ES2225716T3 - Microespejo con microobturador controlado electrostaticamente, matriz de microobturadores y espectrofotometro infrarrojo que comprende dicha matriz. - Google Patents

Abstract

Dispositivo óptico controlado electrostáticamente con un modo de funcionamiento variable. que comprende: - un soporte fijo (2) que incluye un sustrato (3) en forma de una lámina con un espesor de unos pocos milímetros o centímetros, - un electrodo (4) compuesto de una película de material conductor eléctrico con un espesor de unas pocas decenas o centenas de nanómetros, aplicado a un lado de la lámina (3) que constituye el sustrato, - una película aislante ferroeléctrica o dieléctrica (5) con un espesor comprendido entre 0, 1 micras y unas pocas decenas de micras, aplicada a la película (4) que constituye dicho electrodo, y - un pétalo móvil (6) que comprende una película de material conductor eléctrico, con un espesor comprendido entre unas pocas fracciones de micra a unas pocas micras, que presenta únicamente una parte extrema (6a) conectada de forma rígida a dicha película aislante (5) y diseñada para asumir una condición de funcionamiento, en la que se adhiere completamente a una de sussuperficies (6b), por medio de electrostática, en dicha película aislante (5) cuando se aplica un voltaje eléctrico entre dicho electrodo (4) y dicho pétalo (6), y una condición de descanso, enrollada, que adopta el pétalo (6) por medio de su propia elasticidad cuando no se aplica voltaje eléctrico, y en la que una parte predominante de la superficie (6b) mencionada del pétalo (6) está separada de dicha película aislante (5), en el que dicha superficie (6b) del pétalo (6) está predispuesta como una superficie reflectora, diseñada para reflejar y difundir en todas las direcciones un haz de luz (L) incidente sobre la misma cuando el pétalo se encuentra en posición de descanso, caracterizado porque se fija un espejo en forma de una capa reflectora plana (M) sobre dicho sustrato (3), para recibir y reflejar dicho haz de luz (L) cuando no es interceptado por el pétalo controlado electrostáticamente (6), es decir cuando dicho pétalo (6) se encuentra en su posición de descanso, de manera que dicho dispositivo constituye un microespejo que se puede oscurecer por medio de un microobturador controlado electrostáticamente.

Description

Microespejo con microobturador controlado electrostáticamente, matriz de microobturadores y espectrofotómetro infrarrojo que comprende dicha matriz.

La presente invención se refiere a dispositivos ópticos controlados electrostáticamente con un modo de funcionamiento variable, del tipo que comprende:

- un soporte fijo que incluye un sustrato en forma de una lámina con un espesor de unos pocos milímetros o centímetros,

- un electrodo compuesto de una película de material conductor eléctrico de unas pocas decenas o centenas de nanómetros, aplicado a un lado de la lámina que constituye el sustrato,

- una película aislante ferroeléctrica o dieléctrica con un espesor comprendido entre 0,1 micras y unas pocas decenas de micras, aplicada a la película que constituye dicho electrodo, y

- un pétalo móvil que comprende una película de material conductor eléctrico, con un espesor comprendido entre unas pocas fracciones de micra a unas pocas micras, que presenta únicamente de una parte extrema conectada de forma rígida a dicha película aislante y diseñada para asumir una condición de funcionamiento, en la que se adhiere completamente a una de sus superficies, por medio de electrostática, en dicha película aislante cuando se aplica un voltaje eléctrico entre dicho electrodo y dicho pétalo, y una condición de descanso, enrollada, que adopta el pétalo por medio de su propia elasticidad cuando no se aplica voltaje eléctrico, y en la que una parte predominante de dicha superficie del pétalo está separada de dicha película aislante.

Un dispositivo de este tipo ha sido propuesto, por ejemplo, en la solicitud de patente europea EP-A-1 008 885 por el mismo solicitante.

La invención se refiere en particular a un dispositivo tal y como se establece en el preámbulo de la reivindicación 1. Un dispositivo de este tipo se conoce a partir del documento US-B1-6.236.491.

El objetivo de la presente invención es producir un dispositivo mejorado del tipo indicado anteriormente, que sea susceptible a varias aplicaciones, entre ellas en particular, la aplicación para la producción de un espectofotómetro de infrarrojos, cuyo funcionamiento resulte fiable y eficiente.

