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DE102021209286B3 - INTEGRATED MICROSTRUCTURED TRANSCEIVER DEVICE - Google Patents

INTEGRATED MICROSTRUCTURED TRANSCEIVER DEVICE Download PDF

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DE102021209286B3
DE102021209286B3 DE102021209286.1A DE102021209286A DE102021209286B3 DE 102021209286 B3 DE102021209286 B3 DE 102021209286B3 DE 102021209286 A DE102021209286 A DE 102021209286A DE 102021209286 B3 DE102021209286 B3 DE 102021209286B3
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substrate
acoustic
integrated
optical emitter
emitter device
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Marcel Krenkel
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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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 US 2011 / 0 190 617 A1 oder DE 10 2016 205 024 A1 beschrieben.Such methods and associated devices are, for example, in the publications U.S. 2011/0 190 617 A1 or DE 10 2016 205 024 A1 described.

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:

  • 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 aus 2A,
  • 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.
Some exemplary embodiments are shown as examples in the drawing and are explained below. Show it:
  • 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 component 2A ,
  • 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.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein rein beispielhaft beschriebenes integriertes Mikro-Transceiver-Bauelement 100. Das Mikro-Transceiver-Bauelement 100 ist in Mikrostrukturierungstechnik gefertigt. Bei dem Mikro-Transceiver-Bauelement 100 kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes MEMS (Mikro Elektro Mechanisches System), oder aber um ein rein mikroelektrisches- oder mikromechanisches System handeln. 1 FIG. 1 shows a schematic plan view of an integrated micro-transceiver component 100 described purely by way of example. The micro-transceiver component 100 is manufactured using microstructuring technology. The micro-transceiver component 100 can be, for example, a so-called MEMS (Micro Electro-Mechanical System), or a purely micro-electrical or micro-mechanical system.

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 MEMS transceiver component 100 has at least one optical emitter device 101 manufactured using microstructuring technology. The optical emitter device 101 can also be a so-called MEMS or a purely microelectrical or micromechanical system.

Die optische Emittervorrichtung 101 ist ausgestaltet, um elektromagnetische Strahlung auszusenden, und kann daher auch als elektromagnetische Quelle bezeichnet werden. The optical emitter device 101 is designed to emit electromagnetic radiation and can therefore also be referred to as an electromagnetic source.

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 optical emitter device 101 can be designed, for example, to emit pulsed light or individual light pulses with a predefined frequency.

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 optical emitter device 101 can have at least one light-emitting diode (LED) or a laser diode, for example. The LED can generate light in a predetermined wavelength spectrum that is visible to humans or invisible to humans. the For example, LED can emit infrared radiation or ultraviolet radiation. The laser diode, on the other hand, can emit laser light.

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 micro-transceiver component 100 can be used, inter alia, in medical diagnostics, where a sample to be examined is irradiated with the electromagnetic radiation emitted by the emitter device. In response to the electromagnetic radiation emitted by the emitter device, the sample can undergo a structural shape change based on the photo-, opto- or thermoacoustic effect, whereby the sample emits acoustic sound waves. These sound waves can in particular be ultrasonic waves.

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 micro-transceiver component 100 has at least one acoustic receiver device 102 manufactured using microstructuring technology. The acoustic receiver device 102 can also be a so-called MEMS or a purely microelectrical or micromechanical system

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 acoustic receiver device 102 can be configured to convert the received acoustic waves into an electrical signal. For this purpose, the receiver device 102 can have, for example, at least one microstructured sound transducer, for example in the form of a MEMS microphone. The electrical signal generated by the acoustic receiver device or the sound transducer can be forwarded to a signal processing device, which uses it to generate data (e.g. image data for imaging the sample to be examined).

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 acoustic receiver device 102 can have at least one micromechanical sound transducer, and in particular a micromechanical ultrasonic transducer, a so-called MUT (Micromachined Ultrasonic Transducer).

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 optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are integrated on a common microtechnology substrate 110 . They thus form an integrated photo-, opto- or thermoacoustic micro-transceiver component 100.

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 common microtechnology substrate 110 can be, for example, a microelectronic substrate, e.g. a semiconductor substrate with one or more integrated semiconductor components. The common microtechnology substrate 110 can have silicon or consist of silicon, for example.

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 optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are designed as components manufactured using microstructuring technology. Examples include the aforementioned LEDs, laser diodes, PMUTs and CMUTs, as well as optical interferometer and resonator microphones.

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 optical emitter device 101 and the fabrication of the microstructured acoustic receiver device 102 can be based on the same materials and processes, the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 can be monolithically integrated on one and the same chip.

Die 2A und 2B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer möglichen monolithischen Integration der optischen Emittervorrichtung 101 und der akustischen Empfängervorrichtung 102 auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.the 2A and 2 B FIG. 1 shows an embodiment of a possible monolithic integration of the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 on a common micro-technological substrate 110 according to an embodiment of the invention.

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 optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are integrated on one and the same chip substrate 110, i.e. the chip substrate forms the common microtechnological substrate 110 in this case the chip substrate 110 may be a semiconductor substrate, for example.

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 2A und 2B gezeigt, wobei in diesem Fall eben das Chip-Substrat 110 das erfindungsgemäße gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110 bildet.During the manufacturing process, a plurality of micro-transceiver components 100 according to the invention can be produced on a semiconductor wafer. In this case, the semiconductor wafer would be a microtechnology substrate 110 within the meaning of the present disclosure. The micro-transceiver components 100 are typically then isolated, so that several individual chips are formed, with a micro-transceiver component 100 according to the invention being integrated on each chip. Such an isolated chip is in the 2A and 2 B shown, wherein in this case the chip substrate 110 forms the common microtechnology substrate 110 according to the invention.

