JP2001507469A

JP2001507469A - ハイブリッドオプティカル多軸ビームステアリング装置

Info

Publication number: JP2001507469A
Application number: JP50970498A
Authority: JP
Inventors: ロナルドエスメイナード
Original assignee: ロナルドエスメイナード
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2001-06-05
Also published as: AU3958497A; ATE231626T1; US6086776A; DE69718650T2; US20030141274A1; US6137926A; WO1998007060A1; CA2263179A1; US5872880A; EP0917660B1; US20050258133A9; DE69718650D1; US7201824B2; EP0917660A1; CA2263179C

Abstract

(57)【要約】オプティカル・ビーム・ステアリング装置が、１又はそれ以上の整列されたキャビティを構成する基板を有する。主光学パス手段は、光ビームの経路を収容する。上部キャビティが基板の一部に備えられる。上部キャビティは所定の正確な角度で整列され、主光学パス手段と直接連絡される。ビームステアリング手段が、ビームを制御することができるほど差し向けるように上部キャビティに備えられる。

Description

【発明の詳細な説明】ハイブリッドオプティカル多軸ビームステアリング装置背景本発明の分野は、一般的には、光ビームをマニピュレーティングおよびステアリングする方法および装置に関する。より詳細には、本発明の分野は、オプティカルエレメントまたはファイバからの光ビームを受容し、該ビームを１つまたはそれ以上の方向にステアリングし、該偏向されたビームをオープンスペースへ、または、第２のオプティカルエレメントまたはファイバへと通過させるようにするオプティカルコンポーネントのコンパクトなハイブリッドシステムに関する。光学的現象の研究者は、典型的には、質量、振動減衰オプティカルベンチにより、プロトタイピング中にオプティカルエレメントの間の精密な整列を維持するようにしている。オプティカルエレメントは、レンズ、ミラー、ビームスプリッタ、圧電アクチュエータ、トランスレーションテーブル、プリズム、スクリーン、レーザ、オプティカルファイバ、グレーティング等からなる。最も普通には、これらのエレメントは、巨視的なサイズであり、容易に取り扱え調整しうるものである。たいていのオプティカルプロトタイピングの目的には適しているのであるが、巨視的なオプティカルエレメントの使用には、問題が生じてくることがありうる。例えば、高い角速度で光ビームを精密にステアリングするためには、通常のピエゾモータまたは角度ガルバノメータ、およびミラー組立体を使用することができる。このような２つの装置を、同じ光路において互いに直交させるようにして使用することにより、そのビームの路を制御するのに２つの自由度が出てくる。このような配列は、レーザショープロダクションにおいてレーザビームをステアリングするのに普通に使用される。このような応用例においては、人間の視力の生理学的な要求として、滑らかな動きの幻影を与えるた吟には、各レーザ走査フレームの３０から６０Ｈｚのリフレッシュサイクルが必要とされるだけである。反射レーザ光が最大角度スルーレートで十分な強度であるとして、単一フレームの全角度サイズおよびディテールは、そのフレームを構成するためにトレースアウトされるべき全路長によって制限される。すなわち、レーザイメージの角度範囲は、各ステアリングミラーの最大角度スルーレートによって制限される。１つのあきらかな解決方法は、ミラー駆動モータのトルク容量を増大することである。これは、ある程度まで有効である。トルク容量を増大するにつれて、ロータエレメントの角度慣性質量が限りなく大きくなる。ある点で、結合モータ／ミラーシステムの機械的ダイナミクスに問題がでてくる。不所望なねじれ偏向が生じてきて、その結果、ビームステアリングエラーが生じてしまう。この偏向の問題は、ロータのスチフネスを高めることによって改善することができるが、角度慣性質量が再び増大する。したがって、モータの大きさを選定することでは、万能ではない。より良い解決方法としては、移動ミラーのサイズ、従って、移動ミラーの質量および角度慣性を大きく減少させることである。こうする場合においては、トルクに制約が課せられることはない。しかしながら、ミラー自体のダイナミック歪みにより光学的性能が損なわれないように、より軽いミラーのスチフネスを高く維持するように注意しなければならない。ビームステアリング装置およびそれらと機能的に等価なものは、レーザバースキャナ、ヘッド、レーザプリンタ、オプティカルスイッチ、ロボチックビジョンスキャナ、オプティカルチョッパ、オプティカルモジュレータおよびディスプレイ装置等を含む広範囲に亘るプロダクトに適用しうるものである。マイクロメカニックスの分野において、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）、光バルブおよび可変形ミラー装置の領域における数多くの最近の開発により、ビームステアリング装置の相当のコスト低減がなされ、且つ相当の性能改善がなされている。テキサスインスツルメントは、アディチブプロセスを使用して電気的に制御しうるマイクロミラーを製造する方法を開示している＃５５０４６１４および＃５４４８５４６を含む多数のＤＭＤ特許を所有している。マイクロミラーは、独立して、または、分散アレー内にて動作しうる。マイクロミラーは、一般的には、トーションまたはジンバルヒンジ設計となっている。テキサスインスツルメントが所有する別の特許＃５３２５１１６には、マイクロマシーンドＳＬＭを使用してオプティカル記憶媒体に対する書き込みおよび読み取りのために使用されるビームステアリング装置が開示されている。単一ＳＬＭコンポーネントは、全装置の機械的ダイナミック応答を大きく改善できる可能性を有しているのであるが、このＳＬＭを取り巻く構造体はなおもかさばったものである。光ビームをステアリングするためのより高速で精密でコンパクトな装置が必要とされている。特に、レンズ、オプティカルファイバ、オプティカルセンサ、ＳＬＭ等を含む単一基体上の全オプティカルシステムを小型化すると効果的である。運動質量がより小さくなるために性能が大幅に高められるばかりでなく、製造コストおよび均一性が改善される。所定のミラー設計においてすべての寸法を比例的に減少させると、表面積は２乗の逆数で減少し、体積は、３乗の逆数で減少する。したがって、任意の物体のサイズを減少させることにより、表面積対質量比は、直線的に増大する。これにより、表面トーション、エレクトロスタチックス、およびファンデルワールス力の如き表面力応答はより重要となり、一方、重力および慣性力は、運動のスタチックおよびダイナミック方程式を支配するファクタとしては重要でなくなる。矩形プレートの面にある中心線の周りの角度慣性は、そのプレートの質量に直線的に比例する。これは、また、その軸に垂直なプレートの幅の２乗に比例する。したがって、もし、あるプレートのすべての寸法が２分の１とされる場合には、その最終的な質量は、２の３乗の逆数であり、すなわち、元の質量の８分の１である。このより小さなプレートの、ある場合には質量慣性モーメントと称される慣性質量は、２の２乗の逆数の８分の１倍、すなわち、元の質量の32分の１である。ある物体の角加速度は、外部から加えられるトルクに正比例し且つその角度慣性質量に逆比例するので、プレートのすべての寸法を半分とすると、所定のトルクに対しての角加速度は32倍に増大するといえる。普通に知られているように、静電力は、小さなマイクロマシーンドコンポーネントを移動させるための有効な手段である。静電的に荷電されたプレートとグラウンドとの間に生ずる力は、所定の電圧に対して、そのプレートの表面積に正比例し且つプレート対グラウンドギャップの２乗に反比例する。したがって、すべての寸法を半分とする場合には、そのプレートとグラウンドとの間に生ずる静電力は、所定の電圧に対して、その慣性力に等しい。前述したダイナミックおよびエレクトロスタチックアーギュメントを考慮することにより、静電的に駆動されるプレートのすべての寸法を半分とすることにより、そのダイナミック応答を、所定の駆動電圧に対して３２倍改善できることが推測できる。