DE102009021936A1 - Optical filter and a method for producing an optical filter - Google Patents

Optical filter and a method for producing an optical filter Download PDF

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Abstract

Ein optisches Filter (10) umfasst einen ersten teiltransparenten Spiegel (1a), einen zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) und einen verformbaren Abstandshalter (7; 15), der zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel (1a) und dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) angeordnet ist. Ein Abstand (20) zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel (1a) und dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) ist in Abhängigkeit einer an das optische Filter (10) angelegten Spannung (U) veränderbar.An optical filter (10) comprises a first partially transparent mirror (1a), a second partially transparent mirror (1b) and a deformable spacer (7; 15) disposed between the first partially transparent mirror (1a) and the second partially transparent mirror (1b) is. A distance (20) between the first partially transparent mirror (1a) and the second partially transparent mirror (1b) is variable as a function of a voltage (U) applied to the optical filter (10).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Filter und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters und insbesondere auf ein linear variables optisches Filter, welches zur optischen Spektroskopie geeignet ist.The The present invention relates to an optical filter and a method for producing an optical filter and in particular to a linear variable optical filter, which is used for optical spectroscopy suitable is.

Die optische Spektroskopie umfasst die Analyse elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Frequenzband. Dabei wird jeder Frequenz eine Intensität zugeordnet. Im Wesentlichen beschränkt man sich dabei auf das elektromagnetische Spektrum vom UV- bis zum MIR-Bereich (UV = ultraviolet, IR = infrarot, MIR = mittleres infrarot). Teilweise werden Untersuchungen jedoch auch im DUV (deep ultraviolet) oder im FIR (far infrared) durchgeführt.The Optical spectroscopy involves the analysis of electromagnetic radiation in a certain frequency band. Each frequency becomes one Assigned intensity. Essentially limited you look at the electromagnetic spectrum from the UV to the MIR range (UV = ultraviolet, IR = infrared, MIR = mean infrared). However, some investigations are also carried out in DUV (deep ultraviolet) or in FIR (far infrared).

Mittels optischer Spektroskopie ist es möglich die spektrale Zusammensetzung von Strahlungsquellen zu bestimmen. Auch kann untersucht werden, in welchem Maß die spektrale Zusammensetzung einer Strahlung durch Einbringen von Proben (Transmission oder Reflexion) modifiziert wird. Aus der bestimmten wellenlängenabhängigen Transmission, Reflexion oder Absorption kann auf stoffspezifische Bestandteile, Eigenschaften, Bindungsverhältnisse, Bandstruktur (Bandlücken) und weitere physikalische und chemische Eigenschaften geschlossen werden. Mittels der optischen Spektroskopie können somit Materialien charakterisiert werden. Ebenso können dynamische, zeitabhängige physikalische und chemische Prozesse untersucht werden.through optical spectroscopy it is possible the spectral composition from radiation sources. It can also be investigated to what extent the spectral composition of a radiation modified by introducing samples (transmission or reflection) becomes. From the particular wavelength-dependent Transmission, reflection or absorption may be substance specific Ingredients, properties, bonding conditions, band structure (Band gaps) and other physical and chemical properties getting closed. Thus, by means of optical spectroscopy Materials are characterized. Likewise, dynamic, Time-dependent physical and chemical processes investigated become.

Es existieren verschiedene Ansätze zur Realisierung eines Spektrometers:

  • 1) Dispersive Spektrometer. Der am weitesten verbreitete Ansatz beruht auf der Verwendung eines dispersiven Elements, wie z. B. eines Prismas oder, häufiger, eines Gitters. Das einfallende Licht wird durch das dispersive Element in seine spektralen Bestandteile zerlegt und auf einen Multikanaldetektor abgebildet, so dass jedem Detektorelement eine Intensität und ein Wellenlängenbereich zugeordnet wird. Alternativ wird das dispersive Element verkippt, so dass das Spektrum zeitlich sequentiell von einem Einzeldetektor erfasst werden kann. Um hohe Flexibilität für die Bandbreite und die Zentralwellenlänge des Spektrometers zu erreichen und auch hohe Flexibilität in Bezug auf die Auflösung zu erzielen, sind verschiedene Bauteile, wie Linsen oder Spiegel, einstellbare Schlitze, gegebenenfalls verschiedene dispersive Elemente und Detektoren erforderlich. Dies macht den Aufbau komplex und die Abmessungen groß, was sich auch in einem verhältnismäßig hohen Preis widerspiegelt.
  • 2) FT-Spektrometer. Fourier-Transform-(FT-)Spektrometer basieren auf der Interferenz von zwei Teilstrahlen, die üblicherweise mittels eines Michelson-Interferometers generiert werden. Bei Änderung der optischen Weglängendifferenz werden Interferenzminima und -maxima durchlaufen. Die Intensität wird abhängig von der optischen Weglängendifferenz der Teilstrahlen mit einem Detektor aufgenommen. Mittels einer Fourier-Transformation wird die wellenlängenabhängige Intensität – das Spektrum – errechnet. FT-Spektrometer haben vor allem für geringe Intensitäten im Vergleich zu vielen anderen Spektrometertypen Vorteile (z. B. Jaquinot-Vorteil). Nachteilig wirken sich die großen Abmessungen solcher Spektrometer und die hohe Empfindlichkeit gegenüber Schocks und Vibrationen aus. Dieser Nachteil wird potentiell durch neuartige auf MEMS beruhenden Ansätzen beseitigt, wobei im Allgemeinen die Auflösung durch diese Ansätze sinkt. Da das Spektrum immer sequentiell aufgenommen wird, erlauben FT-Spektrometer nicht die Erfassung schneller spektraler Veränderungen.
  • 3) AOTF (Acousto Optical Tunable Filter): Eine stehende akustische Welle wird eingesetzt, um in einem transparenten Kristall periodische Brechungsindexvariationen hervorzurufen. Diese periodische Variation wirkt für das einfallende Licht als Gitter. Durch Frequenzänderung der akustischen Welle wird die Periodizität des Gitters geändert. Üblicherweise wird der Detektor so angeordnet, dass er die Intensität der ersten Beugungsordnung erfassen kann. Wird die Anregungsfrequenz geändert, so trifft auf den Detektor die 1. Beugungsordnung einer anderen Wellenlänge. Durch Variation der akustischen Anregungsfrequenz wird also das Spektrum zeitlich sequentiell aufgenommen. Nachteilig neben der sequentiellen Erfassung sind die hohen Kosten für solche Modulatoren und der hohe Justageaufwand.
  • 4) Fabry-Perot-Filter. Die Wirkungsweise von Fabry-Perot-Filtern beruht auf Vielfachinterferenz. Im einfachsten Fall werden zwei teiltransparente Spiegel planparallel angeordnet. Nur Wellenlängen, welche die Interferenzbedingung erfüllen werden von dem Filter transmittiert. Entscheidend ist dabei der Abstand der Spiegel. Zur Erfassung eines kompletten Spektrums wird der Abstand der Spiegel verändert und die Intensität als Funktion des Abstands aufgenommen. Aus der rechnerischen Beziehung zwischen Abstand und Wellenlänge kann die Intensität wellenlängenabhängig aufgetragen werden. Auch hier wirkt sich nachteilig die zeitlich sequentielle Erfassung des Spektrums aus.
  • 5) LVOF (Linear Variable Optical Filter): Der Ansatz ist ähnlich dem des Fabry-Perot-Filters mit dem Unterschied, dass die beiden Spiegel nicht planparallel sondern leicht verkippt zueinander angeordnet werden. Entlang der Verkippung ergeben sich somit unterschiedliche Interferenzbedingungen. Dies führt dazu, dass entlang der Verkippung unterschiedliche Wellenlängen transmittiert werden.
There are different approaches to the realization of a spectrometer:
  • 1) Dispersive spectrometer. The most common approach is based on the use of a dispersive element, such. As a prism or, more often, a grid. The incident light is decomposed by the dispersive element into its spectral components and mapped onto a multi-channel detector, so that each detector element is assigned an intensity and a wavelength range. Alternatively, the dispersive element is tilted, so that the spectrum can be detected sequentially in time by a single detector. In order to achieve high flexibility for the bandwidth and the central wavelength of the spectrometer and also to achieve high flexibility in terms of resolution, various components such as lenses or mirrors, adjustable slots, possibly different dispersive elements and detectors are required. This makes the structure complex and the dimensions large, which is also reflected in a relatively high price.
  • 2) FT spectrometer. Fourier transform (FT) spectrometers are based on the interference of two sub-beams, which are usually generated by means of a Michelson interferometer. When changing the optical path length difference interference minima and maxima are traversed. The intensity is recorded depending on the optical path length difference of the partial beams with a detector. By means of a Fourier transformation, the wavelength-dependent intensity - the spectrum - is calculated. FT spectrometers have advantages especially for low intensities compared to many other spectrometer types (eg Jaquinot advantage). Disadvantageous are the large dimensions of such spectrometers and the high sensitivity to shocks and vibrations. This disadvantage is potentially eliminated by novel MEMS-based approaches, which generally lower the resolution through these approaches. Since the spectrum is always recorded sequentially, FT spectrometers do not allow the detection of fast spectral changes.
  • 3) AOTF (Acousto Optical Tunable Filter): A standing acoustic wave is used to produce periodic refractive index variations in a transparent crystal. This periodic variation acts as a grating for the incident light. By changing the frequency of the acoustic wave, the periodicity of the grating is changed. Usually, the detector is arranged so that it can detect the intensity of the first diffraction order. If the excitation frequency is changed, the first diffraction order of a different wavelength strikes the detector. By varying the acoustic excitation frequency, the spectrum is thus recorded temporally sequentially. Disadvantages in addition to the sequential detection are the high costs for such modulators and the high adjustment effort.
  • 4) Fabry-Perot filter. The mode of action of Fabry-Perot filters is based on multiple interference. In the simplest case, two partially transparent mirrors are arranged plane-parallel. Only wavelengths that satisfy the interference condition are transmitted by the filter. The decisive factor is the distance between the mirrors. To detect a complete spectrum, the distance of the mirrors is changed and the intensity is recorded as a function of the distance. From the mathematical relationship between distance and wavelength, the intensity can be plotted as a function of wavelength. Here, too, adversely affects the temporal sequential acquisition of the spectrum.
  • 5) Linear Variable Optical Filter (LVOF): The approach is similar to that of the Fabry-Perot filter with the difference that the two mirrors are arranged not plane-parallel but slightly tilted to each other. Along the tilting thus result in different interference conditions. This causes that along the Verkip pung different wavelengths are transmitted.

In US 6,909,548 B2 wird beschrieben, dass die Variabilität bzgl. der transmittierenden Wellenlänge dadurch erreicht wird, dass der Lichtstrahl je nach gewünschter zu transmittierender Wellenlänge auf eine bestimmte Position entlang der Verkippung positioniert wird. Alternativ wird der Filter translatorisch verschoben.In US 6,909,548 B2 It is described that the variability with respect to the transmitting wavelength is achieved by positioning the light beam at a specific position along the tilt, depending on the desired wavelength to be transmitted. Alternatively, the filter is translated translationally.

Als integriertes Spektrometer werden LVOFs z. B. wie in US 2002/0131047 A1 eingesetzt. 2 zeigt einen solchen herkömmlichen linear variablen optischen Filter (LVOF), mit einem ersten teiltransparente Spiegel 1a, einem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b, die verkippt zueinander von einem linken Ende 4 zu einem rechten Ende 6 angeordnet sind. Wie in 2 gezeigt, wird der LVOF 10 mit den zueinander verkippt angeordneten Spiegeln 1a und 1b mit einem Zeilendetektor 2 kombiniert. Bei senkrechtem (vertikalen) Lichteinfall 3 wird am linken Ende 4, wo der Abstand der beiden Spiegel am geringsten ist, die Wellenlänge λ1 ± Δλ transmittiert und trifft auf das darunter liegende Detektorelement 5. Am rechten Ende 6 erfüllt die Wellenlänge λ2 ± Δλ die konstruktive Interferenzbedingung, wobei gilt: λ2 > λ1. Δλ beschreibt die Bandpassbreite, die von der Finesse des Filters abhängt, welche wiederum wesentlich durch die Reflexionsgrade der Spiegel bestimmt wird. Die Zentralwellenlänge des Filters ergibt sich zu (λ2 – λ1)/2.As an integrated spectrometer LVOFs z. B. as in US 2002/0131047 A1 used. 2 shows such a conventional linear variable optical filter (LVOF), with a first partially transparent mirror 1a , a second semi-transparent mirror 1b that tilts to each other from a left end 4 to a right end 6 are arranged. As in 2 shown, the LVOF 10 with the mutually tilted arranged mirrors 1a and 1b with a line detector 2 combined. With vertical (vertical) light incidence 3 will be on the left end 4 where the distance of the two mirrors is the lowest, transmits the wavelength λ 1 ± Δλ and strikes the underlying detector element 5 , At the right end 6 the wavelength λ 2 ± Δλ satisfies the constructive interference condition, where: λ 2 > λ 1 . Δλ describes the bandpass width which depends on the finesse of the filter, which in turn is essentially determined by the reflectances of the mirrors. The central wavelength of the filter is (λ 2 - λ 1 ) / 2.

Die geforderten Verkippungswinkel liegen üblicherweise in der Größenordnung von 0.05°. Die feinmechanische Herstellung ist daher sehr schwierig. Ein erster Ansatz LVOF-Filter in Oberflächenmikromechanik herzustellen ist in A. Emadi, H. Wu, S. Grabarnik, G. de Graaf and R. F. Wollfenbuttel, FABRICATION OF TAPERED OPTICAL STRUCTURES USING RESIST REFLOW, Proc. of 19th MicroMechanics Europe Workshop, Aachen (2008) beschrieben.The required tilt angles are usually of the order of 0.05 °. The precision mechanical production is therefore very difficult. A first approach to producing LVOF filters in surface micromachining is in A. Emadi, H. Wu, S. Grabarnik, G. de Graaf and RF Wollfenbuttel, FABRICATION OF TAPERED OPTICAL STRUCTURES USING RESIST REFLOW, Proc. of 19th MicroMechanics Europe Workshop, Aachen (2008) described.

