CN1295541C - 微型光调制器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型光调制器装置(10)，其包括至少一个光传输路径(23)和至少一个可控快门(11、16)，其设置用于调制通过至少一部分光传输路径(23)的光传输，所述至少部分光传输路径包括半透明固体材料，且所述至少一部分光传输路径为基底的组成部分，其中所述至少一个可控快门(11、16)固定至所述基底。

Description

微型光调制器装置

技术领域

本发明涉及一种如独立权利要求1中所述的微型光调制器装置。

背景技术

空间光调制器(SLM)具有宽范围的应用领域。实例为用于光敏介质、各种显示器、屏幕和符号的点式(dotwise)曝光及通信行业内用于传输光的光调制。通常，在同样使用光纤和光导的系统中执行所述光调制。

SLM能够根据其适用的波长范围被优化或已经被优化。例如，现存的某些系统可被最佳地用于紫外线而其他系统可被最佳地用于可见光。

基本地，存在两种类型的SLM，即反射型和透射型调制器。在过去的一年左右，已经有大量的工作运用微型光电机械系统(MOEMS)技术，致力于设计和制造此SLM。

以MOEMS技术制造的反射型SLM通常以微反射镜阵列为基础，所述微反射镜阵列能够通过将所述反射镜倾斜至确切的位置，确定光路和/或接通和断开光束。使用已经或正被开发用于高清晰度电视(HDTV)、数字投影仪、家庭电影放映机和许多其他应用的DLP技术将TI引入该领域。现在，它们作为用于数字投影仪的光学引擎的供应商而保持领先位置。可是，也存在其他反射式技术，如加利福尼亚的Silicon Light Machines的光栅光阀(GLV)技术。

在电信工业中，反射系统也是主导技术，因为该技术用于为光学交叉场中大量光纤/通道之间的光信号确定光路。通过使用反射式技术，能使用最小信号损耗执行上述光路确定。几乎所有主要的电信供应商一直致力于内部努力或与合伙人合作，以便开发和制造上述光学路由器。

可是，对于许多应用，相比于反射系统的使用，透射SLM的使用更加优越。存在许多应用，其中对于相同的光源，透射系统能够传送比反射系统多的光，以及存在几种应用，其中通过使用透射系统而不是反射系统使得可透射系统的定位和装配变得更容易。

关于现有技术中基于MOEMS的SLM的一个问题是，调制器的制造包括端部处理。当移动部件，如快门叶片(shutter blade)被设置在晶片基底上时，该问题尤其明显。

其它涉及上述SLM制造的主要问题有，光学系统的定位、快门装置的密封、元件成本、复杂度，更不用说实际尺寸了。

本发明解决这些问题。

发明内容

本发明涉及一种微型光调制器装置(10)，其包括至少一个光传输路径(23)和至少一个可控快门(11，16)，其设置用于调制通过所述至少一个光传输路径(23)传输的光，

所述至少部分光传输路径包括一半透明固体材料，

至少一部分光传输路径为其上固定有所述至少一个可控快门(11，16)的基底的组成部分。

根据本发明的几种调制器的装置也可称作空间光调制器。

根据本发明，通过固定有快门的基底的传输路径，优选地可改进自身的材料。因此，取代于形成通孔或其他类型的传输路径腔，所述基底本身可以用于通过所述调制器的光传输。

典型地，这样的基底包括微系统技术领域中所熟知的晶片。换句话说，晶片是用作各种微系统元件基础的一片材料。

因此，根据本发明，可以完全或部分地避免孔蚀刻。

根据本发明的一个优选实施例，光传输路径形成其上固定有光调制器的基底的组成部分。

几种类型的基底，如玻璃、熔融石英、耐热玻璃等基底可用作组合的快门支撑基底以及光传输路径。

根据本发明的调制器典型地在本领域中称作微型光电机械系统(MOEMS)技术。

当所述至少一部分光传输路径包括部分微透镜装置(122)时，已获得本发明的另一有利实施例。

根据本发明的一个优选实施例，调制器装置可直接固定在微透镜装置上。

根据本发明的该优选实施例，可以获得一非常紧凑的微型光调制器装置。

当所述微透镜装置(122)适用于引导通过光传输路径(23)的入射光到达所述至少一个可控快门时，已经获得本发明的另一有利实施例。

根据本发明，入射光只是指已经从光发射器发出并导向快门装置的光，也就是，未被调制的光。根据本发明的该实施例，所述微透镜装置进而可用于使光进入微调制器系统，典型地朝向单个调制器快门。

