专利名称：三波长衍射调制单元和成像器及时间和空间调制方法
技术领域：
本发明涉及光调制器件，尤其涉及一种三波长衍射调制(Tri WavelengthDiffractive Modulation，简称TWDM)单元、TWDM成像器及使用该 TWDM单元和 TWDM成像器的时间和空间调制方法。
背景技术：
广泛用于微显示投影及其他光系统中的空间光调制器为固态微阵列器件，其能够 控制或调制具有特定空间图案的入射光，该入射光与一系列图像输入电信号相关联，通过 该器件可以对入射光进行强度、相位、偏振或方向调制。两类最常用的空间光调制器应用二维阵列结构的微机电系统 (Micro-Electro-Mechanical系统，简称MEMS)器件提供对入射光的二维调制，如德州仪 器公司(Texas Instruments)的数字镜元件(DigitalMirror Device，简称DMD)及硒光机 器公司(Silicon Light Machines)的栅状光阀(Galvanic Light Valve，简称GLV)器件。 DMD器件的吸引力明显在于其高光效、大延伸性、宽频带、高调制速率及用于时间序列色彩 组合及管理的数字控制算法，从而被广泛应用。尽管在投影显示应用方面取得成功，但DMD器件的缺陷在于每像素的功耗较高， 尤其在蜂窝电话及手持设备的高分辨率微显示投影应用中，该缺陷更加突出。GLV阵列器件在延伸性、模拟灰阶、光效率、调制速率及每像素功耗方面有较强的 吸引力。但现有GLV器件的缺陷在于数字控制算法的波长依赖性，尤其在微显示投影应用 中与时间序列或空间图案色彩管理相关的方案中，要求对覆盖可见光频谱的入射光进行空 间调制时，该缺陷更加明显。因此，在投影系统应用中，在控制算法的数字化及多波长调制 的集成化方面还有待于改进。
发明内容
本发明实施例提供一种TWDM单元、TWDM成像器及使用该TWDM单元和TWDM成像 器的时间和空间调制方法，用以改进了投影系统应用中控制算法的数字化及多波长调制的 集成度。本发明实施例提供一种TWDM单元，其中包括第一组可移动反射硬板、第二组可移动反射硬板、设置于所述第一组可移动反射 硬板顶部的第一组顶反射面及设置于所述第二组可移动反射硬板顶部的第二组顶反射面， 所述第一组顶反射面和第二组顶反射面均与顶参考面平行，且对于沿第一方向具有预定光 谱的入射电磁辐射光具有相同的反射性；其中，所述第一组可移动反射硬板和第二组可移动反射硬板用于均被置于零位 置，所述第一组顶反射面和第二组顶反射面均平行于顶参考面，且被保持在相对于所述顶 参考面的零距离；其中，所述第一组可移动反射硬板用于被移动到第一位置，而保持所述第一组顶反射面平行于所述顶参考面且被钳位于从所述顶参考面的第一垂直距离；且所述第二组可 移动反射硬板用于被移动到第二位置，而保持第二组顶反射面平行于所述顶参考面且被钳 位于从所述顶参考面的第二垂直距离；以及其中，所述第一垂直距离等于m* A 1；/4，所述第二垂直距离等于n* A 2/4，所述第一 垂直距离及所述第二垂直距离之间的绝对差值等于P*X3/4，其中所述入工、、和入3分别 为所述预定光谱中的第一波长、第二波长和第三波长，m、n和p均为奇数。本发明另一实施例提供一种TWDM成像器，其中包括以规则空间平面阵列结构排列的多个上述TWDM单元；平面基板，作为由多个所述三波长衍射调制单元共享的单元基板；以及全局驱动电路，设置于所述平面基板内，用于协调和驱动与三波长衍射调制单元 相关联的单元驱动电路。本发明又一实施例提供一种使用上述TWDM单元的时间调制方法，其中包括在第一波长辐射光的第一子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二 组可移动反射硬板均设置于零位置，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射硬板移 动到第一位置且将所述第二组可移动反射硬板保持在零位置，以提供最大衍射；在第二波长辐射光的第二子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二 组可移动反射硬板均设置于零位置，以提供最大反射；并将所述第二组可移动反射硬板移 动到第二位置且将所述第一组可移动反射硬板保持在零位置，以提供最大衍射；以及在第三波长辐射光的第三子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二 组可移动反射硬板均设置于零位置，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射硬板移 动到第一位置且将所述第二组可移动反射硬板移动到第二位置，以提供最大衍射。本发明又一实施例提供一种使用上述TWDM成像器的时间调制方法，其中包括在第一波长辐射光的第一子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器中的每 个三波长衍射调制单元上，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二组可移动反射硬板均 设置于零位置，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射硬板移动到第一位置且将所 述第二组可移动反射硬板保持在零位置，以提供最大衍射；在第二波长辐射光的第二子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器中的每 个三波长衍射调制单元上，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二组可移动反射硬板均 设置于零位置，以提供最大反射；并将所述第二组可移动反射硬板移动到第二位置且将所 述第一组可移动反射硬板保持在零位置，以提供最大衍射；以及在第三波长辐射光的第三子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器中的每 个三波长衍射调制单元上，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二组可移动反射硬板均 设置于零位置，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射硬板移动到第一位置且将所 述第二组可移动反射硬板移动到第二位置，以提供最大衍射。本发明又一实施例提供一种使用上述TWDM成像器的空间调制方法，其中包括如 下同步的步骤与所述第一带通滤光对齐，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二组可移动反 射硬板均设置于零位置，以提供最大反射；然后将所述第一组可移动反射硬板移动到第一 位置且将所述第二组可移动反射硬板保持在零位置，以提供最大衍射；
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与所述第二带通滤光单元对齐，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二组可移 动反射硬板均设置于零位置，以提供最大反射；然后将所述第二组可移动反射硬板移动到 第二位置且将所述第一组可移动反射硬板保持在零位置，以提供最大衍射；以及与所述第三带通滤光单元对齐，将所述第一组可移动反射硬板及所述第二组可移 动反射硬板均设置于零位置，以提供最大反射；然后将所述第一组可移动反射硬板移动到 第一位置且将所述第二组可移动反射硬板移动到第二位置，以提供最大衍射。本发明实施例改进了投影系统应用中控制算法的数字化及多波长调制的集成度， 且具有较低功耗。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例所述TWDM单元的顶视图；图2a、2b、2c及2d为图1所示TWDM单元沿A_A’方向的截面视图，分别显示了四 种不同的空间结构，用于选择性地衍射及反射入具有三个不同波长的射电磁辐射光；图3a和3b为图1所示TWDM单元沿B_B’方向的截面视图，显示了两组可移动反 射硬板的可选复合结构；图4a和4b为图1所示TWDM单元沿B_B’方向的截面视图，显示了两组可移动反 射硬板的其他可选结构；图5为包括多个图1所示TWDM单元100的TWDM成像器的顶视图；图6为图5所示TWDM成像器沿C-C’方向的截面视图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下参照图1 6说明本发明所述TWDM器件。为了清楚地进行说明，一些公知的 或与本发明无关的部分被省略。图1为本发明实施例所述TWDM单元100的顶视图。为了对沿第一方向1入射的 电磁辐射光900进行空间调制，TWDM单元100包括两组可移动反射硬板，即第一组可移动 反射硬板110和第二组可移动反射硬板120，作为核心成对元件。这两组可移动反射硬板能 够沿第一方向1独立地垂直移动，并彼此保持平行，与和入射电磁辐射光900垂直的顶参考 面109平行。在第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120的顶部设置有两组顶 反射面，即第一组顶反射面111和第二组顶反射面121，作为独立本地反射器面向入射电磁 辐射光900，较佳地具有相同的全反射性。这两组顶反射面，即第一组顶反射面111和第二
9组顶反射面121可以由反射金属，如银、铝、铜、钛、钼、金及其合金中的任意一种或任意组 合制成，并且可选地，也可以作为两组顶电极，即第一组顶电极112和第二组顶电极122，用 于在第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120上分别产生静电力。第一组 顶电极112和第二组顶电极122可以由导体材料，包括银、铝、铜、钛、钼、金、镍和钴中的任 意一种或任意组合制成。可选地，第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120可以通过两组 形变连接器，即第一组形变连接器115和第二组形变连接器125悬设于单元基板9上，并且 这两组形变连接器还为两组顶电极(第一组顶电极112和第二组顶电极122)与设置于单 元基板9内的单元驱动电路20之间提供电连接。两组底电极，即第一组底电极11和第二组底电极12设置于单元基板9中并与顶 参考面109平行，并且还与单元驱动电路20电连接。这两组底电极分别与两组顶电极，即 第一组顶电极112和第二组顶电极122垂直对齐相对，并与其成对设置。这两组底电极可4 彼此电连接并由单元驱动电路20共同地充电到相同的电势。由单元驱动电路20充电为相 同或相反的极性，从而在第一组可移动反射硬板110和单元基板9之间以及在第二组可移 动反射硬板120和单元基板9之间独立产生静电斥力或吸力，以驱动他们沿第一方向1的 相同或相反向垂直移动。单元基板9可以由半导体，包括硅，锗，砷及其化合物中的任意一 种制成。所述两组顶电极，即第一组顶电极112和第二组顶电极122，以及所述两组底电 极，即第一组底电极11和第二组底电极12可以由集成电路中通常使用的金属或其他非导 电材料制成。图2a、2b、2c及2d为图1所示TWDM单元沿A_A’方向的截面视图，分别显示了四 种不同的空间结构，用于选择性地衍射及反射入具有三个不同波长的射电磁辐射光。