專利名稱：產(chǎn)生增強(qiáng)灰度級的適形柵器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光調(diào)制的機(jī)電柵器件。更具體說，本發(fā)明與包含線性機(jī)電柵器件陣列的投影顯示系統(tǒng)中形成灰度級有關(guān)。
背景技術(shù)：
許多投影顯示系統(tǒng)利用空間光調(diào)制器將電子圖象信息轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰣D象。目前在此類系統(tǒng)中的光源一般是白光燈，空間光調(diào)制器一般是包含液晶器件或微鏡器件的區(qū)域陣列。另一些具有一個或多個激光光源和線性機(jī)電柵器件陣列的空間光調(diào)制器的顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前景則更為誘人。為了顯示高質(zhì)量的活動圖象，這些不同的空間光調(diào)制器的單個器件應(yīng)能在圖象中快速地形成大量的灰度級。能夠達(dá)到的灰度級的極限通常是取決于器件的動態(tài)特性或者顯示系統(tǒng)內(nèi)電子元件的速度。
以前的一些發(fā)明公開了不需提高調(diào)制元件或相關(guān)電路的速度而增加灰度級數(shù)量的方案。這些途徑是改變在一幀內(nèi)入射到空間光調(diào)制器上的照明。其中按照1998年9月22日頒發(fā)給Hewlett等人的美國專利5812303“利用中性密度濾波器的光幅調(diào)制”，利用微鏡器件通過一個可變的中性密度濾波器產(chǎn)生亮暗灰度級，可以獲得額外的灰度級。暗灰度是通過將一幀顯示過程中的照度衰減一段時間而得到的。亮灰度則無衰減。實(shí)際上，該發(fā)明是通過使濾波器輪帶著多段中性密度濾波器與數(shù)據(jù)流同步旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的。
另一種途經(jīng)是利用一種如脈沖激光等脈沖光源來降低對電子元件的速度要求，例如1997年9月16日頒發(fā)給Ernstoff等人的專利5668611“配備脈沖重復(fù)率調(diào)制照度的全色時序成象投影系統(tǒng)”所述。對空間光調(diào)制器的照度通過改變脈沖重復(fù)率或脈沖數(shù)來調(diào)節(jié)。此外，光源的平均亮度由脈沖數(shù)目確定。一種輔助方法是利用光源直接強(qiáng)度調(diào)制來獲得多級亮度，如1999年5月11日授予給Ernstoff等人的美國專利5903323“配備時間調(diào)制照明的全色時序成象投影系統(tǒng)”所述。這兩個美國專利5668611和5903323討論電子元件具有足夠大的時間窗以將新的圖象數(shù)據(jù)位加到空間調(diào)制器中的特定問題。
上述每一個發(fā)明是以光源效率換取改善的灰度級或降低的電子元件速度要求。但是，對于高質(zhì)量的投影顯示要求有效地利用光源，以使被投影圖象的亮度和色彩度飽和最大化。
最近，一種由呈周期性的中間支座序列懸掛在襯底上的帶狀元件組成的機(jī)電適形柵器件，已由Kowarz在2001年10月23日公布的美國專利6307663“帶適形柵器件的空間光調(diào)制器”中公布。這種機(jī)電適形柵器件是通過靜電驅(qū)動來運(yùn)行的，它使帶狀元件依照支撐小結(jié)構(gòu)的形狀而形成一個柵。這種’663適形柵器件后來被稱為適形GEMS器件，其中GEMS代表柵機(jī)電系統(tǒng)。適形GEMS器件具有一些誘人的特征。它能提供具有高襯度和高效率的高速數(shù)字光調(diào)制。此外，在適形GEMS器件的線性陣列中，有效區(qū)域比較大，且柵的周期是沿著垂直于陣列方向的方位。柵周期的這種取向使得衍射光束分成非常接近于線性陣列并在大部分光學(xué)系統(tǒng)中保持空間上分離，從而使光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計較簡單，且所用光學(xué)元件較少?；谶m形GEMS器件的線性陣列在下列美國專利中有過描述Kowarz等人于2002年6月25日被授權(quán)的6.411.425“具有空間分離光束的機(jī)電柵顯示系統(tǒng)”及Kowarz等人于2002年11月5日被授權(quán)的6476848“具有分段波板的機(jī)電柵顯示系統(tǒng)”。