根据本发明的一个优选实施例，所述微透镜，例如可适用于通过聚焦使光束入射到可控快门上，这可降低调制器输入的光损耗。

当微透镜装置(122)适用于引导来自至少一个可控快门的输出光通过光传输路径(23)时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

根据本发明的该实施例，所述输出光简单地指已调制的光束，其由调制器装置调制并随后被引导至某种类型的调制光接收装置，如光敏表面、其他透镜装置、印刷板、显示器、许多在中心控制的光纤等。

换句话说，输出光可以认为是已经由调制器装置调制过并此刻必须“入射”到另一系统中的光束。该系统可以包括最终照明装置或某种类型的光传输或光适配装置。

根据本发明的一个优选实施例，微透镜装置，例如可适用于使光入射到与其耦合的光纤，将调制过的光束聚焦在光透射表面上等。

当所述至少一部分的光传输路径的扩展包括至少为100微米，优选至少为150微米的半透明快门基底时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

根据本发明，因为基底应当也有助于支撑所述快门(调制器元件)的事实，形成光传输路径的半透明基底的扩展不能少于50微秒，优选地不少于100微米。

当包括一半透明快门基底的所述至少一部分光传输路径的扩展不超过3000微米，优选不超过2000微米时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

部分地由于其过度的厚度很难在调制器的制造过程中予以处理的事实，以及部分地由于如果聚焦光学器件用于引导光束进入并通过所述光路，使得在传输路径中典型地增加光损耗的事实，设定该最大长度。

当所述至少一部分的光传输路径的扩展包括至少为200微米，优选至少为250微米的半透明固体材料时，已经获得了本发明的另一有利的

实施例。

根据本发明的另一优选实施例，由于形成光路的晶片很难在制造过程中予以控制并同时仍获得与损耗、聚焦等相关的所需光传输特性的事实，因此由半透明固体材料构成的传输路径应当至少为50至200微米。此外，在制造过程中，所述晶片可能断裂。

当所述一个光传输路径(23)为固定有至少一个可控快门(SB)的基底的一部分时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

根据本发明的另一优选实施例，传输路径形成所述晶片的一部分，在所述晶片上设置有，例如可移动的调制器结构。

根据本发明的该优选实施例，可以避免在调制器基底中，也称作快门平台中的物理孔。

当通过电启动装置控制所述快门时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

根据本发明的一个优选实施例，可通过适合的电控信号，如由常规RIP数据处理技术设定的脉冲信号启动所述调制器。

当所述快门包括可在至少两个位置之间移动的机械叶片时，以及当处于所述至少两个位置中至少一个位置的叶片阻挡通过至少一部分光传输路径(23)的光传输时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

当所述快门叶片相对于形成传输路径的基底进行滑动移动时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

根据本发明的一个实施例，由于可通过现有MEMS处理技术以相对简单的方式设定上述快门叶片的事实，故滑动是优选的。

当调制器包括至少一部分微透镜装置(122)时，已经获得本发明的另一有利实施例。

当所述微透镜装置形成调制器的光输入时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

当所述调制器包括设置用于通过所述至少一个微透镜装置和至少一个光传输路将光传输至调制器的输出时，已经获得了本发明的另一有利

实施例。

当所述发光装置包括至少一个紫外线光源时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

应当注意到，根据本发明也可以使用可见光。

当所述发光装置包括至少一个激光发射器时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

当所述快门包括通过至少一个移动路径在两个位置之间可移动的至少一个叶片，

所述微快门包括电极装置，其用于启动所述至少一个叶片在所述至少两个位置之间的移动，以及用于将至少一个叶片定位在至少两个位置中一个位置上，

所述电极装置被设置为处于至少两个位置的至少一个的叶片所不能触及的地方时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

当所述半透明光传输路径形成至少一个微透镜的一部分时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

根据本发明的一个优选实施例，微透镜被集成在调制器的光传输路径中，由此促进极其紧凑的设计。

当所述光调制器固定在至少一个半透明基底上时，以及当设置用于经过所述至少一部分光传输路径(23)调制穿过至少一个半透明基底的光的所述光调制器时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

当所述基底形成所述至少一个光传输路径(23)时，已经获得了形成所述发明的另一有利的实施例，其中，所述光传输路径(23)又形成至少一个微透镜。

当所述至少一个微透镜适用于将光束聚焦在所述至少一个微快门上时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

