DE10213579A1

DE10213579A1 - Deformierbare Spiegelvorrichtung

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Publication number: DE10213579A1
Application number: DE10213579A
Authority: DE
Original assignee: Creo Inc
Current assignee: Teledyne Micralyne Inc
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: US6836352B2; DE10213579B4; US20040114209A1; US6661561B2; US20020135857A1

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung sieht eine Anordnung individuell anteuerbarer mikromaschinell bearbeiteter lichtreflektierender Bänder eine Hochgeschwindigkeits-Lichtventilaktion durch Einsetzen eines Verfahrens vor, mit welchem die Bänder sich um ihre längere Achse unter der Aktivierung eines angelegten elektrostatischen Feldes biegen. Die Bänder sind auf Sockeln angebracht, so dass die resultierenden mikromechanischen Strukturen im Wesentlichen symmetrisch bezüglich einer Ebene entlang ihrer Längsachse durch die Zentren der Sockel und normal bzw. lotrecht zu dem Substrat sind. Diese mikromechanische Anordnung stellt eine Struktur mit einer hohen Eigenfrequenz sicher, wodurch hohe Lichtventil-Schaltgeschwindigkeiten erlaubt werden. Der spezielle Deformationsmodus stellt ebenfalls eine robuste Struktur sicher. Das Verfahren kann sowohl im "Hellfeld" oder "Dunkelfeld" (Schlieren)-Modus eingesetzt werden. Die spezielle Kombination der eingesetzten Materialien erlaubt das Verfahren bei höheren einfallenden Leistungsanwendungen wie denen, welchen man in der Druckindustrie begegnet, einzusetzen. Die Erfindung setzt die Herstellungsverfahren ein, welche für Gitterlichtventile zum Herstellen eines deformierbaren Spiegellichtventils entwickelt wurden, welches die Herstellung und Geschwindigkeitsvorteile des vorstehenden mit der Einfacheit des letzteren kombiniert. Da die Bänder sich um ihre Längsachse biegen, ist die erforderliche Amplitude der Spitzendeflektion zum Erzeugen ...

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft modulierende Lichtstrahlen, welche de formierbare Spiegel einsetzen.

Hintergrund der Erfindung

Lichtsteuereinrichtungen bzw. Lichtventile, welche ebenfalls räumliche Lichtmodulatoren genannt werden, werden in Gebieten eingesetzt, welche die Druckindustrie einschließt. Lichtventi le können zum Modulieren von Laserstrahlen zum Erzeugen litho graphischer Druckplatten eingesetzt werden. Laserstrahlen wei sen oft nah-infrarot Wellenlängen auf.

Lichtventile oder Anordnungen von Lichtventilen können zum in dividuellen Modulieren einer großen Anzahl von Lichtpunkten eingesetzt werden. Solche modulierten Punkte können eingesetzt werden, um Druckplatten bildmäßig zu belichten. Die Computer to-Plate-Technologie erfordert insbesondere Lichtventile, wel che imstande sind, bedeutende optische Leistung handzuhaben und schnelle Schaltgeschwindigkeiten und eine hohe Auflösung vorzusehen. Bei optischer Nachrichtenübertragung besteht eben falls eine Notwendigkeit für Vorrichtungen, welche zum Schal ten, Modulieren oder Verarbeiten von Lichtsignalen eingesetzt werden können.

Einige Lichtventile weisen deformierbare Mikro-Miniaturspiegel auf. Lichtventile vom Ausleger- bzw. Kantilever- oder Klapptyp weisen Spiegel auf, welche sich biegen oder schwenken, um Licht abzulenken. Die durch TEXAS INSTRUMENTS entwickelte DMD- Technologie ist ein Beispiel. Membranlichtventile weisen fla che Membranen auf, welche in einen kugelförmigen Spiegel zum Fokussieren einfallenden Lichts deformiert werden können. Ein Beispiel eines Membranlichtventils ist durch Hornbeck in US- Patent 4 441 791 dargestellt. Gitterlichtventile beugen Licht durch Bilden eines periodischen physikalischen Musters, wie z. B. in Bloom, Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. (USA), Ausgabe 3013, Seite 165 - Seite 171 und US-Patent 5 311 360 erläutert.

Gegenwärtige Lichtventile weisen Nachteile auf. Ein Nachteil einer Klapp- oder Auslegerspiegeltyp-Vorrichtung ist eine ver hältnismäßig langsame Reaktionszeit, oft in einer Größenord nung von 10 Mikrosekunden. Membranlichtventile weisen schnel lere Reaktionszeiten auf. Sie sind jedoch schwierig herzustel len. Gitterlichtventile sind schnell. Reaktionszeiten unter 100 Nanosekunden sind erzielbar. Ein Nachteil von Gitterlicht ventilen ist eine niedrige optische Effizienz und/oder ein schlechter Kontrast.

Kurzzusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt Lichtventile bereit, welche Anordnungen von individuell ansteuerbaren, lichtreflektierenden Bändern aufweist. Die Bänder sind so konfiguriert, dass sie sich unter einem angelegten elektrostatischen Feld um eine längere Achse biegen. Die Bänder können auf Sockeln befestigt sein, so dass sie im Wesentlichen symmetrisch bezüglich einer Ebene entlang ihrer Längsachse und normal bzw. lotrecht zu dem Substrat sind. Diese mikromechanische Anordnung kann eine robuste Struktur mit einer hohen Eigenfrequenz bereitstellen. Die Er findung kann entweder in einem "Hellfeld" oder einem "Dunkel feld"(Schlieren)-Modus angelegt werden. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann durch den Einsatz von Verfahren her gestellt werden, welche zum Herstellen von Gitterlichtventilen entwickelt wurden. Da sich die Bänder um ihre längere Achse biegen, ist die Amplitude der Ablenkung der Spitze, welche be nötigt wird um eine gegebene Winkellichtablenkung zu erzeugen, viel kleiner als die, welche bei einigen Ausleger- bzw. Kanti lever-Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik erforderlich sind, welche sich um ihre kürzere Achse biegen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen, welche nicht begrenzende Ausführungsformen der Erfindung verdeutlichen:

Fig. 1a ist eine schematische Ansicht einer Kippspiegelvor richtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1b ist eine schematische isometrische Ansicht einer Aus leger- bzw. Kantileverbandvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1c ist eine schematische isometrische Ansicht einer Bandvorrichtung, welche sich konvex oder konkav biegt;

Fig. 1d ist eine schematische isometrische Ansicht eines lichtablenkenden Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2a ist ein vereinfachter Querschnitt einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in dem nicht mit Energie beaufschlagten Zustand;

Fig. 2b zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 2a in einem vorge spannten Zustand;

Fig. 2c zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 2a in einem mit Energie beaufschlagten Zustand;

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer alternativen Aus führungsform der Erfindung, welche verankerte Bänder aufweist;

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer weiteren alterna tiven Ausführungsform der Erfindung, welche zwei Spiegel pro Sockel aufweist; und

Fig. 5 zeigt ein Laserbildsystem, welches einen Lichtmodula tor gemäß der Erfindung einsetzt.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1a, Fig. 1b und Fig. 1c bezeichnen schematisch drei de formierbare Spiegelvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik. Fig. 1a zeigt einen Kippspiegeltyp einer Lichtmodulationsvor richtung. Ein Spiegel 10 bleibt im Wesentlichen starr, während er um eine Achse 12 typischerweise an Torsionsscharnieren (nicht dargestellt) kippt. Fig. 1b zeigt einen Auslegertyp ei ner Lichtmodulationsvorrichtung, welcher ein Band 13 aufweist, welches charakteristischerweise eine beträchtlich größere Län ge als Breite aufweist und sich um eine Achse 14 parallel sei ner kurzen Seite biegt. Das Band 13 ist an einem Ende an einer Befestigung 15 angebracht. Fig. 1c zeigt eine Lichtmodulati onsvorrichtung, welche ein Band 16 aufweist, welches an Befes tigungen 15 an beiden Enden (ein Ende aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt) befestigt ist. Das Band 16 biegt sich kon kav oder konvex um die Achse 17, welche parallel zu der kurzen Seite des Bandes 16 ist.

Fig. 1d zeigt schematisch ein lichtablenkendes Element gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung. Ein Band 20 hat eine längere Erstreckung L und eine kürzere Erstreckung W. Das Band 20 kann sich um die Achse 21, welche parallel zur längeren Erstreckung L ist, biegen. Das Band 20 ist an der Befestigung 23 durch einen Sockel 24 angebracht. Im Querschnitt weisen das Band 20 und der Sockel 24 eine T-Form auf.

Fig. 2a, 2b und 2c bezeichnen ein einzelnes lichtablenkendes Element 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung. Eine Vielzahl solcher lichtablenkenden Elemente kann zum Bereitstellen einer ansteuerbaren Anordnung angeordnet werden. Die Anordnung kann linear oder zweidimensional sein. Das Ele ment 30 kann unter Einsatz von mikroelektromechanischen Sys temtechniken für Silizium hergestellt werden.

