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Fachgebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein adaptive Optik. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung elektrisch gesteuerte deformierbare
Spiegel.
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Hintergrund
der Erfindung
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Elektrisch
gesteuerte, micro-bearbeitete "Spiegel" können verwendet
werden, um den Weg eines optischen Signals zu ändern. Derartige Spiegel sind
gewöhnlich
als metallisierte Schicht aus Polysilizium oder als ein dielektrischer
Stapel ausgeführt.
In anderen Anwendungen können
derartige Spiegel verwendet werden, um rekonfigurierbare optische Netzwerke
zu erzeugen, wobei ein oder mehrere optische Signale von einer oder
mehreren Quellfasern durch Betätigung
des Spiegels zu irgendeiner von mehreren Zielfasern gelenkt werden.
Eine derartige Anordnung, in der ein optisches Element (d. h. ein Spiegel)
eingestellt wird, typischerweise als Reaktion auf eine abgefragte
Bedingung, wird allgemein als "adaptive
Optik" bezeichnet.
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In
einer herkömmlichen
Anordnung der adaptiven Optik ist eine reflektierende Schicht, die
eine gleichmäßige Dicke
besitzt, oberhalb einer Elektrode aufgehängt. Wenn eine Spannung zwischen
der reflektierenden Schicht und der Elektrode (nachfolgend "Betätigung") angelegt wird,
deformiert sich die reflektierende Schicht. Ein auf die reflektierende Schicht
einfallendes optisches Signal wird als eine Funktion der deformierten
oder undeformierten Form der reflektierenden Schicht über Reflexion
zu einem anderen Zielort gelenkt.
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Eine
vereinfachte schematische Darstellung einer derartigen Anordnung
ist in 1 dargestellt, wobei eine reflektierende Schicht
oder ein reflektierender Spiegel 102 über Träger 104 über eine
Elektrode 106 aufgehängt
ist. Sowohl der Spiegel 102 als auch die Elektrode 106 sind
im Wesentlichen parallel zu einer Substratoberfläche 108. Optische
Fasern 110, 112 und 114 sind in optischer
Verbindung mit dem Spiegel 102.
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In
der in 1 dargestellten Anordnung wird der Weg, dem ein
optisches Signal nach Reflexion von dem Spiegel 102 folgt,
durch die Form des Spiegels bestimmt. Die Beziehung ist in 2a und 2b erläutert. In 2a und 2b geben
die optischen Fasern 110 und 112 optische Signale 116 bzw. 118 an
den Spiegel 102 ab. Wenn der Spiegel derart undeformiert
ist, dass er eine flache Form besitzt, wie in 2a dargestellt,
werden die optischen Signale 116 und 118, die
von den jeweiligen optischen Fasern 110 und 112 an
den Spiegel 102 abgegeben worden sind, durch Reflexion
zu diesen optischen Fasern zurück
gesendet. Auf der anderen Seite werden die optischen Signale 116 und 118,
die an den Spiegel abgeliefert worden sind, zur optischen Faser 114 statt
zu den Quellfasern 110 und 112 reflektiert, wenn
der Spiegel 102 derart deformiert ist, dass er eine gekrümmte Form
besitzt, wie in 2b dargestellt.
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Der
Spiegel 102 wird durch Anlegen einer Spannung zwischen
dem Spiegel und der Elektrode 106 deformiert. Die angelegte
Spannung erzeugt eine elektrostatische Kraft, die den Spiegel 102 veranlasst,
sich zu der Elektrode 106 hin zu bewegen. Da die Enden
des Spiegels 102 festgelegt sind, verformt sich der Spiegel
in eine charakteristisch parabolische Form. Wenn die Spannung weggenommen wird,
nimmt die elektrostatische Kraft ab und der Spiegel 102 kehrt
im Wesentlichen zu seiner flachen undeformierten Form zurück.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung der in 1 dargestellten
Anordnung deutlich wird, wird der Weg, dem ein optisches Signal
nach einer Reflexion von dem Spiegel 102 folgt, durch die
Form des Spiegels bestimmt. Und die Form des Spiegels 102 hängt von
der mechanischen Reaktion der gleichmäßig dicken reflektierenden
Schicht ab, die als Spiegel dient. Folglich sind die optische und
mechanische Reaktion oder Eigenschaften des Spiegels unvorteilhaft
gekoppelt (d. h., sie sind nicht voneinander unabhängig). Darüber hinaus
ist die mechanische Reaktion einer derartigen gleichmäßigen Schicht
schwer präzise
zu steuern. Im Hinblick auf die extrem strengen Toleranzen, die
zum Leiten optischer Signale zwischen den Fasern, insbesondere Single-Mode-Fasern
(d. h., etwa 1 Mikrometer Toleranz), erforderlich sind, ist die
Nützlichkeit
eines derartigen Gerätes
beschränkt.
