(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射ビームを受信するように光学的に結合され、前記入射ビームを反射して反射ビームを生成する可動ミラーと、
前記可動ミラーに結合され、前記可動ミラーに直線変位を発生させる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと、
前記可動ミラーの直線変位に基づいて反射ビームに角度回転を生じさせる曲面反射板と、
を備える光マイクロスキャナ。
【請求項２】
基板と、
入射ビームを受信するように光学的に結合され、前記入射ビームを反射して反射ビームを生成する、前記基板上に配された可動曲面反射板と、
前記可動曲面反射板に結合され、前記可動曲面反射板に直線変位を発生させる、前記基板上に配された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと、
を備え、
前記入射ビームは、前記基板に対し平行に伝搬し、
前記可動曲面反射板の直線変位に基づいて反射ビームに角度回転を生じさせる、
光マイクロスキャナ。
【請求項３】
前記曲面反射板は、前記可動ミラーから反射された反射ビームを受信するように光学的に結合され、反射ビームを反射して第２の反射ビームを生成する、請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項４】
前記可動ミラーの直線変位は、前記曲面反射板に入射する前記反射ビームを並進させ、前記曲面反射板は、前記反射ビームの並進による変位を第２の反射ビームの角度回転に変換する、請求項３に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項５】
光ビームを導入する光源をさらに備え、
前記可動ミラーは、第１の可動ミラーと、前記第１の可動ミラーからの反射光を反射する第２の可動ミラーとにより構成され、
前記ＭＥＭＳアクチュエータは、前記第１の可動ミラーに結合されて当該第１の可動ミラーに直線変位を発生させる第１のＭＥＭＳアクチュエータと、前記第２の可動ミラーに結合されて当該第２の可動ミラーに直線変位を発生させる第２のＭＥＭＳアクチュエータとにより構成され、
前記第１の可動ミラーの直線変位は、前記光源からの前記光ビームに対し平行な方向の変位であり、前記第２の可動ミラーの直線変位は、前記光源からの前記光ビームに対し垂直な方向の変位であり、
前記曲面反射板は、前記第１及び第２の可動ミラーの直線変位に基づいて、前記第２の可動ミラーからの反射ビームに角度回転を生じさせる、
請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項６】
前記可動ミラーは、その反射面が前記入射ビームに対し所定の角度をなすように配されている、請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項７】
前記所定の角度は４５度である、請求項６に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項８】
前記可動ミラーは、平面ミラー又は曲面ミラーのうちのいずれかである、請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項９】
前記曲面反射板は、凸面形状又は凹面形状のうちの一方を有している、請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項１０】
光マイクロスキャナと光検出器とを備えるイメージングデバイスであって、
前記光マイクロスキャナは、
画像化対象である物体から入射する光を平行光に変換する曲面反射板と、
前記曲面反射板からの平行光を反射する可動ミラーと、
前記可動ミラーに結合され、前記可動ミラーに直線変位を発生させる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと、
を備え、
前記光検出器は、前記可動ミラーからの反射光の一部を検出するものであって、
前記可動ミラーを前記アクチュエータにより直線変位させることにより、前記反射光を並進させて、前記光検出器に、前記物体の画像を表現する連続データストリームを生成させる、
イメージングデバイス
【請求項１１】
前記光マイクロスキャナは前記可動ミラーを２つ備え、
一の前記可動ミラーと他の前記可動ミラーとは、前記曲面反射板からの平行光の互いに異なる部分を反射するものであり、かつ、
前記光検出器を２つ備え、
一の前記光検出器は前記一の可動ミラーからの一の反射光の一部を検出するものであり、他の前記光検出器は前記他の可動ミラーからの他の反射光の一部を検出するものであって、
前記一の可動ミラー及び前記他の可動ミラーが前記アクチュエータによりそれぞれ直線変位することにより、前記一の反射光及び前記他の反射光をそれぞれ並進させて、前記一の光検出器及び前記他の光検出器に、それぞれ前記物体の部分を表現する一の連続データストリーム及び他の連続データストリームを生成させる、
請求項１０に記載のイメージングデバイス。
【請求項１２】
光マイクロスキャナと、回折格子と、光検出器と、を備える分光計であって、
前記光マイクロスキャナは、
前記回折格子から波長に応じた角度を持って出射する光を平行光に変換する曲面反射板と、
前記曲面反射板からの平行光を反射する可動ミラーと、
前記可動ミラーに結合され、前記可動ミラーに直線変位を発生させる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと、
を備え、
前記光検出器は、前記可動ミラーからの平行光の一部を検出するものであって、
前記可動ミラーを前記アクチュエータにより直線変位させることにより、前記反射光を並進させて前記光検出器に連続データストリームを生成させる、
分光計。
【請求項１３】
前記可動ミラーは、前記回折格子のスリットのサイズと実質的に等しいサイズを有している、請求項１２に記載の分光計。
