CN101308247A - 非接触微镜 - Google Patents
非接触微镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101308247A CN101308247A CNA200710169144XA CN200710169144A CN101308247A CN 101308247 A CN101308247 A CN 101308247A CN A200710169144X A CNA200710169144X A CN A200710169144XA CN 200710169144 A CN200710169144 A CN 200710169144A CN 101308247 A CN101308247 A CN 101308247A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- runner plate
- hinge
- micro
- mirror device
- obliquity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 33
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 31
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910004337 Ti-Ni Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910011209 Ti—Ni Inorganic materials 0.000 claims description 14
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910017150 AlTi Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910010380 TiNi Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- YJLIKUSWRSEPSM-WGQQHEPDSA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-amino-8-[(4-phenylphenyl)methylamino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound C=1C=C(C=2C=CC=CC=2)C=CC=1CNC1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]1O YJLIKUSWRSEPSM-WGQQHEPDSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
公开了一种微镜装置，该微镜装置包括基板支撑的铰链和围绕该铰链可倾斜的镜板。该铰链被配置成在该镜板倾斜离开非倾斜位置时在该镜板上产生弹性恢复力。微镜装置还包括控制器，该控制器可以产生静电力以克服弹性恢复力以将镜板从非倾斜位置倾斜到“打开”位置或“关闭”位置。静电力可以对抗弹性恢复力以将镜板保持在“打开”位置或“关闭”位置。
Description
技术领域
本公开涉及微镜(micro mirror)的制造。
背景技术
可以利用具有反射面的可倾斜镜板阵列来构造空间光调制器(SLM)。通过静电力可将每个镜板(mirror plate)倾斜到“打开”位置和“关闭”位置。该静电力可由该镜板和该镜板下面的一个或多个电极之间的电位差产生。在“打开”位置，该微镜板能够反射入射光以在显示图像中形成图像像素。在“关闭”位置，该微镜板引导入射光远离该显示图像。
发明内容
在一个一般方面，本发明涉及一种微镜装置，其包括由基板支撑的铰链；围绕该铰链可倾斜的镜板，其中该铰链被配置成在该镜板被倾斜时在该镜板上产生弹性恢复力；以及能够产生静电力来克服该弹性恢复力以将该镜板从非倾斜位置倾斜到“打开”位置或“关闭”位置的控制器。该静电力被配置成对抗该弹性恢复力以便将该镜板保持在该“打开”位置或“关闭”位置。
在另一个一般方面，本发明涉及一种微镜装置，其包括由基板支撑的铰链，围绕该铰链可倾斜的镜板，和控制器，用于能够产生电信号以便将该镜板保持在相对于该基板的表面两度或两度以上的倾斜方向上而不导致该镜板接触该基板上的除该铰链之外的任何结构。该铰链可被配置成将该镜板从该倾斜方向弹性地恢复成大致平行于该基板。
在另一个一般方面，本发明涉及一种微镜装置，其包括由基板支撑的铰链和围绕该铰链可倾斜的镜板。该铰链可包括从由以下材料构成的组中选择的材料：具有大约30％-70％之间的钛组分的钛镍合金、具有大约30％-70％之间的钛组分的钛铝合金、具有大约5％-20％之间的铜组分的铝铜合金和具有0-大约15％范围内的氮组分的氮化铝钛(aluminum titanium nitride)。
在另一个一般方面，本发明涉及一种控制镜板的倾斜移动的方法。该方法包括：在镜板上产生静电力，该镜板围绕由基板支撑的铰链可倾斜。该铰链在该镜板被倾斜时能够在该镜板上产生弹性恢复力。该方法还包括：克服该弹性恢复力以便使该镜板从非倾斜位置倾斜到“打开”位置或“关闭”位置，以及将该镜板保持在与该弹性恢复力平衡的该“打开”位置或“关闭”位置。
