JPH08248335A - オプトメカニカルの光学装置 - Google Patents

オプトメカニカルの光学装置

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JPH08248335A
JPH08248335A JP8018231A JP1823196A JPH08248335A JP H08248335 A JPH08248335 A JP H08248335A JP 8018231 A JP8018231 A JP 8018231A JP 1823196 A JP1823196 A JP 1823196A JP H08248335 A JPH08248335 A JP H08248335A
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mass
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displacement
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Pierre Labeye
ラベイ ピエール
Eric Ollier
オリエ エリク
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 集積化されたガイド構成で、固定部及び
固定部に結合された移動部を含み、移動部が固定部に形
成されたｉ個の出力マイクロガイドと固定部に形成され
たｊ個の入力マイクロガイドとの間に配置されたオプト
メカニカル装置において、第１の方向に量の転置を実現
するために移動部は固定部に固定アームによって結合さ
れた量を含み、前記量はｉ個の出力マイクロガイドの１
つにｊ個の入力マイクロガイドの１つから光ビームのス
イッチングを実現するためにｋ個のマイクロガイドを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は同じ材料にエッチン
グされたメカニカル構造に関係付けられた全て集積化さ
れた光学構造などのオプトメカニカルの分野に関する。
たとえ集積化された光学及びメカニカルの分野であれ
ば、２つの組み合わせをより良く改良したオプトメカニ
ックは現在の開発分野である。
【０００２】本発明は例えば光学通信又はオプトメカニ
カルセンサ（オプトメカニカル加速度計など）の多種の
分野でのオプトメカニカルに適応される。
【０００３】
【従来の技術】オプトメカニカル係数は他の光学ガイド
の端部に関して光学ガイドの端部の関係した変位を通し
て必ずしも通過するとは限らない。オプトメカニカルス
イッチングの場合、前記変位は外部的に制御可能であ
る。オプトメカニカルセンサの場合、測定される物理的
な現象（加速度、振動など）がガイド端部のこの変位を
起こす元になる。
【０００４】更に、集積化された光学系を用いたオプト
メカニカルシステムでは基板上で層又はフィルムのデポ
ジットを必要とする。方法及び使用される材料の結果、
形成された層は温度の係数として増大する係数差に関係
する薄い部分に応力を有し、該応力は均質となり得る。
これはシステムの寄生歪みに導き、オプトメカニカル装
置の創作に障害を与える。通常、集積化された光学系は
そのような歪みを許容できないが、互いに対して光学ガ
イドの構成のオフセット又は歪みに導くことができる。
そして、そのような構成において、１ミクロンの変位は
重大な光学損失となる。
【０００５】オプトメカニカルの分野において、従来技
術は装置の固定部の一端に固定された光学ガイドと他端
で自由端とを含むビームをもつメカニカル構成を提供す
る。そのような装置はフランス国特許公開第２，６６
０，４４４号（米国特許第５，０７８，５１４号）に開
示されている。この特許に開示されたスイッチの構成は
図１に簡単に示す。
【０００６】そのスイッチは平らな層又はガイド部８
（１又は１以上の層から形成できる）を有し、割ること
によって得られる出力面Ｓ及び入力面Ｅを有する、例え
ば単結晶のシリコンの基板１０上に設けられる。ガイド
部８は８〜１２μｍの薄さの酸化シリコンバッファ層１
２及び２〜１０μｍの薄さの上部のシリカ層１６を有
し、任意の提案では後者は空気に置き換えられ得る。ま
たガイド部は入力マイクロガイド１８及び２つの出力マ
イクロガイド２０を含み、高さ２〜６μｍ及び幅２〜８
μｍを有する、例えばリンがドーピングされた酸化シリ
コンから作られる。マイクロガイド１８及び２０は方向
ｘに平行であり、平坦な層の大きな面８ａ又はガイド部
８に平行であり、それらはガイド部８を横切る遮断部２
４のいずれか及び互いの側部に伸びるように配列され
る。他の出力マイクロガイド２２は後者に隣接してマイ
クロガイド２０として遮断部２４の同じ側部に配置され
ている。スイッチ出力Ｓの側部上に、前記マイクロガイ
ド２２は遮断部２４の側部であってマイクロガイド２０