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 MEMS transceiver device 100 may include at least one microlens 103 optically coupled to the optical emitter device 101 . The microlens 103 is used for directional beam shaping of the electromagnetic radiation emitted by the optical emitter device 101 .

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 microlens 103 can likewise be arranged on the common microtechnology substrate 110 . In this regard, the microlens 103 can be arranged, for example, on the optical emitter device 101, or else on at least one emitter element (e.g. a single LED) of the emitter device 101. The microlens 103 can be applied to the emitter device 101 by means of an ink jet printing method, for example.

In der in den 2A und 2B dargestellten Ausführungsform ist die akustische Empfängervorrichtung 102, gemäß einer Hauptausführungsform der Erfindung, lateral um die optische Emittervorrichtung 101 herum angeordnet. Beispielsweise kann die optische Emittervorrichtung 101, wie rein beispielhaft in 2B abgebildet, im Zentrum der akustischen Empfängervorrichtung 102 angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann insofern vorteilhaft sein, als dass die optische Emittervorrichtung 101 die elektromagnetische Strahlung entlang einem gerichteten optischen Pfad aussenden kann, der direkt auf die zu untersuchende Probe gerichtet sein kann. Die von der Probe ausgesendeten bzw. reflektierten (Ultra-)Schallwellen hingegen können diffus entlang eines akustischen Pfads ausstrahlen und dementsprechend streuen. Ein möglichst breiter bzw. großflächiger akustischer Empfangsbereich ist daher vorteilhaft. Dieser kann mit der hier gezeigten Anordnung realisiert werden.In the in the 2A and 2 B In the embodiment shown, the acoustic receiver device 102 is arranged laterally around the optical emitter device 101, according to a main embodiment of the invention. For example, the optical emitter device 101, as shown purely by way of example in 2 B shown, may be located at the center of the acoustic receiver device 102. Such an arrangement can be advantageous in that the optical emitter device 101 can emit the electromagnetic radiation along a directed optical path, which can be aimed directly at the sample to be examined. The (ultra) sound waves emitted or reflected by the sample, on the other hand, can radiate diffusely along an acoustic path and scatter accordingly. An acoustic reception area that is as wide or as large as possible is therefore advantageous. This can be realized with the arrangement shown here.

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 acoustic receiver device 102 laterally around the (entire) optical emitter device 101 also offers the advantage that the optical path and the acoustic path are essentially coaxial, so that the electromagnetic radiation emitted by the emitter device 101 (on the optical path) and the (ultra) sound waves emitted or reflected by the sample (on the acoustic path) are routed as directly as possible from the emitter device 101 to the sample, or from the sample to the receiver device 102.

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 emitter device 101 relative to the receiver device 102 could also be inverted, i.e. the optical emitter device 101 could be arranged laterally around the (entire) acoustic receiver device 102. Accordingly, the acoustic receiver device 102 could then also be arranged in the center of the optical emitter device 101 .

Wie außerdem in 2A zu erkennen ist, können die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 in derselben Ebene angeordnet sein. Zum Beispiel könnten die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 beide direkt und unmittelbar auf dem mikrotechnologischen Substrat 110 angeordnet sein.As also in 2A As can be seen, the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 can be arranged in the same plane. For example, the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 could both be directly and immediately arranged on the microengineered substrate 110 .

3 zeigt eine, nicht zur Erfindung gehörige, denkbare Alternative zu der unter Bezugnahme auf die 2A und 2B diskutierten monolithischen Integration. Bei der in 3 gezeigten Variante kann es sich um eine heterogene Integration handeln, d.h. die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 sind heterogen integriert, indem sie zunächst auf unterschiedlichen einzelnen Chip-Substraten 104, 105 integriert sind, wobei eines dieser beiden einzelnen Chip-Substrate 104, 105 dann wiederum das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110 bildet, auf dem sowohl die optische Emittervorrichtung 101 als auch die akustische Empfängervorrichtung 102 angeordnet bzw. integriert sind. Nichtsdestotrotz stellt natürlich weiterhin jedes der beiden Chip-Substrate 104, 105 für sich jeweils ein mikrotechnologisches Substrat dar. 3 shows a conceivable alternative, not part of the invention, to that referred to in FIG 2A and 2 B discussed monolithic integration. At the in 3 The variant shown can be heterogeneous integration, ie the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are heterogeneously integrated in that they are first integrated on different individual chip substrates 104, 105, with one of these two individual chip substrates 104, 105 then in turn forms the common microtechnology substrate 110 on which both the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are arranged or integrated. Nonetheless, of course, each of the two chip substrates 104, 105 still represents a microtechnology substrate in itself.

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 optical emitter device 101 is integrated on a first chip substrate 104 and the acoustic receiver device 102 is integrated on a second chip substrate 105 different from the first chip substrate 104 .

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 first chip substrate 104 is arranged on the second chip substrate 105, so that the second chip substrate 105 forms the common microtechnology substrate 110 on which both the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are arranged or integrated.

