專利名稱：微型光調(diào)制器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如獨立權(quán)利要求1中所述的微型光調(diào)制器裝置。
背景技術(shù)：
空間光調(diào)制器(SLM)具有寬范圍的應(yīng)用領(lǐng)域。實例為用于光敏介質(zhì)、各種顯示器、屏幕和符號的點式(dotwise)曝光及通信行業(yè)內(nèi)用于傳輸光的光調(diào)制。通常，在同樣使用光纖和光導(dǎo)的系統(tǒng)中執(zhí)行所述光調(diào)制。
SLM能夠根據(jù)其適用的波長范圍被優(yōu)化或已經(jīng)被優(yōu)化。例如，現(xiàn)存的某些系統(tǒng)可被最佳地用于紫外線而其他系統(tǒng)可被最佳地用于可見光。
基本地，存在兩種類型的SLM，即反射型和透射型調(diào)制器。在過去的一年左右，已經(jīng)有大量的工作運用微型光電機械系統(tǒng)(MOEMS)技術(shù)，致力于設(shè)計和制造此SLM。
以MOEMS技術(shù)制造的反射型SLM通常以微反射鏡陣列為基礎(chǔ)，所述微反射鏡陣列能夠通過將所述反射鏡傾斜至確切的位置，確定光路和/或接通和斷開光束。使用已經(jīng)或正被開發(fā)用于高清晰度電視(HDTV)、數(shù)字投影儀、家庭電影放映機和許多其他應(yīng)用的DLP技術(shù)將TI引入該領(lǐng)域。現(xiàn)在，它們作為用于數(shù)字投影儀的光學(xué)引擎的供應(yīng)商而保持領(lǐng)先位置?？墒?，也存在其他反射式技術(shù)，如加利福尼亞的Silicon Light Machines的光柵光閥(GLV)技術(shù)。
在電信工業(yè)中，反射系統(tǒng)也是主導(dǎo)技術(shù)，因為該技術(shù)用于為光學(xué)交叉場中大量光纖/通道之間的光信號確定光路。通過使用反射式技術(shù)，能使用最小信號損耗執(zhí)行上述光路確定。幾乎所有主要的電信供應(yīng)商一直致力于內(nèi)部努力或與合伙人合作，以便開發(fā)和制造上述光學(xué)路由器。
可是，對于許多應(yīng)用，相比于反射系統(tǒng)的使用，透射SLM的使用更加優(yōu)越。存在許多應(yīng)用，其中對于相同的光源，透射系統(tǒng)能夠傳送比反射系統(tǒng)多的光，以及存在幾種應(yīng)用，其中通過使用透射系統(tǒng)而不是反射系統(tǒng)使得可透射系統(tǒng)的定位和裝配變得更容易。
關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)中基于MOEMS的SLM的一個問題是，調(diào)制器的制造包括端部處理。當(dāng)移動部件，如快門葉片(shutter blade)被設(shè)置在晶片基底上時，該問題尤其明顯。
其它涉及上述SLM制造的主要問題有，光學(xué)系統(tǒng)的定位、快門裝置的密封、元件成本、復(fù)雜度，更不用說實際尺寸了。
本發(fā)明解決這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種微型光調(diào)制器裝置(10)，其包括至少一個光傳輸路徑(23)和至少一個可控快門(11，16)，其設(shè)置用于調(diào)制通過所述至少一個光傳輸路徑(23)傳輸?shù)墓?，所述至少部分光傳輸路徑包括一半透明固體材料，至少一部分光傳輸路徑為其上固定有所述至少一個可控快門(11，16)的基底的組成部分。
根據(jù)本發(fā)明的幾種調(diào)制器的裝置也可稱作空間光調(diào)制器。
根據(jù)本發(fā)明，通過固定有快門的基底的傳輸路徑，優(yōu)選地可改進自身的材料。因此，取代于形成通孔或其他類型的傳輸路徑腔，所述基底本身可以用于通過所述調(diào)制器的光傳輸。
典型地，這樣的基底包括微系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中所熟知的晶片。換句話說，晶片是用作各種微系統(tǒng)元件基礎(chǔ)的一片材料。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以完全或部分地避免孔蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，光傳輸路徑形成其上固定有光調(diào)制器的基底的組成部分。
幾種類型的基底，如玻璃、熔融石英、耐熱玻璃等基底可用作組合的快門支撐基底以及光傳輸路徑。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制器典型地在本領(lǐng)域中稱作微型光電機械系統(tǒng)(MOEMS)技術(shù)。
當(dāng)所述至少一部分光傳輸路徑包括部分微透鏡裝置(122)時，已獲得本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，調(diào)制器裝置可直接固定在微透鏡裝置上。
根據(jù)本發(fā)明的該優(yōu)選實施例，可以獲得一非常緊湊的微型光調(diào)制器裝置。
當(dāng)所述微透鏡裝置(122)適用于引導(dǎo)通過光傳輸路徑(23)的入射光到達所述至少一個可控快門時，已經(jīng)獲得本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明，入射光只是指已經(jīng)從光發(fā)射器發(fā)出并導(dǎo)向快門裝置的光，也就是，未被調(diào)制的光。根據(jù)本發(fā)明的該實施例，所述微透鏡裝置進而可用于使光進入微調(diào)制器系統(tǒng)，典型地朝向單個調(diào)制器快門。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述微透鏡，例如可適用于通過聚焦使光束入射到可控快門上，這可降低調(diào)制器輸入的光損耗。
