JP2019508670A - 光学mems干渉計におけるミラーの位置決めのための自己較正 - Google Patents

光学mems干渉計におけるミラーの位置決めのための自己較正 Download PDF

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Abstract

微小電気機械システム(MEMS)装置が、干渉計の可動ミラーのミラーの位置決めの自己較正を提供する。MEMS装置内の少なくとも1つのミラーは、非平面表面を有する。可動ミラーは、可変静電容量を有するMEMSアクチュエータに結合される。MEMS装置は、非平面表面に基づいて干渉計によって生成されたインターフェログラムのセンタバースト及び1つ以上の二次バーストとに対応する可動ミラーの複数の基準位置におけるMEMSアクチュエータの静電容量を決定する静電容量検知回路を含む。較正モジュールは、基準位置でのアクチュエータの静電容量を使用して、静電容量検知回路内のドリフトを補償する。【選択図】図17

Description

関連特許の相互参照
本米国特許出願は、35U.S.C.§119(e)に従って、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、本米国特許出願の一部をなす以下の米国仮特許出願に基づいて優先権を主張するものである。
1.2015年12月18日に出願され、係属中の「光学MEMS干渉計におけるミラーの位置決めのための自己較正」と題する米国仮特許出願第62/269,866号(代理人整理番号SIWA−1007PROV3)。
本米国特許出願は、さらに、35U.S.C.§120に従って、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、本米国特許出願の一部をなす以下の米国仮特許出願に基づいて優先権を主張するものである。
1.2014年1月28日に出願され、係属中の「光MEMS干渉計におけるミラーの位置合わせのための自己較正」と題する米国特許出願第14/165,997号(代理人整理番号BASS01−00017I1)であって、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、本米国特許出願の一部をなす以下の米国仮特許出願に基づいて、35U.S.C.§120に従って、継続中の一部(CIP)として、優先権を主張する出願。
a.2011年3月9日に出願され米国特許第8,873,125号として特許された「光学干渉計におけるミラー位置を決定する技術」と題する米国特許出願第13/044,238号(代理人整理番号BASS01−00008)であって、35U.S.C.§119(e)に従って、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、すべての目的のために本米国特許出願の一部を構成する以下の米国仮特許出願に基づいて優先権を主張する出願。
(i).2010年3月9日に提出され現在失効している「MEMSベースのシステムのためのエレクトロニクス:設計上の問題およびトレードオフ」と題する米国仮特許出願第61/311,966号(代理人整理番号BASS01−00008)。
発明の技術分野
本発明は、一般には、光学的分光法および干渉法に関し、特に、光学干渉計におけるマイクロメカニカル(微小電子機械)システム(Micro Electro-Mechanical System)(MEMS)技術の使用に関する。
関連技術の説明
微小電気機械システム(MEMS)とは、超微細加工技術による一般のシリコン基板上における機械要素、センサ、アクチュエータおよび電子回路の統合をいう。例えば、マイクロエレクトロニクスは、典型的には、集積回路(IC)工程を使用して製造されるが、マイクロメカニカル部品は、シリコンウェーハの部分を選択的にエッチングで除去し、または新しい構造層を追加して機械的、エレクトロメカニカル(電子機械的)部品を形成する、適合する微細機械加工工程を使用して製造される。MEMSデバイスは、その低コスト、バッチ処理能力、および標準的なマイクロエレクトロニクスとの適合性ゆえに、分光法、プロフィロメトリ、環境センシング、屈折率測定(または材料認識)、ならびに他のいくつかのセンサ用途における使用のための魅力的な候補である。加えて、MEMSデバイスが小型であることは、そのようなMEMSデバイスのモバイル機器およびハンドヘルド機器への組み込みも容易にする。
さらに、MEMS技術は、その多数の作動法と共に、光学的同調性や動的検知の用途といった、フォトニックデバイスの新しい機能および機構の実現を可能にする。例えば、(静電気的、磁気的または熱的)MEMS作動を使用してマイケルソン干渉計の可動ミラーを制御することによって、干渉計光路長の小さな変位を導入することができ、その結果、干渉ビーム間の差分位相を得ることができる。結果として得られる差分位相は、(フーリエ変換分光法などを使用して)干渉計ビームの分光感度、(ドップラー効果などを使用して)可動ミラーの速度を測定するために、または単に、光位相遅延要素として使用することができる。
そのような干渉計の精度における重要な構成要素が、可動ミラーの位置を決定することである。従来から、可動ミラー位置の測定にはレーザーおよび補助干渉計が使用されてきた。しかし、かさばるレーザー光源およびさらに別の干渉計を導入すると、干渉計システムのサイズ、コストおよび複雑さが増大する。
したがって、サイズ、コストおよび複雑さを低減して、可動ミラー位置を決定するための機構が必要とされている。
本開示の実施形態は、ミラーの位置決めの自己較正を行うための微小電気機械システム(MEMS)装置を提供するものである。MEMS装置は、非平面表面を有する少なくとも1つのミラーと、可動ミラーに結合されてその変位を引き起こす可変静電容量を有するMEMSアクチュエータとを含んでいる。MEMS装置はさらに、MEMSアクチュエータの記憶された静電容量を可動ミラーのそれぞれの記憶された位置にマッピングするテーブルを保持するメモリと、MEMSアクチュエータに結合された静電容量検知回路とを備え、干渉計によって生成されたインターフェログラムの1つまたは複数の二次バーストとの間の距離を計算することを含んでいる。較正モジュールは、基準位置におけるアクチュエータの静電容量を用いて、記憶された静電容量に適用される補正量を決定する。
以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照すれば、本発明のより完全な理解が得られる。
図1は、本発明の実施形態による、可動ミラーの位置を決定するための例示的微小電気機械システム(MEMS)装置を示すブロック図である。 図2は、本発明の実施形態による、可動ミラーの位置を決定するためのMEMS干渉計システムの例示的構成部品を示すブロック図である。 図3は、本発明の実施形態による、MEMS干渉計システムの別の例示的構成部品を示すブロック図である。 図4は、本発明の実施形態による、MEMS干渉計システム内で使用するための特定用途向け集積回路(application specific integrated circuit)(ASIC)の例示的構成部品を示すブロック図である。 図5は、本発明の実施形態による、図4のASIC内で使用するための例示的静電容量/電圧回路を示す回路図である。 図6は、本発明の実施形態による、MEMS装置の例示的アーキテクチャを示す図である。 図7は、本発明の実施形態による、MEMS干渉計システムの例示的アーキテクチャを示す図である。 図8は、本発明による、例示的MEMSダイ(die:型状)パッケージを示す図である。 図9は、本発明の実施形態による、MEMS装置内の可動ミラーの位置を決定するための例示的方法を示す図である。 図10は、本開示の実施形態による、ミラー位置決めの自己較正を実行するための例示的なMEMS干渉計システムを示すブロック図である。 図11Aおよび図11Bは、本開示の実施形態による静電容量検知曲線を示す図である。 