ＭＥＭＳ装置を用いた圧力測定
一実施形態において、装置は、空間を介して離間された２つの層（２４、２６）を有する少なくとも一つの素子であって、空間の寸法が、２つの層の間に印加される電圧に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、前記可変期間を測定するように構成された測定モジュールであって、前記可変期間が、前記装置の周囲圧力を示す測定モジュールと、を備える圧力測定装置が、記載されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ装置を用いた圧力測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、マイクロ機械素子、アクチュエータ及び電子機器を含む。マイクロ機械素子は、基板の部分をエッチングして除去し及び／又は材料層を堆積させ、又は、層を追加して電気及び電気機械装置を形成する、堆積、エッチング及び／又は他のマイクロ機械加工プロセス（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を用いて形成され得る。一種類のＭＥＭＳ装置は、干渉変調器（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる。ここで用いられる干渉変調器又は干渉光変調器（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）という用語は、光学的な干渉の法則を用いて、光を選択的に吸収し、透過し及び／又は反射する装置を指す。ある実施形態では、干渉変調器は一対の導電性プレートを備え得る。一対の導電性プレートの一方又は両方は全部又は一部において、透明型及び／又は反射型であってもよく、且つ適当な電気信号の適用に応じて、相対的な動きができる。特定の実施形態では、一対の導電性プレートの一方は基板に配置される静止層（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｌａｙｅｒ）を備えることができる。一対の導電性プレートの他方はエアギャップによって、静止層から切り離される金属層（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ）を備えることができる。本願明細書において、更に詳細に記載されているように、別のプレートに対して一方のプレートの位置は干渉変調器に入射する光の干渉を変えることができる。このような装置は、広範囲にわたって用いられる。それらの特徴が既存の製品を改善し、まだ開発されていない新製品を製作する際に利用できるように、このような装置の特徴を利用し及び／又は修正することは従来技術において有益である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の装置は、装置の周囲の圧力を測定することが意図されている。本発明の装置は干渉変調器と類似の構造を有しているが、典型的な干渉変調器の光学特性を有していてもよく、有しなくてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様は、空間を介して離間する２つの層を有する少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの層間に印加される電圧に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、前記可変期間を測定するように構成された測定モジュールであって、前記可変期間が、装置の周囲圧力を示す測定モジュールと、を備える、圧力測定装置である。
【０００５】
本発明の別の態様は、ＭＥＭＳ装置を構成する２つの層間に電圧を印加するステップと、前記装置の応答時間を示す値を測定するステップと、前記測定された値に基づいて前記装置の周囲圧力を決定するステップと、を備える、周囲圧力の測定方法である。
【０００６】
本発明の更に別の態様は、空間を介して離間する２つの導電性層を含む少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの導電性層に印加される電圧の変化に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、前記２つの導電性層間に印加される電圧に変化があるときに、前記２つの導電性層の間に流れる電流を時間の関数として測定するように構成された測定モジュールと、電圧パルスが適用される時と、動く電流の極所的な最大値が発生する時との間の時間差を決定するように構成されたプロセッサであって、更に前記時間差を周囲圧力と関連付けるよう構成されたプロセッサと、を備える、圧力測定装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】緩和状態における本発明の一実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】作動状態における本発明の一実施形態を示す図である。
【図１Ｃ】印加電圧と、印加電圧による本発明の一実施形態の反応電流とを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧力測定方法を示すフローチャートである。
【図３】ＭＥＭＳ装置の一つの例示的な実施形態に対する移動可能な鏡位置対印加電圧のダイヤグラムである。
【図４】本発明の一実施形態の一部を、第１の干渉変調器における移動可能な反射層である第１層が緩和位置にあり、第２の干渉変調器の第１層が作動位置にある干渉変調器ディスプレイとして表す等角図である。
【図５】本発明の一つの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
干渉光変調器（interferometric light modulator）の典型的用途は、装置の光学特性を利用することを含む。幾つかの実施形態において、干渉光変調器は、異なる光学特性を有する２つの状態を有するバイステーブル（bistable）装置である。特定の変調器の状態は、適当な電気信号の印加によって、制御可能である。このように、干渉光変調器は、ディスプレイ用途に適合されている。しかしながら、干渉光変調器に類似の構造を有するＭＥＭＳ装置の他の特性は、装置の周囲圧力の測定等の他の目的に用いられ得る。