當(dāng)微透鏡裝置(122)適用于引導(dǎo)來自至少一個可控快門的輸出光通過光傳輸路徑(23)時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明的該實施例，所述輸出光簡單地指已調(diào)制的光束，其由調(diào)制器裝置調(diào)制并隨后被引導(dǎo)至某種類型的調(diào)制光接收裝置，如光敏表面、其他透鏡裝置、印刷板、顯示器、許多在中心控制的光纖等。
換句話說，輸出光可以認(rèn)為是已經(jīng)由調(diào)制器裝置調(diào)制過并此刻必須“入射”到另一系統(tǒng)中的光束。該系統(tǒng)可以包括最終照明裝置或某種類型的光傳輸或光適配裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，微透鏡裝置，例如可適用于使光入射到與其耦合的光纖，將調(diào)制過的光束聚焦在光透射表面上等。
當(dāng)所述至少一部分的光傳輸路徑的擴展包括至少為100微米，優(yōu)選至少為150微米的半透明快門基底時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明，因為基底應(yīng)當(dāng)也有助于支撐所述快門(調(diào)制器元件)的事實，形成光傳輸路徑的半透明基底的擴展不能少于50微秒，優(yōu)選地不少于100微米。
當(dāng)包括一半透明快門基底的所述至少一部分光傳輸路徑的擴展不超過3000微米，優(yōu)選不超過2000微米時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
部分地由于其過度的厚度很難在調(diào)制器的制造過程中予以處理的事實，以及部分地由于如果聚焦光學(xué)器件用于引導(dǎo)光束進入并通過所述光路，使得在傳輸路徑中典型地增加光損耗的事實，設(shè)定該最大長度。
當(dāng)所述至少一部分的光傳輸路徑的擴展包括至少為200微米，優(yōu)選至少為250微米的半透明固體材料時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，由于形成光路的晶片很難在制造過程中予以控制并同時仍獲得與損耗、聚焦等相關(guān)的所需光傳輸特性的事實，因此由半透明固體材料構(gòu)成的傳輸路徑應(yīng)當(dāng)至少為50至200微米。此外，在制造過程中，所述晶片可能斷裂。
當(dāng)所述一個光傳輸路徑(23)為固定有至少一個可控快門(SB)的基底的一部分時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，傳輸路徑形成所述晶片的一部分，在所述晶片上設(shè)置有，例如可移動的調(diào)制器結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的該優(yōu)選實施例，可以避免在調(diào)制器基底中，也稱作快門平臺中的物理孔。
當(dāng)通過電啟動裝置控制所述快門時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，可通過適合的電控信號，如由常規(guī)RIP數(shù)據(jù)處理技術(shù)設(shè)定的脈沖信號啟動所述調(diào)制器。
當(dāng)所述快門包括可在至少兩個位置之間移動的機械葉片時，以及當(dāng)處于所述至少兩個位置中至少一個位置的葉片阻擋通過至少一部分光傳輸路徑(23)的光傳輸時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
當(dāng)所述快門葉片相對于形成傳輸路徑的基底進行滑動移動時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，由于可通過現(xiàn)有MEMS處理技術(shù)以相對簡單的方式設(shè)定上述快門葉片的事實，故滑動是優(yōu)選的。
當(dāng)調(diào)制器包括至少一部分微透鏡裝置(122)時，已經(jīng)獲得本發(fā)明的另一有利實施例。
當(dāng)所述微透鏡裝置形成調(diào)制器的光輸入時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
當(dāng)所述調(diào)制器包括設(shè)置用于通過所述至少一個微透鏡裝置和至少一個光傳輸路將光傳輸至調(diào)制器的輸出時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利當(dāng)所述發(fā)光裝置包括至少一個紫外線光源時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
應(yīng)當(dāng)注意到，根據(jù)本發(fā)明也可以使用可見光。
當(dāng)所述發(fā)光裝置包括至少一個激光發(fā)射器時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
當(dāng)所述快門包括通過至少一個移動路徑在兩個位置之間可移動的至少一個葉片，所述微快門包括電極裝置，其用于啟動所述至少一個葉片在所述至少兩個位置之間的移動，以及用于將至少一個葉片定位在至少兩個位置中一個位置上，所述電極裝置被設(shè)置為處于至少兩個位置的至少一個的葉片所不能觸及的地方時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
當(dāng)所述半透明光傳輸路徑形成至少一個微透鏡的一部分時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，微透鏡被集成在調(diào)制器的光傳輸路徑中，由此促進極其緊湊的設(shè)計。