図12Aおよび図12Bは、本開示の実施形態による静電容量検知曲線のドリフトを示す図である。 図13は、本開示の実施形態による静電容量検知曲線のドリフトの結果としてのミラー位置の誤差を示す図である。 図14は、本開示の実施形態による、ミラー位置を較正するための補正技術を実行するためのMEMS干渉計システムの例示的な構成要素を示すブロック図である。 図15は、本開示の実施形態による、白色光源のインターフェログラムを示す図である。 図16は、本開示の実施形態による非平面表面を有する例示的な可動ミラーを示す図である。 図17は、図16に示す可動ミラーを用いて生成された中心バーストおよび二次バーストを含むインターフェログラムを示す図である。 図18は、本開示の実施形態による非平面表面を有する別の例示的な可動ミラーを示す概略図である。 図19Aは、図18に示す可動ミラーを用いて生成された中心バーストおよび二次バーストを含むインターフェログラムを示す図である。 図19Bは、図19Aのファブリ・ペロー効果を除去するためのウィンドウを示す図である。 図20は、本開示の実施形態による非平面表面を有する別の例示的な可動ミラーを示す概略図である。 図21Aは、図20に示す可動ミラーを用いて生成された中心バーストおよび二次バーストを含むインターフェログラムを示す図である。 図21Bは、図21Aのファブリ・ペロー効果を除去するためのウィンドウを示す図である。 図22は、本開示の実施形態による、基板上に製造された非平面表面を有する例示的な可動ミラーの上面図を示す。 図23は、本開示の実施形態による、光学MEMS干渉計内のミラー位置決めのための自己較正のための例示的な方法を示す。
本開示の実施形態によれば、自己較正技術が、干渉計/分光計用途などの微小電気機械システム(MEMS)用途における可動ミラーの位置を補正するために提供される。この技術は、干渉計/分光計システムを小型チップ上に統合することを可能にし、システムのコストおよび複雑さを低減する。
次に図1を参照すると、本発明の実施形態による例示的MEMS装置100が示されている。MEMS装置100は、MEMSアクチュエータ110と、可動ミラー120とを含む。MEMSアクチュエータ110は、櫛歯状アクチュエータや、平行板アクチュエータや、別の種類の静電アクチュエータといった静電アクチュエータである。可動ミラー120は、MEMSアクチュエータの動きが可動ミラー120の位置の変位を生じさせるように、MEMSアクチュエータ110に結合されている。
多くのMEMS用途では、可動ミラー120の位置の知識を有することが必要である。例えば、干渉計用途では、可動ミラー120の位置は、干渉計の出力を処理するのに使用される。MEMS干渉計システム105の一例が図2に示されている。図2に示すように、MEMSアクチュエータ110および可動ミラー120は、(図7に関連して以下でより詳細に説明する)ビームスプリッタや、固定ミラーや、光検出器といった、干渉計140の他の構成部品と合わさってMEMS干渉計150を形成する。MEMS干渉計150は、例えば、フーリエ変換赤外分光(FTIR)分光計、マイケルソン(Michelson)干渉計、マッハツェンダー(Mach Zender)干渉計及び/又はファブリ・ペロー(Fabry Perot)干渉計などとすることができる。
可動ミラー120の変位は、光検出器において所望の干渉パターンを達成するために、干渉計140の2つのアーム間の光路長差を作り出す。光検出器からの信号出力を効果的に処理するためには、少なくとも1つの平面における可動ミラー120の位置が確認されなければならない。
したがって、次に図1および図2を参照すると、可動ミラー位置を測定するために、MEMS装置100は、MEMSアクチュエータ110に結合された容量検知回路130も含む。MEMSアクチュエータ110は静電アクチュエータであるため、MEMSアクチュエータ110は、容量検知回路130によって測定され得る可変静電容量を有する。例えば、一実施形態では、容量検知回路130をMEMSアクチュエータ110の2枚の板に結合して、板間の静電容量を検出する(すなわち、以下MEMSアクチュエータの「現在の静電容量」と称される静電容量の現在値を測定する)ことができる。
測定された現在の静電容量に基づき、可動ミラー120の位置を決定することができる。理解されるように、MEMSアクチュエータ110の2枚の板間の分離間隔(距離)は、ミラー120が移動するに従って変動する。MEMSアクチュエータ110は静電アクチュエータであるため、2枚の板間の静電容量は、2枚の板間の分離間隔に正比例(場合によっては逆比例)する。よって、板間の静電容量は、この分離間隔を決定するのに使用することができ、分離間隔はさらに、ミラー位置を決定するのに使用することができる。
図3は、本発明の実施形態による、MEMS干渉計システム105の例示的構成部品を示すブロック図である。図3において、容量検知回路(capacitive sensing circuit)(CSC)130は、特定用途向け集積回路(ASIC)160内で実施されている。ASIC160はさらに、MEMS干渉計150と、ディジタル信号プロセッサ(digital signal processor)(DSP)170とに結合されている。一実施形態では、DSP170は、ASIC160上で実施される。ASIC160上にDSP170を組み込むことにより、より大きなシステムに容易に組み込むことのできる、魅力的な自己完結型の解決策が与えられる。しかしこれは、ASIC技術選択に制限を課し、ディジタル部分と高感度のアナログ・フロント・エンドとの間に干渉を生じさせる可能性もある。したがって、別の実施形態では、DSP170を、別のASIC上で、または汎用パーソナルコンピュータ上で実行可能なソフトウェアとして実施することもできる。
ASIC160内のCSC130は、MEMS干渉計150のMEMSアクチュエータから容量検知信号190を受け取るように結合されている。CSC130は、容量検知信号190を測定してMEMSアクチュエータの現在の静電容量を決定し、現在の静電容量の値をDSP170へ送る。DSP170は、現在の静電容量値を処理して、MEMS干渉計150内の可動ミラーの位置を決定する。
また、ASIC160は、作動信号180を生成し、MEMSアクチュエータの運動を制御するために作動信号180をMEMS干渉計150のMEMSアクチュエータへ送るための回路も含む。例えば、一例示的実施形態では、ASIC160は、任意の作動プロファイルをサポートするD/A変換器(digital-to-analog converter)(DAC)を含む。またDACは、不要な共振モードが励起されないようにするために、作動雑音を低減し、非常に高度にスプリアス(spurious:偽り)フリーの、すなわちスプリアスのないダイナミック・レンジを有するように非常に高い分解能のものとすることもできる。
加えて、ASIC160はさらに、MEMS干渉計150から出力される光学的干渉パターン195を受け取り、光学的干渉パターン195を処理のためにDSP170へ提供するようにも結合されている。例えば、一例示的実施形態では、MEMS干渉計システム105は、汎用MEMSインターフェースCMOS ASIC160を使用するMEMS FTIR分光計である。この実施形態では、MEMS干渉計150は、光検出器と、固定ミラーと、可動ミラーとを含む。可動ミラーの動きに従って、光検出器は光学的干渉パターン195を捕える。ASIC160は、信号を増幅し、直流オフセットを除去し、必要なアンチエイリアシング(anti-aliasing:折り返し除去)フィルタリングを提供する低雑音信号調節路を含んでいてもよい。信号調節は、最終出力スペクトルにおけるスプリアストーンを低減するために、高度に線形な手法で行われてもよい。DSP170においては、可動ミラーの位置の知識を用いた調節されたパターンのスペクトル分析により、光路内の材料の光波長およびスペクトル指紋(spectral print)を識別することができる。
