(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を制御する光学システムであって、
ビーム偏向デバイスのアレイと、
前記ビーム偏向デバイスのアレイ内のビーム偏向デバイスからの光信号を受け取る受信デバイスのアレイと、
前記光信号が通過する高透過性センサを有し、前記センサが光信号の位置を検出して決定し、決定した位置を用いて、前記ビーム偏向デバイスのアレイ内のビーム偏向デバイスを調整し、前記光信号が受信デバイスのアレイ内の受信デバイスに到達できるようにする光学システム。
【請求項２】
光信号を導く光学スイッチング・システムであって、
第一可動ミラーを有する可動ミラーの第一アレイと、
前記第一可動ミラーからの光信号を受け取り、前記光信号を所定の光ファイバに導く第二可動ミラーと、
前記光信号の位置を検出し、前記光信号が所定の光ファイバに導かれているか否かを確認する第一高透過性センサと、
を有し、
前記第一高透過性センサの確認結果に基づいて、前記第一可動ミラーと前記第二可動ミラーの少なくとも一方を調整することにより、前記光信号が、第一高透過性センサを介して、所定の光ファイバに到達する光学スイッチング・システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等に利用される光学システムに関し、特にファイバ等の出力を複数の異なるファイバ等の一つに切り替えるような光学的スイッチング・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の通信システムは、電子的データ送信法から広帯域光通信システムに移行している。効率を改善するために、このようなシステムは理想的には、光学的スイッチング・システムを利用する。ファイバの出力を複数の異なるファイバの一つに切り替えるこのようなスイッチング・システムの一例は、ブルソード（Ｂｒｏｕｓｓａｕｄ）などの米国特許第４，３６５，８６３号、発明の名称「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ  ｆｏｒ  ａ  Ｖｅｒｙ  Ｌａｒｇｅ  Ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ」、１９８２年１２月公告に記載されている。
【０００３】
光学システムの問題の一つは、光学部品間の位置合わせが重要であることである。わずかなズレが、信号の損失、または不適切な情報の伝送を引き起こすことがある。この問題は、光ファイバに光信号を接続する前に、自由空間を相当な距離にわたって光信号を伝搬させるスイッチング・システム内で特に深刻である。
【０００４】
位置合わせを改善するために、様々な位置合わせ技術が提案されている。一つの技術では、ミラーやビームスプリッタのような偏向デバイスが、元の光ビームまたは信号の一部をセンサへ偏向させる。このシステムは、偏向デバイスの相対的な向きおよび位置と、偏向したビームの位置に基づいて、元の光ビームまたは信号の期待される位置を決定する。フィードバックループは、センサからミラーまたは他の装置に情報を送り、元の光ビームが適切に位置合わせされていることを保証する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ビームスプリッタを用いる説明したシステムには、いくつかの欠点がある。第一の欠点は、システムの複雑さを増大させることである。特に、説明したシステムは、偏向デバイスおよび、偏向デバイスに対する部品とセンサの細心の位置決めを必要とする。第二の欠点は、偏向デバイスが一般に入射光の大部分を偏向し、元の光信号の信号強度を低下させることである。低下した光信号強度は信号対雑音比を減少させ、送信される光信号を増幅するための増幅器の必要性を増大させる。
【０００６】
従って、光学部品を位置合わせするための改良型システムが必要とされる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
光学的クロス接続システム等の、正確な位置合わせを必要とするシステムで用いるのに、理想的に適した高透過性センサが記載されている。