当所述微光调制器包括另一组微透镜时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

当所述另一组微透镜被设置为分隔层时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

当所述半透明固体材料包括熔融石英时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

当通过基底传送光时，也可称作石英的熔融石英从非常有限的阻尼中获益，即使所述光束处于紫外(UV)波长。

当所述半透明固体材料包括玻璃，例如耐热玻璃时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

耐热玻璃或耐热玻璃类玻璃，从光，特别是与具有高于紫外光波长的光相关的光的非常有限的阻尼中获益。

根据本发明的一个优选实施例，浮硼(borofloat)基底用作玻璃基底。

另外，耐热玻璃或耐热玻璃类玻璃在合并如硅快门和玻璃基底时，促进阳极连接。

此外，制造微透镜的某种方法需要具有低玻璃转变温度的玻璃。

根据本发明，可以使用其他类型的玻璃基底。

当所述半透明固体材料包括聚合物时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

根据本发明，如PMMA(PMMA＝聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(PC＝聚碳酸酯)，环氧SU-8(环氧基光致抗蚀剂)等的聚合物，可以用作半透明快门支撑基底。

PMMA和PC相对便宜且非常适用于借助机械冲压或热压印、注射塑制、模压等进行重复处理。

环氧SU-8受益于高折射率并因此非常适用于微透镜。

当所述微型光调制器装置包括通过至少两个可移动路径(MP)，在至少两个位置之间可移动的至少一个叶片(16)，

电极装置(12，13)，其用于启动至少一个叶片(16)在至少两个位置之间的移动，以及用于将所述至少一个叶片(16)定位在至少两个位置中的一个位置处，

所述电极装置(12，13)被设置在所述叶片沿所述至少一个移动路径(MP)移动时，该至少一个叶片(16)不能触及的位置时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