Con el fin de alcanzar dicho objetivo, la invención se refiere a un dispositivo del tipo indicado anteriormente, en el que dicha superficie del pétalo capaz de adherirse a la capa aislante está predispuesta como una superficie reflectora, diseñada para reflejar y difundir en todas las direcciones un haz de luz incidente sobre la misma cuando el pétalo se encuentra en posición de descanso, y en el que se fija un espejo en forma de una capa reflectora plana sobre dicho sustrato para recibir y reflejar dicho haz de luz cuando éste no es interceptado por el pétalo controlado electrostáticamente, y cuando este último se encuentra en su posición de funcionamiento, de manera que dicho dispositivo constituye un microespejo que se puede oscurecer por medio de un microobturador controlado electrostáticamente.

El dispositivo producido de este modo presenta la ventaja de que las características y la calidad del espejo no dependen de los micromecanizados utilizados para producir el pétalo.

Dicho espejo está provisto de un sustrato que puede estar compuesto de la misma superficie que el sustrato al que se adhiere el pétalo, o por un sustrato adicional aplicado sobre el sustrato del pétalo. El espejo se puede disponer con la superficie reflectora paralela a la superficie del pétalo, o inclinada en relación con éste.

Resulta posible proporcionar una disposición de matriz de una pluralidad de microespejos asociados con microobturadores controlados electrostáticamente según la disposición descrita anteriormente. Una matriz de este tipo puede, por ejemplo, utilizarse ventajosamente en un espectofotómetro de infrarrojos, en el que se seleccionan los microespejos de la matriz por medio de los microobturadores respectivos, con el fin de seleccionar las frecuencias predeterminadas de un haz de luz con componentes cromáticos dispersos.

Otra ventaja del dispositivo según la invención recae en el hecho de que el pétalo suministrado con voltaje eléctrico nunca es impactado por el haz de luz y, por lo tanto, no se calienta tanto como se calentaría si la superficie del pétalo sirviese como microespejo, permitiendo así la modulación de haces de luz más intensos.

A partir de la siguiente descripción se pondrán de manifiesto otras características y ventajas de la invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, proporcionados únicamente a título de ejemplo no limitativo, en los que:

- las figuras 1, 2 son vistas esquemáticas en sección que muestran una primera forma de realización de un microespejo con un microobturador controlado electrostáticamente, en la condición de descanso y en la condición de funcionamiento del pétalo,

- la figura 3 muestra una variante de la figura 2, y

- la figura 4 muestra una variante en la dirección del espejo del dispositivo.

Las figuras 1 y 2 muestran una primera forma de realización del dispositivo según la invención. Dicho dispositivo, indicado en su conjunto con el número de referencia 1, comprende un soporte fijo 2 que incluye un sustrato 3 generalmente compuesto de una lámina de vidrio o de material plástico de unos pocos milímetros o centímetros de espesor. En general, el espesor del sustrato 3 puede variar de unas pocas micras a unos pocos nanómetros. En el dispositivo según la invención el sustrato 3 puede ser transparente o no transparente. Se produce una capa 4 de material conductor, de unas pocas decenas o centenas de nanómetros de espesor, que define un electrodo del dispositivo, en la superficie del sustrato 3 por medio de evaporación, recubrimiento por centrifugación, impresión de pantalla o baño. Más específicamente, el espesor del electrodo 4 puede variar entre 10 y 200 nanómetros. Posteriormente, se aisla la capa conductora 4 con una capa 5 de material aislante ferroeléctrico o dieléctrico, cuyo espesor puede variar de 0,1 micras a unas pocas decenas de micras, típicamente, de 0,8 a 3 micras. Esta capa 5 se puede obtener por medio de impresión de pantalla, recubrimiento por centrifugación o baño. El número de referencia 6 indica la parte móvil del dispositivo que está compuesto de una película metálica con un espesor que varia entre unas pocas fracciones de micra y unas pocas micras (pétalo). El pétalo 6 dispone de una parte extrema 6a conectada de forma rígida a la superficie expuesta de la capa aislante 5, mientras que la parte restante tiende a asumir, por medio de su elasticidad, una configuración enrollada cuando se encuentra en la posición de descanso, tal y como se muestra en la figura 1. Obviamente, la configuración enrollada también puede diferir de la que se muestra en dicha figura, ya que normalmente resulta suficiente para el pétalo en su posición de descanso, su elevación y separación de la superficie de la capa de aislamiento 5. Las dimensiones (longitud y anchura) del pétalo 6 varían como una función del tipo de obturador requerido y del tipo de matriz en la que se va a insertar. En las figuras 1, 2 el bloque indicado con el número de referencia 7 muestra de forma esquemática los medios para la aplicación de un voltaje eléctrico entre el electrodo 4 y el pétalo 6. Aplicando este voltaje, el pétalo 6 se desenrolla por medio de la electrostática de la superficie de la capa aislante 5 que se adhiere al mismo. Si, por otra parte, no existe voltaje entre el pétalo 6 y el electrodo 4, dicho pétalo 6 adopta la configuración de descanso que se muestra en la figura 1.