美國專利6307663公開的適形GEMS器件示于圖1-3。圖1表示處于未驅(qū)動狀態(tài)的兩個并排適形GEMS器件5a和5b。適形GEMS器件5a和5b形成于由底導(dǎo)電層12覆蓋的襯底10的頂上，此導(dǎo)電層12由電介質(zhì)防護(hù)層14覆蓋，上面是支座層16和隔離層18。在隔離層18上形成一個帶狀層20，它由反射和導(dǎo)電層22覆蓋著。反射和導(dǎo)電層22用作驅(qū)動適形GEMS器件5a和5b的電極。因而，要把反射和導(dǎo)電層22作成圖案來為適形GEMS器件5a和5b提供電極。帶狀層20最好是具有足夠張力的材料，以提供較大的恢復(fù)力。每個適形GEMS器件5a和5b各有一個相應(yīng)的細(xì)長帶狀元件23a和23b，它們是由反射和導(dǎo)電層22和帶狀層20作圖而成的。細(xì)長帶狀元件23a和23b被由隔離層18形成的端支座24a和24b及一個或幾個中間支座27支撐著，中間支座27是均勻分隔的以形成等寬度的溝槽25。細(xì)長帶狀元件23a和23b被固定在端支座24a和24b以及中間支座27上。在溝槽25的底面從支座層16作出一些支座29。這些支座29減小了各細(xì)長帶狀元件在被驅(qū)動時粘在一起的可能性。
圖2表示一個適形GEMS器件的四器件線性陣列5a、5b，5c和5d的頂視圖。圖中已把A-A線以下的那部分細(xì)長帶狀元件23a、23b、23c和23d去掉，以顯示下面的工作區(qū)8的結(jié)構(gòu)。為獲得最佳的光學(xué)特性和最大的襯度，最好把中間支座27完全藏在細(xì)長帶狀元件23a、23b、23c和23d的下面。因此，從頂上往下看時，不應(yīng)當(dāng)在適形GEMS器件5a-5d間的間隙28中看到中間支座27。此處每個適形GEMS器件5a-5d有3個中間支座27和4個等寬度溝槽25。各中間支座27的中心至中心的距離就是在驅(qū)動狀態(tài)下各適形GEMS器件的周期。各細(xì)長帶狀元件23a-23d在機(jī)械上和電氣上是彼此隔開的，這樣可以讓4個適形GEMS器件5a-5d獨(dú)立工作。圖1中的底導(dǎo)電層12可以被所有的適形GEMS器件5a-5d公用。
圖3a是通過圖2的3-3線的，在非驅(qū)動狀態(tài)下適形GEMS器件5b的兩個溝槽25的側(cè)視圖。器件工作時，在細(xì)長帶狀元件23b底導(dǎo)電層12及反射和導(dǎo)電層22之間加上一個電壓以產(chǎn)生靜電吸力。在非驅(qū)動狀態(tài)下(圖3a)，電壓為0(V＝0)，帶狀元件23b平懸在各支座之間。在此狀態(tài)下，入射光束30主要被反射成第0級光束32，這和普通平面鏡的情況一樣。為達(dá)到驅(qū)動狀態(tài)，將一個電壓加到適形GEMS器件5b上，它使得細(xì)長帶狀元件23b變形而形成一個周期為Λ的局部適形柵。圖3b表示器件5b(如圖1和圖2 所示)處在完全驅(qū)動狀態(tài)下，這時外加電壓V＝V高，細(xì)長帶狀元件23b與支座29相接觸。元件23b底面與支座29頂面的高度差選為入射光波長λ的1/4左右。最佳的高度與驅(qū)動器件的特定適形形狀有關(guān)。在驅(qū)動狀態(tài)下，入射光束30主要被衍射成第+1適形級束35a和第-1適形級束35b，而額外的光被衍射成第+2適形級束36a和第-2適形級束36b，少量光被衍射成更高適形級束，而且有些光仍保持0級。通常根據(jù)具體應(yīng)用場合不同，光學(xué)系統(tǒng)可以收集和利用一種或數(shù)種不同的束。當(dāng)外加電壓除掉后，張力和彎曲力使帶狀元件23b恢復(fù)到它原來的非驅(qū)動狀態(tài)，如圖3a所示。
圖4為美國專利6411425公開的一個包含適形GEMS器件線性陣列85的顯示系統(tǒng)。從光源70(最好是激光光源)發(fā)射的光經(jīng)一對透鏡72和74調(diào)整后打到轉(zhuǎn)向鏡82上并照明線性陣列85。此顯示系統(tǒng)經(jīng)過對線性陣列85一維線圖的掃描在屏90上形成一幅完整的二維圖象。線性陣列85的適形GEMS器件能快速調(diào)制入射光而產(chǎn)生具有灰度級的多條象素線?？刂破?0有選擇性地激活線性陣列85，以獲得對二維圖象給定線所需的象素圖形。如果某特定適形GEMS器件未被驅(qū)動，則它將入射光束主要反射成第0級光束，并被轉(zhuǎn)向鏡82指向與光源70相反的方向。若某特定適形GEMS器件已被驅(qū)動，則它將入射光束主要衍射成第+2、第+1、第-1和第-2適形次序的束。這些衍射光束穿過轉(zhuǎn)向鏡82并由投影透鏡系統(tǒng)75投射到屏90上。掃描鏡77使線圖在屏90上掃描而形成二維圖象?？刂破?0在掃描鏡77和圖象數(shù)據(jù)流之間提供同步。
