JP2004287431A - マイクロ電子機械システムの光学的多状態ラッチスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＭＳスイッチ及び導波路の全体のチップの大きさをセンチメートルの寸法まで減らすことを可能にする。
【解決手段】 光学的多状態ラッチングスイッチ１００は、１つ又はそれ以上の駆動アクチュエータ１３０と、関連するラッチ歯をもった１つ又はそれ以上のラッチアクチュエータ１２０と、複数の光導波路１５２、１５４を形成する可撓性片持ちばりプラットフォーム１５０と、駆動アクチュエータと片持ちばりプラットフォームとを連結する接続部と、１つ又はそれ以上のリンク歯を形成し、駆動アクチュエータに連結され、１つ又はそれ以上のラッチ状態位置を定めるように位置させられ、前記ラッチ歯に係合するように位置させられたリンク機構と、駆動アクチュエータ及びラッチアクチュエータを、均衡状態とラッチ状態との間で変化するように作動させるタイミングにされた電気刺激手段とを含む。
【選択図】 図８

Description

本発明は、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の光学スイッチに関し、より具体的には、多状態（マルチステート）光学的ラッチングスイッチに関する。

電気通信産業は、競争の激化、絶え間ない帯域幅の需要、及びデータ中心のネットワーク・アーキテクチャへの更なる移行により劇的な変化を遂げている。第１世代のポイントからポイントへの波長分割多重システムは、ネットワークのバックボーン部分におけるトラフィック障害を緩和した。新しい相互接続アーキテクチャが、技術をネットワークの加入者側に近づけるにつれ、オペレータはサービスを光学層に提供するように要求されて、波長を切り換えて別ルートで通すことができるより融通性のあるネットワークが要求されるようになった。このことは、波長に対して敏捷な装置に対して多大の重要性及び需要を置くことになる。

波長の割り当てにより「ジャスト・イン・タイム」のサービスを提供し、さらに、光学層を高容量のバックボーン部分からループ部分に移動させているので、ネットワークの変化を、すべてが光学的なネットワークに向かうように駆り立てていて、基本的なネットワークの要件がその光学層で実行されるようになるであろう。

光学的なネットワークは、ポイント・ツー・ポイントの高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）搬送が、より動的で融通性があり、インテリジェントなネットワーキング・アーキテクチャになって、サービスの供給時間が改善される自然な進化である。光学的なネットワークの主要な要素は、光学ドメインに備えられ、構成され、通され、及び管理される波長（チャネル）である。インテリジェントな光通信は、最初に、周期的な光学的−電気的変換が信号の障害を監視して隔離するように要求される「不透明な」ネットワークとして配置される。より長い波長の範囲においては、光学的なネットワークは、信号がそのソースから完全に光学ドメイン内の宛先に搬送される「透明な」光学的なネットワークに進化する。

新進の光学的なネットワークの重要な要素は、光学的追加・削除型マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）である。ＯＡＤＭは、スルーチャネルに影響を与えることなく、特定の波長チャネルを削除するか又は追加するものである。固定のＯＡＤＭは、ネットワークを単純化して、容易に、ポイント・ツー・ポイント・トポロジから固定のマルチ・ポイント構成に、費用効果のあるＤＷＤＭの移動を可能にすることができる。光学的−電気的変換なしで再構成が光学ドメインにおいて済んだ真の動的ＯＡＤＭは、動的に再構成可能な多地点ＤＷＤＭの光学的なネットワークを可能にする。この動的に再構成可能な多地点アーキテクチャは、このアーキテクチャについてのネットワーク要素を可能にする真のＯＡＤＭをもったネットワーク進化における次の主要な段階になることが予定されている。

光学スイッチング及び平面光回路のオンチップ・インテグレーション（集積又は統合）は、再構成可能な光学的追加・削除型マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）のような多数の部品をもった光学機器の大きさ及び製造費用を大いに減らす可能性を有する。再構成可能な光学的追加・削除型マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）についての現在の費用は、１チャネル当たり１，０００ドルであり、長丁場の光学電気通信ネットワークに対する使用を制限することになっている。これらの使用を首都圏のネットワークの中に拡張するためには、性能を犠牲にすることなく、費用を１チャネル当たり１００ドルのオーダーで減らす必要がある。

