(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
その基板表面と対向して平行に配され、基板表面に対し垂直に変位できる可動電極板と、
その可動電極板上に直立されたミラーと、
上記可動電極板に一端が、他端が上記基板にそれぞれ連結され、可動電極板を基板上に支持する弾性を有する支持体とを具備し、
可動電極板と基板の固定電極との間に電圧印加、その除去により可動電極板及びミラーを上記基板平面に対して垂直方向に変位させ、ミラーに向かう光束を通過又は反射させる光スイッチにおいて、
上記可動電極板はほぼ方形をしており、その少くとも１辺の中央部から中心部に向って切除部が形成され、その切除部にその領域をほぼ埋めるように上記支持体が位置され、
上記支持体が占める領域と上記可動電極板が占める領域とが、全体として方形領域を形成していることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は可動電極板にミラーを立て、可動電極板と固定電極との間に静電引力を作用させたり、除去させたりしてミラーを変位させ、ミラーに向かう光束を通過又は反射させる光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に提案されている光スイッチを示す。方形シリコン基板１１に方形凹部１２が形成され、方形凹部１２の中央部と対向して方形可動電極板１３が配され、可動電極板１３の対向辺の中点がそれぞれフレクチュア部１４，１５を介して基板１１上に連結され、フレクチュア部１４，１５により、可動電極板１３は、基板１１の表面に対して垂直方向に変位自在に基板１１に支持されている。可動電極板１３の基板１１と反対側の面上にミラー１６が立てられている。
【０００３】
可動電極板１３、フレクチュア部１４，１５はシリコン基板１１と一体に形成され、シリコン基板１１、可動電極板１３にそれぞれ不純物が混入されて導電性が与えられている。よって基板１１の可動電極板１３と対向する部分は固定電極として作用させることができる。入射側光ファイバ又は光導波路１７よりの光束１８が基板１１の表面と平行にミラー１６に斜めに入射され、その反射光が出射側光ファイバ又は光導波路１９に入射される。この状態で基板１１と可動電極板１３との間に電圧が印加されると、基板１１と可動電極板１３との間に静電引力が作用し、可動電極板１３が基板１１側に変位し、入射側光ファイバ又は光導波路１７よりの光束１８はミラー１６に入射することなく、ミラー１６上を通過し、他方の出射側光ファイバ又は光導波路２１に入射する。
【０００４】
このように基板１１と可動電極板１３との間に電圧を印加するかしないかにより、入射側光ファイバ又は光導波路１７よりの光束１８を出射側光ファイバ又は光導波路１９と出射側光ファイバ又は光導波路２１との一方に切替え入射させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した提案されている光スイッチにおいては、比較的大きな駆動電圧を必要とする。駆動電圧を低減するにはフレクチュア部１４，１５を含む支持部材の基板１１と可動電極板１３との間の長さを長くして柔らかにするか、可動電極板１３の面積を大きくする必要がある。このようにフレクチュア部を含む支持部材を長くしたり、可動電極板１３の面積を大きくすると、光スイッチの大きさが大型化してしまう。この大型化は、Ｎ×Ｍマトリックス状に個々の光スイッチを配置した大規模な光スイッチ装置（マトリックス光スイッチ）では、顕著な大型化を招くことになる。
【０００６】
この発明の目的は小型に構成でき、しかも低電圧駆動が可能な、マトリックス光スイッチに適する光スイッチを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、可動電極板を基板上に支持する支持体は可動電極板とほぼ平行な面内で、折り返しビーム状に形成され、支持体が占める領域と可動電極板が占める領域とが全体として方形領域を構成している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の実施例を示す。方形基板３１と間隔をおいてこれと平行に可動電極板３２が配され、可動電極板３２は弾性を有する支持体３３〜３６により基板３１に支持されている。各支持体３３〜３６はそれぞれ、可動電極板３２がなす平面とほぼ同一平面上で折り返しビーム状に形成されている。支持体３３〜３６がそれぞれ占める領域３７〜４０と、可動電極板３２が占める領域とは全体としてほぼ方形、この例では正方形領域を構成する。
