一种机电适形栅器件，包括： ａ） 至少两组细长带状元件； ｂ） 一对端支座，用来把每个细长带状元件在两端支撑于衬底上； ｃ） 一些置于每个细长带状元件下面的中间支座； ｄ） 至少两个输入口，用来有选择性地将力加到至少两组细长带状元件上；其中所述力使选定的细长带状元件在第一和第二工作状态之间变形，其中在第二工作状态中细长带状元件机械上与中间支座的形状一致。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于光调制的机电栅器件。更具体说，本专利技术与包含线性机电栅器件阵列的投影显示系统中形成灰度级有关。
技术介绍
许多投影显示系统利用空间光调制器将电子图象信息转变为输出图象。目前在此类系统中的光源一般是白光灯，空间光调制器一般是包含液晶器件或微镜器件的区域阵列。另一些具有一个或多个激光光源和线性机电栅器件阵列的空间光调制器的显示系统结构的前景则更为诱人。为了显示高质量的活动图象，这些不同的空间光调制器的单个器件应能在图象中快速地形成大量的灰度级。能够达到的灰度级的极限通常是取决于器件的动态特性或者显示系统内电子元件的速度。以前的一些专利技术公开了不需提高调制元件或相关电路的速度而增加灰度级数量的方案。这些途径是改变在一帧内入射到空间光调制器上的照明。其中按照1998年9月22日颁发给Hewlett等人的美国专利5812303“利用中性密度滤波器的光幅调制”，利用微镜器件通过一个可变的中性密度滤波器产生亮暗灰度级，可以获得额外的灰度级。暗灰度是通过将一帧显示过程中的照度衰减一段时间而得到的。亮灰度则无衰减。实际上，该专利技术是通过使滤波器轮带着多段中性密度滤波器与数据流同步旋转而实现的。另一种途经是利用一种如脉冲激光等脉冲光源来降低对电子元件的速度要求，例如1997年9月16日颁发给Ernstoff等人的专利5668611“配备脉冲重复率调制照度的全色时序成象投影系统”所述。对空间光调制器的照度通过改变脉冲重复率或脉冲数来调节。此外，光源的平均亮度由脉冲数目确定。一种辅助方法是利用光源直接强度调制来获得多级亮度，如1999年5月11日授予给Ernstoff等人的美国专利5903323“配备时间调制照明的全色时序成象投影系统”所述。这两个美国专利5668611和5903323讨论电子元件具有足够大的时间窗以将新的图象数据位加到空间调制器中的特定问题。上述每一个专利技术是以光源效率换取改善的灰度级或降低的电子元件速度要求。但是，对于高质量的投影显示要求有效地利用光源，以使被投影图象的亮度和色彩度饱和最大化。最近，一种由呈周期性的中间支座序列悬挂在衬底上的带状元件组成的机电适形栅器件，已由Kowarz在2001年10月23日公布的美国专利6307663“带适形栅器件的空间光调制器”中公布。这种机电适形栅器件是通过静电驱动来运行的，它使带状元件依照支撑小结构的形状而形成一个栅。这种’663适形栅器件后来被称为适形GEMS器件，其中GEMS代表栅机电系统。适形GEMS器件具有一些诱人的特征。它能提供具有高衬度和高效率的高速数字光调制。此外，在适形GEMS器件的线性阵列中，有效区域比较大，且栅的周期是沿着垂直于阵列方向的方位。栅周期的这种取向使得衍射光束分成非常接近于线性阵列并在大部分光学系统中保持空间上分离，从而使光学系统的设计较简单，且所用光学元件较少。基于适形GEMS器件的线性阵列在下列美国专利中有过描述Kowarz等人于2002年6月25日被授权的6.411.425“具有空间分离光束的机电栅显示系统”及Kowarz等人于2002年11月5日被授权的6476848“具有分段波板的机电栅显示系统”。美国专利6307663公开的适形GEMS器件示于图1-3。图1表示处于未驱动状态的两个并排适形GEMS器件5a和5b。适形GEMS器件5a和5b形成于由底导电层12覆盖的衬底10的顶上，此导电层12由电介质防护层14覆盖，上面是支座层16和隔离层18。在隔离层18上形成一个带状层20，它由反射和导电层22覆盖着。