JP2002162575A - 光学システム - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学部品を位置合わせするための改良型シス
テムを提供する。 【解決手段】 光学部品を位置合わせする改良型システ
ムを有する光学的クロススイッチが記載されている。こ
のシステム１０６は、光信号の光路に配置した高透過性
センサ１７０，１７２を利用して、その光信号１２０の
正確な位置を決定する。フィードバックループは、その
高透過性センサ１７０，１７２からの出力を用いて光学
部品を再調整して、その光信号１２０を所望の位置に保
持する。このシステム１０６は、光学的クロススイッチ
で用いるのに特に適している。
テムを提供する。 【解決手段】 光学部品を位置合わせする改良型システ
ムを有する光学的クロススイッチが記載されている。こ
のシステム１０６は、光信号の光路に配置した高透過性
センサ１７０，１７２を利用して、その光信号１２０の
正確な位置を決定する。フィードバックループは、その
高透過性センサ１７０，１７２からの出力を用いて光学
部品を再調整して、その光信号１２０を所望の位置に保
持する。このシステム１０６は、光学的クロススイッチ
で用いるのに特に適している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム等
に利用される光学システムに関し、特にファイバ等の出
力を複数の異なるファイバ等の一つに切り替えるような
光学的スイッチング・システムに関する。
に利用される光学システムに関し、特にファイバ等の出
力を複数の異なるファイバ等の一つに切り替えるような
光学的スイッチング・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の通信システムは、電子的データ送
信法から広帯域光通信システムに移行している。効率を
改善するために、このようなシステムは理想的には、光
学的スイッチング・システムを利用する。ファイバの出
力を複数の異なるファイバの一つに切り替えるこのよう
なスイッチング・システムの一例は、ブルソード（Ｂｒ
ｏｕｓｓａｕｄ）などの米国特許第４，３６５，８６３
号、発明の名称「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ ｆｏ
ｒ ａ Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｎｕｍｂｅｒｏｆ Ｃ
ｈａｎｎｅｌｓ」、１９８２年１２月公告に記載されて
いる。
信法から広帯域光通信システムに移行している。効率を
改善するために、このようなシステムは理想的には、光
学的スイッチング・システムを利用する。ファイバの出
力を複数の異なるファイバの一つに切り替えるこのよう
なスイッチング・システムの一例は、ブルソード（Ｂｒ
ｏｕｓｓａｕｄ）などの米国特許第４，３６５，８６３
号、発明の名称「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ ｆｏ
ｒ ａ Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｎｕｍｂｅｒｏｆ Ｃ
ｈａｎｎｅｌｓ」、１９８２年１２月公告に記載されて
いる。
【０００３】光学システムの問題の一つは、光学部品間
の位置合わせが重要であることである。わずかなズレ
が、信号の損失、または不適切な情報の伝送を引き起こ
すことがある。この問題は、光ファイバに光信号を接続
する前に、自由空間を相当な距離にわたって光信号を伝
搬させるスイッチング・システム内で特に深刻である。
の位置合わせが重要であることである。わずかなズレ
が、信号の損失、または不適切な情報の伝送を引き起こ
すことがある。この問題は、光ファイバに光信号を接続
する前に、自由空間を相当な距離にわたって光信号を伝
搬させるスイッチング・システム内で特に深刻である。
【０００４】位置合わせを改善するために、様々な位置
合わせ技術が提案されている。一つの技術では、ミラー
やビームスプリッタのような偏向デバイスが、元の光ビ
ームまたは信号の一部をセンサへ偏向させる。このシス
テムは、偏向デバイスの相対的な向きおよび位置と、偏
向したビームの位置に基づいて、元の光ビームまたは信
号の期待される位置を決定する。フィードバックループ
は、センサからミラーまたは他の装置に情報を送り、元
の光ビームが適切に位置合わせされていることを保証す
る。
合わせ技術が提案されている。一つの技術では、ミラー
やビームスプリッタのような偏向デバイスが、元の光ビ
ームまたは信号の一部をセンサへ偏向させる。このシス
テムは、偏向デバイスの相対的な向きおよび位置と、偏
向したビームの位置に基づいて、元の光ビームまたは信
号の期待される位置を決定する。フィードバックループ
は、センサからミラーまたは他の装置に情報を送り、元
の光ビームが適切に位置合わせされていることを保証す
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ビームスプリッタを用
いる説明したシステムには、いくつかの欠点がある。第
一の欠点は、システムの複雑さを増大させることであ
る。特に、説明したシステムは、偏向デバイスおよび、
偏向デバイスに対する部品とセンサの細心の位置決めを
必要とする。第二の欠点は、偏向デバイスが一般に入射
光の大部分を偏向し、元の光信号の信号強度を低下させ
ることである。低下した光信号強度は信号対雑音比を減
少させ、送信される光信号を増幅するための増幅器の必
要性を増大させる。
いる説明したシステムには、いくつかの欠点がある。第
一の欠点は、システムの複雑さを増大させることであ
る。特に、説明したシステムは、偏向デバイスおよび、
偏向デバイスに対する部品とセンサの細心の位置決めを
必要とする。第二の欠点は、偏向デバイスが一般に入射
光の大部分を偏向し、元の光信号の信号強度を低下させ
ることである。低下した光信号強度は信号対雑音比を減
少させ、送信される光信号を増幅するための増幅器の必
要性を増大させる。
【０００６】従って、光学部品を位置合わせするための
改良型システムが必要とされる。
改良型システムが必要とされる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】光学的クロス接続システ
ム等の、正確な位置合わせを必要とするシステムで用い
るのに、理想的に適した高透過性センサが記載されてい
る。すなわち、光信号を制御する光学システムであっ
て、ビーム偏向デバイスのアレイと、前記ビーム偏向デ
バイスのアレイ内のビーム偏向デバイスからの光信号を
受け取る受信デバイスのアレイと、前記光信号が通過す
る高透過性センサを有し、前記センサが光信号の位置を
検出して決定し、決定した位置を用いて、前記ビーム偏
向デバイスのアレイ内のビーム偏向デバイスを調整し、
前記光信号が受信デバイスのアレイ内の受信デバイスに
到達できるようにする。
ム等の、正確な位置合わせを必要とするシステムで用い
るのに、理想的に適した高透過性センサが記載されてい
る。すなわち、光信号を制御する光学システムであっ
て、ビーム偏向デバイスのアレイと、前記ビーム偏向デ
バイスのアレイ内のビーム偏向デバイスからの光信号を
受け取る受信デバイスのアレイと、前記光信号が通過す
る高透過性センサを有し、前記センサが光信号の位置を
検出して決定し、決定した位置を用いて、前記ビーム偏
向デバイスのアレイ内のビーム偏向デバイスを調整し、
前記光信号が受信デバイスのアレイ内の受信デバイスに
到達できるようにする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以降の説明では、入射光信号を検
出する高透過性センサが記載されている。その光信号は
一般に、６００〜１６００ナノメータ（ｎｍ）の波長範
囲である。図１は、このような高透過性センサを用いる
システムの一例を示している。図１において、ｉｊ（ｉ
×ｊ）マトリクスのファイバを構成する出力ファイバ１
０４の一グループは、クロススイッチング・システム１
０６に光信号を出力する。ｉ×ｊレンズアレイ１０８
は、クロススイッチング・システム１０６で用いる各フ
ァイバの出力を集束する。例えば、レンズ１１２は、ク
ロススイッチング・システム１０６への出力ファイバ１
０４のグループ内の対応するファイバ１１６が出力した
光信号１２０を集束し導く。
出する高透過性センサが記載されている。その光信号は
一般に、６００〜１６００ナノメータ（ｎｍ）の波長範
囲である。図１は、このような高透過性センサを用いる
システムの一例を示している。図１において、ｉｊ（ｉ
×ｊ）マトリクスのファイバを構成する出力ファイバ１
