DE102021209286B3 - INTEGRATED MICROSTRUCTURED TRANSCEIVER DEVICE - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes, und in Mikrostrukturierungstechnik gefertigtes, Transceiver-Bauelement (100) mit mindestens einer in Mikrostrukturierungstechnik gefertigten optischen Emittervorrichtung (101) zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung und mindestens einer in Mikrostrukturierungstechnik gefertigten akustischen Empfängervorrichtung (102) zum Empfangen von akustischen Wellen, die basierend auf dem photo-, opto- oder thermoakustischen Effekt von einem Prüfobjekt in Reaktion auf die von der optischen Emittervorrichtung (101) ausgesendete elektromagnetische Strahlung erzeugt werden. Sowohl die optische Emittervorrichtung (101) als auch die akustische Empfängervorrichtung (102) sind auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat (110) integriert und bilden somit ein integriertes photo-, opto- oder thermoakustisches Mikro-Transceiver-Bauelement (100).The present invention relates to an integrated transceiver component (100) manufactured using microstructuring technology, having at least one optical emitter device (101) manufactured using microstructuring technology for emitting electromagnetic radiation and at least one acoustic receiver device (102) manufactured using microstructuring technology to receive acoustic waves , which are generated based on the photo-, opto- or thermoacoustic effect of a test object in response to the optical emitter device (101) emitted electromagnetic radiation. Both the optical emitter device (101) and the acoustic receiver device (102) are integrated on a common microtechnological substrate (110) and thus form an integrated photo-, opto- or thermoacoustic micro-transceiver component (100).
Description
Das hierin beschriebene innovative Konzept betrifft ein integriertes, sowie in Mikrostrukturierungstechnik gefertigtes, Transceiver-Bauelement mit einer optischen Emittervorrichtung und einer akustischen Empfängervorrichtung, die beide in Mikrostrukturierungstechnik gefertigt und auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Trägersubstrat angeordnet sind. Das integrierte Mikro-Transceiver-Bauelement kann eingesetzt werden in photoakustischen, optoakustischen oder thermoakustischen Messsystemen, in denen die Vorteile der Optik mit den Vorteilen der Akustik kombiniert werden. Diese Messsysteme finden beispielsweise in der Medizintechnik, und hierbei insbesondere in der bildgebenden Diagnostik Anwendung.The innovative concept described herein relates to an integrated transceiver component that is manufactured using microstructuring technology and has an optical emitter device and an acoustic receiver device, both of which are manufactured using microstructuring technology and are arranged on a common microtechnological carrier substrate. The integrated micro-transceiver component can be used in photoacoustic, optoacoustic or thermoacoustic measurement systems in which the advantages of optics are combined with the advantages of acoustics. These measurement systems are used, for example, in medical technology, and here in particular in imaging diagnostics.
Photo-, opto- oder thermoakustische Verfahren basieren auf der Anregung von akustischen Wellen durch elektromagnetische Strahlung. Diese Systeme bzw. Prüfköpfe weisen im Wesentlichen zwei Hauptkomponenten auf, nämlich eine elektromagnetische Quelle und einen akustischen Empfänger der photo-, opto- oder thermoakustisch induzierten akustischen Wellen.Photo-, opto- or thermoacoustic processes are based on the excitation of acoustic waves by electromagnetic radiation. These systems or probes essentially have two main components, namely an electromagnetic source and an acoustic receiver of the photo-, opto- or thermo-acoustically induced acoustic waves.
Derartige Verfahren und zugehörige Vorrichtungen sind beispielsweise in den Druckschriften
Die Bereitstellung von elektromagnetischer Strahlung für opto- bzw. photo- oder thermoakustische Verfahren ist bezüglich der Eindringtiefe in das Messobjekt sowie der axialen und lateralen Auflösung entscheidend. Eine möglichst große, leistungsstarke Ausleuchtung eines Messobjekts wird angestrebt ohne von einem akustischen Empfänger verdeckt zu werden. Ebenso soll der akustische Empfänger eine möglichst große Fläche aufweisen, um Signale mit einer hohen Sensitivität zu empfangen und damit noch kleinste Signale aus tiefen Probenschichten zu messen. Insbesondere für Anwendungen mit einer kleinen geforderten Systemgröße, z.B. die Endoskopie, mobile Geräte, etc. ist die Bereitstellung von elektromagnetischer Strahlung komplex und schwierig.The provision of electromagnetic radiation for opto-, photo- or thermoacoustic methods is decisive with regard to the penetration depth into the measurement object and the axial and lateral resolution. The aim is to achieve the largest possible, powerful illumination of a measurement object without being covered by an acoustic receiver. Likewise, the acoustic receiver should have as large an area as possible in order to receive signals with a high sensitivity and thus to measure even the smallest signals from deep sample layers. In particular for applications with a small required system size, e.g. endoscopy, mobile devices, etc., the provision of electromagnetic radiation is complex and difficult.
Die elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung eines photo-, opto- oder thermoakustischen Signals wird von einer Quelle oder einem Sender erzeugt, z.B. Laser [1], Mikrowellenoszillator [2], LEDs, etc. Deren Strahlung muss auf die zu untersuchende Probe geleitet werden, um in der Probe, in Reaktion auf die elektromagnetische Strahlung, eine akustische Welle anzuregen. Die elektromagnetische Strahlung muss hierbei am akustischen Wandler vorbeigeführt werden.The electromagnetic radiation for generating a photo-, opto- or thermoacoustic signal is generated by a source or transmitter, e.g. laser [1], microwave oscillator [2], LEDs, etc. Their radiation must be directed onto the sample to be examined in order to in the sample, in response to the electromagnetic radiation, to excite an acoustic wave. In this case, the electromagnetic radiation must be guided past the acoustic converter.