に全く平行な部分２１を有し、部分２３は約０．０６°
と６°の間の値を有する部分２１の反射角度Ａを形成
し、かつその値はビーム長に関係する。
【０００７】他の構成はガラス型で又はリチウムニオブ
酸塩型の構成をのイオン交換によって、あるいはシリカ
型、例えばＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯx Ｎy ，ＡｓＧａ，Ｉｎ
Ｐなどのエッチング又はデポジットの層によって得られ
るもの使用され得、マイクロガイドでの側面の閉込めは
マイクロガイドを形成する層のエッチングによって必ず
しも得ら得れない。
【０００８】固定部８において、遮断部８は方向ｘに平
行に実施されない状態で配向されたフレキシブルなビー
ム２６を定め、該ビームはガイド部の表面８ａ（固定部
を定める）に平行でかつ方向ｘに垂直な方向ｙに遮断部
２４に変形することができる。このビーム２６はガイド
部８と遮断部２４に移動できる自由端３０からなる固定
端２８を有する。入力マイクロガイド１８の伸長部にお
いて、中央のマイクロガイド３２は後ろの端部３０で端
部３３に発するビーム２６の全長に渡って伸びている。
【０００９】出力マイクロガイド２０に入力マイクロガ
イドによって送られる入射ビームのスイッチングは出力
マイクロガイド２０の前にビームの中央マイクロガイド
の自由端３３を持ってくることによって、かつ出力マイ
クロガイド２０の入力端２０ａに一致することによって
確実にされる。出力マイクロガイド２２へのスイッチン
グは出力マイクロガイド２２の前にビームの中央マイク
ロガイドの自由端３３を持ってくることによって、かつ
出力マイクロガイド２２の入力端２２ａに一致すること
によってなされる。ビームの自由端３３に面する遮断部
２４の内側の壁は角度Ａに一致するまたは交差する値を
有する反射角度を形成される２つの部分３４ａ，３４ｂ
から構成される。ビームの変位は可変容質量のキャパシ
タを使用することによって図１の例で実施される出力マ
イクロガイドの１つまたは他に一致することができる。
このために、方向ｘに発せられるガイド部８と同じ高さ
の遮断部２４の側面は各々金属被服３６及び４６を具備
している。ビームが実施される時方向ｘに実質的に発せ
られるビーム２６の面に面する側面は各々金属被服３
８，４８を有する。金属被服３６，３８は電力供給源４
０に接続され、一方金属被服４４，４６は電力供給源４
８に接続される。形成されたキャパシタの組の端子に適
切な電圧の供給が実質的に方向ｙに平行であって前記方
向ｙにビーム２６の変形についてなされる金属被服によ
って形成される面に直角の最大力を創作する。この力Ｆ
c は次式によって与えられるビーム２６の自由端の側面
の変位ｙc を実現する。
【００１０】
【数１】
【００１１】なお、Ｅはヤング係数、
【外１】 は方向ｙにおけるビームの幅、Ｌは方向ｘにおけるビー
ムの長さ、ｈは方向ｚにおけるビームの厚さである。
【００１２】前記構成の製造工程は次から伴うようで後
述に開示される。 ・基板１０の熱酸化処理によって層１２を形成する工程 ・ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤによってシリカ層のデポジ
ット ・マイクロガイドを得るためにホトリゾグラフィによっ
て境界を定められたマスクを介して行われるエッチング
工程 ・低圧化学蒸発デポジット（ＬＰＣＶＤ）又はプラズマ
による化学蒸発デポジット（ＰＥＣＶＤ）によって層１
６をデポジット工程 ・ＣＨＦ3 又はＳＦ6 のいずれかイオン化反応エッチン
グ型の異方性及び等方性エッチング工程、後者の工程は
基板からビーム２６の自由を実現できる。
【００１３】後述するように、カスケード結合された、
少なくとも２つのビームを使用するために、ｍ個の光学
ガイドにｎ個の光学ガイドを切り替えることについてな
すことを必要とする。
【００１４】しかしながら、異なるリンのドーピング処
理を用いてＰＥＣＶＤによって特にシリカビームを製造
する工程はシステムの変形に対して起こす元になる垂直
方向ｚに等しい応力をなす。これは同じ構成である図１
の構成の参照暗号を示す図２ａに示す。図２ａは従来の
ビーム自由工程を示す図である。図２ａにおいて、σ2
は基板１０と薄い層（１２，３２，１６）との間インタ
ーフェースで応力を示し、σ1 は薄い層の表面での応力
を示す。層にリンをドーピングした相違に同様である、
サブ層１２，３２及び１６の間の特性の差によって、薄
い層で傾斜応力であり、応力σ2 は応力σ1 より低い。
そして、ビーム２６を自由にし、ビーム２６の下に空洞
２４をくりぬくとき、光学スイッチが図２ｂに示すよう
に実施される。
【００１５】
【発明が解決しようする課題】また、スイッチングはビ
ームの変形（例えば図１で面ｘｙ）を要し、一端は固定
部に達しているし、ビームはマイクロガイドを含むとい
う事実に組み合わされ、最小の大きさを有しなければな
