(57)【要約】  干渉計（１０）を較正する方法は、電気信号（２２０）の印加に応じて光学ギャップ（１５）を制御するようになっているアクチュエータ（５０）を使用する。所定の略単色の波長を有し、第１の所定の入射角（６５）を有する光ビーム（６０）が干渉計に照射され、アクチュエータに印加される電気信号（２２０）を変化させる間に、干渉計から第２の所定の角度（７５）で反射する光（７０、８０）が検出され、それにより、印加される電気信号と干渉計の光路長との間に較正された関係が確立される。
2008507696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射表面と、第２の反射表面（２５、３５）と、前記第１の反射表面と前記第２の反射表面との間の光学ギャップ（１５）とを有する干渉計（１０）を較正する方法であって、
ａ）電気信号の印加に応じて前記光学ギャップを制御するアクチュエータ（５０）を設けるステップ（Ｓ１０）と、
ｂ）所定の波長を有する略単色性の光（６０）のビームを前記干渉計に照射するステップ（Ｓ２０）であって、前記ビームは前記第１の反射表面及び前記第２の反射表面のうちの少なくとも一方に対して第１の所定の入射角（６５）となっている、照射するステップ（Ｓ２０）と、
ｃ）前記アクチュエータ（５０）に印加する電気信号（２２０）を変化させる（Ｓ３０）間に、前記第１の反射表面及び前記第２の反射表面のうちの少なくとも一方に対して第２の所定の角度（７５）で前記干渉計から反射する光（７０、８０）を検出するステップ（Ｓ４０）であって、前記印加する電気信号と前記干渉計の光路長との間に較正関係を確立する、検出するステップ（Ｓ４０）とを含むことを特徴とする干渉計を較正する方法。
【請求項２】
ｄ）前記第１の所定の入射角（６５）と異なる少なくとも１つの第２の入射角（９５）を有するその後の入射光（９０）へ適用するために、前記較正関係を補正するステップ（Ｓ７０）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の干渉計を較正する方法。
【請求項３】
前記アクチュエータ（５０）は静電アクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載の干渉計を較正する方法。
【請求項４】
前記アクチュエータ（５０）は複数の制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を備え、各制御板は定まった制御板面積を有し、制御板電圧の印加により前記光学ギャップを制御することを特徴とする請求項１に記載の干渉計を較正する方法。
【請求項５】
前記干渉計から反射する光を検出するステップ（Ｓ４０）は、アナログ出力信号を有する電子フォトセンサ（１８０）を使用して行われ、前記方法は、
ｅ）前記電子フォトセンサの前記アナログ出力信号をデジタルフォトセンサ信号に変換するステップと、
ｆ）前記デジタルフォトセンサ信号の選ばれた値をメモリに記憶するステップ（Ｓ５０）とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の干渉計を較正する方法。
【請求項６】
第１の反射表面と、第２の反射表面（２５、３５）と、前記第１の反射表面と前記第２の反射表面との間の光学ギャップ（１５）とを有する干渉計（１０）を較正する方法であって、
ａ）電気信号の印加に応じて前記光学ギャップ（１５）を制御するアクチュエータ（５０）を設けるステップ（Ｓ１０）と、
ｂ）所定の波長を有する略単色の光（６０）のビームを前記干渉計に照射するステップ（Ｓ２０）であって、前記ビームは前記第１の反射表面及び前記第２の反射表面（２５、３５）のうちの少なくとも一方に対して第１の所定の入射角（６５）となっている、照射するステップ（Ｓ２０）と、
ｃ）一連の離散的ステップで前記アクチュエータに印加する前記電気信号を変化させるステップ（Ｓ３０）であって、その間に、アナログフォトセンサ出力（２３０）を有するフォトセンサ（１８０）を使用して前記第１の反射表面及び前記第２の反射表面（２５、３５）のうちの少なくとも一方に対して第２の所定の角度（７５）で前記干渉計から反射する光（７０、８０）を検出する（Ｓ４０）、変化させるステップ（Ｓ３０）と、
ｄ）前記アナログフォトセンサ出力（２３０）をデジタルフォトセンサ信号に変換するステップと、
ｅ）前記アクチュエータに印加する前記電気信号の各離散的ステップに対応するデジタルフォトセンサ信号のデジタル値を記憶するステップ（Ｓ５０）と、
ｆ）前記印加する電気信号の各離散的ステップに対応する光路長を計算するステップであって、前記印加する電気信号と前記干渉計の光路長との間に較正関係を確立する、計算するステップとを含むことを特徴とする干渉計を較正する方法。
【請求項７】
ｇ）前記第１の所定の入射角（６５）と異なる少なくとも１つの第２の入射角（９０）を有するその後の入射光へ適用するために、前記較正関係を補正するステップ（Ｓ７０）をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の干渉計を較正する方法。
【請求項８】
第１の反射表面と、第２の反射表面（２５、３５）と、前記第１の反射表面と前記第２の反射表面との間の光学ギャップ（１５）とを有する干渉計（１０）を較正する方法であって、