費用を減らすための１つの解決法は、部品の集積又は統合によるものであり、ここでの主要な費用の節約は包装においてである。平面光回路（ＰＬＣ）技術を用いる光学的な統合について多くの手法が追求されている。これらの手法の大多数は、マルチプレクシング及びデマルチプレクシングのためのシリカのアレイ配列された導波路格子（ＡＷＧ）と、デマルチプレクシングされた信号の追加・削除及び通過を遂行する熱光学（ＴＯ）スイッチとを統合することにより形成されたＲＯＡＤＭをもった、シリカ・オン・シリコンのプラットフォームを用いるものである。低指数コントラストのシリカ・オン・シリコンのプラットフォームを用いることは、導波路を形成する大きな領域にわたり均一な厚い酸化膜が必要となることに起因して、これらの部品の収率をひどく制限することになる。ＴＯスイッチを用いることは、高出力要求及び熱的なクロストークに起因して、発展の可能性を制限する。

デマルチプレクサ及びマルチプレクサ、可変光減衰器（ＶＯＡ）、及び再構成可能な光学的追加・削除型マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）のためのＡＷＧのようなチップ大のフォトニック光波回路を製造するため、多数の材料及びスイッチング技術が検討されている。主要な材料のプラットフォームは、シリカウエハ、薄膜付着及びウエハボンディング技術の両方を用いるシリカ・オン・シリコン基板、シリコン基板上に定められたポリマー導波路、及びシリコン・オン・絶縁体基板を含む。主要なスイッチング技術は、熱光学的又は電子光学的効果のいずれかに基づくマッハ・ツェンダ（Mach-Zender)干渉計及びＭＥＭＳ機械的導波路スイッチを含む。

シリカ導波路は、通常の単一モードファイバの光学特性に良好に適合する光学特性を有しており、したがってこれらと良好に連結するが、これらは導波路コアとクラッド材との間の低屈折率のコントラストに起因して厚いクラッド層を必要とし、これらを他のオンチップの光学装置と併せて製造及び集積又は統合するのに、平面的な加工技術を用いて製造することを困難にする。コアとクラッディングとの間の屈折率コントラストΔｎが低いことにより、さらに、フォトニック光波回路を通る伝播中の光損失を制限するのに大きな曲げ半径が必要となって、チップ設置面積が大きくなりダイ収率が低くなる（＜５０％）。

さらに、シリカベースの導波路スイッチは、典型的には、約２５ないし３０ｄＢの制限された消光比（ＥＲ）を有する熱光学効果を用いるマッハ・ツェンダ干渉に基づくものであり、シリカの低い熱光学的係数に起因して、かなりの電力を必要とし、異なる光学チャネル間での熱的なクロストークによる問題を有し、デジタル的光学応答ではなく正弦波的応答を有する。これらスイッチはさらに、電力が失われたときにはスイッチング状態を失う。

光学的、機械的及び電気的機能を一体的に統合するシリコン・オン・絶縁体（ＳＯＩ）プラットフォームが必要とされている。シリコンのプラットフォームを用いることは、大規模なインフラストラクチャと、シリコン製造工場における半導体ＩＣ製造に利用可能なプロセス開発とを用いて部品を製造することを可能にする。ＭＥＭＳスイッチ及び導波路を同じ材料、すなわち単結晶シリコン内に製造することにより、シリカ・オン・シリコンのような異質材料に存在するような如何なる応力及び歪みの問題もなくなる。シリコン内に製造することは、さらに、制御及び感知能力のためのＣＭＯＳマイクロ電子技術との統合、及び統合されたＶＯＡを用いる信号調整を可能にする自由キャリアプラズマの分散効果を可能にする。シリコンの高屈折率コントラスト（ｎ＝３．５）は、リッジ形状の導波路構造を可能にし、最小の光学的曲げ損失で緊密な転回部を形成できるようにして、全体のチップの大きさをセンチメートルの寸法まで減らすことを可能にする。

