Mikrospiegelaktor

Ein Mikrospiegelaktor ist ein mikroelektromechanisches Bauelement zur dynamischen Modulation von Licht.

Mikrospiegelarray (Digital Micromirror Device, kurz DMD) von Texas Instruments

Typen

Es wird bei Mikrospiegelaktoren zwischen so genannten Mikroscannern (engl. microscanner, oder auch scanning micromirror) und Flächenlichtmodulatoren (engl. spatial light modulator, SLM) unterschieden.

• Bei Mikroscannern erfolgt die Modulation eines Strahlenbündels an einem kontinuierlich bewegten Einzelspiegel. Licht kann streifend über eine Projektionsfläche geführt bzw. „gescannt“ werden. Einsatz finden Mikroscanner in Projektionsdisplays, Barcodescannern, Endoskopie, der Spektroskopie und vielen Anwendungen mehr.
• Bei Flächenlichtmodulatoren erfolgt die Modulation des Lichtes über eine Spiegelmatrix. Die einzelnen Spiegel nehmen im Zeitverlauf diskrete Auslenkungen an. Hierdurch wird die Ablenkung von Teilstrahlen bzw. eine phasenschiebende Wirkung erzielt. Mithilfe einer matrixförmigen Anordnung können Mikrospiegelaktoren das Licht einer starken Lichtquelle so ablenken, dass ein Bild projiziert wird. Beispiele für Flächenlichtmodulatoren sind das Digital Micromirror Device (DMD) welche die technologische Basis von Produkten wie Digital Light Processing (DLP) darstellen. DLPs, eine Marke von Texas Instruments (TI), werden unter anderem in Kinos mit digitalen Filmprojektoren eingesetzt. Erste DMDs wurden 1987 bei TI von Larry Hornbeck und William Ed Nelson entwickelt.

Prinzip

Prinzipielle Funktionsweise der Lichtablenkung eines Mikrospiegelaktors.

Die Mikrospiegelaktoren bestehen in der Regel aus matrixförmig angeordneten Einzelelementen, bei dem der einzelne Mikrospiegel aus einer verkippbaren spiegelnden Fläche mit einer Kantenlänge von wenigen Mikrometern besteht; die Mikrospiegel auf einem DMD-Chip besitzen beispielsweise eine Kantenlänge von etwa 16 µm und sind damit kleiner als ein Fünftel der Breite eines menschlichen Haares. Die Bewegung wird durch die Kraftwirkung elektrostatischer Felder hervorgerufen. Jeder Mikrospiegel lässt sich in seinem Winkel einzeln verstellen und besitzt in der Regel zwei stabile Endzustände, zwischen denen er innerhalb einer Sekunde bis zu 5000-mal wechseln kann.

Anwendungen

Die Technologie wird seit längerem bei DLP-Projektoren (unter anderem für besonders leistungsfähige Videoprojektoren) und Rückprojektionsbildschirmen verwendet. Des Weiteren können sie für 2D-Scanner-Spiegel (beispielsweise bei Kassenautomaten) oder gar für Maskenbelichter in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden.

Mikrospiegelaktoren zur Lichtlenkung könnten in Zukunft auch in der Gebäudetechnik eingesetzt werden: Die Spiegel sollen dabei zwischen den beiden Scheiben einer Isolierverglasung installiert werden und lassen sich wie oben beschrieben elektrostatisch schalten. Die Beleuchtung im Raum (Stärke und Richtung) würde dann von der Stellung der Spiegel abhängen. Diese Technologie lässt sich zwar bereits im Labormaßstab mit kleinen Prototypen anwenden, allerdings fehlt für den kommerziellen Einsatz noch eine großskalierte Herstellungsmethode der Spiegel.

Literatur

• D. Kallweit, W. Mönch, H. Zappe: Kontrolliert kippen: Silizium-Mikrospiegel mit integriertem optischen Feedback. In: Photonik. Band 2, 2006, S. 62–65 (PDF). 

Weblinks

• 

  Commons: Digital Micromirror Devices – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
• Webseite von Texas Instruments über die DLP-Technologie (deutsch)
• Webseite des Fraunhofer Instituts für Photonische Mikrosysteme (IPMS), (deutsch)