In dem in 3 abgebildeten Beispiel ist das erste Chip-Substrat 104 auf dem zweiten Chip-Substrat 105 angeordnet. Dies entspricht einer heterogenen Integration, wobei also sozusagen das erste Chip-Substrat 104 mitsamt der darauf integrierten optischen Emittervorrichtung 101 aber auch die akustische Empfängervorrichtung 102 allesamt auf dem zweiten Chip-Substrat 105 angeordnet sind. Das heißt, in diesem Fall bildet also das zweite Chip-Substrat 105 das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110, auf dem sowohl die optische Emittervorrichtung 101 als auch die akustische Empfängervorrichtung 102 angeordnet bzw. integriert sind. Eine invertierte Anordnung, bei der das erste Chip-Substrat 104 das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110 bildet, läge zwar ebenfalls nicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wäre prinzipiell aber ebenfalls denkbar.in the in 3 In the example shown, the first chip substrate 104 is arranged on the second chip substrate 105 . This corresponds to a heterogeneous integration, in which case the first chip substrate 104 together with the optical emitter device 101 integrated thereon, but also the acoustic receiver device 102 are all on the second chip substrate 105 are arranged. This means that in this case the second chip substrate 105 forms the common microtechnology substrate 110 on which both the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are arranged or integrated. An inverted arrangement, in which the first chip substrate 104 forms the common microtechnology substrate 110, would likewise not be within the scope of the present invention, but would also be conceivable in principle.

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 optical emitter device 101 can be directly and immediately integrated in or on the first chip substrate 104 . The acoustic receiver device 102 can be integrated directly and immediately in or on the second chip substrate 105 . The first chip substrate 104 can be arranged directly and immediately on the second chip substrate 105 .

Da in dem in 3 abgebildeten Beispiel das erste Chip-Substrat 104 eine gewisse Höhe aufweist, ist die darauf angeordnete optische Emittervorrichtung 101 von der Substratoberfläche des zweiten Chip-Substrats 105 entsprechend beabstandet, d.h. die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 befinden sich nicht in derselben Ebene.there in the in 3 In the example shown, the first chip substrate 104 has a certain height, the optical emitter device 101 arranged thereon is correspondingly spaced from the substrate surface of the second chip substrate 105, ie the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are not in the same plane.

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 3 dargestellt ist. Es wäre auch denkbar, dass das erste Chip-Substrat 104 so weit in die Vertiefung eingesetzt wäre, dass die Emittervorrichtung 101 und die Empfängervorrichtung 102 in derselben Ebene angeordnet wären, vergleichbar zu 2A.It would also be conceivable, for example, for the common microtechnology substrate 110 (here: the second chip substrate 105) to have a recess or depression. The first chip substrate 104 could then be arranged in this recess, so that the emitter device 101 would be spaced less far from the receiver device 102 than is the case in FIG 3 is shown. It would also be conceivable that the first chip substrate 104 would be inserted into the recess so far that the emitter device 101 and the receiver device 102 would be arranged in the same plane, comparable to 2A .

Auch in dem unter Bezugnahme auf 3 diskutierten Beispiel kann, analog zu dem zuvor unter Bezugnahme auf die 2A und 2B diskutierten Ausführungsbeispiel, zusätzlich eine optionale Mikrolinse vorgesehen sein, die sich auf der optischen Emitter-Vorrichtung 101 bzw. auf einem einzelnen Emitter-Element befinden kann.Also in the referring to 3 example discussed, analogously to that previously referred to with reference to the 2A and 2 B discussed embodiment, an optional microlens may be additionally provided, which may be located on the optical emitter device 101 or on a single emitter element.

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 acoustic receiver device 102 can be arranged laterally around the optical emitter device 101 or around the first chip substrate 104 . For example, the optical emitter device 101 can be arranged in the center of the acoustic receiver device 102 .

Es wäre denkbar, aber nicht zur Erfindung gehörig, dass die in 3 abgebildete Anordnung invertiert ausgestaltet ist, d.h. die optische Emittervorrichtung 101 und die akustische Empfängervorrichtung 102 können vertauscht sein, sodass beispielsweise die optische Emittervorrichtung 101 auf dem zweiten Chip-Substrat 105 und die akustische Empfängervorrichtung 102 auf dem ersten Chip-Substrat 104 angeordnet sein können. Dementsprechend könnte die optische Emittervorrichtung 101 lateral um die akustische Empfängervorrichtung 102, beziehungsweise um das erste Chip-Substrat 104, herum angeordnet sein. Dementsprechend könnte dann die akustische Empfängervorrichtung 102 im Zentrum der optischen Emittervorrichtung 101 angeordnet sein.It would be conceivable, but not part of the invention, for the 3 The arrangement shown is inverted, ie the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 can be interchanged, so that, for example, the optical emitter device 101 can be arranged on the second chip substrate 105 and the acoustic receiver device 102 can be arranged on the first chip substrate 104. Accordingly, the optical emitter device 101 could be arranged laterally around the acoustic receiver device 102 or around the first chip substrate 104 . Accordingly, the acoustic receiver device 102 could then be arranged in the center of the optical emitter device 101 .

Als eine zu 3 alternative Ausgestaltung wäre es denkbar, dass das erste Chip-Substrat 104 und das zweite Chip-Substrat 105 auf einem separaten mikrotechnologischen Trägersubstrat angeordnet sind. Dementsprechend wäre dann dieses separate mikrotechnologische Trägersubstrat das gemeinsame mikrotechnologische Substrat 110, auf dem sowohl die optische Emittervorrichtung 101 (einschließlich des ersten Chip-Substrats 104) als auch die akustische Empfängervorrichtung 102 (einschließlich des zweiten Chip-Substrats 105) angeordnet wären. Auch eine solche Anordnung könnte ein heterogen integriertes Mikro-Transceiver-Bauelement 100 bilden.As one to 3 As an alternative configuration, it would be conceivable for the first chip substrate 104 and the second chip substrate 105 to be arranged on a separate microtechnology carrier substrate. Accordingly, this separate microtechnology carrier substrate would then be the common microtechnology substrate 110 on which both the optical emitter device 101 (including the first chip substrate 104) and the acoustic receiver device 102 (including the second chip substrate 105) would be arranged. Such an arrangement could also form a heterogeneously integrated micro-transceiver component 100 .