Allen bisher bekannten Lösungen ist gemeinsam, dass der Wellenlängenbereich λ2 – λ1 aufgrund des festen Verkippungswinkels nicht einstellbar ist. Die prinzipiell erzielbare Auflösung ist somit ebenfalls determiniert und ergibt sich aus der Anzahl N der Detektorelemente nach: Auflösung = (λ2 – λ1)/N.All previously known solutions have in common that the wavelength range λ 2 - λ 1 is not adjustable due to the fixed tilt angle. The resolution which can be achieved in principle is therefore likewise determined and results from the number N of the detector elements according to: Resolution = (λ 21 ) / N.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Spektrometer zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine geringe Baugröße, geringe Herstellungskosten, sowie geringe Schock- und Vibrationsunempfindlichkeit auszeichnet und gleichzeitig hohe Flexibilität in Bezug auf den Wellenlängenbereich und die Auflösung bietet.outgoing from this prior art, the present invention is the Task is to provide a spectrometer, characterized by a small size, low Production costs, and low shock and vibration insensitivity while offering high flexibility in terms of on the wavelength range and the resolution offers.

Dieser Aufgabe wird durch ein optisches Filter nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters nach Anspruch 20 gelöst.This The object is achieved by an optical filter according to claim 1 and a Process for producing an optical filter according to claim 20 solved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein optisches Filter mit variabel einstellbarer Zentralwellenlänge und Auflösung dadurch geschaffen werden kann, dass ein erster und zweiter teiltransparenter Spiegel durch einen verformbaren Abstandshalter voneinander getrennt sind, wobei der verformbare Abstandshalter durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das optische Filter den Abstand zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel ändert.Of the The present invention is based on the finding that an optical Filter with variably adjustable central wavelength and Resolution can be created by having a first and second semi-transparent mirror by a deformable spacer are separated from each other, wherein the deformable spacer by applying an electrical voltage to the optical filter changes the distance between the first and second semi-transparent mirrors.

Die Änderung des Abstands kann zum einen darin bestehen, dass der erste und zweite teiltransparente Spiegel flächenmäßig zueinander parallel oder übereinander angeordnet sind und der Abstand der parallel angeordneten Spiegel zueinander verändert wird. Dadurch lässt sich die Zentralwellenlänge des optischen Filters variieren. Bei weiteren Ausfüh rungsbeispielen kann ferner der Abstandshalter derart verformt werden, dass der erste teiltransparente Spiegel eine Verkippung in Bezug auf den zweiten teiltransparenten Spiegel aufweist und die Verkippung durch Anlegen der Spannung oder durch Änderung der angelegten Spannung verändert wird.The change the distance may be that the first and second partially transparent mirrors by area are arranged parallel to each other or one above the other and changed the distance between the mirror arranged parallel to each other becomes. This allows the central wavelength of the optical filter vary. In further Ausfüh approximately examples Further, the spacer may be deformed such that the first semitransparent mirrors a tilt in relation to the second partially transparent mirror and the tilting through Apply the voltage or by changing the applied Tension is changed.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist der variable Abstandshalter ein elektroaktives Material auf, welches bei Anlegen einer elektrischen Spannung sich entweder zusammenzieht oder sich ausdehnt, so dass durch eine Spannungsänderung, eine Änderung des Abstandes bewirkt wird. Indem durch das elektroaktive Material sowohl die Verkippung als auch der mittlere Abstand des ersten und zweiten Spiegels einstellbar sind, können damit die Zentralwellenlänge (Mittenfrequenz) und der Wellenlängenbereich (Auflösung) unabhängig eingestellt werden.at Further embodiments, the variable spacer an electroactive material, which upon application of an electrical voltage either contracts or expands, so that by a Voltage change, a change of the distance is effected. By the electroactive material both the Tilting as well as the mean distance of the first and second Mirror are adjustable, so that the central wavelength (Center frequency) and the wavelength range (resolution) be set independently.

Der erste und zweite teiltransparente Spiegel können beispielsweise jeweils eine Ebene oder eine Platte bilden, so dass sich bei einer relativen Verkippung ein linear variabler optischer Filter ergibt. Die Verkippung ist durch den Verkippungswinkel (= Schnittwinkel der Flächennormalen der beiden Spiegel) gegeben. Dieser linear variable optische Filter kann optional ebenfalls durch eine Oberflächenmikromechanik hergestellt werden.Of the for example, first and second partially transparent mirrors each form a plane or a plate, so that at a relative tilting results in a linear variable optical filter. The tilt is due to the tilt angle (= angle of intersection the surface normals of the two mirrors). This Optionally, linear variable optical filters can also be replaced by a Surface micromechanics are produced.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen enthält das optische Filter eine oder mehrere transparente Spiegelplatten, die über Aktorelemente aus elektroaktivem Material verkippt werden können, wobei der Abstand zwischen den Spiegelplatten eingestellt werden kann.at Further embodiments includes the optical Filter one or more transparent mirror plates over Aktorelemente can be tilted from electroactive material, the distance between the mirror plates being adjusted can.

Optional können die beiden Spiegel eine Vorverkippung aufweisen, die durch einen zusätzlichen Abstandshalter realisiert wird. Die Vorverkippung kann beispielsweise durch ein aufschmelzbares Material realisiert werden, wobei das aufschmelzbare Material beispielsweise ein Polymer aufweisen kann. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann der zusätzli che Abstandshalter zur Einstellung einer Vorverkippung aus einem passiven oder einem aktiven (optischen) Material bestehen.Optionally, the two mirrors can be a Vor have tilting, which is realized by an additional spacer. The pre-tilting can be realized for example by a fusible material, wherein the fusible material may comprise, for example, a polymer. In further embodiments, the addi tional spacer for setting a pre-tilting of a passive or an active (optical) material consist.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist das optische Filter eine Detektorzeile auf, wobei die Detektorzeile eine Vielzahl eindimensional angeordneter Detektorzellen (z. B. Photozellen) umfasst und das optische Filter auf der Detektorzeile angeordnet ist.at Further embodiments, the optical filter a detector row, wherein the detector row a plurality of one-dimensional arranged detector cells (eg., Photocells) and the optical filter is arranged on the detector line.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist das optische Filter als eine zweidimensionale Anordnung realisiert, so dass beispielsweise die Verkippung entlang einer der zwei Richtungen ausgebildet ist und entlang der anderen der zwei Richtungen entweder die Verkippung sich nicht ändert oder aber unterschiedliche Detektoren für unterschiedliche Wellenlängenbereiche angeordnet sind. Bei derartigen zweidimensionalen Anordnungen kann sowohl ein breites Spektrum als auch ein ausgewählter Bereich mit hoher Auflösung aufgenommen werden. Das kann beispielsweise derart realisiert werden, dass der Mittenabstand für alle entlang der anderen der zwei Richtungen nacheinander angeordneten Filter gleich ist, die Verkippung der einzelnen Filter jedoch unterschiedlich ist. Ausführungsbeispiele umfassen somit ebenso ein zweidimensionales optisches Filter, wobei die Verkippung in der einen Richtung der Detektorelemente einheitlich ist und das optische Filter somit als spektraler, ortsauflösender (Eindimensional)-Sensor verwendet werden kann.at Further embodiments is the optical filter realized as a two-dimensional arrangement, so that, for example the tilt is formed along one of the two directions and along the other of the two directions either the tilt does not change or different detectors arranged for different wavelength ranges are. In such two-dimensional arrangements, both a wide Spectrum as well as a selected area with high resolution be recorded. This can for example be realized in such a way that the center distance for all along the other of the two Directions of successive filters is the same, the tilt however, the individual filter is different. embodiments thus also comprise a two-dimensional optical filter, wherein the tilt in the one direction of the detector elements uniform is and the optical filter thus as a spectral, spatially resolving (One-dimensional) sensor can be used.

Das elektroaktives Material kann optional durch zwei transparente Elektroden aktiviert werden, wobei die zwei transparenten Elektroden auf zwei gegenüber liegenden Seiten des elektroaktiven Materials angeordnet sind.The Electroactive material can optionally be replaced by two transparent electrodes be activated, the two transparent electrodes on two opposite sides of the electroactive material are arranged.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel ein Keil oder ein planparalleler Stapel aus elektroaktivem Material angeordnet, wobei das elektroaktive Material gleichzeitig eine op tische Funktion erfüllt, indem das einfallende Licht das elektroaktive Material bei der Ausbreitung zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel passiert. In einem solchen Fall kann beispielsweise eine Elektrode als Widerstand oder Widerstandsschicht ausgebildet sein, über die eine Spannung abfällt, so dass sich beispielsweise ein Spannungsprofil entlang der Verkippungsrichtung ausbildet, wenn unterschiedliche elektrische Potentiale an unterschiedliche Kontaktbereiche der Widerstandsschicht angelegt werden. Die Potentiale können dann beispielsweise derart gewählt werden, dass sich eine gleichmäßige Verkippung ergibt. Optional können ferner zusätzliche Elektroden verwendet werden, um die optischen Eigenschaften – insbesondere eine eventuell störende Dispersion – auszugleichen.at Further embodiments is between the first and second semi-transparent mirrors a wedge or a plane-parallel Stack of electroactive material disposed, wherein the electroactive Material simultaneously fulfills an optical function by the incident light is the electroactive material in the propagation passes between the first and second partially transparent mirrors. In such a case, for example, an electrode as a resistor or resistance layer may be formed over the one Voltage drops, so that, for example, a voltage profile along the Verkippungsrichtung trains when different electrical Potentials to different contact areas of the resistance layer be created. The potentials can then, for example be chosen so that a uniform Tilting results. Optionally, additional Electrodes used to enhance the optical properties - in particular a possibly disturbing dispersion - compensate.

Der erste und zweite Spiegel können bei Ausführungsbeispielen beispielsweise durch einen dünnen Metallfilm hergestellt werden, der auf einem Substrat wie beispielsweise Glas aufgedampft wird, so dass sich dadurch ein teiltransparenter Spiegel ergibt. Die Transparenz kann in einem solchen Fall über die Schichtdicke der dünnen Metallfilmschicht eingestellt werden. Die teiltransparenten Spiegel in Form von dünnen Metallfilmen können ebenfalls in Kombination mit dielektrischen Schichten hergestellt werden. Die teiltransparenten Spiegel des optischen Filters können auch aus einem dielektrischen Schichtstapel, der einen Bragg-Reflektor bildet, hergestellt werden.Of the First and second mirrors may be used in embodiments for example, made by a thin metal film which are vapor-deposited on a substrate such as glass so that this results in a partially transparent mirror. The transparency can in such a case over the layer thickness the thin metal film layer are adjusted. The semi-transparent Mirrors in the form of thin metal films can also be made in combination with dielectric layers. The partially transparent mirrors of the optical filter can also from a dielectric layer stack comprising a Bragg reflector forms, be prepared.

Als elektroaktive Materialien kommen beispielsweise Materialien mit dielektrischen, elektrostriktiven, elektrochemo-mechanischen, piezoelektrischen oder elastischen Eigenschaften in Frage. Alternativ weisen die elektroaktiven Materialien beispielsweise einen ionischen Polymer-Metallkomposit, ein mechanisch-chemisches Polymer/Gel, einen Liquid Crystal Elastomer, oder Shape Memory Polymer/Legierungen auf. Insbesondere können beispielsweise als elektroaktive Materialien Polymere oder Copolymere sowie Polymerblends genutzt werden. Das elektroaktive Material kann ferner eine Legierung oder ein Gemisch (Komposit/Nanokomposit) aufweisen. Ferner kann bei Ausführungsbeispielen das elektroaktive Material eine Keramik oder Polymer-Keramik-Komposit sein.When electroactive materials come with materials, for example dielectric, electrostrictive, electrochemo-mechanical, piezoelectric or elastic properties in question. Alternatively, the electroactive Materials, for example, an ionic polymer-metal composite, a mechanical-chemical polymer / gel, a liquid crystal elastomer, or shape memory polymer / alloys. In particular, you can for example as electroactive materials polymers or copolymers and polymer blends are used. The electroactive material can further comprising an alloy or a mixture (composite / nanocomposite). Furthermore, in embodiments, the electroactive Material may be a ceramic or polymer-ceramic composite.

Bei der Herstellung des optischen Filters kann beispielsweise ein Waferbondverfahren genutzt werden, um beispielsweise den oberen Spiegel aufzubringen (entweder auf den Abstandshalter oder das elektroaktive Material). Um eine ausreichende optische Qualität zu erreichen, wird bei Ausführungsbeispielen außerdem die Dektektorzeile planarisiert und anschließend wird der untere Spiegel (der Spiegel, der dem Detektor zugewandt ist) auf den Detektor/Detektorzeile angeordnet.at For example, a wafer bonding method may be used to fabricate the optical filter used, for example, to apply the upper mirror (either on the spacer or the electroactive material). To achieve a sufficient optical quality, is in embodiments also the Dektektorzeile planarized and then the lower mirror (the Mirror facing the detector) on the detector / detector line arranged.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die Eigenschaften des elektroaktiven Materials durch Nanoteilchen oder Nanopartikel optimiert werden – sowohl in Bezug auf elektrische als auch optische Eigenschaften.at Further embodiments may have the characteristics of the electroactive material by nanoparticles or nanoparticles be optimized - both in terms of electrical as also optical properties.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen weist das optische Filter eine integrierte Positionssensorik auf, wobei optional integrierte lichtemittierende Dioden oder zusätzliche Photodioden oder auch Elemente der Detektorzeile dazu verwendet werden können. Alternativ können für die Positionssensorik ebenfalls Laserdioden eingesetzt werden. Außerdem ist es möglich, externe Lichtquellen für eine Kalibrierung zu nutzen.In further embodiments, the optical filter has an integrated position sensor, with optionally integrated light-emitting diodes or additional photodiodes or else Ele elements of the detector line can be used. Alternatively, laser diodes can also be used for the position sensor. It is also possible to use external light sources for calibration.

Um die Verkippungswinkel und den Abstand der teiltransparenten Spiegel bestimmen zu können, können beispielsweise kapazitive Messungen genutzt werden. Die Positionssensorik kann beispielsweise piezoresistiv oder piezoelektrisch arbeiten und außerdem können in der Positionssensorik ebenfalls Interferenzeffekte ausgenutzt werden.Around the tilt angle and the distance of the partially transparent mirror For example, capacitive ones can be used to determine Measurements are used. The position sensor can, for example piezoresistive or piezoelectric work and also can also have interference effects in the position sensor system be exploited.