らず、移動部が移動中高い制御エネルギーを要すること
を意味する。
【００１６】その問題点は例えば振動検出などセンサの
分野において起き、変形（図２ａ，図２ｂ）に関してス
イッチにおける生じるものと同じものである。再度信号
は固定部に達するビームの変位によって得られるという
事実はセンサ（前述の理由において前記ビームは最小の
大きさを有している）の感度に限界を生じる結果とな
る。
【００１７】更に、センサの分野におて、従来技術は単
一の光学ガイドを有する移動部を提供する。移動部は外
部の力の作用の下で動かされる。この装置はそれを通っ
て光強度を変化するが、前記変化は変位を実現されな
い。
【００１８】
【発明を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、集積化されたガイド構成で、固定部及び
固定部に結合された移動部を含み、移動部が固定部に形
成されたｉ個の出力マイクロガイドと固定部に形成され
たｊ個の入力マイクロガイドとの間に配置されたオプト
メカニカル装置において、第１の方向に質量の変位を実
現するために移動部は固定部に固定アームによって結合
された質量を含み、前記質量はｉ個の出力マイクロガイ
ドの１つにｊ個の入力マイクロガイドの１つから光ビー
ムのスイッチングを実現するためにｋ個のマイクロガイ
ドを有する。
【００１９】そのような構成を有し、ランダムな数のｉ
個及びｊ個の入力及び出力マイクロガイドを選択でき
る。もはやスイッチング装置のカスケードを必要としな
い。移動部が固定部から完全に離脱されるので、フラン
ス国公開第２，６６０，４４４号に開示されているよう
なビームよりかなり低いエネルギーに交換され得る。最
後に、前記装置がセンサに使用される場合において、後
者の感度は２つの移動部と固定部の分離を介して増加さ
れる。各マイクロガイドの存在による任意の方法になす
ことなく大きさを測定できるので移動部と固定部の固定
アームは波ガイドによって横切らない。
【００２０】固定アームによって単独で固定部に結合さ
れる移動部をもつカスケードの構成を創作でき、前記移
動部はセンサの場合より大きな感度を生じ、変位におけ
る小さなエネルギーを要する。
【００２１】そして、本発明は集積化された光学ガイド
構成で、固定部及び固定部に結合されたＮ個の移動部Ｍ
1 ，Ｍ2 ，・・・，Ｍn を有し、移動部が固定部に形成
されたｉ個の出力マイクロガイドと固定部に形成された
ｊ個の入力マイクロガイドとの間に配置され、第１の方
向に質量の変位を実現するために移動部は固定部に固定
アームによって結合された質量を各々場合で有し、質量
Ｍ1 は質量Ｍ2 のｋ2個のマイクロガイドの１つにｊ個
の入力マイクロガイドの１つから光ビームを切り替える
ことができるためにｋn 個のマイクロガイドを有し、各
質量Ｍn （ｎは２以上の整数）は質量Ｍn+1 のｋn+1 個
のマイクロガイドの１つに向かって質量Ｍn-1 のｋn-1
個のマイクロガイドの１つから光ビームを切り替えるこ
とができるためにｋn 個のマイクロガイドを有し、質量
ＭN はｉ個のマイクロガイドの１つに質量ＭN-1 のｋ
N-1 個のマイクロガイドの１つから光ビームを切り替え
ることができるためにｋN 個のマイクロガイドを有す
る。
【００２２】そのような装置によれば、アームは波ガイ
ドによって横切らず、マイクロガイドの存在の個別の大
きさを測定され得る。
【００２３】本発明の見地内で、移動部での徐々に変わ
る残留の応力を減少できるために、固定アームに少なく
とも２つの点によって前記構成を結合できる。
【００２４】第２の方向での移動部の変形を制限するた
めに、固定アームは、剛性の問題点及び前記アームが前
記第１の方向で適切なフレキシブル性を有するとき最小
のエネルギー（またはセンサにおける最大の感度）とい
う問題点を解決するために寄与するとき、最適な形状を
有する。そして、第１の方向で移動部の変位を妨げるこ
となく第１の方向でのフレキシブル性は結合されたアー
ムに対する質量の変位を実現できる。第２の方向で移動
部の変位を制限できるように第２の方向での十分な剛性
を有する。第１及び第２の方向は互いに垂直である。
【００２５】また、アームは次の多種な形状を有し得
る。 ・互いに垂直な２つの分かれた角度のあるブラケット形
状 ・枝に垂直な実質的にＵ字形状の各側面の枝の自由端に
付加された枝をもつＵ字形 ・直線形状
【００２６】更に、実施の形態例によれば、移動部のア
ームの少なくとも２つは変形可能なフレームによって前
記移動部を固定部に接続させる。
【００２７】本発明の見地内であって、重い移動部の問
題点を解決するために、マイクロガイドから分離して少
なくとも１つの移動部は移動部を軽くする少なくとも１
つの遮断部を有する。
【００２８】また本発明は前述の装置と移動部の少なく
とも１つ又は全ての変位を制御する手段を盛り込んだオ
プトメカニカルスイッチに関する。