０４の一グループは、クロススイッチング・システム１
０６に光信号を出力する。ｉ×ｊレンズアレイ１０８
は、クロススイッチング・システム１０６で用いる各フ
ァイバの出力を集束する。例えば、レンズ１１２は、ク
ロススイッチング・システム１０６への出力ファイバ１
０４のグループ内の対応するファイバ１１６が出力した
光信号１２０を集束し導く。
【０００９】クロススイッチング・システム１０６の一
実施例は、可動ミラーの二つのアレイを有する。この明
細書では理解を容易にするためにミラーを用いている
が、当然のことながら、他のビーム偏向または導光装置
を用いることもできる。例えば、カリフォルニア州サニ
ーベールのＳｉｌｉｃｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎ
ｅｓが製造し、カリフォルニア州サンノゼのＣｙｐｒｅ
ｓｓが最近入手した可動レンズおよび回折格子ライトバ
ルブを、ミラーの代わりに用いることもできる。可動ミ
ラーの二つのアレイ内の各ミラーは回転し、入射光信号
の経路を方向変換することができる。例えば、第一ミラ
ーアレイ１２８内の第一ミラー１２４は、第二ミラーア
レイ１３６内の第二ミラー１３２に光信号１２０を導
く。第一ミラー１２４は、ｘ軸の回転１４０とｙ軸の回
転１４４の両方で回転し、第二ミラー１３２上に所望の
角度で入射するように光信号１２０を導く。同様に、第
二ミラー１３２は、対応するｘ軸の回転１４８または対
応するｙ軸の回転１５２で回転し、受信レンズアレイ１
５５内の所定のレンズ１５４に光信号１２０を導く。所
定のレンズは、受け取った光信号を対応する光ファイバ
上に集束する。例えば、レンズ１５４は、受信ファイバ
アレイ１６０内の対応する受信ファイバ１５６上に光信
号１２０を集束する。
実施例は、可動ミラーの二つのアレイを有する。この明
細書では理解を容易にするためにミラーを用いている
が、当然のことながら、他のビーム偏向または導光装置
を用いることもできる。例えば、カリフォルニア州サニ
ーベールのＳｉｌｉｃｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎ
ｅｓが製造し、カリフォルニア州サンノゼのＣｙｐｒｅ
ｓｓが最近入手した可動レンズおよび回折格子ライトバ
ルブを、ミラーの代わりに用いることもできる。可動ミ
ラーの二つのアレイ内の各ミラーは回転し、入射光信号
の経路を方向変換することができる。例えば、第一ミラ
ーアレイ１２８内の第一ミラー１２４は、第二ミラーア
レイ１３６内の第二ミラー１３２に光信号１２０を導
く。第一ミラー１２４は、ｘ軸の回転１４０とｙ軸の回
転１４４の両方で回転し、第二ミラー１３２上に所望の
角度で入射するように光信号１２０を導く。同様に、第
二ミラー１３２は、対応するｘ軸の回転１４８または対
応するｙ軸の回転１５２で回転し、受信レンズアレイ１
５５内の所定のレンズ１５４に光信号１２０を導く。所
定のレンズは、受け取った光信号を対応する光ファイバ
上に集束する。例えば、レンズ１５４は、受信ファイバ
アレイ１６０内の対応する受信ファイバ１５６上に光信
号１２０を集束する。
【００１０】Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
が実現したクロススイッチの別の実施例は、前述の可動
ミラーの二つのアレイの代わりに、単一の固定ミラーと
一つのアレイの可動ミラーを用いている。このような別
の実施例において、可動ミラーのアレイ内の第一ミラー
は、固定ミラーに光を反射する。その固定ミラーは、可
動ミラーのアレイ内の第二ミラーに光を導く。その第二
ミラーは回転し、レンズまたは光学システムの他の所定
の受信部品に光信号を導く。
が実現したクロススイッチの別の実施例は、前述の可動
ミラーの二つのアレイの代わりに、単一の固定ミラーと
一つのアレイの可動ミラーを用いている。このような別
の実施例において、可動ミラーのアレイ内の第一ミラー
は、固定ミラーに光を反射する。その固定ミラーは、可
動ミラーのアレイ内の第二ミラーに光を導く。その第二
ミラーは回転し、レンズまたは光学システムの他の所定
の受信部品に光信号を導く。
【００１１】様々な方法を用いて、ミラーの回転を制御
でき、位置合わせによって、所定のレンズや受信ファイ
バにミラーの出力が導かれることを保証する。一般に、
各ミラーは、ミラーへ電気信号を印加することによって
制御可能なＭＥＭＳミラーである。
でき、位置合わせによって、所定のレンズや受信ファイ
バにミラーの出力が導かれることを保証する。一般に、
各ミラーは、ミラーへ電気信号を印加することによって
制御可能なＭＥＭＳミラーである。
【００１２】記載したクロスシステムの一つの問題は、
各ミラーが、非常に正確に位置合わせしなければならな
い相応のチルト角を有することである。ミラーの位置を
決定する一方法は、ミラーの移動を制御する構成要素に
沿って、歪みゲージを配置することである。この歪みゲ
ージの変形がミラーの位置を示す。制御電子回路（図示
せず）は、その情報を用いてミラーを適切に回転させる
ことができる。しかし、このような歪みゲージは製造や
位置合わせが困難である。さらに、歪みゲージの参照点
がミラー基板であるため、このような歪みゲージを用い
て、レンズアレイまたはファイバアレイに対するミラー
アレイの移動を補償することはできない。レンズアレイ
に対するミラー基板の移動または動きは、温度変化によ
って生じる可能性がある。
各ミラーが、非常に正確に位置合わせしなければならな
い相応のチルト角を有することである。ミラーの位置を
決定する一方法は、ミラーの移動を制御する構成要素に
沿って、歪みゲージを配置することである。この歪みゲ
ージの変形がミラーの位置を示す。制御電子回路（図示
せず）は、その情報を用いてミラーを適切に回転させる
ことができる。しかし、このような歪みゲージは製造や
位置合わせが困難である。さらに、歪みゲージの参照点
がミラー基板であるため、このような歪みゲージを用い
て、レンズアレイまたはファイバアレイに対するミラー
アレイの移動を補償することはできない。レンズアレイ
に対するミラー基板の移動または動きは、温度変化によ
って生じる可能性がある。
【００１３】ミラーを位置合わせする第二の方法では、
ＬＥＤまたは他の光源を用いて、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）センサカメラ等の不透光検出器に、ミラーから斜め
の角度に光を反射することができる。しかし、このよう
なシステムも、センサおよび受信ファイバに対してミラ
ーを正確に位置合わせする必要がある。
ＬＥＤまたは他の光源を用いて、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）センサカメラ等の不透光検出器に、ミラーから斜め
の角度に光を反射することができる。しかし、このよう
なシステムも、センサおよび受信ファイバに対してミラ
ーを正確に位置合わせする必要がある。
【００１４】長い光路とビームスプリッタの必要性を避
けるために、高透過性センサ１７０は、第二ミラーアレ
イ１３６から反射した光の光路に沿って配置する。光ビ
ームはセンサを通過し、そのセンサはビームの位置を正
確に決定できるように構成する。次に、ミラーの角度を
調整してビームを正確な位置にもたらす。この発明のい
くつかの実施例ではさらに、第一ミラーアレイ１２８と
第二ミラーアレイ１３６の間にセンサ１７２を有し、第
一ミラーアレイ１２８内のミラーのチルト角の制御を容
易にすることが望ましい。第一ミラーアレイ１２８内の
ミラーのチルト角を制御することで、第二ミラーアレイ
１３６内の対応するミラー上で、光の適切な入射位置と
角度を保証する。高透過性センサ１７０と高透過性セン
サ１７２が入射光の位置を検出し、フィードバック電子
回路１７４がその情報を用いて、第一ミラーアレイ１２
８と第二ミラーアレイ１３６内のミラーの位置を補正す
る。特に、フィードバック電子回路１７４は、送られた
各光信号がレンズアレイ１５５内の対応するレンズ上の
中心に合うことを保証する。レンズは、ファイバ束１６
０内の対応するファイバに入射光信号を導く。
けるために、高透過性センサ１７０は、第二ミラーアレ
イ１３６から反射した光の光路に沿って配置する。光ビ
ームはセンサを通過し、そのセンサはビームの位置を正
確に決定できるように構成する。次に、ミラーの角度を
調整してビームを正確な位置にもたらす。この発明のい
くつかの実施例ではさらに、第一ミラーアレイ１２８と
第二ミラーアレイ１３６の間にセンサ１７２を有し、第
一ミラーアレイ１２８内のミラーのチルト角の制御を容
易にすることが望ましい。第一ミラーアレイ１２８内の