為了在圖象中形成灰度級，將脈寬調(diào)制(PWM)波形加到線性陣列85的適形GEMS器件上，如Kowarz等人在“高速數(shù)字光調(diào)制的適形柵機(jī)電系統(tǒng)(GEMS)”一文中所述，該文刊于IEEE第15屆國際MEMS會議技術(shù)文摘568-573頁(2002)。圖5顯示一個普通的PWM波形45(電壓為V高)及相關(guān)的器件輸出(例如衍射光強(qiáng)度)。為得到所需的灰度級，控制器80按照數(shù)據(jù)流選擇每個調(diào)制窗54內(nèi)的電壓脈寬。當(dāng)PWM波形從0V變?yōu)閂高時，該器件(例如，圖1中的5a和5b)被驅(qū)動并開始使光發(fā)生衍射。當(dāng)波形回到0V時，該器件不再使光發(fā)生衍射。這個過程對線性陣列85的每一個適形GEMS器件都適用。對于圖4的顯示系統(tǒng)，調(diào)制窗54相當(dāng)于用來形成二維圖形單根線的時間。因此，在一個象素中所察覺到的灰度級就是該調(diào)制窗54內(nèi)對時間積分的光強(qiáng)度53。為盡可能減少器件內(nèi)的充電效應(yīng)，外加電壓可以周期性地從V高變至-V高(參見美國專利6144481)。因?yàn)閹钤?3a-23d上的力與極性無關(guān)，故衍射光的強(qiáng)度與極性無關(guān)。
圖6為利用圖5的普通PWM方法得到的灰度的一個例子。此圖給出相對灰度級與脈寬的函數(shù)關(guān)系(調(diào)制窗為20μsec)。當(dāng)脈寬在0.3μsec至20μsec之間時，灰度級與脈寬近似為線性關(guān)系。但是，在大約0.1μsec至0.3μsec的脈寬內(nèi)存在一個非單調(diào)(而且是非線性)的區(qū)域50。這個非單調(diào)性是由適形GEMS器件的諧振動態(tài)特性引起的。非單調(diào)區(qū)50的具體形狀與幾個因素有關(guān)，包括器件的幾何形狀和驅(qū)動器的轉(zhuǎn)換速度。當(dāng)脈寬短于0.1μsec左右時，脈寬與灰度級之間為單調(diào)的非線性關(guān)系。非單調(diào)區(qū)50中的暗灰度在實(shí)際上很難利用，因?yàn)楹茈y確定為產(chǎn)生特定灰度級所需的灰度級和脈寬間的精確關(guān)系。
以前的改善灰度級的方法都會降低在某段時間入射到空間光調(diào)制器上的平均光功率，從而產(chǎn)生與降低了的強(qiáng)度相應(yīng)的多個照明級。多個照明級可降低對空間光調(diào)制器及相關(guān)的電子元件的速度要求。不過，這種方法在技術(shù)上有一個嚴(yán)重的缺點(diǎn)，就是它浪費(fèi)了在低照明期間可從光源獲得的光功率。另外，對于某些類型的光源，降低照明強(qiáng)度將使系統(tǒng)復(fù)雜化。當(dāng)這些方法用于以機(jī)電柵器件為基礎(chǔ)的顯示系統(tǒng)時也有同樣的缺點(diǎn)。因此，需要有一種在機(jī)電柵顯示系統(tǒng)中產(chǎn)生增強(qiáng)的灰度級的方法，以有效地利用可用的光功率，同時不過分增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
上述要求可通過本發(fā)明得到滿足，本發(fā)明提供的機(jī)電適形柵器件至少包含兩組細(xì)長帶狀元件和一對端支座，后者用來在襯底上的兩端支撐每個細(xì)長帶狀元件。另外還包含一些置于每個細(xì)長帶狀元件下面的中間支座，以及至少兩個輸入口，用來選擇性地將力加到至少兩組細(xì)長帶狀元件上，這個力使選定的細(xì)長帶狀元件在第一和第二工作狀態(tài)之間產(chǎn)生變形，其中在第二工作狀態(tài)期間，細(xì)長帶狀元件在機(jī)械上的形狀與中間支座一致。
本發(fā)明的另一方面提供一種機(jī)電適形柵器件陣列，以通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級，每一個機(jī)電適形柵器件包含至少兩組細(xì)長帶狀元件；一對端支座，用在襯底上的兩端支撐每個細(xì)長帶狀元件；一些置于每個細(xì)長帶狀元件下面且確定衍射柵周期的中間支座；以及至少兩個輸入口，每個輸入口接收一個不同的調(diào)制波形，后者使得選定的帶狀元件在形狀上與中間支座一致；其中這些不同的調(diào)制波形是根據(jù)圖象數(shù)據(jù)流而生成的。
本發(fā)明的第三方面提供一種利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制來產(chǎn)生灰度級的方法每個機(jī)電適形柵器件包含至少兩組細(xì)長帶狀元件和至少兩個輸入口，此方法包括以下步驟提供圖象數(shù)據(jù)流；根據(jù)圖象數(shù)據(jù)流對每個機(jī)電適形柵器件至少產(chǎn)生兩個調(diào)制波形；并將此至少兩個調(diào)制波形加到至少兩個輸入口，其中將至少兩個調(diào)制波形加到至少兩個輸入口產(chǎn)生圖象的灰度級。
