JPH1054947A - 光学機械マイクロ偏向器用途に利用するための光学機械マイクロデバイス - Google Patents
光学機械マイクロ偏向器用途に利用するための光学機械マイクロデバイスInfo
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- JPH1054947A JPH1054947A JP9115038A JP11503897A JPH1054947A JP H1054947 A JPH1054947 A JP H1054947A JP 9115038 A JP9115038 A JP 9115038A JP 11503897 A JP11503897 A JP 11503897A JP H1054947 A JPH1054947 A JP H1054947A
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- microdevice
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- plane
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0875—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more refracting elements
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い制御電圧で大きな偏向を達成することが
できる大量生産に適した光学機械マイクロデバイスを提
供する。 【解決手段】 本発明は、マイクロデバイスの平面
（ｘ、ｙ）を定義する固定の部分（２）が設けられてお
り、マイクロデバイスの平面内で可動でありかつ同じ平
面内で光ビームを偏向することができる少なくとも１つ
の一次レンズ（４）が設けられており、固定の部分に一
次レンズを連結する少なくとも１つの締付けアーム
（６）が設けられており、アームの一部分が、移動で
き、かつマイクロデバイスの平面内で可動のレンズを移
動できる、光学機械マイクロデバイスに関する。
できる大量生産に適した光学機械マイクロデバイスを提
供する。 【解決手段】 本発明は、マイクロデバイスの平面
（ｘ、ｙ）を定義する固定の部分（２）が設けられてお
り、マイクロデバイスの平面内で可動でありかつ同じ平
面内で光ビームを偏向することができる少なくとも１つ
の一次レンズ（４）が設けられており、固定の部分に一
次レンズを連結する少なくとも１つの締付けアーム
（６）が設けられており、アームの一部分が、移動で
き、かつマイクロデバイスの平面内で可動のレンズを移
動できる、光学機械マイクロデバイスに関する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ光学部品
及びマイクロ工学の分野に関し、とくにコンパクトなマ
イクロシステムの製造において利用するための光学機械
マイクロ偏向器の分野に関する。
及びマイクロ工学の分野に関し、とくにコンパクトなマ
イクロシステムの製造において利用するための光学機械
マイクロ偏向器の分野に関する。
【０００２】さらに特定すれば、本発明は、障害物を検
出するための光学マイクロ遠隔測定システム（マイクロ
ＬＩＤＡＲシステム）、光通信及び相互接続システム、
光データ記憶システム、光センサ、及びレーザマーキン
グ及びプリンタ等のような光印刷システムのように、広
い範囲の用途において使用することができる。
出するための光学マイクロ遠隔測定システム（マイクロ
ＬＩＤＡＲシステム）、光通信及び相互接続システム、
光データ記憶システム、光センサ、及びレーザマーキン
グ及びプリンタ等のような光印刷システムのように、広
い範囲の用途において使用することができる。
【０００３】本発明の別の観点は、少なくとも１つのレ
ンズの変位が、締付けアームの曲げにより制御される、
１つ又は複数のマイクロレンズのシステムを利用して、
近隣の光源からの光ビームを測定のために走査し又は偏
向する用途に関する。
ンズの変位が、締付けアームの曲げにより制御される、
１つ又は複数のマイクロレンズのシステムを利用して、
近隣の光源からの光ビームを測定のために走査し又は偏
向する用途に関する。
【０００４】
【従来の技術】光のビームを偏向するために、種々の機
構又は部品を利用する種々のタイプの小型集積又はハイ
ブリッドシステムを使用することは、当該技術分野にお
いて周知である。
構又は部品を利用する種々のタイプの小型集積又はハイ
ブリッドシステムを使用することは、当該技術分野にお
いて周知である。
【０００５】第１のシステムは、１つ又は複数の回転す
る又は振動するミラーを含んでいる。回転するミラーに
おける光ビームの反射は、高い走査速度を達成するため
に利用される。このタイプのシステムは、しばしば加速
度に対してきわめて敏感であり、これは、とくにオンボ
ードのレーザ遠隔測定用途において欠点である。
る又は振動するミラーを含んでいる。回転するミラーに
おける光ビームの反射は、高い走査速度を達成するため
に利用される。このタイプのシステムは、しばしば加速
度に対してきわめて敏感であり、これは、とくにオンボ
ードのレーザ遠隔測定用途において欠点である。
【０００６】ある種の偏向装置は、マイクロレンズのネ
ットワークを利用する。このタイプのシステムの例は、
E.A. Watson により、「Analysis of beam steering wi
th decentered microlens array 」、Optical Enginee
ring、１９９３年、１１月、第３２巻、第１１号、２６
６５〜２６７０頁に、かつ T.D. Milster 他により、
「Design, Modeling and Control of Laser Beam Optic
s 」、ＳＰＩＥ、第１６２５巻、１９９２年、７８−８
３頁に記載されている。これらのシステムは、マイクロ
レンズ又はマイクロレンズのネットワークの移動システ
ムの光軸の誤整列により引起こされる偏差を利用してい
る。このタイプの装置は、高密度集積されたマイクロ偏
向器を製造するために利用することができない。
ットワークを利用する。このタイプのシステムの例は、
E.A. Watson により、「Analysis of beam steering wi
th decentered microlens array 」、Optical Enginee
ring、１９９３年、１１月、第３２巻、第１１号、２６
６５〜２６７０頁に、かつ T.D. Milster 他により、
「Design, Modeling and Control of Laser Beam Optic
s 」、ＳＰＩＥ、第１６２５巻、１９９２年、７８−８
３頁に記載されている。これらのシステムは、マイクロ
レンズ又はマイクロレンズのネットワークの移動システ
ムの光軸の誤整列により引起こされる偏差を利用してい
る。このタイプの装置は、高密度集積されたマイクロ偏
向器を製造するために利用することができない。
【０００７】ほとんどの光マイクロ偏向器システムは、
移動部分の運動を制御するためにピエゾ電気部品を利用
している。このことは、このような部品がしばしばかさ
ばり、かつしたがって低い周波数に向かって制限される
という欠点を有する。ピエゾ電気部品も、きわめて大き
な制御電圧（１，０００ボルトの範囲における）を必要
とし、このことは、過度に大きな電力消費なしでは高い
周波数を達成することを困難にする。高い電圧の別の欠
点は、小型化が困難な電源のコストにある。
移動部分の運動を制御するためにピエゾ電気部品を利用
している。このことは、このような部品がしばしばかさ
ばり、かつしたがって低い周波数に向かって制限される
という欠点を有する。ピエゾ電気部品も、きわめて大き
な制御電圧（１，０００ボルトの範囲における）を必要
とし、このことは、過度に大きな電力消費なしでは高い
周波数を達成することを困難にする。高い電圧の別の欠
点は、小型化が困難な電源のコストにある。
【０００８】異なったシステムは、フランス国特許出願
公開第９５０５６５２号明細書に記載されている。この
文書は、基板上に集積化されたマイクロレンズと静電支
柱を利用するマイクロ走査装置を記載している。マイク
ロレンズの軸線は、これが組み立てられる基板に対して
垂直である。前記文書に示された装置は、２つの方向に
おけるビームのマイクロ走査が必要な状況において有利
である。しかしながら単独の方向におけるビームのマイ
クロ走査が必要なところでは、それより簡単に製造され
る装置を見出すことができ、それより安価なシステムを
生じる。さらにフランス国特許出願公開第９５０５６５
２号明細書に記載された技術は、あらゆるタイプのレン
ズ、とくにさらに広い走査角を与えるために使われるき
わめて短い焦点距離を有するレンズの製造を可能にしな
い。又は等価な走査角のためにさらに低い制御電圧を可
能にしない。最後に、フランス国特許出願公開第９５０
５６５２号明細書に記載された装置は、レンズを軸線に
沿って積み重ねることを可能にするが、２つのレベルに
おいて９０°で２つのマイクロ支柱を交差させることに
よってこれを可能にする。それ故に全系列のマイクロレ
ンズをすべて一緒に移動することが、ときには必要であ
る。
公開第９５０５６５２号明細書に記載されている。この
文書は、基板上に集積化されたマイクロレンズと静電支