すなわち、光信号を制御する光学システムであって、ビーム偏向デバイスのアレイと、前記ビーム偏向デバイスのアレイ内のビーム偏向デバイスからの光信号を受け取る受信デバイスのアレイと、前記光信号が通過する高透過性センサを有し、前記センサが光信号の位置を検出して決定し、決定した位置を用いて、前記ビーム偏向デバイスのアレイ内のビーム偏向デバイスを調整し、前記光信号が受信デバイスのアレイ内の受信デバイスに到達できるようにする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以降の説明では、入射光信号を検出する高透過性センサが記載されている。その光信号は一般に、６００〜１６００ナノメータ（ｎｍ）の波長範囲である。図１は、このような高透過性センサを用いるシステムの一例を示している。図１において、ｉｊ（ｉ×ｊ）マトリクスのファイバを構成する出力ファイバ１０４の一グループは、クロススイッチング・システム１０６に光信号を出力する。ｉ×ｊレンズアレイ１０８は、クロススイッチング・システム１０６で用いる各ファイバの出力を集束する。例えば、レンズ１１２は、クロススイッチング・システム１０６への出力ファイバ１０４のグループ内の対応するファイバ１１６が出力した光信号１２０を集束し導く。
【０００９】
クロススイッチング・システム１０６の一実施例は、可動ミラーの二つのアレイを有する。この明細書では理解を容易にするためにミラーを用いているが、当然のことながら、他のビーム偏向または導光装置を用いることもできる。例えば、カリフォルニア州サニーベールのＳｉｌｉｃｏｎ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｓが製造し、カリフォルニア州サンノゼのＣｙｐｒｅｓｓが最近入手した可動レンズおよび回折格子ライトバルブを、ミラーの代わりに用いることもできる。可動ミラーの二つのアレイ内の各ミラーは回転し、入射光信号の経路を方向変換することができる。例えば、第一ミラーアレイ１２８内の第一ミラー１２４は、第二ミラーアレイ１３６内の第二ミラー１３２に光信号１２０を導く。第一ミラー１２４は、ｘ軸の回転１４０とｙ軸の回転１４４の両方で回転し、第二ミラー１３２上に所望の角度で入射するように光信号１２０を導く。同様に、第二ミラー１３２は、対応するｘ軸の回転１４８または対応するｙ軸の回転１５２で回転し、受信レンズアレイ１５５内の所定のレンズ１５４に光信号１２０を導く。所定のレンズは、受け取った光信号を対応する光ファイバ上に集束する。例えば、レンズ１５４は、受信ファイバアレイ１６０内の対応する受信ファイバ１５６上に光信号１２０を集束する。
【００１０】
Ｌｕｃｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓが実現したクロススイッチの別の実施例は、前述の可動ミラーの二つのアレイの代わりに、単一の固定ミラーと一つのアレイの可動ミラーを用いている。このような別の実施例において、可動ミラーのアレイ内の第一ミラーは、固定ミラーに光を反射する。その固定ミラーは、可動ミラーのアレイ内の第二ミラーに光を導く。その第二ミラーは回転し、レンズまたは光学システムの他の所定の受信部品に光信号を導く。
【００１１】
様々な方法を用いて、ミラーの回転を制御でき、位置合わせによって、所定のレンズや受信ファイバにミラーの出力が導かれることを保証する。一般に、各ミラーは、ミラーへ電気信号を印加することによって制御可能なＭＥＭＳミラーである。
【００１２】
記載したクロスシステムの一つの問題は、各ミラーが、非常に正確に位置合わせしなければならない相応のチルト角を有することである。ミラーの位置を決定する一方法は、ミラーの移動を制御する構成要素に沿って、歪みゲージを配置することである。この歪みゲージの変形がミラーの位置を示す。制御電子回路（図示せず）は、その情報を用いてミラーを適切に回転させることができる。しかし、このような歪みゲージは製造や位置合わせが困難である。さらに、歪みゲージの参照点がミラー基板であるため、このような歪みゲージを用いて、レンズアレイまたはファイバアレイに対するミラーアレイの移動を補償することはできない。レンズアレイに対するミラー基板の移動または動きは、温度変化によって生じる可能性がある。
【００１３】
ミラーを位置合わせする第二の方法では、ＬＥＤまたは他の光源を用いて、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサカメラ等の不透光検出器に、ミラーから斜めの角度に光を反射することができる。しかし、このようなシステムも、センサおよび受信ファイバに対してミラーを正確に位置合わせする必要がある。
【００１４】