如图 2a所示，第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120在零静电斥力或吸力的 自然状态下与顶参考面109平齐，即位于具有零距离190的零位置180，因此，在顶参考面 109处，两组形变连接器，即第一组形变连接器115和第二组形变连接器125 (图1)，保持无 形变。第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120)在静电吸力作用下被 静电驱动第一方向1向下移动接近单元基板9。在第一组可移动反射硬板110和第二组可 移动反射硬板120的底面分别设置有两组距离限位器，即第一组距离限位器131和第二组 距离限位器132)，朝向单元基板9。如图2b、2c和2d所示，第一组距离限位器131和第二 组距离限位器132分别为第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120的独立 向下移动提供不同的物理限位，从而将第一组顶反射面111从顶参考面109设定于第一垂 直距离191，和/或将第二组顶反射面121从顶参考面109设定于第二垂直距离192。在单元驱动电路20发出的独立电指令下，第一组可移动反射硬板110和第二组可 移动反射硬板120共同提供如下的四种不同的空间结构，从而在第一组顶反射面111和第 二组顶反射面121之间形成四种对应的相对距离a)零距离或接近零距离，在该距离，第一 组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120被设定于零位置180 (图2a) ；b)第一 垂直距离191，在该距离，第一组可移动反射硬板110在静电吸力的作用被钳位于第一位置 181，而第二组可移动反射硬板120仍停留在零位置180 (图2b) ；c)第二垂直距离192，在该距离，第二组可移动反射硬板120在静电吸力的作用下被钳位于第二位置182，而第一组可 移动反射硬板110仍停留在零位置180 (图2c)；以及d)第三垂直距离，等于第一垂直距离 191减第二垂直距离192的绝对值，在该距离，第一组可移动反射硬板110和第二组可移动 反射硬板120均在静电吸力的作用下被分别钳位于第一位置181和第二位置182(图2d)。 此处的两组距离限位器，即第一组距离限位器131和第二组距离限位器132，被简单地设置 为具有不同的厚度，使得第一垂直距离191不同于第二垂直距离192。在第一组顶反射面111和第二组顶反射面121之间包括一个定义的零或接近零距 离及其他距离，四个不同的相对结构为空间调制三个不同波长入射电磁辐射光900提供了 可选地二元模式设定方式。当第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120均停留在零位置 180 (图2a)时，提供最大反射。具有两组可移动反射硬板，即第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬 板120，足够形成大致等于的第一垂直距离191，其中，m为第一奇数，A :为入射电 磁辐射光900中第一定义光谱的第一波长中心。当第一组顶反射面111被单独移动到并钳 制于第一位置181 (图2b)时，第一组顶反射面111和第二组顶反射面121共同为第一定义 光谱的入射电磁辐射光900提供最大衍射。类似地，当第二组可移动反射硬板120被单独移动到并钳位于第二位置182 (图 2c)时，第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120共同为以第二波长\2为 中心的第二定义光谱的入射电磁辐射光900提供最大衍射，其中，第二垂直距离192大致等 于n*X2/4，n为另一奇数。当第一组可移动反射硬板110被移动到并钳位于第一位置181且第二组可移动反 射硬板120被移动到并钳位于第二位置182 (图2d)时，以第三波长入3为中心的第三定义 光谱的入射电磁辐射光900的最大衍射是通过设置第一垂直距离191和第二垂直距离192 之间的绝对差值实现的，第一组顶反射面111和第二组顶反射面121之间的实际垂直距离 大致等于或接近P* A 3/4，其中，p可以为任意奇数。所述入射电磁辐射光为可见光，而Xp入2和入3为三个选择的彩色波长，位于 380nm和750nm之间。例如，可以分别为红光光谱620到750nm的中心波长、绿光光谱485到 570nm的中心波长、及蓝光光谱450到495nm的中心波长。入1、入2和入3分别为685. Onm、 532. 5nm和472. 5nm。如果第一垂直距离191等于或大致接近3*入,/4或513. 75nm(m等于 3)且第二垂直距离等于或大致接近3* A 2/4或399. 38nm (n等于3)，那么第一垂直距离191 和第二垂直距离192之间的绝对差值或114. 38nmA3(p等于1)的四分之一，也就是中心蓝 光波长的四分之一，即472. 5nm。因此，通过向第一组底电极11和第二组底电极12施加静电吸力，独立驱动第一组 可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120，TWDM单元100除了在零位置180 (图 2a)为上述定义的红、绿、蓝光谱的入射光提供最大反射以外，还独立地为这些光谱提供最 大衍射。可选地，图2b所示的第一组可移动反射硬板110移动到513. 75nm的第一垂直距 离191而第二组可移动反射硬板120设定于零位置180的结构为中心波长为685nm的红光 提供了最大衍射。并且类似地，图2c所示的结构为中心波长为532. 