當(dāng)所述光調(diào)制器固定在至少一個半透明基底上時，以及當(dāng)設(shè)置用于經(jīng)過所述至少一部分光傳輸路徑(23)調(diào)制穿過至少一個半透明基底的光的所述光調(diào)制器時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
當(dāng)所述基底形成所述至少一個光傳輸路徑(23)時，已經(jīng)獲得了形成所述發(fā)明的另一有利的實施例，其中，所述光傳輸路徑(23)又形成至少一個微透鏡。
當(dāng)所述至少一個微透鏡適用于將光束聚焦在所述至少一個微快門上時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
當(dāng)所述微光調(diào)制器包括另一組微透鏡時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
當(dāng)所述另一組微透鏡被設(shè)置為分隔層時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
當(dāng)所述半透明固體材料包括熔融石英時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
當(dāng)通過基底傳送光時，也可稱作石英的熔融石英從非常有限的阻尼中獲益，即使所述光束處于紫外(UV)波長。
當(dāng)所述半透明固體材料包括玻璃，例如耐熱玻璃時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
耐熱玻璃或耐熱玻璃類玻璃，從光，特別是與具有高于紫外光波長的光相關(guān)的光的非常有限的阻尼中獲益。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，浮硼(borofloat)基底用作玻璃基底。
另外，耐熱玻璃或耐熱玻璃類玻璃在合并如硅快門和玻璃基底時，促進陽極連接。
此外，制造微透鏡的某種方法需要具有低玻璃轉(zhuǎn)變溫度的玻璃。
根據(jù)本發(fā)明，可以使用其他類型的玻璃基底。
當(dāng)所述半透明固體材料包括聚合物時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明，如PMMA(PMMA＝聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(PC＝聚碳酸酯)，環(huán)氧SU-8(環(huán)氧基光致抗蝕劑)等的聚合物，可以用作半透明快門支撐基底。
PMMA和PC相對便宜且非常適用于借助機械沖壓或熱壓印、注射塑制、模壓等進行重復(fù)處理。
環(huán)氧SU-8受益于高折射率并因此非常適用于微透鏡。
當(dāng)所述微型光調(diào)制器裝置包括通過至少兩個可移動路徑(MP)，在至少兩個位置之間可移動的至少一個葉片(16)，電極裝置(12，13)，其用于啟動至少一個葉片(16)在至少兩個位置之間的移動，以及用于將所述至少一個葉片(16)定位在至少兩個位置中的一個位置處，所述電極裝置(12，13)被設(shè)置在所述葉片沿所述至少一個移動路徑(MP)移動時，該至少一個葉片(16)不能觸及的位置時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明該“不接觸”的優(yōu)選實施例，可避免對電極或模塊的粘結(jié)。
當(dāng)所述連接部件包括至少一個桿(11)，其中所述至少一個葉片被設(shè)置在包括一半透明基底，如玻璃晶片的微快門平臺(MSP)時，已經(jīng)獲得本發(fā)明的另一有利的實施例。
當(dāng)所述至少兩個位置包括至少一個這樣的位置，在該位置中，該至少一個葉片(16)限定至少一個電磁光傳輸路徑(TP)的阻擋時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利的實施例。
當(dāng)所述快門葉片(SB)通過固定裝置(15)被固定在(微)快門平臺(MSP)，所述至少一個傳輸路徑(TP)經(jīng)過所述半透明傳輸路徑(23)延伸穿過所述微快門平臺(MSP)，并且所述至少一個傳輸路徑引導(dǎo)電磁光通過至少部分由一掩模裝置限定的快門平臺時，已經(jīng)獲得了本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，微型光調(diào)制器裝置包括多個光調(diào)制器， 且可獲得特高密度的調(diào)制器。
另外，本發(fā)明涉及一密封裝置，其包括根據(jù)任一權(quán)利要求的微型光調(diào)制器，所述密封包括所述至少一部分光傳輸路徑。
根據(jù)本發(fā)明的密封的重要優(yōu)勢是快門機構(gòu)，例如可移動的桿和諸如快門葉片的快門部件，可完全或部分地由形成半透明基底的光傳輸路徑封裝。
所述密封可以保護可動部件免除，例如微粒、濕汽和雜質(zhì)。
當(dāng)所述密封進一步包括至少一個微透鏡裝置(121)時，可獲得本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明，集成的微透鏡可有利地形成密封或部分密封。
當(dāng)所述密封包含至少一個可控快門(11、16)時，已經(jīng)獲得本發(fā)明的一個有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，密封的主要構(gòu)件可形成微透鏡裝置和光傳輸路徑以及半透明基底。


在下文將參照

本發(fā)明，其中圖1a說明了根據(jù)本發(fā)明的微型機械不接觸快門，圖1b和1c說明了圖1a的(微型)機械快門在移動葉片時的動態(tài)性能，圖2a至2c說明了如圖1和圖3-6中所示單獨調(diào)制器的單獨傳輸路徑的不同截面的特性，圖3至6說明了本發(fā)明的各種實施例，圖7說明了根據(jù)本發(fā)明的快門陣列，圖8a至8d說明在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種快門葉片式樣，圖9a至9c說明根據(jù)本發(fā)明的不同的緊湊實施例。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一種微型快門。
