CN101299093A - 具有铰链的微镜 - Google Patents

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CN101299093A CNA2007101861760A CN200710186176A CN101299093A CN 101299093 A CN101299093 A CN 101299093A CN A2007101861760 A CNA2007101861760 A CN A2007101861760A CN 200710186176 A CN200710186176 A CN 200710186176A CN 101299093 A CN101299093 A CN 101299093A
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潘晓和
V·诺沃特尼
高�俊德
李启光
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means

Abstract

一种微镜装置，包括由衬底支撑的铰链和可绕该铰链倾斜的镜板。该铰链包括选自由具有钛成分在大约30％和70％之间的钛－镍合金、钛成分在大约30％和70％之间的钛－铝合金、铜成分在大约5％和20％之间的铝－铜合金、以及氮成分在大约0和15％之间的铝钛氮化物组成的组中的一种合金。

Description

具有铰链的微镜
技术领域
本发明涉及微镜的制造。
背景技术
空间光调制器(SLM)可具有带反射表面的可倾斜镜板阵列。每个镜板可利用静电力倾斜成“开”位置和“关”位置。静电力可由镜板与镜板下的一个或多个电极之间的电位差产生。在“开”位置，微镜板可将入射光反射以形成显示图像中的图像像素。在“关”位置，微镜板将入射光导向离开显示图像。
发明内容
一方面，本发明涉及一种微镜装置，包括由衬底支撑的铰链和绕该铰链可倾斜的镜板。该铰链可包括选自由具有钛成分在大约30％和70％之间的钛-镍合金、钛成分在大约30％和70％之间的钛-铝合金、铜成分在大约5％和20％之间的铝-铜合金、以及氮成分在大约0和15％之间的铝钛氮化物组成的组中的一种材料。
另一方面，本发明涉及一种微镜装置，包括位于衬底上的铰链支柱；连接到该铰链支柱的铰链；以及连接到该铰链并可绕该铰链可倾斜的镜板。该铰链可包括选自由具有钛成分大约30％和70％的钛-镍合金、钛成分在大约30％和70％之间的钛-铝合金、铜成分在大约5％和20％之间的铝-铜合金、以及氮成分在大约0和15％之间的铝钛氮化物组成的组中的一种材料。
另一方面，本发明涉及一种微镜装置，包括由衬底支撑的铰链，可绕该铰链倾斜的镜板，以及一控制器，能够产生一电信号以保持该镜板位于相对衬底表面大于或等于2度的倾斜方向，而不使得该镜板与衬底上除了该铰链外的任何结构发生接触。该铰链可被配置成使得该镜板从该倾斜方向弹性恢复到实质上平行于该衬底。
另一方面，本发明涉及一种微镜装置，包括由衬底支撑的铰链；可绕该铰链倾斜的镜板，其中该铰链被配置成当该镜板倾斜时在该镜板上产生弹性恢复力；以及一控制器，能够产生一静电力克服该弹性恢复力以将该镜板从不倾斜位置倾斜至“开”位置或“关”位置。该静电力被配置为与该弹性恢复力相反以保持该镜板处于“开”位置或“关”位置。
另一方面，本发明涉及一种用于控制镜板倾斜移动的方法。该方法包括在可绕由衬底支撑的铰链倾斜的镜板上产生一静电力。当该镜板倾斜时，该铰链可在该镜板上产生一弹性恢复力。该方法还包括克服该弹性恢复力以将该镜板从不倾斜位置倾斜至“开”位置或“关”位置，并与该弹性恢复力平衡以保持该镜板处于该“开”位置或“关”位置。
