layers 37 and 38 and the layer of silicon dioxide 31. The beams 22 thus curve until defining with the support an angle of up to 1350, as can be seen in FIG. 1. Thanks to this feature, it is possible to place the light source so that it emits in a direction parallel to the plane of the support, and machine the mirror in this same plane, it taking, without other, the position

montrée sur la figure 1 à la fin des opérations de fabrication.  shown in Figure 1 at the end of manufacturing operations.

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Dans la configuration décrite ci-dessus, la surface formant miroir est définie par la couche de chrome 37. Les procédures de fabrication et les qualités du  In the configuration described above, the mirror surface is defined by the chromium layer 37. The manufacturing procedures and the qualities of the

chrome font que ce miroir est particulièrement bon.  chrome make this mirror particularly good.

En variante, on pourrait placer les poutres 22 du côté de la source de lumière 11 et les dimensionner de manière que le miroir forme un angle de 45 avec le support 10. On obtiendrait une structure tout à fait comparable. Dans ce cas, c'est la couche d'or 44 qui remplirait la fonction de miroir. La qualité de celui-ci serait toutefois moindre, la planéité de la couche de nickel 43, sur laquelle la couche d'or 44 est déposée, étant nettement moins bonne que  Alternatively, one could place the beams 22 on the side of the light source 11 and dimension them so that the mirror forms an angle of 45 with the support 10. One would obtain a completely comparable structure. In this case, it is the layer of gold 44 which would fulfill the function of mirror. The quality of the latter would however be lower, the flatness of the nickel layer 43, on which the gold layer 44 is deposited, being significantly worse than

io celle de la couche de dioxyde de silicium 31 portant la couche de chrome 37.  io that of the layer of silicon dioxide 31 carrying the layer of chromium 37.

De manière générale et selon le type d'application, le miroir 13 forme avantageusement un angle compris entre 30 et 150 par rapport au plan du  Generally and depending on the type of application, the mirror 13 advantageously forms an angle between 30 and 150 relative to the plane of the

support 10.support 10.

La couche de nickel 43 a pour fonction de renforcer le miroir et surtout d'ajuster sa masse d'inertie, ce qui définit la fréquence de l'oscillateur que  The function of the nickel layer 43 is to strengthen the mirror and above all to adjust its mass of inertia, which defines the frequency of the oscillator that

forment ensemble le miroir 13 et les poutres 22.  together form the mirror 13 and the beams 22.

Pour assurer le balayage par le faisceau lumineux, on applique aux bornes 27 et 28 un signal électrique périodique dont la fréquence est égale à la fréquence propre de l'oscillateur que forment les poutres 22 et le miroir 13. Ce signal génère un échauffement des couches de chrome et, en conséquence, leur dilatation, ce qui provoque la flexion des poutres 22. Le refroidissement s'effectuant de manière très rapide dès que le courant est interrompu, il en résulte que l'oscillateur ainsi formé oscille à sa fréquence propre, avec une amplitude fonction du courant d'échauffement, et pouvant facilement atteindre  To ensure scanning by the light beam, a periodic electrical signal is applied to terminals 27 and 28 whose frequency is equal to the natural frequency of the oscillator formed by the beams 22 and the mirror 13. This signal generates heating of the layers of chromium and, consequently, their expansion, which causes the bending of the beams 22. The cooling taking place very quickly as soon as the current is interrupted, it follows that the oscillator thus formed oscillates at its natural frequency, with an amplitude which is a function of the heating current, and which can easily reach

30 .30 .

De la sorte, I'angle total parcouru par le miroir 13 est de 60 et, en conséquence, le rayon lumineux balaye un angle de 120 dans un plan perpendiculaire à la surface du miroir 13. Ceci est largement suffisant pour  In this way, the total angle traversed by the mirror 13 is 60 and, consequently, the light ray sweeps an angle of 120 in a plane perpendicular to the surface of the mirror 13. This is more than sufficient for

assurer la lecture d'un code à barres.  read a barcode.

9 27795479 2779547

Cet angle pourrait encore être augmenté, en accroissant l'intensité du courant d'impulsion. Des essais ont montré que l'amplitude de l'oscillation pouvait  This angle could be further increased, by increasing the intensity of the pulse current. Tests have shown that the amplitude of the oscillation can

atteindre 90 sans affecter les caractéristiques mécaniques des poutres.  reach 90 without affecting the mechanical characteristics of the beams.

