JP4372689B2 - 小型光電装置及びその応用 - Google Patents
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Description
本発明は小型(ミニチュア)光電装置に関するものである。本発明は、本発明による小型光電装置の種々の応用にも関するものである。
すべての種類の光電装置及びシステムは、主に(これに限らないが)情報伝送技術において知られ、そして使用されている。
本発明の目的は、上述した小型光電装置を提供することにある。この目的は:
−第2ゾーンと対面する第1ゾーンと、
−第1コンデンサ板(プレート)と、
−前記第2ゾーン内に配置され、前記第1コンデンサ板より小さいか前記第1コンデンサ板に等しい第2コンデンサ板と、
−前記第1ゾーンと前記第2ゾーンとの間に設けられた中間的空間と、
−前記中間的空間内に設けられた導電素子であって、前記第1ゾーン及び前記第2ゾーンから機械的に独立し、前記第1及び第2コンデンサ板に存在する電圧に応じた前記中間的空間内の移動を行うのに適した導電素子と、
−光回路からの第1入光/出光点、及びこの光回路の第2入光/出光点であって、これらの入光/出光点間を光の通過が可能な様式に配置された第1入光/出光点及び第2入光/出光点と、
−少なくとも1つの第1止め具とを具えて、
前記導電素子が前記第1止め具に接触するのに適しており、前記導電素子が、前記第1止め具に接触している際に、前記第1入光/出光点と前記第2入光/出光点との間の光の通過状態を変化させることを特徴とする光電装置によって達成される。
従来の静電リレーでは、前記導電素子が所定位置(とりわけ湿度に大きく依存する)に付着すれば、付着をはがす可能な方法がない(例えば乾燥させるような外部的手段による方法を除いて)、というのは、復元力が弾力であるため常に同一(位置のみに依存する)であり、増加させることができないからである。これとは逆に、本発明による光電装置内で前記導電素子が付着すれば、電圧を増加させることによって解放することが常に可能である。
−第1の可能性は、前記導電素子が前記中間的空間内を並進運動で移動できる、ということであり、即ち、前記第1ゾーンと前記第2ゾーンとの間をほぼ直線的に移動する(もちろん、ありうるショックあるいは振動、及び/または不用意かつ不所望な外力によって生じる移動を除く)。
−第2の可能性は、前記導電素子が前記中間的空間内を、発生した静電力によってもたらされる前記第1ゾーンと前記第2ゾーンとの間の並進運動での移動と、コリオリ力によってもたらされる前記並進運動に垂直な動きとの組み合わせの動きで移動する、ということである。この解決法については以下でより詳細に説明する。
−光電装置が両方向に対称に機能することができる;
−光電装置が、固定値の光電装置の寸法全体にわたって最小の作動電圧を可能にする設計である、;
−光電装置の電流及び電力消費の最小化を可能にし、そしてより円滑な光電装置の機能も可能にする;
−コンデンサ板を、質量の中心(重心)について点対称あるいは非対称に設計して、これにより、結果的に自由な導電素子に現われるモーメントを、各特定の場合に応じてゼロ(無)または非ゼロ(有)にすることを可能にする。
図1に、本発明による光電装置の第1の基本機能モードを示す。この光電装置は中間的空間25を規定し、この空間内に導電素子7が収容され、導電素子7は中間的空間25内を自由に移動することができる、というのは、導電素子7は中間的空間25を規定する壁面に物理的に接合されていない自由な部分であるからである。この光電装置は、図1の左側の第1ゾーン、及び図1の右側の第2ゾーンも規定する。第2ゾーン内には第1コンデンサ板3及び第2コンデンサ板9が配置されている。図1に示す例では、コンデンサ板3と9とが異なる表面積を有するが、これらの表面積は互いに等しくすることもできる。第1コンデンサ板3及び第2コンデンサ板9は制御回路CCに接続されている。第1コンデンサ板3と第2コンデンサ板9との間に電圧を印加すると、導電素子7は常に図1の右方向、即ちコンデンサ板3及び9に向かって誘引される。導電素子7は、第1止め具13によって止められるまで右方向に移動し、この時点で、光回路(図示せず)内の光の通過状態が変化する。
−同じゾーンの2枚のコンデンサ板間に電圧を印加することによって、導電素子7がこれらのコンデンサ板に誘引される(図1の機能):
−一方のゾーンの1枚のコンデンサ板と他方のゾーンの1枚のコンデンサ板(あるいは両方のコンデンサ板)との間に電圧を印加することによって、導電素子7が、ゾーン内の充電されたコンデンサ板の表面積がより小さいゾーン方向に誘引される(図2の機能)。
図4に、EFAB(Electronic FABlication)技術で製造すべく設計した光電装置を示す。この層堆積によってマイクロメカニズム(微小機構)を製造する技術は当業者にとって既知であり、多数の層の生産を可能にし、そして三次元構造の設計に大きな融通性を与える。光電装置は支持体として作用する基板1上に実装され、以下のいくつかの図面には簡単のため基板1を示していない。この光電装置は、(図2では)導電素子7の左側に配置された第1コンデンサ板3及び第4コンデンサ板5を有し、導電素子7の右側に配置された第2コンデンサ板9及び第3コンデンサ板11を有する。この光電装置は、第1接点15及び第2接点17である2つの第1止め具13、及び第3接点21及び第4接点23である2つの第2止め具19も具えている。このリレーは上部をカバーで覆われているが、内部の詳細を明確に示すために、このカバーは図示していない。このカバーは、導電素子7の上方の、2つの側壁29の間に広がる。
この光電装置は、図5で見れば中間的空間25内を左から右へ、及びその逆に動く。図5に、導電素子7が上端に来ることを防止するカバーを示す。図に見られるように、第1止め具13及び第2止め具19は、コンデンサ板3、5、9及び11よりも導電素子7に近い。このように、導電素子7は、コンデンサ板3、5、9及び11、及びこれらに対応する制御回路に衝突することなしに、左から右に移動することができる。図5に、この移動が、光回路の一方のI/O点から他方のI/O点に伝搬する光ビームの通過状態を変化させることができる様子を示す。実際には、第1I/O点15から第2I/O点17に向かって出る光ビームが光電装置を横切る。導電素子7が第1止め具13(中心位置に配置した場合には単一の止め具とすることができる)に接触している際には、光ビームの通過が阻止されて、この阻止は対応する回路によって検出することができる。
Claims (27)
- 第2ゾーンと対面する第1ゾーンと、
前記第1ゾーン内に配置された第1コンデンサ板(3)と、