反射和导电层22用作驱动适形GEMS器件5a和5b的电极。因而，要把反射和导电层22作成图案来为适形GEMS器件5a和5b提供电极。带状层20最好是具有足够张力的材料，以提供较大的恢复力。每个适形GEMS器件5a和5b各有一个相应的细长带状元件23a和23b，它们是由反射和导电层22和带状层20作图而成的。细长带状元件23a和23b被由隔离层18形成的端支座24a和24b及一个或几个中间支座27支撑着，中间支座27是均匀分隔的以形成等宽度的沟槽25。细长带状元件23a和23b被固定在端支座24a和24b以及中间支座27上。在沟槽25的底面从支座层16作出一些支座29。这些支座29减小了各细长带状元件在被驱动时粘在一起的可能性。图2表示一个适形GEMS器件的四器件线性阵列5a、5b，5c和5d的顶视图。图中已把A-A线以下的那部分细长带状元件23a、23b、23c和23d去掉，以显示下面的工作区8的结构。为获得最佳的光学特性和最大的衬度，最好把中间支座27完全藏在细长带状元件23a、23b、23c和23d的下面。因此，从顶上往下看时，不应当在适形GEMS器件5a-5d间的间隙28中看到中间支座27。此处每个适形GEMS器件5a-5d有3个中间支座27和4个等宽度沟槽25。各中间支座27的中心至中心的距离就是在驱动状态下各适形GEMS器件的周期。各细长带状元件23a-23d在机械上和电气上是彼此隔开的，这样可以让4个适形GEMS器件5a-5d独立工作。图1中的底导电层12可以被所有的适形GEMS器件5a-5d公用。图3a是通过图2的3-3线的，在非驱动状态下适形GEMS器件5b的两个沟槽25的侧视图。器件工作时，在细长带状元件23b底导电层12及反射和导电层22之间加上一个电压以产生静电吸力。在非驱动状态下(图3a)，电压为0(V＝0)，带状元件23b平悬在各支座之间。在此状态下，入射光束30主要被反射成第0级光束32，这和普通平面镜的情况一样。为达到驱动状态，将一个电压加到适形GEMS器件5b上，它使得细长带状元件23b变形而形成一个周期为Λ的局部适形栅。图3b表示器件5b(如图1和图2 所示)处在完全驱动状态下，这时外加电压V＝V高，细长带状元件23b与支座29相接触。元件23b底面与支座29顶面的高度差选为入射光波长λ的1/4左右。最佳的高度与驱动器件的特定适形形状有关。在驱动状态下，入射光束30主要被衍射成第+1适形级束35a和第-1适形级束35b，而额外的光被衍射成第+2适形级束36a和第-2适形级束36b，少量光被衍射成更高适形级束，而且有些光仍保持0级。通常根据具体应用场合不同，光学系统可以收集和利用一种或数种不同的束。当外加电压除掉后，张力和弯曲力使带状元件23b恢复到它原来的非驱动状态，如图3a所示。图4为美国专利6411425公开的一个包含适形GEMS器件线性阵列85的显示系统。从光源70(最好是激光光源)发射的光经一对透镜72和74调整后打到转向镜82上并照明线性阵列85。此显示系统经过对线性阵列85一维线图的扫描在屏90上形成一幅完整的二维图象。线性阵列85的适形GEMS器件能快速调制入射光而产生具有灰度级的多条象素线。控制器80有选择性地激活线性阵列85，以获得对二维图象给定线所需的象素图形。如果某特定适形GEMS器件未被驱动，则它将入射光束主要反射成第0级光束，并被转向镜82指向与光源70相反的方向。若某特定适形GEMS器件已被驱动，则它将入射光束主要衍射成第+2、第+1、第-1和第-2适形次序的束。这些衍射光束穿过转向镜82并由投影透镜系统75投射到屏90上。扫描镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：M·W·科瓦兹，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：
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