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 4 und 5 zeigen jeweils Beispiele unterschiedlicher Anordnungsmöglichkeiten der Emitter- bzw. Empfängervorrichtung 101, 102 auf einem gemeinsamen Substrat 110. 6 zeigt eine zur Erfindung gehörige Ausführungsform. Die 4 bis 6 zeigen jeweils Draufsichten auf ein gemeinsames mikrotechnologisches Substrat 110.As already mentioned, the inventive integration of the optical emitter device 101 together with the acoustic receiver device 102 on a common microtechnological substrate 110 allows a relatively free design possibility in the arrangement of the emitter or receiver device 101, 102. In addition, the emitter and the receiver device 101, 102 can be arranged side by side on the common substrate 110 in a very space-saving manner. the 4 and 5 each show examples of different arrangement options for the emitter or receiver device 101, 102 on a common substrate 110. 6 shows an embodiment belonging to the invention. the 4 until 6 each show top views of a common microtechnology substrate 110.

4 zeigt ein Beispiel mit einer auf dem gemeinsamen Substrat 110 angeordneten Emittervorrichtung 101 mit mehreren (hier beispielhaft zwei) Emitter-Elementen 101a, 101b und einer ebenfalls auf dem gemeinsamen Substrat 110 angeordneten Empfängervorrichtung 102 mit mehreren (hier beispielhaft zwei) Empfänger-Elementen 102a, 102b. 4 1 shows an example with an emitter device 101 arranged on the common substrate 110 with a plurality of (here by way of example two) emitter elements 101a, 101b and a receiver device 102 also arranged on the common substrate 110 with a plurality of (here by way of example two) receiver elements 102a, 102b .

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 4 abgebildet, oder alternativ gekrümmt sein.Here the individual emitter elements 101a, 101b and the individual receiver elements 102a, 102b are arranged in a row along a line 106, ie in one dimension, so that the individual emitter elements 101a, 101b and the individual receiver elements 102a , 102b form a one-dimensional emitter-receiver array on the common microtechnology substrate 110. Said line 106 along which the emitter-receiver array extends can be a straight line, as in FIG 4 shown, or alternatively curved.

Alternativ zu der in 4 gezeigten Anordnung entlang einer Reihe, können sich die einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b aber auch entlang einer Spalte erstrecken. In diesem Fall wäre die Linie 106 bzw. die Erstreckungsrichtung des Arrays um 90° versetzt.As an alternative to the in 4 Although the arrangement shown is along a row, the individual emitter elements 101a, 101b and the individual receiver elements 102a, 102b can also extend along a column. In this case, the line 106 or the direction in which the array extends would be offset by 90°.

In dem in 4 gezeigten Beispiel sind die einzelnen Emitter-Elemente 101 a, 101 b und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b abwechselnd nebeneinander angeordnet. Es kann aber auch vorstellbar sein, dass einzelnen Emitter-Elemente 101a, 101b und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b auf eine andere Art und Weise gruppiert sind.in the in 4 In the example shown, the individual emitter elements 101a, 101b and the individual receiver elements 102a, 102b are arranged alternately next to one another. However, it can also be conceivable that the individual emitter elements 101a, 101b and the individual receiver elements 102a, 102b are grouped in a different way.

5 zeigt ein weiteres Beispiel mit einer auf dem gemeinsamen Substrat 110 angeordneten Emittervorrichtung 101 mit mehreren (hier beispielhaft zehn) Emitter-Elementen 101 a, 101b, ..., 101n und einer ebenfalls auf dem gemeinsamen Substrat 110 angeordneten Empfängervorrichtung 102 mit mehreren (hier beispielhaft zehn) Empfänger-Elementen 102a, 102b, ..., 102n. 5 1 shows another example with an emitter device 101 arranged on the common substrate 110 with a plurality of (here by way of example ten) emitter elements 101a, 101b, ..., 101n and a receiver device 102 also arranged on the common substrate 110 with a plurality of (here by way of example ten) receiver elements 102a, 102b, ..., 102n.

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 substrate 110 has a surface that extends substantially in a two-dimensional plane. This two-dimensional plane is spanned by two extension directions 107, 108, for example a length and a width of the substrate 110 along an x or y direction.

In dem in 5 gezeigten Beispiel sind die einzelnen Emitter-Elemente 101 a, 101 b, ..., 101n und die einzelnen Empfänger-Elemente 102a, 102b, ..., 102n entlang von mehreren Reihen und Spalten verteilt über die Oberfläche des Substrats 110 angeordnet, sodass sie auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat 110 ein zweidimensionales Emitter-Empfänger-Array bilden.in the in 5 Example shown are the individual emitter elements 101 a, 101 b, ..., 101n and the individual receiver elements 102a, 102b, ..., 102n along several rows and columns distributed over the surface of the substrate 110 arranged so that they form a two-dimensional emitter-receiver array on the common microtechnology substrate 110 .

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 individual emitter elements 101a, 101b, ..., 101n and the individual receiver elements 102a, 102b, ..., 102n are arranged in a checkerboard arrangement. This means that the individual emitter elements 101a, 101b, . . . , 101n and the individual receiver elements 102a, 102b, .