La figure 4 est un diagramme montrant la sensibilité angulaire d'une structure telle que décrite, en fonction de l'épaisseur de la couche de chrome, pour  FIG. 4 is a diagram showing the angular sensitivity of a structure as described, as a function of the thickness of the chromium layer, for

différentes épaisseurs de la couche de dioxyde de silicium.  different thicknesses of the silicon dioxide layer.

Ainsi qu'on peut facilement se l'imaginer, la sensibilité angulaire est d'autant plus faible que l'épaisseur des poutres 22 est grande. Pour de très faibles  As one can easily imagine, the angular sensitivity is lower the greater the thickness of the beams 22. For very weak

épaisseurs de la couche de chrome, la sensibilité est également très faible.  thicknesses of the chromium layer, the sensitivity is also very low.

io Le diagramme de la figure 4 permet de voir que la sensibilité augmente jusqu'à une épaisseur de la couche de chrome égale à environ 45 % de l'épaisseur de la couche de dioxyde de silicium. Au-delà de cette valeur, la  The diagram in FIG. 4 shows that the sensitivity increases up to a thickness of the chromium layer equal to approximately 45% of the thickness of the silicon dioxide layer. Beyond this value, the

sensibilité décroît, à cause de l'augmentation de la raideur des poutres 22.  sensitivity decreases, due to the increase in the stiffness of the beams 22.

En conséquence, pour obtenir un maximum d'amplitude pour un minimum de consommation d'énergie, on dimensionnera les couches de dioxyde de  Consequently, to obtain a maximum amplitude for a minimum of energy consumption, the carbon dioxide layers will be sized.

silicium et de chrome dans un rapport de 2 à 1 environ.  silicon and chromium in a ratio of approximately 2 to 1.

A titre d'exemple, un dispositif selon l'invention, comportant un miroir de 500X300 Fm2, pour une épaisseur de substrat de 4.Lm et de poutres de 1.4 gm, oscille à une fréquence de 330 Hz et à une amplitude de 30 , pour une  For example, a device according to the invention, comprising a mirror of 500X300 Fm2, for a substrate thickness of 4.Lm and beams of 1.4 gm, oscillates at a frequency of 330 Hz and at an amplitude of 30, for a

consommation de 4mW.consumption of 4mW.

Le dispositif tel que décrit en référence au dessin comporte deux poutres.  The device as described with reference to the drawing comprises two beams.

Dans une variante non représentée, il serait également possible d'obtenir un résultat comparable au moyen d'une seule poutre. Celle-ci porte alors deux pistes de chrome, parallèles, reliées entre elles par la couche formant miroir  In a variant not shown, it would also be possible to obtain a comparable result by means of a single beam. This then carries two parallel chrome tracks, linked together by the mirror layer

et du côté support aux pistes 26 et 27.  and on the support side on tracks 26 and 27.

Dans cette configuration, le mouvement d'oscillation du miroir est toutefois  In this configuration, the oscillating movement of the mirror is however

moins bien maîtrisé.less well controlled.

Il serait également possible de prévoir une structure avec deux poutres et, sur chacune d'elles, deux pistes conductrices. Une telle solution permettrait  It would also be possible to provide a structure with two beams and, on each of them, two conductive tracks. Such a solution would

27795472779547

comme jusqu'ici de faire osciller le miroir dans un plan, mais également de modifier son orientation ou de générer des mouvements complexes. Il serait, de la sorte, possible de définir la surface balayée par le rayon lumineux en appliquant les signaux adéquats sur les pistes conductrices de chacune des poutres. nr l 2779547  as so far to oscillate the mirror in a plane, but also to change its orientation or generate complex movements. In this way, it would be possible to define the surface swept by the light ray by applying the appropriate signals to the conductive tracks of each of the beams. nr l 2779547