该系统的实现可包括一个或多个下列各项。该倾斜方向可相对于衬底表面大于或等于3度，该铰链配置成将该镜板从倾斜方向弹性恢复成实质上平行于该衬底。该倾斜方向可相对于衬底表面大于或等于4度，该铰链可将该镜板从倾斜方向弹性恢复成实质上平行于该衬底。该铰链可包括选自由具有钛成分在大约30％和70％之间的钛-镍合金、钛成分在大约30％和70％之间的钛-铝合金、铜成分在大约5％和20％之间的铝-铜合金、以及氮成分在大约0和15％之间的铝钛氮化物组成的组中的一种合金。该铰链可包括铝-钛-氮化合物。铝钛氮化物中的铝和钛可具有大约相同的成分。该铝钛氮化物中的氮成分可在大约0和10％之间。该铰链可包括钛-镍合金。该钛-镍合金中的钛成分可在大约40％和60％之间。该钛-镍合金中的钛成分可在大约45％和55％之间。该铰链可包括钛-铝合金。该钛-铝合金中的钛成分可在大约40％和60％之间。该钛-铝合金中的钛成分可在大约45％和55％之间。
该系统的实现可包括一个或多个下列各项。该铰链可包括铝-钛-氮化合物。该铝钛氮化物中的铝和钛可具有大致相同的成分。该铝钛氮化物中的氮成分可在大约0和10％之间。该铰链可包括钛-镍合金。该钛-镍合金中的钛成分可在大约40％和60％之间。该钛-镍合金中的钛成分可在大约45％和55％之间。该铰链可包括钛-铝合金。该钛-铝合金中的钛成分可在大约40％和60％之间。该钛-铝合金中的钛成分可在大约45％和55％之间。该铰链可将该镜板从相对于该衬底表面大于或等于2度、3度或4度的第一方向弹性恢复到实质上平行于该衬底的第二方向。该微镜装置可进一步包括一控制器，其被配置为产生一电信号以保持该镜板处于相对于该衬底表面大于或等于2度、3度、或4度的方向。该微镜装置可进一步包括位于该衬底上的一机械制动器，该机械制动器被配置为接触该镜板以制动该镜板的倾斜移动。该铰链可包括铝-铜合金。
该系统的实现可包括一个或多个下列优点。本说明书公开了适于接触和非接触微镜的铰链材料。选择用于接触微镜的铰链材料具有相对低的弹性系数。倾斜镜板的静电力可容易克服铰链的弹性恢复力，使得镜板能够很容易倾斜与机械制动器接触。选择用于非接触微镜的该铰链材料具有相对高的弹性系数，其允许该弹性恢复力与该静电力平衡，并保持该镜板处于限定“开”位置或“关”位置的倾斜角。在该静电力减小或撤消后，该弹性恢复力还可将该倾斜镜板恢复到非倾斜位置。
本说明书还提供了一种用于衬底上可倾斜镜板的简单结构以及一种用于驱动该可倾斜镜板的方法。可倾斜镜板可响应于控制器提供的电信号被倾斜并保持在预定的角度。在衬底或镜板上不需要机械制动器来制动倾斜的镜板并限定该镜板的倾斜角。当与一些传统的具有机械制动器的微镜装置比较时，消除机械制动器可简化微镜装置。在镜板和衬底上例如机械制动器的结构之间没有机械接触，还可解决在传统的镜装置中已知的镜板和机械制动器之间存在的静摩擦问题。这里描述的镜板装置可比传统装置中的镜板倾斜较小的角度。较小的镜板倾斜可导致该镜板旋转围绕的铰链上较小的应力。这种装置很少可能发生机械故障。从而，该装置的使用寿命可更长。此外，由于该铰链不需要象在传统装置中的旋转幅度，选择用于铰链构成的材料可更加多样。此外，由于该镜板承受较小的角度偏转，其可以较高频率工作。
虽然已经利用多个实施例具体展示并说明了本发明，但本领域技术人员应当理解，可在形式和细节上作出各种的改变而不脱离本发明的精神和范围。
附图说明
并入并组成本说明书一部分的下列附图，与本说明书一起，说明了本发明的实施例，用于解释本发明的原理。
图1为适于在非接触模式下工作的微镜透视图。
图2为图1的微镜分解视图。
图3为图1的微镜的侧视图。