ａ）複数の制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を有する静電アクチュエータを設けるステップ（Ｓ１０）であって、各制御板は定まった制御板面積を有し、制御板電圧の印加により前記光学ギャップ（１５）を制御するようになっている、設けるステップ（Ｓ１０）と、
ｂ）前記干渉計に略単色の光（６０）を照射するステップ（Ｓ２０）と、
ｃ）定まった電圧を前記複数の制御板の各制御板に選択的に印加する間に、前記干渉計から反射する光（７０、８０）を検出するステップ（Ｓ４０）であって、前記印加する制御板電圧と前記干渉計の光路長との間に較正関係を確立する、検出するステップ（Ｓ４０）とを含むことを特徴とする干渉計を較正する方法。
【請求項９】
前記複数の制御板は、連続した２の累乗（１、２、４、…、２N-1）に等しい整数比である定まった制御板面積を有するＮ個の制御板を含むことを特徴とする請求項８に記載の干渉計を較正する方法。
【請求項１０】
前記複数の制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の前記制御板は、一番外側の制御板（１５０）を含む入れ子状の構成に配置され、前記一番外側の制御板（１５０）以外の各制御板は別の制御板で囲まれていることを特徴とする請求項８に記載の干渉計を較正する方法。
【請求項１１】
前記干渉計に略単色の光（６０）を照射するステップ（Ｓ２０）は、単一の所定のレーザ波長を有するレーザ（１７０）を使用して行われることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の干渉計を構成する方法。
【請求項１２】
ファブリ−ペロー干渉計（１０）であって、
ａ）略平行し、光学ギャップ（１５）で離間している第１の反射表面及び第２の反射表面（２５、３５）と、
ｂ）複数の静電制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を含む、前記光学ギャップを制御する手段であって、各静電制御板は定まった制御板面積を有し、制御板電圧の印加により前記光学ギャップ（１５）を制御するようになっており、前記制御板面積は整数比である制御する手段とを備えることを特徴とするファブリ−ペロー干渉計。
【請求項１３】
ファブリ−ペロー干渉計（１０）であって、前記制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の制御板面積の前記整数比は２の累乗であることを特徴とする請求項１２に記載のファブリ−ペロー干渉計。
【請求項１４】
前記複数の制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の前記制御板は、一番外側の制御板（１５０）を含む入れ子状の構成に配置され、前記一番外側の制御板（１５０）以外の各制御板は別の制御板で囲まれることを特徴とする請求項１２に記載のファブリ−ペロー干渉計。
【請求項１５】
請求項１２に記載のファブリ−ペロー干渉計（１０）を複数備えることを特徴とする光学干渉ピクセルディスプレイ。
【請求項１６】
複数の制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）を有する静電アクチュエータ（５０）を使用して、第１の反射表面と、第２の反射表面（２５、３５）と、前記第１の反射表面と前記第２の反射表面（２５、３５）の間の光学ギャップ（１５）とを有する干渉計（１０）を較正する方法であって、
ａ）前記干渉計に略単色の光（６０）を照射するステップ（Ｓ２０）と、
ｂ）定まった電圧を前記複数の制御板（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）の各制御板に選択的に印加することにより前記光学ギャップを制御するステップ（Ｓ３０）と、
ｃ）前記干渉計から反射する光（７０、８０）を検出するステップ（Ｓ４０）であって、前記印加する制御板電圧と前記干渉計の光路長との間に較正関係を確立する、検出するステップ（Ｓ４０）とを含むことを特徴とする干渉計を較正する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には干渉計素子、このような素子を製造する方法に関し、特にこのような素子を較正する装置及び方法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、同時係属中であり、本願と同じ譲受人に譲渡され、２００３年４月３０日に出願された特許出願第１０／４２８２６１号（米国特許第７０７２０９３号）、２００４年２月１８日に出願された同第１０／７８２４８８号（代理人整理番号２００３１５６２５−１）、及び２００４年３月５日に出願された同第１０／７９４６３６号（代理人整理番号２００３１４９２１−１）に関連し、これらそれぞれの全開示を参照により本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、通常、薄膜技術を使用して開発され、電気部品及びマイクロ機械部品の両方を備えるシステムである。ＭＥＭＳ素子は、光学表示システム、圧力センサ、流量センサ、及び電荷制御アクチュエータ等の様々な用途で使用されている。いくつかの種類のＭＥＭＳ素子は、静電気力又は静電エネルギーを使用して、電荷を蓄えることができるマイクロ機械電極を移動させ、又はその移動を監視する。或る種のＭＥＭＳ素子では、所望の結果を実現するために、電極間のギャップの距離が、静電気力と機械的な復元力とのバランスをとることによって制御される。
