闪耀光栅数字微镜的设计与模拟仿真
基于MEMS的闪耀光栅数字微镜显示技术
式应 用中，Ｔ Ｔ液晶显示器 已成为主 成 画面两大类 。 Ｆ 流配 置。 然 Ｔ Ｔ液晶显示器具有图 虽 Ｆ
在 像素 单 元主 动 发光 形成 画 面 显示技 术， 制光线反射程度 实现 显 控
像清 晰、对 比度高等优 点，但其耗 电 的显 示技术 中， 先后 出现 了阴极射 线 示 的硅 基液晶 Ｌ ＣＯＳ显示技术 ， 制 控 占了 Ｐ ＭＰ 系统耗 电的 ７ ％以上。随 管 ＣＲ Ｏ Ｔ显示技术 、 等离子平板 Ｐ Ｐ显 光 线 反射 角度 实现 显 示的 数字 微 镜 Ｄ 着分辨率 不断提高，屏幕加大 ，显示 示技 术、表面传导发射 Ｓ Ｄ 显 示技 Ｅ 器 的功耗 也同步增长。 由于
■． 灌釜
¨ ＿ 蓝
尽可能小的显示屏， 结果使
贾甜埴任 Ｉ低 ， ｊ 导双 荦 Ｍ ｉ ＿ ■ ＿
・
Ｉ
的技术之一， Ｃ 与Ｌ Ｄ显示器借
助 于偏振光来 形成显示 不 同，
理想 的适 合 于便 携用 途 的显 示技 术应 在 电池供
图 １Ｓ Ｆ ２０的结构图 Ｃ ５５ 术、 碳纳米 管场发射 ＣＮ Ｔ显示技术 、
产生彩色 ， 光线通过不 同厚度 的气 隙时产 生不 同的光 程差 ，
电环境 下有尽可能长 的工作 时间、尽 有机 电致发光 二极管 Ｏ Ｅ 显示技 形成不 同的颜色 。图 １ ＬＤ 所示为 ｉ Ｄ Ｍｏ 可 能 小 的体积 、尽可 能高 的 画面质 术 。在这 些显示技术 中， 有机 电致发 显示器样机 。 虽然 具有极其优越 的节 量， 既可产生满足个 人独立观看 的优 光显示器 是唯一可小型化 的技术 ， 但 电性 能，但 无论 是对 比度 还是亮 度 ，
… Ｈ … ’… ＿ ， ｕ … … ● ● Ｔ
闪耀光栅数字微镜的设计与模拟仿真
闪耀光栅数字微镜的结构设计与模拟仿真引言基于MEMS 制造技术的闪耀光栅数字微镜显示技术是一种全新的显示技术, 它的基本工作原理为：平行的复合白色光线以固定的入射角照射在闪耀光栅微镜阵列上，驱动电路驱动每个像素单元的闪耀光栅微镜偏转不同角度，在特定的衍射方向上得到的R 、G 、B 以及不可见波长的光线经过成像镜头后形成彩色画面。
微镜结构设的计基本要求闪耀光栅数字微镜显示技术的核心部件是闪耀光栅数字微镜。
要达到便携应用和投影应用的目的，闪耀光栅数字微镜结构设计需满足以下基本要求。
1、 尽可能减小显示单元的尺寸为了得到准确的基色，要求入射的复合白色光线在微镜总像素尺度范围内保持平行，否则，由于入射光线的角度偏差，将导致画面色彩的偏离。
当微镜总像素尺度较小时，容易得到理想的、具有较强亮度的平行照射光线。
若增加像素单元尺寸，需要更大面积的平行强光，这无疑会增加光源系统的功率和制造成本。
2、 尽可能提高像素的填充率闪耀光栅数字微镜的填充率主要取决于像素间距，而像素间距的大小又与驱动方式有关。
在MEMS 系统中，最为高效的驱动方式为静电驱动。
通过在两块板上施加电压，可以在板间形成静电场，两片板间的静电力由以下公式计算。
22021F dWLV r d εε= 式中，r ε为相对介电常数，0ε为自由空间介电常数，W 是电极板的宽，L 是电极板长，d 是电极板间的距离，V 为施加于电极板之间的电压，d F 是垂直于电极板的静电力。
从以上公式可知，静电力的大小与电极板之间的距离平方成反比，与电极板的面积成正比，降低板间距离和增加电极板面积都能增加静电力。
梳状电极是增加面积的常用方式，在单镜以及扫描镜成像方式中，梳状致动器被广泛采用。
通常，梳状致动器需耗用较大硅面积，对于像素阵列而言，这将极大降低填充率，无法形成可以接受的显示画面。
提高静电力的更好办法是尽可能降低电极板之间的距离。
3、采用尽可能低的驱动电压从静电力公式还可以看到，静电力的大小与驱动电压的平方成正比。