【請求項１４】
前記連続データストリームを微分して各波長の強度を算出するプロセッサをさらに備える、請求項１２に記載の分光計。
【請求項１５】
前記連続データストリームを一の連続データストリームとし、
前記可動ミラーの直線変位に伴って、前記一の連続データストリームに対し相補的な他の連続データストリームを生成するように前記曲面反射板からの光を受信するよう構成された他の検出器をさらに備え、
前記プロセッサは、前記一の連続データストリーム及び前記相補的な他の連続データストリームを微分して各波長の強度を算出する、請求項１４に記載の分光計。
【請求項１６】
前記光スキャナは、２次元スキャナであり、
前記可動ミラーは、第１の方向に移動可能な第１の可動ミラーと、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動可能な第２の可動ミラーとを含み、
前記第１の可動ミラーは、入射ビームを受信するよう光学的に結合され、入射ビームを反射して第２の可動ミラーへ向かう第１の反射ビームを生成し、
前記第２の可動ミラーは、第１の反射ビームを受信するよう光学的に結合され、第１の反射ビームを反射して前記曲面反射板に向かう第２の反射ビームを生成し、
前記曲面反射板は、第２の反射ビームを受信するよう光学的に結合され、第２の反射ビームを反射して、前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーのそれぞれの直線変位の結果として生成された第１の平面内及び第２の平面内における角度変位をもった第３の反射ビームを生成するよう構成されている、
請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項１７】
前記光スキャナは、２次元イメージングデバイスであり、
前記可動ミラーは、第１の方向に移動可能な第１の可動ミラーと、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動可能な第２の可動ミラーとを含み、
前記曲面反射板は、入射ビームを受信するよう光学的に結合され、入射ビームを反射して前記第１の可動ミラーへ向かう第１の反射ビームを生成し、
前記第１の可動ミラーは、第１の反射ビームを受信するよう光学的に結合され、第１の反射ビームを反射して第２の可動ミラーへ向かう第２の反射ビームを生成し、
前記第２の可動ミラーは、第２の反射ビームを受信するよう光学的に結合され、第２の反射ビームを反射して第３の反射ビームを生成し、
さらに、
前記第２の可動ミラーから第３の反射ビームを受信するよう光学的に結合され、第３の反射ビームに対応する２次元画像の画素を測定する検出器を備え、
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーの直線変位は、２次元において一度に１つ画素分の光を前記検出器へ投影して、前記検出器に２次元画像を表現する連続データストリームを生成させるよう構成されている、
請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項１８】
前記曲面反射板と前記可動ミラーとは、単一のリソグラフィステップにおいて位置決めされ加工される、請求項１に記載の光マイクロスキャナ。
【請求項１９】
基板と当該基板上に形成されたＳｉＯ２層と当該ＳｉＯ２層の上に形成されたシリコン層とを有するウェハを準備するステップと、
入射ビームを反射して反射ビームを生成する可動ミラーと、前記可動ミラーに結合され前記可動ミラーに直線変位を発生させる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと、前記可動ミラーの直線変位に基づいて反射ビームの角度回転を発生させる曲面反射板とを、フォトリソグラフィ技術を用いたパターンニングと前記シリコン層及びＳｉＯ２層のエッチングにより形成するステップと、
前記シリコン層の下にある前記ＳｉＯ２層をエッチングにより除去することにより、前記可動ミラーと前記アクチュエータとを前記基板から分離するステップと、
を含む、
光マイクロスキャナを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光学ＭＥＭＳに関し、特に、ＭＥＭＥを使用する光スキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（Micro Electro-Mechanical System、MEMS）とは、微細加工テクノロジーにより共通のシリコン基板上に、機械要素と、センサと、アクチュエータと、エレクトロニクス（電子機器）とを集積化したものを意味する。例えば、マイクロエレクトロニクスは、通常、集積回路（ＩＣ）プロセスを使用して作製されるが、マイクロメカニカル部品は、当該プロセスと同様のマイクロ機械加工プロセスを用いて、シリコンウェハの一部を選択的にエッチング除去したり新しい構造層を付加することにより機械部品及び電気機械部品を形成して作製される。ＭＥＭＳデバイスは、低コストで、バッチ生産が可能であり、標準的なマイクロエレクトロニクスと互換性を持つことから、分光測定、形状測定、環境センシング、屈折率測定（又は材料認識）、その他のセンサ用途に適した魅力的な候補である。さらに、ＭＥＭＳデバイスはサイズが小さいので、モバイルデバイスやハンドヘルドデバイスにＭＥＭSデバイスを一体的に組み込むことができる。
【０００３】
さらに、ＭＥＭＳ技術は、様々な駆動技術を適用することにより、光波長選択性やダイナミックセンシングなどの、フォトニック装置としての新しい機能や特徴を実現することができる。光スキャナは、多くの産業分野において重要な要素であり、バー・コード・リーダ、自由空間でのレーザー走査、光通信及び光監視、レーザーレーダー、あるいは、光干渉断層撮影及び画像生成等々の分野で用いられている。ＭＥＭＳ技術を用いて光スキャナを作製することにより、新規かつ革新的な用途、たとえば、内視鏡、光学顕微鏡、あるいは、携帯性及び可動性を必要とする様々な用途において、光スキャナを使用することができるようになる。小型であること、作製コストが低いことなどの、バッチ生産と低消費電力に起因した、ＭＥＭＳ技術によって提供される本質的な利点に加えて、ＭＥＭＳマイクロスキャナは、同一パッケージ内にレーザ光源をも組み込んだ一つの完結したシステムの実現を可能とする。