Je nach Aufbau eines solchen photo-, opto- oder thermoakustischen Systems ergeben sich unterschiedliche Vor- und Nachteile. Beispielsweise können die elektromagnetische Quelle und der akustische Wandler gegenüberliegend voneinander angeordnet werden. Hierbei werden die elektromagnetische Quelle und der akustische Wandler in einem Transmissionsmodus betrieben, wobei sich die zu untersuchende Probe zwischen der elektromagnetischen Quelle und dem akustischen Wandler befindet. Eine Verdeckung der gegenseitigen Sichtfelder kann dadurch vermieden werden. Allerdings besteht hier ein Nachteil insofern, als dass ein Transmissionsbetrieb nicht bei allen Proben, vor allem bei medizinischen in vivo Messungen nicht möglich ist, da das zu untersuchende Objekt zu groß ist, um akustische Wellen ausreichend tief im Gewebe zu erzeugen. Außerdem können Knochen oder andere Objekte die akustische Welle reflektieren und somit den Empfänger abschatten. Der Empfänger misst dann kein Signal mehr und eine genaue Lokalisation des Anregungspunkts im Objekt ist nicht möglich.Depending on the structure of such a photo-, opto- or thermoacoustic system, there are different advantages and disadvantages. For example, the electromagnetic source and the acoustic transducer can be placed opposite each other. In this case, the electromagnetic source and the acoustic transducer are operated in a transmission mode, with the sample to be examined being located between the electromagnetic source and the acoustic transducer. Covering up of the mutual fields of vision can be avoided in this way. However, there is a disadvantage here in that transmission operation is not possible with all samples, especially with medical in-vivo measurements, since the object to be examined is too large to generate acoustic waves deep enough in the tissue. In addition, bones or other objects can reflect the acoustic wave and thus shadow the receiver. The receiver then no longer measures a signal and an exact localization of the excitation point in the object is not possible.
Andere Aufbauten, bei denen der optische Pfad der elektromagnetischen Quelle und der akustische Pfad des akustischen Wandlers auf der gleichen Achse liegen, erfordern komplexe Strahlführungen für die elektromagnetische Strahlung oder eine Verkleinerung der akustischen Empfängerfläche.Other setups, in which the optical path of the electromagnetic source and the acoustic path of the acoustic transducer lie on the same axis, require complex beam paths for the electromagnetic radiation or a reduction in the acoustic receiver area.
Alternative Aufbauten, welche sich in der Entwicklung befinden, nutzen akustische Empfänger, welche in einem gewissen elektromagnetischen Wellenlängenbereich transparent sind [4]. Nachteile bei dieser Methode sind jedoch eine Transparenz in einem begrenzten Wellenlängenbereich und damit eine Beschränkung bei der Detektion von wellenlängenspezifischen endogenen oder exogenen Chromophoren. Weiterhin kann der transparente akustische Empfänger die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung beeinflussen, d. h. die Intensität kann abnehmen oder die Ausbreitungsrichtung verändert werden. Somit ist eine unerwünschte Beeinflussung von Eindringtiefe und Auflösung möglich.Alternative designs that are under development use acoustic receivers that are transparent in a certain electromagnetic wavelength range [4]. Disadvantages of this method, however, are transparency in a limited wavelength range and thus a limitation in the detection of wavelength-specific endogenous or exogenous chromophores. Furthermore, the transparent acoustic receiver can influence the propagation of the electromagnetic radiation, i. H. the intensity can decrease or the direction of propagation can be changed. Thus, an undesirable influence on the penetration depth and resolution is possible.
Es wäre daher wünschenswert, bekannte photoakustische, optoakustische oder thermoakustische Messsysteme dahingehend zu verbessern, dass die optischen und akustischen Hauptkomponenten flexibel gestaltet werden können, ohne sich dabei gegenseitig negativ zu beeinflussen (z.B. Abschattung, Verkleinerung der akustischen Empfängerfläche, etc.), und trotz alledem eine unkomplizierte Strahlführung realisiert wird, um einen einfachen und kostengünstigen Aufbau zu ermöglichen.It would therefore be desirable to improve known photoacoustic, optoacoustic or thermoacoustic measuring systems in such a way that the optical and acoustic main components can be designed flexibly without negatively affecting each other (e.g. shadowing, reduction of the acoustic receiver area, etc.), and despite all of this an uncomplicated beam guidance is realized in order to enable a simple and inexpensive construction.
Dieses Ziel wird erreicht mit einem integrierten, und in Mikrostrukturierungstechnik gefertigten, Transceiver-Bauelement für ein photoakustisches, optoakustisches oder thermoakustisches Messsystemen mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 oder 4.This goal is achieved with an integrated transceiver component manufactured using microstructuring technology for a photoacoustic, opto-acoustic or thermo-acoustic measuring systems with the features according to one of claims 1 or 4.