次に図4を参照すると、例示的CRC130が示されている。CRC130は、静電容量/電圧変換器(C/V)200と、増幅器210と、低域フィルタ220とを含む。C/V200は、MEMSアクチュエータの現在の静電容量を指示する容量検知信号190を受け取るように結合されており、現在の静電容量を電圧に変換するよう動作する。特に、C/Vは、MEMSアクチュエータの2端子間の静電容量に比例する電圧出力を作り出す。増幅器210は、C/V200からの電圧出力を増幅し、低域フィルタ220は、電圧をフィルタリングしてスプリアス信号を除去する。一例示的実施形態では、C/V200は、様々な固定静電容量に重畳される幅広い静電容量範囲をサポートするための広範囲の利得および直流オフセット除去を有する、非常に低雑音のC/Vである。CRC130のために低雑音レベルが求められるのは、ミラー位置の不正確が、システムの信号対雑音比(signal-to-noise ratio)(SNR)に直接影響を及ぼすからである。また、ASIC160も、18ビットを超える分解能を許容するために、非常に低い電圧および雑音レベルを示し得る。別の実施形態では、ASIC160は、C/V200を較正するための静電容量較正回路も含んでいてもよい。
C/V200の一例が図5に示されている。C/V200は、測定される静電容量Cを受け取るための入力端子と、基準静電容量Crefを受け取るための入力端子と、演算増幅器202と、フィードバックコンデンサCoと、包絡線検波器回路204とを含む。例示的動作では、既知の周波数(例えば10kHz)の交流信号が静電容量Cの一方の端子に印加され、同じ励起信号の負のバージョンが基準コンデンサCrefに印加される。演算増幅器202の出力は、その振幅が値(C−Cref)に比例する同じ周波数の交流信号である。
包絡線検波器回路204は、演算増幅器202の出力の包絡線を検出する。特に、包絡線検波器回路204は、演算増幅器202からの交流信号出力の振幅(包絡線)に比例する出力電圧を生成するように動作する。図5に示すように、包絡線検波器回路204は、演算増幅器202から出力される信号Vo1の包絡線を検出し、測定される静電容量の値に比例する電圧Voutを作り出す。C/V200のための他の回路設計も可能であり、本発明はどんな特定のC/V回路設計にも限定されるものではないことを理解すべきである。例えば、別の実施形態では、C/V200は、2つのコンデンサにおける差を検知するための複数の端子を有していてもよく、その場合、差分値はミラー位置に比例する。
図6は、本発明の実施形態による、MEMS装置100の例示的アーキテクチャを示す図である。MEMS装置100は、ASIC160と、MEMS干渉計といったMEMSデバイス155とを含む。MEMSデバイス155は、静電櫛歯状MEMSアクチュエータ110と、可動ミラー120とを含む。図6に示す静電櫛歯状MEMSアクチュエータ110は、櫛歯115とばね118とで形成されており、それぞれ個々の端子112、114を有する。端子112において櫛歯115に電圧を印加することにより、アクチュエータ110の両端に電位差が生じ、この電位差がアクチュエータ110に静電容量を誘導し、駆動力をばね118からの復元力と共に発生させ、それによって、所望の位置への可動ミラー120の変位が生じる。誘導される静電容量Cvariableは、端子112および114をASIC160上のポート162および164に接続することによって、端子112と端子114の間で測定することができる。
一実施形態では、ASIC160からの作動信号は、時分割多重化または周波数分割多重化を使用して、静電容量検知信号と同じポート(ポート162)上で送られる。単一のポート上で両方の機能(作動および容量検知)を有することにより、必要最大作動電圧が低減され得ると同時に、検知される静電容量も増大する。しかし、これは、検知回路と作動回路との間の望ましくない相互作用につながり得る。したがって、別の実施形態では、作動信号は、ASIC160上の別のポート(不図示)上で送られる。図6に示すMEMSアクチュエータ110のレイアウトおよび特徴は単なる例示にすぎず、本発明は、櫛歯状アクチュエータであれ、平行板アクチュエータであれ、あるいは別の種類の静電MEMSアクチュエータであれ、任意の静電MEMSアクチュエータ設計を用いて実現され得ることを理解すべきである。
図7は、本発明の実施形態による、MEMS干渉計システム105の例示的アーキテクチャを示す図である。MEMS干渉計システム105は、MEMS干渉計150と、ASIC160とを含む。MEMS干渉計150は、例えば、MEMS作動式可動ミラーを可能にするためにSOIウェハー上で実現されるフーリエ変換赤外(FTIR)分光計などとすることができる。
MEMS干渉計150は、MEMSアクチュエータ110と、干渉計140とを含む。図7に示すように、干渉計140は、光源300と、ビームスプリッタ310と、固定ミラー320と、光検出器330と、可動ミラー120とを含む。光源300は、干渉計140を通って半平面ビームスプリッタ310に到達するまで進む入射ビームIを作り出す。一例示的実施形態では、ビームスプリッタ310は、第1の媒質(すなわちシリコン(Si))と第2の媒質(すなわち空気)との界面において形成される。シリコン/空気界面ビームスプリッタ310は、入射ビームIからある角度(例えば45度)に位置決めされる。所望の角度は、例えば、シリコン媒質の表面をフォトリソフラフィ的に定義することによって作り出されてもよい。
半平面ビームスプリッタ310に当たると、入射ビームIは、2つの干渉ビームL1およびL2に分割される。L1は、シリコン/空気半平面ビームスプリッタ310からの入射ビームIの部分反射から生じ、よって、ビーム入射角と等しい反射角を有する。L2は、シリコン/空気半平面ビームスプリッタ310を通る入射ビームIの部分透過から生じ、少なくとも一部は、(スネルの法則によって決定される)屈折角でシリコン中を伝搬する。その結果、L1は可動ミラー120に向かって伝搬し、L2は固定ミラー320に向かって伝搬する。
ビームL1は、可動ミラー120によって反射され、よって、反射ビームL3を作り出し、ビームL2は、固定ミラー320によって反射され、よって、反射ビームL4を作り出す。図7に示すように、ビームL3もビームL4も、それぞれ、ミラー120およびミラー320からの反射後に、それぞれ、L1およびL2と同じ光路を(逆方向に)取って、半平面ビームスプリッタ310に向かって戻る。よって、分光計/干渉計がフーリエ変換(FT)分光計として使用される実施形態では、ある干渉計アームはビームL1/L3で形成され、ビームスプリッタ310と可動ミラー120とを含み、別の干渉計アームは、ビームL2/L4で形成され、固定ミラー320を含む。
ビームスプリッタ310において干渉する反射ビームL3およびL4から干渉パターンL5が作り出される。干渉パターンL5は、検出器330によって検出される。検出器330の出力は、端子166を介してASIC160に入力される。一実施形態では、検出器330は、(例えば、基板の上面をエッチングして、その中に光検出器が配置され得る開口を実現することによって)基板中において微細機械加工によって組み立てられる、または(例えば、P−I−Nダイオードを実現するための)ドーピングによって、もしくは(例えば、金属−半導体−金属MSM光検出器を実現するための)部分メタライゼーションによって、基板内においてモノリシックに実現される光検出器を含む。
やはり図7に示すように、可動ミラー120は、SOI静電MEMSアクチュエータ110を使用して動かすことができる。図6と同様に、静電MEMSアクチュエータ110は、櫛歯115とばね118で形成されたものとして示されている。端子114を介して櫛歯114に電圧を印加し、それによって、端子112と端子114との間に静電容量を誘導し、ビームL1の反射のための所望の位置までの可動ミラー120の変位を生じさせることができる。よって、実質的にミラー変位の2倍に等しいビームL3とビームL4との光路長差(optical path length difference)(OPD)を達成することができる。