本発明においては、光学的マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチが開示される。好ましい実施形態に係る光学的多状態ラッチングスイッチは、１つ又はそれ以上の駆動アクチュエータと、関連するラッチ歯をもった１つ又はそれ以上のラッチアクチュエータと、複数の光導波路を形成する可撓性片持ちばりプラットフォームと、駆動アクチュエータと前記片持ちばりプラットフォームとを連結する接続部と、１つ又はそれ以上のリンク歯を形成し、駆動アクチュエータに連結され、１つ又はそれ以上のラッチ状態位置を定めるように位置させられ、ラッチ歯に係合するように位置させられたリンク機構と、駆動アクチュエータ及びラッチアクチュエータを、均衡状態とラッチ状態との間で変化するように作動させるタイミングにされた電気刺激手段とを含む。光学ＭＥＭＳスイッチは、Ｍ×Ｎの光信号スイッチングシステムとして用いられる。光学ＭＥＭＳスイッチは、光学的状態を切り換えるために可撓性片持ちばりプラットフォーム上に形成された複数の光導波路からなり、光学スイッチの状態が駆動アクチュエータ及びラッチアクチュエータシステムにより変えられる。光学ＭＥＭＳ装置は、熱駆動アクチュエータと関連してラッチング機構を利用し、片持ちばりプラットフォームを位置合わせする。使用において、光学ＭＥＭＳ装置は、他の光学部品と統合して平面光回路（ＰＬＣ）を形成するようにすることができる。スイッチ及びＰＬＣが互いにシリコンチップ上に集積されると、再構成可能な光学的追加・削除型マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）のような、コンパクトでより高い機能性をもった装置を製造することができるようになる。

図１を参照すると、光学的ＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）スイッチ１０の平面図が示されている。図示されるすべての光学的な移動する機械部品は、自己位置合わせ方法を用いて、ＳＯＩウエハの単結晶シリコンのデバイス層に製造される。光学的ＭＥＭＳスイッチ１０は、熱駆動アクチュエータ３０と関連してラッチング機構２０を利用し、一端５８に固定された可撓性の片持ちばりのプラットフォーム５０を位置合わせするようにする。可撓性片持ちばり５０は、光学スラブ上に定められた１つ又はそれ以上の固定導波路４０に切り換えるための１つ又はそれ以上の可動導波路を定める。ＳＯＩウエハのデバイス層に製造された部品は、埋められた酸化物層の犠牲的なエッチングにより残されることになる。使用において、光学的ＭＥＭＳスイッチ１０を平面光回路（ＰＬＣ）と集積又は統合することができる。スイッチ及びＰＬＣがシリコンチップ上で互いに集積又は統合されると、より高い機能性を持った装置、例えば再構成可能な光学的追加・削除型マルチプレクサ（Ｒ−ＯＡＤＭ）のような装置を製造することができるようになる。

図１から図３に示されるように、光学スイッチ１０は、１つ又はそれ以上の熱駆動アクチュエータ３０を備え、このアクチュエータ３０は、製造中に関連して形成された１つ又はそれ以上の熱ラッチアクチュエータ２１を有し、各々の熱ラッチアクチュエータ２１は並進ラッチ歯２２を定めるようになっている。可撓性の片持ちばりプラットフォーム５０は、複数の光導波路５２及び５４を定める。接続部３４は１つ又はそれ以上の熱駆動アクチュエータ３０を、可撓性片持ちばりプラットフォーム５０に連結する。リンク機構２４は、熱駆動アクチュエータ３０を一組のリンク歯２４に連結させ、該リンク歯は、ラッチが係合されたときラッチ歯２２と接触する。リンク歯２４及びラッチ歯２２は、１つ又はそれ以上のラッチ状態の位置を定めるように空間的に配置され、電気刺激が、熱駆動アクチュエータ３０及び熱ラッチアクチュエータ２１を作動させて、以下にさらに完全に説明されるように、均衡状態とラッチ状態との間の切り換えを行うタイミングで与えられる。

光学ＭＥＭＳスイッチ１０は、光ファイバ伝送ネットワークのような種々の適用例において、光信号を種々の信号経路に沿って通す光学スイッチとして適用可能である。スイッチは、典型的には、Ｍ×Ｎの入力及び出力ポートの数により表示される。例えば、１×３のスイッチは、１つの入力を３つの出力の間で切り換えるものである。Ｍ×Ｎのスイッチは、従来は、導波路シャトルを用いることによるか、又は一連のＭ１×Ｎの片持ちスイッチをカスケードすることにより実装されていた。シャトルスイッチはＭ×Ｎのスイッチング機能を与えることができるが、これらは少なくとも２つの間隙を光経路に要求し、これは光損失を増加させることになる。同様に、一連のＭ個のカスケードされた片持ちスイッチは、Ｍ個の光間隙を有し、これはＭ＞１の光損失を増加させることになる。導波路シャトルを用いずに、Ｍ個の導波路を支持する片持ちばりが撓まされるようになったＭ×Ｎの片持ちばり導波路スイッチを製造することにより、１つの光間隙が光経路に要求されるだけになり、間隙を通る伝播に関する光損失が半分に削減されるようになる。或いは、各々が単一の導波路を支持するＭ個の片持ちばりを可撓性をもって連結して、これらすべてを一緒に作動させるようにすることができる。さらに、シャトルに関連する２つの間隙からの反射は、干渉に起因して付加的な損失を生じさせることがある。