根据本发明该“不接触”的优选实施例，可避免对电极或模块的粘结。

当所述连接部件包括至少一个杆(11)，

其中所述至少一个叶片被设置在包括一半透明基底，如玻璃晶片的微快门平台(MSP)时，已经获得本发明的另一有利的实施例。

当所述至少两个位置包括至少一个这样的位置，在该位置中，该至少一个叶片(16)限定至少一个电磁光传输路径(TP)的阻挡时，已经获得了本发明的另一有利的实施例。

当所述快门叶片(SB)通过固定装置(15)被固定在(微)快门平台(MSP)，

所述至少一个传输路径(TP)经过所述半透明传输路径(23)延伸穿过所述微快门平台(MSP)，并且

所述至少一个传输路径引导电磁光通过至少部分由一掩模装置限定的快门平台时，已经获得了本发明的另一有利实施例。

根据本发明的一个优选实施例，微型光调制器装置包括多个光调制器，且可获得特高密度的调制器。

另外，本发明涉及一密封装置，其包括根据任一权利要求的微型光调制器，所述密封包括所述至少一部分光传输路径。

根据本发明的密封的重要优势是快门机构，例如可移动的杆和诸如快门叶片的快门部件，可完全或部分地由形成半透明基底的光传输路径封装。

所述密封可以保护可动部件免除，例如微粒、湿汽和杂质。

当所述密封进一步包括至少一个微透镜装置(121)时，可获得本发明的另一有利实施例。

根据本发明，集成的微透镜可有利地形成密封或部分密封。

当所述密封包含至少一个可控快门(11、16)时，已经获得本发明的一个有利的实施例。

根据本发明的一个优选实施例，密封的主要构件可形成微透镜装置和光传输路径以及半透明基底。

附图说明

在下文将参照附图说明本发明，其中

图1a说明了根据本发明的微型机械不接触快门，

图1b和1c说明了图1a的(微型)机械快门在移动叶片时的动态性能，

图2a至2c说明了如图1和图3-6中所示单独调制器的单独传输路径的不同截面的特性，

图3至6说明了本发明的各种实施例，

图7说明了根据本发明的快门阵列，

图8a至8d说明在本发明范围内的各种快门叶片式样，

图9a至9c说明根据本发明的不同的紧凑实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一种微型快门。

所示快门包括多个固定在半透明快门平台，如晶片上的快门元件。

用于引导电磁光束通过快门晶片的传输路径23(参见附图2a)，由半透明快门平台的掩模中的孔14所设定的传输路径所限定。所述电磁光也可包括可见光，如热波束或紫外光。

因此可以避免通过平台的常规孔。

所示主要部件包括电极12、13，其都被固定到快门平台。

快门杆11的一端在紧固点15处被固定在平台上，且在另一端处具有一快门叶片16。快门叶片可通过启动单独可控电极12、13，相对于由孔掩模14限定光传输路径移动。

所示快门叶片16通过固定点(anchoring)15与馈线电连接。

将参照图8a至8d说明关于不同快门叶片16的设计详情。

通过将屏蔽17、18与所述可移动部件的电势连接，快门的移动部件，如叶片，从馈线至电极被电磁屏蔽。

图1b和1c说明了附图1a的快门的基本动态性能。

在图1b中，电极12被启动，并且快门叶片16被移至左边，由此使由掩模孔14限定的光传输路径打开。

快门叶片16的静止位置由电极12限定。

注意到，一旦电极被启动，则左屏蔽17防止快门叶片16被快门叶片和电极12馈线之间形成的电磁力所牵引。

在图1c中，电极13被启动，并且快门叶片16移至右侧，进而阻挡由掩模孔14限定的光传输路径。

快门叶片16的静止位置由电极13限定。

注意到，只要电极被启动，则右屏蔽18防止快门叶片16被快门叶片和电极13的馈线之间形成的电磁力所牵引。

可通过适当地电启动电极12和13调制所示快门。

注意到，快门叶片16移动的路径由杆11和固定点15予以限定。

另外，应注意到，电极不能触及附图1b和附图1c中所示两个位置(开一关)中的快门叶片，由此避免固定电极和移动的快门叶片16之间的粘附或短路。

因此，在保持快门叶片处于快门主要开一关位置的目的下，基本避免了所述设计中的机械制动器(stoppers)。

可是，在落于本发明范围的一些设计中，为了防止快门叶片在特定环境下远移出预定位置，也就是，快门叶片通过由电极12、13和快门叶片16有意限定的位置，所述制动器也是适合的。

因此，在正常使用期间，在移动的快门叶片16、杆11和固定电极或机械制动器之间不设接触。

附图3说明了本发明的另一实施例。

除单独电极12、13现在由电极组32(两个)和电极组33(两个)替换外，其余基本部件与附图1a中的部件相同。

因此，根据已说明的实施例，可更加有效地控制快门叶片36的移动(例如，通过向电极施加适合的控制信号控制叶片36的加速}，并且″静态″位置现在至少有四个(此外，为电极施加适当的控制信号)。

图4示出了本发明的另一实施例。

除单杆11现在已经由包含两个杆的杆构件41所替换外，其基本构件与附图1a中的构件相同。

所述双杆构件可用于控制所述杆的移动方式。

图5说明了本发明的另一实施例。

除现在有两个固定点55外，其中所示基本构件与图1a的基本构件相同。

因此，可显著地减少快门构件的整个面积。

可以引入如用于杆热膨胀的补偿的其他优势，(无补偿时)杆的热膨胀会导致叶片56和电极52、53之间的短路。

图6说明了本发明的另一实施例。

所示快门包括多个固定在半透明快门平台，如晶片上的快门元件。

通过快门的电磁光传输路径由孔64所限定。电磁光也可包括不可见光，如红外线等。

所示主要部件包括电极62、63，其均被固定到快门平台上。

快门杆61一端通过紧固点65固定在平台上，另一端配有设置的快门叶片66。可通过启动单个可控电极62、63，相对于由孔64限定的光传输路径移动快门叶片。

将参照图8a至8d说明关于不同适用快门叶片66的设计细节。

通过屏蔽67、68，关于电极62、63的馈线电磁屏蔽所述快门的可移动部件，如叶片。

图1b和1c示出了快门叶片66的基本动态性能。然而，可观察到电极构件和附图1a和附图6中快门电极的启动之间的显著差异。

快门叶片66的静止位置仍由电极62、63所限定，但现在通过三个电极62、63控制两个端部位置之间的转换。

基本地，中心电极63可用于启动接通位置到断开位置之间的转换，或者相反。

应注意到，这种三个电极的构造便于通过一个相同的驱动器进行对电极62控制。相同的电极驱动器也可用于控制整个快门阵列的所有电极(例如，具有与附图6中所示构造相同构造的阵列}。

注意到，一旦电极被启动，则屏蔽67，68防止快门叶片66被快门叶片和电极62的馈线之间形成的电磁力所牵引。

应注意到，上述图1a-1c以及图3至图6中快门的主要电极，不会触及在所有预定位置，如图1b和图1c中示出的开-关位置中的快门叶片，从而避免固定电极和移动快门叶片之间的短路和粘附。