所示快門包括多個固定在半透明快門平臺，如晶片上的快門元件。
用于引導(dǎo)電磁光束通過快門晶片的傳輸路徑23(參見附圖2a)，由半透明快門平臺的掩模中的孔14所設(shè)定的傳輸路徑所限定。所述電磁光也可包括可見光，如熱波束或紫外光。
因此可以避免通過平臺的常規(guī)孔。
所示主要部件包括電極12、13，其都被固定到快門平臺。
快門桿11的一端在緊固點15處被固定在平臺上，且在另一端處具有一快門葉片16?？扉T葉片可通過啟動單獨可控電極12、13，相對于由孔掩模14限定光傳輸路徑移動。
所示快門葉片16通過固定點(anchoring)15與饋線電連接。
將參照圖8a至8d說明關(guān)于不同快門葉片16的設(shè)計詳情。
通過將屏蔽17、18與所述可移動部件的電勢連接，快門的移動部件，如葉片，從饋線至電極被電磁屏蔽。
圖1b和1c說明了附圖1a的快門的基本動態(tài)性能。
在圖1b中，電極12被啟動，并且快門葉片16被移至左邊，由此使由掩?？?4限定的光傳輸路徑打開。
快門葉片16的靜止位置由電極12限定。
注意到，一旦電極被啟動，則左屏蔽17防止快門葉片16被快門葉片和電極12饋線之間形成的電磁力所牽引。
在圖1c中，電極13被啟動，并且快門葉片16移至右側(cè)，進而阻擋由掩模孔14限定的光傳輸路徑。
快門葉片16的靜止位置由電極13限定。
注意到，只要電極被啟動，則右屏蔽18防止快門葉片16被快門葉片和電極13的饋線之間形成的電磁力所牽引。
可通過適當(dāng)?shù)仉妴与姌O12和13調(diào)制所示快門。
注意到，快門葉片16移動的路徑由桿11和固定點15予以限定。
另外，應(yīng)注意到，電極不能觸及附圖1b和附圖1c中所示兩個位置(開—關(guān))中的快門葉片，由此避免固定電極和移動的快門葉片16之間的粘附或短路。
因此，在保持快門葉片處于快門主要開—關(guān)位置的目的下，基本避免了所述設(shè)計中的機械制動器(stoppers)。
可是，在落于本發(fā)明范圍的一些設(shè)計中，為了防止快門葉片在特定環(huán)境下遠移出預(yù)定位置，也就是，快門葉片通過由電極12、13和快門葉片16有意限定的位置，所述制動器也是適合的。
因此，在正常使用期間，在移動的快門葉片16、桿11和固定電極或機械制動器之間不設(shè)接觸。
附圖3說明了本發(fā)明的另一實施例。
除單獨電極12、13現(xiàn)在由電極組32(兩個)和電極組33(兩個)替換外，其余基本部件與附圖1a中的部件相同。
因此，根據(jù)已說明的實施例，可更加有效地控制快門葉片36的移動(例如，通過向電極施加適合的控制信號控制葉片36的加速}，并且″靜態(tài)″位置現(xiàn)在至少有四個(此外，為電極施加適當(dāng)?shù)目刂菩盘?。
圖4示出了本發(fā)明的另一實施例。
除單桿11現(xiàn)在已經(jīng)由包含兩個桿的桿構(gòu)件41所替換外，其基本構(gòu)件與附圖1a中的構(gòu)件相同。
所述雙桿構(gòu)件可用于控制所述桿的移動方式。
圖5說明了本發(fā)明的另一實施例。
除現(xiàn)在有兩個固定點55外，其中所示基本構(gòu)件與圖1a的基本構(gòu)件相同。
因此，可顯著地減少快門構(gòu)件的整個面積。
可以引入如用于桿熱膨脹的補償?shù)钠渌麅?yōu)勢，(無補償時)桿的熱膨脹會導(dǎo)致葉片56和電極52、53之間的短路。
圖6說明了本發(fā)明的另一實施例。
所示快門包括多個固定在半透明快門平臺，如晶片上的快門元件。
通過快門的電磁光傳輸路徑由孔64所限定。電磁光也可包括不可見光，如紅外線等。
所示主要部件包括電極62、63，其均被固定到快門平臺上。
快門桿61一端通過緊固點65固定在平臺上，另一端配有設(shè)置的快門葉片66?？赏ㄟ^啟動單個可控電極62、63，相對于由孔64限定的光傳輸路徑移動快門葉片。
將參照圖8a至8d說明關(guān)于不同適用快門葉片66的設(shè)計細節(jié)。
通過屏蔽67、68，關(guān)于電極62、63的饋線電磁屏蔽所述快門的可移動部件，如葉片。
圖1b和1c示出了快門葉片66的基本動態(tài)性能。然而，可觀察到電極構(gòu)件和附圖1a和附圖6中快門電極的啟動之間的顯著差異。
快門葉片66的靜止位置仍由電極62、63所限定，但現(xiàn)在通過三個電極62、63控制兩個端部位置之間的轉(zhuǎn)換。
基本地，中心電極63可用于啟動接通位置到斷開位置之間的轉(zhuǎn)換，或者相反。
應(yīng)注意到，這種三個電極的構(gòu)造便于通過一個相同的驅(qū)動器進行對電極62控制。相同的電極驅(qū)動器也可用于控制整個快門陣列的所有電極(例如，具有與附圖6中所示構(gòu)造相同構(gòu)造的陣列}。
注意到，一旦電極被啟動，則屏蔽67，68防止快門葉片66被快門葉片和電極62的饋線之間形成的電磁力所牽引。
應(yīng)注意到，上述圖1a-1c以及圖3至圖6中快門的主要電極，不會觸及在所有預(yù)定位置，如圖1b和圖1 c中示出的開—關(guān)位置中的快門葉片，從而避免固定電極和移動快門葉片之間的短路和粘附。
因此，在保持快門葉片處于快門主要開—關(guān)位置的目的下，可基本避免在設(shè)計中使用機械制動器等。
當(dāng)然，在落于本發(fā)明范圍的一些設(shè)計中，為了防止快門葉片在特定環(huán)境下遠移出預(yù)定位置，也就是，快門葉片通過由電極和快門葉片有意限定的位置，使用制動器也是合適的。
因此，在正常使用期間，在可移動的快門葉片/光束構(gòu)件和固定電極或機械制動器之間不設(shè)置接觸。
圖8a至8d示出在本發(fā)明范圍內(nèi)不同的快門葉片16的設(shè)計。
