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Technisches Gebiet
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Ausführungsformen der derzeitigen Veröffentlichung beziehen sich allgemein auf das Gebiet der Optoelektronik und ganz besonders auf MEMS-Abtastspiegel zur Sichtfeldbereitstellung.
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Hintergrund
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Eine der grundlegendsten Entwurfsgesichtspunkte bei der Konstruktion optoelektronischer Systeme, wie etwa Laserscannern, Projektoren und anderer Lasergeräte ist das zugelassene Sichtfeld (FOV) einer kontrollierten Ablenkung der Laserstrahlen, die durch im System eingebaute Abtastspiegel gewährleistet wird. Das FOV kann durch einen mechanischen Formfaktor (physische Abmessungen) des Systems beschränkt werden. Z.B. können in Mobilgeräte eingebaute Laserprojektoreinheiten strikte Größenbegrenzungen aufweisen, damit sie in die Mobilgeräte passen. Entsprechend können die Projektoreinheiten unter Berücksichtigung dieser strengen Größenbeschränkungen in Projektionsrichtung konstruiert werden, um den Einbau der entworfenen Einheit in Mobilgeräte zu ermöglichen. Andererseits kann es wegen der kurzen Distanzen der Projektoreinheiten, d.h. in Mobilgeräten, wünschenswert sein, Projektoreinheiten mit relativ großem FOV auszustatten. Eine Kombination aus einem kleinen Formfaktor und großen FOV-Anforderungen für ein Lasergerät kann für Konstrukteure eine Herausforderung darstellen. Eine der Lösungen zum Bau kleiner Lasergeräte mit Formfaktorbeschränkungen kann die Verwendung von Abtastspiegeln mit mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) sein, bei denen es sich um für bestimmte mechanische Formen geätzte Siliziumeinrichtungen handelt. Lasergeräte wie Projektoreinheiten mit MEMS-Abtastspiegeln können wegen der oben beschriebenen mechanischen Beschränkungen dennoch einen sehr begrenzten FOV aufweisen.
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US 2011/0 234 919 A1 ,
US 2009/0 141 244 A1 und
US 2004/0 046 941 A1 offenbaren jeweils einen Apparat zur Bereitstellung eines Sichtfelds für einen Abtastspiegel.
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Aus der
US 2012/0 008 185 A1 ist ein MEMS-Abtastspiegel mit einer Halterung bekannt, die einen Ausschnitt besitzt, um ein vergrößertes Sichtfeld des Abtastspiegels zu ermöglichen.
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Die
DE 60 2004 010 024 T2 offenbart einen Apparat zur Bereitstellung eines unverstellten Sichtfelds für einen Abtastspiegel mit mikro-elektromechanischem System, das eine opto-elektronische Anordnung mit verbundenem Lasergerät umfasst, wobei die Anordnung einen MEMS-Abtastspiegel mit Sichtfeld einschließt und der MEMS-Abtastspiegel folgendes umfasst: einen hauptsächlich ovalen oder kreisförmigen kleinstmaßstäblichen Abtastspiegel und eine asymmetrische kleinstmaßstäbliche lineare Rahmen-Tragekonstruktion, die so zur Aufnahme des Spiegels konfiguriert ist, dass sich der Spiegel um eine Sehnenachse des Spiegels drehen kann, wobei ein Teil des Spiegels einen ersten Quadranten eines grundsätzlich sphärischen dreidimensionalen Raums durchquert, während der andere Teil des Spiegels einen zweiten Quadranten des dreidimensionalen Raums durchquert, welcher dem ersten Quadranten diagonal gegenüber liegt und ein Zentrum des sphärischen dreidimensionalen Raumes im Wesentlichen dem geometrischen Zentrum des Kleinstmaßstababtastspiegels entspricht, wobei die asymmetrische kleinstmaßstäbliche lineare Rahmen-Tragestruktur proximal an weniger als einem ganzen Großkreis des sphärischen dreidimensionalen Raums angebracht wird, um die Verdeckung des Spiegels zu vermindern und das bereitgestellte Sichtfeld zu vergrößern.
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Die
EP 0 650 133 A2 offenbart ebenfalls einen optischen Apparat. Entsprechendes gilt für die
US 2010/0 014 142 A1 .
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Figurenliste
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Die veröffentlichten Ausführungsformen sind durch die folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammengehen mit den beigelegten Zeichnungen ohne weiteres verständlich. Zur Vereinfachung dieser Beschreibung bezeichnen ähnliche Bezeichnungsziffern ähnliche Strukturelemente. Die Ausführungsformen werden anhand von Beispielen und nicht durch Beschränkung auf die Figuren der beigelegten Zeichnungen illustriert.
- 1 stellt schematisch ein optoelektronisches Beispielgerät mit optoelektronischer Anordnung gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
- 2 stellt schematisch die Draufsicht eines beispielhaften Querschnitts eines MEMS-Abtastspiegels dar, der auch in einigen Beispielen der optoelektronischen Anordnung von 1 verbaut ist, aber nicht zur hierin beanspruchten Erfindung gehört.
