JPH07151985A - 光スイッチングデバイス - Google Patents
光スイッチングデバイスInfo
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- JPH07151985A JPH07151985A JP6191739A JP19173994A JPH07151985A JP H07151985 A JPH07151985 A JP H07151985A JP 6191739 A JP6191739 A JP 6191739A JP 19173994 A JP19173994 A JP 19173994A JP H07151985 A JPH07151985 A JP H07151985A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
-
- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 損失が少ない、製造の容易な光スイッチング
デバイスを提供すること。 【構成】 スイッチがオンになると、光がトレンチ（２
１６）内のレンズ（２２０ａ、２２０ｂ）を通って、一
方のファイバー（２１８ｂ）から他方のファイバー（２
１８ａ）へ進む。スイッチがオフに切り替えられると、
素子（２２４）は附勢され、送信ファイバー（２１８
ｂ）からの光を反射または吸収することにより、送信フ
ァイバー（２１８ｂ）からの光をブロックする。
デバイスを提供すること。 【構成】 スイッチがオンになると、光がトレンチ（２
１６）内のレンズ（２２０ａ、２２０ｂ）を通って、一
方のファイバー（２１８ｂ）から他方のファイバー（２
１８ａ）へ進む。スイッチがオフに切り替えられると、
素子（２２４）は附勢され、送信ファイバー（２１８
ｂ）からの光を反射または吸収することにより、送信フ
ァイバー（２１８ｂ）からの光をブロックする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光スイッチングに関
し、特に電気機械式光スイッチングに関するものであ
る。
し、特に電気機械式光スイッチングに関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】光スイッチは一般に２つのタイプ、すなわ
ちオンオフタイプとルーチングタイプに分かれる。米国
特許第５，１５５，７７８号および第５，８４６，８６
３号に示されているようなルーチングスイッチは、一つ
の入力端を数個の出力端のうちの任意の一つに接続でき
る。米国特許第５，１７８，７２８号および第５，８４
６，８６３号に示されているようなオンオフスイッチは
単一の入力端と単一の出力端の間を光接続したり、この
接続を切るようになっている。ルーチングスイッチは、
すべての利用可能な光を使用できるので、光学的により
効率的であるが、オンオフスイッチよりも製造および光
学的な整合がより困難である。双方の用途に適す一つの
構造としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭ
Ｄ）があるが、これはこのデバイスのスイッチング時間
が高速であり、製造が相対的に容易であるためである。
ちオンオフタイプとルーチングタイプに分かれる。米国
特許第５，１５５，７７８号および第５，８４６，８６
３号に示されているようなルーチングスイッチは、一つ
の入力端を数個の出力端のうちの任意の一つに接続でき
る。米国特許第５，１７８，７２８号および第５，８４
６，８６３号に示されているようなオンオフスイッチは
単一の入力端と単一の出力端の間を光接続したり、この
接続を切るようになっている。ルーチングスイッチは、
すべての利用可能な光を使用できるので、光学的により
効率的であるが、オンオフスイッチよりも製造および光
学的な整合がより困難である。双方の用途に適す一つの
構造としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭ
Ｄ）があるが、これはこのデバイスのスイッチング時間
が高速であり、製造が相対的に容易であるためである。
【０００３】オンオフスイッチは更に２つのカテゴリー
に分けられる。シャッタースイッチは入力端と出力端の
間の光路をブロックしたりしなかったりする。このよう
なブロック動作は種々の方法で実行できる。最も一般的
な２つの方法は入力端と出力端の間の光媒体の伝送特性
を変えることである。ステアリングスイッチは、入力フ
ァイバーから出力ファイバーの内外に光をステアリング
するスイッチである。これらスイッチも、ルーチングス
イッチと同じように、シャッタースイッチよりも製造お
よび光学的な整合がより困難である。
に分けられる。シャッタースイッチは入力端と出力端の
間の光路をブロックしたりしなかったりする。このよう
なブロック動作は種々の方法で実行できる。最も一般的
な２つの方法は入力端と出力端の間の光媒体の伝送特性
を変えることである。ステアリングスイッチは、入力フ
ァイバーから出力ファイバーの内外に光をステアリング
するスイッチである。これらスイッチも、ルーチングス
イッチと同じように、シャッタースイッチよりも製造お
よび光学的な整合がより困難である。
【０００４】一般にシャッタースイッチはステアリング
スイッチよりもはるかに損失が少なく、通常、ＤＭＤ素
子と共に作動し、反射率の高い別々にアドレス指定可能
なマイクロミラーが、スイッチをオフにするよう、ファ
イバーの近くに挿入または移動される。スイッチが光を
透過しなければならない時は、金属素子はファイバーか
ら離間し、光は比較的低損失で進む。更にスイッチはフ
ァイバー内で作動するので、損失を起こすような整合上
の問題はない。
スイッチよりもはるかに損失が少なく、通常、ＤＭＤ素
子と共に作動し、反射率の高い別々にアドレス指定可能
なマイクロミラーが、スイッチをオフにするよう、ファ
イバーの近くに挿入または移動される。スイッチが光を
透過しなければならない時は、金属素子はファイバーか
ら離間し、光は比較的低損失で進む。更にスイッチはフ
ァイバー内で作動するので、損失を起こすような整合上
の問題はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ステアリングスイッチ
は一般にＤＭＤがオンの場合にファイバーからファイバ
ーに光を通過させるにすぎず、互いに所定の角度に入力
ファイバーと出力ファイバーが取り付けられるように、
光学系を構成するような配列もある。ＤＭＤは送信ファ
イバーと受信ファイバーの光路の交点に配置され、光は
オン状態のＤＭＤに反射され、受信ファイバーに進む。
光がファイバーの平面からはずれるように反射され、オ
ン状態のＤＭＤ素子に反射されて受信ファイバーの平面
まで戻るように、２つのファイバー上にＤＭＤを配置す
るような配列もある。このような配列にすると、アーキ
テクチャ内での発生率が高くなる不整合およびミラーか
らの反射損失の双方により、損失が増加することにな
る。ファイバーおよびパッケージを所定の角度に配置す
ることは、他の欠点、特に整合上の問題による製造上の
困難およびそのような配置の結果パッケージがかさばる
という欠点が生じる。
は一般にＤＭＤがオンの場合にファイバーからファイバ
ーに光を通過させるにすぎず、互いに所定の角度に入力
ファイバーと出力ファイバーが取り付けられるように、
光学系を構成するような配列もある。ＤＭＤは送信ファ
イバーと受信ファイバーの光路の交点に配置され、光は
オン状態のＤＭＤに反射され、受信ファイバーに進む。
光がファイバーの平面からはずれるように反射され、オ
ン状態のＤＭＤ素子に反射されて受信ファイバーの平面
まで戻るように、２つのファイバー上にＤＭＤを配置す
るような配列もある。このような配列にすると、アーキ
テクチャ内での発生率が高くなる不整合およびミラーか
らの反射損失の双方により、損失が増加することにな
る。ファイバーおよびパッケージを所定の角度に配置す
ることは、他の欠点、特に整合上の問題による製造上の
困難およびそのような配置の結果パッケージがかさばる
という欠点が生じる。
【０００６】従って、他のシャッタースイッチと同じ利
点を有するファイバー間に設けられたオンオフシャッタ
ースイッチが望まれている。
点を有するファイバー間に設けられたオンオフシャッタ
ースイッチが望まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本明細書に開示されてい
るのは、スイッチングアーキテクチャを可能とする構造
を含み、送信ファイバーおよび受信ファイバーを同一直
線上に維持でき、損失が低い光スイッチアーキテクチャ
である。このスイッチは 基板に取り付けられた一対の
ファイバーを含み、ギャップを横断するように光を透過
するためのレンズが備えられ、ギャップの底部には一般
に反射タイプの空間光変調器（ＳＬＭ）素子が設けられ
る。スイッチがオフになると、この素子は附勢され、送
信ファイバーからの光ビームの全横断面をブロックする
ので、光は他方のファイバーでは受信されない。スイッ
チがオンの時には、素子は光路から完全に除かれるの
で、損失の原因にはならない。
るのは、スイッチングアーキテクチャを可能とする構造