Die Signale der Positionssensorik können bei weiteren Ausführungsbeispielen ebenfalls für ein Regelsystem des opti schen Filters genutzt werden, um den gewünschten Wellenlängenbereich und/oder die Zentralwellenlänge einzustellen und zu halten. Dies kann beispielsweise wichtig sein, um gegenüber Drift und externen Einflüssen, wie beispielsweise einer Temperaturänderung, unabhängig zu sein.The Signals of the position sensor can in further embodiments also used for a control system of the optical filter be to the desired wavelength range and / or to adjust and maintain the central wavelength. This for example, can be important to drift and over external influences, such as a temperature change, to be independent.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird die elektrostatische Anziehung oder Abstoßung ausgenutzt, um eine Verkippung/Auslenkung der teiltransparenten Spiegel zu erreichen, wobei dazu beispielsweise Elektroden oder Elektrodenplatten entweder an zwei gegenüber liegenden Seiten eines verformbaren (flexiblen) Materials ausgebildet sein können oder aber auf der Spiegelebene angeordnet sind und die Spiegel das flexible Material beidseitig begrenzen, so dass bei Anlegen einer Spannung an den beiden Elektrodenbereichen eine elektrostatische Kraft ausgeübt wird, die dazu führt, dass die beiden Spiegel sich entweder zueinander verkippen oder aber parallel zueinander anziehen oder abstoßen.at Further embodiments, the electrostatic Attraction or repulsion exploited to a tilt / deflection to achieve the partially transparent mirror, for example Electrodes or electrode plates either opposite to two lying sides of a deformable (flexible) material formed may be or are arranged on the mirror plane and the mirrors limit the flexible material on both sides, so that when applying a voltage to the two electrode areas a electrostatic force is exerted that causes that the two mirrors either tilt towards each other or but attract or repel in parallel.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das optische Filter in der Telekommunikation eingesetzt werden (z. B. optische Datenübertragung) oder auch in den Bereichen DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) oder WDM (Wavelength Division Multiplex). Ferner können Spektrometer, die auf den linear variablen optischen Filtern gemäß Ausführungsbeispielen basieren, in mobilen Geräten und/oder chemischen Analytik und/oder Lebensmittelkontrolle und -analyse eingesetzt werden. Schließlich können mit solcher Art von Spektrometer auch chemometrische Analysen durchgeführt werden.embodiments of the present invention can be used for a variety of Applications are used. For example, the optical filter in telecommunications (eg optical data transmission) or in the areas of DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex) or WDM (Wavelength Division Multiplex). Furthermore, spectrometers, those on the linear variable optical filters according to embodiments based in mobile devices and / or chemical analysis and / or food control and analysis. After all can also chemometric with such kind of spectrometer Analyzes are carried out.

Es ist bei weiteren Ausführungsbeispielen ebenfalls möglich, den optischen Filter in Kombination mit einer ein- oder mehrdimensionalen Verschiebungseinrichtung zu betreiben, so dass ein spektral aufgelöstes zweidimensionales Bild aufgenommen werden kann. Das spektral aufgelöste zweidimensionale Bild kann beispielsweise für eine Plastiksor tierung oder zur Müllsortierung verwendet werden. Andere Anwendungen umfassen die Wasseranalyse, Lebensmittelanalyse, Blutanalyse, Gasanalyse und die Umweltmesstechnik.It is also possible in further embodiments, the optical filter in combination with a one- or multi-dimensional To operate shift device, so that a spectrally resolved two-dimensional image can be taken. The spectrally resolved For example, a two-dimensional image can be used for a plastic fitting or used for sorting waste. Other applications include water analysis, food analysis, blood analysis, gas analysis and environmental metrology.

Ausführungsbeispiele können ebenfalls dazu genutzt werden, um organische lichtemittierende Dioden (OLED) oder Flüssigkeitskristallanzeigen (LCD-Displays) beispielsweise hinsichtlich der Farbbestimmung, der Intensität und Mura zu beeinflussen.embodiments can also be used to organic light-emitting Diodes (OLEDs) or liquid crystal displays (LCD displays) for example, in terms of color determination, the intensity and to influence Mura.

Erfindungsgemäß wird somit die oben gestellt Aufgabe gelöst, indem ein LVOF nach dem Stand der Technik so erweitert wird, dass der Abstand und der Verkippungswinkel der Spiegel flexibel einstellbar realisiert sind. Flexibel meint dabei, dass beide Parameter (Abstand und Verkippungswinkel) während des Betriebs des Filters unabhängig voneinander und ohne Eingriff in das optische System eingestellt werden können. Durch Einstellung des Mittenabstands kann die Zentralwellenlänge festgelegt werden. Durch Einstellung des Verkippungswinkels kann der Wellenlängenbereich gewählt werden. Bei N Detektoren kann die prinzipielle Auflösung im Bereich einer Zentralwellenlänge erhöht werden, indem der Wellenlängenbereich (Verkippungswinkel) reduziert wird. Damit wird es möglich ein Spektrum innerhalb eines großen Wellenlängenbereichs aufzunehmen und bei Bedarf in ausgesuchten (oder allen) Bereichen das Spektrum mit höherer Auflösung aufzunehmen ohne optische oder dispersive Komponenten austauschen zu müssen. Gleichzeitig ist ein solcher Filter in geringer Größe herzustellen, kostengünstig zu fertigen und besitzt aufgrund der Steifheit der verwendeten Aktoren eine sehr geringe Schock- und Vibrationsempfindlichkeit.According to the invention Thus the task set above is solved by a LVOF according to the prior art is extended so that the distance and The tilt angle of the mirror realized flexibly adjustable are. Flexible means that both parameters (distance and tilt angle) during the operation of the filter independently and without Intervention in the optical system can be adjusted. By adjusting the center distance, the central wavelength be determined. By adjusting the tilt angle can the wavelength range can be selected. At N Detectors can be the principal resolution in the range of Central wavelength can be increased by the wavelength range (Tilt angle) is reduced. This will make it possible a spectrum within a large wavelength range and, if necessary, in selected (or all) areas to record the spectrum with higher resolution without having to replace optical or dispersive components. At the same time, such a filter is small in size produce, inexpensive to manufacture and has due the stiffness of the actuators used a very low shock and Vibration sensitivity.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the accompanying drawing explained in more detail. It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines optischen Filters gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of an optical filter according to embodiments of the present invention;

2 eine Darstellung eines herkömmlichen linear variablen optischen Filters; 2 a representation of a conventional linear variable optical filter;

3 eine Querschnittsansicht durch ein variables optisches Filter mit vier Kontaktflächen; 3 a cross-sectional view through a variable optical filter with four contact surfaces;

4 eine Querschnittsansicht durch ein variables optisches Filter, der auf einer Detektorzeile angeordnet ist; 4 a cross-sectional view through a variable optical filter, which is arranged on a detector line;

5 ein variables optisches Filter mit einer Vorverkippung; 5 a variable optical filter with pre-tilting;

6 eine Querschnittsansicht eines variablen optischen Filters mit elektroaktivem Material als optisches Transmissionsmedium; 6 a cross-sectional view of a variab len optical filter with electroactive material as an optical transmission medium;

7a, b eine Darstellung der Dispersion und eine Elektrodenanordnung zur Dispersionskompensation; 7a , b is a representation of the dispersion and an electrode arrangement for dispersion compensation;

8 eine Draufsicht auf ein zweidimensional ausgebildetes variierbares optisches Filter-Array; und 8th a plan view of a two-dimensionally formed variable optical filter array; and

9 eine Darstellung von Prozessschritten für die Herstellung eines optischen Filters gemäß Ausführungsbeispielen. 9 an illustration of process steps for the production of an optical filter according to embodiments.

Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in verschiedenen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.In terms of the following description should be noted that at the same embodiments or the same functionally identical functional elements have the same reference numerals and thus the description of these functional elements in different Embodiments are interchangeable.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Filters mit einem ersten teiltransparenten Spiegel 1a, einen zweiten teiltransparenten Spiegel 1b und einen verformbaren Abstandshalter 7, 15, der zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel 1a, 1b angeordnet ist. Ein Abstand 20a zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a und dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b ist in Abhängigkeit einer an das optische Filter angelegten (elektrischen) Spannung U veränderbar. Der Abstandshalter 7, 15 kann dabei beispielsweise den Abstand 20 dadurch verändern, dass der erste teiltransparente Spiegel 1a bezüglich des zweiten teiltransparenten Spiegels 1b verkippt wird, so dass die Verkippung 20r zu einem variablen Abstand 20a entlang der Verkippungsrichtung (horizontalen Richtung in der 1) führt. Die Verkippung 20r entspricht einem Verkippungswinkel, der beispielsweise in der Größenordnung von 0,05° oder in einem Bereich zwischen 0° und 1° oder zwischen 0° und 0,1° einstellbar ist. 1 shows a schematic representation of an optical filter with a first partially transparent mirror 1a , a second partially transparent mirror 1b and a deformable spacer 7 . 15 that is between the first and second semi-transparent mirrors 1a . 1b is arranged. A distance 20a between the first semitransparent mirror 1a and the second partially transparent mirror 1b is variable as a function of an applied to the optical filter (electric) voltage U. The spacer 7 . 15 can, for example, the distance 20 thereby changing that the first semi-transparent mirror 1a with respect to the second partially transparent mirror 1b is tilted, so that the tilting 20r to a variable distance 20a along the tilting direction (horizontal direction in the 1 ) leads. The tilt 20r corresponds to a tilt angle, which is adjustable for example in the order of 0.05 ° or in a range between 0 ° and 1 ° or between 0 ° and 0.1 °.

Der erste teiltransparente Spiegel 1a ist ausgebildet, dass ein einfallender Lichtstrahl 3 den ersten teiltransparenten Spiegel 1a passieren kann und der zweite teiltransparente Spiegel 1b spaltet den einfallenden Lichtstrahl 3 in einen Transmissionsanteil 3t und einen Reflexionsanteil 3a auf, wobei der reflektierte Anteil 3r an dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b reflektiert und anschließend an dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a zurück reflektiert wird. Als Folge wird ein Teil des reflektierten Lichtstrahls 3r den zweiten teiltransparenten Spiegel 1b passieren und mit dem Transmissionsanteil 3t interferieren, so dass in Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwischen dem Transmissionsanteil 3t und dem Reflexionsanteil 3r ein In terferenzmuster entsteht. Wenn die Phasenverschiebung zwischen dem durchgelassenen und dem reflektierten Lichtstrahl 3t und 3r ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge beträgt, so kommt es zu einer Verstärkung (konstruktive Interferenz) und wenn die Phasendifferenz (2n + 1)π/2 für n = 1, 2, 3, ... beträgt, so kommt es zu einer Auslöschung, so dass diese Spektralteile eliminiert werden (destruktiven Interferenz). Im allgemeinen kommt es an den teiltransparenten Spiegeln 1a, b zu einer Mehrfachreflexion, so dass der Reflexionsanteil 3r mehrfach zwischen dem ersten und dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1a und 1b reflektiert wird und bei jeder Reflexion ein Teil den jeweiligen teiltransparenten Spiegel passiert. Für einen bestimmten Abstand 20a ist die konstruktive Interferenzbedingung nur für bestimmte Wellenlängen gegeben, wobei die größte Wellenlänge gerade den doppelten Abstand 20a beträgt. Der linear variable optische Filter, wie er in 1 dargestellt ist, hat nun den Effekt, dass entlang der Verkippungsrichtung (horizontale Richtung) die konstruktive Interferenzbedingung für verschiedene Wellenlängen erfüllt ist, so dass in Abhängigkeit der Einfallsposition des einfallenden Lichtes 3 eine andere Wellenlänge aus dem einfallenden Licht 3 gefiltert wird.The first semi-transparent mirror 1a is formed that an incident light beam 3 the first partially transparent mirror 1a can happen and the second semi-transparent mirror 1b splits the incoming light beam 3 in a transmission proportion 3t and a reflection component 3a on, with the reflected portion 3r at the second partially transparent mirror 1b reflected and then to the first partially transparent mirror 1a is reflected back. As a result, a part of the reflected light beam 3r the second partially transparent mirror 1b happen and with the transmission share 3t interfere so that, depending on the phase shift between the transmission component 3t and the reflection component 3r an interference pattern arises. When the phase shift between the transmitted and the reflected light beam 3t and 3r is an integer multiple of a wavelength, so it comes to a gain (constructive interference) and if the phase difference (2n + 1) π / 2 for n = 1, 2, 3, ..., then there is an extinction, so that these spectral parts are eliminated (destructive interference). In general, it comes at the partially transparent mirrors 1a , b to a multiple reflection, so that the reflection component 3r several times between the first and the second partially transparent mirror 1a and 1b is reflected and with each reflection a part passes the respective partially transparent mirror. For a certain distance 20a the constructive interference condition is given only for certain wavelengths, with the largest wavelength just twice the distance 20a is. The linear variable optical filter, as shown in 1 is shown, now has the effect that along the tilting direction (horizontal direction), the constructive interference condition for different wavelengths is satisfied, so that, depending on the incident position of the incident light 3 another wavelength from the incident light 3 is filtered.

3 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für verformbare Abstandshalter 7, die zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a und dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b ein erster verformbarer Abstandshalter 7a und ein zweiter verformbarer Abstandshalter 7b angeordnet sind. Zwischen dem ersten verformbaren Abstandshalter 7a und dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b ist eine erste Elektrode 8a ausgebildet, zwischen dem ersten Abstandshalter 7a und dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a ist eine zweite Elektrode 8b ausgebildet, zwischen dem zweiten verformbaren Abstandshalter 7b und dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b ist eine dritte Elektrode 8c ausgebildet und zwischen dem zweiten verformbaren Abstandshalter 7b und dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a ist eine vierte Elektrode 8d ausgebildet. 3 shows a cross-sectional view of a first embodiment of deformable spacers 7 that is between the first semi-transparent mirror 1a and the second partially transparent mirror 1b a first deformable spacer 7a and a second deformable spacer 7b are arranged. Between the first deformable spacer 7a and the second partially transparent mirror 1b is a first electrode 8a formed between the first spacer 7a and the first partially transparent mirror 1a is a second electrode 8b formed between the second deformable spacer 7b and the second partially transparent mirror 1b is a third electrode 8c formed and between the second deformable spacer 7b and the first partially transparent mirror 1a is a fourth electrode 8d educated.

