CN1221889A - 可变形镜设备 - Google Patents

Abstract

一种可变形镜设备包括:衬底,一对从衬底的上表面伸出、相互间以预定距离隔开的支柱,安装于衬底上表面的电极,面向电极、由支柱所支撑的反射镜,支撑反射镜且具有预定刚性的第一和第二支撑件。支撑件位于反射镜与支柱之间,使反射镜的倾斜角度可以被电极与反射镜之间的静电吸引力所调整,电极与反射镜错开,使得分别在第一和第二支撑件与反射镜之间区域向电极施加的力不相等,从而可用以低的驱动电压容易地改变光束的行进路线。

Description

可变形镜设备

本发明涉及一种用于改变入射光束的行进路线的可变形镜设备(deformable mirror device)(DMD)，特别涉及这样一种可变形镜设备：具有经改进的结构，使得可以用低驱动电压容易地改变光束的路线。

通常，DMD具有许多可被静电力驱动而绕转轴转动的反射镜，用于将光束的行进路线改变一个预定的角度。DMD用在投影电视的图像显示设备中以及类似于扫描仪、复印机、传真机的光学扫描设备中。特别是当作为图像显示设备而被采用的时候，同象素数目一样多的反射镜排列在一个二维平板上，而且每个反射镜都按照每个象素的视频信号绕轴转动以调整颜色和亮度。

参照图1，传统的DMD包括：衬底1，一对从衬底1的表面伸出并以预定距离间隔的支柱3，安装在衬底1上的电极5，以及被支柱3所支撑并面向电极5的反射镜7。反射镜7有一对从其上面伸出的支撑件9，同支柱3相连以支撑反射镜7。

如图所示，支撑件9被做成不对称的，其中一个支撑件9a比另一个支撑件9b短，即L₁≠L₂，而且它们具有足够的弹性以支撑反射镜7。这里，支撑件9也可以具有对称结构。

电极5具有同反射镜7相一致的尺寸，并被安装在衬底1上以面对反射镜7。因此，当向电极5施加电压时，由于电极5与反射镜7之间的电势差而产生静电吸引力，从而使得反射镜7克服支撑件9的刚性向电极5靠近，因此改变了它的倾斜角度。当电极5与反射镜7之间的电势差消失时，反射镜7由于支撑件9的刚性而恢复到其初始状态并维持在水平状态。

如图2所示，在具有上面不对称结构的DMD中，当在电极5与反射镜7之间产生了一个电势差时，支撑件9a、9b同反射镜7之间的边界区域分别受到指向电极5的力F₁和F₂。因此，反射镜7下垂一段预定的距离(d₁和d₂)。这里，由于两个支撑件9a和9b的刚性k₁和k₂的差异，力F₁和F₂彼此之间不相等，而且表示反射镜7向下位移距离的d₁和d₂彼此之间也不相等，从而就确定了反射镜7的倾斜角度。

力F₁和F₂反比于静电吸引力作用点处的合力Fes与支柱3的支撑点间的距离L₁和L₂。

在图中，因为L₁＜L₂,k₁＞k₂,F₁＞F₂，向具有较大刚性k₁的区域施加了较大的力F₁，而向具有较小刚性k₂的区域施加了较小的力F₂。因此，倾斜角度变小了。同时，向电极5施加的电压的增加以及作用于支撑件9的应力会导致可靠性降低的后果。

还有，如图3所示，当两个支撑件9被安排成对称的(L₁=L₂)时，因为力F₁和F₂以及支撑件9的刚性k₁和k₂都相等，反射镜7向电极5下垂的同时保持水平状态。因此，光束的行进路线未发生变化。

为了解决上面的问题，本发明的目的是提供一种可变形镜设备，它通过调整电极相对于反射镜的位置，可以在相对较低的静电电压下，将光束的行进路线改变一个较大的角度。

因此，为了实现上面的目的，提供了一种可变形镜设备，包括：衬底、一对从衬底的上表面伸出并且相互间以预定距离隔开的支柱、安装于衬底上表面的电极、面对电极并被支柱所支撑的反射镜、具有预定刚性用于支撑反射镜的第一和第二支撑件，支撑件连接于反射镜与支柱之间，因此反射镜的倾斜角度可以被电极与反射镜之间的静电吸引力所调节，其中，电极被安排与反射镜错开(offset)，使得分别在第一和第二支撑件与反射镜之间区域施加于电极上的力彼此不相等。

通过参照附图对本发明的一个最佳实施例的详细描述，本发明的上述目的与优点将变得更加清晰。其中：

图1是一个传统DMD的透视图；

图2是一个具有不对称结构的传统DMD的前视图；

图3是一个具有对称结构的传统DMD的前视图；

图4是按照本发明的一个DMD的透视图；

图5是按照本发明的一个具有不对称结构的DMD的前视图；以及

图6是按照本发明的一个具有对称结构的DMD的前视图。

参照图4，按照本发明的一个最佳实施例的可变形镜设备包括：衬底11，一对从衬底11的上表面伸出并相互间以预定距离隔开的支柱13，安装于衬底11上的电极15，面向电极1 5被支柱13所支撑的反射镜17，具有预定刚性、用于支撑反射镜17的支撑件19。