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 individual emitter elements 101a, 101b, ..., 101n and the individual receiver elements 102a, 102b, ..., 102n are arranged next to each other in a random arrangement, so that they are on the common micro-technological Substrate 110 form a randomized emitter-receiver array.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer auf dem gemeinsamen Substrat 110 angeordneten Emittervorrichtung 101 mit mehreren (hier beispielhaft zwei) Emitter-Elementen 101a, 101b und einer ebenfalls auf dem gemeinsamen Substrat 110 angeordneten Empfängervorrichtung 102 mit mehreren (hier beispielhaft zwei) Empfänger-Elementen 102a, 102b. 6 1 shows an exemplary embodiment of the present invention with an emitter device 101 arranged on the common substrate 110 with a plurality of (here by way of example two) emitter elements 101a, 101b and a receiver device 102 likewise arranged on the common substrate 110 with a plurality of (here by way of example two) receiver elements 102a, 102b.

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 individual emitter elements 101a, 101b and the individual receiver elements 102a, 102b are each configured in the shape of a ring and are arranged concentrically to one another, so that they form a ring-shaped emitter-receiver array on the common microtechnology substrate 110. Here, too, the individual emitter elements 101a, 101b and the individual receiver elements 102a, 102b (seen in the radial direction) are arranged alternately, so that they have an approximately target-shaped pattern.

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 optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 are arranged on the common microtechnological substrate 110 in such a way that their respective active surface is oriented in the same direction, i.e. both point away from the substrate 110 or are from the Surface of the substrate 110 facing away. An active area of the optical emitter device 101 would be understood to mean the area which emits the electromagnetic radiation. An active area of the acoustic emitter device 102 would be the area that receives the acoustic (ultrasonic) waves.

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 optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 can be arranged, for example, on the common microtechnology substrate 110 in such a way that both the optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 face a test object and are aimed at the test object from the same side. This distinguishes the inventive microstructured transceiver component 100 from other systems that work according to the transmissive principle. In contrast to this, the sample to be examined does not have to be transilluminated with the micro-transceiver component 100 according to the invention, so that an otherwise possibly insufficient penetration of the sample does not play a role here.

Prinzipiell kann in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die zuvor, unter Bezugnahme auf 2A beispielhaft beschriebene, Mikrolinse vorhanden sein, die auf der gesamten optischen Emittervorrichtung 101 angeordnet sein kann. Alternativ dazu kann eine Mikrolinse auf ein oder mehreren einzelnen Emitter-Elementen 101a, 101b, ..., 101n angeordnet sein.In principle, in all embodiments of the present invention, the above, with reference to 2A microlens described by way of example may be present, which may be arranged on the entire optical emitter device 101 . Alternatively, a microlens can be arranged on one or more individual emitter elements 101a, 101b, ..., 101n.

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 micro-transceiver device 100 may include at least one acoustic matching layer operably (i.e., acoustically) coupled to acoustic receiver device 102 . Such an acoustic matching layer is used for acoustic impedance matching between the receiver device 102 and a medium surrounding the receiver device 102, e.g. air. The acoustic matching layer can also be arranged on the common microtechnology substrate 110 . The acoustic matching layer can preferably be located on the acoustic receiver device 102, or on one or more individual receiver elements 102a, 102b, ..., 102n. The acoustic matching layer can have, for example, polydimethylsiloxane (PDMS) or be made of polydimethylsiloxane.

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 optical emitter device 101, for example, to effect beam shaping of the electromagnetic radiation emitted by the emitter device 101.

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 micro-engineered substrate 110 can have one or more micro-fluidic channels to cool the optical emitter device 101 . Accordingly, the microfluidic channels can be arranged in the vicinity of the optical emitter device 101 and functionally (cooling function) coupled to the emitter device 101 .

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-acoustic micro-transceiver component 100 as described herein.

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.
In the following, the present disclosure is to be briefly summarized again in other words:
  • 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 (2A und 2B) oder heterogen (3) integriert werden. Das heißt, neben einer monolithischen Integration beider Vorrichtungen 101, 102 auf einem gemeinsamen Chip-Substrat, ist ebenso eine heterogene Integration von zwei separat gefertigten Bauelementen (Sender bzw. Quelle 101 und Empfänger 102) möglich. Die Emitter- und Empfängervorrichtung 101, 102 können daraufhin mittels Wafer- oder Chip-Bondingverfahren zu einem Bauelement (Mikro-Transceiver-Bauelement) 100 integriert werden. Beide mikrotechnologischen Ansätze eröffnen das Potential für eine beliebige Anordnung von Arrays oder Mustern aus akustischen Empfangsbereichen und elektromagnetischen Quellbereichen auf einem Bauelement.The optical emitter device 101 and the acoustic receiver device 102 can be monolithic ( 2A and 2 B) or heterogeneous ( 3 ) to get integrated. This means that in addition to a monolithic integration of the two devices 101, 102 on a common chip substrate, a heterogeneous integration of two separately manufactured components (transmitter or source 101 and receiver 102) is also possible. The emitter and receiver devices 101, 102 can then be integrated into a component (micro-transceiver component) 100 by means of wafer or chip bonding processes. Both micro-technological approaches open up the potential for any arrangement of arrays or patterns of acoustic receiving areas and electromagnetic source areas on a component.