より一般的には、駆動電圧が空気および絶縁体の静電的破壊を生じないものとして、静電的に駆動されるプレートのダイナミック応答は、サイズ減少の４乗の逆数倍だけ増大する。要約本発明の一形態は、光ビームをステアリング（方向制御）するための方法及び装置である。本発明の別の形態は、１以上の自由度を有して光ビームをステアリングする。本発明の或る形態は、ビームステアリング機構が基板の結晶方向と関係してマイクロマシン加工される時に生まれる、ハイブリッド相互光学的整列精度を使用して、光ビームのステアリングを精密に制御するための方法及び装置を提供する。本発明の他の形態は、光ビームを複数の自由度を有してステアリングすることのできるマイクロマシン加工ミラーを提供する。本発明の更に別の形態は、電流及び電圧モードの何れかで、制御された静電効果を適用することによって精密にステアリングされるマイクロミラーを提供する。図面の簡単な説明図１は、本発明に従うハイブリッド光ファイバ多自由度ビームステアリング装置の斜視図である。図２は、図１に示される多自由度マイクロミラーの拡大斜視図である。図３は、多自由度を有するマイクロミラーの詳細を示す図２の分解斜視図である。図４は、トーション又はカンチレバーヒンジの何れかの内部詳細を示す側断面図である。図５は、図１の上面図である。図６は、図５の線Ｂ−Ｂに沿っての側面断面図である。図７は、図５の線Ａ−Ａに沿っての正面断面図である。図８は、図１に示されるハイブリッド光ファイバ多自由度ビームステアリンク装置の分解斜視図である。図９は、一般化された二重ジンバル式マイクロメータの斜視図である。図１０は、図９の分解斜視図である。図１１は、代替実施形態の斜視図である。図１２は、別の代替実施形態の斜視図である。図１３は、集積光学装置及びカバープレートを有する別の実施形態の斜視図。図１４は、図１３の側面断面図である。図１５は、遠位及び側方フラップロッキング手段を示す図１の斜視図である。図１６は、端部フラップロッキング手段を示す図１の側面断面図である。図１７は、本発明の実施の形態の機能的ブロック図である。詳細な説明図１、２及び６を参照する。本発明の第１の形態は、精密にマイクロマシン加工されたＶ溝１０６を設けており、この溝に、光ファイバ１０５がセメント固定又は貼りつけられる。光ファイバ１０５を介して伝播する光波は、マイクロミラーアッセンブリ２００の方向へコアから放出される。マイクロミラーアッセンブリ２００の表面には精密な角度５０８が与えられており、半田バー２０１Ａ及び２０１Ｂによって正しい場所にロックされている。図示された構成では、角度５０８は図６に示される光軸５０７に対して４５度の値を有する。サブミラー２０７の裏側に当たると、光波は装置の本体１００を介して下方に反射される。電極２０２及び２０３はサブミラー２０７に近接している。接地サブミラー２０７に対する電位が一方又は他方の電極上に非近接的に導入されと、アンバランスな静電力が発生する。この力の正味な効果がトーションヒンジ２０４Ａ及び２０４Ｂによって定められるトーション軸の周りでサブミラー２０７を回転し、反射ビームを装置の底面に平行であり且つ光ファイバ１０５の軸に垂直に偏向する。光経路５０７を有していたビームは、サブミラー２０７によって偏向され、キヤビティ１０１の底を下降し、図６に示される様に、隣接するキャビティ５０４内に入る。本発明の一形態では、ビームはキャビティ５０４の底を通過して、自由空間に入る。本発明の他の形態では、円形、球形、矩形、柱状、或いはその他の不規則な光学素子５０３を、放射ビームに光学的な形状を与える様に、キャビティ５０４内に精密に位置させることが出来る。例えば、光通路５０７にそって伝播する光ビームが、光学素子５０３を介して通過する様にされると、その光ビームは、光学素子５０３が集束レンズである場合は、本体１００の下方のどこかに焦点を結び、光学素子５０３が発散レンズである場合は、発散することが出来る。光学素子５０３は、単レンズ、複合レンズ、色消しレンズ、屈折率分布型レンズ、マイクロマシン加工レンズ、又はレンズアレイ、回折格子、プリズム、ミラー、レーザーキャビティ、光ファイバ、光増幅器、光センサ、又は当業者に知られている種々の光学素子の形態を採ることができる。図１ハイブリッド光ファイバ多自由度ビームステアリング装置の実施の形態を示す。装置本体１００は、表面に対する法線が（１００）結晶方向と一致する通常の両面研磨シリコンウェーハから製造されるのが好ましい。全ての犠牲的なSi O₂パッドが堆積され且つパターンニングされた後に、シリコン窒化物、シリコン炭化物、一酸化シリコン等の薄膜１０２及び５０１が基板１００の両面に堆積されるが、これらは主として、次の異方性エッチングにための不活性マスキングを提供する。膜１０２及び５０１の厚さは、堆積物にピンホールを有さないという特質によって指定されるが、典型的には１０００オングストロームのオーダのとすることが出来る。膜１０２及び５０１は化学的気相成長（ＣＶＤ）、加圧型化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）、電子ビーム蒸着、プラズマスパッタリング、又は当業者に知られているその他の方法を使用して堆積することか出来る。光ファイバ１０５は、キャビティ１０１に接続されている精密にエッチングさたＶ溝１０６内に横たわって示されている。Ｖ溝、キャビティー５０４、キャビティー１０１は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）及び水、テトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）及び水の様な湿式異方性エッチャント等によって金て形成される。シリコンでの正にこの様なエッチング断面を用いて、溝１０６及びキャビティ１０１の壁は、シリコンの結晶学的面（１１１）によって決定される。これは、異なる面方向間でエッチング速度に顕著な差異があると言う事実のためである。特に、ＫＯＨ水エッチャントにとって、（１００）：（１１０）：（１１１）面は、８５℃で大体それぞれ３００：１５０：１の比でエッチングが進む。光学的な取り付けでの複雑な相互接続を決めるために単結晶シリコンの結晶学的な面を利用することの重要の点は、一つの溝又は窪みから次のもの迄の交差角度の精度が原子精度で支配されることにある。（１００）シリコンにとって、上方の（１００）面に関して５４°で下降する４つの（１１１）壁があり、それらは正確に９０°で互いに交差する。更に、幅Ｗの方形開口が、シリコン窒化物の様なＫＯＨ対抗マスクで作成され、且つこの方形開口の何れかの側が（１１１）面と一致する場合は、正確にＷの・７０７倍の深さを有する。相互接続特徴のこの様な正確な制御は、高い精度を有して光学部品を配列するための信頼性が高く且つ比較的安価な方法を提供する。図６に示されるように、キャビティ１０１は、キャビティ５０４に結合され、マイクロミラーアッセンブリ２００の動きに対してクリアランスを与える。本発明の一つの実施形態において、キャビティ１０１は、マイクロミラーアッセンブリ２００の一つ、或いはそれより多くの部分の静電気アクチュエーションに対するグランド面の役割も果たす。本発明の他の実施形態において、グルーブ１０６とキャビティ１０１は、例えばすぱったされたチタン／プラチナ／金の約０．５ミクロン厚の膜のようなハンダ付け可能な表面で覆われている。チタンは、シリコンとプラチナ間に良好なセチャックを与え、プラチナは、拡散のバリアとして働き、金とチタンの過剰な合金を阻止するが、これは当業者による知られている技術である。クルー部１０６における金の表面は、金属で覆われた光学ファイバのハンダ付けのために提供する。これは、ファイバ１０５をグルー部１０６へ確実に付着する一方法以外のものである。ファイバ１０５をグルー部１０６へ固着する他の方法は、cyanoacril ate(3M)，epoxies(MASTER BOND，154 Hobert St．Hachensack，NJ)，poto curab le adhesives(EDMUND SCIENTIFIC，101E．Gloucester Pike，Barrington,NJ)，t hermoplastics(DUPONT)等のような接着剤の使用を含む。本発明の特徴は、自己ハンダ技術と呼ばれるマイクロマシンの部分をアセンブルするための本来の方法を含む。