专利名称：高密度空间光调制器的利记博彩app
技术领域：
本发明一般涉及光调制器，尤其但不排它地涉及基于微机电系统(micro electromechnical system MEMS)的空间光调制器。
背景技术：
一般而言，利用微机电系统(MEMS)技术制造的空间光调制器是公知的。这种光调制器的实例包括可以从加利福尼亚桑尼维尔的Silicon Light Machines Corporation获得的Grating Light ValveTM(GLVTM)光调制器。下文中将与GLVTM光调制器类型相同的器件称作“带式光调制器”。以下的说明书中描述了带式光调制器，其为该临时申请的一部分，并且能够在以下专利中找到Bloom等人的美国专利第5311360号，名称为“用于调制光束的方法和装置(Method andApparatus for Modulating a Light Beam)”；Bloom等人的美国专利第5841579号，名称为“平面衍射光栅光阀(Flat Diffraction GratingLight Valve)”；Bornstein等人的美国专利第5661592号，名称为“用于制造平面衍射光栅光阀的方法和装置(Method of Making and anApparatus for a Flat Diffraction Grating Light Valve)”；Bloom等人的美国专利第6215579号，名称为“用于调制形成二维图像的入射光束的方法和装置(Method and Apparatus for Modulating an IncidentBeam for Forming a Two Dimensional Image)”。前述的四篇美国专利文献在本文中引入作为参考。带式光调制器能够在各种应用中得到利用，包括光学网络、视频和印刷。
图1和2表示了常规带式光调制器结构的示意图。在图1中，具有反射层103的每个条带102可以朝衬底104静电偏转，衬底104上具有反射层106，从而形成具有可调衍射强度的衍射光栅。在图2中，有源可偏转条带202与静态不可偏转条带204交错，从而也形成了具有可调衍射强度的可寻址衍射光栅。在图2中，衬底208无需具有反射表面层。图1中的条带102和间隙108(条带-间隙)对110或者图2中的有源条带202和静态条带204(条带-条带)对206构成了衍射周期。能够将一个或多个周期作为“像素”进行寻址。能够寻址像素以通过衍射调制入射光。因此，像素能够用于显示或印刷诸如图像单位。
尽管常规空间光调制器能够令人满意地用于多种高分辨率应用中，但是还存在可能需要更高像素分辨率的新兴应用。这些新兴应用的实例包括超高分辨率显示器、无掩模光刻、印刷电路板和平板显示器的高分辨率印刷以及大量其它应用。还有许多能够利用高分辨率空间光调制器得以显著改进的现有应用，例如激光打印机。
发明概述在一个实施例中，一种高密度空间光调制器包括具有反射表面的衬底和位于反射表面上的反射条带。该条带可以具有一个或多个开口，例如矩形狭缝。开口可以使光通过条带，并且入射到反射表面上。因此，使条带朝衬底偏转可以使入射光动态可控地衍射。空间光调制器像素比常规光调制器需要更少的空间，从而可以获得较大的像素数。
通过阅读包括相应附图和权利要求的本公开内容的全部，本发明的这些和其它特征对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。
图1示意表示了常规带式光调制器结构。
图2示意表示了另一种常规带式光调制器结构。
图3示意表示了根据本发明实施例的高密度带式光调制器的顶视图。
图4示意表示了图3的带式光调制器的中央横截面图。
在不同附图中使用相同附图标记表示相同或相似的部件。各个附图除非特别注明，否则不必按照比例绘制。
具体实施例方式