を含み、送信ファイバーおよび受信ファイバーを同一直
線上に維持でき、損失が低い光スイッチアーキテクチャ
である。このスイッチは 基板に取り付けられた一対の
ファイバーを含み、ギャップを横断するように光を透過
するためのレンズが備えられ、ギャップの底部には一般
に反射タイプの空間光変調器（ＳＬＭ）素子が設けられ
る。スイッチがオフになると、この素子は附勢され、送
信ファイバーからの光ビームの全横断面をブロックする
ので、光は他方のファイバーでは受信されない。スイッ
チがオンの時には、素子は光路から完全に除かれるの
で、損失の原因にはならない。
【０００８】本発明の一つの利点は、反射損失を生じる
ことなくファイバーを結合できることである。本発明の
一つの利点は、同一直線上に維持した状態でファイバー
をより容易に整合できることにある。
ことなくファイバーを結合できることである。本発明の
一つの利点は、同一直線上に維持した状態でファイバー
をより容易に整合できることにある。
【０００９】本発明の一つの利点は、スイッチパッケー
ジがより小型であり、より流線形にできることである。
本発明の一つの利点はスイッチパッケージをより容易に
製造できることにある。
ジがより小型であり、より流線形にできることである。
本発明の一つの利点はスイッチパッケージをより容易に
製造できることにある。
【００１０】本発明およびその利点を完全に理解できる
よう、以下添付図面を参照して本発明について説明す
る。
よう、以下添付図面を参照して本発明について説明す
る。
【００１１】
【実施例】図１には標準的なアーキテクチャの空間光変
調器（ＳＬＭ）、本例ではデジタルマイクロミラーデバ
イス（ＤＭＤ）を使用した光スイッチが示されている。
基板１１０は、この基板にエッチングまたはソーイング
されたトレンチ、すなわち凹部１１６を有する。更にキ
ャップ１１６となる所定の領域の両側には、２つのシェ
ルフ１１４ａおよび１１４ｂを成長または堆積できる。
これらシェルフ１１４ａおよび１１４ｂの頂部にて、い
くつかの方法のうちの一つにより、基板にファイバーま
たは導波管１１８ａおよび１１８ｂが取り付けられてい
る。これら方法のうちの数例とするよう、これらファイ
バーは、溝内にボンドし、挿入し、またはシェルフに堆
積できる。
調器（ＳＬＭ）、本例ではデジタルマイクロミラーデバ
イス（ＤＭＤ）を使用した光スイッチが示されている。
基板１１０は、この基板にエッチングまたはソーイング
されたトレンチ、すなわち凹部１１６を有する。更にキ
ャップ１１６となる所定の領域の両側には、２つのシェ
ルフ１１４ａおよび１１４ｂを成長または堆積できる。
これらシェルフ１１４ａおよび１１４ｂの頂部にて、い
くつかの方法のうちの一つにより、基板にファイバーま
たは導波管１１８ａおよび１１８ｂが取り付けられてい
る。これら方法のうちの数例とするよう、これらファイ
バーは、溝内にボンドし、挿入し、またはシェルフに堆
積できる。
【００１２】ファイバーと実際のスイッチ点との間には
送信ファイバーから受信ファイバーまでの光の伝送を助
けるためのレンズ１２０ａおよび１２０ｂが設けられて
いる。光は矢印１２２ｂの方向にファイバー１１８を通
って進む。光はファイバー１１８を通ってレンズ１２０
ｂを通過し、スイッチング素子１２４の上を通り、更に
レンズ１２０ａを通ってファイバー１１８ａに進入す
る。これらレンズはウェーハ内のトレンチの表面に取り
付けてもよいし、一般にスイッチング素子１２４の製造
後に、あらかじめ設けておいたスロットに設置してもよ
い。
送信ファイバーから受信ファイバーまでの光の伝送を助
けるためのレンズ１２０ａおよび１２０ｂが設けられて
いる。光は矢印１２２ｂの方向にファイバー１１８を通
って進む。光はファイバー１１８を通ってレンズ１２０
ｂを通過し、スイッチング素子１２４の上を通り、更に
レンズ１２０ａを通ってファイバー１１８ａに進入す
る。これらレンズはウェーハ内のトレンチの表面に取り
付けてもよいし、一般にスイッチング素子１２４の製造
後に、あらかじめ設けておいたスロットに設置してもよ
い。
【００１３】スイッチング素子１２４はその下方に２対
の電極を有する。各側の一方の電極１２６ａまたは１２
６ｂはアドレス指定電極であり、これら電極のうちの一
つに電圧が印加されると、附勢電極と基板との間の静電
力により、素子１２４はその電極に向かって偏向され
る。次に素子１２４は、素子と同じ静電位に保持されて
いるランディング電極１２８または１２８ｂに接触す
る。
の電極を有する。各側の一方の電極１２６ａまたは１２
６ｂはアドレス指定電極であり、これら電極のうちの一
つに電圧が印加されると、附勢電極と基板との間の静電
力により、素子１２４はその電極に向かって偏向され
る。次に素子１２４は、素子と同じ静電位に保持されて
いるランディング電極１２８または１２８ｂに接触す
る。
【００１４】素子は次のように製造される。基板１１０
は、この基板内またはその上に形成されたトレンチを有
する。この基板の材料、一般にシリコンは、この上に置
かれるか、またはこの基板内に拡散されたＣＭＯＳアド
レス指定回路を有する。保護絶縁層を堆積し、その層内
に接点部をエッチングする。次に金属層を堆積し、エッ
チングして、図１ａに示すような電極対１２６ａ〜ｂお
よび１２８ａ〜ｂを形成する。これら電極対は、絶縁層
内の接点部を介して下方のＣＭＯＳに電気的に接続され
ている。上記とは異なり、この回路はチップの外に設
け、電極に接続されている金属リード線に接合すること
も可能である。次にこの回路はポリマー、例えば光レジ
ストの厚い層によりコーティングされ、後にフォトレジ
ストは硬化される。硬化前に光リソグラフィにより、ま
たは硬化後のエッチングによりポリマー内にバイアスを
形成する。
は、この基板内またはその上に形成されたトレンチを有
する。この基板の材料、一般にシリコンは、この上に置
かれるか、またはこの基板内に拡散されたＣＭＯＳアド
レス指定回路を有する。保護絶縁層を堆積し、その層内
に接点部をエッチングする。次に金属層を堆積し、エッ
チングして、図１ａに示すような電極対１２６ａ〜ｂお
よび１２８ａ〜ｂを形成する。これら電極対は、絶縁層
内の接点部を介して下方のＣＭＯＳに電気的に接続され
ている。上記とは異なり、この回路はチップの外に設
け、電極に接続されている金属リード線に接合すること
も可能である。次にこの回路はポリマー、例えば光レジ
ストの厚い層によりコーティングされ、後にフォトレジ
ストは硬化される。硬化前に光リソグラフィにより、ま
たは硬化後のエッチングによりポリマー内にバイアスを
形成する。
【００１５】一例として、素子を製造するのに使用され
るプロセス、すなわち製造されたディスプレイ用ＤＭＤ
に使用される埋め込みヒンジプロセスについて説明す
る。ポリマーの上部およびバイアス内ににヒンジ金属の
薄い層を堆積する。次に、プラズマ酸化物の層を堆積
し、エッチングし、ヒンジエッチマスクを形成するが、
ヒンジアウミニウムはエッチングされない。次に、ヒン
ジ金属および酸化物ヒンジエッチマスク上に、ミラーす
なわち素子の金属の第２のより厚い層を堆積し、バイア
スを更にコーティングする。次に、金属スタックを他端
処理し、エッチングすると、素子および支持ポストは酸
化物によりマスクされている領域内のヒンジ金属により
接続される。最後に、プラズマエッチングを用いて酸化
物ヒンジマスクおよびポリマースペーサを除くと、ミラ
ーはポストに取り付けられたヒンジによりエアーギャッ
プの上に懸架される。スイッチングに用いる場合、素子
は実際にミラーすなわち反射表面である必要はない。例
えば素子は吸収表面であってもよい。
るプロセス、すなわち製造されたディスプレイ用ＤＭＤ
に使用される埋め込みヒンジプロセスについて説明す
る。ポリマーの上部およびバイアス内ににヒンジ金属の
薄い層を堆積する。次に、プラズマ酸化物の層を堆積
し、エッチングし、ヒンジエッチマスクを形成するが、
ヒンジアウミニウムはエッチングされない。次に、ヒン
ジ金属および酸化物ヒンジエッチマスク上に、ミラーす
なわち素子の金属の第２のより厚い層を堆積し、バイア
スを更にコーティングする。次に、金属スタックを他端
処理し、エッチングすると、素子および支持ポストは酸
化物によりマスクされている領域内のヒンジ金属により
接続される。最後に、プラズマエッチングを用いて酸化
物ヒンジマスクおよびポリマースペーサを除くと、ミラ
ーはポストに取り付けられたヒンジによりエアーギャッ
プの上に懸架される。スイッチングに用いる場合、素子
は実際にミラーすなわち反射表面である必要はない。例
えば素子は吸収表面であってもよい。
【００１６】図１ｂでは、素子の２つの対向するコーナ
ーからミラーが懸架されているＤＭＤアーキテクチャを
用いて光のスイッチングを行う。光は矢印１２２ｂの方
向に沿ってファイバー１１８ｂに進入し、レンズ１２０
ｂを通って進み、素子１２４の傾斜端に衝突する。アド
レス指定用電極１２６ｂはアドレス指定電圧を受け、こ
の電圧により静電引き寄せ力が生じ、素子を電極に向け
て引き寄せ、電極１２８ｂに設置させるので、素子１２
４は傾いている。スイッチがオン（光を通過できる）に
なっている時は、素子は非偏向状態にリセットされてい
る。これは素子に電圧パルスを送り、素子を振動させ、