図２を参照すると、本発明の１つの特徴において、ハンダバー２０１Ａと２０１Ｂは、抵抗性の加熱素子２０１Ｃと２０１Ｄ（図示されない）上に直接作られる。曲がった通路の薄いフィルムの導体、例えば、その抵抗は厚い（数ミクロン）フィードライン１０４Ａと１０４Ｆより大きな Ti／Auの形成を行なう。電流がライン１０４Ａから加熱素子を通して、ライン１０４Ｆへ通過するに従い、強い加熱が、加熱素子２０１Ｃと２０１Ｄからハンダバー２０１Ａと２０１Ｂへ伝導され、それによりそれらを溶かすようにする。本発明の場合のように、もし、ハンダバー２０１Ａと２０１Ｂが近接しているか、或いはキャビティ１０１の金で覆われた壁のようなウェットな表面と緊密に接触しているならば、溶けたハンダは、ハンダの接合点にあるキャビティの壁とミラーアッセンブリ２００の間に滲出するであろう。こららの接合点は、図７において６０１と６０２として示されている。１０４Ａと１０４Ｆから電流を除去すれば、ヒータがはずされ、接合を固める。生じたハンダ接合は永久であり、強固である。ハンダバー２０１Ａと２０１Ｂは、室温から５００度の範囲、或いは融点を有する広い範囲の材料から構成され、生じたハンダ接合の所望の強さ及び供給温度の範囲に依存する。高融点のハンダは、通常強い接合を生じる。ハンダの構成は、一般によく知られたいろいろな低温合金、例えばPbSn，PbSbSn，PbSnAg，In, 又はSn，Ag，Au，Cu，Si等から構成される高融点の合金である。これらの材料は、INDIUM CORPORATION OF AMERICA(34 Robinson Rd，Clinton NY)またはTECHNIC S(1254 Alma Ct．San Jose，CA)等の会社から入手することができる。ハンダバー２０１Ａと２０１Ｂは、Pb及びIn合金の場合、電気メッキによって形成されるか、或いは当業者によって知られている銃らにの方法でスパッタ、或いはパターン化されることもできる。接合面の湿潤性を増大するために、ハンダバー２０１Ａと２０１Ｂ上か内部にフラックスの層を設けることが望ましいことがあることも認識すべきである。低温の自己ハンダ接合は、いろいろな低融点熱可塑性プラスチック、例えば、ポリエステル樹脂、多結晶ワックス、ポリエチレンなどからハンダバー２０１Ａと２０１Ｂを作ることによって形成される。非常に多種の熱可塑性接着樹脂はDU PONから利用することができる。金は、低温（４００度）でシリコンと共に非常に容易に合金になり、優れたシリサイドを形成することはよく知られている。十分な熱入力が与えられた場合、純金または結晶の金／シリコンのハンダを用いて、裸のシリコン面上に直接ボンドを形成することが可能であり、それによって、自己ハンダ技術を単純化することができる。本発明の他の実施形態において、ハンダバー２０１Ａと２０１Ｂを直接活性化するために、熱プレート上に或いは炉の中に全体の装置を置く代わりに、ライン１０４Ａと１０４Ｆ及び抵抗性加熱素子２０１Ｃと２０１Ｄを除くことが望ましい。前述の自己ハンダ方法の１つは、ファイバ１０５をグルーブ１０６に固定するために、或いは光学素子５０３をキャビティ５０４へ固定するために用いることもできることを認識すべきである。バー１０９は、グループ１０６によって形成されたアンダーエッチされた空間を横切るように、ボンドパッド１０３Ａ−１０３Ｆ及び対応する導電ライン１０４Ａ−１０４Ｆのための支持を与える。バー１０９は、マイクロミラーアッセンブリ２００を形成している材料と同じ絶縁材料の特に厚い層から作られることもできる。バー１０９を作るための他の方法は、Si_xN_y，SiO₂，SiC等の絶縁体で連続的に覆われる金属、例えばFe，Ni，Cu，Au，或いはCrのメッキを含む。図１乃至図８に示された実施形態に対して、もし、サブミラー２０７の本体が不透明な誘電体で作られているならば、光ビームは下からサブミラー２０７へ到達し、従って、反射材料は、下側面上に設けられる。もし、薄いか、他の透明な誘電体、例えば窒化シリコンが用いられるならば、反射面は、本体内にカプセル化されるか、ミラーの上面上に置かれることができる。ここに記載された製作手段の主な利点は、全ての追加の処理が行なわれる前に、ミラーの臨界反射面はきれいに磨かれたウエハの表面上に直接スパッタされることである。これが先ず行なわれるために、ミラーは光学的に平で、滑らかであり、全体の偏極は問題でない。捩れやカンチレバーのヒンジに対して用いられるヒンジ構造の詳細が、図４に示されている。領域４０１は、ヒンジのしっかり固定された側、或いはフレーム側と呼び、一方領域４０３は、本構造のミラー側、或いは吊り下げられた側と呼ぶ。ここに示されるように、導体４０５はヒンジ４０２を横切り、ヒンジの硬さに十分貢献しないようにできる限り薄く作られる。ビアパッド４０６は、層４０５と連通しており、プラズマエッチされた穴の層４０７によって作られているので、パンチスルーを防止するためにビルドアップされている。厚いラインは、ビアパッド４０６と結合されている。一般に、ビアパッド４０６は、ヒンジ構造の何れかの側にある。好適な実施形態では、厚い、高い電流キャリングラインが、カンチレバー化された構造側にあるので、ビアパッド４０６は、全てのラインに対してヒンジ構造の両側に置かれる。ミラーアッセンブリ２００に対する一般的な好適な製造シーケンス以下のとおりである。先ず、図３と図４を参照すると、LPCVDの窒化シリコンの薄い（４００Ａ）層４０４が、基板１００の上面上に堆積される。 Ti(100A)/Au(400A)/Ti(100A)の導電層４０５が表面にスパッタされるか蒸着される。層４０５は、Tiをエッチングするために、ホトレジストマスクと６：１BO E及びAuをエッチングするために室温の王水（３：１HCL/HNO）の組み合わせでパターン化される。全てのビアパッド４０６は、これらの領域を選択的に電気メッキすることによって構築される。低歪、低温のPECVD窒化シリコンの厚い層４０７（即ち、ミラーの１００ミクロン幅に対して２ミクロン）がその表面上に堆積される。その後、裸の基板１００までエッチングされるこれらの領域を確定する開口があるように、第２のマスクが設けられる。特に、これらは、ミラーフレーム３０３のエッジ、サブミラー、捩れヒンジ３０２Ａと３０２Ｂ、エッジを収容する側壁３０４、マイクロミラーアッセンブリ２００とキャビティの確定エッジ間の領域、及び図３のヒンジ軍３０１として示されているカンチレバの穴を規定する領域である。後で説明するために、３０００Ａのみのプラズマエッチングがこの点で行なわれ、"ヘッドスタート"エッチと呼ばれる。古いマスクが除去された後、第３のマスクが前述の開口を有しているが、全てのヒンジ領域に追加の開口を有して、設けら得れる。プラズマエッチングは、層４０７が続くSiの異方性エッチングとわかる全ての領域から除去される。これは、"ヘッドスタート"エッチの厚さとほほ等しい、実質的に厚いヒンジ領域４０８を残す。第４のマスクは全てのビアパッド４０６までビア開口を画定する。全てのパッド４０６が露出されるまで、プラズマエッチングが行なわれる。ポリイミド、PMMA，SiO₂等のような犠牲材料（図示せず）が、堆積されて、サブミラー２０７の上方で且つその回りにパッドを形成するように第５マスクを用いてパターン形成され、該犠牲材料は、サブミラー２０７の形を定める開口をカバーするように横方向に延び、フレーム３０３の境界の内側に残っていて且つパッド４０６をカバーしていない。この犠牲パッドの厚さは、サブミラー２０７と電極２０２及び２０３の電極の間隔を定める。 Ti（２００Ａ），Au（１５００Ａ），Ti（５００Ａ）のシード層が、基板上に堆積される。第６のマスクが設けられ、このマスクにはライン１０４Ａ〜Ｆ及び電極２９２及び２０３を形成する開口が設けられている。Tiの上層は、ＢＯＥによって除去され、これによってAuを露出させる。次に、Auは、開放マスク領域内で電気メッキされる。マスクの剥離後、シード層が、上記したように、ウェットエッチング液によって、除去される。同様の一連の手順が、薄膜ヒータ２０１Ｃ及び２０１Ｄを形成し、オプションのはんだバー２０１Ａ及び２０１Ｂを電気メッキしあるいはパターン形成するのに用いられ得る。電気メッキの後、全部の犠牲材料が除去される。ポリイミドが使用されるならば、その除去のために、３トルの酸素プラズマが用いられる。SiO₂が使用される場合、拡張長さＢＯＥウェットエッチングが用いられる。