系统的实施方式可包括下述特征的一个或多个特征。方向可相对于该基板的表面为三度或三度以上，并且铰链可被配置成将镜板从倾斜方向弹性地恢复成大致平行于基板。方向可相对于该基板的表面为四度或四度以上，并且铰链可被配置成将镜板从倾斜方向弹性地恢复成大致平行于基板。该铰链可包括从由以下合金构成的组中选择的合金：具有大约30％-70％之间的钛组分的钛镍合金、具有大约30％-70％之间的钛组分的钛铝合金、具有大约5％-20％之间的铜组分的铝铜合金和具有大约0-15％范围内的氮组分的氮化铝钛。铰链可包括氮化铝钛。氮化铝钛中的铝和钛可以具有近似相等的组分。氮化铝钛中的氮组分可以在0到大约10％的范围内。铰链可包括钛镍合金。钛镍合金中的钛组分可以在大约40％到60％的范围内。钛镍合金中的钛组分可以在大约45％到55％的范围内。铰链可包括钛铝合金。钛铝合金中的钛组分可以在大约40％到60％的范围内。钛铝合金中的钛组分可以在大约45％到55％的范围内。铰链可包括氮化铝钛。氮化铝钛中的铝和钛可以具有近似相等的组分。氮化铝钛中的氮组分可以在0到大约10％的范围内。铰链可包括钛镍合金。钛镍合金中的钛组分可以在大约40％到60％的范围内。钛镍合金中的钛组分可以在大约45％到55％的范围内。铰链可包括钛铝合金。钛铝合金中的钛组分可以在大约40％到60％的范围内。钛铝合金中的钛组分可以在大约45％到55％的范围内。铰链可使镜板从第一方向弹性地恢复到第二方向，该第一方向相对于基板的表面为两度或两度以上、相对于基板的表面为三度或三度以上、或者相对于基板的表面为四度或四度以上，而该第二方向大致平行于基板。微镜装置可能还包括控制器，被配置成产生电信号以将镜板保持在相对于基板的表面为两度或两度以上、为三度或三度以上、或者为四度或四度以上的方向上。
各实施方式可以包括下述优点的一个或多个优点。本说明书公开了一种用于基板上的可倾斜镜板的简化结构和用于驱动该可倾斜镜板的方法。响应于控制器提供的电信号，可将该可倾斜镜板倾斜到并保持在预定角度。基板或镜板上不需要机械阻挡器来阻挡倾斜的镜板并限定该镜板的倾斜角。当与一些具有机械阻挡器的传统微镜装置相比，消除机械阻挡器可以简化微镜装置。镜板和基板上的结构(例如，机械阻挡器)之间没有机械接触也可以消除已知在传统镜装置中存在于镜板和机械阻挡器之间的粘贴(stiction)问题。这里描述的镜板装置可倾斜到比传统装置中的镜板的角度更窄的角度。较少的镜板倾斜可导致该镜板所围绕旋转的铰链上较少的张力。这种装置可能较少地遇到机械故障。因此，这种装置的有效寿命可以较长。此外，由于不需要铰链像在传统装置中那样旋转得那么多，所以更多不同的材料可被选择用于铰链形成。此外，因为镜板经受较小的角偏转，所以其可以以较高的频率操作。
虽然已经参考多个实施例具体展示和描述了本发明，但是本领域技术人员将明白在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上作出多种改变。
附图说明
结合在说明书中并构成说明书的一部分的下述附图图示了本发明的实施例，并且和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是微镜的透视图。
图2是图1的微镜的透视图。
图3是图1的微镜的侧视图。
图4A和4B图示了倾斜的镜板分别在“打开”方向和“关闭”方向上对入射光的反射。
图5图示了倾斜的镜板对激光器发射的入射光的反射。
图6图示了倾斜的镜板对发光二极管发射的入射光的反射。
图7图示了包括微镜的图像投影系统的配置。
图8图示了驱动电压脉冲和镜板中所得到的倾斜角的时间分布图。
图9是图示了对于接触和非接触微镜，作为驱动电压的函数的镜板的倾斜角的响应曲线的图。
图10是图示了以应力-伸长(stress-elongation)曲线形式描绘的非接触和接触微镜的操作区域的图。
图11是图示了对于具有不同材料组分的铰链部件，作为归一化驱动电压的函数的镜板倾斜角的响应曲线的图。
图12是图示了对于具有不同材料组分的铰链部件，作为驱动电压的函数的镜板倾斜角的响应曲线的图。
具体实施方式
参考图1-3，微镜100可包括基板300上的镜板110。镜板110可包括反射层111、间隔层113和铰链层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包括两个铰链部件120a和120b。铰链部件120a和120b分别通过伸长的铰链163a和163b与铰链层114的主要部分连接。伸长的铰链163a和163b通过伸长的铰链163a或163b两侧的间隙与铰链层114的主要部分分隔开。镜板110处于向镜板110施加外力的非倾斜位置。非倾斜位置可大致平行于基板的上表面。镜板110可围绕由两个铰链部件120a和120b限定的轴倾斜。一个铰链部件120a(或120b)连接到基板300上的铰链支撑柱121a(或121b)。铰链支撑柱121a可由单个物体形成，或包括两个或三个部分。例如，铰链支撑柱121a可包括可以在单独的沉积步骤中形成的上面部分123a、中间部分123b和下面部分123c。