【０００９】
図１Ａは、第１の時刻に（at a first time）緩和状態にある本発明の実施形態を示し、図１Ｂは、第２の時刻（at a second time）に作動状態にある同じＭＥＭＳ装置を示す。図１Ｃは、作動を引き起こすことができる印加電圧と印加電圧による本発明の一実施形態の反応電流（current response）を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示されるＭＥＭＳ装置は、第１層２４及び第２層２６を備える。２枚の層は、支持体２８によって、離間され得る。電圧が装置を構成する２つの層間に直ちに印加されるときに、図１Ａに示される緩和状態から図１Ｂに示される作動状態に、状態が変わるには、若干の時間がかかる。装置が支持体２８なしに設計され得ることと、電圧印加に応じて２つの層が互いの方に向かって移動し得ることと、に注意されたい。
【００１０】
装置の設計、電圧信号及び周囲圧力に応じで、このようなＭＥＭＳ装置が作動し又は緩和するには、時間がかかる。一実施形態において、変調器の作動時間（actuation time）は、周囲圧力の一次関数である。このように、ＭＥＭＳ装置が、圧力センサーとして適切な制御及び測定回路と共に用いられ得る。
【００１１】
一実施形態において、第１の値３２から第２の値３４に変化する印加電圧３０によって、第１層２４が第２層２６の方へ移動し始める。結果として生じる反応電流３６は、第１層２４と第２層２６の間に接続された電流計２２で測定されるように、複数のピークを表す場合がある。一般的に、反応電流３６は、以下の方程式により記述され得る。
【００１２】
【数１】
【００１３】
第１のピーク３８は、上記の方程式の第１項により記述されているように、第１の値３２から第２の値３４への印加電圧３０の変化によって、生じる。第２のピーク４０は、上記の方程式の第２項により記載されているように、第２層２６に対する第１層２４の動きに関連した静電容量の変化によって、生じる。第２層２６に対する第１層２４の動き、及びその結果として、反応電流３６における第２のピーク４０は周囲圧力によって、影響を受ける。
【００１４】
第１層２４が第２層２６の方へ進むにつれて、第１層２４の速度が上がるので、第２のピーク４０の左半分に対応する測定電流が増加する。最大速度の時点で、第１層２４が第１層２４と第２層２６との間から空気を外に押すにつれて、第１層２４の速度が低下する。この時点は、反応電流３６の第２のピーク４０における最大値で示される。最終的に、第１層２４は、装置の作動状態で停止する。このように、装置の作動時間が、様々な方法で測定される。例えば、作動時間は、第１層２４が最大速度に達するのに必要な時間であると考えられ得る。また、作動時間は、第１層が緩和状態から作動状態に完全に移動するのに必要な時間であると考えることもできる。作動時間は、第２のピーク４０の鋭さを測定することによって、特徴づけられ得る。第２のピーク４０の鋭さを測定することは、例えば、増加する際に、第２のピーク４０が初めて最大の５０％に達する時と、減少する際に、第２のピーク４０が再び最大の５０％に達する時との間の時間を測定することが挙げられる。緩和時間、すなわち作動状態から緩和状態へ変化するのにかかる時間は、圧力の関数でもあり、装置の周囲圧力を測定するのに用いられ得る。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態に係る圧力測定方法５０を示すフローチャートである。第一段階７２において、電圧が、ＭＥＭＳ装置の２つの層間に印加される。次の段階７４において、印加電圧から生じる反応電流を測定する。次の段階７６において、装置の応答時間を示す値が、測定された反応電流に基づいて得られる。最後の段階７８において、装置の周囲圧力は、応答時間を示す値に基づいて得られる。
【００１６】
このようなＭＥＭＳ装置のバイステーブル本質は、非線形静電気力（a nonlinear electrostatic force）と競合する線形機械力（a linear mechanical force）によって、可能となる。これは、装置のヒステリシスを引き起こす。本発明の一実施形態において、図３に示すように、第１層２４及び第２層２６の間に、電圧が印加されないときには、第１層２４の位置は、第２層から離れており、装置は、位置Ａとして示される緩和状態にある。２つの層間の電圧が増加するにつれて、ＭＥＭＳ装置は、位置Ｂとして示されている閾値に達するまで緩和状態が維持される。２つの層間の電圧が閾値を超えた後に、第１層２４は、第２層２６により近くなるように位置を変え、ＭＥＭＳ装置は、位置Ｃとして示されている動作状態にある。電圧が減少するにつれて、ＭＥＭＳ装置は、最初に素子の作動を生じさせた電圧未満に減少するときにも、電圧が位置Ｄにより示される動作状態が維持される。電圧が第２の閾値未満に減少した後に、ＭＥＭＳ装置は、位置Ａによって、再び示される緩和状態に進む。ヒステリシス効果は、電圧の極性（polarity）に関係なく、発生する。すなわち、正の電圧ではなく負の電圧が使われる場合でも、同じことが成立する。
【００１７】
上述のように、本発明の一実施形態は、ヒステリシスを示す。このように、装置を作動状態にさせ又は緩和状態にさせる印加電圧は、様々な形状でありえる。図１Ｃに示すように、印加電圧は、緩和電圧から作動電圧まで、ステップ関数（step function）でもよい。しかしながら、保持（hold）電圧（例えば５ボルト）から作動電圧（例えば１０ボルト）までの変化は、緩和状態にある装置の作動を引き起こすこともあり得る。同様に、図１Ｃにはステップ関数が示されているが、例えば矩形波の周期関数は、繰り返して状態が変化するので、装置の周囲圧力を繰り返して測定するのに有利であり得る。
【００１８】
二層（bilayer）ＭＥＭＳ装置又はＭＥＭＳ装置のアレイの圧力センサーとしての使用は、従来の圧力センサーと比べて多くの利点がある。幾つかの実施形態において、このようなＭＥＭＳ装置の構造は、このような装置のアレイの形成に役に立つ。アレイの使用は、測定に冗長性（redundancy）を加える。素子又は素子の一部さえ作動しない場合でも、本装置は全体として、圧力測定にまだ使用され得る。
【００１９】
