DE69632611T2

DE69632611T2 - Mikroabtastelemente für optisches System

Info

Publication number: DE69632611T2
Application number: DE69632611T
Authority: DE
Inventors: Serge Valette; Yves Fouillet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: US5818623A; FR2737019B1; EP0754959A1; EP0754959B1; FR2737019A1; JPH0933828A; DE69632611D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Mikroabtastelemente für optische Systeme, insbesondere die ausrichtbaren Mikrospiegel für optomechanische Systeme und ihre Herstellungsverfahren.
Solche Bauteile finden Anwendung in miniaturisierten optischen Systemen, für die es inzwischen einen Bedarf für zahlreiche Anwendungen gibt, speziell auf dem Kraftfahrzeugsektor, der Medizin oder auf dem Gebiet der industriellen Kontrolle. Eines der Schlüsselelemente dieser Mikrosysteme ist das Lichtstrahlen-Abtastelement, dessen Herstellung besonders schwierig ist, wenn die angestrebten Ablenkungswinkel einige Grad überschreiten.
Stand der Technik
Eine erste bekannte Vorrichtung wird beschrieben in einem Artikel von M. A. Mignardi mit dem Titel "Digital micromirror array for projection TV", erschienen in Solid State Technology, Seiten 63–68, Juli 1994. Diese Vorrichtung ist in der 1 schematisch dargestellt und umfasst einen Mikrospiegel 2, der eine reflektierende obere Oberfläche aufweist und der auch die Rolle der oberen Elektrode spielt in Bezug auf die beiden unteren Elektroden 6, 8, abgeschieden auf einem Substrat 10. Indem man die zwischen den verschiedenen Elektroden angelegten Spannungen variiert, ist es möglich, den Spiegel 2 eine Ablenkungsbewegung um einen Torsionsträger 4 herum ausführen zu lassen. Dies führt zur Ablenkung eines einfallenden Strahls 7 um einen zwischen +10° und –10° enthaltenen Winkel α. Bei diesem Vorrichtungstyp führen die technischen Realisierungszwänge und die Notwendigkeit, den bestmöglichen Kompromiss zwischen den Steuerspannungen der Elektroden und einem hohen Wert des Ablenkungswinkels zu finden, zur Ausarbeitung komplexerer Systeme wie zum Beispiel beschrieben in dem Artikel von T. Usuda mit dem Titel "Mechanical sensors: a novel silicon torsional resonator with two degrees of freedom", erschienen in The 7th Int. Conf. on Solid State Sensors and actuators, Seiten 10 und 11, Juni 1993. Tatsächlich ist in dem Schema der 1 ein kleinstmöglicher Elektroden- Zwischenabstand e nötig, um die Steuerspannungen zu minimieren, was einer großen Ablenkungsausschlagsweite entgegensteht. Die komplexeren existierenden Schemata versuchen also, durch verschiedene "Kniffe" (geometrische Form, doppelte Torsionsachse, ...) die Steuerzone und die Ablenkzone der Spiegel zu trennen. Allen Vorrichtungen ist gemeinsam, dass sie nach denselben Prinzipien funktionieren: sie reflektieren den Strahl in Richtung des Halbraums, von wo der einfallende Strahl kommt.
Eine andere Vorrichtung wird beschrieben in dem Artikel von H. Goto mit dem Titel "High performance microphotonic devices with microactuator", erschienen in SPIE, Miniature and Micro-Optics and Micromechanics, Seiten 32 bis 39, 1993. In diesem Fall ist eine Spiegelstruktur von gut berechneter geometrischer Form auf ein piezoelektrisches Element geklebt. Die unidirektionale Vibration der Keramik regt Eigenmoden des durch den Spiegel gebildeten Resonators und versetzt ihn in eine bidirektionale Resonanzschwingung, wenn die Steuerfrequenzen des piezoelektrischen Elements den Frequenzen des Resonators entsprechen. Dieses System ist interessant, denn es ermöglicht ein Abtasten mit zwei Freiheitsgraden, greift aber nicht wirklich auf die Mikrotechnologien zurück und ist nicht geeignet für eine Kollektivfertigung.
Der Artikel "Micromechanical Light Deflector Array" (IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 20, Nr. 1, Juni 1977) beschreibt ein Mikroabtastelement für ein optisches System.
Die Patentanmeldung EP-A-0 614101 beschreibt eine optische Ablenkvorrichtung.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung hat zunächst die Aufgabe, einen neuen Typ Mikroabtastelemente für ein optisches System vorzuschlagen, der sich zur Kollektivfertigung eignet.
Noch genauer hat die Erfindung ein Mikroabtastelement für ein optisches System zum Gegenstand, das umfasst:

– ein Substrat,
– eine Membran aus einem dielektrischen Material, abgeschieden auf einer Oberfläche des Substrats, wobei die Membran zwei Ebenen definiert, die zwischen sich einen Nichtnullwinkel α bilden, ein Teil der Membran eine reflektierende Zone aufweist und in wenigstens einer ersten Richtung abgelenkt werden kann, über einem in dem Substrat vorgesehenen Hohlraum,
– Einrichtungen, um den genannten Teil der Membran in wenigstens der ersten Richtung abzulenken,

Dieses Element ist völlig kompatibel mit den auf dem Gebiet der Mikroelektronik bekannten Kollektivfertigungstechniken.
Außerdem kann der über dem Hohlraum befindliche Teil der Membran in wenigstens eine zweite Richtung über dem Hohlraum abgelenkt werden.
Die Ausschlagsweite in einer der Ablenkungsrichtungen kann dann größer sein als die Ausschlagsweite in der anderen Ablenkungsrichtungen.
Der Teil der Membran, der abgelenkt werden kann, kann durch einen Mikroträger mit einem festen Teil gebildet werden, der die eine Ablenkung bewirkenden Einrichtungen trägt.
Der feste Teil kann dann eine zu dem Mikroträger parallele Symmetrieachse aufweisen. Letzterer kann in Bezug auf diese Achse versetzt sein. Der bewegliche Teil der Membran kann seitlich versetzt sein in Bezug auf die Symmetrieachse des festen Teils. Zudem können die Einrichtungen, welche die Ablenkung des beweglichen Teils bewirken, mehrere Gruppen von auf beide Seiten der Symmetrieachse verteilten Einrichtungen umfassen.
Die Ablenkeinrichtungen können vom piezoelektrischen oder elektrostatischen Typs sein.
Außerdem kann der ablenkbare Teil der Membran entsprechend einer kristallographischen Ebene ausgerichtet sein.
Der Hohlraum kann sich am Rand einer in dem Substrat hergestellten Öffnung befinden, wobei diese Öffnung eventuell eine die gesamte Dicke des Substrats durchquerende Öffnung sein kann.
Eine Mikrooptik-Vorrichtung kann außerdem ein wie oben beschriebenes Mikroelement umfassen, verbunden mit einer auf dem Substrat vorgesehenen zweiten Reflexionszone, um einen aus einer bestimmten Richtung kommenden Lichtstrahl, Eingangslichtstrahl genannt, in Richtung der Reflexionszone der Membran zu reflektieren, so dass dieser Lichtstrahl zwei aufeinanderfolgende Reflexionen erfährt, ehe er dann den Ausgangsstrahl bildet.
Die zweite Reflexionszone ist auf dem Substrat angeordnet: sie kann direkt auf dem Substrat realisiert werden oder auf diesem angebracht werden.
Diese zweite Reflexionszone kann durch eine Wand oder auf einer Wand einer in dem Substrat realisierten Öffnung oder Durchgangsöffnung gebildet werden. Diese Wand kann außerdem entsprechend einer kristallographischen Ebene des Substrats ausgerichtet sein.
Nach einer speziellen Ausführungsart ermöglicht eine erfindungsgemäße mikrooptische Vorrichtung, das Problem des Zusammenbaus ganzer Bauteileplatten zu lösen. Es ist nämlich über das Ziel einer Kollektivfertigung hinaus wünschenswert – insbesondere aus Kostengründen – dass auch der Zusammenbau von Platten möglich ist, und nicht nur der von Einzelelementen. Zudem ist es wichtig, dass die Architektur der verschiedenen zusammenzubauenden Bauteile auf einfachste Weise ihre Stapelung ermöglicht. Um bei Mikroabtastelementen oder bei mikrooptischen Systemen mit derartigen Elementen eine solche Stapelung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Ablenkung des Lichtstrahls in Richtung Vorderseite der Vorrichtung erfolgt und nicht in Richtung Rückseite, das heißt dass der durch einen in die Vorrichtung einfallenden Lichtstrahl und einen die Vorrichtung verlassenden Lichtstrahl definierte Winkel größer als 90° ist.
Um dieses Problem zu lösen, kann eine wie oben beschriebene mikrooptische Vorrichtung außerdem dadurch gekennzeichnet sein, dass die zweite Reflexionszone so angeordnet ist, das der einfallende Strahl und der austretende Strahl miteinander einen Winkel über 90° bilden.
Die beiden Reflexionszonen können zwei im Wesentlichen parallele Zonen definieren, wenn die Membran sich in Ruhestellung befindet. Diese beiden Ebenen können parallel sein zu einer bestimmten kristallographischen Ebene des Substrats.
Die Erfindung betrifft auch eine mikrooptische Vorrichtung, die umfasst:

