(57)【要約】      （修正有）【課題】画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置並びに対応する製造方法を提供する。【解決手段】装置は、装置１１０へ第１光ビーム１２３を供給可能である第１光供給装置１２１と、光学回折装置１３０であって、光学回折装置１３０の調整可能な回折特性に応じて、装置１１０へ供給された第１光ビーム１２３を回折するように構成されている光学回折装置１３０と、装置１１０へ第２光ビーム１２４を供給可能である第２光供給装置１２２と、第１マイクロミラー１４０であって、当該第１マイクロミラー１４０のポジション及び／又は配向に応じて、装置１１０；へ供給された第２光ビーム１２４を可変に偏向可能である第１マイクロミラー１４０と、光学回折装置１３０の調整可能な回折特性も、第１マイクロミラー１４０のポジション及び／又は配向も、調整可能である第１アクチュエータ１３５とを備えている。【選択図】図２
2017010006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）において、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第１光ビーム（２３；１２３）を供給可能である第１光供給装置（２１；１２１）と、
光学回折装置（３０；１３０）であって、当該光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第１光ビーム（２３；１２３）を回折するように構成されている光学回折装置（３０；１３０）と、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第２光ビーム（２４；１２４）を供給可能である第２光供給装置（２２；１２２）と、
第１マイクロミラー（４０；１４０）であって、当該第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第２光ビーム（２４；１２４）を可変に偏向可能である第１マイクロミラー（４０；１４０）と、
前記光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性も、前記第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向も、調整可能である第１アクチュエータ（３５；１３５）と、
を備えている、
マイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）。
【請求項２】
前記第１マイクロミラー（１４０）は、鏡面として湾曲表面（１４１）を備えている、
請求項１に記載の装置（１１０；２１０）。
【請求項３】
前記第１マイクロミラー（１４０）の前記湾曲表面（１４１）は、少なくとも、円柱外周面の一つのセグメントとして形成されている、
請求項３に記載の装置（１１０；２１０）。
【請求項４】
前記第１マイクロミラー（１４０）は、前記鏡面としてグラスファイバのコーティングセグメントを有する、
請求項３又は４に記載の装置。
【請求項５】
前記第２光ビーム（１２４）は、当該第２光ビーム（１２４）が、前記第１マイクロミラー（１４０）の調整されたポジションにより可変の入射角で、前記第１マイクロミラー（１４０）の前記湾曲表面（１４１）に当射するように、前記第１マイクロミラー（１４０）へ向けて偏向可能である、
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光学回折装置（１３０）は、入れ子式に噛み合わせられた第１薄板（１３１）と第２薄板（１３２）とを有する構造を備えており、
前記第１アクチュエータ（１３５）は、前記第１薄板（１３１）及び／又は前記第２薄板（１３２）に電位を与えることによって動作可能であり、
前記第１薄板（１３１）及び／又は前記第２薄板（１３２）に与えられる電位に基づく、前記第１薄板（１３１）と前記第２薄板（１３２）との相互の相対的なポジショニングによって、前記光学回折装置（１３０）の調整可能な回折特性が得られる、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、
第２マイクロミラー（１５０）と、
前記第２マイクロミラー（１５０）のポジション及び／又は配向を調整可能である第２アクチュエータ（１５５）と、
を備えており、
前記第１マイクロミラー（１４０）と前記第２マイクロミラー（１５０）と前記第２光供給装置（１２２）は、前記第２光導入装置（１２２）によって前記装置（１１０）へ供給された前記第２光ビーム（１２４）を、前記第１マイクロミラー（１４０）によっても前記第２マイクロミラー（１５０）によっても偏向可能であるように配置されており、
画像投影のために前記第２光ビーム（１２４）を二次元で偏向可能であるように、前記第１マイクロミラー（１４０）のポジション及び／又は配向、及び／又は、前記第２マイクロミラー（１５０）のポジション及び／又は配向を調整可能である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記装置は、
光学センサ装置（２６０）であって、前記光学回折装置（３０）により回折された第１光ビーム（２１）を当該光学センサ装置（２６０）へ案内可能であり、当該光学センサ装置（２６０）へ案内された前記第１光ビーム（２１）の強度に基づき、強度信号（２６１）を発生するように構成されている光学センサ装置（２６０）と、
現時点で調整されている前記光学回折装置（３０）の回折特性と、形成された前記強度信号（２６１）とに基づき、前記第１光ビーム（２１）の光スペクトルの特性を算出可能である計算装置（２８０）と、
を備えている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置（２１０）。
【請求項９】