- 3 stellt eine schematische Seitenansicht einiger Komponenten des MEMS-Abtastspiegels in 2 dar.
- 4 und 5 stellen schematische Perspektivansichten zweier beispielhafter MEMS-Abtastspiegel in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Erfindung dar.
- 6 stellt ein schematisches Diagramm einer beispielhaften optoelektonischen Anordnung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Ausführliche Beschreibung
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Ausführungsformen der derzeitigen Veröffentlichung umfassen Techniken und Konfigurationen für die Regelung des Sichtfeldes von MEMS Abtastspiegeln.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden, wobei ähnliche Ziffern stets ähnliche Teile bezeichnen und in denen durch Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen, bei denen die derzeitige Veröffentlichung ausgeführt werden kann, gezeigt werden. Beachten Sie, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der Veröffentlichung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher in keiner Weise einschränkend zu sehen, und der Umfang der Ausführungsformen wird durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert.
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Für die Zwecke der derzeitigen Veröffentlichung bedeutet der Satz „A und/oder B“ (A), (B) oder (A und B). Für die Zwecke der derzeitigen Veröffentlichung bedeutet der Satz „A, B, und/oder C“ (A), (B), (C), (A und B), (A und C), (B und C) oder (A, B und C).
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Die Beschreibung kann perspektivische Beschreibungen wie oben/unten, innen/außen. über/unter u.ä. verwenden. Derartige Beschreibungen dienen lediglich der Erleichterung der Diskussion und zielen nicht auf die Beschränkung der Anwendung der hier diskutierten Ausformung auf jedwede besondere Ausrichtung ab.
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Die Beschreibung kann die Sätze „in einer Ausführungsform“ oder „in Ausführungsformen“ benutzen, welche sich jeweils auf eine oder mehrere gleiche oder verschiedener Ausführungsformen beziehen. Weiterhin werden Bezeichnungen wie „bestehen“, „einschließen,“ „aufweisen“ usw., die im Hinblick auf Ausführungsformen der derzeitigen Veröffentlichung verwendet werden, synomyn gebraucht.
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Der Ausdruck „gekoppelt mit“ mit seinen Ableitungen kann dabei ebenfalls verwendet werden. „Gekoppelt“ kann eine oder mehrere der folgenden Bedeutungen haben. „Gekoppelt“ kann bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physischem, elektrischem oder optischem Kontakt stehen. „Gekoppelt“ kann jedoch auch bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente indirekt miteinander in Kontakt stehen, doch trotzdem noch zusammenwirken oder miteinander interagieren, und kann bedeuten, dass eines oder mehrere andere Elemente zwischen den Elementen, die als miteinander gekoppelt bezeichnet werden, gekoppelt oder miteinander verbunden sind. Der Begriff, „direkt gekoppelt“ kann bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente in direktem Kontakt stehen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Satz „ein erstes geformt, abgelegtes oder in anderer Weise auf einem zweiten Bauteil angeordnetes Bauteil“ bedeuten, dass das erste Bauteil über dem zweiten geformt, abgelegt oder angeordnet wird und wenigstens ein Teil des ersten Bauteils in direktem Kontakt (d.h. direktem physischen oder elektrischen Kontakt) oder indirektem Kontakt (d.h. mit einem oder mehreren Bauteilen zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil) mit wenigstens einem Teil des zweiten Bauteils steht.
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1 zeigt schematisch ein beispielhaftes optoelektronisches Gerät 100 mit MEMS-Abtastspiegeln, das ein gemäß einiger Ausführungsformen der derzeitigen Veröffentlichung bereitgestelltes Sichtfeld aufweist. In einigen Ausführungsformen kann, wie veranschaulicht, das Gerät 100 ein Lasergerät 104 umfassen, wie etwa einen Laserprojektor oder Laserscanner, die eine Vielzahl von Komponenten aufweisen. Diese Komponenten können einen Prozessor 106, gekoppelt mit einem Speicher 108, und andere Komponenten 110 umfassen, die zum Ermöglichen verschiedener Funktionen konfiguriert sind, die von einem optoelektronischen Gerät 100 erwartet werden. Z.B. kann der Prozessor 106 mit im Speicher 108 gespeicherten ausführbaren Anweisungen konfiguriert werden, um die Funktionen eines Laserprojektors, Laserscanners oder anderer Lasergeräte zu erfüllen. Die Komponenten des Geräts 100 können eine optoelektronische Anordnung 120 mit einschließen, die zur Bereitstellung eines Austrittsstrahls in einem erforderlichen Sichtfeld im Zusammenhang mit verschiedenen unten beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen können der Prozessor 106, der Speicher 108, andere Komponenten 110 und die optoelektronische Anordnung 120 auf dem gleichen Substrat angebracht werden. In anderen Ausführungsformen können der Prozessor 102, der Speicher 108, andere Komponenten 110 und die optoelektronische Anordnung 120 auf verschiedenen Substraten angebracht werden, die operativ miteinander gekoppelt sind. Allgemein kann die optoelektronische Anordnung 120 in dem Gerät 100 eingebaut oder in sonstiger Weise mit ihm verbunden werden.
