JP2002511947A - 波長制御可能な電圧位相フォトダイオード光電子工学的スイッチ（「オプジスタ」） - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 モノリシック集積回路として製造された迅速なスイッチング頻度の能力をもつ波長部分制御可能な光電スイッチ（「オプジスタ」）が開示されている。オプジスタは、１つのフォトダイオードの陽極が第２のフォトダイオードの陰極に対して第１の導体を介して電気的に接続され、第１のフォトダイオードの陰極が第２の導体を介して第２のフォトダイオードの陽極に電気的に接続さるような形で、好ましくはモノリシックシリコン基板上の近接した２つの逆並列フォトダイオードで構成されている。オプジスタの電圧位相は、オプジスタの２つのフォトダイオードに対する相対的照度によって決定される。データ信号の受信装置として、オプジスタは送信機光源からプログラミング信号を受信する。２つのオプジスタフォトダイオードの各々の上で異なる波長部分帯域幅通過フィルタを使用することにより、ＯＰＳ−Ｆデバイスが作り上げられ、ＴＭ２として呼称される２波長送信機光源を用いことによって、高いデータ伝送速度及び信号雑音に対する耐性といった能力をもつＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆシステムが作り出される。オプジスタ及びＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆシステムのための適切な応用は、高速の光学的結合装置、線形光位置センサー、エッジ及び標的検出センサー、画像認識センサー、光にもとづく状態コンピュータの基本的サブユニット及び高分解能の光学的符号化装置を包含する。

Description

【発明の詳細な説明】 波長制御可能な電圧位相フォトダイオード光電子工学的スイッチ（「オプジスタ 」） 発明の背景 本発明は、一般に電圧位相光電子工学的スイッチ（「オプジスタ」と呼ぶ）、 特に極めて迅速なスイッチング頻度、外部雑音及び干渉に対する高い抵抗、精確 な光位置検知及び長距離信号検知のような能力をもつモノリシック集積回路とし て製造された波長制御可能なオプジスタ（「ＯＰＳ−Ｆ」）に関する。本発明は 同様に、長距離屋外データ伝送装置；高速光ファイバデータ伝送装置；ハイブリ ッド光電ベースの状態機械の基本論理及び／又はメモリユニット；高分解能光符 号器；及び画像及びパターン認識利用分野のために有用な感応性縁部及び標的セ ンサー；移動中の装置へ及びそのような装置からのような物理的電気相互接続が 実施できない場合の情報転送装置を含む、本発明のオプジスタ及びＯＰＳ−Ｆの いくつかの利用分野にも関する。その他の数多くの光学的スイッチの利用分野が このオプジスタから恩恵を受けうる。 以前には、光学的スイッチは、代表的には、「オン」及び「オフ」電流状態を もつ２状態電流駆動式装置である単一のフォトダイオード、フォトトランジスタ 、フォトダーリントン回路等である光センサーに基づいていた。光学的結合装置 及び光学的隔離装置のような利用分野のためには、これらの装置は、対応する「 オン」又は「オフ」後結合電流信号を用い、「オン」又は「オフ」前結合信号に 応答していた。このような装置の固有の速度は、それらがその電流を「オン」及 び「オフ」に切換えできる速度により制限されるが、 制限の要因はしばしば受動的な接地復帰の期間であった。また、認識されるべき 「オン」の電流状態については、電流は背景雑音に比べ相当に大なる振幅のもの でなければならなかった。しかし、この認識を生じさせるに必要な信号電流が大 であるほど、スイッチ装置がその電流レベルを発生させるに必要な時間は長くな り、スイッチ装置が接地レベルに復帰するに要する期間は長くなる。以前の光電 子工学的スイッチがもつこれらの特性は、標準のダイオードについて通常１ＭＨ ｚ未満という比較的緩慢なスイッチング速度を、又フォトトランジスタのような より複雑な装置についてはさらに一層低い速度を結果としてもたらした。 光電子工学的スイッチは、特殊な回路を用いることによりさらに迅速なスイッ チング頻度で応答するように設計されることができるが、そのような回路の付加 的な要素は、そのような装置の複雑性及びコストを増大させる。さらに、高速の 光電子工学的スイッチの送信機及び受信素子は、効率的な機能のため及び外部光 の干渉を最小にするため、通常は単一パッケージ内である、極めて近接する位置 にあらねばならぬ。 発明のサマリー 従来の光学的スイッチの限界に対処する本発明（「オプジスタ」）の１つの観 点は、信号スイッチの事象に対する能動的な電圧位相の偏位を使用することであ る。本発明の他の１つの観点は、オプジスタの電圧位相スイッチの事象が光によ り制御されることを可能にする新しい波長制御可能なオプジスタである。その最 も基礎的な形式において、オプジスタは、１つのフォトダイオードの陽極が第２ のフォトダイオードの陰極に対して第１の導体を介して電気的に接続され、第１ のフォトダイオードの陰極が第２の導体を介して第２ のフォトダイオードの陽極に電気的に接続されるような形で、近接した場所にあ る（好ましくはモノリシック基板上に互いに近接して配置されている）２つの逆 並列フォトダイオードを具備する。オプジスタの電圧−位相（正または負）は、 ２つのフォトダイオードに対する相対的照度変化により信号で制御され、高速で 切換え可能である。さらに、２つのオプジスタフォトダイオードの各々について 異なる光帯域幅通過フィルタを用いることにより（各々の通過フィルタは、その 他の通過フィルタからの光の異なる帯域幅を通す）、オプジスタの電圧−位相は 、２つのオプジスタフォトダイオードの各々の帯域幅応答に整合させられた２つ の異なる帯域幅の信号送り用光の照度の小さな変化を利用して、迅速に切換え可 能である。 異なる帯域幅に応答するフォトダイオードを伴うオプジスタのこの特徴は、標 準的な光学的結合装置で可能であるよりもはるかに大きな送信機−受信機距離で ２つの特定された波長の光信号を生成する信号制御された送信機（「ＴＭ２」） を用いた波長制御式の切換えを可能にする。オプジスタの利用分野としては、背 景雑音に対する高い耐性をもち高いデータ伝送速度能力をもつ長距離屋外データ 伝送（「ＬＤＯＡＤＴ」）；背景雑音に対する高い耐性をもち非プレミアム光フ ァイバを通しての長距離で高いデータ伝送速度という能力をもつ高速光ファイバ データ伝送（「ＨＳＦＯＤＴ」）；光/電子ベースのコンピュータの基本論理及 び／又はメモリーユニット；高分解能の光符号器；画像及びパターン認識の利用 分野にとって有用な感応性エッジ及び標的センサー；前後に移動するデバイスや 或るタイプの盲人の眼に移植される人工視覚網膜刺激装置といったような物理的 な電気相互接続が実施不能な場合の情報転送；及びオプジスタの高速、高感度、 高雑音耐性、高線形弁別及び長い送受信機距離といった特徴のいずれか及び／又 は全てから恩恵を受けるこ とのできる事実上全ての利用分野がある。 