闪耀光栅数字微镜显示技术
７ ％以上 ， ０ 且光源利用率不足 １ ％。 Ｐ ０ 使 ＭＰ的实用
价值大打折扣。
同时满足投影和移动要求的理想显示技术应有
追求越来越高。 一方面 ， 消费者需要越来越大的显示
画面 ； 另一方面 ， 人们对 Ｐ ＭＰ个人媒体 播放器等便
尽可能长的 电池工作时间、尽可能小的体积和尽可
能高的画面质量。 既能产生宽视角虚拟彩色画面 ， 又
ａ ｄ ｅ ｏｕ ｉｎ ｎ ｑ ｉａｅ ｔ ｍａ ｅ ｅｌ ｏ ａ ｅ ｔ ｅ ｄｓ ｌｙ ｔ ｃ ｎ ｏ ｙ．Ｔｈ ｐ ｐ ｒ ｎ ｒ ｓ ｌｔ ｏ ｅ ｕｖ ｌｎ ｉ ｇ ｃ ｌ ｏ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ｈ ｒ ｉｐａ ｅ ｈ ｏｌｇ ｅ ａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｔ ｎ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎｑ ｅ ｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ，ｔ ｅ ￣，ｅ ｐ ｒ ｎ ｎ ｐ ｉ ｚ ｅ ｉ ｆ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ａ ｉ ｈ ｅ ｈ ｉｕ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ ｈ ｏ ｏ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔ ａ ｄ ｏ ｔｍｉ ｄ ｓｇｎ ｏ ｈ ｅ
能产生 ２ ４ ￣ｉ ｎ微小画面 ， 还能产生大幅投影画面。 分
携设备的显示效果越来越不满足。 Ｐ 在 ＭＰ等便携应
用中，主流配置 Ｔ Ｔ Ｌ Ｄ的耗 电占了系统耗 电的 Ｆ— Ｃ
析现 有的显示技术 ，很难找到同时满足以上要求的
产 品。
收稿日期：０ ６ ０ — ４ ２ ０ — １２
ｈ ｈ ｒ ｕ ｌ ｄｈａ ｇ ｆ ｉ ｉ ｇ ｒ ｅ ｒ ｙ ，ｔａ ｏｅ ａ ｌ ｅ ｇ ｎ ｅ ｒ ｅｔ ｎ ｉ ｅ ｑ ａｔ ｗｉ ｎ ｌ ｏ ｅ ｍａ ｅｆ ａ ｅ ｉ ｌ ｎ ｂ ｎ ｅ ｄ ｒ ｏ ｃｉ ｇ ｉ ｙ ｔ ｅ ｖ ｗ ｏｎ ｅ ｓ ｅ ｐｊ ｏ
ｉ ｇ ｏ ｎ ｉｗ ｎ ｄ ｒ ． ｈ ｉｐａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｈ ｖ ｉｈ ｒｂ ｉｈ ｎ ｓ ， ｏ ｔａ ｔ ｍａ ｅ ｆ ｒｍａ ｙ ｖｅ ａ ｄ ａ ｍｉ Ｔ ｅ ｄｓ ｌｙ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｅ ｈｇ ｅ ｒ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｓ ｅ ｇ
闪耀角可调微型可编程光栅的优化设计与仿真模拟
闪耀角可调微型可编程光栅的优化设计与仿真模拟
李晓莹;吴焱;虞益挺;刁金帅;闫治晚
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2016(0)4
【摘要】基于体硅微加工技术,设计了一种闪耀角可调的微型可编程光栅,对该光栅进行优化设计,并理论计算不同闪耀角、入射角条件下相对光强分布,采用COMSOL有限元仿真软件模拟不同入射参量下远场相对光强分布.结果表明：设计的可编程光栅有效反射面积占光栅总面积的83.63%,比表面微加工技术设计的光栅提高8%以上,最大工作闪耀角为6.84°;当532nm波长垂直入射时,0-10°闪耀角调制范围内最大衍射效率为96.67%.