因此，在保持快门叶片处于快门主要开-关位置的目的下，可基本避免在设计中使用机械制动器等。

当然，在落于本发明范围的一些设计中，为了防止快门叶片在特定环境下远移出预定位置，也就是，快门叶片通过由电极和快门叶片有意限定的位置，使用制动器也是合适的。

因此，在正常使用期间，在可移动的快门叶片/光束构件和固定电极或机械制动器之间不设置接触。

图8a至8d示出在本发明范围内不同的快门叶片16的设计。

应注意到，本发明优选实施例中的快门叶片16的″角″应当为曲形/圆形，以便使所述叶片的尺寸和重量最小化。

一旦叶片被相关电极所启动，则关于重量/式样的最佳叶片设计促进叶片更快和更容易的加速。

仍然，应注意到，所述叶片能够覆盖/堵塞相关的半透明传输路径，根据本发明，所述路径不必为圆形。

换句话说，根据本发明，如果需要，快门基底中的光传输路径可以具有非圆形截面。

图2a至2c根据本发明已说明的实施例，示出了与图1和图3-6中所示单独调制器的单独传输路径不同的截面特性。

图2a至2c示出了如图1和图3至6的快门装置的掩模孔14、34、44、54、64，所限定的不同的适合传输路径TP的特征。

应注意到，限定通过调制器平台的半透明传输路径的所述掩模孔14、34、44、54、64可具有除已说明的圆形截面外的任何适合形式。

按照设置在微快门平台MSP顶部上的非半透明掩模层95中的孔，设定所述孔94(对应孔14、34、44、54、64)。

所示传输路径TP描述了本发明的一个优选实施例。

所示传输路径部分地由一个上述掩模孔所限定，并且可通过叶片SB(例如，前述叶片16、36、46、56、66中的一个)阻挡和不阻挡所述光。

可通过所述半透明快门平台传输光。

权利要求中被称为“包括一半透明固体材料的至少一部分所述传输路径”的所述实施例的传输路径TP的有效长度，被限定为图2a和2b中调制器平台MSP的厚度。图2c中的传输路径的长度被限定为调制器平台MSP的厚度，加之形成部分半透明固体传输路径的所示凸透镜的有效长度。

所述传输路径优选地为具有最接近快门叶片SB的孔的狭窄部分的圆锥形。

应注意到，掩模可选地位于调制器平台的输入面和/或输出面上。

另外，图2c示出本发明的一个实施例，其中通过调制器的光传输路径在输出表面上形成微透镜，进而便于光通过调制器，所述光可被适当地聚焦在快门输出端，例如进入光纤或直接到达照明表面。

应注意到，传播路径TP的上述示出的实施例还可用其他的输入/输出光学设备，如图9a至9c中所示设备予以补充。

图9a至9c示出本发明的不同的紧凑的实施例。

在此通过截面所示的所述实施例，例如可与图1和图3至6的设计相合并。

图9a说明了本发明的另一实施例和优选实施例。

MOEMS设备包括微透镜装置122，在其上的紧固件124；15处固定有多个快门叶片124；16。与电极125相互作用的快门叶片124也固定在微透镜装置122上。

掩模127部分地限定通过微透镜装置122以及另一微透镜装置121的光传输路径。微透镜装置121通过间隔物128固定在微透镜装置122上。

图9a中的微透镜装置122适于将输出光聚焦在如照明表面上。

所述间隔物128，例如可以具有50微米的有效长度，但根据本发明的优选实施例，其可以典型地在10至100微米之间。然而，应注意到，当考虑如调制器和相关光学设备的性质时，考虑应仔细确定间隔物的尺寸的事实，其他尺寸也是适合的。

图9b示出上述系统的另一种变化。

在本实施例中，光从下面通过光传输路径TP通过快门传输。

在本实施例中，微透镜装置122适于聚焦通过快门掩模127的输入光，并且微透镜装置121适于引导光束到达，例如照明表面。因此，微透镜装置122可被认为是输入光学设备，而微透镜装置121可被认为是输出光学设备。

在图9c中示出了本发明的另一实施例。根据所述的实施例，掩模127被设置在微透镜122上光传输路径TP的输入端上。

另外，该掩模可由位于快门平台122相对侧的掩模130补充。

在本实施例中，微透镜装置121适于聚焦通过快门掩模127和130的入射光。

应当理解，通过对紧凑型系统的上述说明，在本发明范围内，可以几种不同方式实施平台或光学设备上的掩模配置。

上述设计的进一步优势为快门机构，例如可移动杆和快门叶片124，可被两个微透镜装置121和122以及如间隔物和/或边密封完全封装，由此保护可移动部件免除微粒、湿汽和杂质。