【００２９】制御する手段が静電気による手段であり、
制御電極は少なくともと１つの移動部のアームに適用さ
れる。
【００３０】多種によれば、移動部の変位を制御する制
御手段は前記移動部に結合される静電トランスデューサ
によって形成される。
【００３１】また、本発明は有効的な実施例としてｉ＝
２，ｊ＝１及びｋ＝２のときに前述のような装置を有す
るオプトメカニカルセンサに関する。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。本発明の概要が平面図である図
３ａ，３ｂに示され、当該装置は固定部５０及び移動部
５２を有し、固定部は入力マイクロガイド５４及び２つ
の出力マイクロガイド５６，５８を有する。固定部５０
は図１に示すものと類似している。入力マイクロガイド
５４を含む固定部の領域６０に直接もはや接続されない
移動部５２を自由にするためにエッチングされた領域の
形状のみが変形されている。しかし、移動部５２は固定
アーム６２，６４，６６，６８によって固定部５０に接
続されている。これらのアームは第１の方向に移動部の
変位を可能にする。図３ａ，３ｂの場合において、前記
第１の方向ｘｘ’は水平面を含み、入力マイクロガイド
５４に対して有効的に垂直である。移動部５２は２つの
マイクロガイド７０，７２を含む。構成が図３ａに示さ
れた配置Ｉであるときガイド７０は入力マイクロガイド
５４に面する一端及び出力マイクロガイド５６に面する
他端を有する。図３に示された配置ＩＩの中に方向ｘ
ｘ’における構成の変位がある間、第２のマイクロガイ
ド７２が入力マイクロガイド５４に面する端部の１つで
の位置に移動するが第１のマイクロガイド７０は入力及
び出力マイクロガイド５４，５６に面する位置を離れ
る。配置Ｉから配置ＩＩに通過するために、図３ａ，３
ｂに示されていない変位手段は設けられ得る（これは光
学スイッチの場合である）。また、移動部５２の変位は
みなされかつ測定される（これはセンサの場合である）
外部の状態の影響によって変位できる。
【００３３】全ての場合で、接続アーム６２，６４，６
６，６８は光学ガイドを含まない。そして、それらは比
較的に小さな幅を有している。光学スイッチの場合移動
部の変位における必要なエネルギーは従来の装置よりか
なり少ない。
【００３４】また移動部での存在され得る残留応力の変
化度を最小にするために固定部に少なくとも２つの点に
よって移動部を接続することができる。図３ａ，３ｂに
おいて、参照文字Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによって示された４つ
の接続点がある。移動部の光学マイクロガイドは大変多
種な形状を有することができる。図３ａ，３ｂにおい
て、２つのマイクロガイドの１つが直線で、他が湾曲で
ある。
【００３５】また、図４に示すように、移動部で湾曲さ
れたマイクロガイドを有することもでき、変位が図面の
面を含む方向ｘｘ’及び入力マイクロガイドに対して有
効的に垂直でなされる。
【００３６】光学スイッチの場合、手段は固定部に関し
て移動部を表示するために、及び多種の位置の間で切り
替えることについてなされるために設けられなければな
らない。図４に示すようにこの端部に対して、電極７
８，８０，８２，８４のように制御電極を使用すること
ができる。これらのある電極は固定部上にデポジットさ
れ、かつ他は移動部上にデポジットされる。それは電力
供給源８６，８８を制御する。図４は固定部に移動部を
接続するためのアームに関して単一の制御電極アレイを
示す。他の電極は他のアーム上にデポジットされ得、か
つ前記他のアームに面する固定部の他の領域上にデポジ
ットされ得る。対応する電力供給源は関係付けられてい
る。
【００３７】多種な例によれば、図５ａに示されるよう
に、静電トランスデューサを提供することによって制御
電圧を減少することができる。図５ａにおいて、接続ア
ームと同様に、入力、出力及びスイッチングマイクロガ
イドは図４と同一である。しかしながら、スイッチング
は中央部１００、移動部及び固定部に接続された一連の
歯９２−１，・・・，９２−６及び９４−１，・・・，
９４−６によって構成される静電トランスデューサ９０
によって確実にされる。これらの歯の各々は制御電極９
６−１，９６−２，・・・，９６−１２及び９８−１，
・・・，９８−１２をなす。歯及び電極は中央部１００
の各サイドに設けられ、電極は電力供給源１０２−１，
・・・，１０２−６及び１０４−１，・・・，１０４−
６に関係付けられている。そして、移動部及び静電シス
テムを保持するためにアームを別々に寸法を測定でき、
変位制御電圧を減少することができる。また、これは制
御電圧の課題から層に存在する応力に関係された課題の
区別を実現し、後者は静電トランスデューサを正確に測
定することによって解決される。
【００３８】この寸法は図５ｂ，５ｃに簡単に示す。図