前記第2ゾーン内に配置され、前記第1コンデンサ板(3)と対面し、前記第1コンデンサ板(3)より小さいか前記第1コンデンサ板に等しい第2コンデンサ板(9)と、
前記第1ゾーンと前記第2ゾーンとの間に設けられた中間的空間(25)と、
前記中間的空間(25)内に配置された導電素子(7)であって、前記第1ゾーン及び前記第2ゾーンから機械的に独立し、前記第1コンデンサ板に存在する電圧及び前記第2コンデンサ板に存在する電圧に応じて、前記第1ゾーンから前記第2ゾーンまで前記中間的空間(25)を横切る移動、及びその逆の移動を行うのに適した導電素子(7)と、
光回路からの光の第1入光/出光点(15)、及び前記光回路の第2入光/出光点(17)であって、これらの入光/出光点間を光の通過が可能な様式に配置された第1入光/出光点及び第2入光/出光点と、
少なくとも1つの第1止め具(13)とを具え、
前記導電素子(7)が前記第1止め具(13)との接触を確立するのに適し、前記導電素子(7)が、前記第1止め具(13)に接触している際に、前記第1入光/出光点(15)と前記第2入光/出光点(17)との間の光の通過状態を変化させることを特徴とする小型光電装置。 - 前記第1止め具(13)が、前記第2ゾーンと前記導電素子との間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の小型光電装置。
- 前記第2ゾーン内に配置された第3コンデンサ板(11)を追加的に具えて、前記第3コンデンサ板(11)が前記第1コンデンサ板(3)より小さいか前記第1コンデンサ板に等しく、前記第2コンデンサ板(9)と前記第3コンデンサ板(11)とを合わせた大きさが、前記第1コンデンサ板(3)より大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の小型光電装置。
- 前記第2ゾーン内に配置された第3コンデンサ板(11)と、前記第1ゾーン内に配置された第4コンデンサ板(5)とを追加的に具えて、前記第1コンデンサ板(3)と前記第2コンデンサ板(9)とが互いに等しく、前記第3コンデンサ板(11)と前記第4コンデンサ板(5)とが互いに等しいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の小型光電装置。
- 前記第1、第2、第3、及び第4コンデンサ板が互いに等しいことを特徴とする請求項4に記載の小型光電装置。
- 前記第1ゾーン内に配置された第5コンデンサ板(35)と、前記第2ゾーン内に配置された第6コンデンサ板(37)とを追加的に具えて、前記第5コンデンサ板(35)と前記第6コンデンサ板(37)とが互いに等しいことを特徴とする請求項4または5に記載の小型光電装置。
- 前記第1ゾーンと前記導電素子との間に第2止め具を具えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の小型光電装置。
- 前記第1ゾーンと前記導電素子との間に配置された第3入光/出光点(21)及び第4入光/出光点(23)を具え、前記導電素子(7)が、前記第2止め具に接触している際に、第2光回路からの光の通過状態を変化させることを特徴とする請求項7に記載の小型光電装置。
- 前記第1ゾーン内及び前記第2ゾーン内の各々に配置された前記コンデンサ板の組立体の各々が、対称の中心について点対称性を有し、前記対称の中心が前記導電素子(7)の質量の中心に重なることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の小型光電装置。
- 前記第1ゾーン内及び前記第2ゾーン内の各々に配置された前記コンデンサ板の組立体が点対称性を有し、これにより、前記導電素子(7)の質量の中心に対する力のモーメントを発生することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の小型光電装置。
- 前記導電素子(7)が曲面の外表面を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の小型光電装置。
- 前記導電素子(7)が円筒形であることを特徴とする請求項11に記載の小型光電装置。
- 前記導電素子(7)が球形であることを特徴とする請求項11に記載の小型光電装置。
- 前記導電素子(7)が上面及び下面、及び少なくとも1つの側面を有し、前記上面及び前記下面が前記導電素子の移動方向に直交し、前記側面が小さい突起を有することを特徴とする請求項1〜13に記載の小型光電装置。
- 前記導電素子(7)が中空であることを特徴とする請求項1〜14に記載の小型光電装置。
- 前記第1コンデンサ板(3)の表面積が、前記第2コンデンサ板(9)の表面積に等しいか、あるいは前記第2コンデンサ板(9)の表面積の2倍であることを特徴とする請求項1に記載の小型光電装置。
- 加速度計として使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- 傾斜計として使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- コリオリ力の検出器として使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- 圧力センサとして使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- マイクロホンとして使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- 流量センサとして使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- 温度センサとして使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- 音響用途に使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- ガスセンサとして使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- 光スイッチング・マトリクスとして使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
- 画像投写用に使用されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の光電装置。
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