图4A和4B说明了入射光被倾斜镜板分别在“开”方向和“关”方向上的反射。
图5说明了激光器发射的入射光被倾斜镜板的反射。
图6说明了发光二极管发射的入射光被倾斜镜板的反射。
图7说明了包括微镜的图像投影系统的排列。
图8说明了镜板中驱动电压脉冲与所产生的倾斜角的瞬时图。
图9为适于在接触模式下工作的微镜的透视图。
图10为图9的微镜侧视图。
图11为一图表，说明接触和非接触微镜的镜板的倾斜角与驱动电压函数关系的响应曲线。
图12为一图表，说明在应力-拉伸图表中非接触和接触微镜的工作范围。
图13为一图表，说明对于具有不同材料成分的铰链元件，镜板倾斜角与标准驱动电压的函数关系的响应曲线。
图14为一图表，说明对于具有不同材料成分的铰链元件，镜板倾斜角与驱动电压的函数关系的响应曲线。
具体实施方式
参见图1-3，微镜100可包括位于衬底300上的镜板110。镜板110可包括反射层111、间隔层113、以及铰链层114。在一些实施例中，间隔层113包括一对开口108a和108b。在一些实施例中，铰链层114包括两个铰链元件120a和120b。铰链元件120a和120b通过各个延长铰链163a和163b相对应地与铰链层114的主要部分连接。延长铰链163a和163b被位于延长铰链163a或163b的两侧的间隙从铰链层114的主要部分分离。在没有外力施加到镜板110的情况下，镜板110位于非倾斜位置。该非倾斜位置可实质上平行于该衬底的上表面。镜板110可关于由这两个铰链元件120a和120b限定的轴倾斜。一个铰链元件120a(或120b)与衬底300上的一铰链支柱121a(或121b)连接。铰链支柱121a可由一单个物体形成，或包括两或三部分。例如，铰链支柱121a可包括可在分开的沉积步骤中形成的上部分123a、中间部分123b、以及下部分123c。
微镜100可进一步包括位于铰链支柱121a、121b一侧上的具有下部分130a和上部分131a的一两部分电极，以及位于铰链支柱121a、121b另一侧上的具有下部分130b和上部分131b的另一两部分电极。电极下部分130a、130b可形成自一导电层。电极上部分131a、131b可形成自位于电极下部分130a、130b上的另一导电层。铰链支柱121a、121b连接到控制线311，两部分电极130a、131a连接到控制线312，以及两部分电极130b、131b连接到控制线313。控制线311、312、313的电位由控制器350提供的外部电信号分别控制。镜板110和两部分电极130a、131a或两部分电极130b、131b之间的电位差产生一静电扭矩，其能倾斜镜板110。在2004年10月26日提交的美国公开No.2005-0128564、“High Contrast Spatial Light Modulator and Method”中、以及2006年9月6日提交的美国申请No.11/470,568、“Spatial Light ModulatorMulti-layer Mirror Plate”中进一步说明了合适的微镜装置，为所有用处在此引入作参考。
参见图3和4A，控制器350可产生一静电力来克服由变形的延长铰链163a或163b产生的弹性恢复力以将该镜板从非倾斜位置倾斜到“开”位置或“关”位置。该静电力可与该弹性恢复力反向以保持该镜板处于“开”位置或“关”位置。该非倾斜位置可不同于“开”位置和“关”位置。在一些实施例中，该非倾斜位置还可与“开”或“关”位置相同。镜板110可在一方向上从非倾斜位置倾斜至相对衬底300成倾斜角θon。镜板110可反射入射光330以形成反射光340在“开”方向上传播，以至于反射光340可到达显示区域以形成显示图像。“开”方向通常垂直于衬底300。由于入射角(即，入射光330和镜法线方向之间的角度)和反射角(即，反射光340和镜法线方向之间的角度)相同，入射光330和反射光340形成一角度2θon，其是镜板110倾斜角θon的两倍大。