應(yīng)注意到，本發(fā)明優(yōu)選實施例中的快門葉片16的″角″應(yīng)當(dāng)為曲形/圓形，以便使所述葉片的尺寸和重量最小化。
一旦葉片被相關(guān)電極所啟動，則關(guān)于重量/式樣的最佳葉片設(shè)計促進葉片更快和更容易的加速。
仍然，應(yīng)注意到，所述葉片能夠覆蓋/堵塞相關(guān)的半透明傳輸路徑，根據(jù)本發(fā)明，所述路徑不必為圓形。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明，如果需要，快門基底中的光傳輸路徑可以具有非圓形截面。
圖2a至2c根據(jù)本發(fā)明已說明的實施例，示出了與圖1和圖3-6中所示單獨調(diào)制器的單獨傳輸路徑不同的截面特性。
圖2a至2c示出了如圖1和圖3至6的快門裝置的掩?？?4、34、44、54、64，所限定的不同的適合傳輸路徑TP的特征。
應(yīng)注意到，限定通過調(diào)制器平臺的半透明傳輸路徑的所述掩?？?4、34、44、54、64可具有除已說明的圓形截面外的任何適合形式。
按照設(shè)置在微快門平臺MSP頂部上的非半透明掩模層95中的孔，設(shè)定所述孔94(對應(yīng)孔14、34、44、54、64)。
所示傳輸路徑TP描述了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
所示傳輸路徑部分地由一個上述掩?？姿薅?，并且可通過葉片SB(例如，前述葉片16、36、46、56、66中的一個)阻擋和不阻擋所述光。
可通過所述半透明快門平臺傳輸光。
權(quán)利要求中被稱為“包括一半透明固體材料的至少一部分所述傳輸路徑”的所述實施例的傳輸路徑TP的有效長度，被限定為圖2a和2b中調(diào)制器平臺MSP的厚度。圖2c中的傳輸路徑的長度被限定為調(diào)制器平臺MSP的厚度，加之形成部分半透明固體傳輸路徑的所示凸透鏡的有效長度。
所述傳輸路徑優(yōu)選地為具有最接近快門葉片SB的孔的狹窄部分的圓錐形。
應(yīng)注意到，掩?？蛇x地位于調(diào)制器平臺的輸入面和/或輸出面上。
另外，圖2c示出本發(fā)明的一個實施例，其中通過調(diào)制器的光傳輸路徑在輸出表面上形成微透鏡，進而便于光通過調(diào)制器，所述光可被適當(dāng)?shù)鼐劢乖诳扉T輸出端，例如進入光纖或直接到達照明表面。
應(yīng)注意到，傳播路徑TP的上述示出的實施例還可用其他的輸入/輸出光學(xué)設(shè)備，如圖9a至9c中所示設(shè)備予以補充。
圖9a至9c示出本發(fā)明的不同的緊湊的實施例。
在此通過截面所示的所述實施例，例如可與圖1和圖3至6的設(shè)計相合并。
圖9a說明了本發(fā)明的另一實施例和優(yōu)選實施例。
MOEMS設(shè)備包括微透鏡裝置122，在其上的緊固件124；15處固定有多個快門葉片124；16。與電極125相互作用的快門葉片124也固定在微透鏡裝置122上。
掩模127部分地限定通過微透鏡裝置122以及另一微透鏡裝置121的光傳輸路徑。微透鏡裝置121通過間隔物128固定在微透鏡裝置122上。
圖9a中的微透鏡裝置122適于將輸出光聚焦在如照明表面上。
所述間隔物128，例如可以具有50微米的有效長度，但根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其可以典型地在10至100微米之間。然而，應(yīng)注意到，當(dāng)考慮如調(diào)制器和相關(guān)光學(xué)設(shè)備的性質(zhì)時，考慮應(yīng)仔細確定間隔物的尺寸的事實，其他尺寸也是適合的。
圖9b示出上述系統(tǒng)的另一種變化。
在本實施例中，光從下面通過光傳輸路徑TP通過快門傳輸。
在本實施例中，微透鏡裝置122適于聚焦通過快門掩模127的輸入光，并且微透鏡裝置121適于引導(dǎo)光束到達，例如照明表面。因此，微透鏡裝置122可被認(rèn)為是輸入光學(xué)設(shè)備，而微透鏡裝置121可被認(rèn)為是輸出光學(xué)設(shè)備。
在圖9c中示出了本發(fā)明的另一實施例。根據(jù)所述的實施例，掩模127被設(shè)置在微透鏡122上光傳輸路徑TP的輸入端上。
另外，該掩?？捎晌挥诳扉T平臺122相對側(cè)的掩模130補充。
在本實施例中，微透鏡裝置121適于聚焦通過快門掩模127和130的入射光。
應(yīng)當(dāng)理解，通過對緊湊型系統(tǒng)的上述說明，在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以幾種不同方式實施平臺或光學(xué)設(shè)備上的掩模配置。
上述設(shè)計的進一步優(yōu)勢為快門機構(gòu)，例如可移動桿和快門葉片124，可被兩個微透鏡裝置121和122以及如間隔物和/或邊密封完全封裝，由此保護可移動部件免除微粒、濕汽和雜質(zhì)。
另外，應(yīng)當(dāng)強調(diào)，所述調(diào)制器裝置可包括其他的光學(xué)層，如微透鏡的涂層，其被設(shè)置在光輸入端和光輸出端上。
因此，當(dāng)設(shè)置在半透明材料上時，例如，在相對快門的基底一側(cè)具有調(diào)光(dimming)掩模是有利的(如圖中所示)。所述目的是避免或減少散射光或其他不需要的光束。在上述掩模中的孔與快門側(cè)邊處的相應(yīng)孔同心對準(zhǔn)，以便減少光損耗。
明顯地，上述掩模既可用在平臺的“快門側(cè)”上也可用在平臺的另一上，或結(jié)合使用。另外，上述掩?？膳c調(diào)制器的光學(xué)設(shè)備，如入射光學(xué)設(shè)備一起使用?？墒?，應(yīng)當(dāng)強調(diào)，掩模、光學(xué)設(shè)備和調(diào)制器本身可認(rèn)為是一個系統(tǒng)，其中所述元件在此方面必須相互校準(zhǔn)。