オプジスタは、その最も基本的な形では、近接した状態で、好ましくはモノリ シック基板上の集積回路として、２つの逆並行フォトダイオード（「第１」及び 「第２」のフォトダイオード）を含んで成る。第１のフォトダイオードの陽極は 、共通の導体を介して第２のフォトダイオードの陰極に電気的に接続され、第１ のフォトダイオードの陰極は、第２の共通の導体を介して第２のフォトダイオー ドの陽極に電気的に接続されている。両方のフォトダイオードの光刺激時点で、 オプジスタの２つの共通の導体から測定したとき、正又は負のいずれかの電圧位 相が得られる。光源が、他方のフォトダイオードに比べ一方のフォトダイオード の照度をより大きく生成する場合、電圧位相は一方向のものとなり、かかる照度 が第２のフォトダイオードについてより大きいものである場合には、電圧位相は 反対方向のものとなる。標準的光電スイッチの交番する能動及び受動電流状態に 比べて、オプジスタの電圧位相は、その２つのオプジスタフォトダイオードによ って能動的に駆動され、寄生キャパシタンスのみにより制限されて非常に急速に 発生し得る。光の無い状態では「不活性中立平衡状態」が発生し、照明光源（単 複）が等しく両方のフォトダイオードを刺激しているときには「活性中立平衡状 態」が発生する。この平衡状態の２つの形態は、正の電圧位相状態及び負の電圧 位相状態に加えて、オプジスタの利用分野において利用される。 本発明の他の１つの実施形態（いわゆる「ＯＰＳ−Ｆ」）においては、オプジ スタのフォトダイオードサブユニットは、異なる帯域幅通過フィルタすなわち「 第１」及び「第２」の光フィルタを用いてろ過される。ＯＰＳ−Ｆの電圧位相は 、ＯＰＳ−Ｆフォトダイオードサブユニットの各々に整合させられた刺激用光の 第１及び第２ の異なる帯域幅の照度平衡を変動させることによって制御可能である。第１及び 第２の帯域幅光源（以下「ＴＭ２」と呼ぶ）には、いずれもが信号符号化回路に よって変調される発光ダイオード（「ＬＥＤ」）及び／又はレーザーが含まれて いてよい。ＯＰＳ−Ｆ受信機を切換えるために光の異なる帯域幅を使用すること によって長い送信機−受信機距離でかつ寸法的に非常に小さなＯＰＳ−Ｆデバイ スに信号送りすることが可能となる。 本発明のオプジスタ及びＯＰＳ−Ｆデバイスの利用分野は多数あり、これには 、ＬＤＯＡＤＴ及びＨＳＦＯＤＴのために使用される高速オプトカプラー及びオ プトアイソレータ；光電ベースの状態機械の基本論理及びメモリサブユニット； 高速で移動する装置へ及びそこからの情報転送のためのオプトカプラー；非常に 感応性の高い光エッジ及び標的検出器；高分解能の光符号器；マイクロマシン用 の埋込み式制御装置；及び出願人の先行米国特許出願の１つ（すなわち本書に参 考として内含される１９９６年６月３日提出の米国特許出願第０８/６４２，７ ０２号）において開示されている人工網膜が含まれる。 高速の光学的結合装置の受信ユニットとしてのその使用において、オプジスタ は、２つのオプジスタフォトダイオードに信号を提供する２つの送信機光源の強 度を変動させることによって駆動される。これは、各々１つの信号源によって駆 動されている２つのフォトダイオードサブユニットのうちの１方の上に位置づけ された２つのＬＥＤ又はレーザーを使用することによって達成される。各送信機 は、一方のオプジスタフォトダイオードの方に近いことから、各送信機は好まし くは、それに最も近いフォトダイオードを刺激することになる。この要領で、そ の信号源により制御される２つの送信機光源の刺激強度のわずかな変動は、オプ ジスタ内での電圧−位相の シフトをひきおこし、このときこれは、伝送された信号として識別される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の第１の好ましい実施例による基本オプジスタの概略図である 。 図２は、本発明の第２の好ましい実施例によるＯＰＳ−Ｆの概略図である。 図３は、本発明の第２の好まし実施例によるモノリシック集積回路として構成 されたＯＰＳ−Ｆの平面図である。 図４は、図３の線IV−IVの平面による本発明の第２の好ましい実施例によるモ ノリシック集積回路として構成されたＯＰＳ−Ｆの３次元断面図である。 図５は、長距離屋外データ伝送（「ＬＤＯＡＤＴ」）のために使用されるＴＭ ２/ＯＰＳ−Ｆを例示する図である。 図６は、高速光ファイバデータ伝送（「ＨＳＦＯＤＴ」）のための光ファイバ と合わせて使用されたＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆ組合せを例示する図である。 図７ａは、光電ベースの状態機械において使用されるＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆモノ リシック光ファイバリンクの横断面図である。 図７ｂは、光電子工学にもとづく状態機械の基本的スイッチ要素として使用さ れるモノリシックシリコン基板上の複数のサブユニットの１つとして配置された ＯＰＳ−Ｆのレーザー書込みを例示する図であって、レーザ書込みは、３状態Ｏ ＰＳ−Ｆの３つの状態のうちの１つへＯＰＳ−Ｆの電圧位相状態を変更するもの である。 図８は、高分解能光符号化装置で光電子工学的検出器として使用される２つの オプジスタを例示する図である。 図９Ａ〜図９Ｃは、モノリシック基板上に配置され線形光位置センサー（「Ｌ ＯＰＳ」）として用いられるオプジスタを図解する線図であって、照明用光点が オプジスタの両方のフォトダイオードを均等に照明しているときに、電圧ゼロが 発生し、オプジスタの１方又は他方のフォトダイオードユニットに有利に作用す る光点のわずかな不整合が発生するとすぐに１つの方向又はその反対の方向にお ける電圧位相が発生するものである。 図１０は、２次元標的センサーを生成するよう第１のＬＯＰＳに対し９０度回 転させられる第２のオプジスタにもとづくＬＯＰＳ上に設置された、検知されつ つある光源に対し透明な最初の薄い基板のオプジスタにもとづくＬＯＰＳを図解 する図である。 好適な実施例の詳細な説明 オプジスタ（１０）（図１）は、第１のフォトダイオード（１２）の陽極が第 １の共通の導体（１６）を介して第２のフォトダイオード（１４）の陰極に電気 的に接続され、第１のフォトダイオード（１２）の陰極が第２の共通の導体（１ ８）を介して第２のフォトダイオード（１４）の陽極に接続されるような形で、 逆並列方法で電気的に接続されている２つのＰＩＮフォトダイオードつまり第１ のフォトダイオード（１２）と第２のフォトダイオード（１４）を含んで成る。 オプジスタ（１０）が発生させた電圧位相は、第１の出力端子（２０）及び第２ の出力端子（２２）から測定される。第１のフォトダイオード（１２）への第１ の送信機信号光源（２４）が矢印（２４）によって表わされている。第２のフォ トダイオード（１４）に対する送信機信号光源（２６）が矢印（２６）により表 わされている。