微镜100还可以包括具有在铰链支撑柱121a、121b一侧上的下面部分130a和上面部分131a的两部分电极，以及具有在铰链支撑柱121a、121b另一侧上的下面部分130b和上面部分131b的另一两部分电极。电极下面部分130a、130b可由一个导电层形成。电极上面部分131a、131b可由电极下面部分130a、130b上面的另一导电层形成。铰链支撑柱121a、121b连接到控制线311，两部分电极130a、131a连接到控制线312，并且两部分电极130b、131b连接到控制线313。控制线311、312、313的电位可由控制器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之间的电位差可产生静电扭矩，该静电扭矩可使镜板110倾斜。在2004年10月26日申请的“HighContrast Spatial Light Modulator and Method”的US公布No.2005-0128564和2006年9月6日申请的“Spatial Light Modulator Multi-layer Mirror Plate”的US申请No.11/470,568中进一步描述了合适的微镜装置，为了所有目的通过引用将上述申请结合于此。
参考图3和4A，控制器350可产生静电力来克服扭曲的伸长铰链163a或163b产生的弹性恢复力以将镜板从非倾斜位置倾斜到“打开”位置或“关闭”位置。静电力可对抗弹性恢复力以将镜板保持在“打开”位置或“关闭”位置。非倾斜位置可以不同于“打开”位置和“关闭”位置。在一些实施例中，非倾斜位置也可以与“打开”位置或“关闭”位置相同。镜板110可沿一个方向从非倾斜位置倾斜到相对于基板300的倾斜角θon。镜板110可以反射入射光330以形成沿“打开”方向行进的反射光340以便反射光340可以到达显示区域以形成显示图像。“打开”方向通常垂直于基板300。由于入射角(即，入射光330和镜法线方向的夹角)和反射角(即，反射光340和镜法线方向的夹角)相等，所以入射光330和反射光340形成角度2θon，该角度2θon是镜板110的倾斜角θon的两倍。
参考图4B，镜板110可沿相反的方向对称地倾斜到相对于基板300成倾斜角θon的方位。镜板110可以反射入射光330以形成沿“关闭”方向行进的反射光345。反射光345可被孔(图5-7中的530)阻挡并被光吸收器吸收。因为入射光330的入射角是3θon，所以反射角也应该是3θon。因此，在“打开”和“关闭”方向上的反射光340之间的角是4θon，该角度4θon是镜板110的倾斜角θon的四倍。
入射光330可由不同的光源提供，例如，图5和6中分别示出的激光器500或发光二极管(LED)510。激光器500发射的入射光是相干的并且可在被镜板110反射之后保持平行。孔530、激光器500、和镜板110可如此布置以便当镜板110沿“打开”方向倾斜时几乎所有由镜板110反射的反射光340都穿过孔530中的开口535。LED 510发射的入射光330通常是非相干的并且易于随着距离而发散。孔530、LED 510、和镜板110可如此布置以便由在“打开”位置上的镜板110反射的光的大部分穿过孔530中的开口535。例如，反射光340可以通过开口535，同时孔530阻挡从反射光340发散开的反射光340a和340b。
图7示出了基于微镜100的阵列的示范性图像投影系统700。红、绿和蓝激光器500a、500b和500c可以分别发射红色、绿色和蓝色的有色激光束330a、330b和330c。红色、绿色和蓝色的有色光330a、330b和330c可穿过扩散器710a、710b和710c以形成有色光331a、331b和331c。扩散器710a、710b和710c可以重新调整激光束330a、330b和330c的大小(例如，扩展)并可以将激光束330a、330b和330c整形成和微镜100的阵列相适合的截面形状(cross-sectionalshape)。例如，有色光331a、331b和331c可以被整形成矩形，其可更与微镜100的阵列的形状相适合。然后，有色光331a、331b和331c被分束器720a、720b和720c(它们起到合束器的作用)反射，并被合并成彩色入射光330。彩色入射光330可被全内反射(Total Internal Reflection，TIR)棱镜740反射以照射支撑部件730上的微镜100。由位于“打开”位置上的镜板110偏转的反射光340可以穿过TIR棱镜740和孔530的开口535，并被投影系统750投射以形成显示图像。
孔530、TIR棱镜740和微镜100的相对位置如此布置以便几乎所有“打开”方向上的反射光340可以通过开口535并且所有“关闭”方向上的反射光345被孔530阻挡。孔530阻挡的反射光340的任何部分都是显示亮度的损耗。穿过开口535的任何扩散的反射光535将降低显示图像的对比度。反射光340和反射光345之间的角度扩展越大，越容易分开反射光340和反射光345以实现显示图像的最大亮度和对比度。换句话说，显示系统700中的倾斜角θon(或θoff)越大，越容易分开反射光340和反射光345，以便基本上所有反射光345都被阻挡并且基本上所有反射光340可以到达显示表面以形成显示图像。
在一些传统的微镜装置中，镜板的倾斜移动由机械阻挡器停止。可倾斜的镜板的“打开”和“关闭”位置由镜板与机械阻挡器接触时镜板的方位限定。与此相反，微镜100不包括可以限制镜板110的倾斜移动的机械阻挡器。相反，镜板110的“打开”和“关闭”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。为此，公开的镜板110可称为“非接触”微镜。传统的利用机械阻挡器或包括当处在倾斜位置时与基板接触的镜板的镜系统可称为“接触”微镜。