ミラーのチルト角を制御することで、第二ミラーアレイ
１３６内の対応するミラー上で、光の適切な入射位置と
角度を保証する。高透過性センサ１７０と高透過性セン
サ１７２が入射光の位置を検出し、フィードバック電子
回路１７４がその情報を用いて、第一ミラーアレイ１２
８と第二ミラーアレイ１３６内のミラーの位置を補正す
る。特に、フィードバック電子回路１７４は、送られた
各光信号がレンズアレイ１５５内の対応するレンズ上の
中心に合うことを保証する。レンズは、ファイバ束１６
０内の対応するファイバに入射光信号を導く。
【００１５】図１６は、図１のシステムの動作を説明す
るフローチャートである。ブロック１６０４において、
クロススイッチは光ビームを受け取る。そのビームは、
第二ミラーアレイに密接に配置した第一高透過性センサ
を介して、第一ミラーアレイから反射される。第一高透
過性センサは、ブロック１６０８で光ビームの位置を検
出する。ブロック１６１２では、処理電子回路が補償値
を決定する。この補償値は、光ビームが第二ミラーアレ
イ内の所定の第二ミラー上に入射するように、高透過性
センサと所定の位置または「目標位置」によって決定さ
れた位置の関数である。この発明の一実施例では、受信
ファイバ束の各ファイバは第二ミラーアレイ内の一つの
ミラーに対応し、従って対応する第二ミラー位置や目標
位置は、ファイバが第一ミラーアレイから信号を受け取
るように決められる。
るフローチャートである。ブロック１６０４において、
クロススイッチは光ビームを受け取る。そのビームは、
第二ミラーアレイに密接に配置した第一高透過性センサ
を介して、第一ミラーアレイから反射される。第一高透
過性センサは、ブロック１６０８で光ビームの位置を検
出する。ブロック１６１２では、処理電子回路が補償値
を決定する。この補償値は、光ビームが第二ミラーアレ
イ内の所定の第二ミラー上に入射するように、高透過性
センサと所定の位置または「目標位置」によって決定さ
れた位置の関数である。この発明の一実施例では、受信
ファイバ束の各ファイバは第二ミラーアレイ内の一つの
ミラーに対応し、従って対応する第二ミラー位置や目標
位置は、ファイバが第一ミラーアレイから信号を受け取
るように決められる。
【００１６】ブロック１６１６では、補償値から補償信
号を決定する。この補償信号を設定してｘチルトとｙチ
ルトの両方でミラーを調整し、光ビームを目標位置に到
達させる。この補償信号は、ミラーのチルトを制御する
アクチュエータまたはＭＥＭＳに印加し、ミラーの向き
を再調整してビームを目標位置に方向変換する。ミラー
を再配置後、第一高透過性センサは再びブロック１６２
０でビーム位置を決定する。ブロック１６２４では、ビ
ームが適切に配置されていないことを第一高透過性セン
サが確認したとき、ブロック１６１２〜１６２０を繰り
返してさらにミラーの向きを補正する。
号を決定する。この補償信号を設定してｘチルトとｙチ
ルトの両方でミラーを調整し、光ビームを目標位置に到
達させる。この補償信号は、ミラーのチルトを制御する
アクチュエータまたはＭＥＭＳに印加し、ミラーの向き
を再調整してビームを目標位置に方向変換する。ミラー
を再配置後、第一高透過性センサは再びブロック１６２
０でビーム位置を決定する。ブロック１６２４では、ビ
ームが適切に配置されていないことを第一高透過性セン
サが確認したとき、ブロック１６１２〜１６２０を繰り
返してさらにミラーの向きを補正する。
【００１７】ブロック１６２４で、光ビームが第二ミラ
ーアレイ内の第二ミラー上に適切に入射していることを
システムが確認したとき、第二高透過性センサは、ブロ
ック１６２６で第二ミラーから反射したビームの位置を
検出する。一般に、第二高透過性センサは、レンズから
所定の光ファイバラインに光を集束するレンズに密接に
配置する。この密接さによって、第二高透過性センサに
おける光ビームの位置が、レンズアレイにおけるビーム
位置に対応することが保証される。
ーアレイ内の第二ミラー上に適切に入射していることを
システムが確認したとき、第二高透過性センサは、ブロ
ック１６２６で第二ミラーから反射したビームの位置を
検出する。一般に、第二高透過性センサは、レンズから
所定の光ファイバラインに光を集束するレンズに密接に
配置する。この密接さによって、第二高透過性センサに
おける光ビームの位置が、レンズアレイにおけるビーム
位置に対応することが保証される。
【００１８】ブロック１６２８では、処理電子回路が、
レンズアレイにおけるビームの所望の位置とビームの実
際の位置に基づいて第二補償値を決定する。どのファイ
バが信号を受け取るべきかということはわかっており、
レンズアレイ内の各レンズと各ファイバの間は一対一対
応であるので、どのレンズが信号を受け取るべきかとい
うこともわかる。レンズの位置はわかっているので、所
望の位置もわかる。この高透過性センサは、実際のビー
ム位置を提供する。
レンズアレイにおけるビームの所望の位置とビームの実
際の位置に基づいて第二補償値を決定する。どのファイ
バが信号を受け取るべきかということはわかっており、
レンズアレイ内の各レンズと各ファイバの間は一対一対
応であるので、どのレンズが信号を受け取るべきかとい
うこともわかる。レンズの位置はわかっているので、所
望の位置もわかる。この高透過性センサは、実際のビー
ム位置を提供する。
【００１９】ブロック１６３２では、第二補償値を用い
て、アクチュエータまたはＭＥＭＳデバイスに印加する
第二補償信号を生成する。このアクチュエータは、第二
ミラーを傾けて光信号を新しい位置に動かす。
て、アクチュエータまたはＭＥＭＳデバイスに印加する
第二補償信号を生成する。このアクチュエータは、第二
ミラーを傾けて光信号を新しい位置に動かす。
【００２０】光信号を新しい位置に動かした後、第二高
透過性センサは再びブロック１６３６でビーム位置を測
定する。ブロック１６４０で新しい位置が所望の位置と
合っていないことを確認すると、ブロック１６２８〜１
６４０を繰り返して、第二ミラーのチルトをさらに調整
する。この手順は、ビームがレンズに適切に配置されて
いることをブロック１６４０で回路が確認するまで繰り
返す。
透過性センサは再びブロック１６３６でビーム位置を測
定する。ブロック１６４０で新しい位置が所望の位置と
合っていないことを確認すると、ブロック１６２８〜１
６４０を繰り返して、第二ミラーのチルトをさらに調整
する。この手順は、ビームがレンズに適切に配置されて
いることをブロック１６４０で回路が確認するまで繰り
返す。
【００２１】このセンサは、基板上に成膜した適切な金
属接点を備えた薄膜半導体を有し、その各層は光ビーム
に対して実質的な高透過性を有する。好ましい実施例で
は、高感度検出器を作るために知られ所定の波長におい
て実質的に透明である半導体として、水素化アモルファ
ス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を用いる。しかし、バン
ドギャップが０．８ｅＶ（１．５５μｍ）または０．９
５ｅＶ（１．３μｍ）である他の光導電材料を用いるこ
ともできる。このような材料の例は、例えば、Ｇｅ、有
機光導電体（例えばベンゾイミタゾール ペリレン、ポ
リ（３−ヘキシルチオフェン）Ｐ３ｈｔ）、多結晶シリ
コン、ａ−Ｇｅなど、ａ−Ｓｉ：Ｈの合金を含むがそれ
に限定されない。一般的な高透過性金属導体の例には、
インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）または酸化亜鉛がある。
一般的な基板材料には、ガラスまたはプラスチックがあ
る。
属接点を備えた薄膜半導体を有し、その各層は光ビーム
に対して実質的な高透過性を有する。好ましい実施例で
は、高感度検出器を作るために知られ所定の波長におい
て実質的に透明である半導体として、水素化アモルファ
ス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を用いる。しかし、バン
ドギャップが０．８ｅＶ（１．５５μｍ）または０．９
５ｅＶ（１．３μｍ）である他の光導電材料を用いるこ
ともできる。このような材料の例は、例えば、Ｇｅ、有
機光導電体（例えばベンゾイミタゾール ペリレン、ポ
リ（３−ヘキシルチオフェン）Ｐ３ｈｔ）、多結晶シリ
コン、ａ−Ｇｅなど、ａ−Ｓｉ：Ｈの合金を含むがそれ
に限定されない。一般的な高透過性金属導体の例には、
インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）または酸化亜鉛がある。
一般的な基板材料には、ガラスまたはプラスチックがあ
る。
【００２２】ここで用いられるように、説明したセンサ
１７０に用いられる「高透過性」または「透明」という