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Eine
zweite herkömmliche
Anordnung adaptiver Optik ist ein Spiegelarray, das eine Mehrzahl
individuell gesteuerter diskreter Spiegelelemente aufweist. Das
optische Verhalten des Spiegelarrays wird durch seine Oberflächenmerkmale
bestimmt, die eine Funktion des Zustandes (d. h. Orientierung, Form,
etc.) der Mehrzahl individueller Spiegelelemente ist, die das Array
aufweist. Folglich können
die Oberflächenmerkmale
des Arrays durch individuelles Steuern der Spiegelelemente durch
Betätigen
ihrer zugeordneten Aktuatoren variiert werden, um eine gewünschte optische
Reaktion zu erhalten.
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In
einer solchen Anordnung kann eine Reihe an Aktuatoren verwendet
werden. Ein Typ eines Aktuators ist in 3 dargestellt,
die ein einzelnes Spiegelelement 322 zeigt, das mit dem
Aktuator 326 verbunden ist.
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Der
Aktuator 326 ist betriebsfähig, um das Spiegelelement 322 zu
neigen. Insbesondere hängen
Tragglieder 340 und Torsionsglieder 342 das Spiegelelement 322 oberhalb
einer Substratoberfläche 328 auf.
Elektroden 344a und 344b sind individuell und
separat geladen (Spannungsquelle nicht gezeigt), um das Spiegelelement 322 anzuziehen.
Die Torsionsglieder 342 erlauben dem Spiegelelement 322,
sich über
einen Winkel ±?
zu bewegen. Die Position des Spiegelelementes 322 hängt davon
ab, welche der Elektroden 344a oder 344b zu einem
gegebenen Moment geladen ist. Ein optisches Signal (nicht gezeigt),
das von dem Spiegelelement 322 empfangen wird, wird als
eine Funktion der Neigung des Spiegelelementes zu einem anderen
Zielort reflektiert.
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Das
vorstehend beschriebene Spiegelarray vermeidet im Wesentlichen die
problematischen gekoppelten optischen/mechanischen Reaktions-Charakteristiken der
ersten Anordnung. Jedoch ergeben sich durch das Vermeiden dieses
Problems andere Probleme. Insbesondere wird bei dem Spiegelarray gemäß dem Stand
der Technik für
jedes Element des Arrays ein Aktuator benötigt. Die Mehrzahl an Aktuatoren
in einem derartigen Array trägt
signifikant zu dessen Komplexität
und Kosten bei.
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Ferner
ist US Patent Nummer 5256869 repräsentativ für das Fachgebiet. Ein Spiegelarray
besitzt eine Mehrzahl an Spiegelelementen. Jedes ist in einer gewünschten
Höhe von
einer jeweiligen Elektrode angeordnet. Die individuellen Höhen werden durch
die jeweiligen Elektroden gesteuert.
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Das
Fachgebiet würde
folglich von adaptiver Optik in der Form eines micro-bearbeiteten
Spiegels, der die gegenseitige optische/mechanische Abhängigkeit
der einheitlichen reflektierenden Schicht vermeidet und auch die
Vielfach-Aktuatoren des herkömmlichen
Spiegelarrays vermeidet, profitieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird ein Gegenstand gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
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Es
wird ein Gegenstand offenbart, der eine in Segmente geteilte reflektierende
Schicht aufweist, die betriebsfähig
ist, den Weg optischer Signale zu ändern. Die in Segmente geteilte
reflektierende Schicht weist eine Mehrzahl von Spiegelelementen auf,
die mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind und über einen
einzigen Aktuator gesteuert werden.