加えて、可動ミラー120の位置を決定するために、端子112と端子114との間の静電容量を、ポート162およびポート164を介して、ASIC160によって測定することもできる。決定される可動ミラー位置および検出器330の出力に基づき、光路内の任意の材料の光波長およびスペクトルプリントを識別するために、(例えば、図3に示すDSP170などによって)インターフェログラム340を作り出すことができる。
2つの光路(L1/L3およびL2/L4)間のゼロ光路差に位置する可動ミラー120を図7に示す。しかしながら、他の実施形態では、静電容量検知技術の結果として生じる位相雑音および誤差を除去するために、可動ミラー120をゼロパス位置の後方の距離δに配置することができ、可動ミラー120をゼロ光路差位置を通って移動させることができ、ゼロ光路差位置の正側と負側の両方で測定が行われるようにすることができる。この実施形態では、光源300は広帯域光源(すなわち、白色光源)であり、負および正の側は等しいかまたは等しくない。DSP170(図3に示す)では、インターフェログラム340の複素フーリエ変換を行って、ミラー位置における任意の位相誤差を補償することができる。別の実施形態では、インターフェログラムの正側と負側の両方を記録する代わりに、負の(左側)側のインターフェログラムの一部分のみを取り、DSPによって使用して、正しい信号を抽出し、静電容量検知技術によって生成される位相雑音および誤差のいくつかを除去する。別の実施形態では、光源300は、既知の波長の入力ビームを生成する狭帯域光源(すなわち、レーザ)である。さらに別の実施形態では、光源300は広帯域光源であり、狭帯域光フィルタ302を任意に使用して、既知の中心波長の入力ビームを生成することができる。
一実施形態では、ミラー120およびミラー320は金属ミラーであり、その場合、選択的メタライゼーション(例えば、メタライゼーション段階においてシャドウマスクを使用するなど)が、ビームスプリッタを保護するために使用される。別の実施形態では、小底面積(small foot print)分光計を得るために非金属垂直ブラッグ(Bragg)ミラーが使用される。ブラッグミラーは、深反応性イオンエッチング(Deep Reactive Ion Etching)(DRIE)を使用して実現することができ、これにより、連続した垂直なシリコン/空気界面が作り出される。加えて、ブラッグミラーは、用途に応じて、単純な反射器として機能するために幅広い分光反射感度を有するように、または波長選択応答を用いて設計することもできる。
本明細書では、ビームスプリッタ310についてシリコン/空気界面が言及されているが、本発明を実現するのに半波長平面ビームスプリッタを提供する他の媒質を使用することもできる。例えば、別の例示的実施形態では、動作のより広いスペクトルウィンドウを可能にするために、シリコンの代わりに、微細機械加工され、または組み立てられたガラス半平面またはパイレックス(登録商標)(Pyrex)などの他の材料を使用することもできる。加えて、半平面ビーム分割界面の反射率を変更するある程度の自由を与えるために、空気の代わりに、液体や異なる気体といった他の材料を使用することもできる。
図8は、本発明による、例示的MEMSダイパッケージ400を示す図である。容量検知を使用して可動ミラーの位置を決定することにより、MEMS干渉計150を、同じMEMSダイパッケージ400上でASIC160チップと一緒に集積することができ、それによって、MEMSシステムのサイズ、コストおよび複雑さが低減される。
図9に、本発明の実施形態による、MEMS装置内の可動ミラーの位置を決定するための例示的方法500を示す。この方法は510から開始し、そこで、可動ミラーに結合された可変静電容量を有する静電MEMSアクチュエータが設けられる。520で、可動ミラーを、MEMSアクチュエータを使用して変位させる。その後、530で、MEMSアクチュエータの現在の静電容量が検知され、540で、MEMSアクチュエータの現在の静電容量に基づいて、可動ミラーの位置が決定される。
ここで図10を参照すると、いくつかの実施形態では、静電容量検知回路は、応力、温度、湿度、電子部品の正常なドリフト、および他の理由による性能ドリフトに悩まされる可能性がある。静電容量検知回路におけるそのようなドリフトは、分光器/干渉計の動作に直接影響を与える可動ミラーの位置の精度に影響する。このため、図10に示すように、光路差変調の決定に使用される容量検知回路(CSC)130を較正するために、較正モジュール600をMEMS干渉計105に含めることができる。一実施形態では、較正モジュール600は、DSP170によって実行可能なアルゴリズムであり、例えばメモリ620に格納されてもよい。別の実施形態では、較正モジュール600は、CSC130のASIC内に含まれており、又は、追加的なASIC内に含まれている。
上述のように、可動ミラー120は、干渉計140の1つの経路に光路差を導入して、出力インターフェログラムに導き、そこから下記の式1および2に示すようにフーリエ変換によってスペクトルを抽出することができる。
Figure 2019508670
正確なスペクトルを得るためには、可動ミラー変位による光路差(OPD)の正確な決定が必要である。可動ミラー120が全移動範囲にわたって動かされるとき、MEMSアクチュエータ150の動きを静電容量的に検知するために、上述のようにCSC130を使用してOPDの精度が最初に較正される。結果として得られる測定静電容量(静電容量データ640)は、対応するOPD(位置データ650)にマッピングされ、メモリ620のテーブル630内に格納することができる。
例えば、特定の既知の波長λの光ビーム102をMEMS干渉計105に投入して、各分光計試料について1回生産ライン上のCSC130を較正することができる。光ビーム102は、既知の波長を有する光源(例えば、レーザ)から、または白色光出力が狭帯域光フィルタを通過して既知の波長の光ビーム102を生成する広帯域光源から生成することができる。図11Aおよび図11Bに見られるように、OPDと静電容量との関係は、得られたインターフェログラムの2つの連続するピークがλのOPDを表し、これを測定された静電容量の変化にマッピングして容量検知曲線720を生成するという事実を用いて、以下のように決定される。
Figure 2019508670
ここで、2つの連続するゼロ交差710間の距離(Δx)はλ/2に等しい。
再び図10を参照すると、図11Bの容量検知曲線720は、C(容量データ640)とx(位置データ650)との関係のルックアップテーブル620を埋めるために使用でき、それはその後、MEMS干渉計105の次の動作中に、可動ミラー120の位置を決定するために使用され得る。例えば、MEMS干渉計105の次の動作中に、MEMSアクチュエータ150の両端の静電容量をCSC130によって測定することができ、測定された静電容量をDSP170に提供して、メモリ620のテーブル630にアクセスすることによって可動ミラー120の位置を決定することができる。
さらに、図10に示すように、CSC130内のドリフトを補償するために、較正モジュール600は補正量610をさらに決定し、この補正量610をDSP170に提供することができる。DSP170は、補正量610と、補正された静電容量を決定するためにCSC130によって提供される測定された静電容量とを使用し、その後補正された静電容量を使用して、補正された静電容量のテーブル630検索を実行することによって、正しいミラー位置を決定する。正しい可動ミラー位置および干渉計140の出力に基づいて、その後DSP170は、光路内の任意の材料の光波長およびスペクトルプリントを識別するためにインターフェログラムを生成することができる。さらに、CSC130を含むDSP170および/またはASICは、MEMSアクチュエータ150の動きを制御して補正量610を使用してミラー120を所望の位置に移動させるための、作動信号を生成することができる。