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Die optoelektronische Anordnung 120 kann eine Lichtquelle 124 umfassen, die zur Erzeugung eines einfallenden Lichtstrahls 150, in einigen Ausführungsformen eines einfallenden Laserstrahls, konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen kann die Lichtquelle 124 in der Anordnung 120 angebracht werden, während in anderen Ausführungsformen die Lichtquelle außerhalb der Anordnung 120 angebracht werden kann. Die Lichtquelle 124 kann zur Ausrichtung des einfallenden Strahls 150 konfiguriert sein, so dass der Strahl 150 durch eine optische Linse 124 fällt und gemäß einigen Ausführungsformen durch einen MEMS-Abtastspiegel 132 empfangen und abgelenkt wird. Der MEMS-Abtastspiegel 132 kann ein verbessertes Sichtfeld bieten oder ein anderes Sichtfelderfordernis erfüllen, indem er Techniken der derzeitigen Veröffentlichung nutzt, die später mit Bezugnahme auf 2-5 eingehender beschrieben werden.
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In einigen Ausführungsformen kann der Spiegel des MEMS-Abtastspiegels 132 aus Silizium (Si) bestehen, obwohl in verschiedenen Ausführungsformen abweichende Materialien verwendet werden können, die jeweils benötigte Spiegelreflexionseigenschaften aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der einfallende Lichtstrahl 150 unter einem Winkel A 154 relativ zu einer Oberfläche de Abtastspiegels 132 in den MEMS-Abtastspiegel 132 eintreten, der meist um 45 Grad oder in einigen Ausführungsformen bis zu 70 Grad beträgt oder auch beliebig sein kann, wenn sich der MEMS-Abtastspiegel 132 wie gezeigt in Ruhestellung befindet. In anderen Ausführungsformen kann ein anderer passender Winkel A verwendet werden. Der MEMS-Abtastspiegel 132 kann in Ruhestellung den einfallenden Strahl 150 in einer Form von Ausgangsstrahl 156 reflektieren, der die optoelektronische Anordnung 120 wie gezeigt durch ein Austrittsfenster 140 verlassen kann.
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In einigen Ausführungsformen kann der MEMS-Abtastspiegel 132 um eine Sehnenachse 136 drehbar konfiguriert werden, in einigen auch teilweise drehbar, um den einfallenden Strahl 150 mit einem Abtastwinkel B 168 zu reflektieren, der einem gewünschten oder erforderlichen Blickwinkel (FOV) entspricht, der durch die Austrittsstahlen 160 und 164 definiert wird. Um einen geforderten FOV einzustellen, kann der MEMS-Abtastspiegel gemäß der im Folgenden beschriebenen Techniken und Konfigurationen eingestellt werden. In manchen Ausführungsformen kann die Sehnenachse 136 die zentrale Achse des MEMS-Abtastspiegels 132 bilden.
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In manchen Ausführungsformen kann die optoelektronische Anordnung 120 so konfiguriert werden, dass sie verschiedene konstruktive Erfordernisse an einen Formfaktor der optoelektronischen Anordnung befriedigt. Z.B. kann es erforderlich sein, dass eine Breite der optoelektronischen Anordnung 120 (d.h. ihre Abmessung parallel zur Richtung des Austrittsstrahls 156) sich zwischen 2 Millimeter (mm) und 5 mm bewegt.
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In einigen Ausführungsformen kann das hier beschriebene optoelektronische Gerät 100 zusätzliche Komponenten verschiedener Ausführungsformen umfassen. Z.B. können der Prozessor 106, der Speicher 108, und/oder andere Komponenten 110 sich in einigen Ausführungsformen mit einem prozessorbasierten System abstimmen, das ein Teil des optoelektronischen Gerätes 100 ist oder es enthält. Der Speicher 108 für eine Ausführungsform kann einen beliebigen geeigneten flüchtigen Speicher, z.B. einen geeigneten Dynamic Random Access Memory (DRAM) enthalten.