在本说明书中，提供了许多特定的细节，例如装置、部件和方法的实例，以能够彻底地理解本发明的实施例。然而，本领域普通技术人员将认识到，本发明可以在没有一个或多个上述特定细节的情况下也是可以实现的。在其它情况下，未表示或描述公知的细节，以避免使本发明的特征模糊不清。
本发明涉及一种衍射空间光调制器。尽管利用线性带式光调制器作为实例描述了本发明的实施例，但是应当理解，本发明不限于此，并且也可以用于其它类型的空间光调制器。
图3和4表示了根据本发明实施例的高密度或者高像素数、线性、衍射空间带式光调制器300的示意图。图3表示了光调制器300的实施例的顶视图，而图4表示了通过沿着图3所示的线照明302切开，所观察到的光调制器300的该实施例的横截面图。光调制器300可以具有几个到数千个，或更多的反射条带，但是为了清楚说明仅表示了4个条带304。每个条带304的端部可以利用接线柱306或其它装置固定。条带304和条带下面的衬底优选具有反射上表面，并且由空气间隙隔开。在图4的实例中，衬底402的上表面示为具有上覆的反射层404。每个条带304在其上表面上优选也具有这种反射层(如图1和2所示)。每个条带具有矩形狭缝308形式的一个或多个开口。狭缝308可以使部分光照亮标记为“线照明”的阴影区域，从而照射到条带304下的衬底402的反射层404。在优选实施例中，该空间光调制器300配置成使得a)由于条带上的反射层而导致的面积反射率乘积，与b)由于条带内和条带之间的开口所导致的面积反射率乘积近似相等。利用与制造常规带式光调制器过程中采用的相似MEMS处理技术，可以制造出光调制器300。
反射条带304的中央部分(处于固定部分之间内的)可以由于例如静电力而使之朝衬底偏转。使条带304偏转改变了条带304的上表面与衬底402的反射层404之间的距离，从而改变了照射到它们上的光的路径长度差。这样就使得入射光通过衍射而得到调制。
在光调制器300中，衍射周期“Λ”包括一条条带表面和一个开口。可寻址像素“P”具有“N”个周期/像素(即P＝NΛ)。在图3和4的实例中，每个像素具有三个周期。注意，条带之间的间隙310与狭缝308具有相同的效果。因此，条带宽度“W”由等式W＝P-(Λ/2)给出。光调制器300可以按照零级或一级模式工作。在零级模式下，收集光的零级成分，并且通过将该光衍射成一级和更高级来获得调制。在一级模式下，收集光的经调制的一级成分。然而，因为光调制器300的周期可能仅为几个波长，所以衍射角会非常大。因此，优选的是以零级模式操纵光调制器300。
距离“H”是条带的反射上表面与衬底的反射层之间的距离。如果H＝(奇整数)(λ/4)，其中“λ”是入射光的波长，那么光调制器300通常为OFF。换句话说，未偏转状态是衍射，从而废弃光，对应于零级模式下的暗像素。如果H＝(偶整数)(λ/4)，那么该光调制器300通常为ON。也就是说，未偏转状态是反射，对应于零级模式下的亮像素。因为条带在偏转超过H/3的情况下会合上(snap down)，则最小的偶整数和奇整数乘数优选分别为4和5。可以给距离H加上高度裕度δ，以允许均匀校准。换句话说，通常为OFF的光调制器300可以配置为H＝M(λ/4)+δ，其中M是不小于5的奇整数(即M＝5、或7、或9、或11等)，而通常为ON的光调制器300可以配置为H＝M(λ/4)+δ，其中M是不小于4的偶整数(即M＝4、或6、或8、或10等)。
作为特定实例，Λ＝1微米(μm)，并且N＝3周期/像素，从而得到P＝3μm(即1μm×3)。狭缝宽度以及条带之间的间隙均分别等于(Λ/2)或者0.5μm(即1μm/2)。条带宽度W是2.5μm(即3μm-(1μm/2))。对于波长λ＝0.5μm的光源而言，通常为OFF的光调制器可以具有0.625μm的距离H(奇整数＝5)或者0.875μm的距离H(奇整数＝7)。对于一万(10000)个像素而言，电路小片仅为约30mm(10000×3μm)长。