Fig. 2a zeigt ein deformierbares Spiegelelement 30 in einem nicht mit Energie versehenen Zustand. Eine reflektierende Ein richtung 31, welche eine lichtreflektierende Fläche 32 auf weist, ist auf einem Sockel 33 angeordnet. In dieser Ausfüh rungsform weist die reflektierende Einrichtung 31 ein Band auf, welches eine lichtreflektierende Fläche hat. Die Fläche 32 kann "Reflektoroberfläche" genannt werden. In der verdeut lichten Ausführungsform weist die Fläche 32 eine reflektive Schicht 39 auf. Die reflektive Schicht 39 kann eine reflektive Metallschicht aufweisen. In diesem Fall kann die reflektive Schicht 39 gleichzeitig als eine Elektrode dienen. Die reflek tive Schicht 39 kann zum Beispiel eine Aluminiumschicht auf weisen. Im allgemeinen Fall kann das Metall so gewählt werden, dass es dem zu reflektierenden Licht angepasst ist. Gold kann beispielsweise ausgewählt werden, wenn das zu reflektierende Licht infrarot ist. Es ist ebenso möglich dielektrische Re flektoren auf der reflektiven Einrichtung 31 einzusetzen.

Im allgemeinen Fall kann die Elektrodenschicht und die reflek tiven Schichten zum Optimieren der Reflektivität und des Elektrodenbetriebs unabhängig getrennt sein. Wenn beispiels weise die elektrischen Reflektoren eingesetzt werden, kann eine separate elektrisch leitfähige Elektrodenschicht auf der reflektiven Einrichtung 31 vorgesehen sein.

Der Sockel 33 erstreckt sich vom Siliziumsubstrat 34. Elektro den 35 sind auf dem Siliziumsubstrat 34 vorgesehen. Diese Struktur kann durch standardmikroelektronische Prozesse herge stellt werden. Alternativ können die Elektroden 35 als einfa che planare Elektroden ohne jegliches Ätzen hergestellt wer den. Ein Luftraum 630 unter der reflektiven Einrichtung 31 kann durch den Einsatz eines Opferschicht-Mikrobearbeitungs prozesses erzeugt werden. Opferschichttechniken sind gut etab liert in den Gebieten mikroelektronischer und mikro elektromechanischer Systeme (MEMS). Durch Herstellen der re flektiven Einrichtung 31 aus einem isolierenden Material wie Siliziumnitrid stellt die reflektierende Einrichtung 31 eine elektrische Isolation zwischen der Elektrode und der reflekti ven Einrichtung 31, zum Beispiel Schicht 39 und Elektroden 35, bereit. Die Abschnitte der reflektiven Einrichtung 31 welche die Lufträume 36 überspannen, können "Flügel" genannt werden.

In einer alternativen Ausführungsform können Elektroden 35 durch Herstellen von oberflächennahen Abschnitten des Silizi umsubstrats 34, welche z. B. durch Dotierung elektrisch leiten, bereitgestellt sein. In einer solchen Ausführungsform könnten sich alle Elemente in einer Anordnung eine gemeinsame Elektro de auf dem Substrat 34 teilen. Elektroden auf der reflektiven Einrichtung 31 könnten unabhängig ansteuerbar sein.

Der Sockel 33 stützt die reflektive Einrichtung 31 entlang seiner Längsachse, welche sich in die Zeichenebene um eine Distanz größer als die Breite W der reflektiven Einrichtung 31 erstreckt. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die re flektive Einrichtung 31 aus Gründen der Klarheit beschrieben als sei sie rechteckig in ihrer Längsachse, welche sich ent lang des Sockels 33 erstreckt. Die zwei Flügel sind spiegel symmetrisch entlang einer vertikalen Ebene durch das Zentrum des Sockels 33; dies stellt sicher, dass die Flügel die selbe Eigenresonanzfrequenz aufweisen.

Im allgemeinen Fall kann die reflektive Einrichtung 31 eine verlängerte Form aufweisen, welche eine längere Erstreckung und eine kürzere Erstreckung gemessen entlang des Sockels 33 aufweisen.

Im natürlichen ungeladenen Zustand des deformierbaren Spiegel elements 30 neigen die Flügel der reflektiven Einrichtung 31 dazu, nach oben in näherungsweise zylindrischer Weise defor miert zu sein. Diese Deformation ist ein Produkt des Herstel lungsprozesses. Der Grad dieser Aufwärtsdeformation kann über den Schichtabscheidungsprozess gesteuert werden.