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Der Prozessor 106, der Speicher 108, weitere Komponenten 110 und die optoelektronische Anordnung 120 können mit einer oder mehreren Schnittstellen (nicht dargestellt) gekoppelt werden, die zur Erleichterung des Informationsaustauschs zwischen den obengenannten Komponenten konfiguriert sind. Kommunikationsschnittstelle(n) (nicht dargestellt) können eine Schnittstelle für das Gerät 100 bereitstellen, um über ein oder mehrere Kabelnetzwerk(e) oder kabellose(s) Netzwerk(e) und/oder mit jedem anderen geeigneten Gerät zu kommunizieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gerät 100, dass die optoelektronische Anordnung 120 enthält, ohne Beschränkung auf die folgenden Möglichkeiten u.a. ein Server, eine Workstation, ein Desktopcomputer oder ein Mobilcomputer (d.h. Laptopcomputer, Handcomputer, Handset, Tablet, Smartphone, Netbook, Ultrabook etc.) sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gerät 100 über mehr oder weniger Komponenten und/oder verschiedene Architekturen verfügen. Z.B. kann das Gerät 100 in einigen Ausführungsformen eine Kamera, eine Tastatur, eine Anzeige wie ein Flüssigkristall-(LCD)-Bildschirm (eingeschlossen Touchscreen-Anzeigen), einen Touchscreen-Controller, einen nicht-flüchtigen Speicherausgang, eine oder mehrere Antennen, Graphikprozessoren, ASIC, Lautsprecher, eine Batterie, einen Audiocodec, einen Videocodec, einen Endstufenvestärker, ein GPS-Gerät, einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop oder Ähnliches umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gerät 100 über mehr oder weniger Komponenten und/oder verschiedene Architekturen verfügen. In verschiedenen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Techniken und Konfigurationen in einer Vielfalt von Systemen verwendet werden, die von den hier beschriebenen Prinzipien profitieren, etwa optoelektronische oder MEMS-Geräte und Systeme u.ä.
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2 zeigt schematisch eine beispielhafte Draufsicht eines Querschnitts einiger Teile der optoelektronischen Anordnung 120, namentlich eine MEMS-Abtastspiegelanordnung 200, die in einigen Ausführungsformen als Abtastspiegel 132 verwendet werden kann, aber nicht zur hierin beanspruchten Erfindung gehört. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht 300 einiger Komponenten der MEMS-Abtastspiegelvorrichtung 200 aus 2. Mit Bezug auf die 2 und 3 kann die MEMS Abtastspiegelanordnung 200 (300) sich mit verschiedenen in Verbindung mit der optoelektronischen Anordnung 120 beschriebenen Beispielen von 1 abstimmen, oder umgekehrt.
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In Bezug auf 2 kann die Anordnung 200 einen Kleinstmaßstababtastspiegel 220 und eine asymmetrische Kleinstmaßstabtragstruktur 224 mit einschließen, die dazu konfiguriert ist, den Abtastspiegel 220 so aufzunehmen, dass ein unverdecktes Sichtfeld für einen einfallenden Strahl 228 entsteht, der durch den Abtastspiegel 220 reflektiert wird, sobald er wie oben beschrieben gedreht wird, und durch die Austrittsstrahlen 234 (oder bei anderen Drehwinkeln 246 und 248) und 232 definiert wird. Wie gezeigt kann die Tragstruktur 224 in einigen einen unverdeckten Verlauf der Austrittstrahlen 232, 234 ermöglichen und damit ein verbessertes Sichtfeld des MEMS Abtastspiegels 200 ermöglichen. In einem Beispiel kann die asymmetrische Kleinstmaßstabtragstruktur 224 im wesentlichen linear sein und eine „]“ oder „[“-artige Form aufweisen, wie in 3 gezeigt. Die asymmetrische Kleinstmaßstabtragstruktur 224 kann weiterhin so konfiguriert werden, dass der Spiegel 220 die Möglichkeit erhält, um seine Sehnenachse 222 zu rotieren, wenigstens in die durch Ziffer 250 angezeigte Richtung.
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Z.B. kann eine volle Drehung (360 Grad) des Abtastspiegels einen hauptsächlich kugelförmigen dreidimensionalen (3D) Raum definieren. Der 3D-Raum kann durch vier Quadranten definiert werden, wobei eine Ebene des Spiegels 220 in Ruheposition den 3D-Raum in zwei Hälften zu zwei Quadranten teilt, und eine senkrecht zur Ebene des Abtastspiegels stehende Ebene den 3D-Raum in zwei weitere Hälften zu zwei Quadranten teilt. Ein Zentrum des sphärischen 3D-Raums kann ungefähr einem geometrischen Zentrum des Spiegels 220 entsprechen. Bei der Drehung, d.h. wie in Nummer 250 angezeigt, durchquert ein Teil des Spiegels 220 einen ersten Quadranten des 3D-Raums, während der andere Zeil des Abtastspiegels einen zweiten Quadranten des 3D-Raums durchqueren kann, der dem ersten Quadranten des 3D-Raums diagonal gegenüberliegt. In einigen Beispielen kann die asymmetrische Kleinstmaßstab-Tragstruktur 224 proximal auf weniger als der Gesamtheit, d.h. der Hälfte, eines Großkreises des sphärischen 3D-Raums nach der obenstehenden Definition angeordnet werden, um vor und zurück oszillieren zu können.