本装置は、圧力センサーとして、バロメータのように周囲圧力を測定するのに用いられ得る。本装置は、高度計（altimeter）として用いられ得る。本装置は、血圧計（sphygmomanometer）の一部として、血圧を測定するのに用いられ得る。適当な設計によって、装置は、使用者により印加される圧力を記録するのに用いられ得る。本発明の一実施形態において、装置は、干渉変調器が後述するように特に可変な光学特性を有するように更に構成される。このように、タッチスクリーン・ディスプレイの一部として装置を使用できる。また、装置は、空気圧力を測定すると記載されているが、改造されたＭＥＭＳ装置のように他の種類の圧力を測定するものであってもよいことに注意されたい。
【００２０】
図４は、干渉変調器アレイの一実施形態の一部を表す等角図である。
干渉変調器アレイにおいて、第１の干渉変調器における移動可能な反射層は、緩和位置にあり、第２の干渉変調器の移動可能な反射層は、作動位置にある。記述されているように、圧力を測定するように設計されたＭＥＭＳ装置は、特定の光学特性を有するように更に構成され得る。同様に、標準干渉変調器が、周囲圧力を測定する一般的なＭＥＭＳ装置として用いられ得る。図４に示されている変調器アレイの部分は、２つの隣接する干渉変調器１２ａ及び１２ｂを含む。左側の干渉変調器１２ａにおいて、第１層である移動可能な反射層１４ａは、第２層であると共に部分的に反射層を含む光学積層体１６ａから予め定められた距離にある緩和位置に位置している。右側の干渉変調器１２ｂにおいて、移動可能な反射層１４ｂは、光学積層体１６ｂに隣接する作動位置に位置している。
【００２１】
光学積層体１６ａ及び１６ｂ（集合的に光学積層体１６と呼ぶ）は、典型的にいくつかの融合層を備える。いくつかの融合層は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層のような電極層、クロム層のような部分的な反射層、及び透明な誘電体を含むことができる。このように、光学積層体１６は、電気伝導性を有し、部分的に透明であり、部分的に反射性を有する。光学積層体１６は、例えば、透明基材２０上に上記の層の一つ以上を堆積させることによって、形成する。部分的な反射層は、様々な金属、半導体及び誘電体のように部分的に反射性を有する様々な材料から形成され得る。部分的な反射層は、一つ以上の材料層で形成され得る。一つ以上の材料層の各々は、単一の材料又は複数の材料の組み合わせで形成され得る。
【００２２】
幾つかの実施形態において、光学積層体１６の層は、平行したストライプ状にパターン二ングされ、後述するディスプレイ装置の横列電極を形成できる。移動可能な反射層１４ａ、１４ｂは、ポスト１８及びポスト１８間に堆積された中間犠牲材料層において、堆積された堆積金属層又は複数の堆積金属層の一連の平行したストライプ（１６ａ、１６ｂの横列電極に対して垂直の）として形成され得る。中間犠牲材料層がエッチングされて除去されると、移動可能な反射層１４ａ、１４ｂは、隙間１９により規定される光学積層体１６ａ、１６ｂから離間される。アルミニウムのような高い伝導性及び反射性を有する材料が、反射層１４に用いられ得る。これらのストライプは、ディスプレイ装置における縦列電極を形成できる。
【００２３】
電圧が印加されていない場合には、図４のピクセル１２ａに示されているように、移動可能な反射層１４ａが機械的に緩和状態に位置すると共に、移動可能な反射層１４ａと光学積層体１６ａとの間に隙間１９が残る。しかしながら、電位差が選択された横列及び縦列に印加されると、横列と対応するピクセルの縦列電極とが交差する部分で形成されるコンデンサが充電されると共に、静電気力は、両電極を同時に引きつける。電圧が十分に高い場合、移動可能な反射層１４が変形し、光学積層体１６を押しつける。光学積層体１６内の誘電体層（図示せず）は、図４の右側の干渉光変調器１２ｂに示されているように、短絡（shorting）を防止できると共に、層１４と層１６との間の分離距離を制御できる。印加電位差の極性に関係なく、挙動は、同様である。このようにして、反射性のピクセルの状態対非反射性ピクセルの状態を制御できる横列／縦列動作は、従来のＬＣＤ及び他のディスプレイ技術で使われる様々な方法に類似している。
【００２４】
本発明の幾つかの実施形態は、測定された周囲圧力を出力するディスプレイ素子を含むことができる。ディスプレイ素子は、例えば腕時計において使用されている液晶ディスプレイであってもよく、又はディスプレイ素子は、干渉アレイ（interferometric array）でもよい。干渉アレイが周囲圧力を示すのに用いる場合には、装置の周囲圧力の測定及び表示の両方を行うことができるように構成され得る。
【００２５】
図５は、本発明の一つの例示的実施形態である。本実施形態において、装置５０は、プロセッサ５２、メモリ５４、入力５６、画像ソースモジュール５８、トランシーバ６０、測定モジュール６２、コントローラ６４、ドライバ６６及びディスプレイ６８を備える。典型的な動作において、装置周囲の圧力を測定しようとする使用者は、入力５６を用いてこの要求を示す。プロセッサ５２は、この指示をディスプレイ６８を駆動するドライバ６６を起動させるコントローラ６４に伝送する。ディスプレイ６８に接続されている測定モジュール６２は、ディスプレイ６８を含んでいるＭＥＭＳ装置の少なくとも１台における反応電流を測定し、プロセッサ５２にこの情報を受け渡す。プロセッサは、測定された反応電流から装置の周囲圧力を算出するために、コードを格納しているメモリ５４にアクセスすることができる。その装置は、画像ソースモジュール５８から画像を受信する一般のディスプレイ装置に包含され得る。更に、画像ソースモジュール５８は、トランシーバ６０に接続している。トランシーバ６０は、新しい画像を受信するための送信機及び受信機として機能し得る。
【００２６】