【０００４】
このため、ここ１０年の間に産業分野及び学術分野において、ＭＥＭＳ技術を使用する１次元及び２次元光マイクロスキャナについての研究が盛んに行われている。ほとんどの研究は、回転ミラーを用いた構成に基づいており、当該回転ミラーは、表面マイクロ機械加工技術を用いて基板平面に作製されるか、又は、ＳＯＩ技術におけるＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching、深堀反応性イオンエッチング）を使用して基板に垂直な平面内に構築される。駆動力としては、構造たわみを利用する電気加熱力（electrothermal force）や、櫛形駆動アクチュエータを用いた静電気力などが提案されている。
【０００５】
現在の研究では、回転角の広いマイクロミラーを生成することに重点が置かれている。しかし、広い回転角（すなわち、４０又は５０度）を達成するには、マイクロエレクトロニクス技術においては一般に用いられていないポリアミドや磁性材料のような特殊な材料を用いることとなるため、回転ミラーを用いた構成のほとんどにおいて、その回転角はおよそ±１０度の範囲が限度となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ＭＥＭＳを用いた広角の光スキャナを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、広い回転角を実現することのできる光マイクロスキャナに関する。一実施形態では、光マイクロスキャナは、入射ビームを受信するよう光学的に結合され、当該入射ビームを反射して反射ビームを生成する可動ミラーと、該可動ミラーに結合されて該可動ミラーに直線変位を発生させる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと、前記可動ミラーの直線変位に基づいて反射ビームの角度回転を生じさせる曲面反射板と、を含む。
【０００８】
一例である実施形態では、可動ミラーは曲面反射板である。本実施形態では、曲面反射板は、直線方向に移動することができ、当該曲面反射板の各位置に応じて入射ビームの入射角が異なるように構成されている。
【０００９】
他の一例である実施形態では、曲面反射板は、可動ミラーから反射された反射ビームを受信するように光学的に結合され、反射ビームを反射して第２の反射ビームを生成するよう動作可能に構成されている。本実施形態では、可動ミラーの直線変位は、曲面反射板に入射する反射ビームの横方向位置を変位させ、曲面反射板は、反射ビームの当該横方向の変位を第２の反射ビームの角度回転に変換する。
【００１０】
さらに他の一例である実施形態では、光マイクロスキャナは、イメージングデバイス（画像生成デバイス）であり、入射ビームには、画像生成の対象である物体から曲面反射板に入射する光が含まれる。本実施形態では、曲面反射板は、入射ビームを可動ミラーへ向けて反射し、可動ミラーからの光を光検出器が受信して、物体画像の画素を計測する。可動ミラーの直線変位は、検出器に対し一度に１画素分の光を投影し、連続したデータストリームを生成して画像を表現する。
【００１１】
さらに他の一例である実施形態では、光マイクロスキャナは分散素子型分光計（dispersive element spectrometer）であって、本分光計は、入射ビームを受信するよう光学的に結合され、当該入射ビームを回折して、曲面反射板の異なる位置に向かう、相異なる波長範囲を持つ複数の入射ビームを生成する回折格子を備えている。本分光計は、さらに、可動ミラーから複数の入射ビームのうちの１つに対応する反射ビームを受信するよう光学的に結合された検出器を備えており、可動ミラーの直線変位は、一度に複数の入射ビームのうちの１つを上記検出器に反射して、上記検出器に連続データストリームを生成させる。
【００１２】
さらに他の一例である実施形態では、光スキャナは、２次元スキャナである。本実施形態では、可動ミラーは、第１の平面内で移動可能である第１の可動ミラーと、第１の平面に直交する第２の平面内で移動可能である第２の可動ミラーと、を含む。第１の可動ミラーは、入射ビームを受信するよう光学的に結合され、入射ビームを反射して第２の可動ミラーへ向かう第１の反射ビームを生成し、第２の可動ミラーは、第１の反射ビームを受信するよう光学的に結合され、第１の反射ビームを反射して前記曲面反射板に向かう第２の反射ビームを生成する。さらに、曲面反射板は、第２の反射ビームを受信するよう光学的に結合され、第２の反射ビームを反射して、前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーのそれぞれの直線変位の結果として生成された第１の平面内及び第２の平面内における角度変位をもった第３の反射ビームを生成する。２次元光スキャナは、例えば、２次元イメージングデバイスに利用することができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、光マイクロスキャナを作製する方法をさらに提供する。この方法は、上面及び下面を有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハを準備するステップと、上記ＳＯＩウェハの上面に、入射ビームを受信するよう光学的に結合され、入射ビームを反射して反射ビームを生成する可動ミラーと、前記可動ミラーに結合され前記可動ミラーに直線変位を発生させる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと、前記可動ミラーの直線変位に基づいて反射ビームの角度回転を発生させる曲面反射板とを、フォトリソグラフィ的に画定するステップと、を含む。この方法は、さらに、ＳＯＩウェハの上面とＳＯＩウェハの下面との間でエッチングを行って、上記可動ミラーと上記アクチュエータとを分離させるステップをさらに含む。