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In
einem "ruhenden" (d. h. nicht betätigten) Zustand
nimmt die reflektierende Schicht typisch eine flache Form an. Über eine
Betätigung,
die zum Beispiel durch Anlegen einer Spannung zwischen den Spiegelelementen
und einer benachbarten fixierten Elektrode verursacht werden kann,
bewegen sich die Spiegelelemente in einem größeren oder geringeren Maße zu der
Elektrode hin und deformierten dabei die reflektierende Schicht.
In dem "betätigten" Zustand nimmt die
reflektierende Schicht eine charakteristisch konkav nach oben gerichtete
Form an (relativ zu optisch kommunizierenden optischen Fasern).
Die Änderung
in der Form der reflektierenden Schicht wird verwendet, um den Weg
darauf einfallender optischer Signale zu ändern.
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Jedes
Spiegelelement ist vorteilhaft über
ein elastisches, elektrisch leitfähiges Verbindungsglied mechanisch
und elektrisch mit einem benachbarten Spiegelelement verbunden.
Während
der Betätigung deformieren
sich die Verbindungsglieder anstatt der Spiegelelemente. Über derartige
Deformation speichern die Verbindungsglieder Energie. Wenn die Betätigungskraft
weggenommen wird, geben die Verbindungsglieder die gespeicherte
Energie frei; die reflektierende Schicht wird in eine im Wesentlichen
flache Form zurückgeführt.
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In
einigen Ausführungsformen
ist die mechanische Reaktion der Verbindungsglieder isotrop; in anderen
Ausführungsformen
sind die mechanischen Reaktionen der Verbindungsglieder in Richtung
oder regional verändert.
An sich kann die reflektierende Schicht gestaltet sein, um über Deformation
im Grunde jede Form anzunehmen.
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Aufgrund
ihrer Struktur stellt die vorliegende Erfindung einen Gegenstand
bereit, der vorteilhaft die Nachteile herkömmlicher Vorrichtungen adaptiver Optik
vermeidet. Insbesondere sind das optische Verhalten und das mechanische
Verhalten der reflektierenden Schicht entkoppelt, da es die Verbindungsglieder
anstatt der Spiegelelemente sind, die sich bei Betätigung deformieren.
Und es wird nur ein einzelner Aktuator zum Deformieren der reflektierenden Schicht
benötigt,
da die einzelnen Spiegelelemente, welche die reflektierende Schicht
aufweisen, mechanisch miteinander verbunden sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
eine erste herkömmliche
Anordnung für
adaptive Optik dar, die eine reflektierende Schicht nutzt.
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2A stellt
die reflektierende Schicht der Anordnung aus 1 in einem
undeformierten, ruhenden Zustand dar.
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2B stellt
die reflektierende Schicht der Anordnung aus 1 in einem
deformierten, betätigten
Zustand dar.
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3 stellt
einen Aktuator zur Verwendung in Verbindung mit einer zweiten herkömmlichen
Anordnung für
adaptive Optik dar, die eine Mehrzahl individuell betätigter Spiegelelemente
aufweist.
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4A stellt
einen ersten Gegenstand dar, der eine reflektierende Schicht gemäß der erläuternden
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt.
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4B stellt
die reflektierende Schicht des Gegenstands aus 4A in
einem deformierten Zustand dar.
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5 stellt
einen zweiten Gegenstand dar, der eine reflektierende Schicht gemäß der erläuternden
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt.
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6 stellt
eine Perspektivansicht des Gegenstandes aus 5 dar.
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7 stellt
einen dritten Gegenstand gemäß der erläuternden
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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8 stellt
erläuternde
Verbindungsglieder zum elektrischen und mechanischen Verbinden benachbarter
Spiegelelemente dar.
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9A stellt
eine erste Position des erläuternden
Verbindungsgliedes aus 8 dar.
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9B stellt
eine zweite Position des erläuternden
Verbindungsgliedes aus 8 dar.