柱を利用するマイクロ走査装置を記載している。マイク
ロレンズの軸線は、これが組み立てられる基板に対して
垂直である。前記文書に示された装置は、２つの方向に
おけるビームのマイクロ走査が必要な状況において有利
である。しかしながら単独の方向におけるビームのマイ
クロ走査が必要なところでは、それより簡単に製造され
る装置を見出すことができ、それより安価なシステムを
生じる。さらにフランス国特許出願公開第９５０５６５
２号明細書に記載された技術は、あらゆるタイプのレン
ズ、とくにさらに広い走査角を与えるために使われるき
わめて短い焦点距離を有するレンズの製造を可能にしな
い。又は等価な走査角のためにさらに低い制御電圧を可
能にしない。最後に、フランス国特許出願公開第９５０
５６５２号明細書に記載された装置は、レンズを軸線に
沿って積み重ねることを可能にするが、２つのレベルに
おいて９０°で２つのマイクロ支柱を交差させることに
よってこれを可能にする。それ故に全系列のマイクロレ
ンズをすべて一緒に移動することが、ときには必要であ
る。
【０００９】文書、米国特許第５，０９７，３５４号明
細書は、点光源、レンズ及びレンズ又は光源を移動する
機構を含むハイブリッド装置を記載している。この装置
は、光源の支持体上における機械部品及び機械部品上に
おけるレンズのアセンブルを必要とする。光学システム
は、機械部品上にきわめて正確に取付けなければならな
い。レンズを機械構造上に取付けるこのタイプの装置
は、“ハイブリッド”と称し、かつ大量生産とは両立し
ない整列及びアセンブリ操作を必要とする。
細書は、点光源、レンズ及びレンズ又は光源を移動する
機構を含むハイブリッド装置を記載している。この装置
は、光源の支持体上における機械部品及び機械部品上に
おけるレンズのアセンブルを必要とする。光学システム
は、機械部品上にきわめて正確に取付けなければならな
い。レンズを機械構造上に取付けるこのタイプの装置
は、“ハイブリッド”と称し、かつ大量生産とは両立し
ない整列及びアセンブリ操作を必要とする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
ら問題を解決し、かつ次のような光学機械マイクロデバ
イスを提供することにある。すなわち −マイクロデバイスの平面を定義する固定の部分が設け
られており、 −マイクロデバイスの平面内で可動でありかつ同じ平面
内で光ビームを偏向することができる少なくとも１つの
一次レンズが設けられており、 −固定の部分に一次レンズを連結する少なくとも１つの
締付けアームが設けられており、アームの一部分が、移
動でき、かつマイクロデバイスの平面内で可動のレンズ
を移動できる。
ら問題を解決し、かつ次のような光学機械マイクロデバ
イスを提供することにある。すなわち −マイクロデバイスの平面を定義する固定の部分が設け
られており、 −マイクロデバイスの平面内で可動でありかつ同じ平面
内で光ビームを偏向することができる少なくとも１つの
一次レンズが設けられており、 −固定の部分に一次レンズを連結する少なくとも１つの
締付けアームが設けられており、アームの一部分が、移
動でき、かつマイクロデバイスの平面内で可動のレンズ
を移動できる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明において利用され
るレンズは、基板の平面（又はマイクロデバイスの平
面）内に又は基板のものに対して平行平面内に、少なく
とも１つの光軸（焦点軸としても周知である）を有す
る。さらに本発明によるマイクロデバイスの構造は、写
真リソグラフ及びエッチング技術を利用して製造するこ
とができ、マイクロレンズのジオプタの形は、どのよう
にも制限されず、これらは、どのような形をしていても
よく、とくに円柱形でもよい。この後者の状況におい
て、レンズは、マイクロデバイスの平面に対して垂直な
円柱対称の軸線を有する。それ故に円柱対称の軸線に対
して垂直な平面内におけるジオプタの横断面は、円、円
錐、二次曲線又はその他どのような形のものでもよい。
るレンズは、基板の平面（又はマイクロデバイスの平
面）内に又は基板のものに対して平行平面内に、少なく
とも１つの光軸（焦点軸としても周知である）を有す
る。さらに本発明によるマイクロデバイスの構造は、写
真リソグラフ及びエッチング技術を利用して製造するこ
とができ、マイクロレンズのジオプタの形は、どのよう
にも制限されず、これらは、どのような形をしていても
よく、とくに円柱形でもよい。この後者の状況におい
て、レンズは、マイクロデバイスの平面に対して垂直な
円柱対称の軸線を有する。それ故に円柱対称の軸線に対
して垂直な平面内におけるジオプタの横断面は、円、円
錐、二次曲線又はその他どのような形のものでもよい。
【００１２】本発明による装置の構造は、大量生産の方
法、例えばマスキング技術を利用するエッチング及び写
真リソグラフと両立することができる。とくにレンズ
が、円柱形の形の場合、光学系、偏向可能な支持アーム
及びなんらかの静電的な櫛は、単一の操作においてエッ
チングすることができ、１つ又は複数の可動のレンズ
は、１つ又は複数の締付けアームとともに、固定の部分
の一部分として製造される。このことは、高度に集積化
されたおおいに小型化された装置を作り出し、この装置
は、アセンブルされた部品からなる装置よりも良好な機
械的抵抗力を有する。装置は、一層容易に製造され、そ
れ故に大量生産することができない装置よりも安価であ
る。最後に、このタイプの装置は、整列の問題を生じ
ず、当該技術において周知のハイブリッドシステムは、
整列及びアセンブリ操作を必要とし、かつ通常一層かさ
ばる。
法、例えばマスキング技術を利用するエッチング及び写
真リソグラフと両立することができる。とくにレンズ
が、円柱形の形の場合、光学系、偏向可能な支持アーム
及びなんらかの静電的な櫛は、単一の操作においてエッ
チングすることができ、１つ又は複数の可動のレンズ
は、１つ又は複数の締付けアームとともに、固定の部分
の一部分として製造される。このことは、高度に集積化
されたおおいに小型化された装置を作り出し、この装置
は、アセンブルされた部品からなる装置よりも良好な機
械的抵抗力を有する。装置は、一層容易に製造され、そ
れ故に大量生産することができない装置よりも安価であ
る。最後に、このタイプの装置は、整列の問題を生じ
ず、当該技術において周知のハイブリッドシステムは、
整列及びアセンブリ操作を必要とし、かつ通常一層かさ
ばる。
【００１３】周知の技術における構造は、レンズが機械
構造に統合されかつ光軸がマイクロデバイスの平面内に
あるマイクロデバイスを製造することを可能にしない。
このことは、本発明において円柱形横断面のレンズを製
造することによって可能になる。
構造に統合されかつ光軸がマイクロデバイスの平面内に
あるマイクロデバイスを製造することを可能にしない。
このことは、本発明において円柱形横断面のレンズを製
造することによって可能になる。
【００１４】円柱レンズのなんらかの形を創作する能力
も、きわめて広いビーム開口に対してさえ、完全に収差
のないレンズを製造することを可能にする。したがって
焦点距離に関して又は開口に関して何の制限もない。
も、きわめて広いビーム開口に対してさえ、完全に収差
のないレンズを製造することを可能にする。したがって
焦点距離に関して又は開口に関して何の制限もない。
【００１５】焦点距離は、周知技術を利用した装置のも
のより短く、かつ所定の変位に対する光ビームの偏向は
大きいことができる。所定の偏向は、周知技術において
利用されるものより小さな変位を用いて、それにより小
さな制御エネルギーを用いて、同等に達成することがで
きる。
のより短く、かつ所定の変位に対する光ビームの偏向は
大きいことができる。所定の偏向は、周知技術において
利用されるものより小さな変位を用いて、それにより小
さな制御エネルギーを用いて、同等に達成することがで
きる。
【００１６】さらにレンズは、発散性のものでよい。
【００１７】本発明による光学機械マイクロデバイス
は、入射光ビームの軌道内に配置された少なくとも１つ
の二次レンズを含んでいてもよい。この二次レンズは、
マイクロ装置の固定の部分に締付けられることによって
取付けることができる。これは、マイクロデバイスの平
面内で光ビームを偏向することができる可動のレンズで
あってもよく、かつ固定の部分に少なくとも１つの締付
けアームによって締付けてもよい。このアームの一部分
は、可動であってもよく、かつマイクロデバイスの平面
内で可動の二次レンズを動かすことができるようにして
もよい。
は、入射光ビームの軌道内に配置された少なくとも１つ
の二次レンズを含んでいてもよい。この二次レンズは、
マイクロ装置の固定の部分に締付けられることによって
取付けることができる。これは、マイクロデバイスの平
面内で光ビームを偏向することができる可動のレンズで
あってもよく、かつ固定の部分に少なくとも１つの締付
けアームによって締付けてもよい。このアームの一部分
は、可動であってもよく、かつマイクロデバイスの平面
内で可動の二次レンズを動かすことができるようにして
もよい。
【００１８】偏向すべきビームがきわめて広い場合、Ｎ
個の可動の一次レンズが互いに並べて配置されたシステ
ムを構成することができる。マイクロデバイスは、マイ
クロ装置の平面内に互いに並べて配置されたＮ個の定置
又は可動の二次レンズを含むこともできる。それ故に小
さな変位を用いて重要な偏向を達成することができるき
わめて短い焦点距離を有するレンズを製造することがで