例示的な実施形態では、較正モジュール600は、可動ミラー120の2つ以上の既知の位置でのMEMSアクチュエータ150の実際の静電容量を決定することによって、補正量610を決定する。例えば、較正モジュール600は、測定された実際の静電容量とテーブル630内の対応する静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するために、2つ以上の既知の位置で、テーブル630内の対応する静電容量とMEMSアクチュエータ150の実際の測定静電容量とを比較することができる。次に、較正モジュール600は、初期静電容量検知曲線および計算された誤差を使用して補正静電容量検知曲線を外挿し、補正静電容量検知曲線と初期静電容量検知曲線との間の差に基づいて補正量610を決定する。
例えば、図12Aおよび図12Bに示すように、オフセット誤差(B)および/または利得誤差(A)の形で、(図10のテーブル630に格納されている)初期容量値のドリフトが発生する可能性がある。図12Aおよび図12Bに見られるように、テーブルに格納された初期値は、ゼロOPDでのBの静電容量値を、Aのゲインで提供する。MEMS干渉計のその後の動作中に、ゼロOPDがBの静電容量値に対応し、利得がこの場合はAとなるように、CSCのドリフトが発生している。さらに、図13に示すように、このようなドリフトが存在する場合、静電容量検知をOPD関係にマッピングする初期値を使用すると、誤ったOPD値(Xactualと比較したXerror)が生じ、波長誤差およびスペクトルシフトを引き起こす可能性がある。したがって、静電容量/OPD値を補正するには、初期静電容量値の追加的較正が必要となる。追加的較正は、上述のように、オフセット誤差量および/または利得誤差量を含む補正量を生成する。
図14は、ミラー位置を較正するための補正技術を実行するためのMEMS干渉計システムの例示的な構成要素を示す。図14に示すように、広帯域光源800は、MEMS干渉計の較正中にMEMS干渉計を自己較正するために使用される。広帯域光源800は、干渉計140に投入されるスペクトルS(v)を有する。得られた白色光インターフェログラムは、図15に示すように、波数範囲がvからvの範囲で動作するMEMS干渉計では、以下のように表すことができる。
Figure 2019508670
ここで
Figure 2019508670
である。
図15に示すように、白色光インターフェログラムの中央バースト830におけるミラー位置は、ソースのスペクトル形状に関係なく、ソースの変動およびドリフトに対してより耐性がある位置に依存するようになる。このため、図14に示すように、CSC130は、白色光インターフェログラムが得られている間、MEMSアクチュエータ150の静電容量を連続的に測定し、測定された静電容量値を較正モジュール600に提供することができる。干渉計140によって得られた結果として得られるインターフェログラムから、較正モジュール600は、中心部バースト830に対応するバースト位置820に移動ミラー120があったときに、測定された静電容量を決定し、そのバースト位置820を自己較正のための第1の基準位置であるとみなすことができるゼロOPDにマッピングできる。
さらに、可動ミラー120といったミラーのうちの1つの表面125を、図14、15、18及び20に示すように、非平面とすることにより、図17、図19A及び図21Aに示すように、複数のゼロOPD基準点で二次バーストを生成することができる。例えば、図14に示すように、ミラー120の表面125は、主表面と、主表面からオフセットされた少なくとも1つの追加の表面とを含むことができ、主表面は、干渉計の光軸においてミラー上の中心にあり、インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成され、付加的な表面は、可動ミラーの縁部の近くに配置され、インターフェログラムの二次バーストを生成するように構成される。
以下の説明では、可動ミラー120が非平面表面125を有すると仮定する。しかしながら、他の実施形態では、図1に示す固定ミラーのような干渉計の光路内の別のミラーが、図7に示すように、可動ミラー120に加えて、または可動ミラー120の代わりに非平面表面を有してもよい。
較正モジュール600は、可動ミラーが二次バーストの1つに対応する二次バースト位置825にあったときの測定された静電容量を決定し、二次バースト位置825をオフセット面のゼロOPDにマッッピングし、別の基準位置としてこの二次バースト位置を使用できる。例えば、中心バースト830を生成する主表面と二次バーストを生成するオフセット面との間の既知のオフセットでは、可動ミラーのオフセット面のゼロOPD位置は、可動ミラーの主表面のゼロOPD位置と既知のオフセットとの和に等しい。別の例として、主表面を介して取られた光路とオフセット面を介して取られた光路との間に既知のOPDがある場合、可動ミラーのオフセット面(または可動ミラーによって生成された二次バースト)に対応するゼロOPD位置は、可動ミラーの主表面のゼロOPD位置と既知のOPDとの和に等しい。
複数のバーストを有する結果として生じる白色光インターフェログラムは、MEMS干渉計について以下のように表すことができる。
Figure 2019508670
ここで、A、A、A...は、メインバーストに対する二次バーストの相対強度であり、OPD、OPD、OPD、...は、二次バーストとメイン(中央)バーストとの間の光路差である。
較正モジュール600は、その後のMEMS干渉計の動作中に、テーブル630に記憶された基準位置および初期容量および位置値のそれぞれにおいて測定された静電容量を使用して、静電容量検知曲線(テーブル630に記憶された値)にDSP170によって適用される補正量610を決定することができる。したがって、後続のインターフェログラムにおける容量性検知ドリフトは、補正量610を使用して補償することができる。
静電容量測定値と位置との誤差が線形である実施形態では、既知のミラー位置における2つの静電容量測定値のみが、C対x関係におけるドリフト誤差を補正するために必要とされる。この実施形態では、修正された静電容量検知曲線を生成するために、インターフェログラムにおいて2つのバースト(すなわち、中央バーストおよび1つの二次バースト)のみが必要とされる。
非線形ドリフト誤差(三次以上)は、また、インターフェログラム内の3つ以上のバースト(すなわち、中心バーストおよび2つ以上の二次バースト)を生成するように、可動ミラー120の非平面表面125を構成することによって、修正され得る。例えば、図16に示すように、可動ミラー120の表面125は、図17に示すように、複数のバーストを有するインターフェログラムを生成するために、複数のオフセットステップを有することができる。例えば、表面125は、干渉計の光軸に中心が位置し、主表面1602からオフセットされたオフセット面1604,1606,1608および1610と共に、インターフェログラムの主/中心バースト1702を生成するよう構成され、それぞれの二次バースト1704,1706,1708、および1710を生成するように構成される、主表面1602を含む。
特に、図16に示す例では、オフセット面は、可動ミラー120の第1の端部の主表面1602に隣接する第1のオフセット面1604を含み、第1のオフセット面1604は、主表面1602に対して第1のオフセットを有する。オフセット面は、さらに、可動ミラーの第1の端部上の第1のオフセット面1604に隣接する第2のオフセット面1606を含み、第2のオフセット面は主表面1602に対する第2のオフセットを有する。図16に示すように、第2のオフセットは、第2のオフセット面1606における可動ミラー120の厚さが第1のオフセット面1604における可動ミラー120の厚さよりも小さくなるように、第1方向における第1のオフセットよりも大きく、第1のオフセット面1604における可動ミラー120の厚さは、主表面1602における可動ミラー120の厚さよりも小さい。
