(57)【要約】  光ビームの入射の角度を検出するための装置および方法。装置は、２つの光検出器を使用し、第１の光検出器の前方に、第２の光検出器の前方の光経路と異なる角度依存の光透過特性を呈するコーティングまたは層が配置されている。したがって、それぞれの検出器において受信される光の特性の相違が、光ビームの入射の角度の知らせをもたらす。角度検出器を、これに限られるわけではないが、特には自由空間光通信システムとともに使用することができる。
2009512849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の光ビームの入射の角度を割り出すための光検出器であって、
第１および第２の検出器ならびに角度依存の光透過特性を呈する素子を備え、
素子が、第１および第２の検出器の少なくとも一方への光学経路に位置し、所定の波長の受信信号のパワーの間の比較に応答して入射の角度を割り出すことができるように検出器に対して配置されている、光検出器。
【請求項２】
光学的に角度依存性である素子が、第１および第２の検出器のうちの一方にのみ位置している、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
比較が、信号強度の比である、請求項１または２に記載の光検出器。
【請求項４】
素子の透過率が、入射の角度が垂直から増加するにつれて低下する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項５】
角度依存の光学特性を呈する素子が、比較的少ない層を備えることによってソフトエッジ特性を呈するエッジフィルタを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項６】
素子が、五酸化タンタルおよび二酸化シリコンの交互の層を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項７】
９つの層を備える、請求項６に記載の光検出器。
【請求項８】
素子の透過率が、入射の角度が垂直から増加するにつれて大きくなる、請求項１に記載の光検出器。
【請求項９】
素子が、第１の検出器への経路に位置しており、素子の透過率が、入射の角度が垂直から増加するにつれて低下し、
角度依存の光透過特性を呈する第２の素子が、第２の検出器への光学経路に位置しており、第２の素子の透過率が、入射の角度が垂直から増加するにつれて大きくなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１０】
入射の角度を示す出力信号がもたらされる出力をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の光検出器。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の光検出器を備える、光変調器。
【請求項１２】
入射の角度に応答して制御される、請求項６に記載の光変調器。
【請求項１３】
請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出器を備える、自由空間光通信システム。
【請求項１４】
光ビームの入射の角度を割り出す方法であって、
一方の検出器に到着する光が角度依存の透過特性を呈するフィルタ素子を介している２つの検出器により、共通のソース信号からの信号強度を比較すること、および
検出された２つの信号の強度の間の比較に応答して、入射の角度を割り出すこと
を備える方法。
【請求項１５】
光変調器の制御方法であって、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の光検出器を用意するステップ、および
光検出器によって検出される入射の角度に応答して、変調器を制御するステップ
を備える方法。
【請求項１６】
コンピュータのためのプログラムであって、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の光検出器から、受信光ビームの入射の角度を示す信号を受信するステップ、および
入射の角度を示す信号に応答して、光変調器の変調を制御するステップ
を備えるプログラム。
【請求項１７】
本明細書において添付の図面を参照して実質的に説明される、光学式角度検出器。
【請求項１８】
本明細書において添付の図面を参照して実質的に説明される、光ビームの入射の角度を割り出す方法。
【請求項１９】
本明細書において添付の図面を参照して実質的に説明される、光変調器の制御方法。
【請求項２０】
本明細書において添付の図面を参照して実質的に説明される、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光のビームの入射の角度を検出するための装置、方法、およびコンピュータプログラムに関し、さらにはこれらを取り入れてなるシステムに関する。そのようなシステムは、これらに限られるわけではないが、自由空間光通信の変調器およびシステムを含む。
【背景技術】
【０００２】
自由空間光通信システムの可能性は、視線上の２点の間に広帯域のデータリンクをもたらすための手段として、広く認知されている。そのようなシステムについて、大都市地域における通信リンクの構成要素としての用途、および開いた間取りの事務所（ｏｐｅｎ  ｐｌａｎ  ｏｆｆｉｃｅ）におけるローカルエリアネットワークの構成要素としての用途など、いくつかの用途が考えられている。
【０００３】
本出願と同時に係属中である米国特許出願第１０／４８３，７３８号（Ａ．Ｍ．Ｓｃｏｔｔら）が、間隔を制御することができるエタロンとエタロンを介して受信される光を再びエタロンを通って光源に向かって反射させるように構成された逆反射器とを組み合わせて使用する動的な光反射器およびインタロゲーションシステムを開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光ビームの接近の角度の割り出し、およびそのようにして割り出した角度情報の選択肢としての利用に関する装置、方法、および他の関連の態様を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、所定の波長の光ビームの入射の角度を割り出すための光検出器であって、第１および第２の検出器ならびに角度依存の光透過特性を呈する素子を備え、素子が、第１および第２の検出器の少なくとも一方への光学経路に位置し、所定の波長の受信信号のパワーの間の比較に応答して入射の角度を割り出すことができるように検出器に対して配置されている光検出器が提供される。
【０００６】
光学的に角度依存性である素子を、第１および第２の検出器のうちの一方のみの上方に位置させることができる。
【０００７】
比較は、信号強度の比であってよい。
【０００８】
素子の透過率が、入射の角度が垂直から増加するにつれて小さくなってよい。
【０００９】
角度依存の光学特性を呈する素子が、比較的少ない層を備えることによってソフトエッジ特性を呈するエッジフィルタを備えることができる。
【００１０】
素子は、五酸化タンタルおよび二酸化シリコンの交互の層を備えることができる。
【００１１】
素子は、９つの層を備えることができる。
【００１２】
素子の透過率が、入射の角度が垂直から増加するにつれて大きくなってよい。