前述の説明は、本発明の様々な好適な実施形態と、その他の典型的であり、且つ非限定的な本発明の実施形態とを説明する。説明は、記載した発明の組み合わせ及びモードの幾つかの詳細を説明する。開示された特徴及び実施形態の態様の他の変形例、他の組合せ、他の変更例、他の態様、及び／又は他の用途と、本明細書から当業者にとって自明な事項とは、この開示の範囲内に含まれる。このように、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみにより決定されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ装置を用いた圧力測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、マイクロ機械素子、アクチュエータ及び電子機器を含む。マイクロ機械素子は、基板の部分をエッチングして除去し及び／又は材料層を堆積させ、又は、層を追加して電気及び電気機械装置を形成する、堆積、エッチング及び／又は他のマイクロ機械加工プロセス（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を用いて形成され得る。一種類のＭＥＭＳ装置は、干渉変調器（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる。ここで用いられる干渉変調器又は干渉光変調器（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）という用語は、光学的な干渉の法則を用いて、光を選択的に吸収し、透過し及び／又は反射する装置を指す。ある実施形態では、干渉変調器は一対の導電性プレートを備え得る。一対の導電性プレートの一方又は両方は全部又は一部において、透明型及び／又は反射型であってもよく、且つ適当な電気信号の適用に応じて、相対的な動きができる。特定の実施形態では、一対の導電性プレートの一方は基板に配置される静止層（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｌａｙｅｒ）を備えることができる。一対の導電性プレートの他方はエアギャップによって、静止層から切り離される金属層（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ）を備えることができる。本願明細書において、更に詳細に記載されているように、別のプレートに対して一方のプレートの位置は干渉変調器に入射する光の干渉を変えることができる。このような装置は、広範囲にわたって用いられる。それらの特徴が既存の製品を改善し、まだ開発されていない新製品を製作する際に利用できるように、このような装置の特徴を利用し及び／又は修正することは従来技術において有益である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の装置は、装置の周囲の圧力を測定することが意図されている。本発明の装置は干渉変調器と類似の構造を有しているが、典型的な干渉変調器の光学特性を有していてもよく、有しなくてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様は、空間を介して離間する２つの層を有する少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの層間に印加される電圧に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、前記可変期間を測定するように構成された測定モジュールであって、前記可変期間が、装置の周囲圧力を示す測定モジュールと、を備える、圧力測定装置である。
【０００５】
本発明の別の態様は、ＭＥＭＳ装置を構成する２つの層間に電圧を印加するステップと、前記装置の応答時間を示す値を測定するステップと、前記測定された値に基づいて前記装置の周囲圧力を決定するステップと、を備える、周囲圧力の測定方法である。
【０００６】
本発明の更に別の態様は、空間を介して離間する２つの導電性層を含む少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの導電性層に印加される電圧の変化に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、前記２つの導電性層間に印加される電圧に変化があるときに、前記２つの導電性層の間に流れる電流を時間の関数として測定するように構成された測定モジュールと、電圧パルスが適用される時と、動く電流の極所的な最大値が発生する時との間の時間差を決定するように構成されたプロセッサであって、更に前記時間差を周囲圧力と関連付けるよう構成されたプロセッサと、を備える、圧力測定装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】緩和状態における本発明の一実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】作動状態における本発明の一実施形態を示す図である。
【図１Ｃ】印加電圧と、印加電圧による本発明の一実施形態の反応電流とを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る圧力測定方法を示すフローチャートである。
【図３】ＭＥＭＳ装置の一つの例示的な実施形態に対する移動可能な鏡位置対印加電圧のダイヤグラムである。
【図４】本発明の一実施形態の一部を、第１の干渉変調器における移動可能な反射層である第１層が緩和位置にあり、第２の干渉変調器の第１層が作動位置にある干渉変調器ディスプレイとして表す等角図である。
【図５】本発明の一つの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
干渉光変調器（interferometric light modulator）の典型的用途は、装置の光学特性を利用することを含む。幾つかの実施形態において、干渉光変調器は、異なる光学特性を有する２つの状態を有するバイステーブル（bistable）装置である。特定の変調器の状態は、適当な電気信号の印加によって、制御可能である。このように、干渉光変調器は、ディスプレイ用途に適合されている。しかしながら、干渉光変調器に類似の構造を有するＭＥＭＳ装置の他の特性は、装置の周囲圧力の測定等の他の目的に用いられ得る。
【０００９】
図１Ａは、第１の時刻に（at a first time）緩和状態にある本発明の実施形態を示し、図１Ｂは、第２の時刻（at a second time）に作動状態にある同じＭＥＭＳ装置を示す。図１Ｃは、作動を引き起こすことができる印加電圧と印加電圧による本発明の一実施形態の反応電流（current response）を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示されるＭＥＭＳ装置は、第１層２４及び第２層２６を備える。２枚の層は、支持体２８によって、離間され得る。電圧が装置を構成する２つの層間に直ちに印加されるときに、図１Ａに示される緩和状態から図１Ｂに示される作動状態に、状態が変わるには、若干の時間がかかる。装置が支持体２８なしに設計され得ることと、電圧印加に応じて２つの層が互いの方に向かって移動し得ることと、に注意されたい。
