JP2005521095A - 微細光変調器配列 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はこれらの問題に対処する。
前記光伝達経路の前記少なくとも一部が、前記少なくとも1つの制御可能なシャッター(11、16)が固定される基板上の不可分な(integral)部分である。
本発明によると、シャッターが固定される基板を貫く伝達経路は有利なことだが材料自体の中を進むことが可能である。それゆえに、孔または他のタイプの伝達経路用空洞を作製するのではなく、変調器を通る光の伝達のために基板自体を利用することが可能である。
本発明の好ましい実施形態によると、光の伝達経路は、光変調器が固定される基板上の不可分な部分を構成する。
ガラス、溶融シリカ、パイレックス(登録商標)などといったいくつかのタイプの基板が組み合わせになったシャッター支持基板および光伝達経路として利用されることが可能である。
前記光伝達経路の前記少なくとも一部がマイクロレンズ配列(122)の一部を含むとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
本発明のこの好ましい実施形態によると、極めて小型の微細光変調器配列が得られる可能性がある。
本発明のこの好ましい実施形態によると、シャッタープラットホームとも称される変調器の基板内の物理的な孔は回避されることが可能である。
本発明の好ましい実施形態によると、変調器は適切な電気的制御信号、例えば従来式のRIPデータ処理技術によって達成されるパルスによって駆動されることが可能である。
前記シャッターブレードが前記伝達経路を形成する基板に関してスライド移動を実行するとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
前記マイクロレンズ配列が前記変調器の光入力部を形成するとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
可視光もやはり本発明によって利用されることが可能であることに留意すべきである。
前記発光手段が少なくとも1つのレーザ発光を有するとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
前記透光性の光伝達経路が少なくとも1つのマイクロレンズの一部を構成するとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
前記少なくとも1つのマイクロレンズが前記少なくとも1つのマイクロシャッター上に光を焦点集束させるように構成されるとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
前記さらなるセットのマイクロレンズが別々の層として配置されるとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
石英とも称される可能性のある溶融シリカは、たとえ紫外(=UV)波長であっても、基板を経由して光が伝達されるときの極めて限られた減衰によって恩恵を受ける。
パイレックス(登録商標)またはパイレックス(登録商標)類似ガラスは、特にUV光よりも上の波長を有する光の極めて限られた減衰によって恩恵を受ける。
パイレックス(登録商標)またはパイレックス(登録商標)類似ガラスはさらに、例えばSiシャッターとガラス基板を組み合わせると陽極結合を容易にする。
さらに、マイクロレンズを製造するいくつかの方法は低いガラス転移温度を有するガラスを必要とする。
前記透光性の固体材料がポリマーを含むとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
本発明によると、PMMA(PMMA=ポリメチルメタクリレート)、PC(PC=ポリカーボネート)、Epon SU−8(エポキシを主成分とするフォトレジスト)などのポリマーが透光性のシャッター支持基板として利用されることが可能である。
Epon SU−8は高い屈折率およびそれゆえにマイクロレンズに極めて適していることによって恩恵を受ける。
前記接続部分が少なくとも1つのビーム(11)を有し、
ガラスウェハのような透光性の基板を含むマイクロシャッターのプラットホーム(MSP)上に前記少なくとも1つのブレードが設置されるとき、本発明のさらなる有利な実施形態が得られた。
前記少なくとも1つの伝達経路(TP)が前記固体の透光性伝達経路(23)を経由してマイクロシャッタープラットホーム(MSP)を通って延び、かつ
その上さらに、本発明は特許請求項のいずれかによる微細光変調器を含む密閉配列に関し、前記密閉部は前記光伝達経路の前記少なくとも一部を含む。
密閉部は、例えば粒子、湿度、および不純物に対して移動部品を保護することが可能である。