きる。
個の可動の一次レンズが互いに並べて配置されたシステ
ムを構成することができる。マイクロデバイスは、マイ
クロ装置の平面内に互いに並べて配置されたＮ個の定置
又は可動の二次レンズを含むこともできる。それ故に小
さな変位を用いて重要な偏向を達成することができるき
わめて短い焦点距離を有するレンズを製造することがで
きる。
【００１９】きわめて短い焦点距離を有するレンズを得
るため、又は光学収差に打勝つため、Ｎ個の可動の一次
レンズは、小さな変位だけを用いて重要な偏向を与える
ようにマイクロデバイスの平面内にある軸線に沿って積
み重ねることができる。
るため、又は光学収差に打勝つため、Ｎ個の可動の一次
レンズは、小さな変位だけを用いて重要な偏向を与える
ようにマイクロデバイスの平面内にある軸線に沿って積
み重ねることができる。
【００２０】加速度に対する可動部品の感度を低下する
必要がある場合、マイクロデバイスの光学部分の質量
は、フレネルレンズを利用して減少することができる。
必要がある場合、マイクロデバイスの光学部分の質量
は、フレネルレンズを利用して減少することができる。
【００２１】本発明によるマイクロデバイスは、光ガイ
ド又は光ファイバからのビームの偏向にきわめて良好に
適している。
ド又は光ファイバからのビームの偏向にきわめて良好に
適している。
【００２２】とくにマイクロデバイスの固定の部分は、
光ビームを、１つ又は複数の可動の一次レンズ又は１つ
又は複数の二次レンズの方向に向ける手段を有すること
もできる。
光ビームを、１つ又は複数の可動の一次レンズ又は１つ
又は複数の二次レンズの方向に向ける手段を有すること
もできる。
【００２３】これら手段は、１つ又は複数の可動の一次
レンズ又は１つ又は複数の二次レンズに対向して配置さ
れた出力端部を有しかつ固定の部分に組込まれた光学マ
イクロガイドを有することができる。
レンズ又は１つ又は複数の二次レンズに対向して配置さ
れた出力端部を有しかつ固定の部分に組込まれた光学マ
イクロガイドを有することができる。
【００２４】本発明の変形において、これら手段は、１
つ又は複数の可動の一次レンズ又は１つ又は複数の二次
レンズに対向して配置された出力端部を有しかつ装置の
固定の部分に締付けられた光ファイバを有することがで
きる。
つ又は複数の可動の一次レンズ又は１つ又は複数の二次
レンズに対向して配置された出力端部を有しかつ装置の
固定の部分に締付けられた光ファイバを有することがで
きる。
【００２５】最後に、マイクロレーザは、固定の部分に
締付けることができ、レーザビームが、１つ又は複数の
可動の一次レンズ又は１つ又は複数の二次レンズの方向
に放出されるようにする。このことは、高度に集積化さ
れたタイプのマイクロデバイスを製造する。
締付けることができ、レーザビームが、１つ又は複数の
可動の一次レンズ又は１つ又は複数の二次レンズの方向
に放出されるようにする。このことは、高度に集積化さ
れたタイプのマイクロデバイスを製造する。
【００２６】装置の固定の部分に可動のレンズを接続す
る締付けアームは、両方の端部において、マイクロデバ
イスの固定の部分に連結されており、かつ中間部分を有
し、この中間部分にレンズが接続されている。この中間
部分は、レンズをマイクロデバイスの平面内で動かすこ
とができるために十分に可撓性を有する。このタイプの
構造は、全マイクロデバイスアセンブリをさらに丈夫に
する。
る締付けアームは、両方の端部において、マイクロデバ
イスの固定の部分に連結されており、かつ中間部分を有
し、この中間部分にレンズが接続されている。この中間
部分は、レンズをマイクロデバイスの平面内で動かすこ
とができるために十分に可撓性を有する。このタイプの
構造は、全マイクロデバイスアセンブリをさらに丈夫に
する。
【００２７】締付けアーム及び可動のレンズの変位を制
御する手段を設けることができる。これら手段は、例え
ば静電的又は電磁的なものであることができる。位置変
形において、これら制御手段は、静電的な櫛を有するこ
とができる。
御する手段を設けることができる。これら手段は、例え
ば静電的又は電磁的なものであることができる。位置変
形において、これら制御手段は、静電的な櫛を有するこ
とができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の特徴及び利点は、次の説
明により一層良好に理解されるであろう。説明は、説明
の目的のために与えられかつ限定しようとするものでは
ない実施例の例に関する。説明は、添付図面を参照す
る。
明により一層良好に理解されるであろう。説明は、説明
の目的のために与えられかつ限定しようとするものでは
ない実施例の例に関する。説明は、添付図面を参照す
る。
【００２９】本発明の第１の実施例は、図１Ａに示され
ている。マイクロデバイスは、基板又は固定の部分２、
及び可動のレンズ４を含む。基板又はその表面３は、平
面ｘｙを定義し、この平面は、以下マイクロデバイスの
平面と称する。マイクロレンズ４は、方向ｙに動くこと
ができ、かつしたがってマイクロデバイスの平面の平面
内又はこれに対して平行方向に動くことができる。レン
ズは、アーム６、８によって固定の部分２に接続されて
いる。方向ｙの加速度又は外部制御システムにより加え
られる力の結果として、アーム６、８は移動することが
でき、それによりマイクロレンズ４は、方向ｙに動くこ
とができる。アームの運動は、加速度又は外部力の結果
としてアームが曲がることによる。
ている。マイクロデバイスは、基板又は固定の部分２、
及び可動のレンズ４を含む。基板又はその表面３は、平
面ｘｙを定義し、この平面は、以下マイクロデバイスの
平面と称する。マイクロレンズ４は、方向ｙに動くこと
ができ、かつしたがってマイクロデバイスの平面の平面
内又はこれに対して平行方向に動くことができる。レン
ズは、アーム６、８によって固定の部分２に接続されて
いる。方向ｙの加速度又は外部制御システムにより加え
られる力の結果として、アーム６、８は移動することが
でき、それによりマイクロレンズ４は、方向ｙに動くこ
とができる。アームの運動は、加速度又は外部力の結果
としてアームが曲がることによる。
【００３０】点光源が、収束レンズの焦点に配置されて
いるとき、ビームは、レンズによってその光軸に対して
平行方向に平行調整される。レンズが、距離ｄだけ横方
向に移動されると、ビームは、以前の方向に対して所定
の角度をなす方向に平行調整される。この角度αは、次
式で表される。
いるとき、ビームは、レンズによってその光軸に対して
平行方向に平行調整される。レンズが、距離ｄだけ横方
向に移動されると、ビームは、以前の方向に対して所定
の角度をなす方向に平行調整される。この角度αは、次
式で表される。
【数１】
【００３１】光学マイクロガイドのような手段１０も、
方向ｘ又は方向ｘに対して平行方向に伝わるビーム５を
マイクロレンズ４の方向に導入するために設けられてい
る。軸線ｙにおけるマイクロレンズの変位は、この光ビ
ームをマイクロデバイスの平面内又はマイクロデバイス
の平面に対して平行平面内で偏向する。レンズは、図１
Ａに円柱形として示されている。これは、マイクロデバ
イスの平面ｘｙに対して垂直な円柱対称の軸線ＡＡ’を
有する。それぞれのジオプタは、平面ｘｙ内又はｘｙに
対して平行平面内で有限の曲率を有するが、ｘｙに対し
て垂直な平面内では曲率を持たない。
方向ｘ又は方向ｘに対して平行方向に伝わるビーム５を
マイクロレンズ４の方向に導入するために設けられてい
る。軸線ｙにおけるマイクロレンズの変位は、この光ビ
ームをマイクロデバイスの平面内又はマイクロデバイス
の平面に対して平行平面内で偏向する。レンズは、図１
Ａに円柱形として示されている。これは、マイクロデバ
イスの平面ｘｙに対して垂直な円柱対称の軸線ＡＡ’を
有する。それぞれのジオプタは、平面ｘｙ内又はｘｙに
対して平行平面内で有限の曲率を有するが、ｘｙに対し
て垂直な平面内では曲率を持たない。
【００３２】球形ジオプタにより定義されるレンズを使
用してもよく、この時、レンズの焦点軸は、軸線ｘに対
して平行である。
用してもよく、この時、レンズの焦点軸は、軸線ｘに対
して平行である。
【００３３】２つの締付けアームが示されているが、装
置は、１つだけの締付けアーム、例えばアーム６によっ
て動作することもできる。対称及び安定の理由により、
レンズ４の両側に配置された２つのアーム６、８を有す
る装置が有利である。さらに２つのアームは、マイクロ
レンズの直線的な変位を可能にする。
置は、１つだけの締付けアーム、例えばアーム６によっ
て動作することもできる。対称及び安定の理由により、
レンズ４の両側に配置された２つのアーム６、８を有す
る装置が有利である。さらに２つのアームは、マイクロ
レンズの直線的な変位を可能にする。
【００３４】マイクロ偏向器において、アーム６、８
の、したがってレンズ４の変位を制御する手段を設ける
ことができる。このような手段は、例えば図１Ａに示す
ように、静電的なものであることができる。制御電極１
２、１４、１６、１８は、アーム６、８の側面部分及び
装置の固定の部分に配置することができる。これら電極
は、付勢する手段（図に示されていない）に接続されて
いる。対面する電極１２、１４への電圧の印加は、方向
ｙにおけるアセンブリの変位を引起こす。別の制御手
段、とくに電磁手段を設けることができる。この場合、
磁界Ｂは、マイクロ装置の平面に対して垂直に向けられ
ている。アーム６、８に沿った巻線が、電源によって付