【００１４】
本発明のより完全な理解は、添付図面と併せて利用されるときに以下の詳細な説明を参照して達成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る光マイクロスキャナの、動作の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る図１の光マイクロスキャナによって生成される、広い角度回転を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る、３６０度の角度回転を発生することのできる光マイクロスキャナの一例を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係る、３６０度の角度回転を発生することのできる光マイクロスキャナの一例を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る他のマイクロスキャナの一例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る他のマイクロスキャナの一例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る広角光マイクロスキャナの一例を備えた、イメージング・デバイスの一例を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナの一例を備えたイメージング・デバイスの一例を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナの一例を備えたイメージング・デバイスの一例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係る、分散素子型分光計の一例を備えた広角光マイクロスキャナの一例を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係る、分散素子型分光計の一例を備えた広角光マイクロスキャナの一例を示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係る２次元光マイクロスキャナの一例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係る２次元光マイクロスキャナの一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナの一例を備えた２次元イメージング・デバイスの一例を示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｄ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｅ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｆ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｇ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｈ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｉ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【図９Ｊ】本発明の実施形態に係る、広角光マイクロスキャナを作製する作製プロセスのステップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態による光マイクロスキャナは、１８０度あるいはそれ以上の角度に及ぶ超広角を提供する。幾何学的構造により、曲面反射板を用いて直線運動を空間内における光ビームの回転に変換する。この構造は、マイクロスキャナの走査角を大幅に増大させ、空間内において１８０度以上のほぼ完璧な回転を実現することができる。本発明の光マイクロスキャナは、バーコードリーダ、レーザー投影システム、光スキャナ、２次元あるいは３次元の光干渉断層撮影などの、マイクロスキャニングを必要とする用途のほか、赤外線（Infra Red、IR）、紫外線（Ultra Violet、UV）、又はＸ線による画像生成などの、イメージングの用途にも使用することができる。
【００１７】
図１には、本発明の実施形態に係る光マイクロスキャナの一例が示されている。
光マイクロスキャナ１０は、図９Ａないし９Ｊを用いてより詳細に後述されるように、例えば、１回のリソグラフィステップと、古くからあるメタライゼーションと共に、従来のＭＥＭＳ技術を用いて作製することができる。
【００１８】
光マイクロスキャナ１０は、光源２０と、曲面反射板３０と、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータ４０とを含む。光源２０は、例えば、レーザー光源、コリメートＬＥＤ（collimated LED）、光ファイバ、その他のタイプの光源を用いることができる。光源２０は、可視光、赤外線（ＩＲ）、紫外線（ＵＶ）、Ｘ線、又は、マイクロ波放射を生成するものとしてもよい。ＭＥＭＳアクチュエータ４０は、静電櫛形駆動アクチュエータ（electrostatic comb-drive actuator）あるいはその他のタイプのＭＥＭＳアクチュエータとしてもよい。曲面反射板３０は、ミラーあるいはその他のタイプの反射面とすることができる。図１に示された曲面反射板３０は、凸面形状を有している。しかし、他の実施形態では、曲面反射板３０は、凹面形状を有していてもよい。
【００１９】