のは、光信号の実質的に全ての光がセンサ１７０を通過
することを意味する。実際には、センサ内でキャリアを
生成するために、ごくわずかの光子が吸収される。アモ
ルファス・シリコン層と、導電板として機能するＩＴＯ
層で吸収される光子の割り合いは一般に１〜２％未満で
ある。例えば、波長１．５５μｍにおいて、厚さ１μｍ
のａ−Ｓｉ層は、０．１％未満の入射光子を吸収する。
厚さ１００ｎｍのＩＴＯ層は一般に、入射光子の０．１
〜０．５％を吸収する。
１７０に用いられる「高透過性」または「透明」という
のは、光信号の実質的に全ての光がセンサ１７０を通過
することを意味する。実際には、センサ内でキャリアを
生成するために、ごくわずかの光子が吸収される。アモ
ルファス・シリコン層と、導電板として機能するＩＴＯ
層で吸収される光子の割り合いは一般に１〜２％未満で
ある。例えば、波長１．５５μｍにおいて、厚さ１μｍ
のａ−Ｓｉ層は、０．１％未満の入射光子を吸収する。
厚さ１００ｎｍのＩＴＯ層は一般に、入射光子の０．１
〜０．５％を吸収する。
【００２３】より実質的な損失は、センサ面の反射によ
る光子損失から生じる。導電板として機能するＩＴＯ層
の厚さが、入射光の波長の半分である最適化していない
場合では、反射光の割り合いは６０％近くまでになる。
このような高い損失割り合いは許容できない。しかし、
このような損失は著しく低減することができる。例え
ば、ＩＴＯ層の厚さを入射光の波長の４分の１まで、ア
モルファス・シリコン層の厚さを入射光の波長の約３．
５倍に最適化することによって、反射光の割り合いは最
適な波長では１．７％まで低減できる。入射光の波長が
１．５５μｍで一般的に最適化した場合、ＩＴＯ層の厚
さは２５８ｎｍになるように構成し、アモルファス・シ
リコンの厚さは１，５６０ｎｍになるようにする。反射
による損失を最小にするために、この発明のいくつかの
実施例では、センサまたは基板上に成膜した追加の反射
防止膜を用いる。反射防止膜の使用と製造方法は当業者
にはよく知られている。
る光子損失から生じる。導電板として機能するＩＴＯ層
の厚さが、入射光の波長の半分である最適化していない
場合では、反射光の割り合いは６０％近くまでになる。
このような高い損失割り合いは許容できない。しかし、
このような損失は著しく低減することができる。例え
ば、ＩＴＯ層の厚さを入射光の波長の４分の１まで、ア
モルファス・シリコン層の厚さを入射光の波長の約３．
５倍に最適化することによって、反射光の割り合いは最
適な波長では１．７％まで低減できる。入射光の波長が
１．５５μｍで一般的に最適化した場合、ＩＴＯ層の厚
さは２５８ｎｍになるように構成し、アモルファス・シ
リコンの厚さは１，５６０ｎｍになるようにする。反射
による損失を最小にするために、この発明のいくつかの
実施例では、センサまたは基板上に成膜した追加の反射
防止膜を用いる。反射防止膜の使用と製造方法は当業者
にはよく知られている。
【００２４】この発明の一実施例では、吸収または反射
される光子の全割り合いは１０％未満であり、１．３〜
１．５５μｍの波長範囲の光信号の少なくとも９０％
が、そのセンサ構造を通過することができる。最適化し
たシステムでは、吸収または反射される光子の割り合い
は、さらに５％まで低減され、入射光信号の９５％が、
高透過性センサを通過することができる。上記の特定の
波長は一般に、光通信システムで用いられるものである
が、アモルファス・シリコン内に少数のキャリアを生成
する他の波長を用いることもできる。波長が短くなるに
つれて、通信周波数の下端に近づき、センサ内の吸収は
一般に増大する。
される光子の全割り合いは１０％未満であり、１．３〜
１．５５μｍの波長範囲の光信号の少なくとも９０％
が、そのセンサ構造を通過することができる。最適化し
たシステムでは、吸収または反射される光子の割り合い
は、さらに５％まで低減され、入射光信号の９５％が、
高透過性センサを通過することができる。上記の特定の
波長は一般に、光通信システムで用いられるものである
が、アモルファス・シリコン内に少数のキャリアを生成
する他の波長を用いることもできる。波長が短くなるに
つれて、通信周波数の下端に近づき、センサ内の吸収は
一般に増大する。
【００２５】クロススイッチ・アレイからの多くの光ビ
ームの位置を検出する特定の問題のために、いくつかの
異なる設計が機能し、好ましい実施例は、ビームの数、
検出を必要とする速度、および光学システムの他のパラ
メータに依存する。我々は、三つの別のセンサ構成を説
明する。図２〜９は位置感度検出器の様々な実施例を示
しており、図１０〜１２は特定の寸法のビームに対して
適合させた強度センサを示しており、図１３〜１４は、
光ビームより多くの画素を備えた画素化センサアレイを
示している。
ームの位置を検出する特定の問題のために、いくつかの
異なる設計が機能し、好ましい実施例は、ビームの数、
検出を必要とする速度、および光学システムの他のパラ
メータに依存する。我々は、三つの別のセンサ構成を説
明する。図２〜９は位置感度検出器の様々な実施例を示
しており、図１０〜１２は特定の寸法のビームに対して
適合させた強度センサを示しており、図１３〜１４は、
光ビームより多くの画素を備えた画素化センサアレイを
示している。
【００２６】図２は、高透過性センサ１７０の一実施例
の断面を示している。図２において、上側コレクタ板２
０４と下側コレクタ板２０８を含む、一対の高透過性コ
レクタ板は、センサ媒体２１２を挟持している。この発
明の一実施例では、センサ媒体はａ−Ｓｉ：Ｈ構造を形
成するアモルファス・シリコンである。コレクタ板２０
４、２０８は、様々な高透過性導電体から構成すること
ができる。図の実施例では、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）材料がコレクタ板２０４、２０８を構成している。
センサ媒体２１２とコレクタ板２０４、２０８の組み合
わせは、厚さ約１〜５μｍのｐ−ｉ−ｎダイオード構造
を形成する。別の実施例では、ショットキ・ダイオード
構造を用いることもできる。
の断面を示している。図２において、上側コレクタ板２
０４と下側コレクタ板２０８を含む、一対の高透過性コ
レクタ板は、センサ媒体２１２を挟持している。この発
明の一実施例では、センサ媒体はａ−Ｓｉ：Ｈ構造を形
成するアモルファス・シリコンである。コレクタ板２０
４、２０８は、様々な高透過性導電体から構成すること
ができる。図の実施例では、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）材料がコレクタ板２０４、２０８を構成している。
センサ媒体２１２とコレクタ板２０４、２０８の組み合
わせは、厚さ約１〜５μｍのｐ−ｉ−ｎダイオード構造
を形成する。別の実施例では、ショットキ・ダイオード
構造を用いることもできる。
【００２７】ガラスなどの高透過性基板２１６は、コレ
クタ板２０４、２０８とセンサ層２１２を支持する。コ
レクタ板２０４、２０８、センサ層２１２および基板２
１６の透明性によって、入射光信号は最小の減衰で高透
過性センサを通過することができる。コレクタ板２０４
の端部に沿った電極ストリップ２２０、２２４は、ａ−
Ｓｉ層で生成した電荷を集める。この電極ストリップは
一般に、金属等の不透明の導電材料から構成される。
クタ板２０４、２０８とセンサ層２１２を支持する。コ
レクタ板２０４、２０８、センサ層２１２および基板２
１６の透明性によって、入射光信号は最小の減衰で高透
過性センサを通過することができる。コレクタ板２０４
の端部に沿った電極ストリップ２２０、２２４は、ａ−
Ｓｉ層で生成した電荷を集める。この電極ストリップは
一般に、金属等の不透明の導電材料から構成される。
【００２８】説明した構造によって、低バイアス電圧で
高電荷収集が可能になる。３００Ｋでのセンサの暗漏れ
電流は、約１０-11Ａ／ｃｍ2である。一般にレーザビー
ムによって生成された光信号が、ａ−Ｓｉセンサに衝突
すると、わずかな割り合いの光子が吸収される。吸収さ
れた光子は、局所的なキャリアを生成する。ＩＴＯコレ
クタ板２０４、２０８の間に挟持した厚さ１〜２μｍの
アモルファス・シリコン層を用いるセンサにおいて、
１．５５μｍの周波数範囲における１ｍＷのレーザビー
ムは、約１０-8Ａの電流を生成する。
高電荷収集が可能になる。３００Ｋでのセンサの暗漏れ
電流は、約１０-11Ａ／ｃｍ2である。一般にレーザビー
ムによって生成された光信号が、ａ−Ｓｉセンサに衝突
すると、わずかな割り合いの光子が吸収される。吸収さ
れた光子は、局所的なキャリアを生成する。ＩＴＯコレ
クタ板２０４、２０８の間に挟持した厚さ１〜２μｍの
アモルファス・シリコン層を用いるセンサにおいて、