Claims (11)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de balayage par un faisceau lumineux, comportant un support (10) et, montés sur une face de celui-ci, une source de lumière (11) et un miroir mobile (13) disposé de manière à recevoir un faisceau de lumière provenant de ladite source (11), caractérisé en ce que ladite face est plane et en ce qu'il comporte en outre une structure (22) de type cantilever et bilame,  1. Device for scanning by a light beam, comprising a support (10) and, mounted on one face thereof, a light source (11) and a movable mirror (13) arranged so as to receive a light beam coming from said source (11), characterized in that said face is planar and in that it further comprises a structure (22) of cantilever and bimetal type, déformable élastiquement et assujettissant le miroir (13) au support (10).  elastically deformable and subjecting the mirror (13) to the support (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support 1o (10) est en silicium et ladite structure comporte au moins une poutre (22) formée d'une première couche (31) en un composé de silicium et venue de matière avec ledit support (10) et une deuxième couche (37) électriquement  2. Device according to claim 1, characterized in that the support 1o (10) is made of silicon and said structure comprises at least one beam (22) formed of a first layer (31) of a silicon compound and made of material with said support (10) and a second layer (37) electrically conductrice et recouvrant la première couche (31).  conductive and covering the first layer (31). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit faisceau est sensiblement parallèle au plan du support (10) et en ce que la poutre (22) est incurvée de façon à ce que le miroir (13) fasse un angle compris entre 30  3. Device according to claim 2, characterized in that said beam is substantially parallel to the plane of the support (10) and in that the beam (22) is curved so that the mirror (13) makes an angle between 30 et 150 degrés avec ladite face.and 150 degrees with said face. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (27, 28) pour relier ladite couche conductrice (37) à une source d'énergie électrique à même de générer un signal périodique qui a pour effet de la chauffer et ainsi la dilater de manière à faire  4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that it further comprises means (27, 28) for connecting said conductive layer (37) to a source of electrical energy capable of generating a periodic signal which has the effect of heating it and thus dilating it so as to make osciller ledit miroir (13).oscillate said mirror (13). 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la  5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the première couche (31) est en dioxyde de silicium et la deuxième couche (37)  first layer (31) is made of silicon dioxide and the second layer (37) en chrome.in chrome. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche (31) de dioxyde de silicium est sensiblement égale à deux fois  6. Device according to claim 5 characterized in that the thickness of the layer (31) of silicon dioxide is substantially equal to twice l'épaisseur de la couche de chrome (37).  the thickness of the chromium layer (37). 12 277954712 2779547 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que  7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that ladite structure comporte deux poutres (22) assujettissant le miroir (13) au  said structure comprises two beams (22) securing the mirror (13) to the support (10).support (10). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il  8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that it comporte, en outre, une lentille convergente (12) montée sur le support (10)  further comprises a converging lens (12) mounted on the support (10) et disposée pour focaliser ledit faisceau sur le miroir.  and arranged to focus said beam on the mirror. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il  9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that it comporte, en outre, un capteur photo-électrique (14) monté sur le support (10) et disposé pour recevoir la lumière renvoyée par un objet balayé par le 1o faisceau provenant de ladite source (12)  further comprises a photoelectric sensor (14) mounted on the support (10) and arranged to receive the light reflected by an object scanned by the 1st beam from said source (12) 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est agencé10. Device according to claim 9, characterized in that it is arranged pour permettre la lecture de codes à barres.  to allow reading of bar codes. 11. Procédé pour la fabrication d'un dispositif selon la revendication 3 à partir d'un support en silicium (10), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - oxydation des faces du support (31) avec génération d'une tension interne de compression, - dépôt de la couche électriquement conductrice (37) destinée à former une partie de ladite poutre (22), ainsi que de couches (43) destinées à former le miroir (13), et - attaque du support (10) pour enlever le silicium (30) sous la totalité de la surface du miroir (13) et sous la poutre (22) jusqu'à son point d'ancrage au support (10), de manière à former une creusure (45) et dégager la structure  11. Method for manufacturing a device according to claim 3 from a silicon support (10), characterized in that it comprises the following steps: - oxidation of the faces of the support (31) with generation of an internal compression tension, - deposition of the electrically conductive layer (37) intended to form a part of said beam (22), as well as layers (43) intended to form the mirror (13), and - etching of the support ( 10) to remove the silicon (30) under the entire surface of the mirror (13) and under the beam (22) up to its point of anchoring to the support (10), so as to form a recess (45) and clear the structure de type cantilever.cantilever type.
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