【００１３】
光検出器は、入射の角度を示す出力信号がもたらされる出力をさらに備えることができる。
【００１４】
本発明のさらなる態様によれば、先行の任意の請求項に記載の光検出器を備える光変調器が提供される。
【００１５】
変調器を、入射の角度に応答して制御することができる。
【００１６】
さらに本発明は、通信を目的とするシステムであって、本発明を具現化する装置の１つ以上の実例を他の追加の装置とともに備えるシステムを提供する。
【００１７】
特には、本発明のさらなる態様によれば、上述の任意の態様による光検出器または変調器を備える自由空間光通信システムが提供される。
【００１８】
さらに本発明は、上述の装置を動作させる方法であって、装置のすべての機能を実行するための方法ステップを含む方法に向けられている。
【００１９】
特には、本発明のさらなる態様によれば、光ビームの入射の角度を割り出す方法であって、一方の検出器に到着する光が角度依存の透過特性を呈するフィルタ素子を介している２つの検出器により、共通のソース信号からの信号強度を比較すること、および検出された２つの信号の強度の間の比較に応答して、入射の角度を割り出すこと、を備える方法が提供される。
【００２０】
本発明のさらなる態様によれば、光変調器の制御方法であって、第１の態様による光検出器を用意するステップ、および光検出器によって検出される入射の角度に応答して、変調器を制御するステップ、を備える方法が提供される。
【００２１】
さらに本発明は、機械で読み取ることができる形式のコンピュータソフトウェアであって、動作時に装置および／または方法のすべての機能を実行または制御するように構成されたコンピュータソフトウェアを提供する。
【００２２】
特には、本発明のさらなる態様によれば、コンピュータのためのプログラムであって、本発明による光検出器から、受信光ビームの入射の角度を示す信号を受信するステップ、および入射の角度を示す信号に応答して、光変調器の変調を制御するステップ、を備えるプログラムが提供される。
【００２３】
さらに本発明は、本発明の残りの態様によって使用される信号に向けられている。
【００２４】
当業者にとって明らかであるとおり、好ましい特徴を適宜に組み合わせることができ、本発明の任意の態様に組み合わせることができる。
【００２５】
次に、本発明をどのように実行に移すことができるかを示すため、本発明の実施形態を、以下で添付の図面を参照しつつ、あくまで例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１ａから図１ｃを参照すると、（１つ以上の）光ビームの強度を制御するために使用できる変調器が、単一の素子１０にもとづいており、あるいは１つ以上のマイクロミラー１０が基板１３の上方に支持１２されているＭＯＥＭＳミラー構造のアレイ１１にもとづいている。この構成を、基板（例えば、シリコン）が光学的に透過性である波長の透過に使用することができ、実質的により広い範囲の波長の反射に使用することができる。
【００２７】
個々の素子は、１ミクロン未満から数ミクロンの間の間隔にて基板１３の上方に支持されたマイクロミラー１０を有する。マイクロミラーは、基板とマイクロミラーとの間に電圧が加えられたときに、静電気力によってマイクロミラーが平衡位置（電圧が加えられていない）から基板に向かって引かれるように、ばね１４によって支持されている。
【００２８】
電圧駆動の静電気デバイスにおいては、所与のしきい値未満であれば、静電気力がデバイスの変位に起因する機械的な復帰力と平衡して、デバイスが安定な平衡状態となる。このしきい値を超えると、静電気力が復帰力を超え、マイクロミラーが基板に向かって制御不能に移動する（一般に「ラッチ」、「プルイン」、または「プルダウン」として知られている状態）ため、デバイスは不安定になる。しきい値を超える電圧を加えることで、所与の駆動電圧においてより大きな範囲（典型的には、しきい値未満の仕組みに対して約３倍）でミラーを動かすことができる。
【００２９】
マイクロミラーは、任意の平面形状であってよいが、実質的に平坦かつ基板に平行でなくてはならない。マイクロミラーは、有利には正方形であってよいが、他の形状であってもよい。アレイにおいて密に密集させることができる形状（例えば、三角形、長方形、および六角形）が、特に好ましい。
【００３０】
このデバイスへと光１５ａが導かれると、光の一部は反射１５ｂされ、一部は基板へと透過１５ｃして、反対側から出る（基板が透過性であるような波長の場合）。支持ミラーによる反射および透過光が、基板による反射および透過光と干渉し、したがってデバイスの実際の透過および反射は、デバイスへの光の入射の角度、支持ミラーと基板との間の間隔、ならびに支持マイクロミラーの厚さ、マイクロミラーの素材の屈折率、および入射光の波長などといったシステムの他の所定の特性に応じて、高低の値の間でさまざまである。
【００３１】
動作時、マイクロミラーと基板との間の間隔が変化するにつれ、透過が高低の値の間で変化し、すなわち入射光の変調手段がもたらされる。変調は、透過または反射モードにて機能することができる。マイクロミラーが、典型的には厚さが１ミクロン未満であって、シリコンが高度に吸収性である可視の領域においても半透明であり、したがってシリコンから製作される変調器を、可視の帯域において反射に使用できることに留意されたい。当業者にとって明らかであると考えられるが、例えば二酸化シリコンまたはチッ化シリコンなど、シリコン以外の材料も使用可能である。この場合、基板は、透明でなければならない（例えば、二酸化シリコンまたはチッ化シリコンであってよい）と考えられ、マイクロミラーおよび底層は、二酸化シリコンまたはチッ化シリコン、あるいはシリコンの薄い層または材料の組み合わせであると考えられる。
【００３２】
変調器の透過および反射特性を、本明細書の式２に提示されるように、ファブリーペローエタロンによる透過および反射についての既知の式を使用して、説明することができる。反射および透過光が、位相のシフトならびに振幅の変化を受けることに、留意されたい。これを、光ビームの位相の変調が求められるデバイスにおいて利用することも可能である。
【００３３】
マイクロミラーは、ミラーを密にタイル状に並べることによって広い領域を覆うアレイとして製造される場合、空間光変調器（ＳＬＭ）となる。ＳＬＭにおいて、マイクロミラーを、個々に制御することができ、グループにて制御することができ、あるいはすべてをまとめて制御することができる。好ましくは、マイクロミラーアレイの素子が、コヒーレントに動くように構成または操作され、すなわち得られる光の位相がアレイの全体にわたって一様であるように、同じタイミングおよび振幅で同期して動くように構成され、多数の（おそらくはすべての）マイクロミラーのグループにおいて、デバイスへと入射する波面の各部に実質的に一様な効果をもたらすために、素子が一緒に動く。これは、変調された光の回折特性が、広がった波面によって決定され、単一のマイクロミラー素子による回折によって決定されるわけではないという利益を有する。小さなミラーからなるアレイは、より大きなデバイスと比べたとき、ミラーの平坦性を良好に保ちつつ、高い速度の達成を可能にする。
【００３４】