本発明によると、集積化されたマイクロレンズは都合のよいことに密閉部または密閉部の一部を形成することが可能である。
本発明の好ましい実施形態によると、密閉部の主要な部品はマイクロレンズ配列および透光性基板の光伝達経路を形成することが可能である。
図面を参照しながら本発明が以下で説明されるであろう。
例示されたシャッターは透光性のシャッタープラットホーム、例えばウェハに固定されたいくつかのシャッター部品を含む。
例示された主要部品は、両方共にシャッタープラットホームに固定された電極12、13を含む。
様々なシャッターブレード16の設計に関する詳細は図8aから8dを参照して検討されるであろう。
図1bでは、電極12が駆動され、シャッターブレード16が左へと移動させられ、それにより、マスキング孔14によって規定される光伝達経路を開に保つ。
いったん電極が駆動されるとシャッターブレードと電極12の給電ラインの間に確立される電磁気力によってシャッターブレード16が引き寄せられることを左のシールド17が阻止することに留意すべきである。
シャッターブレード16の静止位置は電極13によって規定される。
シャッターブレード16が移動する経路はビーム11および固定用の点15によって規定されることに留意すべきである。
しかしながら、本発明の範囲内に入るいくつかの設計では、特定の環境下で意図されるよりもさらに動くこと、すなわちシャッターブレードが電極12、13とシャッターブレード16によって意図的に規定された位置を通過することからシャッターブレードを保持するために、ストッパが適切となる可能性がある。
それゆえに、通常の使用時では、移動するシャッターブレード16、ビーム11と固定された電極もしくは機械的ストッパの間で接触は確立されない。
基本的な部品は図1aの部品と同じであるが、しかし個々の電極12、13はここでは電極セット32(2つ)と電極セット33(2つ)で置き換えられている。
基本的な部品は図1aの部品と同じであるが、しかし単一のビーム11がここでは2つのビームを含むビーム構造41で置き換えられている。
二重ビーム構造はビームの移動モードを制御するために利用されることが可能である。
基本的な部品は図1aの部品と同じであるが、しかしここではそれらは2つの固定用点55を特徴とする。
それゆえに、シャッター構造の全面積は大幅に削減されることが可能である。
ビームの熱膨張の補償といった他の利点が導入されることが可能であり、それは(補償されないと)ブレード56と電極52、53の間の回路短絡につながる可能性がある。
例示されたシャッターはシャッタープラットホーム、例えばウェハに固定されるいくつかのシャッター部品を含む。
例示された主要な部品は、両方共にシャッタープラットホームに固定される電極62、63を含む。
シャッターの移動部品、例えばブレードは、シールド67、68を移動部品によって電極62、63への給電ラインに関して電磁気的に遮蔽される。
それゆえに、通常の使用時では、移動するシャッターブレード/ビーム構造と固定された電極もしくは機械的ストッパの間で接触は確立されない。
ブレードのサイズおよび重量を最小限にするために、本発明の好ましい実施形態のシャッターブレード16の「隅」は曲線化され/丸くされるべきである。
それでもなお、本発明に従ってブレードが、付随する必ずしも円形である必要のない透光性の伝達経路をカバー/ブロックすることが可能であるはずであることに留意されたい。
言い換えると、本発明によれば、シャッター基板内の光伝達経路は、所望であれば非円形の断面を有することが可能である。
図2aから2cは、例えば図1および図3から7のシャッター配列のマスキング孔14、34、44、54、64によって規定される様々な利用可能な伝達経路TPの特徴を例示している。
例示された伝達経路は上述したマスキング孔の1つによって規定され、光はブレードSB(例えば前述したブレード16、36、46、56、66のうちの1つ)によってブロックされることもブロックされないことも可能である。
特許請求項の中で「透光性の固体材料を含む前記光伝達経路の少なくとも一部」と称される例示された実施形態の伝達経路TPの実効長は図2aおよび図2bの変調器プラットホームMSPの厚さとして規定される。図2cの伝達経路の長さは変調器プラットホームMSPの厚さに加えた、透光性固体の伝達経路の一部を構成する例示された凸レンズの実効長として規定される。
マスキングが場合によって変調器プラットホームの入射面および/または出射面に配置されることが可能であることに留意されたい。
上記で例示された伝達経路TPの実施形態がさらなる入射/出射光学系、例えば図9aから図9cに例示された実施形態をさらに補足される可能性があることに留意されたい。
例示された実施形態はここでは断面で例示されており、例えば図1および図3〜6の設計と組み合わされることが可能である。