In dieser Ausführungsform bilden die Elektroden 39 und 35 einen Kondensator, so dass das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 39 und 35 ein elektrostatisches Feld zwischen den Elektroden 35 und 39 erzeugt. Dieses elektrostatische Feld ist anziehend und resultiert in einer Kraft, welche auf die Elektrode 39 wirkt. Diese Kraft zieht die Flügel der elektro statischen Einrichtung 31 in die Lufträume 36, wodurch die re flektive Einrichtung 31 zum Biegen entlang seiner Längsachse veranlasst wird. Für Deformationen, welche im Vergleich zur Breite der Flügel der reflektiven Einrichtung 31 klein sind, weist die reflektive Einrichtung 31 eine Form auf, welche im Wesentlichen zylindrisch ist. Für größere Deformationen kann die Form der reflektiven Einrichtung 31 genauer durch eine hyperbolische Kosinusfunktion beschrieben werden. Deformationen größer oder gleich als die durch die hyperbolische Kosinus funktion beschriebene, sehen einen besonders guten optischen Kontrast vor. Über einer gewissen Grenze der Deformation oder Spannung hinaus kann der Abschnitt der reflektiven Einrichtung 31, welcher sich über den Luftraum 36 erstreckt, "nach unten schnappen" bis es das Silikonsubstrat 34 berührt. Diese "nach unten schnappende" Deformation sieht die Vorrichtung mit dem höchsten Kontrast vor.

Ein Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass die Deforma tion einer im Wesentlichen planaren reflektiven Einrichtung 31 entlang seiner Längsachse eine mechanisch starke Struktur mit einer hohen Eigenresonanzfrequenz erzeugt.

Zum Erwähnen der natürlichen Deformation der reflektiven Ein richtung 31, wie in Fig. 2a bezeichnet, sieht die Erfindung ein Verfahren vor, welches drei Zustände für Element 30 er kennt. In einem nicht mit Energie beaufschlagten Zustand, be zeichnet in Fig. 2a, ist keine Ladung an den Kondensator zwi schen den Elektroden 35 und 39 angelegt. In diesem Zustand ist die reflektive Einrichtung 31 leicht nach oben deformiert. Wenn das Element 30 in diesem Zustand ist, kann Licht am Ver lassen der Kombination von Elementen, bezeichnet in Fig. 2a, gehindert werden. Dies kann durch Ausschalten der Lichtquelle oder durch Abdecken des Lichts, welches die Kombination von Elementen verlässt, erzielt werden.

Fig. 2b stellt einen zweiten "vorgespannten" - Zustand dar, in welchem eine Spannung zwischen den Elektroden 35 und 39 zum Erzeugen einer ausreichend anziehenden Kraft zwischen den Elektroden 39 und 35 zum Ebenmachen der reflektiven Einrich tung 31 angelegt wird. Ein einfallender Lichtstrahl 37 wird durch die reflektive Schicht 32 reflektiert. Unter Einsatz eines optischen Elements (nicht dargestellt) wird der einfallen de Lichtstrahl so fokussiert, dass wenn die reflektive Ein richtung 31 in dem Vorspannungszustand und somit flach ist, der Strahl auf der Öffnung 38a in der Blende 38 fokussiert wird. Die Blende 38 ist eine Barriere, welche nicht licht durchlässig ist. In diesem Fall wird das Licht von dem Licht strahl 37 auf der Öffnung 38a in Fokus gebracht. Als ein Er gebnis durchläuft der Hauptteil des Lichts des Strahls 37 die Öffnung 38a.

Fig. 2c zeigt einen dritten "mit Energie versehenen" Zustand, in welchem eine höhere Spannung zwischen den Elektroden 35 und 39 angelegt wird, so dass die reflektive Einrichtung 31 in ei ner konvexen Weise deformiert wird. Das Licht vom Lichtstrahl 37 läuft auseinander, wenn es durch die reflektive Schicht 32 reflektiert wird. Kein echtes Bild wird gebildet und sehr we nig, wenn überhaupt, Licht vom Lichtstrahl 37 wird durch die Öffnung 38a übertragen.

Die Blende 38 könnte ersetzt werden durch eine Blende mit den selben planaren Abmessungen wie die Öffnung 38a. In dieser Ausführungsform läuft das meiste Licht hinter die Blende in dem mit Energie beaufschlagten Zustand gemäß Fig. 2c. Dieser Betriebsmodus wird manchmal als "Dunkelfeld" (oder Schlieren) bezeichnet im Gegensatz zu dem früheren oben beschriebenen Verfahren, welches als "Hellfeld" bekannt ist. Mit dieser An ordnung wird der vorgespannte Modus das meiste Licht dazu ver anlassen, gestoppt zu werden. Die Parität der Lichtventilakti on ist deshalb invertiert zu dem "Hellfeld" Fall. In dem "Hellfeld" Zustand erzeugt der mit Energie beaufschlagte Zu stand des Bandes Licht am Ausgang der Anordnung, während in dem "Hellfeld" Fall das Licht an dem Ausgang der Anordnung produziert wird, wenn das Band in dem Vorspannungszustand ist.