【００１０】
装置の設計、電圧信号及び周囲圧力に応じで、このようなＭＥＭＳ装置が作動し又は緩和するには、時間がかかる。一実施形態において、変調器の作動時間（actuation time）は、周囲圧力の一次関数である。このように、ＭＥＭＳ装置が、圧力センサーとして適切な制御及び測定回路と共に用いられ得る。
【００１１】
一実施形態において、第１の値３２から第２の値３４に変化する印加電圧３０によって、第１層２４が第２層２６の方へ移動し始める。結果として生じる反応電流３６は、第１層２４と第２層２６の間に接続された電流計２２で測定されるように、複数のピークを表す場合がある。一般的に、反応電流３６は、以下の方程式により記述され得る。
【００１２】
【数１】
【００１３】
第１のピーク３８は、上記の方程式の第１項により記述されているように、第１の値３２から第２の値３４への印加電圧３０の変化によって、生じる。第２のピーク４０は、上記の方程式の第２項により記載されているように、第２層２６に対する第１層２４の動きに関連した静電容量の変化によって、生じる。第２層２６に対する第１層２４の動き、及びその結果として、反応電流３６における第２のピーク４０は周囲圧力によって、影響を受ける。
【００１４】
第１層２４が第２層２６の方へ進むにつれて、第１層２４の速度が上がるので、第２のピーク４０の左半分に対応する測定電流が増加する。最大速度の時点で、第１層２４が第１層２４と第２層２６との間から空気を外に押すにつれて、第１層２４の速度が低下する。この時点は、反応電流３６の第２のピーク４０における最大値で示される。最終的に、第１層２４は、装置の作動状態で停止する。このように、装置の作動時間が、様々な方法で測定される。例えば、作動時間は、第１層２４が最大速度に達するのに必要な時間であると考えられ得る。また、作動時間は、第１層が緩和状態から作動状態に完全に移動するのに必要な時間であると考えることもできる。作動時間は、第２のピーク４０の鋭さを測定することによって、特徴づけられ得る。第２のピーク４０の鋭さを測定することは、例えば、増加する際に、第２のピーク４０が初めて最大の５０％に達する時と、減少する際に、第２のピーク４０が再び最大の５０％に達する時との間の時間を測定することが挙げられる。緩和時間、すなわち作動状態から緩和状態へ変化するのにかかる時間は、圧力の関数でもあり、装置の周囲圧力を測定するのに用いられ得る。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態に係る圧力測定方法５０を示すフローチャートである。第一段階７２において、電圧が、ＭＥＭＳ装置の２つの層間に印加される。次の段階７４において、印加電圧から生じる反応電流を測定する。次の段階７６において、装置の応答時間を示す値が、測定された反応電流に基づいて得られる。最後の段階７８において、装置の周囲圧力は、応答時間を示す値に基づいて得られる。
【００１６】
このようなＭＥＭＳ装置のバイステーブル本質は、非線形静電気力（a nonlinear electrostatic force）と競合する線形機械力（a linear mechanical force）によって、可能となる。これは、装置のヒステリシスを引き起こす。本発明の一実施形態において、図３に示すように、第１層２４及び第２層２６の間に、電圧が印加されないときには、第１層２４の位置は、第２層から離れており、装置は、位置Ａとして示される緩和状態にある。２つの層間の電圧が増加するにつれて、ＭＥＭＳ装置は、位置Ｂとして示されている閾値に達するまで緩和状態が維持される。２つの層間の電圧が閾値を超えた後に、第１層２４は、第２層２６により近くなるように位置を変え、ＭＥＭＳ装置は、位置Ｃとして示されている動作状態にある。電圧が減少するにつれて、ＭＥＭＳ装置は、最初に素子の作動を生じさせた電圧未満に減少するときにも、電圧が位置Ｄにより示される動作状態が維持される。電圧が第２の閾値未満に減少した後に、ＭＥＭＳ装置は、位置Ａによって、再び示される緩和状態に進む。ヒステリシス効果は、電圧の極性（polarity）に関係なく、発生する。すなわち、正の電圧ではなく負の電圧が使われる場合でも、同じことが成立する。
【００１７】
上述のように、本発明の一実施形態は、ヒステリシスを示す。このように、装置を作動状態にさせ又は緩和状態にさせる印加電圧は、様々な形状でありえる。図１Ｃに示すように、印加電圧は、緩和電圧から作動電圧まで、ステップ関数（step function）でもよい。しかしながら、保持（hold）電圧（例えば５ボルト）から作動電圧（例えば１０ボルト）までの変化は、緩和状態にある装置の作動を引き起こすこともあり得る。同様に、図１Ｃにはステップ関数が示されているが、例えば矩形波の周期関数は、繰り返して状態が変化するので、装置の周囲圧力を繰り返して測定するのに有利であり得る。
【００１８】
二層（bilayer）ＭＥＭＳ装置又はＭＥＭＳ装置のアレイの圧力センサーとしての使用は、従来の圧力センサーと比べて多くの利点がある。幾つかの実施形態において、このようなＭＥＭＳ装置の構造は、このような装置のアレイの形成に役に立つ。アレイの使用は、測定に冗長性（redundancy）を加える。素子又は素子の一部さえ作動しない場合でも、本装置は全体として、圧力測定にまだ使用され得る。
【００１９】
本装置は、圧力センサーとして、バロメータのように周囲圧力を測定するのに用いられ得る。本装置は、高度計（altimeter）として用いられ得る。本装置は、血圧計（sphygmomanometer）の一部として、血圧を測定するのに用いられ得る。適当な設計によって、装置は、使用者により印加される圧力を記録するのに用いられ得る。本発明の一実施形態において、装置は、干渉変調器が後述するように特に可変な光学特性を有するように更に構成される。このように、タッチスクリーン・ディスプレイの一部として装置を使用できる。また、装置は、空気圧力を測定すると記載されているが、改造されたＭＥＭＳ装置のように他の種類の圧力を測定するものであってもよいことに注意されたい。
【００２０】