１．５５μｍの周波数範囲における１ｍＷのレーザビー
ムは、約１０-8Ａの電流を生成する。
【００２９】センサ媒体に印加したバイアスによって、
キャリアはセンサ媒体を介してＩＴＯコレクタ板２０
４、２０８の短い距離を移動する。ＩＴＯコレクタ板２
０４、２０８は、生成した局所的なキャリアを端部の電
極ストリップ２２０、２２４に運ぶ。各電極ストリップ
２２０、２２４は、対応する端子２２８、２３２に接続
する。端子２２８に集めた電荷と、端子２３２に集めた
電荷の比が、入射ビームの光エネルギの中心または重心
の横方向の位置（ｘ座標）の尺度となる。決定した情報
を用いて、図１に示したＭＥＭＳミラーの位置のフィー
ドバックを提供することができる。制御ループは、校正
表のｘ座標にできるだけ近づくように、ＭＥＭＳミラー
の出力の位置を保持する。
キャリアはセンサ媒体を介してＩＴＯコレクタ板２０
４、２０８の短い距離を移動する。ＩＴＯコレクタ板２
０４、２０８は、生成した局所的なキャリアを端部の電
極ストリップ２２０、２２４に運ぶ。各電極ストリップ
２２０、２２４は、対応する端子２２８、２３２に接続
する。端子２２８に集めた電荷と、端子２３２に集めた
電荷の比が、入射ビームの光エネルギの中心または重心
の横方向の位置（ｘ座標）の尺度となる。決定した情報
を用いて、図１に示したＭＥＭＳミラーの位置のフィー
ドバックを提供することができる。制御ループは、校正
表のｘ座標にできるだけ近づくように、ＭＥＭＳミラー
の出力の位置を保持する。
【００３０】ＭＥＭＳミラー系で用いる場合、初期の校
正は製造時に設定してもよい。図１の高透過性センサ１
５５をレンズアレイに接して、または対向させて取り付
けるとき、レンズ位置とセンサ位置の間の関係は、経時
変化してはならない。実際の使用では、各ミラーのアク
チュエータは、数分ごと、またはミラーを新しいチルト
角に駆動または移動させた後に再校正することができ
る。
正は製造時に設定してもよい。図１の高透過性センサ１
５５をレンズアレイに接して、または対向させて取り付
けるとき、レンズ位置とセンサ位置の間の関係は、経時
変化してはならない。実際の使用では、各ミラーのアク
チュエータは、数分ごと、またはミラーを新しいチルト
角に駆動または移動させた後に再校正することができ
る。
【００３１】図３は、図２に示したセンサ構造の平面図
を示している。図３において、電極ストリップ２２０、
２２４と直交する向きの電極ストリップ３０４、３０８
は、Ｙ軸に沿った光信号の位置を決定する。特に、電極
ストリップ３０４、３０８は、対応する端子３１２、３
１６に電荷を供給する。各電極に集めた電荷の比は、ｙ
方向の入射光ビームの重心を示す。
を示している。図３において、電極ストリップ２２０、
２２４と直交する向きの電極ストリップ３０４、３０８
は、Ｙ軸に沿った光信号の位置を決定する。特に、電極
ストリップ３０４、３０８は、対応する端子３１２、３
１６に電荷を供給する。各電極に集めた電荷の比は、ｙ
方向の入射光ビームの重心を示す。
【００３２】図３の単純な構造には、いくつかの問題が
ある。第一の問題は、複数のビームがセンサ上に入射し
たとき、異なるビームを区別する方法が必要とされるこ
とである。ビームを区別する一つの方法は、ミラー１２
４のようなミラーを駆動することで検出したビームの位
置を、所定の周波数でサイン波のような所定のパターン
に変調することである。センサ読み出し内の周波数フィ
ルタは、所定の周波数でセンサ信号を通過させ、変調し
たビームの位置の決定を可能にする。しかし、複数のビ
ームによってもたらされた雑音が、前述の方法の拡張性
を制限する。
ある。第一の問題は、複数のビームがセンサ上に入射し
たとき、異なるビームを区別する方法が必要とされるこ
とである。ビームを区別する一つの方法は、ミラー１２
４のようなミラーを駆動することで検出したビームの位
置を、所定の周波数でサイン波のような所定のパターン
に変調することである。センサ読み出し内の周波数フィ
ルタは、所定の周波数でセンサ信号を通過させ、変調し
たビームの位置の決定を可能にする。しかし、複数のビ
ームによってもたらされた雑音が、前述の方法の拡張性
を制限する。
【００３３】信号対雑音比を改善する別の方法には、ア
モルファス・シリコンにゲルマニウムのような合金材料
を加えることで、アモルファス・シリコンによる光子の
吸収を増大させることがある。しかし、吸収を増大させ
ることは、センサの「透明性」も低下させる。信号対雑
音比を改善するより良い方法は、単一の大きなセンサを
より小さなセンサのアレイと置き換える、または大きな
センサを画素化することである。センサの信号対雑音比
は、センサの大きさに反比例し、小さなセンサのアレイ
は生成される雑音を低減する。図４〜１０は、適切な信
号対雑音比を維持しながら、最大の透明性を維持するた
めに、単一の大型高透過性センサを分割または画素化す
る方法を示している。
モルファス・シリコンにゲルマニウムのような合金材料
を加えることで、アモルファス・シリコンによる光子の
吸収を増大させることがある。しかし、吸収を増大させ
ることは、センサの「透明性」も低下させる。信号対雑
音比を改善するより良い方法は、単一の大きなセンサを
より小さなセンサのアレイと置き換える、または大きな
センサを画素化することである。センサの信号対雑音比
は、センサの大きさに反比例し、小さなセンサのアレイ
は生成される雑音を低減する。図４〜１０は、適切な信
号対雑音比を維持しながら、最大の透明性を維持するた
めに、単一の大型高透過性センサを分割または画素化す
る方法を示している。
【００３４】図４は、Ｙ軸のような軸に沿って配置した
金属電極４０４、４０８、４１２、４１６を用いて、同
相分除去を改善し、単一の方向の位置感度を向上させる
センサ４００の平面図である。図５は、このような高透
過性センサを二つ組み合わせたものを示しており、第一
センサ５０４は、第二センサ内の金属電極と直交する用
に配置した金属電極を有する。二組の直交する電極は、
ｘ方向およびｙ方向の両方で位置感度を改善できる。特
に、第一センサ５０４はｘ軸に沿って入射光信号の位置
を決定し、第二センサ５０６はｙ軸に沿った位置を決定
する。
金属電極４０４、４０８、４１２、４１６を用いて、同
相分除去を改善し、単一の方向の位置感度を向上させる
センサ４００の平面図である。図５は、このような高透
過性センサを二つ組み合わせたものを示しており、第一
センサ５０４は、第二センサ内の金属電極と直交する用
に配置した金属電極を有する。二組の直交する電極は、
ｘ方向およびｙ方向の両方で位置感度を改善できる。特
に、第一センサ５０４はｘ軸に沿って入射光信号の位置
を決定し、第二センサ５０６はｙ軸に沿った位置を決定
する。
【００３５】図６は、単一の高透過性基板６００上の多
層行列センサの側断面図、図７は平面図を示している。
図６および図７に示した構造は、図５の隣接するセンサ
または「背中合わせの」センサを、共通の高透過性基板
６００上の単一のセンサ構造に置き換えたものである。
層行列センサの側断面図、図７は平面図を示している。
図６および図７に示した構造は、図５の隣接するセンサ
または「背中合わせの」センサを、共通の高透過性基板
６００上の単一のセンサ構造に置き換えたものである。
【００３６】図６において、高透過性基板６００は、ｘ
方向などの第一方向に沿って走る平行導電性の、一般に
金属電極６０４を支持する。アモルファス・シリコン６
０８の第一層は、金属電極６０４上に成膜する。この発
明の一実施例では、ＩＴＯ層（図示せず）は、アモルフ
ァス・シリコンと金属電極の間の導電板として機能す
る。また、金属電極６０４の近傍のアモルファス・シリ
コン層は、高濃度にドープして導電層を構成する。入射
光ビームに応じて、第一層６０８はキャリア雲を生成す
る。高透過性導電板６１２はバイアス電位を提供し、Ｉ
ＴＯ層（図示せず）等の導電領域またはアモルファス・
シリコンの高濃度ドープ領域に、入射光ビームが生成し
たキャリアを動かす。その導電領域は、最も近い金属電
極６０４にキャリアを導く。金属電極６０４の各金属電
極に到達するキャリアの比率が、入射光ビームのおよそ
のｙ座標を示す。
方向などの第一方向に沿って走る平行導電性の、一般に
金属電極６０４を支持する。アモルファス・シリコン６
０８の第一層は、金属電極６０４上に成膜する。この発
明の一実施例では、ＩＴＯ層（図示せず）は、アモルフ
ァス・シリコンと金属電極の間の導電板として機能す
る。また、金属電極６０４の近傍のアモルファス・シリ
コン層は、高濃度にドープして導電層を構成する。入射
光ビームに応じて、第一層６０８はキャリア雲を生成す
る。高透過性導電板６１２はバイアス電位を提供し、Ｉ