出力端子（２０，２２）で発生した電圧位相は、２つのフォトダ イオード（１２，１４）のうち、それらが送信機信号 光源（２４，２６）から受ける相対的照明強度に応じて異なる高い方の電圧を生 成するフォトダイオードによって決定される。例えば、第１のフォトダイオード （１２）が第２のフォトダイオード（１４）よりも高い電圧を生成する場合、第 １の出力端子（２０）から測定された電圧位相は負となり、第２の出力端子（２ ２）からの電圧位相は正となる。一方、第２のフォトダイオード（１４）からの 電圧が第１のフォトダイオード（１２）からの電圧より高い場合には、第１の出 力端子（２０）から測定された電圧位相は正となり、第２の出力端子（２２）か ら測定された電圧位相は負となる。かくして、２つのフォトダイオード（１２， １４）が可能なかぎり類似しているか又は同一である場合、出力端子（２０，２ ２）からの電圧位相は、２つのフォトダイオードの照明の相対的な強度、すなわ ち送信機信号光源（２４，２６）から、２つのフォトダイオード（１２，１４） への相対的照度の変化によって制御される。 好ましい実施例（図２）は、帯域幅ろ過されたオプジスタ（「ＯＰＳ−Ｆ」） （３０）である。ＯＰＳ−Ｆ（３０）は、第１のフォトダイオード（３２）の陽 極が第１の共通の導体（３６）を介して第２のフォトダイオード（３４）の陰極 に電気的に接続され、第１のフォトダイオード（３２）の陰極が第２の共通の導 体（３８）を介して第２のフォトダイオード（３４）の陽極に接続されるような 形で、逆並列方法で電気接続されている、２つのＰＩＮフォトダイオード（３２ ，３４）すなわち、第１の帯域幅部分フィルタ（３３）で濾波される第１のフォ トダイオード（３２）及び第２の帯域幅部分フィルタ（３５）で濾波される第２ のフォトダイオード（３４）を具備する。第１の帯域幅部分フィルタ（３３）は 、第２の波長部分のフィルタ（３５）とは異なる送信機信号帯域幅を通す。ＯＰ Ｓ−Ｆ（３０）が発生させた電圧位相は、第１の出力端子（４０） 及び第２の出力端子（４２）から測定される。第１のフォトダイオード（３２） に対する第１の帯域幅部分信号光源（「ＷＰＳＬＳ−１」）（４４）は矢印（４ ４）により表わされている。第２のフォトダイオード（３４）に対する第２の波 長部分の信号光源（「ＷＰＳＬＳ−２」）（４６）は、矢印（４６）により表わ される。波長部分のフィルタで濾波されるフォトダイオード（３２，３４）は各 々、その独自の特定的光帯域幅に対してのみ応答するから、フォトダイオード（ ３２）のためのＷＰＳＬＳ−１（４４）及びフォトダイオード（３４）のための ＷＰＳＬＳ−２（４６）を、漏話妨害無く遠隔の場所から提供することができる 。ここで「光」という語は、可視光に制限されるものではなく、遠紫外から遠赤 外までの波長をも包含する。 出力端子（４０，４２）で発生した電圧位相は、２つのフォトダイオード（３ ２，３４）のうち、それ自体それらが送信機信号光源ＷＰＳＬＳ−１（４４）及 びＷＰＳＬＳ−２（４６）から受けとる相対的照度に応じて異なるより高い電圧 を生成するフォトダイオードによって決定される。例えば、図２で、第１のフォ トダイオード（３２）がＷＰＳＬＳ−１（４４）からより大きい照明を受け、か くしてＷＰＳＬＳ−２（４６）により照明されている第２のフォトダイオード（ ３４）よりも高い電圧を生成する場合、第１の出力端末（４０）から測定された 電圧位相は負となり、第２の出力端末（４２）からの電圧位相は正となる。一方 、第２のフォトダイオード（３４）がＷＰＳＬＳ−２（４６）からより大きな照 明を受け、かくしてＷＰＳＬＳ−１（４４）からの照明を受ける第１のフォトダ イーオード（３２）よりも高い電圧を生成する場合には、第１の出力端末（４０ ）から測定される電圧位相は正となり、第２の出力端子（４２）から測定された 電圧位相は負となる。したがって、２つ のフォトダイーオード（３２，３４）が類似か又は同一である場合、出力端子（ ４０，４２）からの電圧位相は、２つのダイオード（３２，３４）に対するＷＰ ＳＬＳ−１（４４）及びＷＰＳＩＳ−２（４６）の相対的照度及びその変化によ り制御される。 好ましくは、図３−４に示されているように、ＯＰＳ−Ｆ装置（３０）は、モ ノリシック集積回路として構築される。ＯＰＳ−Ｆ（３０）は、第１のフォトダ イオード（３２）の陰極（３２ｃ）が第１の共通の導体（３６）を介して第２の フォトダイオード（３４）の陽極（３４ａ）に電気的に接続され、第１のフォト ダイオード（３２）の陽極（３２ａ）が第２の共通の導体（３８）を介して第２ のフォトダイオード（３４）の陰極（３４ｃ）に接続されるような形で、逆並列 方法で電気的に接続されている、２つのＰＩＮフォトダイオード（３２，３４） つまり、第１の帯域幅部分フィルタ（３３）でろ過される第１のフォトダイオー ド（３２）及び第２の帯域幅部分フィルタ（３５）でろ過される第２のフォトダ イオード（３４）で構成される。第１の帯域幅部分フィルタ（３３）は、第２の 帯域幅部分フィルタ（３５）とは異なる刺激光帯域幅を通す。ＯＰＳ−Ｆ（３０ ）により発生させられた電圧位相は、出力端子でもある第１の共通の導体（３６ ）及び第２の共通の導体（３８）から測定される。共通導体（３６，３８）で発 生した電圧位相は、２つのフォトダイオード（３２，３４）のうち、それらがそ のそれぞれの信号光源から受信する相対的照度に応じて異なる高い方の電圧を生 成するフォトダイオードによって決定される。 例えば、ＯＰＳ−Ｆ（３０）全体の照度が、第２のフォトダイオード（３４） を刺激できる帯域幅よりも第１のフォトダイオード（３２）を刺激できる帯域幅 より大きな割合の帯域幅を包含する場合は、第２のフォトダイオード（３４）に 比べて高い電圧を第１のフ ォトダイオード（３２）が発生させ、第１の共通導体（３６）から測定された電 圧位相は負となり、第２の共通導体（３８）から測定された電圧位相は正となる 。一方、ＯＰＳ−Ｆ（３０）全体に対する照明が、第１のフォトダイオード（３ ２）を刺激できる帯域幅よりも第２のフォトダイオード（３４）を刺激できる帯 域幅をより大きな割合の帯域幅を包含する場合は、第１のフォトダイオード（３ ２）に比べて高い電圧を第２のフォトダイオード（３４）が発生させ、第１の共 通導体（３６）から測定された電圧位相は正になり、第２の共通導体（３８）か ら測定された電圧位相は負になる。 図３−４に示されているＯＰＳ−Ｆ（３０）の例においては、第１のフォトダ イオード（３２）のＰ＋表面は、Ｐ＋領域（４０）の全エッジのまわりに被着さ れたその陽極（３２ａ）を有し、第１のフォトダイオード（３２）の陰極（３２ ｃ）は陰極（３２ｃ）の下のＮ＋領域（５２）の広い部域全体にわたり完全に被 着させられる。同様にして、図３に示されているＯＰＳ−Ｆ（３０）の好ましい 実施形態においては、第２のフォトダイオード（３４）のＰ＋表面（４２）は、 そのＰ＋領域（４２）の全エッジのまわりに被着されたその陽極（３４ａ）を有 し、第２のフォトダイオード（３４）の陰極（３４ｃ）は、陰極（３４ｃ）の下 のＮ＋領域（６２）の広い部域全体にわたり完全に被着させられる。