再び図１から図５に戻ると、２つの固定光導波路４２及び４４のそれぞれの間を切り換えるための可撓性片持ちばりプラットフォーム５０上に形成された２つの光導波路５２及び５４をもった光学スイッチが示されている。この構成は、２つの光信号を同時に切り換えることを可能にする。付加的な光導波路を含むことにより、付加的な信号を同時に切り換えることができる。多数の信号を同時に切り換える能力は、多くの光学的な適用例において重要である。例えば、Ｒ−ＯＡＤＭ（再構成可能な光学的追加・削除型マルチプレクサ）においては、入力信号が削除されると、新しい信号を出力に追加することができる。入力信号を削除ラインに送り、追加信号をスイッチの出力に送る追加・削除型機能は常に同時に行われるため、該入力信号及び該追加信号の両方に対して追加・削除型機能を実行する、単一の片持ちスイッチを実装することにより、必要とされる光学スイッチの数を減らすことができる。図３を参照すると、光学的多状態ラッチングスイッチ１０は、ポリシリコンの固定具５６を用いて、部品を基板６０に取り付けるようにしている。光学的多状態ラッチングスイッチ１０はさらに、ポリシリコンのくぼみ５５を使用する。くぼみ５５は、間隙の中の半分まで垂れ下がる隆起部とすることができる。くぼみ５５は、固定具５６と同様に、上面から間隙の中に半分まで下に垂れ下がる鐘乳石に似ているが、該間隙を通るのは半分までだけであり、形成された部品が基板６０に対して静止摩擦を避けるような位置に置かれる。当業者にはよく知られているように、ポリシリコンの固定具を酸化物の代わりに利用することができる。ポリシリコンはさらに、一般に、ＭＥＭＳにおいて静止摩擦を避けるために行われるように、くぼみを製造するのに用いることができる。

ここで図４を参照すると、図１に示される２×２スイッチについての駆動及びラッチ機構を作動するように用いられる信号のタイミングシーケンスが図示されており、図４においては、ハンドルウエハ又はベース基板６０の電位がゼロであると仮定して電圧が表示されている。タイミング図表の第１部分は、ラッチングシーケンスを示す。ラッチングシーケンスの第１段階は、電圧＋Ｖ１を各々のラッチアクチュエータ２１の一端２６に印加して、電圧−Ｖ１を各々のラッチアクチュエータ２１の他端４５に印加することである。ラッチアクチュエータ２１における電圧は、アクチュエータ梁においてオーム加熱を誘起させて、熱膨張を生じさせ、図５に示される後続するラッチの開口（方向２７）を生じさせることになる。ラッチアクチュエータ電圧がさらに印加されている間、駆動アクチュエータ３０は電圧＋Ｖ２により一端３１が刺激され、電圧−Ｖ２により他端３３が刺激されている。

図６は、結果としてもたらされる駆動アクチュエータの熱膨張により、リンク歯２４が完全にラッチ歯２２の右側にあるようにするのに十分な距離だけ、可撓性片持ちばりプラットフォーム５０及びリンク機構２８が右に動かされている状態を示す。次に、ラッチアクチュエータの電圧はゼロに戻り、ラッチは閉じる。ラッチングシーケンスを終了するために、駆動アクチュエータの電圧はゼロに戻る。駆動アクチュエータが冷えるにつれて、リンク歯２４はラッチ歯２２に向けて張力により引かれ（方向２７）、ラッチ歯２２は、スイッチを図７に示す所望のラッチ位置に保持する。図４の非ラッチ部分に示されるように、スイッチを元の状態に戻すために、同じ電圧のシーケンスが逆のタイミングで印加される。ラッチング能力のないスイッチとは違い、光学ＭＥＭＳラッチングスイッチ１０は、状態変化の間においてのみ電力を消費し、電力が遮断されたとしてもその状態を保つ。