ＴＯ層（図示せず）等の導電領域またはアモルファス・
シリコンの高濃度ドープ領域に、入射光ビームが生成し
たキャリアを動かす。その導電領域は、最も近い金属電
極６０４にキャリアを導く。金属電極６０４の各金属電
極に到達するキャリアの比率が、入射光ビームのおよそ
のｙ座標を示す。
【００３７】図に示した実施例では、第二アモルファス
・シリコン層６１６は、導電板６１２上に成膜する。入
射光ビームがアモルファス・シリコン層６１６を通過す
ると、キャリア雲が、第二アモルファス・シリコン層６
１６内に生成される。アモルファス・シリコン層６１６
内の電位差は、第二導電板６２０にキャリアを動かす。
導電板６２０は、金属電極６２４の第二アレイ内の最も
近い電極にキャリアを運ぶ。その電極は、検出電極（図
示せず）にキャリアを運ぶ。
・シリコン層６１６は、導電板６１２上に成膜する。入
射光ビームがアモルファス・シリコン層６１６を通過す
ると、キャリア雲が、第二アモルファス・シリコン層６
１６内に生成される。アモルファス・シリコン層６１６
内の電位差は、第二導電板６２０にキャリアを動かす。
導電板６２０は、金属電極６２４の第二アレイ内の最も
近い電極にキャリアを運ぶ。その電極は、検出電極（図
示せず）にキャリアを運ぶ。
【００３８】図７は、金属電極６２４の第二アレイが、
金属電極６０４の第一アレイに対して直交していること
を示している。従って、金属電極６０４がｘ方向に向い
ているとき、金属電極６２４はｙ方向に向いている。金
属電極６２４の第二アレイの各電極が受け取るキャリア
の比率は、ｘ方向の光ビームの位置を決定するために用
いられる。
金属電極６０４の第一アレイに対して直交していること
を示している。従って、金属電極６０４がｘ方向に向い
ているとき、金属電極６２４はｙ方向に向いている。金
属電極６２４の第二アレイの各電極が受け取るキャリア
の比率は、ｘ方向の光ビームの位置を決定するために用
いられる。
【００３９】図８は、共通電極８０４（アモルファス・
シリコンおよび対応するＩＴＯと同じ）層として機能す
る導電層を分割するセンサ構造８００の平面図である。
共通電極８０４を分割することによって、金属電極８０
８が電流を検出したとき、その電流がセンサの所定の領
域のみに関連付けられるように、バイアスを印加でき
る。キャリア雲の二次元的な位置決めが可能になるよう
に、図８のセンサ構造８００を、図９に示したような二
層構造に繰り返すこともできる。図９において、第一層
９０４の電極と第二層９０８の電極は直交している。こ
の直交した配置が、ｘ方向とｙ方向の両方で入射光ビー
ム９１２の位置の決定を可能にする。図の構成を用いる
と、センサとファイバ１６０の位置を固定した後、各フ
ァイバに対するセンサの校正が実現できるので、図１の
レンズまたはファイバ１６０に対して、センサを正確に
機械的に配置する必要がなくなる。
シリコンおよび対応するＩＴＯと同じ）層として機能す
る導電層を分割するセンサ構造８００の平面図である。
共通電極８０４を分割することによって、金属電極８０
８が電流を検出したとき、その電流がセンサの所定の領
域のみに関連付けられるように、バイアスを印加でき
る。キャリア雲の二次元的な位置決めが可能になるよう
に、図８のセンサ構造８００を、図９に示したような二
層構造に繰り返すこともできる。図９において、第一層
９０４の電極と第二層９０８の電極は直交している。こ
の直交した配置が、ｘ方向とｙ方向の両方で入射光ビー
ム９１２の位置の決定を可能にする。図の構成を用いる
と、センサとファイバ１６０の位置を固定した後、各フ
ァイバに対するセンサの校正が実現できるので、図１の
レンズまたはファイバ１６０に対して、センサを正確に
機械的に配置する必要がなくなる。
【００４０】図１０は、図１の光スイッチ１０６からの
光ビームをレンズアレイ１５４に対して位置合わせする
ための、高透過性強度センサ１０００の側面図であり、
図１１は平面図である。この強度センサは、一般にアモ
ルファス・シリコンであり、第一高透過性導電層１００
８と第二高透過性導電層１０１２の間に配置した高透過
性検出層１００４を有する。このセンサ構造は、高透過
性基板１０１６で支持する。
光ビームをレンズアレイ１５４に対して位置合わせする
ための、高透過性強度センサ１０００の側面図であり、
図１１は平面図である。この強度センサは、一般にアモ
ルファス・シリコンであり、第一高透過性導電層１００
８と第二高透過性導電層１０１２の間に配置した高透過
性検出層１００４を有する。このセンサ構造は、高透過
性基板１０１６で支持する。
【００４１】図１１は、二つの層１１００、１１０４を
含む強度センサ１０００の平面図である。各層は、第一
層１１００の平行な帯１１０８、１１１２のような、一
連の平行なアモルファス・シリコン（と導電層）の帯に
分割される。その帯の幅は、ビームが一つの帯内のアモ
ルファス・シリコンと直接重なったとき、センサ出力が
最大になるように、センサにおけるビームの直径にほぼ
合わせる。従って、センサ電子回路は、ビームが適切に
位置合わせされていることを確認できる。一般的な光ス
イッチ・システムでは、一つの帯の幅は５００〜５００
０μｍである。
含む強度センサ１０００の平面図である。各層は、第一
層１１００の平行な帯１１０８、１１１２のような、一
連の平行なアモルファス・シリコン（と導電層）の帯に
分割される。その帯の幅は、ビームが一つの帯内のアモ
ルファス・シリコンと直接重なったとき、センサ出力が
最大になるように、センサにおけるビームの直径にほぼ
合わせる。従って、センサ電子回路は、ビームが適切に
位置合わせされていることを確認できる。一般的な光ス
イッチ・システムでは、一つの帯の幅は５００〜５００
０μｍである。
【００４２】二次元での位置決定を容易にするために、
第二層１１０４の平行な帯は、第一層１１００の平行な
帯と直交させる。前述のように、各ストリップの幅は、
好ましくは入射光ビームの幅とほぼ等しくする。センサ
によって生成された信号は、ビームの中心または重心
が、第一層１１００と第二層１１０４の帯の交差部の中
心に配置されたとき最大となる。その信号は、光信号
が、第一層１１００と第二層１１０４のどちらか一方の
平行な帯の間の領域を横切ると減少する。レンズアレイ
１５４内の各レンズの中心に帯が交差するように配置す
ることで、フィードバック信号を生成し、対応するレン
ズとビームの位置合わせを容易にする。
第二層１１０４の平行な帯は、第一層１１００の平行な
帯と直交させる。前述のように、各ストリップの幅は、
好ましくは入射光ビームの幅とほぼ等しくする。センサ
によって生成された信号は、ビームの中心または重心
が、第一層１１００と第二層１１０４の帯の交差部の中
心に配置されたとき最大となる。その信号は、光信号
が、第一層１１００と第二層１１０４のどちらか一方の
平行な帯の間の領域を横切ると減少する。レンズアレイ
１５４内の各レンズの中心に帯が交差するように配置す
ることで、フィードバック信号を生成し、対応するレン
ズとビームの位置合わせを容易にする。
【００４３】ビームの幅が帯の幅と一致していなくて
も、ミラーアレイ１３６内のミラー１５２のようなミラ
ーに、所定の周波数で正弦波または他の周期的な動作を
加えることによって位置合わせが実現される。ビームの
移動の中心が、第一層１１００と第二層１１０４内の平
行な帯の間の交差部の中心と一致するとき、センサ出力
信号の大きさは、所定の周波数の二倍の周波数を有す
る。
も、ミラーアレイ１３６内のミラー１５２のようなミラ
ーに、所定の周波数で正弦波または他の周期的な動作を
加えることによって位置合わせが実現される。ビームの
移動の中心が、第一層１１００と第二層１１０４内の平
行な帯の間の交差部の中心と一致するとき、センサ出力
信号の大きさは、所定の周波数の二倍の周波数を有す
る。
【００４４】図１２は、レンズ上でビームの中心を合わ
せるために強度測定を用いる別の構造を示している。図
１２の構造によって、帯１１０８、１１１２等の平行な
帯の幅を、ビームの幅と実質的に異なるものにできる。
図１２において、センサ帯１２０４等の各センサ帯は、
第一ハーフ１２０８と第二ハーフ１２１２等の二つの部
分に分割する。狭い絶縁領域が、第一ハーフ１２０８と
第二ハーフ１２１２を分割する。同様に、直交するセン
サ帯１２１６は、二つの部分１２２０、１２２４に分割
する。光ビーム１２２８が、センサ帯１２０４と直交す
るセンサ帯１２１６の交差部１２３２上に適切に中心を
合わせるとき、光ビームのほぼ半分が、センサ帯１２０
４の第一ハーフ１２０８上に入射し、その光ビームの他
の半分が、センサ帯１２０４の第二ハーフ１２１２上に
入射する。従って、第一ハーフ１２０８内の電流は、第
二ハーフ１２１２内の電流とほぼ一致する。同様に、部