Die 3 zeigt somit ein erstes Ausführungsbeispiel für ein einstellbares LVOF im Querschnitt, wobei einstellbare LVOF auch als Adjustable Linear Variable Optical Filter (ALVOF) bezeichnet werden. Beide verformbare Abstandshalter 7a, b können beispielsweise zusammen mit ihren jeweiligen Elektroden 8a8d nach dem Herstellungsprozess die gleiche nominelle Dicke aufweisen. Als elektroaktives Material können beispielsweise folgende Materialien genutzt werden: dielektrische Elastomere, elektrostriktive Polymere, elektrochemo-mechanische Polymere, ionische Polymer-Metall-Komposite, mechanisch-chemische Polymere/Gele, ferroelektrische Polymere, piezoelektrische Polymere und Keramiken, Liquid Crystal Elastomere, Shape Memory Polymere und Legierungen. Andere Beispiele sind Silikone, viskoelastische Schäume, BTO, PZT, PVDF, Copolymere von PVDF (PVDF-TrFE, PVDF-TFE), odd-Nylons, VDCN, Polyurea, sowie Komposite wie z. B. Polymerblends (PVF2-Nylon), Polymer-Keramik (PVDF-PZT), Nanokomposite (d. h. Nanopartikel eines elektroaktiven anorganischen Materials wie BTO in einer Polymer matrix), Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon nanotubes), in monomorpher-, bimorpher- oder polymorpher Struktur, hergestellt. Die Elektroden 8a8d sind aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, wie z. B. Al, Au, AlSiCu, ITO, CdO, Ag, Cu, leitende Polymere, .... Die Elektroden 8a8d sind elektrisch voneinander isoliert und können unabhängig voneinander mit einem elektrischen Potential beaufschlagt werden. In der Herstellung und für den Betrieb kann es günstig sein zwei der Elektroden elektrisch miteinander zu verbinden (z. B. in der Kombination 8a mit 8c oder 8b mit 8d zulässig).The 3 Thus, Figure 1 shows a first embodiment of an adjustable LVOF in cross-section, with adjustable LVOF also being referred to as Adjustable Linear Variable Optical Filter (ALVOF). Both deformable spacers 7a , b, for example, together with their respective electrodes 8a - 8d have the same nominal thickness after the manufacturing process. As electroactive material, for example, the following materials can be used: dielectric elastomers, electrostrictive polymers, electrochemo-mechanical polymers, ionic polymer-metal composites, mechanical-chemical polymers / gels, ferroelectric polymers, piezoelectric polymers and ceramics, liquid crystal elastomers, shape memory Polymers and alloys. Other examples are silicones, viscoelastic foams, BTO, PZT, PVDF, copolymers of PVDF (PVDF-TrFE, PVDF-TFE), odd-nylons, VDCN, polyurea, as well as composites such as e.g. Polymer blends (PVF 2 nylon), polymer ceramics (PVDF-PZT), nanocomposites (ie, nanoparticles of an electroactive inorganic material such as BTO in a polymer matrix), carbon nanotubes, monomorphic, bimorph, or polymorphic structure. The electrodes 8a - 8d are made of an electrically conductive material, such. Al, Au, AlSiCu, ITO, CdO, Ag, Cu, conductive polymers, .... The electrodes 8a - 8d are electrically isolated from each other and can be applied independently of each other with an electric potential. In the production and for the operation, it may be favorable to electrically connect two of the electrodes to each other (eg in the combination 8a With 8c or 8b With 8d permitted).

Liegt zwischen den Elektroden 8a und 8b eine elektrische Spannung an, so dehnt bzw. kontrahiert sich der Abstandshalter 7a. Entscheidend für die Kontraktion bzw. gegebenenfalls Elongation ist dabei je nach gewähltem Material entweder der inverse piezoelektrische Effekt (z. B. PVDF, PVDF-Copolymere oder Polymer-Polymer Komposite), die auf dem dielektrischen Effekt beruhende Kontraktion (z. B. BCB, Elastomere), die Elektrostriktion oder andere Effekte, welche die jeweiligen elektroaktiven Materialien auszeichnen.Lies between the electrodes 8a and 8b an electrical voltage, so stretched or contracted the spacer 7a , Depending on the selected material, either the inverse piezoelectric effect (eg PVDF, PVDF copolymers or polymer-polymer composites), the contraction based on the dielectric effect (eg BCB, Elastomers), electrostriction or other effects that characterize the respective electroactive materials.

Als konkretes Beispiel kann zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 8a und 8b eine erste Spannung angelegt werden, die ihrerseits zu einer Verformung des ersten verformbaren Abstandshalters 7a führt. In analoger Weise kann zwischen der dritten Elektrode 8c und der vierten Elektrode 8d eine zweite Spannung angelegt werden, die ihrerseits zu einer Verformung des zweiten verformbaren Abstandshalters 7b führt. Sofern die erste und die zweite Spannung voneinander unterschiedlich sind bzw. sofern das Material der ersten und zweiten verformbaren Abstandshalter 7a und 7b voneinander unterschiedlich ist, führt das Anlegen der ersten und zweiten Spannung zu unterschiedlichen Verformungen des ersten Abstandshalters 7a und des zweiten Abstandshalters 7b. Als Konsequenz wird der erste teiltransparente Spiegel 1a in Bezug auf den zweiten teiltransparenten Spiegel 1b verkippt und es entsteht ein linear variabler optischer Filter.As a concrete example, between the first and the second electrode 8a and 8b a first voltage is applied, which in turn results in deformation of the first deformable spacer 7a leads. In an analogous manner, between the third electrode 8c and the fourth electrode 8d a second voltage is applied, which in turn results in deformation of the second deformable spacer 7b leads. If the first and the second voltage are different from each other or if the material of the first and second deformable spacers 7a and 7b is different from each other, the application of the first and second voltage leads to different deformations of the first spacer 7a and the second spacer 7b , As a consequence, the first semitransparent mirror becomes 1a with respect to the second partially transparent mirror 1b tilted and there is a linear variable optical filter.

Alternativ können auch gleiche Spannungen zwischen der ersten und zweiten Elektrode 8a, 8b bzw. zwischen der dritten und vierten Elektrode 8c, 8d angelegt werden, die dazu führen, dass der erste teiltransparente Spiegel 1a sich im Vergleich zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b pa rallel verschiebt, so dass der Abstand 20 entlang der horizontalen Achse in der 3 konstant bleibt.Alternatively, equal voltages between the first and second electrodes 8a . 8b or between the third and fourth electrodes 8c . 8d be created, which lead to the first semitransparent mirror 1a compared to the second partially transparent mirror 1b pa rallel shifts, so that the distance 20 along the horizontal axis in the 3 remains constant.

Da links und rechts aber auch unterschiedliche Spannungen angelegt werden können, kann ein unterschiedlicher Abstand der Glasplatten am linken und rechten Ende erreicht werden. Damit ist sowohl eine Einstellung des Verkippungswinkels als auch eine Änderung des Mittenabstands möglich. Dies resultiert in der Einstellbarkeit des Wellenlängenbereichs und der Zentralwellenlänge.There left and right but also created different voltages can be a different distance of the glass plates be reached on the left and right ends. This is both a Setting the tilt angle as well as a change the center distance possible. This results in the adjustability the wavelength range and the central wavelength.

Die Herstellung eines solchen Bauelements erfolgt Idealerweise mittels mikromechanischer Techniken, da hier Schichtdicken exakt eingestellt werden können, eine submikrometergenaue Justage und Strukturierung von Schichten möglich ist und Schichten mit sehr hoher Homogenität aufgebracht werden können.The Production of such a device is ideally carried out by means of Micromechanical techniques, since here layer thicknesses set exactly be a submicrometer accurate adjustment and structuring of layers is possible and layers of very high Homogeneity can be applied.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das optische Filter, wie es beispielsweise in der 3 gezeigt ist, auf eine Detektorzeile 9 angeordnet ist, wobei die Detektorzeile 9 eine Vielzahl von Detektorelementen 19 aufweist. Die Detektorelemente 19 können beispielsweise Photodioden aufweisen und beispielsweise in einem Substrat als Halbleiterbauelemente ausgebildet sein. 4 shows an embodiment in which the optical filter, as shown for example in the 3 is shown on a detector line 9 is arranged, the detector line 9 a plurality of detector elements 19 having. The detector elements 19 For example, they may comprise photodiodes and be formed, for example, in a substrate as semiconductor components.

Die einzelnen Detektorelemente 19 messen die Intensität der einfallenden Strahlung 3, die an dem jeweiligen Ort (entlang der Verbindungslinie zwischen dem ersten und zweiten Abstandshalter 7a, b) des Detektorelements 19 den linear optischen Filter 10 passieren können. Wie zuvor beschrieben, kann lediglich jener Wellenlängenbereich das optische Filter passieren, für den die konstruktive Interferenzbedingung erfüllt ist, so dass die einzelnen Detektorelemente 19 einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich detektieren können. Andererseits ist es ebenfalls möglich, wenn die Verkippung des ersten teiltransparenten Spiegels 1a relativ zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b sehr klein ist, so dass beide nahezu parallel sind, dass der linear variable optische Filter nur für eine Wellenlänge sensitiv ist. Die einzelnen Detektorelemente 19 können in diesem Fall die gesamte Bandpassbreite Δλ erfassen. Die Bandpassbreite Δλ hängt von der Finesse des Filters ab, wobei die Finesse durch das Reflexionsvermögen der teiltransparenten Spiegel gegeben ist. Die Finesse wird umso größer, je höher das Reflexionsvermögen der teiltransparenten Spiegel 1a und 1b ist, da bei erhöhtem Reflexionsvermögen Mehrfachreflexionen eine zunehmende Rolle spielen, so dass bereits kleinste Abweichungen von der konstruktiven Interferenzbedingung zu einen Auslöschungseffekt (destruktiven Interferenz) führen.The individual detector elements 19 measure the intensity of the incident radiation 3 located at the respective location (along the connecting line between the first and second spacers 7a , b) of the detector element 19 the linear optical filter 10 can happen. As previously described, only that wavelength range can pass through the optical filter for which the constructive interference condition is satisfied, such that the individual detector elements 19 can detect a different wavelength range. On the other hand, it is also possible if the tilt of the first semi-transparent mirror 1a relative to the second partially transparent mirror 1b is very small, so that both are almost parallel, that the linearly variable optical filter is sensitive only for one wavelength. The individual detector elements 19 In this case, the total bandpass width Δλ can be detected. The bandpass width Δλ depends on the finesse of the filter, the finesse being given by the reflectivity of the partially transparent mirrors. The higher the reflectivity of the partially transparent mirrors, the greater the finesse becomes 1a and 1b is because with increased reflectivity multiple reflections play an increasing role, so that even the smallest deviations from the constructive interference condition lead to an extinguishing effect (destructive interference).

Somit entsteht ein Spektrometer mit einstellbarem Wellenlängenbereich und einstellbarer Zentralwellenlänge.Consequently The result is a spectrometer with adjustable wavelength range and adjustable central wavelength.

Optional braucht auch nur der erste verformbare Abstandshalter 7a mit der ersten und zweiten Elektrode 8a, b ausgebildet sein und statt des zweiten verformbaren Abstandshalters 7b kann auch ein fester Abstandshalter ausgebildet sein. Damit wird durch Anlegen einer Spannung lediglich der Abstand auf der einen Seite verändert, während der Abstand auf der anderen Seite fixiert bleibt. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel sind jedoch die Zentralwellenlänge und der Wellenlängenbereich nicht unabhängig voneinander einstellbar.Optionally, only the first deformity is needed bare spacers 7a with the first and second electrodes 8a , b be formed and instead of the second deformable spacer 7b can also be formed a solid spacer. Thus, by applying a voltage, only the distance on one side is changed, while the distance remains fixed on the other side. In such an embodiment, however, the central wavelength and the wavelength range are not independently adjustable.

Der maximale Hub der als Aktoren eingesetzten Strukturen als verformbare Abstandshalter 7a und 7b ist durch Materialeigenschaften und/oder durch die maximal einsetzbare elektrische Spannung begrenzt. Soll ein sehr großer Wellen längenbereich erfasst werden, so ist es vorteilhaft wenn der ALFOV so hergestellt wird, dass die beiden Spiegel bereits ohne Anlegen eines elektrischen Potentials eine Verkippung aufweisen (Vorverkippung).The maximum stroke of the structures used as actuators as deformable spacers 7a and 7b is limited by material properties and / or by the maximum usable electrical voltage. If a very large wavelength range is to be detected, then it is advantageous if the ALFOV is manufactured in such a way that the two mirrors already have a tilting without applying an electrical potential (pre-tilting).

5 zeigt ein solches Bauelement im Querschnitt, wobei im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel wie es in der 3 gezeigt ist, der verformbare erste Abstandshalter 7a durch einen weiteren (passiven) Abstandshalter 13 ergänzt wurde, so dass selbst bei abwesender Spannung eine Vorverkippung zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a (oberer Spiegel) und dem zweiten teiltransparenten Spiegel 1b (unterer Spiegel) ausgebildet ist. 5 shows such a device in cross section, wherein compared to the embodiment as shown in the 3 is shown, the deformable first spacer 7a through another (passive) spacer 13 was supplemented so that even with absent tension pre-tilting between the first partially transparent mirror 1a (upper mirror) and the second partially transparent mirror 1b (lower mirror) is formed.

Durch einseitige Einbringung des weiteren (passiven) Abstandshalters 13 wird der linke Schichtstapel um die Dicke von 13 höher als der rechte. Wird der obere Spiegel 1a durch ein Pick-and-Place-Verfahren aufgebracht, so kann aufgrund der unterschiedlichen Höhen der Abstandshalter 7 und 13 eine haftvermittelnde Schicht 14a, 14b nötig sein. Wird diese Schicht z. B. durch ein Polymer mit geeignet niedriger Aufschmelztemperatur realisiert, so ist trotz der unterschiedlichen Höhen der Abstandshalter auch ein Waferbondverfahren einsetzbar. Bei dem Waferbondverfahren können mehrere optische Filter gleichzeitig parallel auf einem Wafer gefertigt werden, wobei die teiltransparenten Spiegel durch gemeinsame Schichten gebildet werden, die später durch Vereinzeln getrennt werden.By unilateral introduction of the other (passive) spacer 13 the left layer stack is reduced by the thickness of 13 higher than the right one. Will the upper mirror 1a Applied by a pick-and-place method, so can the spacers due to the different heights 7 and 13 an adhesion-promoting layer 14a . 14b be necessary. If this layer z. B. realized by a polymer with suitably low melting temperature, so despite the different heights of the spacers, a wafer bonding method can be used. In the wafer bonding method, a plurality of optical filters may be simultaneously formed in parallel on a wafer, the partially transparent mirrors being formed by common layers which are later separated by dicing.