Das erfindungsgemäße integrierte, und in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte, Transceiver-Bauelement weist mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte optische Emittervorrichtung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung sowie mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte akustische Empfängervorrichtung zum Empfangen von akustischen Wellen auf. Diese akustischen Wellen werden, basierend auf dem photo-, opto- oder thermoakustischen Effekt, von einem Prüfobjekt in Reaktion auf die von der Emittervorrichtung ausgesendete elektromagnetische Strahlung erzeugt. Erfindungsgemäß sind sowohl die optische Emittervorrichtung als auch die akustische Empfängervorrichtung auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat integriert und bilden somit ein integriertes photo-, opto- oder thermoakustisches Mikro-Transceiver-Bauelement für ein photo-, opto- oder thermoakustisches Messsystem. Das integrierte Mikro-Transceiver-Bauelement dient also, wie der Name bereits sagt, sowohl als Emitter als auch als Empfänger. Dabei wird elektromagnetische Strahlung, z.B. in Form von Licht in einem für den Menschen sichtbaren oder unsichtbaren Wellenlängenbereich auf eine zu untersuchende Probe gestrahlt. Das Licht wird vorzugsweise gepulst auf die Probe gerichtet. In Reaktion auf das (gepulste) Licht sendet die Probe akustische Wellen aus. Diese können mittels des akustischen Empfängers registriert werden. Sowohl die akustische Empfängervorrichtung als auch die optische Emittervorrichtung sind erfindungsgemäß in Mikrostrukturierungstechnik gefertigt. Sie können somit Abmessungen im mikro- oder nanoskaligen Bereich aufweisen. Erfindungsgemäß sind sowohl die optische Emittervorrichtung als auch die akustische Empfängervorrichtung auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat integriert. Unter einem mikrotechnologischen Substrat sind Substrate zu verstehen, auf bzw. in denen mikrotechnologisch gefertigte Strukturen erzeugbar sind, beispielsweise mittels geeigneten Photolithografieverfahren, Ätzen und dergleichen. Beispielsweise können hierfür klassische Halbleitersubstrate zum Einsatz kommen. Klassische Leiterplatten bzw. Platinen, sogenannte PCBs (PCB: Printed Circuit Board), zählen somit nicht zu den mikrotechnologischen Substraten im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die gemeinsame Integration der optischen Emittervorrichtung und der akustischen Empfängervorrichtung auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat bietet den Vorteil, dass dadurch ein höchst kompaktes und miniaturisiertes Transceiver-Bauelement herstellbar ist, das die Funktion eines optischen Emitters und die Funktion eines akustischen Empfängers in einem Bauelement kombiniert. Durch diese Kombination können die ansonsten komplexen Anforderungen hinsichtlich der Strahlführung, sowohl der ausgesendeten optischen Strahlung als auch der reflektierten akustischen Strahlung, deutlich vereinfacht werden. Die gemeinsame Integration auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat erlaubt zudem eine beliebige Anordnung der Emittervorrichtung relativ zu der Empfängervorrichtung. Zudem können die ansonsten verbleibenden inaktiven Flächen, d.h. die Flächen, die weder von der Emittervorrichtung noch von der Empfängervorrichtung besetzt sind, auf dem Substrat deutlich minimiert werden. Des Weiteren können ansonsten vorhandene Verluste durch Absorption, Streuung und Reflektion der Strahlung an der Probe deutlich minimiert werden, bei einer zusätzlichen gerichteten Strahlführung auf die Probe. Es kommt insbesondere nicht mehr zu Abschattungseffekten, da die Emittervorrichtung und die Empfängervorrichtung auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat nebeneinander angeordnet werden können. Die gemeinsame Integration auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat ermöglicht es außerdem, dass das integrierte Mikro-Transceiver-Bauelement als ein einzelnes integriertes Bauteil an einem Gehäuse eines Prüfkopfs eines photoakustischen, optoakustischen oder thermoakustischen Messsystems angeordnet werden kann. Dadurch entfällt die ansonsten bestehende Notwendigkeit zur Bereitstellung von zusätzlichen Trägern und Befestigungsmöglichkeiten am Gehäuse, die bisher gemäß dem Stand der Technik benötigt wurden, um die Emittervorrichtung und die separate Empfängervorrichtung an einem Gehäuse eines derartigen Messsystems zu befestigen.The inventive integrated transceiver component manufactured using microstructuring technology has at least one optical emitter device manufactured using microstructuring technology for emitting electromagnetic radiation and at least one acoustic receiver device manufactured using microstructuring technology for receiving acoustic waves. Based on the photo-, opto- or thermoacoustic effect, these acoustic waves are generated by a test object in response to the electromagnetic radiation emitted by the emitter device. According to the invention, both the optical emitter device and the acoustic receiver device are integrated on a common micro-technological substrate and thus form an integrated photo-, opto- or thermo-acoustic micro-transceiver component for a photo-, opto- or thermo-acoustic measuring system. As the name suggests, the integrated micro-transceiver component serves as both an emitter and a receiver. Electromagnetic radiation, e.g. in the form of light in a wavelength range that is visible or invisible to humans, is radiated onto a sample to be examined. The light is preferably directed onto the sample in a pulsed manner. In response to the (pulsed) light, the sample emits acoustic waves. These can be registered by means of the acoustic receiver. According to the invention, both the acoustic receiver device and the optical emitter device are manufactured using microstructuring technology. They can therefore have dimensions in the microscale or nanoscale range. According to the invention, both the optical emitter device and the acoustic receiver device are integrated on a common microtechnology substrate. A micro-technological substrate is to be understood as meaning substrates on or in which micro-technologically manufactured structures can be produced, for example by means of suitable photolithographic methods, etching and the like. For example, classic semiconductor substrates can be used for this. Classic printed circuit boards or circuit boards, so-called PCBs (PCB: Printed Circuit Board), are therefore not among the microtechnological substrates within the meaning of the present invention. The joint integration of the optical emitter device and the acoustic receiver device on a common microtechnological substrate offers the advantage that a highly compact and miniaturized transceiver component can be produced that combines the function of an optical emitter and the function of an acoustic receiver in one component. This combination can significantly simplify the otherwise complex requirements with regard to beam guidance, both the emitted optical radiation and the reflected acoustic radiation. The common integration on a common microtechnological substrate also allows any arrangement of the emitter device relative to the receiver device. In addition, the otherwise remaining inactive areas, i.e. the areas not occupied by either the emitter device or the receiver device, can be significantly minimized on the substrate. Furthermore, otherwise existing losses due to absorption, scattering and reflection of the radiation at the sample can be significantly minimized with an additional directed beam guidance onto the sample. In particular, there are no longer any shading effects since the emitter device and the receiver device can be arranged next to one another on the common microtechnology substrate. The common integration on the common microtechnological substrate also makes it possible for the integrated micro-transceiver component to be arranged as a single integrated component on a housing of a test head of a photoacoustic, optoacoustic or thermoacoustic measurement system. This eliminates the otherwise existing need to provide additional carriers and attachment options on the housing, which were previously required according to the prior art in order to attach the emitter device and the separate receiver device to a housing of such a measurement system.
Eine erste Hauptausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die optische Emittervorrichtung mehrere einzelne Emitter-Elemente aufweist, und die akustische Empfängervorrichtung mehrere einzelne Empfänger-Elemente aufweist, wobei die einzelnen Emitter-Elemente und die einzelnen Empfänger-Elemente jeweils ringförmig ausgestaltet sind und konzentrisch nebeneinander angeordnet sind, sodass sie auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat ein ringförmiges Emitter-Empfänger-Array bilden.A first main embodiment of the invention provides that the optical emitter device has a plurality of individual emitter elements, and the acoustic receiver device has a plurality of individual receiver elements, the individual emitter elements and the individual receiver elements each being ring-shaped and arranged concentrically next to one another are so that they form a ring-shaped emitter-receiver array on the common micro-technological substrate.