マイクロミラーはそれぞれ、２つの電圧状態を使用して制御されたときのミラーの位置を確証できる２つの安定位置の間で操作される。その第１は、ミラーと基板との間に電圧が加えられていない（あるいは、所与のしきい値を下回る電圧が加えられている）ときに、マイクロミラー１０が基板の上方に動かずに支持されている「平衡位置」である。電圧が加えられない実施形態においては、支持ばね１４の伸びは存在しない。別の実施形態においては、変調器の状態が変化するときに電池を充電することによって変調器の全体としての電力消費を低減するために、しきい値未満の電圧が加えられる。ミラーは、静電気力と機械的な力とが平衡するより下方の平衡位置（元の平衡位置（電圧が加えられていない）と基板との間）に位置することになる。
【００３５】
第２の位置は、しきい値を超える電圧が加えられ、マイクロミラーが基板に向かって強く引き下げられた「プルダウン」位置である。
【００３６】
絶縁ストッパ（例えば、ボスまたは他の隆起した電気絶縁性のフィーチャ）１６を、基板とマイクロミラーとの間に設けることができ、したがって電圧がしきい値を超えたとき、ミラーがストッパへと引き寄せられて当接するが、それ以上基板に向かって引き寄せられることはない。したがって、このようなプルダウンストッパによれば、望ましくないマイクロミラーと基板との間の電気的接触を防止することができる。そのような電気的接触は、短絡および電気的損傷につながりかねない。さらに、１つ以上の終端ストッパを取り入れることで、プルダウン位置にあるときのミラーと基板との間に、所定のオフセットを定めることができる。さらに、機械的な減衰がもたらされ、静止までの時間が短くなる。有利なことに、このオフセットを、幅広い角度範囲にわたって透過が少ない状態に対応するように、特定的に設計することができる。好ましくは、終端ストッパは、機械的な接触の付着エネルギーに打ち勝つべく追加のエネルギーをもたらすために、プルダウン位置のミラーにわずかな湾曲をもたらすことができるように構成される。考えられる一実施形態においては、実質的に正方形または矩形のミラーが、ミラーのそれぞれの角またはその付近、ならびにミラーの中央またはその付近に、終端ストッパを取り入れている。
【００３７】
ミラーは、ＭＥＭＳプロセス、好ましくは多結晶シリコン表面マイクロマシニングプロセスを使用して実現できる。好ましくは、終端ストッパが、基板上の１つ以上のブシュ１６（絶縁されたアイランド）およびミラーの下方のくぼみ１７を使用して実現される。さらに好ましくは、ブシュを、チッ化シリコンおよび／または多結晶シリコンで構成でき、ミラーおよびくぼみを、多結晶シリコンで構成できる。
【００３８】
小さな電圧が加えられたとき、マイクロミラーは、平衡位置からわずかな量だけ移動する。電圧が特定のしきい値を超えると、この移動が不安定になり、マイクロミラーが「プルダウン位置」へとぱたりと落ち込む（ｓｎａｐ  ｄｏｗｎ）。アナログの制御電圧を加えて、マイクロミラーを基板からの任意の距離へと動かすことは、電圧について微細な制御が必要であり、アレイ内のミラー間で経路長が相違するがために電圧降下に左右されやすいことから、困難である。通常または単純な制御システムにおいては、アナログ制御のもとでのマイクロミラーの移動は、平衡位置とプルダウン位置との間の道程のうちの約３分の１に限られ、その後にマイクロミラーは、勢いよく完全なプルダウン位置へと移動してしまう。実際には、本発明においては、このスナップダウン位置が好ましく使用され、２つの不連続な電圧状態を使用してマイクロミラーが平衡位置とプルダウン位置との間で好ましく切り替えられる。
【００３９】
マイクロミラーに印加電圧信号からもたらされる力が加えられるとき、その運動は、ミラーの機械的な共振周波数および大気の減衰効果によって決定される。ミラーならびにミラーのばね系が、通常の市販のソフトウェアツールで割り出すことができる共振周波数にて、古典的な共振器として挙動する。所与の構成における正確な共振周波数は、ばねの強さおよびミラーの質量ならびに減衰の程度に依存する。例えば、２つの直線ばねおよびサイズが２５ミクロン×２５ミクロンであるミラーからなる典型的な構造においては、この共振周波数は、３００ｋＨｚ程度であり得る。より大きなミラーは、これよりも大幅に低い共振周波数を有し得る。より剛なばねを備えるデバイスは、これよりも大幅に高い共振周波数を有し得る。
【００４０】
大気圧および数十ミリバールまでの圧力においては、空気がマイクロミラーの運動を大きく減衰させ、状態間の変化に要する時間が、この減衰プロセスによって支配される。数ミリバール以下の圧力においては、マイクロミラーは、高Ｑ共振器として挙動し、すなわち強い振動の形式で運動する。この振動は、ミラーが引き下げられて、プルダウンストッパに当接して保持されるときには、プルダウンストッパが機械的な減衰をもたらすがゆえに生じないが、マイクロミラーが印加電圧をゼロ（または、プルダウン位置への保持に必要なしきい値を下回る電圧）へと切り替えることによってプルダウン位置から解放されるときに明白である。
【００４１】
マイクロミラーが真空中で解放される場合、マイクロミラーは、平衡位置に向かって跳ね上がり、次いでこの位置を中心にして、各周期の後にプルダウン位置の近くへと戻るように振動する。これに対する減衰は、おそらくはきわめて弱く、したがって運動が、きわめて予測可能な形式で継続し、振幅および周波数は、正確な真空の程度や最初にマイクロミラーを保持するために使用されていた絶対的な電圧に比較的無関係である。
【００４２】
基板の上方のマイクロミラーの変位は、
ｘ（ｔ）＝ｘ０−（ｘ０−ｘ１）ｃｏｓ（Ωｔ）ｅｘｐ（−βｔ）      （１）
によって与えられ、
ここでｘは、基板からマイクロミラーまでの距離であり、ｘ０は、平衡位置であり、ｘ１は、プルダウン位置であり、ｔは、マイクロミラーの解放からの時間であり、Ωは、共振周波数であり、βは、減衰係数である。
【００４３】
低い圧力においては、振動の減衰係数が小さく、したがって振動がオーバーシュートを呈するため、例えばプレートに必要とされる最大の離間（マイクロミラーと基板との間の離間）が１．５ミクロンである場合、平衡位置を０．７５ミクロンの付近となるように設計し、必要とされる最大の離間を達成するためにオーバーシュートに頼ることが可能である。プレートの離間の全範囲が、エタロンが基板からの最小の離間から最大の離間まで移動する第１の半サイクルにおいて対処される。半周期と全周期との間の或る時刻の後で、基板の電圧が再び印加され、プレートが振動を続けているため、再び基板に向かって移動し、マイクロミラーが印加電界によって再び拘束され、最初の「プルダウン」位置へと復帰する。１周期における典型的なプレートの離間は、時間に対して、図２に示したとおりであり、水平軸が時間を（任意単位で）示し、垂直軸がマイクロミラーの基板からの隔たりを示している。この図示の例では、平衡位置は１ミクロンである。代案として、マイクロミラーを所定の回数（１、２、または３以上）だけ振動させ、その後に電圧を再印加して、マイクロミラーをプルダウン位置に再拘束することも可能である。
【００４４】
このやり方でマイクロミラーの解放のタイミングを制御することによって、運動の全範囲にわたってミラー位置の制御を、細かな電圧の制御にではなく、タイミング制御に依存して行うことができる。そのような細かいタイミングの制御は、高速なデジタル電子機器（例えば、０．３５ミクロンのＣＭＯＳ）を使用して達成することができる。
【００４５】
次に、図３ａおよび図３ｂを参照すると、ファブリーペローエタロンにおける透過および反射の式（式２が透過を示している）を、時間とともに変化するマイクロミラーと基板との間の間隔の式に組み合わせて使用して、エタロンミラーの間隔が図３ａおよび図３ｂに示すような時間依存に従うときのマイクロミラーの透過の時間変化を割り出すことができる。図３ａが、垂直入射についての実験による透過のデータを示す一方で、図３ｂは、６０度の入射角度の場合の該当のデータを示している。やはり、水平軸が、時間を示す一方で、垂直軸は、マイクロミラーの光の透過を示している。
【００４６】
図示の第１の例においては、エタロンの面に垂直に入射する光について、マイクロミラーが上昇して基板から離れるときに２つの透過のピークが生じ、これに対応する２つのピークが、マイクロミラーが基板に向かって引き戻されるときに生じる。第２の例は、６０度の場合には、マイクロミラーが最大変位へと移動するときに透過のピークが１つ存在し、プルダウン位置へと戻るときに第２のピークが存在することを示している。しかしながら、ピークのタイミングおよび数は、光ビームの入射の角度とともに変化し、したがってエタロンのタイミングを最適化するためには、入射の角度を知ることが強く望まれる。それぞれのグラフは、２つの温度（約２０度および７０度）における透過特性を示しており、これら２つの動作値の間に良好な度合いの一貫性が見られている。
【００４７】
あるいは、振動パターンの測定を、変調器への光の入射の角度を割り出すために使用することができる（実際には、ｃｏｓ（θ）についての測定（θは入射の角度）がもたらされる）。
【００４８】
このデバイスを、検出器システムが変調器によって生み出される動的な変調を解像できるのであれば、連続波（ＣＷ）レーザ（または、予測可能なパルスパターンを有するレーザ）を制御するために使用することができる（図９ｂおよび図９ｃ）。あるいは、パルスの継続時間がマイクロミラーの振動の周期よりも有意に短いならば、繰り返しパルスレーザを制御するために使用することができる（図９ａ）。この場合、インタロゲータシステム（新たな図１０または図９ｃ）の検出器は、必ずしも変調器の動的な挙動を解像できる必要はなく、インタロゲータの個々のパルスを解像できればよい。入射パルスの到着時刻を検出する検出器からなるタイミング回路を使用することができ、入射パルスのタイミングが、次のパルスの正確な到着時刻を予測するために使用される。マイクロミラーをプルダウン位置に保持し、レーザパルスの到着予定時刻においてマイクロミラーシステムがパルスに所望の量の変調を加えるための位置にあるように、計算された時刻に解放することができる。
【００４９】
次に図４を参照すると、エタロンの動的な応答が、時間（クロックパルス）に対して示されている。最も上部の軌跡４１は、入射するレーザパルスを示しており（任意単位）、中央の軌跡４２は、マイクロミラーへと加えられる電圧（プルダウン電圧が、「２．５×１０−６」に対応し、０Ｖが、「２×１０−６」に対応している）を示しており、最も下方の軌跡４３は、基板とＭＥＯＭＳミラーとの間の間隔を示している（目盛りはメートル）。
【００５０】
レーザパルスが、最大変位の付近において到着した場合（第１および第３のパルス）、透過が最大であり、論理１が伝達される。レーザパルスが、ミラーが基板に近いときに到着した場合（第２のパルス）、透過は最小であり、論理０（ゼロ）が伝達される。
【００５１】
次に図５を参照すると、軌跡５１が、マイクロミラーの駆動電圧を示しており、軌跡５２、５３が、２つのレーザパルスの透過パワーを示している場合について、実験データを示している。マイクロミラーの解放と第１のパルスの到着との間の遅延は、透過が大５２であるようにされている。マイクロミラーの解放と第２のパルスの到着との間の遅延は、透過が小５２であるようにされている。
【００５２】
変調器を、逆反射器、検出器、および駆動用電子機器と一緒に使用して、図９ｃに示されているように遠方のインタロゲータシステムと通信できるトランスポンダを形成することができる。右側に、トランスポンダが図示される一方で、左側には、コリメータレンズ９８を備えたレーザ９５および集光レンズ９６を備えた検出器９７が示されている。トランスポンダが充分に遠く、トランスポンダからの光が回折および拡散して、レーザインタロゲータへと戻るだけでなく、広がって受信光学系にも進入する場合、検出器が、どの光がトランスポンダから反射されて戻されたのかを検出する。この場合、インタロゲータが、遠方のトランスポンダによって生み出された変調を検出する。
【００５３】
受信されるパルスに加えられる変調は、振幅変調、または移動変調、あるいは両者であってよい。
【００５４】
真にＣＷであるインタロゲータにおいては、トランスポンダが、必ずしも検出器を必要とせず、単純にインタロゲータによって検出される変調パターンを送り出すことができる。あるいは、インタロゲータの光の存在を検出するために、検出器を使用してもよい。擬似ＣＷ変調インタロゲータにおいては、トランスポンダの検出器が、インタロゲータのビーム内のタイミング情報（例えば、強度の急上昇または強度の中断）を使用し、変調をタイミング情報に同期させることができる。一連の短いパルスを生成するインタロゲータの場合には、トランスポンダが、１つのパルスの到着を検出し、このタイミング情報を、次のパルスの変調を生成するための最適なタイミングを割り出すために使用することができる。最適な解放時刻を、例えば１つのパルスの到着を検出し、到着の角度についての情報を集め、最適な遅延を割り出すべくルックアップテーブルを使用することによって決定できる。例として、システムを、パルスの透過または反射を最大値と最小値との間で切り替えるために使用することができ、もしくはパルスの振幅を、すべてが同じ強度になるように、あるいは何らかのやり方で符号化されるように、制御するために使用することができる。これを、振動の最初の半周期において行うことができる。また、これを、機械的振動の際の任意の予測可能な点において行うことも可能であり、あるいはマイクロミラーを２回振動させ、第２の振動においてパルスの変調を達成することも可能である（全二重の通信を達成したい場合に重要である）。
【００５５】
次に図６を参照すると、上述のように、１つのパルスの到着を検出し、この情報を使用して、次のパルスを変調すべくマイクロミラーを解放することができるよう、変調器６１に検出器６２を組み合わせることができる。
【００５６】
次に図７を参照すると、上述の仕組みの変種において、遠方のレーザ発光体を、繰り返しの短パルスレーザシステムを長パルスまたは連続波のレーザシステムに組み合わせて構成することができる。この構成において、短パルスを、タイミングパルスとして使用することが可能である。変調器が、タイミングのための短パルスを使用し、光の連続波部分または長パルス部分に変調を加えることができる。したがって、変調されるビームを、例えばタイミングパルスに対する変調の時間シフトによってエンコードすることができる。インタロゲータが、充分に高速な検出器または敏感な検出器を有する場合には、インタロゲータのビームにタイミング情報を持たせる必要、およびトランスポンダに検出器を持たせる必要は、必ずしもないかもしれない。インタロゲータの検出器が、時間分解された変調を検出でき、あるいは平均の逆反射パワーの小さくかつ高速な変化を検出できる。
【００５７】
図７は、タイミングパルス７１と擬似ＣＷレーザパルス７２とを含むレーザパルスによる変調器６１のインタロゲーションを示している。擬似ＣＷ部分が変調７３されている。各パルスを変調するか、あるいは変調しないかによって、ビームをエンコードすることができ、あるいは変調または時間遅延の変調の適用を選択することができる。最初のタイミングパルスを使用することができ、あるいは矩形波インタロゲーションパルスの立ち上がり縁を使用することができる（左下の例を参照）。変調されたパルスの例は、右の中ほどに示されている。
【００５８】
次に図８を参照すると、変調器６１を逆反射器８１に組み合わせ、変調逆反射器として機能させることができる。変調器のマイクロミラー素子は、例えば差し渡しが２５μｍ程度であってよく、逆反射器の素子は、大幅に大きくてよく、例えば差し渡しが５〜１５ｍｍであってよい。個々のマイクロミラーがコヒーレントに動く場合、変調器を通過する光のダイバージェンスは、アレイの全体サイズによって決定され、単一のマイクロミラーによる回折に起因するダイバージェンスによっては決定されない。比較的大きな逆反射素子を使用することは、きわめて平行な反射光ビームを形成する上で役に立つ。したがって、変調逆反射デバイスを、パルスのパターン８２を送信するレーザインタロゲータによって照射することができる。変調逆反射デバイスが、到着するパルスを変調し、パルス８３をインタロゲータへと逆反射させる。ここで、インタロゲータのパルスは、基本的にパルス状であり、逆反射される光は、完全に逆反射され、あるいは完全に減衰させられる。したがって、インタロゲータは、逆反射されたパルスを受信して、一連の「１」および「０」としてデコードできる。この変調器の構成は、パルスを検出するために検出器６２を使用することができ、１つのパルスの検出を使用して次のパルスの到着時刻を予測し、次のパルスを変調すべくマイクロミラーの解放時刻を決定するために、制御ユニット８４を使用することができる。この場合、逆反射器への到着の角度が、管理されていなければならず、あるいは逆反射システムが、マイクロミラーの最適な解放のタイミングを決定するために、何らかの形式の角度検出を使用することができる。
【００５９】
あるいは、インタロゲータおよび逆反射変調器システムの組み合わせのシステムが、性能を最適化することができる。変調器を、固定の時間遅延で動作させることができ、インタロゲータが、到着の角度を決定し、最適な変調が生じるようにパルスのタイミングを変化させることができる。
【００６０】
最大または最小の信号を生み出すための変調器の最適なタイミングは、角度に依存する。上述のシステムが、任意の角度で入射する光について機能すべき場合には、最適なミラーのタイミングが入射光の入射角度に依存して決まるため、検出器が、好ましくは、到着の角度を割り出す手段を取り入れるべきである。あるいは、インタロゲータが、タグへの入射の角度を推定する手段を備え、最大の変調が保証されるようにタグへのパルスのタイミングを変化させてもよい。
【００６１】
次に、図９ａおよび図９ｂを参照すると、選択肢として、変調逆反射デバイスを、一式の短いタイミングパルスをより強度の低い擬似連続のパルスとともに送信できる（あるいは、送信しなくてもよい）インタロゲータとともに使用することができる。変調逆反射デバイスが、低強度の擬似連続のパルスを、タイミングパルスの後の或る制御された時点において変調できる。デバイスは、このパワーをインタロゲータへと逆反射させる。この構成において、インタロゲータのパルスは、擬似ＣＷ周期での変調を含み、逆反射される光は、インタロゲータのパルス状の要素に同期されるが、変調は、インタロゲータの光の擬似ＣＷ領域へと加えられる。
【００６２】
インタロゲータによって受信される正確な変調パターンは、逆反射デバイスへの到着の角度に依存するが、インタロゲータが、特定のパターンを認識できてもよく、そこから、タイミングパルスに対する最適な時間遅延、および所望であれば入射の角度を決定することができる。
【００６３】
擬似連続の波形およびそのタイミングパルスに対するタイミングを測定することによって、インタロゲータは、波形へと加えられた時間シフトの大きさを割り出すことができ、これを１片のデータとして解釈することができる。この後者の手法の利点は、変調装置に角度検出器を取り入れる必要がなく、変調装置を、より小型にでき、より安価に製造できる点にある。
【００６４】
次に、図９ｂを参照すると、インタロゲータが、連続的な光９１を生み出すことができ、逆反射される光を、インタロゲータに関連付けられた同期を持たずに、変調９２、９３することが可能である。
【００６５】
次に、図９ｃを参照すると、全体としてのシステムが、１つ以上の上述のような変調装置を、送信器９５と検出器９７に組み合わせられた受信テレスコープ９６とを備えるインタロゲータレーザシステムとともに備える。
【００６６】
第１の角度測定モードにおいて、インタロゲータが、連続波ビームを送信し、トランスポンダから逆反射される光を測定する。トランスポンダは、おそらくはインタロゲータからのいかなる合図も使用せず、「解放および拘束」モードで動作する。「解放および拘束」の各サイクルにおいて、逆反射検出器は、図３に示した信号に定性的に類似した信号、すなわち一連の比較的はっきりした最大値および最小値を含む信号を検出する。いくつかのパルスにわたって測定を行い、積分を行うことで、検出器は、良好に解像された曲線を蓄積することができる。それらの曲線のピークのタイミングは、中央のピークまたは谷の深さまたは高さ同様、トランスポンダへの入射の角度の余弦の関数であり、データについて適切なフィッティングおよび処理を行うことによって、変調器への入射の角度の余弦を割り出すことが可能である。
【００６７】
角度測定モードの第２の実施形態においては、インタロゲータが、一連のパルスを送信し、トランスポンダから逆反射される光を測定する。トランスポンダは、「解放および拘束」モードで動作し、インタロゲータからのパルスの検出の後に、所定の時間だけ遅延させて解放時間を開始させる。「解放および拘束」の各サイクルにおいて、逆反射検出器は、トランスポンダからのパルスを検出し、各パルスの振幅を記録できる。インタロゲータが、パルスＮとパルスＮ＋１との間の時間遅延が、パルスＮ−１とパルスＮとの間の時間遅延にいくらかの増分Ｄｔを加えた値に等しくなるように、パルス間のタイミングをゆっくりと変化させる場合、結果として、各パルスが、変調器の応答曲線の異なる部分によって変調されることになり、数パルスの期間にわたり、インタロゲータは、変調器の透過プロファイルの全体をストロボ状に採取することになる。このデータによって、インタロゲータは、トランスポンダへの入射の角度を推定することができる。
【００６８】
第１の通信モードにおいて、インタロゲータは、変調装置のインタロゲートのために、パルスの列を使用する。変調装置が、到着する信号のタイミングおよび角度検出器からの角度を検出する。過去のパルス列の時間履歴から、変調装置は、次のパルスの到着時刻を予測することができる。変調装置は、内部のクロックおよびルックアップテーブルを使用し、次のパルスが到着するときに変調器によってもたらされる透過が最大または最小のとなるような時点で、マイクロミラーアレイを解放する。あるいは、最小の透過を、単にマイクロミラーをプルダウン位置に保持することによって得てもよい。受信器が、パルスを検出し、論理１であるか、あるいは論理０であるかを判断する。このモードは、最大の範囲にわたって性能をもたらす。
【００６９】
第２の通信モードにおいては、インタロゲータが、一連のタイミングパルス（あるいは、タイミングの目的に使用できる鋭い縁を有する一連の矩形パルス）を送信できる（送信しなくてもよい）。これを、インタロゲーション用の擬似連続パワーに重ねることができる。変調装置は、タイミングパルスを検出するが、到着角度の割り出しは試みない。変調装置は、２つのやり方のうちの一方で、「解放および拘束」機構を動作させる。すなわち、論理「１」を示すためにパルスを変調し、論理「０」を示すために変調を行わない（あるいは、この反対）。あるいは、２つの所定の時間遅延のうちの一方において、論理「１」または論理「０」を示すべく変調を行う。前者の利点は、低帯域の検出器で、変調が加えられたか否かを示す小さな透過の変化を検出できる点にある。後者の技法の利点は、論理「１」および論理「０」の検出が能動的に示される点にある。
【００７０】
あるいは、真のＣＷインタロゲーション９１において、変調の存在９２または非存在９３を検出することができ、あるいはインタロゲータが、信号積分時間が変調信号の高周波積分に比べて遅い場合に予想される信号強度の小さな変化を検出できるのであれば、タイムキーシフト変調の存在を検出することができる。
【００７１】
インタロゲータは、タイミングパルスおよびアナログの戻りを受信する。到着の角度にかかわらず、逆反射されたタイミングパルスを参照することによって、アナログの戻りのタイミングを認識することができる。
【００７２】
遠隔角度検出モードにおいて、目標は、遠方の変調装置への入射の角度を割り出すことにある。これは、例えば、変調装置からの信号を最大にするためにインタロゲータがどの方向に移動すべきかを判断するために、あるいは変調器の向きを割り出すために、有用であると考えられる。インタロゲータが、擬似ＣＷビームで変調器を照らし、マイクロミラーが解放および拘束されるときの時間分解された逆反射を検出する。検出された信号をテンプレートに照らし合わせることによって、プロセッサは、特定の入射角度に一致するテンプレートを特定できる。
【００７３】
強度安定化モードにおいて、目標は、（例えばシンチレーションに起因して）入力ビームが繰り返し速度に比べて遅い時間軸において変動しているときに、出力ビームの平均を安定させることにある。入射パワーが、特定の程度の減衰をもたらすように同期させられた変調器に入射する。入射パワーに変動が存在する場合、減衰を調節して、全体としてのレーザパワーが一定の値に保たれるように保証するため、マイクロミラーの解放時刻に小さなタイミングの変化を加えることができる。到着するビームが、例えば論理「１」および論理「０」のパルス列であって、シンチレーションによって生じるよりゆっくりとした強度の変動を有する場合、システムを、このゆっくりと変化する変動が安定化によって取り除かれるが、より高速な論理「１」と論理「０」除との間の変化は残されて、後に検出できるように、変調することができる。この手法を、自由空間光レーザ通信システムにおいて信号を検出するために、大きなダイナミックレンジの検出器の代わりに用いることができる。
【００７４】
空間光変調モードにおいては、アレイ上のマイクロミラーのグループが、ビームを横切る空間パターンを生み出すように解放される。これを、例えば信号処理およびビームの操縦など、他の空間光変調器が現在使用されているさまざまな用途に使用することができる。
【００７５】
ビーム操縦モードにおいて、個々の素子のそれぞれの解放時刻が制御される場合、マイクロミラーアレイの各素子の位相を効果的に制御することが可能である。各素子の位相を制御することによって、伝搬方向を制御することができる。したがって、これを、それぞれのマイクロミラーを個々に制御できる場合に、レーザビームを所定の方向に操縦するために使用することができる。
【００７６】
ファブリーペローエタロンの特徴をさらに詳しく検討すると、ＭＯＥＭＳミラー−基板変調器の透過を、反射率がシリコンへと適用されるフレネル反射の式によって決定される２つの反射面を有する単純な構造としてのシステムを検討することによってモデル化できる。ファブリーペローエタロンの透過は、
【数１】
2009512849.tif 000003
によって与えられ、ここでφ＝（４π／λ）Ｌｃｏｓθである。ここで、プレート間の間隔が、Ｌによって与えられ、入射の角度が、θによって与えられ、波長は、λである。各表面の反射率が、Ｒによって与えられ、透過が、Ｔによって与えられる。
【００７７】
変調器およびコーナーキューブ逆反射器の組み合わせを考えると、反射される光が、２つの偏光成分の組み合わせによって決定される点が、注目される。インタロゲータが円偏光または非偏光である場合を考えると、到着の角度にかかわらず、２つの偏光の等しい強度が存在する。入射光が、等しい量の「ｓ」偏光（Ｅベクトルが表面に平行）および「ｐ」偏光（Ｅベクトルが透過および反射ビームの平面内にある）の光を有する。それぞれの偏光が異なる量だけ透過し、部分偏光のビームが、コーナーキューブ逆反射器へと進入する。この偏光が、逆反射器の性質に応じて、さまざまな量で解消される。コーナーキューブ逆反射器が金属でコートされている場合には、偏光特性は保存される。コーナーキューブ逆反射器が誘電体に拠る場合には、特定の角度について偏光が大きく解消される。後者の場合、近似として、ビームの偏光がコーナーキューブによって完全に解消されると仮定される。偏光が解消されたビームが、エタロンを通過して第２の経路を、光源へと戻る。
【００７８】
したがって、変調された逆反射は、
【数２】
2009512849.tif 000004
となると考えられ、ここで、Ｃｒｅｔｒｏは、逆反射の成分であり、ＴｓおよびＴｐは、それぞれｓおよびｐ偏光の透過であり、Ｒｃｃは、コーナーキューブの反射率である。
【００７９】
通過において、透過光の位相Ψは、
【数３】
2009512849.tif 000005
なる関係によって与えられる。ここでφ＝（４π／λ）Ｌｃｏｓθである。
【００８０】
次に、図１０を参照すると、変調器のマイクロミラーの制御の論理図が示されている。ローカルレジスタが初期化１０１され、タイミングパルスが検出１０２されたとき、タイミングカウンタが開始１０３される。パルスが、予想の時間窓に到着１０４した場合、角度または角度範囲（あるいは、角度範囲または「ビン」）の割り出し１０６から１０９が行われる。次いで、明らかにされた入射角度に応答して、マイクロミラーの解放時刻１１１および次のパルスの予想到着時刻１１２が決定される。これは、有利には、ルックアップテーブル１１０を利用することができる。次いで、プロセスが、新たな予想窓について繰り返し１１３される。変調器は、予想窓内のパルスの受信に繰り返し失敗する場合には、終了１０５でき、あるいは他の適切な動作をとることができる。
【００８１】
システムが、入射の所与の到着角度に合わせて変調器を最適化できるよう、角度検出器が必要とされる可能性がある。２つの例が、以下に説明される。
【００８２】
ここで図１１を参照すると、第１の装置が、角度検出器をいくつかの「角度ビン」のうちの１つに属するものとして特定している。
【００８３】
検出器は、基板の下方に位置する複数（典型的には、６つ）の検出器を備える。基板は、非透過性のコーティングを上面に有し、開口は、サイズの異なる環または円板である。下方の表面には、検出素子の付近を除いてコーティングは存在せず、検出素子の付近には、検出器を覆い隠すマスク領域が、一様なサイズのピンホール開口とともに存在している。検出器は、それぞれ下方の表面の開口のうちの１つの下方に配置されている。
【００８４】
上方の表面の環と下方の表面の穴との整列は、光が所与の入射角度の範囲内にて入射する場合にのみ、光が下方の検出器へと対の開口を通過するような整列である。光が通過できる角度の範囲は、上方の表面の環の内径および外径、基板の厚さおよび屈折率、ならびに基板の下部穴の直径によって定められる。検出素子の付近を除いてコーティングが存在せず、したがって光がダイオード開口に進入する前に複数回の反射（誤った角度信号を生じさせ得る）を受けることはない。
【００８５】
最大２ｍｍの厚さを有する基板、および５０ミクロン程度以上のフィーチャのサイズにおいては、回折が比較的軽微であって、検出器を通過する透過が幾何学的な検討によって決定されることが、モデル化によって示されている。
【００８６】
角度θｉで表面へと入射するＦ（Ｊ／ｍ２）の一様な光束が、内側半径ｒ１および外側半径ｒ２を有する上側表面の環を通って透過される。透過する光束は、
【数４】
2009512849.tif 000006
によって与えられる。
【００８７】
上記において、短縮の影響が、係数ｃｏｓθｉを導入し、角度依存の透過が、Ｔ（θｉ）として明示的に取り入れられている。
【００８８】
上方の環のパターンが、下方の表面に影を形成し、環の中心は
ｄ＝ｗｔａｎ（θｒ）
なる位置に位置し、ここで、ｗは基板の厚さであり、θｒは、基板内の屈折の角度である。
【００８９】
半径ｒ３を有する下方の開口を通過する透過は、ブーリアンの重なり合いの積分によって与えられる。
【００９０】
これのモデル化が、最良の角度分解能が、基板の厚さが低い屈折率を有し、厚さが最大化されるときに達成されることを示している。また、或る１つのビンと次のビンとの間の変わり目において検出器の雑音が最小化されるよう、「角度ビン」のわずかな重なり合いを有することが最良であることが明らかになっている。
【００９１】
次に、図１２ａを参照すると、厚さ２ｍｍのシリカおよび厚さ１００ミクロンのフィーチャのサイズの場合についての角度検出器の透過のモデル化が、感度にわずかな重なり合いが存在し、重なり合いの点の付近において検出器の信号を最大にすることを明らかにしている。
【００９２】
シリコンをモデル化したとき、特には大きな角度において、きわめて乏しい分解能しか達成できないことが明らかになった。これは、強力な屈折によってすべての光が垂直に向かって曲げられるため、空気中での到着角度に５度の相違が存在しても、下方の表面上の環の影の変位の相違は、きわめて小さなくなってしまうためである。厚さ１．５ｍｍの基板を使用した最近のモデル化は、これも成功することを示している。２ｍｍの基板については、最大の環の直径は１．４ｍｍである。
【００９３】
任意の所与の到着角度について、複数の検出器が信号を記録できることが示されている。タグが最強の信号を特定し、これを特定の角度ビンの知らせとして使用することが提案される。これは、３つのエラーの源にさらされ得る。検出器の感度のばらつきが、２つの角度ビンの間の境界におけるエラーにつながり得る。乱れが、強度を小さな距離について無相関にする可能性があり、或る１つの環における強度が、別の環における強度と相違する可能性がある。最後に、太陽束が、ＤＣ束として或る１つの検出器に入射する可能性があり、これが該当の検出器の感度を変化させる可能性がある。
【００９４】
入射の角度に応じてエタロンの間隔を調節する必要があることが指摘されている。これを行うための最も簡単なやり方は、現実的に対応できる１式のエタロン間隔を特定し、それぞれの特定の間隔について最適な「角度ビン」を特定することである。エタロンの透過を分析すると、
【数５】
2009512849.tif 000007
であり、
（２π／λ）×Ｌｃｏｓθ＝π／２にピークがあり、
所与のＬについて、θ＝ａｒｃｃｏｓ｛λ／４Ｌ｝のときがピークである。
【００９５】
図１２ｂが、角度θに対する最適な間隔Ｌのプロットを示している。
【００９６】
１式の一様に分布した間隔が選択される場合、それぞれの間隔について、角度範囲が異なることを見て取ることができる。例として、以下の角度範囲を有する６つの間隔が選択される。
【表１】
2009512849.tif 000008
【００９７】
これらの角度ビンを使用し、反射率がコートなしのシリコンのフレネル反射率によって決定される場合を検討する。
【００９８】
フレネル反射率は、
【数６】
2009512849.tif 000009
によって与えられる。
【００９９】
次に、図１３ａを参照すると、これらの反射率および上記表に提示した１式のエタロン間隔を使用し、種々の間隔について、角度に対する透過率を計算することができる。図は、論理「１」および論理「０」に対応する間隔について、角度に対する逆反射信号のプロット、フレネル反射係数によって決定される反射率を示している。
【０１００】
次に、図１３ｂを参照すると、論理「１」レベルおよび論理「０」レベルの間のコントラストが、２つのシリコン表面によるフレネル反射にもとづく単純なエタロンについて計算されている。
【０１０１】
結果は、垂直入射の付近の約９から１２のコントラスト係数が、６０度の近くでは３まで低下することを示している。低下は、平行偏光の反射率が入射の角度がブリュースター角に近付くにつれて低下し、この偏光についてのエタロンの鋭敏さが低下するために生じる。結果として、「論理０」状態の透過率が、異常に高くなる。これは、エタロンの構造を、ここで検討した単純なエタロン構造よりも高度化しなければならないことを示している。
【０１０２】
次に、図１４を参照すると、入射の角度が０°から６０°へと増加するにつれて、移動するミラーの最大および最小の信号のための変位が、どのように変化するのかが示されている。これを考慮に入れ、ミラーの解放のタイミングを、最大の透過または逆反射のために最適化することができる。
【０１０３】
次に、図１５ａを参照すると、光学式の角度検出器の第２の実施形態が、２つの検出器１５１３、１５１４および両者を覆う窓１５１２を備える。一方の検出器１５１４は、角度依存の透過特性を有して検出器へと近付く光学経路に位置しているフィルタ素子１５１１（例えば、１つ以上のコーティングまたは層を備える）を有する。このコーティングは、一方の検出器１５１４を覆っているが、第２の検出器１５１３は覆っておらず、装置は、２つの検出器のそれぞれにおいて受信される光信号の強度の間の比を測定することによって機能する。該当する到着角度を明らかにするために、ルックアップテーブルを使用することができる。
【０１０４】
他の実施形態においては、他の構成も使用可能である。一般に、それぞれの検出器において受信される光信号の間の差（または、比）が角度依存の特性を呈する限りにおいて、コーティングおよび層を、両方の検出器の前方に配置することができる。
【０１０５】
望ましくない干渉の影響を、窓１５１２が検出器１５１３、１５１４の表面に平行でないように保証することによって、軽減することができる。
【０１０６】
次に図１７を参照すると、２つの検出器の比が、入射角度の関数として示されている。図示の例において、入射の角度が垂直に対して０度から６０度へと増加するとき、比がほぼ二次関数的に増加することを見て取ることができる。したがって、この変化を、どのような分解能が必要とされても、雑音および検出器の感度の変化にさらされても、入射の角度を割り出すために使用することができる。
【０１０７】
好ましい実施形態において、入射光ビームは、入射光のｓおよびｐ成分について振幅が等しいよう、偏光しておらず、あるいは円偏光であるべきである。そうでない場合、検出器は、偏光の方向ならびに光の入射角度に左右される。
【０１０８】
次に図１６を参照すると、角度依存の透過を有する素子として使用するためのエッジフィルタベースの設計の透過特性が示されている。エッジフィルタベースの設計は、フィルタ素子が入射光に対して傾けられるとき、波長に対する透過率の曲線が、所与の固定の波長の入射光について素子を通過する透過が変化するように変化するという特徴を呈する。この場合、フィルタの設計は、基本的には、基本の高／低の層のペアの繰り返しが比較的少ない４分の１波長誘電体ミラーの設計である。これは、角度の傾きにつれて緩やかな応答がもたらされ、入射角度の割り出しのための能力が高められるよう、比較的「ソフト」なエッジをもたらす。フィルタのコーティングを、例えば、五酸化タンタルおよび二酸化シリコンの（この順の）９つの交互の層からなり得る。しかしながら、場合によっては知られているエッジ−フィルタの設計にもとづき、層の同様な高／低の屈折率のペアをもたらす別の材料の組み合わせも使用可能である。従来のエッジ−フィルタは、はるかに多くの繰り返しを有し、角度に対してより迅速に変化し、曖昧さのない入射角度の割り出しをより困難にするハードエッジな応答を有する。
【０１０９】
次に図１７を参照すると、２つの検出器によって測定された値の間の比が、フィルタ素子への入射角度が変化するにつれて変化することを見て取ることができる。２つの検出器を使用することで、「角度信号」がレーザ出力またはレーザパルスエネルギーから独立であるように保証される。
【０１１０】
図１７に示した比が、ＭＥＯＭＳマイクロミラーベースの変調器の最適な間隔が角度とともに呈する「二次関数形状」（図１４）と同じ「二次関数形状」で、角度とともに変化することに留意されたい。これは、この角度検出器の感度（垂直入射の付近において低く、６０度の付近において高い）が、角度を割り出すための一般的要件（すなわち、垂直入射においては精度があまり必要とされず、入射の角度が６０度に近付くにつれてより高い精度が必要とされる）によく一致することを意味する。
【０１１１】
次に図１５ｂを参照すると、上述の実施形態においては、フィルタの透過が、垂直からの入射角度が大きくなるにつれて減少しているが、入射角度に関して反対の特性を有するフィルタ、すなわち入射の角度が垂直から増加するにつれて透過が大きくなるフィルタも使用可能であることは、当業者にとって明らかであろう。さらに、反対の透過特性のフィルタ１５１１、１５１５がそれぞれの検出器１５１４、１５１３の上方に位置する構成を、さらなる角度の識別をもたらすために使用することができる。そのような場合、２つの検出器において検出される信号の受信強度の比の変化が、図１５ａの単一のフィルタの場合に比べて、より幅広い範囲の値をとる。
【０１１２】
本明細書の教示を理解しようとする当業者にとって明らかであるとおり、本明細書に提示したあらゆる範囲および装置の意義は、求める効果を失うことなく拡張または変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１ａ】本発明による典型的なマイクロミラー素子および典型的なばね構造の斜視図を示している（基板は示されていない）。
【図１ｂ】本発明によるマイクロミラー素子および典型的なばね構造の側面図を示している。
【図１ｃ】本発明によるマイクロミラー素子のアレイの平面図を示している。
【図２】本発明によるマイクロミラーと基板との間の離間の時間変化の概略のグラフを示している。
【図３ａ】垂直な入射角度について、本発明による光変調器の透過特性の概略のグラフを示している。
【図３ｂ】６０度の入射角度について、本発明による光変調器の透過特性の概略のグラフを示している。
【図４】本発明による変調器の時間に対する動的応答の概略のグラフを示している。
【図５】本発明による印加電圧を透過信号と比較する概略のグラフを示している。
【図６】本発明による第１の変調装置の概略図を示している。
【図７】本発明による第２の変調装置の概略図を示している。
【図８】逆反射器を取り入れてなる本発明による第３の変調装置の概略図を示している。
【図９ａ】逆反射器を取り入れてなる本発明による第４の変調装置の概略図を示している。
【図９ｂ】逆反射器を取り入れてなる本発明による第５の変調装置の概略図を示している。
【図９ｃ】本発明によるシステムの概略図を示している。
【図１０】本発明による変調方法のフロー図を示している。
【図１１】本発明による第１の検出器の概略図を示している。
【図１２ａ】本発明に従い、入射の角度に対する角度検出器の透過の概略のグラフを示している。
【図１２ｂ】本発明に従い、角度に対する最適な間隔の概略のグラフを示している。
【図１３ａ】本発明に従い、入射の角度に対する角度検出器の透過のさらなる概略のグラフを示している。
【図１３ｂ】本発明に従い、論理「１」と論理「０」との間のコントラストの概略のグラフを示している。
【図１４】本発明に従い、入射の角度に対するミラーの変位の例を示している。
【図１５ａ】本発明による第１の光検出器の概略図を示している。
【図１５ｂ】本発明による第１の光検出器の概略図を示している。
【図１６】本発明によるフィルタ素子の透過特性の概略のグラフを示している。
【図１７】本発明に従い、入射の角度につれて変化する透過率の概略のグラフを示している。
【図１ａ】
2009512849.tif 000010
【図１ｂ】
2009512849.tif 000011
【図１ｃ】
2009512849.tif 000012
【図２】
2009512849.tif 000013
【図３ａ】
2009512849.tif 000014
【図３ｂ】
2009512849.tif 000015
【図４】
2009512849.tif 000016
【図５】
2009512849.tif 000017
【図６】
2009512849.tif 000018
【図７】
2009512849.tif 000019
【図８】
2009512849.tif 000020
【図９ａ】
2009512849.tif 000021
【図９ｂ】
2009512849.tif 000022
【図９ｃ】
2009512849.tif 000023
【図１０】
2009512849.tif 000024
【図１１】
2009512849.tif 000025
【図１２ａ】
2009512849.tif 000026
【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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