Bei diesem Verfahren wird auf die unterschiedlich hohen Abstandshalter eine gegenüber dem zusätzlichen Abstandshalter 13 dickere Schicht des Polymers aufgebracht. Während der Bondung wird die Temperatur soweit erhöht, dass das Polymer plastisch verformt werden kann. Die Prozessführung wird so gestaltet, dass der obere Spiegel 1a mit allen Abstandhaltern über das Polymer geeignet Kontakt hat. Nach Vereinze lung der Bauelemente wird dann die Temperatur soweit erhöht, dass das Polymer sehr einfach plastisch verformt werden kann, also schon fast den flüssigen Zustand erreicht. Aufgrund von Adhäsion wird die Spiegelplatte 1a dann zum Abstandshalter gezogen, während das Polymer verdrängt wird. Gegebenenfalls kann dieser Prozess unterstützt werden, indem zur plastischen Verformung zusätzlich ein geeignet hoher Druck auf die Spiegelplatte 1a ausgeübt wird. In Kombination mit einer Detektorzeile 9 wird wiederum ein integriertes Spektrometer realisiert.In this method, the difference in height spacers over the additional spacer 13 thicker layer of the polymer applied. During the bonding, the temperature is increased so much that the polymer can be plastically deformed. The process control is designed so that the upper mirror 1a with all spacers on the polymer suitable contact has. After Vereinze ment of the components, the temperature is then increased so much that the polymer can be very easily plastically deformed, so almost reached the liquid state. Due to adhesion, the mirror plate becomes 1a then pulled to the spacer as the polymer is displaced. Optionally, this process can be assisted by additionally applying a suitable high pressure to the mirror plate for plastic deformation 1a is exercised. In combination with a detector line 9 In turn, an integrated spectrometer is realized.

Konkret kann beispielsweise zwischen der zweiten Elektrode 8b und dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a eine erste haftvermittelnde Schicht 14a und zwischen der vierten Elektrode 8d und dem ersten teiltransparenten Spiegel 1a kann eine zweite haftvermittelnde Schicht 14b ausgebildet sein. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode 8a und der zweiten Elektrode 8b und/oder einer weiteren elektrischen Spannung zwischen der dritten Elektrode 8c und der vierten Elektrode 8d kann die voreingestellte Verkippung vergrößert oder verkleinert werden. Der zusätzliche Abstandshalter 13 kann optional auch als aktives Element, bzw. aus einem elektroaktiven Material hergestellt werden, so dass bei angelegter Spannung die Verkippung noch weiter erhöht werden kann.Specifically, for example, between the second electrode 8b and the first partially transparent mirror 1a a first adhesion-promoting layer 14a and between the fourth electrode 8d and the first partially transparent mirror 1a may be a second adhesive layer 14b be educated. By applying an electrical voltage between the first electrode 8a and the second electrode 8b and / or another electrical voltage between the third electrode 8c and the fourth electrode 8d The preset tilt can be increased or decreased. The additional spacer 13 Optionally, it can also be produced as an active element, or of an electroactive material, so that tilting can be increased even further when voltage is applied.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein ALVOF, bei dem im Unterschied zu dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel das aktuierende Material selbst den optischen Keil bildet. Die Elektroden 8 sind flächenförmig ausgebildet, so dass eine erste Elektrodenfläche 8e von einer zweiten Elektrodenfläche 8f durch eine Aktorschicht 15 getrennt ist. Die Aktorschicht 15 weist beispielsweise wiederum ein elektroaktives Material auf, so dass der Abstand zwischen der ersten Elektrodenschicht 8e und der zweiten Elektrodenschicht 8f in Abhängigkeit der angelegten Spannung variierbar ist. Die erste Elektrodenschicht 8e oder die zweite Elektrodenschicht 8f weisen beispielsweise ein erste und zweite Schichtdicke d1, d2 auf, die eine geeignet gewählte Dicke d aufweisen (siehe unten). 6 shows a further embodiment of an ALVOF, in which unlike the in 4 shown embodiment, the actuating material itself forms the optical wedge. The electrodes 8th are planar, so that a first electrode surface 8e from a second electrode surface 8f through an actuator layer 15 is disconnected. The actuator layer 15 For example, once again has an electroactive material, so that the distance between the first electrode layer 8e and the second electrode layer 8f is variable depending on the applied voltage. The first electrode layer 8e or the second electrode layer 8f have, for example, a first and second layer thickness d1, d2, which have a suitably chosen thickness d (see below).

Die Herstellung kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Auf die Detektorzeile 9 ist die erste transparente Elektrodenschicht 8e (z. B. ITO: Indium-Zinn-Oxid oder CdO) schichtförmig aufgebracht. Um eine hohe optische Güte zu erreichen, sollte die Detektorzeile 9 sehr planar sein. Typische Herstellungsverfahren von Detektorzeilen gewährleisten dies selten. Daher sind diese zu modifizieren oder es sind im Anschluss an die eigentliche Herstellung weitere Prozessschritte durchzuführen, um eine ausreichend plane Oberfläche zu erzielen. Insbesondere werden Planarisierungsschichten (z. B. Oxide, wie dotiertes Silicatglas, Polymere, wie z. B. Polyimid o. a.) abgeschieden und gegebenenfalls durch Temperatur und/oder mittels Chemisches-Mechanisches-Polieren (CMP) behandelt.The preparation can be carried out, for example, as follows. On the detector line 9 is the first transparent electrode layer 8e (eg ITO: indium tin oxide or CdO) applied in layers. To achieve a high optical quality, the detector line should 9 be very planar. Typical production methods of detector lines seldom ensure this. Therefore, these are to be modified or it must be carried out subsequent to the actual production further process steps to achieve a sufficiently flat surface. In particular, planarization layers (for example oxides, such as doped silicate glass, polymers, for example polyimide or the like) are deposited and optionally treated by temperature and / or by chemical mechanical polishing (CMP).

Auf die erste Elektrodenschicht 8e wird das elektroaktive Material als Aktorschicht 15 aufgebracht. Dies geschieht z. B. durch Aufschleuderverfahren, durch Sprühbeschichtung oder durch Bonden. Auf die Aktorschicht 15 wird schließlich die obere (zweite) Elektrodenschicht 8f aufgebracht, die wie die erste Elektrodenschicht 8e transparent ist.On the first electrode layer 8e the electroactive material becomes an actuator layer 15 applied. This happens z. B. by spin coating, by spray coating or by bonding. On the actuator layer 15 eventually becomes the upper (second) electrode layer 8f applied, like the first electrode layer 8e is transparent.

Bei der ersten Elektrodenschicht 8e kann beispielsweise eine erste Spannung U1 angelegt werden, und wenn die zweite Elektrodenschicht 8f einen ausreichenden Widerstand aufweist, können unterschiedliche Potentiale an gegenüber liegenden Endpunkten angelegt werden (z. B. eine Spannung U2 an dem linken horizontalen Ende und eine Spannung U3 an einem rechten horizontalen Ende)In the first electrode layer 8e For example, a first voltage U 1 can be applied, and if the second electrode layer 8f has sufficient resistance, different potentials can be applied to opposite end points (eg a voltage U 2 at the left horizontal end and a voltage U 3 at a right horizontal end)

Liegt zwischen der ersten und zweiten Elektrodenschicht 8e und 8f keine Spannung an, so weist die Aktorschicht 15 eine einheitliche Dicke auf. Um eine homogene Veränderung der Schichtdicke zu erzielen, werden die Potentiale U2 und U3 gleich gewählt. Die elektrische Spannung U1 – U2 ist dann maßgeblich für die homogene Schichtdicke. Um eine keilförmige Deformation zu erzielen werden die Potentiale U1, U2 und U3 beispielsweise wie folgt gewählt: U1 = 0 V (z. B. Masse), U2 = 0 V, U3 ≠ 0 V. Am linken Ende liegt damit keine Spannung an und die Schicht ist nicht deformiert. An der rechten Seite liegt die Spannung U1 – U3 ≠ 0 V an, was, je nach Effekt und Vorzeichen der Spannung, zu einer Schichtdickenverringerung oder Vergrößerung führt. Dieser Fall (Schichtdickenverringerung auf der rechten Seite) ist der in 6 gezeigte Fall.Lies between the first and second electrode layers 8e and 8f no voltage, so the actuator layer 15 a uniform thickness. In order to achieve a homogeneous change in the layer thickness, the potentials U 2 and U 3 are chosen equal. The electrical voltage U 1 - U 2 is then decisive for the homogeneous layer thickness. In order to achieve a wedge-shaped deformation, the potentials U 1 , U 2 and U 3 are selected, for example, as follows: U 1 = 0 V (eg ground), U 2 = 0 V, U 3 ≠ 0 V. At the left end There is no tension and the layer is not deformed. On the right side, the voltage U 1 - U 3 ≠ 0 V is applied, which, depending on the effect and sign of the voltage, leads to a reduction in film thickness or enlargement. This case (layer thickness reduction on the right side) is the one in 6 shown case.

Die Verkippung ist exakt keilförmig, wenn entlang des durch die zweite Elektrodenschicht 8f gebildeten elektrischen Widerstands die Spannung U3 – U2 linear abfällt, d. h. ein sich linear änderndes Potentialgefälle zwischen den Elektrodenschichten herausbildet. Dies kann durch geeignete Materialwahl, Prozessierung, Design (z. B. durch ein Schichtdickenprofil der Elektrodenschicht 8f) und Beschaltung in sehr guter Näherung erreicht werden.The tilt is exactly wedge-shaped when passing through the second electrode layer 8f formed voltage U 3 - U 2 linearly decreases, ie, a linearly changing potential gradient between the electrode layers is formed. This can be achieved by suitable choice of material, processing, design (eg by a layer thickness profile of the electrode layer 8f ) and wiring can be achieved in a very good approximation.

In der 6 nicht gezeigt sind die Verspiegelungsschichten, die vorzugsweise zwischen der Detektorzeile 9 und untere Elektrodenschicht 8e bzw. auf die obere Elektrodeschicht 8f aufgebracht werden. Die Verspiegelungsschichten können beispielsweise wiederum aufgedampfte dünne Metallschichten oder ein transparentes Substrat wie beispielsweise Glas umfassen.In the 6 not shown are the mirroring layers, preferably between the detector line 9 and lower electrode layer 8e or on the upper electrode layer 8f be applied. The mirroring layers may, for example, in turn comprise vapor-deposited thin metal layers or a transparent substrate such as glass.

Aufgrund der Dispersion des als Keil eingesetzten Materials werden die Wellenlängen nicht linear auf der Detektorzeile abgebildet, so dass beispielsweise unterschiedliche Detektorelemente 19 ein verschied großes Welleninkrement aus Δλ detektieren. Eine näherungsweise Korrektur wird möglich, wenn zusätzliche, separierte, transparente Elektroden verwendet werden, so dass lokal die Schichtdicke angepasst werden kann.Due to the dispersion of the material used as a wedge, the wavelengths are not linearly imaged on the detector line, so that, for example, different detector elements 19 detect a different large wave increment from Δλ. An approximate correction becomes possible if additional, separated, transparent electrodes are used, so that the layer thickness can be locally adjusted.

Bei Materialien, die keine Dispersion aufweisen, ist der Brechungsindex Wellenlängen-unabhängig und bei derartigen Materialien wird im ALVOF aufgrund der keilförmigen Verkippung der Wellenlängenbereich von λ1 bis λ2 gleichmäßig auf die darunter angeordnete Detektorzeile abgebildet. Mit anderen Worten ist das Wellenlängeninkrement von Detekorelement zu Detektorelement identisch (bei äquidistanter Anordnung der Detektorelemente). Jedes Detektorelement 19 erfasst zum Beispiel das Wellenlängeninkrement Δλ/r, wobei r die Anzahl der Detektorelemente 19 ist. Dies ist jedoch eine idealisierte Situation. Streng genommen weisen alle Materialien eine Dispersion auf, so dass der Brechungsindex n von der Wellenlänge λ abhängt.In the case of materials which have no dispersion, the refractive index is wavelength-independent and, in the case of such materials, the wavelength range from λ 1 to λ 2 is uniformly imaged in the ALVOF due to the wedge-shaped tilting on the detector row arranged below it. In other words, the wavelength increment from detector element to detector element is identical (with equidistant arrangement of the detector elements). Each detector element 19 detects, for example, the wavelength increment Δλ / r, where r is the number of detector elements 19 is. However, this is an idealized situation. Strictly speaking, all materials have a dispersion, so that the refractive index n depends on the wavelength λ.

7a zeigt einen typischen Verlauf des funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Brechungsindex n und der Wellenlänge λ. Bei typischen Materialien nimmt der Brechungsindex n mit zunehmender Wellenlänge wie in der 7a gezeigt ab. In gasförmigen Medien, wie beispielsweise Luft, ist die Dispersion im allgemeinen jedoch zu vernachlässigen. Daher sind Dispersionseffekte für alle ALVOF vernachlässigbar, bei denen der Zwischenraum zwischen den beiden teiltransparenten Spiegeln 1a, 1b mit einem Gas (z. B. Luft) gefüllt ist. 7a shows a typical course of the functional relationship between the refractive index n and the wavelength λ. In typical materials, the index of refraction n increases with increasing wavelength as in FIG 7a shown off. In gaseous media, such as air, however, the dispersion is generally negligible. Therefore, dispersion effects are negligible for all ALVOF where the gap between the two partially transparent mirrors 1a . 1b filled with a gas (eg air).

Die Dispersion, die über die teiltransparenten Spiegel 1a, 1b und ggf. weitere Schichten eingeführt wird, ist in vielen Fällen ebenfalls vernachlässigbar. Sind diese Schichten (teiltransparente Spiegel und weitere Schichten) allerdings relativ dick und weisen ein Material mit signifikanter Dispersion auf, so führt dies bei einem ALVOF dazu, dass die Wellenlängen nicht mehr linear auf die darunter angeordnete Detektorzeile 19 abgebildet werden. Damit werden bestimmte Wellenlängenbereiche mit einer durch den Detektorabstand vorgegebenen Auflösung übergenau und andere Wellenlängenbereiche zu ungenau bestimmt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Aktorschicht 15 mit einer hohen Dispersion verwendet wird.The dispersion, over the partially transparent mirror 1a . 1b and possibly other layers is introduced, is also negligible in many cases. However, if these layers (partially transparent mirrors and further layers) are relatively thick and have a material with significant dispersion, then in the case of an ALVOF, the wavelengths are no longer linear relative to the detector line arranged below them 19 be imaged. Thus, certain wavelength ranges are determined to be inaccurate with a resolution predetermined by the detector spacing, and other wavelength ranges too inaccurate. This is the case in particular when an actuator layer 15 is used with a high dispersion.

