微镜装置及微镜装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种具有至少一个镜板的微镜装置，所述镜板通过一个或多个弹簧元件被悬挂在芯片框中以进行震动。在所述芯片框和所述一个或多个弹簧元件中设置有至少一个具有用于引导冷却剂的入口和出口的微镜，或者在所述芯片框，所述一个或多个弹簧元件以及所述至少一个镜板中设置有至少一个该微镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微镜装置及微镜装置的制造方法
本专利技术涉及根据独立权利要求的前序部分的微镜装置，以及制造这种微镜装置的方法。
技术介绍
微科技制造的光束偏转镜，也就是所谓的微机电系统(MEMS)扫描仪被广泛应用，比如激光投影仪、条形码扫描仪、显微镜、光学相干断层扫描(OCT)内窥镜、激光雷达(LIDAR)扫描仪、成像光谱仪等。举例来说，这种被设计为微执行器的光束偏转镜，包括设计为镜片的谐振腔体，该谐振腔体通过一个或多个弹簧元件悬挂在谐振扫描仪内的芯片框中。该芯片框可从一侧关闭，其中镜板和弹簧元件设置在腔中。然而，也可以用玻璃罩将该芯片框从两边封闭。这样的微镜装置或光束偏转镜通常具有非常低的惯性矩，因而可以允许此种小型化光束偏转镜达到非常高的扫描速度，比如100kHz。尽管驱动力有限，但其仍可以通过共振操作产生足够大的偏转角度。这种优势在显示技术中尤其有用。但是，至今有一些应用领域仍无法成功应用MEMS扫描仪或微执行器，反而更偏爱常规制造的检流计扫描仪。对于这一类检流计扫描仪，首先，其均为向量扫描应用，然而使用者必须在没有共振操作的情况下使用。并且，对于所有的应用领域来说，由于光束偏转系统必须要处理超过几个瓦特的激光功率，因而至今仍是应用常规的检流计扫描仪而非MEMS扫描仪。最后，迄今为止，在所有的应用领域，使用者只能依靠检流计扫描仪，其中被扫描激光束的直径在5mm之上。上述限制最终可以归结为一个原因：与可用于常规制造的宏观扫描仪的光束偏转系统相比，微科技制造的光束偏转系统的动力要小许多个数量级。这就不可避免地导致MEMS扫描仪的惯性矩必须要相应地更小，以达到可感知的偏转和这种光束偏转。因此，这对于镜片直径、镜片厚度和MEMS镜片的弹簧横截面都有严格限制。由此导致的MEMS扫描仪的低热容量，以及可以通过薄弹簧横截面耗散到外界的低热功率使得这些MEMS镜无法应用于激光材料加工中，因为通常会施加高达数千瓦特的激光功率。平坦的常规镜片上必须精心涂覆多层电介质膜，以达到尽可能大于99％的反射率，从而保证由吸收带来的镜片的热负荷尽可能低。这些层叠膜会产生高机械应力梯度，使镜板以非预期的方式变形。镜片越薄，变形越大。典型地，MEMS镜的镜片厚度与直径的比率为一比十，也就是说，如果要用上述方式涂覆一个直径为几毫米的镜片，那么镜片厚度就需要达到几十分之一毫米，然而，由此导致的增长的惯性矩所需要的驱动力在MEMS组件中无法实现。镜片装置包括腔内接收的光学元件、形成腔壁的基板、以及至少一个从DE102007034652A1中已知的透光罩。腔内有用于热耗散的介质，并且，腔壁是冷却的，比如内部散置有冷却通道，冷却气或冷却液在该冷却通道中被引导，从而可以带走光学元件表面的热量，即由射入光带来的热量。
技术实现思路
本专利技术的目的是，为镜片装置提供一种通过至少一个弹簧元件振荡地悬挂的镜板，从而改善镜板的热耗散，以实现相对大直径的有效镜板，保持低的动态和静态形变，达到大扫描量级，以及确保对于热量输入的高容忍度。根据本专利技术，上述目标可以通过结合独立权利要求的前序部分以及独立权利要求的特征实现，以及相应地通过从属方法权利要求的特征实现。从属权利要求中的具体方式可以获得更进一步的有益发展和改进。根据本专利技术，微镜装置具有至少一个镜板，所述镜板通过一个或多个弹簧元件振荡地悬挂在芯片框中，至少一个微通道设置于所述芯片框和所述一个或多个弹簧元件中，或者设置于所述芯片框、所述一个或多个弹簧元件以及所述至少一个镜板中，所述微通道设置有一个入口和一个出口，用于引入流动冷却剂如液体或气体，可以通过所述微通道中流通的冷却剂散热。因此，用气态或液态或多相的介质作为冷却剂，这种冷却剂可以在压降的助力下在通道中流通，从而在上述各部分之间的产生温度梯度，特别是在弹簧悬挂、镜板以及流通的之间，以对流地耗散热量。热量通过弹簧传递至周围的基板，从而实现了热量的横向耗散。举例来说，具有高热容量的压缩空气、氦气、水以及其他液体介质等，可以作为上述流动介质。为了实现用于高光功率的MEMS镜片，以及为了热耗散而保持低动态和静态形变也是可能的。其他领域的应用，例如激光材料加工和相对高功率的激光应用，都可以通过微科技的组件实现。因而，这给生产制造带来巨大优势，低廉的大批量生产也可应运而生。根据本专利技术，所述入口和所述出口设置于所述芯片框的同一侧，或者设置于芯片框的不同侧，不同设置方式会产生不同的结果。例如，可以实现只悬挂在一个所述弹簧元件上的镜板，其中，可以采用环状方式，优选地可以通过所述镜板，将所述通道引导回所述芯片框的相同侧。然而，也可以将所述镜板悬挂在两个相对的弹簧元件上，通过这种设置方式，所述微通道的入口会在所述芯片框的一侧，而其出口则在所述芯片框的另一侧。也可以以单轴或多轴的方式实现悬挂的镜板。在有利的实施例中，所述至少一个微通道的入口和出口可以朝向所述微通道的用于连接所述各口的部分的纵向方向，或者，在进一步的实施例中，所述入口和/或出口可以朝向与所述长度方向呈不可忽略角度的方向，所述不可忽略角度优选可为90度。