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Detaillierte
Beschreibung
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In
einigen Ausführungsformen
stellt die vorliegende Erfindung einen Gegenstand bereit, der zum
Lenken optischer Signale zu ausgewählten optischen Wellenleitern
geeignet ist. Eine derartige Vorrichtung ist nützlich in Verbindung mit einer
Mehrzahl optischer Systeme, einschließlich, aber ohne Beschränkung, Paket-Router, Add/Drop-Multiplexer
und rekonfigurierbare Netzwerke, um nur einige derartige Systeme
zu nennen.
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4A stellt
einen Gegenstand 400 gemäß einer erläuternden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Der Gegenstand 400 besteht
aus einer reflektierenden Schicht 402, die eine Mehrzahl verbundener
Spiegelelemente 450 aufweist, die oberhalb eines Trägers oder
Substrates 408 durch Tragglieder 404 aufgehängt sind.
Die Spiegelelemente 450 sind mechanisch über elastische
und vorteilhaft elektrisch leitfähige
Verbindungselemente 458 verbunden. Derartige Verbindungsglieder 458 verbinden
auch die Spiegelelemente 450 mit den Tragelementen 404.
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Jedes
Spiegelelement 450 besitzt eine reflektierende Oberfläche 452.
In einer Ausführungsform
ist die reflektierende Oberfläche 452 als
eine Metallschicht realisiert, die auf dem Spiegelelement angeordnet
ist. In anderen Ausführungsformen
ist die reflektierende Oberfläche 452 ein
dielektrischer Spiegel, dielektrischer Filter, Polarisator, Modulator, Dämpfer oder
dergleichen. In derartigen anderen Ausführungsformen kann der dielektrische
Spiegel etc. auf den Spiegelelementen 450 angeordnet sein, oder
alternativ können
das Spiegelelement und die reflektierende Oberfläche dasselbe sein (d. h. der
dielektrische Spiegel ist das Spiegel element). Die verbundenen Spiegelelemente 450 sind
vorteilhaft derart angeordnet, dass die reflektierende Oberfläche 452 jedes
Spiegelelementes im Wesentlichen in derselben Richtung orientiert
ist, wenn der Gegenstand 400a in einem ruhenden Zustand
ist.
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Jedes
Spiegelelement 450 ist vorteilhaft wenigstens teilweise
leitfähig.
In der in 4A dargestellten Ausführungsform
wird eine derartige Leitfähigkeit
durch Bereitstellen einer leitfähigen
Oberfläche 456 auf
jedem Spiegelelement 450 verliehen, wie zum Beispiel einer
Schicht eines dotierten Polysiliziums oder anderen leitfähigen Materials.
Die leitfähige Oberfläche 456 ist
an einer Seite des Spiegelelementes 450 angeordnet, die
derjenigen der reflektierenden Oberfläche 452 entgegengerichtet
ist. In anderen Ausführungsformen
sind die Spiegelelemente 450 vollständig aus einem leitfähigen Material
oder einem Material, das durch geeignetes Dotieren leitfähig gemacht
werden kann, gebildet. Die Tragglieder 404 und Verbindungsglieder 458 sind
vorteilhaft leitfähig
oder enthalten leitfähiges
Material, so dass die Spiegelelemente 450 elektrisch miteinander
verbunden sind.
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In
der in 4A dargestellten Ausführungsform
ist eine fixierte Elektrode 406 zwischen dem Substrat 408 und
den Spiegelelementen 450 angeordnet. Die fixierte Elektrode 406 kann
aus dotiertem Polysilizium oder einem anderen leitfähigen Material hergestellt
sein. In anderen Ausführungsformen
ist, anstatt eine diskret ausgeführte
Elektrode (d. h. eine Schicht aus beschichtetem Material) zu verwenden, das
Substrat 408 geeignet dotiert, um eine geeignete Region
davon leitfähig
zu machen, um als die fixierte Elektrode 406 zu dienen.