Zur Kompensation der Dispersionseffekte können zwei Ansätze verfolgt werden:

  • 1) eine nicht-lineare Anordnung der Detektorelemente 19. Bei diesem Ansatz werden die Abstände der Detektorelemente 19 entsprechend der vorliegenden Dispersion der verwendeten Materialien angepasst. Dies ist sowohl für ein ALVOF mit einem Gas als auch für das mit einer aktiven bzw. deformierbaren Schicht zwischen den teiltransparenten Spiegeln möglich, wobei die deformierbare Schicht beispielsweise als Keil 15 zwischen den Spiegeln ausgebildet ist.
  • 2) Für den Fall der deformierbaren Schicht (Aktorschicht 15) wird anstelle des linearen Spannungsabfalls an der oberen Elektrodenschicht 8f (siehe in 6) ein nicht-linearer Abfall der elektrischen Spannung eingesetzt, um die Dispersion zu kompensieren. Konkret würde also lokal die Spannung derart gewählt werden, dass sich ein linearer Abfall nicht der geometrischen, sondern der optischen Weglänge (= geometrische Weglänge × Brechungsindex) für die entsprechende lokale Wellenlänge ergibt. Da der Brechungsindex n Wellenlängenabhängig ist (siehe 7a), muss die geometrische Weglänge dies kompensieren, so dass die optische Weglänge in der Tat möglichst linear sich ändert. Es bil det sich somit eine nicht-linear deformierte Schicht zwischen den beiden Enden heraus.
To compensate for the dispersion effects, two approaches can be pursued:
  • 1) a non-linear arrangement of the detector elements 19 , In this approach, the distances of the detector elements 19 adjusted according to the present dispersion of the materials used. This is possible both for an ALVOF with a gas and for an active or deformable layer between the partially transparent mirrors, the deformable layer being for example a wedge 15 is formed between the mirrors.
  • 2) In the case of the deformable layer (actuator layer 15 ) is used instead of the linear voltage drop across the upper electrode layer 8f (see in 6 ) a non-linear voltage drop is used to compensate for the dispersion. Specifically, therefore, the voltage would be selected locally such that a linear decrease results not in the geometric but in the optical path length (= geometric path length × refractive index) for the corresponding local wavelength. Since the refractive index n is wavelength-dependent (see 7a ), the geometric path length must compensate for this, so that the optical path length indeed changes as linearly as possible. Thus, a non-linearly deformed layer is formed between the two ends.

Dieses Ziel kann beispielsweise durch eine geeignete Strukturierung der Elektroden (die obere oder untere Elektrodenschicht 8e oder 8f) erreicht werden. Zum einen könnte die Dicke d der von links nach rechts durchgehenden Elektroden 8e oder 8f passend zur Dispersion gewählt werden, so dass sie beispielsweise nicht konstant sind. Beispielsweise kann die erste Schichtdicke d1 der ersten Elektrodenschicht 8f in der 6 von dem Potenzial U2 zu dem Potenzial U3 sich kontinuierlich ändern, so dass der Spannungsabfall auf den einzelnen Abschnitten zwischen den Kontakten, an denen U2 und U3 anliegen, sich verschieden stark wegen der Widerstandsänderung ändert. Die Schichtdicke d1 kann linear oder auch nicht-linear ansteigen oder auch fallen. Je dicker die Elektrode, umso geringer ist der Widerstand und umso geringer ist die Spannung, die an dieser Stelle anliegt. Eine solche Dickenstrukturierung kann beispielsweise durch Graustufenlithographie eines Photolackes mit anschließender Ätzung zur Übertragung der Struktur ins Elektrodenmaterial realisiert werden. Prinzipiell denkbar ist auch ein Verfahren der Nanoprint-Lithographie.This goal can be achieved, for example, by suitable structuring of the electrodes (the upper or lower electrode layer 8e or 8f ) can be achieved. On the one hand, the thickness d of the electrodes passing through from left to right could 8e or 8f are chosen to match the dispersion so that they are not constant, for example. For example, the first layer thickness d1 of the first electrode layer 8f in the 6 from the potential U 2 to the potential U 3 are continuously changing, so that the voltage drop on the individual sections between the contacts, on which U 2 and U 3 abut, varies in different ways because of the change in resistance. The layer thickness d1 can increase or decrease linearly or non-linearly. The thicker the electrode, the lower the resistance and the lower the voltage applied at that point. Such a thickness structuring can be realized, for example, by grayscale lithography of a photoresist with subsequent etching to transfer the structure into the electrode material. In principle, a method of nanoprint lithography is also conceivable.

7b zeigt eine alternative Elektrodenform, wobei senkrecht zur Ausbreitung des Lichtes (senkrecht zur Zeichenebene), beispielsweise von links nach rechts (und somit in ihrer Breite b) die Schichtelektrode 8f oder 8e strukturiert wird. 7b zeigt dabei eine Draufsicht auf den optischen Filter, und zwar in Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichtes. Dabei sind die Detektorelemente 19 äquidistant angeordnet und sind ebenfalls durch eine untere Schichtelektrode 8e zumindest teilweise bedeckt. Die obere Schichtelektrode 8f ist bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch derart ausgebildet, dass sie in Richtung der Detektorzeile 19 kontinuierlich an Breite zunimmt (z. B. von einer ersten Breite b1 zu eine zweiten Breite b2 anwächst). Der Breitenzuwachs kann beispielsweise eine nicht-lineare Funk tion sein und derart gewählt werden, dass der nichtlinearen Dispersionseffekt kompensiert wird. Somit zeigt die 7b eine Breitenvariation der Elektrode, die zur Dispersionskompensation geeignet ist. 7b shows an alternative electrode shape, wherein perpendicular to the propagation of the light (perpendicular to the plane), for example, from left to right (and thus in their width b) the layer electrode 8f or 8e is structured. 7b shows a plan view of the optical filter, in the propagation direction of the incident light. Here are the detector elements 19 arranged equidistantly and are also through a lower layer electrode 8e at least partially covered. The upper layer electrode 8f However, in this embodiment is designed such that it in the direction of the detector line 19 continuously increasing in width (eg growing from a first width b1 to a second width b2). The width increase may be, for example, a non-linear radio tion and be chosen such that the nonlinear dispersion effect is compensated. Thus, the shows 7b a width variation of the electrode suitable for dispersion compensation.

Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel mit variabler Schichtdicke d führt die variable Schichtbreite zu einem variablen Schichtwiderstand und somit zu einem variablen Spannungsabfall. Ein ähnlicher Effekt tritt hier auf. Dort, wo die Elektrode schmal ist (z. B. auf der linken Seite mit einer Breite b1) ist der elektrische Widerstand entsprechend hoch, so dass der Spannungsabfall dort höher ist und die geometrische Schichtdicke damit geringer wird, was einen hohen Brechungsindex n kompensiert. Entsprechend ist der elektrische Widerstand auf der rechten Seite infolge der größeren Breite b2 der Elektrode niedriger und somit fällt dort weniger Spannung ab, was dazu führt, dass die geometrische Schichtdicke größer ist was einen entsprechend niedrigeren Brechungsindex n kompensieren wird.As in the embodiment described above with variable Layer thickness d leads the variable layer width to one variable sheet resistance and thus to a variable voltage drop. A similar effect occurs here. Where the electrode is is narrow (eg on the left with a width b1) the electrical resistance correspondingly high, so that the voltage drop is higher there and the geometric layer thickness with it becomes lower, which compensates for a high refractive index n. Corresponding is the electrical resistance on the right side due to the larger width b2 of the electrode lower and so there is less tension there, which leads to that the geometric layer thickness is larger which compensates for a correspondingly lower refractive index n becomes.

Durch geeignete Wahl der Potentiale kann damit eine Anpassung der Schichtdicke und gleichzeitig eine Verkippung erzielt werden, so dass sowohl Zentralwellenlänge als auch der Wellenlängenbereich flexibel eingestellt gewählt werden können.By a suitable choice of the potentials can thus be an adaptation of the layer thickness and at the same time a tilt can be achieved so that both central wavelength as well as the wavelength range set flexibly selected can be.

Wird statt der Detektorzeile 9 ein transparentes Substrat (z. B. Glas) verwendet, kann ein reiner einstellbarer Filter hergestellt werden, der beispielsweise in ein optischen Strahlengang eingebracht werden kann.Will instead of the detector line 9 If a transparent substrate (eg glass) is used, a pure adjustable filter can be produced, which can be introduced, for example, into an optical beam path.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zweidimensionalen ALOVFs in Aufsicht. Die Querschnittsansichten der 3 bis 6 sind beispielsweise entlang der Schnittslinie 17 gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel der 8 sind beispielhaft M = 4 voneinander unabhängige ALVOFs auf einem gemeinsamen Substrat parallel zueinander angeordnet. Die in Aufsicht obere Schicht 16 entspricht im Allgemeinen der Verspiegelungsschicht des oberen Spiegels 1a. 8 zeigt somit einen ersten optischen Filter 10a, einen zweiten optischen Filter 10b, einen dritten optischen Filter und einen vierten optischen Filter 10d, die vertikal zueinander angeordnet sind. In horizontaler Richtung entlang der Schnittslinie 17 sind die einzelnen Detektorelemente 19 angeordnet. 8th shows an embodiment of a two-dimensional ALOVF in supervision. The cross-sectional views of 3 to 6 are for example along the cutting line 17 shown. In the embodiment of 8th By way of example, M = 4 mutually independent ALVOFs are arranged parallel to one another on a common substrate. The top layer in supervision 16 generally corresponds to the mirroring layer of the upper mirror 1a , 8th thus shows a first optical filter 10a , a second optical filter 10b , a third optical filter and a fourth optical filter 10d which are arranged vertically to each other. In horizontal direction along the cutting line 17 are the individual detector elements 19 arranged.

Mit diesem Bauelement ist es beispielsweise möglich M verschiedene Lichtquellen parallel zu untersuchen. Dazu kann sich beispielsweise der erste und der zweite teiltransparente Spiegel 1a und 1b über die gesamte zweidimensional ausgebildete Fläche erstrecken und eine gleichmäßige Verkippung in horizontaler Richtung aufweisen (entlang der Schnittlinie 17). Die vertikale Richtung liefert dann eine Ortsauflösung. Dadurch ist der dargestellte Filter bezüglich der gleichen Zentralwellenlänge mit der gleichen Auflösung sensitiv – kann jedoch entlang der vertikalen Richtung eine Position bestimmen. Zum Beispiel ist es damit möglich, ein vorbeiströmendes oder vorbeifließendes Medium senkrecht zur Stromrichtung (z. B. parallel zur Schnittlinie 17) spektral zu analysieren. In der Ausführung wie in 8 wird somit die Verkippung von rechts nach links für alle M ALOVFs einheitlich gestaltet (bzw. der verkippbare Spiegel wird aus einem Teil hergestellt und es gibt nicht für jede Zeile separate Elektroden). Von rechts nach links wird damit die spektrale Information erfasst. Von oben nach unten die spektrale Information als Funktion des Ortes. So kann das Element als eindimensional ortsauflösender spektraler Sensor verwendet werden. In Kombination mit einer eindimensionalen Verschiebeeinrichtung (z. B. parallel zur Schnittlinie 17) oder oberhalb z. B. eines Förderbands können somit auch zweidimensionale, spektral aufgelöste Bilder aufgenommen werden.With this component it is possible, for example, to examine M different light sources in parallel. This can be, for example, the first and the second partially transparent mirror 1a and 1b extend over the entire two-dimensionally formed surface and have a uniform tilt in the horizontal direction (along the section line 17 ). The vertical direction then provides a spatial resolution. Thus, the illustrated filter is sensitive to the same central wavelength with the same resolution - but can determine a position along the vertical direction. For example It is thus possible, a flowing past or passing medium perpendicular to the current direction (eg, parallel to the cutting line 17 ) spectrally analyze. In the execution as in 8th Thus, the tilt from right to left for all M ALOVFs uniformly designed (or the tilting mirror is made of a part and there are not separate electrodes for each line). From right to left, the spectral information is thus captured. From top to bottom the spectral information as a function of the place. Thus, the element can be used as a one-dimensional spatially resolving spectral sensor. In combination with a one-dimensional displacement device (eg parallel to the cutting line 17 ) or above z. B. a conveyor belt thus two-dimensional, spectrally resolved images can be recorded.

Alternativ kann auch das eingestrahlte Licht so aufgeweitet werden, dass alle M ALVOFs gleichzeitig bestrahlt werden. Jeder der ALVOFs kann dann für einen anderen Wellenlängen bereich und/oder eine andere Zentralwellenlänge eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein ALVOF für einen breiten Spektralbereich und die anderen für die Detektion innerhalb ausgesuchter enger Spektralbereiche eingesetzt werden. Auch können unterschiedliche Detektoren, die für bestimmte Wellenlängen optimiert sind, eingesetzt werden. Dazu können beispielsweise der erste und zweite teiltransparente Spiegel 1a und 1b für jeden der vier optischen Filter 10a10d separat verkippt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass das erste optische Filter 10a beispielsweise eine grobe Frequenzauflösung durchführt, währenddessen das zweite optische Filter 10b bereits eine verbesserte spektrale Auflösung liefert. Das dritte und vierte optische Filter 10c und 10d können dann Detailauflösungen liefern. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass das erste optische Filter 10a eine größere Verkippung aufweist als der zweite optische Filter 10b und der dritte und vierte optische Filter 10c, d eine kleinere Verkippung als die des ersten und zweiten optischen Filters aufweisen.Alternatively, the incident light can be widened so that all M ALVOFs are irradiated simultaneously. Each of the ALVOFs can then be used for a different wavelength range and / or a different central wavelength. For example, one ALVOF can be used for a wide spectral range and the others for detection within selected narrow spectral ranges. Also, different detectors that are optimized for specific wavelengths can be used. For example, the first and second semitransparent mirrors can be used for this purpose 1a and 1b for each of the four optical filters 10a - 10d be tilted separately. This makes it possible, for example, that the first optical filter 10a For example, performs a coarse frequency resolution, while the second optical filter 10b already provides an improved spectral resolution. The third and fourth optical filters 10c and 10d can then provide detail resolutions. This is possible for example because the first optical filter 10a has a larger tilt than the second optical filter 10b and the third and fourth optical filters 10c , d have a smaller tilt than that of the first and second optical filters.