勢される。磁界は、ラプラスの力ＦL を発生し、この力
は、マイクロデバイスの可動の部分を、軸線ｙ内におい
て動かす。とくにこのような装置の実施例に関するそれ
以上の詳細は、フランス国特許第２６６０４４４号明細
書に示されている。
の、したがってレンズ４の変位を制御する手段を設ける
ことができる。このような手段は、例えば図１Ａに示す
ように、静電的なものであることができる。制御電極１
２、１４、１６、１８は、アーム６、８の側面部分及び
装置の固定の部分に配置することができる。これら電極
は、付勢する手段（図に示されていない）に接続されて
いる。対面する電極１２、１４への電圧の印加は、方向
ｙにおけるアセンブリの変位を引起こす。別の制御手
段、とくに電磁手段を設けることができる。この場合、
磁界Ｂは、マイクロ装置の平面に対して垂直に向けられ
ている。アーム６、８に沿った巻線が、電源によって付
勢される。磁界は、ラプラスの力ＦL を発生し、この力
は、マイクロデバイスの可動の部分を、軸線ｙ内におい
て動かす。とくにこのような装置の実施例に関するそれ
以上の詳細は、フランス国特許第２６６０４４４号明細
書に示されている。
【００３５】静電的に制御される装置において、互いに
対向して配置された２つの電極１２、１４の間に加えら
れた電圧Ｖにより発生される静電吸引の力は、次式で与
えられる。 Ｆ＝１／２ε0 Ｓ（Ｖ／ｅ）2 （１）
対向して配置された２つの電極１２、１４の間に加えら
れた電圧Ｖにより発生される静電吸引の力は、次式で与
えられる。 Ｆ＝１／２ε0 Ｓ（Ｖ／ｅ）2 （１）
【００３６】その際、Ｆは発生される力、ε0 は電極間
の媒体の誘電率、Ｓは電極の面積、及びｅは電極間の距
離である。
の媒体の誘電率、Ｓは電極の面積、及びｅは電極間の距
離である。
【００３７】その逆に、長さＬ、慣性モーメントＩを有
しかつヤング率Ｅを有する材料からなるアームにおい
て、アームの長さに沿って分配された力Ｆによって誘起
される変位ｄは、次式で与えられる。
しかつヤング率Ｅを有する材料からなるアームにおい
て、アームの長さに沿って分配された力Ｆによって誘起
される変位ｄは、次式で与えられる。
【数２】
【００３８】必要な変位に依存して、商売上の専門家
は、式（１）及び（２）から、使用すべきアームと静電
制御装置の寸法を演繹することができる。式（２）は、
使用される制御の手段に関係なく適用することができ
る。
は、式（１）及び（２）から、使用すべきアームと静電
制御装置の寸法を演繹することができる。式（２）は、
使用される制御の手段に関係なく適用することができ
る。
【００３９】図１Ｂは、図１Ａを参照して前に説明した
装置の変形を示している。光学マイクロガイド１０は、
マイクロデバイスの固定の部分に設けられた溝２１内に
組込まれた光ファイバ２０に置き換えられている。溝２
１は、レンズ４に関して優れたファイバ２０の配置に関
する利点を有する。マイクロデバイスの固定の部分に前
記アームを取付けるアーム６、８の端部は、固定の部分
における開口２２、２４内にはまっている。電極２６−
２、２６−３及び２８−２、２８−３は、アームのそれ
ぞれの側に配置されており、これら電極のそれぞれは、
固定の部分に配置された制御電極２６−１、２６−４及
び２８−１、２８−４に対向している。電圧は、対向す
る電極のそれぞれの対の間に加えることができ、軸線ｙ
に沿ったマイクロレンズ４の所定の変位のためにそれぞ
れの対の電極に加える必要がある電圧を減少することを
可能にする。電源を供給する手段は、このようにして減
少する。
装置の変形を示している。光学マイクロガイド１０は、
マイクロデバイスの固定の部分に設けられた溝２１内に
組込まれた光ファイバ２０に置き換えられている。溝２
１は、レンズ４に関して優れたファイバ２０の配置に関
する利点を有する。マイクロデバイスの固定の部分に前
記アームを取付けるアーム６、８の端部は、固定の部分
における開口２２、２４内にはまっている。電極２６−
２、２６−３及び２８−２、２８−３は、アームのそれ
ぞれの側に配置されており、これら電極のそれぞれは、
固定の部分に配置された制御電極２６−１、２６−４及
び２８−１、２８−４に対向している。電圧は、対向す
る電極のそれぞれの対の間に加えることができ、軸線ｙ
に沿ったマイクロレンズ４の所定の変位のためにそれぞ
れの対の電極に加える必要がある電圧を減少することを
可能にする。電源を供給する手段は、このようにして減
少する。
【００４０】図２に示した装置は、前記の第１の実施例
と同様に、光を円柱レンズ４の方に向ける光ガイド１０
を含む。アーム６、８を制御する手段は、図１Ｂに関連
して前に説明したものと同様である。装置の出力側に、
円柱レンズ３０が配置されており、この円柱レンズの円
柱対称の軸線は、レンズ４のものに対して垂直である
（すなわち平面ｘｙ内にある）。レンズ３０は、レンズ
４によって得られるビームを、マイクロデバイスの平面
に対して垂直な第２の方向に平行調整する。
と同様に、光を円柱レンズ４の方に向ける光ガイド１０
を含む。アーム６、８を制御する手段は、図１Ｂに関連
して前に説明したものと同様である。装置の出力側に、
円柱レンズ３０が配置されており、この円柱レンズの円
柱対称の軸線は、レンズ４のものに対して垂直である
（すなわち平面ｘｙ内にある）。レンズ３０は、レンズ
４によって得られるビームを、マイクロデバイスの平面
に対して垂直な第２の方向に平行調整する。
【００４１】図１Ａ及び図２に示された光ガイドは、直
線ガイドである。しかしながらこれらは、複合集積化さ
れた光学方式に、例えば集積光学干渉計内に組込むこと
ができる。この状況において、集積光学関数を含む必要
がない場合、溝２１内に組込まれた光ファイバ２０は、
図１Ｂにおけるように使用することができる。
線ガイドである。しかしながらこれらは、複合集積化さ
れた光学方式に、例えば集積光学干渉計内に組込むこと
ができる。この状況において、集積光学関数を含む必要
がない場合、溝２１内に組込まれた光ファイバ２０は、
図１Ｂにおけるように使用することができる。
【００４２】図３に示された装置において、光ファイバ
２０は、マイクロデバイスの固定の部分におけるキャビ
ティ３４内に収容されたマイクロレーザ３２にポンピン
グビームを運ぶ。このマイクロレーザは、可動のマイク
ロレンズ４の方向にレーザビーム３６を放射するように
配置されており、これらマイクロレンズの変位は、例え
ばアーム６、８に沿って配置された静電手段によって制
御される。マイクロレーザは、多層の積み重ねからなる
構造を有する。活性レーザ媒体は、例えばきわめて小さ
な寸法（数平方ミリメートル）の材料の薄い層（１５０
μｍと１ｍｍの間）からなり、その上に誘電体ミラーが
配置され、それによりマイクロレーザキャビティを構成
している。活性媒体は、ＩＩＩ−Ｖダイオードレーザに
よってポンピングすることができ、このダイオードレー
ザは、本発明の目的のため、光ファイバ２０によってマ
イクロレーザに連結されている。マイクロレーザは、き
わめて低コストで大量生産を可能にするマイクロ電気手
段を使用して大量生産の可能性を提供する。したがって
本発明によって製造される装置、とくにマイクロ偏向器
は、きわめてコンパクトであり、かつ比較的低コストで
ある。例えばマイクロレーザは、Applied Physics Lett
ers 、第５９巻、第２７号、３５１６〜３５２０頁（１
９９１年）に発表された「ＬａＭｇＡｌ11Ｏ19、Ｎｄ
microchip laser 」と題するN. Mermilliod 他の論文に
記載されている。
２０は、マイクロデバイスの固定の部分におけるキャビ
ティ３４内に収容されたマイクロレーザ３２にポンピン
グビームを運ぶ。このマイクロレーザは、可動のマイク
ロレンズ４の方向にレーザビーム３６を放射するように
配置されており、これらマイクロレンズの変位は、例え
ばアーム６、８に沿って配置された静電手段によって制
御される。マイクロレーザは、多層の積み重ねからなる
構造を有する。活性レーザ媒体は、例えばきわめて小さ
な寸法（数平方ミリメートル）の材料の薄い層（１５０
μｍと１ｍｍの間）からなり、その上に誘電体ミラーが
配置され、それによりマイクロレーザキャビティを構成
している。活性媒体は、ＩＩＩ−Ｖダイオードレーザに
よってポンピングすることができ、このダイオードレー
ザは、本発明の目的のため、光ファイバ２０によってマ
イクロレーザに連結されている。マイクロレーザは、き
わめて低コストで大量生産を可能にするマイクロ電気手
段を使用して大量生産の可能性を提供する。したがって
本発明によって製造される装置、とくにマイクロ偏向器
は、きわめてコンパクトであり、かつ比較的低コストで
ある。例えばマイクロレーザは、Applied Physics Lett
ers 、第５９巻、第２７号、３５１６〜３５２０頁（１
９９１年）に発表された「ＬａＭｇＡｌ11Ｏ19、Ｎｄ
microchip laser 」と題するN. Mermilliod 他の論文に
記載されている。
【００４３】本発明の関連において利用することができ
る別のタイプのマイクロレーザは、文書、ヨーロッパ特
許出願公開第０６５３８２４号明細書に記載されてい
る。このマイクロレーザは、受動トリガシステムを有
し、かつ飽和可能な吸収器を構成するために固体活性媒
体上に直接堆積された飽和可能な吸収剤材料の薄い膜を
組込む。このタイプの部品を製造するための手続きも、
ヨーロッパ特許出願公開第０６５３８２４号明細書に記