前記計算装置（２８０）は、前記第２光ビーム（２４；１２４）を参照ビームとして利用しながら、自動的に較正可能である、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）の製造方法において、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第１光ビーム（２３；１２３）を供給可能な第１光供給装置（２１；１２１）を形成するステップ（Ｓ０１）と、
光学回折装置（３０；１３０）を形成するステップ（Ｓ０２）であって、当該光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第１光ビーム（２３；１２３）を回折可能であるように、光学回折装置（３０；１３０）を形成するステップ（Ｓ０２）と、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第２光ビーム（２４；１２４）を供給可能な第２光供給装置（２２；１２２）を形成するステップ（Ｓ０３）と、
第１マイクロミラー（４０；１４０）を形成するステップ（Ｓ０４）であって、当該第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第２光ビーム（２４；１２４）を可変に偏向可能であるように、第１マイクロミラー（４０；１４０）を形成するステップ（Ｓ０４）と、
第１アクチュエータ（３５；１３５）を形成するステップ（Ｓ０５）であって、当該第１アクチュエータ（３５；１３５）によって、前記光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性も、前記第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向も、調整可能であるように、第１アクチュエータ（３５；１３５）を形成するステップ（Ｓ０５）と、
を含む、
マイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置並びに対応する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
マイクロビーマ、ピコプロジェクタ等とも呼ばれるマイクロマシニング技術による画像投影装置は、特にスマートフォンやラップトップ等のモバイル端末機器において利用するために、人気が高まっている。この場合、投影面上のポイントをシリアルに走査（「スキャン」）し、光ビームをオン／オフすることによって、投影すべき画像を発生する目的で、一般に光スキャナが用いられ、即ち、少なくとも一つの光ビーム、特にレーザビームを、互いに垂直に位置する二つの次元で偏向可能な装置が用いられる。その際、調整可能に可動でありマイクロマシニング技術により形成された少なくとも二つのミラー、いわゆるマイクロミラー又はＭＥＭＳミラーによって、光ビームの偏向が行われることが多い。
【０００３】
米国特許第８２７９５０９号明細書（US8279509 B2）には、マイクロミラー及びその製造方法が記載されている。
【０００４】
さらに、ハンディタイプのスペクトロメータ、特に、ＭＥＭＳスペクトロメータとも称される、マイクロマシニング技術によるスペクトロメータに対する需要もある。この種のスペクトロメータにおいてしばしば行われているのは、分析すべき光ビームを調整可能に回折させて、例えばある一定の箇所で光強度を測定することである。光強度測定に基づき、対応する回折設定と合わせて、光ビームのスペクトルを測定することができる。
【０００５】
米国特許第８３９０８０６号明細書（US8390806 B1）に記載されているＭＥＭＳスペクトロメータによれば、集積された反射型格子を利用して、分析すべき光ビームの回折が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８２７９５０９号明細書
【特許文献２】米国特許第８３９０８０６号明細書
【発明の概要】
【０００７】
発明の開示
本発明は、請求項１の特徴を備えた画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置、並びに、請求項１０の特徴を備えた製造方法に関する。
【０００８】
本発明によれば、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置において、当該装置へ第１光ビームを供給可能である第１光供給装置と、光学回折装置であって、当該光学回折装置の調整可能な回折特性に応じて、前記装置へ供給された第１光ビームを回折するように構成されている光学回折装置と、前記装置へ第２光ビームを供給可能である第２光供給装置と、第１マイクロミラーであって、当該第１マイクロミラーのポジション及び／又は配向に応じて、前記装置へ供給された第２光ビームを可変に偏向可能である第１マイクロミラーと、光学回折装置の調整可能な回折特性も、第１マイクロミラーのポジション及び／又は配向も、調整可能である第１アクチュエータと、を備えている、マイクロマシニング技術による装置が提供される。
【０００９】
光ビームをレーザビームと解してもよい。特に、ここで述べる総ての光ビームを、レーザビームとすることができる。
【００１０】
さらに、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置の製造方法において、前記装置へ第１光ビームを供給可能な第１光供給装置を形成するステップと、光学回折装置を形成するステップであって、当該光学回折装置の調整可能な回折特性に応じて、前記装置へ供給された第１光ビームを回折可能であるように、光学回折装置を形成するステップと、前記装置へ第２光ビームを供給可能な第２光供給装置を形成するステップと、第１マイクロミラーを形成するステップであって、当該第１マイクロミラーのポジション及び／又は配向に応じて、前記装置へ供給された前記第２光ビームを可変に偏向可能であるように、第１マイクロミラーを形成するステップと、第１アクチュエータを形成するステップであって、当該第１アクチュエータによって、光学回折装置の調整可能な回折特性も、第１マイクロミラーのポジション及び／又は配向も、調整可能であるように、第１アクチュエータを形成するステップとを含む、マイクロマシニング技術による装置の製造方法が提供される。