【０００４】
光学的な機能を実行するように設計されているＭＥＭＳ素子が、様々な手法を用いて開発されてきた。一手法によれば、変形可能な可撓性膜が電極の上方に位置決めされ、電極へ静電気力で引き寄せられる。他の手法は、シリコン若しくはアルミニウムのフラップ又はビームを使用し、これが上部導電層を形成する。このような光学的な用途では、導電層は反射特性を有し、可撓性膜は静電気力を使用して変形するので、導電層に入射する光の向きを変える。
【０００５】
より具体的には、光学干渉素子と呼ばれる種類のＭＥＭＳは、下板（及び場合によっては上板）を基準としたピクセル板の厳密な間隔に基づいて色を生成する。この間隔は２つの力、すなわち板の電圧及び電荷に基づく静電引力と、ピクセル板の位置を帯電した板から離れた状態に保つ１つ又は複数の「支持構造部」のばね定数と、のバランスの結果によるものにすることができる。ギャップ距離を制御する既知の一手法は、連続制御電圧を電極に印加するというものであり、制御電圧が増加するとギャップ距離が低減し、この逆もまた成り立つ。しかし、厳密なギャップ距離制御は、この干渉素子が受ける動作温度の変動、干渉素子に印加される電圧の変動、支持構造部間の材料のばらつき、及び他のシステム変動を含むいくつかの要因による影響を受け得る。
【０００６】
干渉計素子を較正する既知の一方法は、アナログ制御回路を使用して連続的な可変電圧を生成し、これを干渉計素子のピクセル板及び帯電した板、たとえば下板に印加するというものである。各色に対応する印加電圧の較正は、反射光の色を見つけるため、カラーフィルタ及び対応するフォトセンサを備えるカラーセンサを使用して行われる。
【０００７】
本開示の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を図面と併せて読めば当業者には容易に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
説明を明確にするために、図面は均等な縮尺で描かれていない。具体的には、縦方向及び横方向の縮尺が互いに、また図面毎に異なり得る。この点に関して、「上」、「下」、「前」、「後」、「先端」、「後端」等の方向を示す用語は、説明している図面（複数可）の向きに関して用いられる。本発明の部品は複数の異なる向きに位置決め可能であるため、方向を示す用語は例示を目的として用いられ、決して限定するものではない。たとえば、本発明の文脈の中で、「上部リフレクタ」が「下部リフレクタ」に対して可動である干渉計は、「下部リフレクタ」が「上部リフレクタ」に対して可動である別の干渉計と機能的には均等になることを当業者は認識しよう。
【０００９】
本発明の一態様は、第１の反射表面及び第２の反射表面並びにその間に光学ギャップを有する干渉計を較正する方法の実施形態を提供する。この方法の実施形態は、電気信号の印加に応じて光学ギャップを制御するようになっているアクチュエータを設けるステップと、干渉計に単色光ビームを第１の所定の入射角で照射するステップと、アクチュエータに印加される電気信号を変化させる間に、第２の所定の角度で干渉計から反射する光を検出するステップであって、それによって印加される電気信号と光路長との間に較正された関係を確立させる、検出するステップとを含む。したがって、このようなアクチュエータを使用しての干渉計素子の較正は、フォトセンサ及び単一波長の入射光を使用して反射光の相対変化を測定することによって達成される。
【００１０】
本発明の別な態様は、アクチュエータ板の片面又は両面が分割されていて、キャビティ間隔を静電駆動で決める干渉計（たとえば、ファブリ−ペロー干渉計）の実施形態を提供する。この実施形態のいくつかでは、この分割を使用して一体型デジタル／アナログ変換器を形成することができる。これにより、たとえば下板の各セクションの電圧を、一方は接地状態（０ボルト）であって他方は所定の非ゼロ電位Ｖである２つの所定の電位の間で切り替えることができる。所望であれば、両方の電位は異なる所定の非ゼロ電位Ｖ’及びＶ’’であってもよい。
【００１１】
本発明の別な態様には、分割板素子の較正方法の実施形態を含む。少なくとも１つの実施形態では、分割板に印加されるいくつかの電圧によって制御されるギャップ距離は互いに関連する。したがって、このような実施形態ではまた、電圧に対する較正も、フォトセンサ及び単一波長の光を使用して相対的反射を測定することによって達成することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、静電アクチュエータを使用して干渉計を較正する方法の実施形態を提供する。本発明の他の態様には、干渉計素子の実施形態及びこのような素子を製造する方法の実施形態を含む。
【００１３】