In den Ausführungsbeispielen wie sie beispielsweise in den 3, 4, 5, und 6 gezeigt sind, kann ein integrierter Positionssensor eingesetzt werden, welcher es erlaubt den Abstand und den Verkippungswinkel der Spiegelplatten 1a, 1b zu bestimmen. Dieser Sensor kann z. B. aus einer integrierten Lichtquelle, die ein Referenzlicht bekannter Intensität bereitstellt, in Kombination mit einer Photodiode oder einer Photodiodenzeile bestehen. Im Falle einer einzelnen Photodiode kann der Aufbau beispielsweise so gewählt werden, dass die Lichtquelle als LED oder Laserdiode (beide besitzen eine endliche Divergenz) realisiert, von unten auf die verkippte Spiegelplatte strahlt. Der von der verkippten Spiegelplatte reflektierte Strahl trifft auf die Photodiode, wobei je nach Verkippung auf die Photodiode eine bestimmte Intensität trifft. Die Intensität ist damit ein Maß für die Verkippung. Bei nicht verkippter Spiegelplatte ändert sich die Intensität aufgrund der endlichen Divergenz der Lichtquelle als Funktion des Abstands der beiden Spie gelplatten. So kann beispielsweise mittels der Positionssensoren zunächst der Abstand und dann die Verkippung eingestellt werden. Mittels einer Photodiodenzeile kann die Bestimmung der Verkippung und des Abstandes in gleicher Weise, jedoch mit höherer Genauigkeit erfolgen.In the embodiments as they are for example in the 3 . 4 . 5 , and 6 As shown, an integrated position sensor can be used, which allows the distance and the tilt angle of the mirror plates 1a . 1b to determine. This sensor can, for. B. from an integrated light source, which provides a reference light of known intensity, in combination with a photodiode or a photodiode array. For example, in the case of a single photodiode, the structure may be chosen so that the light source, as an LED or laser diode (both having a finite divergence), radiates from below onto the tilted mirror plate. The beam reflected from the tilted mirror plate strikes the photodiode, with a certain intensity striking the photodiode, depending on the tilt. The intensity is thus a measure of the tilt. When not tilted mirror plate, the intensity changes due to the finite divergence of the light source gelplatten as a function of the distance of the two Spie. Thus, for example, by means of the position sensors, first the distance and then the tilt can be adjusted. By means of a photodiode array, the determination of the tilt and the distance can be carried out in the same way, but with higher accuracy.

Prinzipiell kann auch die eigentliche Detektorzeile 9 verwendet werden, um die Position der Spiegel zu bestimmen. Dazu wird zum Beispiel die zur Positionsbestimmung verwendete Lichtquelle ausgeschaltet, wenn mit der Detektorzeile 9 eine Messung durchgeführt werden soll.In principle, the actual detector line can also be used 9 used to determine the position of the mirrors. For this purpose, for example, the light source used for position determination is turned off when with the detector line 9 a measurement should be performed.

Alternativ kann das Licht (Referenzlicht) zur Positionsbestimmung auch von außen eingekoppelt werden. Ist die Wellenlänge, bzw. sind die Wellenlängen bekannt, so kann über die Detektorzeile 9 direkt eine Kalibration durchgeführt werden.Alternatively, the light (reference light) for position determination can also be coupled from the outside. If the wavelength, or the wavelengths are known, so can over the detector line 9 directly a calibration can be performed.

Verkippungswinkel und Abstand können auch kapazitiv erfasst werden. Dazu wird links und rechts im Bauelement jeweils die Kapazität bestimmt, die sich durch ein Elektrodenpaar (8a, b oder 8c, d) ergibt, wobei die eine Elektrode mit dem festen Spiegel und die andere Elektrode mit dem verkippbaren Spiegel verbunden ist. Aus der Kapazität der rechten Elektrode kann auf den Abstand der Spiegelplatten rechts geschlossen werden, aus der Kapazität der linken Elektrode auf den Abstand links. Aus der Differenz kann der Verkippungswinkel bestimmt werden.Tilt angle and distance can also be detected capacitively. For this purpose, the capacity determined by a pair of electrodes (left and right in the component) is determined in each case. 8a , b or 8c , d), wherein one electrode is connected to the fixed mirror and the other electrode is connected to the tiltable mirror. From the capacity of the right electrode can be closed on the distance of the mirror plates right, from the capacity of the left electrode to the distance left. From the difference, the tilt angle can be determined.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird die Verkippung/Auslenkung durch elektrostatische Kräfte bewirkt. So kann beispielsweise die erwähnte kapazitive Positionsauslese auch als Aktor verwendet werden. Bei Anlegen einer geeignet hohen elektrischen Spannung können die Spiegelplatten im Abstand und Verkippungswinkel zueinander eingestellt werden. Ein möglicher Aufbau würde beispielsweise einen verformbaren Abstandshalter 7 umfassen, der eine Feder mit einer Federrückstellkraft aufweist, so dass die elektrosta tische Kraft die Federrückstellkraft überwindet. Alternative kann anstatt der Feder auch ein anderes elastisch verformbares Material (z. B. Gummi, Gel, Schaum o. ä.) genutzt werden.In further embodiments, the tilt / deflection is caused by electrostatic forces. For example, the mentioned capacitive position selection can also be used as an actuator. When applying a suitably high voltage, the mirror plates can be adjusted to each other in the distance and tilt angle. One possible construction would be, for example, a deformable spacer 7 comprise, having a spring with a spring restoring force, so that the electrostatic force tical overcomes the spring restoring force. Alternatively, instead of the spring, another elastically deformable material (eg rubber, gel, foam or the like) can be used.

9I bis 9VI zeigen Prozessschritte anhand von Querschnittszeichnungen für die Herstellung eines optischen Filters gemäß Ausführungsbeispielen. 9I to 9VI show process steps based on cross-sectional drawings for the production of an optical filter according to embodiments.

In 9I wird zunächst ein transparentes Substrat 11, das beispielsweise Glas aufweisen kann, bereitgestellt. Auf das transparente Substrat 11 wird auf einer oder, wie gezeigt, auf beiden gegenüberliegenden Seiten eine erste optische Vergütung 12a und eine zweite optische Vergütung 12b aufgebracht, welche die gewünschten Reflexionseigenschaften zur Verfügung stellt. Das Resultat ist in 9II gezeigt. Die Vergütung kann beispielsweise aus einer dünnen Metallschicht (Au, Ag, Al, ...), aus einem dielektrischen Schichtstapel (Bragg-Reflektor) oder einer Antireflexionsbeschichtung bestehen.In 9I initially becomes a transparent substrate 11 , which may for example comprise glass. On the transparent substrate 11 is on one or, as shown, on both gegenü Overlying pages a first optical remuneration 12a and a second optical remuneration 12b applied, which provides the desired reflection properties. The result is in 9II shown. The coating may consist, for example, of a thin metal layer (Au, Ag, Al,...), Of a dielectric layer stack (Bragg reflector) or of an antireflection coating.

Als nächsten Schritt wird, wie in der 9III gezeigt, die erste Elektrode 8a in einem ersten Kontaktbereich auf die erste optische Vergütung 12a aufgebracht und analog wird die dritte Elektrode 8c in einem zweiten Kontaktbereich auf die erste Vergütung 12a aufgebracht. Beispielsweise kann dazu eine leitende Schicht ganzflächig aufgebracht und in Elektrodenform strukturiert werden.As a next step, as in the 9III shown the first electrode 8a in a first contact area on the first optical remuneration 12a applied and analogously, the third electrode 8c in a second contact area on the first compensation 12a applied. For example, a conductive layer can be applied over the entire surface and structured in the form of electrodes.

Als nächster Schritt wird, wie in der 9IV gezeigt, der erste verformbare Abstandshalter 7a auf der ersten Elektrode 8a aufgebracht und der zweite verformbare Abstandshalter 7b wird auf die dritte Elektrode 8c aufgebracht. Dies kann wiederum dadurch geschehen, dass die Aktorschicht (z. B. aus elektroaktivem Material) ganzflächig aufgebracht und ebenfalls strukturiert wird, so dass dann die verformbaren Abstandhalter entstehen.The next step will be, as in the 9IV shown the first deformable spacer 7a on the first electrode 8a applied and the second deformable spacer 7b goes to the third electrode 8c applied. This can in turn be achieved by applying the actuator layer (eg, made of electroactive material) over the entire surface and also structuring it so that the deformable spacers are then formed.

9V zeigt, wie auf dem ersten Abstandshalter 7a die zweite Elektrode 8b ausgebildet wird, und gleichzeitig auf dem zweiten verformbaren Abstandshalter 7b die vierte Elektrode 8d ausgebildet wird. In einem Folgeschritt, der in der 9VI gezeigt ist, wird auf die zweite Elektrode 8b und die vierte Elektrode 8d wiederum ein transparentes Substrat mit optischer Vergütung, wie es in der 9II gezeigt ist, aufgebracht. Das transparente Substrat kann optional nur eine einseitige oder, wie gezeigt, eine zweiseitige optische Vergütung aufweisen und kann auf das Bauelement nach dem Zustand der 9V gebondet werden. Somit stellt das Substrat 11 mit der optischen Vergütung 12a und 12b, wie es in der 9II gezeigt ist, den ersten teiltransparenten Spiegel 1a dar und das Substrat mit der optischen Vergütung, wie es in der 9VI auf die zweite und vierte Elektrode 8b, 8d ausgebildet wird, den ersten teiltransparenten Spiegel 1a dar. 9V shows how on the first spacer 7a the second electrode 8b is formed, and at the same time on the second deformable spacer 7b the fourth electrode 8d is trained. In a subsequent step, in the 9VI is shown is on the second electrode 8b and the fourth electrode 8d Again, a transparent substrate with optical compensation, as in the 9II shown is applied. The transparent substrate may optionally have only a one-sided or, as shown, a two-sided optical coating and may be applied to the device according to the state of 9V be bonded. Thus, the substrate provides 11 with the optical remuneration 12a and 12b as it is in the 9II shown is the first semitransparent mirror 1a and the substrate with the optical compensation, as in the 9VI on the second and fourth electrodes 8b . 8d is formed, the first semitransparent mirror 1a represents.

Unter weiteren der vielen Herstellungsalternativen seien Folgende genannt: Statt einer Einzelstrukturierung der Elektroden 8 und der Aktorstruktur 7 können zunächst auch alle drei Schichten (siehe 9III bis 9V) ganzflächig aufgebracht und dann in einem Prozessschritt (der aus mehreren Ätzschritten bestehen kann) strukturiert werden. Der Vorteil liegt darin, dass alle Schichten auf einen planen Untergrund, d. h. ohne Stufen, aufgebracht werden können, was insbesondere für Aufschleuderverfahren große Vorteile bietet.Among other of the many production alternatives, the following may be mentioned: instead of individual structuring of the electrodes 8th and the actuator structure 7 At first all three layers (see 9III to 9V ) are applied over the entire surface and then in a process step (which may consist of several etching steps) are structured. The advantage is that all layers on a flat surface, ie without steps, can be applied, which offers great advantages especially for spin-on.

Generell kann der Herstellungsprozess auch im Scheibenverbund erfolgen, wodurch sich aufgrund der parallelen Prozessführung signifikante Kostenersparnisse ergeben, da damit pro Scheibe (Wafer) mehrere dieser Bauelemente parallel hergestellt werden können. Statt einem Scheibenbondprozess für die Aufbringung des oberen Spiegels kann jedoch auch ein Pick-and-Place-Verfahren eingesetzt werden, was eine höhere Flexibilität bei kleinen Stückzahlen erlaubt.As a general rule the manufacturing process can also be done in the disk composite, which significant cost savings due to parallel litigation result, as per disk (wafer) more of these components can be made in parallel. Instead of a disc bonding process However, for the application of the upper mirror can also a pick-and-place procedure be used, which is a higher Flexibility for small quantities allowed.

Zusätzlich zu den beschriebenen Schichten kann es erforderlich sein, weitere Schichten einzusetzen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, Isolatorschichten zu verwenden oder spezielle Schichten, welche die Haftung von Schichten aneinander oder von Schichten auf einem der beiden Spiegel erhöhen.additionally to the described layers it may be necessary to further To insert layers. For example, it may be necessary to use insulator layers to use or special layers, which the adhesion of layers to each other or from layers on one of the two mirrors.

Prozessschritte zur Herstellung bzw. Erhöhung der Haftung zwischen einzelnen Schichten und Strukturen können beispielsweise herkömmliche Temperverfahren, anodische, eutektische oder Glaslot-Bondverfahren umfassen.process steps for producing or increasing the adhesion between individual Layers and structures can be, for example, conventional tempering methods, anodic, eutectic or glass solder bonding methods.

Ebenso kann bei weiteren Ausführungsbeispielen die Verdrahtung nach außen erfolgen. Dies kann z. B. mit Hilfe von sogenannten Vias erfolgen, mittels spezieller Öffnungen in den Spiegeln, um Drahtbonden zu ermöglichen, oder durch Herausführen der Kontakte – auch über Stufen – durch zusätzliche Leitbahnen.As well may in other embodiments, the wiring to the outside. This can be z. B. with the help of so-called Vias occur by means of special openings in the mirrors, to allow wire bonding, or by leading out the contacts - also on stages - by additional interconnects.

Weitere Ausführungsbeispiele umfassen ebenfalls Kombinationen eines ALVOF mit einem Shutter. Der Shutter dient zur Einstellung der Integrationszeit des Signals am Detektor/den Detektorelemenenten. Dies wird in der Spektroskopie vor allem für Lock-In-Verfahren zur Rauschunterdrückung eingesetzt. Der Shutter kann als externes Gerät (z. B. Flügelrad) realisiert werden oder über gepulste Auslese des Detektors/der Detektorelemente.Further Embodiments also include combinations of ALVOF with a shutter. The shutter is used to set the integration time of the signal at the detector / detector elements. This is in the Spectroscopy especially for lock-in noise reduction used. The shutter can be used as external device (eg impeller) be realized or via pulsed readout of the detector / Detector elements.