長い光路とビームスプリッタの必要性を避けるために、高透過性センサ１７０は、第二ミラーアレイ１３６から反射した光の光路に沿って配置する。光ビームはセンサを通過し、そのセンサはビームの位置を正確に決定できるように構成する。次に、ミラーの角度を調整してビームを正確な位置にもたらす。この発明のいくつかの実施例ではさらに、第一ミラーアレイ１２８と第二ミラーアレイ１３６の間にセンサ１７２を有し、第一ミラーアレイ１２８内のミラーのチルト角の制御を容易にすることが望ましい。第一ミラーアレイ１２８内のミラーのチルト角を制御することで、第二ミラーアレイ１３６内の対応するミラー上で、光の適切な入射位置と角度を保証する。高透過性センサ１７０と高透過性センサ１７２が入射光の位置を検出し、フィードバック電子回路１７４がその情報を用いて、第一ミラーアレイ１２８と第二ミラーアレイ１３６内のミラーの位置を補正する。特に、フィードバック電子回路１７４は、送られた各光信号がレンズアレイ１５５内の対応するレンズ上の中心に合うことを保証する。レンズは、ファイバ束１６０内の対応するファイバに入射光信号を導く。
【００１５】
図１６は、図１のシステムの動作を説明するフローチャートである。ブロック１６０４において、クロススイッチは光ビームを受け取る。そのビームは、第二ミラーアレイに密接に配置した第一高透過性センサを介して、第一ミラーアレイから反射される。第一高透過性センサは、ブロック１６０８で光ビームの位置を検出する。ブロック１６１２では、処理電子回路が補償値を決定する。この補償値は、光ビームが第二ミラーアレイ内の所定の第二ミラー上に入射するように、高透過性センサと所定の位置または「目標位置」によって決定された位置の関数である。この発明の一実施例では、受信ファイバ束の各ファイバは第二ミラーアレイ内の一つのミラーに対応し、従って対応する第二ミラー位置や目標位置は、ファイバが第一ミラーアレイから信号を受け取るように決められる。
【００１６】
ブロック１６１６では、補償値から補償信号を決定する。この補償信号を設定してｘチルトとｙチルトの両方でミラーを調整し、光ビームを目標位置に到達させる。この補償信号は、ミラーのチルトを制御するアクチュエータまたはＭＥＭＳに印加し、ミラーの向きを再調整してビームを目標位置に方向変換する。ミラーを再配置後、第一高透過性センサは再びブロック１６２０でビーム位置を決定する。ブロック１６２４では、ビームが適切に配置されていないことを第一高透過性センサが確認したとき、ブロック１６１２〜１６２０を繰り返してさらにミラーの向きを補正する。
【００１７】
ブロック１６２４で、光ビームが第二ミラーアレイ内の第二ミラー上に適切に入射していることをシステムが確認したとき、第二高透過性センサは、ブロック１６２６で第二ミラーから反射したビームの位置を検出する。一般に、第二高透過性センサは、レンズから所定の光ファイバラインに光を集束するレンズに密接に配置する。この密接さによって、第二高透過性センサにおける光ビームの位置が、レンズアレイにおけるビーム位置に対応することが保証される。
【００１８】
ブロック１６２８では、処理電子回路が、レンズアレイにおけるビームの所望の位置とビームの実際の位置に基づいて第二補償値を決定する。どのファイバが信号を受け取るべきかということはわかっており、レンズアレイ内の各レンズと各ファイバの間は一対一対応であるので、どのレンズが信号を受け取るべきかということもわかる。レンズの位置はわかっているので、所望の位置もわかる。この高透過性センサは、実際のビーム位置を提供する。
【００１９】
ブロック１６３２では、第二補償値を用いて、アクチュエータまたはＭＥＭＳデバイスに印加する第二補償信号を生成する。このアクチュエータは、第二ミラーを傾けて光信号を新しい位置に動かす。
【００２０】
光信号を新しい位置に動かした後、第二高透過性センサは再びブロック１６３６でビーム位置を測定する。ブロック１６４０で新しい位置が所望の位置と合っていないことを確認すると、ブロック１６２８〜１６４０を繰り返して、第二ミラーのチルトをさらに調整する。この手順は、ビームがレンズに適切に配置されていることをブロック１６４０で回路が確認するまで繰り返す。
【００２１】