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.
The device described herein has the following advantages, among others:
  • • 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 die Empfängervorrichtung 102 auf dem gleichen Träger 110 hergestellt und betrieben. Bei der heterogenen Integration werden beide auf separaten Trägern 104, 105 hergestellt und dann auf dem Träger des jeweils anderen integriert.
  • • 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.
A photo-, opto- or thermo-acoustic system 100 with an electromagnetic source 101 and an acoustic receiver 102, which are integrated on a common micro-technological carrier 110, would be conceivable.
  • • The integration can be monolithic or heterogeneous. In the case of monolithic integration, the emitter device 101 and the receiver device 102 are manufactured and operated on the same carrier 110 . In heterogeneous integration, both are fabricated on separate carriers 104, 105 and then integrated onto each other's carrier.
  • • The integration of an electromagnetic source 101 also includes the production of waveguides directly on the same carrier of the acoustic 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 a common 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.
The integration of materials for use as an acoustic matching layer as well as a lens 103 and as an electromagnetic beam shaper would also be conceivable:
  • • 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 dem Träger 104, 110 der elektromagnetische Quelle 101 hergestellt werden können.
An integration of cooling devices for the electromagnetic source 101 would also be conceivable in order to protect it from overheating and destruction
  • • Use of microfluidic channel structures, which can be produced in or on the carrier 104, 110 of the 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.

QuellenSources

  1. [1] Y. Zhou, J. Yao, and L. V. Wang, „Tutorial on photoacoustic tomography,“ Journal of biomedical optics, vol. 21, no. 6, p. 61007, 2016, doi: 10.1117/1.JB0.21.6.061007.[1] Y. Zhou, J. Yao, and L. V. Wang, "Tutorial on photoacoustic tomography," Journal of biomedical optics, vol. 21, no. 6, p. 61007, 2016, doi: 10.1117/1.JB0.21.6.061007.
  2. [2] D. R. Bauer, X. Wang, J. Vollin, H. Xin, and R. S. Witte, „Thermoacoustic imaging and spectroscopy for enhanced breast cancer detection,“ in 2011 IEEE International Ultrasonics Symposium, Orlando, FL, USA, Oct. 2011 - Oct. 2011, pp. 2364-2367.[2] DR Bauer, X Wang, J Vollin, H Xin, and R S Witte, "Thermoacoustic imaging and spectroscopy for enhanced breast cancer detection," in 2011 IEEE International Ultrasonics Symposium, Orlando, FL, USA, Oct. 2011 - Oct. 2011, pp. 2364-2367.
  3. [3] S. Jeon, J. Kim, D. Lee, J. W. Baik, and C. Kim, „Review on practical photoacoustic microscopy,“ Photoacoustics, vol. 15, p. 100141, 2019, doi: 10.1016/j. pacs.2019.100141.[3] S. Jeon, J. Kim, D. Lee, J. W. Baik, and C. Kim, "Review on practical photoacoustic microscopy," Photoacoustics, vol. 15, p. 100141, 2019, doi: 10.1016/j. pacs.2019.100141.
  4. [4] A. K. Ilkhechi, C. Ceroici, Z. Li, and R. Zemp, „Transparent capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) arrays for real-time photoacoustic applications,“ Optics express, vol. 28, no. 9, pp. 13750-13760, 2020, doi: 10.1364/OE.390612.[4] AK Ilkhechi, C. Ceroici, Z. Li, and R. Zemp, “Transparent capacitive micromachined ultraso nic transducer (CMUT) arrays for real-time photoacoustic applications,” Optics express, vol. 28, no. 9, pp. 13750-13760, 2020, doi: 10.1364/OE.390612.
  5. [5] R. Manwar, K. Kratkiewicz, and K. Avanaki, „Overview of Ultrasound Detection Technologies for Photoacoustic Imaging,“ Micromachines, vol. 11, no. 7, 2020, doi: 10. 3390/m i 11070692.[5] R Manwar, K Kratkiewicz, and K Avanaki, "Overview of Ultrasound Detection Technologies for Photoacoustic Imaging," Micromachines, vol. 11, no. 7, 2020, doi: 10. 3390/m i 11070692.
  6. [6] M. Vallet et al., „Quantitative comparison of PZT and CMUT probes for photoacoustic imaging: Experimental validation,“ Photoacoustics, vol. 8, pp. 48-58, 2017, doi: 10.1016/j. pacs.2017.09.001.[6] M. Vallet et al., "Quantitative comparison of PZT and CMUT probes for photoacoustic imaging: Experimental validation," Photoacoustics, vol. 8, pp. 48-58, 2017, doi: 10.1016/j. pacs.2017.09.001.
  7. [7] T. S. Ralston, M. Omar, L. C. West, and J. M. Rothberg, „Methods and apparatuses for photoacoustic imaging,“ US 2020/0205670 A1 , USA 62/785962 .[7] TS Ralston, M Omar, LC West, and JM Rothberg, "Methods and apparatuses for photoacoustic imaging," U.S. 2020/0205670 A1 , USA 62/785962 .