オフセット面は、第1の端部とは反対側の可動ミラー120の第2の端部上の主表面1602に隣接する第3のオフセット面1608をさらに含み、第3のオフセット面1608は、主表面1602に対してそれぞれ第3のオフセットを有する。さらに、オフセット面はまた、可動ミラーの第2の端部上の第3のオフセット面1608に隣接する第4のオフセット面1610を含み、第4のオフセット面1610は、主面1602に対してそれぞれ第4のオフセットを有する。図16では、第4のオフセットは、第4のオフセット面1610における可動ミラー120の厚さが第3のオフセット面1608における可動ミラー120の厚さよりも大きくなるように、第2方向における第3のオフセットよりも大きく、第3のオフセット面1608における可動ミラー120の厚さは、主表面1602における可動ミラー120の厚さよりも大きい。図16に示す非平面表面の構成では、第1のオフセット面1604は、二次バースト1704を生成するように構成され、第2のオフセット面1606は、二次バースト1706を生成するように構成され、第3のオフセット面1608は、二次バースト1708を生成するように構成され、第4のオフセット面1610は、図17に示されるインターフェログラムにおいて、二次バースト1710を生成するように構成される。
図18は、図19Aに示すように、複数のバーストを有するインターフェログラムを生成するための複数のオフセットステップを含む非平面表面125を有する別の例示的な可動ミラー120を示す概略図である。例えば、表面125は、主表面1804からオフセットされてそれぞれの二次バースト1902,1906及び1908を生成するように構成されたオフセット面1802,1806及び1808と共に、インターフェログラムの主/中央バースト1904を生成するように構成された主表面1804を含むことができる。
特に、図18に示す例では、第1のオフセット面1802は、干渉計の光軸において可動ミラー120の中心に配置され、インターフェログラムの二次バースト1902を生成するように構成される。主表面1804は、その両側で第1のオフセット面1802に隣接し、インターフェログラムの主/中心バースト1904を生成するように構成される。第1のオフセット面1802は、主表面1804における可動ミラー120の厚さが第1のオフセット面1802における可動ミラー120の厚さよりも小さくなるように、第1の方向における第1のオフセット量だけ主表面1804からオフセットされる。
第2及び第3のオフセット面1806及び1808は、主面1804の両側で主面1804に隣接し、第2の方向に第2のオフセット量だけ主面1804からオフセットされており、主表面1804における可動ミラー120の厚さは、第2/第3のオフセット面1806/1808における可動ミラー120の厚さよりも大きい。第2のオフセット面1806は、インターフェログラムの二次バースト1906を生成するように構成される一方で、第3のオフセット面1808は、インターフェログラムの二次バースト1908を生成するように構成される。スペクトラム上に複数のバーストがあることから生じる可能性のあるファブリ・ペロー様の効果は、図19Bに示すように、所望の解像度に応じて、インターフェログラムにウィンドウ1950を適用することによって除去することができる。
図20は、図21Aに示すように、複数のバーストを有するインターフェログラムを生成するための非平面表面125を有する別の例示的な可動ミラー120を示す概略図である。例えば、表面125は、二次バースト2104を生成するよう構成された追加の表面2004,2006,2008及び2010と共に、インターフェログラムの主/中心バースト2102を生成するよう構成された主表面2002を含む。
特に、図20に示す例では、付加的な表面は、主表面2002の各側の対応する傾斜表面2004および2008と、主表面2002の各側の対応する反射表面2006および2010とを含む。主表面2002は、干渉計の光軸において可動ミラー120の中心に配置され、インターフェログラムの中心バースト2102を生成するように構成される。傾斜面2004および2008は、それぞれ、主面2002に対してそれぞれの角度で配置され、反射面2006および2010のそれぞれの光を反射して、インターフェログラムの二次バースト2104を生成するように構成される。スペクトル上に複数のバーストを有することから生じ得るファブリ・ペロー様の効果は、図21Bに示すように、所望の解像度に応じて、インターフェログラムにウィンドウ2150を適用することによって除去することができる。
図22は、本開示の実施形態による、基板2200上に作製された非平面表面125を有する例示的な可動ミラー120の平面図を示す。表面125は、図20に示すものと同様である。一実施例では、可動ミラー120(およびMEMS干渉計システムの他の構成要素)は、例えば、深反応性イオンエッチング(DRIE)のような、任意のタイプの等方性および/または異方性エッチング技術を使用して、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)ウェハ(基板2200)を選択的にエッチングすることによって製造することができる。
図23は、本開示の実施形態による、光学MEMS干渉計内のミラー位置決めのための自己較正のための例示的な方法2300を示す。この方法はステップ2310で始まり、ここでは非平面表面を有するミラーが干渉計に設けられる。一例では、非平面表面を有するミラーは可動ミラーである。別の例では、非平面表面を有するミラーは、固定ミラー、または固定ミラーと可動ミラーとの組み合わせ(すなわち、固定ミラーと可動ミラーの双方がそれぞれ非平面表面を有する)である。
ステップ2320において、MEMSアクチュエータの蓄積された静電容量を可動ミラーのそれぞれの記憶された位置にマッピングするテーブルが維持される。記憶された静電容量およびそれぞれの記憶された位置は、MEMS干渉計の初期較正中に取得されてもよい。ステップ2330において、MEMSアクチュエータの第1の測定された静電容量が、可動ミラーの移動の結果生成されたインターフェログラムの中心バーストに対応する可動ミラーの第1の基準位置で検知される。ステップ2340において、MEMSアクチュエータの第2の測定された静電容量が、可動ミラー並びに可動ミラーおよび/または固定ミラーの非平面表面の移動の結果生成されるインターフェログラムの二次バーストに対応する可動ミラーの第2の基準位置で検知される。ステップ2350において、第1の基準位置における第1の測定された静電容量と第2の基準位置における第2の測定された静電容量を使用して、テーブル内に記憶された静電容量に適用される補正量が決定される。
当業者には理解されるように、本出願において説明した革新的概念は、広範囲の用途にわたって改変し、変更することができる。したがって、特許発明の範囲は、前述の具体的例示的示唆のいずれにも限定すべきではなく、代わりに、添付の特許請求の範囲によって定義されるものである。

Claims (26)

  1. 微小電気機械システム(MEMS)装置であって、
    MEMS干渉計であって、
    光を受けて反射させるように光学的に結合され、そこからインターフェログラムを形成するよう構成された少なくとも1のミラーであって、当該少なくとも1のミラーの第1のミラーが非平面表面を有する少なくとも1のミラーと、
    可動ミラーの変位を生じさせるために前記少なくとも1のミラーの可動ミラーに結合された、可変静電容量を有するMEMSアクチュエータと、
    を有するMEMS干渉計と、
