Brevet FR2731084A1 — publié le 19960830

La présente invention concerne un procédé de com- mande d'un miroir dans un réseau de micro-miroirs et un dispositif pour sa mise en oeuvre; elle concerne plus par- ticulièrement un procédé de commande de miroir dans le-5 quel un miroir est actionné par une force électromagnétique, et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Un réseau de micro-miroirs comprend une plurali- té de micro-miroirs qui sont agencés sur un plan (substrat) de façon à pouvoir tourner sélectivement. On peut utili-10 ser le réseau de micro-miroirs comme déflecteur pour dé- vier une lumière, comme modulateur pour moduler une lu- mière en fonction d'un signal lumineux ou d'un signal vi- déo bidimensionnel, ou comme affichage pour afficher une image par conversion d'un signal lumineux en un signal vi-15 déo. Un tel réseau procure une résolution, une brillance et une qualité d'image supérieures, et il permet la fabrica- tion de dispositifs plus petits, plus minces et plus légers que ce qu'on peut obtenir avec les tubes à rayons catho- diques ou les affichages à cristaux liquides habituelle-20 ment employés. Dans une technologie bien connue de commande d'un miroir utilisant une force piézoélectrique (voir les brevets US N 5 126 836 et 5 185 660), des électrodes sont placées à chaque extrémité de chacun d'une pluralité de25 cristaux piézoélectriques fixés entre un plan de référence et un réseau de micro-miroirs. Toutefois, une structure aussi compliquée interdit une fabrication en grande série, et la force mécanique du cristal piézoélectrique est appli- quée directement aux miroirs qui se cassent donc facilement.30 En outre, l'agencement contigu des miroirs dans un même plan est un travail difficile en pratique. D'autre part, conformément au brevet US N15 083 857, chaque miroir d'un réseau est supporté par un pivot prévu sur un substrat semiconducteur, des élec- trodes étant formées sur des surfaces inférieures respec- tives de chaque miroir. Une force électrostatique est éta- blie à travers unintervalle d'air entre le substrat et les électrodes et elle provoque une rotation d'un miroir choi- si, autour du pivot. Dans ce cas, bien qu'une production en grande série soit possible par utilisation des techni- ques classiques employées dans la fabrication des semi- conducteurs, l'intervalle d'air entre le miroir et le sub- strat doit être extrêmement étroit afin que la force élec- trostatique soit suffisante pour déplacer le miroir. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, un objet de la présente invention est de procurer un procédé de com- mande d'un miroir dans un réseau de micro-miroirs, et un dispositif pour sa mise en oeuvre, qui peut être fabriqué à une dimension extrêmement petite grâce à sa structure simple, et qui peut en même temps être fabriqué en grande série et avoir une caractéristique de commande d'entraîne- ment stable. L'objectif ci-dessus est atteint, conformément à la présente invention, par un procédé de commande de mi- roir dans un réseau de micro-miroirs comprenant une plura- lité de miroirs élémentaires dont chacun est supporté de façon pivotante, le procédé comprenant les étapes de: application d'un champ magnétique uniformément à toute la pluralité de miroirs élémentaires; et sélection d'un mi- roir élémentaire parmi la pluralité de miroirs élémentai- res, conformément à un signal d'image, et circulation d'un courant électrique à travers le miroir élémentaire choisi, de sorte que le miroir élémentaire choisi pivote sous l'ac- tion d'une force électromagnétique résultant du champ ma- gnétique appliqué et du courant électrique en circulation, de façon à dévier la lumière incidente. Dans un autre aspect dela présente invention, on obtient un dispositif de commande de miroir dans un ré- seau de micro-miroirs comprenant une pluralité de miroirs35 élémentaires dont chacun est supporté de façon pivotante, le dispositif comprenant: des moyens de génération de champ magnétique, pour appliquer un champ magnétique à la pluralité de miroirs élémentaires; et des moyens de conduction pour permettre la circulation d'un courant élec- trique à travers chacun de la pluralité de miroirs élémen- taires, afin d'engendrer des lignes de flux magnétique liées au champ magnétique, de sorte que chaque miroir élé- mentaire pivote sous l'action d'une force électromagnéti- que résultant de la coopération des moyens de génération de champ magnétique et des moyens de conduction. Par conséquent, la présente invention résoud les problèmes d'une technologie usuelle employant une force piézoélectrique ou électrostatique, et elle procure un ré- seau de micro-miroirs possédant une stabilité de commande et pouvant être fabriqué en grande série. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du com- plément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté schématique pour expliquer le principe d'un procédé de commande de miroir d'un réseau de micro-miroirs, conforme à la présente in- vention; la figure 2 est une vue en perspective d'un dis- positif de micro-miroir élémentaire, pour expliquer le dispositif de commande de miroir d'un réseau de micro- miroirs conforme à la présente invention; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III- III, illustrant le dispositif de micro-miroir de la figu- re 2; la figure 4 est une vue en plan illustrant la surface arrière du dispositif de micro-miroir de la figue re 2; la figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V, illustrant le dispositif de micro-miroir de la figure 4; la figure 6 est une vue en plan d'un réseau de micro-miroirs auquel la présente invention est appliquée; et la figure 7 est un schéma d'un projecteur d'ima- ge pour grossir et projeter une image, utilisant le réseau de micro-miroirs auquel la présente invention est appliquée. Il doit être bien entendu, toutefois que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont données uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Comme représenté sur la figure 1, un miroir élé- mentaire 1 pour réfléchir une lumière incidente à sa sur- face peut pivoter autour de son centre "C" sur un pivot, à la façon d'une balançoire. Un courant électrique est fourni au miroir 1 au moyen d'enroulements 2 et 2' fixés sur chaque côté de la surface arrière du miroir 1. Un ai- mant permanent 3 pour produire un champ magnétique "E" est placé en face des enroulements 2 et 2'. Lorsqu'on applique un courant à chacun des enrou- lements 2 et 2' dans des sens opposés, de sorte que les li- gnes de flux magnétique X et e' engendrées par les enroule- ments respectifs s'opposent mutuellement, des forces élec- tromagnétiques en opposition sont engendrées de part et d'autre de l'axe C, en relation avec le champ de flux sta- tique engendré par l'aimant permanent 3. Ainsi, le miroir 1 pivote autour de son centre et dévie la lumière incidente à sa surface. On peut permuter les positions des enroule- ments 2et2' et de l'aimant permanent 3, de sorte que l'ai- mant est fixé au miroir et les enroulements sont formés sur le substrat, et on peut remplacer l'aimant permanent 3 par un électroaimant.35 En plus d'une simple déviation de la lumière com- me indiqué ci-dessus, on peut appliquer le procédé de com- mande de miroir de la présente invention à un modulateur pour moduler le courant qui circule dans les enroulements 2 et 2' en un signal lumineux désiré, par commutation ra- pide du courant en marche et arrêt. Les figures 2 et 3 représentent un dispositif de micro-miroir comme mode de réalisation particulier du dispositif de commande de miroir suivant la présente in- vention. Le dispositif de micro-miroir comprend un sub- strat 4, un miroir élémentaire 1A formé sur le substrat 4, un aimant permanent 3 fixé sous le substrat 4, et des con- figurations conductrices enroulées 2A et 2A' formées sur la surface arrière du miroir 1A. Le miroir élémentaire 1A est formé par division de la surface du substrat 4 de part et d'autre de pivots 5 et 5' prévus au milieu des côtés mu- tuellement opposés. Le miroir lA peut donc pivoter autour des axes 5 et 5' à la façon d'une balançoire. Une cavité 6 (figure 3) est ménagée dans le substrat 4 pour permettre le mouvement de pivotement du miroir 1A. L'aimant perma- nent 3 présente un pôle magnétique (N ou S) pour former un champ magnétique concernant toute la surface du miroir lA. Comme représenté sur la figure 4, des confi- gurations conductrices en forme d'enroulements 2A et2A' sont créées par revêtement de la surface arrière du miroir 1A avec un film métallique et création,dans ce film, d'un dessin d'enroulement prédéterminé qui est raccordé par des configurations conductrices 2B et 2B' constituant un câblage extérieur le long des deux pivots 5 et 5', pour l'application d'un courant. D'autre part, comme représen- té sur la figure 5, un film réfléchissant, pour réfléchir la lumière, est appliqué sur une surface du miroir 1A, et une couche isolante 8 est appliquée sur son autre surface pour former une configuration de pont 2C qui relie les configurations conductrices d'enroulements 2A et 2A' l'une à l'autre. Un tel dispositif de micro-miroir peut être fa- briqué sous forme d'un élément mince extrêmement petit, par une technologie de traitement de film mince, telle qu'une technique de croissance, une technique de revête- ment de film métallique ou une technique de gravure d'une tranche de matière semiconductrice. On peut également uti- liser un tel dispositif de micro-miroir ultra-petit comme modulateur de signal optique dans un capteur optique d'en- registrement/lecture qui utilise une source de lumière à génération de deuxième harmonique. La figure 6 représente un réseau ou une matrice de micro-miroirs,auquel un dispositif de commande de mi- roir conforme à la présente invention est appliqué. Dans