載されている。
る別のタイプのマイクロレーザは、文書、ヨーロッパ特
許出願公開第０６５３８２４号明細書に記載されてい
る。このマイクロレーザは、受動トリガシステムを有
し、かつ飽和可能な吸収器を構成するために固体活性媒
体上に直接堆積された飽和可能な吸収剤材料の薄い膜を
組込む。このタイプの部品を製造するための手続きも、
ヨーロッパ特許出願公開第０６５３８２４号明細書に記
載されている。
【００４４】例えばマイクロデバイスにおけるキャビテ
ィ内に組込まれかつマイクロデバイスの可動のレンズに
レーザビームを向けるように配置されたダイオードレー
ザを設けることも、同様に可能である。
ィ内に組込まれかつマイクロデバイスの可動のレンズに
レーザビームを向けるように配置されたダイオードレー
ザを設けることも、同様に可能である。
【００４５】図４は、本発明による装置におけるレンズ
システムの別の実施例を示している。装置の固定の部分
３６は、固定のレンズ３８を有し、このレンズを入射ビ
ーム４０が通る。レンズ３８から出たビームは、それか
らアーム４４、４６によって固定の部分３６に接続され
た可動のレンズ４２を通過する。偏向運動は、アームに
沿ってマイクロデバイスの固定の部分３６に配置された
電極４８−１、４８−２、５０−１、５０−２によって
制御される。平行ビーム４０を偏向しようとするとき、
例えばそのうち一方が定置かつ他方が可動である２つの
円柱レンズ３８、４２を使用することができる。固定の
レンズは、ビームを収束するために使われるが、一方可
動のレンズは、ビームを再平行調整する。図４の底部の
方に（すなわち方向ｙ−に）ビームを偏向するために、
電圧は、電極４８−１と４８−２の間に構成される。図
４の頂部の方に（すなわち方向ｙ＋に）ビームを偏向す
るために、電圧は、電極５０−１と５０−２の間に構成
される。
システムの別の実施例を示している。装置の固定の部分
３６は、固定のレンズ３８を有し、このレンズを入射ビ
ーム４０が通る。レンズ３８から出たビームは、それか
らアーム４４、４６によって固定の部分３６に接続され
た可動のレンズ４２を通過する。偏向運動は、アームに
沿ってマイクロデバイスの固定の部分３６に配置された
電極４８−１、４８−２、５０−１、５０−２によって
制御される。平行ビーム４０を偏向しようとするとき、
例えばそのうち一方が定置かつ他方が可動である２つの
円柱レンズ３８、４２を使用することができる。固定の
レンズは、ビームを収束するために使われるが、一方可
動のレンズは、ビームを再平行調整する。図４の底部の
方に（すなわち方向ｙ−に）ビームを偏向するために、
電圧は、電極４８−１と４８−２の間に構成される。図
４の頂部の方に（すなわち方向ｙ＋に）ビームを偏向す
るために、電圧は、電極５０−１と５０−２の間に構成
される。
【００４６】電極に加えられるさらに低い制御電圧を利
用して同じ偏向を達成するために、１つの定置及び１つ
の可動のレンズの代わりに、互いに前後に２つの可動の
レンズを使用することが可能である。この構成におい
て、２つのレンズの間の同じ相対的変位を達成するため
に、それぞれのレンズは、反対方向に半分の距離だけず
らすことができる。この解決策は、図５及び図６に示さ
れている。図５において制御支柱６１、６２、８１、８
２は、固定構造部５２の同じ側に接続される。図６にお
いて制御支柱６１、６３、８１、８３は、固定の構造部
５４の反対側に接続され、それにより２つの相互連結さ
れた可動のレンズを有する装置が得られる。
用して同じ偏向を達成するために、１つの定置及び１つ
の可動のレンズの代わりに、互いに前後に２つの可動の
レンズを使用することが可能である。この構成におい
て、２つのレンズの間の同じ相対的変位を達成するため
に、それぞれのレンズは、反対方向に半分の距離だけず
らすことができる。この解決策は、図５及び図６に示さ
れている。図５において制御支柱６１、６２、８１、８
２は、固定構造部５２の同じ側に接続される。図６にお
いて制御支柱６１、６３、８１、８３は、固定の構造部
５４の反対側に接続され、それにより２つの相互連結さ
れた可動のレンズを有する装置が得られる。
【００４７】偏向すべきビームが、きわめて広い場合、
複数のレンズを互いに並べて取付けたシステムを構成す
ることができる。この実施例の例は、図７に示されてお
り、ここでは可動及び固定のレンズは、マイクロ装置の
平面の方向ｙに互いに並べて配置されている。この図に
おいて入射ビーム５２は、第１にその側面部分５７によ
って連結された対の固定のレンズ５６、５８を通り、そ
れからその側面部分６５によって連結された対の可動の
レンズ６４、６６を通過する。それぞれの可動のレンズ
は、締付けアーム６８、７０に接続されており、それに
より２レンズアセンブリ６４、６６の変位が可能であ
る。この装置を使用した場合、わずかだけの変位により
重大な偏向を生じることができるきわめて短い焦点距離
を有するレンズを製造することができる。レンズ５６、
５８及び６４、６６は、単一段階において製造されると
いう利点を有する。図７に示された方式は、互いに並べ
て取付けられたあらゆる数Ｎの定置及び可動のレンズを
含むように一般化することができる。同様に装置が可動
のレンズだけを利用し、かつ固定のレンズを使用しない
場合、マイクロデバイスの平面内にある方向に互いに並
べて取付けられたＮ個の可動のレンズのアセンブリを製
造することができる。こうして、“並列に”配置された
レンズのアセンブリが得られる。
複数のレンズを互いに並べて取付けたシステムを構成す
ることができる。この実施例の例は、図７に示されてお
り、ここでは可動及び固定のレンズは、マイクロ装置の
平面の方向ｙに互いに並べて配置されている。この図に
おいて入射ビーム５２は、第１にその側面部分５７によ
って連結された対の固定のレンズ５６、５８を通り、そ
れからその側面部分６５によって連結された対の可動の
レンズ６４、６６を通過する。それぞれの可動のレンズ
は、締付けアーム６８、７０に接続されており、それに
より２レンズアセンブリ６４、６６の変位が可能であ
る。この装置を使用した場合、わずかだけの変位により
重大な偏向を生じることができるきわめて短い焦点距離
を有するレンズを製造することができる。レンズ５６、
５８及び６４、６６は、単一段階において製造されると
いう利点を有する。図７に示された方式は、互いに並べ
て取付けられたあらゆる数Ｎの定置及び可動のレンズを
含むように一般化することができる。同様に装置が可動
のレンズだけを利用し、かつ固定のレンズを使用しない
場合、マイクロデバイスの平面内にある方向に互いに並
べて取付けられたＮ個の可動のレンズのアセンブリを製
造することができる。こうして、“並列に”配置された
レンズのアセンブリが得られる。
【００４８】図８に示された実施例は、マイクロデバイ
スの平面内に含まれる又はそれに対して平行軸線（図８
における軸線ｘ）に沿って取付けられた直列の可動のレ
ンズ７２、７４である。一次レンズ７２は、締付けアー
ム７６、７８に接続されているが、一方可動の二次レン
ズ７４は、アーム８０、８２によってアーム７６、７８
に接続されている。この方式は、マイクロデバイスの平
面の又はこれに対して平行軸線に沿って配置されたあら
ゆる数Ｎの可動のレンズを含むように一般化することが
できる。このように直列のいくつかのレンズを使用する
ことによって、きわめて短い焦点距離を達成し、かつそ
れ故に可動の部分の小さな変位だけにより重大な偏向を
生じることが可能である。
スの平面内に含まれる又はそれに対して平行軸線（図８
における軸線ｘ）に沿って取付けられた直列の可動のレ
ンズ７２、７４である。一次レンズ７２は、締付けアー
ム７６、７８に接続されているが、一方可動の二次レン
ズ７４は、アーム８０、８２によってアーム７６、７８
に接続されている。この方式は、マイクロデバイスの平
面の又はこれに対して平行軸線に沿って配置されたあら
ゆる数Ｎの可動のレンズを含むように一般化することが
できる。このように直列のいくつかのレンズを使用する
ことによって、きわめて短い焦点距離を達成し、かつそ
れ故に可動の部分の小さな変位だけにより重大な偏向を
生じることが可能である。
【００４９】１つ又は複数の可動のレンズの締付けアー
ムに加えなければならない制御電圧を減少するために、
図９に示すような静電的な制御櫛８４を使用することが
できる。この図には１つの櫛だけしか示されていない
が、同様な櫛は、図９の平面内で定置又は可動のレンズ
８６、８８に関連して、装置の他方の側に配置してもよ
い。櫛８４は、主アーム９２に接続された一連の歯９０
−１ないし９０−４からなる。それぞれの歯は、例えば
アーム９０−ｉ（ｉ＝１−４）のそれぞれの側に配置さ
れた制御電極を支持する。マイクロデバイスの固定の部
分９３は、ノッチ９４−１、９４−２、９４−３を有
し、これらノッチ内において櫛の歯９０−１、９０−
２、９０−３は、一方の端部を自由にして挿入されてい
る。歯９０−４は、固定の部分に接続されている。基板
におけるノッチの内面は、金属コーティングを与えら
れ、これら金属コーティングは、櫛の歯における金属コ
ーティングに対向しており、基板のそれぞれのコーティ
ングされた面が、櫛の歯におけるその対応する金属コー
ティングとともに可変の厚さの誘電体コンデンサを形成
するようにする。図９に４つの歯だけが示されている
が、本発明により開示された技術は、あらゆる数Ｎの歯
に適用することができる。
ムに加えなければならない制御電圧を減少するために、