本発明の各種態様は、ファブリ−ペロー素子等の干渉計のキャビティ距離を、細かく分けられた一連のステップで、カラーフィルタ、複数のカラーソース、又は色感知素子を使用することなく較正できるようにする。較正は、略単色（単一波長）の放射を有するＬＥＤ又はレーザ等の単一の光源を使用するとともに単一のフォトセンサを使用して実現することができる。
【００１４】
本明細書において説明される装置のアクチュエータに単一の電圧を印加した物理的な結果は、光学的ギャップの大きさとなる。この光学的ギャップの大きさは、支持構造部のばね定数、板の厚さ、及び初期ギャップ等の各種要因に依存する。こういった要因は温度、湿度、大気圧等の変動によっても変化し得る。したがって、その影響が厳密に線形であるとしても、各板での電圧の切り替えによる光学ギャップ変化の傾き及びオフセットは事前に分からない。一般に、光学ギャップと印加される電圧との関係は厳密には線形でない場合があるが、非線形性であっても、本発明の方法を使用することによる干渉計の正確な較正が妨げられるものではない。
【００１５】
本発明の特に便利で効果的な実施形態では、干渉計は、光学的キャビティ間隔（光学ギャップ）決めを静電気力で行うアクチュエータ板を有し、アクチュエータ板の片面又は両面は２つ以上のセグメントに分割される。アクチュエータ板のこの分割は、一体型デジタル／アナログ変換器を形成するのに使われる。すなわち、デジタル／アナログ変換器はそのまま干渉計になる。これにより、たとえば、下板の各セクションの電圧をバイナリ様式でたとえば０Ｖと上板に対して固定の電位との間で切り替えることができる。これらの板は、２の累乗である比、すなわち１、２、４、８、…等の比になる面積を有する。各板セクションに２つのバイナリ電圧の順列により、細かい一連のステップで制御される板の相対的な移動が発生する。これらのステップは、２つのバイナリ電圧からアクチュエータ板の各セクションに印加する電圧を１つだけ選択することで得られる。したがって、面積比８、４、２、及び１を有し、それに対応して電位の順列が（Ｖ8、Ｖ4、Ｖ2、Ｖ1）と表現される４つの板を有するアクチュエータの例示的なケースでは、２つの電位で１６個の順列がある。すなわち、（０，０，０，０）、（０，０，０，Ｖ）、（０，０，Ｖ，０）、（０，０，Ｖ，Ｖ）、（０，Ｖ，０，０）、（０，Ｖ，０，Ｖ）、（０，Ｖ，Ｖ，０）、（０，Ｖ，Ｖ，Ｖ）、（Ｖ，０，０，０）、（Ｖ，０，０，Ｖ）、（Ｖ，０，Ｖ，０）、（Ｖ，０，Ｖ，Ｖ）、（Ｖ，Ｖ，０，０）、（Ｖ，Ｖ，０，Ｖ）、（Ｖ，Ｖ，Ｖ，０）、及び（Ｖ，Ｖ，Ｖ，Ｖ）である。これら順列のそれぞれは、別個の光学キャビティ間隔を提供することになる。上述したように、この例での０ボルト及びＶボルトに代えて、両方の電位は異なる所定の非ゼロ電位Ｖ’及びＶ’’であってもよい。
【００１６】
ここでも、単一板アクチュエータと同様に、このような分割板アクチュエータを有する干渉計素子の較正は、フォトセンサ及び単一波長の入射光を使用して反射光の相対的変化を測定することによって実現される。分割板アクチュエータに印加される電圧により制御される光学ギャップの距離は互いに関連する。分割板セグメントの電圧は、関心のある波長のために望ましいわずかな値に設定することができる。次いで、板電圧を掃引して、フォトセンサへの反射光の放射照度を最大化することができる。
【００１７】
したがって、分割板干渉計素子は、単一の制御電圧を使用してギャップの大きさの変化を正確に制御する能力がある。この動作は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）が通常使用する基準電圧又は電流を分割し、基準電流又は電圧の所望の部分を生成する従来のＤＡＣの動作と同様である。
【００１８】
全体のギャップ電圧は、半導体ダイオードレーザ等の単一波長光源及び単純なシリコン−ダイオード光センサを使用して較正することができる。このようなレーザの波長は、それ自体の内部キャビティ長及び製造に使用される半導体の種類に応じて、通常、＋／−５ｎｍ（ナノメートル）以内であることが分かっているため、既知の波長を、干渉計からシリコン光センサに向かって反射する光の放射照度ピークを検出するリファレンスとして使用することができる。
【００１９】
図面を参照しつつ、１つの装置及び方法の実施形態について以下の詳細な説明で説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用可能な干渉計素子１０を概略的に示す一実施形態の側断面図である。この実施形態は、ファブリ−ペロー干渉計として一般に知られている干渉計の一例である。図１に示す実施形態は、下部反射表面２５を備えた下部要素２０及び上部反射表面３５を備えた上部要素３０を有する。上部反射表面３５は部分的にのみ反射特性を有し、入射光の一部を下部要素２０に透過させる。上部要素３０は支持構造部４０により、またこの特定の実施形態では第２の支持構造部４５により支持される。支持構造部４０及び／又は４５は、たとえば屈曲性のある支持部にすることができる。上部要素３０及び下部要素２０は略平行し（少なくともアクチュエータ５０への電気信号がない場合）、離間して光学ギャップ１５を形成する。光学ギャップ１５のギャップ寸法１６も図１に示される。
【００２１】
アクチュエータ５０は、光学ギャップ１５を制御する手段を提供する。アクチュエータ５０はたとえば、制御板電圧（図１に示さず）等の外部電気入力に応答する静電制御板にすることができる。光学ギャップを制御する他の代替のアクチュエータ手段にはたとえば、様々な既知の種類の磁気アクチュエータ、圧電アクチュエータ、熱電アクチュエータ、及び電気機械アクチュエータが含まれる。アクチュエータ５０は、図１の実施形態において下部要素２０に取り付けられて示されるが、別法として、上部要素３０に取り付けてもよく、又は上部要素及び下部要素の両方に取り付けてもよい。
【００２２】
干渉計を使用するには、入射光線６０が反射表面２５及び３５に向けられ、干渉計で干渉が発生した後、反射光線７０が現れる。図１では、入射光線６０は、干渉計の上面（上部反射表面３５）に対して入射角６５で入射する。反射光線７０は上部反射表面３５に対して角度７５で反射する。同様に、反射光線８０は下部反射表面２５に対して角度７５で出射する。本明細書及び図面での角度６５及び７５の測定の基準は、従来の基準である表面の法線ではなく、干渉計の上面（上部反射表面３５）それ自体であることに留意されたい。
【００２３】
光線６０及び８０はまた、通常、上部要素３０の屈折率が周囲媒質及び／又は光学ギャップ１５の任意の媒質、たとえば空気の屈折率と異なるため、上部要素３０を透過する間にスネルの法則に従って反射することを当業者は認識しよう。例示を簡略にするために、このような反射は図面に示さない。
【００２４】
図２は、２つの異なる組の光線を示す、干渉計素子の同様な実施形態の概略側断面図である。図２の左側では、入射光線６０並びに反射光線７０及び８０が、干渉計の較正中に使用される単色光を表し、所定の入射角６５で入射し、所定の角度７５で出射する。右側では、角度９５の入射光線９０及び角度１０５の反射光線１００が、較正後に干渉計が使用されるときの代表的な光線を示す。図２に示すように、角度９５及び１０５は較正に使用される所定の角度６５及び７５と異なり得る。さらに、干渉計素子１０の多くの用途では、使用中に入射する光線９０は多色であり、反射光線１００は、選択された色相又は干渉計素子の動作によって求められた主波長を有するという意味で単色であり得る。たとえば、使用に際して、入射光線９０は白色光で構成され、反射光線１００はアクチュエータ５０に与えられた入力に従って赤色光、緑色光、又は青色光であることができる。また、素子の使用に際して、角度９０及び１００の入射光線及び出射光線は或る角度範囲を含むもので、必ずしも定まった角度に限定されなくてもよい。
【００２５】
図３は、本発明により製造された干渉計素子の一実施形態についての一部の上面図であり、図４は、同じ実施形態の概略側断面図である。図３及び図４に示す実施形態では、アクチュエータ５０は複数の静電制御板１１０、１２０、１３０、１４０、及び１５０を備える。各静電制御板は定まった制御板面積を有する。各制御板は、別個の制御板電圧を以下示すように印加することによって光学ギャップを制御するようになっている。個々の制御板は、図４に示すように、略同一平面にあってもよく、干渉計の第１の反射表面及び第２の反射表面と略平行であってもよい。
【００２６】
特に有用なこのような干渉計の１つの実施形態では、制御板面積は整数比になっている。すなわち、各制御板の定まった制御板面積はある定数の整数倍である。具体的には、制御板面積のこういった整数比は２の累乗、すなわち１、２、４、８、…等であってもよい。より一般的には、この性質を有する制御板の数がＮの場合、定まった制御板面積は１、２、４、…、２N-1の整数比になる。例示の都合上、図３に示す制御板面積は、動作可能な構成を示しているが、必ずしも２の累乗の比を示しているわけではない。このような比の分割制御板を有するこのアクチュエータ構成は、一体型デジタル／アナログ変換器を形成する。したがって、このデジタル／アナログ変換器は干渉計にそのままでなる。これにより、アクチュエータ５０の各部の電圧をバイナリ様式で接地状態（０Ｖ）と単一の所定の非ゼロ電位との間で切り替えることができる。
【００２７】
図３及び図４の別な干渉計の実施形態では、静電制御板１１０、１２０、１３０、１４０、及び１５０が入れ子状の構成で配置される。したがって、一番内側の制御板及び一番外側の制御板があり、一番外側の制御板以外の各制御板は別の制御板で囲まれる。入れ子状の構成は、光学ギャップを設定するときの不安定性を回避するのに有用である。
【００２８】
図５は、図３に類似する、図４の実施形態と同じ部分についての別な上面図である。図５に示すように、入れ子状の配置は円形の制御板を有することができる。この構成では、一番内側に円形制御板があり、一番内側の円形制御板以外の各制御板は環状である。入れ子状であれ非入れ子状であれ、他の形状の制御板を使用することもできる。
【００２９】
図６は、干渉計素子の上部要素３０の一実施形態の概略側断面図である。この実施形態では、上部反射表面３５は（部分的な）反射率を増加させるようになっている薄膜２５０を有する。薄膜２５０は積層であってもよく、各層は、積層全体が所望の反射率を提供するような特定の望ましい光学的性質を有する。同様に、１層の薄膜又は薄膜の積層２６０は、たとえば上部要素３０の下側に反射防止の性質を持たせ、干渉計素子全体のコントラストを増幅させることができる。上部要素３０には、所望であれば、残りの薄膜を省くことによって薄膜２５０又は２６０のうちの１つのみで作ってもよい。光学表面の反射率の増加又は減少に有用な薄膜の多くの組み合わせが当業者に既知である。
