[发明专利]微机械装置及在其上调节确定温度或确定温度过程的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有温度稳定性的微机械装置，还涉及一种在微机械 装置上调节空间上和时间上确定的温度或空间上和时间上确定的温度过 程的方法。例如，本发明适合用于对微机械装置参数的稳定性具有高要求 的精密应用的反射型微机械装置，诸如用于显示、电信、激光材料加工、 眼科学激光手术、卫星技术、显微术、全息术和和数据存储应用。

背景技术

大体上，因电磁和/或热因素在微机械装置中或上具有明显热流波动的 应用领域代表了本发明的实质应用领域。具有由电磁因素引起的明显热流 波动的此类装置可以例如是在整个电磁谱范围可能应用的微机械装置。这 意味着微机械装置可以在可见光、紫外近红外辐射范围、在太赫兹或在软 X射线辐射直到无线电波辐射范围内工作。

本发明的应用领域可以是用于电磁功率密度非常大的装置。对微机械 装置固有地施加热作用的此类装置可以是例如用于光刻、激光雷达地表识 别的装置、或用于LED、激光器或微波激射器应用领域的装置。

具有由热因素引起的明显热流波动的本发明的其他应用领域在于，例 如具有高温动力的微机械装置，即例如适于在汽车技术(automobile technology)、卫星技术、医学技术、低温传感器技术、真空技术中应用的 装置，或用于传感器和执行(sensor and actor)装置的装置。

反射型微机械装置的热应力将导致装置重要特征量的改变。在反射型 微机械装置中，微机械光学关键参数可能改变，例如共振频率、偏转位置 (deflection position)或扫描镜情况中的反射镜平面度。系统特征量的改变， 例如映射保真度(mapping fidelity)、定位速度(positioning speed)等等，由 其导致当应用微机械装置时需要适当控制热流，尤其是对于激光精密应 用。反射型微机械装置的热稳定性问题已存在多年。

已知的用于消除反射型微机械装置热不稳定性的方法包括在足够低 的电磁场密度下操作反射型微机械装置，因为这不会引起任何对微机械装 置的明显的热输入。

通过微机械装置与电磁辐射相互作用达到减少微机械装置热不稳定 性的另一种可能性由Sandner等人通过利用防反射覆盖层产生高表面反射 以减少热耦合实现(“High reflective optical coating for high power applications of micro scanning mirrors in the UV-VIS-NIR spectral region”， Proceedings SPIE，Vol.6114(2005))。

可选地，在激光操作中，可以通过特殊照射方案克服热不稳定性，如 WO2005/015903A1中所述。

如WO2005/078506A1的专利说明书所述，利用在装置的不同区域的 局域电加热产生热补偿流，用于微机械装置中的稳定温度的调节。

也可以执行具有“休止时间”(rest time)的微观机械装置的时间限制性 操作，以消除或最小化明显的热量加热。

另一种减小反射型微机械扫描器的热不稳定性的途径是基于具有优 化热排出性的悬挂扫描镜的机械弹簧的特殊设计，或基于用于热排出的微 机械装置的气体净化(a gas purge)。

基本上，前面已知的实现微机械装置热稳定性的方法具有不同的困难 和/或缺陷。

例如，前述的用于扫描镜的镜弹簧的设计改变不会导致这些热优化的 镜弹簧的最佳机械特性。

用于微机械装置的温度稳定的局域电加热只部分地与温度变化起作 用，并带来明显的时间偏移(temporal offset)。此外，只能在有限的情况下 调节主要的热流变化。有“休止时间”的微机械装置操作给微机械装置的 工作速度带来了明显的限制，因此是不适当的。

如前所述，为了控制装置中的热流，部分采用特殊的激光照射方案以 避免反射型微机械装置中的热不稳定性。然而，这样的照射方案潜在地限 制于关于要补偿的热流的时间和空间动力学中。

然而，尽管采用上面提到的温度稳定措施，工业使用者对高精度的强 烈需求仍旧受到限制，例如激光应用中的微扫描器镜的共振频率或者在应 用环境改变条件下的稳定操作。