曲面反射板３０は、光源２０から入射ビーム２５を受信するように光学的に結合されており、入射ビーム２５を反射して反射ビーム３５を生成する。ＭＥＭＳアクチュエータ４０は、曲面反射板３０に直線変位又は曲線変位を発生させる。曲面反射板３０は、直線変位又は曲線変位を空間内の角度回転θに変換する。光源２０に対する曲面反射板３０の位置に応じて、入射ビーム２５は、異なる入射角を持つこととなるので、反射ビーム３５は異なる反射角をもつものとなる。これにより、光マイクロスキャナ１０は、１８０度に及ぶ広い回転角をもった走査ビームを生成することができる。
【００２０】
例えば、図２に示されるように、曲面反射板３０は、入射ビーム２５の方向と直交する方向に変位４５を与えることができるので、光源２０が固定されていても、曲面反射板３０は異なる反射角を有する反射ビーム３５を発生させることができる。すなわち、曲面反射板の直線変位４５は、空間内における、ほぼ１８０度にわたる反射ビーム３５の回転に変換される。
【００２１】
図３Ａ及び３Ｂに示すように、曲面反射板３０の形状は、曲面反射板３０の直線運動により空間内において３６０度の完全なビーム回転が発生するように設計することができる。図３Ａ及び３Ｂでは、曲面反射板３０は、部分回転楕円体又は球体の形状を有しており、この形状により、曲面反射板３０が入射ビーム２５と直交する方向へ直線変位４５が与えられたとき、光源２０からの入射ビーム２５は、曲面反射板３０の上面及び下面のいずれにも入射することができる。しかし、本実施形態では、走査角の一部分は、光源２０によってマスクされることがある。
【００２２】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の実施形態に係る他の光マイクロスキャナの一例を示している。図４Ａ及び４Ｂでは、（図１に示すように）曲面反射板３０を変位させるためにＭＥＭＳアクチュエータを使用するのではなく、ＭＥＭＳアクチュエータにより、ミラー５０に直線変位を発生させる。ミラー５０は、当該ミラーの直線的又は曲線的な運動４５がビームの横方向の変位を発生させるように、運動方向４５又は光入射ビーム２５の方向に対して適切な角度（例えば、４５度その他の角度）を持つように設定することができる。ビームの横方向の変位は、次に、曲面反射板３０から反射されてビーム回転に変換される。これは、ミラー５０の各位置において、それぞれ、曲面反射板の異なる傾斜部分に向けてビームが反射するためである。角度付きミラー５０を平面ミラー又は曲面ミラーとし、曲面反射板３０の曲率に起因して起こり得るビーム変形を補償してもよい。
【００２３】
動作の一例として、移動ミラー５０は、入射ビーム２５を受信して反射するように光学的に結合され、移動ミラーの位置に応じて、固定曲面反射板３０上の点に向けて反射ビーム５５を生成する。曲面反射板３０は、反射ビーム５５を再び反射し、移動ミラー５０の運動に基づいて、空間内に角度回転した第２の反射ビーム３５を生成する。
【００２４】
図５Ａに示されるように、光マイクロスキャナは、逆に、像又は点のアレイを画像化するのに用いることもできる。本実施形態では、光マイクロスキャナは、レンズ７０と、曲面反射板３０と、移動ミラー５０と、検出器８０と、画像プロセッサ９０とを含む画像化装置９５の内部に設けられている。検出器８０は、例えば、光その他の電磁エネルギーの強度を検知又は測定することのできる任意の種類の光センサ又は光検出器とすることができる。画像プロセッサ９０は、１台の処理装置でもよく、又は、複数の処理装置でもよい。このような処理装置は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラマブルロジックデバイス、ステートマシン、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は、回路及び／又は演算命令のハードコーディングに基づいて信号（アナログ及び／又はデジタル）を操作する何らかの装置とすることができる。画像プロセッサ９０は、これに関連付けられたメモリ及び／又はメモリ素子を有するものとすることができる。これらのメモリ又はメモリ素子は、１台のメモリ装置、複数のメモリ装置、及び／又は、当該プロセッサの組込回路で構成することができる。このようなメモリ装置は、リード・オンリー・メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、及び／又は、デジタル情報を記憶する何らかの装置でもよい。
【００２５】
動作の一例として、画像化対象である物体６０から反射／散乱された光は、投影レンズを通して集められ、曲面反射板３０に入射２５する。曲面反射板は、入射ビーム２５を反射して反射ビーム３５を生成し、反射ビーム３５は、集光されて、移動角度付きミラー５０の前方の空間内に像を形成する。角度付きミラーの運動４５により、一度に１画素分の光が反射ビーム５５として検出器８０に投影され、その結果、画像は連続ストリームに変換されて画像プロセッサ９０に出力される。画像プロセッサ９０は、連続データストリームから物体６０の画像を再構成する。曲面反射板３０は、広角視野の像又は移動角度付きミラー５０によって走査される直線状の小部分の像を集めるため使用される。検出器のアレイを必要とせず、１台の検出器８０だけで物体６０の像全体を捕捉することができるので、図５Ａに示された画像化装置９５のコストは、検出器アレイを利用するイメージングデバイスと比べて大幅に低減される。
【００２６】
図５Ｂ及び５Ｃに示すように、ミラー移動範囲が短く、像全体の幅をカバーできない場合、２台以上の移動ミラーＭ１及びＭ２を、これらに対応する検出器Ｄ１及びＤ２と共に用いて、像を走査することができる。本実施形態では、図５Ｂに示すように、像を曲面反射板３０の両側に反射するようにしてもよいし、図５Ｃに示すように、像を曲面反射板の片側の長い範囲に反射して、異なる複数の移動ミラーによって当該範囲を連続的にカバーするようにしてもよい。画像プロセッサ９０は、異なる画像部分間の同期を調整することにより、２つの連続データストリームから画像を再構成することができる。