Eine zweite Hauptausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die optische Emittervorrichtung und die akustische Empfängervorrichtung monolithisch integriert sind, indem sie auf ein- und demselben Chip-Substrat integriert sind, wobei dieses Chip-Substrat das gemeinsame mikrotechnologische Substrat bildet, und wobei die akustische Empfängervorrichtung um die optische Emittervorrichtung herum angeordnet ist.A second main embodiment of the invention provides that the optical emitter device and the acoustic receiver device are monolithically integrated by being integrated on the same chip substrate, this chip substrate forming the common microtechnological substrate, and the acoustic receiver device around the optical emitter device is arranged around.
Weitere Ausführungsformen und vorteilhafte Aspekte dieses Mikro-Transceiver-Bauelements sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt.Further embodiments and advantageous aspects of this micro-transceiver device are mentioned in the respective dependent patent claims.
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf ein beispielhaft beschriebenes Mikro-Transceiver-Bauelement, -
2A eine schematische Seitenansicht eines monolithisch integrierten erfindungsgemäßen Mikro-Transceiver-Bauelements mit einer optionalen Mikrolinse gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2B eine schematische Draufsicht auf das Mikro-Transceiver-Bauelement aus2A , -
3 eine schematische Seitenansicht eines Beispiels für ein heterogen integriertes Mikro-Transceiver-Bauelement, -
4 eine schematische Draufsicht auf ein beispielhaftes Mikro-Transceiver-Bauelement mit mehreren einzelnen Emitter- und Empfängerelementen, die in einer eindimensionalen (1D) Array Anordnung angeordnet sind, -
5 eine schematische Draufsicht auf ein beispielhaftes Mikro-Transceiver-Bauelement mit mehreren einzelnen Emitter- und Empfängerelementen, die in einer zweidimensionalen (2D) Array Anordnung angeordnet sind, und -
6 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Mikro-Transceiver-Bauelement mit mehreren einzelnen Emitter- und Empfängerelementen, die in einer Zielscheiben-förmigen Ring-Array-Anordnung angeordnet sind.
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1 a schematic plan view of a micro-transceiver component described as an example, -
2A a schematic side view of a monolithically integrated micro-transceiver component according to the invention with an optional micro-lens according to an embodiment, -
2 B Figure 12 shows a schematic plan view of the micro-transceiver component2A , -
3 a schematic side view of an example of a heterogeneously integrated micro-transceiver component, -
4 a schematic plan view of an exemplary micro-transceiver component with a plurality of individual emitter and receiver elements arranged in a one-dimensional (1D) array arrangement, -
5 a schematic plan view of an exemplary micro-transceiver device with multiple individual emitter and receiver elements, which are arranged in a two-dimensional (2D) array arrangement, and -
6 a schematic plan view of a micro-transceiver component according to the invention with a plurality of individual emitter and receiver elements which are arranged in a target-shaped ring array arrangement.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.Exemplary embodiments are described in more detail below with reference to the figures, elements with the same or similar function being provided with the same reference symbols.
Verfahrensschritte, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung abgebildet bzw. beschrieben sind, können auch in einer anderen als der abgebildeten beziehungsweise beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem sind Verfahrensschritte, die ein bestimmtes Merkmal einer Vorrichtung betreffen mit ebendiesem Merkmal der Vorrichtung austauschbar, was ebenso anders herum gilt.Method steps that are depicted or described within the scope of the present disclosure can also be carried out in a different order than that depicted or described. In addition, method steps that relate to a specific feature of a device are interchangeable with that same feature of the device, and vice versa.
Sofern innerhalb dieser Offenbarung von einem mikrotechnologischen Substrat die Rede ist, so sind darunter Substrate zu verstehen, auf bzw. in denen mikrotechnologisch gefertigte Strukturen erzeugbar sind, beispielsweise mittels sogenannter Mikrostrukturierungstechnik, wie z.B. geeigneten Photolithografieverfahren, Ätzen und dergleichen. Auch die erfindungsgemäße Emittervorrichtung sowie die erfindungsgemäße Empfängervorrichtung sind in einer derartigen Mikrostrukturierungstechnik gefertigt. Bei der Mikrostrukturierungstechnik können klassische Halbleitersubstrate zum Einsatz kommen. Es sei an dieser Stelle nochmals explizit erwähnt, dass die erfindungsgemäße mikrostrukturierte Emittervorrichtung sowie die erfindungsgemäße mikrostrukturierte Empfängervorrichtung auf bzw. in dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat integriert sind. Dieses gemeinsame mikrotechnologische Substrat kann dann wiederum bei Bedarf auf einem Trägersubstrat, z.B. einem PCB (PCB: Printed Circuit Board) angeordnet werden. Es wird gemäß dem hierin verwendeten Wortlaut also explizit unterschieden zwischen einer Integration von Bauelementen auf einem mikrotechnologischen Substrat und einer Anordnung von (integrierten) Bauelementen auf einem Trägersubstrat, z.B. einer Platine bzw. einem PCB. Klassische Leiterplatten bzw. Platinen, sogenannte PCBs, zählen somit also nicht zu den mikrotechnologischen Substraten im Sinne der vorliegenden Erfindung.If a microtechnological substrate is mentioned within this disclosure, this is to be understood as meaning substrates on or in which microtechnologically manufactured structures can be produced, for example by means of so-called microstructuring technology, such as suitable photolithographic processes, etching and the like. The emitter device according to the invention and the receiver device according to the invention are also manufactured using such a microstructuring technique. Classic semiconductor substrates can be used in microstructuring technology. It should be explicitly mentioned again at this point that the microstructured emitter device according to the invention and the microstructured receiver device according to the invention are integrated on or in the common microtechnological substrate. This common micro-technology substrate can then in turn be arranged on a carrier substrate, e.g. a PCB (PCB: Printed Circuit Board), if required. According to the wording used here, an explicit distinction is made between an integration of components on a microtechnology substrate and an arrangement of (integrated) components on a carrier substrate, e.g. a circuit board or a PCB. Classic printed circuit boards or circuit boards, so-called PCBs, therefore do not count among the micro-technological substrates within the meaning of the present invention.