基板１００の裸の領域が、８５Ｃ，２５％ＫＯＨ：ＤＩエッチングにさらされる。キャビティ１０１が異方性エッチングによって形成されているので、マイクロミラーアセンブリ２００が、完全にエッチングされた状態になって、ヒンジ群３０１によってキャビティ上に保持される。エッチング後のデブリは、１：１：１ HCl：Ｈ2Ｏ2：ＤＩ中に１０分間浸漬した後、ＤＩリンスによって除去される。前述のように、ヒンジ群３０１の横断面部分４０８は、比較的厚い。厚い横断面は、大変剛性のあるヒンジ構造を生成し、これによって、表面張力の周知の破壊力がマイクロミラーアセンブリ２００をキャビティ１０１の壁に強く接触させて不可逆の状態になるのを阻止する。しかしながら、過度の剛性ヒンジは、適度の駆動電圧を用いて大きな角度の偏向を生成するためには、望ましくない。従って、全ヒンジは、サービス中にコールされる前に、横断面厚さ４０９に対してドライエッチングの「チューニング」を要求する。層４０４及び４０５の厚さに依存して、ヒンジは任意に薄く且つ柔軟に形成することができる。最終のエッチングはドライエッチングで行われるために、表面張力で誘導される損傷の危険はない。一旦完了すると、マイクロミラーアセンブリ２００は、パッド１０３Ｃとパッド１０３Ｄとに電位を置くことにより、キャビティ１０１中に下がるように静電的に駆動される。十分な電圧において、マイクロミラーアセンブリ２００のエッジ３０４は、キャビティ１０１の側壁を押圧するようになる。マイクロミラーアセンブリ２００とキャビティ１０１の所定の幾何学形状は、十分に接触するように配置されるとき、マイクロミラーアセンブリ２００が上面基板１００に対して４５度になるように、形成される。電圧を維持しながら、電流は、パッド１０４Ａ及び１０４Ｆを通して瞬間的に駆動されて、自動はんだづけ手段の動作を開始させ、これによって、マイクロミラーアセンブリ２００をキャビティ１０１中にしっかりと保持する。先に提案した製造の手順は、同じ目標を達成するのである限り、大きく変更できることを了解されたい。従って、手順の任意の変更が均等な方法として考慮される。更に、導電層のプラズマエッチング、ドライエッチングをウェットエッチングに置換すること、他の当業界において知られる他の置換技術等の他の技術はここに開示した方法に対する基本的な均等な方法である。一旦配置されると、ガラス、セラミック、プラスチック、シリコン等の透明又は不透明のカバープレート１０７が、機械的な剛性のあるバリアとして作用し、繊細なマイクロミラーアセンブリ２００の不注意な損傷を防止する。カバープレート１０７は、はんだガラス、ガラスフリット、２部品接着剤、感熱接着剤、紫外線硬化接着剤、シアノアクリレート等を含む、今日一般に用いられる方法で、本体１００に取付けられうる。環境に対して起こり得る静電的な干渉を減少させるために、カバープレート１０７は、導電体で被覆された１つ若しくはそれ以上の表面を有するか、あるいは、それ自身が導電体であるのが好ましい。もし、プレート１０７が導電体である場合には、電極２０２及び２０３の代わりに、サブミラー２０７を回転させるために必要な接地が設けられるうることは、明らかである。この構成において、ヒンジ３０２Ａ及び３０２Ｂによって形成される回転軸のいずれかの側に配置された、２つの絶縁した導電性表面は、該導電性表面の一方又は他方とカバープレート１０７の導電面との間に電圧を印加することによって、不平衡な静電力を生成する。同様に、前記したように、カバー１０７が非導電性又は電気的に絶縁され、且つ、キャビティ１０１が接地されている場合、ひずみ力が、キャビティ１０１とサブミラ−２０７の前記絶縁した導電性表面の間に生成される。キャビティ５０４は、５ステップで成る処理において、本体１００の下面に形成される。第１ステップにおいて、犠牲パッド５０２（好ましくはSiO₂で構成される）は、本体１００の下面に、（約０．５マイクロメータ厚さで）堆積されてパターン形成される。第２ステップにおいて、Si_xN_y、SiC、又は、フッ化水素酸（ＨＦ）又はバッファ酸素エッチング（ＢＯＥ）に対して優れた抵抗を示すその他の材料でなる厚い（１０００Ａ〜数マイクロメータ）の下面キャップ層５０１が、本体１００の底面全体にわたって堆積され、これにより、犠牲パッド５０２をカバーする。次に、穴５０５が、好ましくは、（これらの材料のための典型的な場合であるように）フッ素化、高周波プラズマを用いて、下面キャップ５０１及び犠牲パッド５０２を下方に貫通するようにエッチングされてシリコンを裸にする。穴５０５の形状は、丸く形成されても、四角に形成されても、不規則な形状に形成されてもよく、光学素子５０３を挿入するのに適合するように形成される。次に、穴５０５が、犠牲パッド５０２が完全に消費されるまで、ウェットＢＯＥ又はＨＦディップにさらされる。この処理は、酸の濃度及び犠牲パッド５０２のサイズに依存して、数分から数時間の範囲にわたる。代表的には、６：１ＢＯＥ，SiO₂のについて、１分あたり４０００Ａの割合（速度）でエッチングされる。最後に、ＫＯＨエッチングが成されてキャビティ５０４を形成する。キャビティ５０４の横方向の広がりと深さは、ＫＯＨエッチング液に露出される初期の（１００）面領域によって定められ、前記領域は、正確には、犠牲パッド５０２によって先に占められた表面領域である。キャビティ５０４の形成の後、裸のシリコンの壁は、高温の酸素又は蒸気の雰囲気にさらされて、これにより、サーマルSiO₂層を形成する。このステップは、キャビティ１０１とキャビティ５０４の幾何学的に複雑な交差部分（図６の５０９で示す部分）における（１１０）方向の不規則なエッチングを阻止するために必要とされる。アセンブリ作業においては、光学素子５０３は、その上部エッジがキャビティ５０４の壁に接触するまで、穴５０５に挿入される。光学素子５０３、キャビティ５０４及び下面キャップ５０１が、大抵の場合、光学素子５０３の光軸を本体１００の表面の垂線に整列させるのを確実にする、機械的に上方を拘束したシステムを形成する。光学素子５０３の中心がマイクロミラーアセンブリ２００の中心に整列させられる精度は、使用した光学リソグラフ・アナライザーの前後整列エラーによって定められる。大きな困難さなく、このエラーは普通、数マイクロメータより少ない。光学素子５０３が挿入されると、自己はんだ技術を適所に用いて、又は、シアノアクリレート、熱可塑性剤、２部品エポキシ、紫外線硬化接着剤等のより一般的な接着剤を用いて、外部的に、接着される。マイクロミラーアセンブリ２００の別の実施例が、図９及び１０に示されている。ダブルジンバル構成のマイクロミラー７０８によって、１つの軸上のジンバル式ヒンジ７０４及び７０５及び他の軸上のジンバル式ヒンジ７０６及び７０７によって定められる２つの直交軸の回りの回転を可能にしている。静電力が、マイクロミラー７０８を接地して接合パッド７０９を介してフレーム７１０を包囲し、他方で静電パッド８０１Ａ、８０１Ｂ、８０ｒｃ、及び８０１Ｄの１つ若しくはそれ以上のものを選択的に帯電させることによって、生成される。導電層の間の電気的な絶縁は、絶縁層７０２によって維持されている。インシュレータ７０２が環境から電気的に絶縁を提供している。静電パッド８０１Ａ及び静電パッド８０１Ｄとフレーム７１０との間に作用する静電吸着力、並びに、静電パッド８０１Ｂ及び静電パッド８０１Ｃとマイクロミラー７０８のエッジとの間に作用する静電吸着力が、所望の回転を生成する。静電パッド８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃ、及び８０１Ｄは、接合パッド８００Ａ８００Ｂ８００Ｃ８００Ｄにそれぞれ接続されている。ダブルジンバルマイクロミラー７００の構造により定められる回転移動限界のうち、２つの軸の周りの回転の任意の瞬時の組み合わせが可能である。例えば、フレーム７１０及びマイクロミラー７０８がそれぞれ構造的に±２０度の回転に制限される場合には、ダブルジンバルマイクロミラー７００は衝突する光ビームを８０度の円錐内の任意の方向に偏向させる能力を有する。中心ミラーの反射面が十分に遮られていないことを条件として、静電パッド８０１A、８０１B、８０１C及び８０１Dは、マイクロミラーアセンブリ２００のようにマイクロミラー７０８及びフレーム７１０の上方及び周りに配置され得ることは理解される。１つ以上の回転軸を有するジンバルマイクロミラーアセンブリは、この一般の場合の拡張である。