【００２７】
例えば、図５Ｂに例示されたイメージングデバイスの動作では、入射ビーム２５は曲面反射板３０によって反射され、曲面反射板３０上の位置と入射ビーム２５の入射角とに応じて、Ｍ１又はＭ２のうちのいずれか一方にそれぞれ向かう反射ビーム３５ａ及び３５ｂとなる。角度付きミラーＭ１及びＭ２は、それぞれ、反射ビーム３５ａ及び３５ｂを対応する検出器Ｄ１及びＤ２へ向けて反射し、第２の反射ビーム５５ａ及び５５ｂを生成する。各角度付きミラーＭ１及びＭ２の角度付きミラー運動４５により、一度に１画素が検出器Ｄ１及びＤ２に投影される。検出器Ｄ１及びＤ２は、それぞれ連続データストリームを生成し、当該連続データストリームは（図５Ａに示された）画像プロセッサに供給されて、画像の結合及び再構成が行われる。
【００２８】
図５Ｃに例示したイメージングデバイスの動作では、入射ビーム２５は、曲面反射板３０によって反射されて反射ビーム３５となる。曲面反射板３０上の位置と入射角とに応じて、反射ビームは、Ｍ１又はＭ２のうちの一方へ向かう。Ｍ１及びＭ２は、反射ビーム３５が角度付きミラーＭ１及びＭ２のうちの一方だけに受信されるように、実質的に重なり合わない直線運動の範囲を有している。角度付きミラーＭ１及びＭ２は、それぞれ、反射ビーム３５を検出器Ｄ１及びＤ２へ向けて反射し、第２の反射ビーム５５ａ及び５５ｂを生成する。各角度付きミラーＭ１及びＭ２の角度付きミラー運動４５により、一度に１画素が検出器Ｄ１及びＤ２に投影される。検出器Ｄ１及びＤ２は、それぞれ、連続データストリームを生成し、当該連続データストリームは（図５Ａに示された）画像プロセッサに供給されて、画像の結合及び再構成が行われる。
【００２９】
図示されていないが、他の実施形態では、像の異なる走査部分を異なる曲面反射板により１台の検出器に反射する場合、当該１台の検出器に対して２台の移動ミラーを設けてもよい。例えば、検出器は、曲面反射器である放物面の焦点に配置することができる。
【００３０】
一般に、本発明に係る光マイクロスキャナの角度付き移動ミラーは、任意の用途において、検出器のアレイを１台の検出器に置き換えることを可能とする。さらに、本発明に係る光マイクロスキャナの、角度付き移動ミラーに組み合わされた曲面反射板は、異なる方向からの光を集めるための検出器のアレイを、１台の検出器に置き換えることを可能とする。
【００３１】
図６Ａ及び６Ｂでは、検出器アレイを１台の検出器に置き換えることのできる、本発明に係る光マイクロスキャナの他の構成として、分散素子型分光計（dispersive element spectrometer）１００を用いた構成が示されている。図６Ａから分かるように、分光計１００は、光源１００と、投影レンズ１２０と、回折格子１３０と、曲面反射板３０と、移動角度付きミラー５０と、検出器１４０と、プロセッサ１５０とを含む。光源２０は、例えば、レーザ光源、コリメートＬＥＤ、光ファイバ、又はその他のタイプの光源とすることができる。光源２０は、可視光（図示）、赤外線（ＩＲ）、紫外線（ＵＶ）、Ｘ線、又はマイクロ波放射を生じるものとすることができる。回折格子１３０は、光を異なる方向に進むいくつかのビームに分離し回折する光学部品である。これらのビームの方向は格子の間隔と光の波長とに依存するので、回折格子は分散素子として機能する。図６Ａには透過型格子１３０が示されているが、他の実施形態では、反射型格子を使用することもできる。
【００３２】
検出器１４０は、例えば、光その他の電磁エネルギーの強度を検知又は測定することのできる任意のタイプの光センサ又は光検出器とすることができる。プロセッサ１５０は、１台の処理装置でもよく、又は、複数の処理装置でもよい。このような処理装置は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラマブルロジックデバイス、ステートマシン、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は、回路及び／又は演算命令のハードコーディングに基づいて信号（アナログ及び／又はデジタル）を操作する何らかの装置でもよい。プロセッサ１５０は、当該プロセッサに関連付けられたメモリ及び／又はメモリ素子を有することができ、当該メモリ及び又はメモリ素子は、１台のメモリ装置、複数のメモリ装置、及び／又は、当該プロセッサの組込回路で構成することができる。このようなメモリ装置は、リード・オンリー・メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、及び／又は、デジタル情報を記憶する何らかの装置でもよい。
【００３３】
動作の一例として、光源１００からの光は、投影レンズ１２０を介して回折格子１３０に投影される。回折格子１３０は、各色／波長の光が、曲面反射板３０への入射ビーム２５として異なる位置に向かうように設計されている。曲面反射板３０は、図６Ａにおいては凹面形状を有するものとして示されているが、他の実施形態においては、曲面反射板３０は、凸面形状を有するものとすることができる。曲面反射板３０は、各色／波長の光を反射して、それぞれ移動角度付きミラー５０へ向かう反射ビーム３５を生成する。角度付きミラーの運動４５により、反射光３５をスキャンして、角度付きミラー５０が一度に１つの色／波長５５を１台の検出器１４０へ反射するようにすることができる。プロセッサ１５０は、検出器１４０から連続データストリームを受信し、検出器１４０が各測定を行った時の角度付きミラー５０の位置情報を用いて、着目した色／波長毎の強度を決定することができる。
【００３４】