５ｂの場合で、互いに距離ｅ、各電極の表面面積Ｓ（Ｓ
＝Ｌ×ｈ，Ｌ及びｈは各々電極の長さ及び幅である）、
２つの電極の間に印加される電圧Ｖ、真空誘電率ε0
（ε0 ＝８．８５×１０-12 Ｆ／ｍ）での２つの面する
電極を有する。その静電力Ｆは、
【００３９】Ｆ＝（１／２）・｛ε0 Ｓ（Ｖ／ｅ）2 ｝ である。
【００４０】単一のビームを考慮すると、従来例では２
つの電極の１つがビームのフランク上に配置され、Ｌ及
びｈは各々ビームの長さ及び高さを示す。
【００４１】ｎ個の歯９５−１，９５−２，・・・，９
５−ｎ（図５ｃ）を有する静電トランスデューサの場
合、各歯９５−ｉは２つの電極９１−ｉと９３−ｉでな
し、これらの電極の各々は固定部の電極８７−ｉと８９
−ｉを面する。Ｖi は電極８７−ｉと電極９１−ｉとの
間の電圧を示し、Ｖ' iは電極９３−ｉと電極８９−ｉと
の間の電圧を示す。静電力Ｆは次式にように図５ｃでの
左側に移動部を偏向できる。
【００４２】
【数２】
【００４３】なお、Ｌi 及びｅi は歯９５−ｉの各サイ
ドの電極の長さと電極８７−ｉ及び電極９１−ｉの間の
距離を各々示す。静電力Ｆ’は次式にように図５ｃの右
側に構成を偏向できる。
【００４４】
【数３】
【００４５】同じ長さＬのｎ個のトランスデューサの歯
をとり、同じ高さｈ及び同じ電圧Ｖ、静電力はＦ＝（ｎ
／２）・｛ε0 Ｌｈ（Ｖ／ｅ）2 ｝によって付与され
る。
【００４６】そして、静電力はｎ倍の高い。そして、付
与された静電力において必要な電圧は√ｎ倍低い。そし
て静電トランスデューサは制御電圧を減少できる。
【００４７】保持又は固定されたアームは多種の形状を
有し得る。図３ａ〜図５ａにおいて、アームは２つの実
質的に垂直な扇形を有する角度あるブラケット形状を有
する。固定アームは図６に示す形状をなし、移動部に固
定された２つのアーム１０６，１０８は偏向フレーム１
１０によって固定部に後者を接続し、接続部材１１２に
よって固定部に接続される。同じ構成は移動部の他のサ
イド上に供給される。寄生の一列になっていない光学ガ
イド、あるいは固定アームのメカ的な跳ね上げのような
意味する歪みへの上昇を付与することなく偏向するため
エッチングすることによって分離されるとき偏向フレー
ム上に基づくこの装置は移動部を実現する。静電制御は
同じ偏向フレームの壁１１３上に割り込み得る。
【００４８】図７に示す本発明の実施の形態例によれ
ば、接続アームはＵ字形状の相当する枝に実質的にＵ字
形状の各自由端に付加される枝１２２，１２４，１２
６，１２８，１３０，１３２，１３４，１３６を有する
Ｕ字形状の１１４，１１６，１１８，１２０である。図
８に示す本発明の実施の形態例によれば、４つの直線の
アーム１３８，１４０，１４２，１４４は固定部の方向
で移動部１３７に伸びている。
【００４９】アームは多種の方向（図３ａ〜図８の面に
垂直な方向）で好ましくは固定されかつ移動部の変位方
向でのフレキシブルである。図９はＵ字形状の固定アー
ムを示し、枝に実質的に垂直であるために前記中央本体
１４６及び枝１４８，１５０はＵ字形の各枝の自由端に
付加されている。そして、高く／幅広形状の要素を増や
すことによってアームの形状を機能でき、垂直部分での
固定アームの部分の高さとして（ｚｘに平行な面を持
つ）高さｈ及び幅
【外２】 は図９に示され、幅
【外３】 は同じ垂直部分での前記アームの幅である。この形状の
要素を実施することによって、同じ面での移動部の変位
及び第２の方向として周知の前記後者の方向で移動部の
可能な偏向を制限するための方向ｚでの適切な弾性係数
を妨げないために、第１の方向を含む面ｘｙでの適切な
フレキシブルさを得ることができる。固定アームの部分
の高さ及び幅を変形することを含むこの工程は直線形状
（図８に示す）又はフレームのような形状（図６に示
す）あるいは角度あるブラケットのような形状（図４に
示す）を有するアームを提供され得る。
【００５０】移動部は多種の形状を有し得る。図３ａ〜
図８において、実質的に矩形形状のものを示す。しか
し、他の形状、特に重さを最小にするように最大限に活
用されるような形状を付与され得る。図１０に示すよう
に、固定アームは参照符号１５４，１５６，１５８，１
６０に示され、移動部は２つのマイクロガイド１６２，
１６４を有し得、形状が良い誘導をなし、かつ特に２つ
のマイクロガイド１６２，１６４の間の遮断１６６の結
果重さを最小にする。重さを最小にする個とはシステム
の弾性を減少することができ、スイッチ速度を増加でき
る。一方、重さに対するスイッチの感度を減少される。
センサの場合で、センサの感度を増加するために移動質
量を増加できる。
【００５１】図３ａ〜図１０は２つの出力ガイドを有す
るスイッチングシステムを示す。図１１に示すようにｉ
出力ガイドでスイッチングするために本発明の技術を広
めることができる。この場合で、移動部１６２はｉガイ
ドを含み、移動部のｉ位置の１つにおいて出力マイクロ