    記憶された前記MEMSアクチュエータの静電容量を前記可動ミラーのそれぞれの格納された位置にマッピングするテーブルを維持するメモリと、
    前記MEMSアクチュエータに結合された静電容量検知回路であって、
    前記可動ミラーの移動の結果として形成される前記インターフェログラムの中央バーストに対応する前記可動ミラーの第1の基準位置で前記MEMSアクチュエータの第1の測定された静電容量を検知し、
    前記可動ミラー及び前記非平面表面の移動の結果として形成される前記インターフェログラムの二次バーストに対応する前記可動ミラーの第2の基準位置で前記MEMSアクチュエータの第2の測定された静電容量を検知する、
    よう構成された静電容量検知回路と、
    前記第1の基準位置での前記第1の測定された静電容量及び前記第2の基準位置での前記第2の測定された静電容量を使用し、前記テーブルに記憶された静電容量に適用すべき補正量を判断するよう構成された較正モジュールと、
    を具えることを特徴とするMEMS装置。
  2. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    さらに、前記静電容量検知回路が、前記MEMSアクチュエータの現在の静電容量を決定するよう構成されており、
    前記テーブルにアクセスし、前記MEMSアクチュエータの前記現在の静電容量と前記補正量との組み合わせに基づいて、前記可動ミラーの現在位置を決定するよう構成されたディジタル信号プロセッサをさらに具えることを特徴とするMEMS装置。
  3. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    既知の波長を有する入射ビーム生成し、前記干渉計に前記入射ビームを与えるよう構成された光源をさらに具えており、
    前記静電容量検知回路が、さらに、前記可動ミラーが、前記入射ビーム及び前記可動ミラーの移動の結果として生成されるさらなるインターフェログラムの少なくとも2つのゼロ交差を通過する際に、静電容量の変化を測定するよう構成されており、
    さらに、前記静電容量の変化及び前記さらなるインターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるよう構成されたディジタル信号プロセッサを具えることを特徴とするMEMS装置。
  4. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記テーブルが、初期静電容量検知曲線を表しており、
    前記較正モジュールが、さらに、前記MEMSアクチュエータの前記第1及び第2の測定された静電容量を、前記第1及び第2の基準位置における前記テーブル内の対応するそれぞれの記憶された静電容量と比較して、前記第1及び第2の測定された静電容量と前記テーブル内の対応する記憶された静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するよう構成されており、
    前記較正モジュールが、さらに、前記初期静電容量検知曲線及び前記計算された誤差を用いて、補正された静電容量検知曲線を推定するよう構成されており、前記補正量が、前記補正された静電容量検知曲線と前記初期静電容量検知曲線との間の差に対応することを特徴とするMEMS装置。
  5. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    さらに、広帯域光ビームを生成し、前記広帯域光ビームを第1および第2の測定された静電容量の検出中に前記MEMS干渉計に提供するように構成された広帯域光源を具えることを特徴とするMEMS装置。
  6. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    さらに、前記広帯域光ビームを受信するように光学的に結合され、既知の波長を有する入力ビームを生成し、前記入力ビームを前記干渉計に供給するよう構成された狭帯域光学フィルタを具えており、
    前記静電容量検知回路は、さらに、前記可動ミラーが前記入力ビーム及び前記可動ミラーの動きの結果として生成されるさらなるインターフェログラムの少なくとも2つのゼロ交差を通過する際に、静電容量変化を測定するように構成され、
    さらに、前記静電容量変化と前記さらなるインターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるように構成されたディジタル信号プロセッサを具えることを特徴とするMEMS装置。
  7. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記静電容量検知回路は、前記可動ミラーおよび前記非平面表面の移動の結果として生成される前記インターフェログラムのそれぞれの少なくとも1つの追加の二次バーストに対応する、前記可動ミラーのそれぞれの少なくとも1つの追加の基準位置で、前記MEMSアクチュエータの少なくとも1つの追加の測定静電容量を検知するように構成され、
    前記較正モジュールは、さらに、前記第1の基準位置における前記第1の測定静電容量、前記第2の基準位置における前記第2の測定静電容量、および前記それぞれの少なくとも1つの追加の基準位置における前記少なくとも1つの追加の測定静電容量を使用して、前記補正量を決定するよう構成されることを特徴とするMEMS装置。
  8. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記第1のミラーの非平面表面は、主表面と、前記主表面からオフセットされた少なくとも1つの追加の表面とを含んでおり、
    前記主表面は、前記干渉計の光軸において前記第1ミラーの中心に位置し、前記インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成されており、
    前記少なくとも1つの追加の表面は、前記第1のミラーの縁部の近くに位置し、前記インターフェログラムの二次バーストを生成するように構成される、
    ことを特徴とするMEMS装置。
  9. 請求項8に記載のMEMS装置において、
    前記少なくとも1つの追加の表面が、
    前記第1のミラーの第1端部の前記主表面に隣接し、前記主表面に対して第1のオフセットを有する第1のオフセット面と、
    前記第1のミラーの前記第1の端部の前記第1のオフセット面に隣接し、前記主表面に対して第2のオフセットを有する第2のオフセット面と、
    前記第1のミラーの前記第1の端部に対向する第2の端部の前記主表面に隣接し、前記主表面に対して第3のオフセットを有する第3のオフセット面と、
    前記第1のミラーの前記第2の端部の前記第3のオフセット面に隣接し、前記主表面に対して第4のオフセットを有する第4のオフセット面と、
    を有しており、
    前記第1のオフセット面、前記第2のオフセット面、前記第3のオフセット面および前記第4のオフセット面のそれぞれは、前記インターフェログラムのそれぞれの二次バーストを生成するように構成される、
    ことを特徴とするMEMS装置。
  10. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記第1ミラーの前記非平面表面は、主表面と、前記主表面からオフセット量だけオフセットしたオフセット面とを含んでおり、
    前記オフセット面は、前記干渉計の光軸において前記第1のミラーの中心に配置され、前記インターフェログラムの前記二次バーストを生成するように構成され、
    前記主表面は、その両側の前記オフセット面に隣接しており、前記インターフェログラムの前記中心バーストを生成するように構成されていることを特徴とするMEMS装置。
  11. 請求項10に記載のMEMS装置において、
    前記第1のミラーの前記非平面表面は、前記主表面から追加のオフセット量だけオフセットされた追加のオフセット面をさらに含み、前記主表面の両側で前記主表面に隣接する前記追加のオフセット面は、前記インターフェログラムの追加の二次バーストを生成するよう構成されることを特徴とするMEMS装置。