另外，应当强调，所述调制器装置可包括其他的光学层，如微透镜的涂层，其被设置在光输入端和光输出端上。

因此，当设置在半透明材料上时，例如，在相对快门的基底一侧具有调光(dimming)掩模是有利的(如图中所示)。所述目的是避免或减少散射光或其他不需要的光束。在上述掩模中的孔与快门侧边处的相应孔同心对准，以便减少光损耗。

明显地，上述掩模既可用在平台的“快门侧”上也可用在平台的另一上，或结合使用。另外，上述掩模可与调制器的光学设备，如入射光学设备一起使用。可是，应当强调，掩模、光学设备和调制器本身可认为是一个系统，其中所述元件在此方面必须相互校准。

如记忆单元、晶体管等本领域技术人员熟知的寻址(Addressing)电子设备可被集成在该基底上。

另外，附图9a至9c中所述的实施例示出调制器基底122可形成密封封装灵敏调制器部分的一部分。

根据本发明的密封的重要优势是，快门机构，例如移动杆124和快门部件，例如快门叶片，可由形成半透明基底的光传输路径完全或部分地封装。

所述密封可以保护可动部件免除，例如微粒、湿汽和杂质。

当所述密封装置还包括至少一个微透镜装置121时，可获得本发明的另一有利实施例。

根据本发明，集成的微透镜可有利地形成如附图9a至9c中所述的密封或部分密封。明显地，根据本发明，可设定不同于已说明的密封配置的几种其他密封配置。

当所述密封包含至少一个可控快门(11、16)时，已经获得本发明的另一有利的实施例。

根据本发明的一个优选实施例，该密封的主要构件可形成微透镜装置和光传输路径以及半透明基底。

在下文给出附图1a至附图9中所述的快门设计的不同注解和特征。

所述快门可以设置在各种基底上。一些实例为玻璃晶片。

借助玻璃晶片或其他半透明基底，能够在未于快门叶片下形成孔的情况下(当光束将被传送时，所述孔完全或部分打开)发送光束。

注意到，在半透明基底，如玻璃基片上构建的光调制器并不限于不接触的快门！

根据本发明，叶片基本为阻挡装置，例如其可简单地通过阻挡入射光或通过沿“调光”方向引导入射光束来促进对入射光的控制。

当在半透明材料上进行设置时，在与快门相对的基底一侧具有调光掩模是有利的(如图中所示)。所述目的是避免或减少散射光或其他不需要的光束。在上述掩模中的孔与快门侧的相应孔同心对准，以便减少光损耗。

明显地，上述掩模既可用在平台的“快门侧”，又可用在平台的相对侧上，或结合使用。另外，上述掩模可与调制器的光学设备，如入射光学设备一起使用。可是，应当强调，必须将掩模、光学设备和调制器本身当作是一个系统，其中所述元件在此方面必须相互校准。

具有用于寻址的相应导线的快门本身，包括一个构造块-一个单元。几个单元可被设置用于形成各种图案的快门阵列并为各种应用进行最佳化。

阵列中快门的寻址可根据电流列-线-寻址方案，或通过使用如TI的单独寻址或第三种方法来进行。工艺的可能性也将依赖于所需电压级。

多种材料，如多晶硅、单晶硅或镍可用于构建所述部件。所述材料也依赖于应用和当前设计。例如，镍是一种传导金属，借助镍能将电荷传走以便降低某些情况下俘获电荷的风险，而在这些情况下这是一个优势。能够以低温沉积镍，其有可能在包括晶体管的基底上构建镍快门。多晶硅是一种带有积累的俘获电荷风险的半导体。可是，其具有接近玻璃热膨胀系数的热膨胀系数，并在其为一种优势时应被使用。硅是一种不会遭受疲劳以及蠕变(如金属所执行的)的理想弹性材料。

理想地，对于与设置在快门叶片上不与电极接触的设计，移动快门应当以一种具有接近基底系数的热膨胀系数的材料制成。这是由这样的事实所引起，即在闭合的位置中，当光束被阻挡时，快门吸收入射光的热量。由于温度梯度，快门将膨胀，并在最坏情况的方案中，闭合电极的开口并引起短路。热量传递的越好，也就是，所使用材料的热导率越好，则发生的危险就越小。此外，所述快门可被覆盖有也降低所吸收热量的反射材料。