ガイドの１つに面する他の端部を有する入力マイクロガ
イド１６４に面する端部を各々有する。静電制御スイッ
チの場合で、２つの調整電極の間での電圧の変化は移動
部の相当する変位を変化することができる。
【００５２】図１２に示すように、同じ移動部は並列で
いくつかの入力マイクロガイドの切り替えを実現するい
くつかのガイドを有し得る。図１２は２つの入力マイク
ロガイド１６６，１６８の場合に限られるが、ｊ＞２で
あるｊ入力マイクロガイドにおける等価回路を使用する
ことができる。この装置の効果は制御力で増加されず、
固定アームは使用される光学構造に無関係である。
【００５３】しかしながら、図１３に示すように、内部
接続（少なくとも１つは固定部に接続される）され得、
又は装置の固定部に他部の別に接続された移動部１７
０，１７２をカスケード接続できる。図１３に示される
個別な接続である。
【００５４】図１３に示す装置は集積化される光学ガイ
ド構成で、図１３に示す固定部とＮ個の移動部Ｍ1 ，Ｍ
2 ，・・・，ＭN を有するオプトメカニカル装置に導く
ことができる。これらの移動部は装置の固定部に別々に
接続され、又は内部接続され得る。全ての移動部は固定
部に全て形成された、ｉ出力マイクロガイドとｊ入力マ
イクロガイドの間カスケードに位置付けられる。各移動
部の固定アームは図３ａ〜図１３と共に前述のように似
ている。各質量Ｍn はｋn のマイクロガイドを有する。
これらのマイクロガイドは任意の方法で質量Ｍn の他サ
イド上に位置付けららえた質量Ｍn+1 のｋn+1 マイクロ
ガイドの１に向かって質量Ｍn の一サイド上に配置され
た質量Ｍn-1 のｋn-1 マイクロガイドの１つから光ビー
ムを切り替えるために配列されている。
【００５５】図１４に示す他の実施の形態例によれば、
ｉ入力マイクロガイドに向かってｊ入力マイクロガイド
の制御をもたらすことができ、唯一の移動部１７４はｉ
×ｊマイクロガイドを有し、各々は移動部の特殊な位置
における２つの固定化されたマイクロガイド（１つの入
力ガイド，１つの出力ガイド）の端部に接続できる。
【００５６】更に、出力マイクロガイドに入力マイクロ
ガイドを切り替える間光学スイッチに使用される構成は
振動、あるいは加速度オプトメカニカルセンサ又はピッ
クアプを実施するために使用され得る。出力のマイクロ
ガイドの位置を共に移動するためにこの提案で有効であ
る。移動質量で、ｊ＝１入力マイクロガイド、ｉ＝２出
力マイクロガイド及びｋ＝２マイクロガイドを有するセ
ンサが図１５に示されている。２つの湾曲のマイクロガ
イド１７８，１８０を有する移動部１７６は入力マイク
ロガイドに対して有効的に垂直及び図面の面を含む方向
ｘｘ’で変位を被り得、前記変位は内部力によって生じ
得、その存在は検出される。そのような変位の場合で、
入力マイクロガイドによって搬送される光は変位方向の
係数として出力マイクロガイドの１つ又は他に向かって
更なる結合される。システムの増加される感度を導く大
変薄く保持アームを使用できるので、再び固定部に接続
されるガイドがない。
【００５７】図１６ａは、移動部の変位δの係数として
マイクロガイド１８２の出力での信号（信号Ｓ1 ）とマ
イクロガイド１８４の出力での信号（信号Ｓ2 ）を示
す。これらの信号の間の差は移動部の変位δの係数とし
て図１６ｂに示される。そして、信号は移動部の変位に
比例して得られ、それ自身は装置に供給される加速度に
比例する。図１６ｂは出力信号が区別されるように解決
して位置に関して移動部の変位方向を検出できることを
示す。また、出力マイクロガイド１８２，１８４はマイ
クロガイド１７８，１８０を介して伝送されるビームを
検出するための手段に接続される。これらの周知の検出
手段は図１５に詳細には示されていない。また光学的に
表示する手段及び信号を供給するための手段にこれらの
手段を接続することができる。
【００５８】オプトメカニカルセンサの場合、本発明は
メカニカルシステムの増加される感度に導き、かつ構成
の変位方向を検出することができる。保持アームの寸法
での光学的な構成でないという事実は前記アームの形状
上に作用することによって一方向で加速するために感度
よく、かつ２つの他の垂直な方向で感度よくない加速度
計を提供することを実現する。光学的なスイッチングを
使って機能する加速度計をもつ場合ではない。
【００５９】前述したすべての装置（スイッチ、セン
サ）は周知の工程を使用することによって、例えば再活
性化のイオン化のエッチング型の異方性及び等方性のエ
ッチング、ＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤを使用して従来技術
の開示と共に前述に開示された類似のものを作成でき
る。
【００６０】次の例はオプトメカニカルスイッチに関す
る数値化またはディジタル化を提供する。光学的構成は
シリコン構成上にデポジットされた３つの層の形式であ