对于～λ的条带结构，可以采用全向量衍射分析来优化器件的工作情况，并且解决与该结构的光场交互作用的偏振影响。同样，可以将每个像素的驱动电子器件作为条带结构集成到同一硅片上，从而获得非常高的像素数和精细的像素间隔。
已经公开了一种大像素数、衍射、空间光调制器。该调制器可以配置为线性阵列，可选择的是配置为二维阵列。尽管已经提供了特定实施例，但是应当理解这些实施例是用于说明的，而非限制。本领域普通技术人员在阅读了本公开内容之后，许多另外的实施例都将是非常清楚明白的。
权利要求
1.一种MEMS空间光调制器，包括具有反射表面的衬底；反射表面上的条带，该条带具有反射表面，并且在中央部分还具有一个或多个开口以用于使光通过并且入射到反射表面上；其中可使该条带朝衬底偏转，以便按照可控方式衍射入射光。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其中可利用静电力使条带偏转。
3.根据权利要求1所述的光调制器，其中该光调制器配置为可控地使条带偏转大约光的四分之一波长。
4.根据权利要求1所述的光调制器，还包括可使之朝反射表面偏转的第二条带。
5.根据权利要求4所述的光调制器，其中两个条带之间的间隙与条带中开口的宽度具有相同的距离。
6.根据权利要求1所述的光调制器，其中每个开口包括狭缝。
7.根据权利要求6所述的光调制器，其中该狭缝基本上是矩形的。
8.根据权利要求1所述的光调制器，其中每个开口的宽度等于两个开口之间的距离。
9.根据权利要求1所述的光调制器，其中对该条带加以控制以表示单一像素。
10.根据权利要求1所述的光调制器，其中条带的未偏转高度近似等于光的四分之一波长与一整数的乘积。
11.根据权利要求10所述的光调制器，其中该整数至少为使条带偏转时避免条带合上情况的最小数。
12.根据权利要求11所述的光调制器，其中该最小数为4。
13.根据权利要求10所述的光调制器，其中该整数为奇数，并且在该条带未偏转时衍射光。
14.根据权利要求10所述的光调制器，其中该整数为偶数，并且在该条带未偏转时镜面反射光。
15.一种高密度空间光调制器，包括衬底；配置在衬底上的可偏转条带器件阵列；每个条带器件内的一个或多个开口；相邻条带器件之间的开口；每个条带器件上的反射层；至少配置在所述开口下的衬底上的反射层；并且其中该空间光调制器配置成使得a)条带上的反射层的面积反射率乘积与b)条带内和条带之间的开口的面积反射率乘积近似相等。
16.根据权利要求15所述的空间光调制器，其中该阵列包括线性阵列。
17.根据权利要求15所述的空间光调制器，其中该阵列包括二维阵列。
18.根据权利要求16所述的空间光调制器，其中该线性阵列中的条带器件的周期为每3毫米或者更小一个条带器件。
19.根据权利要求16所述的空间光调制器，其中该阵列在单一电路小片内包括10000个条带器件，其中每个条带器件对应于可控像素。
20.一种空间调制光的方法，该方法包括使一定波长的光入射到衬底上的条带器件阵列上；可控地使条带器件偏转，其中该衬底包括反射表面，并且其中每个条带器件包括反射表面，并且在中央部分还包括一个或多个开口以用于使光通过。
21.根据权利要求20所述的方法，其中至少单一条带器件对应于单独可控像素。
全文摘要
在一个实施例中，高密度空间光调制器(300)包括具有反射表面(404)的衬底(402)以及反射表面上的反射条带(304)。该条带(304)可以具有一个或多个开口，例如矩形狭缝(308)。该开口使光通过条带并且入射到反射表面上。使条带(304)朝衬底(402)偏转从而可以动态可控地使入射光的衍射。该空间光调制器像素比常规光调制器需要更小的空间，从而在可制造的器件尺寸内能够获得较大的像素数。还公开了其它实施例。
文档编号G02B26/00GK1882865SQ200480034254
公开日2006年12月20日 申请日期2004年9月23日 优先权日2003年9月26日
发明者J·I·特里斯纳迪, C·B·卡利斯尔 申请人:硅光机器公司