5nm的绿光提供了最大 衍射，而图2d所示的第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120在第一组距离限位器131和第二组距离限位器132的帮助下分别移动第一位置181和第二位置182的 结构，为中心波长为472. 5nm的蓝光提供了最大衍射。该TWDM单元100能够以二元模式，即最大反射和最大衍射，选择性地数字化调制 三种不同波长的入射电磁辐射光，从而改进了投影系统应用中控制算法的数字化及多波长 调制的集成度。另外，TWDM单元100还具有低功耗。为了改进衍射调制的全局一致性，如图1和2a 2d所示，第一组可移动反射硬板 110和第二组可移动反射硬板120可以被设置为规则交织平面结构且平行于顶参考面109， 如果每一组均包含多个板(如图所示，每组中有两个板)。在一个可选结构中，每一组仅仅 具有一个可移动反射硬板，该TWDM单元100包括第一组可移动反射硬板110和第二组可移 动反射硬板120。并且进一步地，第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120 可以采取任意平面形状，包括但不限于矩形、方形、圆形、椭圆形及多边形。图3a和3b为图1所示TWDM单元沿B_B’方向的截面视图，显示了两组可移动反 射硬板的可选复合结构。此处，为了加固第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射 硬板120，并且也为了让他们在通过弯曲第一组形变连接器115和第二组形变连接器125而 进行垂直移动时保持平整并平行于顶参考面109，第一组加固板151夹设于第一组顶反射 面111和第一组顶电极112之间，且第二组加固板152夹设于第二组顶反射面121和第二组 顶电极122之间，从而分别构成第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120。 第一组加固板151和第二组加固板152可以由金属组合或者由包括氧化物、氮化物、碳化物 和碳的介电材料组合制成。如图3a和3b所示，无需在第一组形变连接器115和第二组形变连接器125上设 置反射涂层，以保持不透明，从而去除不希望有的本地反射及衍射。图4a和4b为图1所示TWDM单元沿B_B’方向的截面视图，显示了两组可移动反 射硬板的其他可选结构，为了进一步提高总的有效区域从而为TWDM单元100上的入射电磁 辐射光900的反射及衍射填充因子，应用了一种如图4a和4b所示的双层悬设MEMS结构。 此处，第一组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120可以进一步包括两组移动 传递器，即第一组移动传递器141和第二组移动传递器142，用于在由单元驱动电路20驱动 的第一组底电极11和第二组底电极12产生的静电吸力或斥力的作用下，将第一组顶电极 112和第二组顶电极122的垂直运动与第一组形变连接器115和第二组形变连接器125的 弯曲相关联。而由第一组加固板151和第二组加固板152加固的第一组顶反射面111和第 二组顶反射面121在垂直运动中与顶参考面109保持平行，并且第一组顶电极112和第二 组顶电极122被保持在第一组底电极11和第二组底电极12附近，以通过较低的电压充电 产生足够的吸力或斥力。应用所述三波长衍射调制单元100的时间调制方法包括如下步骤在第一波长辐射光的第一子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板110及所述 第二组可移动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；并将所述第一组可移动 反射硬板110移动到第一位置181且将所述第二组可移动反射硬板120保持在零位置180， 以提供最大衍射；在第二波长辐射光的第二子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板110及所述 第二组可移动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；并将所述第二组可移动反射硬板120移动到第二位置182且将所述第一组可移动反射硬板110保持在零位置180， 以提供最大衍射；以及在第三波长辐射光的第三子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板110及所述 第二组可移动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；并将所述第一组可移动 反射硬板110移动到第一位置181且将所述第二组可移动反射硬板120移动到第二位置 182，以提供最大衍射。图5为包括多个图1所示TWDM单元100的TWDM成像器的顶视图，这些TWDM单元 100以规则空间平面阵列结构排列，为了便于说明，图5中仅显示了 2行3列的阵列结构。 每个TWDM单元100作为平面衍射调制阵列，即TWDM成像器500的一个单个像素，以规则封 装空间结构设置，且平行于顶参考面109。全局驱动电路520产生一系列电指令，以向第一 组可移动反射硬板110和第二组可移动反射硬板120产生相对于平面基板10的静电吸力 或斥力，从而为具有三个预定波长的沿第一方向1入射的电磁辐射光900提供最大反射或 最大衍射。每个TWDM单元100可以采用任意平面形状，包括但不限于矩形、方形、圆形、椭 圆形及多边形，用于以规则空间平面结构构建完整的阵列。