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Die
fixierte Elektrode 406 und die leitfähige Oberfläche 456 jedes Spiegelelementes 450 sind
in elektrischem Kontakt mit einer gesteuerten Spannungsquelle (nicht
gezeigt). Die gesteuerte Spannungsquelle ist betriebsfähig, um
eine Spannung zwischen der fixierten Elektrode 406 und
den leitfähigen
Spiegelelementen 450 anzulegen. Bei Abwesenheit einer angelegten
Spannung sind die Spiegelelemente und folglich die reflektierende
Schicht 402 in einem Ruhezustand. In einem derartigen Zustand besitzt
die reflektierende Schicht 402 eine im Wesentlichen flache
Form, wie in 4A dargestellt ist. Wenn eine
Spannung zwischen der fixierten Elektrode 406 und den leitfähigen Spiegelelementen 450 angelegt
wird, bildet sich zwischen ihnen eine elektrostatische Anziehung.
Eine derartige Kraft bewirkt, dass die Spiegelelemente 450 und
folglich die reflektierende Schicht 402 sich nach unten
zur fixierten Elektrode 406 hin bewegen, wie durch Vektor 460 angezeigt
ist. Wie in 4B dargestellt, nimmt die reflektierende
Schicht 402 als Folge ihrer Bewegung zur fixierten Elektrode 406 hin
relativ zu den Wellenleitern eine "nach oben konkave" Form an.
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Die
optischen Wellenleiter 410, 412 und 414 sind
oberhalb des Substrates 408 angeordnet (Wellenleiter-Träger nicht
gezeigt). Enden 411, 413 und 415 der
jeweiligen Wellenleiter 410, 412 und 414 sind mit
wenigstens einigen Spiegelelementen 450 optisch ausgerichtet
und zeigen zur reflektierenden Oberfläche 452 von ihnen.
Wenn die reflektierende Schicht 402 in einer nach oben
konkaven Form vorgespannt ist, wird ein darauf einfallendes optisches Signal 418,
das von dem Wellenleiter 414 abgegeben wird, an den Wellenleiter 410 abgegeben,
was in 4B durch Strahllinien erläutert wird. Ähnlich wird ein
optisches Signal 420, das auch von dem Wellenleiter 414 abgegeben
wird, an den Wellenleiter 412 abgegeben.
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Während einer
Betätigung
werden die Verbindungsglieder 458, die die Spiegelelemente 450 verbinden,
deformiert, wenn die Spiegelelemente zur Elektrode 406 hin
gezogen werden. Bei Deformation speichern die Verbindungsglieder 458 Energie. Wenn
die Betätigungskraft
(d. h. die angelegte Spannung) entfernt wird, geben die Verbindungsglieder 458 die
gespeicherte Energie frei, wodurch die Spiegelelemente 450 und
folglich die reflektierende Schicht 402 in den Ruhezustand
und eine im Wesentlichen flache Form zurückgeführt werden, was durch Vektor 462 angezeigt
wird (4B). Man sollte erkennen, dass
die optischen Signale, die von dem Wellenleiter 414 ausgehen,
nach Treffen der reflektierenden Schicht 402 zurück zu dem
Wellenleiter 414 gelenkt werden, wenn die reflektierende
Schicht 402, wie in 4A dargestellt,
ruhend ist.
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In
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
war die reflektierende Schicht 402 als ein 1 × N Array
aus den Spiegelelementen 450 beschrieben. In anderen Ausführungsformen,
wie zum Beispiel der in 5 beschriebenen, besitzt ein
Gegenstand 500 gemäß der vorliegenden
Lehre eine reflektierende Schicht 502, die ein M × N Array
aus den Spiegelelementen 450 aufweist. Die benachbarten
Spiegelelemente 450 sind über die Verbindungsglieder 458 verbunden.
Und die Abschluss-Spiegelelemente 450 sind über die
Verbindungsglieder 458 mit Tragelementen 504 verbunden.
Eine Elektrode 506 ist unterhalb der reflektierenden Schicht 402 angeordnet.
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In
der erläuterten
Ausführungsform
sind an jeder Seite der reflektierenden Schicht 502 die
Tragelemente 504 vorhanden. In anderen Ausführungsformen
sind die Tragelemente 504 nur an zwei (gegenüberliegenden)
Seiten der reflektierenden Schicht vorhanden. Obwohl die reflektierende Schicht 502 mit
einer rechteckigen Form dargestellt ist, sollte man jedoch auch
erkennen, dass sie in anderen Ausführungsformen eine andere Form
haben kann, wie zum Beispiel eine quadratische, kreisförmige, ovale
oder andere Form.