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Wie gezeigt, kann der Spiegel 220 wenigstens von seiner durch Ziffer 220 bezeichneten Ruhestellung bis zu einer durch Ziffer 240 bezeichneten Position drehbar sein, um einen Abtastwinkel zu ermöglichen, der ein erforderliches Sichtfeld für die Austrittsstrahlen 232, 234, 246 und 248 ermöglicht. In einigen Beispielen kann der Spiegel 220 so konfiguriert werden, dass er in der Richtung gedreht werden kann, die der bei Ziffer 250 angegebenen Richtung entgegengesetzt ist. Die Austrittsstrahlen 246 und 248 geben verschiedene Richtungen der Austrittsstrahlen an, während der Abtastspiegel von seiner Ruhestellung zu seiner durch Ziffer 240 angegebenen ersten Stellung in die bei Ziffer 250 angegebene Richtung gedreht wird. Wie gezeigt, kann der Weg für die Strahlen 234, 246 und 248 während der Drehung des Abtastspiegels 220 unverdeckt sein. Im Gegensatz dazu kann der Pfad für die abgelenkten Strahlen 234, 246 und 248 bei einer herkömmlichen, symmetrischen Tragstruktur durch einen Teil der Struktur 236 verdeckt sein (durch gepunktete Linie angedeutet), die in den hier beschriebenen Beispielen fehlen kann.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht 300 der MEMS-Abtastspiegelanordnung 200 aus 2 . Die MEMS-Abtastspiegelanordnung 300 kann eine im wesentlichen asymmetrische lineare Tragstruktur 320 mit einschließen, die zum Einbau eines Kleinstmaßstabspiegels 340 konfiguriert ist. In einigen Verkörperungen kann die lineare Tragstruktur 320 als im wesentlichen rahmenförmige Struktur konfiguriert werden, z.B. in Form eines „]“ oder „[,“ wie oben beschrieben. Z.B. kann die lineare Tragstruktur 320 einen ersten Arm 322, einen zweiten Arm 324, und eine längsverlaufende Segment 326 Kupplung (d.h. Verbindung) des ersten und zweiten Arms 322 und 324 umfassen. Die Arme 322 und 324 können, gekoppelt mit dem längsverlaufenden Segment 326, einen Raum (d.h. Hohlraum) definieren, um den Spiegel 340 aufzunehmen.
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Der Spiegel 340 kann um seine Sehnenachse drehbar sein, wie bei Ziffer 380 gezeigt. Die Sehnenachse kann in manchen Beispielen einer Mittelachse des Abtastspiegels 340 entsprechen und zwei längsverlaufende Segmente 360 und 362 umfassen, die sich jeweils von ersten und vom zweiten Arm 322 und 324 (d.h. an Punkten 342 und 344, die im wesentlichen zu den Enden des ersten und zweiten Arms 322 und 324 hin liegen) zum Spiegel 340 am ersten Endpunkt und einem zweiten Endpunkt der Sehnenachse des Spiegels 340 zu befestigen. In einigen Beispielen kann die asymmetrische lineare Tragstruktur 320 mehrere verschiedene Formen aufweisen (nicht gezeigt), wie etwa halboval, halbkreisförmig o.ä. In allen beschriebenen Beispielen kann die asymmetrische lineare Tragstruktur 320 so konfiguriert werden, dass sie ein unverstelltes Sichtfeld für einen einfallenden und vom Abtastspiegel 340 abgelenkten Strahl bildet, während sie wie bei Ziffer 380 gezeigt und in Bezug auf 2 beschrieben rotiert.
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Ein Teil der optoelektronischen Anordnung 120 mit der Abtastspiegelanordnung 300 kann auf verschiedene andere Weisen umgesetzt werden, um den drehbaren Spiegel zu stützen, der oben mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben wurde, und gleichzeitig ein erforderliches FOV für den Lichtstrahl (d.h. Laser) zu sichern, der durch den Abtastspiegel reflektiert wird. 4 und 5 zeigen schematische perspektivische Ansichten zweier beispielhafter MEMS-Abtastspiegelanordnungen 400 und 500 gemäß mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Gemäß einiger Ausführungsformen können Komponenten der Anordnungen 400 und 500 mit Ausführungsformen zusammenwirken, die in Verbindung mit den Komponenten der Abtastspiegelanodnung 200 (300) der 2-3 beschrieben wurden, und umgekehrt. Die Anordnungen 400 und 500 der 4 und 5 können außerdem Komponenten beinhalten, die nicht in den 2 und 3 abgebildet sind.