出発Ｐ型シ リコン基板（４４）は、２つフォトダイオード（３２，３４）をとり囲んでいる 状態で示されている。本発明のＯＰＳ−Ｆデバイス（３０）について例示されて いる好ましい実施形態のための出発モノリシックシリコン基板（４４）は、ドー ピングを受けていないシリコン（４４）であるが、当業者は、ＯＰＳ−Ｆのフォ トダイオードの製造を変更することにより、出発モノリシックシリコン基板とし てＰ型又はＮ型シリコンを使用することもできるということを認識することがで きるであろう。 図４に例示されている通り、ＯＰＳ−Ｆ（３０）の構築では、標準的な半導体 製造プロセスに従う。この実施形態では、スイッチング速度がさらに高いことか ら、各々全く異なる真性層（５０，５８）を伴うＰＩＮフォトダイオード（３２ ，３４）が使用される。ドーピングを受けていない出発基板（４４）の中に互い に密に近接して第１のドーピング度の高いＮ領域（５４）と第２のドーピング度 の高いＮ領域（６０）が製造される。その後第１のＮ＋領域（５２）及び第２の Ｎ＋領域（６２）が、それぞれ第１のＮ領域（５４）及び第２のＮ領域（６０） の中で製造される。その後、第１のドーピング度の高いＰ領域（４８）と第２の ドーピング度の高いＰ領域（５６）が、第１のＮ領域（５４）と第２のＮ領域（ ６０）の中でそれぞれ製造される。その後、第１の真性層（５０）がＰ領域（４ ８）とＮ領域（５４）の接合部に形成される。次に、Ｐ領域（５６）とＮ領域（ ６０）の接合部に第２の真性層（５８）が形成される。その後、第１のＰ領域（ ４８）内に第１のＰ＋領域（４０）が製造され、次に第２のＰ領域（５６）内に 第２のＰ＋領域（４２）が製造される。広い電気接触部域を可能にするため、第 １のＰ＋領域（４０）の周囲上に第１の金属陽極（３２ａ）を被着させ、広い電 気接触部域を可能にするべく第２のＰ＋領域（４２）の周囲上に第２の金属陽極 （３４ａ）を被着させる。又広い電気接触部域を可能にするため、第１のＮ＋領 域（５２）の全体にわたり第１の金属陰極（３２ｃ）を被着させる。広い電気接 触領域を可能にするため、第２のＮ＋領域（６２）の全体にわたり、第２の金属 陰極（３４ｃ）被着させる。好ましい実施形態においては多層誘電層である第１ の波長＜帯域幅？＞部分フィルタ（３３）を、第１のフォトダイオード（３２） の上に被着させる。好ましい実施形態においては多層 誘電層である第２の波長＜帯域幅？＞部分フィルタ（３５）を、第２のフォトダ イオード（３４）の上に被着させる。 フィルタ層（３３，３５）は各々、シリコンフォトダイオードのスペクトル応 答である４５０ｎｍ〜１１５０ｎｍのスペクトル内で異なる光帯域幅を通す。例 えば、好ましい実施形態においては、第１のフィルタ層（３３）は６００ｎｍ〜 ８５０ｎｍの帯域通過幅を有し、第２のフィルタ層（３５）は８５０ｎｍ〜１１ ００ｎｍの帯域通過幅を有する。しかしながら、当業者であれば、これより高い ものであれ低いものであれ、これ以外の帯域幅も同様に有用であることが認識で きるだろう。 二酸化ケイ素絶縁層（７０）が、フィルタ層（３３，３５）によって覆われて いないＯＰＳ−Ｆ（３０）の部域上で製造される。陽極（３２ａ，３４ａ）及び 陰極（３２ｃ，３４ｃ）を露呈させるべくフィルタ層（３３，３５）の中に開口 部をエッチングすることができる。その後、第１の陰極（３２ｃ）を第２の陽極 （３４ａ）に接続するべく第１の共通の導体（３６）が被着させられ、第１の陽 極（３２ａ）を第２の陰極（３４ｃ）に接続するため第２の共通の導体（３８） が被着させられる。共通の導体（３６，３８）は、図２に例示されている出力端 末（４２，４０）としても役立つ。 図５は、背景雑音に対する特徴的な高い耐性及び高いデータ伝送速度をもつ長 距離屋外データ伝送（「ＬＤＯＡＤＴ」）のために用いられるＴＭ２/ＯＰＳ− Ｆ組合せを例示する。ＴＭ２（７０）は、信号符号を備え、送信機（７２）によ り電力供給される。ＴＭ２（７０）ＷＰＳＬＳ−１（４４）及びＷＰＳＬＳ−２ （４６）は、ＬＥＤ，レーザー又はその他の、高速パルス送りされた要領で光の 特定的帯域幅を生成する能力をもつあらゆる光源を内含する。第１の帯域幅信号 光（「ＷＰＳＬ−１」）（７４）及び第２の帯域幅信 号光（「ＷＰＳＬ−２」）（７６）で構成されたＴＭ２デジタル信号（７８）は 、周囲光（８０），６０Ｈｚの干渉（８２）及び大気減衰（８４）といったコモ ンモードの雑音に対しきわめて耐性が高い。ＴＭ２信号（７８）はＯＰＳ−Ｆ（ ３０）により検知され、ＯＰＳ−Ｆ（３０）の第１のフォトダイオード（３２） 及び第２のフォトダイオード（３４）により正又は負の電圧位相信号へと差動的 に変換される。ＯＰＳ−Ｆ（３０）が発生させた電圧位相は、復号され、業界に おいて標準的な要領で受信機（８６）により再構成される。 オプジスタのＯＰＳ−Ｆ実施形態を利用するＬＤＯＡＤＴ利用分野のためには 、各々のＯＰＳ−Ｆ受信機オプジスタフォトダイオード上で異なる光帯域幅のフ ィルタを利用することにより、ＴＭ２の２つの送信機光源（各々特定の異なる光 帯域幅を生成する）をＯＰＳ−Ｆ受信機から離れた距離のところに位置づけする ことができる。さらに、ＯＰＳ−Ｆ受信機は、ＯＰＳ−Ｆ装置が移動状態にある 場合つまり高速移動中の機器上に設置されている場合でさえ、又は生物学的組織 といった光拡散体により遮断させていたとしても、シリアル通信を受信すること ができる。例えば、後者の場合、皮ふの中の皮下組織まで進入する２つのＴＭ２ 波長として赤色及び赤外光を利用することにより、皮下移植されたＯＰＳ−Ｆセ ンサーは、外部のＴＭ２送信装置により直列的な伝送を受理し、移植された薬物 送達ポンプ電力及びプログラミングを供給することができる。 ＬＤＯＡＤＴのための本発明のＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆ組合せ装置がもつ利点は、 ＬＤＯＡＤＴについての現行の技術に比べた場合に評価される。標準的には、現 行の技術においては、伝送用ＬＥＤは、標的データ速度又はボーレートよりも約 １５倍高い搬送周波数で変調される。例えば、遠隔制御及び低速シリアルＰＣ− ＩＲリンクで は、約３８ＫＨｚの搬送周波数が、受信機への信号バーストの伝送のために用い られる。バーストの存在は、１つの論理状態として解釈され、それが不在である 場合はその補数として解釈される。実時間で信号バーストを適切にタイミングす ることにより、３００〜２４００ボーに相当するデータ速度を高い信頼性で達成 することができる。ＰＣについての今日のさらに新しい規格は、このデータ速度 を１秒あたり１００キロビット以上まで改善したが、作用距離は数フィートにす ぎない。 送信機と受信機の間の信号の無欠性が周辺光レベル及び変化する減衰を、うま く処理するはずである。帯域通過フィルター及び信号処理の場合でさえ、背景に 対する所要信号−雑音余裕を得るためには、伝送速度について妥協しなければな らない。