【０００９】
つまりこの実施例では、正方形状の可動電極板３２の各辺の中央部に長方形の切除部４１〜４４が形成され、その切除部４１〜４４にそれぞれ支持体３３〜３６が配され、各支持体３３〜３６はそれぞれその各外端は、可動電極板３２の各辺の中点と対応して、基板３１上に立てられた固定部４５〜４８と連結され、内端は切除部４１〜４４の内端の中点にて可動電極板３２に連結され、これら外端と内端間においてそれぞれ切除部４１〜４４の幅方向にほぼ一杯に延長して折り返すことが繰り返されて繰り返しビーム状支持体３３〜３６が構成されている。
【００１０】
つまり可動電極板３２の中央正方形部３２ａの各辺の中点にそれぞれ支持体３３〜３６の内端が連結され、それぞれ折り返されながら互いに外側へ延長されて、それぞれ固定部４５〜４８に連結される。これら支持体３３〜３６の各両側に可動電極板３２の周辺正方形部３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅが中央正方形部３２ａの各頂角部分と一部、一つの頂角部分を共通として配されている。支持体３３〜３６の各折り返し幅Ｌ２は切除部４１〜４４の各幅Ｗ１よりわずか小とされている。
【００１１】
支持体３３〜３６は基板３１上の固定部４５〜４８の上端と連結され、これにより可動電極板３２は基板３１と間隔Ｄ１を保って保持され、また支持体３３〜３６の折り返しビーム状構造により、支持体３３〜３６は弾性を有し、可動電極板３２は基板３１に対し垂直に変位可能とされている。基板３１、可動電極板３２、支持体３３〜３６、固定部４５〜４８は一体物として構成することができる。
【００１２】
この構造は例えば図２に示すように作ることができる。図２Ａに示すようにシリコン基板３１ａ上にＳｉＯ2 の保護膜５１を形成し、フォトリゾグラフィにより、固定部４３〜４８が設けられる位置の保護膜５１を図２Ｂに示すように除去して小穴５２を形成する。図２Ｃに示すように、可動電極板３２となる多結晶シリコン層５３を全体の上に形成し、多結晶シリコン層５３に対し、図２Ｄに示すようにフォトリゾグラフィによりパターンニングして可動電極板３２、支持体３３〜３６、固定部４５〜４８を形成する。
【００１３】
次に図２Ｅに示すようにＳｉＯ2 の保護膜５４，５５を可動電極板３２を含む全面と、基板３１ａの底面とにそれぞれ形成し、図２Ｆに示すようにその底面の保護膜５５を周辺部を残して除去し、これをマスクとして基板３１ａをＫＯＨ溶液でエッチングし、図２Ｇに示すように可動電極板３２と対応する部分に大きな穴５６を開け、基板３１ａは枠のみ残す。その後、化学的エッチングによりＳｉＯ2 の保護膜５１，５４，５５を除去し、図２Ｈに示すように、枠状基板３１ａ上に可動電極板３２が支持された構造体を得る。図２Ｉに示すように、この枠状基板３１ａの枠内を、可動電極板３２と反対側からシリコン基板３１ｂで塞ぎ、基板３１ａ，３１ｂを接合させる。基板３１ａと３１ｂとにより図１中の基板３１が構成される。
【００１４】
可動電極板３２上に図１に示すようにミラー４９が立てられる。ミラー４９の鏡面は、例えば支持体３３，３４を結ぶ方向と４５度をなすようにされる。可動電極板３２が静電引力により基板３１側に変位することができるようにされる。つまり可動電極板３２は導電性体で構成され、例えばシリコンに適当に不純物が混入されて導電性が与えられ、また基板３１もシリコンに不純物が混入されて導電性体とされ、基板３１自体を固定電極とされる。基板３１上に導電膜を形成して固定電極としてもよい。
【００１５】
ミラー４９は可動電極板３２と一体に形成してもよいし、別体のミラー４９を可動電極板３２に固着してもよい。可動電極板３２、支持体３３〜３６の厚みは例えば２〜５μｍ程度とされる。
この光スイッチも、図７に示したものと同様に、図１において左側に配された入射側光ファイバ又は光導波路１７からの光束１８はミラー４９に入射し、これにて反射され、出射側光ファイバ又は光導波路１９に入射する。可動電極板３２と基板３１の間に電圧が印加され、これら間に静電引力を作用させると、可動電極板３２が基板３１側に変位して、入射側光ファイバ又は光導波路１７よりの光束はミラー４９上を通過して反対側の出射側光ファイバ又は光導波路２１に入射する。よって可動電極板３２と基板３１との間に電圧を印加するかしないかにより、光ファイバ又は光導波路１７からの光束を光ファイバ又は光導波路１９と光ファイバ又は光導波路２１とに切替え入射させることができる。