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Die Abtastspiegelanordnung 400 in 4 beinhalten einen Spiegel 402 mit grundsätzlich ovaler oder kreisförmiger Form, der so konfiguriert ist, dass er um eine Sehnenachse 404 drehbar ist, sowie eine asymmetrische Kleinstmaßstabtragstruktur 406, die zur Beinhaltung des Abtastspiegels 402 eingerichtet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Sehnenachse 404 die Mittelachse des Spiegels 402 bilden. In einigen Ausführungsformen kann der Spiegel 402 so konfiguriert werden, dass er mehr als einen Freiheitsgrad besitzt, z.B. kann der Spiegel so konfiguriert werden, dass er drehbar ist und zwei einfallende Strahlen in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen, d.h. Vertikalebene (unter Nutzung der Sehnenachse 404) und Horizontalebene (nicht dargestellt) abtastet. Die asymmetrische Kleinstmaßstabtragstruktur 406 kann ein Mehrlagensubstrat mit mindestens zwei Lagen mit einschließen, wie in 4 gezeigt. Die Lagen können einen Silizium-auf-Isolator (SOI)-Wafer jeder bekannten Art umfassen, d.h. doppelt, dreifach usw. Z.B. kann die asymmetrische Mehrlagensubstrattragstruktur 406 eine oberste Lage (Substrat) 408 und eine unterste Lage (Substrat) 414 umfassen, die direkt oder durch eine oder mehrere Zwischenlagen miteinander verbunden sind, z.B. durch einen Rahmen 410. Die untere Lage 414 kann als Stütze für die Mehrlagentragstruktur 406 verwendet werden. Der Spiegel 402 mit der Sehnenachse 404 kann in das Mehrlagensubstrat 406 eingebaut/eingebettet werden, so dass er mit der obersten Lage 408 im wesentlichen bündig ist. Die Mehrlagensubstrattragstruktur 406 kann so konfiguriert werden, dass sie den Spiegel 402 in einer Weise aufnimmt, der es dem Spiegel 402 erlaubt, um die Sehnenachse 404 zu rotieren, um einen einfallenden Strahl zu reflektieren, der z.B. durch eine Lichtquelle 124 geliefert werden kann.
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Um diese Funktion zu ermöglichen, weist die Mehrlagensubstrattragstruktur 406 einen Ausschnitt 418 auf der höheren Ebene auf, der so bemessen ist, dass der Spiegel 402 dadurch befähigt wird, ein verbessertes / vergrößertes FOV für den abgelenkten Strahl und eine erforderliche Drehfreiheit wie bei Ziffer 440 beschrieben zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrlagensubstratstruktur den Ausschnitt 418 auf mindestens einer Seite der Struktur 406 aufweisen, wie bei 4 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann sich der Ausschnitt auf beide Seiten der Struktur 406 erstrecken, d.h. wenn ein einfallender Strahl auf einen Winkel von 70 Grad oder mehr gerichtet wird. Der Ausschnitt 418 kann wenigstens teilweise durch eine Öffnung in der obersten Lage 408 und den dazwischenliegenden Lagen, sofern vorhanden, definiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Ausschnitt 418 eine hauptsächlich trapezoide Form aufweisen, wie in 4 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann der Ausschnitt 418 jedoch in anderen Formen konfiguriert werden, um einen unverstellten Pfad für einen Lichtstrahl (d.h. Laser) bereitzustellen, der durch den Abtastspiegel 402 bei der Drehung abgelenkt wird. Z.B. kann der Ausschnitt 418 eine im wesentlichen rechteckige Form aufweisen.
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In einer Ruhestellung kann der Spiegel 402, wie zuvor beschrieben, im wesentlichen bündig mit einer Oberflächenebene einer obersten Lage 408 der Mehrlagensubstratstruktur 406 eingebaut werden. Wenn der Spiegel 402 aus seiner Ruhestellung im Uhrzeigersinn rotiert, kann sich ein oberer (rechter) Teil 420 des Spiegels 402 wie bei Ziffer 430 angegeben unter die Ebene der oberen Lage 408 bewegen, während ein anderer, unterer (linker) Teil 422 des Spiegels 402 sich wie bei Ziffer 432 gezeigt über die Ebene der oberen Lage 408 bewegen kann. Ein einfallender Lichtstrahl (nicht gezeigt), der unter einem Winkel von etwa 45 Grad auf den Spiegel gerichtet ist, wie mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben, kann durch den Spiegel 402 abgelenkt werden und aus der optoelektronischen Anordnung 120 über einen unverstellten Austrittsweg austreten, der durch ein Lichtleitfeld ermöglicht wird, das durch den Ausschnitt 418 definiert wird.
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5 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel einer MEMS Abtastspiegelanordnung 500 gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ähnlich wie in der Ausführungsform, die mit Bezug zu 4 beschrieben wurde, weist die Abtastspiegelanordnung 500 einen Kleinstmaßstabspiegel 502 mit hauptsächlich ovaler oder kreisförmiger Form auf, der so konfiguriert ist, dass er um die Sehnenachse 504 und eine Tragstruktur 506 rotieren kann. In einigen Ausführungsformen kann die Sehnenachse 504 eine Mittelachse des Spiegels 502 sein. Die Tragstruktur 506 kann eine Tragstruktur umfassen, wie sie in 5 gezeigt wird. In einigen Ausführungsformen kann die Tragstruktur eine Mehrlagentragstruktur sein. Die Tragstruktur 506 umfasst mindestens eine oberste Lage (Substrat) 508, die hauptsächlich durch einen Rahmen 510 definiert werden kann. In einigen Ausführungsformen kann eine unterste Lage (Substrat) (nicht gezeigt) als Stütze für die Tragstruktur 506 verwendet werden. Der Spiegel 502 mit der Sehnenachse 504 kann wie gezeigt auf der oberen Lage 508 angebracht werden. Die Tragstruktur 506 kann so konfiguriert werden, dass sie den Spiegel 502 in einer Weise beherbergt, die es ihm gestattet, um die Sehnenachse 504 des Spiegels 502 zu rotieren, um einen einfallenden Strahl zu reflektieren, der z.B. durch eine Lichtquelle 124 geliefert werden kann.