Es wird vom Fachmann auf dem Gebiet der Optik verstanden, dass Öffnungen und Linsen kombiniert in Einfachlinsen werden kön nen, welche dasselbe Ziel mit Bezug auf die vorliegende Erfin dung wie eine Kombination einer einzelnen Linse und einer ein zelnen Öffnung erreichen. Dies betrifft insbesondere das Fo kussieren des Lichtstrahls 37 und die Lage der Blende 38 mit der Öffnung 38a wie in Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c darge stellt.

Ein Vorteil beim Einsatz eines ausgelenkten Spiegels, welcher auf eine elektrische Ladung reagiert, besteht darin, dass sehr kleine Auslenkungen typischerweise unter einem Mikron ausrei chend für einen effektiven Betrieb sein können. Macht man die Öffnung 38a breiter, so ergibt sich mehr Lichttransmission in diesem "ein" Zustand, aber man verringert den Kontrast mit dem "aus" Zustand aufgrund vergrößerten Lichtabflusses. Ein guter Wert ist die Öffnung 38a vergleichbar in der Breite zu der Brechungsgrenze des Spiegels zu machen, welche durch die de formierte reflektive Einrichtung 31 gebildet wird. Um einen optimalen Kontrast zu erzielen, muss die Deflektion größer als eine viertel Wellenlänge sein. Dies kann einfach erzielt wer den selbst bei nah-infrarot Wellenlängen von Lasern, welche typischerweise in der Druckindustrie eingesetzt werden, und mit Kohlendioxidlasern, welche bei einer Wellenlänge von 10,6 µm betrieben werden.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann durch den Einsatz der Verfahren, wie sie in US-Patent 5 311 360 und 5 661 592 beschrieben sind, hergestellt werden. Bei einer Bandlänge von 200 µm und einer Breite von 50 µm kann eine Vorrichtung herge stellt werden, welche bei 300 Nanometern beugt und in weniger als einer Mikrosekunde mit einer Spannung zwischen 20 V und 80 V (typischerweise 50 V) schaltet. Die Aufwärtsdeformation in Ab wesenheit einer Spannung kann in der Größenordnung von 50 Na nometern sein. Der monolithische Herstellungsansatz erlaubt nicht nur das Lichtventil sondern ebenfalls das Herstellen der elektronischen Treiber auf dem selben Substrat.

Siliziumnitrid kann anstatt von Silizium für das Material der reflektiven Einrichtung 31 eingesetzt werden, um eine schnel lere Reaktionszeit (aufgrund einer höheren Resonanzfrequenz), eine höhere Leistungshandhabungsfähigkeit (aufgrund eines niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und sehr ho her Temperaturwiderstandsfähigkeit) und eine längere Lebens dauer zu ergeben. Die Eigenfrequenz der Vorrichtung ist ein Punkt des Designs und kann durch eine Wahl der Abmessungen einschließlich der Dicke und Spannweite des Bandes und der eingesetzten Materialien einschließlich ihrer speziellen Ei genschaften, wie ablagerungsbedingte Spannung, bestimmt wer den.

In einer weiteren Ausführungsform, dargestellt in Fig. 3, ist ein Band 41 an einem Rahmen 49 an jedem Ende angebracht. Dies verstärkt physikalisch die Vorrichtung und dämpft einige na türliche Biegungsmoden niedriger Frequenz. Obwohl dies voll ständig den gewünschten Modus des Biegens des Bandes 41 nahe seiner angebrachten Enden dämpft, lässt es einen zentralen Ab schnitt des Bandes 41 frei, um wie oben beschrieben zu funkti onieren. Nur ein kleiner Abschnitt des Bandes 41 muss sich biegen, um eine nützliche Lichtventilaktion zu erzielen. Nur der sich biegende Abschnitt muss unter solchen Umständen be leuchtet werden. Das Anbringen der Enden des Bandes erleich tert die Herstellung von Metallanschlussstücken zum Bereit stellen einer Spannung an der reflektiven Schicht 42. Die an gebrachten Enden des Bandes 41 können "axiale Enden" genannt werden.

Der Abschnitt der reflektiven Schicht direkt über dem Sockel 33 biegt sich nicht so stark wie die Flügel. Reflektionen von diesem Gebiet tragen nicht zum Kontrast des Lichtventils bei, da es in allen drei in Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c darge stellten Moden reflektiv bleibt. Das relative Ausmaß dieses Bereichs niedrigerer Biegung der reflektiven Einrichtung 31 ist durch Design anpassbar. Dieser Bereich kann "Abschnitt niedrigerer Biegung" des Bandes 41 genannt werden. Er ist durch eine Wahl der Abmessung, Materialien und Spannungen, welche durch den Kontrastgrad, welcher von der Vorrichtung ge wünscht ist, bestimmt wird, vollständig gestaltbar.