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Die
individuellen Spiegelelemente 450 werden vorteilhaft in
einer quadratischen Form hergestellt. Wenn sie in einem Array angeordnet
sind, stellen quadratisch geformte Spiegelelemente eine reflektierende
Schicht bereit, die eine relativ kleine freie (und nicht reflektierende)
Fläche
besitzt. In Anwendungen, in denen das relative Verhältnis von
Freiraum unwichtig ist, können
Spiegelelemente mit kreisförmigen,
ovalen oder anderen Formen geeignet verwendet werden.
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6 stellt
eine Perspektivansicht einer kleineren Version des Gegenstandes 500 dar.
Der Gegenstand 500 beinhaltet die reflektierende Schicht 502,
die an zwei Seiten (vier Seiten in anderen Ausführungsformen) durch die Tragelemente 504 getragen
wird. Die reflektierende Schicht 502 weist ein Array der
Spiegelelemente 450 auf, die über die Verbindungsglieder 458 mechanisch
und elektrisch verbunden sind. Jedes Tragelement 504 beinhaltet
Pfosten 504a und Querträger 504b.
An jedem Querträger 504b hängen Verbindungsglieder 458,
mittels welcher die Spiegelelemente 450 und folglich die
reflektierende Schicht 502 oberhalb der Elektrode 506,
die auf dem Substrat 508 angeordnet oder darin gebildet ist,
aufgehängt
sind.
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Wenn
sie betätigt
wird, wie zum Beispiel durch Anlegen einer Spannung zwischen der
Elektrode 506 und der reflektierenden Schicht 502,
wird die reflektierende Schicht zur Elektrode 506 hin abgelenkt.
Man sollte jedoch erkennen, dass die Form der reflektierenden Schicht 502 bei
einer Betätigung
unterschiedlich sein wird, je nachdem ob sie von zwei oder vier
Tragelementen 504 getragen wird.
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In
einer Ausführungsform
ist die mechanische Reaktion der reflektierenden Schicht 502 isotrop
(d. h. richtungsunabhängig).
In solch einer Ausführungsform
ist die "Steifheit" oder das mechanische
Verhalten von jedem Verbindungsglied 458 in der reflektierenden
Schicht 502 im Wesentlichen identisch, und das Array wird
typisch an vier Seiten durch die Tragelemente 504 getragen.
In anderen Ausführungsformen
ist die reflektierende Schicht 502 anisotrop. In noch anderen
Ausführungsformen
wird die Steifheit der Verbindungsglieder 458 regional
variiert oder in einigen anderen gewünschten Weisen variiert, um
eine spezifische mechanische Reaktion zu erhalten.
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7 stellt
eine Perspektivansicht eines Gegenstandes 700 gemäß der vorliegenden
Lehre dar. Anders als der Gegenstand 500 ist eine reflektierende
Schicht 702 des Gegenstandes 700 nicht im Wesentlichen
parallel zu der Oberfläche 708a,
wenn sie in dem Ruhezustand ist. Tatsächlich ist die reflektierende
Oberfläche
der reflektierenden Schicht 702 (d. h. die reflektierende
Oberfläche 452 der
individuellen Spiegelelemente 450, die die Schicht 702 aufweisen) des
Gegenstandes 700 im Wesentlichen orthogonal zur Substratsoberfläche 708a.
Man sollte erkennen, dass die reflektierende Schicht 702 in
anderen Ausführungsformen
in einem stumpfen Winkel zur Oberfläche 708a des Substrates 708 angeordnet
werden kann.
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In
der in 7 dargestellten erläuternden Ausführungsform
ist die reflektierende Schicht 702 an Stützen 704a und
Querträgern 704b des
Tragelementes 704 aufgehängt. In einer anderen Ausführungsform
ist ein vierter Querträger
(nicht gezeigt) an der Reihe der Spiegelelemente 450 in
der Nähe
der Substratoberfläche 708a befestigt.
Wie in vorigen Ausführungsformen
stellen die Verbindungsglieder 458 vorteilhaft eine mechanische
und elektrische Verbindung zwischen den Spiegelelementen 450 bereit.