支撑件19包括第一支撑件19a和第二支撑件19b，它们分别从反射镜17的相对两端连接到支柱13上，以支撑反射镜17。

这里，如图4和图5所示，第一和第二支撑件19a和19b的长度不同(L₁＇＞L₂＇)，这样就形成了一种不对称结构，因此，第一支撑件19a的刚性k₁＇大于第二支撑件19b的刚性k₂＇。另外一种选择是，如图6所示，第一和第二支撑件19a和19b可以形成一种对称结构，因此相应的第一和第二支撑件19a和19b的刚性相等。

电极15的尺寸同反射镜17的尺寸相一致，而且电极15与反射镜17错开一段预定距离G。因此，作用于电极15上的力按照第一支撑件19a与反射镜17之间的区域，以及第二支撑件19b与反射镜17之间的区域而变化。这里，当向电极15施加一个电压时，由于电极15与反射镜17之间的电势差而产生了静电吸引力。因此，反射镜17变形，克服支撑件19的刚性向电极15接近，从而改变了它的倾斜角度。如果去掉电极15与反射镜17之间的电势差，支撑件19的刚性使得反射镜17回复到它的初始位置，因此而保持平衡状态。

按照本发明的一个最佳实施例的操作将参照图5和图6加以描述。

如图5所示，第二支撑件19b比第一支撑件19a长，因此第一支撑件19a的刚性k₁＇大于第二支撑件19b的刚性k₂＇。电极15向第二支撑件19b的方向与反射镜17错开。

当在电极15与反射镜17之间产生了一个电势差时，第一与第二支撑件19a与19b同反射镜17之间的连接区域分别受到指向电极15的力F₁＇和F₂＇。因此，反射镜17的两边都分别向下弯曲一段预定距离d₁＇和d₂＇。这里，由于两个支撑件19a和19b的刚性k₁＇和k₂＇之间的差异，力F₁＇和F₂＇也是不同的。因此，反射镜17向下位移的距离d₁＇和d₂＇是不同的，从而确定了反射镜17的倾斜角度。在这种情况下，静电力的合力Fes＇向电极15的偏移方向移动，因此L₁＇＞L₂＇,F₁＇＜F₂＇。因此，向刚性较小的区域k₂＇施加了较大的力F₂＇，从而刚性较大的区域k₁＇受到较小的力F₁＇，因而使得倾斜角度更大了。

另外，不同于传统结构，由于向刚性较大的区域K₁＇施加了较小的力F₁＇，因此，象在传统结构中的反射镜17的倾斜角度，可以在比传统的刚性k₁更小的区域k₁＇获得。因此，反射镜17的倾斜角度可以用低的静电电压加以调节。

图6表示一个具有对称支撑件的DMD。如图所示，电极15向第二支撑件19b，即图的右侧偏置，而静电力的合力Fes＇也同样移动，使得L₁＇＞L₂＇，F₁＇＜F₂＇。因此，虽然第一和第二支撑件19a和19b的刚性相等，但F₁＇＜F₂＇，d₁＇＜d₂＇，因此反射镜17被倾斜了。因此，在支撑件的对称结构中，可以通过改变电极15的位置调整反射镜17的角度。同样，同如图5所示的具有不对称结构的DMD相比，因为反射镜17的相同的倾斜角可以在第二支撑件19b的刚性较小的区域k₂＇获得，所以有可能用更低的静电电压驱动。

在图4到图6中，虽然电极15同反射镜17具有相同的尺寸并相对移动了一段预定的距离G，但是这些仅仅是为了说明的需要。因此，有可能将电极15的形状与尺寸做成与反射镜17的不同，从而合力Fes＇的位置将从反射镜的中心错开。

如上所述，在按照本发明的DMD中，由于电极向反射镜的一端偏离，可以降低驱动反射镜所需的静电电压，从而提高了可靠性与效率。

而且，当用于支撑反射镜的第一和第二支撑件具有对称结构时，反射镜的倾斜角度也可以被调整。

Claims (3)

1．一种可变形镜设备，包括：衬底，一对从所述衬底的上表面伸出并且相互间以预定距离隔开的支柱，安装于所述衬底的上表面的电极，面向所述电极、由所述支柱所支撑的反射镜，用于支撑所述反射镜、具有预定刚性的第一和第二支撑件，所述支撑件被连接于所述反射镜与所述支柱之间，使得所述反射镜的倾斜角度可以被在所述电极与所述反射镜之间的静电吸引力所调整，其中所述电极与所述反射镜错开，使得分别在所述第一与第二支撑件同所述反射镜之间区域向所述电极施加的力彼此不相等。

2．按照权利要求1的可变形镜设备，其中所述第二支撑件比所述第一支撑件长，而且所述电极相对于所述反射镜向所述第二支撑件方向错开，从而使得所述第一支撑件的刚性大于所述第二支撑件的刚性。

3．按照权利要求1的可变形镜设备，其中所述第一和第二支撑件具有相等的长度，因而所述第一和第二支撑件的刚性相等，所述电极相对于所述反射镜向所述第一或第二支撑件错开，从而使得分别在所述第一与第二支撑件同所述反射镜之间区域向所述电极施加的力彼此不相等。

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