図４は、干渉変調器アレイの一実施形態の一部を表す等角図である。
干渉変調器アレイにおいて、第１の干渉変調器における移動可能な反射層は、緩和位置にあり、第２の干渉変調器の移動可能な反射層は、作動位置にある。記述されているように、圧力を測定するように設計されたＭＥＭＳ装置は、特定の光学特性を有するように更に構成され得る。同様に、標準干渉変調器が、周囲圧力を測定する一般的なＭＥＭＳ装置として用いられ得る。図４に示されている変調器アレイの部分は、２つの隣接する干渉変調器１２ａ及び１２ｂを含む。左側の干渉変調器１２ａにおいて、第１層である移動可能な反射層１４ａは、第２層であると共に部分的に反射層を含む光学積層体１６ａから予め定められた距離にある緩和位置に位置している。右側の干渉変調器１２ｂにおいて、移動可能な反射層１４ｂは、光学積層体１６ｂに隣接する作動位置に位置している。
【００２１】
光学積層体１６ａ及び１６ｂ（集合的に光学積層体１６と呼ぶ）は、典型的にいくつかの融合層を備える。いくつかの融合層は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層のような電極層、クロム層のような部分的な反射層、及び透明な誘電体を含むことができる。このように、光学積層体１６は、電気伝導性を有し、部分的に透明であり、部分的に反射性を有する。光学積層体１６は、例えば、透明基材２０上に上記の層の一つ以上を堆積させることによって、形成する。部分的な反射層は、様々な金属、半導体及び誘電体のように部分的に反射性を有する様々な材料から形成され得る。部分的な反射層は、一つ以上の材料層で形成され得る。一つ以上の材料層の各々は、単一の材料又は複数の材料の組み合わせで形成され得る。
【００２２】
幾つかの実施形態において、光学積層体１６の層は、平行したストライプ状にパターン二ングされ、後述するディスプレイ装置の横列電極を形成できる。移動可能な反射層１４ａ、１４ｂは、ポスト１８及びポスト１８間に堆積された中間犠牲材料層において、堆積された堆積金属層又は複数の堆積金属層の一連の平行したストライプ（１６ａ、１６ｂの横列電極に対して垂直の）として形成され得る。中間犠牲材料層がエッチングされて除去されると、移動可能な反射層１４ａ、１４ｂは、隙間１９により規定される光学積層体１６ａ、１６ｂから離間される。アルミニウムのような高い伝導性及び反射性を有する材料が、反射層１４に用いられ得る。これらのストライプは、ディスプレイ装置における縦列電極を形成できる。
【００２３】
電圧が印加されていない場合には、図４のピクセル１２ａに示されているように、移動可能な反射層１４ａが機械的に緩和状態に位置すると共に、移動可能な反射層１４ａと光学積層体１６ａとの間に隙間１９が残る。しかしながら、電位差が選択された横列及び縦列に印加されると、横列と対応するピクセルの縦列電極とが交差する部分で形成されるコンデンサが充電されると共に、静電気力は、両電極を同時に引きつける。電圧が十分に高い場合、移動可能な反射層１４が変形し、光学積層体１６を押しつける。光学積層体１６内の誘電体層（図示せず）は、図４の右側の干渉光変調器１２ｂに示されているように、短絡（shorting）を防止できると共に、層１４と層１６との間の分離距離を制御できる。印加電位差の極性に関係なく、挙動は、同様である。このようにして、反射性のピクセルの状態対非反射性ピクセルの状態を制御できる横列／縦列動作は、従来のＬＣＤ及び他のディスプレイ技術で使われる様々な方法に類似している。
【００２４】
本発明の幾つかの実施形態は、測定された周囲圧力を出力するディスプレイ素子を含むことができる。ディスプレイ素子は、例えば腕時計において使用されている液晶ディスプレイであってもよく、又はディスプレイ素子は、干渉アレイ（interferometric array）でもよい。干渉アレイが周囲圧力を示すのに用いる場合には、装置の周囲圧力の測定及び表示の両方を行うことができるように構成され得る。
【００２５】
図５は、本発明の一つの例示的実施形態である。本実施形態において、装置５０は、プロセッサ５２、メモリ５４、入力５６、画像ソースモジュール５８、トランシーバ６０、測定モジュール６２、コントローラ６４、ドライバ６６及びディスプレイ６８を備える。典型的な動作において、装置周囲の圧力を測定しようとする使用者は、入力５６を用いてこの要求を示す。プロセッサ５２は、この指示をディスプレイ６８を駆動するドライバ６６を起動させるコントローラ６４に伝送する。ディスプレイ６８に接続されている測定モジュール６２は、ディスプレイ６８を含んでいるＭＥＭＳ装置の少なくとも１台における反応電流を測定し、プロセッサ５２にこの情報を受け渡す。プロセッサは、測定された反応電流から装置の周囲圧力を算出するために、コードを格納しているメモリ５４にアクセスすることができる。その装置は、画像ソースモジュール５８から画像を受信する一般のディスプレイ装置に包含され得る。更に、画像ソースモジュール５８は、トランシーバ６０に接続している。トランシーバ６０は、新しい画像を受信するための送信機及び受信機として機能し得る。
【００２６】
前述の説明は、本発明の様々な好適な実施形態と、その他の典型的であり、且つ非限定的な本発明の実施形態とを説明する。説明は、記載した発明の組み合わせ及びモードの幾つかの詳細を説明する。開示された特徴及び実施形態の態様の他の変形例、他の組合せ、他の変更例、他の態様、及び／又は他の用途と、本明細書から当業者にとって自明な事項とは、この開示の範囲内に含まれる。このように、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみにより決定されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を介して離間する２つの層を有する少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの層間に印加される電圧に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、
前記可変期間を測定するように構成されたる測定モジュールであって、前記可変期間が、装置の周囲圧力を示す測定モジュールと、
を備える、圧力測定装置。
【請求項２】
前記可変期間が、前記装置の周囲圧力の一次関数である、請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項３】