自由状態にさせるか、または対向する電極をアドレス指
定するかのいずれかにより行われる。
ーからミラーが懸架されているＤＭＤアーキテクチャを
用いて光のスイッチングを行う。光は矢印１２２ｂの方
向に沿ってファイバー１１８ｂに進入し、レンズ１２０
ｂを通って進み、素子１２４の傾斜端に衝突する。アド
レス指定用電極１２６ｂはアドレス指定電圧を受け、こ
の電圧により静電引き寄せ力が生じ、素子を電極に向け
て引き寄せ、電極１２８ｂに設置させるので、素子１２
４は傾いている。スイッチがオン（光を通過できる）に
なっている時は、素子は非偏向状態にリセットされてい
る。これは素子に電圧パルスを送り、素子を振動させ、
自由状態にさせるか、または対向する電極をアドレス指
定するかのいずれかにより行われる。
【００１７】矢印１２２ａにより示されるような光の通
路および傾斜素子１２４の位置により明らかなように、
受信ファイバー１１８ａに進む光の量は少なくなってい
る。素子の制約のために、素子は基板にブロックされ、
このため標準的寸法のＤＭＤを使用している場合完全に
オフとなるには十分遠くに傾斜できない。図１ｃから判
るように、より大きなＤＭＤ素子を用いると、光のすべ
てをオフにスイッチングできる。素子を基板よりもより
高くし、電極をポストのより近くに形成して大きく偏向
できるようにすれば、標準的寸法の素子のＤＭＤを用い
ることができるこれは上記製造プロセスにおいて、より
厚いスペーサを用いることで達成できる。
路および傾斜素子１２４の位置により明らかなように、
受信ファイバー１１８ａに進む光の量は少なくなってい
る。素子の制約のために、素子は基板にブロックされ、
このため標準的寸法のＤＭＤを使用している場合完全に
オフとなるには十分遠くに傾斜できない。図１ｃから判
るように、より大きなＤＭＤ素子を用いると、光のすべ
てをオフにスイッチングできる。素子を基板よりもより
高くし、電極をポストのより近くに形成して大きく偏向
できるようにすれば、標準的寸法の素子のＤＭＤを用い
ることができるこれは上記製造プロセスにおいて、より
厚いスペーサを用いることで達成できる。
【００１８】これに対する別の解決案は、図２ａに示す
ような非対称のＤＭＤを用いることである。ポストおよ
びヒンジは、辺の中点で互いに対向させる代わりに素子
の一端側にずらされている。図２ａから判るように、こ
のようにすると素子の長い方の辺の下方にランディング
電極を設けなくてもよいことになる。このようにする
と、ミラーを別の方向に偏向させることが好ましいとは
言えないからである。図２ｂでは、矢印は再度光の通過
を示すが、今回は素子１２４の長辺が受信ファイバー１
１８に進入しないように、光を完全にブロックしてお
り、光は矢印１２２ａの方向に進み、受信ファイバー１
１８ａから完全に離間され、スイッチ内のノイズが除か
れる。
ような非対称のＤＭＤを用いることである。ポストおよ
びヒンジは、辺の中点で互いに対向させる代わりに素子
の一端側にずらされている。図２ａから判るように、こ
のようにすると素子の長い方の辺の下方にランディング
電極を設けなくてもよいことになる。このようにする
と、ミラーを別の方向に偏向させることが好ましいとは
言えないからである。図２ｂでは、矢印は再度光の通過
を示すが、今回は素子１２４の長辺が受信ファイバー１
１８に進入しないように、光を完全にブロックしてお
り、光は矢印１２２ａの方向に進み、受信ファイバー１
１８ａから完全に離間され、スイッチ内のノイズが除か
れる。
【００１９】光がファイバー１１８ｂから１１８ａに進
むように示されているが、スイッチは光が別の方向に進
み、素子１２４の下面に衝突するように構成することも
できる。しかしながら光は素子の下面に反射されて基板
に向かうので、これは好ましくない。素子のリセットの
ためのアドレス指定電極が設けられている場合、光はフ
ォトキャリアを生じさせ、電極内でリークを生じさせ得
るが、これは特にＤＲＡＭセルの場合に顕著である。こ
のような現象は、電極が附勢されている時は短時間にす
ぎない。アドレス電極１２６ａから信号がリークするの
は、こく短時間であるからである。さらにこの問題は、
ＳＲＡＭセルを使用したり、ミラーの下面に吸収表面を
設けたり、また上記のようなリセット電極を用いないこ
とによって回避できる。
むように示されているが、スイッチは光が別の方向に進
み、素子１２４の下面に衝突するように構成することも
できる。しかしながら光は素子の下面に反射されて基板
に向かうので、これは好ましくない。素子のリセットの
ためのアドレス指定電極が設けられている場合、光はフ
ォトキャリアを生じさせ、電極内でリークを生じさせ得
るが、これは特にＤＲＡＭセルの場合に顕著である。こ
のような現象は、電極が附勢されている時は短時間にす
ぎない。アドレス電極１２６ａから信号がリークするの
は、こく短時間であるからである。さらにこの問題は、
ＳＲＡＭセルを使用したり、ミラーの下面に吸収表面を
設けたり、また上記のようなリセット電極を用いないこ
とによって回避できる。
【００２０】リセットは大きな素子にも悪影響を与え得
る。非偏向状態から偏向状態に前後にツイストすると、
ヒンジに過度の応力が加えられ、これらヒンジが破壊さ
れることがある。この問題を解消する一つの可能な方法
は、ヒンジのアーキテクチャを図３ｃの平面図に示すよ
うなＹ字形のヒンジに変形することである。比較のた
め、図３ａおよび３ｂに標準的アーキテクチャのＤＭＤ
および非対称のＤＭＤを示す。Ｙ字形ヒンジはツイスト
の際のかかる運動に対して強度がより高く、素子の偏向
を制限するようなツイストする能力に悪影響をおよぼさ
ない。非対称素子により光を受信ファイバーから完全に
ブロックできるのは、完全に偏向できる能力である。こ
れら表面は、上記のように波形にすることにより補強で
きる。
る。非偏向状態から偏向状態に前後にツイストすると、
ヒンジに過度の応力が加えられ、これらヒンジが破壊さ
れることがある。この問題を解消する一つの可能な方法
は、ヒンジのアーキテクチャを図３ｃの平面図に示すよ
うなＹ字形のヒンジに変形することである。比較のた
め、図３ａおよび３ｂに標準的アーキテクチャのＤＭＤ
および非対称のＤＭＤを示す。Ｙ字形ヒンジはツイスト
の際のかかる運動に対して強度がより高く、素子の偏向
を制限するようなツイストする能力に悪影響をおよぼさ
ない。非対称素子により光を受信ファイバーから完全に
ブロックできるのは、完全に偏向できる能力である。こ
れら表面は、上記のように波形にすることにより補強で
きる。
【００２１】さらに、図３ｄには、マルチ平行ヒンジが
示されている。素子は片側でなくて両側で２つのヒンジ
により支持されている。この素子は、非対称のＤＭＤス
イッチだけでなく、対称的なＤＭＤにも適用できる。第
２ヒンジの機械的抵抗力は高いので、素子の傾き能力に
はある程度の影響がある。しかしながら、光を完全にオ
フにするよう十分に素子を偏向できる。
示されている。素子は片側でなくて両側で２つのヒンジ
により支持されている。この素子は、非対称のＤＭＤス
イッチだけでなく、対称的なＤＭＤにも適用できる。第
２ヒンジの機械的抵抗力は高いので、素子の傾き能力に
はある程度の影響がある。しかしながら、光を完全にオ
フにするよう十分に素子を偏向できる。
【００２２】図４に示すようにクロスバースイッチとな
るようにリニアアレイに沿って個々のスイッチイング素
子を並置してもよい。番号４３０ａで示される各ドット
は、スイッチング素子を示す。これらファイバーはスイ
ッチング点の両側で同一直線上に維持されており、任意
の態様でルートを決定できる。このように１６個の素子
の２つのリニアアレイの各々は、４ｘ４のクロスバース
イッチを形成する。
るようにリニアアレイに沿って個々のスイッチイング素
子を並置してもよい。番号４３０ａで示される各ドット
は、スイッチング素子を示す。これらファイバーはスイ
ッチング点の両側で同一直線上に維持されており、任意
の態様でルートを決定できる。このように１６個の素子
の２つのリニアアレイの各々は、４ｘ４のクロスバース
イッチを形成する。
【００２３】
【発明の効果】非対称のＤＭＤのこのようなアーキテク
チャは、同一直線上の、容易に整合できるファイバーに
より、光を低い挿入損失にて迅速にスイッチングできる
ようにする。アレイの寸法が小さい結果、光スイッチ用
の小さくて比較的平らなパッケージが得られる。
チャは、同一直線上の、容易に整合できるファイバーに
より、光を低い挿入損失にて迅速にスイッチングできる
ようにする。アレイの寸法が小さい結果、光スイッチ用
の小さくて比較的平らなパッケージが得られる。
【００２４】従って、これまで非対称のＤＭＤ光スイッ
チのための特定の実施例について説明したが、かかる特
定の説明は、特許請求の範囲の記載を除き、本発明の範
囲を限定するものではない。
チのための特定の実施例について説明したが、かかる特
定の説明は、特許請求の範囲の記載を除き、本発明の範
囲を限定するものではない。
【００２５】以上の説明に関して、下記を開示する。 （１） ａ． 基板と、 ｂ．少なくとも一つのスイッチング素子とを備え、前記
各スイッチング素子は、ｉ．前記基板上に設けられた少
なくとも一つのアドレス指定電極と、ｉｉ．各々が一つ
のヒンジを有する、前記少なくとも一つのアドレス指定