図９に示すような静電的な制御櫛８４を使用することが
できる。この図には１つの櫛だけしか示されていない
が、同様な櫛は、図９の平面内で定置又は可動のレンズ
８６、８８に関連して、装置の他方の側に配置してもよ
い。櫛８４は、主アーム９２に接続された一連の歯９０
−１ないし９０−４からなる。それぞれの歯は、例えば
アーム９０−ｉ（ｉ＝１−４）のそれぞれの側に配置さ
れた制御電極を支持する。マイクロデバイスの固定の部
分９３は、ノッチ９４−１、９４−２、９４−３を有
し、これらノッチ内において櫛の歯９０−１、９０−
２、９０−３は、一方の端部を自由にして挿入されてい
る。歯９０−４は、固定の部分に接続されている。基板
におけるノッチの内面は、金属コーティングを与えら
れ、これら金属コーティングは、櫛の歯における金属コ
ーティングに対向しており、基板のそれぞれのコーティ
ングされた面が、櫛の歯におけるその対応する金属コー
ティングとともに可変の厚さの誘電体コンデンサを形成
するようにする。図９に４つの歯だけが示されている
が、本発明により開示された技術は、あらゆる数Ｎの歯
に適用することができる。
【００５０】マイクロデバイスの固定の部分に可動のレ
ンズを接続する１つ又は複数の締付けアームは、図１０
に示すように構成してもよく、アーム９６は、両方の端
部９８、１００によってマイクロデバイスの固定の部分
１０２に接続されている。支柱９６の中央又は中間の部
分は、マイクロデバイスの平面内で可動のレンズ９９の
変位を可能にするために十分に可撓性を有する。アーム
９６の中間部分及び可動のレンズ９９の変位を制御する
手段１０４、１０６は、固定の部分１０２とアーム９６
を分離するキャビティ１０８の表面に沿って設けられて
いる。これら手段は、静電力を加えることができる金属
コーティングであることができ、又はこれらは、電磁的
な手段であることができる。固定の部分に締付けアーム
の両端を接続することは、全アセンブリをさらに丈夫に
する効果を有する。
ンズを接続する１つ又は複数の締付けアームは、図１０
に示すように構成してもよく、アーム９６は、両方の端
部９８、１００によってマイクロデバイスの固定の部分
１０２に接続されている。支柱９６の中央又は中間の部
分は、マイクロデバイスの平面内で可動のレンズ９９の
変位を可能にするために十分に可撓性を有する。アーム
９６の中間部分及び可動のレンズ９９の変位を制御する
手段１０４、１０６は、固定の部分１０２とアーム９６
を分離するキャビティ１０８の表面に沿って設けられて
いる。これら手段は、静電力を加えることができる金属
コーティングであることができ、又はこれらは、電磁的
な手段であることができる。固定の部分に締付けアーム
の両端を接続することは、全アセンブリをさらに丈夫に
する効果を有する。
【００５１】これまで可動及び／又は固定のレンズは、
球又は円柱の又はその他のなんらかの形をしたジオプタ
によって制限されるレンズであるものとして説明してき
た。ジオプタが円柱である場合、ジオプタは、マイクロ
デバイスの平面に対して平行平面によって横切られるこ
とができ、それにより円錐形（すなわち楕円、双曲線又
は放物線）又は二次曲線であることができる曲線を定義
する。二次曲線の場合、レンズは、きわめて広いビーム
開口を有する場合でさえ像の完全に無収差の共役を与え
る。偏向が重大なとき、収差を修正するために、複数の
レンズを設けることは、有利なことがある。
球又は円柱の又はその他のなんらかの形をしたジオプタ
によって制限されるレンズであるものとして説明してき
た。ジオプタが円柱である場合、ジオプタは、マイクロ
デバイスの平面に対して平行平面によって横切られるこ
とができ、それにより円錐形（すなわち楕円、双曲線又
は放物線）又は二次曲線であることができる曲線を定義
する。二次曲線の場合、レンズは、きわめて広いビーム
開口を有する場合でさえ像の完全に無収差の共役を与え
る。偏向が重大なとき、収差を修正するために、複数の
レンズを設けることは、有利なことがある。
【００５２】装置の可動の部分の加速度に対する感度を
低下するため、１つ又は２つのなるべくきわめて薄いフ
レネルレンズを使用することによって、光学システムの
質量を減少することが可能である。このタイプのレンズ
は、Pierre Gidonの論文「Etude et realisation de sy
stemes optiques convergents pour l'optique planair
e （平面光学系用の収束光学システムの設計と構
成）」、１９８３年、１２月、２０日、Scientific and
Medical University of Grenoble 、フランスに記載さ
れている。
低下するため、１つ又は２つのなるべくきわめて薄いフ
レネルレンズを使用することによって、光学システムの
質量を減少することが可能である。このタイプのレンズ
は、Pierre Gidonの論文「Etude et realisation de sy
stemes optiques convergents pour l'optique planair
e （平面光学系用の収束光学システムの設計と構
成）」、１９８３年、１２月、２０日、Scientific and
Medical University of Grenoble 、フランスに記載さ
れている。
【００５３】レンズ、及びとくに可動のレンズは、発散
のものであってもよい。発散レンズを使用した装置は、
図１１に示されている。マイクロデバイスの固定の基板
１１０に加えて、この装置は、マイクロデバイスの入力
側及び出力側に配置された２つの固定のレンズ１１２、
１１４を含む。可動の部分は、２つの締付けアーム１１
８、１２０によって固定の部分１１０に接続された可動
の発散レンズ１１６を含む。このタイプの装置は、大き
な直径を有するビームの偏向のために有用であることが
あり；それどころか大きな直径を有する（すなわち重
い）収束レンズを動かせば、ビームは、１つ又は複数の
それより小さな発散レンズ１１６上に収束させることが
できる。
のものであってもよい。発散レンズを使用した装置は、
図１１に示されている。マイクロデバイスの固定の基板
１１０に加えて、この装置は、マイクロデバイスの入力
側及び出力側に配置された２つの固定のレンズ１１２、
１１４を含む。可動の部分は、２つの締付けアーム１１
８、１２０によって固定の部分１１０に接続された可動
の発散レンズ１１６を含む。このタイプの装置は、大き
な直径を有するビームの偏向のために有用であることが
あり；それどころか大きな直径を有する（すなわち重
い）収束レンズを動かせば、ビームは、１つ又は複数の
それより小さな発散レンズ１１６上に収束させることが
できる。
【００５４】図４ないし図１１を参照して前に説明した
すべての構造は、マイクロデバイスの固定の部分に、図
１ないし図３を参照して説明したような光ガイド、光フ
ァイバ又はマイクロレーザを組込むことができる。例え
ば図４に示したマイクロデバイスの固定の部分は、マイ
クロレーザへのポンピングビームを伝送する光ファイバ
を収容する溝とともに、マイクロレーザを収容するキャ
ビティを装備することができる。
すべての構造は、マイクロデバイスの固定の部分に、図
１ないし図３を参照して説明したような光ガイド、光フ
ァイバ又はマイクロレーザを組込むことができる。例え
ば図４に示したマイクロデバイスの固定の部分は、マイ
クロレーザへのポンピングビームを伝送する光ファイバ
を収容する溝とともに、マイクロレーザを収容するキャ
ビティを装備することができる。
【００５５】今度は本発明によるマイクロデバイスを製
造する手続きの例について説明する。手続きの説明のた
めに、シリカから作られた部品を使用する。基本的な材
料は、例えばシリコンから作ることができる基板上に堆
積されたシリカの薄い層（ほぼ５０μｍ）からなる。堆
積は、ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ（プラズマ強化化学的
気相付着）技術を利用して行うことができる。
造する手続きの例について説明する。手続きの説明のた
めに、シリカから作られた部品を使用する。基本的な材
料は、例えばシリコンから作ることができる基板上に堆
積されたシリカの薄い層（ほぼ５０μｍ）からなる。堆
積は、ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ（プラズマ強化化学的
気相付着）技術を利用して行うことができる。
【００５６】それからシリコン層上に樹脂層が取付けら
れる。それから樹脂に、シリカ層内に切り込むべき定置
及び可動のレンズ及び締付けアームの形を与えるため
に、標準写真リソグラフ技術が利用される。それからエ
ッチング段階が、シリカ層内においてアームとレンズを
切断する。このことは、反応イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）技術を利用して行うことができる。ガス（シリカに
対してＣＨＦ3 及び樹脂に対してＯ2 ）は、エッチング
すべき材料と反応して、ポンプシステムによって取り除
かれる揮発性化合物を形成する。これらガスの割合を制
御することによって、エッチングの選択度Ｓを決定する
ことができる。Ｓは、基板エッチング速度対樹脂マスク
エッチング速度の比である。このことは、高度の垂直性
のエッチングを与える。
れる。それから樹脂に、シリカ層内に切り込むべき定置
及び可動のレンズ及び締付けアームの形を与えるため