【００３０】
図７は、較正中に使用される、干渉計素子１０の光学的側面及び電気的側面を示す一実施形態の概略側断面図である。較正のこういった側面を示すために、図７は、入れ子状の分割板アクチュエータを有する図４の実施形態のような素子を示すが、後述する各種の較正方法は他の素子の実施形態に適用することも可能である。
【００３１】
実質的に単色の光のソース１７０、たとえば実質的に単色の光出力を有するダイオードレーザ又は他の発光ダイオード（ＬＥＤ）を干渉計の較正に使用することができる。レンズ等の光学装置１９０を使用して、単色光を所望の向きの入射光線６０にすることができる。別なレンズ等の異なる光学装置２００を使用して、シリコンフォトダイオード等の単色光に応答するフォトセンサ１８０に反射光線７０を向けて、干渉計から検出される放射照度に比例する信号を提供することができる。支持構造部４０及び４５は、この実施形態では電気的に接地されている。
【００３２】
ソース１７０は電気信号２１０によって制御される。アクチュエータ５０の色々な部分は、それぞれの電気信号２２０により、たとえば静電アクチュエータ板電圧によって駆動される。フォトセンサ１８０の電気出力信号２３０は、較正中に読み取られる。コントローラ２４０（メモリ及び適切な入出力を有する従来の汎用コンピュータ等のプログラム可能なコンピュータであってもよい）を使用して信号２１０及び２２０を印加し、信号２３０を収集し、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換して記憶させることができる。コントローラ２４０は、埋め込みメモリ、適切な入出力、Ａ／Ｄ変換、及び適したプログラムを有する従来の埋め込みコントローラであってもよい。図８は、較正中に干渉計から検出される放射照度を示し、干渉計の較正方法と併せて以下説明する。
【００３３】
較正方法
図９は、干渉計、たとえばファブリ−ペロー干渉計を較正する新規な方法の一実施形態を示すフローチャートである。この方法は、上述したように第１の反射表面及び第２の反射表面を有するとともに、これらの間に光学ギャップを有する干渉計に使われる。方法の各ステップは参照符号Ｓ１０、Ｓ２０、…、Ｓ７０で示される。この方法を用いる色々な代替パスは矢印で示されるが、ステップの順番はいくらか変更が可能であり、いくつかのステップは同時に実行することも可能である。
【００３４】
図９の方法の実施形態は、電気信号の印加に応じて光学ギャップを制御するようになっているアクチュエータを設けるステップＳ１０を含む。ステップＳ２０において、干渉計に、所定の波長を有する実質的に単色の光ビームが照射される。このビームは、干渉計に対して（すなわち、第１の反射表面及び第２の反射表面のうちの少なくとも一方に対して）第１の所定の入射角６５になる。干渉計を照射するこのステップは、単一の所定のレーザ波長を有するレーザ（固体状態ダイオードレーザ等）を使用して行うことができる。
【００３５】
ここでも、本明細書及び図面（たとえば、図１及び図２）での角度６５、７５、９５、及び１０５の基準は従来の基準である表面の法線ではなく、干渉計の上面３５それ自体又は平行表面２５であることに留意されたい。この基準は任意に選択されるものであり、適切に幾何学的な変更が特許請求の範囲及び補正に使用される諸式に行われるなら、従来の法線基準を使用してもよいことを当業者は認識するであろう。
【００３６】
ステップＳ４０において、アクチュエータに印加する電気信号を変化させている（ステップＳ３０）間に、干渉計から反射した光が第２の所定の角度で検出される。干渉計から反射した光を検出するステップは、シリコンフォトダイオード等の電子フォトセンサを使用して行うことができる。
【００３７】
こうして、より詳細に以下説明するように、較正された関係が印加される電気信号と干渉計の光路長との間に確立される。この較正された関係についてのデータが、フォトセンサ信号を記憶するステップＳ５０及び上述したように対応するアクチュエータ信号又はアクチュエータ信号を決定するデジタルカウントを記憶するステップＳ６０によって記録される。印加する電気信号と干渉計の光路長との間の較正された関係は、非線形の関係であってもよい。印加する電気信号と干渉計の光路長との間の較正された関係は、単色光の既知の波長を考慮に入れて、少なくとも１組の印加する電気信号の値及びそれに対応する少なくとも１組のフォトセンサ信号の値から求められる。
【００３８】
干渉計が、図２を用いて上述したように較正後に使用される場合、その後の入射光は、所定の入射角６５と異なる少なくとも１つの入射角９０を有することができる。ステップＳ７０において、較正された関係は、必要であれば較正時と使用時の入射角の差に対して補正される。
【００３９】
このような場合、較正された関係は式
Ｌeff-use＝Ｌeff-cal（ｓｉｎＡ／ｓｉｎＢ）
に従って補正され、式中、Ａは第１の所定の入射角６５（較正に使用される）であり、Ｂは第２の所定の入射角９５（干渉計素子の使用時に発生する）であり、Ｌeff-useは使用中の有効光共振器長であり、Ｌeff-calは較正中の有効光共振器長である。この式の角度Ａ及びＢは、図２中に参照符号６５及び９５を使用してそれぞれ示されている。ここでも、このような較正の補正後、印加される電気信号と干渉計の光路長との間の較正された関係は非線形の関係であってもよい。