  12. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記第1のミラーの前記非平面表面は、主表面と、前記主表面の両側の対応する傾斜表面と、前記主表面の両側の対応する反射表面とを含んでおり、
    前記主表面は、前記干渉計の光軸において前記第1ミラーの中心に位置し、前記インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成され、
    前記傾斜表面は、前記主表面に対してそれぞれの角度でそれぞれ位置決めされ、前記反射表面のそれぞれ1つから光を反射して、前記インターフェログラムの前記二次バーストを生成するように構成されることを特徴とするMEMS装置。
  13. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記MEMSアクチュエータは2つのプレートを有する静電アクチュエータであり、前記静電容量検知回路は前記2つのプレート間の現在の静電容量を検知するよう構成されていることを特徴とするMEMS装置。
  14. 請求項13に記載のMEMS装置において、
    前記MEMSアクチュエータは、静電櫛形駆動アクチュエータであることを特徴とするMEMS装置。
  15. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記静電容量検知回路は、前記現在の静電容量を受け取り、静電容量に比例する出力電圧を生成するよう構成された静電容量−電圧変換器を含むことを特徴とするMEMS装置。
  16. 請求項1に記載のMEMS装置において、前記MEMS干渉計が、さらに、
    入射ビームを受け取り、前記入射ビームを第1の干渉ビームおよび第2の干渉ビームに分割するように光学的に結合されたビームスプリッタと、
    前記第1の干渉ビームを受け取り、前記第1の干渉ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第1の反射干渉ビームを生成するように光学的に結合された固定ミラーと、
    前記第2の干渉ビームを受け取るように光学的に結合され、前記第2の干渉ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第2の反射干渉ビームを生成する前記可動ミラーと、
    前記第1の反射干渉ビームと前記第2の反射干渉ビームとの間の干渉の結果として生成されたインターフェログラムを検出するように光学的に結合された検出器と、
    を含んでおり、
    前記可動ミラーの変位は、前記変位の2倍に等しい前記第1の干渉ビームと前記第2の干渉ビームとの間の光路長差を生成することを特徴とするMEMS装置。
  17. 請求項16に記載のMEMS装置において、
    前記中心バースト及び前記二次バーストは、前記第1干渉ビームと前記第2干渉ビームとの間のゼロ光路長差にそれぞれ対応することを特徴とするMEMS装置。
  18. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記MEMS干渉計は、フーリエ変換赤外(FTIR)分光計を含むことを特徴とするMEMS装置。
  19. 請求項1に記載のMEMS装置において、
    前記第1のミラーが可動ミラーであることを特徴とするMEMS装置。
  20. 微小電気機械システム(MEMS)干渉計を較正するための方法であって、
    少なくとも1つのミラーを提供するステップであって、前記少なくとも1つのミラーの第1のミラーは、前記MEMS干渉計内に非平面表面を有し、前記少なくとも1つのミラーの可動ミラーがMEMSアクチュエータに結合されて、前記可動ミラーの変位を引き起こし、前記MEMSアクチュエータは可変静電容量を有する、ステップと、
    前記MEMSアクチュエータの記憶された静電容量を前記可動ミラーのそれぞれの記憶された位置にマッピングするテーブルを維持するステップと、
    前記可動ミラーの移動の結果として生成されたインターフェログラムの中心バーストに対応する前記可動ミラーの第1の基準位置における前記MEMSアクチュエータの第1の測定された静電容量を検知するステップと、
    前記可動ミラーと前記非平面表面との移動の結果として生成されたインターフェログラムの二次バーストに対応する、前記可動ミラーの第2の基準位置における前記MEMSアクチュエータの第2の測定された静電容量を検知するステップと、
    前記第1の基準位置における前記第1の測定された静電容量および前記第2の基準位置における前記第2の測定された静電容量を用いて、前記テーブル内の前記記憶された静電容量に適用される補正量を決定するステップと、
    を具えることを特徴とする方法。
  21. 請求項20に記載の方法において、さらに、
    前記MEMSアクチュエータの現在の静電容量を決定するステップと、
    前記MEMSアクチュエータの現在の静電容量と前記補正量との組み合わせに基づいて前記可動ミラーの現在位置を決定するステップとを具えることを特徴とする方法。
  22. 請求項20に記載の方法において、さらに、
    前記MEMS干渉計において既知の波長を有する入力ビームを受け取るステップと、
    前記入力ビーム及び前記可動ミラーの移動の結果として生成された追加のインターフェログラムの少なくとも2つのゼロ交点を通過するときの静電容量の変化を測定するステップと、
    前記静電容量の変化と前記インターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるステップと、
    を具えることを特徴とする方法。
  23. 請求項20に記載の方法において、
    前記テーブルは初期静電容量検知曲線を表しており、さらに、
    前記第1および第2の測定された静電容量と前記テーブル内の対応する記憶された静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するために、前記MEMSアクチュエータの前記第1および第2の測定された静電容量を前記テーブル内の対応する記憶されたそれぞれの静電容量と比較するステップと、
    前記初期静電容量検知曲線及び前記計算された誤差を使用して補正された静電容量検知曲線を外挿するステップと、
    前記補正された静電容量検知曲線と前記初期静電容量検知曲線との差として補正量を決定するステップと、
    を具えることを特徴とする方法。
  24. 請求項20に記載の方法において、さらに、
    前記可動ミラーおよび前記非平面表面の移動の結果として生成されたインターフェログラムのそれぞれの少なくとも1つの追加の二次バーストに対応する、前記可動ミラーのそれぞれの少なくとも1つの追加の基準位置における前記MEMSアクチュエータの少なくとも1つの追加の測定された静電容量を検知するステップと、
    前記第1の基準位置における前記第1の測定された静電容量、前記第2の基準位置における前記第2の測定された静電容量、および前記それぞれの少なくとも1つの追加の基準位置における前記少なくとも1つの追加の測定された静電容量を使用して、前記テーブル内の記憶された位置に適用されるべきそれぞれの位置補正を決定するステップと、
    を具えることを特徴とする方法。
  25. 請求項20に記載の方法において、
    前記中心バーストおよび前記二次バーストはそれぞれ、前記非平面表面の結果としての前記MEMS干渉計内のゼロ光路長差に対応することを特徴とする方法。
  26. 請求項20に記載の方法において、
    前記第1のミラーが可動ミラーであることを特徴とする方法。
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