【００１１】
発明の利点
本発明が基礎とする着想は、第１光ビームの光スペクトルを分析する装置を、有利には第２光ビームにより画像を投影する装置と組み合わせることができる、という点にある。これによってスペースを節約することができ、このことは特にモバイル用途のために、即ち、本発明に係る装置をスマートフォンやラップトップ等で利用するために有利である。さらに、このようにすれば、高度に技術的な手間をかけることによってしか精密に作成できない製造すべき部品が、複数の機能を果たせるようになるため、全体として見れば、技術的な手間をあまりかけなくて済むようになる。
【００１２】
ここで本発明の基礎を成す着想は、このような認識を考慮に入れて、以下のような装置を提供することにある。即ち、一つの同じアクチュエータが、光学回折装置の回折特性の作用も、少なくとも一つの次元で投影を行う第２光ビームの調整可能即ち制御可能な偏向も、実現できるようにすることである。
【００１３】
従って、同じ光学台を、少なくとも二重に利用することができる。偏向を行うマイクロミラーを、一般に高精度に製造された光学台へ取り付けることは、そうではなく多くの場合のようにマイクロミラーの調整を実施するよりも、比較的コストがかからない。
【００１４】
画像投影用の装置の一つ又は複数のアクチュエータの制御は、例えば、投影すべき画像を供給可能な、又は、投影すべき画像を形成可能な制御装置によって行われる。回折された第１光ビームの評価を、例えば計算装置によって行うことができ、この計算装置を制御装置と同一のものとすることができる。制御装置及び／又は計算装置として、例えばマイクロプロセッサを利用することができる。
【００１５】
従属請求項及び図面を参照した以下の説明には、有利な実施形態及び発展形態が示されている。
【００１６】
一つの別の有利な実施形態によれば、第１マイクロミラーは、鏡面として湾曲表面を備えている。このようにすれば、第１マイクロミラーに入射する第２光ビームの配向を同じままに維持して、第１マイクロミラーを直線的に移動させることによって、第２光ビームが第１マイクロミラーにより偏向される角度を調整することができる。有利には第１アクチュエータは、第１マイクロミラーを直線的に移動するように構成されている。このようにすれば、第１アクチュエータを僅かな技術的コストで製造することができ、第２光ビームを調整可能に偏向できるようにする構成を、僅かな技術的コストで実現することができる。なお、鏡面とは、マイクロミラーの外側に位置し第２光ビームを反射するように構成されたセグメントのことである。
【００１７】
一つの別の有利な実施形態によれば、第１マイクロミラーの湾曲表面は少なくとも、円柱外周面の一つのセグメントとして形成されている。このようにすれば、第１マイクロミラーを僅かな技術的コストで製造することができる。第１マイクロミラーの湾曲表面を特に、一つの円柱外周面として形成することができる。第１マイクロミラーを円柱状に形成することができ、このようにすれば簡単に製造可能である。
【００１８】
一つの別の有利な実施形態によれば、第１マイクロミラーは、鏡面としてグラスファイバのコーティングセグメントを備えている。特に、第１マイクロミラーを、コーティングされたグラスファイバセグメントとして形成することができる。
【００１９】
一つの別の有利な実施形態によれば、第２光ビームは、当該第２光ビームが第１マイクロミラーの調整されたポジションにより可変の入射角で第１マイクロミラーの湾曲表面に当射するように、第１マイクロミラーへ向けて偏向可能である。例えば、第２光ビームが第１マイクロミラーに当射する方向である第１ベクトルを、第１マイクロミラーを第１アクチュエータによって移動可能な方向である第２ベクトルと非平行にすることができる。このようにすれば、第１マイクロミラーによって、第２光ビームの最大偏向角度を拡大することができるようになる。
【００２０】
一つの別の有利な実施形態によれば、光学回折装置は、特に櫛形状又はフィンガ状で入れ子式に噛み合わせられた第１薄板と第２薄板とを有する構造を備えている。第１アクチュエータは、第１薄板及び／又は第２薄板に電位を与えることによって、動作可能とすることができる。このようにすれば、アクチュエータの調整可能な構成を、特に簡単にすることができ、ひいてはロバストで故障しにくくすることができる。光学回折装置の調整可能な回折特性を、第１薄板と第２薄板との相互の相対的ポジショニングによって生じさせることができ、このような相対的ポジショニングは、第１薄板及び／又は第２薄板に与えられる電位に基づく。特に、第１薄板と第２薄板とを合わせることにより、一つの光学格子を形成することができ、例えば、いわゆるラメラグレーティング（英語では「Lamellar  Grating 」）を形成することができる。第１薄板と第２薄板とを精密に製造することにより、同時に、精密に調整可能な回折装置の回折特性が得られるようになり、さらに、第１アクチュエータにより移動可能な第１マイクロミラーによって、第２光ビームを精密に偏向することができるようになり、このようにすることによって、製造時の技術的コストが低減される。
【００２１】
一つの別の有利な実施形態によれば、本発明に係る装置には、第２マイクロミラー及び第２アクチュエータが含まれており、第２アクチュエータによって、第２マイクロミラーのポジション及び／又は配向を調整することができる。第１マイクロミラー、第２マイクロミラー、及び／又は、第２光供給装置は、第２光供給装置により装置へ供給された第２光ビームを、第１マイクロミラーによっても第２マイクロミラーによっても偏向可能であるように配置することができる。第１マイクロミラーのポジション及び／又は配向、及び／又は、第２マイクロミラーのポジション及び／又は配向を、画像を二次元で投影するために第２光ビームを偏向可能であるように調整可能にすることができる。例えば、第１マイクロミラーは、第１方向、例えば垂直方向（「面外（out-of-plane）」）への第２ビームの偏向を行うことができ、第２マイクロミラーは、第１方向に対し垂直な第２方向、例えば水平方向（「面内（in-plane）」）への第２ビームの偏向を行うことができる。