電極に隣接した少なくとも一つの支持ポストと、ｉｉ
ｉ．前記少なくとも一つの支持ポストに対し、前記アド
レス指定電極の反対側にて、前記少なくとも一つのアド
レス指定電極に隣接するよう配置された少なくとも一つ
のランディング電極と、ｉｖ．前記アドレス電極が附勢
されると、前記アドレス電極に向かって移動し、一部が
前記ランディング電極に接触するよう、前記少なくとも
一つの支持ポストに取り付けられた前記ヒンジより懸架
された可動部材とを備え、更に ｃ．前記スイッチング素子の両側にて前記基板上に高く
された領域と、 ｄ．少なくとも一つの送信ファイバーと、少なくとも一
つの受信ファイバーとを備え、前記各送信ファイバーは
かかるスイッチング素子の両側の前記高くされた領域上
にて、前記各受信ファイバーと対向するよう配置されて
おり、前記スイッチング素子が附勢されると、前記スイ
ッチング素子の偏向されていない側は、前記送信ファイ
バーから前記受信ファイバーへ光を伝送するようになっ
ている光スイッチングデバイス。
各スイッチング素子は、ｉ．前記基板上に設けられた少
なくとも一つのアドレス指定電極と、ｉｉ．各々が一つ
のヒンジを有する、前記少なくとも一つのアドレス指定
電極に隣接した少なくとも一つの支持ポストと、ｉｉ
ｉ．前記少なくとも一つの支持ポストに対し、前記アド
レス指定電極の反対側にて、前記少なくとも一つのアド
レス指定電極に隣接するよう配置された少なくとも一つ
のランディング電極と、ｉｖ．前記アドレス電極が附勢
されると、前記アドレス電極に向かって移動し、一部が
前記ランディング電極に接触するよう、前記少なくとも
一つの支持ポストに取り付けられた前記ヒンジより懸架
された可動部材とを備え、更に ｃ．前記スイッチング素子の両側にて前記基板上に高く
された領域と、 ｄ．少なくとも一つの送信ファイバーと、少なくとも一
つの受信ファイバーとを備え、前記各送信ファイバーは
かかるスイッチング素子の両側の前記高くされた領域上
にて、前記各受信ファイバーと対向するよう配置されて
おり、前記スイッチング素子が附勢されると、前記スイ
ッチング素子の偏向されていない側は、前記送信ファイ
バーから前記受信ファイバーへ光を伝送するようになっ
ている光スイッチングデバイス。
【００２６】（２）前記少なくとも一つのアドレス電極
は、前記可動部材の両側の下方にて、基板上に配置され
た２つのアドレス指定電極を更に含む第１項記載のデバ
イス。 （３）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含む第１項記載のデバイス。 （４）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含み、前記ランディング電極は前
記可動部材の中心から前記アドレス指定電極よりも離間
している第２項記載のデバイス。 （５）前記少なくとも一つの支持ポストは、前記可動部
材の両側上の中心に配置された２つの支持ポストを更に
含む第１項記載のデバイス。 （６）前記少なくとも一つの支持ポストは、一方が他方
よりも可動部材の一端に近くなるよう、互いに直接横断
して配置されている２つの支持ポストを更に含む第１項
記載のデバイス。 （７）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、Ｙ字形ヒンジである第６項記載のデバイス。 （８）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、マルチ平行ヒンジである第６項記載のデバイス。
は、前記可動部材の両側の下方にて、基板上に配置され
た２つのアドレス指定電極を更に含む第１項記載のデバ
イス。 （３）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含む第１項記載のデバイス。 （４）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含み、前記ランディング電極は前
記可動部材の中心から前記アドレス指定電極よりも離間
している第２項記載のデバイス。 （５）前記少なくとも一つの支持ポストは、前記可動部
材の両側上の中心に配置された２つの支持ポストを更に
含む第１項記載のデバイス。 （６）前記少なくとも一つの支持ポストは、一方が他方
よりも可動部材の一端に近くなるよう、互いに直接横断
して配置されている２つの支持ポストを更に含む第１項
記載のデバイス。 （７）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、Ｙ字形ヒンジである第６項記載のデバイス。 （８）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、マルチ平行ヒンジである第６項記載のデバイス。
【００２７】（９）デジタルマイクロミラーデバイス
（ＤＭＤ）に類似するスイッチング素子（２２４）を備
えた光スイッチングデバイスであり、スイッチング素子
（２２４）は、基板上の２つの高くされた領域（２１４
ａ、２１４ｂ）の間のトレンチ（２１６）内にある。送
信および受信ファイバー（２１８ａ、２１８ｂ）は、ト
レンチ（２１６）を間にして互いに対向しており、これ
らファイバーの間にスイッチング素子（２２４）が設け
られている。このスイッチがオンになると、光がトレン
チ（２１６）内のレンズ（２２０ａ、２２０ｂ）を通っ
て、一方のファイバー（２１８ｂ）から他方のファイバ
ー（２１８ａ）へ進む。スイッチがオフに切り替えられ
ると、素子（２２４）は附勢され、送信ファイバー（２
１８ｂ）からの光を反射または吸収することにより、送
信ファイバー（２１８ｂ）からの光をブロックする。ス
イッチは、空気ギャップを通って附勢電極（２２６ｂ）
に向かつて偏向する素子（２２４）の作用によりアドレ
ス指定電極（２２６ａ、２２６ｂ）により附勢された
り、除勢される。より良好な偏向角では、ポストは素子
の一端に他方のポストよりも近くに配置できる。別のヒ
ンジアーキテクチャも可能である。
（ＤＭＤ）に類似するスイッチング素子（２２４）を備
えた光スイッチングデバイスであり、スイッチング素子
（２２４）は、基板上の２つの高くされた領域（２１４
ａ、２１４ｂ）の間のトレンチ（２１６）内にある。送
信および受信ファイバー（２１８ａ、２１８ｂ）は、ト
レンチ（２１６）を間にして互いに対向しており、これ
らファイバーの間にスイッチング素子（２２４）が設け
られている。このスイッチがオンになると、光がトレン
チ（２１６）内のレンズ（２２０ａ、２２０ｂ）を通っ
て、一方のファイバー（２１８ｂ）から他方のファイバ
ー（２１８ａ）へ進む。スイッチがオフに切り替えられ
ると、素子（２２４）は附勢され、送信ファイバー（２
１８ｂ）からの光を反射または吸収することにより、送
信ファイバー（２１８ｂ）からの光をブロックする。ス
イッチは、空気ギャップを通って附勢電極（２２６ｂ）
に向かつて偏向する素子（２２４）の作用によりアドレ
ス指定電極（２２６ａ、２２６ｂ）により附勢された
り、除勢される。より良好な偏向角では、ポストは素子
の一端に他方のポストよりも近くに配置できる。別のヒ
ンジアーキテクチャも可能である。
【図１ 】標準的なアーキテクチャの反射性空間光変調
器（ＳＬＭ）素子を用いた光スイッチを示す。
器（ＳＬＭ）素子を用いた光スイッチを示す。
【図２ 】非対称素子を用いた光スイッチを示す。
【図３ 】ＤＭＤ素子に対する別のヒンジ配列を示す。
【図４】４ｘ４スイッチ用のスイッチング点を備えたク
ロスバースイッチを示す。
ロスバースイッチを示す。
２１０ 基板 ２１６ トレンチ ２１８ａ 受信ファイバー ２１８ｂ 送信ファイバー ２２０ａ、２２０ｂ レンズ ２２４ スイッチング素子 ２２６ａ、２２６ｂ アドレス指定電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１０月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名祢】 光スイッチングデバイス
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光スイッチングに関
し、特に電気機械式光スイッチングに関するものであ
る。
し、特に電気機械式光スイッチングに関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】光スイッチは一般に２つのタイプ、すなわ
ちオンオフタイプとルーチングタイプに分かれる。米国
特許第５，１５５，７７８号および第５，８４６，８６
３号に示されているようなルーチングスイッチは、一つ
の入力端を数個の出力端のうちの任意の一つに接続でき
る。米国特許第５，１７８，７２８号および第５，８４
６，８６３号に示されているようなオンオフスイッチは
単一の入力端と単一の出力端の間を光接続したり、この
接続を切るようになっている。ルーチングスイッチは、
すべての利用可能な光を使用できるので、光学的により
効率的であるが、オンオフスイッチよりも製造およひ光
学的な整合がより困難である。双方の用途に適す一つの
構造としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭ
Ｄ）があるが、これはこのデバイスのスイッチング時間
が高速であり、製造が相対的に容易であるためである。
ちオンオフタイプとルーチングタイプに分かれる。米国
特許第５，１５５，７７８号および第５，８４６，８６
３号に示されているようなルーチングスイッチは、一つ
の入力端を数個の出力端のうちの任意の一つに接続でき
る。米国特許第５，１７８，７２８号および第５，８４
６，８６３号に示されているようなオンオフスイッチは
単一の入力端と単一の出力端の間を光接続したり、この
接続を切るようになっている。ルーチングスイッチは、
すべての利用可能な光を使用できるので、光学的により
効率的であるが、オンオフスイッチよりも製造およひ光
学的な整合がより困難である。双方の用途に適す一つの
構造としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭ
Ｄ）があるが、これはこのデバイスのスイッチング時間
が高速であり、製造が相対的に容易であるためである。
【０００３】オンオフスイッチは更に２つのカテゴリー
に分けられる。シャッタースイッチは入力端と出力端の
間の光路をブロックしたりしなかったりする。このよう
なブロック動作は種々の方法で実行できる。最も一般的
な２つの方法は入力端と出力端の間の光媒体の伝送特性
を変えることである。ステアリングスイッチは、入力フ
ァイバーから出力ファイバーの内外に光をステアリング
するスイッチである。これらスイッチも、ルーチングス
イッチと同じように、シャッタースイッチよりも製造お
よび光学的な整合がより困難である。
に分けられる。シャッタースイッチは入力端と出力端の
間の光路をブロックしたりしなかったりする。このよう
なブロック動作は種々の方法で実行できる。最も一般的
な２つの方法は入力端と出力端の間の光媒体の伝送特性
を変えることである。ステアリングスイッチは、入力フ
ァイバーから出力ファイバーの内外に光をステアリング
するスイッチである。これらスイッチも、ルーチングス
イッチと同じように、シャッタースイッチよりも製造お
よび光学的な整合がより困難である。
【０００４】一般にシャッタースイッチはステアリング
スイッチよりもはるかに損失が少なく、通常、ＤＭＤ素
子と共に作動し、反射率の高い別々にアドレス指定可能
なマイクロミラーが、スイッチをオフにするよう、ファ
イバーの近くに挿入または移動される。スイッチが光を
透過しなければならない時は、金属素子はファイバーか
ら離間し、光は比較的低損失で進む。更にスイッチはフ
ァイバー内で作動するので、損失を起こすような整合上
の問題はない。
スイッチよりもはるかに損失が少なく、通常、ＤＭＤ素
子と共に作動し、反射率の高い別々にアドレス指定可能
なマイクロミラーが、スイッチをオフにするよう、ファ
イバーの近くに挿入または移動される。スイッチが光を
透過しなければならない時は、金属素子はファイバーか
ら離間し、光は比較的低損失で進む。更にスイッチはフ
ァイバー内で作動するので、損失を起こすような整合上
の問題はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ステアリングスイッチ
は一般にＤＭＤがオンの場合にファイバーからファイバ
ーに光を通過させるにすぎず、互いに所定の角度に入力
ファイバーと出力ファイバーが取り付けられるように、
光学系を構成するような配列もある。ＤＭＤは送信ファ
イバーと受信ファイバーの光路の交点に配置され、光は
オン状態のＤＭＤに反射され、受信ファイバーに進む。
光がファイバーの平面からはずれるように反射され、オ
ン状態のＤＭＤ素子に反射されて受信ファイバーの平面
まで戻るように、２つのファイバー上にＤＭＤを配置す
るような配列もある。このような配列にすると、アーキ
テクチャ内での発生率が高くなる不整合およびミラーか
らの反射損失の双方により、損失が増加することにな
る。ファイバーおよびパッケージを所定の角度に配置す
ることは、他の欠点、特に整合上の問題による製造上の
困難およびそのような配置の結果パッケージがかさばる
という欠点が生じる。
は一般にＤＭＤがオンの場合にファイバーからファイバ
ーに光を通過させるにすぎず、互いに所定の角度に入力
ファイバーと出力ファイバーが取り付けられるように、
光学系を構成するような配列もある。ＤＭＤは送信ファ
イバーと受信ファイバーの光路の交点に配置され、光は
オン状態のＤＭＤに反射され、受信ファイバーに進む。
光がファイバーの平面からはずれるように反射され、オ
ン状態のＤＭＤ素子に反射されて受信ファイバーの平面
まで戻るように、２つのファイバー上にＤＭＤを配置す
るような配列もある。このような配列にすると、アーキ
テクチャ内での発生率が高くなる不整合およびミラーか
らの反射損失の双方により、損失が増加することにな
る。ファイバーおよびパッケージを所定の角度に配置す
ることは、他の欠点、特に整合上の問題による製造上の
困難およびそのような配置の結果パッケージがかさばる
という欠点が生じる。
【０００６】従って、他のシャッタースイッチと同じ利
点を有するファイバー間に設けられたオンオフシャッタ
ースイッチが望まれている。
点を有するファイバー間に設けられたオンオフシャッタ
ースイッチが望まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本明細書に開示されてい
るのは、スイッチングアーキテクチャを可能とする構造
を含み、送信ファイバーおよび受信ファイバーを同一直
線上に維持でき、損失が低い光スイッチアーキテクチャ
である。このスイッチは、基板に取り付けられた一対の
ファイバーを含み、ギャップを横断するように光を透過
するためのレンズが備えられ、ギャップの底部には一般
に反射タイプの空間光変調器（ＳＬＭ）素子が設けられ
る。スイッチがオフになると、この素子は附勢され、送
信ファイバーからの光ビームの全横断面をブロックする
ので、光は他方のファイバーでは受信されない。スイッ
チがオンの時には、素子は光路から完全に除かれるの
で、損失の原因にはならない。
るのは、スイッチングアーキテクチャを可能とする構造
を含み、送信ファイバーおよび受信ファイバーを同一直
線上に維持でき、損失が低い光スイッチアーキテクチャ
である。このスイッチは、基板に取り付けられた一対の
ファイバーを含み、ギャップを横断するように光を透過
するためのレンズが備えられ、ギャップの底部には一般
に反射タイプの空間光変調器（ＳＬＭ）素子が設けられ
る。スイッチがオフになると、この素子は附勢され、送
信ファイバーからの光ビームの全横断面をブロックする
ので、光は他方のファイバーでは受信されない。スイッ
チがオンの時には、素子は光路から完全に除かれるの
で、損失の原因にはならない。
【０００８】本発明の一つの利点は、反射損失を生じる
ことなくファイバーを結合できることである。本発明の
一つの利点は、同一直線上に維持した状態でファイバー
をより容易に整合できることにある。
ことなくファイバーを結合できることである。本発明の
一つの利点は、同一直線上に維持した状態でファイバー
をより容易に整合できることにある。
【０００９】本発明の一つの利点は、スイッチパッケー
ジがより小型であり、より流線形にできることである。
本発明の一つの利点はスイッチパッケージをより容易に
製造できることにある。
ジがより小型であり、より流線形にできることである。
本発明の一つの利点はスイッチパッケージをより容易に
製造できることにある。
【００１０】木発明およびその利点を完全に理解できる
よう、以下添付図面を参照して本発明について説明す
る。
よう、以下添付図面を参照して本発明について説明す
る。
【００１１】
【実施例】図１には標準的なアーキテクチャの空間光変
調器（ＳＬＭ）、本例ではデジタルマイクロミラーデバ
イス（ＤＭＤ）を使用した光スイッチが示されている。
基板１１０は、この基板にエッチングまたはソーイング
されたトレンチ、すなわち凹部１１６を有する。更にキ
ャップ１１６となる所定の領域の両側には、２つのシェ
ルフ１１４ａおよび１１４ｂを成長または堆積できる。
これらシェルフ１１４ａおよび１１４ｂの頂部にて、い
くつかの方法のうちの一つにより、基板にファイバーま
たは導波管１１８ａおよび１１８ｂが取り付けられてい
る。これら方法のうちの数例とするよう、これらファイ
バーは、溝内にボンドし、挿入し、またはシェルフに堆
積できる。
調器（ＳＬＭ）、本例ではデジタルマイクロミラーデバ
イス（ＤＭＤ）を使用した光スイッチが示されている。
基板１１０は、この基板にエッチングまたはソーイング
されたトレンチ、すなわち凹部１１６を有する。更にキ
ャップ１１６となる所定の領域の両側には、２つのシェ
ルフ１１４ａおよび１１４ｂを成長または堆積できる。
これらシェルフ１１４ａおよび１１４ｂの頂部にて、い
くつかの方法のうちの一つにより、基板にファイバーま
たは導波管１１８ａおよび１１８ｂが取り付けられてい
る。これら方法のうちの数例とするよう、これらファイ
バーは、溝内にボンドし、挿入し、またはシェルフに堆
積できる。
【００１２】ファイバーと実際のスイッチ点との間には
送信ファイバーから受信ファイバーまでの光の伝送を助
けるためのレンズ１２０ａおよび１２０ｂが設けられて