Das MEMS-Transceiver-Bauelement 100 weist mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte optische Emittervorrichtung 101 auf. Bei der optischen Emittervorrichtung 101 kann es sich ebenfalls um ein sogenanntes MEMS, oder aber um ein rein mikroelektrisches- oder mikromechanisches System handeln.The
Die optische Emittervorrichtung 101 ist ausgestaltet, um elektromagnetische Strahlung auszusenden, und kann daher auch als elektromagnetische Quelle bezeichnet werden. The
Bei der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung kann es sich um Licht in einem für den Menschen sichtbaren oder unsichtbaren Wellenlängenbereich handeln. Die optische Emittervorrichtung 101 kann beispielsweise ausgestaltet sein, um gepulstes Licht bzw. einzelne Lichtpulse mit einer vordefinierten Frequenz auszusenden.The emitted electromagnetic radiation can be light in a wavelength range that is visible or invisible to humans. The
Die optische Emittervorrichtung 101 kann beispielsweise mindestens eine Licht emittierende Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode aufweisen. Die LED kann Licht in einem vorgegebenen, für den Menschen sichtbaren oder für den Menschen unsichtbaren, Wellenlängenspektrum erzeugen. Die LED kann beispielsweise Infrarotstrahlung oder ultraviolette Strahlung emittieren. Die Laserdiode hingegen kann Laserlicht emittieren.The
Das Mikro-Transceiver-Bauelement 100 kann unter anderem in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden, wo eine zu untersuchende Probe mit der von der Emittervorrichtung ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung angestrahlt wird. In Reaktion auf die von der Emittervorrichtung ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann die Probe, basierend auf dem photo-, opto- oder thermoakustischen Effekt, eine strukturelle Formänderung erfahren, wodurch die Probe akustische Schallwellen ausstrahlt. Bei diesen Schallwellen kann es sich insbesondere um Ultraschallwellen handeln.The
Um diese akustischen Schallwellen zu empfangen, weist das Mikro-Transceiver-Bauelement 100 mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte akustische Empfängervorrichtung 102 auf. Bei der akustischen Empfängervorrichtung 102 kann es sich ebenfalls um ein sogenanntes MEMS, oder aber um ein rein mikroelektrisches- oder mikromechanisches System handelnIn order to receive these acoustic sound waves, the
Die akustische Empfängervorrichtung 102 kann ausgestaltet sein, um die empfangenen akustischen Wellen in ein elektrisches Signal zu wandeln. Hierfür kann die Empfängervorrichtung 102 beispielsweise mindestens einen mikrostrukturierten Schallwandler, zum Beispiel in Form eines MEMS-Mikrofons aufweisen. Das von der akustischen Empfängervorrichtung, bzw. dem Schallwandler, erzeugte elektrische Signal kann an eine Signalverarbeitungseinrichtung weitergeleitet werden, die hieraus Daten (z.B. Bilddaten zum Abbilden der zu untersuchenden Probe) erzeugt.The
Beispielsweise kann die akustische Empfängervorrichtung 102 mindestens einen mikromechanischen Schallwandler, und insbesondere einen mikromechanischen Ultraschallwandler, einen sogenannten MUT (Micromachined Ultrasonic Transducer), aufweisen. For example, the
Der mikromechanische Schallwandler kann insbesondere ausgestaltet sein, um Schallwellen im Ultraschallbereich zu empfangen und in ein entsprechendes elektrisches Signal zu wandeln.The micromechanical sound transducer can be designed in particular to receive sound waves in the ultrasonic range and to convert them into a corresponding electrical signal.
Der mikromechanische Ultraschallwandler (MUT) kann beispielsweise ein kapazitiver mikromechanischer Ultraschallwandler, ein sogenannter CMUT (CMUT: Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer), sein. Der mikromechanische Ultraschallwandler (MUT) kann aber auch als ein piezoelektrischer mikromechanischer Ultraschallwandler, ein sogenannter PMUT (PMUT: Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer), ausgestaltet sein.The micromechanical ultrasonic transducer (MUT) can be, for example, a capacitive micromechanical ultrasonic transducer, a so-called CMUT (CMUT: Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer). However, the micromechanical ultrasonic transducer (MUT) can also be designed as a piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer, a so-called PMUT (PMUT: Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer).