【００２２】
一つの別の有利な実施形態によれば、この装置には、光学センサ装置が含まれており、当該光学センサ装置に向けて、光学回折装置により回折された第１光ビームを案内することができ、当該光学センサ装置は、この装置に向けて案内された第１光ビームの強度に基づき、強度信号を発生するように構成されている。別の有利な実施形態によれば、この装置には、計算装置が含まれており、当該計算装置は、現時点で調整されている光学回折装置の回折特性に基づき、さらに光学センサ装置が発生した強度信号に基づき、第１光ビームの光スペクトルの特性を算出することができる。例えば、強度信号の光スペクトルにおける特定の波長又は特定の波長範囲の強度を算出することができる。
【００２３】
一つの別の有利な実施形態によれば、計算装置は、第２光ビームを参照ビームとして利用することにより、自動的に較正可能である。
【００２４】
次に、図面に概略的に示された実施例に基づき本発明について詳細に説明する。総ての図面において、別途記載がない限り、同一の要素又は機能的に同等の要素には同じ参照符号が付されている。なお、ステップに付された番号は、分かり易さを目的としたものであり、別途記載がない限り、特定の時間的順序を意図するものではないことを特に述べておく。例えば、複数のステップを同時に実行することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一つの実施形態に従って構成された、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置１０の概略的ブロック図。
【図２】本発明の別の実施形態に従って構成された、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置１１０の概略的斜視図。
【図３】図２に従った装置１１０の平面図。
【図４】本発明のさらに別の実施形態に従って構成された、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置２１０の概略的ブロック図。
【図５】画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置１０；１１０；２１０の製造方法を説明するための概略的フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施例の説明
図１には、本発明の一つの実施形態に従って構成された、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置１０の概略的ブロック図が示されている。
【００２７】
装置１０には、第１光供給装置２１が含まれており、この第１光供給装置２１によって、装置１０は第１光ビーム２３を供給することができる。第１光供給装置２１は、装置へ供給すべき第１光ビーム２３を発生させるために、光源を含むことができる。この場合、光供給装置２１のことを、第１光ビーム発生用の第１光発生装置２１と称することもできる。別の選択肢として第１光供給装置２１を、第１光導入装置として、又は、第１光導入装置と共に構成することもでき、この第１光導入装置によって、装置１０の外部で発生させた光ビームを装置１０内に導入することができる。
【００２８】
装置１０には、さらに光学回折装置３０が含まれており、当該光学回折装置３０は、第１光ビーム２３の光スペクトルを分析するために、装置１０へ供給される第１光ビーム２３を、光学回折装置３０の調整可能な回折特性に応じて回折するように構成されている。
【００２９】
装置１０には、第２光供給装置２２が含まれており、当該第２光供給装置２２は、装置１０に第２光ビーム２４を供給することができる。第２光供給装置２２は、装置１０へ供給される第２光ビーム２４を発生させるために、第２光源を含むことができる。この場合、光供給装置２２のことを、第２光ビーム発生用の第２光発生装置２２と称することもできる。別の選択肢として第２光供給装置２２を、第２光導入装置として、又は、第２光導入装置と共に構成することもでき、この第２光導入装置によって、装置１０の外部で発生させた光ビームを装置１０内に導入することができる。
【００３０】
装置１０にはさらに、第１マイクロミラー４０であって、装置１０へ供給される第２光ビーム２４を、当該第１マイクロミラー４０のポジション及び／又は配向に応じて、可変に偏向することができる第１マイクロミラー４０と、光学回折装置３０の調整可能な回折特性を調整することができ、かつ、第１マイクロミラー４０のポジション及び／又は配向を調整することができる第１アクチュエータ３５とが含まれている。
【００３１】
図２には、本発明の別の実施形態に従って構成された、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置１１０の概略的斜視図が示されている。装置１１０は、装置１０の変形実施形態である。さらに図３には、図２に示した装置１１０の平面図が示されている。
【００３２】
装置１１０は、第１光供給装置として第１光導入装置１２１を備えており、この第１光導入装置１２１によって、外部で発生させた光ビームを第１光ビーム１２３として装置１１０に導入することができる。第１光導入装置１２１は、例えばグラスファイバとして形成されている。第１光ビーム１２３は、特にレーザビームである。第１光導入装置１２１は、装置１１０の基板１１４の表面１１２に取り付けられている。基板１１４は、例えば、ケイ素から成るものとすることができ、又は、ケイ素を含むことができる。