通过以预定时间序列和时间段引入红色蓝三基色电磁辐射光900来实施TWDM成 像器500，以便产生视频图像并投影到投影显示系统，该TWDM成像器500与广泛使用的数字 光处理(Digital Light Processing，简称DLP)微显示系统完全同步运行，如上所述用于 单个TWDM单元100。入射的可见光可以由TWDM成像器500进行空间调制，借助于对齐的彩色滤光阵 列，既可以采用时间序列模式进行调制，也可以采用空间组合方式进行调制。与DLP成像器 不同的是，TWDM成像器500能够进行空间彩色化，以形成微显示图像，可以广泛应用于基于 白光作为入射电磁辐射光900的硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，简称LC0S)及透 射IXD微显示系统。图6为图5所示TWDM成像器沿C_C’方向的截面视图，显示了使用平面带通滤光 阵列530对入射电磁辐射光(白光)900进行空间彩色化用于图像形成。为了构建一个像 素图像，平面带通滤光阵列530提供了一组三个带通滤光单元，即第一带通滤光单元531、 第二带通滤光单元532和第三带通滤光单元533，沿第一方向1进行光对齐，位于三个相应 的TWDM单元(即红光TWDM单元100r、绿光TWDM单元100g及蓝光TWDM单元100b)的顶 部，所述第一带通滤光单元531用于阻挡入射电磁辐射光900中第一波长(如红光)以外 的光谱部分；所述第二带通滤光单元532用于阻挡入射电磁辐射光900中第二波长(如绿 光)以外的光谱部分；以及所述第三带通滤光单元533用于阻挡入射电磁辐射光900中第 三波长(如蓝光)以外的光谱部分。尽管上述的红光TWDM单元100r、绿光TWDM单元100g和蓝光TWDM单元100b被制 造为相同的结构，但这三个TWDM单元也可以根据其所对齐的带通滤光单元，即第一带通滤 光单元531、第二带通滤光单元532和第三带通滤光单元533，也可以针对具体的波长单独 运行，从而以二元模式进行调制，即如前所述的最大反射或最大衍射。所述平面带通滤光阵 列530可以由包括重氮萘醌(Diazidonaphthoquinone，简称DNQ)-酚醛感光树脂、颜料、染 料、及硫化锌和冰晶石化合物的聚合物材料中的任意一种制成。如图6所示，红光TWDM单元100r中的红光第一组可移动反射硬板110r在吸力作用下适当地移向平面基板10，而红光第二组可移动反射硬板1201 被设定在零位置180，用 于为通过第一(红光)带通滤光单元531后的入射电磁辐射光900中的入射红光产生最大 衍射。依照相同的原理，绿光TWDM单元100g中的绿光第二组可移动反射硬板120g在吸力 作用下适当地移向平面基板10，而绿光第一组可移动反射硬板110g被设定在零位置180， 用于为通过第二(绿光)带通滤光单元532后的入射电磁辐射光900中的入射绿光产生最 大衍射。在蓝光TWDM单元100b中的蓝光第一组可移动反射硬板110b和蓝光第二组可移 动反射硬板120b均在吸力的作用下适当地移向平面基板10，用于为通过第三(蓝光)带通 滤光单元533的入射电磁辐射光900中的入射蓝光产生最大衍射。当所述红光TWDM单元100r、绿光TWDM单元100g和蓝光TWDM单元100b均被置于 与顶参考面109平齐的零位置180时，分别为通过第一带通滤光单元531、第二带通滤光单 元532和第三带通滤光单元533后的入射光产生最大反射。可选地，第一带通滤光单元531、第二带通滤光单元532和第三带通滤光单元533 的顶部可以进一步分别设置一组微透镜541、542和543，与红光TWDM单元100r、绿光TWDM 单元100g和蓝光TWDM单元100b分别沿第一方向垂直对齐，以改进反射光和散射光的本地 对准性。一种使用上述三波长衍射调制成像器500的时间调制方法可以包括如下步骤在第一波长辐射光的第一子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器500中 的每个三波长衍射调制单元100上，将所述第一组可移动反射硬板110及所述第二组可移 动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射硬板 110移动到第一位置181且将所述第二组可移动反射硬板120保持在零位置180，以提供最 大衍射；在第二波长辐射光的第二子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器500中 的每个三波长衍射调制单元100上，将所述第一组可移动反射硬板110及所述第二组可移 动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；并将所述第二组可移动反射硬板 120移动到第二位置182且将所述第一组可移动反射硬板110保持在零位置180，以提供最 大衍射；以及在第三波长辐射光的第三子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器500中 的每个三波长衍射调制单元100上，将所述第一组可移动反射硬板110及所述第二组可移 动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射硬板 110移动到第一位置181且将所述第二组可移动反射硬板120移动到第二位置182，以提供 最大衍射。一种使用上述三波长衍射调制成像器500的空间调制方法包括如下同步的步骤与所述第一带通滤光531对齐，将所述第一组可移动反射硬板110及所述第二组 可移动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；然后将所述第一组可移动反射 硬板110移动到第一位置181且将所述第二组可移动反射硬板120保持在零位置180，以提 供最大衍射；与所述第二带通滤光单元532对齐，将所述第一组可移动反射硬板110及所述第 二组可移动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；然后将所述第二组可移动 反射硬板120移动到第二位置182且将所述第一组可移动反射硬板110保持在零位置180，