このセンサは、基板上に成膜した適切な金属接点を備えた薄膜半導体を有し、その各層は光ビームに対して実質的な高透過性を有する。好ましい実施例では、高感度検出器を作るために知られ所定の波長において実質的に透明である半導体として、水素化アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を用いる。しかし、バンドギャップが０．８ｅＶ（１．５５μｍ）または０．９５ｅＶ（１．３μｍ）である他の光導電材料を用いることもできる。このような材料の例は、例えば、Ｇｅ、有機光導電体（例えばベンゾイミタゾール  ペリレン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）Ｐ３ｈｔ）、多結晶シリコン、ａ−Ｇｅなど、ａ−Ｓｉ：Ｈの合金を含むがそれに限定されない。一般的な高透過性金属導体の例には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）または酸化亜鉛がある。一般的な基板材料には、ガラスまたはプラスチックがある。
【００２２】
ここで用いられるように、説明したセンサ１７０に用いられる「高透過性」または「透明」というのは、光信号の実質的に全ての光がセンサ１７０を通過することを意味する。実際には、センサ内でキャリアを生成するために、ごくわずかの光子が吸収される。アモルファス・シリコン層と、導電板として機能するＩＴＯ層で吸収される光子の割り合いは一般に１〜２％未満である。例えば、波長１．５５μｍにおいて、厚さ１μｍのａ−Ｓｉ層は、０．１％未満の入射光子を吸収する。厚さ１００ｎｍのＩＴＯ層は一般に、入射光子の０．１〜０．５％を吸収する。
【００２３】
より実質的な損失は、センサ面の反射による光子損失から生じる。導電板として機能するＩＴＯ層の厚さが、入射光の波長の半分である最適化していない場合では、反射光の割り合いは６０％近くまでになる。このような高い損失割り合いは許容できない。しかし、このような損失は著しく低減することができる。例えば、ＩＴＯ層の厚さを入射光の波長の４分の１まで、アモルファス・シリコン層の厚さを入射光の波長の約３．５倍に最適化することによって、反射光の割り合いは最適な波長では１．７％まで低減できる。入射光の波長が１．５５μｍで一般的に最適化した場合、ＩＴＯ層の厚さは２５８ｎｍになるように構成し、アモルファス・シリコンの厚さは１，５６０ｎｍになるようにする。反射による損失を最小にするために、この発明のいくつかの実施例では、センサまたは基板上に成膜した追加の反射防止膜を用いる。反射防止膜の使用と製造方法は当業者にはよく知られている。
【００２４】
この発明の一実施例では、吸収または反射される光子の全割り合いは１０％未満であり、１．３〜１．５５μｍの波長範囲の光信号の少なくとも９０％が、そのセンサ構造を通過することができる。最適化したシステムでは、吸収または反射される光子の割り合いは、さらに５％まで低減され、入射光信号の９５％が、高透過性センサを通過することができる。上記の特定の波長は一般に、光通信システムで用いられるものであるが、アモルファス・シリコン内に少数のキャリアを生成する他の波長を用いることもできる。波長が短くなるにつれて、通信周波数の下端に近づき、センサ内の吸収は一般に増大する。
【００２５】
クロススイッチ・アレイからの多くの光ビームの位置を検出する特定の問題のために、いくつかの異なる設計が機能し、好ましい実施例は、ビームの数、検出を必要とする速度、および光学システムの他のパラメータに依存する。我々は、三つの別のセンサ構成を説明する。図２〜９は位置感度検出器の様々な実施例を示しており、図１０〜１２は特定の寸法のビームに対して適合させた強度センサを示しており、図１３〜１４は、光ビームより多くの画素を備えた画素化センサアレイを示している。
【００２６】
図２は、高透過性センサ１７０の一実施例の断面を示している。図２において、上側コレクタ板２０４と下側コレクタ板２０８を含む、一対の高透過性コレクタ板は、センサ媒体２１２を挟持している。この発明の一実施例では、センサ媒体はａ−Ｓｉ：Ｈ構造を形成するアモルファス・シリコンである。コレクタ板２０４、２０８は、様々な高透過性導電体から構成することができる。図の実施例では、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）材料がコレクタ板２０４、２０８を構成している。センサ媒体２１２とコレクタ板２０４、２０８の組み合わせは、厚さ約１〜５μｍのｐ−ｉ−ｎダイオード構造を形成する。別の実施例では、ショットキ・ダイオード構造を用いることもできる。
【００２７】
ガラスなどの高透過性基板２１６は、コレクタ板２０４、２０８とセンサ層２１２を支持する。コレクタ板２０４、２０８、センサ層２１２および基板２１６の透明性によって、入射光信号は最小の減衰で高透過性センサを通過することができる。コレクタ板２０４の端部に沿った電極ストリップ２２０、２２４は、ａ−Ｓｉ層で生成した電荷を集める。この電極ストリップは一般に、金属等の不透明の導電材料から構成される。