图8中示出了正驱动电压脉冲801和负驱动电压脉冲802。零倾斜角对应于水平方向，在该水平方向，镜板110平行于基板300的表面。正驱动电压脉冲801包括驱动电压Von并被用来控制镜板110到“打开”位置，如图3、4A、5和6中所示。正电压脉冲801可产生静电力，该静电力沿“打开”方向将镜板110倾斜到相对于基板300的上表面的倾斜角θon，该“打开”方向在附图中是逆时针方向。镜板110在非倾斜状态不经受任何弹性恢复力。由于镜板110倾斜，所以镜板110经受由伸长的铰链163a或163b的扭转变形而产生的弹性恢复力，该弹性恢复力沿顺时针方向将力施加到镜板110上。虽然静电力随着倾斜角的增加稍微增加，但是弹性恢复力作为倾斜角的函数比静电力更迅速地增加。当弹性恢复力变得与静电力相等时，镜板110最终在倾斜角θon处停止。换句话说，通过沿两个方向将力施加到镜板110上的静电力和弹性恢复力之间的平衡，将镜板110固定在倾斜角θon。镜板110最初可能在区域811内在平均倾斜角θon周围振荡并随后稳定停留在倾斜角θon。
相似地，负驱动电压脉冲802被用来控制镜板110到“关闭”位置，如图4B所示。电压脉冲802包括驱动电压Voff。电压脉冲802可产生静电力以使镜板110沿“关闭”方向倾斜到相对于基板300的上表面的倾斜角θoff，该“关闭”方向在附图中是顺时针方向。镜板在非倾斜位置不经受任何弹性恢复力。由于倾斜角增加，伸长的铰链163a或163b的扭转变形产生弹性恢复力，该弹性恢复力沿逆时针方向施加力。弹性恢复力作为倾斜角的函数比静电力更迅速地增加。当弹性恢复力变得与静电力相等时，镜板110最终在倾斜角θoff处停止。通过负电压脉冲802产生的静电力和变形的伸长铰链163a和163b产生的弹性恢复力之间的平衡，将镜板110保持在倾斜角θoff。镜板110最初可能在区域821内在平均倾斜角θoff周围振荡并随后稳定停留在倾斜角θoff。在图4A和4B所示的配置中，倾斜角θon和θoff具有相等的数量级。在负驱动电压脉冲802被移去之后，镜板110可被伸长铰链163a和163b弹性地拉回到零倾斜角(即，水平方向)。
图9示出了作为驱动电压的函数的镜板的倾斜角的响应曲线。镜板的倾斜角首先作为驱动电压的函数沿着曲线905逐渐地增加。然后，随着驱动电压的增加，倾斜角沿着曲线910迅速地增加，直到镜板在突变电压(snappingvoltage)Vsnap处“突变(snap)”，在该突变电压Vsnap处弹性恢复力停止随着倾斜角的增加而增加。静电力继续随着倾斜角的增加而增加。较强的静电力和恒定的弹性恢复力之间的不平衡(参见图10)急剧地增加倾斜角到θmax，在该倾斜角θmax处，镜板的倾斜移动被基板上的机械阻挡器停止。在本说明书中，术语“突变”指的是镜板的不平衡镜板的非稳定状态，其中镜板快速倾斜直到被固定物体停止。
镜板的“突变”是微镜中的铰链的机械特性的结果。参考图10，镜板上的应力例如可由镜板和基板上的电极之间的静电力产生。铰链的变形在低的应力范围内沿着曲线1000随着应力而增加。曲线1000表示铰链响应于应力的弹性。在一示范性微镜中，铰链在变形D1处突变。换句话说，在对应于D1的倾斜角以上，弹性恢复力停止随着倾斜角的增加而增加。曲线1010表示铰链材料的塑性(plastic)区域。如以上结合图7描述的，对于显示图像的最佳亮度和对比度，非接触微镜优选地具有大的倾斜角，例如大约2°、大约3°、大约4°、大约5°或更高。大的“打开”或“关闭”倾斜角需要宽的角度范围，在该角度范围中镜板可被倾斜，然后可被铰链弹性恢复回到非倾斜位置。图10示出了另一个示范性微镜，其在D2＞D1的变形时从弹性响应曲线1000过渡到塑性响应曲线1020。该微镜具有更宽的弹性铰链变形范围并因此更适于非接触镜应用。D2和D1之间的差别可由镜板110的材料组分的不同产生(如图12所示)。相反，接触微镜可能具有窄的弹性铰链变形范围，因此，相对小的驱动电压可以使镜板突变以导致板与机械阻挡器接触。对应于塑性曲线1010的微镜因此更适于接触微镜。适于微镜100中的“非接触”微镜的铰链材料的一个例子是具有大约0-15％，或0-10％范围内的氮组分、和/或铝和钛组分近似相等的氮化铝钛。由氮化铝钛化合物制成的铰链材料的一个例子是Al48％Ti48％N4％。
返回参考图9，在微镜在倾斜角θmax突变之后，随着驱动电压的降低，在由直线915表示的驱动电压范围内，镜板最初保持与机械阻挡器接触。在铰链返回弹性区域之后，恢复其弹性，并且能够克服在机械阻挡器处的粘贴，镜板最终沿着响应曲线905返回倾斜，其中驱动电压与线920相交。曲线905和910和直线915和920表示的滞后是接触微镜的共性。非接触微镜的操作窗口在镜板的弹性区域内沿着曲线905。镜板可由驱动电压Von倾斜并固定到倾斜角θon或θoff。在静电力移去之后，镜板可被铰链163a和163b沿着相同的响应曲线905弹性地恢复返回到原始位置。没有与本说明书中公开的非接触微镜100相关的实质滞后。
图11说明作为具有不同材料组分的铰链的驱动电压的函数的镜板倾斜角的响应曲线。归一化的驱动电压简单地为驱动电压除以镜突变电压。具有不同材料组分的铰链的镜板倾斜角可作为归一化的驱动电压的函数沿着不同曲线1105增加。由TiNi合金、AlTiN化合物和AlTi合金制成的铰链的倾斜角比AlCu制成的铰链的倾斜角大。上述铰链材料可包括下述示例性组分：对于TiNi合金的Ti50％Ni50％，对于AlTiN化合物的Al48％Ti48％N4％、对于AlTi合金的Al50％Ti50％和对于AlCu合金的Al90％Cu10％。