【总页数】5页(P49-53)
【关键词】微型可编程光栅;闪耀角可调;硅微加工;微机电系统;衍射效率
【作者】李晓莹;吴焱;虞益挺;刁金帅;闫治晚
【作者单位】西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室;西北工业大学陕西省微纳机电系统重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN36
【相关文献】
1.微型可编程光栅实现光谱模拟的方法研究 [J], 安飞;苑伟政;乔大勇
2.微型可编程光栅光谱模拟特性及其应用研究 [J], 安飞;苑伟政;乔大勇;秦冲
3.微型可编程光栅光谱模拟特性及其应用研究 [J], 安飞;苑伟政;乔大勇;秦冲
4.采用石墨烯/聚二甲基硅氧烷的可调光栅设计及仿真计算 [J], 张周强; 王飞雷; 胥光申; 刘学婧; 曹亚斌; 闵渭兴
5.微型可编程相位光栅结构设计及有限元分析 [J], 陈非凡;殷玲
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
仿真指示光栅实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本原理和特性；2. 掌握光栅衍射现象的仿真方法；3. 熟悉仿真软件的使用，提高仿真分析能力；4. 分析光栅衍射条纹间距与光栅参数的关系。
二、实验原理光栅是一种利用光的衍射和干涉现象进行分光的装置。
当一束单色光垂直照射到光栅上时，光在光栅的狭缝中发生衍射，形成衍射光波。
这些衍射光波在光栅后方产生干涉，从而在光栅的焦平面上形成明暗相间的衍射条纹。
光栅衍射条纹间距公式为：Δθ = mλ/d，其中Δθ为相邻亮条纹或暗条纹之间的夹角，m为衍射级数，λ为光波波长，d为光栅常数。
三、实验仪器与软件1. 实验仪器：光栅、光源、光具座、屏幕；2. 仿真软件：MATLAB、Simulink。
四、实验步骤1. 安装并启动MATLAB软件；2. 在MATLAB中，创建一个Simulink模型，用于仿真光栅衍射现象；3. 在模型中，添加光栅、光源、光具座和屏幕等组件；4. 设置光栅参数，如狭缝宽度、光栅常数等；5. 设置光源参数，如波长、光强等；6. 运行仿真，观察屏幕上形成的衍射条纹；7. 分析仿真结果，探讨光栅参数对衍射条纹间距的影响。
五、实验结果与分析1. 当光栅狭缝宽度增大时，衍射条纹间距减小；2. 当光栅常数增大时，衍射条纹间距增大；3. 当光波波长增大时，衍射条纹间距增大；4. 当衍射级数m增大时，衍射条纹间距增大。
六、实验结论通过本次仿真实验，我们掌握了光栅衍射现象的仿真方法，熟悉了仿真软件的使用，提高了仿真分析能力。
同时，我们分析了光栅参数对衍射条纹间距的影响，验证了光栅衍射条纹间距与光栅参数的关系。
七、实验注意事项1. 在仿真过程中，注意设置合适的参数，以确保仿真结果的准确性；2. 在分析仿真结果时，要充分考虑光栅参数对衍射条纹间距的影响；3. 注意观察屏幕上的衍射条纹，以便更好地理解光栅衍射现象。
八、实验总结本次仿真实验，我们通过MATLAB软件对光栅衍射现象进行了仿真，分析了光栅参数对衍射条纹间距的影响。
光学显微镜数字化改造的设计及仿真
Micr ocomputer Applica tions V ol.27,No.7,2011开发应用微型电脑应用2011年第27卷第7期文章编号：1007-757X(2011)07-0048-03光学显微镜数字化改造的设计及仿真刘红，童清摘要：目前数字显微镜得到了广泛的应用，强大的图像处理功能和友好的用户接口是其主要优势。
为了充分利用医学院校的传统光学显微镜，提出了数字化的改造方法。
设计出通过CCD采集、DSP图像处理、视频显示的数字化显微图像分析系统仿真平台。
并且根据显微图像噪声特点提出分频的对比度受限直方图均衡算法，从而提高图像的对比度，抑制噪声放大。
仿真结果表明，硬件平台可以稳定、有效地增强显微图像，并可达到20帧/秒的处理速度。
关键词：参考框架5；图像增强；直方图均衡；显微镜中图分类号：TP391.7文献标志码：A0引言随着数字化技术的不断发展及计算机技术在医学中的应用，人们对微观世界的研究和探讨也在不断的增加。