【００２８】
説明した構造によって、低バイアス電圧で高電荷収集が可能になる。３００Ｋでのセンサの暗漏れ電流は、約１０-11Ａ／ｃｍ2である。一般にレーザビームによって生成された光信号が、ａ−Ｓｉセンサに衝突すると、わずかな割り合いの光子が吸収される。吸収された光子は、局所的なキャリアを生成する。ＩＴＯコレクタ板２０４、２０８の間に挟持した厚さ１〜２μｍのアモルファス・シリコン層を用いるセンサにおいて、１．５５μｍの周波数範囲における１ｍＷのレーザビームは、約１０-8Ａの電流を生成する。
【００２９】
センサ媒体に印加したバイアスによって、キャリアはセンサ媒体を介してＩＴＯコレクタ板２０４、２０８の短い距離を移動する。ＩＴＯコレクタ板２０４、２０８は、生成した局所的なキャリアを端部の電極ストリップ２２０、２２４に運ぶ。各電極ストリップ２２０、２２４は、対応する端子２２８、２３２に接続する。端子２２８に集めた電荷と、端子２３２に集めた電荷の比が、入射ビームの光エネルギの中心または重心の横方向の位置（ｘ座標）の尺度となる。決定した情報を用いて、図１に示したＭＥＭＳミラーの位置のフィードバックを提供することができる。制御ループは、校正表のｘ座標にできるだけ近づくように、ＭＥＭＳミラーの出力の位置を保持する。
【００３０】
ＭＥＭＳミラー系で用いる場合、初期の校正は製造時に設定してもよい。図１の高透過性センサ１５５をレンズアレイに接して、または対向させて取り付けるとき、レンズ位置とセンサ位置の間の関係は、経時変化してはならない。実際の使用では、各ミラーのアクチュエータは、数分ごと、またはミラーを新しいチルト角に駆動または移動させた後に再校正することができる。
【００３１】
図３は、図２に示したセンサ構造の平面図を示している。図３において、電極ストリップ２２０、２２４と直交する向きの電極ストリップ３０４、３０８は、Ｙ軸に沿った光信号の位置を決定する。特に、電極ストリップ３０４、３０８は、対応する端子３１２、３１６に電荷を供給する。各電極に集めた電荷の比は、ｙ方向の入射光ビームの重心を示す。
【００３２】
図３の単純な構造には、いくつかの問題がある。第一の問題は、複数のビームがセンサ上に入射したとき、異なるビームを区別する方法が必要とされることである。ビームを区別する一つの方法は、ミラー１２４のようなミラーを駆動することで検出したビームの位置を、所定の周波数でサイン波のような所定のパターンに変調することである。センサ読み出し内の周波数フィルタは、所定の周波数でセンサ信号を通過させ、変調したビームの位置の決定を可能にする。しかし、複数のビームによってもたらされた雑音が、前述の方法の拡張性を制限する。
【００３３】
信号対雑音比を改善する別の方法には、アモルファス・シリコンにゲルマニウムのような合金材料を加えることで、アモルファス・シリコンによる光子の吸収を増大させることがある。しかし、吸収を増大させることは、センサの「透明性」も低下させる。信号対雑音比を改善するより良い方法は、単一の大きなセンサをより小さなセンサのアレイと置き換える、または大きなセンサを画素化することである。センサの信号対雑音比は、センサの大きさに反比例し、小さなセンサのアレイは生成される雑音を低減する。図４〜１０は、適切な信号対雑音比を維持しながら、最大の透明性を維持するために、単一の大型高透過性センサを分割または画素化する方法を示している。
【００３４】
図４は、Ｙ軸のような軸に沿って配置した金属電極４０４、４０８、４１２、４１６を用いて、同相分除去を改善し、単一の方向の位置感度を向上させるセンサ４００の平面図である。図５は、このような高透過性センサを二つ組み合わせたものを示しており、第一センサ５０４は、第二センサ内の金属電極と直交する用に配置した金属電極を有する。二組の直交する電極は、ｘ方向およびｙ方向の両方で位置感度を改善できる。特に、第一センサ５０４はｘ軸に沿って入射光信号の位置を決定し、第二センサ５０６はｙ軸に沿った位置を決定する。
【００３５】
図６は、単一の高透過性基板６００上の多層行列センサの側断面図、図７は平面図を示している。図６および図７に示した構造は、図５の隣接するセンサまたは「背中合わせの」センサを、共通の高透過性基板６００上の単一のセンサ構造に置き換えたものである。
【００３６】