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地恢复到它们各自的非倾斜位置。非接触微镜工作的曲线1105可用的倾斜角的范围对于所描述的三种材料组分是不同的。在图11描述的特殊例子中，Ti90％Ni10％制成的铰链允许非接触镜板在比其他两个铰链材料组分更宽的角度范围内倾斜并弹性地恢复。
与微镜相适应的铰链材料可包括诸如钛、金、银、镍、铁、钴、铜、铝、氮和氧的材料范围。铰链可由TiNi制成，其中钛组分可在大约30％和70％之间，或大约40％和60％之间，或者大约45％和55％之间。铰链可由AlTi制成，其中钛组分可在大约30％和70％之间，或大约40％和60％之间，或者大约45％和55％之间。用于“非接触”微镜的合适铰链材料同样可包括具有0-10％或0-15％范围内的氮组分和近似相等的铝和钛组分的氮化铝钛。由氮化铝钛组成的铰链可基本上没有其它元素(在本文中，基本上没有意味着其它元素可以以与制造过程一致的痕量存在)，并且特别地是基本上没有氧。
参考图12，具有由三种不同材料：材料1、材料2和材料3制成的铰链的镜板倾斜角最初可沿着相同的曲线1205逐渐地上升。铰链材料1、材料2和材料3的突变电压Vsnap1、Vsnap2和Vsnap3可能是不同的：Vsnap1＜Vsnap2＜Vsnap3。对应于铰链三种材料的非接触倾斜角θon1、θon2和θon3的操作窗也是不同的：θon1＜θon2＜θon3。在图12描述的例子中，材料3是更优选的用于非接触镜的铰链材料，这是因为其能够提供用于镜板倾斜和恢复到非倾斜位置的最大角度范围。例如，材料3制成的铰链能够从相对于非倾斜位置是2度或2度以上、3度、4度的第一方向弹性地恢复镜板。
上述微镜提供一种用于基板上的可倾斜镜板的简化结构和驱动该可倾斜镜板的方法。该可倾斜镜板响应于控制器提供的电信号，可以以预定角度倾斜和保持。基板或镜板上不需要机械阻挡器来阻挡倾斜的镜板并限定该镜板的倾斜角。机械阻挡器的消除不仅简化了微镜装置，而且移去了已知存在于现有镜装置中的镜板和机械阻挡器之间的粘贴。这里描述的镜板装置可以比现有装置中的镜板倾斜到更窄角度。较少的镜板倾斜能够导致镜板所围绕旋转的铰链上较少的张力。这种装置可以较不可能地经历机械故障。因此，装置的有效寿命可以较长。此外，由于铰链不需要像在现有装置中旋转的那么多，所以更多不同的材料可被选择用于铰链形成。此外，因为镜板经历较小的角度偏转，所以其可以以较高的频率操作。
可以理解的是所公开的方法与其他微镜配置相适应。与上述那些材料不同的材料可被用来形成镜板、铰链连接柱、铰链支撑柱、电极和机械阻挡器的不同层。电极可包括如图中所示的几级，或单层导电材料。镜板可具有不同形状，例如，矩形、六边形、菱形或八边形。驱动电压脉冲可包括不同波形和极性。在不偏离本发明的精神的情况下，显示系统可包括用于光路的不同构造和设计。在数值范围如本文所示的任何情况下，数值端点指的是指示的数值或大约是该指示的数值。也就是说，当化合物具有X和Y％之间的组分时，其可能具有X和Y％之间的、或者大约X到大约Y％范围内的组分。
Claims (27)
1、一种微镜装置，包括：
基板支撑的铰链；
围绕所述铰链可倾斜的镜板，其中所述铰链被配置成当所述镜板倾斜离开非倾斜位置时，在所述镜板上产生弹性恢复力；以及
控制器，所述控制器被配置成产生静电力以克服弹性恢复力以将镜板从所述非倾斜位置倾斜到“打开”位置或“关闭”位置，其中所述静电力被配置成对抗所述弹性恢复力以将所述镜板保持在所述“打开”位置或“关闭”位置。
2、根据权利要求1的微镜装置，其中所述铰链被配置成在所述静电力被降低或移去之后将所述镜板弹性地恢复到所述非倾斜位置。
3、根据权利要求1的微镜装置，还包括所述基板上的电极，其中所述控制器被配置成施加电压到所述电极以产生所述静电力。
4、根据权利要求1的微镜装置，其中所述镜板在处于所述非倾斜位置时大致平行于所述基板的上表面。
5、根据权利要求1的微镜装置，其中相对于所述非倾斜位置，在所述“打开”位置或“关闭”位置的倾斜角是3度或3度以上。
6、根据权利要求5的微镜装置，其中相对于所述非倾斜位置，在所述“打开”位置或“关闭”位置的倾斜角是4度或4度以上。
7、根据权利要求1的微镜装置，其中所述铰链包括选自由以下材料构成的组中的材料：具有大约30％和70％之间的钛组分的钛镍合金、具有大约30％和70％之间的钛组分的钛铝合金、具有大约5％和20％之间的铜组分的铝铜合金和具有在大约0和15％范围内的氮组分的氮化铝钛。
8、根据权利要求1的微镜装置，其中所述非倾斜位置不同于所述“打开”位置和“关闭”位置。
9、根据权利要求1的微镜装置，其中所述非倾斜位置与所述“打开”位置或“关闭”位置中的一个相同。
10、一种微镜装置，包括：
基板支撑的铰链；
围绕所述铰链可倾斜的镜板；以及
控制器，所述控制器被配置成产生电信号以便将所述镜板保持在相对于所述基板的表面两度或两度以上的倾斜方向上而不导致所述镜板接触所述基板上除所述铰链之外的任何结构，其中所述铰链被配置成将所述镜板从所述倾斜方向弹性地恢复到大致平行于所述基板。
11、根据权利要求10的微镜装置，其中所述方向是相对于所述基板的表面3度或3度以上，并且所述铰链被配置成将所述镜板从所述倾斜方向弹性地恢复到大致平行于所述基板。
12、根据权利要求11的微镜装置，其中所述方向是相对于所述基板的表面4度或4度以上，并且所述铰链被配置成将所述镜板从所述倾斜方向弹性地恢复到大致平行于所述基板。
13、根据权利要求10的微镜装置，其中所述铰链包括选自由以下材料构成的组中的材料：具有大约30％和70％之间的钛组分的钛镍合金、具有大约30％和70％之间的钛组分的钛铝合金、具有大约5％和20％之间的铜组分的铝铜合金和具有大约0和15％之间的氮组分的氮化铝钛。