参见图4B，镜板110可在相对于衬底300也成倾斜角θon方向的相反方向上对称倾斜。镜板110可反射入射光330以形成反射光345在“关”方向上传播。反射光345可被一光圈(图5-7中的530)阻挡，并被光吸收器吸收。由于入射光330的入射角为3θon，反射角也应该是3θon。因此，“开”和“关”方向上的反射光340之间的角度为4θon，是镜板110的倾斜角θon的四倍。
入射光330可由不同光源提供，例如激光器500或发光二极管(LED)510，分别示于图5和6中。由激光器500发出的入射光是相干的，并能够在被镜板110反射后保持准直。光圈530、激光器500、以及镜板110可这样排列，以至于当倾斜在“开”方向上时几乎所有由镜板110反射的反射光340穿过光圈530的开口535。从LED510发出的入射光330通常是非相干的，并且趋向随距离而发散。光圈530、LED510、以及镜板110可这样排列，以至于由在“开”方向的镜板110反射的大多数光穿过光圈530中的开口535。例如，反射光340可穿过开口535，同时，从反射光340发散离开的反射光340a和340b被光圈530阻挡。
在图7中示出了基于微镜阵列100的示范性图像投影系统700。红、绿、和蓝激光器500a、500b和500c可分别发射红、绿和蓝色激光束330a、330b和330c。红、绿和蓝色光330a、330b和330c可穿过扩散片710a、710b和710c，以形成彩色光331a、331b和331c。扩散片710a、710b和710c可调整大小(例如扩大)并能够将激光束330a、330b和330c的形状调整为与微镜阵列100一致的截面形状。例如，彩色光331a、331b和331c的形状可被调整为矩形，其能与微镜阵列100的形状更一致。彩色光331a、331b和331c可被束分离器720a、720b和720c(其用作束合成器)反射，合并成一彩色入射光330。彩色入射光330可被全内反射(TIR)棱镜740反射以照射支撑部730上的微镜100。被处于“开”位置的镜板110偏转的反射光340可穿过TIR棱镜740和光圈530的开口535，以被投影系统750投影而形成显示图像。
光圈530、TIR棱镜740、以及微镜100的相对位置可这样排列，使得位于“开”方向上的几乎全部反射光340能够穿过开口535，而位于“关”方向上的全部光反射光345能够被光圈530阻挡。任一部分被光圈530阻挡的反射光340在显示亮度上是一种损失。穿过开口535的任何偏离的反射光345将降低显示图像的对比度。反射光340和反射光345之间展开的角度越大，越容易分离反射光340和反射光345，以在显示图像中实现最大亮度和对比度。换句话说，显示系统700中的倾斜角θon(或θoff)越大，越容易分离反射光340和反射光345，以至于实质上全部反射光345被阻挡，和实质上全部反射光340能够到达显示表面以形成显示图像。