ＩＲ及びＵＶ分光計では検出器アレイが高価となり得るが、本発明の光マイクロスキャナをこのような分光計に用いれば、１台の検出器で構成することができるので、ＩＲ及びＵＶ分光計のコストを大幅に低減することができる。本発明の光マイクロスキャナによれば、ミラー５０の位置とサイズを適切に選択するだけで、付加的なコストを生ずることなく、分解能を改善することが可能となる。例えば、反射ミラーのサイズによってスペクトル分解能が決定されるように、幅狭ミラー５０を用いることができる。本実施形態では、ミラーサイズは、回折格子１３０のスリット（開口部）のサイズ、又は、検出器１４０の画素サイズと等しくすることができる。
【００３５】
他の実施例として、空間におけるミラーエッジの位置によって表される或るミラー位置ｘにおいて、マイナス無限大からｘまでの総電力が検出器１４０に反射されるように、幅広移動ミラー５０を用いることができる。本実施形態では、検出器１４０によって測定された電力は、
【数１】
0005709839.tif 000002
によって与えらる。ここで、Ｆ（ｘ）は、ミラーの移動軌跡において当該ミラーによって覆われたラインのｘ方向の電力分布であり、座標ｘが波長（又は、光周波数）を表すことから、Ｆ（ｘ）は、分散素子によって作り出された空間内のスペクトル分布でもある。Ｆ（ｘ）を知ることが、分光計測定の目的である。Ｐ（ｘ）からＦ（ｘ）を得るため、プロセッサ１５０は、ｘについての単純な微分、すなわち、
【数２】
0005709839.tif 000003
を適用することができる。よって、Ｐ（ｘ）を測定し、ｘについて微分すれば、関数Ｆ（ｘ）、すなわち、スペクトルを得ることができる。本実施形態では、Ｆ（ｘ）を特定する際の分解能は、ミラーサイズではなく、むしろｘ方向での最小のミラーステップ運動に依存する。最小ミラーステップ運動は、電子駆動回路によって制限されるだけであるので、ミラーステップ運動を単純に縮小すれば分解能を高めることができる。他の実施形態では、分解能は、ソフトウェアによっても調整することができる。
【００３６】
しかし、本構成において検出器１４０によって測定される電力は、小型ミラー構成において測定される電力より遙かに高く、ＦＴＩＲ分光計における多重化効果と同様の効果により分光計の信号対雑音比が大幅に増す。したがって、他の実施形態では、本構成を、図６Ｂに示されるような２台の検出器Ｄ１及びＤ２を用いて構築することもできる。図６Ｂでは、２台の検出器Ｄ１及びＤ２は相補的に動作し、したがって、
【数３】
0005709839.tif 000004
であり、一方、
【数４】
0005709839.tif 000005
である。したがって、
【数５】
0005709839.tif 000006
である。結果として、スペクトルのための微分出力がプロセッサ１５０に出力され、（当該プロセッサ１５０内部での単純な減算により）信号に関連する雑音の少なくとも一部を除去することができ、かつ、光源１１０における何らかの変動の効果も除去することができる。さらに、検出器によって集められた電力はミラー位置の関数であり、これを微分することにより、強度分布をミラーエッジ位置の関数として取得することができる。
【００３７】
本発明の光マイクロスキャナは、２次元スキャン動作に拡張することもできる。図７Ａは、直交する運動経路を有する２台のミラー５０ａ（Ｍ１）及び５０ｂ（Ｍ２）を用いた２次元スキャナの概略図を示している。図７Ａでは、スキャンはＸＹ平面内で行われる。これを行うため、２台のミラーのうちの一方（Ｍ１）はＸＺ平面と４５度の角度を為し、他方のミラー（Ｍ２）はＸＹ平面と４５度の角度を為し、入力光源２０はＹ方向に光を放出する。したがって、光ビームは、光源２０から放出されて、Ｍ１、Ｍ２へと向かい、その後、ＸＹドメイン内に配置された光マイクロスキャナの上方のエリアに向かう。ビームのＸ位置４５ｂは、ミラーＭ２を移動することにより制御でき、ビームのＹ位置４５ａは、ミラーＭ１位置によって制御できる。Ｍ１の移動距離Ｌ１及びＭ２の移動距離Ｌ２により、大きさＬ１×Ｌ２のエリアが完全にスキャンされる。
【００３８】
図７Ｂに例示する実施形態では、Ｍ２は、少なくともミラーＭ１の走行範囲に等しい長さをもつ長い反射面を有している。２つのミラーによりカバーされたエリアは、次に、曲面反射板３０を再び使用してＸ変位がθビーム回転８５に変換され、Ｙ変位がφビーム回転９５に変換されて、空間内の広い角度範囲がスキャンされる。曲面反射板３０は球体として示されているが、曲面反射板３０は、放物面又は楕円面のような何らかの３次元反射板であればよい。使用される表面を表す式に従って、空間内の角度θ、φと、対応する平面（エリア）内の変位Ｘ及びＹとの間の関係を決定するアルゴリズムを確定することができる。さらに、カバーすべき角度範囲に応じて、球体の４分の１（又は、いくらかの部分）があれば十分な場合もあるので、完全な球体は必要とされない。他の実施形態では、球体の代わりに円柱を使用することもできる。ただし、このような実施形態のスキャン動作では、１つの平面内において広い角度範囲をカバーし、次に、ステップｄｘだけ移動させて、別の平面内で同じ角度範囲で再度スキャンを行い、これを同様に繰り返す。すなわち、このスキャン動作では、１つの平面内において角度方向のスキャンを行い、この平面に垂直な方向においては直線的なスキャンを行う。
【００３９】
２台の移動ミラーＭ１及びＭ２を用いる上記２次元スキャンニング技術は、イメージング（画像生成）用途に使用することもできる。本実施形態では、小さなエリア（Ｌ１×Ｌ２）に投影された像を、２台の移動ミラーＭ１及びＭ２を使用してスキャンし、その後に、連続的な一連のデータを１台の検出器を用いて集めて再現することができる。検出器のアレイをたった１台の検出器と２台の移動ミラーとによって置き換えることができるので、ＩＲイメージングデバイスなど多くのイメージングデバイスのコストを大幅に低減することができる。このようなイメージングデバイスにおける一画素に相当する領域の大きさは、ミラー運動の速度や検出器の面積（又は入射瞳）のほか、検出器の背後にあるデータ捕捉システム（画像プロセッサ）により決定することができる。
【００４０】