14以提供最大衍射；以及与所述第三带通滤光单元533对齐，将所述第一组可移动反射硬板110及所述第 二组可移动反射硬板120均设置于零位置180，以提供最大反射；然后将所述第一组可移动 反射硬板110移动到第一位置181且将所述第二组可移动反射硬板120移动到第二位置 182，以提供最大衍射。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
权利要求
一种三波长衍射调制单元(100)，其特征在于包括第一组可移动反射硬板(110)、第二组可移动反射硬板(120)、设置于所述第一组可移动反射硬板(110)顶部的第一组顶反射面(111)、及设置于所述第二组可移动反射硬板(120)顶部的第二组顶反射面(121)，所述第一组顶反射面(111)和第二组顶反射面(121)均与顶参考面(109)平行，且对于沿第一方向(1)具有预定光谱的入射电磁辐射光(900)具有相同的反射性；其中，所述第一组可移动反射硬板(110)和第二组可移动反射硬板(120)用于均被置于零位置(180)，所述第一组顶反射面(111)和第二组顶反射面(121)均平行于顶参考面(109)，且被保持在相对于所述顶参考面(109)的零距离(190)；其中，所述第一组可移动反射硬板(110)用于被移动到第一位置181，而保持所述第一组顶反射面(111)平行于所述顶参考面(109)且被钳位于从所述顶参考面(109)的第一垂直距离(191)；且所述第二组可移动反射硬板(120)用于被移动到第二位置(182)，而保持第二组顶反射面(121)平行于所述顶参考面(109)且被钳位于从所述顶参考面(109)的第二垂直距离(192)；以及其中，所述第一垂直距离(191)等于m*λ1/4，所述第二垂直距离(192)等于n*λ2/4，所述第一垂直距离(191)及所述第二垂直距离(192)之间的绝对差值等于p*λ3/4，其中所述λ1、λ2和λ3分别为所述预定光谱中的第一波长、第二波长和第三波长，m、n和p均为奇数。
2.根据权利要求1所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述入射电磁辐射 光为可见光，所述λ”入2和λ3为位于380nm和750nm之间的彩色光波长。
3.根据权利要求1所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述第一组可移动 反射硬板(110)包括第一组顶电极(112)，所述第二组可移动反射硬板(120)包括第二组顶 电极(122)，所述三波长衍射调制单元(100)进一步包括单元基板(9)，包括第一组底电极(11)和第二组底电极(12)，均与所述单元驱动电 路(20)电连接，且沿所述第一方向(1)分别与所述第一组顶电极(112)和第二组顶电极 (122)空间对齐；以及第一组形变连接器(115)和第二组形变连接器(125)，用于将所述第一组可移动反射 硬板(110)和第二组可移动反射硬板(120)分别结构连接于所述单元基板(9)上，并分别 电连接于所述第一组顶电极(112)和第二组顶电(122)，从而分别连接到所述单元驱动电 路(20)；其中，所述第一组顶电极(112)和第一组底电极(11)用于由单元驱动电路20进行充 电或放电，以在所述第一组可移动反射硬板(110)和所述单元基板(9)之间形成静电吸力； 且所述第二组顶电极(122)和第二组底电极(12)用于由单元驱动电路(20)进行充电或放 电，以在所述第二组可移动反射硬板(120)和所述单元基板(9)之间形成静电吸力；其中，所述第一组顶电极(112)和第一组底电极(11)以及所述第二组顶电极(122)和 第二组底电极(12)用于被放电，以减少所述第一组可移动反射硬板(110)和所述单元基板 (9)之间以及所述第二组可移动反射硬板(120)和所述单元基板(9)之间的静电吸力，以便 使所述第一组形变连接器(115)和第二组形变连接器(125)均保持在非变形状态，从而将 所述第一组可移动反射硬板(110)和第二组可移动反射硬板(120)均设定于零位置(180)；以及其中，所述第一组顶电极(112)和第一组底电极(11)用于被充电，以在所述第一组 可移动反射硬板(110)和所述单元基板(9)之间形成足够的静电吸力，使所述第一组形变 连接器(115)变形，用于使所述第一组顶反射面(111)垂直移动且平行于所述顶参考面 (109)，并将所述第一组顶反射面(111)钳位于从顶参考面(109)的第一位置(181)；所述 第二组顶电极(122)和第二组底电极(12)用于被充电，以在所述第二组可移动反射硬板 (120)和所述单元基板(9)之间形成足够的静电吸力，使所述第二组形变连接器(125)变 形，用于将所述第二组顶反射面(121)垂直移动且平行于所述顶参考面(109)，并将所述第 二组顶反射面(121)钳位于从顶参考面(109)的第二垂直距离(182)。