【００４０】
較正中の条件と使用中の条件との上述した別の相違は、単色光が較正に使用される一方で、その後の使用中の入射光は多色である（すなわち、単色ではない）場合があることである。このような場合では、その後の多色入射光はそれでもやはり、印加される電気信号と干渉計の光路長との間の較正された関係に従う。入射光は多色性であり得るが、干渉計から反射する光は略単色である。
【００４１】
もちろん、図９の方法及びそれを変形した実施形態は、定まった制御板面積をそれぞれ有し、制御板電圧の印加により光学ギャップを制御する複数の制御板を備える静電アクチュエータを有する干渉計と併用することができる。
【００４２】
干渉計から反射する光を検出するために使用される電子フォトセンサはアナログ出力信号を有してもよく、アナログ出力信号はデジタル／アナログ変換器によりデジタルフォトセンサ信号に変換することができる。デジタルフォトセンサ信号から選択された値は、メモリに記憶することができる。メモリは、上述したように、印加される電気信号を制御し、且つ／又は較正結果を記録するコントローラ２４０に設けてもよい。前記説明で分るように、コントローラは、干渉計の較正を行うようにプログラムされたコンピュータであってもよい。
【００４３】
したがって、干渉計を較正する方法である別な実施形態は、電気信号の印加に応じて光学ギャップを制御するアクチュエータを設けるステップと、干渉計に、所定の波長を有する単色光ビームを照射するステップであって、ビームは第１の反射表面及び第２の反射表面のうちの少なくとも一方に対して第１の所定の入射角にする、照射するステップと、一連の離散的ステップでアクチュエータに印加される電気信号を変化させるステップであって、その間に、アナログフォトセンサ出力を有するフォトセンサを使用して第２の所定の角度で干渉計から反射する光を検出する、変化させるステップと、アナログフォトセンサ出力をデジタルフォトセンサ信号に変換するステップと、アクチュエータに印加される電気信号の各離散的ステップに対応するデジタルフォトセンサ信号のデジタル値を記憶するステップと、印加される電気信号の各離散的ステップに対応する光路長を計算するステップであって、それによって印加される電気信号と干渉計の光路長との間に較正される関係を確立する、計算するステップとを含む。ここでも、較正関係が、較正中に使用される第１の所定の入射角と異なる少なくとも１つの入射角を有するその後の入射光に適用するために補正することができる。
【００４４】
較正方法の別な実施形態は分割板アクチュエータを使用する。この方法は、複数の制御板（各制御板は定まった制御板面積を有し、制御板電圧の印加により光学ギャップが制御される）を有する静電アクチュエータを設けるステップと、干渉計に単色光を照射するステップと、定まった電圧を各制御板に選択的に印加する間に、干渉計から反射する光を検出するステップであって、それによって印加される制御板電圧と干渉計の光路長との間に較正関係を確立する、検出するステップとを含む。上述したように、制御板は略同一平面上にあり、干渉計の第１の反射表面及び第２の反射表面と略平行であってもよい。
【００４５】
特に効率的で有効な別な較正方法の実施形態は、Ｎ個の制御板を有する静電アクチュエータを設けるステップであって、各制御板は定まった制御板面積を有し、制御板電圧の印加により光学ギャップを制御するもので、Ｎ個の制御板は、１、２、４、…、２N-1の整数比である定まった制御板面積を有する、静電アクチュエータを設けるステップと、干渉計に単色光を照射するステップと、Ｎ個の制御板の各制御板に定まった電圧を選択的に印加する間に、干渉計から反射する光を検出するステップであって、それによって印加される制御板電圧と干渉計の光路長との間に較正関係を確立する、光を検出するステップとを含む。
【００４６】
この実施形態では、各制御板の定まった制御板面積は定数の整数倍であり、制御板の定まった制御板面積は互いに２の累乗である整数比である。各種用途に向けて、整数比１及び２の定まった制御板面積を有する２つの制御板、整数比１、２、及び４の定まった制御板面積を有する３つの制御板、又は整数比１、２、４、及び８の定まった制御板面積を有する４つの制御板等、単純な構成を使用することができる。光路長がより細かく制御される例としては、Ｎ＝６個の板を使用してもよく、整数比は１、２、４、８、１６、及び３２である。Ｎ＝８個の板を使用する場合には、比は１、２、４、８、１６、３２、６４、及び１２８である。少なくとも２４までの板のバージョンが実用的であり、２４ビットの光路長分解能を提供する。
【００４７】
方法の実施形態はすべて、制御板が上述し図３及び図５に示したような入れ子状の構成で配置された干渉計を使用して実施することができる。
【００４８】