作为医学相关专业的学生，掌握显微镜的操作和图像分析技能十分必要。
传统的光学显微镜是经物镜和目镜的二次放大来提供显微图像。
由于其可视环境的局限性，不便于教学机构的示教和实验指导工作。
为了有效解决上述问题，需要对光学显微镜进行数字化改造，改造后的显微图像可以通过图像采集及处理平台实时显示，输出的视频图像便于学生观察及示教。
显微镜的数字化改造，图像采集及预处理系统是关键。
文中设计的基于DSP的图像采集系统仿真平台，可为光学显微镜的数字化升级提供采集及预处理的解决方案。
为弥补显微图像对比度低，视觉效果差的不足，提出分频的对比度受限直方图均衡算法，有效地提高了图像显示质量、抑制噪声。
1分频的对比度受限直方图均衡算法直方图均衡(HE)是典型的图像增强算法之一，它以概率论为基础对像素灰度做映射变换，使变换后图像灰度的概率密度均匀分布，灰度的动态范围得到了增加，图像的对比度提高。
对整幅图像用同一个映射函数进行变换的方法称为全局直方图均衡，但该方法在处理区域灰度分布差异较大的图像时会产生较多的人为噪声。
闪耀光栅matlab代码
闪耀光栅matlab代码闪耀光栅是一种集结微光的光学器件。
在实际应用中，闪耀光栅被广泛应用于激光器、光通信系统和光谱仪等领域。
近年来，随着技术的不断发展，闪耀光栅的性能得到了极大的提升。
在本文中，我们将介绍闪耀光栅的原理及其MATLAB代码实现。
1.闪耀光栅的原理闪耀光栅是由一个反射镜和一组闪耀器件组成的。
当入射光线从反射镜表面进入闪耀器时，它会被反射成多个光线，其中每个光线的反射角度都不同。
这些反射光线穿过闪耀器并再次反射，最终到达焦点。
光束被集聚在焦点上。
2.闪耀光栅的MATLAB代码实现步骤1：定义反射和折射的函数我们可以通过定义reflect和refract函数来模拟光线在反射镜和闪耀器内的反射和折射。
reflect函数用来计算反射光线的方向，refract函数用来计算折射光线的方向。
reflect函数代码：function r = reflect(i, n)r = i - 2*dot(i,n)*n;endi是入射光线的方向向量，n是法线的方向向量，r是反射光线的方向向量。
function t = refract(i, n, eta1, eta2)eta = eta1/eta2;cosi = -dot(i,n);k = 1 - eta^2 * (1-cosi^2);if k < 0t = zeros(size(i));elset = eta*i + (eta*cosi - sqrt(k))*n;endend步骤2：定义反射镜和闪耀器我们可以通过定义两个类ReflectingMirror和DiffractionGrating来实现反射镜和闪耀器。
ReflectingMirror类用来描述反射镜，其中定义reflecting函数来模拟反射光线。
DiffractionGrating类用来描述闪耀器，其中定义diffraction函数来模拟反射和折射光线。
DiffractionGrating类代码：classdef DiffractionGratingpropertiesnormal = [0;0;1];grating_pitch = 0.1;groove_angle = pi/4;groove_direction = [cos(groove_angle); sin(groove_angle); 0];refractive_index = 1.5;endmethodsfunction t = diffraction(obj, i, p)d = obj.normal-dot(obj.normal,i)*i;x = cross(i,d)/norm(cross(i,d));y = cross(x,d)/norm(cross(x,d));m = 2*pi*obj.grating_pitch^-1;s = i - dot(i,obj.normal)*obj.normal;theta = atan(sqrt((m^2-norm(s)^2)/norm(s)^2));littles = sqrt(norm(s)^2+m^2-2*norm(s)*m*cos(theta));phisr = asin(obj.refractive_index*sin(theta));tht = asin(norm(s)/littles*sin(phisr));pl = asin(sin(tht)/obj.refractive_index);polar = [pl; tht];planar = [dot(x,i); dot(y,i)];angle = obj.groove_direction'*polar;planar = planar - angle;wi = [x, y, cross(x,y)]*[planar; -littles*obj.refractive_index];n = cross(x,y)/norm(cross(x,y));t = refract(i, n, 1, obj.refractive_index);endendendgrating_pitch是闪耀器的凯特宽度，groove_angle定义闪耀器的凹槽角度，groove_direction定义凹槽方向，refractive_index是折射率。
基于MEMS的闪耀光栅数字微镜显示技术
基于MEMS的闪耀光栅数字微镜显示技术
赵捷
【期刊名称】《世界电子元器件》
【年(卷),期】2006(000)002
【摘要】技术背景在PMP个人媒体播放器等便携式应用中，TFT液晶显示器已成为主流配置。
虽然TFT液晶显示器具有图像清晰、对比度高等优点，但其耗电占了PMP系统耗电的70％以上。
随着分辨率不断提高，屏幕加大，显示器的功耗也同步增长。
由于液晶显示器的光源利用率不足10％，降低亮度并不能有效地节省电力，迫不得已的办法是尽可能减少显示屏的工作时间，或者是采用尽可能小的显示屏，结果使观赏舒适性降低，导致PMP的实用价值大打折扣。
【总页数】5页(P43-47)
【作者】赵捷
【作者单位】云南煤炭供销总公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN4
【相关文献】
1.基于数字微镜的旋转体扫描3维显示系统 [J], 杨忠;李莉;鄂龙慧;龚华军;沈春林
2.基于数字微镜器件的计算全息3维显示 [J], 王鹏;张亚萍;张建强;吴上;陈伟
3.闪耀光栅数字微镜显示技术 [J], 赵捷
4.基于数字微反射镜器件(DMD)灰度显示帧频提高技术研究 [J], 周浩;张涛;崔文楠
5.基于数字微镜和旋转扫描技术的体三维显示器 [J], 邢建芳;龚华军;沈春林;施连军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
闪耀光栅数字微镜的结构设计与模拟仿真引言基于MEMS 制造技术的闪耀光栅数字微镜显示技术是一种全新的显示技术, 它的基本工作原理为：平行的复合白色光线以固定的入射角照射在闪耀光栅微镜阵列上，驱动电路驱动每个像素单元的闪耀光栅微镜偏转不同角度，在特定的衍射方向上得到的R 、G 、B 以及不可见波长的光线经过成像镜头后形成彩色画面。
微镜结构设的计基本要求闪耀光栅数字微镜显示技术的核心部件是闪耀光栅数字微镜。
要达到便携应用和投影应用的目的，闪耀光栅数字微镜结构设计需满足以下基本要求。
1、 尽可能减小显示单元的尺寸为了得到准确的基色，要求入射的复合白色光线在微镜总像素尺度范围内保持平行，否则，由于入射光线的角度偏差，将导致画面色彩的偏离。
当微镜总像素尺度较小时，容易得到理想的、具有较强亮度的平行照射光线。
若增加像素单元尺寸，需要更大面积的平行强光，这无疑会增加光源系统的功率和制造成本。
2、 尽可能提高像素的填充率闪耀光栅数字微镜的填充率主要取决于像素间距，而像素间距的大小又与驱动方式有关。
在MEMS 系统中，最为高效的驱动方式为静电驱动。
通过在两块板上施加电压，可以在板间形成静电场，两片板间的静电力由以下公式计算。
22021F dWLV r d εε= 式中，r ε为相对介电常数，0ε为自由空间介电常数，W 是电极板的宽，L 是电极板长，d 是电极板间的距离，V 为施加于电极板之间的电压，d F 是垂直于电极板的静电力。
从以上公式可知，静电力的大小与电极板之间的距离平方成反比，与电极板的面积成正比，降低板间距离和增加电极板面积都能增加静电力。