り得、その層はＰＥＣＶＤによってデポジットされたリ
ンをドーピングされたシリコンを有し、中央の層は光の
禁止を生じるために囲んだ他の２つの層より高い指数を
有する。ガイドと移動部を定めるために必要な層のエッ
チング動作の違いがＲＩＥによって配置できる。光学的
な構成の垂直な高さは典型的に２５μｍである。
【００６１】フランス国特許公開第２，６６０，４４４
号に提供されるスイッチの場合、自由端のある変位を得
るビームに沿って供給されて開示された力は次の式によ
って得られる。
【００６２】
【数４】
【００６３】なお、Ｅはビームにおいて使用される材料
のヤング係数、ｈはビームの高さ、
【外４】 はビームの幅、δはビームの自由端の変位、Ｌはビーム
の全長である。
【００６４】移動部の寸法は典型的には数ミリメータ
で、２５μｍの高さ及び約２５〜３０μｍの幅である。
もっと小さい幅はビームで光学ガイドを中断し、寄生損
失に導く。ヤング係数Ｅ＝７・１０7 Ｐａ、長さＬ＝２
ｍｍ、高さｈ＝２５μｍ、幅
【外５】 ＝３０μｍのシリカビームを仮定すると、δ＝１０μｍ
によってビームの自由端を表示するために必要な静電力
はＦ＝４・１０-5Ｎである。
【００６５】ビームのいずれのサイドでの電極に供給さ
れる電圧によって生成される静電力の場合で、供給され
るための電圧は次の式によって付与される。
【００６６】
【数５】
【００６７】なお、Ｖは電極間の電圧、ｅは電極間の距
離、ε0 は真空誘電率、Ｌはビームの長さである。ε0
＝８．８５・１０-12 Ｆ／ｍ、３０μｍの内部電極距
離、前述定めたように他のパラメータ、電圧Ｖ＝４００
ボルトが得られる。
【００６８】現在同じ技術及び同じガイド寸法に基づく
スイッチを取ること及び本発明を使用することは、移動
部が５μｍの幅
【外６】 と同じ長さＬ＝２ｍｍを有する４つのアームの機能を有
する固定部に接続され、４つのアームの誤差において必
要な力が次の式によって与えられる。
【００６９】
【数６】
【００７０】供給される力は約１８倍低い。更に、この
力は４つのアームに渡って分配され、各アームに供給さ
れる力は約４倍低い。
【００７１】静電制御の場合、４つのアームの各々上の
電極を配置し、供給される電圧は次の式によって与えれ
る。
【００７２】
【数７】
【００７３】同じ静電距離を使用して、従来の場合より
８倍低い電圧である。
【００７４】本発明の産業上の提案はいわゆる安全なネ
ットワークの提供を実現するために主として光学通信ま
たはオプトメカニカルスイッチングの分野である。他に
はオプトメカニカルセンサ、特に加速度計、マイクロフ
ォン、振動検出器、圧力測定器、光学的な作用による全
ての分野である。通常の見地において、本発明は集積化
されたオプトメカニカル装置に適応可能であり、また集
積化された光学ガイドの端部をメカ的に取って代わるた
めに必要なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のオプトメカニカルスイッチを示す図であ
る。
【図２ａ】従来のオプトメカニカルスイッチにおける基
板をエッチングする前を示す図である。
【図２ｂ】従来のオプトメカニカルスイッチにおける基
板をエッチングした後を示す図である。
【図３ａ】本発明に係るスイッチを示す図である。
【図３ｂ】本発明に係るスイッチを示す図である。
【図４】電極制御システムを有する２つの湾曲のガイド
を有する移動部の装置を示す図である。
【図５ａ】静電トランスデューサを有するオプトメカニ
カルスイッチを示す図である。
【図５ｂ】静電トランスデューサの寸法を示す図であ
る。
【図５ｃ】静電トランスデューサの寸法を示す図であ
る。
【図６】変形可能なフレームの形式でのアームによって
固定部に結合されたスイッチ又はセンサの移動部を示す
図である。
【図７】Ｕ字形アームによって固定部に結合されたスイ
ッチ又はセンサの移動部を示す図である。
【図８】直線アームによって固定部に結合されたスイッ
チ又はセンサの移動部を示す図である。
【図９】Ｕ字形補償アームを示す図である。
【図１０】良いガイドと重さを最小化する形状の固定ア
ームをもつ移動部を示す図である。
【図１１】三方向光学センサ又はスイッチを示す図であ
る。
【図１２】４つの出力ガイドに２つの入力ガイドの並列
スイッチを実現する装置を示す図である。
【図１３】カスケードでの独立した移動部を示す図であ
る。
【図１４】単一の移動部を有する２×２のスイッチを示
す図である。
【図１５】光学振動加速又は加速度計を示す図である。
【図１６ａ】出力ガイドによって得られる光学信号の特
性を示す図である。
【図１６ｂ】２つの信号の差の特性を示すである。
【符号の説明】
５０ 固定部 ５２ 移動部 ５４ 入力マイクロガイド ５６，５８ 出力マイクロガイド ６０ 領域 ６２，６４，６６，６８ 固定アーム ７０，７２ マイクロガイド

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積化されたガイド構成で、固定部及び
    固定部に結合された移動部を含み、移動部が固定部に形
    成されたｉ個の出力マイクロガイドと固定部に形成され
    たｊ個の入力マイクロガイドとの間に配置されたオプト
    メカニカル装置において、 第１の方向に量の変位を実現するために移動部は固定部
    に固定アームによって結合された量を含み、前記量はｉ
    個の出力マイクロガイドの１つにｊ個の入力マイクロガ
    イドの１つから光ビームのスイッチングを実現するため
    にｋ個のマイクロガイドを有することを特徴とする装
    置。
  2. 【請求項２】 集積化された光学ガイド構成で、固定部
    及び固定部に結合されたＮ個の移動部Ｍ1 ，Ｍ2 ，・・
    ・，Ｍn を有し、移動部が固定部に形成されたｉ個の出
    力マイクロガイドと固定部に形成されたｊ個の入力マイ
    クロガイドとの間に配置され、第１の方向に質量の変位
    を実現するために移動部は固定部に固定アームによって
    結合された質量を各々場合で有し、質量Ｍ1 は質量Ｍ2
    のｋ2個のマイクロガイドの１つにｊ個の入力マイクロ
    ガイドの１つから光ビームを切り替えることができるた
    めにｋn 個のマイクロガイドを有し、各質量Ｍn （ｎは
    ２以上の整数）は質量Ｍn+1 のｋn+1 個のマイクロガイ
    ドの１つに向かって質量Ｍn-1 のｋn-1 個のマイクロガ
    イドの１つから光ビームを切り替えることができるため
    にｋn 個のマイクロガイドを有し、質量ＭN はｉ個のマ
    イクロガイドの１つに質量ＭN-1 のｋN-1 個のマイクロ
    ガイドの１つから光ビームを切り替えることができるた
    めにｋN 個のマイクロガイドを有することを特徴とする
    装置。
  3. 【請求項３】 質量の１つは少なくとも２つの点（Ａ，
    Ｂ，Ｃ，Ｄ）によって固定アームに結合されている請求
    項１又は請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 アームの少なくとも１つは、第１の方向
    で移動部の変位を妨げないように第１の方向での十分な
    フレキシブル性と、第２の方向で移動部の変位を制限す
    るように第２の方向での十分な剛性を有する請求項１又
    は請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 第１及び第２の方向は互いに垂直である
    請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 少なくとも１つの移動部の固定アームの
    少なくとも１つは互いに垂直な２つの分かれた角度のあ
    るブラケット形状を有する請求項１又は請求項２に記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 少なくとも１つの移動部のアームの少な
    くとも１つは枝に垂直な実質的にＵ字形状の各側面の枝
    の自由端に付加された枝をもつＵ字形の本体を有する請
    求項１又は請求項２に記載の装置。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの移動部のアームの１つ
    は直線である請求項１又は請求項２に記載の装置。
  9. 【請求項９】 移動部のアームの少なくとも２つは変形
    可能なフレームによって前記移動部を固定部に接続させ
    る請求項１又は請求項２に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ｋ個のマイクロガイドから分離して少
    なくとも１つの移動部は移動部を軽くする少なくとも１
    つの遮断部を有する請求項１又は請求項２に記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 請求項１又は請求項２に記載のスイッ
    チと移動部の少なくとも１つ又は全ての変位を制御する
    手段を含むオプトメカニカルスイッチ。
  12. 【請求項１２】 変位を制御する手段が静電気による手
    段である請求項１１に記載のスイッチ。
  13. 【請求項１３】 制御電極は少なくともと１つの移動部
    のアームに適用される請求項１２に記載のスイッチ。
  14. 【請求項１４】 少なくとも１つの移動部は制御手段を
    形成する静電トランスデューサに結合される請求項１２
    に記載のスイッチ。
  15. 【請求項１５】 請求項１又は請求項２に記載の装置を
    含むオプトメカニカルセンサ。
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