如記憶單元、晶體管等本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的尋址(Addressing)電子設(shè)備可被集成在該基底上。
另外，附圖9a至9c中所述的實施例示出調(diào)制器基底122可形成密封封裝靈敏調(diào)制器部分的一部分。
根據(jù)本發(fā)明的密封的重要優(yōu)勢是，快門機構(gòu)，例如移動桿124和快門部件，例如快門葉片，可由形成半透明基底的光傳輸路徑完全或部分地封裝。
所述密封可以保護可動部件免除，例如微粒、濕汽和雜質(zhì)。
當(dāng)所述密封裝置還包括至少一個微透鏡裝置121時，可獲得本發(fā)明的另一有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明，集成的微透鏡可有利地形成如附圖9a至9c中所述的密封或部分密封。明顯地，根據(jù)本發(fā)明，可設(shè)定不同于已說明的密封配置的幾種其他密封配置。
當(dāng)所述密封包含至少一個可控快門(11、16)時，已經(jīng)獲得本發(fā)明的另一有利的實施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，該密封的主要構(gòu)件可形成微透鏡裝置和光傳輸路徑以及半透明基底。
在下文給出附圖1a至附圖9中所述的快門設(shè)計的不同注解和特征。
所述快門可以設(shè)置在各種基底上。一些實例為玻璃晶片。
借助玻璃晶片或其他半透明基底，能夠在未于快門葉片下形成孔的情況下(當(dāng)光束將被傳送時，所述孔完全或部分打開)發(fā)送光束。
注意到，在半透明基底，如玻璃基片上構(gòu)建的光調(diào)制器并不限于不接觸的快門！根據(jù)本發(fā)明，葉片基本為阻擋裝置，例如其可簡單地通過阻擋入射光或通過沿“調(diào)光”方向引導(dǎo)入射光束來促進對入射光的控制。
當(dāng)在半透明材料上進行設(shè)置時，在與快門相對的基底一側(cè)具有調(diào)光掩模是有利的(如圖中所示)。所述目的是避免或減少散射光或其他不需要的光束。在上述掩模中的孔與快門側(cè)的相應(yīng)孔同心對準(zhǔn)，以便減少光損耗。
明顯地，上述掩模既可用在平臺的“快門側(cè)”，又可用在平臺的相對側(cè)上，或結(jié)合使用。另外，上述掩?？膳c調(diào)制器的光學(xué)設(shè)備，如入射光學(xué)設(shè)備一起使用?？墒牵瑧?yīng)當(dāng)強調(diào)，必須將掩模、光學(xué)設(shè)備和調(diào)制器本身當(dāng)作是一個系統(tǒng)，其中所述元件在此方面必須相互校準(zhǔn)。
具有用于尋址的相應(yīng)導(dǎo)線的快門本身，包括一個構(gòu)造塊-一個單元。幾個單元可被設(shè)置用于形成各種圖案的快門陣列并為各種應(yīng)用進行最佳化。
陣列中快門的尋址可根據(jù)電流列—線—尋址方案，或通過使用如TI的單獨尋址或第三種方法來進行。工藝的可能性也將依賴于所需電壓級。
多種材料，如多晶硅、單晶硅或鎳可用于構(gòu)建所述部件。所述材料也依賴于應(yīng)用和當(dāng)前設(shè)計。例如，鎳是一種傳導(dǎo)金屬，借助鎳能將電荷傳走以便降低某些情況下俘獲電荷的風(fēng)險，而在這些情況下這是一個優(yōu)勢。能夠以低溫沉積鎳，其有可能在包括晶體管的基底上構(gòu)建鎳快門。多晶硅是一種帶有積累的俘獲電荷風(fēng)險的半導(dǎo)體?？墒牵渚哂薪咏Ａ崤蛎浵禂?shù)的熱膨脹系數(shù)，并在其為一種優(yōu)勢時應(yīng)被使用。硅是一種不會遭受疲勞以及蠕變(如金屬所執(zhí)行的)的理想彈性材料。
理想地，對于與設(shè)置在快門葉片上不與電極接觸的設(shè)計，移動快門應(yīng)當(dāng)以一種具有接近基底系數(shù)的熱膨脹系數(shù)的材料制成。這是由這樣的事實所引起，即在閉合的位置中，當(dāng)光束被阻擋時，快門吸收入射光的熱量。由于溫度梯度，快門將膨脹，并在最壞情況的方案中，閉合電極的開口并引起短路。熱量傳遞的越好，也就是，所使用材料的熱導(dǎo)率越好，則發(fā)生的危險就越小。此外，所述快門可被覆蓋有也降低所吸收熱量的反射材料。
在中間/未啟動位置的所述快門臂，應(yīng)當(dāng)相對于基底上任意引導(dǎo)線對稱設(shè)置。如果不是，則存在一種危險，即快門和傳導(dǎo)線/電線之間所產(chǎn)生的靜電場，將對于一側(cè)變得更強并傾向于使快門移向該側(cè)，如果所述快門被向一側(cè)拉動得過多并接觸導(dǎo)線/電線，則又導(dǎo)致了增加的短路危險。可通過在移動快門部件的兩側(cè)設(shè)置靜電屏蔽來抵消或消除這種結(jié)果。
在外側(cè)位置中不具有制動器所引起的缺陷是快門在外側(cè)位置震動。當(dāng)然，可通過適當(dāng)優(yōu)化的尋址脈沖和適當(dāng)設(shè)計的尋址電極最小化這種振動。
人們期望快門必須被設(shè)置在一密封的外殼中，以便避免塵粒和其他污染源。快門兩側(cè)上殼體的表面應(yīng)當(dāng)由半透明材料制成，以便在快門開啟時能夠進行光傳輸。
通過折疊(多個)支撐所述快門葉片的桿，可使詳細的快門設(shè)計更加緊湊，例如參照圖5。
重要的是，以這樣的一種方式，即在移動過程中使接觸危險及由此形成的短路最小化，能夠優(yōu)化快門葉片和電極的形狀及其之間的距離。這包括考慮可在移動過程中發(fā)生的各種振動模式。
應(yīng)當(dāng)注意到，電磁光包括各種類型的光，例如包括紅外光和紫外光。
應(yīng)當(dāng)注意到，所請求的發(fā)明解決工作條件。因此，“不接觸設(shè)計”涉及工作條件，如涉及溫度、移動方式等。
通過在基底上水平移動快門葉片，并因此打開和關(guān)閉位于葉片下的掩膜孔，有可能控制光通過所述孔的傳輸。所述葉片以包含一個或多個桿的彈性懸浮方式懸掛于所述基底上。通過靜電啟動，借助一個或多個驅(qū)動電極實現(xiàn)所述葉片的移動。