14、根据权利要求13的微镜装置，其中所述铰链包括氮化铝钛，并且所述氮化铝钛中的铝和钛具有近似相等的组分。
15、根据权利要求13的微镜装置，其中所述铰链包括氮化铝钛，并且所述氮化铝钛中的氮组分是在大约0和10％之间。
16、根据权利要求13的微镜装置，其中所述铰链包括钛镍合金，并且所述钛镍合金中的钛组分在大约40％和60％之间。
17、根据权利要求13的微镜装置，其中所述铰链包括钛镍合金，并且所述钛镍合金中的钛组分在大约45％和55％之间。
18、根据权利要求13的微镜装置，其中所述铰链包括钛铝合金，并且所述钛铝合金中的钛组分在大约40％和60％之间。
19、根据权利要求22的微镜装置，其中所述铰链包括钛铝合金，并且所述钛铝合金中的钛组分在大约45％和55％之间。
20、一种控制镜板的倾斜移动的方法，包括：
在围绕基板支撑的铰链可倾斜的镜板上产生静电力，其中在所述镜板倾斜离开非倾斜位置时，所述铰链被配置成在所述镜板上产生弹性恢复力；
克服所述弹性恢复力以将所述镜板从所述非倾斜位置倾斜到“打开”位置或“关闭”位置；以及
利用与所述弹性恢复力平衡的所述静电力将所述镜板保持在所述“打开”位置或“关闭”位置。
21、根据权利要求20的方法，其中相对于所述非倾斜位置，在所述“打开”位置或“关闭”位置的倾斜角是2度或2度以上。
22、根据权利要求21的方法，其中相对于所述非倾斜位置，在所述“打开”位置或“关闭”位置的倾斜角是3度或3度以上。
23、根据权利要求22的方法，其中相对于所述基板的表面，在所述“打开”位置或“关闭”位置的倾斜角是4度或4度以上。
24、根据权利要求20的方法，还包括：
降低或移去所述静电力；以及
在降低或移去所述静电力之后，将所述镜板弹性地恢复到所述非倾斜位置。
25、根据权利要求20的方法，其中所述非倾斜位置大致平行于所述基板的上表面。
26、根据权利要求20的方法，其中所述非倾斜位置不同于所述“打开”位置和“关闭”位置。
27、根据权利要求20的方法，其中所述非倾斜位置是所述“打开”位置和“关闭”位置中的一个。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/553,886 US7586669B2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Non-contact micro mirrors |
| US11/553,886 | 2006-10-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101308247A true CN101308247A (zh) | 2008-11-19 |
Family
ID=38951355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA200710169144XA Pending CN101308247A (zh) | 2006-10-27 | 2007-10-26 | 非接触微镜 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7586669B2 (zh) |
| EP (1) | EP1916558A1 (zh) |
| JP (1) | JP2008112168A (zh) |
| CN (1) | CN101308247A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111352232A (zh) * | 2015-04-01 | 2020-06-30 | 精工爱普生株式会社 | 电光装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5521359B2 (ja) | 2008-03-13 | 2014-06-11 | セイコーエプソン株式会社 | 光偏向器及びその製造方法 |
| US9138994B2 (en) * | 2009-03-03 | 2015-09-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | MEMS devices and methods of fabrication thereof |
| CN113281898B (zh) * | 2021-05-25 | 2022-08-05 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Mems微镜单元及mems微镜阵列 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4626941A (en) * | 1983-05-26 | 1986-12-02 | Fujitsu Limited | Method and apparatus for suppressing the evaporation of lubricant film coated on magnetic disks of a disk storage |
| US5061049A (en) * | 1984-08-31 | 1991-10-29 | Texas Instruments Incorporated | Spatial light modulator and method |