例えば、図８は、本発明の一実施形態による広角光マイクロスキャナを備えた２次元イメージングデバイスの一例を示している。図８では、２台の傾斜ミラー５０ａ（Ｍ１）及び５０ｂ（Ｍ２）が反対方向に移動する。したがって、２台のミラーＭ１及びＭ２の辺は、２つの軸Ｘ及びＹ、すなわち、スキャン対象である像の２つの次元を表わしている。画像全体のスキャンは、１つのミラー、すなわち、Ｍ１を、Ｘ方向にステップｄｘだけ移動させつつ、Ｍ１の一つの位置に対し第２のミラーＭ２により一本のイメージラインの全体をスキャンすることで実行することができる。このスキャン動作は、画像エリア１６０の全体が検出器３０によって測定されるまで、各Ｘ位置ごとに繰り返すことができる。その後、微分を実行して、最終的な像を取得することができる。
【００４１】
上記構造は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）テクノロジーを用いて作製することができる。本発明の実施形態に係る広角光マイクロスキャナを作製するための作製プロセスステップの一例を、図９Ａないし９Ｊに示す。図９Ａでは、ＳＯＩウェハ（層２００ないし２２０）の上でアルミニウムをスパッタするステップを実行し、アルミニウム層２３０を形成する。アルミニウム層２３０は、その後に行われるＳＯＩウェハの上部シリコン層２２０についての、ＤＲＩＥを用いたエッチングを行う際の、マスクとしての機能を果たす。図９Ｂでは、フォトレジスト材料２４０をアルミニウム層の上にスピン塗布する。図９Ｃでは、リソグラフィステップを実行して、マイクロスキャナを形成する。フォトレジスト材料２４０におけるリソグラフィパターンは、図９Ｄに示すように、アルミニウム層に対する塩素プラズマエッチングによって、アルミニウムマスク２３０に転写される。その後、図９Ｅに示すように、ウェハに対し、ＳＯＩの酸化物エッチストップ層２１０に達するまでＤＲＩＥを実行する。次に、図９Ｆに示すように、残りのアルミニウムマスク２３０を、Ａｌｕエッチを用いて除去する。
【００４２】
次に図９Ｉでは、シャドーマスク２６０を用いて、マイクロミラーと反射面の選択的メタライゼーション２７０を行うと共に、接続パッドを作製する。図９Ｉに示されるように、シャドーマスク２６０をＳＯＩ基板２００ないし２２０の上に置き、上部シリコン層２２０の望ましい部分にＣｒ／Ａｕ２７０を選択的にスパッタリングする。ＩＲ領域で行われるイメージング用途の場合には、イメージングに必要とされる投影レンズも、（ＳＯＩ技術を用いる場合には）同じ方法で作製することができる（ＳｉはＩＲにおいて透明であるためである）。図９Ｊに示されるように、櫛形フィンガー、スプリング、及び、移動ミラーのような移動構造体は、ＨＦにより埋込ＳｉＯ２層２１０をエッチングすることで分離されるが、固定構造体は、その下にＳｉＯ２のエリアが広く存在するため分離されない。
【００４３】
（図９Ｅに示された）ＤＲＩＥエッチングにボッシュプロセスを使用する実施形態では、ボッシュプロセスの周期的性質に起因してミラー表面が粗くなる場合がある。このため、図９Ｇに示すように、表面に薄い酸化物層２５０を成長させ、次に、図９Ｈに示すように、構造体分離前にＨＦによりこの薄い酸化膜層を取り除くことは、より滑らかなミラー表面の確保に役立つ場合がある。しかし、図９Ｅにおいて極低温ＤＲＩＥプロセスが用いられる場合には、より滑らかな表面がエッチング後に直接的に得られるので、図９Ｇ及び９Ｈに示したプロセスステップは不要であろう。さらに、このプロセスは、極低温ではフォトレジスト材料とシリコンとの間により高い選択性を持つ傾向があるので、図９Ａに示されたアルミニウムマスクが不要となる場合もある。
【００４４】
２次元スキャン又はイメージングの用途の場合にも、図９Ａないし９Ｊに示された同じプロセスフローを用いて構造体が作製することができる。ただし、基板平面に対し４５度の角度をもつ反射面を得るために、マスク開口部をウェハ結晶面に対して適切な方向に配置して行う異方性エッチングや時間制御異方性エッチング（time controlled anisotropic etching）を実行する場合がある。さらに、２次元スキャン用途における反射球体（又は、一般に曲面反射板）は、システム全体のパッケージングの一部として、カバー用基板の上に独立に作製してもよい。
【００４５】
当業者によって認識されるように、本願において記載された革新的な概念は、広範囲の用途に亘って変形され、変更される可能性がある。したがって、特許主題の範囲は、検討された特定の典型的な教示のいずれにも限定されるべきではなく、その代わりに、請求項に記載された事項によって定められる。
【図１】
0005709839.tif 000007
【図２】
0005709839.tif 000008
【図３Ａ】
0005709839.tif 000009
【図３Ｂ】
0005709839.tif 000010
【図４Ａ】
0005709839.tif 000011
【図４Ｂ】
0005709839.tif 000012
【図５Ａ】
0005709839.tif 000013
【図５Ｂ】
0005709839.tif 000014
【図５Ｃ】
0005709839.tif 000015
【図６Ａ】
0005709839.tif 000016
【図６Ｂ】
0005709839.tif 000017
【図７Ａ】
0005709839.tif 000018
【図７Ｂ】
0005709839.tif 000019
【図８】
0005709839.tif 000020
【図９Ａ】
0005709839.tif 000021
【図９Ｂ】
0005709839.tif 000022
【図９Ｃ】
0005709839.tif 000023
【図９Ｄ】
0005709839.tif 000024
【図９Ｅ】
0005709839.tif 000025
【図９Ｆ】
0005709839.tif 000026
【図９Ｇ】
0005709839.tif 000027
【図９Ｈ】
0005709839.tif 000028
【図９Ｉ】
0005709839.tif 000029
【図９Ｊ】
0005709839.tif 000030