【００３３】
さらに表面１１２上には、第１コリメーション装置１６１及び第２コリメーション装置１６３、並びに、第１フォーカシング装置１６２及び第２フォーカシング装置１６４が形成されている。第１コリメーション装置１６１及び第２コリメーション装置１６３は、例えば、第１曲率半径を有する中空湾曲ミラーとして形成されており、第１フォーカシング装置１６２及び第２フォーカシング装置１６４は、例えば、第２曲率半径を有する中空湾曲ミラーとして形成されており、この場合、例えば、第２曲率半径を第１曲率半径よりも大きくすることができる。さらに表面１１２上には、装置１１０内部での転送又は装置１１０から外部へ向けた導出のための、第１光転送装置１２２が形成されており、例えば、これもグラスファイバとして形成されている。
【００３４】
さらに装置１１０には、表面１１２上に取り付けられた回折装置１３０が含まれており、この回折装置１３０は、ラメラグレーティング（英語では「Lamellar Grating」）と称される場合もある。この回折装置は、相互に入れ子構造で櫛形に噛み合わせられた第１薄板１３１及び第２薄板１３２を備えており、この場合、第１薄板１３１は表面１１２に固定されており、第２薄板１３２は基板及び第１薄板１３１に対し可動に形成されている。このため第２薄板１３２は、有利には支持構造１３４と一体的に形成されている。支持構造１３４は、表面１１２と固定的に接続された二つの直方体状セグメント１３７を備えており、これらのセグメントは、表面１１２から間隔をおいて配置された四つの直方体状セグメント１３８を介して、同様に表面１１２から間隔をおいて配置された中央バー１３９と接続されている。
【００３５】
中央バー１３９の第１長手方向端部に第２薄板１３２が形成されており、中央バー１３９の第２長手方向端部にカウンターウェイト１３３が形成されている。それによって第２薄板は、静止摩擦力なしに又は僅かな静止摩擦力だけで、基板１１４の表面１１２に当接するようになる。表面１１２に固定された支持構造体１３４のセグメント１３７を、梃子の支点として機能させることができる。
【００３６】
例えば、相応にドーピング及び／又はパターニングされた基板１１４の領域を介して、又は、スルーホールを介して、第１薄板１３１と第２薄板１３２との間に電位差を発生させることができ、例えば第１電位を第１薄板１３１に与え、第１電位とは異なる第２電位を第２薄板１３２へ与えることによって、電位差を発生させることができる。電位差を発生させることによって、第１薄板１３１と第２薄板１３２との相互の相対的なポジションを、静電反発力に基づいて調整することができ、その際、支持構造体１３４は、特にセグメント１３８によって、復帰ばね力を及ぼすことができる。第１薄板１３１と第２薄板１３２と支持構造体１３４とカウンターウェイト１３３とが共同して、第１アクチュエータ１３５を形成している。入れ子構造で噛み合っている第１薄板１３１と第２薄板１３２とによって、光学格子が光学回折装置１３０として形成され、この光学回折装置１３０の回折特性は、第１薄板と第２薄板との相互の相対的なポジションに依存する。
【００３７】
第１光導入装置１２１、第１コリメーション装置１６１及び第２コリメーション装置１６３、第１フォーカシング装置１６２及び第２フォーカシング装置１６４、アクチュエータ１３０、並びに、光転送装置１２２は、第１光導入装置１２１によって導入された第１光ビーム１２３が、最初に第１コリメーション装置１６１に当射し、第１コリメーション装置１６１から第１フォーカシング装置１６２に向かって反射し、第１フォーカシング装置１６２から回折装置１３０に当射し、回折装置１３０から、その時点で調整されている回折特性に依存して、第２フォーカシング装置１６４の方向へ回折し、第２フォーカシング装置１６４から第２コリメーション装置１６３に向けて反射して、さらに第２コリメーション装置１６３から光転送装置１２２に入射するような相互間の関係で、表面１１２上に配置されている。
【００３８】
装置１１０の第２光供給装置として、表面１１２上に第２光導入装置１２２が取り付けられており、この第２光導入装置１２２によって、外部で発生させた別の光ビームを、第２光ビーム１２４として装置１１０に導入することができる。第２光導入装置１２２は、例えばグラスファイバとして形成されている。第２光ビーム１２４は、特にレーザビームである。
【００３９】
アクチュエータ１３０の可動部分に第１マイクロミラー１４０として、円柱状のグラスファイバセグメントが形成されており、これには鏡面として鏡面コーティングが施されている。このマイクロミラー１４０は、上述のように第１薄板１３１と第２薄板１３２との間に電位差を発生させて、第１アクチュエータ１３０を動作させることにより、動かすことができ、特に表面１１２に平行に位置する第２ベクトルＶ２に沿って直線的に動かすことができる。
【００４０】
さらに装置１１０には、第２マイクロミラー１５０及び第２アクチュエータ１５５が含まれており、第２アクチュエータ１５５によって、第２マイクロミラー１５０のポジション及び／又は配向を調整することができる。装置１１０によれば、例えば、第２アクチュエータ１５５の第３薄板１５１と第４薄板１５２との間に電位差を印加し又は発生させ、第２アクチュエータ１５５を動作させることによって、第２マイクロミラー１５０のポジション及び／又は配向を実現することができる。
【００４１】
第１マイクロミラー１４０、第２マイクロミラー１５０及び第２光導入装置１２２は、第２光導入装置１２２によって導入された第２光ビーム１２４を、第１マイクロミラー１４０と第２マイクロミラー１５０との組み合わせによって偏向可能であるように配置されており、従って、画像を２次元で投影するために第２光ビーム１２４を偏向可能であるように、第１マイクロミラー１４０のポジション及び／又は配向、及び／又は、第２マイクロミラー１５０のポジション及び／又は配向を調整することができる。
【００４２】