图8示出了正驱动电压脉冲801和负驱动电压脉冲802。零倾斜角相应于镜板110平行于衬底300表面的水平方向。正驱动电压脉冲801包括驱动电压Von，用于控制镜板110处于“开”位置，如图3、4A、5和6中所示。正电压脉冲801能够产生以静电力，其将镜板110在“开”方向(在图中是逆时针方向)上倾斜成相对于衬底300的上表面成倾斜角θon。镜板110在非倾斜状态下没有承受任何弹性恢复力。当镜板110倾斜时，镜板110承受一由延长铰链163a或163b的扭转变形产生的弹性恢复力，其在顺时针方向上在镜板110上施力。虽然随着倾斜角的增加静电力有些增加，但弹性恢复力作为倾斜角的函数比静电力更加迅速增加。当弹性恢复力变得等于静电力时，最终铰板110停止在倾斜角θon处。换句话说，镜板110由于静电力和在反方向上向镜板110施力的弹性恢复力之间的平衡而保持在倾斜角θon处。镜板110最初可在区域811中在平均倾斜角θon周围振荡并随后停留在倾斜角θon处。
类似的，负驱动电压脉冲802用于控制镜板110处于“关”位置，如图4B中所示。电压脉冲802包括一驱动电压Voff。电压脉冲802可产生一静电力以将镜板110在“关”方向(在图中为顺时针方向)上倾斜成相对于衬底300的上表面成倾斜角θoff。镜板在非倾斜状态下没有承受任何弹性恢复力。随着倾角的增加，由延长铰链163a或163b的扭转变形产生弹性恢复力，其在逆时针方向上施力。弹性恢复力随着倾斜角的作用比静电力更加迅速增加。当弹性恢复力变得等于静电力时，镜板110最终停止在倾斜角θoff处。镜板110由于由负电压脉冲802产生的静电力和由变形的延长铰链163a和163b产生的弹性恢复力之间的平衡而保持在倾斜角θOFF处。镜板110最初可在区域821中在平均倾斜角θoff周围振荡并随后停留在倾斜角θoff处。在图4A和4B中所示的结构中，倾斜角θon和θoff具有相同的大小。移除负驱动电压脉冲802后，镜板110可被延长铰链163a和163b弹性拉回至零倾斜角(即水平方向)。
参见图9和10，适于在接触模式下工作的微镜1100可包括位于衬底300上的机械制动器1160a和1160b。机械制动器1160a和1160b可接触倾斜的镜板110以阻止在顺时针方向上以及逆时针方向上的倾斜移动。当镜板110与机械制动器1160a和1160b接触时，限定了镜板110的“开”和“关”位置。位于“开”位置上的镜板110方向决定了反射光340的方向。微镜1100还可包括许多相同的元件作为非接触型微镜100。在一些实施例中，机械制动器1160a和1160b可以是导电的。机械制动器1160a和1160b可以连接到控制线311(在图10中未示出)，从而机械制动器1160a和1160b能够利用来自控制器350的电信号与镜板110的铰链层114保持在相同的电位。在机械制动器1160a和1160b以及铰链层114上的等电位能够防止电流流过铰链层114和机械制动器1160a和1160b之间当它们接触时的界面。镜板110的电位以及施加到镜板110的静电力不受与机械制动器1160a和1160b接触的影响。
在本说明书中，微镜100表示“非接触”微镜。微镜1100表示“接触”微镜。“接触”微镜中的镜板倾斜移动可被机械制动器停止。镜板的“开”和“关”位置由镜板与机械制动器接触时镜板的方向限定。相反，非接触微镜100不包括能够限制镜板倾斜移动的机械制动器。类似的，镜板的“开”和“关”位置由施加到镜板110和两部分电极130a、131a、130b、和131b上的驱动电压控制。
镜板倾斜角与驱动电压的函数响应曲线示于图11中。镜板的倾斜角首先根据驱动电压函数沿着曲线905逐渐增加。接着，倾斜角沿着曲线910随着驱动电压增加迅速增加，直到镜板在急变电压Vsnap处“急变”，在急变电压Vsnap处倾斜角增加而弹性恢复力停止增加。静电力随着倾斜角的增加继续增加。更强的静电力和恒定的塑性恢复力(示于图12)之间的不平衡急剧增加倾斜角至θmax，在θmax处镜板的倾斜移动被衬底300上的机械制动器1160a和1160b停止，如图10中所示。在本说明书中，术语“急变”表示镜板的不平衡镜板的不稳定的状态，其中镜板迅速倾斜直至其被另一个固定物体停止。