分１２２０内の電流は、部分１２２４内の電流と一致す
る。各ハーフ内の電流が一致することを確認するため
に、電流の差を用いる、つまり「無効化」（ｎｕｌｌｉ
ｎｇ）すると、入射光ビームを各ハーフの中心に合わせ
ることができる。交差部１２３２が、レンズアレイ１５
４内のレンズの中心等の下部の対象と位置合わせされて
いない場合は、校正テーブルを用いて、ビームがレンズ
の中心に位置合わせされているときに、各ハーフ帯内に
生じる所望の電流比を指定することができる。
せるために強度測定を用いる別の構造を示している。図
１２の構造によって、帯１１０８、１１１２等の平行な
帯の幅を、ビームの幅と実質的に異なるものにできる。
図１２において、センサ帯１２０４等の各センサ帯は、
第一ハーフ１２０８と第二ハーフ１２１２等の二つの部
分に分割する。狭い絶縁領域が、第一ハーフ１２０８と
第二ハーフ１２１２を分割する。同様に、直交するセン
サ帯１２１６は、二つの部分１２２０、１２２４に分割
する。光ビーム１２２８が、センサ帯１２０４と直交す
るセンサ帯１２１６の交差部１２３２上に適切に中心を
合わせるとき、光ビームのほぼ半分が、センサ帯１２０
４の第一ハーフ１２０８上に入射し、その光ビームの他
の半分が、センサ帯１２０４の第二ハーフ１２１２上に
入射する。従って、第一ハーフ１２０８内の電流は、第
二ハーフ１２１２内の電流とほぼ一致する。同様に、部
分１２２０内の電流は、部分１２２４内の電流と一致す
る。各ハーフ内の電流が一致することを確認するため
に、電流の差を用いる、つまり「無効化」（ｎｕｌｌｉ
ｎｇ）すると、入射光ビームを各ハーフの中心に合わせ
ることができる。交差部１２３２が、レンズアレイ１５
４内のレンズの中心等の下部の対象と位置合わせされて
いない場合は、校正テーブルを用いて、ビームがレンズ
の中心に位置合わせされているときに、各ハーフ帯内に
生じる所望の電流比を指定することができる。
【００４５】図１３は、光ビームより多くの画素１３０
４、１３０８を有する画素化したセンサ１３００アレイ
を示す。各画素の側面図は図１４に示す。各画素は、セ
ンサ媒体として機能する真性アモルファス層１４０４を
有する。上部１４０８はｐ型にドープし、底部１４１２
はｎ型にドープして、バイアス電圧を印加するための接
合部を設けることができる。上部高透過性導電体１４１
６にはバイアス電圧を印加して、入射光によって生成さ
れたキャリアを、底部高透過性導電体１４２０に移動さ
せる。
４、１３０８を有する画素化したセンサ１３００アレイ
を示す。各画素の側面図は図１４に示す。各画素は、セ
ンサ媒体として機能する真性アモルファス層１４０４を
有する。上部１４０８はｐ型にドープし、底部１４１２
はｎ型にドープして、バイアス電圧を印加するための接
合部を設けることができる。上部高透過性導電体１４１
６にはバイアス電圧を印加して、入射光によって生成さ
れたキャリアを、底部高透過性導電体１４２０に移動さ
せる。
【００４６】図１３に戻ると、ゲート線は、画素１３０
４、１３０８等の各画素上のデータの読み出しを制御す
る。図の実施例では、ゲート線１３１２が、トランジス
タ１３１６、１３２０等のトランジスタのゲートを制御
する。ゲート線１３１２に電圧を印加すると、画素１３
０４、１３０８等の画素の内容が、対応するデータ線１
３２４、１３２８に接続した電子回路によって読み出さ
れる。電子回路は、データ線からのデータを用いてビー
ムの位置を決定し、信号を送ってミラーのチルトを補正
する。
４、１３０８等の各画素上のデータの読み出しを制御す
る。図の実施例では、ゲート線１３１２が、トランジス
タ１３１６、１３２０等のトランジスタのゲートを制御
する。ゲート線１３１２に電圧を印加すると、画素１３
０４、１３０８等の画素の内容が、対応するデータ線１
３２４、１３２８に接続した電子回路によって読み出さ
れる。電子回路は、データ線からのデータを用いてビー
ムの位置を決定し、信号を送ってミラーのチルトを補正
する。
【００４７】画素の大きさは、検出されるビームの大き
さによって決定される。例えば、５０〜７５μｍの画素
サイズで５１２×５１２の画素アレイは、２００〜５０
０μｍの幅の光ビームの位置を決定するための補正寸法
を有する。そのビームは多くの画素を満たし、照射され
た画素全てからの応答を用いて、画素サイズより高い精
度で各ビームの重心を位置決めできる。ビーム間のクロ
ストークを避けるために、それらの画素は一つの画素内
で重なってはいけない。このようなクロストークは、ビ
ームの大きさより画素の大きさをずっと小さく設定する
ことによって避けられる。
さによって決定される。例えば、５０〜７５μｍの画素
サイズで５１２×５１２の画素アレイは、２００〜５０
０μｍの幅の光ビームの位置を決定するための補正寸法
を有する。そのビームは多くの画素を満たし、照射され
た画素全てからの応答を用いて、画素サイズより高い精
度で各ビームの重心を位置決めできる。ビーム間のクロ
ストークを避けるために、それらの画素は一つの画素内
で重なってはいけない。このようなクロストークは、ビ
ームの大きさより画素の大きさをずっと小さく設定する
ことによって避けられる。
【００４８】前述のように、これらのアレイは、上部お
よび底部接点にＩＴＯ、センサとしてアモルファス・シ
リコンを用いることによって、高透過性に構成できる。
センサ内の情報は、前述のようなアクティブ・マトリク
ス・アドレッシングを用いて読み出すことができる。ア
クティブ・マトリクス・アドレッシングを用いると、複
数の画素を同時に読み出すことができ、順次読み出し手
順を用いるパッシブ・マトリクス・アドレッシングに比
べて、応答時間を高速化できる。一般に、図１３に示し
たゲート線とデータ線の両方を含む金属アドレス線は、
十分小さいのでビームを致命的には減衰させない。しか
し、最大の透過性が要求される場合、ゲート線やアドレ
ス線もＩＴＯで構成することができる。
よび底部接点にＩＴＯ、センサとしてアモルファス・シ
リコンを用いることによって、高透過性に構成できる。
センサ内の情報は、前述のようなアクティブ・マトリク
ス・アドレッシングを用いて読み出すことができる。ア
クティブ・マトリクス・アドレッシングを用いると、複
数の画素を同時に読み出すことができ、順次読み出し手
順を用いるパッシブ・マトリクス・アドレッシングに比
べて、応答時間を高速化できる。一般に、図１３に示し
たゲート線とデータ線の両方を含む金属アドレス線は、
十分小さいのでビームを致命的には減衰させない。しか
し、最大の透過性が要求される場合、ゲート線やアドレ
ス線もＩＴＯで構成することができる。
【００４９】図１２の分割センサ等の強度センサからデ
ータを読み出す別の方法は、図１５に示されている。図
１５において、バイアス線１５０２は、センサ媒体１５
０３に隣接する導電層にバイアスを与える。センサ媒体
１５０３内に生成されたキャリアを受け取る一連の電極
帯１５０４、１５０８、１５１２、１５１６は、対応す
る薄膜トランジスタ１５２０、１５２４、１５２８、１
５３２に接続されている。
ータを読み出す別の方法は、図１５に示されている。図
１５において、バイアス線１５０２は、センサ媒体１５
０３に隣接する導電層にバイアスを与える。センサ媒体
１５０３内に生成されたキャリアを受け取る一連の電極
帯１５０４、１５０８、１５１２、１５１６は、対応す
る薄膜トランジスタ１５２０、１５２４、１５２８、１
５３２に接続されている。
【００５０】センサの読み出しが必要なときは、共通ゲ
ート線１５３６に電圧を印加する。共通ゲート線１５３
６の電圧は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１５２０、１
５２４、１５２８、１５３２のゲートで受け取る。アサ
ートされた電圧は、対応するＴＦＴをオンにする。オン
になると、各電極で生成された電圧が、出力読み出し線
１５４０、１５４４、１５４８、１５５２上で検出され
る。その出力読み出し線に接続した処理電子回路は、出
力信号を処理して、センサ上に入射した光ビームの位置
を決定する。
ート線１５３６に電圧を印加する。共通ゲート線１５３
６の電圧は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１５２０、１
５２４、１５２８、１５３２のゲートで受け取る。アサ
ートされた電圧は、対応するＴＦＴをオンにする。オン
になると、各電極で生成された電圧が、出力読み出し線
１５４０、１５４４、１５４８、１５５２上で検出され
る。その出力読み出し線に接続した処理電子回路は、出
力信号を処理して、センサ上に入射した光ビームの位置
を決定する。
【図１】 少なくとも一つの高透過性センサを有するク