MOEMS装置はマイクロレンズ配列122を有し、いくつかのシャッターブレード124、16が固定部126、15に固定されている。シャッターブレード124は、やはりマイクロレンズ配列122上に固定された電極125と相互作用する。
例示されたスペーサ128は、例えば50マイクロメートルの実効長を有するが、しかし本発明の好ましい実施形態によると、通常それらは10から100マイクロメートルの間にあることが可能である。しかしながら、例えば変調器およびそれに関連する光学系の特性を考慮するときにスペーサが慎重に寸法決定されなければならないという事実を考慮に入れると、他の寸法が利用可能である可能性があることに留意されたい。
この実施形態では、光は光伝達経路TPを経由して下からシャッターを介して伝達される。
この実施形態では、マイクロレンズ配列122はシャッターマスキング127を通って入る光を焦点集束するように構成され、マイクロレンズ配列121は、例えば照明表面へと光を導くように構成される。それゆえに、マイクロレンズ配列122は入射部光学系と見なされることが可能であり、マイクロレンズ配列121は出射部光学系と見なされることが可能である。
例示された実施形態によると、マスキング127はマイクロレンズ122上の光伝達経路TPの入射部に配置される。
さらに、このマスキングはシャッタープラットホーム122の反対側のマスキング130で補足される。
プラットホームもしくは光学系上のマスキングの構造が本発明の範囲内のいくつかの異なる方式で利用される可能性があることは、小型システムの上記の説明によって理解され得る。
さらに、例示された変調器配列が光入射部と光出射部の両方でマイクロレンズのような光学系のさらなる層を含む可能性があることが強調されるべきである。
さらに、図9aから9cに例示された実施形態は、変調器の基板122が繊細な変調器部品をカプセル封入する密閉部の一部を形成することが可能であることを具体的に示している。
前記密閉部が少なくとも1つのマイクロレンズ配列121をさらに含むとき、本発明の小型かつ有利な実施形態が得られた。
本発明の好ましい実施形態によると、密閉部の主要な部品はマイクロレンズ配列および透光性基板の光伝達経路を形成することが可能である。
シャッターは様々な基板上に構築されることが可能である。範例はガラスウェハである。
シャッターブレードと電極の形状およびそれらの間の距離の両方が、移動時の接触およびそれによる回路短絡の危険性が最小限にされるような方式で最適化されることが重要である。これには、移動中に行うであろう種々の振動モードを考慮することが含まれる。
権利主張される発明が動作条件に対処することに留意されたい。それゆえに、「非接触設計」は動作条件、例えば温度、移動モードなどを参考にする。
(材料)
図1から図6の上述のシャッターに利用されることが可能な材料の範例が以下に述べられる。明らかに、本発明の範囲内で他の材料が利用される可能性がある。
(基板)
不透明の材料、例えば透光性基板(例えばパイレックス(登録商標)のような様々なタイプのガラス)上のシリコンで構築する。
(ガラス基板の利点)
・スルーホールのエッチングが不要である。
・オンチップレンズがガラス基板内に作製される。
・熱膨張係数が低い。
ブレード/ビームおよび電極用の形成材料
様々な形成材料のいくつかの特性を以下に述べた。
(形成材料としてのシリコン)
・Siは疲労およびクリープを伴なわない完全な融通のきく材料である。
・熱膨張係数が低く、Siもしくはガラス基板に良好に整合する。
・内部応力を制御することが難しい。
・シリコンの堆積とアニールに必要とされる高い処理温度のせいで、CMOS電子チップ上にシリコンシャッターを集積化することが難しい。
(形成材料としてのニッケル)
・Niは金属であり、間違った方式で操作されると疲労およびクリープを起こす心配がある。
・熱膨張係数が高く、Siもしくはガラス基板に対して整合不良を生じる。
・厚い層を堆積させることが容易である。
・内部応力の制御が容易である。
・ニッケルの堆積に必要とされる処理温度が低いせいで、CMOS電子チップ上にニッケルシャッターを集積化することが容易である。
(形成材料としてのニッケル−鉄合金「インバール」(Invar))
・金属であり、間違った方式で操作されると疲労およびクリープを起こす心配がある。
・熱膨張係数が低く、Siもしくはガラス基板に良好に整合する。
・厚い層を堆積させることが容易である。
・内部応力の制御が難しい。
・ニッケルの堆積に必要とされる処理温度が低いせいで、CMOS電子チップ上にニッケルシャッターを集積化することが容易である。
・堆積方法がまだ研究途上にある。
(厚い層を構築することが有利であることに関するいくつかの注釈)
増大した形成体高さが共振周波数を変えることはなく、したがってブレードの進行時間を変えることはない。これは、ビームの剛性がシステムの実効質量と同じ比で変化するという事実に起因する。