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Um diese Funktion bieten zu können, weist die Tragstruktur 506 einen Ausschnitt 518 auf, der so bemessen sein kann, das er den Spiegel 502 mit einem erforderlichen FOV für den abgelenkten Strahl und einer erforderlichen Drehfreiheit wie bei Ziffer 540 angegeben versieht. In einigen Ausführungsformen kann die Struktur einen Ausschnitt 518 auf einer Seite der Struktur 506 aufweisen, wie in 5 gezeigt. Der Ausschnitt 518 kann wenigstens teilweise durch eine Öffnung in der oberen Lage 508 sowie dazwischenliegenden Lagen, so vorhanden, definiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Ausschnitt 518 eine grundsätzlich trapezoide Form aufweisen, wie in 5 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann der Ausschnitt 518 jedoch auch in anderen Formen konfiguriert sein, um einen unverstellten Pfad für einen Lichtstrahl (d.h. Laser) zu bieten, der durch den Abtastspiegel 502 bei der Drehung abgelenkt wird. Z.B. kann der Ausschnitt 518 eine im wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Um die oben genannte Funktion bieten zu können, kann der Abtastspiegel 502 so in der oberen Lage 508 eingebaut werden, dass die Sehnenachse 504 von einer Mittelachse 544 der Tragstruktur 506 um eine Länge versetzt sein kann, die durch Ziffer 560 angegeben ist. Die Konfiguration des Versatzes des Abtastspiegels 502 von der Mittelachse 544 gestattet es dem Ausschnitt 518, ein ausreichendes unverstelltes Sichtfeld für einen einfallenden Lichtstrahl, der durch den Spiegel 502 bei der Drehung um die Mittelachse 544 abgelenkt wird, zu bieten, und gleichzeitig eine ausreichend starke Tragstruktur 506 für den Spiegel 502 darzustellen.
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In Ruhestellung kann der Abtastspiegel 502 im wesentlichen bündig mit der Oberflächenebene einer oberen Lage 508 der Tragstruktur 506 eingebaut werden. Wenn der Spiegel 502 aus seiner Ruhestellung im Uhrzeigersinn rotiert, kann sich ein oberer (rechter) Teil 520 des Spiegels 502 wie bei Ziffer 530 angegeben unter die Ebene der oberen Lage 508 bewegen, während ein anderer, unterer (linker) Teil 522 des Spiegels 502 sich wie bei Ziffer 532 gezeigt über die Ebene der oberen Lage 508 bewegen kann. Ein einfallender Strahl (nicht gezeigt), der in einem Winkel auf den Abtastspiegel 502 gerichtet ist, der um 45 Grad relativ zur Oberfläche des Abtastspiegels 502 wie in Bezug auf 1 und 2 beschrieben, kann durch den Abtastspiegel 502 abgelenkt werden und die optoelektronische Anordnung 120 über einen unverstellten Pfad verlassen, der durch ein Lichtleitfeld bereitgestellt wird, das durch den Ausschnitt 518 definiert wird.
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6 zeigt schematisch ein Diagramm einer beispielhaften optoelekronischen Anordnung 600 gemäß einiger Ausführungsformen. Die beispielhafte optoelektronische Anordnung 600 verwendet verschiedene Merkmale, die weiter unten ausführlicher beschrieben werden, die eine herkömmliche, symmetrische MEMS Abtastspiegelanordnung ermöglichen, die bereits mit Bezug auf 2 kurz beschrieben wurde, um das beschriebene Sichtfeldproblem zu lösen. Die beispielhafte optoelektronische Anordnung 600 kann dennoch die asymmetrische MEMS Abtastspiegelanordnung verwenden, die mit Bezug auf die 2-5 beschrieben wurde. 6 zeigt eine Querschnittansicht eines Spiegels 602, der von einer Tragstruktur 606 getragen wird. In einigen Ausführungsformen kann die Tragstruktur eine herkömmliche symmetrische Struktur sein, d.h. zur Aufnahme des Spiegels 602 in einem durch einen Vollrahmen 606 definierten Hohlraum. Die Beispielanordnung 600 umfasst außerdem einen polarisierenden Strahlteiler 610, der dazu konfiguriert ist, einen einfallenden Strahl 620 zu teilen und wenigstens einen Teil des einfallenden Strahls 620 in einen reflektierten Strahl 620 zu polarisieren, der vom Abtastspiegel 602 aufgefangen und abgelenkt wird.