マイクロミラーアセンブリ２００は、単一自由度の例、すなわち、この一般の場合の単一軸の実施例である。図１０に示されるようなダブルジンバルマイクロミラー７００も、スタンドアローン装置で使用できる。別の実施例では、ダブルジンバルマイクロミラー７００は、カンチレバーヒンジを含むように修正される。得られた２軸マイクロミラ−アセンブリ（図１１において９００で表示される）は、光ファイバにより発生された光ビームの経路を基板１００の表面に垂直なベクトルの周りの２つの方向に制御可能に変更する。この装置では、衝突するビームは、ミラーアセンブリの上面に当たる。反射媒体はその上面上になければならないので、当業者に明らかなように製造ステップの順番の変更が必要とされる。全てのミラー構造について、他層誘電体は、優れた反射面も与えることも注目される。余分な運動軸のために、図１１の装置は、好ましい構造に存在するようなものの上に２つの付加的な電気ライン及びパッドを必要とする。パッド９０３C及び９０３Eは、自己はんだ付け手段と連絡している。パッド９０３Hは、基板１００と電気的に接続しており、他方、パッド９０３A、９０３B、９０３F及び９０３G は、ダブルジンバルマイクロミラー７００のように、そのダブルジンバルマイクロミラーの真下に配置された電極（図示せず）と連絡している。ビームの光学的な修正が必要な場合には、図１３に示されるように第２の光学要素が導入できる。この実施例では、光学要素921が透明なカバープレート９２０に接合される。カバープレート９２０は、多くの作用を行う。はんだガラス、接着剤等を使用することにより、キャビティ１０１、交差溝１０６、及び光ファイバ１０５を囲む空所をカバープレートで密閉するようにシールすることができる。このようなシールは、鋭敏なビームステアリング手段を最も厳しい環境から保護する。加えて、カバープレート９２０は、光学系を取りつける便利な手段を与えると共に、十分大きなファイバ径が与えられた場合に、光ファイバ１０５を溝１０６上に位置決めするポジティブストップを与えている。ビームステアリング装置の更に別の実施例が、図１２に示されている。それは、マイクロミラーアセンブリ２００のような単一軸ビームステアリング手段を使用することを除いて図１１の装置と作用的に同じである。パッドの作用及び名前は、好ましい実施例と同じである。この装置は、カバープレートでシールされて前の実施例のように付加的な光学系を使用しても良い。図１４は、図１１及び１２に示される実施例の横断面図を示す。光学路９３０はいずれかの方向にトラバースされても良い。この技術の多くの用途は、光ファイバ１０５から２次光学要素９２１への順方向伝播光学路だけを必要とする。例えば、上述した実施例のどれかは、高速レーザプリンタ、フォトグラフィックエマルジョンレーザプロッタ、レーザマスク書込みツール、ステアリング可能な工業レーザカッティング装置又はペンベースのフルウォールレーザディスプレイのプリントエンジンとして使用されても良い。このような３つの装置を並べて製造してその各々に異なる色の光を供給することにより、ペンベースのフルウォールディスプレイを工夫することができる。二方向光学路は、光学スイッチ、工業ロボットビジョンスキャナ、CDROMのような光学デバイスからの照射及び読み取り、光学望遠鏡構造における照射及び読み取り、並びに、照射及び読み取りバーコードのような装置に利用できる。もちろん、２つのデバイスを共に製造しても良い。その場合、レーザレンジファインダ又は光学近接検出器のように、一方が光学信号を送信し、他方がその信号を受信するように構成しても良い。これらの単一面の実施例は、低いキャビティ５０４及び整合手段により与えられる便利な自己整合の特徴を欠いているけれども、単一面のフォトグラフィックステップのために製造コストを下げる可能性がある。図１４及び１５は、ビームステアリング手段をキャビティ１０１内の位置にロックすることができる２つ以上の方法を示している。図１５では、１つ以上の横フラップ９４０，９４２、又は末端フラップ９４１が、マイクロミラーアセンブリ２００と共に製造され、上述したカンチレバーヒンジ構造を介してマイクロミラーアセンブリ２００に接続されている。これらのフラップには、自己はんだ付け手段が具備されている。マイクロミラーアセンブリ２００を配置する際に、フラップ９４０，９４２及び９４１は、その降下の途中でキャビティ１０１の壁に遭遇するにつれて、付加された抵抗手段を与える。接触するにつれて、カンチレバーフラップヒンジ（図示せず）は、偏向し、フラップがキャビティ１０１内の壁のフロップと一致するのを可能にする。得られた効力は、その配置プロセスに安定性を加え、それにより、接点と完全配置との間に任意の角度が達成される。好ましい実施例のように、マイクロミラーアセンブリ２００は、望ましい角度になると、自己はんだ付け手段が作動される。図１６は、ビームステアリング手段をロックする更に別の方法を示している。この像では、堅いロッキングフラップ９５０が、カンチレバーヒンジ９５１で基板１００２固定されている。ロッキングフラップ９５０は、所定の長さにパターン化され、それにより、配置された場合に、得られたマイクロミラーアセンブリ２００との干渉が望ましい配置角度を生じる。３２度を超えるマイクロミラーアセンブリ２００の配置のためには、機械的な干渉を確保するために、付加的な垂直チップ９５２を必要とする。フラップ９５０は、製造中は、必ずマイクロアセンブリ２００の上方になければならず、従って、付加的な犠牲及びマスク層を必要とする。図１７は、ハイブリットオプチカル多軸ビームステアリング装置を制御手段と一体化するのに関係する作用ブロックを示している。一般に、コンピュータ９６０は、必要なミラーの角度と速度を計算し、多チャンネル電圧増幅器９６５にリクエストを送信する。増幅器は、デジタルリクエストを一連の適当にスケーリングされた電圧に変換する。電圧信号は、その後、例えば、パッド１０３A〜Ｂを接合するように通信される。総合すれば、９６０及び９６５は、ハイブリッドオプチカル多軸ビームステアリング装置９７０の任意の実施例を駆動するための電気制御手段を作る。望ましいビームステアリング転換作用が、その後、光学入力９７５と光学出力９８０との間に確立される。入力９７５及び出力９８０は、その意図される用途に応じて一方向又は二方向のいずれかのビーム経路を有することができる。本発明は、完全に組み立てられた後、通常の方法でワイヤ接合される。接合ワイヤは、外部制御回路からパッド１０３Ａ〜Ｆまで延びている。その後、デバイス全体が、密閉されるようにカプセル化され、キャビティ１０１に入れるか又は光学要素５０３を覆うために樹脂を注封できるようにすることに注意を払わないで良い。製造順序本発明の特徴に従って、ハイブリッド・オプティカル・ビーム・ステアリング装置の現時点の好ましい製造順序を以下に説明する。低い固有抵抗（１ｏｈｍ-ｃｍ）を有する二重研磨のシリコンウェハ（１００）から始める。ウェハの両側に１もしくは２ミクロンのＰＥＣＶＤＳ_iＯ₂を蒸着する。パターンづけされたフォトレジスト及びＢＯＥエッチで犠牲酸化パッドを定める。酸化物アイソレーションパッドはボンドパッド１０３Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの下にあり、酸化物犠牲パッドはバー１０９の下、ミラー２００の下の位置５０２にある。両側もしくは上側のみにＬＰＣＶＤ低応力窒化ケイ素（４００Ａ）を蒸着する。パッド１０３Ｃ上にケイ素を貫いてウィンドウをあけ、露出したシリコンにエッチングする。接着剤としてＴｉ（１００Ａ）とＡｕ（３００Ａ）をスパッタリングし、ミラー及びヒンジエリアを横切るラインを形成するようにパターンづけする。Ｔｉ／Ａｕは、短時間のＢＯＥエッチの前のＦ１１５プラズマエッチもしくは王水でパターンづけされ得る。ヒンジエリア及びミラーエリア中を除く、全てのライン及びパッド上のＡｕエリアのリフトオフもしくはプレートアップのためにマスキングする。もし、プレートアップを実施するならばＴｉ／Ａｕシードを除去し、さもなければ、リフトオフを実施する。２ミクロンの低応カケイ素、低応力シリコンカーバイド、もしくはＢＯＥを通さない何かを蒸着する。Ａｕ表面への良好な接着のために、接着剤層が蒸着の前に必要であっても良い。露出したＳｉにエッチングするエリアをあけている上面にマスクを与える。ヘッドスタートのエッチとして、２５００Ａの低応力ケイ素もしくは低応力シリコンカーバイド等をエッチングする。