に、標準写真リソグラフ技術が利用される。それからエ
ッチング段階が、シリカ層内においてアームとレンズを
切断する。このことは、反応イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）技術を利用して行うことができる。ガス（シリカに
対してＣＨＦ3 及び樹脂に対してＯ2 ）は、エッチング
すべき材料と反応して、ポンプシステムによって取り除
かれる揮発性化合物を形成する。これらガスの割合を制
御することによって、エッチングの選択度Ｓを決定する
ことができる。Ｓは、基板エッチング速度対樹脂マスク
エッチング速度の比である。このことは、高度の垂直性
のエッチングを与える。
【００５７】キャビティ２１（図１Ｂ）及び３４（図
３）は、静電的な櫛８４（図９参照）と同様にこの反応
イオンエッチング段階の間に創作することができる。
３）は、静電的な櫛８４（図９参照）と同様にこの反応
イオンエッチング段階の間に創作することができる。
【００５８】シリコン層の次の等方性エッチング段階
は、必要な形に可動部分（マイクロレンズ及び締付けア
ーム）を切り出すために使われる。どのような形も切断
でき、かつ前記の技術は、図１Ａないし図１１を参照し
てすでに説明した種々の部品を製造することができる。
は、必要な形に可動部分（マイクロレンズ及び締付けア
ーム）を切り出すために使われる。どのような形も切断
でき、かつ前記の技術は、図１Ａないし図１１を参照し
てすでに説明した種々の部品を製造することができる。
【００５９】種々の材料の堆積からなる層又は累進的に
ドーピングされた層から可動のレンズを製造することも
可能であり；このことは、屈折率勾配を有するレンズを
製造する。例えばシリカレンズは、リンをドーピングす
ることができる。レンズの形は、例えば反応イオンエッ
チング技術を利用して定義することができる。屈折率勾
配を有するレンズの創作は、例えばMelles Griot catal
og、「Optics Guide 5」、ｐｐ．２０〜５８、２０〜５
９、２０〜６０（薄膜技術を利用しかつシリカのＰＥＣ
ＶＭ堆積の間にリンドーピングを変化させて製造）に記
載されている。
ドーピングされた層から可動のレンズを製造することも
可能であり；このことは、屈折率勾配を有するレンズを
製造する。例えばシリカレンズは、リンをドーピングす
ることができる。レンズの形は、例えば反応イオンエッ
チング技術を利用して定義することができる。屈折率勾
配を有するレンズの創作は、例えばMelles Griot catal
og、「Optics Guide 5」、ｐｐ．２０〜５８、２０〜５
９、２０〜６０（薄膜技術を利用しかつシリカのＰＥＣ
ＶＭ堆積の間にリンドーピングを変化させて製造）に記
載されている。
【００６０】固定の構造においてガイド１０が必要な場
合（例えば図１Ａ）、これは、例えばレンズとアームを
切断すべきシリカの層を堆積する段階の間に創作され
る。それ故にこのようなガイドを創作する手続きは、次
の点にある。すなわち −シリカの第１の層を堆積、 −シリカの第１の層上にドーピングされたシリカの層を
堆積、 −ガイド１０のために必要な形にドーピングされたシリ
カの層をエッチング、 −シリカの第２の層を堆積。
合（例えば図１Ａ）、これは、例えばレンズとアームを
切断すべきシリカの層を堆積する段階の間に創作され
る。それ故にこのようなガイドを創作する手続きは、次
の点にある。すなわち −シリカの第１の層を堆積、 −シリカの第１の層上にドーピングされたシリカの層を
堆積、 −ガイド１０のために必要な形にドーピングされたシリ
カの層をエッチング、 −シリカの第２の層を堆積。
【００６１】それからシリカの第１及び第２の層の堆積
によって得られた最後の層は、レンズとアームを創作す
るために前記のようにエッチングすることができる。
によって得られた最後の層は、レンズとアームを創作す
るために前記のようにエッチングすることができる。
【００６２】静電制御電極は、機械的なマスクを使用し
て、斜め入射による蒸発の技術を利用して作られる。こ
のようにして作られた金属コーティングは、それから制
御電極に接続される。
て、斜め入射による蒸発の技術を利用して作られる。こ
のようにして作られた金属コーティングは、それから制
御電極に接続される。
【００６３】フレネルレンズが必要な場合、前記の手続
きを利用することができ、マスクの形を変形する必要が
あるだけである。
きを利用することができ、マスクの形を変形する必要が
あるだけである。
【００６４】今度は本発明によるマイクロデバイスの実
施例の例について説明する。マイクロ走査装置の典型的
な偏向特性は、−１０°ないし＋１０°の程度のもので
ある。Φ＝１００μｍの直径のビームを考える場合、周
知の技術によれば、平凸マイクロレンズを作ることがで
き、これらレンズの中心厚さは、ほぼｈ＝１０μｍであ
り、かつこれらレンズの焦点距離ｆは、次式で与えられ
る。 ｆ＝Ф2 ／８ｘｈ（ｎ−１）
施例の例について説明する。マイクロ走査装置の典型的
な偏向特性は、−１０°ないし＋１０°の程度のもので
ある。Φ＝１００μｍの直径のビームを考える場合、周
知の技術によれば、平凸マイクロレンズを作ることがで
き、これらレンズの中心厚さは、ほぼｈ＝１０μｍであ
り、かつこれらレンズの焦点距離ｆは、次式で与えられ
る。 ｆ＝Ф2 ／８ｘｈ（ｎ−１）
【００６５】その際、ｎは材料の屈折率である（ｎ＝
１．５が、シリカに対して採用できる）。前記の値を採
用すれば、ｆ＝２５０μｍが得られる。今度はレンズの
変位ｄを発生しなければならず、この変位は：ｄ＝ｆｔ
ｇθ＝４４μｍによって与えられる。例えばレンズが、
それぞれ曲率半径Ｒ1 及びＲ2 （図１２参照）を有する
２つの球ジオプタを有するように作られた場合、条件Ｒ
2 ＝６Ｒ1 は、負の球面収差を与える。１００μｍの焦
点距離を採用した場合、次式のようになる。 Ｒ1 ＝（７（ｎ−１）／６）ｆ＝５８．３３μｍ Ｒ2 ＝−６Ｒ1 ＝−３５０μｍ
１．５が、シリカに対して採用できる）。前記の値を採
用すれば、ｆ＝２５０μｍが得られる。今度はレンズの
変位ｄを発生しなければならず、この変位は：ｄ＝ｆｔ
ｇθ＝４４μｍによって与えられる。例えばレンズが、
それぞれ曲率半径Ｒ1 及びＲ2 （図１２参照）を有する
２つの球ジオプタを有するように作られた場合、条件Ｒ
2 ＝６Ｒ1 は、負の球面収差を与える。１００μｍの焦
点距離を採用した場合、次式のようになる。 Ｒ1 ＝（７（ｎ−１）／６）ｆ＝５８．３３μｍ Ｒ2 ＝−６Ｒ1 ＝−３５０μｍ
【００６６】発生すべき変位は、それ故にｆｔｇθ＝１
７．６μｍである。
７．６μｍである。
【００６７】得られた値は、従来の技術による平凸マイ
クロレンズを使用して同じ特性を得るために必要な４４
μｍよりもかなり小さい。
クロレンズを使用して同じ特性を得るために必要な４４
μｍよりもかなり小さい。
【００６８】最後に可動のレンズの締付けアームの変位
を制御する手段に関しては、静電制御装置は、とくに有
利である。長さＬ及び高さｈの面積Ｓ上に堆積された金
属コーティング電極を含めて、長さＬ＝２ｍｍ、幅ｌ＝
５μｍ及び厚さｈのアームを採用した場合、かつアーム
上の金属コーティングと固定の部分上の金属コーティン
グとの間の距離ｅが、アームの変位ｄの３倍であり、そ
の際、アセンブリが、ヤング率Ｅ＝７．１０10Ｐａを有
するＰＥＣＶＤシリカから作られた場合、変位ｄを発生
するために必要な電圧Ｖは、次のように与えられる。 Ｖ＝［（１２Ｅｄ3 ｌ3 ）／（ε0 Ｌ4 ）］1/2
を制御する手段に関しては、静電制御装置は、とくに有
利である。長さＬ及び高さｈの面積Ｓ上に堆積された金
属コーティング電極を含めて、長さＬ＝２ｍｍ、幅ｌ＝
５μｍ及び厚さｈのアームを採用した場合、かつアーム
上の金属コーティングと固定の部分上の金属コーティン
グとの間の距離ｅが、アームの変位ｄの３倍であり、そ
の際、アセンブリが、ヤング率Ｅ＝７．１０10Ｐａを有
するＰＥＣＶＤシリカから作られた場合、変位ｄを発生
するために必要な電圧Ｖは、次のように与えられる。 Ｖ＝［（１２Ｅｄ3 ｌ3 ）／（ε0 Ｌ4 ）］1/2
【００６９】従来の技術によって構成された装置に関し
ては、Ｖ＝２５０ボルトである。本発明により構成され
た装置に関して、電極が両方のアームに取付けられてい
るものとして、Ｖ＝６４ボルトである。電圧倍増率は、
それ故に４より大きく、このことは、低い又は中間の電
圧を供給することができる小さな電源を使用することが
必須であるマイクロデバイスの分野において、きわめて
重要である。
ては、Ｖ＝２５０ボルトである。本発明により構成され
た装置に関して、電極が両方のアームに取付けられてい
るものとして、Ｖ＝６４ボルトである。電圧倍増率は、
それ故に４より大きく、このことは、低い又は中間の電
圧を供給することができる小さな電源を使用することが
必須であるマイクロデバイスの分野において、きわめて
重要である。
【００７０】一般的に述べれば、本発明により構成され
たマイクロデバイスは、数μｍ×数μｍ×０．５ｍｍ程
度のなんらかの寸法を有する。
たマイクロデバイスは、数μｍ×数μｍ×０．５ｍｍ程
度のなんらかの寸法を有する。
【図１Ａ】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施例の変形を示す図であ
る。
る。
【図２】光ガイドを含む本発明の別の実施例を示す図で
ある。
ある。
【図３】ビルトインレーザを含む本発明の実施例を示す
