专利名称：基于mems微镜阵列的二元相位调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光显示技术领域，具体为一种用于激光散斑抑制的二元相位调制器。
背景技术：
当相干光(例如激光)透射过粗糙散射体或被粗糙散射体所反射时，在该散射体的粗糙表面会发生光波的干涉现象即形成散斑，所表现出的是颗粒状的明暗非均匀光强分布。在激光显示中，散斑的存在将会降低图像质量，因而必须被抑制。在 ‘Speckle Phenomena in Optics: Theory and Application，一书中，Jo sep hW. Goodman对激光显示投影中的散斑抑制方法和装置进行了总结和分析，通过在屏幕上对随机散斑光场在时域积分内进行光强叠加而非幅值叠加，可以有效地降低散斑对比度，进而消除散斑。基于上述理论，CN102193208A公开了一种用二元正交数组编码的二元相位调制器。如图5所示，是基于二元相位调制器的激光显示系统1，包括激光光源2、显示面板(例如数字微镜器件)3、聚光透镜5、投影镜6和二元相位调制器7。所述二元相位调制器7位于聚光透镜5和投影镜6的中间像平面上。显示面板3上生成的图像信息首先成像于二元相位调制器7上，然后通过投影镜6被投影于屏幕9上并被光探测成像元件11 (例如人目艮)所扑捉。该二元相位调制器有两个相位调制状态‘0’相位态和‘ π ’相位态，它们分别对应于正交数组的‘I’和‘-I’元素值。但是，现有的基于MEMS微镜阵列的相位调制器，如基于Fraunhofer IPMS的微镜阵列，将 CMOS (Complementary metal - oxide - semiconductor)寄存器置于微镜之下，每个微镜均有一个CMOS寄存器相对应，进而可以通过对CMOS寄存器施加控制信号而实现对各个微镜的独立控制。存在的缺点是1、引入了额外的CMOS寄存器和与之匹配的控制电路，如编码、解码电路等；2、微镜的加工工艺设计必须兼容CMOS工艺；3、由于微镜阵列中每个微镜必须依赖于各自的CMOS寄存器进行独立控制，因而需要庞大的控制信号。因此，有必要发明一种新型的二元相位调制器，来实现激光的散斑抑制。
发明内容
本发明为了解决现有的基于微镜阵列的相位调制器必须依赖数量庞大的CMOS寄存器进行独立控制的问题，提供了一种基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器，来实现激光的散斑抑制。本发明是采用如下技术方案实现的
一种基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器，包括绝缘衬底，所述绝缘衬底上集成有微镜阵列，所述每个微镜由设有阻止栓的下微镜和上微镜组成，所有下微镜呈对角线方向连接后形成平行的下微镜电极组，所述下微镜电极组内的每个下微镜电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接；所有上微镜呈对角线方向连接后形成平行的上微镜电极组，所述上微镜电极组内的每个上微镜电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接；所述上、下微镜电极组正交、且交点处由绝缘层间隔；当外部显示面板上的图像信息成像于所述微镜阵列上时，所述显示面板上的每一像素单元均对应于微镜阵列上相应的固定区域，所述固定区域内包含有阵列为NXN的微镜单元组，即显示面板上的每一像素单元在所述微镜阵列上被相同地分割成阵列为NXN的微镜单元组，所述N是非零的正整数；在所述每个阵列为NXN的微镜单元组内，微镜在各自电压信号源提供的随机变化电压信号控制下，使得入射于其上的相干光的相位发生改变。所述上、下微镜电极组正交即成90°的夹角，其交点处即是当通入微镜内的电压信号使上微镜发生向下运动吸合时的支撑点。MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)的英文缩写，随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来。在以硅为基础的MEMS加工技术中，最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异性腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。
工作时，基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器工作在反射状态下，在实现方式上，MEMS微镜阵列通过上、下微镜通入的电压信号的变化致使每个微镜的吸合与否，进而改变相干光(例如激光)的光程来调制相干光的相位。 优选地，通入下微镜电极组内的电压信号组以每N个电压信号为一个重复单元，通入上微镜电极组内的电压信号组以每N个电压信号为一个重复单元，并且通入下微镜电极组内重复单元和通入上微镜电极组内重复单元的电压信号为由二元正交数组控制的周期方波电压信号。具体工作时，仅仅作为一个例子，如
图1、2所示，是基于微镜阵列的二元相位调制器，当外部显示面板上的图像信息成像于所述微镜阵列上时，显示面板上的每个像素单元对应地在微镜阵列上均被分割成阵列为3X3的微镜单元组。当通入电压信号时，由于通入下微镜电极组内的电压信号组以每3个电压信号为一个重复单元，通入上微镜电极组内的电压信号组也以每3个电压信号为一个重复单元，那么，下微镜电极组(包括13. 1、13.2、13. 3,13. 4,13. 5电极)内的每个下微镜电极对应连接有一个信号源(即13. 1、13. 2、13. 3、13. 4、13. 5电极与下信号总线C1、C2、C3、C1、C2——对应连接);上微镜电极组(包括12. I、12. 2、12. 3、12. 4、12. 5电极)内的每个上微镜电极对应连接有一个信号源(即12. 1、12. 2、
12.3,12. 4,12. 5电极与上信号总线R1、R2、R3、R1、R2——对应连接)，进而每个像素单元可以通过对应的3X3的微镜单元组实现实时编码。如图3所示，表示上信号的总线Rl、R2、R3和下信号的总线C1、C2、C3在人眼的积分时间内的通入由二元正交数组控制的周期方波电压信号的变化情况。本发明所述相位调制器的工作机理如下作为一个3X3的微镜单元组的控制信号的例子，下信号总线C1、C2、C3由4X3 二元正交数组C[公式(I)中等号左侧的第二个数组]的行作为控制信号，上信号总线Rl、R2、R3由4X3 二元正交数组B[公式
(I)中等号左侧的第一个数组]的行作为控制信号。这样，上信号总线R1、R2、R3和下信号总线Cl、C2、C3分别对应于4X3 二元正交数组B和C的行元素，二元正交数组B和C的克罗内克积(Kronecker Product)可生成如下公式(I)所示的16X9 二元正交数组D
权利要求
1.一种基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器，包括绝缘衬底(14)，所述绝缘衬底(14)上集成有微镜阵列，所述每个微镜由设有阻止栓(15)的下微镜和上微镜组成，其特征在于所有下微镜呈对角线方向连接后形成平行的下微镜电极组，所述下微镜电极组内的每个下微镜电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接；所有上微镜呈对角线方向连接后形成平行的上微镜电极组，所述上微镜电极组内的每个上微镜电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接；所述上、下微镜电极组正交、且交点处由绝缘层间隔；当外部显示面板上的图像信息成像于所述微镜阵列上时，所述显示面板上的每一像素单元均对应于微镜阵列上相应的固定区域，所述固定区域内包含有阵列为NXN的微镜单元组，即显示面板上的每一像素单元在所述微镜阵列上被相同地分割成阵列为NXN的微镜单元组，所述N是非零的正整数；在所述每个阵列为NXN的微镜单元组内，微镜在各自电压信号源提供的随机变化电压信号控制下，使得入射于其上的相干光的相位发生改变。
2.根据权利要求I所述的基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器，其特征在于通入下微镜电极组内的电压信号组以每N个电压信号为一个重复单元，通入上微镜电极组内的电压信号组以每N个电压信号为一个重复单元，并且通入下微镜电极组内重复单元和通入上微镜电极组内重复单元的电压信号为由二元正交数组控制的周期方波电压信号。
3.根据权利要求I或2所述的基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器，其特征在于所述下微镜内阻止栓(15 )与上微镜之间的距离为四分之一波长。
4.根据权利要求3所述的基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器，其特征在于所述下微镜的材料为铝，所述上微镜的材料为钛铝合金。
全文摘要
本发明涉及激光显示技术领域，具体为一种用于激光散斑抑制的二元相位调制器，解决了现有的基于微镜阵列的相位调制器必须依赖数量庞大的CMOS寄存器进行独立控制的问题。一种基于MEMS微镜阵列的二元相位调制器，包括绝缘衬底，所述绝缘衬底上集成有微镜阵列，所述每个微镜由设有阻止栓的下微镜和上微镜组成，所有下微镜呈对角线方向连接后形成平行的下微镜电极组，所述下微镜电极组内的每个下微镜电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接；所有上微镜呈对角线方向连接后形成平行的上微镜电极组，所述上微镜电极组内的每个上微镜电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接。本发明设计合理，有效消除了激光散斑。
文档编号G02B26/06GK102967933SQ201210512289
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者仝召民, 陈旭远, 高文宏, 石云波 申请人:中北大学