Claims (35)
- 少なくとも1つの光伝達経路(23)と、前記少なくとも1つの光伝達経路(23)を経由して伝達される光の変調のために配置された少なくとも1つの制御可能なシャッター(11、16)とを含む微細光変調器配列(10)であって、
前記光伝達経路の少なくとも一部が透光性の変調器基板を含み、かつ
前記光伝達経路の前記少なくとも一部が、前記少なくとも1つの制御可能なシャッター(11、16)が固定される基板の不可分な部分である微細光変調器配列。 - 前記光伝達経路の前記少なくとも一部がマイクロレンズ配列(122)の一部を含む、請求項1に記載の微細光変調器配列。
- 前記マイクロレンズ配列(122)が、光伝達経路(23)を通って入る光を前記少なくとも1つの制御可能なシャッターへと導くように構成されることが可能である、請求項1または2に記載の微細光変調器配列。
- 前記マイクロレンズ配列(122)が、前記少なくとも1つの制御可能なシャッターから光伝達経路(23)を通って出て行くように光を導くように構成されることが可能である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記光伝達経路の延在部が、少なくとも100マイクロメートル、好ましくは少なくとも150マイクロメートルの透光性の変調器基板を含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記光伝達経路の前記少なくとも一部の延在部が、3000マイクロメートルを超えない、好ましくは2000マイクロメートルを超えない透光性の変調器基板を含む、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記光伝達経路の前記少なくとも一部の延在部が、少なくとも200マイクロメートル、好ましくは少なくとも250マイクロメートルの透光性の変調器基板を含む、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記光伝達経路(23)が、少なくとも1つの制御可能なシャッターが固定される基板の一部である、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記シャッターが電気的駆動手段によって制御される、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記シャッターが、少なくとも2つの位置の間で移動させられることが可能な機械的ブレードを含み、前記少なくとも2つの位置のうちの1つにある前記ブレードが、前記光伝達経路(23)の前記少なくとも一部を経由する光の伝達をブロックしている、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記シャッターブレード(16)が、前記伝達経路を形成する基板に関してスライド移動を実行する、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記変調器が少なくとも1つのマイクロレンズ配列を含む、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記マイクロレンズ配列が前記変調器の光入射部を形成する、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記変調器配列が、前記少なくとも1つのマイクロレンズ配列と前記少なくとも1つの光伝達経路を経由する変調器の出射部への光の伝達のために配置された発光手段を含む、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記発光手段が少なくとも1つのUV光源を含む、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記発光手段が少なくとも1つのレーザ発光器を含む、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 少なくとも1つの移動経路を経由して少なくとも2つの位置の間で移動可能な少なくとも1つのブレード(16)を有し、
前記マイクロシャッターが、前記少なくとも2つの位置の間の前記少なくとも1つのブレードの移動を駆動するための、および少なくとも1つのブレードを前記少なくとも2つの位置のうちの1つに位置決めするための電極手段を有し、