In einer alternativen Ausführungsform, dargestellt in Fig. 4, ist der "Abschnitt niedrigerer Biegung" der reflektiven Ein richtung 31 nicht mit einer reflektiven Schicht 12 versehen und ist statt dessen absorbierend für den Lichtstrahl herge stellt. Der Teil des Lichtstrahls 37, welcher auf den Ab schnitt niedrigerer Biegung der reflektiven Einrichtung 31 auftrifft, wird absorbiert und trägt nicht zum reflektierten Signal bei. Der Kontrast des Lichtventils ist verbessert. Ein Nachteil dieses Aufbaus ist eine reduzierte Leistungshandha bung, da mehr Licht in dem Lichtventil absorbiert wird.

Der/die reflektive (n) Abschnitt (e) der Reflektoroberfläche kann "reflektives Segment" der Reflektoroberfläche genannt werden.

In noch einer weiteren Ausführungsform sind zwei deformierbare Spiegelvorrichtungen für jeden Sockel hergestellt, wodurch sie die gleiche physische Struktur wie in Fig. 4 gezeigt aufwei sen. Dies wird durch Herstellen unabhängiger getrennter re flektiver Schichten 32 auf jedem der zwei Flügel des Bandes 31 erzielt. Diese reflektiven Schichten 32, welche ebenfalls als Elektroden funktionieren, können zum Vorsehen unabhängiger Lichtschalter getrennt angesteuert werden. Diese Ausführungs form hat den Vorteil sowohl eines hohen Kontrasts als auch einer höheren Anordnungsdichte.

Die vorausgehenden Ausführungsformen der Erfindung setzen elektrostatische Kraft zum Induzieren der Biegung in den Flü geln der Lichtventilelemente ein. Dieselbe Biegung kann eben falls durch Anlegen einer magnetischen Kraft erzielt werden. In solch einer alternativen Ausführungsform kann die Kraft durch Aufweisen mikrolithographisch definierter, stromtragen der Spulen auf den Bändern und deren Biegen durch Anordnen der Vorrichtung in einem magnetischen Feld und Ändern des Stroms durch die mikrolithographischen Spulen erzwungen werden.

Diese Erfindung ist insbesondere nützlich bei: Laserbildge bung, insbesondere mit nah-IR Hochleistungslasern, und Pro jektionsdisplays. Beispielhaft ist ein System, welches die Er findung für Laserbildgebung einsetzt, detailliert in Fig. 5 beschrieben. Eine lineare Anordnung 51 von Bändern ist mono lithisch auf einem Siliziumsubstrat 54 hergestellt. Jedes mit Energie beaufschlagte Band nimmt die Form eines Spiegels ein, welcher durch die Prinzipien betrieben wird, welche mit Bezug auf die Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c erläutert wurden.

Ein Laser 61 erzeugt eine Linienbeleuchtung 57 unter dem Ein satz eines amorphen Strahlerweiterers, welcher zylindrische Linsen 62 und 63 aufweist. Eine Fokussierungslinse 68 bringt die Linie in dem Fokus auf Öffnung 59 in Blende 58. Viele an dere Verfahren können zum Erzeugen der Linienbeleuchtung ein gesetzt werden, um es mit dem angemessenen Fokus zu versehen. Die Kombination der eingesetzten Elemente streut den Strahl lateral in eine Richtung (die horizontale in Fig. 5) in eine Beleuchtungslinie. Diese Linie wird für eine weitere Transmis sion wieder zusammengeführt und dann eine Linse einsetzend fo kussiert. Jede Kombination optischer Elemente getrennt oder integriert, welche diese Funktionen ausführen, kann eingesetzt werden.

Ein besonders nützliches Verfahren zur Beleuchtung ist durch Gelbart in US-Patent 5 517 359 offenbart. Die Öffnung 59 in der Blende 58 erlaubt dem Licht von den Bändern in dem vorge spannten Zustand, welche ebene, reflektive Oberflächen aufwei sen, durchzulassen, obwohl sie das meiste des Lichts der mit Energie versehenen Bänder durch den mit Bezug auf Fig. 2b und Fig. 2c beschriebenen Mechanismus blockieren. Die Linse 64 bildet ein Bild 67 einer linearen Anordnung 51 auf dem licht sensiblen Material 65, welches auf der Trommel 66 befestigt ist. Nur die flachen Bänder in dem vorgespannten Zustand er zeugen Spuren auf dem Material 65, da das von den mit Energie versehenen Bändern reflektierte Licht durch die Blende 58 blo ckiert wird. Alle anderen Details eines solchen Bildgebungs systems, wie das Erzeugen einer zweidimensionalen Abtastung und Datensynchronisation, sind wohl bekannt auf dem Gebiet der Bildspeicherung und hierin nicht vorgesehen.