周辺からの信号の変動は、ＩＲ搬送信号に対する動的電圧オフセットと 類似の形で挙動し、「雑音」として分類できる。受信装置回路に応じて、高い信 頼性で受信される最大データ速度は、可能な信号雑音比により制限され、入信号 の質が良くなればなるほど、可能なデータ速度は速くなる。屋外利用分野の場合 、周辺雑音は、きわめて動的であり、あらゆる条件下で信頼性の高いデータ伝送 速度を保証するため充分な保護帯域が留保される。 例えば、強度振幅変調送信装置ＬＥＤ及び単一フォトダイオード受信機などの 代りにＬＤＯＡＤＴの利用分野のためにＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆ送受信機組合せを使 用すると、このＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆ組合せは、電圧位相変調を生成するべく論理 １及びゼロを伝送するのに２つの別々のカラーＬＥＤを利用する能動的波長変更 方法を用いる。このＴＭ２二相駆動システムは、ＯＰＳ−Ｆ受信装置で搬送波信 号の効果を生成するべく２つの波長を交互に伝送する。例えば、「緑」と「赤」 が２つの二相波長であるならば、搬送波の正のエクス カーション中は「緑」が「オン」であり、搬送波の負のエクスカーション中は「 赤」が「オン」である。これらのプッシュ−プルエクスカーションは、ＯＰＳ− Ｆにおける正又は負の電圧位相として認められている。この二相アプローチは、 全ての周辺要素を強制的にコモンモードになるよう、ひいてはＯＰＳ−Ｆ入力端 にて自動的に取消された状態になるようにする。こうして正規の信号処理が搬送 波をデジタルデータストリームに変換する。Ｓ/Ｎで２０ｄＢより高い利得が、 ＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆ組合せで得られる。データ伝送がより速いほど、より長い送 信装置−受信装置の距離を得ることが実現可能になる。 図６は、特徴的な高いデータ伝送速度及び高いファイバ減衰耐性を伴う高速光 ファイバーデータ伝送（「ＨＳＦＯＤＴ」）のために用いられるＴＭ２/ＯＰＳ −Ｆ組合せを例示している。ＴＭ２（７０）は、信号符号化を備え、送信機（７ ２）により電力供給されている。ＴＭ２（７０）のＷＰＳＬＳ−１（４４）及び ＷＰＳＬＳ−２（４６）には、ＬＥＤ，レーザー、又はその他の、高速パルス送 りされた形で特定の光帯域幅を生成することのできるあらゆる光源を内含する。 第１の帯域幅信号光（「ＷＰＳＬ−１」）（７４）及び第２の帯域幅信号光（「 ＷＰＳＬ−２」）（７６）で構成されたＴＭ２デジタル信号（７８）は、ダクト 光ファイバ（８８）の中を通過している間、温度効果、機械的応力、不純物／欠 陥の効果及び水の吸収などによるファイバの減衰に対し高度に抵抗性のあるもの である。ＴＭ２信号（７８）は、ＯＰＳ−Ｆ（３０）により検知され、ＯＰＳ− Ｆ（３０）の第１のフォトダイオード（３２）及び第２のフォトダイオード（３ ４）により正又は負の電圧位相信号へと差動的に変換される。ＯＰＳ−Ｆ（３０ ）が発生させた電圧位相は、業界で標準的な要領で、受信機（８６）により復号 され再構成さ れる。 本発明のＨＳＦＯＤＴ使用の利点は、それを技術的現状の技術と比較すること によって明らかになる。現行の技術では、レーザー源は、光ファイバを通して単 色光信号をＰｉＮ又はなだれ形のフォトダイオード検出器まで直列伝送するため に使用される。２０Ｍビット/秒からギガビット/秒のデータ速度が、光学部品と 電子部品の適切な組合せで可能となる。電気通信といった高級な技術的利用分野 の場合、考えられる最良の性能を達成するため、波長選択、多重モードファイバ 、低損失コネクタ、リピータ及び低雑音検出器といった要素が最適化される。し かしながら、この性能は、温度応力、機械的応力及びファイバ欠陥といったよう な要素をコモンモードパラメータに変換できる場合、さらに改善できる。 二相ＴＭ２駆動機構及びＯＰＳ−Ｆ二相オプジスタ検出を利用することにより 、現行の技術に比べてファイバリンクのＳ/Ｎ比を改善することができる。この 増加によって、リピータ間のより長いスパン距離及び／又は増大したデータ伝送 速度の使用が可能となる。ファイバ内の大部分の雑音変数は、大部分が片端設置 型か又は大地基準型である。一例としては、温度の変動又は振動を受けるファイ バに沿った微小機械的応力からの減衰変動が挙げられる。ＨＳＦＯＤＴのために 使用されるＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆ組合せは、ゼロボルト前後の平衡化された信号の 検出を可能にする。このアプローチでは、正の電圧ベクトルは「論理１」であり 一方、負の電圧レベルが「論理ゼロ」である。超高速信号を処理するため多くの キャパシタに関連する問題（例えば位相及び時間の遅れ）を無くするような直流 結合された増幅器を使用することができる。平衡化された検出は同様に、論理１ 又は論理０についてテストするため入力信号を比較するのに必要とされる基準電 圧を（通常はキャパシタにより）記憶す る必要性をも無くする。ファイバの情報帯域幅を増大するようなより高いデータ 伝送速度を達成することが可能である。 より低い技術応用例えばコンピュータネットワークファイバリンクについて、 信号−雑音比を改善することにより、ファイバの欠陥に対するより大きな許容度 が可能になる。このことは、消費者用の用途について、ファイバコストを低減さ せることができる。そのような利用分野の１つは、必要とされるデータ帯域幅を 満たすもののより高い費用効果性をもつ単一家族の世帯への接続のための比較的 低い等級のファイバの使用であることが可能である。 図７ａは、光電子工学にもとづく状態機械の中で使用されるＴＭ２/ＯＰＳ− Ｆモノリシック光ファイバリンクの横断面図である。好ましくは無定形シリコン ＬＥＤで構成されているＴＭ２（７０）は、モノリシックシリコン基板（９２） の中で製造されている。同様に、ＯＰＳ−Ｆ（３０）も、業界にとって標準の技 術を用いてモノリシックシリコン基板（９２）の中で製造される。デジタル情報 データは、ＴＭ２（７０）から標的ＯＰＳ−Ｆ（３０）まで、標準の業界技術を 用いてシリコン基板（９２）上に加工されたマイクロ光ファイバの光導路（９０ ）を通して、光学的に伝送される。 図７ｂは、モノリシックシリコン基板（９２）上の複数のＯＰＳ−Ｆサブユニ ット（３０）の１つとして配置されたＯＰＳ−Ｆサブユニット（３０ａ）のレー ザー書込みを例示する。ＯＰＳ−Ｆ（３０）は、光電子工学にもとづく状態機械 の基本的スイッチ要素として使用される。直接の光学的方法のため、ＴＭ２レー ザービーム（９４）は、多数のＯＰＳ−Ｆ（３０）の電圧位相状態の変化を迅速 に書込み、３つのＯＰＳ−Ｆ電気的３状態の１つへ変換させる。 ＯＰＳ−Ｆにもとづく光電子工学的状態機械は以下の態様で機能する。