前記可変期間が、電圧が印加される時と、前記２つの層のうちの少なくとも１つの層の動きが最大速度に達する時との間の時間である、請求項１又は２に記載の圧力測定装置。
【請求項４】
前記可変期間が、前記２つの層のうちの少なくとも１つの層の動きにより誘導される電流を測定することにより測定される、請求項１〜３の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項５】
前記装置が、前記可変期間の測定において、冗長性（redundancy）を提供するように配置された複数の素子を備える、請求項１〜４の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項６】
前記装置が、該装置の使用者に前記周囲圧力を出力する、請求項１〜５の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項７】
前記周囲圧力が、高度を示し、
前記装置が、前記高度を該装置の使用者に出力する、請求項１〜６の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項８】
前記測定モジュールが、前記装置の周囲圧力を連続的にモニタするために、繰り返して前記可変期間を測定するように構成されている、請求項１〜７の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項９】
前記２つの層間に電圧を印加する制御モジュールを更に備える、請求項１〜８の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１０】
前記印加電圧が、矩形波である、請求項９に記載の圧力測定装置。
【請求項１１】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信するように構成されていると共に画像データを処理するように構成されているプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと、
を更に備える、請求項１〜１０の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１２】
前記ディスプレイに少なくとも一つの信号を送るように構成されたドライバ回路を更に備える、請求項１１に記載の圧力測定装置。
【請求項１３】
前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部を送るように構成されたコントローラを更に備える、請求項１２に記載の圧力測定装置。
【請求項１４】
前記プロセッサに前記画像データを送るように構成された画像ソースモジュールを更に備える、請求項１１〜１３の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１５】
前記画像ソースモジュールが受信機、トランシーバ及び送信機のうちの少なくとも１つを有する、請求項１４に記載の圧力測定装置。
【請求項１６】
入力データを受信すると共に、前記プロセッサに前記入力データを通信するように構成された入力装置を更に備える、請求項１１〜１５の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１７】
ＭＥＭＳ装置を構成する２つの層間に電圧を印加するステップと、
前記装置の応答時間を示す値を測定するステップと、
前記測定された値に基づいて前記装置の周囲圧力を決定するステップと、
を備える、圧力測定方法。
【請求項１８】
前記応答時間を示す値が、前記２つの層のうちの少なくとも一つの層の動きにより誘導される電流を測定することにより測定される、請求項１７に記載の圧力測定方法。
【請求項１９】
ＭＥＭＳ装置を構成する層間に電圧を印加する印加手段と、
前記ＭＥＭＳ装置の応答時間を測定する応答時間測定手段と、
前記測定された応答時間に基づいて前記ＭＥＭＳ装置の周囲圧力を決定する周囲圧力決定手段と、を備える、圧力測定装置。
【請求項２０】
前記印加手段が、プロセッサ、コントローラ及びドライバのうちの少なくとも一つを有する、請求項１９に記載の圧力測定装置。
【請求項２１】
前記応答時間測定手段が、測定モジュール及び電流計のうちの少なくとも一つを備える、請求項１９又は２０に記載の圧力測定装置。
【請求項２２】
前記周囲圧力決定手段が、プロセッサを含む、請求項１９〜２１の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項２３】
空間を介して離間する２つの導電性層を含む少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの導電性層に印加される電圧の変化に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、
前記２つの導電性層間に印加される電圧に変化があるときに、前記２つの導電性層の間に流れる電流を時間の関数として測定するように構成された測定モジュールと、
電圧パルスが適用されるときと、変動電流の極大値が生じるときとの間の時間差を決定するように構成されたプロセッサであって、更に前記時間差を周囲圧力と関連付けるよう構成されたプロセッサと、
を備える、圧力測定装置。
【請求項１】
空間を介して離間する２つの層を有する少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの層間に印加される電圧に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、
前記可変期間を測定するように構成されたる測定モジュールであって、前記可変期間が、装置の周囲圧力を示す測定モジュールと、
を備える、圧力測定装置。
【請求項２】
前記可変期間が、前記装置の周囲圧力の一次関数である、請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項３】
前記可変期間が、電圧が印加される時と、前記２つの層のうちの少なくとも１つの層の動きが最大速度に達する時との間の時間である、請求項１又は２に記載の圧力測定装置。
【請求項４】