Die fixierte Elektrode 706 ist geeignet von der reflektierenden
Schicht 702 beabstandet und über Elektrodenträger 716 geeignet
erhöht.
Die Elektrodenträger
können über Verriegelungsglieder
am Platz fixiert werden, die aus drehbaren Platten hergestellt sind,
wie zum Beispiel solche, auf die unten verwiesen wird.
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8 stellt
eine schematische Zeichnung einer erläuternden Ausführungsform
der Verbindungsglieder 458 dar. Wie zuvor beschriebenen
ist, verbinden die Verbindungsglieder 458 die benachbarten Spiegelelemente 450 gegenseitig,
wobei sie sie in nahe angrenzender Relation zueinander platzieren.
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Wie
detaillierter in 9A dargestellt ist, besteht
jedes Verbindungsglied 458 aus einem v-förmigen Abschnitt 960 und
Seitengliedern 962a und 962b, die wie gezeigt
miteinander verbunden sind. Der v-förmige Abschnitt 960 besteht
aus Armen 966a und 966b und einem Verbindungsarm 968.
Ein Ende des Arms 966a hängt an einem ersten Ende des
Verbindungsarms 968, und das andere Ende des Arms 966a hängt an dem
Seitenglied 962a. Ähnlich
hängt ein
Ende des Arms 966b an einem zweiten Ende des Verbindungsarms 968,
und das andere Ende des Arms 966b hängt an dem Seitenglied 962b.
Die Enden 964a und 964b der jeweiligen Seitenglieder 962a und 962b hängen jeweils
an Seiten 851 der Spiegelelemente 450 oder Tragstrukturen
(d. h. Querträger 504b (6),
Querträger 704b oder
Stütze 704a (7)).
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Wenn
sich die Spiegelelemente 450 als Reaktion auf eine Betätigungskraft
bewegen, deformieren sich die Verbindungsglieder 458, wie
in 9B dargestellt. Der v-förmige Abschnitt 960 "öffnet" sich, während sich der Verbindungsarm 968 ent lang
Vektor 972 nach unten bewegt und während sich die Seitenglieder 962a und 962b voneinander
weg in die Richtungen bewegen, die durch jeweilige Vektoren 974 und 976 angezeigt
werden. Energie wird gespeichert, während der v-förmige Abschnitt 960 auf
eine Betätigung
hin "geöffnet" wird.
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Wenn
die Betätigungskräfte entfernt
werden, "schließt" der v-förmige Abschnitt 960,
wodurch das Verbindungsglied 458 in seinen Ruhezustand
und seine Ruheform (dargestellt in 9A) unter
der Freigabe der gespeicherten Energie zurückgeführt wird. Ein Verschluss des
v-förmigen
Abschnitts 960 der Verbindungselemente 450 stellt
eine Rückstellkraft
bereit, die die reflektierende Schicht in eine flache Form zurückführt, die
charakteristisch für
den Ruhezustand ist.
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Man
sollte jedoch erkennen, dass in anderen Ausführungsformen andere Elemente,
die zur Bereitstellung einer Rückstellkraft
für die
Spiegelelemente 450 geeignet sind, geeignet verwendet werden
können.
Solche anderen Anordnungen beinhalten zum Beispiel Federmechanismen
oder Spulen.
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Die
erläuterten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
durch Verwenden Oberflächen
micro-bearbeitender Technologien hergestellt werden, die in verschiedenen
Quellen verfügbar sind,
wie zum Beispiel das MEMS Microelectronics Center of North Carolina
(MCNC). Eine der von MCNC angebotenen Technologien ist ein Verfahren zur
micro-Bearbeitung einer Oberfläche
mit einer drei Lagen Polysilizium aufweisenden Schicht. Die erste der
drei Polysilizium-Schichten,
mit „POLY0" bezeichnet, ist
nicht ablösbar
und wird zur Musterung von Adress-Elektroden und lokalem Leitungsdraht auf
einem Substrat verwendet, wie zum Beispiel einem Silizium-Wafer.