図４に示されるタイミング図表は矩形の波形電圧パルスを示すが、この表示は基本的なタイミングを示すことを意味するに過ぎず、他の波形の使用を除外するものではないことを認識されたい。さらに、熱アクチュエータに印加される電圧は、ゼロに対して対称的である必要はない。しかしながら、上述のように等しいが反対極性のパルスを用いると、ラッチ及び非ラッチサイクル全体にわたり各アクチュエータの中心において一定のゼロ電圧となり、これは、アクチュエータとハンドルウエハ６０との間の静電力を削減することになる。

２×２のスイッチング機能についての論理表は以下の通りである。
状態１：図５に示される追加・削除型機能
左側の可動導波路５２（入力）が左側の固定導波路４２（削除）に光学的に位置合わせされる。
右側の可動の導波路５４（追加）が右側の固定導波路４４（出力）に光学的に位置合わせされる。
状態２：図７に示される通過機能
左側の可動の導波路５２（入力）が右側の固定導波路４４（出力）に光学的に位置合わせされる。
状態１から状態２に変化するため、矢印３７の方向の力Ｆを熱駆動アクチュエータ３０により印加することができる。自由端を距離δｘだけ撓ませるために、力Ｆを印加しなければならず、
Ｆは、Ｆ＝（Ｅａ³ｂ／４Ｌ³）δｘにより与えられる。
なお、Ｅはヤング率（単結晶シリコンについてＥ＝１．６５×１０⁵μＮ／μｍ²）、ａは梁２１の薄い方の断面寸法、ｂは梁の厚い方の断面寸法、及びＬは梁の長さである。例えば、厚さが５μｍで幅が２０μｍの１０００μｍの長さの梁は、自由端を８μｍだけ撓ませるのに１３．２の力を必要とし、これは４μｍの導波路をもった片持ちばりを切り換えるのに十分な撓みである。

スイッチング力Ｆは、片持ちばり５０の自由端、又は中間位置、又は要求に応じた場所に印加することができる。スイッチはさらに、反対方向の熱駆動アクチュエータ３０からの力Ｆを印加することにより、反対方向に作動させることができる。場合によっては、片持ちばりがかなり長くて可撓性であることがあるため、これらを均衡位置に戻す強い復元力をもたないために、その片持ちばりの均衡位置を用いない方が好ましいことがある。むしろ、撓まされた位置だけを用いることが望ましいことがある。さらに、受け側の導波路を、撓まされた片持ちばりを離れる光の伝播方向により良く適合するように角度を付けることが有利となることがある。

複数の導波路を支持する片持ちばりは、厚いというより幅広いものとなることがあるため、以下の式
Ｋ＝（Ｅａ／４）（ｂ／Ｌ）³
により予測されるように、面内におけるより面から外れる方向における方が剛性が少なくなるために、面から外れる方向に望ましくない撓みを受けることがある。

厚さ５μｍで幅２０μｍの梁についての例として、垂直方向に対する水平方向の剛性比は（２０／５）²である。梁は、水平方向には垂直方向に対して１６倍の剛性がある。

平面から外れる方向の撓みを避けるために、片持ちばり５０に沿った適切な位置をスイッチの接続部３４に取り付けて、これらの方向の撓みを最小にするようにすることができる。さらに、幾つかの点において梁の幅を減らして（例えば、のこぎり状の）、その水平方向における剛性を減らすことができる。接合部を付加して、梁を水平方向により可撓性をもつようにすることができる。梁を双方向に撓むようにして、要求される偏向の大きさを減らすようにすることができる。梁を厚くするか又は補強して、面外れ方向に可撓性を少なくするようにすることができる（例えば、梁をより厚くするか又は付加的な梁のような上部構造を加えることにより）。

スイッチ及び導波路は、幅広く入手可能な半導体加工用機器を用いて、互いに単結晶のシリコンウエハ上で作られる。このようなオンチップ集積化は、別々の大きな部品を光ファイバに手動により連結させることに付随する複雑な位置合わせ問題を避け、光学スイッチの別々の部品の製造、組み立て、及び包装に関連する費用及び場所を省くものとなる。他の部品によるオンチップ一体化は、スイッチの製造及びこれらの複雑な装置の取り付けにおける費用を１０分の１又はそれ以上下げることができる。現在、これらの部品は１チャネル当たり１０００ドル以上の値段である。