4.根据权利要求3所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于进一步包括装设于 所述第一组可移动反射硬板(110)上的第一组距离限位器(131)，及装设于所述第二组可 移动反射硬板(120)上的第二组距离限位器(132)，其中所述第一组顶电极(112)和所述第一组底电极(11)用于由相反极性的电荷驱动，以在 所述第一组可移动反射硬板(110)和所述单元基板(9)之间产生足够的静电吸力，从而通 过所述第一组距离限位器131将所述第一组顶反射面(111)钳位于第一位置(181)；以及所述第二组顶电极(122)和所述第二组底电极(12)用于由相反极性的电荷驱动，以在 所述第二组可移动反射硬板(120)和所述单元基板(9)之间产生足够的静电吸力，从而通 过所述第二组距离限位器(132)将所述第二组顶反射面(121)钳位于第二位置(182)。
5.根据权利要求3所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于第一组顶电极(112) 设置于设置有第一组顶反射面(111)的所述第一组可移动反射硬板(110)的顶部，所述 第二组顶电极(122)设置于设置有第二组顶反射面(121)的所述第二组可移动反射硬板 (120)的顶部。
6.根据权利要求3所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述第一组顶电极 (112)设置于设置有第一组顶反射面(111)的所述第一组可移动反射硬板(110)的底部，所 述第二组顶电极(122)设置于设置有第二组顶反射面(121)的所述第二组可移动反射硬板 (120)的底部。
7.根据权利要求6所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述第一组可移动 反射硬板(110)进一步包括第一组加固板151，夹设于所述第一组顶反射面(111)和第一组 顶电极(112)之间；所述第二组可移动反射硬板(120)进一步包括第二组加固板(152)，夹 设于所述第二组顶反射面(121)和第二组顶电极(122)之间。
8.根据权利要求7所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于进一步包括第一组移动传递器(141)，用于将所述第一组可移动反射硬板(110)连接于所述第一组顶电极(112)，以便将所述第一组顶电极(112)在与单元基板(9)产生的静电吸力作用 下的垂直运动传递为所述第一组可移动反射硬板(110)的垂直移动，并与所述顶参考面 (109)保持平行；以及第二组移动传递器(142)，用于将所述第二组可移动反射硬板(120)连接于所述第二 组顶电极(122)，以便将所述第二组顶电极(122)在与单元基板(9)产生的静电吸力作用 下的垂直运动传递为所述第二组可移动反射硬板(120)的垂直移动，并与所述顶参考面 (109)保持平行。
9.根据权利要求1所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述第一组可移动 反射硬板(110)和所述第二组可移动反射硬板(120)被设置为包括方形、矩形、圆形、椭圆 形和多边形中的任意平面形状。
10.根据权利要求1所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述第一组顶反射 面(111)和所述第二组顶反射面(121)由包括银、铝、铜、钛、钼、金及其合金的反射金属中 的任意一种或任意组合制成。
11.根据权利要求1所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述单元基板(9) 由包括硅，锗，砷及其化合物的半导体中的任意一种制成。
12.根据权利要求3所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述第一组顶电极 (112)和所述第二组顶电极(122)由包括银、铝、铜、钛、钼、金、镍和钴的导体材料中的任意 一种或任意组合制成。
13.根据权利要求7所述的三波长衍射调制单元(100)，其特征在于所述第一组加固板 (151)和所述第二组加固板(152)由金属组合或者由包括氧化物、氮化物、碳化物和碳的介 电材料组合制成。
14.一种三波长衍射调制成像器，其特征在于包括以规则空间平面阵列结构排列的多个权利要求1 14中任一所述的三波长衍射调制 单元(100)；平面基板(10)，作为由多个所述三波长衍射调制单元(100)共享的单元基板(9)；以及全局驱动电路(520)，设置于所述平面基板(10)内，用于协调和驱动与三波长衍射调 制单元(100)相关联的单元驱动电路(20)。
15.根据权利要求14所述的三波长衍射调制成像器，其特征在于还包括平面带通滤 光阵列(530)，由第一带通滤光单元(531)、第二带通滤光单元(532)及第三带通滤光单元 (533)构成，以规则空间结构与每个所述三波长衍射调制单元(100)对齐设置，用于在所述 三波长衍射调制单元(100)之间接收入射电磁辐射光(900)，其中所述第一带通滤光单元(531)用于阻挡入射电磁辐射光(900)中第一波长以外的光谱 部分；所述第二带通滤光单元(532)用于阻挡入射电磁辐射光(900)中第二波长以外的光谱 部分；以及所述第三带通滤光单元(533)用于阻挡入射电磁辐射光(900)中第三波长以外的光谱 部分。
16.根据权利要求14所述的三波长衍射调制成像器(500)，其特征在于所述平面带 通滤光阵列(530)由包括重氮萘醌-酚醛感光树脂、颜料、染料、及硫化锌和冰晶石化合物 的聚合物材料中的任意一种制成，所述平面带通滤光阵列(530)中的每个带通滤光单元进 一步与微透镜相关联，所述微透镜沿第一方向与相应的三波长衍射调制单元(100)垂直对 齐。