| US5122339A (en) | 1987-08-10 | 1992-06-16 | Martin Marietta Corporation | Aluminum-lithium welding alloys |
| US4879092A (en) | 1988-06-03 | 1989-11-07 | General Electric Company | Titanium aluminum alloys modified by chromium and niobium and method of preparation |
| US5504614A (en) | 1995-01-31 | 1996-04-02 | Texas Instruments Incorporated | Method for fabricating a DMD spatial light modulator with a hardened hinge |
| US5661591A (en) * | 1995-09-29 | 1997-08-26 | Texas Instruments Incorporated | Optical switch having an analog beam for steering light |
| US5942054A (en) * | 1995-12-22 | 1999-08-24 | Texas Instruments Incorporated | Micromechanical device with reduced load relaxation |
| US6072617A (en) | 1996-11-26 | 2000-06-06 | Texas Instruments Incorporated | Micro mechanical device with memory metal component |
| EP0848264A1 (en) | 1996-12-12 | 1998-06-17 | European Community | Seismic wave simulation apparatus |
| US5933365A (en) | 1997-06-19 | 1999-08-03 | Energy Conversion Devices, Inc. | Memory element with energy control mechanism |
| US6337760B1 (en) * | 2000-07-17 | 2002-01-08 | Reflectivity, Inc. | Encapsulated multi-directional light beam steering device |
| US7018052B2 (en) * | 2000-08-30 | 2006-03-28 | Reflectivity, Inc | Projection TV with improved micromirror array |
| US6657759B2 (en) * | 2001-07-03 | 2003-12-02 | Pts Corporation | Bistable micromirror with contactless stops |
| US6992810B2 (en) * | 2002-06-19 | 2006-01-31 | Miradia Inc. | High fill ratio reflective spatial light modulator with hidden hinge |
| US6666561B1 (en) | 2002-10-28 | 2003-12-23 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Continuously variable analog micro-mirror device |
| US6775046B2 (en) | 2002-11-06 | 2004-08-10 | Northrop Grumman Corporation | Thin film shape memory alloy reflector |
| US6914711B2 (en) * | 2003-03-22 | 2005-07-05 | Active Optical Networks, Inc. | Spatial light modulator with hidden comb actuator |
| JP2007510174A (ja) * | 2003-10-27 | 2007-04-19 | スペイシャル フォトニックス， インコーポレイテッド | 高コントラストの空間光変調器および方法 |
| JP5094121B2 (ja) | 2003-10-31 | 2012-12-12 | エプコス アーゲー | 電子デバイス及びその製造方法 |
| US7042619B1 (en) * | 2004-06-18 | 2006-05-09 | Miradia Inc. | Mirror structure with single crystal silicon cross-member |
| US7199917B2 (en) * | 2005-04-18 | 2007-04-03 | Texas Instruments Incorporated | Micro-mirror element with double binge |