Según la invención, la superficie 6b del pétalo 6 que se adhiere a la capa aislante 5 en la condición de funcionamiento que se muestra en la figura 2 está predispuesta para constituir una superficie reflectora que, en la condición de descanso del pétalo (figura 1), está diseñada para reflejar y difundir en todas las direcciones un haz de luz L incidente en la misma. Una vez más, según la presente invención, sobre el soporte fijo 2, y en particular sobre la parte 6a del pétalo 6 que se adhiere a la superficie fija, se dispone un espejo M que es capaz de recibir el haz de luz L sólo cuando el pétalo 6 se encuentra en la condición de funcionamiento que se muestra en la figura 2. En esta condición, el espejo M recibe el haz de luz L y lo refleja en una dirección LR. Por lo tanto, el pétalo 6 constituye un microobturador controlado electrostáticamente que puede habilitar o inhabilitar la llegada del haz de luz L al espejo M. Este espejo no está compuesto por la misma superficie superior del pétalo 6, sino que comprende una capa reflectora S, compuesta por ejemplo por una película de oro, aplicada sobre un sustrato. En el caso de las figuras 1, 2, el sustrato del espejo es el mismo sustrato que el del pétalo 6. La figura 3 muestra una solución en la que el espejo M comprende una capa de oro S depositada sobre la capa de silicio 7 fijada a su vez en la parte 6a del pétalo 6 y sobre la capa aislante 5 por medio de una capa 8 de material de unión aislante del calor.

Como se ha mostrado anteriormente, se puede proporcionar una disposición lineal o una matriz bidimensional compuesta de una pluralidad de dispositivos del tipo que se ha mostrado en las figuras 1, 2 o en la figura 3. En este caso, los medios de control electrónicos se proporcionan obviamente, diseñados para controlar la aplicación de voltaje a los distintos microobturadores controlados electrostáticamente para seleccionar frecuencias predeterminadas de un haz de luz con componentes cromáticos dispersos de forma adecuada. Un dispositivo de este tipo se puede aplicar ventajosamente en un espectofotómetro de infrarrojos. Dado que el espejo M se produce como un elemento separado del pétalo 6, la calidad del espejo no depende de los micromecanizados utilizados para producir los pétalos y, por lo tanto, podría, si fuese necesario, ser extremadamente alta. El pétalo 6, suministrado con voltaje eléctrico, nunca es impactado directamente por el haz de luz y, por lo tanto, no se llega a calentar tanto, permitiendo la modulación de haces más intensos.

La figura 4 muestra una variante en la que el espejo M se encuentra dirigido con su superficie reflectora inclinada en relación con el plano del sustrato 3, al contrario que la situación en las figuras 1, 2 y 3, en las que el espejo M es paralelo a la superficie del sustrato 3.

Obviamente, sin perjuicio del principio del descubrimiento, los detalles de la construcción y las formas de realización pueden variar ampliamente en relación con lo que se ha descrito y mostrado únicamente a título de ejemplo, sin por ello apartarse del alcance de la presente invención.

Por ejemplo, un elemento óptico refractivo o difrangente puede estar asociado al espejo M. La superficie reflectora del pétalo podría estar provista de elementos ópticos delgados, como elementos ópticos difrangentes binarios. El espejo también puede estar compuesto de microcrestas ópticas difrangentes de una altura comprendida entre 0,2 y 2 micras.

