[发明专利]离散控制微镜的转动及平移的精密控制

说明书

技术领域

本发明大体上涉及微镜，且更具体地涉及微镜控制。

背景技术

微镜可替代传统的光电子装置或与传统的光电子装置一起应用于各种光学应用中。理想的是，可以通过非常精密控制的转动与平移来移动微镜。插入法是离散控制微镜(DCM)方法的实例。

纯相位(phase-only)活塞型微镜已经被用于相位自适应光学应用，并且转动微镜已经被用来使光偏转。这些微镜中的大多数已经被控制为具有连续的位移，该位移由静电力与弹力之间的平衡确定。模拟控制比数字或离散控制复杂得多，并且不能与诸如MOS、CMOS等的公知半导体电子技术兼容。此外，当电力超过机械结构的弹力时，具有由静电力致动的连续位移的微镜会遭受典型的排出(snap-down)现象。排出现象限制微镜的平移与转范围。

高驱动电压是使用具有由静电力致动的连续位移的微镜时的另一缺点。为了与IC元件兼容，需要在与电路操作或控制电压相兼容的低压下来操作微镜。

在现有技术的微镜阵列中，诸如，例如US专利第4,566,939、5,083,857、及6,232,936号中的数字微镜装置，每个微镜都通过电压的数字控制而被致动。这种微镜具有大转度、低驱动电压，并且能与已知半导体电子技术兼容。然而，这种微镜仅具有一个自由度，即，围绕单个轴线的转，并且其仅具有两个水平位置。因此，这种微镜阵列仅仅是光学开关阵列。

因此，所需要的是用于对微镜转动及平移运动进行非常灵敏的控制的系统和方法。

发明内容

本发明解决现有技术的问题并提供对离散控制微镜(DCM)的转动及平移的精密控制。如申请人于2004年5月27日提交的名为“包括具有两个转动自由度的微镜的可变焦距透镜”的US专利申请No.10/855,715、申请人的名为“包括具有两个转动自由度及一个平移自由度的微镜的可变焦距透镜”的US专利申请No.6,934,072、申请人于2004年5月28日提交的名为“微镜阵列透镜的阵列”的US专利申请No.10/857,714，以及申请人于2004年6月18日提交的名为“具有多级位置的离散控制微镜”的US专利申请No.10/872,241中所描述的，这些专利的公开内容结合进来作为参考，如同在此处完全阐述一样，包括具有两个转动自由度或者具有两个转动自由度及一个平移自由度(两个转动自由度与一个平移自由度是独立控制的)的微镜的微镜阵列可任意调节入射光。为此，需要通过对两个转动自由度的控制或者对两个转动自由度及一个平移自由度的控制来使光偏转至所需的任意方向。也需要对每个微镜进行独立平移，以满足相位条件。由于DCM具有许多优点并且能够具有两个转动自由度和/或一个平移自由度，因此包括DCM的微镜阵列比传统微镜阵列具有更好的性能。

在本发明的一个实施例中，微镜控制系统包括：被构造成支撑微镜控制系统的底层、在支撑件的第一端处通信地连接于底层并被构造成围绕支撑件的第二端处的轴线转动的止挡板。该微镜控制系统还包括具有顶侧和底侧的微镜板或微镜，该微镜板或微镜在底侧上通信地连接于止挡板，并且还包括位于顶侧上的被构造成反射光的反射表面。止挡板围绕轴线转动成与微镜接触的转动被构造成调节微镜的方位。

在本发明的另一实施例中，微镜控制系统还包括通信地连接于止挡板、并被构造成控制止挡板围绕所述轴线的转动的致动装置。一方面，致动装置包括电极，所述电极被构造成通过静电力控制止挡板的转动。另一方面，致动装置包括梳齿驱动器(comb-drive)，该梳齿驱动器被构造成通过机械力控制止挡板的转动。

在本发明的另一实施例中，微镜控制系统包括被构造成支撑微镜控制系统元件的底层，以及支撑件。支撑件在第一端处连接于微镜控制系统底层，而在第二端处可转动地连接于止挡板，其中，支撑件被构造成支撑止挡板并为止挡板提供转动轴线。止挡板可转动地连接于支撑件，且被构造成围绕支撑件转动并支撑微镜柱。微镜柱可选地连接于止挡板或连接于微镜的底侧，其中微镜柱被构造成靠在止挡板上。微镜具有连接于微镜柱的底侧以及包括被构造成反射光的反射表面的顶侧。致动装置通信地连接于止挡板并构造成控制止挡板的转动。止挡板围绕轴线转动成与微镜接触的转动被构造成调节微镜的方位。