| US7476949B2 (en) * | 2005-07-15 | 2009-01-13 | Texas Instruments Incorporated | Low compressive TiNx materials and methods of making the same |
| US7423798B2 (en) * | 2005-08-16 | 2008-09-09 | Spatial Photonics, Inc. | Addressing circuit and method for bi-directional micro-mirror array |
-
2006
- 2006-10-27 US US11/553,886 patent/US7586669B2/en active Active
-
2007
- 2007-10-26 JP JP2007279029A patent/JP2008112168A/ja not_active Withdrawn
- 2007-10-26 CN CNA200710169144XA patent/CN101308247A/zh active Pending
- 2007-10-26 EP EP07119356A patent/EP1916558A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111352232A (zh) * | 2015-04-01 | 2020-06-30 | 精工爱普生株式会社 | 电光装置 |
| CN111352232B (zh) * | 2015-04-01 | 2022-08-26 | 精工爱普生株式会社 | 电光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008112168A (ja) | 2008-05-15 |
| EP1916558A1 (en) | 2008-04-30 |
| US7586669B2 (en) | 2009-09-08 |
| US20080100897A1 (en) | 2008-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6147790A (en) | Spring-ring micromechanical device | |
| US7538932B2 (en) | High contrast spatial light modulator | |
| US6469821B2 (en) | Micromirror structures for orthogonal illumination | |
| JP5444255B2 (ja) | 透過モードにおける干渉変調器 | |
| US7009745B2 (en) | Coating for optical MEMS devices | |
| US6980349B1 (en) | Micromirrors with novel mirror plates | |
| US7515327B2 (en) | Method and device for corner interferometric modulation | |
| US20050088404A1 (en) | Display devices | |
| US20020093721A1 (en) | Electrostatic efficiency of micromechanical devices | |
| US8059323B2 (en) | Stabilizer for MEMS devices having deformable elements | |
| JP2006518884A (ja) | 隠されたマルチピース型ヒンジ構造を備えるマイクロミラーシステム | |
| US7483200B1 (en) | Multiple stop micro-mirror array display | |
| CN101308247A (zh) | 非接触微镜 | |
| CN101324704A (zh) | 非接触式微镜 | |
| US7365898B2 (en) | Sloping electrodes in a spatial light modulator | |
| CN101299093A (zh) | 具有铰链的微镜 | |
| US7466476B2 (en) | Sloped cantilever beam electrode for a MEMS device | |
| US20090251760A1 (en) | Micro mirrors having improved hinges | |
| US7884988B2 (en) | Supplemental reset pulse | |
| JP2000028937A (ja) | マイクロメカニカルデバイスおよびその製造方法 | |
| US20230055809A1 (en) | Digital micromirror device with reduced stiction | |
| JP2006502449A (ja) | マイクロミラー・システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081119 |