図８から図１１は、図１に示されるシステムの実施形態における２つの発展形態１００を示す。第１の発展形態は、図１における２×２から図８における２×３への高いオーダのスイッチングに対するものである。図９Ａに示される第２の選択肢は、単純な接続部の代わりに「フック」−ヒッチ１３２及び１３４を用いるものである。これらの発展形態について以下に説明する。

システムを２×２スイッチから２×３スイッチに増加するために、２つの付加的な要素が必要になる。第１のものは、固定導波路１４２、１４４及び１４６のそれぞれを定める別の固定導波路プラットフォームである。第２の要素は、図９Ｂに示されるように、歯のセット２４の後ろに配置されたリンク機構２８上の付加的な一対の歯２５である。２×３スイッチの初期状態において、ラッチ歯は図９Ｂに示されるように外れている。この位置においては、図８及び図９Ａに示されるように、最も右の可動導波路１５４が、最も左の固定導波路１４２と一致している。図４に示されて説明されたラッチング段階と同様な作動シーケンスを用いて、スイッチを図１０Ｂに示される第２の状態に移動することができる。ここでは、ラッチアクチュエータ２１に形成されたラッチ歯２２が、リンク機構２８上の一対の歯２４及び２５の間に係合し、図１０Ａに示されるように、２つの可動導波路１５２及び１５４は、最も左の一対の固定導波路１４２及び１４４のそれぞれと一致している。第３の状態は、別のラッチングシーケンスを、駆動装置上のより高い電圧で実行することにより達成することができる。図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるこの状態においては、ラッチ歯２２はリンク歯の対の後ろで係合し、また、２つの可動導波路１５２及び１５４は、ここでは、最も右の固定導波路の対１４４及び１４６と一致する。

上述の２×３スイッチの例は、小さい値のＮ及びＭについてのＮ×Ｍのスイッチングを達成する一般的な能力についての一実施形態である。各々のＮ×Ｍ構成は、十分な数の固定導波路及び可動導波路を必要とする。さらに、所望の組のスイッチ位置を達成するための別の設計の考え方を説明する。これらは、可動及び固定導波路の最初の相対的な位置合わせ及び間隔決め、並びに、リンク歯の数及び相対的位置を含む。

図８から図１１に示される第２の選択肢は、接続部３４についてのインターロック「フック」ヒッチ１３２及び１３４に代わるものである。用いられる実施形態及び製造工程により、「フック」ヒッチを用いて、スイッチの性能を低下させることがある応力の影響を緩和するようにすることができる。例えば、駆動アクチュエータ３０における応力を誘起させるような工程の場合には、この応力は接続部３４を通って伝送されて、導波路の均衡状態の位置合わせに影響を及ぼすことになる。「フック」ヒッチは、駆動アクチュエータ１３０を、均衡状態にある可動導波路プラットフォーム１５０から機械的に分離し、これにより該均衡状態におけるずれを誘起させる如何なる伝送される応力も排除されるようになる。

「フック」ヒッチはさらに、リンク機構に望ましくない回転をもたらすラッチ状態において生じる応力を緩和する。片持ち状にされた導波路プラットフォームの固定されていない端部が右に引っ張られると、該片持ち状にされたプラットフォームの曲げに起因して、該プラットフォームの並進運動に小さな時計回りの回転が伴う。単純な接続部が用いられている場合には、導波路プラットフォームの回転が接続部３４を曲げ、これは次いで、リンク機構２８の反時計回りの回転を生じさせ、さらに駆動アクチュエータを非対称的に歪ませることになる。リンク機構の回転及びアクチュエータの非対照的な歪みは、より大きな変位を必要とするシステムにおいて最も深酷である。しかしながら、「フック」ヒッチは、これらの問題について良好な対策をもたらす。図１１Ａに見られるように、「フック」ヒッチの組み合わせ１３２及び１３４は、片持ち状にされた導波路梁プラットフォームに取り付けられた左フック１３４と熱駆動アククヘータに取り付けられた右フック１３２との間の接触点にピボット点をもたらす。「フック」ヒッチは、このようにして片持ち状にされた導波路の回転運動を残りのシステムから分離して、回転を誘起することなしでリンク機構及び駆動装置が作動することを可能にするようにする。

本発明は、その精神又は本質的な特徴から離れることなく、他の特定の形態で実施することができる。説明された実施形態は、すべての点において、例示的なものに過ぎず、制限するものではないと考えられている。本発明の範囲は、したがって、上記の説明ではなく特許請求の範囲により示される。請求項について等価の意味及び範囲内にあるすべての変更は、この範囲にあるものとする。