図８は、本発明により実行された、干渉計を較正する方法の一実施形態において検出された放射照度を示すグラフである。フォトセンサ１８０により検出される放射照度が縦軸３１０に記入され、光学ギャップに比例するデジタルカウントの各値が横軸３２０に記入される。描かれた曲線３００は、制御板配置によって形成された一体型デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を備えた図３、図４、図５、及び図７のようなアクチュエータによって生成されたアクチュエータの離散的ステップ移動による放射照度の離散的ステップを示す。この曲線は２つの極大３３０及び３４０を有し、ここでは、２つの程度の異なる干渉に対する各光路長が、上部反射表面３５及び下部反射表面３５から反射する光波間の最大増加に対応している。曲線３００の極小３５０は、対応する光路長が較正に使用される単色光の４分の１波長の奇数倍での干渉により最大相殺を発生させた場合に発生する。点３３０、３４０、及び３５０に対応する光路長はしたがって、較正に使用される単色光の既知の波長から求められる。上述したように、通常この波長は＋／−５ナノメートル（ｎｍ）であることが分かっている。当業者であれば、既知の波長を使用して得られる適切な放射照度データから光路長を求めるための計算をよく知っている（たとえば、Eugene Hechtによる教本「Optics」（Fourth Edition, Addison-Wesley, San Francisco, CA, 2002, pp. 421-425）参照）。
【００４９】
図１０は、本発明の１つの実施態様の方法によって行われる干渉計較正の例示的な結果を示す１９３１  ＣＩＥ色度図である。比較のため、三角形４００が、従来の陰極線管ＲＧＢディスプレイの色度値で囲んで示されている。破線曲線３８０（一次干渉）及び実線曲線３９０（二次干渉）は、白色多色入射光の一次干渉及び二次干渉の色度値をトレースしている。これら曲線に沿って変化するパラメータは、上述した較正方法において決定される光路長である。
【００５０】
したがって、本発明の別の態様は、複数の制御板を有する静電アクチュエータを使用して、第１の反射表面及び第２の反射表面並びにそれらの間に光学ギャップを有する干渉計を較正する方法である。このような方法の実施形態は、干渉計に単色光を照射するステップと、定まった電圧を各制御板に選択的に印加することにより光学ギャップを制御するステップと、干渉計から反射する光を検出するステップであって、それによって印加される制御板電圧と干渉計の光路長との間に較正関係を確立する、光を検出するステップとを含む。
【００５１】
本発明による干渉計素子を製造する方法、このような素子の配列を製造する方法、及びファブリ−ペロー干渉計素子を備えた光学干渉ピクセルディスプレイを製造する方法が、同時係属中であり、本願と同じ譲受人に譲渡され、上記において参照により援用される出願に記載されている。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によって作られる装置及び本発明によって行われる方法は、たとえば、干渉計の較正及び情報の表示に使用される装置の較正に有用である。その装置及び方法は、細かく分けられた一連のステップによるキャビティ距離で、カラーフィルタ又は色感知素子を使用することなくファブリ−ペロー素子を較正することができる。較正は、略単一波長の放射を有するＬＥＤ又はレーザ等の単一の光源及び単一のフォトセンサを使用して実現することができる。したがって、これら方法を使用して、単一波長リファレンスのみを使用して干渉計素子を較正できるオールデジタルのチップを製造することができる。光学干渉ピクセルディスプレイを、たとえば配列に配置された複数の干渉計素子を使用して製造することができる。素子は他の干渉用途に使用することも可能である。
【００５３】
上記は本発明の１つの実施形態の説明及び図示であるが、当業者は、以下の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な変更及び変形を行うことが可能である。たとえば、磁気、圧電、又は他の手段により動作可能な分割型アクチュエータ及び一体型ＤＡＣアクチュエータを含むアクチュエータを、図示し説明した静電アクチュエータに代えて使用してもよい。また、図示したレンズ以外の光学要素、たとえばミラー、プリズム、又はホログラフィック光学要素を、入射光及び／又は出射光の誘導に使用してもよい。方法では、ステップの順番は各種用途で変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】干渉計素子の一実施形態の概略側断面図である。
【図２】干渉計素子の一実施形態の別の概略側断面図である。
【図３】干渉計素子の一実施形態の一部の上面図である。
【図４】干渉計素子の一実施形態の概略側断面図である。
【図５】干渉計素子の一実施形態の一部の上面図である。
【図６】干渉計素子の一部の一実施形態の概略側断面図である。
【図７】干渉計素子の一実施形態の概略側断面図である。
【図８】干渉計を較正する方法の一実施形態で検出された放射照度を示すグラフである。
【図９】干渉計を較正する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】干渉計の較正の例示的な結果を示す１９３１  ＣＩＥ色度図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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