露出したＳｉもしくはＡｕパッドにエッチングするエリアをあけ、加えて、全ヒンジエリアをあけている上面にマスクを与える。２５００Ａの厚いカンチレバー及びトーションヒンジを残して、露出したＳｉもしくはＡｕパッドにプラズマエッチングする。Ｖ形グルーブエリアが今あいている。ウェハの上面に犠牲酸化物を蒸着する（１ミクロン）。ウェハの下面にホール５０５をあけ、露出したＳｉにプラズマエッチングする。高溶融温度ワックス及びキャリアウェハで上面側を保護する。ＢＯＥエッチを行って、犠牲パッド５０２を除去する。キャビティ５０４が完全に形成されるまで、ＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等といったような異方性腐食液にウェハを置く。ＨＣｌ及びＨ₂Ｏ₂の１：１の溶液でエッチ後の洗浄をする。ウェハの上面からワックス及びキャリアウェハを除去する。高温スチーム又は酸素プロセス、湿性電気化学的プロセスもしくは湿性化学プロセスを使用して、キャビティ５０４の壁面に酸化物を形成する。ウェハの下面にキャリアウェハをワックスづけする。ウェハの上面の電極及び電極管として、酸化層のあいたホールにマスキング及びエッチングする。Ｔｉ（１００Ａ）及びＡｕ（５００Ａ）のシード層を上面にスパッタリングする。電極をマスキングして電気メッキする。ろうバーをマスキングして電気メッキするか、もしくは、スパッタリングしてパターンづけする。全ての酸化物ブランケット及び犠牲パッドをＢＯＥエッチで除去する。ＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等を使用して、キャビティ１０１及びＶ形グルーブを異方性にエッチングする。ＨＣｌ及びＨ₂Ｏ₂の１：１の溶液でエッチ後の洗浄をする。フォとレジスト上にスプレーし、Ｖ形グルーブ１０６上のみをあけ、ミラー２００の周りのエリアをあける（任意）。Ｔｉ／Ａｕの層をＶ形グルーブ１０６及び１０１にスパッタリングする（任意）。フォトレジストを除去する。ワックス及びキャリアウェハをウェハの下面から除去する。カンチレバー及びトーションヒンジを約４００Ａの厚さにプラズマエッチングする。パッド１０３Ｃを電気的に接地し、正電圧をパッド１０３Ｄに印加し、それによって、マイクロミラーの組立体２００がキャビティ１０１中に完全に下方に位置するようにする。この位置を保ちながら、パッド１０３Ａ及び１０３Ｆ中に電流を通し、それによって、熱接着剤、もしくは、ろうの溶融を引き起こす。電流の除去の後、マイクロミラー組立体２００は、恒久的に位置が固定される。光学素子手段５０３をキャビティ５０４に挿入し、適所に接合もしくは自己結する。第１の光学手段１０５をグルーブ１０６に接合もしくは自己結合する。カバープレート１０７をキャビティ１０１上に接合もしくは自己結合する。全てのパッドを電気制御手段にワイヤー接続する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．一つ以上の位置合せされたキャビティを画定する基板；光ビームの通路を供給する主光経路手段；所定の精度の程度に位置合せされかつ前記主光経路手段と直接連通する前記基板の一部に設けられた上部キャビティ；前記ビームを制御可能なように導く前記上部キャビティに設けられたビーム操作手段；を特徴とする光ビームステアリング装置。２．前記ビーム操作手段は、前記主光経路手段から放射されるか又は当該主光経路手段の方向に伝播する入射ビームの光経路を、一つ以上の方向に、制御可能なように変更するために前記上部キャビティ内の所定の位置に配置されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。３．前記主光経路手段は、導波管を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。４．前記主経路手段は、光ビームの通路を供給するために前記基板に設けられた溝を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。５．光のビームを供給する主光素子手段を更に備え、前記主光素子手段は、前記溝内に設けられていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。６．前記主光素子手段は、光ファイバ、屈折光素子、反射光素子、位相光素子、光検出器、ビームスプリッタ、レーザ、発光ダイオード、白熱光源、蛍光光源、自然光源又はプラズマ光源で構成されているグループから選択されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。７．前記基板は、異なる結晶面間で差分エッチング速度を有する材料で形成された結晶を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。８．少なくとも一つのキャビティは、前記基板中に異方性でエッチングされることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。９．前記基板は、前記基板内に成型された幾何学的に明確なキャビティを有することができる固体材料で形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。１０．一つ以上の前記位置決めされたキャビティを密封するためのカバープレート手段を更に備え、前記カバープレートは、前記基板の表面に隣接して設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。１１．前記カバープレートは、光学的不透明体、透明体、半透明体、電気的導体、又は電気的絶縁体材料の一つで構成されることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。１２．前記基板の底面に設けられかつ前記上部キャビティに関して所定のアライメントを有している下部キャビティ；前記主光経路手段と前記上部キャビティとの間の継ぎ目に前記主光経路手段をかけるためのサスペンドブリッジ手段；前記サスペンドブリッジ手段に前記ビーム操作手段をたわませて固定するカンチレバーヒンジ手段を更に備え、前記ビーム操作手段は、反射する下部表面を少なくとも有しかつ前記上部キャビティに向かって下方に回転されて、前記主光経路手段から放射される光の入射ビームが前記上部キャビティの前記底部及び前記下部キャビティを通って一般的に下方の方向に制御可能に偏向され、かつ前記下部キャビティから入力する光のビームが前記主光経路手段に向かって制御可能に偏向されるようにすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。１３．前記下部キャビティ内に配置された、光のビームを供給する二次光素子手段；及び前記二次光素子が前記下部キャビティの中央に実質的に配置されかつ前記二次光素子の光軸が前記基板の下部表面からの放射に対して垂直な面に関して所定の角度に位置決めされるように、前記下部キャビティ内の前記二次光素を位置決めするアライメント手段を更に備えていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。１４．前記二次光素子手段は、光ファイバ、屈折光素予、反射光素子、位相光素子、光検出器、ビームスプリッタ、レーザ、発光ダイオード、白熱光源、蛍光光源、自然光源又はプラズマ光源により構成されているグループから選択されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の装置。１５．前記主光経路手段と一致しない前記上部キャビティの上端に前記ビーム操作手段をたわませて接続するカンチレバーヒンジ手段を更に備え、前記ビーム操作手段は、前記ビーム操作手段が前記上部キャビティ内に配置された前記主光経路手段から放射される入射光ビームを一般に上向き方向に制御可能に偏向させかつ前記上部キャビティから入力する光ビームが前記主光経路手段に向かって制御可能に偏向されるように反射する上部表面を少なくとも有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。１６．