17.一种使用权利要求1 13中任一所述三波长衍射调制单元(100)的时间调制方 法，其特征在于包括在第一波长辐射光的第一子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第 二组可移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射硬板(110)移动到第一位置(181)且将所述第二组可移动反射硬板(120)保持在零 位置(180)，以提供最大衍射；在第二波长辐射光的第二子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第 二组可移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；并将所述第二组可移 动反射硬板(120)移动到第二位置(182)且将所述第一组可移动反射硬板(110)保持在零 位置(180)，以提供最大衍射；以及在第三波长辐射光的第三子时间段内，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第 二组可移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；并将所述第一组可移 动反射硬板(110)移动到第一位置(181)且将所述第二组可移动反射硬板(120)移动到第 二位置(182)，以提供最大衍射。
18.一种使用权利要求14 16中任一所述三波长衍射调制成像器(500)的时间调制 方法，其特征在于包括在第一波长辐射光的第一子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器(500)中的 每个三波长衍射调制单元(100)上，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第二组可 移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射 硬板(110)移动到第一位置(181)且将所述第二组可移动反射硬板(120)保持在零位置 (180)，以提供最大衍射；在第二波长辐射光的第二子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器(500)中的 每个三波长衍射调制单元(100)上，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第二组可 移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；并将所述第二组可移动反射 硬板(120)移动到第二位置(182)且将所述第一组可移动反射硬板(110)保持在零位置 (180)，以提供最大衍射；以及在第三波长辐射光的第三子时间段内，分别在所述三波长衍射调制成像器(500)中的 每个三波长衍射调制单元(100)上，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第二组可 移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；并将所述第一组可移动反射 硬板(110)移动到第一位置(181)且将所述第二组可移动反射硬板(120)移动到第二位置 (182)，以提供最大衍射。
19.一种使用权利要求14 16中任一所述三波长衍射调制成像器(500)的空间调制 方法，其特征在于包括如下同步的步骤与所述第一带通滤光(531)对齐，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第二组 可移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；然后将所述第一组可移动 反射硬板(110)移动到第一位置(181)且将所述第二组可移动反射硬板(120)保持在零位 置(180)，以提供最大衍射；与所述第二带通滤光单元(532)对齐，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第 二组可移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；然后将所述第二组可 移动反射硬板(120)移动到第二位置(182)且将所述第一组可移动反射硬板(110)保持在 零位置(180)，以提供最大衍射；以及与所述第三带通滤光单元(533)对齐，将所述第一组可移动反射硬板(110)及所述第 二组可移动反射硬板(120)均设置于零位置(180)，以提供最大反射；然后将所述第一组可移动反射硬板(110)移动到第一位置(181)且将所述第二组可移动反射硬板(120)移动到第二位置(182)，以提供最大衍射。
全文摘要
本发明提供一种三波长衍射调制单元和成像器及时间和空间调制方法，其中三波长衍射调制单元包括第一组可移动反射硬板(110)、第二组可移动反射硬板(120)、设置于所述第一组可移动反射硬板(110)顶部的第一组顶反射面(111)、及设置于所述第二组可移动反射硬板(120)顶部的第二组顶反射面(121)，所述第一组顶反射面(111)和第二组顶反射面(121)均与顶参考面(109)平行，且对于沿第一方向(1)具有预定光谱的入射电磁辐射光(900)具有相同的反射性。本发明改进了投影系统应用中控制算法的数字化及多波长调制的集成度，且具有较低功耗。
文档编号G02B26/00GK101825766SQ20101011148
公开日2010年9月8日 申请日期2010年2月2日 优先权日2009年2月2日
发明者河·H·黄 申请人:河·H·黄