一般に 、１つの状態機械は、能動的に変更可能なその構成に より決定される特定の機能を果たす。ゲートアレイのようなフィールドプログラ マブル論理シリコンデバイス及びワンタイムプログラマブルデバイスは、数多く の異なる利用分野に対処するように再構成できる状態機械である。ＵＶ消去可能 なＯＴＰの場合、コンピュータチップは、消去後「休眠状態」にあるが、再プロ グラミングの後再び機能状態となる。本発明のＯＰＳ−Ｆ装置はまた、機械的な センターオフのトグルスイッチの「オフ」位置に類似する「休眠」のゼロの状態 を有する。ＴＭ２光伝送によりＯＰＳ−Ｆ受信機が活動化された時点で、スイッ チは、それぞれ論理１（正の電圧ベクトル）又は論理０（負の電圧ベクトル）に ついてＵＰ又はＤＯＷＮ位置まで「トグル」することができる。プログラミング がひとたび完了すると、スイッチはセンターすなわち「ＯＦＦ」状態（接地、０ ボルト）へ復帰する。従ってこのＯＰＳ−Ｆ３状態の能力は、ＯＰＳ−Ｆにもと づく光電子工学的状態機械が正の電圧ベクトル、負の電圧ベクトル、及び接地０ ボルトにより表わされる３つの状態を有することを許容する。 ＯＰＳ−Ｆにもとづく光電子工学的状態機械について、ＯＰＳ−Ｆは、その状 態機械ブロックの機能性を規定する形態ＦＩＦＯ（先入れ先出し）のラッチへの 入力であり、又は、ＯＰＳ−Ｆの機能は高レベルまたは低レベルにラッチされこ のことは状態機械の処理の論理を「操縦」する。ＯＰＳ−Ｆは通常、論理１又は 論理０でない休止状態を有するから、構成後の雑音免除性は非常に高いものであ る。２つのレーザー源又は同調可能なレーザーのような外部の源から又は状態機 械の他の１つの区分からの二相ＴＭ２光伝送を使用することにより、状況が必要 とするにつれて機能性について状態マシン全体を迅速に再プログラミングするこ とができる。異なる光電子工学的ブロックが実行中に個性又は機能を変更できる ようにするこ とで、ＯＰＳ−Ｆにもとづく状態機械に必要とされるハードウェアを、（予め規 定された機能のブロックの組合せである伝統的なマイクロプロセッサの場合と比 較して）最小にする。ＯＰＳ−Ｆ「ビルディングブロック」は、一次リンクとし て二相ＴＭ光を用いることに基づく数多くの「スマート状態マシン」ブロックの 一体化を可能にする。このアプローチにおいては、「スマート状態マシン」ブロ ックが例えば「分割機能」から「計数器機能」へと実行中に変更できることから 、シリアル通信、信号多重化及びデバイスプログラミングに対する従来の必要条 件は最小限におさえられる。 現在の技術に比較した場合のＴＭ２/ＯＰＳ−Ｆ組合せに基づくこのような「 スマート状態マシン」ブロックの利点は、（１）能動的オン/能動的オフ機能に よるより高速のオプトカプラー伝送データ速度；（２）シリアル通信及び信号動 作ルーティングの複雑性を巧みに回避する「スマート状態マシン」ブロックをプ ログラミングするための「スマート状態マシン」の特定の部分内への直接的レー ザー書込み；尚、レーザーの操縦は、シリコン素子が物理的に近くにある必要が なく分離していてよいことから、より高速のオペレーションという結果をもたら す電線及び論理クロックの従来の機能と同等である；（３）流体がシリコンを包 囲する可能性のある、バイオセンサー装置内での利用分野及び（４）絶縁の保存 が重要であるフィールドプログラム可能な装置；を包含する。 図８（光学的直交形位相符号化装置）は、回転子ディスクのスロット計数を増 大させることなく符号器の分解能を２倍にするため光学的符号化器の中で利用さ れる標準的なフォトダイオード検出器の代りに使用される本発明のオプジスタ装 置を図解している。本発明の装置を利用する光符号器内の感光部分（１０１）は 、第１のオプジスタ（３０）及び第２のオプジスタ（１００）を光電検出器とし て利用する。第１のオプジスタ（３０）は、「Ｃ」と呼称される第１のフォトダ イオードサブユニット（３２）及び「Ｄ」と呼称される第２のフォトダイオード サブユニット（３４）を有する。第２のオプジスタ（１００）は、「Ｅ」と呼称 される第１のフォトダイオードサブユニット（１０２）及び「Ｆ」と呼称される 第２のフォトダイオードサブユニット（１０４）を有する。オプジスタ（３０， １００）に対する照明（１１２）は、回転子の羽根（１０８）の間に作り出され た回転子スロット（１０６）通過する。図８内の回転の動きは矢印（１１０）に より示されている。光学的符号化装置区分（１０１）の回転子スロット（１０６ ）が各々、オプジスタ（３０，１００）の各々によって２つの部分に有効に分割 されていることから、オプジスタにもとづく符号化装置の感光部分（１０１）の ２Ｘ分解能直角位相信号が結果としてもたらされる。回転子ディスクスロット（ １０６）からの照明（１１２）がいずれかのオプジスタ（３０，１００）の第１ のフォトダイオードサブユニット（３２，１０２）上を通過するにつれて、１つ の方向の電圧位相がそのそれぞれのオプジスタの中で発生することになる。回転 子ディスクスロット（１０６）からの照明（１１２）が、いずれかのオプジスタ の表面全体にわたり移動しつづけフォトダイオードサブユニット（３２及び３４ ，又は１０２及び１０４）の両方を照明するにつれて、電圧位相ゼロが発生する 。回転子ディスクスロット（１０６）からの照明（１１２）が好ましくはいずれ かのオプジスタ（３０，１００）の第２のフォトダイオードサブユニット（３４ ，１０４）上を通過し始めた時点で、電圧位相は、反対方向へと逆転した状態に なる。かくして、スロット幅（１０６）は、各々２つの部分に機能的に分割され る。スロット、２オプジスタの直角位相符号器は、２つの標準のフォトダイオー ドを用いて、同じ符号化装置の２倍の分 解能を実現することができる。 図９ａ〜図９ｃは、精密線形光位置センサー（「ＬＯＰＳ」）として使用され た本発明のオプジスタを図解している。図９ａでは、オプジスタ（３０）の２つ のフォトダイオードサブユニット（３２，３４）の照度（９４）が等しいときに 、電圧位相０が発生する。２つのオプジスタフォトダイオードサブユニット（３ ２，３４）のうちの１つが好ましくは９ｂ及び９ｃに示されているように照明さ れた状態になった時点でただちに、正又は負への電圧位相の急速なシフトが、フ リップフロップ式に発生する。オプジスタ（３０）の電圧位相は、モノリシック シリコン基板上に互いに極めて近づけて製造され得るその２つのフォトダイオー ドサブユニット（３２，３４）の上のみで光の平衡に対して応答することから、 周囲光及び温度効果のようなコモンモードの減衰はオプジスタにより除去される 。図示されているもののようなＬＯＰＳ装置の用途は、マイクロビーム平衡、光 学的な位置合わせの利用の分野、動作センサー及びエッジ検出に基づく画像認識 装置である。 図１０Ａ−図１０Ｃは、赤外光を透過させる薄いシリコン基板内で製造される フォトダイオードサブユニット（１１２，１１４）から成る「上部」ＬＯＰＳオ プジスタ（１１０）が、フォトダイオードサブユニット（１２２，１２４）から 成る「下部」ＬＯＰＳオプジスタ（１２０）から９０度回転させられた状態で位 置合わせされるように整合された２つの「積重ねられた」ＬＯＰＳオプジスタ（ １１０，１２０）から作られた２次元標的センサー（１３０）を図解している。 