前記上部キャビティに隣接して配置され、光ビームを供給する二次光素子手段；前記上部キャビティに隣接して前記二次光素子を位置決めするアライメント手段を更に備え、前記二次光素子は、前記上部キャビティの上で実質的に中央に配置され、かつ前記二次光素子の光軸は、前記基板の上部表面からの放射に対して垂直な面に関して所定の角度に位置合せされることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。１７．前記ビームステアリング手段は、１又はそれ以上のセットのジンバル式ヒンジ手段にネスト状にされたジンバル式マイクロミラーと、を有し、ジンバル式ヒンジ手段の各セットが、最も外側のセットの前記ジンバル式ヒンジ手段を保持するフレームに関する前記ジンバル式マイクロミラーの回転の独立軸線を構成し、前記最も外側のフレームが、前記ビームステアリング手段が前記上部キャビティ内に下向きに偏向することができるように片持ち梁式ヒンジ手段によって前記基板の上面と一端で接続され、前記ジンバル式マイクロミラーを位置決めするために配置された複数の独立してアドレス可能な電極と、前記独立してアドレス可能な電極と直接電気的に連絡する複数の電線と、前記電線と連絡する電気的制御手段と、を有し、前記ジンバル式マイクロメータが、前記最も外側のフレームに関する所定の各方位に対して電気的に駆動される、請求の範囲第１項に記載の装置。１８．前記ジンバル式マイクロミラーが、前記ジンバル式マイクロミラーが前記電気的制御手段と電気的に連絡するように、その表面に隣接して、且つ前記ジンバル式ヒンジ手段にわたって伝導性フィルムを備える、請求の範囲第１７項に記載の装置。１９．前記ビームステアリング手段は、１又はそれ以上のセットの片持ち梁式ヒンジ手段にネスト状にされた片持ち梁式マイクロミラーと、を有し、各々が、最も外側の片持ち梁式ヒンジ手段を保持するフレームに関する前記片持ち梁式マイクロミラーの回転の独立した軸線を構成し、前記最も外側のフレームが、前記ビームステアリング手段が前記上部キャビティ内に下向きに偏向することができるように片持ち梁式ヒンジ手段によって前記基板の表面と一端で接続され、前記片持ち梁式マイクロミラーを位置決めするために配置された複数の独立してアドレス可能な電極と、前記独立してアドレス可能な電極と直接電気的に連絡する複数の電線と、前記電線と連絡する電気的制御手段と、を有し、前記片持ち梁式マイクロミラーが前記最も外側のフレームに関して所定の各方位に対して電気的に駆動される、請求の範囲第１項に記載の装置。２０．前記片持ち梁式マイクロミラーが、前記片持ち梁式マイクロミラーが前記電気的制御手段と電気的に連絡するように、その表面に隣接して、且つ前記片持ち梁式ヒンジ手段にわたって伝導性フィルムを備える、請求の範囲第１９項に記載の装置。２１．前記ビームステアリング手段は、最も外側のヒンジ構造に関する１又はそれ以上の回転の独立した軸線を提供する、ジンバル式ヒンジ手段と片持ち梁式ヒンジ手段の組み合わせにネスト状にされたハイブリッドマイクロミラーと、を有し、前記最も外側のフレームが、前記基板の表面と一端で接続され、それによって、前記ビームステアリング手段が前記上部キャビティ内に下向きに偏向することができるような片持ち梁式ヒンジ手段を形成し、前記ハイブリッドマイクロミラーに隣接して配置された複数の独立してアドレス可能な電極と、前記独立してアドレス可能な電極と直接電気的に連絡する複数の電線と、前記電線と連絡する電気的制御手段と、を有し、前記ハイブリッドマイクロミラーが前記最も外側のフレームに関して所定の各方位に対して電気的に駆動される、請求の範囲第１項に記載の装置。２２．前記ハイブリッドマイクロミラーは、その表面と隣接し、且つ、前記ハイブリッドマイクロミラーが前記電気的制御手段と電気的に連絡するように、前記片持ち梁式ヒンジ手段と前記ジンバル式ヒンジ手段とにわたって、伝導性フィルムを備える、請求の範囲第２１項に記載の装置。２３．前記ビームステアリング手段が、前記上部キャビティ内の所定の方位に堅く張りつけられる、請求の範囲第１項に記載の装置。２４．前記ステアリング手段を堅く張りつけるための化学結合手段が、１又はそれ以上の流体粘着性、紫外線放射治癒接着性、又は気相付け面接着性からなるグループから選択される、請求の範囲第２３項に記載の装置。２５．表面張力、ファン・デル・ワールス、残留表面電荷、放電結合、又は同様の表面力が、前記上部キャビティ内に前記ステアリング手段を堅く張りつけるために採用される、請求の範囲第２３項に記載の装置。２６．自己結合手段が、前記上部キャビティ内に前記ビームステアリング手段を堅く張りつけるために採用される、請求の範囲第２３項に記載の装置。２７．前記上部キャビティ内に前記ビームステアリング手段を堅く張りつけるための機械的係止手段が、前記ビームステアリング手段の遠位端又は側部端を越えてそれぞれ延びる１又はそれ以上の遠位フラップ又は側部フラップを有し、前記ビームステアリング手段が前記上部キャビティ内に偏向されるとき、前記遠位フラップ又は側部フラップが、前記上部キャビティの１又はそれ以上の壁に対してドラッグし、前記表面力によって前記壁に付着する、請求の範囲第２３項に記載の装置。２８．前記自己結合手段が前記遠位又は側部フラップに設けられる、請求の範囲第２７項に記載の装置。２９．前記機械的ロック手段が前記上部キャビティのエッジを越えて延びる１つ以上のロックダウンフラップを備えており、前記ビームステアリング手段が前記上部キャビティ内の所定の配向に偏光させられた後に、前記ロックダウンフラップが下方の前記上部キャビティの中に偏光させられ、これらが前記表面力により前記上部キャビティ壁に付着し、これによって前記ビームステアリング手段が前記ロックダウンフラップとの直接機械的に干渉することによって情報に偏光するのを防止するようになったことを特徴とする請求項２３に記載の装置。３０．前記セルフロウ付け手段が前記ロックダウンフラップに設けられていることを特徴とする請求項２９に記載の装置。３１．前記機械的ロック手段が前記上部キャビティの不完全異方性エッチを含んでおり、前記上部キャビティのフロアが所定深さにエッチングされ、完全機偏光された前記ビームステアリング手段と前記フロアとの間の機械的干渉が所定の方向性を付与するようになったことを特徴とする請求項２３の装置。３２．前記セルフロウ付け手段がビームステアリング手段の先端に設けられていることを特徴とする請求項３１に記載の装置。３３．下部キャビティの最下部の寸法の略範囲を規定する前記の下部表面に設けられた基板と捨てパッドとを与え、前記捨てパッドの上にエッチング抵抗フィルムを堆積し、前記捨てパッドにほぼ芯合わせされ、前記エッチング抵抗フィルムを貫通する穴を形成し、前記穴は、前記オプティカル要素の少なくとも一部を収容するに十分な横方向の寸法を有しており、前記捨てパッドを除去し、前記下部キャビティをエッチングして前記エッチング抵抗フィルムのリムを形成し、これに挿入された前記オプティカル要素をほぼ封じこむようにしたことを特徴するキャビティ内のオプティカル要素を整合する方法。３４．所定の方向性を有するカバープレートにオプティカル要素を接合し、前記基板と前記キャビティの表面に関して前記カバープレートを整合させ、前記基板の前記表面に前記カバープレートを接合することを特徴とする基板のキャビティに関してオプティカル要素を整合し、固定する方法。３５．カバープレートを与え、前記カバープレート内に穴を形成し、前記穴がオプティカル要素の少なくとも一部を受け入れるに十分な横方向の寸法を有しており、前記穴内において少なくとも部分的に前記オプティカル要素を接合し、前記基板とキャビティの表面に関して前記カバープレートを整合させ、前記基板の前記表面に前記カバープレートを接合することを特徴とするオプティカル要素を整合し、固定する方法。３６．第１マイクロ製造部品を第２マイクロ製造部品に加熱接着する方法であって、前記第１マイクロ製造部品に第１表面を前記第２マイクロ製造部品に第２表面を与え、前記第１表面と第２表面の結合サイトで熱接着材料をマイクロ堆積し、かつパターン化し、前記第１及び第２表面を加熱雰囲気に十分な時間露出させて前記第１表面と第２表面との間に機械的結合を形成することを特徴とする方法。３７．第１マイクロ製造部品を第２マイクロ製造部品に電気的に加熱接着する方法であって、前記第１マイクロ製造部品に第１表面を、前記第２マイクロ製造部品に第２表面を与え、前記第１表面と第２表面の結合サイトで熱接着材料をマイクロ堆積し、かつパターン化し、前記熱接着材料に隣接し、かつ熱的に流通状態で電気的にアドレス可能な加熱手段を位置決めし、１つ以上の前記電気的にアドレス可能な加熱手段を介して十分な電流流して前記第１及び第２表面の間に機械的結合を形成することを特徴とする方法。