いる。光は矢印１２２ｂの方向にファイバー１１８を通
って進む。光はファイバー１１８を通ってレンズ１２０
ｂを通過し、スイッチング素子１２４の上を通り、更に
レンズ１２０ａを通ってファイバー１１８ａに進入す
る。これらレンズはウェーハ内のトレンチの表面に取り
付けてもよいし、一般にスイッチング素子１２４の製造
後に、あらかじめ設けておいたスロットに設置してもよ
い。
送信ファイバーから受信ファイバーまでの光の伝送を助
けるためのレンズ１２０ａおよび１２０ｂが設けられて
いる。光は矢印１２２ｂの方向にファイバー１１８を通
って進む。光はファイバー１１８を通ってレンズ１２０
ｂを通過し、スイッチング素子１２４の上を通り、更に
レンズ１２０ａを通ってファイバー１１８ａに進入す
る。これらレンズはウェーハ内のトレンチの表面に取り
付けてもよいし、一般にスイッチング素子１２４の製造
後に、あらかじめ設けておいたスロットに設置してもよ
い。
【００１３】スイッチング素子１２４はその下方に２対
の電極を有する。各側の一方の電極１２６ａまたは１２
６ｂはアドレス指定電極であり、これら電極のうちの一
つに電圧が印加されると、附勢電極と基板との間の静電
力により、素子１２４はその電極に向かって偏向され
る。次に素子１２４は、素子と同じ静電位に保持されて
いるランディング電極１２８または１２８ｂに接触す
る。
の電極を有する。各側の一方の電極１２６ａまたは１２
６ｂはアドレス指定電極であり、これら電極のうちの一
つに電圧が印加されると、附勢電極と基板との間の静電
力により、素子１２４はその電極に向かって偏向され
る。次に素子１２４は、素子と同じ静電位に保持されて
いるランディング電極１２８または１２８ｂに接触す
る。
【００１４】素子は次のように製造される。基板１１０
は、この基板内またはその上に形成されたトレンチを有
する。この基板の材料、一般にシリコンは、この上に置
かれるか、またはこの基板内に拡散されたＣＭＯＳアド
レス指定回路を有する。保護絶縁層を堆積し、その層内
に接点部をエッチングする。次に金属層を堆積し、エッ
チングして、図１ａに示すような電極対１２６ａ〜ｂお
よび１２８ａ〜ｂを形成する。これら電極対は、絶縁層
内の接点部を介して下方のＣＭＯＳに電気的に接続され
ている。上記とは異なり、この回路はチップの外に設
け、電極に接続されている金属リード線に接合すること
も可能である。次にこの回路はポリマー、例えば光レジ
ストの厚い層によりコーティングされ、後にフォトレジ
ストは硬化される。硬化前に光リソグラフィにより、ま
たは硬化後のエッチングによりポリマー内にバイアスを
形成する。
は、この基板内またはその上に形成されたトレンチを有
する。この基板の材料、一般にシリコンは、この上に置
かれるか、またはこの基板内に拡散されたＣＭＯＳアド
レス指定回路を有する。保護絶縁層を堆積し、その層内
に接点部をエッチングする。次に金属層を堆積し、エッ
チングして、図１ａに示すような電極対１２６ａ〜ｂお
よび１２８ａ〜ｂを形成する。これら電極対は、絶縁層
内の接点部を介して下方のＣＭＯＳに電気的に接続され
ている。上記とは異なり、この回路はチップの外に設
け、電極に接続されている金属リード線に接合すること
も可能である。次にこの回路はポリマー、例えば光レジ
ストの厚い層によりコーティングされ、後にフォトレジ
ストは硬化される。硬化前に光リソグラフィにより、ま
たは硬化後のエッチングによりポリマー内にバイアスを
形成する。
【００１５】一例として、素子を製造するのに使用され
るプロセス、すなわち製造されたデイスプレイ用ＤＭＤ
に使用される埋め込みヒンジプロセスについて説明す
る。ポリマーの上部およびバイアス内ににヒンジ金属の
薄い層を堆積する。次に、プラズマ酸化物の層を堆積
し、エッチングし、ヒンジエッチマスクを形成するが、
ヒンジアウミニウムはエッチングされない。次に、ヒン
ジ金属および酸化物ヒンジエッチマスク上に、ミラーす
なわち素子の金属の第２のより厚い層を堆積し、バイア
スを更にコーティングする。次に、金属スタックを他端
処理し、エッチングすると、素子および支持ポストは酸
化物によりマスクされている領域内のヒンジ金属により
接続される。最後に、プラズマエッチングを用いて酸化
物ヒンジマスクおよびポリマースペーサを除くと、ミラ
ーはポストに取り付けられたヒンジによりエアーギャッ
プの上に懸架される。スイッチングに用いる場合、素子
は実際にミラーすなわち反射表面である必要はない。例
えば素子は吸収表面であってもよい
るプロセス、すなわち製造されたデイスプレイ用ＤＭＤ
に使用される埋め込みヒンジプロセスについて説明す
る。ポリマーの上部およびバイアス内ににヒンジ金属の
薄い層を堆積する。次に、プラズマ酸化物の層を堆積
し、エッチングし、ヒンジエッチマスクを形成するが、
ヒンジアウミニウムはエッチングされない。次に、ヒン
ジ金属および酸化物ヒンジエッチマスク上に、ミラーす
なわち素子の金属の第２のより厚い層を堆積し、バイア
スを更にコーティングする。次に、金属スタックを他端
処理し、エッチングすると、素子および支持ポストは酸
化物によりマスクされている領域内のヒンジ金属により
接続される。最後に、プラズマエッチングを用いて酸化
物ヒンジマスクおよびポリマースペーサを除くと、ミラ
ーはポストに取り付けられたヒンジによりエアーギャッ
プの上に懸架される。スイッチングに用いる場合、素子
は実際にミラーすなわち反射表面である必要はない。例
えば素子は吸収表面であってもよい
【００１６】図１ｂでは、素子の２つの対向するコーナ
ーからミラーが懸架されているＤＭＤアーキテクチャを
用いて光のスイッチングを行う。光は矢印１２２ｂの方
向に沿ってファイバー１１８ｂに進入し、レンズ１２０
ｂを通って進み、素子１２４の傾斜端に衝突する。アド
レス指定用電極１２６ｂはアドレス指定電圧を受け、こ
の電圧により静電引き寄せ力が生じ、素子を電極に向け
て引き寄せ、電極１２８ｂに設置させるので、素子１２
４は傾いている。スイッチがオン（光を通過できる）に
なっている時は、素子は非偏向状態にリセットされてい
る。これは素子に電圧パルスを送り、素子を振動させ、
自由状態にさせるか、または対向する電極をアドレス指
定するかのいずれかにより行われる。
ーからミラーが懸架されているＤＭＤアーキテクチャを
用いて光のスイッチングを行う。光は矢印１２２ｂの方
向に沿ってファイバー１１８ｂに進入し、レンズ１２０
ｂを通って進み、素子１２４の傾斜端に衝突する。アド
レス指定用電極１２６ｂはアドレス指定電圧を受け、こ
の電圧により静電引き寄せ力が生じ、素子を電極に向け
て引き寄せ、電極１２８ｂに設置させるので、素子１２
４は傾いている。スイッチがオン（光を通過できる）に
なっている時は、素子は非偏向状態にリセットされてい
る。これは素子に電圧パルスを送り、素子を振動させ、
自由状態にさせるか、または対向する電極をアドレス指
定するかのいずれかにより行われる。
【００１７】矢印１２２ａにより示されるような光の通
路および傾斜素子１２４の位置により明らかなように、
受信ファイバー１１８ａに進む光の量は少なくなってい
る。素子の制約のために、素子は基板にブロックされ、
このため標準的寸法のＤＭＤを使用している場合完全に
オフとなるには十分遠くに傾斜できない。図１ｃから判
るように、より大きなＤＭＤ素子を用いると、光のすべ
てをオフにスイッチングできる。素子を基板よりもより
高くし、電極をポストのより近くに形成して大きく偏向
できるようにすれば、標準的寸法の素子のＤＭＤを用い
ることができる。これは上記製造プロセスにおいて、よ
り厚いスペーサを用いることで達成できる。
路および傾斜素子１２４の位置により明らかなように、
受信ファイバー１１８ａに進む光の量は少なくなってい
る。素子の制約のために、素子は基板にブロックされ、
このため標準的寸法のＤＭＤを使用している場合完全に
オフとなるには十分遠くに傾斜できない。図１ｃから判
るように、より大きなＤＭＤ素子を用いると、光のすべ
てをオフにスイッチングできる。素子を基板よりもより
高くし、電極をポストのより近くに形成して大きく偏向
できるようにすれば、標準的寸法の素子のＤＭＤを用い
ることができる。これは上記製造プロセスにおいて、よ
り厚いスペーサを用いることで達成できる。
【００１８】これに対する別の解決案は、図２ａに示す
ような非対称のＤＭＤを用いることである。ポストおよ
ひヒンジは、辺の中点で互いに対向させる代わりに素子
の一端側にずらされている。図２ａから判るように、こ
のようにすると素子の長い方の辺の下方にランディング
電極を設けなくてもよいことになる。このようにする
と、ミラーを別の方向に偏向させることが好ましいとは
言えないからである。図２ｂでは、矢印は再度光の通過
を示すが、今回は素子１２４の長辺が受信ファイバー１
１８に進入しないように、光を完全にブロックしてお
り、光は矢印１２２ａの方向に進み、受信ファイバー１
１８ａから完全に離間され、スイッチ内のノイズが除か
れる。
ような非対称のＤＭＤを用いることである。ポストおよ
ひヒンジは、辺の中点で互いに対向させる代わりに素子
の一端側にずらされている。図２ａから判るように、こ
のようにすると素子の長い方の辺の下方にランディング
電極を設けなくてもよいことになる。このようにする