Die beiden anderen Polysilizium-Schichten, mit „POLY1" und „POLY2" bezeichnet, sind ablösbar und
können
so verwendet werden, mechanische Strukturen (zum Beispiel die Träger und Spiegelelemente)
zu bilden. Derartiges Ablösen
wird durch Wegätzen
von Oxyd-Opferschichten erreicht, die während der Herstellung zwischen
den Polysilizium-Schichten angeordnet wurden.
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Die
Polysilizium-Schichten POLY0, POLY1 und POLY2 besitzen Nenndicken
von 0,5, 2,0 beziehungsweise 1,5 Mikrometer. Die Polysilizium- und Oxyd-Schichten
sind individuell gemustert, und unerwünschtes Material wird von jeder
Schicht durch reaktives Ionenätzen
entfernt, bevor die nächste Schicht
hinzugefügt
wird. Wahlweise kann eine Metallschicht mit einer Nenndicke von
0,6 Mikrometer auf der POLY2-Schicht angeordnet werden.
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Was
die erläuterten
Ausführungsformen
betrifft, können
die POLY1- und/oder die POLY2-Schicht verwendet werden, um die verschiedenen
Träger-Strukturen,
elastischen Glieder und Spiegelelemente zu bilden. Das Polysilizium
kann erforderlichenfalls dotiert werden, um eine geeignete elektrische
Leitfähigkeit
bereitzustellen. Die verschiedenen Strukturen werden durch Verwenden
geeigneter Masken gestaltet. Die wahlweise Metallschicht kann verwendet
werden, um die reflektierende Oberfläche 456 jedes Spiegelelementes 450 zu
bilden.
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Um
den in 7 dargestellten Gegenstand 700 herzustellen,
in dem die reflektierende Schicht außerhalb der Ebene des Substrats
angeordnet ist, wird vorteilhaft eine Auswahl drehbarer Platten
unterschiedlicher Größe und Form
verwendet. Derartige drehbare Platten erlauben den verschiedenen
Strukturen (z. B. Trägern,
Spiegelelementen, elastischen Gliedern) des Gegenstandes 700 derart
gebildet zu werden, dass sie in einer Ebene angeordnet sind, die im
Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrates ist. Mit
anderen Worten: die verschiedenen Strukturen, die von dem Gegenstand
umfasst sind, liegen auf dem Substrat, so wie es gebildet ist. In
einem letzten Zusammenbau-Schritt wird ein freies Ende derartiger
Strukturen derart hochgehoben, dass sich die Struktur um ihr Gelenk
weg von dem Substrat dreht.
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Zum
Beispiel sind im Gegenstand 700 die Stützen 704a des Tragelementes 704 und
der Elektrodenträger 716 vorteilhaft
drehbar zu Substrat 708. Um den Gegenstand 700 zusammenzubauen,
werden die Stützen
und der Elektrodenträger
entweder „aktiv" (zum Beispiel durch
Verwenden elektrostatischer Aktuatoren) oder passiv (zum Beispiel
durch Verwenden gespannter Schichten, die sich bei Entlastung zusammenziehen)
aus der Ebene gedreht. Das Bilden derartiger drehbarer Platten ist
auf dem Fachgebiet bekannt. Siehe Pister u. a., „Microfabricated Hinges", Vol. 33, Sensors
and Actuators A, Seiten 249–56,
1992. Siehe auch die parallel anhängigen Patentanmeldungen des
Rechtsnachfolgers: MICRO MACHINED OPTICAL SWITCH, die am 15. Mai
1997 unter Aktenzeichen 08/856569 eingereicht wurde; METHODS AND
APPARATUS FOR MAKING A MICRODEVICE, die am 15. Mai 1997 unter Aktenzeichen 08/056565
eingereicht wurde, und SELF-ASSEMBLING MICRO-MECHANICAL DEVICE,
die am 22. Dezember 1977 unter der Aktenzeichen 08/997175 eingereicht
wurde; alle Anmeldungen werden durch Bezugnahme hierin einbezogen.
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Man
sollte jedoch erkennen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen
rein erläuternd für die Erfindung
sind, und dass viele Variationen von Fachleuten ausgedacht werden
können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt,
dass derartige Variationen in dem Umfang der folgenden Ansprüche und
ihrer Äquivalente
enthalten sind.