– ein Substrat,
– eine erste Membran aus einem auf einer ersten Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Material, wobei die Membran zwei Ebenen definiert, die zwischen sich einen Nichtnullwinkel α bilden, ein Teil der ersten Membran eine erste reflektierende Zone aufweist und in wenigstens einer ersten Richtung abgelenkt werden kann, bezogen auf einen in dem Substrat vorgesehenen ersten Hohlraum,
– erste Einrichtungen, um diesen Teil der Membran in wenigstens der ersten Richtung abzulenken,
– eine zweite Membran aus einem auf einer zweiten Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Material, wobei die Membran zwei Ebenen definiert, die zwischen sich einen Nichtnullwinkel α bilden, ein Teil der zweiten Membran eine zweite reflektierende Zone aufweist und in wenigstens einer zweiten Richtung abgelenkt werden kann, bezogen auf einen in dem Substrat vorgesehenen zweiten Hohlraum,
– zweite Einrichtungen, um diesen Teil der zweiten Membran in wenigstens der zweiten Richtung abzulenken, und die gekennzeichnet ist durch:
– Einrichtungen zum Ablenken des genannten Teils der ersten Membran in wenigstens eine bezüglich der ersten Richtung unterschiedliche Richtung, und
– Einrichtungen zum Ablenken des genannten Teils der zweiten Membran in wenigstens eine bezüglich der zweiten Richtung unterschiedliche Richtung.

Kurzbeschreibung der Figuren
Die 1 zeigt eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik,
die 2 und 3 sind Realisierungsarten der Erfindung,
die 4 bis 10 zeigen diverse Formen von Vibrationsmembranen,
die 11, 12 und 13 zeigen drei Beispiele von Vorrichtungen, die ein erfindungsgemäßes Element umfassen,
die 14 bis 21 zeigen Realisierungsschritte von erfindungsgemäßen Mikroelementen,
die 22 zeigt schematisch zwei Reflexionsflächen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die 23 zeigt zwei kaskadenförmig angeordnete erfindungsgemäße Bauteile.
Detaillierte Beschreibung von Realisierungsarten
Die 2 ist ein erstes Realisierungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In dieser Figur sieht man ein Substrat 12 aus isolierendem oder halbleitendem Material, zum Beispiel ein Siliciumsubstrat. In diesem Substrat wurde ein Hohlraum 18 hergestellt. Vor dem Beseitigen des Materials dieses Hohlraums wurde auf der Fläche 15 des Substrats eine Membran 14, 16 aus einem dielektrischen Material abgeschieden. Durch die Schaffung des Hohlraums 18 wird ein Teil der Membran freigelegt, vor allem der Teil 14. Dieser Letztere umfasst vorzugsweise einen Überzug 20, der für eine bestimmte Wellenlänge eine Reflexionszone bildet (in der weiteren Beschreibung auch Spiegel genannt). Das Ende 14 der Membran, auf dem sich zumindest ein Teil der Reflexionszone befindet, ist beweglich. Es kann eine Ablenkung erfahren, zum Beispiel in einer zu seiner Ebene im Wesentlichen senkrechten Richtung, wie dargestellt in der 2 (Ausschlagsbewegung). Diese Ablenkungen können durch Ablenkeinrichtungen bewirkt werden, zum Beispiel des piezoelektrischen oder elektrostatischen Typs. In der 2 sind piezoelektrische Einrichtungen dargestellt, die eine untere Elektrode 22, angeordnet über der Membran 16, eine Schicht 24 aus einem piezoelektrischen Material und eine obere Elektrode 26 umfassen. Außerdem sind Einrichtungen 28 vorgesehen, um zwischen den Elektroden 26 und 22 die gewünschte Spannung herstellen zu können. Die Schicht aus piezoelektrischem Material kann aus ZnO, aus CdS, aus AlN oder aus einem ferroelektrischen Material sein, abgeschieden in Form von dünnen Schichten. Der Ausschlagsanregungsbetrieb kann mit ziemlich kleinen Dicken des piezoelektrischen Materials erfolgen, was ermöglicht, eine platzsparende Vorrichtung zu realisieren. Der Flexionsanregungsbetrieb erfordert eine größere Dicke des piezoelektrischen Materials, befindet sich aber dennoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Im Falle des Flexionsbetriebs hat die durch das piezoelektrische Material auf die Membran ausgeübte Kraft die Richtung des Pfeils F', in der 2 gestrichelt dargestellt, während im Falle des Ausschlagsanregungsbetriebs die Anregungskraft die Richtung des Pfeils F hat, der in der 2 mit vollem Strich dargestellt ist. Allgemeiner ausgedrückt hängt der Flexions- oder Ausschlagsanregungsbetrieb von der Kristallorientierung des piezoelektrischen Materials und seiner Geometrie ab, und insbesondere von seiner Dicke e.
Es ist auch möglich, als piezoelektrisches Material auf die beweglich Membran geklebte dicke Keramiken zu verwenden, wie beschrieben in der schon in der Einführung der vorliegenden Anmeldung genannten Veröffentlichung von H. Goto.
Eine weitere Lösung zur Realisierung einer Ablenkeinrichtung der Membran besteht darin, eine elektrostatische Steuerung durch sich gegenüberstehende Elektroden zu realisieren. Eine solche Vorrichtung ist in der 3 dargestellt, wo die mit der 2 übereinstimmenden Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine erste Elektrode auf der Oberfläche des Substrats 12, das Bezugszeichen 32 bezeichnet eine zweite Elektrode, die sich unter der Membran 16 und auf einem Substrat 34 befindet, das nicht direkt auf dem Oberseite des Substrats 12 ruht, sondern von diesem durch einen Spalt 36 getrennt ist, hergestellt durch die Beseitigung einer Materialschicht an der Oberfläche des Substrats 12. Das Anlegen einer bestimmten Spannung an die Elektroden 30, 32 ermöglicht, sie einander anzunähern oder voneinander zu entfernen und eine entsprechende Bewegung der Membran 14, 16 zu erhalten. Falls das Substrat 12 ein Siliciumsubstrat ist, kann man die Elektrode 30 durch Oberflächenimplantation von Bor-Ionen herstellen, indem man Silicid bildet, und das Substrat 34 kann eine dünne Siliciumschicht sein. Die Lösung mittels einer elektrostatischen Steuerung erfordert zweifellos eine etwas komplexere Schrittfolge als im Falle einer piezoelektrischen Steuerung, erübrigt aber selbstverständlich die Verwendung dieses piezoelektrischen Materials, dessen Realisierung immer schwierig ist.
Die Membran aus dielektrischem Material kann diverse Formen haben. In den 2 und 3 definiert die Membran zwei Ebenen, die miteinander – insbesondere wenn sich die Membran im Ruhezustand befindet – einen Winkel α bilden, der größer oder strikt größer ist als 90°.
Die Reflexionszone 20, oder ein Teil der Reflexionszone 20, befindet sich – oder ist abgeschieden – auf dem (beweglichen) Teil der Membran, der mit der Oberfläche 15 des Substrats, auf der sich ein fester Teil der Membran befindet, einen Winkel α bildet.
Es ist klar, dass ein erfindungsgemäßer Reflektor generell hergestellt werden kann, indem man dem Winkel α einen beliebigen Wert gibt. Jedoch – wie man weiter unten sehen wird – ist ein Winkel α vorzuziehen, bei dem die Membran entsprechend einer kristallographischen Ebene des Substrats 12 ausgerichtet ist. Es können aus anderen Gründen Bereiche des Winkels α vorgesehen werden, die enthalten sind zwischen 90° und 135°, oder 120° und 130°.
Eine Membran ohne ihr Substrat ist in der 4 dargestellt, wobei das Bezugszeichen 38 die Ablenkeinrichtungen der Membran bezeichnen, zum Beispiel elektrostatische Einrichtungen wie oben in Verbindung mit der 3 beschrieben. Bei der Realisierungsart der 4 weist die Membran gemäß einer Achse Oz eine konstante Breite auf. Die einzige Betätigungsmöglichkeit ist dann eine Flexion um die Achse Oz.
Es kann auch vorteilhaft sein, über eine Struktur zu verfügen, die ermöglicht, den Spiegel keine (oder nicht nur) Flexionsbewegungen um die Achse Oz ausführen zu lassen, sondern auch Torsionsbewegungen um die Achse Oy, wie dargestellt in der 5. In dieser Figur ist der zentrale Teil der Membran (zwischen der Zone, wo die Aktivierungseinrichtungen der Spiegelbewegungen angeordnet sind, und dem Spiegel selbst) auf einen Mikroträger 40 reduziert. Diese Realisierungsart hat außerdem den Vorteil von Aussparungen 42, 44, durch die es möglich ist, das Substrat bei der Herstellung des Hohlraums 18 direkt anzugreifen (s. 2).
Es gibt auch mechanische Vibrationsarten höherer Ordnung, die komplexeren Verformungen des Trägers entsprechen. Jedoch, auch wenn sie existieren, können sie doch nur dann effizient angeregt werden, wenn die benutzte Anregungsvorrichtung, piezoelektrisch oder elektrostatisch, eine mechanische Kraft induziert, deren räumliche Verteilung die in Bezug auf diesen Träger passende Symmetrie besitzt.
Insbesondere eine Trägerkonfiguration wie diejenige der 5 mit einem einzigen Paar von Elektroden (oder einem einzigen piezoelektrischen Kristall), welche dieselbe Symmetrieachse xx' in der Ebene der Platte besitzen, ermöglicht eine Flexionsbetriebsanregung (entsprechend θ_f in der 5), ist aber eher schlecht an die Torsionsbetriebsanregung angepasst. Es ist daher vorzuziehen, die Geometrie der Vorrichtung anzupassen, insbesondere die Position des Trägers und die Anordnung der Elemente des Anregungssystems an die Betriebsart, die man anregen will.
Eine Lösung zur Erlangung einer guten Anregung des Flexions- und des Torsionsbetriebs kann darin bestehen, wie dargestellt in der 6, eine in Bezug auf die Achse xx' unsymmetrische Trägergeometrie zu benutzen, wobei die Anregungszone einheitlich und in Bezug auf diese selbe Achse symmetrisch bleiben kann. Die Konfiguration der 6 weist eine Unsymmetrie auf, jedoch ist diese noch nicht sehr ausgeprägt ist. Wenn die räumlichen Zwänge bei der Realisierung der Vorrichtung es zulassen, ist es möglich, diese Unsymmetrie noch zu akzentuieren, wie dargestellt in der 7, wo in Bezug auf die Achse xx' und aus die Anregungseinrichtung 50 der Träger 48 und der Spiegel 52 maximal nach rechts versetzt sind, das heißt in der z'-Richtung.
Eine weitere Lösung zur simultanen Anregung der Torsions- und Flexionsbetriebsarten ist in der 8 dargestellt und besteht darin, eine Anregungskonfiguration zu wählen, die mehrere Gruppen von Anregungseinrichtungen umfasst (mehrere Elektrodenpaare oder mehrere piezoelektrische Kristalle), die ermöglichen, durch eine entsprechende Adressierung – zum Beispiel der beteiligten Elektrodenpaare oder der piezoelektrischen Kristalle den Anregungsbetrieb des Trägers 54 zu modifizieren. In der 8 sind zwei Gruppen von Anregungseinrichtungen in Form von zwei Elektrodenpaaren 56, 58 für eine Anregung des elektrostatischen Typs vorgesehen: die beiden Elektrodenpaare können durch Benutzung generell unterschiedlicher Anregungsfrequenzen adressiert werden, und zwar gleichphasig und/oder gegenphasig je nach dem, welche mechanische Vibrationsbetriebart bevorzugt wird. Eine ähnliche Konfiguration mit drei Elektrodenpaaren 60, 62, 64 ermöglicht auch, die erwünschte Unsymmetrie herzustellen, wie dargestellt in der 9.
Selbstverständlich sind andere Konfigurationen vorstellbar und die oben beschriebenen Konfigurationen können kombiniert werden, um die räumliche Symmetrie zwischen dem beweglichen Element (Spiegel und Träger) und den Erregungszonen aufzuheben.
Außerdem kann es nützlich sein, in bestimmten Fällen die Ausschlagsweite einer Abtastrichtung in Bezug auf die Ausschlagsweite einer anderen Abtastrichtung zu begünstigen. Dies ist der Fall der Kraftfahrzeug-Telemetrie, wo die horizontale Abtastung ungefähr 10 bis 20° betragen muss, während für die vertikale Abtastung ungefähr 3° ausreichen. Hingegen versucht man bei bestimmten anderen Anwendungen, die Abtastwinkel in den beiden Richtungen ungefähr gleich groß vorzusehen und folglich dafür zu sorgen, dass θ_t ungefähr gleich θ_f ist. Komplexere Konfigurationen – mit Aussparungen – ermöglichen, auch die jeweilige Größe der Abtastwinkel und die Werte der Resonanzfrequenzen der Vibrationsbetriebsarten zu variieren. So verbindet in der 10 ein Träger 66 eine Anregungszone 68 mit einer Spiegelzone 70, wobei diese letztere in ihrem oberen Teil eine Aussparung 72 (évidement) umfasst, welche die Torsionsbewegung begünstigt. Auch hier ist es möglich, diese letztere Realisierungsart mit den weiter oben beschriebenen zu kombinieren.
Eine andere Ausführungsart der Erfindung ist in der 11 dargestellt. Eine Membran 78 aus einem dielektrischen Material und ihr Betätigungselement 80 sind auf einem Substrat 76 abgeschieden. Erfindungskonform kann ein Teil der Membran, der eine Reflexionszone 77 aufweist, über einem in einem Substrat 76 vorgesehenen Hohlraum 82 abgelenkt werden. Außerdem weist dieses Substrat 76 eine mit dem Hohlraum 82 verbundene Vertiefung 74 auf. Auf einer schrägen Flanke 86 dieser Vertiefung kann eine Reflexionszone, zum Beispiel ein fester Mikrospiegel 84 realisiert werden, der zum Beispiel ermöglicht, einen einfallenden Strahl 85 in einer Richtung 87 zu reflektieren, in Richtung der Reflexionszone 77 der Membran. Diese letztere reflektiert den Strahl 87 dann in einer Richtung 89 (Austrittsstrahl), wobei die Flexions- oder Torsionsbewegungen der Membran ermöglichen, die Richtung des austretenden Strahls 89 zu variieren.
Nach einer in der 12 dargestellten Variante umfasst das Substrat 88 ein Durchgangsloch 90. Eine Membran, ihr Anregungselement und der Hohlraum sind jeweils durch die Bezugszeichen 94, 96 und 92 bezeichnet. Auf einer Wand der Öffnung 90, in einer tieferen Zone in Bezug auf die Zone, wo die Membran 94 abgeschieden ist, kann eine Reflexionsfläche ausgebildet sein, zum Beispiel ein fester Mikrospiegel 98. Dieser Mikrospiegel kann so angeordnet sein, dass ein einfallender Strahl 99 zur Membran 94 in Form eines Strahls 101 reflektiert wird, wobei die Reflexionsfläche dieser letzteren eine zweite Ablenkung bewirkt, woraus der austretenden Strahl 103 resultiert. Bei dieser Konfiguration bilden der einfallende Strahl 99 und der austretende Strahl 103 zusammen einen Winkel von nahezu 180° und auf jeden Fall größer als 90°, was bei der in der 11 dargestellten Konfiguration nicht der Fall ist, wo der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und dem austretenden Strahl nahezu 0° ist. In Abhängigkeit von der Ausrichtung der Reflexionszone 98 und für bestimmte einfallende Strahlen 99 ist es sogar möglich, einen zu dem einfallenden Strahl 99 parallelen austretenden Strahl zu erhalten. Vorzugsweise bilden die Reflexionszone 95 der Membran und die Reflexionszone 98 zwei parallele oder im Wesentlichen parallele Ebenen, zum Beispiel wenn die Membran 94 sich im Ruhezustand befindet. Im Falle eines Substrats 88 aus Silicium kann dieses Resultat erzielt werden, indem man für diese beiden Ebenen eine kristallographische Ebene wählt (Ebene 1, 1, 1 oder 1, –1, 1).
Die Vorrichtung der 12 ermöglicht, für den austretenden Strahl eine Richtung zu erhalten, die fast gleich oder auf jeden Fall sehr ähnlich ist wie die Richtung des einfallenden Strahls. In den Vorrichtungen mit einem einzigen Spiegel könnte diese Bedingung nur bei streifendem Einfall realisiert werden, was mit schwierigen Geometrie- und Ausrichtungsbedingungen verbunden ist.
Eine weitere Variante ist in der 13 dargestellt. Auch sie ermöglicht, für den austretenden Strahl 103 eine Richtung zu erhalten, die fast gleich oder auf jeden Fall sehr ähnlich ist wie die Richtung des einfallenden Strahls 102. Sie benutzt zwei erfindungsgemäße Mikroabtastelemente, jedes hergestellt auf einer Seite eines Substrats, wobei die beiden Mikroelemente "entgegengesetzt" angeordnet sind. Auch hier umfasst das Substrat 88 ein Durchgangsloch 90, welches die beiden Mikroabtastelemente trennt. Ein erstes Element umfasst eine Membran 94 und sein Anregungselement 96 über einem Hohlraum 92. Ein zweites Mikroelement befindet sich auf einer anderen Oberfläche des Substrats 88, einem zweiten Hohlraum 93 zugeordnet. Dieses Mikroelement umfasst im Wesentlichen eine Membran 97 und Anregungseinrichtungen 100 (des piezoelektrischen oder elektrostatischen Typs, wie weiter oben schon beschrieben). Ebenso wie die Membran 94 definiert die Membran 97 zwei Ebenen, die zusammen einen Winkel β bilden, der vorzugsweise größer als 90° ist, zum Beispiel zwischen 90° und 135° oder zwischen 120° und 130°. Wie bei dem ersten Mikroelement kann der bewegliche Teil der zweiten Membran 97 über dem in dem Substrat 88 vorgesehenen Hohlraum 93 (in der 13 unter dem Hohlraum 13) in wenigstens einer ersten Richtung abgelenkt werden.
Nach einer Variante, in keiner der Figuren dargestellt, umfasst ein Bauteil zwei Mikroabtastelemente, realisiert auf einer selben Seite des Substrats (dieselbe Konfiguration bezüglich der beiden Spiegel wie die der 11).
In beiden Fällen kann die erste Membran eine der oben zum Beispiel in Verbindung mit den 5 bis 10 beschriebenen Strukturen haben, während die zweite Membran auch irgendeine der oben insbesondere in Verbindung mit den 5 bis 10 beschriebenen Strukturen haben kann. Jede Membran kann Flexionsbewegungen um die Achse Oz ausführen (s. 5), aber auch Torsionsbewegungen um die Achse Oy. Ebenso kann eine der Membranen durch piezoelektrische Einrichtungen aktiviert werden, während die andere durch elektrostatische Einrichtungen aktiviert wird. Eine solche Vorrichtung ermöglicht eine dynamische Erhöhung der Realisierbarkeit von Winkeln, da nicht nur sequentielle Ablenkungen der Membranen möglich ist, sondern auch eine simultane.
Nach einer speziellen Ausführungsart kann einer der beiden Spiegel die Ablenkung in einer Richtung realisieren (zum Beispiel mit einer Steuerfrequenz f₁), während der zweite Spiegel eine Ablenkung in einer anderen Richtung realisiert (Steuerfrequenz f₂), wobei die Geometrie der Steuereinrichtungen jedes Spiegels selbstverständlich an diese Betriebsart angepasst ist.
In dem Fall der 13 verfügt man also über zwei Reflexionszonen, wobei die erste und zweite Reflexionszone so angeordnet sind, dass ein Lichtstrahl, nämlich der aus einer bestimmten Richtung einfallende Eingangsstrahl, auf einer der beiden Reflexionszonen eine erste Reflexion erfährt, und aus dem dann durch eine Reflexion auf der zweiten Reflexionszone der Ausgangsstrahl wird. Die beiden Reflexionszonen, realisiert auf den beweglichen Enden der Membranen, können entsprechend einer selben kristallographischen Ebene des Substrats ausgerichtet sein. Sie können zwei parallele oder im Wesentlichen parallele Ebenen definieren, wenn der eine Reflexionszone aufweisende bewegliche Teil jeder Membran sich in Ruhestellung befindet: zum Beispiel können die beiden Ebenen parallel sein zu einer bestimmten kristallographischen Ebene des Substrats.
Alle oben beschriebenen Strukturen eignen sich für die Kollektivfertigungsverfahren der Mikroelektronik.
Nun wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Generell umfasst eine Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mikroabtastelements:

– einen Schritt zur Abscheidung einer Membran aus einem dielektrischen Material auf einer Oberfläche eines Substrats,
– einen Schritt zur Bildung eines Hohlraums in dem Substrat, so dass ein Teil der Membran, der eine Reflexionszone aufweist, über diesem Hohlraum in wenigstens einer Richtung abgelenkt werden kann,
– einen Schritt zur Bildung von Einrichtungen, fähig diesen Teil der Membran in wenigstens einer Richtung abzulenken.

Die Bildung des Hohlraums kann realisiert werden durch reaktives Ionenätzen mittels Mikrowelle.
Der Hohlraum kann sich am Rand einer an der Oberfläche des Substrats mündenden Öffnung befinden oder dieses Substrat sogar durchqueren.
Diese Öffnung kann zum Beispiel vorzugsweise durch chemische Ätzung realisiert werden. Man kann also Wände freilegen, die nach kristallographischen Ebenen ausgerichtet sind.
Eventuell kann die Membran geätzt werden, um dort Öffnungen zu realisieren.
Weitere Schritte, insbesondere die zur Bildung der eine Ablenkung der Membran bewirkenden Einrichtungen, werden weiter unten beschrieben.
Es folgt nun eine detailliertes Beispiel zur Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der 12, aber der Fachmann ist imstande, die verschiedenen Schritte anzupassen, um Ausführungen herzustellen, die zum Beispiel denen der 2 oder 11 oder 13 entsprechen. Außerdem ist der Fachmann imstande, die Wahl der Materialien, in diesem Beispiel Silicium für das Substrat und Siliciumdioxid für die Membran, anzupassen.
In einem ersten Schritt, dargestellt in der 14, realisiert man eine doppelte Maskierung eines Siliciumsubstrats 104. Man kann zum Beispiel Masken 106, 112 aus Siliciumdioxid benützen, abgeschieden mittels CVD. Diese Maskierung kann zum Beispiel der Spur der Ebenen 1, 1, 1 in der Oberflächenebene 1, 0, 0 des Siliciumsubstrats folgen. Die Masken haben jeweils Öffnungen 108 und 110, deren Maße A (gemäß einer zu der Ebene der 14 senkrechten Richtung) und B (s. 14) von der erwünschten Geometrie abhängen. In der Praxis, wenn man Siliciumplatten mit einer Dicke von ungefähr 500 μm in Betracht zieht, kann man A mit ungefähr 500 bis 1500 μm wählen, abhängig von dem Querschnitt des abzulenkenden Lichtstrahls. B kann Abmessungen derselben Größenordnung haben. Selbstverständlich ist es immer möglich, dickere Siliciumplatten zu wählen (von 1 bis 2 mm) und die Abmessungen zu erhöhen. Zudem haben die Öffnungen 108 und 110 nicht notwendigerweise dieselben Dimensionen.
In einem zweiten Schritt führt man eine bevorzugte chemische Ätzung des Siliciums durch (doppelseitig), was zur Bildung einer Öffnung 114 führt, die das Substrat 104 durchquert.
Diese Ätzmethode beruht auf dem Ätzgeschwindigkeitsunterschied zwischen verschiedenen kristallographischen Ebenen eines selben Materials für bestimmte Angriffs- bzw. Ätzmittel.
Die Ätz- bzw. Angriffsgeschwindigkeit ist generell in einer der Kristallebenen sehr langsam (den Ebenen des Typs (111)) und in den anderen sehr schnell.
Man erhält also spezielle Ätzgeometrien, die aus dieser Eigenschaft resultieren und deren Form sich aus den Winkelkonfigurationen der langsamen Angriffsebenen und aus der anfänglichen Orientierung der Kristalle ergeben.
Man kann dieses Verfahren bei Silicium anwenden, dessen Eigenschaften in dieser Hinsicht gut bekannt sind. Aber es können ganz und gar ähnliche Konfigurationen mit anderen Materialien wie zum Beispiel Germanium oder mit Halbleiterverbindungen wie zum Beispiel GaAs oder InP oder anderen erzielt werden. In diesem letzteren Fall muss man einfach das Vorhandensein von zwei Typen von atomaren Ebenen bzw. Atomebenen beachten.
Der bevorzugte Angriff ermöglicht also, Wände 116, 118, 120, 122 freizulegen, die gemäß kristallographischen Ebenen ausgerichtet sind, zum Beispiel 1, 1, 1 oder 1, –1, 1. Diese Ebenen bilden dann mit der Vertikalen einen Winkel θ von ungefähr 36°. Die in der 15 dargestellte Struktur ist symmetrisch in Bezug auf eine Mittelebene, die in der Silciumscheibe 104 enthalten ist und deren Spur in der 15 durch die Achse xx' repräsentiert wird. Es ist auch möglich und in bestimmten Fällen vorzuziehen, eine asymmetrische Struktur zu realisieren, zum Beispiel indem man die Dimensionen der Öffnungen der Masken variiert. Eine solche Struktur ist in der 16 dargestellt, wo die Öffnung 124 in ihrem unteren Teil Wände 128, 130 aufweist, die sich über eine größere Distanz erstrecken als die Wände 126, 132 im oberen Teil.
In einem dritten Schritt werden die Masken beseitigt und es wird, wie dargestellt in der 17, eine dicke Schicht 134, 136 aus Siliciumoxid abgeschieden, zum Beispiel durch PECVD. Diese Siliciumdioxidschicht bildet das Hauptstück der beweglichen Membran. Die Abscheidung erfolgt nur auf der Oberseite des Substrats 104. Ihre Dicke hängt selbstverständlich von der erwünschten Steifigkeit ab. In der Praxis benutzt man Schichten von 4 bis 40 μm Dicke.
In einem vierten Schritt kann man diese Siliciumdioxidschicht ätzen. Die 18 zeigt eine Draufsicht der Siliciumdioxidschicht 136, wobei das Bezugszeichen 138 den Teil der Schicht bezeichnet, der auf der geneigten Wand der Öffnung 114 abgeschieden ist. Dieser Schritt endet mit der Bildung von Öffnungen 140, 142, die ermöglichen:

– später das Substrat 104 anzugreifen, um unter der Membran einen Hohlraum zu schaffen und diese partiell freizulegen,
– einen Träger zu definieren, der den beweglichen Teil der Membran mit der Steuerzone der Bewegungen dieser Membran zu verbinden (wie die Träger 30, 48, 54 in den 5, 7, 8).

In der 18 sind die Öffnungen symmetrisch dargestellt in Bezug auf eine zu dem Siliciumsubstrat senkrechten Ebene, so dass in der 18 die Spur durch die Achse YY' dargestellt ist. Es ist möglich, diesen Öffnungen eine beliebige Form zu geben. Ebenso können die Dimensionen, zum Beispiel die Dimensionen C, D, F, G (18) beliebig festgelegt werden. In der Praxis liegen diese Dimensionen in der Größenordnung von hundert bis mehrere hundert μm. Die zum Ätzen der Schicht 136 benutzten Masken können einfache, auf dieser angebrachte metallische Masken sein.
Ein fünfter Schritt ermöglicht, in dem Substrat 104 einen Hohlraum 144 zu realisieren (s. 19) durch isotropes Ätzen des Siliciums durch die Öffnungen 140, 142 in der Siliciumdioxidschicht 136. Die angewendete Technik ist vorzugsweise das reaktive Mikrowellen-Ionenätzen unter Verwendung von zum Beispiel SF₆. Diese Art des Ionenangriffs ist sehr selektiv zwischen Silicium und Siliciumdioxid. Die Membran 138, 136 kann also von dem Siliciumsubstrat 104 getrennt werden, ohne dass die diese Membran bildende Siliciumdioxidschicht 136, 138 nennenswert angegriffen wird. In der Praxis liegen die geätzten Siliciumdicken in der Größenordnung von 300 μm (etwas über der halben Dicke der Siliciumplatten) und da die Selektivität höher ist als 100, ist die Siliciumdioxidschicht nur sehr geringfügig von der Ätzung betroffen (nur über eine Dicke von ungefähr 2 bis 3 μm). Die durch die Öffnungen 140, 142 der Siliciummaske erzielten Ätzgeometrien sind in etwa bekannt, sobald die Dimensionen dieser Öffnungen ungefähr 100 μm überschreiten. Man kann in erster Annäherung annehmen, dass die Angriffstiefe d(T) gleich dem Produkt aus Ätzgeschwindigkeit mal Ätzzeit ist und ungefähr gleich ist in allen Ätzrichtungen, ausgehend von den Rändern der Öffnungen 140, 142.
In der 19 ist die Entwicklung der Ätzzone zu verschiedenen Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, t₄, t₅ dargestellt. Um die Zone 138 vollständig von dem Substrat zu trennen, muss die Ätzfront wenigstens den Punkt K erreichen, der die untere Grenze der Zone 138 markiert. Im Allgemeinen kommt es zu einer Überätzung in der Nähe der Oberflächenebene. Diese Überätzung stört nicht, da das Siliciumdioxid die Rolle der Sperrschicht spielt (Selektivitätseffekt zwischen dem Siliciumdioxid und dem Silicium). Die verbleibende Dicke E des Siliciums im unteren Teil des Substrats ist relativ gering, im Allgemeinen kleiner als die halbe Dicke des Substrats. Um die mechanische Festigkeit dieses letzteren und folglich der gesamten Vorrichtung zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, eine asymmetrische Geometrie zu benutzen, wie dargestellt in der 16, die ermöglicht, für E höhere Werte zu erzielen.
In dem Fall, wo die Bewegungsbetätigungseinrichtung der Membran vom piezoelektrischen Typ ist, folgt nun (s. 20) das Abscheiden und Ätzen der unteren Elektrode 146, des piezoelektrischen Materials 148 und der oberen Elektrode 150.
Man kann anschließend eine Schicht 152, 154 156, 158 aus einem Material abscheiden, das ermöglicht, die Reflexionsfähigkeit der Spiegel zu erhöhen, zum Beispiel eine Schicht aus Metall (Ti, Au, Al, Pt, Cr) oder eine dielektrische Multischicht (SiO₂-TiO₂). Dieser Abscheidungsschritt einer Reflexionsschicht kann eventuell gleichzeitig mit den Abscheidungsschritten der Elektroden 146, 150 erfolgen, wenn die beteiligten abgeschiedenen Metalle identisch sind.
Die schließlich erhaltene Struktur ist die der 20. Die Membran 138 ist getrennt von dem Siliciumsubstrat, aber es muss noch ein Schritt der seitlichen Trennung durchgeführt werden. Dies kann erfolgen, indem man die gesamte Dicke des Substrats durchsägt; in diesem Fall werden die Mikroabtastelemente individualisiert und die Kollektivfertigung endet mit diesem Schritt. Die seitliche Trennung kann auch durch seitliches Sägen über eine Dicke erfolgen, die etwas größer ist als die Hälfte der Siliciumplatte, zum Beispiel vor dem Zusammenbau einer die Mikroabtastelemente enthaltenden Platte mit anderen Platten der zu realisierenden Vorrichtung. Unter Berücksichtigung der Zerbrechlichkeit der Membranen ist es vorteilhaft, die Strukturen vor dem Sägen zu versteifen mit Hilfe eines aushärtbaren Harzes, das in der Folge aufgelöst werden kann.
Die oben beschriebenen Schritte eignen sich zur Herstellung einer Vorrichtung mit piezoelektrischen Betätigungseinrichtungen. Im Falle einer Vorrichtung mit elektrostatischen Betätigungseinrichtungen ist ein Teil der Schritte mit den oben beschriebenen identisch: es handelt sich insbesondere um diejenigen, die zu der Realisierung der Doppelspiegel und der beweglichen Membran führen. Der große Unterschied liegt in der Realisierung der elektrostatischen Steuerung vor dem Abscheiden der Siliciumdioxidschicht 136.
Vorzugsweise ist die zur Realisierung der elektrostatischen Steuerung benutzte Tragstruktur eine SIMOX-Struktur, hergestellt durch Sauerstoffionenimplantation und dann entsprechend getempert, um eine vergrabene isolierende Siliciumdioxidschicht zu erzeugen. Der Vorteil dieser Struktur im Falle einer elektrostatischen Steuerung besteht darin, dass sie ermöglicht, durch lokalisierte Ablation bzw. Abschmelzung der vergrabenen Siliciumdioxidschicht einen sehr dünnen (ungefähr 0,2 bis 0,3 μm) und sehr gleichmäßigen Elektrodenzwischenraum zu schaffen. Dies ermöglicht u. a., die zur mechanischen Anregung der den beweglichen Spiegel tragenden Membran nötigen Spannungen zu minimieren. Wie in den vorhergehenden Schritten und unter Berücksichtigung der großen Dimensionen (100 μm bis 1 mm) und des kritischeren Charakters der Positionierungen können die Masken zur Bildung der Elektroden durch Techniken der klassischen Lithographie realisiert werden oder können auch mechanische Masken sein.
Man geht also von einer SIMOX-Struktur aus, wie dargestellt in der 21A, wo das Bezugszeichen 160 ein Siliciumsubstrat bezeichnet, das Bezugszeichen 162 die Oberfläche des Substrats bezeichnet, und das Bezugszeichen 164 die vergrabene Siliciumdioxidschicht bezeichnet. Anschließend (21B) wird die Maske 166, 168 auf der Oberfläche 162 angebracht. Dann realisiert man die untere Elektrode durch Dotierung des Siliciumträgers. Diese Dotierung erfolgt zum Beispiel durch Bor-Implantation mit hoher Dosis in den betreffenden Zonen, mit einer solchen Energie, dass die realisierte Dotierung 170 direkt unter der vergrabenen Siliciumdioxidschicht lokalisiert ist.
Anschließend löst man die vergrabene Siliciumdioxidschicht lokal auf. Dies Auflösung erfolgt durch chemischen Angriff (mit zum Beispiel einer Angriffsquelle auf der Basis von Fluorwasserstoffsäure) durch eine oder mehrere Öffnungen hindurch, realisiert in der Oberflächenschicht 162. Nach der lokalisierten Auflösung der Siliciumdioxidschicht werden die Öffnungen eventuell durch eine Abdeckungsabscheidung (nicht dargestellt) verschlossen (zum Beispiel Si₃N₄ mittels CVD). Anschließend beseitigt man die Masken, die Oberflächen-Silicumschicht und die vergrabene Siliciumdioxidschicht in den zu den Steuerzonen komplementären Zonen. Metallische Abscheidungen bilden die Kontaktstellen (nicht dargestellt) der unteren und der oberen Elektrode. Man erhält also die in der 21C dargestellte Struktur mit lokalisierten Steuerzonen, wobei die Dotierungszone 170 die untere Elektrode bildet und die Siliciumdioxid-Oberflächenschicht 163, von dieser Dotierungszone getrennt durch einen Zwischenraum 174, der oberen Elektrode 172 als Träger dient.
Nach der Realisierung dieser Steuerelektroden können wieder die weiter oben schon beschriebenen Schritte (Realisierung der Siliciumdioxid-Membran, Realisierung des Hohlraums durch chemisches Ätzen vor allem des Siliciums) ausgeführt werden, sowie der Schritt des Abscheidens und Ätzens der Reflexionsschichten. Schließlich ist die für den Teil der Vorrichtung realisierte Struktur, welche die Membran und die Steuerelektroden umfasst, der in der 3 dargestellten ähnlich.
Im Falle einer wie in Verbindung mit der 13 beschrieben Struktur kann das angewendete Realisierungsverfahren aus dem oben beschriebenen Verfahren abgeleitet werden. Dieses letztere ist ein "einseitiges" Verfahren in dem Sinne, dass eine bewegliche Membran, die über einem in dem Substrat vorhandenen Hohlraum in wenigstens einer Richtung abgelenkt werden kann, nur auf einer Seite dieses Substrats realisiert wird. Ein "doppelseitiges" Verfahren, das zu einer Vorrichtung gemäß 13 führt, kann ebenfalls realisiert werden. In diesem Fall bleiben die weiter oben in Verbindung mit den 14, 15 und 16 beschriebenen Schritte dieselben. Anschließend können Abscheidungen von dicken Siliciumdioxidschichten – zum Beispiel mittels PECVD – auf beiden Seiten des Substrats realisiert werden, wobei diese Schichten die Hauptstücke der beweglichen Membranen bilden. Auch hier hängt die Dicke der Schichten wieder von der erwünschten Steifigkeit ab, wobei in der Praxis Schichten von 4 bis 40 μm benutzt werden.
Diese Siliciumdioxidschichten werden anschließend geätzt (dem der 18 entsprechender Schritt). Dieser Ätzschritt endet mit der Bildung von Öffnungen in jeder Membran, die ermöglichen:

– anschließend das Substrat von jeder Seite anzugreifen, um unter jeder Membran einen Hohlraum zu schaffen und sie partiell freizulegen,
– für jede Membran einen Träger zu definieren, der ihren beweglichen Teil mit der Steuerzone ihrer Bewegungen verbindet.

Anschließend wird das Substrat durch die in den Siliciumdioxidschichten hergestellten Löcher hindurch geätzt. Die Ätztechnik wurde oben in Verbindung mit der 19 angegeben.
Anschließend kann man die piezoelektrischen Betätigungseinrichtungen realisieren, Material zur Erhöhung der Reflexionsfähigkeit der Spiegel abscheiden (s. weiter oben angegebenes Beispiel) und eine seitliche Trennung realisieren, zum Beispiel indem man das Substrat über seine gesamte Dicke durchsägt.
Im Falle der Realisierung der piezoelektrischen Betätigungseinrichtungen eignen sich auch die in Verbindung mit den 21A–21C beschriebenen Verfahrensschritte.
Um eine wie oben in Verbindung mit der 13 beschriebene Vorrichtung zu realisieren, ist es auch möglich, zwei unabhängige Mikroabtastelemente zu realisieren, von denen jedes eine auf einem Substrat ausgebildete Membran umfasst, über einer Hohlraum wie dem in Verbindung mit den 2 und 3 beschriebenen, und die beiden Bauteile entgegengesetzt zusammenzubauen. In diesem Fall kann man auf ein "einseitiges" Verfahren zurückgreifen, muss aber anschließend in einem Montageschritt die beiden Bauteile präzise zusammenbauen.
Die Erfindung ermöglicht also, eine Mikroabtastelement zu realisieren, das seinerseits selbst zur Herstellung eines mikrooptischen Bauteils dient, das ermöglicht einen Strahl "nach vom" abzulenken: die Richtung des austretenden Strahls ist fast identisch mit der Richtung des einfallenden Strahls oder ihr auf jeden Fall sehr ähnlich. Man kann also einige derartig hergestellte Bauteile kaskadenartig zusammenbauen. Eine kaskadenartige Montage von zwei Bauteilen ist in der 23 schematisch dargestellt. Die Oberflächen der beiden Substrate sind gestrichelt symbolisiert.
Ein einfallender Strahl trifft auf den ersten Spiegel 188 und wird in Richtung eines zweiten Spiegels 186 abgelenkt; er verlässt das erste Bauteil in Richtung eines ersten Spiegels (190) zweiten Bauteils und wird durch dieses durch Reflexion abgelenkt in Richtung eines zweiten Spiegels 192 des zweiten Bauteils. Jedes Bauteil kann von einem der oben zum Beispiel in Verbindung mit den 12 oder 13 beschriebenen Typen sein. Man kann so N > 2 (N = 3, 4, ..., usw.) erfindungsgemäße Bauteile in Serie oder Kaskade zusammenbauen.
In bestimmten Fällen ist es vorteilhaft, wenn der austretende Strahl die gleich Richtung wie der einfallende Strahl hat: diese Bedingung wird insbesondere durch ein Paar paralleler oder quasi-paralleler Spiegel realisiert, wie in dem in Verbindung mit der 12 beschriebenen Fall.
Der Winkel α zwischen der Ebene des Substrats oder der Substrate und jedem Spiegel wird dann so gewählt, dass man einen Wert hat, der kompatibel ist mit der erwünschten Funktion und einer praktischen Verwendung der Vorrichtung.
Die 22 stellt schematisch zwei Reflexionsflächen 180, 182 dar, von denen jede einen Winkel α mit einer der Oberflächen des Substrats bildet (wobei diese Oberflächen gestrichelt dargestellt sind). Ein einfallender Strahl 184 trifft im Punkt O auf die Reflexionsfläche 182 und wird in Richtung der Reflexionsfläche 180 reflektiert, wo er im Punkt O' auftrifft. Der einfallende Strahl 184 definiert ein Bezugssystem Oxy. Der durch die Oberfläche 182 reflektierte Strahl bildet mit der Achse Oy einen Winkel ε. Einen Winkel ε größer oder strikt größer als 0 aber kleiner als 90° zu wählen, läuft darauf hinaus, einen zwischen 90° und 135° enthaltenen Winkel α zu wählen.
d ist den Abstand zwischen den beiden Spiegeln 180, 182. Wenn dieser Abstand im Vergleich mit den Dimensionen dieser Spiegel (typisch in der Größenordnung von 1 bis 2 mm) nicht zu groß sein darf, dabei aber die vorgeschlagene Realisierungsart beibehalten werden soll (bevorzugter chemischer Angriff),
muss d tg ε ~ 200–500 μm sein
und daher: 10° < ε < 30°.
Da außerdem ε = 3π/2 – 2α, bekommt man: 120° < α < 130°.
In einer der oben als Beispiel vorgeschlagenen Konfigurationen ist α ungefähr 125° (Winkel zwischen den Ebenen (1, 1, 1) und (1, 0, 0) des Siliciumkristalls): dieser Wert entspricht gut den obigen Kriterien.

Claims

Mikroabtastelement für optisches System, umfassend: – ein Substrat (12, 76, 88), – eine Membran (14, 16, 77, 78, 94, 95) aus einem dielektrischen Material, abgeschieden auf einer Oberfläche des Substrats, wobei die Membran zwei Ebenen definiert, die zwischen sich einen Nichtnullwinkel α bilden, ein Teil (14, 77, 95) der Membran eine reflektierende Zone aufweist und in wenigstens einer ersten Richtung abgelenkt werden kann, über einem in dem Substrat vorgesehenen Hohlraum (18, 82, 92), – Einrichtungen (22, 24, 26; 30, 32; 80, 96), um den genannten Teil der Membran in wenigstens der ersten Richtung abzulenken, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen (40, 48, 54) zum Ablenken des genannten Teils der Membran in wenigstens eine bezüglich der ersten Richtung unterschiedliche zweite Richtung umfasst.
Mikroabtastelement nach Anspruch 1, wobei der Winkel α zwischen 90° und 135° enthalten ist.
Mikroabtastelement nach Anspruch 1, wobei der Winkel α zwischen 120° und 130° enthalten ist.
Mikroabtastelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ausschlag in einer der Ablenkrichtungen größer ist als der Ausschlag in einer der anderen Ablenkrichtungen.
Mikroabtastelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Teil der Membran, der abgelenkt werden kann, durch einen Mikroträger (40, 48, 54, 66) mit einem festen Teil verbunden ist, der die Einrchtungen trägt, mit denen der bewegliche Teil abgelenkt werden kann.
Mikroabtastelement nach Anspruch 5, wobei der feste Teil eine Symmetrieachse (xx') aufweist, zu der der Mikroträger parallel ist.
Mikroabtastelement nach Anspruch 6, wobei der Mikroträger in Bezug auf diese Achse versetzt ist.
Mikroabtastelement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der bewegliche Teil seitlich versetzt ist in Bezug auf die Symmetrieachse des festen Teils.
Mikroabtastelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Einrichtungen zum Bewirken einer Ablenkung des beweglichen Teils mehrere Gruppen von auf beide Seiten der Symmetrieachse verteilten Einrichtungen zum Bewirken einer Ablenkung umfassen.
Mikroabtastelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einrichtungen zum Bewirken einer Ablenkung vom piezoelektrischen oder elektrostatischen Typ sind.
Mikroabtastelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Teil der Membran, der abgelenkt werden kann, entsprechend einer kristallographischen Ebene des Substrats ausgerichtet ist.
Mikroabtastelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Hohlraum sich am Rand einer Öffnung (74, 90) befindet, die an der Oberfläche des Substrats mündet, auf dem die Membran abgeschieden ist.
Mikroabtastelement nach Anspruch 12, wobei die mündende Öffnung (90) eine das Substrat (88) durchquerende Öffnung ist.
Mikrooptikvorrichtung, umfassend: – ein Mikroabtastelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, – eine zweite reflektierende Zone (84, 98), so auf dem Substrat angeordnet, dass sie einen aus einer bestimmten Richtung kommenden, Eingangslichtstrahl genannten Lichtstrahl (85, 99) in Richtung der reflektierenden Zone der Membran reflektiert, sodass dieser Eingangslichtstrahl also zwei aufeinanderfolgende Reflexionen erfährt und dann den Ausgangslichtstrahl (89, 103) bildet.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13 und nach Anspruch 14, wobei die zweite reflektierende Zone durch eine Wand oder auf einer Wand der in dem Substrat vorgesehenen Öffnung, mündend oder durchquerend, realisiert wird.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Wand der Öffnung, auf der die zweite reflektierende Zone realisiert ist, entsprechend einer kristallographischen Ebene des Substrats ausgerichtet ist.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die zweite reflektierende Zone so angeordnet ist, dass der Eingangslichtstrahl und der Ausgangslichtstrahl zwischen sich einen Winkel größer als 90° bilden.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die beiden reflektierenden Zonen (95, 98) zwei im Wesentlichen parallele Zonen definieren, wenn der Teil der Membran, der eine reflektierende Zone bildet, in Ruhestellung ist.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die beiden Ebenen parallel sind zu einer bestimmten kristallographischen Ebene des Substrats.
Mikrooptikvorrichtung, umfassend: – ein Substrat (88), – eine erste Membran (94) aus einem auf einer ersten Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Material, wobei die Membran zwei Ebenen definiert, die zwischen sich einen Nichtnullwinkel α bilden, ein Teil (95) der ersten Membran eine erste reflektierende Zone aufweist und in wenigstens einer ersten Richtung abgelenkt werden kann, bezogen auf einen in dem Substrat vorgesehenen ersten Hohlraum (92), – erste Einrichtungen (96), um diesen Teil der Membran in wenigstens der ersten Richtung abzulenken, – eine zweite Membran (91) aus einem auf einer zweiten Oberfläche des Substrats abgeschiedenen Material, wobei die Membran zwei Ebenen definiert, die zwischen sich einen Nichtnullwinkel α bilden, ein Teil (97) der zweiten Membran eine zweite reflektierende Zone aufweist und in wenigstens einer zweiten Richtung abgelenkt werden kann, bezogen auf einen in dem Substrat vorgesehenen zweiten Hohlraum (92), – zweite Einrichtungen (100), um diesen Teil der zweiten Membran in wenigstens der zweiten Richtung abzulenken, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst: – Einrichtungen zum Ablenken des genannten Teils (95) der ersten Membran in wenigstens eine bezüglich der ersten Richtung unterschiedliche Richtung, und – Einrichtungen zum Ablenken des genannten Teils (97) der zweiten Membran in wenigstens eine bezüglich der zweiten Richtung unterschiedliche Richtung.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die erste und die zweite Oberfläche des Substrats sich in Bezug auf das Substrat auf einer selben Seite befinden und die beiden Hohlräume sich am Rand einer Öffnung befinden, die an dieser Oberfläche des Substrats mündet.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die erste und die zweite Oberfläche des Substrats sich auf entgegengesetzten Seiten des Substrats befinden und die Hohlräume (92, 93) sich am Rand einer das Substrat durchquerenden Öffnung (90) befinden.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Winkel α und β zwischen 90° und 135° enthalten sind.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Winkel α und β zwischen 120° und 130° enthalten sind.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei der Ausschlag in einer der Ablenkrichtungen größer ist als der Ausschlag in einer der anderen Ablenkrichtungen.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei der Teil der einen und/oder der anderen Membran, der abgelenkt werden kann, durch einen Mikroträger mit einem festen Teil verbunden ist, der die Einrichtungen trägt, mit denen der bewegliche Teil abgelenkt werden kann.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 26, wobei der feste Teil eine Symmetrieachse aufweist, zu der der Mikroträger parallel ist.
Mikrooptikvorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Mikroträger in Bezug auf diese Achse versetzt ist.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei der bewegliche Teil seitlich versetzt ist in Bezug auf die Symmetrieachse des festen Teils.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei die Einrichtungen zum Bewirken einer Ablenkung des beweglichen Teils mehrere Gruppen von auf beide Seiten der Symmetrieachse verteilten Einrichtungen zum Bewirken einer Ablenkung umfassen.
Mikrooptikvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, wobei die ersten und zweiten Einrichtungen zum Bewirken einer Ablenkung vom piezoelektrischen oder elektrostatischen Typ sind.
Mikrooptikvorrichtung, zwei kaskadenförmig angeordnete Mikrooptikvorrichtungen umfassend, jede nach einem der Ansprüche 14 bis 31, wobei der Ausgangsstrahl von einer der Mikrooptikvorrichtungen ein Eingangsstrahl der anderen Mikrooptikvorrichtung ist.