Sowohl die optische Emittervorrichtung 101 als auch die akustische Empfängervorrichtung 102 sind auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 integriert. Sie bilden somit ein integriertes photo-, opto- oder thermoakustisches Mikro-Transceiver-Bauelement 100.Both the
Bei dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 kann es sich beispielsweise um ein mikroelektronisches Substrat, z.B. um ein Halbleitersubstrat mit ein oder mehreren integrierten Halbleiterbauelementen handeln. Das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110 kann beispielsweise Silizium aufweisen oder aus Silizium bestehen.The
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, sind sowohl die optische Emittervorrichtung 101 als auch die akustische Empfängervorrichtung 102 als in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte Bauteile ausgestaltet. Beispiele hierfür sind die zuvor erwähnten LEDs, Laserdioden, PMUTs und CMUTs, sowie optische Interferometer- und Resonatormikrofone.As already mentioned at the outset, both the
Aufgrund der mikrostrukturellen Herstellungsprozesse ist deren jeweiliger geometrischer und funktionaler Aufbau flexibel und mit hoher Genauigkeit im Mikro- bzw. Nanometerbereich möglich. Da sowohl die Herstellung der mikrostrukturierten optischen Emittervorrichtung 101 als auch die Herstellung der mikrostrukturierten akustischen Empfängervorrichtung 102 auf denselben Materialien und Prozessen basieren kann, können die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 monolithisch auf ein- und demselben Chip integriert sein.Due to the microstructural manufacturing processes, their respective geometric and functional structure is flexible and possible with high accuracy in the micro or nanometer range. Since both the fabrication of the microstructured
Die
Hierbei handelt es sich um eine monolithische Integration, bei der die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 auf ein- und demselben Chip-Substrat 110 integriert sind, d.h. das Chip-Substrat bildet in diesem Fall das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110. Auch hier kann das Chip-Substrat 110 beispielsweise ein Halbleitersubstrat sein.This is a monolithic integration in which the
Während des Herstellungsprozesses können mehrere erfindungsgemäße Mikro-Transceiver-Bauelemente 100 auf einem Halbleiterwafer erzeugt werden. In diesem Fall wäre der Halbleiterwafer ein mikrotechnologisches Substrat 110 im Sinne der vorliegenden Offenbarung. Die Mikro-Transceiver-Bauelemente 100 werden in der Regel anschließend vereinzelt, sodass mehrere einzelne Chips entstehen, wobei auf jedem Chip ein erfindungsgemäßes Mikro-Transceiver-Bauelement 100 integriert ist. Ein solcher vereinzelter Chip ist in den
Optional kann das MEMS-Transceiver-Bauelement 100 mindestens eine mit der optischen Emittervorrichtung 101 optisch gekoppelte Mikrolinse 103 aufweisen. Die Mikrolinse 103 dient zur gerichteten Strahlformung der von der optischen Emittervorrichtung 101 emittierten elektromagnetischen Strahlung.Optionally, the
Die Mikrolinse 103 kann ebenfalls auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 angeordnet sein. Diesbezüglich kann die Mikrolinse 103 beispielsweise auf der optischen Emittervorrichtung 101, oder aber auf mindestens einem Emitter-Element (z.B. eine einzelne LED) der Emittervorrichtung 101 angeordnet sein. Die Mikrolinse 103 kann beispielsweise mittels Ink-Jet-Printing Verfahren auf die Emittervorrichtung 101 aufgetragen werden.The
In der in den
Die erfindungsgemäße Anordnung der akustischen Empfängervorrichtung 102 lateral um die (gesamte) optische Emittervorrichtung 101 herum bietet zudem den Vorteil, dass der optische Pfad und der akustische Pfad im Wesentlichen koaxial sind, sodass die von der Emittervorrichtung 101 ausgesendete elektromagnetische Strahlung (auf dem optischen Pfad) sowie die von der Probe ausgesendeten bzw. reflektierten (Ultra-)Schallwellen (auf dem akustischen Pfad) auf möglichst direktem Wege von der Emittervorrichtung 101 zur Probe, bzw. von der Probe zur Empfängervorrichtung 102, geleitet werden.The inventive arrangement of the
Alternativ hierzu, jedoch nicht zu einer Ausführungsform der Erfindung gehörig, könnte die Anordnung der Emittervorrichtung 101 relativ zu der Empfängervorrichtung 102 aber auch invertiert sein, d.h. die optische Emittervorrichtung 101 könnte lateral um die (gesamte) akustische Empfängervorrichtung 102 herum angeordnet sein. Dementsprechend könnte dann auch die akustische Empfängervorrichtung 102 im Zentrum der optischen Emittervorrichtung 101 angeordnet sein.Alternatively, but not belonging to an embodiment of the invention, the arrangement of the
Wie außerdem in
Hier ist die optische Emittervorrichtung 101 auf einem ersten Chip-Substrat 104 integriert, und die akustische Empfängervorrichtung 102 ist auf einem, von dem ersten Chip-Substrat 104 unterschiedlichen, zweiten Chip-Substrat 105 integriert.Here, the
Hierbei ist das erste Chip-Substrat 104 auf dem zweiten Chip-Substrat 105 angeordnet, sodass das zweite Chip-Substrat 105 das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110 bildet, auf dem sowohl die optische Emittervorrichtung 101 als auch die akustische Empfängervorrichtung 102 angeordnet bzw. integriert sind.In this case, the
In dem in
Die optische Emittervorrichtung 101 kann direkt und unmittelbar in bzw. auf dem ersten Chip-Substrat 104 integriert sein. Die akustische Empfängervorrichtung 102 kann direkt und unmittelbar in bzw. auf dem zweiten Chip-Substrat 105 integriert sein. Das erste Chip-Substrat 104 kann direkt und unmittelbar auf dem zweiten Chip-Substrat 105 angeordnet sein.The
Da in dem in
Es wäre beispielsweise auch denkbar, dass das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110 (hier: das zweite Chip-Substrat 105) eine Aussparung bzw. eine Vertiefung aufweist. Das erste Chip-Substrat 104 könnte dann in dieser Aussparung angeordnet werden, sodass die Emittervorrichtung 101 weniger weit von der Empfängervorrichtung 102 beabstandet wäre als dies in
Auch in dem unter Bezugnahme auf
Außerdem kann auch hier die akustische Empfängervorrichtung 102 lateral um die optische Emittervorrichtung 101, beziehungsweise um das erste Chip-Substrat 104, herum angeordnet sein. Beispielsweise kann die optische Emittervorrichtung 101 im Zentrum der akustischen Empfängervorrichtung 102 angeordnet sein.In addition, here too the
Es wäre denkbar, aber nicht zur Erfindung gehörig, dass die in
Als eine zu
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, ermöglicht die erfindungsgemäße Integration der optischen Emittervorrichtung 101 zusammen mit der akustischen Empfängervorrichtung 102 auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 eine relativ freie Gestaltungsmöglichkeit bei der Anordnung der Emitter- bzw. Empfängervorrichtung 101, 102. Darüber hinaus können die Emitter- sowie die Empfängervorrichtung 101, 102 sehr platzsparend nebeneinander auf dem gemeinsamen Substrat 110 angeordnet werden. Die