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Beachten Sie, dass im Gegensatz zu den Beispielen bzw. Ausführungsformen, die mit Bezug auf 1-5 beschrieben wurden, in einer Ausführungsform der Anordnung 600 mit einer symmetrischen Abtastspiegelvorrichtung 602-606, der einfallende Strahl 620 relativ zu einer Ebene des Abtastspiegels 602 im wesentlichen parallel sein kann, während der Strahl 624 wenigstens teilweise durch den Strahlteiler 610 so reflektiert werden kann, dass er in einem relativ zur Ebene des Abtastspiegels 602 grundsätzlich direkten Winkel auf den Abtastspiegel gerichtet wird. Ähnlich wie in den Beispielen bzw. Ausführungsformen, die mit Bezug auf die 1-5 beschrieben wurden, ist der Abtastspiegel 602 so konfiguriert, dass er sich um seine Sehnenachse (in einigen Ausführungsformen Mittelachse) 604 drehen kann.
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Die Anordnung 600 schließt eine Phasenverzögerungsplatte 614 mit ein, die so konfiguriert ist, dass sie die Polarisation des reflektierten Strahls 624 drehen und die Polarisation des Austrittsstrahls 628 (630), der vom Abtastspiegel 602 abgelenkt wurde, weiter drehen kann, damit der polarisierende Strahlteiler 610 in der Lage ist, den Strahl 628 (630) zu übertragen, der vom Abtastspiegel 602 reflektiert wurde, nachdem der Strahl die Verzögerungsplatte 614 passiert hat. Z.B. kann die Phasenverzögerungsplatte 614 so konfiguriert werden, dass sie die Polarisation des reflektierten Strahls 624 um etwa 45 Grad dreht, und die Polarisation des Austrittsstrahls 628 (630) um etwa 45 Grad dreht. Entsprechend kann die sich ergebende Polarisation des Austrittsstrahls 628 (630) relativ zum reflektierten Strahl 624 (vor Polarisationsrotation durch die Phasenverzögerungsplatte) etwa 90 Grad betragen, und diese Polarisation kann dem Austrittstrahl 628 (630) mit gedrehter Polarisation die Passage durch den Polarisationsstrahlteiler 610 und den Austritt, d.h. durch ein Austrittsfenster (nicht dargestellt) der optoelektronischen Anordnung, 600 gestatten.
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Entsprechend kann die Anordnung 600 flache mechanische Bedingungen bieten, bei der die Lichtquelle (d.h. Laserquelle 124), die das einfallende Licht 620 liefert, den polarisierenden Strahlteiler 610, und die Verzögerungsplatte 614 in kleinem Abstand vom Abtastspiegel 604 eingebaut werden können, so dass ein erforderlicher Formfaktor bereitgestellt werden kann (d.h. geringe Breite der optoelektronischen Anordnung 600). Die beschriebene Konfiguration ermöglicht weiterhin einen steilen Strahleinfallswinkel (d.h. im wesentlichen direkter Winkel relativ zur Ebene des Abtastspiegels), der ein unverstelltes Lichtleitfeld für den abgelenkten Strahl 628 (630) bietet, der den polarisierten Strahlteiler 610 passiert.
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In einigen Ausführungsformen kann eine asymmetrische Abtastspiegelvorrichtung mit der Vorrichtung 600 verwendet werden, die der oben in Verbindung mit 2-5 beschriebenen ähnelt. Z.B. kann eine asymmetrische Abtastspiegelanordnung 602-606 in einem Winkel zwischen 0 und 45 Grad relativ zum einfallenden Strahl 620 in der Anordnung 600 eingebaut werden. Der polarisierende Strahlteiler 610 kann konfiguriert werden, um den reflektierten Strahl 624 unter einem geringen Einfallswinkel in den Abtastspiegel 602 zu lenken, d.h. einem Winkel zwischen 0 und 45 Grad relativ zur Oberfläche des Abtastspiegels 602, sofern der Spiegel 602 in Ruhestellung ist. Zu diesem Zweck kann der polarisierende Strahlteiler 610 im wesentlichen rechteckig konfiguriert werden. Unter Verwendung eines teilweisen Ausschnitts in einer der Seiten der Tragstruktur 606, ähnlich wie der in Bezug auf 4-5 beschriebenen, kann der Abtastwinkel für den Austrittsstrahl 628 (630) vergrößert werden, so dass ein erforderliches Sichtfeld für den Austrittsstrahl 628 (630) erzielt wird.
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Verschiedene Vorgänge werden in einer Weise als mehrere eigenständige Vorgänge beschrieben, die zum Verständnis des beanspruchten Gegenstands am hilfreichsten ist. Die Reihenfolge der Beschreibung sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass diese Vorgänge notwendigerweise von in dieser Reihenfolge abhängen. Ausführungsformen der derzeitigen Veröffentlichung können unter Verwendung jeder geeigneten Software / Hardware in gewünschter Konfiguration in ein System implementiert werden.
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Obwohl mehrere Ausführungsformen hier zum Zweck der Beschreibung dargestellt und beschrieben wurden, können die hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen durch eine große Vielzahl alternativer und/oder entsprechender Ausführungsformen und Anwendungen ersetzt werden, ohne vom Geltungsbereich der derzeitigen Veröffentlichung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Varianten der hier besprochenen Ausführungsformen abdecken. Deshalb wird ausdrücklich hervorgehoben, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente eingegrenzt ist.