本発明における光学ＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）スイッチの切欠き平面図である。 図１の円「ＦＩＧ．２」で囲んだ部分の拡大図である。 図２の横断面図である。 図１及び図２に示されるラッチ及び駆動スイッチを制御するタイミング図表である。 開口位置まで作動されたラッチを示す平面図である。 オーバーシュート位置まで作動された駆動スイッチを示す平面図である。 ラッチ位置におけるラッチ機構を示す平面図である。 本発明の別の実施形態における「フック」ヒッチ及びラッチ歯をもった光学ＭＥＭＳ装置の切欠き平面図である。 均衡状態の「フック」ヒッチを詳細に示す、図８の円「ＦＩＧ．９Ａ」の部分の拡大図である。 均衡状態のラッチ歯を詳細に示す、円「ＦＩＧ．９Ｂ」の部分の拡大図である。 第１のスイッチ状態における「フック」ヒッチを詳細に示す図８の一部の拡大図である。 第１のスイッチ状態におけるラッチ歯を詳細に示す図８の一部の拡大図である。 第２のスイッチ状態における「フック」ヒッチを詳細に示す図８の一部の拡大図である。 第２のスイッチ状態におけるラッチ歯を詳細に示す図８の一部の拡大図である。

符号の説明

１０：光学ＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）スイッチ
２０：ラッチング機構
２１：熱ラッチアクチュエータ
２２：ラッチ歯
２４：リンク歯
２８：リンク機構
３０：熱駆動アクチュエータ
４０：固定導波路
５０：片持ちばりプラットフォーム
５２、５４：光導波路
６０：単結晶シリコン

Claims (3)

1. 光学的多状態ラッチングスイッチであって、
   １つ又はそれ以上の駆動アクチュエータと、
   関連するラッチ歯をもった１つ又はそれ以上のラッチアクチュエータと、
   複数の光導波路を形成する可撓性片持ちばりプラットフォームと、
   前記駆動アクチュエータと前記片持ちばりプラットフォームとを連結する接続部と、
   １つ又はそれ以上のリンク歯を形成し、前記駆動アクチュエータに連結され、１つ又はそれ以上のラッチ状態位置を定めるように位置させられ、前記ラッチ歯に係合するように位置させられたリンク機構と、
   前記駆動アクチュエータ及びラッチアクチュエータを、均衡状態とラッチ状態との間で変化するように作動させるタイミングにされた電気刺激手段と、
   を含むことを特徴とする光学的多状態ラッチングスイッチ。
2. 光学的多状態ラッチングスイッチであって、
   １つ又はそれ以上の駆動アクチュエータと、
   関連するラッチ歯を形成する、１つ又はそれ以上のラッチアクチュエータと、
   複数の光導波路をもった可撓性片持ちばりプラットフォームと、
   前記駆動アクチュエータと前記可撓性片持ちばりプラットフォームとを係合させるフック・ヒッチと、
   前記駆動アクチュエータを、１つ又はそれ以上のラッチ状態の位置を形成するように位置させられた並進リンク歯に連結するリンク機構と、
   前記駆動アクチュエータ及びラッチアクチュエータを、均衡状態とラッチ状態との間で変化するように作動させるタイミングにされた電気刺激手段と、
   を含むことを特徴とする光学的多状態ラッチングスイッチ。
3. 光学的多状態ラッチングスイッチであって、
   １つ又はそれ以上の駆動アクチュエータと、
   関連するラッチ歯をもった１つ又はそれ以上のラッチアクチュエータと、
   複数の光導波路をもった可撓性片持ちばりプラットフォームと、
   前記駆動アクチュエータとリンク歯を形成した前記可撓性片持ちばりプラットフォームとを係合させるヒッチと、
   １つ又はそれ以上のリンク歯を形成し、前記駆動アクチュエータに連結され、１つ又はそれ以上のラッチ状態の位置を定めるように位置させられた、前記関連するラッチ歯に係合するように位置させられたリンク機構と、
   前記駆動アクチュエータ及びラッチアクチュエータを、均衡状態とラッチ状態との間で変化するように作動させるタイミングにされた電気刺激手段とを備え、
   前記アクチュエータに対する前記電気刺激手段が、前記ラッチ歯及び前記リンク歯の接触面間の電圧差を減らすか又はなくすようにバイアスされる
   ことを特徴とする光学的多状態ラッチングスイッチ。

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