Hier sind die einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b in einer Reihe entlang einer Linie 106, d.h. in einer Dimension, angeordnet, sodass die einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 ein eindimensionales Emitter-Empfänger-Array bilden. Die besagte Linie 106 entlang derer sich das Emitter-Empfänger-Array erstreckt, kann eine Gerade sein, wie in
Alternativ zu der in
In dem in
Das Substrat 110 weist eine Oberfläche auf, die sich im Wesentlichen in einer zweidimensionalen Ebene erstreckt. Diese zweidimensionale Ebene wird durch zwei Erstreckungsrichtungen 107, 108 aufgespannt, zum Beispiel eine Länge und eine Breite des Substrats 110 entlang einer x- bzw. y-Richtung.The
In dem in
In dem vorliegenden Beispiel sind die einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b, ..., 101n und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b, ..., 102n in einer Schachbrettanordnung angeordnet. Das heißt, sowohl entlang einer Reihe als auch entlang einer Spalte sind die einzelnen Emitter-Elemente 101 a, 101b, ..., 101n und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b, ..., 102n abwechselnd nebeneinander angeordnet.In the present example, the
Es wäre aber auch denkbar, dass die einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b, ..., 101n und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b, ..., 102n in einer zufälligen Anordnung nebeneinander angeordnet sind, sodass sie auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 ein randomisiertes Emitter-Empfänger-Array bilden.But it would also be conceivable that the
Hier sind die einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b jeweils ringförmig ausgestaltet und konzentrisch zueinander angeordnet, sodass sie auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 ein ringförmiges Emitter-Empfänger-Array bilden. Auch hier sind die die einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b (in radialer Richtung gesehen) abwechselnd angeordnet, sodass sie ein etwa Zielscheiben-förmiges Muster aufweisen.Here the
In allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 derart auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 angeordnet, dass deren jeweilige aktive Fläche jeweils in die gleiche Richtung orientiert ist, d.h. beide zeigen vom Substrat 110 weg bzw. sind von der Oberfläche des Substrats 110 abgewandt. Unter einer aktiven Fläche der optischen Emittervorrichtung 101 wäre die Fläche zu verstehen, die die elektromagnetische Strahlung aussendet. Unter einer aktiven Fläche der akustischen Emittervorrichtung 102 wäre die Fläche zu verstehen, die die akustischen (Ultraschall-)Wellen empfängt.In all embodiments of the present invention, the
Dementsprechend können also die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 beispielsweise derart auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 angeordnet sein, dass sowohl die optische Emittervorrichtung 101 als auch die akustische Empfängervorrichtung 102 einem Prüfobjekt zugewandt und von derselben Seite auf das Prüfobjekt gerichtet sind. Dies unterscheidet das erfindungsgemäße mikrostrukturierte Transceiver-Bauelement 100 von anderen Systemen, die nach dem transmissiven Prinzip arbeiten. Im Gegensatz dazu muss die zu untersuchende Probe mit dem erfindungsgemäßen Mikro-Transceiver-Bauelement 100 nicht durchleuchtet werden, sodass eine ansonsten möglicherweise unzureichende Durchdringung der Probe hier keine Rolle spielt.Accordingly, the
Prinzipiell kann in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die zuvor, unter Bezugnahme auf
Es gilt außerdem für alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass das Mikro-Transceiver-Bauelement 100 mindestens eine mit der akustischen Empfängervorrichtung 102 funktional (d.h. akustisch) gekoppelte akustische Anpassschicht aufweisen kann. Eine solche akustische Anpassschicht dient der akustischen Impedanzanpassung zwischen der Empfängervorrichtung 102 und einem die Empfängervorrichtung 102 umgebenden Medium, z.B. Luft. Die akustische Anpassschicht kann ebenfalls auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 angeordnet sein. Vorzugsweise kann sich die akustische Anpassschicht auf der akustischen Empfängervorrichtung 102, beziehungsweise auf ein oder mehreren einzelnen Empfänger-Elementen 102a, 102b, ..., 102n befinden. Die akustische Anpassschicht kann beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS) aufweisen oder aus Polydimethylsiloxan gefertigt sein.It also applies to all embodiments of the present invention that
Die akustische Anpassschicht kann zusätzlich auch als optischer Strahlformer dienen und somit beispielsweise die Funktion einer zuvor beschriebenen Mikrolinse übernehmen. Das heißt, die akustische Anpassschicht kann beispielsweise mit der optischen Emittervorrichtung 101 funktional (d.h. optisch) gekoppelt sein, um eine Strahlformung der von der Emittervorrichtung 101 emittierten elektromagnetischen Strahlung zu bewirken.The acoustic matching layer can also serve as an optical beam shaper and thus, for example, take on the function of a previously described microlens. That is, the acoustic matching layer may be operatively (i.e., optically) coupled to the
Es gilt außerdem für alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110 ein oder mehrere mikrofluidische Kanäle aufweisen kann, um die optische Emittervorrichtung 101 zu kühlen. Die mikrofluidischen Kanäle können dementsprechend in der Umgebung der optischen Emittervorrichtung 101 angeordnet sein und funktional (Kühlfunktion) mit der Emittervorrichtung 101 gekoppelt sein.It also applies to all embodiments of the present invention that the common
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein photo-, opto- oder thermoakustisches Messsystem mit einem Prüfkopf, der mindestens ein integriertes photo-, opto- oder thermoakustisches Mikro-Transceiver-Bauelement 100 aufweist, wie es hierin beschrieben ist.The present invention also relates to a photo-, opto- or thermo-acoustic measuring system with a test head which has at least one integrated photo-, opto- or thermo-
Nachfolgend soll die vorliegende Offenbarung nochmals in anderen Worten kurz zusammengefasst werden:
- Hierin beschrieben ist ein integrierter Wandler für photo-, opto- oder thermoakustische Anwendungen. Es werden mikrotechnologische Herstellungsverfahren genutzt, um einen flexibleren Entwurf der optischen und akustischen Eigenschaften des photoakustischen Systems (= Mikro-Transceiver-Bauelement 100) zu ermöglichen. Anstatt eine elektromagnetische Quelle (= optische Emittervorrichtung 101) und einen akustischen Empfänger 102 als getrennte Komponenten aufzubauen, sollen beide Bestandteile in einem System mittels mikrotechnologischer Verfahren integriert werden.
- Described herein is an integrated transducer for photo, opto, or thermoacoustic applications. Micro-technological manufacturing processes are used to enable a more flexible design of the optical and acoustic properties of the photoacoustic system (= micro-transceiver component 100). Instead of constructing an electromagnetic source (= optical emitter device 101) and an
acoustic receiver 102 as separate components, both components are to be integrated in one system using micro-technological processes.