例えば、第２光ビーム１２４は、第１ベクトルＶ１に沿って、第１マイクロミラー１４０に向けて、以下のように偏向される。即ち、表面１１２に平行に位置しかつ第２ベクトルＶ２を含む第１仮想平面へ向けた第１ベクトルＶ１の第１投影も、表面１１２に垂直に位置しかつ第２ベクトルＶ２を含む第２仮想平面へ向けた第１ベクトルＶ２の第２投影も、第２ベクトルＶ２には平行に位置しないように、第２光ビーム１２４は、偏向される。
【００４３】
図４には、本発明のさらに別の実施形態に従って構成された、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置２１０の概略的ブロック図が示されている。装置２１０は、装置１０の変形実施形態である。装置２１０に基づいて説明する構造及び発展形態は、装置１１０にも適用することができ、また、その逆も可能である。
【００４４】
装置１０と対比すると、装置２１０には、さらに付加的に、光学センサ装置２６０であって、光学回折装置３０により回折された第１光ビーム２３を当該光学センサ装置２６０に向けて案内することができ、当該光学センサ装置２６０に向けて案内された第１光ビーム２３の強度に基づいて強度信号２６１を発生するように構成されている光学センサ装置２６０、例えばフォトダイオードと、少なくとも第１マイクロミラー４０の光学回折装置３０の現時点で調整されている回折特性に基づいて、及び、発生させられた強度信号２６１に基づいて、第１光ビーム２３の光スペクトルの特性を求めることができる計算装置２８０とが含まれている。求められた特性に基づき、計算装置２８０によって出力信号２８１を発生可能であり、出力可能であって、第１インタフェース２９０を介して装置２１０から取り出し可能である。
【００４５】
さらに装置２１０には、制御装置２７０が含まれており、この制御装置２７０は、データ信号２７１によって第１アクチュエータ３５を、投影すべき画像及び／又は分析すべき光スペクトルに従って制御するように構成されている。装置１１０を使用する場合には、制御装置２７０を、第１アクチュエータ１３５も第２アクチュエータ１５５も制御するように構成することができる。さらに制御装置２７０及び計算装置２８０を、別のデータ信号２７３を交換するように構成することができる。別のデータ信号２７３を用いることによって、例えば第１アクチュエータ及び／又は第２アクチュエータ３５，１３５，１５５の現在の調整を伝達することができる。これとは別の選択肢として、又は、これに加えて、別のデータ信号２７３を用いて計算装置２８０により制御装置２７０を制御可能であり、第１光ビーム１２３の光スペクトルを分析するために、計算装置２８０に記憶された第１光ビーム２３，１２３の測定プログラムに従って、第１アクチュエータ及び／又は第２アクチュエータ３５，１３５，１５５を所期のとおり回折させるように制御する。投影すべき画像は、装置２１０外部からの画像データ信号２９１により、第２インタフェース２９２を介して制御装置２７０へ供給可能である。
【００４６】
図５には、画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置１０；１１０；２１０の製造方法を説明するための概略的フローチャートが示されている。この製造方法は、装置１０，１１０及び２１０の製造に適しており、それらに特化して構成することができる。特に、装置１０，１１０及び２１０を参照しながら説明した変形実施形態及び発展形態に従って、この方法を適合することができる。
【００４７】
ステップＳ０１において、装置１０；１１０；２１０に第１光ビーム２３；１２３を供給可能な第１光供給装置２１；１２１が形成される。ステップＳ０２において、装置１０；１１０；２１０が第１光ビーム２３，１２３を、光学回折装置３０；１３０の調整可能な回折特性に依存して回折できるように、光学回折装置３０；１３０が形成される。
【００４８】
ステップＳ０３において、装置１０；１１０；２１０に第２光ビーム２４；１２４を供給可能な第２光供給装置２２；１２２が形成される。ステップＳ０４において、第１マイクロミラー４０；１４０であって、装置１０；１１０；２１０へ供給される第２光ビーム２４；１２４を、当該第１マイクロミラー４０のポジション及び／又は配向に応じて、可変に偏向可能である第１マイクロミラー４０；１４０が形成される。ステップＳ０５において、第１アクチュエータ３５；１３５であって、光学回折装置３０；１３０の調整可能な回折特性も、第１マイクロミラー４０；１４０のポジション及び／又は配向も、調整可能である第１アクチュエータ３５；１３５が形成される。
【００４９】
既述のステップのうちのいくつかのステップ又は総てのステップを、マイクロマシニング技術による製造方法、例えばケイ素エッチング又はＬＩＧＡ（リソグラフィ、電鋳、成形）を利用して、実施することができる。
【００５０】
これまで有利な実施例に基づき本発明について説明してきたが、本発明は、それらの実施例に限定されるものではなく、多種多様に変形可能である。特に本発明を、本発明の核となる着想から逸脱することなく、様々な手法で変更又は変形することができる。
【００５１】
例えば、装置２１０において、又は、装置１１０の相応の変形実施形態において、第１インタフェース２９０だけを形成し、第２インタフェース２９２は形成しないようにしてもよく、その場合、投影すべき画像が、第１インタフェース２９０を介して、装置外部から計算装置２８０へ供給され、計算装置２８０により制御装置２７０へ、投影すべき画像を別のデータ信号２７３を介して供給することができる。
【図１】
2017010006.tif 000003
【図２】
2017010006.tif 000004
【図３】
2017010006.tif 000005
【図４】
2017010006.tif 000006
【図５】