Claims (11)

1. Dispositivo óptico controlado electrostáticamente con un modo de funcionamiento variable. que comprende:

- un soporte fijo (2) que incluye un sustrato (3) en forma de una lámina con un espesor de unos pocos milímetros o centímetros,

- un electrodo (4) compuesto de una película de material conductor eléctrico con un espesor de unas pocas decenas o centenas de nanómetros, aplicado a un lado de la lámina (3) que constituye el sustrato,

- una película aislante ferroeléctrica o dieléctrica (5) con un espesor comprendido entre 0,1 micras y unas pocas decenas de micras, aplicada a la película (4) que constituye dicho electrodo, y

- un pétalo móvil (6) que comprende una película de material conductor eléctrico, con un espesor comprendido entre unas pocas fracciones de micra a unas pocas micras, que presenta únicamente una parte extrema (6a) conectada de forma rígida a dicha película aislante (5) y diseñada para asumir una condición de funcionamiento, en la que se adhiere completamente a una de sus superficies (6b), por medio de electrostática, en dicha película aislante (5) cuando se aplica un voltaje eléctrico entre dicho electrodo (4) y dicho pétalo (6), y una condición de descanso, enrollada, que adopta el pétalo (6) por medio de su propia elasticidad cuando no se aplica voltaje eléctrico, y en la que una parte predominante de la superficie (6b) mencionada del pétalo (6) está separada de dicha película aislante (5),

en el que dicha superficie (6b) del pétalo (6) está predispuesta como una superficie reflectora, diseñada para reflejar y difundir en todas las direcciones un haz de luz (L) incidente sobre la misma cuando el pétalo se encuentra en posición de descanso,

caracterizado porque se fija un espejo en forma de una capa reflectora plana (M) sobre dicho sustrato (3), para recibir y reflejar dicho haz de luz (L) cuando no es interceptado por el pétalo controlado electrostáticamente (6), es decir cuando dicho pétalo (6) se encuentra en su posición de descanso, de manera que dicho dispositivo constituye un microespejo que se puede oscurecer por medio de un microobturador controlado electrostáticamente.

2. Dispositivo óptico según la reivindicación 1, caracterizado porque el espejo (M) comprende una capa reflectora, compuesta por ejemplo de oro, aplicada sobre la parte (6a) del pétalo (6) que se adhiere al sustrato (3).

3. Dispositivo óptico según la reivindicación 1, caracterizado porque el espejo (M) dispone de un sustrato adicional (7) aplicado sobre el sustrato (3) del pétalo.

4. Dispositivo óptico según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho espejo (M) comprende una capa reflectora (S), compuesta por ejemplo de oro, aplicada sobre dicho sustrato adicional (7), y porque dicho sustrato adicional (7), por ejemplo compuesto de silicio, se aplica sobre dicha parte (6a) del pétalo (6) que está acoplada al sustrato (3) por medio de la interposición de una capa (8) de material de unión aislante del calor, como por ejemplo resina de epoxi o poliamida.

5. Dispositivo óptico según la reivindicación 1, caracterizado porque el espejo (M) presenta una superficie reflectora plana paralela a la superficie del sustrato (3) del pétalo (6).

6. Dispositivo óptico según la reivindicación 1, caracterizado porque el espejo (M) presenta una superficie reflectora inclinada en relación con la superficie del sustrato (3) del pétalo (6).

7. Matriz de microespejos que se pueden oscurecer por medio de microobturadores controlados electrostáticamente, caracterizada porque comprende una pluralidad de dispositivos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

8. Espectofotómetro de infrarrojos caracterizado porque comprende una matriz según la reivindicación anterior, y medios de control electrónicos para controlar la aplicación de voltaje a los distintos microobturadores controlados electrostáticamente con el fin de seleccionar frecuencias predeterminadas de un haz de luz con componentes cromáticos dispersos.

9. Dispositivo óptico según la reivindicación 1, caracterizado porque el espejo (M) está constituido por microcrestas ópticas difrangentes.

10. Dispositivo óptico según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha superficie reflectora del pétalo (M) está predispuesta con elementos ópticos delgados, por ejemplo elementos ópticos difrangentes binarios.

11. Dispositivo óptico según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho espejo (M) está compuesto de microcrestas de una altura comprendida entre 0,2 a 2 micras.