このような標的センサー（１３０）は、光標的（９４）の各々の位置検知軸につ いて１つのＬＯＰＳオプジスタセンサ（１１０，１２０）を使用する。かかる２ 次元標的センサー（１３０）の特徴及び長所としては、単一のＬＯＰＳセンサが もつ全ての特 徴に加えて、製造が単純であること及び静止点面積が最小限であることが含まれ る。そのようなＬＯＰＳ装置の用途は、高精度２次元の位置合わせ、武器の標準 、分光光度計の微細２次元位置合わせ、及びマイクロ−マシン／マイクロ加工用 治具の位置合せが必要である用途を包含する。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年７月２３日（１９９９．７．２３） 【補正内容】 請求の範囲 １．２つのフォトダイオードを具備する光電子工学的スイッチであって、１つ のフォトダイオードの陽極は第２のフォトダイオードの陰極に電気的に接続され 、第１のフォトダイオードの陰極は第２の導体を介して第２のフォトダイオード の陽極に電気的に接続され、該光電子工学的スイッチ装置の第１の導体と第２の 導体の電圧位相は、該スイッチのダイオードのどちらがより多くの量の送信装置 光信号の照明を受けるかにより決まるようになっている、光電子工学的スイッチ 。 ２．該光電子工学的スイッチの要素はモノリシック基板上に加工されている、 請求項１記載のスイッチ。 ３．装置の陽極及び陰極が装置の表面にあるように加工されている、請求項２ 記載のスイッチ。 ４．選択的に４５０ｎｍ〜１１５０ｎｍという一定の帯域幅の光のみが前記フ ォトダイオードの各々を選択的に照明することができるようにするために誘電光 フィルタ層が使用される、請求項１記載のスイッチ。 ５．誘電フィルタ層が前記フォトダイオードの光活性表面上に直接被着させら れる、請求項４記載のスイッチ。 ６．使用される誘電フィルタ層は、光スペクトルの同じ部分が前記デバイスの 両方のフォトダイオードを刺激できるようにする、請求項４記載のスイッチ。 ７．使用される誘電フィルタ層は、光スペクトルの異なる部分が前記デバイス のフォトダイオードの各々を刺激できるようにする、請求項５記載のスイッチ。 ８．光信号の源を電圧位相信号を処理することができる受信装置に結合する光 電子工学的結合装置であって、該光電子工学的結合装置は、 ２つの異なる第１及び第２の帯域幅の光信号を生成することのできる光送信装 置； 光送信機からの光信号を受理するための少なくとも１対の第１及び第２のフォ トダイオード； 第１のフォトダイオードの陽極を第２のフォトダイオードの陰極に電気的に接 続する第１の導体； 第１のフォトダイオードの陰極を第２のフォトダイオードの陽極に電気的に接 続する第２の導体； 第１の光帯域幅が通過できるようにする第１のフォトダイオードの光活性表面 上に配置される第１の光フィルタ； 第２の光帯域幅が通過できるようにする第２のフォトダイオードの光活性表面 上に配置される第２の光フィルタ； を具備し、 それにより第１及び第２の帯域幅を利用する光送信装置信号は、該フォトダイ オードにより第１及び第２の導体の間の電圧位相信号へ変換されることができる 、光電子工学的結合装置。 ９．フォトダイオードへの伝送のため前記光電力プラーの２波長光送信機へと データ信号を送るための変調済み信号発生器及び、第１及び第２の導体を横断し て電圧位相データを受信し復号するための信号受信機をさらに具備し、それによ りこの組合せは電気通信情報転送デバイスとして機能することができる、請求項 ８記載の光電子工学的結合装置。 10．光送信装置が発光ダイオードを具備する請求項８記載の光電子工学的結合 装置。 11．光送信装置が少なくとも１つのレーザーを具備する請求項８記載の光電子 工学的結合装置。 12．モノリシックのシリコンの基板上に装置が加工され、光送信装置は、同じ モノリシックシリコン基板上に加工された無定形のシリコン発光ダイオードを具 備する、請求項８記載の光電子工学的結合装置。 13．モノリシックのシリコン基板上に配置される請求項７記載のスイッチの複 数を具備する状態機械であって、前記装置の各々における３つの電圧位相は、光 の２つの帯域幅の混合、スイッチをプログラミングするための２つの帯域幅の光 源、スイッチをプログラミングする２つの帯域幅の光源及びデジタル情報として 生成された電圧状態の組合せを電子工学的に読取る手段、を用いて迅速にプログ ラミングおよび再プログラミングされる、状態機械。 14．光源は、各スイッチについて一対の発光ダイオードを具備し、各発光ダイ オード対の第１のメンバーはスイッチをプログラミングするための第１の光帯域 幅を発出し、各発光ダイオード対の第２のメンバーはスイッチをプログラミング するための第２の帯域幅を発出する、請求項１３記載の状態機械。 15．光源がレーザーを具備する、請求項１３記載の状態機械。 16．レーザーには、スイッチに信号送りするべく異なる光波長の異なる対を複 数生成する同調可能なレーザーが含まれている、請求項１５記載の状態機械。 17．請求項３に記載のスイッチ； スイッチの表面上に光の形状を集束し、かくしてスイッチは、その２つのフォ トダイオードコンポーネント上の集束された光の形状の照度平衡に応じて正の電 圧位相、負の電圧位相又はヌルゼロボルト電圧位相を生成することによってその 表面上の集束光形状の位置を検知できるようになっている集束レンズ系；及び 前記スイッチの表面上の光形状の線形位置を指示する目的で、結果として得ら れた電圧位相を電子的に分析するための手段； を具備する、光電子工学的位置検出装置。 18．上部装置は、それが標的の光形状に対して実質的に透明になり、下部装置 から９０度回転させられた位置で方向づけされるように、又標的の光形状の画像 が同様に実質的に透明な上部デバイスを通り下部デバイス上まで通過しかくして ２つのデバイスが合わさって２次元標的センサーとして機能することになるよう な形で、薄くされたシリコン基板から製造されている、請求項１７記載の２重重 ねデバイス； 及び前記標的センサ上で標的づけされている光形状の２次元位置を指示するべ く、結果としてもたらされたデバイスの電圧位相を電子的に分析するための手段 ； を具備する光電子工学的検出装置。 19．光電子工学的符号化装置であって、該装置は、 ハウジング； ハウジングの内側のスロット入り回転子ディスク； スロット付きの回転子ディスクの１方の側にあるハウジングの内側の請求項３ に記載の２つのスイッチ； スロット付き回転子ディスクのもう１方の側にあるハウジングの内側の符号器 光源； スロット付き回転子ディスクを回転させ、かくして、前記光源から作り出され た光パルス信号が回転ディスクの移動するスロット内を通過して２つのスイッチ 内に電圧位相変化を作り出し直角位相電気信号を生成することになる手段；及び 生成された直角位相電気信号を電子的に読取るための手段； を具備する光電子工学的符号化装置。