2017010006.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月12日(2016.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）において、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第１光ビーム（２３；１２３）を供給可能である第１光供給装置（２１；１２１）と、
光学回折装置（３０；１３０）であって、当該光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第１光ビーム（２３；１２３）を回折するように構成されている光学回折装置（３０；１３０）と、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第２光ビーム（２４；１２４）を供給可能である第２光供給装置（２２；１２２）と、
第１マイクロミラー（４０；１４０）であって、当該第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第２光ビーム（２４；１２４）を可変に偏向可能である第１マイクロミラー（４０；１４０）と、
前記光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性も、前記第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向も、調整可能である第１アクチュエータ（３５；１３５）と、
を備えている、
マイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）。
【請求項２】
前記第１マイクロミラー（１４０）は、鏡面として湾曲表面（１４１）を備えている、
請求項１に記載の装置（１１０；２１０）。
【請求項３】
前記第１マイクロミラー（１４０）の前記湾曲表面（１４１）は、少なくとも、円柱外周面の一つのセグメントとして形成されている、
請求項２に記載の装置（１１０；２１０）。
【請求項４】
前記第１マイクロミラー（１４０）は、前記鏡面としてグラスファイバのコーティングセグメントを有する、
請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２光ビーム（１２４）は、当該第２光ビーム（１２４）が、前記第１マイクロミラー（１４０）の調整されたポジションにより可変の入射角で、前記第１マイクロミラー（１４０）の前記湾曲表面（１４１）に当射するように、前記第１マイクロミラー（１４０）へ向けて偏向可能である、
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光学回折装置（１３０）は、入れ子式に噛み合わせられた第１薄板（１３１）と第２薄板（１３２）とを有する構造を備えており、
前記第１アクチュエータ（１３５）は、前記第１薄板（１３１）及び／又は前記第２薄板（１３２）に電位を与えることによって動作可能であり、
前記第１薄板（１３１）及び／又は前記第２薄板（１３２）に与えられる電位に基づく、前記第１薄板（１３１）と前記第２薄板（１３２）との相互の相対的なポジショニングによって、前記光学回折装置（１３０）の調整可能な回折特性が得られる、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、
第２マイクロミラー（１５０）と、
前記第２マイクロミラー（１５０）のポジション及び／又は配向を調整可能である第２アクチュエータ（１５５）と、
を備えており、
前記第１マイクロミラー（１４０）と前記第２マイクロミラー（１５０）と前記第２光供給装置（１２２）は、前記第２光供給装置（１２２）によって前記装置（１１０）へ供給された前記第２光ビーム（１２４）を、前記第１マイクロミラー（１４０）によっても前記第２マイクロミラー（１５０）によっても偏向可能であるように配置されており、
画像投影のために前記第２光ビーム（１２４）を二次元で偏向可能であるように、前記第１マイクロミラー（１４０）のポジション及び／又は配向、及び／又は、前記第２マイクロミラー（１５０）のポジション及び／又は配向を調整可能である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記装置は、
光学センサ装置（２６０）であって、前記光学回折装置（３０）により回折された第１光ビーム（２３）を当該光学センサ装置（２６０）へ案内可能であり、当該光学センサ装置（２６０）へ案内された前記第１光ビーム（２３）の強度に基づき、強度信号（２６１）を発生するように構成されている光学センサ装置（２６０）と、
現時点で調整されている前記光学回折装置（３０）の回折特性と、形成された前記強度信号（２６１）とに基づき、前記第１光ビーム（２３）の光スペクトルの特性を算出可能である計算装置（２８０）と、
を備えている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置（２１０）。
【請求項９】
前記計算装置（２８０）は、前記第２光ビーム（２４；１２４）を参照ビームとして利用しながら、自動的に較正可能である、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
画像投影用及び光スペクトル分析用のマイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）の製造方法において、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第１光ビーム（２３；１２３）を供給可能な第１光供給装置（２１；１２１）を形成するステップ（Ｓ０１）と、
光学回折装置（３０；１３０）を形成するステップ（Ｓ０２）であって、当該光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第１光ビーム（２３；１２３）を回折可能であるように、光学回折装置（３０；１３０）を形成するステップ（Ｓ０２）と、