梳状电极是增加面积的常用方式，在单镜以及扫描镜成像方式中，梳状致动器被广泛采用。
通常，梳状致动器需耗用较大硅面积，对于像素阵列而言，这将极大降低填充率，无法形成可以接受的显示画面。
提高静电力的更好办法是尽可能降低电极板之间的距离。
3、采用尽可能低的驱动电压从静电力公式还可以看到，静电力的大小与驱动电压的平方成正比。
提高驱动电压可以有效地提高静电力。
对于便携应用，电源通常是锂电池，输出电压多为十伏以内。
这就要求微镜的驱动电压也必须与之相适应，基于固定应用的220V 电压驱动电压显然不适合用于移动应用中。
4、确定的几何结构参数要确保微镜具有足够的强度和寿命与GLV 通过光栅节距的变化来实现光线的空间调制不同，闪耀光栅微镜是通过微镜的偏转，使入射光线的入射角发生变化来实现光线的空间调制。
微镜的偏转主要有变形、移动、活塞和扭转等方式。
变形、移动和活塞方式通常利用材料的变形来产生，例如，在压电或聚合材料上施加电压时，能使这些材料产生较大尺度的变形，经过运动机构的作用，使材料变形转变为镜面的转动。
在以上方式中，扭转轴方式以响应速度快、黏结性低、无磨损的优点被广泛采用。
扭转微镜结构设计时要考虑的主要内容是要能够用尽可能低的驱动电压达到所需偏转角度的同时，还需保证特定材料的几何结构能通过剪切应力的校核。
根据材料力学，矩形截面扭转轴的扭转角由以下公式确定：GJTL =φ 式中，T 为电极板产生的静电力引起的对于扭转轴的扭矩，L 为扭转轴支点到扭转轴镜面连接点的长度，G为扭转轴所用材料的剪切弹性模量，J为矩形截面扭转轴的极惯性矩。
矩形截面扭转轴的极惯性矩J由以下公式确定。
12) bab(a J2 2+=式中，a,b分别是扭转轴矩形截面的高和宽从扭转角公式可以看到，扭转轴的扭转角度取决于材料的剪切弹性摸量、扭转轴长度、材质特性以及施加的力矩。
在材料以及驱动静电力确定的情况下，扭转轴的截面尺寸和长度在很大程度上影响了扭转角的大小。
当扭转轴的扭转刚度GJ变小时，相同的驱动电压下可以得到较大的扭轴转角。
对于给定的扭矩和材料，计算出满足所需转角的几何尺寸后，还需利用计算出的几何尺寸反算扭转轴的剪切应力，只有当剪切应力在材料的许可范围内时，才能保证扭转轴具有可靠的寿命。
几何结构设计就理想情况而言，控制驱动电压的大小即可得到微镜的不同转角，进而得到不同的像素单元色彩，这也可称为单像素全彩色模拟方式。
采用单像素全彩色模拟方式工作还是以数字方式工作，取决于技术实现的可能性和制造的难易程度。
从电压控制技术来说，以数字方式实现电压的精确细分是较为容易实现的，然而，对于被控对象的光栅微镜，由于部件尺度极小，制造过程完全是基于蚀刻和淀积工艺来形成部件的几何结构。
在加工过程中，工作温度、气体搀杂浓度、环境压力以及每个工艺过程加工时间的微小差别，都会造成各个零部件结构的差异，这些差异的存在将会使精确控制变得极其困难。
相反，采用纯数字方式，以子像素的方式来实现彩色显示则会容易得多。
使用数字方式工作时，只需让微镜转动到产生R、G、B以及黑色的四个固定位置即可。
这样，偏转角度的控制就由电压细分的模拟方式变成了由几何结构来控制的数字方式。
此时，驱动电压只需是一个能使微镜偏转到最大偏转角的固定值即可。
采用数字方式工作时，一个像素单元由三个子像素组成，通过设计微镜结构尺寸的细小差异，使每个子像素偏转到产生R、G、B以及黑色的四个固定位置时被限位，以达到偏转角精确定位的目的。
通过控制每个子像素微镜偏转到指定位置后的停留时间，可产生不同基色的不同的亮度，不同亮度基色的不同组合，即可构成像素单元的真彩色。
根据上述考虑，闪耀光栅微镜的每一个像素单元由三个子像素构成。
每个子像素长20微米，宽6微米，子像素间距0.8微米，每个像素单元的边长为20微米。
像素单元间距为0.5微米时，1024×768个像素单元的对角线尺寸为1.033英寸。
产生对角线为1英寸矩形面积的平行强光是容易实现的。
通常的扭转轴微镜可以有三个固定的位置，比如TI公司的DMD微镜可以处于0°、+12°、-12°三个位置。
而闪耀光栅微镜至少要偏转到四个固定的位置才能满足成像的要求，如何产生第四个位置并准确限位，是一个充分发挥想象力的问题。