為了避免使用中的靜摩擦，在所示設(shè)備運作過程中不產(chǎn)生移動部件和靜止部件之間的接觸。這可通過提供具有特定形狀和位置的移動部件和驅(qū)動部件予以實現(xiàn)。
存在幾種所述設(shè)計的變化，其全部依賴于快門開啟和閉合位置處的靜電力的飽和度。
所述調(diào)制器裝置可用于調(diào)制器的幾種不同應(yīng)用中，如附圖1-6中所示調(diào)制。
材料在下文提及的可用于上述圖1至6的快門的材料的實例。明顯地，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以使用其他材料。
基底具有不透明結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，如在半透明基底上的硅(如各種類型的玻璃，如耐熱玻璃)。
玻璃基底的優(yōu)勢—不需要蝕刻通孔—在玻璃基底上形成芯片上透鏡—低熱膨脹系數(shù)用于葉片/桿和電極的構(gòu)建材料下面說明不同構(gòu)建材料的一些特性硅作為構(gòu)建材料—硅是一種沒有疲勞和蠕變的理想的彈性材料—低熱膨脹系數(shù)以及與硅或玻璃基底良好匹配—難于控制內(nèi)部壓力—由于硅沉積和退火需要高加工溫度，所以很難在CMOS電子芯片上集成硅快門。
鎳作為構(gòu)造材料-Ni是一種金屬材料并且如果以錯誤的方式操作時，會遭受疲勞和蠕變—高熱膨脹系數(shù)和與硅或玻璃基底的不好的匹配—易于沉積厚的層—易于控制內(nèi)部壓力—由于鎳沉積需要低加工溫度，因此能夠在CMOS電子芯片上集成鎳快門。
鐵鎳合金“殷鋼”作為建筑材料—如果以錯誤的方式操作時，金屬遭受疲勞和蠕變—低熱膨脹系數(shù)和與硅或玻璃基底的良好匹配—易于沉積厚的層—難于控制內(nèi)部壓力—由于鎳沉積需要低加工溫度，因此能夠在CMOS電子芯片上集成鎳快門—沉積方法仍處于研究之中。
關(guān)于為什么其有利于構(gòu)建厚涂層的一些說明桿平面外的剛度能夠通過增加構(gòu)建高度予以提高。剛度隨厚度到達第三級(the third)。因為所述結(jié)構(gòu)具有較小柔性，且由于長桿將不易如此容易地粘附于基底，所以增加的桿平面外剛度將使得該結(jié)構(gòu)的釋放更容易。同樣，在操作過程中，就平面外移動而言，快門將更加堅固。增加的構(gòu)建高度并未改變平面內(nèi)移動所需的啟動電壓。平面內(nèi)桿的剛性隨桿的高度按比例地增加?？墒?，啟動力也隨葉片前邊緣的高度以及電極高度按比例地增加。因此，其被平衡。
所增加的構(gòu)建高度并未改變共振頻率，由此并未改變?nèi)~片的行程時間。這由以下事實所引起，即桿的剛性以與系統(tǒng)的有效質(zhì)量相同的比例改變的事實。
權(quán)利要求
1.一種微型光調(diào)制器裝置(10)，其包括至少一個光傳輸路徑(23)和設(shè)置用于調(diào)制經(jīng)由所述至少一個光傳輸路徑(23)傳輸?shù)墓獾闹辽僖粋€可控快門(11，16)，所述至少一部分光傳輸路徑包括一個半透明調(diào)制器基底，并且所述至少一部分光傳輸路徑為其上固定所述至少一個可控快門(11，16)的基底的組成部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述至少一部分光傳輸路徑包括部分微透鏡裝置(122)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型光調(diào)制器裝(122)，其中所述微透鏡裝置(122)適于引導(dǎo)入射光通過光傳輸路徑(23)到達所述至少一個可控快門。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置(122)，其中所述微透鏡裝置(122)適于引導(dǎo)來自至少一個可控快門的出射光通過光傳輸路徑(23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述光傳輸路徑的擴展包括至少為100微米，優(yōu)選至少為150微米的半透明調(diào)制器基底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述至少一部分所述光傳輸路徑的擴展包括不超過3000微米，優(yōu)選不超過2000微米的半透明調(diào)制器基底。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中至少一部分所述光傳輸路徑的擴展包括至少為200微米，優(yōu)選至少為250微米的半透明調(diào)制器基底。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述一個光傳輸路徑(23)為其上固定至少一個可控快門的基底的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，可通過電啟動裝置控制所述快門。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述快門包括一機械葉片，其可在至少兩個位置之間移動，并且位于至少兩個位置中的一個位置中的葉片阻擋通過所述至少一部分光傳輸路徑(23)的光傳輸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，所述快門葉片(16)關(guān)于形成所述傳輸路徑的基底進行滑動移動。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，所述調(diào)制器包括至少一個微透鏡裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，所述微透鏡裝置形成所述調(diào)制器的光輸入。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，所述調(diào)制器裝置包括發(fā)光裝置，其設(shè)置用于經(jīng)由所述至少一個微透鏡裝置和所述至少一個光傳輸路徑將光傳輸至調(diào)制器輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述發(fā)光裝置包括至少一個紫外線光源。