本發(fā)明的第四方面提供一種產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)。此光調(diào)制系統(tǒng)包括一個提供數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)源；以及一個串-并轉(zhuǎn)換器，用來接收數(shù)據(jù)流并將并行數(shù)據(jù)傳至并行數(shù)據(jù)通道。每個并行數(shù)據(jù)通道包含至少一個脈寬發(fā)生器和至少兩個輸入驅(qū)動器，后者與前者協(xié)同工作以產(chǎn)生至少兩個脈寬調(diào)制波形。此光調(diào)制系統(tǒng)中還包含一個時鐘，用來控制該至少一個脈寬發(fā)生器的定時；以及一個用來調(diào)制入射光束的機(jī)電適形柵器件陣列；每個機(jī)電適形柵器件包含至少兩組細(xì)長帶狀元件和至少兩個輸入口，后者從至少兩個輸入驅(qū)動器接收至少兩個脈寬調(diào)制波形。


圖1是在現(xiàn)有技術(shù)的一個線性陣列中兩個適形GEMS器件的局部剖面透視圖；圖2是在現(xiàn)有技術(shù)的一個線性陣列中四個適形GEMS器件的頂視圖；圖3a和3b是通過圖2中3-3線的現(xiàn)有技術(shù)裝置的剖面圖，分別顯示適形GEMS器件分別在未驅(qū)動狀態(tài)(V＝0)和完全驅(qū)動狀態(tài)(V＝V高)下的工作情況；圖4是現(xiàn)有技術(shù)的一個配備適形GEMS器件線性陣列的線掃描顯示系統(tǒng)示意圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)的通過脈寬調(diào)制形成的灰度級；圖6是一個具有由脈寬調(diào)制得到的灰度級的適形GEMS器件的灰度曲線；圖7是雙輸入適形GEMS器件的線性陣列頂視圖，表示未驅(qū)動狀態(tài)；圖8是雙輸入適形GEMS器件的線性陣列頂視圖，表示不同的驅(qū)動狀態(tài)；圖9是圖7和圖8的雙輸入適形GEMS器件的灰度曲線；圖10是另一種雙輸入適形GEMS器件線性陣列的頂視圖，表示不同的驅(qū)動狀態(tài)；圖11是圖10的雙輸入適形GEMS器件的灰度曲線；圖12是用來產(chǎn)生驅(qū)動雙輸入適形GEMS器件的兩個脈寬調(diào)制波形的電路框圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，線性陣列的每個適形GEMS器件至少由兩個而不是單個輸入口構(gòu)成。多個輸入口與適當(dāng)?shù)恼{(diào)制波形相結(jié)合，可用來改善成象系統(tǒng)(如投影顯示和打印機(jī)等)灰度級的產(chǎn)生。
圖7為一個雙輸入適形GEMS器件線性陣列在未驅(qū)動狀態(tài)下的頂視圖。雖然在圖7中只明顯地顯示了三個雙輸入適形GEMS器件40a、40b和40c，實(shí)際上在此線性陣列上可以有上千甚至更多的器件。每個器件40a、40b和40c有兩個輸入口41和42。每個輸入口與一組細(xì)長帶狀元件相連接。在圖7所示的實(shí)施例中，輸入口41在電氣上與兩個細(xì)長帶狀元件51相連，而輸入口42與兩個細(xì)長帶狀元件52相連。在B-B線以下已將帶狀元件局部移去以顯示下面的結(jié)構(gòu)。這個下面的結(jié)構(gòu)與圖1-3中顯示的以前的(單輸入)適形GEMS器件的結(jié)構(gòu)很相似，包括工作區(qū)8內(nèi)的端支座24a和24b，溝槽25，支座29和中間支座27。和前面一樣，為了獲得最大的襯度，應(yīng)把中間支座27完全藏在細(xì)長帶狀元件51和52下面。因而從頂往下看時不應(yīng)在間隙55中看到中間支座27。
雖然具有多個帶狀元件的適形GEMS器件在美國6307663專利中已有介紹，但其中所有的帶狀元件都在電氣上連在一起并由一個單輸入口尋址。在本發(fā)明中，與雙輸入適形GEMS器件相關(guān)的帶狀元件被分成兩組，每一組由它自己的輸入口尋址。也可以是多輸入適形GEMS器件，它具有兩組以上的細(xì)長帶狀元件和兩個以上的輸入口。