镜板的“急变”是微镜中铰链的机械特性所致。参见图12，在镜板上产生的应力，例如，可以由镜板和衬底上的电极之间的静电力所致。铰链的变形随着沿曲线1000在低应力范围内的应力增加。曲线1000表示对应力的铰链的弹性响应。在一个实施例的微镜中，铰链在变形D1处急变。换句话说，随着倾斜角增加超过相应于D1的上述倾斜角弹性恢复力停止增加。曲线1010表示铰链材料的塑性区域。从而相应于曲线1010的铰链材料更加适于图9和10所示的接触型微镜1100。
如前述关于图7讨论的，非接触微镜优选具有大倾斜角，例如大约2°、大约3°、大约4°、大约5°、或更大，用于最佳化显示图像的亮度和对比变。大的“开”或“关”倾斜角需要宽的角范围，其中镜板能够倾斜并被铰链弹性恢复回非倾斜位置。图12示出了另一微镜实施方式，在变形D2＞D1处，从弹性响应曲线1000转变到塑性响应曲线1020。微镜具有较宽范围用于弹性铰链变形，从而更加适于非接触镜板100。D2和D1中的差异能够从镜板110和1100的铰链材料组成的差别中得出(如图14中所示)。相反，接触微镜1100优选具有较小范围用于弹性铰链变形，从而相对小的驱动电压能够使镜板急变以导致镜板与机械制动器接触。因此，相应于塑性曲线1010的微镜更加适于接触微镜。微镜100中适于非接触微镜的铰链材料的一个实施例是铝钛氮化物，其具有氮成分可以在大约0至15％、或0至10％的范围内，并且铝和钛成分大致相等。铝钛氮化物制成的铰链材料的一个实施例是Al48％Ti48％Ti4％。铝铜合金更加适于用作接触微镜1100的铰链材料。铝铜合金的一个实施例可以是包括90％铝和10％铜。
回见图11，在微镜1100中的镜板110在倾斜角θmax处急变后，在由线915表示的驱动电压范围中，当驱动电压减少时，镜板最初保持与机械制动器1160a或1160b接触。在铰链恢复到弹性区域后，恢复其弹性，并能够克服机械制动器1160a或1160b处的静摩擦，最终，当驱动电压与线920相交时，镜板1100倾斜回响应曲线905。由曲线905和910以及线915和920表示的滞后现象是接触微镜的普通特性。非接触微镜100的工作窗口沿着镜板的弹性区域中的曲线905。镜板能够被驱动电压Von倾斜并保持在倾斜角θon或θoff处。在静电力移除后，微镜100中的镜板110能够被铰链163a和163b沿着相同的响应曲线905弹性恢复回初始位置。本说明书中公开的非接触微镜100没有实质的滞后。
图13说明了镜板倾斜角作为具有不同材料成分的铰链的驱动电压的函数的响应曲线。标准驱动电压只是根据镜急变电压区分的驱动电压。对于具有不同材料成分的铰链，镜板倾斜角能够作为标准驱动电压的函数沿着不同曲线1105上升。由TiNi合金、AlTiN化合物、以及AlTi合金制成的铰链的倾斜角比由AlCu制成的铰链大。上述说明的适于非接触微镜的铰链材料可包括下列举例的成分：对于TiNi合金Ti50％Ni50％、对于AlTiN化合物Al48％Ti48％N4％、对于AlTi合金Al50％Ti50％。AlCu合金更加适于接触微镜。AlCu合金可包括大约70％至95％的铝、或90％铝和10％铜。
如上所述，镜板可在由曲线1105限定的角度范围内倾斜并弹性恢复到它们各自的非倾斜位置。对于非接触微镜工作的曲线1105有效的倾斜角的范围对于这三个描述的材料成分是不同的。尤其在图13中描述的例子，由TiNi制成的铰链允许非接触镜板在比其它两个铰链材料成分在更宽的范围内倾斜并弹性恢复。由AlCu制成的铰链允许接触镜板克服弹性恢复力并迅速倾斜到机械制动器。