Wiederum ist es offensichtlich für den Fachmann auf diesem Ge biet, dass dieselbe Anwendung ebenfalls in dem "Dunkelfeld" - Modus betrieben werden kann, wobei die Blende 58 mit der Öff nung 59 durch eine Blende mit denselben planaren Abmessungen wie die Öffnung 59 ersetzt wird. In einer solchen Ausführungs form wird das durch die Blende 51 reflektierte Licht in den vorgespannten (flachen) Zustand gestoppt, obwohl Licht, wel ches von den mit Energie versehenen Bändern 51 reflektiert wird, durch die Linse 64 gesammelt wird und zu einer Markie rung auf dem sensiblen Material 65, welches auf der Trommel 66 befestigt ist, fokussiert. Darüber hinaus wird von dem Fach mann auf dem Gebiet der Optik verstanden, dass Öffnungen und Ansammlungen von Linsen in einfachere Linsen zusammengefasst werden können, welche dasselbe Ziel mit Bezug auf die vorlie gende Erfindung als eine Kombination individueller Linsen und individueller Öffnungen erreichen. Dies betrifft insbesondere das Fokussieren des Lichtstrahls 67 durch die Linsen 62, 63 und 68 und die Lage der Blende 58 mit der Öffnung 59 und Linse 64 wie in Fig. 5 dargestellt. Die Öffnung 59 kann kreisförmig oder zum Erzielen eines gewünschten Kompromisses zwischen Lichtdurchgang und Kontrast verlängert sein.

Die Erfindung kann ebenfalls in Situationen eingesetzt werden, in denen mehr Zustände vorliegen. Dies kann durch zwei Umset zungsebenen erzielt werden. Erstens mit Bezug auf eine der Fi guren Fig. 2b, Fig. 2c, Fig. 4 und Fig. 5 kann die Intensität des durch die Öffnung 38a in den Hellfeldumsetzungen reflek tierte Licht durch Steuern entweder des Grads der Biegung ein zelner Bänder oder zusätzlich durch Steuern der Anzahl der Bänder in einer Anordnung, welche Licht durch die Öffnung 38a zu einer Zeit reflektieren, gesteuert werden. Dies erlaubt analoge Lichtsignale von einem konstanten einfallenden Strahl durch Anlegen modulierender Spannungssignale zwischen die Elektroden 39 und 35 in Fig. 2b, Fig. 2c, Fig. 3 oder Fig. 4 zu erzeugen.

Die Erfindung kann ebenfalls zum Richten auf ein wohlbekanntes Problem auf dem Gebiet optischer Anwendungen eingesetzt wer den. Die Querschnittsintensität von Strahlen von Lichtquellen einschließlich Laser variiert typischerweise. Es gibt häufig eine größere Intensität nahe der Mitte des Strahls. Viele An wendungen erfordern, dass der Strahl ein Intensitätsprofil aufweist, welches so ausgeglichen wie möglich ist. Durch Be leuchten einer Anordnung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert, mit z. B. einem Laserstrahl, kann die Menge des von diesem Band reflektierten Licht so angepasst werden, dass das Strahlprofil umgewandelt wird. In einem einfachen Fall werden die Bänder, welche die randnahen Bereiche des Strahls reflek tieren so gebogen, dass mehr Licht durch die Öffnung 3% re flektiert wird, während die Bänder, welche die zentrumsnahen Bereiche des Strahls reflektieren zum relativ weniger Reflek tieren gebogen werden.

Obwohl die Erfindung als eine Zusammenstellung bestimmter Aus führungsformen beschrieben ist, ist es zu verstehen, dass Ver änderungen und Modifikationen der Erfindung dem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich werden. Es ist deshalb erdacht, dass die nachfolgenden Ansprüche zu interpretieren sind als decken sie all solche Veränderungen und Modifikationen, wie sie in den wahren Geist und Bereich der Erfindung fallen, ab.

Claims

1. Deformierbares Element zum Modulieren von Licht mit:
einer federnden, flexiblen langgezogenen Einrichtung, wel che eine Licht-reflektierende Oberfläche aufweist, wobei die Einrichtung auf einem Substrat angebracht ist und biegbar um eine Achse angeordnet ist,
wobei eine Länge der Einrichtung in einer Richtung paral lel zu der Achse größer als eine Breite der Einrichtung in einer Richtung rechtwinklig zu der Achse ist.

2. Deformierbares Element nach Anspruch 1, wobei die Einrich tung auf einem Sockel getragen wird und Flügel aufweist, welche zu jeder Seite des Sockels vorspringen.