図６において、高透過性基板６００は、ｘ方向などの第一方向に沿って走る平行導電性の、一般に金属電極６０４を支持する。アモルファス・シリコン６０８の第一層は、金属電極６０４上に成膜する。この発明の一実施例では、ＩＴＯ層（図示せず）は、アモルファス・シリコンと金属電極の間の導電板として機能する。また、金属電極６０４の近傍のアモルファス・シリコン層は、高濃度にドープして導電層を構成する。入射光ビームに応じて、第一層６０８はキャリア雲を生成する。高透過性導電板６１２はバイアス電位を提供し、ＩＴＯ層（図示せず）等の導電領域またはアモルファス・シリコンの高濃度ドープ領域に、入射光ビームが生成したキャリアを動かす。その導電領域は、最も近い金属電極６０４にキャリアを導く。金属電極６０４の各金属電極に到達するキャリアの比率が、入射光ビームのおよそのｙ座標を示す。
【００３７】
図に示した実施例では、第二アモルファス・シリコン層６１６は、導電板６１２上に成膜する。入射光ビームがアモルファス・シリコン層６１６を通過すると、キャリア雲が、第二アモルファス・シリコン層６１６内に生成される。アモルファス・シリコン層６１６内の電位差は、第二導電板６２０にキャリアを動かす。導電板６２０は、金属電極６２４の第二アレイ内の最も近い電極にキャリアを運ぶ。その電極は、検出電極（図示せず）にキャリアを運ぶ。
【００３８】
図７は、金属電極６２４の第二アレイが、金属電極６０４の第一アレイに対して直交していることを示している。従って、金属電極６０４がｘ方向に向いているとき、金属電極６２４はｙ方向に向いている。金属電極６２４の第二アレイの各電極が受け取るキャリアの比率は、ｘ方向の光ビームの位置を決定するために用いられる。
【００３９】
図８は、共通電極８０４（アモルファス・シリコンおよび対応するＩＴＯと同じ）層として機能する導電層を分割するセンサ構造８００の平面図である。共通電極８０４を分割することによって、金属電極８０８が電流を検出したとき、その電流がセンサの所定の領域のみに関連付けられるように、バイアスを印加できる。キャリア雲の二次元的な位置決めが可能になるように、図８のセンサ構造８００を、図９に示したような二層構造に繰り返すこともできる。図９において、第一層９０４の電極と第二層９０８の電極は直交している。この直交した配置が、ｘ方向とｙ方向の両方で入射光ビーム９１２の位置の決定を可能にする。図の構成を用いると、センサとファイバ１６０の位置を固定した後、各ファイバに対するセンサの校正が実現できるので、図１のレンズまたはファイバ１６０に対して、センサを正確に機械的に配置する必要がなくなる。
【００４０】
図１０は、図１の光スイッチ１０６からの光ビームをレンズアレイ１５４に対して位置合わせするための、高透過性強度センサ１０００の側面図であり、図１１は平面図である。この強度センサは、一般にアモルファス・シリコンであり、第一高透過性導電層１００８と第二高透過性導電層１０１２の間に配置した高透過性検出層１００４を有する。このセンサ構造は、高透過性基板１０１６で支持する。
【００４１】
図１１は、二つの層１１００、１１０４を含む強度センサ１０００の平面図である。各層は、第一層１１００の平行な帯１１０８、１１１２のような、一連の平行なアモルファス・シリコン（と導電層）の帯に分割される。その帯の幅は、ビームが一つの帯内のアモルファス・シリコンと直接重なったとき、センサ出力が最大になるように、センサにおけるビームの直径にほぼ合わせる。従って、センサ電子回路は、ビームが適切に位置合わせされていることを確認できる。一般的な光スイッチ・システムでは、一つの帯の幅は５００〜５０００μｍである。
【００４２】
二次元での位置決定を容易にするために、第二層１１０４の平行な帯は、第一層１１００の平行な帯と直交させる。前述のように、各ストリップの幅は、好ましくは入射光ビームの幅とほぼ等しくする。センサによって生成された信号は、ビームの中心または重心が、第一層１１００と第二層１１０４の帯の交差部の中心に配置されたとき最大となる。その信号は、光信号が、第一層１１００と第二層１１０４のどちらか一方の平行な帯の間の領域を横切ると減少する。レンズアレイ１５４内の各レンズの中心に帯が交差するように配置することで、フィードバック信号を生成し、対応するレンズとビームの位置合わせを容易にする。
【００４３】
ビームの幅が帯の幅と一致していなくても、ミラーアレイ１３６内のミラー１５２のようなミラーに、所定の周波数で正弦波または他の周期的な動作を加えることによって位置合わせが実現される。ビームの移動の中心が、第一層１１００と第二層１１０４内の平行な帯の間の交差部の中心と一致するとき、センサ出力信号の大きさは、所定の周波数の二倍の周波数を有する。