适于微镜的铰链材料可包括例如钛、金、银、镍、铁、钴、铜、铝、氮、和氧的材料范围。铰链可由TiNi制成，其中钛成分可在大约30％和70％之间、或大约40％和60％之间、或大约45％和55％之间。铰链可由AlTi制成，其中钛成分可在大约30％和70％之间、或大约40％和60％之间、或大约45％和55％之间。用于“非接触”微镜的适合的铰链材料还可包括铝钛氮化物，其具有0至10％、或0至15％范围的氮成分，并且铝和钛成分大致相等。由铝钛氮化物组成的铰链可实质上不含其它成分(在本上下文中，实质上不含的意思是其它成分可与制造过程相应的痕量(trace amount)存在)，尤其能够实质上不含氧。
参见图14，具有由三种不同材料制料1、材料2和材料3制成的铰链的镜板倾斜角可最初沿着相同曲线1205逐渐上升。对于铰链材料1、材料2和材料3的急变电压Vsnap1、Vsnap2和Vsnap3可不同：Vsnap1＜Vsnap2＜Vsnap3。对于相应于三种铰链材料的非接触倾斜角θon1、θon2和θon3的工作窗口也可不同：θon1＜θon2＜θon3。在图14所示实施例中，材料3更加适于作为非接触微镜铰链材料，因为它能提供镜板的倾斜和恢复到非倾斜位置的最大角度范围。例如，由材料3制成的铰链可将镜板从相对于非倾斜位置大于或等于2度、3度或4度的第一方向弹性恢复。材料1更加适于接触微镜，例如图9和10中所示微镜1100。
上述公开的方法可用于选择适于接触和非接触微镜的铰链材料。具有相对低的弹性系数的铰链材料可选择用于接触微镜。倾斜镜板的静电力能够容易克服铰链的弹性恢复力，从而镜板能够容易倾斜到接触机械制动器，其中“开”或“关”镜位置可被限定。具有相对高的弹性系数的铰链材料可选择用于非接触微镜，其允许弹性恢复力与静电力平衡，并保持镜板处于限定了“开”或“关”镜位置的倾斜角处。在减小或移除静电力后，弹性恢复力还可恢复倾斜镜板到非倾斜位置。
上述描述的微镜提供了用于衬底上可倾斜镜板的简单结构以及用于驱动可倾斜镜板的方法。可倾斜镜板能够响应于控制器提供的电信号被倾斜并保持在预定角度。在衬底或镜板上不需要任何机械制动器来停止倾斜的镜板和限定镜板的倾斜角。取消机械制动器不仅仅简化了微镜装置，而且消除了公知的在传统镜装置中存在于镜板和机械制动器之间的静摩擦。这里描述的镜板装置可倾斜到比传统装置中的镜板较窄的角度。较小的镜板倾斜能够导致镜板围绕旋转的铰链上较小的应力。这种装置不容易发生机械故障。因此，装置的使用寿命可更长。此外，由于铰链不需要象传统装置一样旋转那么多，可选择更多不同的材料用于铰链构成。此外，由于镜板承受较小的角度偏转，其能够以较高频率工作。
应当理解，公开的方法适于微镜的其它结构。与那些上述描述的材料不同的材料可用于形成镜板、铰链连接柱、铰链支撑柱、电极以及机械制动器的不同层。如图所示，电极可包括若干层，或单层传导材料。镜板可具有不同的形状，例如，矩形、六边形、菱形、或八边形。驱动电压脉冲可包括不同的波形和极性。显示系统可包括不同结构和设计的光路，而不脱离本发明的精神。

Claims (27)

1.一种微镜装置，包括：
由衬底支撑的铰链；以及
可绕该铰链倾斜的镜板，其中该铰链包括选自由具有钛成分在大约30％和70％之间的钛-镍合金、钛成分在大约30％和70％之间的钛-铝合金、铜成分在大约5％和20％之间的铝-铜合金、以及氮成分在大约0和15％之间的铝钛氮化物组成的组中的一种材料。
2.根据权利要求1的微镜装置，其中该铰链包括该铝钛氮化物，并且该铝钛氮化物中的铝和钛具有大致相等的成分。
3.根据权利要求1的微镜装置，其中该铰链包括该铝钛氮化物，并且该铝钛氮化物中的氮成分在大约0和10％之间。