前記電極手段が、前記少なくとも2つの位置のうちの1つにある少なくとも1つのブレードおよびビームの到達範囲外に配置される、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。 - 前記透光性の光伝達経路が少なくとも1つのマイクロレンズの一部を含む、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記光変調器が少なくとも1つの透光性の基板上に配置され、かつ前記光変調器が、前記光伝達経路(23)の前記少なくとも一部を経由して前記少なくとも1つの透光性の基板を通る光の変調のために配置される、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記少なくとも1つの光伝達経路(23)を形成する前記基板が少なくとも1つのマイクロレンズを形成する、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記少なくとも1つのマイクロレンズが前記少なくとも1つのマイクロシャッター上に光を焦点集束させるように構成される、請求項1乃至20のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記微細光変調器が少なくとも1つのさらなるセットのマイクロレンズを含む、請求項1乃至21のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記少なくとも1つのさらなるセットのマイクロレンズが少なくとも1つの別個の層として配置される、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記透光性の固体材料が溶融シリカを含む、請求項1乃至23のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記透光性の固体材料がガラスを含む、請求項1乃至24のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記透光性の固体材料がポリマーを含む、請求項1乃至25のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 少なくとも1つの移動経路(MP)を経由して少なくとも2つの位置の間で移動可能な少なくとも1つのブレード(SB)、および
前記少なくとも2つの位置の間の前記少なくとも1つのブレード(SB)の移動を駆動するための、および少なくとも1つのブレード(SB)を前記少なくとも2つの位置のうちの1つに位置決めするための電極手段(12、13)を有し、
前記電極手段(12、13)が、前記少なくとも1つの移動経路に沿ってブレードが移動するときに少なくとも1つのブレード(SB)の到達範囲外に配置される、請求項1乃至26のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。 - 前記接続部分が少なくとも1つのビーム(11)を含み、
前記少なくとも1つのブレードが、ガラスウェハのような透光性の基板を含むマイクロシャッタープラットホーム(MSP)上に設置される、請求項1乃至27のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。 - 前記少なくとも2つの位置が、少なくとも1つのブレード(SB)が少なくとも1つの電磁気学的光の伝達経路(TP)の遮断を規定する少なくとも1つの位置を含む、請求項1乃至28のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 前記シャッターブレード(SB)が固定用手段(15)によって(マイクロ)シャッタープラットホーム(MSP)上に固定され、
前記少なくとも1つの伝達経路(TP)が前記固体透光性伝達経路(23)を経由してマイクロシャッタープラットホーム(MSP)を通って延び、かつ
前記少なくとも1つの伝達経路が、マスキングによって少なくとも部分的に規定されるシャッタープラットホームを通るように電磁気学的光を導く、請求項1乃至29のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。 - 前記発光手段が可視光を発射するように構成される、請求項1乃至30のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 複数の光変調器を有する、請求項1乃至31のいずれか1項に記載の微細光変調器配列。
- 請求項1乃至32のいずれか1項に記載の微細光変調器を有する密閉部配列であって、前記密閉部が前記光伝達経路(122)の前記少なくとも一部を含む密閉部配列。
- 前記密閉部が少なくとも1つのマイクロレンズ配列(121)をさらに含む、請求項33に記載の密閉部配列。
- 前記密閉部が前記少なくとも1つの制御可能なシャッター(11、16)を封入する、請求項33および34に記載の密閉部配列。
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