ロス接続光スイッチング・システムの一般的な構造図で
ある。
ロス接続光スイッチング・システムの一般的な構造図で
ある。
【図２】 アモルファス・シリコン位置感度検出器（Ｐ
ＳＤ）の横断面の簡略化した概略図である。
ＳＤ）の横断面の簡略化した概略図である。
【図３】 アモルファス・シリコン位置感度検出器（Ｐ
ＳＤ）の平面図である。
ＳＤ）の平面図である。
【図４】 同相分除去を改善するために、センサを帯状
に分割しているＰＳＤの平面図である。
に分割しているＰＳＤの平面図である。
【図５】 ｘ方向とｙ方向を含む二次元での検出を改善
するために、分割したセンサを二つ組み合わせた図であ
る。
するために、分割したセンサを二つ組み合わせた図であ
る。
【図６】 単一の高透過性基板上の多層行列センサの側
面図である。
面図である。
【図７】 単一の高透過性基板上の多層行列センサの平
面図である。
面図である。
【図８】 共通電極として機能する導電層を分割するセ
ンサ構造の平面図である。
ンサ構造の平面図である。
【図９】 分割し直交する向きに配置した導電層を二つ
含むセンサ構造の平面図である。
含むセンサ構造の平面図である。
【図１０】 光ビームを位置合わせするための高透過性
強度センサの側面図である。
強度センサの側面図である。
【図１１】 光ビームを位置合わせするための高透過性
強度センサの平面図である。
強度センサの平面図である。
【図１２】 入射光信号を中心に合わせるために、狭い
間隙を有する平行な帯を用いる高透過性強度センサの平
面図である。
間隙を有する平行な帯を用いる高透過性強度センサの平
面図である。
【図１３】 アクティブ・マトリクス撮像素子の平面図
である。
である。
【図１４】 図１３のアクティブ・マトリクス撮像素子
の一画素の側面図である。
の一画素の側面図である。
【図１５】 分割したセンサをアドレスするマトリクス
の一方法を示す図である。
の一方法を示す図である。
【図１６】 図１のクロススイッチの動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
１０６ クロススイッチング・システム、１０４ 出力
ファイバ、１０８，１５５ レンズアレイ、１１２，１
５４ レンズ、１１６，１５６ ファイバ、１２０ 光
信号、１２８ 第一ミラーアレイ、１２４ 第一ミラ
ー、１３６ 第二ミラーアレイ、１３２ 第二ミラー、
１４０，１４８ ｘ軸の回転、１４４，１５２ ｙ軸の
回転、１６０ ファイバアレイ、１７０，１７２ 高透
過性センサ、１７４ フィードバック電子回路、２０４
上側コレクタ板、２０８ 下側コレクタ板、２１２
センサ層、２１６ 基板、２２０，２２４，３０４，３
０８電極ストリップ、２２８，２３２，３１２，３１６
端子、４０４，４０８，４１２，４１６ 金属電極、
４００ センサ、５０４ 第一センサ、５０６ 第二セ
ンサ、６００ 高透過性基板、６０４，６２４ 金属電
極、６０８ 第一層、６１２ 高透過性導電板、６２０
第二導電板、６１６ 第二層、８０４ 共通電極、８
００ センサ構造、８０８ 金属電極、９０４ 第一
層、９０８ 第二層、９１２ 入射光ビーム、９００
センサ構造、１００８ 第一高透過性導電層、１０１２
第二高透過性導電層、１００４ 高透過性検出層、１
０１６高透過性基板、１１００ 第一層、１１０８，１
１１２ 帯、１２０４，１２１６ センサ帯、１２０
８，１２２０ 第一ハーフ、１２１２，１２２４ 第二
ハーフ、１２２８ 光ビーム、１２３２ 交差部、１３
０４，１３０８ 画素、１３００ センサアレイ、１３
１２ ゲート線、１３１６，１３２０ トランジスタ、
１３２４，１３２８ データ線、１４０４ アモルファ
ス層、１４０８ 上部、１４１２ 底部、１４１６ 上
部高透過性導電体、１４２０ 底部高透過性導電体、１
５０２ バイアス線、１５０３ センサ媒体、１５０
４，１５０８，１５１２，１５１６ 電極帯、１５２
０，１５２４，１５２８，１５３２ 薄膜トランジス
タ、１５３６ ゲート線、１５４０，１５４４，１５４
８，１５５２出力読み出し線。
ファイバ、１０８，１５５ レンズアレイ、１１２，１
５４ レンズ、１１６，１５６ ファイバ、１２０ 光
信号、１２８ 第一ミラーアレイ、１２４ 第一ミラ
ー、１３６ 第二ミラーアレイ、１３２ 第二ミラー、
１４０，１４８ ｘ軸の回転、１４４，１５２ ｙ軸の
回転、１６０ ファイバアレイ、１７０，１７２ 高透
過性センサ、１７４ フィードバック電子回路、２０４
上側コレクタ板、２０８ 下側コレクタ板、２１２
センサ層、２１６ 基板、２２０，２２４，３０４，３
０８電極ストリップ、２２８，２３２，３１２，３１６
端子、４０４，４０８，４１２，４１６ 金属電極、
４００ センサ、５０４ 第一センサ、５０６ 第二セ
ンサ、６００ 高透過性基板、６０４，６２４ 金属電
極、６０８ 第一層、６１２ 高透過性導電板、６２０
第二導電板、６１６ 第二層、８０４ 共通電極、８
００ センサ構造、８０８ 金属電極、９０４ 第一
層、９０８ 第二層、９１２ 入射光ビーム、９００
センサ構造、１００８ 第一高透過性導電層、１０１２
第二高透過性導電層、１００４ 高透過性検出層、１
０１６高透過性基板、１１００ 第一層、１１０８，１
１１２ 帯、１２０４，１２１６ センサ帯、１２０
８，１２２０ 第一ハーフ、１２１２，１２２４ 第二
ハーフ、１２２８ 光ビーム、１２３２ 交差部、１３
０４，１３０８ 画素、１３００ センサアレイ、１３
１２ ゲート線、１３１６，１３２０ トランジスタ、
１３２４，１３２８ データ線、１４０４ アモルファ
ス層、１４０８ 上部、１４１２ 底部、１４１６ 上
部高透過性導電体、１４２０ 底部高透過性導電体、１
５０２ バイアス線、１５０３ センサ媒体、１５０
４，１５０８，１５１２，１５１６ 電極帯、１５２
０，１５２４，１５２８，１５３２ 薄膜トランジス
タ、１５３６ ゲート線、１５４０，１５４４，１５４
８，１５５２出力読み出し線。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１０月２９日（２００１．１０．
２９）
２９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル エイ ローザ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ノゼ エラン ヴィレッジ レーン 350 アパートメント ＃209 (72)発明者 イェン ピン ルー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 マウ ンテン ビュー カルデロン アベニュー 210 アパートメント 22 (72)発明者 クリストファー エル クア アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ノゼ クリー ドライブ 636 Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB14 AC06 AZ02 AZ03 AZ06
Claims (3)
- 【請求項１】 光信号を制御する光学システムであっ
て、 ビーム偏向デバイスのアレイと、 前記ビーム偏向デバイスのアレイ内のビーム偏向デバイ
スからの光信号を受け取る受信デバイスのアレイと、 前記光信号が通過する高透過性センサを有し、前記セン
サが光信号の位置を検出して決定し、決定した位置を用
いて、前記ビーム偏向デバイスのアレイ内のビーム偏向
デバイスを調整し、前記光信号が受信デバイスのアレイ
内の受信デバイスに到達できるようにする光学システ
ム。 - 【請求項２】 光信号を導く光学スイッチング・システ
ムであって、 第一可動ミラーを有する可動ミラーの第一アレイと、 前記第一可動ミラーからの光信号を受け取り、前記光信
号を所定の光ファイバに導く第二可動ミラーと、 前記光信号の位置を検出し、前記光信号が所定の光ファ
イバに導かれていないとき、及び、前記光信号が所定の
光ファイバに導かれているときに信号を出力する第一高
透過性センサを有し、前記光信号が、第一高透過性セン
サを介して、所定の光ファイバに到達する光学システ
ム。 - 【請求項３】 光信号を制御する光学システムであっ
て、 ビーム案内デバイスと、 前記ビーム案内デバイスからの光信号を受け取る受信デ
バイスと、 前記光信号が通過する高透過性センサを有し、前記セン
サが光信号の位置を検出して決定し、決定した位置を用
いて、前記ビーム案内デバイスを調整し、前記光信号が
受信デバイスのアレイ内の受信デバイスに到達できるよ
うにする光学システム。
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