4.根据权利要求1的微镜装置，其中该铰链包括该钛镍合金，并且该钛镍合金中的钛成分在大约40％和60％之间。
5.根据权利要求1的微镜装置，其中该铰链包括该钛镍合金，并且该钛镍合金中的钛成分在大约45％和55％之间。
6.根据权利要求1的微镜装置，其中该铰链包括该钛铝合金，并且该钛铝合金中的钛成分在大约40％和60％之间。
7.根据权利要求1的微镜装置，其中该铰链包括该钛铝合金，并且该钛铝合金中的钛成分在大约45％和55％之间。
8.根据权利要求1的微镜装置，其中该铰链被配置为将该镜板从相对该衬底表面成大于或等于2度的第一方向弹性恢复到实质上平行于该衬底的第二方向。
9.根据权利要求8的微镜装置，其中该铰链被配置为将该镜板从相对该衬底表面成大于或等于4度的第一方向弹性恢复到实质上平行于该衬底的第二方向。
10.根据权利要求1的微镜装置，进一步包括一控制器，其被配置为产生一电信号以保持该镜板处于相对该衬底表面大于或等于2度的方向。
11.根据权利要求1的微镜装置，进一步包括一控制器，其被配置为产生一电信号以保持该镜板处于相对该衬底表面大于或等于4度的方向。
12.根据权利要求1的微镜装置，进一步包括一位于该衬底上机械制动器，其中该机械制动器被配置为接触该镜板以停止该镜板的倾斜移动。
13.根据权利要求12的微镜装置，其中该铰链包括铝铜合金，并且该铝铜合金中的铝成分在大约70％和95％之间。
14.一种微镜装置，包括：
位于衬底上的铰链支柱；
连接到该铰链支柱的铰链；以及
可绕该铰链倾斜的镜板，其中该铰链包括选自由具有钛成分在大约30％和70％之间的钛-镍合金、钛成分在大约30％和70％之间的钛-铝合金、铜成分在大约5％和20％之间的铝-铜合金、以及氮成分在大约0和15％之间的铝钛氮化物组成的组中的一种材料。
15.根据权利要求14的微镜装置，其中该镜板包括铰链层，该铰链层包括该铰链，其中该铰链层包括与该铰链实质上相同的材料。
16.根据权利要求14的微镜装置，其中该铰链至少部分延伸至该镜板的下表面中的空腔中。
17.根据权利要求14的微镜装置，其中该铰链包括该铝钛氮化物，其中铝和钛具有大致相等的成分，氮成分在大约0和10％之间。
18.根据权利要求14的微镜装置，其中该铰链包括该钛镍合金，该钛镍合金中的钛成分在大约40％和60％之间。
19.根据权利要求18的微镜装置，其中该钛镍合金中的钛成分在大约45％和55％之间。
20.根据权利要求14的微镜装置，其中该铰链包括该钛铝合金，并且该钛铝合金中的钛成分在大约40％和60％之间。
21.根据权利要求20的微镜装置，其中该钛铝合金中的钛成分在大约45％和55％之间。
22.根据权利要求14的微镜装置，其中该铰链被配置为将该镜板从相对该衬底表面成大于或等于2度的第一方向弹性恢复到实质上平行于该衬底的第二方向。
23.根据权利要求22的微镜装置，其中该铰链被配置为将该镜板从相对该衬底表面大于或等于3度的第一方向弹性恢复到实质上平行于该衬底的第二方向。
24.根据权利要求14的微镜装置，进一步包括一控制器，其被配置为产生一电信号以保持该镜板处于相对该衬底表面大于或等于2度的方向。
25.根据权利要求14的微镜装置，进一步包括一控制器，其被配置为产生一电信号以保持该镜板处于相对该衬底表面大于或等于3度的方向。
26.根据权利要求14的微镜装置，进一步包括一位于该衬底上的机械制动器，其中该机械制动器被配置为接触该镜板以停止该镜板的倾斜移动。
27.根据权利要求26的微镜装置，其中该铰链包括铝铜合金，并且该铝铜合金中的铝成分在大约70％和95％之间。
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