在中间/未启动位置的所述快门臂，应当相对于基底上任意引导线对称设置。如果不是，则存在一种危险，即快门和传导线/电线之间所产生的静电场，将对于一侧变得更强并倾向于使快门移向该侧，如果所述快门被向一侧拉动得过多并接触导线/电线，则又导致了增加的短路危险。可通过在移动快门部件的两侧设置静电屏蔽来抵消或消除这种结果。

在外侧位置中不具有制动器所引起的缺陷是快门在外侧位置震动。当然，可通过适当优化的寻址脉冲和适当设计的寻址电极最小化这种振动。

人们期望快门必须被设置在一密封的外壳中，以便避免尘粒和其他污染源。快门两侧上壳体的表面应当由半透明材料制成，以便在快门开启时能够进行光传输。

通过折叠(多个)支撑所述快门叶片的杆，可使详细的快门设计更加紧凑，例如参照图5。

重要的是，以这样的一种方式，即在移动过程中使接触危险及由此形成的短路最小化，能够优化快门叶片和电极的形状及其之间的距离。这包括考虑可在移动过程中发生的各种振动模式。

应当注意到，电磁光包括各种类型的光，例如包括红外光和紫外光。

应当注意到，所请求的发明解决工作条件。因此，“不接触设计”涉及工作条件，如涉及温度、移动方式等。

通过在基底上水平移动快门叶片，并因此打开和关闭位于叶片下的掩膜孔，有可能控制光通过所述孔的传输。所述叶片以包含一个或多个杆的弹性悬浮方式悬挂于所述基底上。通过静电启动，借助一个或多个驱动电极实现所述叶片的移动。

为了避免使用中的静摩擦，在所示设备运作过程中不产生移动部件和静止部件之间的接触。这可通过提供具有特定形状和位置的移动部件和驱动部件予以实现。

存在几种所述设计的变化，其全部依赖于快门开启和闭合位置处的静电力的饱和度。

所述调制器装置可用于调制器的几种不同应用中，如附图1-6中所示调制。

材料

在下文提及的可用于上述图1至6的快门的材料的实例。明显地，在本发明的范围内也可以使用其他材料。

基底

具有不透明结构的构造，如在半透明基底上的硅(如各种类型的玻璃，如耐热玻璃)。

玻璃基底的优势：

—不需要蚀刻通孔

—在玻璃基底上形成芯片上透镜

—低热膨胀系数

用于叶片/杆和电极的构建材料

下面说明不同构建材料的一些特性：

硅作为构建材料：

—硅是一种没有疲劳和蠕变的理想的弹性材料

—低热膨胀系数以及与硅或玻璃基底良好匹配

—难于控制内部压力

—由于硅沉积和退火需要高加工温度，所以很难在CMOS电子芯片上集成硅快门。

镍作为构造材料：

—Ni是一种金属材料并且如果以错误的方式操作时，会遭受疲劳和蠕变

—高热膨胀系数和与硅或玻璃基底的不好的匹配

—易于沉积厚的层

—易于控制内部压力

—由于镍沉积需要低加工温度，因此能够在CMOS电子芯片上集成镍快门。

铁镍合金“殷钢”作为建筑材料：

—如果以错误的方式操作时，金属遭受疲劳和蠕变

—低热膨胀系数和与硅或玻璃基底的良好匹配

—易于沉积厚的层

—难于控制内部压力

—由于镍沉积需要低加工温度，因此能够在CMOS电子芯片上集成镍快门

—沉积方法仍处于研究之中。

关于为什么其有利于构建厚涂层的一些说明：

杆平面外的刚度能够通过增加构建高度予以提高。刚度随厚度到达第三级(the third)。因为所述结构具有较小柔性，且由于长杆将不易如此容易地粘附于基底，所以增加的杆平面外刚度将使得该结构的释放更容易。同样，在操作过程中，就平面外移动而言，快门将更加坚固。增加的构建高度并未改变平面内移动所需的启动电压。平面内杆的刚性随杆的高度按比例地增加。可是，启动力也随叶片前边缘的高度以及电极高度按比例地增加。因此，其被平衡。

所增加的构建高度并未改变共振频率，由此并未改变叶片的行程时间。这由以下事实所引起，即杆的刚性以与系统的有效质量相同的比例改变的事实。

Claims (35)

1.一种微型光调制器装置，其包括至少一个光传输路径和设置用于调制经由所述至少一个光传输路径传输的光的至少一个可控快门，

半透明调制器基底设置在所述光传输路径的至少一部分中，

所述半透明调制器基底为其上固定有所述至少一个可控快门的基底的组成部分，

其中所述至少一个可控快门包括叶片，该叶片能够在至少两个位置之间移动以便阻挡或允许通过所述光传输路径的所述至少一部分的光传输。

2.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中微透镜装置的一部分设置在所述光传输路径的所述至少一部分中。