Die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 können monolithisch (
Auch die Integration von Mikrolinsen auf den Bauelementen zur Fokussierung oder Strahlformung sind für integrierte photo-, opto- oder thermoakustische Systeme möglich. Ebenso können akustische Anpassschichten, z.B. PDMS, als Schutz und Strahlformer für die elektromagnetische Quelle dienen.The integration of micro-lenses on the components for focusing or beam shaping is also possible for integrated photo-, opto- or thermoacoustic systems. Likewise, acoustic matching layers, e.g. PDMS, can serve as protection and beam shapers for the electromagnetic source.
Eine optionale Kühlung der elektromagnetischen Quelle ist beispielsweise durch mikrofluidische Kanäle umsetzbar.Optional cooling of the electromagnetic source can be implemented using microfluidic channels, for example.
Die hierin beschriebene Vorrichtung weist unter anderem die folgenden Vorteile auf:
- • Keine komplexen Strahlführungen für die Bereitstellung der elektromagnetischen Strahlung notwendig,
- • Beliebige Anordnungen von elektromagnetischen Quellen und akustischen Empfängern herstellbar,
- • Kompaktes und miniaturisierbares System,
- • Minimierung der nicht aktiven Flächen,
- • Minimierung von elektromagnetischen Verlusten durch Absorption, Streuung und Reflektion bei zusätzlicher Strahlführung zur Probe,
- • Keine zusätzlichen Träger und Befestigungen am Gehäuse des photoakustischen Prüfkopfs notwendig, um die (ansonsten auf jeweils separaten PCBs montierten) photoakustische Quelle und akustischer Empfänger separat voneinander am Prüfkopf zu montieren [7],
- • MUT-Bauelemente besitzen im Vergleich zu konventionellen Wandlern eine hohe Empfangssensitivität und ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis [5, 6]. Somit können die Signalqualität und die Eindringtiefe potentiell verbessert werden,
- • beliebige Anordnung von LED und MUT-Komponenten möglich.
- • No complex beam guides necessary for the provision of the electromagnetic radiation,
- • Arbitrary arrangements of electromagnetic sources and acoustic receivers can be produced,
- • Compact and miniaturizable system,
- • minimization of non-active surfaces,
- • Minimization of electromagnetic losses through absorption, scattering and reflection with additional beam guidance to the sample,
- • No additional supports and attachments on the housing of the photoacoustic probe are required to mount the photoacoustic source and acoustic receiver (which are otherwise mounted on separate PCBs) separately from each other on the probe [7],
- • Compared to conventional converters, MUT components have a high reception sensitivity and a higher signal-to-noise ratio [5, 6]. Thus, signal quality and penetration depth can potentially be improved
- • any arrangement of LED and MUT components possible.
Denkbar wäre ein photo-, opto- oder thermoakustisches System 100 mit einer elektromagnetischen Quelle 101 und einem akustischen Empfänger 102, welche auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Träger 110 integriert werden.
- • Die Integration kann monolithisch oder heterogen erfolgen. Bei der monolithischen Integration werden die
Emittervorrichtung 101 und dieEmpfängervorrichtung 102 aufdem gleichen Träger 110 hergestellt und betrieben. Bei der heterogenen Integration werden beide auf separaten 104, 105 hergestellt und dann auf dem Träger des jeweils anderen integriert.Trägern - • Die Integration einer elektromagnetischen Quelle 101 beinhaltet ebenso die Herstellung von Wellenleitern direkt auf dem gleichen Träger des akustischen Empfängers 102, z.B. mittels Zwei-Photonen-Lithografie oder anderer mikrotechnologischer Herstellungsprozesse.
- • Weiterhin beschreibt der Begriff elektromagnetische Quelle 101 LEDs oder andere elektromagnetische Strahlung erzeugende Strukturen, die mittels Mikrotechnologien hergestellt werden können und damit auf einem gemeinsamen Träger 110 integriert werden können.
- • The integration can be monolithic or heterogeneous. In the case of monolithic integration, the
emitter device 101 and thereceiver device 102 are manufactured and operated on thesame carrier 110 . In heterogeneous integration, both are fabricated on 104, 105 and then integrated onto each other's carrier.separate carriers - • The integration of an
electromagnetic source 101 also includes the production of waveguides directly on the same carrier of theacoustic receiver 102, eg by means of two-photon lithography or other micro-technological production processes. - Furthermore, the term
electromagnetic source 101 describes LEDs or other structures that generate electromagnetic radiation, which can be produced using microtechnology and can therefore be integrated on acommon carrier 110 .
Denkbar wäre auch die Integration von Materialien für die Einsatzzwecke als akustische Anpassschicht sowie als Linse 103 und als elektromagnetischer Strahlformer:
- • Nutzung des gleichen Materials für beide Einsatzzwecke, z.B. PDMS.
- • Nutzung von unterschiedlichen Materialien für die Einsatzzwecke.
- • Strukturierung ebendieser Materialien für die akustische und elektromagnetische Beeinflussung des Wellenfeldes, z.B. Mikrolinsen.
- • Use of the same material for both purposes, eg PDMS.
- • Use of different materials for the purposes.
- • Structuring of these same materials for the acoustic and electromagnetic influencing of the wave field, eg micro-lenses.
Auch eine Integration von Kühlvorrichtungen für die elektromagnetische Quelle 101 wäre denkbar, um diese vor Überhitzung und Zerstörung zu schützen
- • Nutzung von mikrofluidischen Kanalstrukturen, welche im oder auf
104, 110dem Träger der elektromagnetische Quelle 101 hergestellt werden können.
- • Use of microfluidic channel structures, which can be produced in or on the
104, 110 of thecarrier electromagnetic source 101.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien des hierin beschriebenen innovativen Konzepts dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass das hierin beschriebene Konzept lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the innovative concept described herein. It is understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will occur to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the concepts described herein be limited only by the scope of the claims below and not by the specific details presented in the description and explanation of the exemplary embodiments herein.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |