(57)【要約】改善されたチューナブルガンマ応答を有する装置が開示される。装置は、単一の面(15)に位置する互い違いの能動エレメントと受動エレメントからなる複数の間隔をおいたエレメント(32)と、ガンマコントローラと、変位コントローラとを有する光変調器を含む。ガンマコントローラは、ガンマ電圧を基板(38)に印加し、複数の間隔をおいたエレメントを基板に近いバイアス面(16)まで変位させる。反射モードにおいて、複数の間隔をおいたエレメントは、衝突する光ビームに対する鏡のようなミラーとして機能する。回折モードにおいて、変位コントローラは、変位電圧を能動エレメントに印加する。この時点で、能動エレメントがバイアス面に平行な第２の面まで移動し、光変調器に入射する光ビームが回折されるようになる。検出された光信号の照度は、変位電圧の約１．７５〜３．０（ガンマ応答）のべき乗に比例する。
2005531808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光ビームを変調するための変調器であって、
ａ．互いに平行に、かつ実質的に第１の面内に形成された複数の間隔をおいた細長い部材であって、一つおきの部材が第１の部分をなしており、残りの部材が第２の部分をなしている、複数の間隔をおいた細長い部材と、
ｂ．前記複数の間隔をおいた細長い部材をバイアス面まで変位させるためのガンマコントローラであって、前記バイアス面が前記第１の面に平行である、ガンマコントローラと、及び
ｃ．前記間隔をおいた部材の第１の部分を、入射光ビームを反射するために前記バイアス面まで変位させ、かつ入射光ビームを回折するために前記バイアス面に平行な第２の面まで変位させるための変位コントローラとを含む、変調器。
【請求項２】
前記間隔をおいた細長い部材が基板の上方に取り付けられている、請求項１の変調器。
【請求項３】
前記バイアス面および前記第２の面が、入射光ビームの約１／４波長の奇数倍数だけずれている、請求項１の変調器。
【請求項４】
前記変位コントローラにより、前記間隔をおいた部材の第１の部分が前記基板の方へ曲げられる、請求項２の変調器。
【請求項５】
前記第２の面から前記基板までの距離が、前記第１の面から前記基板までの距離の約２／３よりも大きい、請求項２の変調器。
【請求項６】
前記複数の間隔をおいたエレメントを変位させるために前記ガンマコントローラを活性化することにより、前記変調器のガンマ応答が改善される、請求項１の変調器。
【請求項７】
前記ガンマ応答が、約１．７５〜約３の範囲まで改善される、請求項６の変調器。
【請求項８】
前記ガンマコントローラが第１の電圧信号を含む、請求項１の変調器。
【請求項９】
前記変位コントローラが第２の電圧信号を含む、請求項１の変調器。
【請求項１０】
入射光ビームを変調する方法であって、その方法が、
ａ．実質的にバイアス面にいるように、互いに平行に形成された複数の間隔をおいた細長い部材にバイアスをかけるステップと、及び
ｂ．前記間隔をおいた部材のうちの第１の部分を、入射光ビームを反射するために前記バイアス面まで変位させ、かつ入射光ビームを回折するために第２の面まで変位させるステップとを含む、方法。
【請求項１１】
前記バイアス面および前記第２の面が、入射光ビームの約１／４波長の奇数倍数だけずれている、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記複数の間隔をおいた細長い部材を基板の上方に取り付けるステップを更に含む、請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記バイアスをかけるステップが、前記複数の間隔をおいた細長い部材と前記基板との間に第１の電圧を印加することを含む、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記変位させるステップが、前記間隔をおいた部材のうちの第１の部分と前記基板との間に第２の電圧を印加することを含む、請求項１０の方法。
【請求項１５】
前記複数の間隔をおいた細長い部材にバイアスをかけるステップにより、変調器のガンマ応答が改善される、請求項１０の方法。
【請求項１６】
前記ガンマ応答が約１．７５〜約３の範囲まで改善される、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記第２の面から前記基板までの距離が、前記第１の面から前記基板までの距離の約２／３よりも大きい、請求項１４の方法。
【請求項１８】
入射光ビームを変調するための変調器であって、
ａ．入力信号の関数として第１の伝達関係を有する入力信号に応答して、入射光ビームを選択的に反射および回折するための手段と、及び
ｂ．前記変調器にバイアスがかけられた場合に、前記変調器が第２の伝達関係を有するように、前記変調器にバイアスをかけるための手段とを含む、変調器。
【請求項１９】
入射光ビームと回折された入射光ビームとの間の前記第２の伝達関係が、約１．７５から約３の間にある累乗を有する指数的な関係である、請求項１８の変調器。
【請求項２０】
前記第１の伝達関係と前記第２の伝達関係が、前記変調器のガンマ応答の関数である、請求項１９の変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを変調するための方法と装置に関する。より具体的には、本発明は、改善されたガンマ応答を有することにより、光信号をより効率的に変調するために電気機械的にバイアスがかけられる光変調器に関する。
【０００２】
発明の背景
光変調装置に関して、印加された信号（通常は電圧）と結果としての出力照度との間の関係は、応答関数または伝達関数と呼ばれる。多くの装置の場合、この応答関数は、Ｉ＝ｋＶγの関数の形を近似し、ここで、Ｉは出力照度であり、Ｖは印加された電圧であり、ｋは、検討中の装置に選択された任意の定数であり、γ（ガンマ）は、変調器の応答を決定し、べき指数である。従って、光変調器はそれらの「ガンマ」応答によって簡単に記述され得る。１のガンマ値は、照度が印加信号と直線的に変化する光変調器を記述する。係る装置が画像ディスプレイ装置で使用される場合、画像の最も暗い部分において見ることのできる粒状度または目に見える「段」を有さずに、画像をレンダリングすることは難しい。このため、より高いガンマ値がディスプレイ装置に望ましい。また、最高の画像再生は、ソースガンマ又は内容ガンマ（content gamma）と呼ばれる、画像が当初に記録された態様にディスプレイ装置のガンマを一致させることにより、得られることができる。従来の画像ソースガンマ値は２〜３の範囲内である。
【０００３】
様々な用途に最適化され得るチューナブルガンマ応答を有する光変調器が必要とされている。
【０００４】
発明の概要
本発明の実施形態は、改善されたチューナブルガンマ応答を有する装置を含む。装置は、第１の面に位置する互い違いの能動エレメントと受動エレメントを有する複数の間隔をおいたエレメントと、ガンマコントローラと、変位コントローラとを有する光変調器を含む。ガンマコントローラは、ガンマ電圧を基板に印加し、間隔をおいたエレメントを第１の面に平行な、好適には基板に近いバイアス面まで引き寄せる静電界を生成する。反射モードにおいて、複数の間隔をおいたエレメントの全てはバイアス面に位置し、複数の間隔をおいたエレメントに当たる光ビームは、複数の間隔をおいたエレメントが鏡のようなミラーとして働くように実質的に反射される。回折光のみを受け入れる低雑音光受信器（一次受信器）は、実質的にゼロの照度を有する信号を検出する。回折モードにおいて、変位コントローラは、変位電圧を能動エレメントに印加する。変位コントローラに応答して、能動エレメントが、バイアス面に実質的に平行な、好適には基板に近い第２の面まで移動し、光変調器に入射する光ビームが実質的に回折されるようになる。この時点で、一次受信器は非ゼロの照度を有する信号を検出する。検出された信号の照度は、変位電圧の、ガンマ応答として知られた指数の累乗に比例する。好適には、ガンマ応答は約１．７５〜３．０の間である。
【０００５】
実施形態の詳細な説明
本発明の実施形態は、光ビームを変調し、かつチューナブルガンマ応答を有する光変調器を含む。光変調器において、光は、複数の間隔をおいた細長いエレメントに当たる。一つおきの間隔をおいた（能動）エレメントに変位電圧のような入力信号を印加することにより、能動エレメントは、衝突する光が実質的に反射されるか、又は実質的に回折されるように、選択的に変形する（曲がる）。従って、シュリーレン光学システムのような一次回折光のみを受け入れる低雑音光受信器（一次受信器）は、光ビームが実質的に回折される場合には、非ゼロの照度Ｉ１を有する光を検出し、光が実質的に反射される場合には、ほとんどゼロ又はゼロの照度Ｉ１を有する光を検出する。入力信号と照度Ｉ１との間の伝達関係のべき指数は、ガンマ応答と呼ばれる。本発明を光変調器に適用することにより、チューナブルガンマ応答を有する光変調器が提供される。かくして、変位電圧と照度との間の関係が、種々のニーズに適合するように最適に調整され得る。
【０００６】
一次受信器は、変調された光を使用する多くの装置、又は情報を光学的に伝えるために光を変調する多くの装置と結合され得る。例えば、装置は、投影ディスプレイ装置およびコンピュータトゥプレート（ＣＴＰ：ダイレクト刷版）の製品上に個々のピクセルを照射するために変調光ビームを使用する高精細度の画像ディスプレイ装置、光データをルータの宛先ポートへ、又はシステムの故障中に冗長な機器へルーティングするために変調光ビームを使用する光スイッチ、光ファイバを介して伝送される光信号のパワーの不均衡を補正するために変調光ビームを使用するダイナミック利得イコライザ、及び可変波長範囲内で信号をフィルタリングして除去するために変調光ビームを使用するダイナミックチューナブルフィルタに使用され得る。
【０００７】
本発明の実施形態による光変調器２０は、図１に概略的に示される。光変調器２０は好適には、第１の支柱３４と第２の支柱３６により基板３８の上に浮かされている細長いエレメント３２を含む。細長いエレメント３２の各々は、導電および反射表面４０を含む。基板３８は導体４２を含む。動作中、光変調器２０は、反射モード及び回折モードから選択された変調光を生成するように動作する。
【０００８】
光変調器２０は細長いエレメント３２を含む。細長いエレメント３２は、互いに平行に、第１の面内に実質的に位置するように形成される。細長いエレメント３２の各々は、導電および反射表面４０、並びに弾性材料４４を含む。基板３８は導体４２を含む。
【０００９】
動作中、ガンマ電圧が基板３８の導体４２に印加される。以下に説明されるように、ガンマ電圧が印加される前では、細長いエレメント３２は第１の面内に実質的に位置する。ガンマ電圧は、細長いエレメント３２を曲げて基板３８の方へ変位させる静電界を生成する。ガンマ電圧が印加されると、細長いエレメント３２は、第１の面に平行なバイアス面まで、及び基板３８より上のギャップ長さＧ（図３）までわずかに実質的に変位する。より詳細に以下に説明されるように、この変位は、光変調器２０に改善されたガンマ応答を提供する。
【００１０】
図２は、基板３８（即ち、基板３８の導体４２）にガンマ電圧が印加されていない状態にある図１の光変調器２０の断面を示す。図２は、細長いエレメント３２が第１の面１５に実質的に位置することを示す。
【００１１】
図３は、ガンマ電圧が基板３８に印加され、ゼロの電圧が細長いエレメント３２に印加された状態にある図２の光変調器２０を示す。図３は、細長いエレメント３２が第１の面と実質的に平行な第２の（バイアス）面１６まで基板３８に接近するように距離Ｈだけ変位していることを示す。バイアス面１６は、基板３８より上の距離Ｇの位置にある。図３の距離ＧとＨは、一定の縮尺に従わずに描かれており、例示のために単に誇張された距離として示される。実際には、距離Ｈは距離Ｇのごくわずかな距離である。
【００１２】
図４は、反射モードにある光変調器２０を示す。反射モードにおいて、細長いエレメント３２の導電および反射表面４０は、入射光Ｉが細長いエレメント３２から反射されて反射光Ｒを発生するように、バイアス面１６に位置する。図４では、ガンマ電圧が基板３８に印加され、ゼロ電圧が細長いエレメント３２に印加されている。
【００１３】
図５は、回折モードにある光変調器２０を示す。回折モードにおいて、変位電圧により、一つおきの細長いエレメント３２がバイアス面１６から、基板３８に近い第２の面１７まで移動する。変位電圧に応答して第２の面まで移動した細長いエレメントのその部分は、能動エレメント（active element）と呼ばれ、細長いエレメント３２の残りの部分は、受動エレメント(passive element)と呼ばれる。変位電圧は、細長いエレメント３２の能動エレメントの反射および導電表面４０に印加される。変位電圧は、最大の回折を達成するために、細長いエレメント３２の互い違いになっている能動エレメントと受動エレメントとの間で、好適には入射光Ｉの約四分の一波長λ／４の高さ差分を結果としてもたらす。四分の一波長λ／４の高さ差分により、プラス１及びマイナス１の回折次数Ｄ＋１及びＤ−１を含む回折光が生成される。従って、能動エレメントに印加された変位電圧により、光変調器２０は反射モードから回折モードに移行する。
【００１４】
理解されるように、図４及び図５の入射および反射光ビームの周期的な特性に起因して、能動エレメントと受動エレメントとの間の約λ／４の任意の奇数倍数の高さ差分により、プラス１及びマイナス１の回折次数Ｄ＋１及びＤ−１を含む回折光が生成される。以下の説明において、λ／４の高さに対する任意の基準は、λ／４の奇数倍数である高さを含み、ゼロの高さに対する任意の基準は、λ／４の偶数倍数である高さを含む。
【００１５】
上述したように、図４と図５はそれぞれ、反射モード及び回折モードにある光変調器２０を示す。能動エレメントの撓みが四分の一波長λ／４よりも少ない場合には、入射光Ｉは反射および回折され、反射光Ｒ並びにプラス１及びマイナス１の回折次数Ｄ＋１及びＤ−１を含む回折光が生成される。即ち、能動エレメントの四分の一波長λ／４より少ない撓みにより、光変調器２０に可変反射率がもたらされる。
【００１６】
当業者には容易に明らかになるように、導電および反射表面４０は、多層の誘電体反射器および導電要素によって置き換えられることができ、この場合、導電要素はそれぞれの細長いエレメント３２内に埋め込まれる。
【００１７】
図１〜図５は、６つの細長いエレメント３２を有する光変調器２０を示すが、光変調器２０は好適には、更に多くの細長いエレメント３２を含む。３つ以上の細長いエレメント３２を設けることにより、細長いエレメント３２は、ピクセルと呼ばれるグループとして機能することができる。好適には、各ピクセルは、細長いエレメント３２の２つからなるグループである。代案として、各ピクセルは、より多くの細長いエレメント３２からなるグループである。
【００１８】
当業者には容易に明らかになるように、用語「ピクセル」は、ディスプレイの画素の具体的な定義ではなく、光変調器のエレメントの文脈で本明細書で使用されている。
【００１９】
光変調器は、例えば、１９９４年５月１０日にBloom他に発行された「METHOD AND APPARATUS FOR MODULATING A LIGHT BEAM」と題する米国特許第５，３１１，３６０号、及び１９９８年１１月２４日にBloom他に発行された「FLAT DIFFRACTION GRATING LIGHT VALVE」と題する米国特許第５，８４１，５７９号で更に説明されており、それら特許文献の双方は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２０】
図１の光変調器の細長いエレメント３２にガンマ電圧を印加することに関する利点は、図６ａ〜図６ｃを参照することによってより良く理解される。図６ａは、能動エレメントに印加された電圧Ｖ（変位電圧）とゼロ電圧が基板に印加された場合に能動エレメントが基板３８の方へ変位する距離ｄとの間の関係を示すグラフである。図６ａは、距離ｄがおおよそ式ｄ∝Ｖ２によって変位電圧Ｖに関係づけられることを示す。図６ａは、変位電圧Ｖが或る中間電圧Ｖ０よりも低い場合に距離ｄがほぼゼロであり、変位電圧Ｖが臨界電圧Ｖ１を上回る場合に距離ｄが不均衡に大きくなることを示す。動作中、光変調器は通常、Ｖ１よりも低い変位電圧で動作する。
【００２１】
図６ｂは、例えばシュリーレン光学システムのような一次回折光のみを受け入れる低雑音光受信器によって検出された対応する照度Ｉ１とｄとの間の関係を示す。図６ｂは、式Ｉ１∝ｓｉｎ２（２πｄ／λ）に従って照度Ｉ１が変動することを示し、ここで、λは入射光ビームの波長であり、ｄは能動エレメントと受動エレメントとの間の距離である。とりわけ、図６ｂは、小さな撓みｄがゼロに等しい又はほぼゼロに等しい場合に、対応する照度Ｉ１がゼロであることを示す。
【００２２】
図６ｃは、図６ａと図６ｂのグラフの畳み込みを示し、変位電圧Ｖと照度Ｉ１との間の関係を示す。図６ｃは、変位電圧Ｖが小さい場合に、対応する照度Ｉ１が小さく、変位電圧Ｖが大きい場合に、対応する照度Ｉ１が大きくなることを示す。多くの光変調器について、この関係は、式Ｉ１＝ｋＶγにより与えられ、ここでγは１〜４の或る値を有する。図６ｃは、入射光ビームの１／４波長（λ／４）に等しい距離だけ、能動エレメントをバイアス面から基板まで撓ませるのに十分な電圧に対応する最大照度５０を更に示す。
【００２３】
ガンマ電圧Ｖｇ＝−Ｖ０を基板３８の導体４２に印加することにより、図１の光変調器２０は、Ｖ＝Ｖ０の右側の方にある図６ａのグラフの部分で動作する。今、光変調器がＶ＝Ｖ０の右側の方にある図６ｃのグラフの部分で動作しているので、たとえ小さくても異なる変位電圧により、一意の非ゼロの照度Ｉ１が生じる。かくして、例えば、画像ディスプレイ装置では、小さいけれども一意の入力信号（即ち、変位電圧）により、一意の照度が生じる。従って、たとえ低く照明されたピクセルでも何らかのコントラストを示す。入力信号は、例えば、二値の重み付けされた電圧とすることができるが、理解されるように任意の形態の入力信号を用いることができる。
【００２４】
印加電圧Ｖと図６ａに示された撓みｄとの間の関係は、図１の光変調器の場合に、基板３８と細長いエレメント３２との間の静電容量が細長いエレメント３２と基板３８との間の距離が減少するにつれて、増大するという事実から起きる。従って、変位電圧Ｖが印加されて細長いエレメント３２を基板３８の方向に距離ｄだけ移動する場合、細長いエレメント３２を基板３８の方へ追加の距離ｄだけ移動させるのに必要なのは、より少ない追加の変位電圧ΔＶである。
【００２５】
理解されるように、細長いエレメント３２と基板３８との間の電圧差（Ｖ−Ｖｇ）は、能動エレメント３２を基板３８に近い第２の面まで引き寄せる静電電位（ここでは、正の電圧差）を生じる。ガンマ電圧Ｖｇと変位電圧Ｖとの間の電圧差（Ｖ−Ｖｇ）が細長いエレメント３２と基板３８との間に静電界を生成するのに十分である限り、ガンマ電圧は任意の電圧（正、負、又はゼロ）とすることができる。このように、例えば、一実施形態において、ガンマ電圧Ｖｇは−５ボルトに等しい。細長いエレメントに印加された電圧と基板に印加された電圧との間の電圧差（０ボルト−（−５）ボルト、即ち＋５ボルト）は、細長いエレメント３２を基板３８に近いバイアス面まで引き寄せるのに十分である。この実施形態において、変位電圧Ｖは、光変調器が反射モードに置かれる０ボルトから、光変調器が回折モードに置かれる１０ボルトまでの範囲にわたることができる。
【００２６】
別の実施形態において、ガンマ電圧Ｖｇは−３ボルトに等しい。細長いエレメントに印加された電圧と基板に印加された電圧との間の電圧差（０ボルト−（−３）ボルト、即ち＋３ボルト）は、細長いエレメント３２を基板３８に近いバイアス面まで引き寄せるのに十分である。このように、変位電圧Ｖは、光変調器が反射モードに置かれる０ボルトから、光変調器が回折モードに置かれる１２ボルトまでの範囲にわたることができる。
【００２７】
更に別の実施形態において、ガンマ電圧Ｖｇは０ボルトに等しい。細長いエレメント３２と基板３８との間の電圧差（Ｖボルト−０ボルト、即ち＋Ｖボルト）が細長いエレメント３２を基板３８に近いバイアス面まで引き寄せる静電電位を生成するのに十分であるように、正の電圧Ｖが細長いエレメント３２に印加されてもよい。その場合、光変調器は反射モードにいる。能動エレメントに印加される追加の電圧は、能動エレメントを基板に近い第２の面まで引き寄せ、光変調器を回折モードに置く。理解されるように、本発明の実施形態は、電圧差が生成されて、能動エレメントを好適には基板に近いバイアス面まで引き寄せるように、基板または細長いエレメントに印加されるガンマ電圧と作用することができる。
【００２８】
理解されるように、上記の実施形態の光変調器は、能動エレメントと基板との間に生成される静電電位、並びに受動エレメントと基板との間に生成される静電電位でもって三端子デバイスとして機能する。
【００２９】
図１に示された光変調器２０は、基板３８より上の第２の面の高さがバイアス面と基板３８との間のギャップ距離Ｇの２／３より大きい場合に、最も効率的に動作する。基板３８より上の第２の面の高さが（２／３）Ｇより小さい場合には、能動エレメントが共通の面３８に突っ込み、光変調器を回復できないぐらいに損傷する。基板３８より上に約（２／３）Ｇの距離だけ能動エレメントを第２の面まで変位させる変位電圧は、ＶＳＮＡＰと呼ばれ、切り換え電圧とも呼ばれる。本発明の一実施形態において、基板より上の第２の面の高さは、約（３／４）Ｇである。理解されるように、ギャップ距離Ｇが増加すると、ＶＳＮＡＰが増加し、ひいては損傷の可能性が低減される。
【００３０】
また、本発明による実施形態は、基板３８に或る範囲のガンマ電圧を印加することによるチューナブルガンマ応答を有する光変調器も提供する。これが実施され得る容易性が図７〜図１０に示され、それらは以下に説明される。図７〜図１０に示されたグラフを生成するために使用された方程式を検討することは有用である。
【００３１】
概して、細長いエレメント３２の能動エレメントの撓みｄは、式（１）で与えられる実験的に導き出された式により、変位電圧Ｖ、ガンマ電圧Ｖｇ、ギャップ長さＧ、及びエレメントが基板の方に持ってこられる電圧ＶＳＮＡＰに関連する。
ｄ（Ｖ）＝０．４Ｇ[[1-((Ｖ−Ｖｇ)／ＶＳＮＡＰ)２]０．４４４−１]      （１）
照度Ｉ１は、式（２）により、変位電圧Ｖ、式（１）で記述された関数ｄ（Ｖ）、Ｖｇ、及び入射ビームの波長λに従って変動する。
Ｉ１（Ｖ）＝[ｓｉｎ[（２π／λ）（ｄ（Ｖ−Ｖｇ）−ｄ（０−Ｖｇ））]２    （２）
【００３２】
式（２）において、式ｄ（Ｖ−Ｖｇ）は、回折モードにある能動エレメントの全体的な撓みに関連し、バイアス面までの撓みにλ／４の撓み距離を加算した撓みになる。式ｄ（０−Ｖｇ）は、第１の面からバイアス面までの受動エレメントの撓みに関連し、図３に示された距離Ｈである。
【００３３】
図７〜図１０は、図１の光変調器２０に関して、式（１）と（２）を用いて生成され、光変調器のガンマがガンマ電圧Ｖｇの関数として如何に変動するかを示す。図７は、４つのグラフ、グラフ１００〜１０３を示し、それぞれのグラフは、変位電圧Ｖボルトと変位電圧が印加される細長いエレメントのバイアス面からの対応する変位（ナノメートル単位）との間の関係を示す。
【００３４】
図７において、グラフ１００は、変位電圧Ｖとガンマ電圧Ｖｇ＝０ボルトの場合のバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示す。グラフ１０１は、変位電圧Ｖとガンマ電圧Ｖｇ＝−１ボルトの場合のバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示す。グラフ１０２は、変位電圧Ｖとガンマ電圧Ｖｇ＝−２ボルトの場合のバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示す。また、グラフ１０３は、変位電圧Ｖとガンマ電圧Ｖｇ＝−３ボルトの場合のバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示す。
【００３５】
グラフ１００〜１０３は、ガンマ電圧Ｖｇを減らすことにより、それに呼応して所与の変位電圧がより大きい変位ｄを有するようになることを示す。例えば、ガンマ電圧Ｖｇ＝０（グラフ１００に対応する）の場合、変位電圧Ｖ＝Ｖ０は、０に等しい撓みｄを生じる。この時にグラフ１００の傾きはゼロである。ガンマ電圧Ｖｇが−３ボルト（グラフ１０３に対応する）に減らされる場合、変位電圧Ｖ＝Ｖ０は非ゼロの値を有する。この時にグラフ１０３の傾きは、正である。ガンマ電圧を更に減らす場合には、バイアス面の細長いエレメントが基板に更に接近するように持ってこられ、変位電圧Ｖ対細長いエレメントの変位ｄの傾きは、増加する。即ち、小さい変位電圧は、かなり大きな変位ｄを生じることができる。以下に説明されるように、これにより、その結果として、ガンマ値を減らした状態の光変調器が製作され得る。
【００３６】
図８はグラフ１１０〜１１３を示し、それぞれのグラフは、図７に示されたように、変位電圧Ｖとバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示す。グラフ１１０〜１１３はそれぞれ、グラフ１１０〜１１３が単に対数目盛りで各軸にプロットされているという点で、図７のグラフ１００〜１０３とは異なる。グラフ１１０は、ガンマ電圧Ｖｇ＝０ボルトの場合に、変位電圧Ｖとバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示し、変位電圧Ｖと変位ｄが対数でプロットされている。グラフ１１１は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−１ボルトの場合に、変位電圧Ｖとバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示し、変位電圧Ｖと変位ｄが対数でプロットされている。グラフ１１２は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−２ボルトの場合に、変位電圧Ｖとバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示し、変位電圧Ｖと変位ｄが対数でプロットされている。グラフ１１３は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−３ボルトの場合に、変位電圧Ｖとバイアス面からの能動エレメントの変位ｄとの間の関係を示し、変位電圧Ｖと変位ｄが対数でプロットされている。
【００３７】
図９はグラフ１２０〜１２３を示し、グラフ１２０〜１２３は、変位電圧Ｖと種々のガンマ電圧に対する図１の光変調器の対応する正規化された一次回折照度Ｉ１との間の関係を示す。グラフ１２０は、ガンマ電圧Ｖｇ＝０ボルトの場合に、変位電圧Ｖと対応する一次照度Ｉ１との間の関係を示す。最大照度を表す点は、入射光ビームの１／４波長の撓みｄに対応し、図９に示された範囲外にあるので示されていない。
【００３８】
グラフ１２１は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−１ボルトの場合に、変位電圧Ｖと対応する一次照度Ｉ１との間の関係を示す。点１２１ａは最大照度を表し、入射光ビームの１／４波長の撓みｄに対応する。
【００３９】
グラフ１２２は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−２ボルトの場合に、変位電圧Ｖと対応する一次照度Ｉ１との間の関係を示す。点１２２ａは最大照度を表し、入射光ビームの１／４波長の撓みｄに対応する。
【００４０】
グラフ１２３は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−３ボルトの場合に、変位電圧Ｖと対応する一次照度Ｉ１との間の関係を示す。点１２３ａは最大照度を表し、入射光ビームの１／４波長の撓みｄに対応する。このように、グラフ１２０〜１２３は、ガンマ電圧を減らす（ひいては細長いエレメントを基板に近いバイアス面に引き寄せる）ことにより、所与の変位電圧がより大きな照度をもたらすことを示す。この関係は、図１０に更に示される。
【００４１】
図１０はグラフ１３０〜１３３を示し、グラフ１３０〜１３３は、変位電圧Ｖと種々のガンマ電圧に対する図１の光変調器の対応する正規化された一次回折照度Ｉ１との間の関係を示す。グラフ１３０〜１３３はそれぞれ、グラフ１３０〜１３３が対数目盛りで各軸にプロットされているという点で、図９のグラフ１２０〜１２３とは異なる。グラフ１３０〜１３３のそれぞれの傾きは、式（３）により与えられる。
γ＝ｌｏｇＩ１／ｌｏｇＶ        （３）
式（３）は、変位電圧と一次回折照度Ｉ１との間の関係を規定し、光変調器のガンマを規定する。
【００４２】
グラフ１３０は、ガンマ電圧Ｖｇ＝０ボルトの場合に、変位電圧Ｖの対数と一次回折照度Ｉ１の対数との間の関係を示す。このグラフの傾き、それ故にガンマ応答は、約４である。グラフ１３１は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−１ボルトの場合に、変位電圧Ｖの対数と一次回折照度Ｉ１の対数との間の関係を示す。このグラフの傾き、それ故にガンマ応答は、約３．１である。グラフ１３２は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−２ボルトの場合に、変位電圧Ｖの対数と一次回折照度Ｉ１の対数との間の関係を示す。このグラフの傾き、それ故にガンマ応答は、約２．７である。グラフ１３３は、ガンマ電圧Ｖｇ＝−３ボルトの場合に、変位電圧Ｖの対数と一次回折照度Ｉ１の対数との間の関係を示す。このグラフの傾き、それ故にガンマ応答は、約２．５である。このように、グラフ１３０〜１３３は光変調器のガンマ電圧Ｖｇを変更することにより、伝達関係、ひいてはガンマ応答が調整され得ることを示す。
【００４３】
図１１は、ガンマ電圧Ｖｇと光変調器の対応するガンマ応答値（γ）をプロットしたグラフを示す。図１１のグラフは、正の変位電圧を有する。しかしながら、理解されるように、光変調器は電圧差を使用し、動作するために絶対電圧を使用しないので、他の電圧が印加され得る。図１１は、図１の光変調器のガンマ電圧を変化させることにより、ガンマ応答が或る範囲の値を取るように調整され得ることを示す。
【００４４】
チューナブルガンマ応答を有する光変調器は、多くの用途を有する。例えば、第１のガンマ応答を有する第１の装置用に生成された画像は、第１のガンマ応答を有するように調整された第２の装置で表示され得る。従って、第２の装置で生成された結果としての画像は、第１の装置で行われたように見えるように調整され、又は任意のコントラストの画像の態様を有するように調整され得る。理解されるように、チューナブルガンマ応答を有する光変調器は、変調された光を使用する製品の他の使用法も有することができる。
【００４５】
当業者には容易に理解されるように、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の思想と範囲から逸脱せずに、他の様々な修正を実施形態に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】代表的な光変調器を概略的に示す図である。
【図２】第１の面内に細長いエレメントを有する図１の光変調器の断面を示す図である。
【図３】細長いエレメントがバイアス面まで変位するように、ガンマ電圧が基板に印加された状態にある図１の光変調器の断面を示す図である。
【図４】図１の光変調器の断面、入射光ビーム、及び反射光ビームＲを示す図である。
【図５】図１の光変調器の断面、入射光ビーム、及び回折波面を示す図である。
【図６ａ】変位電圧と図１の光変調器の能動エレメントの撓みとの間の関係を示すグラフである。
【図６ｂ】図６ａに示された撓みと一次回折の照度Ｉ１との間の関係を示すグラフである。
【図６ｃ】図６ａのグラフと図６ｂのグラフの畳み込みを示し、ひいては変位電圧と図１の光変調器の結果としての照度との間の関係を示すグラフである。
【図７】ガンマ電圧が０ボルト、−１ボルト、−２ボルト、及び−３ボルトに等しい場合の変位電圧と図１の光変調器の能動エレメントのバイアス面からの撓みとの間の関係を示すグラフである。
【図８】変位電圧と図１の光変調器の能動エレメントのバイアス面からの撓みとの双方が対数目盛りでプロットされて描かれた図７のグラフを示す図である。
【図９】ガンマ電圧が０ボルト、−１ボルト、−２ボルト、及び−３ボルトに等しい場合の変位電圧と図１の光変調器の正規化された一次回折の照度との間の関係を示すグラフである。
【図１０】変位電圧と図１の光変調器の正規化された一次回折の照度との双方が対数目盛りでプロットされて描かれた図９のグラフを示す図である。
【図１１】ガンマ電圧と光変調器のガンマとの間の関係を示すグラフである。
【図１】
2005531808.tif 000003
2005531808.tif 000004
【図４】
2005531808.tif 000005
【図５】
2005531808.tif 000006
【図６ａ】
2005531808.tif 000007
2005531808.tif 000008
2005531808.tif 000009
【図７】
2005531808.tif 000010
【図８】
2005531808.tif 000011
【図９】
2005531808.tif 000012
【図１０】
2005531808.tif 000013
【図１１】
2005531808.tif 000014
【国際調査報告】
2005531808.tif 000015