図である。
図である。
【図４】１つの可動のレンズと１つの固定のレンズを有
する本発明の実施例を示す図である。
する本発明の実施例を示す図である。
【図５】２つの可動のレンズを有する本発明の実施例の
１つの変形を示す図である。
１つの変形を示す図である。
【図６】２つの可動のレンズを有する本発明の実施例の
別の変形を示す図である。
別の変形を示す図である。
【図７】可動のレンズが互いに並べて配置されかつ固定
のレンズが互いに並べて配置された本発明の実施例を示
す図である。
のレンズが互いに並べて配置された本発明の実施例を示
す図である。
【図８】２つの積み重ねられた可動のレンズと１つの固
定のレンズを有する本発明の実施例を示す図である。
定のレンズを有する本発明の実施例を示す図である。
【図９】１つの可動のレンズ、固定のレンズ及び静電的
な櫛を有する本発明の実施例を示す図である。
な櫛を有する本発明の実施例を示す図である。
【図１０】端部が定置でありかつ中間部分が可動である
アームを有する本発明の実施例を示す図である。
アームを有する本発明の実施例を示す図である。
【図１１】可動の発散レンズを有する本発明の実施例を
示す図である。
示す図である。
【図１２】２つの球ジオプタを有するレンズの例を示す
図である。
図である。
２ 固定の部分 ３ 表面 ４ 一次レンズ ６ 締付けアーム ８ 締付けアーム ｘ、ｙ マイクロデバイスの平面
Claims (19)
- 【請求項１】 −マイクロデバイスの平面（ｘ、ｙ）を
定義する固定の部分と、 −固定の部分に組込まれ、マイクロデバイスの平面内で
可動であり、同じ平面内で光ビームを偏向することがで
き、円柱対称軸がマイクロデバイスの平面に対して垂直
な円柱レンズである、少なくとも１つの一次レンズと、 −やはり、固定の部分に組込まれ、一次レンズを固定の
部分に接続し、アームの一部分が、変位できかつマイク
ロデバイスの平面内で可動レンズを移動できる、少なく
とも１つの締付けアームとを備えることを特徴とする、
光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項２】 光ビームの軌道内に配置された少なくと
も１つの二次レンズを有することを特徴とする、請求項
１に記載の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項３】 二次レンズが固定していることを特徴と
する、請求項２に記載の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項４】 二次レンズが、可動であり、かつマイク
ロデバイスの平面内において光ビームを偏向することが
でき、少なくとも１つの締付けアームにより固定の部分
に接続されており、このアームの一部分が、変位でき、
かつマイクロデバイスの平面内で可動の二次レンズを移
動することができることを特徴とする、請求項２に記載
の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項５】 互いに並べて配置されたＮ個の可動の一
次レンズを有することを特徴とする、請求項１ないし４
のいずれか一項に記載の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項６】 マイクロデバイスの平面内に互いに並べ
て配置されたＮ個の二次レンズを有することを特徴とす
る、請求項３または５に記載の光学機械マイクロデバイ
ス。 - 【請求項７】 マイクロデバイスの平面内に含まれる軸
線に沿って積み重ねて配置されたＮ個の一次レンズを有
することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一
項に記載の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項８】 少なくとも１つの可動の一次レンズが、
フレネルレンズであることを特徴とする、請求項１ない
し４のいずれか一項に記載の光学機械マイクロデバイ
ス。 - 【請求項９】 少なくとも１つの一次又は二次レンズ
が、発散レンズであることを特徴とする、請求項１ない
し４のいずれか一項に記載の光学機械マイクロデバイ
ス。 - 【請求項１０】 円柱レンズが、円柱対称の軸線に対し
て垂直な平面内におけるその横断面が円、円錐又は二次
曲面であるジオプタを有することを特徴とする、請求項
１ないし４のいずれか一項に記載の光学機械マイクロデ
バイス。 - 【請求項１１】 装置の固定の部分が、光ビームを１つ
又は複数の可動の一次レンズ又は１つ又は複数の二次レ
ンズの方向に向ける手段を有することを特徴とする、請
求項１ないし４のいずれか一項に記載の光学機械マイク
ロデバイス。 - 【請求項１２】 光ビームを向ける手段が、１つ又は複
数の可動の一次レンズ又は１つ又は複数の二次レンズに
対向して配置された出力端部を有しかつ固定の部分に組
込まれた光学マイクロガイドを有することを特徴とす
る、請求項１１に記載の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項１３】 光ビームを向ける手段が、１つ又は複
数の可動の一次レンズ又は１つ又は複数の二次レンズに
対向して配置された出力端部を有しかつ固定の部分に締
付けられた光ファイバを有することを特徴とする、請求
項１１に記載の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項１４】 ダイオードレーザ又はマイクロレーザ
が、固定の部分の内側に締付けられており、レーザビー
ムが、１つ又は複数の可動の一次レンズ又は１つ又は複
数の二次レンズの方向に放出されることを特徴とする、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光学機械マイ
クロデバイス。 - 【請求項１５】 締付けアームが、両方の端部におい
て、マイクロデバイスの固定の部分に連結されており、
かつアームの中間部分が、可動のレンズに締付けられて
おり、この中間部分が、レンズをマイクロデバイスの平
面内で動かすことができるために十分に可撓性を有する
ことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に
記載の光学機械マイクロデバイス。 - 【請求項１６】 締付けアーム及び可動のレンズを制御
しかつ移動する手段を有することを特徴とする、請求項
１ないし４のいずれか一項に記載のマイクロデバイス。 - 【請求項１７】 制御手段が、静電的又は電磁的なもの
であることを特徴とする、請求項１６に記載のマイクロ
デバイス。 - 【請求項１８】 制御手段が、静電的な櫛を含むことを
特徴とする、請求項１６に記載のマイクロデバイス。 - 【請求項１９】 請求項１ないし４のいずれか一項に記
載のマイクロデバイスを含むことを特徴とする、マイク
ロ偏向器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9604861A FR2747802B1 (fr) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | Microdispositif optomecanique, et application a un microdeflecteur optomecanique |
| FR9604861 | 1996-04-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1054947A true JPH1054947A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=9491334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9115038A Withdrawn JPH1054947A (ja) | 1996-04-18 | 1997-04-18 | 光学機械マイクロ偏向器用途に利用するための光学機械マイクロデバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5923480A (ja) |
| EP (1) | EP0802439B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1054947A (ja) |
| DE (1) | DE69714334T2 (ja) |
| FR (1) | FR2747802B1 (ja) |
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| US9116344B2 (en) | 2008-10-27 | 2015-08-25 | Pixtronix, Inc. | MEMS anchors |
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| US9135868B2 (en) | 2005-02-23 | 2015-09-15 | Pixtronix, Inc. | Direct-view MEMS display devices and methods for generating images thereon |
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