3.根据权利要求2所述的微型光调制器装置，其中所述微透镜装置适于引导入射光通过光传输路径到达所述至少一个可控快门。

4.根据权利要求2所述的微型光调制器装置，其中所述微透镜装置适于引导来自至少一个可控快门的出射光通过光传输路径。

5.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述光传输路径的延伸包括至少为100微米的半透明调制器基底。

6.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述至少一部分所述光传输路径的延伸包括不超过3000微米的半透明调制器基底。

7.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中至少一部分所述光传输路径的延伸包括至少为200微米的半透明调制器基底。

8.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述一个光传输路径为其上固定有至少一个可控快门的基底的一部分。

9.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，通过电启动装置来控制所述快门。

10.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述快门包括叶片，其能够在至少两个位置之间移动，并且位于至少两个位置中的一个位置中的所述叶片阻挡通过所述光传输路径的所述至少一部分的光传输。

11.根据权利要求10所述的微型光调制器装置，所述叶片关于形成所述传输路径的基底进行滑动移动。

12.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，进一步包括至少一个微透镜装置。

13.根据权利要求12所述的微型光调制器装置，所述至少一个微透镜装置形成所述微型光调制器装置的光输入。

14.根据权利要求12所述的微型光调制器装置，所述调制器装置包括发光装置，其设置用于经由所述至少一个微透镜装置和所述至少一个光传输路径将光传输至所述微型光调制器装置的输出。

15.根据权利要求14所述的微型光调制器装置，其中所述发光装置包括至少一个紫外线光源。

16.根据权利要求14所述的微型光调制器装置，其中所述发光装置包括至少一个激光发射器。

17.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述叶片能够通过至少一个移动路径在至少两个位置之间移动，

所述快门包括电极装置，其用于启动所述叶片在所述至少两个位置之间的移动，并用于将所述叶片定位在所述至少两个位置中的一个位置，

所述电极装置被设置在处于所述至少两个位置中的一个位置的所述叶片触及不到的位置。

18.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中至少一个微透镜的部分设置在所述光传输路径中。

19.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述微型光调制器装置被设置在所述半透明调制器基底上，并且所述光调制器被设置用于调制经由所述光传输路径的所述至少一部分通过所述半透明调制器基底的光。

20.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中形成所述至少一个光传输路径的所述基底形成至少一个微透镜。

21.根据权利要求18或20所述的微型光调制器装置，其中至少一个微透镜适于将光聚焦在所述至少一个快门上。

22.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述微型光调制器装置包括至少一组微透镜。

23.根据权利要求22所述的微型光调制器装置，其中所述至少一组微透镜被设置为至少一个单独层。

24.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述半透明调制器基底包括熔融石英。

25.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述半透明调制器基底包括玻璃。

26.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述半透明调制器基底包括聚合物。

27.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述微型光调制器装置包括至少一个能够通过至少一个移动路径在至少两个位置之间移动的叶片，和

电极装置，其用于启动所述至少一个叶片在至少两个位置之间的移动，以及用于将该至少一个叶片定位在所述至少两个位置中的至少一个位置，

所述电极装置被设置在，当所述至少一个叶片沿至少一个移动路径移动时，该叶片触及不到的位置。

28.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述叶片被设置在包括半透明调制器基底的微快门平台上。

29.根据权利要求27所述的微型光调制器装置，其中所述至少两个位置包括至少一个位置，在此位置处，所述叶片限定了至少一个光传输路径的阻挡。

30.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述叶片通过固定装置固定在微快门平台上，

所述至少一个光传输路径经由所述半透明调制器基底延伸通过所述微快门平台，且所述至少一个光传输路径引导电磁光通过至少部分由一掩模限定的快门平台。

31.根据权利要求14所述的微型光调制器装置，其中所述发光装置适于发射可见光。

32.根据权利要求1所述的微型光调制器装置，其中所述微型光调制器装置包括多个光调制器。

33.包括根据权利要求1至32中任一项所述的微型光调制器的密封装置，其中所述密封装置包括所述光传输路径的所述至少一部分。

34.根据权利要求33所述的密封装置，其中所述密封装置进一步包括至少一个微透镜装置。

35.根据权利要求33和34所述的密封装置，其中所述密封装置封装所述至少一个可控快门。

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