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  • - A. Emadi, H. Wu, S. Grabarnik, G. de Graaf and R. F. Wollfenbuttel, FABRICATION OF TAPERED OPTICAL STRUCTURES USING RESIST REFLOW, Proc. of 19th MicroMechanics Europe Workshop, Aachen (2008) [0007] A. Emadi, H. Wu, S. Grabarnik, G. de Graaf and RF Wollfenbuttel, FABRICATION OF TAPERED OPTICAL STRUCTURES USING RESIST REFLOW, Proc. of 19th MicroMechanics Europe Workshop, Aachen (2008) [0007]

Claims (23)

Optisches Filter (10) mit: einem ersten teiltransparenten Spiegel (1a); einem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b); und einem verformbaren Abstandshalter (7; 15), der zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel (1a) und dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) angeordnet ist, wobei ein Abstand (20) zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel (1a) und dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) in Abhängigkeit einer an das optische Filter (10) angelegten Spannung (U) veränderbar ist.Optical filter ( 10 ) comprising: a first partially transparent mirror ( 1a ); a second partially transparent mirror ( 1b ); and a deformable spacer ( 7 ; 15 ) between the first partially transparent mirror ( 1a ) and the second partially transparent mirror ( 1b ), wherein a distance ( 20 ) between the first partially transparent mirror ( 1a ) and the second partially transparent mirror ( 1b ) as a function of the optical filter ( 10 ) applied voltage (U) is variable. Optisches Filter (10) nach Anspruch 1, bei dem der verformbare Abstandshalter (7; 15) ein elektroaktives Material, das sich bei der angelegten Spannung (U) verformt, aufweist.Optical filter ( 10 ) according to claim 1, wherein the deformable spacer ( 7 ; 15 ) an electroactive material that deforms at the applied voltage (U). Optisches Filter (10) Anspruch 2, wobei das elektroaktive Material entweder dielektrische, piezoelektrische, elektrostriktive, elektro-chemo-mechanische Eigenschaften aufweist oder aus einem ionischen Polymer-Metall-Komposit, einem Gel, einem Liquid Crystal Elastomer, einem Shape Memory Polymer oder einer Legierung besteht.Optical filter ( 10 ) Claim 2, wherein the electroactive material either dielectric, piezoelectric, electrostrictive, electro-chemo-mechanical properties or consists of an ionic polymer-metal composite, a gel, a liquid crystal elastomer, a shape memory polymer or an alloy. Optisches Filter (10) nach Ansprüche 2 oder Anspruch 3, wobei das elektroaktive Material aus Polymeren, Copolymeren, Tripolymeren, sowie Polymer-Blends besteht.Optical filter ( 10 ) according to claim 2 or claim 3, wherein the electroactive material consists of polymers, copolymers, tripolymers, and polymer blends. Optisches Filter (10) nach einem Ansprüche 2 bis 4, wobei das elektroaktive Material eine Keramik, ein Polymer-Keramik-Komposit oder ein Nanokomposit ist.Optical filter ( 10 ) according to any one of claims 2 to 4, wherein the electroactive material is a ceramic, a polymer-ceramic composite or a nanocomposite. Optisches Filter (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das elektroaktive Material ein Polymer-Nanokomposit ist.Optical filter ( 10 ) according to any one of claims 2 to 5, wherein the electroactive material is a polymer nanocomposite. Optisches Filter (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, das ferner eine erste Elektrode (8a), eine zweite Elektrode (8b), eine dritte Elektrode (8c) und eine vierte Elektrode (8d) aufweist und bei dem der verformbare Abstandshalter (7) einen ersten Abstandshalter (7a) und einen zweiten Abstandshalter (7b) aufweist, wobei die erste Elektrode (8a) zwischen dem ersten Abstandshalter (7a) und dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) und die zweite Elektrode zwischen dem ersten Abstandshalter (7a) und dem ersten teiltransparenten Spiegel (1a) ausgebildet sind und eine erste Spannung zwischen der ersten und zweiten Elektrode (8a, 8b) anlegbar ist, und wobei die dritte Elektrode (8c) zwischen dem zweiten Abstandshalter (7b) und dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) und die vierte Elektrode (8d) zwischen dem zweiten Abstandshalter (7b) und dem ersten teiltransparenten Spiegel (1a) ausgebildet sind und eine zweite Spannung zwischen der dritten und vierten Elektrode (8c, 8d) anlegbar ist, so dass Änderungen der ersten und zweiten Spannung zu einer Verkippung und/oder zu einer Verschiebung des ersten teiltransparenten Spiegels (1a) relativ zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) führt.Optical filter ( 10 ) according to one of claims 2 to 6, further comprising a first electrode ( 8a ), a second electrode ( 8b ), a third electrode ( 8c ) and a fourth electrode ( 8d ) and in which the deformable spacer ( 7 ) a first spacer ( 7a ) and a second spacer ( 7b ), wherein the first electrode ( 8a ) between the first spacer ( 7a ) and the second partially transparent mirror ( 1b ) and the second electrode between the first spacer ( 7a ) and the first partially transparent mirror ( 1a ) and a first voltage between the first and second electrodes ( 8a . 8b ) can be applied, and wherein the third electrode ( 8c ) between the second spacer ( 7b ) and the second partially transparent mirror ( 1b ) and the fourth electrode ( 8d ) between the second spacer ( 7b ) and the first partially transparent mirror ( 1a ) and a second voltage between the third and fourth electrodes ( 8c . 8d ) can be applied, so that changes of the first and second voltage to a tilt and / or a shift of the first partially transparent mirror ( 1a ) relative to the second partially transparent mirror ( 1b ) leads. Optisches Filter (10) nach Anspruch 7, das ferner einen Positionssensor aufweist und der Positionssensor ausgebildet ist, um aus einer kapazitiven Messung zwischen der ersten und zweiten Elektrode (8a, 8b) und/oder einer weiteren kapazitiven Messung zwischen dritten und vierten Elektrode (8c, 8d) den Abstand (20) und/oder eine Verkippung des ersten relativ zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b) zu ermitteln.Optical filter ( 10 ) according to claim 7, further comprising a position sensor and the position sensor is adapted to detect from a capacitive measurement between the first and second electrodes ( 8a . 8b ) and / or another capacitive measurement between the third and fourth electrodes ( 8c . 8d ) the distance ( 20 ) and / or a tilt of the first relative to the second partially transparent mirror ( 1a . 1b ) to investigate. Optisches Filter (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, das eine spektrale Filterung von einfallendem Licht (3) vornimmt und bei dem das elektroaktive Material (15) derart zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b) ausgebildet ist, so dass das einfallende Licht (3) vor dem spektralen Filtern das elektroaktive Material passiert.Optical filter ( 10 ) according to one of claims 2 to 6, which is a spectral filtering of incident light ( 3 ) and in which the electroactive material ( 15 ) between the first and second partially transparent mirrors ( 1a . 1b ) is formed so that the incident light ( 3 ) passes the electroactive material before spectral filtering. Optisches Filter (10) nach Anspruch 9, bei dem der verformbare Abstandshalter (15) eine erste Elektrodenschicht (8e) und eine zweite Elektrodenschicht (8f), die durch eine Aktorschicht aus elektroaktivem Material getrennt sind, aufweist, wobei die erste Elektrodenschicht (8e) entlang des zweiten teiltransparenten Spiegels (1b) und die zweite Elektrodenschicht (8f) entlang des ersten teiltransparenten Spiegels (1a) ausgebildet sind und die Spannung (U) zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenschicht (8f, 8e) anlegbar ist.Optical filter ( 10 ) according to claim 9, wherein the deformable spacer ( 15 ) a first electrode layer ( 8e ) and a second electrode layer ( 8f ), which are separated by an actuator layer of electroactive material, wherein the first electrode layer ( 8e ) along the second partially transparent mirror ( 1b ) and the second electrode layer ( 8f ) along the first semitransparent mirror ( 1a ) are formed and the voltage (U) between the first and the second electrode layer ( 8f . 8e ) can be applied. Optisches Filter (10) nach Anspruch 10, bei dem die erste Elektrodenschicht (8e) einen ersten Anschluss für ein erstes Potential (U1) aufweist, die zweite Elektrodenschicht (8f) einen zweiten Anschluss für ein zweites Potential (U2) und einen dritten Anschluss ein drittes Potential (U3) aufweist, und bei dem die zweite Elektrodenschicht (8f) ausgebildet ist, so dass eine Differenz zwischen dem zweiten und dritten Potential (U2, U3) ein Potentialgefälle in der zweiten Elektrodenschicht (8e) und damit ei ne Verkippung des ersten relativ zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b) bewirkt.Optical filter ( 10 ) according to claim 10, wherein the first electrode layer ( 8e ) has a first terminal for a first potential (U1), the second electrode layer ( 8f ) has a second terminal for a second potential (U2) and a third terminal a third potential (U3), and in which the second electrode layer ( 8f ), so that a difference between the second and third potentials (U2, U3) is a potential gradient in the second electrode layer (FIG. 8e ) and thus a tilting of the first relative to the second partially transparent mirror ( 1a . 1b ) causes. Optisches Filter (10) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei dem die Aktorschicht (15) keilförmig deformierbarer ist.Optical filter ( 10 ) according to claim 10 or claim 11, wherein the actuator layer ( 15 ) is wedge-shaped deformable. Optisches Filter (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die erste oder zweite Elektrodenschicht (8e, 8f) strukturiert sind, um die Dispersion in der Aktorschicht (15) auszugleichen.Optical filter ( 10 ) according to one of claims 10 to 12, in which the first or second electrode layer ( 8e . 8f ) are structured in order to control the dispersion in the actuator layer ( 15 ). Optisches Filter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der verformbare Abstandshalter (7; 15) ein elastisch verformbares Material aufweist und das optische Filter (10) Kontaktbereiche (8) aufweist, so dass die angelegte Spannung (U) zu einer elektrostatischen Anziehung der Kontaktbereiche (8) und damit zu einer Veränderung des Abstandes (20) führt.Optical filter ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which the deformable spacer ( 7 ; 15 ) has an elastically deformable material and the optical filter ( 10 ) Contact areas ( 8th ), so that the applied voltage (U) causes an electrostatic attraction of the contact regions ( 8th ) and thus to a change in the distance ( 20 ) leads. Optisches Filter (10) nach Anspruch 14, bei dem das elastisch verformbare Material eine Feder aufweist.Optical filter ( 10 ) according to claim 14, wherein the elastically deformable material comprises a spring. Optisches Filter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der verformbaren Abstandshalter (7; 15) ausgebildet ist, so dass die angelegte Spannung (U) zu einer Parallelverschiebung des ersten teiltransparenten Spiegels (1a) relativ zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) führt.Optical filter ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which the deformable spacer ( 7 ; 15 ) is formed so that the applied voltage (U) to a parallel displacement of the first partially transparent mirror ( 1a ) relative to the second partially transparent mirror ( 1b ) leads. Optisches Filter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der verformbare Abstandshalter (7; 15) ausgebildet ist, so dass die angelegte Spannung (U) zu einer Verkippung (20v) des ersten teiltransparenten Spiegels (1a) relativ zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1b) führt.Optical filter ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which the deformable spacer ( 7 ; 15 ) is formed, so that the applied voltage (U) to a tilt ( 20v ) of the first semitransparent mirror ( 1a ) relative to the second partially transparent mirror ( 1b ) leads. Optisches Filter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen zusätzlichen Abstandshalter (13) aufweist und der zusätzliche Abstandshalter (13) ausgebildet ist, eine Vorverkippung auszubilden, ohne dass eine Spannung (U) angelegt ist.Optical filter ( 10 ) according to any one of the preceding claims, further comprising an additional spacer ( 13 ) and the additional spacer ( 13 ) is adapted to form a Vorverkippung without a voltage (U) is applied. Optisches Filter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Positionssensor aufweist und der Positionssensor ausgebildet ist, um aus einer Intensität eines zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b) reflektiertes Referenzlichts den Abstand (20) und/oder eine Verkippung des ersten relativ zu dem zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b) zu ermitteln.Optical filter ( 10 ) according to one of the preceding claims, further comprising a position sensor and the position sensor is adapted to detect from an intensity of a between the first and second partially transparent mirror ( 1a . 1b ) reflected reference light the distance ( 20 ) and / or a tilt of the first relative to the second partially transparent mirror ( 1a . 1b ) to investigate. Verfahren zur Herstellung eines optischen Filters (10), mit folgenden Schritten: Ausbilden eines ersten teiltransparenten Spiegels (1a); Ausbilden eines zweiten teiltransparenten Spiegels (1b); Ausbilden eines verformbaren Abstandshalters (7; 15) zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b), so dass in Abhängigkeit einer an das optische Filter (10) angelegte Spannung (U) ein Abstand (20) zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b) verändert wird.Method for producing an optical filter ( 10 ), comprising the following steps: forming a first semitransparent mirror ( 1a ); Forming a second semitransparent mirror ( 1b ); Forming a deformable spacer ( 7 ; 15 ) between the first and second partially transparent mirrors ( 1a . 1b ), so that in dependence on the optical filter ( 10 ) applied voltage (U) is a distance ( 20 ) between the first and second partially transparent mirrors ( 1a . 1b ) is changed. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Ausbilden des verformbaren Abstandshalters ein Bilden eines ersten Abstandshalters (7a), eines zweiten Abstandshalters (7b) und eines zusätzlichen Abstandshalters (13), der eine Vorverkippung zwischen dem ersten und zweiten teiltransparenten Spiegel (1a, 1b) bewirkt, umfasst, und das Verfahren ferner ein Aufbringen einer haftvermittelnden Schicht (14) zwischen dem ersten teiltransparenten Spiegel (1a) einerseits und dem ersten oder dem zweiten Abstandshalter (7a, 7b) andererseits umfasst, wobei die haftvermittelnde Schicht (14) ausgebildet ist, so dass bei Erwärmung der ersten teiltransparenten Spiegel (1a) zu dem Abstandshalter (7) gezogen wird.The method of claim 20, wherein forming the deformable spacer comprises forming a first spacer (10). 7a ), a second spacer ( 7b ) and an additional spacer ( 13 ), which pre-ticks between the first and second partially transparent mirrors ( 1a . 1b ), and the method further comprises applying an adhesion-promoting layer ( 14 ) between the first partially transparent mirror ( 1a ) on the one hand and the first or the second spacer ( 7a . 7b ), wherein the adhesion-promoting layer ( 14 ) is formed, so that when heating the first partially transparent mirror ( 1a ) to the spacer ( 7 ) is pulled. Verfahren nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, so hergestellt, dass planparallele Verschiebung und Verkippung realisiert werden.A method according to claim 20 or claim 21, thus produced that realizes plane-parallel displacement and tilting become. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem eine keilförmig deformierbare Schicht (15) durch Aufschleudern, Abscheiden oder Laminieren aufgebracht wird.Method according to one of Claims 20 to 22, in which a wedge-shaped deformable layer ( 15 ) is applied by spin coating, deposition or lamination.
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