と、ミラーを別の方向に偏向させることが好ましいとは
言えないからである。図２ｂでは、矢印は再度光の通過
を示すが、今回は素子１２４の長辺が受信ファイバー１
１８に進入しないように、光を完全にブロックしてお
り、光は矢印１２２ａの方向に進み、受信ファイバー１
１８ａから完全に離間され、スイッチ内のノイズが除か
れる。
【００１９】光がファイバー１１８ｂから１１８ａに進
むように示されているが、スイッチは光が別の方向に進
み、素子１２４の下面に衝突するように構成することも
できる。しかしながら光は素子の下面に反射されて基板
に向かうので、これは好ましくない。素子のリセットの
ためのアドレス指定電極が設けられている場合、光はフ
ォトキャリアを生じさせ、電極内でリークを生じさせ得
るが、これは特にＤＲＡＭセルの場合に顕著である。こ
のような現象は、電極が附勢されている時は短時間にす
ぎない。アドレス電極１２６ａから信号がリークするの
は、ごく短時間であるからである。さらにこの問題は、
ＳＲＡＭセルを使用したり、ミラーの下面に吸収表面を
設けたり、また上記のようなリセット電極を用いないこ
とによって回避できる。
むように示されているが、スイッチは光が別の方向に進
み、素子１２４の下面に衝突するように構成することも
できる。しかしながら光は素子の下面に反射されて基板
に向かうので、これは好ましくない。素子のリセットの
ためのアドレス指定電極が設けられている場合、光はフ
ォトキャリアを生じさせ、電極内でリークを生じさせ得
るが、これは特にＤＲＡＭセルの場合に顕著である。こ
のような現象は、電極が附勢されている時は短時間にす
ぎない。アドレス電極１２６ａから信号がリークするの
は、ごく短時間であるからである。さらにこの問題は、
ＳＲＡＭセルを使用したり、ミラーの下面に吸収表面を
設けたり、また上記のようなリセット電極を用いないこ
とによって回避できる。
【００２０】リセットは大きな素子にも悪影響を与え得
る。非偏向状態から偏向状態に前後にツイストすると、
ヒンジに過度の応力が加えられ、これらヒンジが破壊さ
れることがある。この問題を解消する一つの可能な方法
は、ヒンジのアーキテクチャを図３ｃの平面図に示すよ
うなＹ字形のヒンジに変形することである。比較のた
め、図３ａおよび３ｂに標準的アーキテクチャのＤＭＤ
およひ非対称のＤＭＤを示す。Ｙ字形ヒンジはツイスト
の際のかかる運動に対して強度がより高く、素子の偏向
を制限するようなツイストする能力に悪影響をおよぼさ
ない。非対称素子により光を受信ファイバーから完全に
ブロックできるのは、完全に偏向できる能力である。こ
れら表面は、上記のように波形にすることにより補強で
きる。
る。非偏向状態から偏向状態に前後にツイストすると、
ヒンジに過度の応力が加えられ、これらヒンジが破壊さ
れることがある。この問題を解消する一つの可能な方法
は、ヒンジのアーキテクチャを図３ｃの平面図に示すよ
うなＹ字形のヒンジに変形することである。比較のた
め、図３ａおよび３ｂに標準的アーキテクチャのＤＭＤ
およひ非対称のＤＭＤを示す。Ｙ字形ヒンジはツイスト
の際のかかる運動に対して強度がより高く、素子の偏向
を制限するようなツイストする能力に悪影響をおよぼさ
ない。非対称素子により光を受信ファイバーから完全に
ブロックできるのは、完全に偏向できる能力である。こ
れら表面は、上記のように波形にすることにより補強で
きる。
【００２１】さらに、図３ｄには、マルチ平行ヒンジが
示されている。素子は片側でなくて両側で２つのヒンジ
により支持されている。この素子は、非対称のＤＭＤス
イッチだけでなく、対称的なＤＭＤにも適用できる。第
２ヒンジの機械的抵抗力は高いので、素子の傾き能力に
はある程度の影響がある。しかしながら、光を完全にオ
フにするよう十分に素子を偏向できる。
示されている。素子は片側でなくて両側で２つのヒンジ
により支持されている。この素子は、非対称のＤＭＤス
イッチだけでなく、対称的なＤＭＤにも適用できる。第
２ヒンジの機械的抵抗力は高いので、素子の傾き能力に
はある程度の影響がある。しかしながら、光を完全にオ
フにするよう十分に素子を偏向できる。
【００２２】図４に示すようにクロスバースイッチとな
るようにリニアアレイに沿って個々のスイッチイング素
子を並置してもよい。番号４３０ａで示される各ドット
は、スイッチング素子を示す。これらファイバーはスイ
ッチング点の両側で同一直線上に維持されており、任意
の態様でルートを決定できる。このように１６個の素子
の２つのリニアアレイの各々は、４Ｘ４のクロスバース
イッチを形成する。
るようにリニアアレイに沿って個々のスイッチイング素
子を並置してもよい。番号４３０ａで示される各ドット
は、スイッチング素子を示す。これらファイバーはスイ
ッチング点の両側で同一直線上に維持されており、任意
の態様でルートを決定できる。このように１６個の素子
の２つのリニアアレイの各々は、４Ｘ４のクロスバース
イッチを形成する。
【００２３】
【発明の効果】非対称のＤＭＤのこのようなアーキテク
チャは、同一直線上の、容易に整合できるファイバーに
より、光を低い挿入損失にて迅速にスイッチングできる
ようにする。アレイの寸法が小さい結果、光スイッチ用
の小さくて比較的平らなパッケージが得られる。
チャは、同一直線上の、容易に整合できるファイバーに
より、光を低い挿入損失にて迅速にスイッチングできる
ようにする。アレイの寸法が小さい結果、光スイッチ用
の小さくて比較的平らなパッケージが得られる。
【００２４】従って、これまで非対祢のＤＭＤ光スイッ
チのための特定の実施例について説明したが、かかる特
定の説明は、特許請求の範囲の記載を除き、本発明の範
囲を限定するものではない。
チのための特定の実施例について説明したが、かかる特
定の説明は、特許請求の範囲の記載を除き、本発明の範
囲を限定するものではない。
【００２５】以上の説明に関して、下記を開示する。 （１） ａ．基板と、 ｂ．少なくとも一つのスイッチング素子とを備え、前記
各スイッチング素子は、ｉ．前記基板上に設けられた少
なくとも一つのアドレス指定電極と、ｉｉ．各々が一つ
のヒンジを有する、前記少なくとも一つのアドレス指定
電極に隣接した少なくとも一つの支持ポストと、ｉｉ
ｉ．前記少なくとも一つの支持ポストに対し、前記アド
レス指定電極の反対側にて、前記少なくとも一つのアド
レス指定電極に隣接するよう配置された少なくとも一つ
のランディング電極と、ｉｖ．前記アドレス電極が附勢
されると、前記アドレス電極に向かって移動し、一部が
前記ランディング電極に接触するよう、前記少なくとも
一つの支持ポストに取り付けられた前記ヒンジより懸架
された可動部材とを備え、更に ｃ．前記スイッチング素子の両側にて前記基板上に高く
された領域と、 ｄ．少なくとも一つの送信ファイバーと、少なくとも一
つの受信ファイバーとを備え、前記各送信ファイバーは
かかるスイッチング素子の両側の前記高くされた領域上
にて、前記各受信ファイバーと対向するよう配置されて
おり、前記スイッチング素子が附勢されると、前記スイ
ッチング素子の偏向されていない側は、前記送信ファイ
バーから前記受信ファイバーへ光を伝送するようになっ
ている光スイッチングデバイス。
各スイッチング素子は、ｉ．前記基板上に設けられた少
なくとも一つのアドレス指定電極と、ｉｉ．各々が一つ
のヒンジを有する、前記少なくとも一つのアドレス指定
電極に隣接した少なくとも一つの支持ポストと、ｉｉ
ｉ．前記少なくとも一つの支持ポストに対し、前記アド
レス指定電極の反対側にて、前記少なくとも一つのアド
レス指定電極に隣接するよう配置された少なくとも一つ
のランディング電極と、ｉｖ．前記アドレス電極が附勢
されると、前記アドレス電極に向かって移動し、一部が
前記ランディング電極に接触するよう、前記少なくとも
一つの支持ポストに取り付けられた前記ヒンジより懸架
された可動部材とを備え、更に ｃ．前記スイッチング素子の両側にて前記基板上に高く
された領域と、 ｄ．少なくとも一つの送信ファイバーと、少なくとも一
つの受信ファイバーとを備え、前記各送信ファイバーは
かかるスイッチング素子の両側の前記高くされた領域上
にて、前記各受信ファイバーと対向するよう配置されて
おり、前記スイッチング素子が附勢されると、前記スイ
ッチング素子の偏向されていない側は、前記送信ファイ
バーから前記受信ファイバーへ光を伝送するようになっ
ている光スイッチングデバイス。
【００２６】（２）前記少なくとも一つのアドレス電極
は、前記可動部材の両側の下方にて、基板上に配置され
た２つのアドレス指定電極を更に含む第１項記載のデバ
イス。 （３）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含む第１項記載のデバイス。 （４）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含み、前記ランディング電極は前
記可動部材の中心から前記アドレス指定電極よりも離間
している第２項記載のデバイス。 （５）前記少なくとも一つの支持ポストは、前記可動部
材の両側上の中心に配置された２つの支持ポストを更に
含む第１項記載のデバイス。 （６）前記少なくとも一つの支持ポストは、一方が他方