Claims (14)

Integriertes mikrostrukturiertes Transceiver-Bauelement (100) aufweisend: mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte optische Emittervorrichtung (101) zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte akustische 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, wobei sowohl die optische Emittervorrichtung (101) als auch die akustische Empfängervorrichtung (102) auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat (110) integriert sind und somit ein integriertes photo-, opto- oder thermoakustisches Transceiver-Bauelement (100) bilden, wobei die optische Emittervorrichtung (101) mehrere einzelne Emitter-Elemente (101a, 101b) aufweist, und wobei die akustische Empfängervorrichtung (102) mehrere einzelne Empfänger-Elemente (102a, 102b) aufweist, und wobei die einzelnen Emitter-Elemente (101a, 101b) und die einzelnen Empfänger-Elemente (102a, 102b) jeweils ringförmig ausgestaltet sind und konzentrisch nebeneinander angeordnet sind, sodass sie auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat (110) ein ringförmiges Emitter-Empfänger-Array bilden.Integrated microstructured transceiver device (100) comprising: at least one optical emitter device (101) manufactured using microstructuring technology for emitting electromagnetic radiation, at least one acoustic receiver device (102) manufactured using microstructuring technology for receiving acoustic waves which are generated based on the photo-, opto- or thermoacoustic effect of a test object in response to the electromagnetic radiation emitted by the optical emitter device (101), wherein 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 transceiver component (100), wherein the optical emitter device (101) comprises a plurality of individual emitter elements (101a, 101b), and wherein the acoustic receiver device (102) comprises a plurality of individual receiver elements (102a, 102b), and wherein the individual emitter elements (101a, 101b) and the individual receiver elements (102a, 102b) are each configured in the shape of a ring and are arranged concentrically next to one another, so that they form a ring-shaped emitter-receiver array on the common microtechnology substrate (110). . Transceiver-Bauelement (100) gemäß Anspruch 1, wobei die optische Emittervorrichtung (101) und die akustische Empfängervorrichtung (102) monolithisch integriert sind, indem sie auf ein- und demselben Chip-Substrat integriert sind, wobei dieses Chip-Substrat das gemeinsame mikrotechnologische Substrat (110) bildet.Transceiver component (100) according to claim 1 , the optical emitter device (101) and the acoustic receiver device (102) being monolithically integrated by being integrated on one and the same chip substrate, this chip substrate constituting the common microtechnological substrate (110). Transceiver-Bauelement (100) gemäß Anspruch 1, wobei die optische Emittervorrichtung (101) und die akustische Empfängervorrichtung (102) heterogen integriert sind, indem sie auf unterschiedlichen Chip-Substraten (104, 105) integriert sind, wobei die optische Emittervorrichtung (101) auf einem ersten Chip-Substrat (104) integriert ist, und wobei die akustische Empfängervorrichtung (102) auf einem zweiten Chip-Substrat (105) integriert ist, und wobei eines der beiden Chip-Substrate (104, 105) auf dem jeweils anderen der beiden Chip-Substrate (104, 105) angeordnet ist, sodass das jeweils andere der beiden Chip-Substrate (104,105) das gemeinsame mikrotechnologische Substrat (110) bildet.Transceiver component (100) according to claim 1 , wherein the optical emitter device (101) and the acoustic receiver device (102) are heterogeneously integrated by being integrated on different chip substrates (104, 105), wherein the optical emitter device (101) on a first chip substrate (104) is integrated, and wherein the acoustic receiver device (102) is integrated on a second chip substrate (105), and wherein one of the two chip substrates (104, 105) is on the other of the two chip substrates (104, 105) is arranged so that the other of the two chip substrates (104.105) forms the common microtechnology substrate (110). Integriertes mikrostrukturiertes Transceiver-Bauelement (100), aufweisend: mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte optische Emittervorrichtung (101) zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, mindestens eine in Mikrostrukturierungstechnik gefertigte akustische 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, wobei sowohl die optische Emittervorrichtung (101) als auch die akustische Empfängervorrichtung (102) auf einem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat (110) integriert sind und somit ein integriertes photo-, opto- oder thermoakustisches Transceiver-Bauelement (100) bilden, wobei die optische Emittervorrichtung (101) und die akustische Empfängervorrichtung (102) monolithisch integriert sind, indem sie auf ein- und demselben Chip-Substrat integriert sind, wobei dieses Chip-Substrat das gemeinsame mikrotechnologische Substrat (110) bildet, und wobei die akustische Empfängervorrichtung (102) um die optische Emittervorrichtung (101) herum angeordnet ist.Integrated microstructured transceiver device (100) comprising: at least one optical emitter device (101) manufactured using microstructuring technology for emitting electromagnetic radiation, at least one acoustic receiver device (102) manufactured using microstructuring technology for receiving acoustic waves which are generated based on the photo-, opto- or thermoacoustic effect of a test object in response to the electromagnetic radiation emitted by the optical emitter device (101), wherein 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 transceiver component (100), the optical emitter device (101) and the acoustic receiver device (102) being monolithically integrated by being integrated on one and the same chip substrate, this chip substrate constituting the common microtechnological substrate (110), and wherein the acoustic receiver device (102) is arranged around the optical emitter device (101). Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Emittervorrichtung (101) und die akustische Empfängervorrichtung (102) derart auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat (110) angeordnet sind, dass sowohl die optische Emittervorrichtung (101) als auch die akustische Empfängervorrichtung (102) einem Prüfobjekt zugewandt und von derselben Seite auf das Prüfobjekt gerichtet sind.Transceiver component (100) according to any one of the preceding claims, wherein the optical emitter device (101) and the acoustic receiver device (102) are arranged on the common microtechnological substrate (110) in such a way that both the optical emitter device (101) and the acoustic receiver device (102) face a test object and from the same side the test object are directed. Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gemeinsame mikrotechnologische Substrat (100) ein Halbleitersubstrat mit ein oder mehreren integrierten Halbleiterbauelementen ist.Transceiver component (100) according to one of the preceding claims, wherein the common micro-technology substrate (100) is a semiconductor substrate with one or more integrated semiconductor components. Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Emittervorrichtung (101) im Zentrum der akustischen Empfängervorrichtung (102) angeordnet ist.Transceiver component (100) according to any one of the preceding claims, wherein the optical emitter device (101) is arranged in the center of the acoustic receiver device (102). Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Emittervorrichtung (101) mindestens eine Licht emittierende Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode aufweist.Transceiver component (100) according to any one of the preceding claims, wherein the emitter device (101) comprises at least one light emitting light emitting diode (LED) or one laser diode. Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfängervorrichtung (102) mindestens einen mikromechanischen Ultraschallwandler aufweist.Transceiver component (100) according to any one of the preceding claims, wherein the receiver device (102) has at least one micromechanical ultrasonic transducer. Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Transceiver-Bauelement (100) mindestens eine mit der optischen Emittervorrichtung (101) optisch gekoppelte Mikrolinse (103) zur Strahlformung der von der optischen Emittervorrichtung (101) emittierten elektromagnetischen Strahlung aufweist, wobei die Mikrolinse (103) ebenfalls auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat (110) angeordnet ist.Transceiver component (100) according to any one of the preceding claims, wherein the transceiver component (100) has at least one microlens (103) optically coupled to the optical emitter device (101) for beam shaping of the electromagnetic radiation emitted by the optical emitter device (101), wherein the microlens (103) is also arranged on the common microtechnological substrate (110). Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Transceiver-Bauelement (100) mindestens eine mit der akustischen Empfängervorrichtung (102) akustisch gekoppelte akustische Anpassschicht zur akustischen Impedanzanpassung zwischen der Empfängervorrichtung (102) und einem die Empfängervorrichtung (102) umgebenden Medium aufweist, wobei die akustische Anpassschicht ebenfalls auf dem gemeinsamen mikrotechnologischen Substrat (110) angeordnet ist.Transceiver component (100) according to any one of the preceding claims, wherein the transceiver component (100) has at least one acoustically coupled to the acoustic receiver device (102) acoustic matching layer for acoustic impedance matching between the receiver device (102) and a medium surrounding the receiver device (102), wherein the acoustic matching layer is also arranged on the common microtechnological substrate (110). Transceiver-Bauelement (100) gemäß Anspruch 11, wobei die akustische Anpassschicht zusätzlich als optischer Strahlformer dient, der eine optische Kopplung mit der optischen Emittervorrichtung (101) zur Strahlformung der von der Emittervorrichtung (101) emittierten elektromagnetischen Strahlung aufweist. Transceiver component (100) according to claim 11 , wherein the acoustic matching layer additionally serves as an optical beam shaper, which has an optical coupling with the optical emitter device (101) for beam shaping of the electromagnetic radiation emitted by the emitter device (101). Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gemeinsame mikrotechnologische Substrat (110) ein oder mehrere mikrofluidische Kanäle aufweist, die in der Umgebung der optischen Emittervorrichtung (101) angeordnet und funktional mit der Emittervorrichtung (101) gekoppelt sind, um diese zu kühlen.Transceiver component (100) according to any one of the preceding claims, wherein the common microengineered substrate (110) comprises one or more microfluidic channels arranged in the vicinity of the optical emitter device (101) and operatively coupled to the emitter device (101) in order to cool it. Photo-, opto- oder thermoakustisches Messsystem mit einem Prüfkopf, der mindestens ein integriertes photo-, opto- oder thermoakustisches Transceiver-Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Photo-, opto- or thermo-acoustic measuring system with a test head which has at least one integrated photo-, opto- or thermo-acoustic transceiver component (100) according to one of the preceding claims.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090177051A1 (en) 2008-01-09 2009-07-09 Heal-Ex, Llc Systems and methods for providing sub-dressing wound analysis and therapy
US20110190617A1 (en) 2008-05-30 2011-08-04 Stc.Unm Photoacoustic imaging devices and methods of making and using the same
DE102014114672A1 (en) 2013-10-14 2015-04-16 Infineon Technologies Ag A photoacoustic gas sensor device and a method for analyzing gas
US20150168354A1 (en) 2013-12-12 2015-06-18 Canon Kabushiki Kaisha Probe and sample information acquisition device
EP2989968A1 (en) 2014-08-28 2016-03-02 PreXion Corporation Optoacoustic wave detector and optoacoustic imaging device
DE102016205024A1 (en) 2015-03-27 2016-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. gas sensor
US20170323132A1 (en) 2016-05-06 2017-11-09 Qualcomm Incorporated Biometric system with photoacoustic imaging
US20200205670A1 (en) 2018-12-28 2020-07-02 Butterfly Network, Inc. Methods and apparatuses for photoacoustic imaging

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090177051A1 (en) 2008-01-09 2009-07-09 Heal-Ex, Llc Systems and methods for providing sub-dressing wound analysis and therapy
US20110190617A1 (en) 2008-05-30 2011-08-04 Stc.Unm Photoacoustic imaging devices and methods of making and using the same
DE102014114672A1 (en) 2013-10-14 2015-04-16 Infineon Technologies Ag A photoacoustic gas sensor device and a method for analyzing gas
US20150168354A1 (en) 2013-12-12 2015-06-18 Canon Kabushiki Kaisha Probe and sample information acquisition device
EP2989968A1 (en) 2014-08-28 2016-03-02 PreXion Corporation Optoacoustic wave detector and optoacoustic imaging device
DE102016205024A1 (en) 2015-03-27 2016-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. gas sensor
US20170323132A1 (en) 2016-05-06 2017-11-09 Qualcomm Incorporated Biometric system with photoacoustic imaging
US20200205670A1 (en) 2018-12-28 2020-07-02 Butterfly Network, Inc. Methods and apparatuses for photoacoustic imaging

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