通常的做法可以采用曲柄滑块、柔性关节、连杆机构等方式实现，然而，在有限面积的限制下，这些方案都不适用，较好的办法是向空间发展，用多层致动结构来产生多个偏转限定位置。
如图1所示。
图1 多层致动板结构的光栅微镜图1所示的微镜结构包含了两个处于不同层面的致动板，第一层的两块致动板与支撑柱相临的两个驱动电极构成红光驱动电极和兰光驱动电极，第二层致动板与第一层致动板刚性联接，闪耀光栅板刚性联接在第二层致动板上。
第一层致动板偏转带动第二层致动板偏转，第一层致动板偏转到位时，致动板边缘的着陆簧片触及着陆盘，限定偏转角。
同时，第二层致动板与黑光电极的距离减小，当在黑光电极上施加电压时，第二致动板再次偏转一个角度，直至边缘的着陆簧片触及着陆盘为止。
不同的驱动时刻在不同的电极板上施加约束电压可以避免振动造成误偏转。
偏转角和电极板间距的确定。
根据光栅分色公式可知，产生不同波长衍射光的偏转角大小取决于光栅节距。
节距减小，色分离程度增大，偏转角增大。
反之，偏转角减小。
当选取光栅节距为980纳米，衍射角为0°，衍射级次选1，衍射出不同波长光线时，复合白色光线的入射角见表1。
衍射光波长（nm）635 红色 525 绿色 430 兰色 700不可见光40.4 32.4 26.03 45.6入射角θ(°)表1 反射型衍射光栅产生RGB三基色需偏转的角度由表1可以看到，由绿光偏转到红光的偏转角为8°，由绿光偏转到兰光的偏转角为-6.4°，正反向偏转角度的差别为1.63°，在致动板边缘设计不同长度的着陆接触弹簧片可以控制偏转角。
增加光栅节距也可以减小该转角差，但随之带来的不利因素是分色能力下降。
根据上述选择，由红光偏转到（不可见光）黑色的偏转角为5.2°。
微镜最大偏转角为绿光转红光时的8°。
最大偏转角和微镜边长确定后，致动板的最大边长也就基本确定了，通过简单计算，即可算出致动板和电极的间距。
电极间距确定后，又可算出不同偏转角所对应的不同致动板的长度。
初始设计的微镜结构如图2所示。
图2 初始设计的微镜结构图仿真分析初步设计的微镜结构偏转到指定位置时需要多高的驱动电压，在施加相应电压时，扭转轴以及微镜结构的受力情况如何，剪切应力是否处于材料的允许范围内。
这些问题，可以借助MEMS的专用设计软件来分析和解决。
CoventorWare是目前世界上功能最强、规模最大的MEMS专用软件。
拥有几十个专业模块，功能包含MEMS 器件/系统的设计、工艺和仿真。
利用该软件的扭转微镜模型可以容易地实现扭转微镜的快速分析和仿真。
初始设计的闪耀光栅微镜，驱动电压高达150V时，扭转轴才能转动到所需的角度。
经过多次优化设计，驱动电压大为降低，扭转轴剪切应力大大减小。
优化后微镜的结构图和仿真图见图3-图10。
图3优化设计后的微镜结构—电极层图4优化设计后的微镜结构—第一致动板层图5优化设计后的微镜结构—第一致动板层顶部的绝缘层图6优化设计后的微镜结构—第一致动板绝缘层顶部的第二电极层图7优化设计后的微镜结构—第二致动板层图8优化设计后的微镜结构—完整的闪耀光栅微镜像素单元图9优化设计后，利用扭转微镜模型模拟9V驱动电压时的偏转仿真图图10优化设计后，利用扭转微镜模型模拟9V驱动电压时的应力情况仿真图优化设计后的微镜结构与初始设计时最大的不同在于，将初始设计时驱动电极的单层分布更改为多层分布。
通过在第一层致动板的顶面沉积绝缘层之后再沉积电极层，该电极层与第二层致动板的间距大为减小，有效地降低了驱动电压。
此外，将致动板的扭转轴从光栅板的短轴方向改到了长轴方向，减短了致动板的边长，从而显著地缩短了驱动电极与致动板的间距。
尽管驱动力矩的力臂变短了，但间距减小带来的力矩增大远远超过力臂缩小导致的力矩的减小，因此，总的扭转力矩增加了。
在9V驱动电压的作用下，微镜即可转动到所需的位置，为便携应用奠定了基础。
闪耀光栅数字微镜的模拟仿真，得到了爱梅格计算机辅助工程有限公司(IMAG独资公司)覃裕平经理的热情帮助和耐心指导，在此表示衷心的感谢！参考文献1.S.铁摩辛柯，J.盖尔(美)著[M]，材料力学，北京，科学出版社2.徐泰然（Tai-Ran Hsu）（美）著[M]，MEMS和微系统—设计与制造，北京，机械工业出版社3.CoventorWare version 2005, Coventor .inc.。