３８．吊り下げ状態にあるプレートに結合されたヒンジ手段を製造する方法であって、基板表面を有するエッチング可能な基板を与え、前記基板表面上に高疲労強度材料を第１の厚さだけ堆積し、前記材料上にエッチング抵抗マスクを堆積し、ヒンジ領域に開口を形成し、前記材料に第２の厚さで前記ヒンジ領域をエッチングし、前記プレートのアンダーエッチングの後に、前記ヒンジ領域を十分に堅くして前記プレートを前記基板に付着させるような表面力を防止し、前記第１エッチング抵抗マスクを除去し、前記プレートの自由端を与える領域に跨がる開口を有する前記基板上に第２エッチングマスクを堆積し、前記プレートの前記自由端から前記基板の表面までエッチングし、前記基板をエッチングして前記プレートの下にキャビティを形成し、前記基板、プレート、及び前記ヒンジ領域を前記ヒンジ領域が前記基板表面の下方で第３の所定厚さにエッチングされてヒンジが形成されるまでドライエッチングし、前記第１の所定厚さを有するプレートが前記キャビティの上方で自由に吊り下げられ、前記ヒンジに一体的に接続され、前記ヒンジが前記キャビティの周辺で前記材料に結合されるようになったことを特徴とする方法。３９．吊り下げ状態にあるプレートに結合されたヒンジ手段を製造する方法であって、基板表面を有するエッチング可能な基板と前記プレートのほぼ範囲を規定する前記基板の前記表面上に設けられた捨てパッドとを与え、前記基板表面上に高疲労強度材料を第１の厚さだけ堆積し、前記材料上にエッチング抵抗マスクを堆積し、ヒンジ領域に開口を形成し、前記材料に第２の厚さで前記ヒンジ領域をエッチングし、前記プレートのアンダーエッチングの後に、前記ヒンジ領域を十分に堅くして前記プレートを前記基板に付着させるような表面力を防止し、前記第１エッチング抵抗マスクを除去し、前記プレートの自由端を与える領域に跨がる開口を有する前記基板上に第２エッチングマスクを堆積し、前記プレートの前記自由端から前記基板の表面までエッチングし、前記捨てパッドを除去し、前記基板をエッチングして前記プレートに隣接するキャビティを形成して中間構造体を生成し、前記中間構造体を前記ヒンジ領域が前記基板表面の下方で第３の所定厚さにエッチングされてヒンジが形成されるまでエッチングし、前記第１の所定厚さを有するプレートが前記キャビティの上方で自由に吊り下げられ、前記ヒンジに一体的に接続され、前記ヒンジが前記キャビティの周辺の廻りに配置された前記第１の厚さの前記材料に結合されるようになったことを特徴とする方法。４０．吊プレートに結合されたヒンジ手段を製作する方法であって、エッチング可能な基板を供給し、該基板に第１の厚さの高疲労強度材料で第１層を堆積し、前記基板全体に亘り伝導性の薄膜を電気的にパターニングし、前記材料にエッチング抵抗マスクを堆積すると共にヒンジ領域全体に亘り開口を形成し、前記ヒンジ領域を第２の厚さまでエッチングして前記プレートのアンダーエッチングに引き続いて前記ヒンジ領域が十分堅く前記基板への前記プレートの粘着性を誘導する表面力を防止するようにし、前記第１のエッチング抵抗マスクを取り除き、前記プレートの自由端を形成する領域全体に亘る開口を有する前記基板に第２のエッチング抵抗マスクを堆積させ、前記プレートの自由端を前記基板までエッチングし、前記ヒンジ領域を第３の所定の厚さまでエッチングして前記プレートのアンダーエッチングに引き続いて前記ヒンジが十分に堅く前記基板への前記プレートの粘着性を誘導する表面力を防止するようにし、前記第１のエッチング抵抗マスクを取り除き、前記プレートの自由端を形成する領域全体に亘る開口を有する前記基板に第２のエッチング抵抗マスクを堆積させ、前記プレートの自由端を前記基板までエッチングし、該基板をエッチングし前記プレートに近接して空洞を形成し中間構造を作り、前記ヒンジ領域が第３の所定の厚さまで前記基板表面以下にエッチングされヒンジを形成するまで前記中間構造をエッチングし、前記第１の厚さの前記プレートが前記空洞の上に自由に吊られると共に前記ヒンジに結合され、前記空洞周辺と電路の回りに配置された前記第１の厚さの材料に結合された前記ヒンジが該ヒンジを横切って供給されることを特徴とする方法。４１．不可欠で任意に薄く伝導性のヒンジを有する吊プレートのためヒンジ手段を製作する方法であって、基板表面と前記プレートの概略の範囲を表すため前記基板の表面に配置された捨てパッドとを有するエッチング可能な基板を供給する段階と、前記基板に第１の厚さの高疲労強度材料で第１層を堆積させる段階と、前記材料にエッチング抵抗マスクを堆積させると共にヒンジ領域全体に亘り開口を形成する段階と、前記ヒンジ領域を第２の厚さまでエッチングして前記プレートのアンダーエッチングに引き続いて前記ヒンジ領域が十分に堅く前記基板への前記プレートの粘着性を誘導する表面力を防止するようにする段階と、前記基板全体に亘り伝導性の薄膜を電気的にパターニングする段階と、前記ヒンジ領域を第３の所定の厚さまでエッチングして前記プレートのアンダーエッチングに引続いて前記ヒンジが十分に堅く前記基板への前記粘着性を誘導する表面力を防止するようにする段階と、前記第１のエッチング抵抗マスクを取り除く段階と、前記プレートの自由端を形成する領域全体に亘る開口を有する前記基板に第２のエッチング抵抗マスクを堆積させ段階と、前記プレートの自由端を前記基板までエッチングする段階と、前記捨てパッドを取り除く段階と、前記基板をエッチングし前記プレートに近接して空洞を形成し中間構造を作る段階と、前記ヒンジ領域が第３の所定の厚さまで前記基板表面以下にエッチングされると共にヒンジを形成するまで前記中間構造をエッチングし、前記第１の厚さの前記プレートが前記空洞の上に自由に吊られると共に前記ヒンジに結合され、前記空洞周辺と電路の回りに配置された前記第１の厚さの材料に結合された前記ヒンジが該ヒンジを横切って供給されることを特徴とする方法。４２．反射手段と、該反射手段に結合し１以上の自由度で反射手段の動きを拘束する拘束手段と、前記反射手段を配置するために形成された独立してアドレスで呼び出せる電極とからなることを特徴とするビーム操縦装置。４３．拘束手段が２自由度で反射手段の動きを拘束する請求項４２に記載された装置。４４．拘束手段が１以上の弾力的な非形状部材を含む請求項４２に記載された装置。４５．前記装置がレーザプリンタエンジンであり、前記アドレスで呼び出せる電極に結合されたコントロール手段を更に含む請求項４２に記載された装置。４６．前記装置が光学記憶ヘッドであり、前記アドレスで呼び出せる電極に結合されたコントロール手段を更に含む請求項４２に記載された装置。４７．前記装置がバーラスタープロジェクタであり、前記アドレスで呼び出せる電極に結合されたコントロール手段を更に含む請求項４２に記載された装置。４８．前記装置がレーザプロッタであり、前記アドレスで呼び出せる電極に結合されたコントロール手段を更に含む請求項４２に記載された装置。４９．前記装置がレーザマーキング筆記具であり、前記アドレスで呼び出せる電極に結合されたコントロール手段を更に含む請求項４２に記載された装置。５０．前記装置がレーザ切断装置であり、前記アドレスで呼び出せる電極に結合されたコントロール手段を更に含む請求項４２に記載された装置。５１．前記装置が手術用レーザナイフであり、前記アドレスで呼び出せる電極に結合されたコントロール手段を更に含む請求項４２に記載された装置。５２．前記装置はオプティカルスイッチであり、前記アドレス可能電極に結合される制御手段を更に備える請求項４２記載の装置。５３．前記アドレス可能電極に結合される電子制御手段を更に備える請求項４２記載の装置。５４．前記反射手段には前記電子制御手段と連絡する導電性フィルム表面が設けられている請求項５３記載の装置。５５．前記拘束手段はジンバルド（gimbaled）ヒンジ手段である請求項４２記載の装置。５６．前記拘束手段は片持ちばり状ヒンジ手段である請求項４２記載の装置。５７．前記拘束手段はジンバルド・片持ちばり状ヒンジ手段である請求項４２記載の装置。５８．前記拘束手段はコンプライアント（compliant）媒体手段である請求項４２記載の装置。５９．前記反射手段は前記電極に関して可動的に拘束される請求項４２記載の装置。６０．前記反射手段は変形しうる請求項４２記載の装置。６１．前記ビームステアリング手段は少なくとも部分的にマイクロマシーン化されている請求項４２記載の装置。