3. Deformierbares Element nach Anspruch 2, wobei der Sockel langgezogen ist und sich parallel zu der Achse erstreckt.

4. Deformierbares Element nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Flügel symmetrisch auf jeder Seite des Sockels hervor springen.

5. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Flügel ausreichend breit und flexibel sind, so dass sie nach unten zum Berühren des Substrats schnappen können.

6. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Flügel jeweils unabhängig biegbar sind.

7. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat ein Siliziumsubstrat aufweist und der Sockel und die Einrichtung auf dem Siliziumsubstrat mikro maschinell bearbeitet ist.

8. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches eine Licht-reflektierende Schicht eines Metalls auf der Einrichtung aufweist.

9. Deformierbares Element nach Anspruch 8, wobei die Licht reflektierende Schicht zumindest eine reflektive Schicht bestehend aus zumindest einem der nachfolgenden Materia lien aufweist: Gold, Palladium, Platin, Chrom, Aluminium, Tantal und Titan.

10. Deformierbares Element nach Anspruch 8, wobei die Licht reflektierende Schicht in elektrischem Kontakt mit einer Quelle einer Steuerspannung ist.

11. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches eine Steuerelektrode auf dem Substrat unter der flexiblen Einrichtung aufweist.

12. Deformierbares Element nach Anspruch 11, wobei die Steuer elektrode eine metallisierte Schicht aufweist.

13. Deformierbares Element nach Anspruch 11, wobei die Steuer elektrode einen dotierten Bereich auf dem Substrat auf weist.

14. Deformierbares Element nach einen der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein sich längs erstreckender zentraler Abschnitt der Einrichtung nicht Licht-reflektierend ist.

15. Deformierbares Element nach Anspruch 14, wobei der zentra le Abschnitt der Einrichtung Licht-absorbierend ist.

16. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein sich weniger biegender Abschnitt auf einer Ober fläche der Einrichtung Licht-absorbierend ist.

17. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Einrichtung ein Siliziumnitridmaterial aufweist.

18. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 17, welches eine elektrostatische Einrichtung zum Biegen der Einrichtung um die Achse aufweist.

19. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 17, welches eine elektromagnetische Einrichtung zum Biegen der Einrichtung um die Achse aufweist.

20. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei zumindest ein axiales Ende der Einrichtung fest an das Substrat angekoppelt ist.

21. Deformierbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Einrichtung zumindest einen Scharnierbereich aufweist, in welchem die Biegung angeordnet ist.

22. Lichtmodulator mit einer Anordnung deformierbarer Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 21.

23. Lichtmodulator nach Anspruch 22, wobei die Einrichtungen der deformierbaren Elemente so relativ zu einer Öffnung angeordnet sind, dass dort ein gewisser Grad an Biegung eines der Einrichtungen vorliegt, für welchen ein Haupt teil eines einfallenden Lichtstrahls, welcher von einer der Einrichtungen reflektiert, die Öffnung durchläuft.

24. Lichtmodulator nach Anspruch 22, wobei die Einrichtungen der deformierbaren Element so relativ zu einer Strahlblen de angeordnet sind, dass ein bestimmter Grad von Biegung eines der Einrichtungen vorliegt, für welchen ein Haupt teil eines einfallenden Lichtstrahls, welcher von einer der Einrichtungen reflektiert wird, durch die Strahlblende blockiert ist.

25. Verfahren zum Modulieren von Licht mit den Schritten:
Bereitstellen eines Lichtmodulators nach Anspruch 22;
Richten eines Lichtstrahls zum Reflektieren von der re flektiven Einrichtung des reflektiven Elements; und
Biegen eines oder mehrerer der reflektiven Einrichtungen um deren Achsen.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Biegen eines oder mehrerer der Einrichtungen das Anlegen einer elektrostati schen oder elektromagnetischen Kraft an eine oder mehrere Einrichtungen vorsieht.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Biegen einer oder mehrerer der Einrichtungen das Anlegen einer Spannung zwi schen einer Elektrode auf der Einrichtung und einer Elekt rode auf dem Substrat vorsieht.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das Biegen einer oder mehrerer der Einrichtungen das ausrei chende Biegen der Einrichtung vorsieht, dass die eine oder mehrere Einrichtungen (EN) eine im Wesentlichen hyperboli sche Kosinusform im Querschnitt aufweist.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das Biegen einer oder mehrerer der Einrichtungen (DN) das aus reichende Biegen der einen oder mehrerer der Einrichtungen (DN) vorsieht, dass die Ränder der einen oder mehreren Einrichtungen (EN) nach unten in Kontakt mit dem Substrat schnappen.

30. Jede neue und erfinderische Vorrichtung bzw. Verfahren hierin beschrieben und sonst nicht beansprucht.