le réseau de micro-miroirs 10, une pluralité de miroirs élémentaires 1A comportant chacun des pivots 5 et 5' sont agencés sur un grand substrat commun 4A, en unités de pi- xel. La configuration conductrice enroulée décrite plus haut est formée sur la surface arrière de chaque miroir élémentaire 1A, et l'aimant permanent est placé sur la sur- face inférieure du substrat commun 4A,cet aimant présen- tant une surface de pôle magnétique assez grande pour en- gendrer un champ magnétique uniforme sur toute la surface des miroirs élémentaires 1A. La figure 7 représente un appareil de projec- tion d'image utilisant le réseau de micro-miroirs 10 de la figure 6 comme modulateur d'image. Dans l'appareil de projection d'image, le réseau de micro-miroirs 10 est pla- cé entre une source de lumière 11 et une lentille de foca- lisation 12, et il est connecté à un circuit de commande pour appliquer un courant aux enroulements conducteurs d'un miroir élémentaire choisi conformément à un signal vidéo. Ainsi, la lumière émise par la source de lumière 11 et traversant une lentille de collimation 14 est modu- lée en une image bidimensionnelle, conformément au signal vidéo. Ensuite, la lentille de projection 12 agrandit et projette la lumière de l'image, modulée par le réseau de mi- cro-miroirs 10, sur un grand écran 13. On peut utiliser le réseau de micro-miroirs ci- dessus non seulement pour la modulation d'une image mais également comme affichage de visualisation de l'image. On peut également l'utiliser comme moyen de réglage de lumiè- re pour ajuster l'intensité de la lumière incidente déviée. Comme décrit ci-dessus, lorsqu'on commande le miroir élémentaire du réseau de micro-miroirs, conformé- ment à la présente invention, on obtient un nouveau pro- cédé qui utilise une force électromagnétique au lieu de la force piézoélectrique ou électrostatique habituelle. Ainsi, grâce à la présente invention, la structure du ré- seau de micro-miroirs devient simple, de sorte qu'une fa- brication à une dimension ultra-petite et en grande série est possible par utilisation d'une technologie de traite- ment en film mince d'une tranche de matière semiconductrice, et le coût de fabrication est fortement réduit. En parti- culier, la présente invention contribue à améliorer la fia- bilité des divers produits auxquels elle est appliquée. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réa- lisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire tou- tes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du techni- cien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs i10) comprenant une pluralité de miroirs élémentaires (1A) dont chacun est supporté de façon pivo- tante, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: (a) application d'un champ magnétique (E) uni- formément à toute la dite pluralité de miroirs élémentaires; et (b) sélection d'un miroir élémentaire parmi la dite pluralité de miroirs élémentaires, conformément à un signal d'image, et circulation d'un courant électrique par l'intermédiaire du miroir élémentaire choisi; de sorte que le miroir élémentaire choisi pivote sous l'ac- tion d'une force électromagnétique résultant dudit champ magnétique appliqué et dudit courant électrique, de façon à dévier une lumière incidente. 2.- Procédé de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (a) est effectuée par agencement d'un aimant permanent (3) présentant une surface de pôle magnétique, pour créer un champ magnétique relatif à ladite pluralité de miroirs élémentaires. 3.- Procédé de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (a) est effectuée par agencement d'un électroaimant présentant une surface de pôle magnéti- que, pour créer un champ magnétique relatif à ladite plu- ralité de miroirs élémentaires. 4.- Procédé de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (b) est effectuée par application d'un courant électrique à au moins un enroulement (2A,2A') fixé à une surface de chaque miroir élémentaire. 5.- Procédé de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (b) est effectuée par application d'un courant électrique à une configuration conductrice d'enroulement,formée sur une surface de chaque miroir élé- mentaire par création d'un film de métal et configura- tion du film de métal en plusieurs enroulements (2A,2A'). 6.- Dispositif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs (10) comprenant une pluralité de miroirs élémentaires (1A) dont chacun est supporté de fa- çon pivotante (5,5'), caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de génération de champ magnétique (3), pour appliquer un champ magnétique à ladite pluralité de miroirs élémentaires; et des moyens conducteurs (2A,2A',2B,2B') pour per- mettre la circulation d'un courant électrique à travers chacun de ladite pluralité de miroirs élémentaires, afin d'engendrer des lignes de flux magnétique liées au champ magnétique; de sorte que chaque miroir élémentaire pivote sous l'action d'une force électromagnétique s'exerçant entre lesdits mo- yens de génération de champ magnétique et lesdits moyens conducteurs. 7.Dispesitif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que lesdits moyens de génération de champ ma- gnétique comprennent un aimant permanent (3) qui présente une surface de pôle magnétique relative à ladite pluralité de miroirs élémentaires (lA). 8.- Dispositif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que lesdits moyens de génération de champ ma- gnétique comprennent un électroaimant qui présente une sur- face de pôle magnétique relative à ladite pluralité de miroirs élémentaires. 9.- Dispositif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent au moins un enroulement (2A,2A') fixé à une surface de chaque miroir élémentaire. 10.- Dispositif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent au moins une configuration conductrice d'enroulement formée sur une surface de chaque miroir élémentaire par applica- tion d'un film métallique et configuration du film métal- lique en une forme d'enroulement. 11.- Dispositif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 10, carac- térisé en ce que ledit miroir élémentaire (1A) comprend une couche isolante (8) pour isoler une configuration de pont (2C) prévue sur ladite au moins une configuration conduc- trice d'enroulement (2A,2A'). 12.- Dispositif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs (10) comprenant une pluralité de miroirs élémentaires (1A) dont chacun est supporté de façon pivotante, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat commun (4A); une pluralité de pivots (5A,5A') pour supporter de façon pivotante ladite pluralité de miroirs élémentaires sur ledit substrat commun, respectivement; un aimant permanent (3) fixé sous ledit substrat commun et présentant une surface de pâle magnétique rela- tive à ladite pluralité de miroirs élémentaires; une configuration conductrice d'enroulement for- mée sur une surface de chacun de ladite pluralité de mi- roirs élémentaires; et des moyens d'application d'un courant électrique à ladite configuration conductrice d'enroulement du miroir élémentaire choisi de ladite pluralité de miroirs élémen- taires, conformément à un signal d'image. 13.- Dispositif de commande de miroir dans un réseau de micro-miroirs suivant la revendication 12, carac- térisé en ce que ladite configuration conductrice d'enrou- lement sur une surface de chaque miroir élémentaire est un film métallique qui a été configuré en forme d'enroule- ment. 14.- Dispositif de commande de miroir, carac- térisé en ce qu'il comprend: un substrat semiconducteur (4); un miroir (1); une paire de pivots (5,5') sur ledit substrat pour supporter de façon pivotante ledit miroir; des moyens de génération de champ magnétique (3) placés sous ledit substrat pour appliquer un champ ma- gnétique (E) audit miroir; des moyens conducteurs (2,2') uniformément ré- partis sur toute une surface dudit miroir pour permettre la circulation d'un courant électrique sur ledit miroir afin d'engendrer des lignes de flux magnétique liées au champ magnétique; de sorte que ledit miroir pivote sous l'action d'une force électromagnétique s'exerçant entre lesdits moyens de gé- nération de champ magnétique et lesdits moyens conducteurs. 15.- Dispositif de commande de miroir suivant la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de champ magnétique (3) comprennent un ai- mant permanent qui présente une surface polaire magnétique relative audit miroir. 16.- Dispositif de commande de miroir suivant la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de génération de champ magnétique (3) comprennent un élec- troaimant qui présente une surface polaire magnétique rela- tive audit miroir. 17.- Dispositif de commande de miroir suivant la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens con- ducteurs comprennent au moins un enroulement (2,2') fixé à une surface dudit miroir. 18.- Dispositif de commande de miroir suivant la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent au moins une configuration conduc- trice d'enroulement,formée sur une surface dudit miroir par application d'un film métallique et configuration du film métallique en une forme d'enroulement. 19.- Dispositif de commande de miroir suivant la revendication 14, caractérisé en ce que ledit miroir comporte une couche isolante (8) pour isoler une configu- ration depont (2C) prévue sur ladite au moins une configu- ration conductrice d'enroulement. 20.- Dispositif de commande de miroir suivant la revendication 14, caractérisé en ce que ledit miroir (lA) comporte un film réfléchissant (7) déposé sur ledit miroir. 21.- Dispositif de commande de miroir suivant la revendication 14, caractérisé en ce que ledit miroir (1A) comporte une couche isolante (8) prévue sur lesdits moyens conducteurs (2A,2A').