───────────────────────────────────────────────────── 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，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 ＰＳ−Ｆシステムのための適切な応用は、高速の光学的 結合装置、線形光位置センサー、エッジ及び標的検出セ ンサー、画像認識センサー、光にもとづく状態コンピュ ータの基本的サブユニット及び高分解能の光学的符号化 装置を包含する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２つのフォトダイオードを具備する光電子工学的スイッチであって、１つ のフォトダイオードの陽極は第２のフォトダイオードの陰極に電気的に接続され 、第１のフォトダイオードの陰極は第２の導体を介して第２のフォトダイオード の陽極に電気的に接続され、該光電子工学的スイッチ装置の第１の導体と第２の 導体の電圧位相は、該スイッチのダイオードのどちらがより多くの量の送信装置 光信号の照明を受けるかにより決まるようになっている、光電子工学的スイッチ 。 ２．該光電子工学的スイッチの要素はモノリシック基板上に加工されている、 請求項１記載のスイッチ。 ３．装置の陽極及び陰極が装置の表面にあるように加工されている、請求項２ 記載のスイッチ。 ４．選択的に４５０ｎｍ〜１１５０ｎｍという一定の帯域幅の光のみが前記フ ォトダイオードの各々を選択的に照明することができるようにするために誘電光 フィルタ層が使用される、請求項１記載のスイッチ。 ５．誘電フィルタ層が前記フォトダイオードの光活性表面上に直接被着させら れる、請求項４記載のスイッチ。 ６．使用される誘電フィルタ層は、光スペクトルの同じ部分が前記デバイスの 両方のフォトダイオードを刺激できるようにする、請求項４記載のスイッチ。 ７．使用される誘電フィルタ層は、光スペクトルの異なる部分が前記デバイス のフォトダイオードの各々を刺激できるようにする、請求項５記載のスイッチ。 ８．光信号の源を電圧位相信号を処理することができる受信装置 に結合する光電子工学的結合装置であって、該光電子工学的結合装置は、 ２つの異なる第１及び第２の帯域幅の光信号を生成することのできる光送信装 置； 光送信機からの光信号を受理するための少なくとも１対の第１及び第２のフォ トダイオード； 第１のフォトダイオードの陽極を第２のフォトダイオードの陰極に電気的に接 続する第１の導体； 第１のフォトダイオードの陰極を第２のフォトダイオードの陽極に電気的に接 続する第２の導体； 第１の光帯域幅が通過できるようにする第１のフォトダイオードの光活性表面 上に配置される第１の光フィルタ； 第２の光帯域幅が通過できるようにする第２のフォトダイオードの光活性表面 上に配置される第２の光フィルタ； を具備し、 それにより第１及び第２の帯域幅を利用する光送信装置信号は、該フォトダイ オードにより第１及び第２の導体の間の電圧位相信号へ変換されることができる 、光電子工学的結合装置。 ９．フォトダイオードへの伝送のため前記光電力プラーの２波長光送信機へと データ信号を送るための変調済み信号発生器及び、第１及び第２の導体を横断し て電圧位相データを受信し復号するための信号受信機をさらに具備し、それによ りこの組合せは電気通信情報転送デバイスとして機能することができる、請求項 ８記載の光電子工学的結合装置。 10．光送信装置が発光ダイオードを具備する請求項８記載の光電子工学的結合 装置。 11．光送信装置が少なくとも１つのレーザーを具備する請求項１ １記載の光電子工学的結合装置。 12．モノリシックのシリコンの基板上に装置が加工され、光送信装置は、同じ モノリシックシリコン基板上に加工された無定形のシリコン発光ダイオードを具 備する、請求項８記載の光電子工学的結合装置。 13．モノリシックのシリコン基板上に配置される請求項７記載のスイッチの複 数を具備する状態機械であって、前記装置の各々における３つの電圧位相は、光 の２つの帯域幅の混合、スイッチをプログラミングするための２つの帯域幅の光 源、スイッチをプログラミングする２つの帯域幅の光源、及びデジタル情報とし て生成された電圧状態の組合せを電子工学的に読取る手段、を用いて迅速にプロ グラミングおよび再プログラミングされる、状態機械。 14．光源は、各スイッチについて一対の発光ダイオードを具備し、各発光ダイ オード対の第１のメンバーはスイッチをプログラミングするための第１の光帯域 幅を発出し、各発光ダイオード対の第２のメンバーはスイッチをプログラミング するための第２の帯域幅を発出する、請求項１３記載の状態機械。 15．光源がレーザーを具備する、請求項１３記載の状態機械。 16．レーザーには、スイッチに信号送りするべく異なる光波長の異なる対を複 数生成する同調可能なレーザーが含まれている、請求項１５記載の状態機械。 17．請求項３に記載のスイッチ； スイッチの表面上に光の形状を集束し、かくしてスイッチは、その２つのフォ トダイオードコンポーネント上の集束された光の形状の照度平衡に応じて正の電 圧位相、負の電圧位相又はヌルゼロボルト電圧位相を生成することによってその 表面上の集束光形状の位置を検知できるようになっている集束レンズ系；及び 前記スイッチの表面上の光形状の線形位置を指示する目的で、結果として得ら れた電圧位相を電子的に分析するための手段； を具備する、光電子工学的位置検出装置。 18．上部装置は、それが標的の光形状に対して実質的に透明になり、下部装置 から９０度回転させられた位置で方向づけされるように、又標的の光形状の画像 が同様に実質的に透明な上部デバイスを通り下部デバイス上まで通過しかくして ２つのデバイスが合わさって２次元標的センサーとして機能することになるよう な形で、薄くされたシリコン基板から製造されている、請求項９記載の２重重ね デバイス； 及び前記標的センサ上で標的づけされている光形状の２次元位置を指示するべ く、結果としてもたらされたデバイスの電圧位相を電子的に分析するための手段 ； を具備する光電子工学的検出装置。 19．光電子工学的符号化装置であって、該装置は、 ハウジング； ハウジングの内側のスロット入り回転子ディスク； スロット付きの回転子ディスクの１方の側にあるハウジングの内側の請求項３ に記載の２つのスイッチ； スロット付き回転子ディスクのもう１方の側にあるハウジングの内側の符号器 光源； スロット付き回転子ディスクを回転させ、かくして、前記光源から作り出され た光パルス信号が回転ディスクの移動するスロット内を通過して２つのスイッチ 内に電圧位相変化を作り出し直角位相電気信号を生成することになる手段；及び 生成された直角位相電気信号を電子的に読取るための手段； を具備する光電子工学的符号化装置。