这些实施的可能性可以改善设计的可能性，并且，冷却剂的供应和排放也可适应于外界条件。优选地，所述芯片框中，和/或所述一个或多个弹簧元件，和/或所述至少一个镜板中的所述至少一个微通道采用环状或分支状设计。在优选的实施例中，所述芯片框的上侧和/或下侧连接设置有腔的罩体，以将所述芯片框的至少一部分、所述一个或多个弹簧元件和所述至少一个镜板封装于腔中。由于封装优选的是晶片级的封装，是密封的，优选的密封是气密式密封，因而可以保护被设计为镜片的所述微执行器，防止其被污染。而且，通过这种方式，所述腔可以是真空或者填充有空气或诸如氦气的其他气体。一方面，由于真空封装，因而可以保证流动冷却剂不仅不渗透入所述腔或所述真空腔，而且仅会在所述微通道中流动。另一方面，通过所述真空封装，可以显著减少所述MEMS镜片的粘性摩擦，从而对于常用的静电设备、压电设备、电磁设备或者热机设备来说，尤其是在它们的共振操作中，实现非常有效的能量利用。在其他应用领域，用空气或例如氦气的其他气体填充封装的腔，有利于热耗散。所述入口和所述出口分别与供应导管和排放导管连接，以供应和排放所述介质流，其中，所述开口与所述导管被设置在所述封装外，也就是所述罩体外的芯片框上。正如前文所述，所述微镜装置是为偏转激光而设计的，其中所述镜板可以以单轴或多轴的方式悬挂。正是由于这种将镜片置于真空中的创造性设置，因而可以以相对大的偏转角度，操作超大且坚固的、直径大于5mm的镜片。优选地，可以在位于流入侧，也就是在入口的气密式密封的微通道上设置窄道，以通过所述冷却剂，优选是气体的膨胀进行额外的冷却。根据本专利技术，由所述芯片框、所述弹簧元件、以及至少一个镜板形成的所述微执行器，可以有各种各样的应用及设计。本专利技术提供一种制造前文所述的微镜设置的方法，通过该方法，根据所述微通道的几何线路优选是在其中应用各向异性等离子刻蚀，来构造硅晶片的表面。继而通过各向同性等离子刻蚀，在所述结构下方创建腔，并且淀积(沉淀)多晶硅层，以使所述结构在所述硅晶片的表面被封闭，并保留所述腔的一部分。之后，以上述方式，即刻蚀的方式处理过的硅晶片被构造在在具有所述一个或多个弹簧元件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有至少一个镜板(2)的微镜装置，所述镜板(2)通过一个或多个弹簧元件(3)振荡地悬挂在芯片框(4)中，其特征在于，至少一个微通道(5)，设置于所述芯片框(4)和所述一个或多个弹簧元件(3)中，或者设置于所述芯片框(4)、所述一个或多个弹簧元件(3)和所述至少一个镜板(2)中，所述微通道(5)设置有入口和出口(6，7)，并用于引入流动冷却剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.21 DE 102012005546.31.一种具有至少一个镜板(2)的微镜装置，所述镜板(2)通过一个或多个弹簧元件(3)振荡地悬挂在芯片框(4)中，其特征在于，至少一个气密式密封微通道(5)，设置于所述芯片框(4)和所述一个或多个弹簧元件(3)中，或者设置于所述芯片框(4)、所述一个或多个弹簧元件(3)和所述至少一个镜板(2)中，所述微通道(5)设置有入口(6)和出口(7)，并用于引入流动冷却剂。2.根据权利要求1所述的微镜装置，其特征在于，所述入口(6)和所述出口(7)设置于所述芯片框(4)的同一侧，或者，设置于所述芯片框(4)的不同侧。3.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述至少一个气密式密封微通道的所述入口(6)和/或所述出口(7)朝向所述微通道(5)的用于连接各口(6，7)的部分的纵向方向。4.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述至少一个气密式密封微通道的所述入口(6)和/或所述出口(7)与纵向方向呈90度的方向。5.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述芯片框(4)中，和/或所述一个或多个弹簧元件(3)中，和/或所述镜板(2)中的所述至少一个气密式密封微通道(5)采用环状或分支状设计。6.根据权利要求1所述的微镜装置，其特征在于，所述芯片框的上侧和/或下侧连接至设置有腔的罩体(8，9)，以这样的方式将所述芯片框(4)的至少一部分、所述一个或多个弹簧元件(3)和所述至少一个镜板(2)封装于腔(10)中。7.根据权利要求6所述的微镜装置，其特征在于，所述封装是气密式密封，并且，所述腔(10)是真空的或者填充有空气或其他气体。8.根据权利要求1或2所述的微镜装置，其特征在于，所述入口(6)与用于供应所述流动冷却剂的供应导管(11)连接，所述出口(7)与用于排放所述流动冷却剂的排放导管(12)连接。9.一种制造如权利要求1-8任一项所述的微镜装置的方法，其特征在于如下步骤：1)根...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希·霍夫曼，汉斯约阿希姆·昆策尔，约阿希姆·雅内斯，伯恩·詹森，
申请(专利权)人：弗兰霍菲尔运输应用研究公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE