[发明专利]微镜

说明书

背景技术

对于借助逐行描绘投影面(英语：“flying spot：飞点”)的图像结构而言，至少在一个轴线上需要具有高频率的运动。为了使需要的频率达到10千赫兹以上直至50千赫兹，仅仅考虑谐振装置。近些年提出了大量的微镜。一部分实现了在仅仅一个轴线上振动的镜，一部分开发了万向悬挂的镜，其或者在两个轴线方向上谐振振动或者在一个方向上准静态地工作。

在公开文献“MEMS Scanners for Display and Imaging Applications”(SPIE会议记录，第5604卷)中描述了由镜大小和偏转的乘积(所谓的西塔D乘积(Theta-D-Produkt))和频率对于微扫描仪的图像质量的意义。

除三个参数——镜大小、偏转和频率以外，在高频率的情况下振荡的微镜的镜变形仅仅是所使用的激光的波长的约1/10。在更大的变形的情况下，点可能扩大，这使图像的分辨率变差。由于镜自身的惯性和作用在镜板上的反力(如由在偏转镜时张紧的弹簧施加反力)，这是很难满足的要求。迄今，通过悬挂点的优化试图在镜板的尽可能小的动态变形方面优化由板的自身惯性引起的变形和由弹簧配合引起的变形。

对于微镜的反射表面通常使用优选由银或铝构成的金属化部。在此微镜的承载装置例如由硅构成。因此，整个镜板是双金属的。这导致镜的取决于温度的静态变形。

发明内容

本发明的任务是实现一种改进的具有转动轴线的谐振的微镜。

对于由分别具有一个转动轴线的两个镜、即作为所谓的2×1D方案构造的2D扫描仪而言，需要一个谐振镜，其在光路中作为第二镜放置在第一镜后面。激光射束在其到达第二镜上之前已经通过第一镜在第一y方向上偏转。需要具有近似方形横截面的第二镜，其中y方向(转动轴线方向上的维度)上的延展比至今所提出的现有技术中的镜大得多。

通过射束首先到达准静态的第一镜上，射束必须如此平地入射，使得其在谐振镜上的反射之后虽然在此发生扩宽但在准静态芯片的外缘处从旁经过。所述平的入射导致谐振镜上的激光点的椭圆变形，所述椭圆变形大于在万向悬挂的2D镜中必须预期的椭圆变形。在万向悬挂的镜中，同样不允许射束任意倾斜地入射。在反射之后，在考虑所有偏转的情况下，出射的射束必须从旁经过入射射束。这在1毫米的激光点大小时可能导致垂直于轴线的方向上的约1.5毫米的镜直径。由于2×1D方案的光学装置的几何需求，所述镜在1毫米的点直径的情况下必须展开基本上方形的面，其垂直于转动轴线具有1.8毫米至2.2毫米的延展并且平行于转动轴线具有约2.4毫米的延展。能够仅仅借助非常坚硬的、但同时非常长的弹簧达到这些边界条件以及对具有少量的λ/10变形的镜的要求，如以下示出的那样：

通过以下给出机械振荡器的谐振：

其中k表示弹簧刚度，而I表示振荡器的惯性。

因此，方形的板的惯性

以尺寸的三次幂在垂直于转动轴线的方向上增大。

在公开文献“Fabrication and characterization of a dynamically flat high resolution micro-scanner”(Journal of Optics.A(2008)，编号10，论文044005，8页)中通过以下给出圆镜的变形：

其中D表示镜直径，f表示镜频率，Θ表示偏转角，而t表示镜厚度。对于正方形的镜而言，已经示出动态镜变形与镜大小的近似的高相关性。

为了在高谐振频率下运行的大的镜不具有过大的动态变形，镜板应具有大的厚度，其中目标度量>100微米、优选200微米。

镜板的惯性以一次幂随着厚度的增加而增大，如公式(2)中示出的那样。为了实现>10千赫兹的谐振频率、优选20千赫兹的频率，需要非常坚硬的弹簧。

通过以下给出具有方形横截面的扭转弹簧的刚度：

其中w表示更小的维度，b表示方形横截面的更大的维度，l表示弹簧的长度而G表示剪切模型(Schermodul)。

通过以下给出具有方形横截面的弯曲弹簧的刚度：

其中w表示弯曲到的维度，b表示横向于弯曲的维度，l表示弹簧的长度，而E表示E模型。

不论使用扭转弹簧还是弯曲弹簧，为了具有高刚度，弹簧在横截面的维度上必须具有大的尺寸。