圖8是在某些輸入口41和42上加了電壓的雙輸入適形GEMS器件40a、40b和40c(圖7)的頂視圖。當(dāng)任一個帶狀元件被所加的電壓驅(qū)動時，所產(chǎn)生的靜電力使它與處在下面的中間支座27的形狀部分一致。圖8中各帶狀元件上的陰影代表它們的輪廓和驅(qū)動狀態(tài)。具體而言，在器件40a中兩個輸入口41和42都處于斷開狀態(tài)，即沒有外加電壓。因此，所有與器件40a有關(guān)的細(xì)長帶狀元件51和52都未被驅(qū)動，而是平懸在中間支座27上面。另一方面，在器件40b中兩個輸入口41和42都處于接通狀態(tài)(加上了電壓)。與兩個輸入口相連的細(xì)長帶狀元件51和52被驅(qū)動和支座29相接觸。最后，器件40c的兩個輸入口處于相反的狀態(tài)，即輸入口42處于接通狀態(tài)且兩個相關(guān)的帶狀元件52被驅(qū)動。而輸入口41處于斷開狀態(tài)且兩個相關(guān)的帶狀元件51未被驅(qū)動。
當(dāng)被入射光束(最好是激光光線)照明時，圖7和8所示的雙輸入適形GEMS器件40a、40b和40c，根據(jù)兩個輸入口41和42所處的不同狀態(tài)，可以用作一面鏡子，一個完整的柵，或者一個局部的柵。若輸入口41和42兩者都處于斷開狀態(tài)，雙輸入適形GEMS器件40a-40c就象一個普通的平面鏡，它將入射光束反射為第0級束。如果兩個輸入口41和42都處于接通狀態(tài)，則器件40a-40c當(dāng)作一個周期為Λ的完整柵，并將大部分入射光衍射成第+1和第-1適形級束。額外的光被衍射為第+2和第-2適形級及更高的非第0適形級束。在高襯度顯示系統(tǒng)中，光路應(yīng)設(shè)計成能獲得這些非第0適形級束的一種或幾種而將所有其它的光擋掉。如需要高效率，可以捕獲幾個非0適形級束。當(dāng)輸入口41和42處于相反狀態(tài)，即一個輸入口在接通狀態(tài)和一個輸入口在斷開狀態(tài)時，雙輸入適形GEMS器件40a-40c形成一個周期為Λ的局部柵。如圖8中器件40c所示的局部柵結(jié)構(gòu)具有一些細(xì)長帶狀元件，它們與某個特定器件被驅(qū)動而其它的器件未被驅(qū)動有關(guān)。
局部柵結(jié)構(gòu)設(shè)計成將一小部分入射光衍射為(非0)適形級束。具體而言，衍射為適形級束的相對衍射效率與處于驅(qū)動狀態(tài)的反光表面的占孔因數(shù)的平方有關(guān)。因此，對于圖7和8的雙輸入適形GEMS器件40a-40c，局部 柵結(jié)構(gòu)在適形級束內(nèi)的光強(qiáng)度大約是完整柵結(jié)構(gòu)的1/4，因?yàn)橹挥幸话氲膸钤或?qū)動。未被衍射成適形級束的光或者被反射成0級束，或者被衍射成其它方向(未示)而被光學(xué)系統(tǒng)所阻擋。
還有幾種雙輸入適形GEMS器件的實(shí)施例。例如，兩個輸入口可以有不同的細(xì)長帶狀元件數(shù)，或者各帶狀板具有不同的寬度。適當(dāng)選取每一個輸入口的帶狀板數(shù)目和帶狀板寬度，可以得到完整柵和局部柵結(jié)構(gòu)間的任何所希望的衍射效率比。
圖10為另一個實(shí)施例，其中局部柵結(jié)構(gòu)的適形級的光強(qiáng)度約為完整柵結(jié)構(gòu)的1/9。圖中顯示了4個雙輸入適形GEMS器件60a-60d，每個有兩個輸入口61和62。輸入口61與兩個細(xì)長帶狀元件51相連，而輸入口62與單個細(xì)長帶狀元件52相連。如圖10所示，器件60a和60b的特性象一面鏡子，因?yàn)閮蓚€輸入口61和62處于斷開狀態(tài)；器件60c起完整柵的作用，因?yàn)檩斎肟?1和62處于接通狀態(tài)；而器件60d起局部柵作用，因?yàn)檩斎肟?1處于斷開狀態(tài)，輸入口62處于接通狀態(tài)。應(yīng)指出，若輸入口61處于接通狀態(tài)且輸入口62處于斷開狀態(tài)，則用這個實(shí)施例也可以產(chǎn)生具有不同相對效率(4/9)的另一種局部柵結(jié)構(gòu)。
如前所述，通過將適當(dāng)?shù)牟ㄐ渭拥诫p輸入適形GEMS器件上可以改善灰度的構(gòu)成。圖9和11分別表示圖8和10的雙輸入適形GEMS器件的灰度形式實(shí)例。對于單輸入適形GEMS器件，采用與圖6相似的脈寬調(diào)制波形來產(chǎn)生灰度級。這時灰度級相當(dāng)于適形級光強(qiáng)度對時間積分。在圖9和11中，灰度級的形成或者是把同樣的脈寬加到兩個輸入口上造成完整柵結(jié)構(gòu)，或者是把一個脈沖加到一個輸入口上而保持另一個輸入口在斷開狀態(tài)，從而造成局部柵結(jié)構(gòu)。因此，圖象中的亮區(qū)是在兩個輸入口都接通時產(chǎn)生的，而暗區(qū)是在一個輸入口接通時產(chǎn)生的。對于好的圖象，在固定脈寬增量時希望暗區(qū)相對灰度級的間隔比亮區(qū)的小些。通過使兩個輸入口都接通或者單個輸入口接通而形成灰度級的一個過渡區(qū)(未示)，可用來為兩個灰度級曲線的校準(zhǔn)提供自由空間(headroom)，以獲得均勻的灰度。另外，可通過 用適當(dāng)?shù)拿}寬激發(fā)單個輸入口而產(chǎn)生相關(guān)的暗區(qū)，來降低圖6中非單調(diào)區(qū)50的影響。
通過把不同的脈寬同時加到雙輸入適形GEMS器件的兩個輸入口可以使灰度得到額外的改善。與圖9和11的方法不同，這種方法可以使細(xì)的灰度級間隔從暗區(qū)延伸至亮區(qū)，不過電路結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多。
將雙輸入的適形GEMS器件和普通(單輸入)適形GEMS器件對電路速度的要求作一比較是有益的。取以器件的線性陣列為基礎(chǔ)的高質(zhì)量投影顯示且灰度由脈寬調(diào)制(PWM)形成的系統(tǒng)為例。具體地說，此系統(tǒng)具有1920掃描線的HDTV分辨率(1080×1920象素)，幀頻為60Hz，每幀每種顏色有13個線性位的灰度能力(8192灰度級)。對于一個普通的適形GEMS器件，脈寬增量應(yīng)小于1/(1920×60×8192)秒~1nsec，使得掃描該線形成二維圖象時有一些裕量。因此，控制器中的數(shù)字電路需產(chǎn)生約1GHz的有效PWM時鐘。這個有效時鐘頻率在用雙輸入的適形GEMS器件時可以大大降低而同時保持同樣的最終系統(tǒng)指標(biāo)。例如，對于圖10所示的實(shí)施例，有效時鐘頻率可降至1/9，達(dá)到111MHz左右。
圖12表示一個電路結(jié)構(gòu)框圖，可用來以脈寬調(diào)制波形驅(qū)動雙輸入適形GEMS器件。這種特殊的結(jié)構(gòu)可以讓兩個不同的脈寬同時加在兩個輸入口上，以在整個灰度范圍內(nèi)產(chǎn)生細(xì)的灰度級。對于本專業(yè)技術(shù)人員來說，很顯然，如果加到兩個輸入口的脈寬不是獨(dú)立的(如圖9和11的情況)，則這種結(jié)構(gòu)可以簡化。數(shù)據(jù)源100提供一個(串行)數(shù)據(jù)流105，它已經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理而從線性器件陣列產(chǎn)生一個圖象。由于線性陣列每個雙輸入的適形GEMS器件120需要自己的并行數(shù)據(jù)通道115，故首先要有一個串-并行轉(zhuǎn)換器102將數(shù)據(jù)流105分離成并行數(shù)據(jù)提供給并行數(shù)據(jù)通道115。例如，在上面提到的HDTV系統(tǒng)中，有1080個并行數(shù)據(jù)通道來為1080個雙輸入適形GEMS器件120尋址，雖然在圖2中只畫出了這些并行數(shù)據(jù)通道115中的一個。每個并行數(shù)據(jù)通道115包括一個輸入脈寬選擇器103，一對與時鐘同步的脈寬發(fā)生器106和107，和一對輸入驅(qū)動器108和109。脈寬選擇器103確定需要加到雙輸入適形GEMS器件120兩個輸入口110和111的兩個脈沖寬度，以獲得所需的灰度級。這兩個脈沖寬度是由一對高壓輸入驅(qū)動器108和109產(chǎn)生的，后者由脈寬發(fā)生器106和107數(shù)字控制且與時鐘104同步。如果帶狀板充電是一個問題，也可以利用脈寬選擇器103來選擇加到兩個輸入口110和111的脈沖極性，以產(chǎn)生無直流成分的脈寬調(diào)制波形。
機(jī)電適形柵，其中細(xì)長帶狀元件在張力下被支撐。
機(jī)電適形柵器件，其中的力是靜電力。
機(jī)電適形柵器件，其中的至少兩組細(xì)長帶狀元件每組包含同樣數(shù)量的細(xì)長帶狀元件。
機(jī)電適形柵器件，其中的至少兩組細(xì)長帶狀元件每組包含不同數(shù)量的細(xì)長帶狀元件。
機(jī)電適形柵器件，其中所有的細(xì)長帶狀元件具有相等的寬度。
機(jī)電適形柵器件陣列，其中的至少兩組細(xì)長帶狀元件每組包含同樣數(shù)量的細(xì)長帶狀元件。
機(jī)電適形柵器件陣列，其中的至少兩組細(xì)長帶狀元件每組包含不同數(shù)量的細(xì)長帶狀元件。
機(jī)電適形柵器件陣列，其中每個機(jī)電柵器件只有兩個輸入口。
機(jī)電適形柵器件陣列，當(dāng)兩個輸入口處于斷開狀態(tài)時，機(jī)電適形柵器件當(dāng)作一個平面鏡用。
機(jī)電適形柵器件陣列，當(dāng)兩個輸入口處于接通狀態(tài)時，機(jī)電適形柵器件當(dāng)作一個完整柵用。
機(jī)電適形柵器件陣列，當(dāng)兩個輸入口處于相反狀態(tài)時，機(jī)電適形柵器件當(dāng)作一個局部柵用，其衍射效率低于完整柵的衍射效率。
機(jī)電適形柵器件陣列，其中調(diào)制波形為脈寬調(diào)制。
機(jī)電適形柵器件陣列，當(dāng)兩個輸入口處于接通狀態(tài)時，產(chǎn)生亮的灰度級。
機(jī)電適形柵器件陣列，當(dāng)兩個輸入口處于相反狀態(tài)時，產(chǎn)生暗的灰度級。
機(jī)電適形柵器件陣列，其中所有細(xì)長帶狀元件的寬度相等。
機(jī)電適形柵器件陣列，其中局部柵的衍射效率最多為完整柵的1/4。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，其中至少兩組細(xì)長帶狀元件每組包含同樣數(shù)量細(xì)長帶狀元件。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，其中至少兩組細(xì)長帶狀元件每組包含不同數(shù)量細(xì)長帶狀元件。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，其中只有兩個輸入口接收調(diào)制波形。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，當(dāng)兩個輸入口處于斷開狀態(tài)時，機(jī)電適形柵器件起平面鏡的作用。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，當(dāng)兩個輸入口處于接通狀態(tài)時，機(jī)電適形柵器件起完整柵的作用。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，當(dāng)兩個輸入口處于相反狀態(tài)時，機(jī)電適形柵器件起局部柵的作用，其衍射效率比完整柵的低。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，其中至少兩個調(diào)制波形是脈寬調(diào)制的。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，當(dāng)兩個輸入口處于接通狀態(tài)時，產(chǎn)生亮灰度級。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，當(dāng)兩個輸入口處于相反狀態(tài)時，產(chǎn)生暗灰度級。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，其中所有細(xì)長帶狀元件的寬度相等。
利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象中產(chǎn)生灰度級的方法，其中局部柵的衍射效率最多是完整柵的1/4。
一種產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，包括a)一個產(chǎn)生數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)源；b)一個串-并轉(zhuǎn)換器，用來接收數(shù)據(jù)流并將并行數(shù)據(jù)傳給并行數(shù)據(jù)通道；c)用于每個并行數(shù)據(jù)通道的至少一個脈寬發(fā)生器；d)用于每個并行數(shù)據(jù)通道的至少兩個輸入驅(qū)動器，它們與至少一個脈寬發(fā)生器協(xié)同工作，以產(chǎn)生至少兩個脈寬調(diào)制波形；e)一個控制至少一個脈寬發(fā)生器時間的時鐘；f)一個用來調(diào)制入射光束的機(jī)電適形柵器件陣列，每個機(jī)電適形柵器件包含至少兩組細(xì)長帶狀元件和至少兩個輸入口，后者從至少兩個輸入驅(qū)動器接收至少兩個脈寬調(diào)制波形。
產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，其中每個機(jī)電柵器件只有兩個輸入口，用來接收兩個脈寬調(diào)制波形。
產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，當(dāng)兩個輸入口處于接通狀態(tài)時，產(chǎn)生圖象中的亮灰度級。
產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，當(dāng)兩個輸入口處于相反狀態(tài)時，產(chǎn)生圖象中的暗灰度級。
產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，其中有兩個脈寬發(fā)生器，用來產(chǎn)生兩個脈寬調(diào)制波形。
產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，其中兩個脈寬調(diào)制波形可同時具有不同的脈寬。
產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，還包含一個脈寬選擇器，用來選擇兩個脈寬發(fā)生器的脈寬。
產(chǎn)生圖象灰度級的光調(diào)制系統(tǒng)，其中脈寬調(diào)制波形具有可以選擇的極性。
機(jī)電適形柵器件，其中細(xì)長帶狀元件在第二種工作狀態(tài)中與下面的結(jié)構(gòu)相接觸。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)電適形柵器件，包括a)至少兩組細(xì)長帶狀元件；b)一對端支座，用來把每個細(xì)長帶狀元件在兩端支撐于襯底上；c)一些置于每個細(xì)長帶狀元件下面的中間支座；d)至少兩個輸入口，用來有選擇性地將力加到至少兩組細(xì)長帶狀元件上；其中所述力使選定的細(xì)長帶狀元件在第一和第二工作狀態(tài)之間變形，其中在第二工作狀態(tài)中細(xì)長帶狀元件機(jī)械上與中間支座的形狀一致。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電適形柵器件，其中衍射柵的周期取決于中間支座的位置。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電適形柵器件，其中在第一種工作狀態(tài)中，被選定的細(xì)長帶狀元件平懸在中間支座之間。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電適形柵器件，其中只有兩個輸入口，用來有選擇性地施力。
5.如權(quán)利要求4所述的機(jī)電適形柵器件，當(dāng)兩個輸入口處于斷開狀態(tài)時，此機(jī)電適形柵器件起平面鏡的作用。
6.如權(quán)利要求4所述的機(jī)電適形柵器件，當(dāng)兩個輸入口都處于接通狀態(tài)時，此機(jī)電適形柵器件起完整柵的作用。
7.如權(quán)利要求4所述的機(jī)電適形柵器件，當(dāng)兩個輸入口處于相反狀態(tài)時，此機(jī)電適形柵器件起局部柵的作用，其衍射效率小于完整柵的衍射效率。
8.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電適形柵器件，其中脈寬調(diào)制波形被加在至少兩個輸入口上。
9.一種機(jī)電適形柵器件陣列，用來通過光調(diào)制而在圖象中產(chǎn)生灰度級，每個機(jī)電適形柵器件包括a)至少兩組細(xì)長帶狀元件；b)一對端支座，用來把每個細(xì)長帶狀元件在兩端支撐于襯底上；c)一些置于每個細(xì)長帶狀元件下面的中間支座，由它們確定衍射柵周期；d)至少兩個輸入口，每個輸入口接收一個不同的調(diào)制波形，此波形使選定的帶狀元件的形狀與中間支座一致；其中這些不同的調(diào)制波形是根據(jù)圖象數(shù)據(jù)流得到的。
10.一種利用機(jī)電適形柵器件陣列通過光調(diào)制在圖象內(nèi)產(chǎn)生灰度級的方法；每個機(jī)電適形柵器件包括至少兩組細(xì)長帶狀元件和至少兩個輸入口，此方法包括以下步驟a)提供一圖象數(shù)據(jù)流；b)根據(jù)此圖象數(shù)據(jù)流對每個機(jī)電適形柵器件產(chǎn)生至少兩個調(diào)制波形；以及c)把至少兩個調(diào)制波形加到至少兩個輸入口上，其中將至少兩個調(diào)制波形加到至少兩個輸入口產(chǎn)生圖象的灰度級。
全文摘要
一種機(jī)電適形柵器件包括至少兩組細(xì)長帶狀元件；一對端支座，用來把每個細(xì)長帶狀元件在兩端支撐于襯底上；一些位于每個細(xì)長帶狀元件下面的中間支座；至少兩個輸入口，用來選擇性地將一個力加到至少兩組細(xì)長帶狀元件上；這個力使得選定的細(xì)長帶狀元件在第一和第二工作狀態(tài)之間變形，其中在第二工作狀態(tài)期間細(xì)長帶狀元件在機(jī)械上與中間支座的形狀一致。
文檔編號G02B5/18GK1514267SQ20031012406
公開日2004年7月21日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者M·W·科瓦茲, M W 科瓦茲 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司