前記可変期間が、前記２つの層のうちの少なくとも１つの層の動きにより誘導される電流を測定することにより測定される、請求項１〜３の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項５】
前記装置が、前記可変期間の測定において、冗長性（redundancy）を提供するように配置された複数の素子を備える、請求項１〜４の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項６】
前記装置が、該装置の使用者に前記周囲圧力を出力する、請求項１〜５の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項７】
前記周囲圧力が、高度を示し、
前記装置が、前記高度を該装置の使用者に出力する、請求項１〜６の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項８】
前記測定モジュールが、前記装置の周囲圧力を連続的にモニタするために、繰り返して前記可変期間を測定するように構成されている、請求項１〜７の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項９】
前記２つの層間に電圧を印加する制御モジュールを更に備える、請求項１〜８の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１０】
前記印加電圧が、矩形波である、請求項９に記載の圧力測定装置。
【請求項１１】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信するように構成されていると共に画像データを処理するように構成されているプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと、
を更に備える、請求項１〜１０の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１２】
前記ディスプレイに少なくとも一つの信号を送るように構成されたドライバ回路を更に備える、請求項１１に記載の圧力測定装置。
【請求項１３】
前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部を送るように構成されたコントローラを更に備える、請求項１２に記載の圧力測定装置。
【請求項１４】
前記プロセッサに前記画像データを送るように構成された画像ソースモジュールを更に備える、請求項１１〜１３の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１５】
前記画像ソースモジュールが受信機、トランシーバ及び送信機のうちの少なくとも１つを有する、請求項１４に記載の圧力測定装置。
【請求項１６】
入力データを受信すると共に、前記プロセッサに前記入力データを通信するように構成された入力装置を更に備える、請求項１１〜１５の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項１７】
ＭＥＭＳ装置を構成する２つの層間に電圧を印加するステップと、
前記装置の応答時間を示す値を測定するステップと、
前記測定された値に基づいて前記装置の周囲圧力を決定するステップと、
を備える、圧力測定方法。
【請求項１８】
前記応答時間を示す値が、前記２つの層のうちの少なくとも一つの層の動きにより誘導される電流を測定することにより測定される、請求項１７に記載の圧力測定方法。
【請求項１９】
ＭＥＭＳ装置を構成する層間に電圧を印加する印加手段と、
前記ＭＥＭＳ装置の応答時間を測定する応答時間測定手段と、
前記測定された応答時間に基づいて前記ＭＥＭＳ装置の周囲圧力を決定する周囲圧力決定手段と、を備える、圧力測定装置。
【請求項２０】
前記印加手段が、プロセッサ、コントローラ及びドライバのうちの少なくとも一つを有する、請求項１９に記載の圧力測定装置。
【請求項２１】
前記応答時間測定手段が、測定モジュール及び電流計のうちの少なくとも一つを備える、請求項１９又は２０に記載の圧力測定装置。
【請求項２２】
前記周囲圧力決定手段が、プロセッサを含む、請求項１９〜２１の何れか一項に記載の圧力測定装置。
【請求項２３】
空間を介して離間する２つの導電性層を含む少なくとも一つの素子であって、前記空間の寸法が、前記２つの導電性層に印加される電圧の変化に応じて可変期間にわたって変化する少なくとも一つの素子と、
前記２つの導電性層間に印加される電圧に変化があるときに、前記２つの導電性層の間に流れる電流を時間の関数として測定するように構成された測定モジュールと、
電圧パルスが適用されるときと、変動電流の極大値が生じるときとの間の時間差を決定するように構成されたプロセッサであって、更に前記時間差を周囲圧力と関連付けるよう構成されたプロセッサと、
を備える、圧力測定装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１１−５２４９８８（Ｐ２０１１−５２４９８８Ａ）
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１４７６０（Ｐ２０１１−５１４７６０）
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７５５２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５５２９８
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５０８０９５３３７）クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (133)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７５５２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５５２９８
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５０８０９５３３７）クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (133)
【Ｆターム（参考）】
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