【００４４】
図１２は、レンズ上でビームの中心を合わせるために強度測定を用いる別の構造を示している。図１２の構造によって、帯１１０８、１１１２等の平行な帯の幅を、ビームの幅と実質的に異なるものにできる。図１２において、センサ帯１２０４等の各センサ帯は、第一ハーフ１２０８と第二ハーフ１２１２等の二つの部分に分割する。狭い絶縁領域が、第一ハーフ１２０８と第二ハーフ１２１２を分割する。同様に、直交するセンサ帯１２１６は、二つの部分１２２０、１２２４に分割する。光ビーム１２２８が、センサ帯１２０４と直交するセンサ帯１２１６の交差部１２３２上に適切に中心を合わせるとき、光ビームのほぼ半分が、センサ帯１２０４の第一ハーフ１２０８上に入射し、その光ビームの他の半分が、センサ帯１２０４の第二ハーフ１２１２上に入射する。従って、第一ハーフ１２０８内の電流は、第二ハーフ１２１２内の電流とほぼ一致する。同様に、部分１２２０内の電流は、部分１２２４内の電流と一致する。各ハーフ内の電流が一致することを確認するために、電流の差を用いる、つまり「無効化」（ｎｕｌｌｉｎｇ）すると、入射光ビームを各ハーフの中心に合わせることができる。交差部１２３２が、レンズアレイ１５４内のレンズの中心等の下部の対象と位置合わせされていない場合は、校正テーブルを用いて、ビームがレンズの中心に位置合わせされているときに、各ハーフ帯内に生じる所望の電流比を指定することができる。
【００４５】
図１３は、光ビームより多くの画素１３０４、１３０８を有する画素化したセンサ１３００アレイを示す。各画素の側面図は図１４に示す。各画素は、センサ媒体として機能する真性アモルファス層１４０４を有する。上部１４０８はｐ型にドープし、底部１４１２はｎ型にドープして、バイアス電圧を印加するための接合部を設けることができる。上部高透過性導電体１４１６にはバイアス電圧を印加して、入射光によって生成されたキャリアを、底部高透過性導電体１４２０に移動させる。
【００４６】
図１３に戻ると、ゲート線は、画素１３０４、１３０８等の各画素上のデータの読み出しを制御する。図の実施例では、ゲート線１３１２が、トランジスタ１３１６、１３２０等のトランジスタのゲートを制御する。ゲート線１３１２に電圧を印加すると、画素１３０４、１３０８等の画素の内容が、対応するデータ線１３２４、１３２８に接続した電子回路によって読み出される。電子回路は、データ線からのデータを用いてビームの位置を決定し、信号を送ってミラーのチルトを補正する。
【００４７】
画素の大きさは、検出されるビームの大きさによって決定される。例えば、５０〜７５μｍの画素サイズで５１２×５１２の画素アレイは、２００〜５００μｍの幅の光ビームの位置を決定するための補正寸法を有する。そのビームは多くの画素を満たし、照射された画素全てからの応答を用いて、画素サイズより高い精度で各ビームの重心を位置決めできる。ビーム間のクロストークを避けるために、それらの画素は一つの画素内で重なってはいけない。このようなクロストークは、ビームの大きさより画素の大きさをずっと小さく設定することによって避けられる。
【００４８】
前述のように、これらのアレイは、上部および底部接点にＩＴＯ、センサとしてアモルファス・シリコンを用いることによって、高透過性に構成できる。センサ内の情報は、前述のようなアクティブ・マトリクス・アドレッシングを用いて読み出すことができる。アクティブ・マトリクス・アドレッシングを用いると、複数の画素を同時に読み出すことができ、順次読み出し手順を用いるパッシブ・マトリクス・アドレッシングに比べて、応答時間を高速化できる。一般に、図１３に示したゲート線とデータ線の両方を含む金属アドレス線は、十分小さいのでビームを致命的には減衰させない。しかし、最大の透過性が要求される場合、ゲート線やアドレス線もＩＴＯで構成することができる。
【００４９】
図１２の分割センサ等の強度センサからデータを読み出す別の方法は、図１５に示されている。図１５において、バイアス線１５０２は、センサ媒体１５０３に隣接する導電層にバイアスを与える。センサ媒体１５０３内に生成されたキャリアを受け取る一連の電極帯１５０４、１５０８、１５１２、１５１６は、対応する薄膜トランジスタ１５２０、１５２４、１５２８、１５３２に接続されている。
【００５０】