よりも可動部材の一端に近くなるよう、互いに直接横断
して配置されている２つの支持ポストを更に含む第１項
記載のデバイス。 （７）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、Ｙ字形ヒンジである第６項記載のデバイス。 （８）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、マルチ平行ヒンジである第６項記載のデバイス
は、前記可動部材の両側の下方にて、基板上に配置され
た２つのアドレス指定電極を更に含む第１項記載のデバ
イス。 （３）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含む第１項記載のデバイス。 （４）前記少なくとも一つのランディング電極は、可動
部材の両側の下方にて、基板の上に配置された２つのラ
ンディング電極を更に含み、前記ランディング電極は前
記可動部材の中心から前記アドレス指定電極よりも離間
している第２項記載のデバイス。 （５）前記少なくとも一つの支持ポストは、前記可動部
材の両側上の中心に配置された２つの支持ポストを更に
含む第１項記載のデバイス。 （６）前記少なくとも一つの支持ポストは、一方が他方
よりも可動部材の一端に近くなるよう、互いに直接横断
して配置されている２つの支持ポストを更に含む第１項
記載のデバイス。 （７）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、Ｙ字形ヒンジである第６項記載のデバイス。 （８）前記各支持ポストに取り付けられた前記ヒンジ
は、マルチ平行ヒンジである第６項記載のデバイス
【００２７】（９）デジタルマイクロミラーデバイス
（ＤＭＤ）に類似するスイッチング素子２２４を備えた
光スイッチングデバイスであり、スイッチング素子２２
４は、基板上の２つの高くされた領域２１４ａ、２１４
ｂの間のトレンチ２１６内にある。送信および受信ファ
イバー２１８ａ、２１８ｂは、トレンチ２１６を間にし
て互いに対向しており、これらファイバーの間にスイッ
チング素子２２４が設けられている。このスイッチがオ
ンになると、光がトレンチ２１６内のレンズ２２０ａ、
２２０ｂを通って、一方のファイバー２１８ｂから他方
のファイバー２１８ａへ進む。スイッチがオフに切り替
えられると、素子２２４は附勢され、送信ファイバー２
１８ｂからの光を反射または吸収することにより、送信
ファイバー２１８ｂからの光をブロックする。スイッチ
は、空気ギャップを通って附勢電極２２６ｂに向かって
偏向する素子２２４の作用によりアドレス指定電極２２
６ａ、２２６ｂにより附勢されたり、除勢される。より
良好な偏向角では、ポストは素子の一端に他方のポスト
よりも近くに配置できる。別のヒンジアーキテクチャも
可能である。
（ＤＭＤ）に類似するスイッチング素子２２４を備えた
光スイッチングデバイスであり、スイッチング素子２２
４は、基板上の２つの高くされた領域２１４ａ、２１４
ｂの間のトレンチ２１６内にある。送信および受信ファ
イバー２１８ａ、２１８ｂは、トレンチ２１６を間にし
て互いに対向しており、これらファイバーの間にスイッ
チング素子２２４が設けられている。このスイッチがオ
ンになると、光がトレンチ２１６内のレンズ２２０ａ、
２２０ｂを通って、一方のファイバー２１８ｂから他方
のファイバー２１８ａへ進む。スイッチがオフに切り替
えられると、素子２２４は附勢され、送信ファイバー２
１８ｂからの光を反射または吸収することにより、送信
ファイバー２１８ｂからの光をブロックする。スイッチ
は、空気ギャップを通って附勢電極２２６ｂに向かって
偏向する素子２２４の作用によりアドレス指定電極２２
６ａ、２２６ｂにより附勢されたり、除勢される。より
良好な偏向角では、ポストは素子の一端に他方のポスト
よりも近くに配置できる。別のヒンジアーキテクチャも
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】標準的なアーキテクチャの反射性空間光変調器
（ＳＬＭ）素子を用いた光スイッチを示す。
（ＳＬＭ）素子を用いた光スイッチを示す。
【図２】非対称素子を用いた光スイッチを示す。
【図３】ＤＭＤ素子に対する別のヒンジ配列を示す。
【図４】４ｘ４スイッチ用のスイッチング点を備えたク
ロスバースイッチを示す。
ロスバースイッチを示す。
【符号の説明】 ２１０ 基板 ２１６ トレンチ ２１８ａ 受信ファイバー ２１８ｂ 送信ファイバー ２２０ａ、２２０ｂ レンズ ２２４ スイッチング素子 ２２６ａ、２２６ｂ アドレス指定電極
Claims (1)
- 【請求項１】ａ．基板と、 ｂ．少なくとも一つのスイッチング素子とを備え、前記
各スイッチング素子は、ｉ．前記基板上に設けられた少
なくとも一つのアドレス指定電極と、ｉｉ．各々が一つ
のヒンジを有する、前記少なくとも一つのアドレス指定
電極に隣接した少なくとも一つの支持ポストと、ｉｉ
ｉ．前記少なくとも一つの支持ポストに対し、前記アド
レス指定電極の反対側にて、前記少なくとも一つのアド
レス指定電極に隣接するよう配置された少なくとも一つ
のランディング電極と、ｉｖ．前記アドレス電極が附勢
されると、前記アドレス電極に向かって移動し、一部が
前記ランディング電極に接触するよう、前記少なくとも
一つの支持ポストに取り付けられた前記ヒンジより懸架
された可動部材とを備え、更に ｃ．前記スイッチング素子の両側にて前記基板上に高く
された領域と、 ｄ．少なくとも一つの送信ファイバーと、少なくとも一
つの受信ファイバーとを備え、前記各送信ファイバーは
かかるスイッチング素子の両側の前記高くされた領域上
にて、前記各受信ファイバーと対向するよう配置されて
おり、前記スイッチング素子が附勢されると、前記スイ
ッチング素子の偏向されていない側は、前記送信ファイ
バーから前記受信ファイバーへ光を伝送するようになっ
ている光スイッチングデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/090,862 US5345521A (en) | 1993-07-12 | 1993-07-12 | Architecture for optical switch |
| US090862 | 1993-07-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07151985A true JPH07151985A (ja) | 1995-06-16 |
Family
ID=22224680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6191739A Ceased JPH07151985A (ja) | 1993-07-12 | 1994-07-12 | 光スイッチングデバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5345521A (ja) |
| EP (1) | EP0634683B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07151985A (ja) |
| DE (1) | DE69417814T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006119361A (ja) * | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Ricoh Co Ltd | 光偏向装置、光偏向アレー、光学システムおよび画像投影表示装置 |
| JP2010198035A (ja) * | 2010-04-26 | 2010-09-09 | Fujitsu Ltd | マイクロミラー素子 |
Families Citing this family (83)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5739941A (en) * | 1995-07-20 | 1998-04-14 | Texas Instruments Incorporated | Non-linear hinge for micro-mechanical device |
| US5640479A (en) * | 1995-10-18 | 1997-06-17 | Palomar Technologies Corporation | Fiberoptic face plate stop for digital micromirror device projection system |
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| US6088102A (en) | 1997-10-31 | 2000-07-11 | Silicon Light Machines | Display apparatus including grating light-valve array and interferometric optical system |
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