前記装置（１０；１１０；２１０）へ第２光ビーム（２４；１２４）を供給可能な第２光供給装置（２２；１２２）を形成するステップ（Ｓ０３）と、
第１マイクロミラー（４０；１４０）を形成するステップ（Ｓ０４）であって、当該第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向に応じて、前記装置（１０；１１０；２１０）へ供給された前記第２光ビーム（２４；１２４）を可変に偏向可能であるように、第１マイクロミラー（４０；１４０）を形成するステップ（Ｓ０４）と、
第１アクチュエータ（３５；１３５）を形成するステップ（Ｓ０５）であって、当該第１アクチュエータ（３５；１３５）によって、前記光学回折装置（３０；１３０）の調整可能な回折特性も、前記第１マイクロミラー（４０；１４０）のポジション及び／又は配向も、調整可能であるように、第１アクチュエータ（３５；１３５）を形成するステップ（Ｓ０５）と、
を含む、
マイクロマシニング技術による装置（１０；１１０；２１０）の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
一つの別の有利な実施形態によれば、この装置には、光学センサ装置が含まれており、当該光学センサ装置に向けて、光学回折装置により回折された第１光ビームを案内することができ、当該光学センサ装置は、この装置に向けて案内された第１光ビームの強度に基づき、強度信号を発生するように構成されている。別の有利な実施形態によれば、この装置には、計算装置が含まれており、当該計算装置は、現時点で調整されている光学回折装置の回折特性に基づき、さらに光学センサ装置が発生した強度信号に基づき、第１光ビームの光スペクトルの特性を算出することができる。例えば、第１光ビームの光スペクトルにおける特定の波長又は特定の波長範囲の強度を算出することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
さらに表面１１２上には、第１コリメーション装置１６１及び第２コリメーション装置１６３、並びに、第１フォーカシング装置１６２及び第２フォーカシング装置１６４が形成されている。第１コリメーション装置１６１及び第２コリメーション装置１６３は、例えば、第１曲率半径を有する中空湾曲ミラーとして形成されており、第１フォーカシング装置１６２及び第２フォーカシング装置１６４は、例えば、第２曲率半径を有する中空湾曲ミラーとして形成されており、この場合、例えば、第２曲率半径を第１曲率半径よりも大きくすることができる。さらに表面１１２上には、装置１１０内部での転送又は装置１１０から外部へ向けた導出のための、第１光転送装置１２５が形成されており、例えば、これもグラスファイバとして形成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
第１光導入装置１２１、第１コリメーション装置１６１及び第２コリメーション装置１６３、第１フォーカシング装置１６２及び第２フォーカシング装置１６４、アクチュエータ１３５、並びに、光転送装置１２５は、第１光導入装置１２１によって導入された第１光ビーム１２３が、最初に第１コリメーション装置１６１に当射し、第１コリメーション装置１６１から第１フォーカシング装置１６２に向かって反射し、第１フォーカシング装置１６２から回折装置１３０に当射し、回折装置１３０から、その時点で調整されている回折特性に依存して、第２フォーカシング装置１６４の方向へ回折し、第２フォーカシング装置１６４から第２コリメーション装置１６３に向けて反射して、さらに第２コリメーション装置１６３から光転送装置１２５に入射するような相互間の関係で、表面１１２上に配置されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
アクチュエータ１３５の可動部分に第１マイクロミラー１４０として、円柱状のグラスファイバセグメントが形成されており、これには鏡面として鏡面コーティングが施されている。このマイクロミラー１４０は、上述のように第１薄板１３１と第２薄板１３２との間に電位差を発生させて、第１アクチュエータ１３５を動作させることにより、動かすことができ、特に表面１１２に平行に位置する第２ベクトルＶ２に沿って直線的に動かすことができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
例えば、第２光ビーム１２４は、第１ベクトルＶ１に沿って、第１マイクロミラー１４０に向けて、以下のように偏向される。即ち、表面１１２に平行に位置しかつ第２ベクトルＶ２を含む第１仮想平面へ向けた第１ベクトルＶ１の第１投影も、表面１１２に垂直に位置しかつ第２ベクトルＶ２を含む第２仮想平面へ向けた第１ベクトルＶ１の第２投影も、第２ベクトルＶ２には平行に位置しないように、第２光ビーム１２４は、偏向される。
【外国語明細書】
2017010006.tif 000008
2017010006.tif 000009
2017010006.tif 000010
2017010006.tif 000011
2017010006.tif 000012
2017010006.tif 000013
2017010006.tif 000014
2017010006.tif 000015
2017010006.tif 000016
2017010006.tif 000017
2017010006.tif 000018
2017010006.tif 000019
2017010006.tif 000020
2017010006.tif 000021
2017010006.tif 000022
2017010006.tif 000023
2017010006.tif 000024
2017010006.tif 000025
2017010006.tif 000026
2017010006.tif 000027
2017010006.tif 000028
2017010006.tif 000029