センサの読み出しが必要なときは、共通ゲート線１５３６に電圧を印加する。共通ゲート線１５３６の電圧は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１５２０、１５２４、１５２８、１５３２のゲートで受け取る。アサートされた電圧は、対応するＴＦＴをオンにする。オンになると、各電極で生成された電圧が、出力読み出し線１５４０、１５４４、１５４８、１５５２上で検出される。その出力読み出し線に接続した処理電子回路は、出力信号を処理して、センサ上に入射した光ビームの位置を決定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  少なくとも一つの高透過性センサを有するクロス接続光スイッチング・システムの一般的な構造図である。
【図２】  アモルファス・シリコン位置感度検出器（ＰＳＤ）の横断面の簡略化した概略図である。
【図３】  アモルファス・シリコン位置感度検出器（ＰＳＤ）の平面図である。
【図４】  同相分除去を改善するために、センサを帯状に分割しているＰＳＤの平面図である。
【図５】  ｘ方向とｙ方向を含む二次元での検出を改善するために、分割したセンサを二つ組み合わせた図である。
【図６】  単一の高透過性基板上の多層行列センサの側面図である。
【図７】  単一の高透過性基板上の多層行列センサの平面図である。
【図８】  共通電極として機能する導電層を分割するセンサ構造の平面図である。
【図９】  分割し直交する向きに配置した導電層を二つ含むセンサ構造の平面図である。
【図１０】  光ビームを位置合わせするための高透過性強度センサの側面図である。
【図１１】  光ビームを位置合わせするための高透過性強度センサの平面図である。
【図１２】  入射光信号を中心に合わせるために、狭い間隙を有する平行な帯を用いる高透過性強度センサの平面図である。
【図１３】  アクティブ・マトリクス撮像素子の平面図である。
【図１４】  図１３のアクティブ・マトリクス撮像素子の一画素の側面図である。
【図１５】  分割したセンサをアドレスするマトリクスの一方法を示す図である。
【図１６】  図１のクロススイッチの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０６  クロススイッチング・システム、１０４  出力ファイバ、１０８，１５５  レンズアレイ、１１２，１５４  レンズ、１１６，１５６  ファイバ、１２０  光信号、１２８  第一ミラーアレイ、１２４  第一ミラー、１３６  第二ミラーアレイ、１３２  第二ミラー、１４０，１４８  ｘ軸の回転、１４４，１５２  ｙ軸の回転、１６０  ファイバアレイ、１７０，１７２  高透過性センサ、１７４  フィードバック電子回路、２０４  上側コレクタ板、２０８  下側コレクタ板、２１２  センサ層、２１６  基板、２２０，２２４，３０４，３０８電極ストリップ、２２８，２３２，３１２，３１６  端子、４０４，４０８，４１２，４１６  金属電極、４００  センサ、５０４  第一センサ、５０６  第二センサ、６００  高透過性基板、６０４，６２４  金属電極、６０８  第一層、６１２  高透過性導電板、６２０  第二導電板、６１６  第二層、８０４  共通電極、８００  センサ構造、８０８  金属電極、９０４  第一層、９０８  第二層、９１２  入射光ビーム、９００  センサ構造、１００８  第一高透過性導電層、１０１２  第二高透過性導電層、１００４  高透過性検出層、１０１６  高透過性基板、１１００  第一層、１１０８，１１１２  帯、１２０４，１２１６  センサ帯、１２０８，１２２０  第一ハーフ、１２１２，１２２４  第二ハーフ、１２２８  光ビーム、１２３２  交差部、１３０４，１３０８  画素、１３００  センサアレイ、１３１２  ゲート線、１３１６，１３２０  トランジスタ、１３２４，１３２８  データ線、１４０４  アモルファス層、１４０８  上部、１４１２  底部、１４１６  上部高透過性導電体、１４２０  底部高透過性導電体、１５０２  バイアス線、１５０３  センサ媒体、１５０４，１５０８，１５１２，１５１６  電極帯、１５２０，１５２４，１５２８，１５３２  薄膜トランジスタ、１５３６  ゲート線、１５４０，１５４４，１５４８，１５５２出力読み出し線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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