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述發(fā)光裝置包括至少一個激光發(fā)射器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其包括至少一個葉片(16)，其可通過至少一個移動路徑在至少兩個位置之間移動，所述微快門包括電極裝置，其用于啟動所述至少一個葉片在所述至少兩個位置之間移動，并用于將至少一個葉片定位在所述至少兩個位置中的一個位置，所述電極裝置被設(shè)置在處于所述至少兩個位置中的一個位置的至少一個葉片和桿觸及不到的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述半透明光傳輸路徑包括至少一個微透鏡的一部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述光調(diào)制器被設(shè)置在至少一個半透明基底上，并且所述光調(diào)制器被設(shè)置用于調(diào)制經(jīng)由所述至少一部分光傳輸路徑(23)通過所述至少一個半透明基底的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中形成所述至少一個光傳輸路徑(23)的所述基底形成至少一個微透鏡。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中至少一個微透鏡適于將光聚焦在所述至少一個微快門上。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述微型光調(diào)制器包括至少另外一組微透鏡。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述至少另外一組微透鏡被設(shè)置為至少一個分隔層。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述半透明固體材料包括熔融石英。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述半透明固體材料包括玻璃。
26.根據(jù)權(quán)利要求1至25中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述半透明固體材料包括聚合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述微型光調(diào)制器裝置包括至少一個可通過至少一個可移動的路徑(MP)在至少兩個位置之間移動的葉片(SB)，和電極裝置(12，13)，其用于啟動所述至少一個葉片(SB)在至少兩個位置之間的移動，以及用于將該至少一個葉片(SB)定位在所述至少兩個位置中的至少一個位置處，所述電極裝置(12，13)被設(shè)置在，當(dāng)所述至少一個葉片沿至少一個移動路徑移動時，該葉片(SB)觸及不到的位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，所述連接部分包括至少一個桿(11)，其中所述至少一個葉片被設(shè)置在包含一半透明基底，如玻璃晶片的微快門平臺(MSP)上。
29.根據(jù)權(quán)利要求1至28中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述至少兩個位置包括至少一個位置，在此位置處，所述至少一個葉片(SB)限定了至少一個電磁光傳輸路徑(TP)的阻擋。
30.根據(jù)權(quán)利要求1至29中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述快門葉片(SB)通過固定裝置(15)被固定在一(微)快門平臺(MSP)上，所述至少一個傳輸路徑(TP)經(jīng)由所述固體半透明傳輸路徑(23)延伸穿過所述微快門平臺(MSP)，且所述至少一個傳輸路徑引導(dǎo)電磁光通過至少部分由一掩模限定的快門平臺。
31.根據(jù)權(quán)利要求1至30中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述發(fā)光裝置適于發(fā)射可見光。
32.根據(jù)權(quán)利要求1至31中任一項所述的微型光調(diào)制器裝置，其中所述微型光調(diào)制器裝置包括多個光調(diào)制器。
33.包括根據(jù)權(quán)利要求1至32中任一項所述的微型光調(diào)制器的密封裝置，其中所述密封包括所述光傳輸路徑(122)的所述至少一部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的密封裝置，其中所述密封進一步包括至少一個微透鏡裝置(121)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33和34所述的密封裝置，其中所述密封包含所述至少一個可控快門(11，16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型光調(diào)制器裝置(10)，其包括至少一個光傳輸路徑(23)和至少一個可控快門(11、16)，其設(shè)置用于調(diào)制通過至少一部分光傳輸路徑(23)的光傳輸，所述至少部分光傳輸路徑包括半透明固體材料，且所述至少一部分光傳輸路徑為基底的組成部分，其中所述至少一個可控快門(11、16)固定至所述基底。
文檔編號B81B7/04GK1623111SQ02828624
公開日2005年6月1日 申請日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者揚·圖厄·拉文希爾德, 亨寧·亨寧森 申請人:迪康公司