【００１６】
この光スイッチの寸法としては例えば可動電極板３２の１辺の長さＬ４を１０００μｍ、支持体３３〜３６の各長さＬ１を３００μｍ、その折り返し幅Ｌ２を２００μｍ、ビーム幅Ｗ２を１０μｍ、固定部４５〜４８をそれぞれ角柱状とし、その断面を５０μｍ□とし、中央方形部３２ａと各周辺方形部３２ｂ〜３２ｅとの各共通部の長さＬ３を３０μｍとする。
【００１７】
このように方形電極板３２の一部を切除して、その切除部に支持体３３〜３６を配しているため、方形電極板３２の面積を大きくとることができ、支持体３３〜３６は折り返しビーム状とされているため、その長さＬ１に対し、ビームの長さが長くなり、柔らかいものとすることができる。図７の考えからすると可動電極板は中央正方形部３２ａのみであったが、この実施例では支持体３３〜３６の部分の両側に周辺正方形部３２ｂ〜３２ｅを配し、中央正方形部３２ａと連結し、可動電極板３２の面積が著しく大きくなったと云える。前記数値例では中央正方形部３２ａの３００×３００μｍ2 に対し、４つの周辺正方形部３２ｂ〜３２ｅの４×３８０×３８０μｍ2 分、面積が増加したと云える。あるいは逆に可動電極板３２に切除部を設け、切除部内に支持体３３〜３６を配置し、全体の大きさを著しく小さくしたと云える。
【００１８】
図１の実施例では可動電極板３２を、その中心に対し、９０度角間隔で支持体３３〜３６により４点支持したが、図３Ａに示すように２つの支持体３３，３４により１８０度角間隔で２点支持としてもよい。この場合の数値例を示す。可動電極板３２は１辺が１０００μｍの正方形（ただし二つの長方形切除部４１，４２がある）、支持体３３，３４の各長さＬ１を３００μｍ、その折り返し幅Ｌ２を２００μｍ、ビーム幅Ｗ２を１０μｍ、固定部４５，４６の断面を５０μｍ□、切除部４１と４２の内端間の距離Ｌ３を３００μｍ、切除部４１，４２の幅Ｗ１を２４０μｍとする。なお図３Ａに示す実施例では基板３１を、可動電極板３２の正方形形状とほぼ同一とした場合である。つまりこの光スイッチの水平面内の大きさは、可動電極板３２の大きさと一致し、光スイッチの外形は前記数値例では１０００μｍ４方となる。
【００１９】
図３Ｂに示すように可動電極板３２を１点支持とさせることもできる。つまり、可動電極板３２の一辺に沿って二つの支持体３３，３４が配され、支持体３３，３４の離れた端が固定部４５，４６を介して基板３１に連結され、接近した端が互いに連結され、その連結点が連結部６１を介して可動電極板３２の隣接辺の中点に連結される。つまりこの連結部６１との連結点で可動電極板３２は支持体３３，３４により片持支持される。正方形可動電極板３２の一辺に沿ってその一部が切除された切除部６２が形成され、その切除部６２に支持体３３，３４が配されていると云える。
【００２０】
この場合の数値例は、可動電極板３２の長い辺Ｌ４を１０００μｍ、短い辺Ｌ５を７８０μｍ、支持体３３，３４の各長さＬ１を４５０μｍ、折り返し幅Ｌ２を２００μｍ、ビーム幅Ｗ１を１０μｍ、連結部６１の長さＬ３を１１５μｍ、幅Ｗ２を１０μｍ、固定部４５，４６の断面を５０μｍ□とする。光スイッチの外形は１０００μｍ４方となる。
【００２１】
１点支持であるが図４Ａに示すように構成することもできる。即ち、長方形可動電極板３２の二つの長辺にそれぞれ沿った支持体３３，３４が配され、支持体３３，３４の同一側の一端が固定部４５，４６をそれぞれ介して基板３１に連結され、支持体３３，３４の他端が連結ビーム６２の両端に連結され、連結ビーム６２の中点が可動電極板３２の一つの短辺の中点に連結される。つまり支持体３３，３４と連結ビーム６２により、可動電極板３２がその一つの短辺を残して囲まれている。正方形の可動電極板３２の両側辺部を切除し、その切除部に支持体３３，３４が配されているとも云える。このようにすると支持体３３，３４の長さを長くすることができる。
【００２２】
この場合の数値例を示す。支持体３３，３４の各長さＬ１を９４０μｍ、折り返し幅Ｌ２を２００μｍ、ビーム幅Ｗ１を１０μｍ、連結ビーム６２の長さＬ３を８１０μｍ、幅Ｗ２を１０μｍ、固定部４５，４６の断面を５０μｍ□、可動電極板３２の長辺Ｌ４を９７０μｍ、短辺Ｌ５を５６０μｍとする。光スイッチの各形が１０００μｍ４方となる。
【００２３】
図４Ｂに示すように、図４Ａ中の連結ビーム６２を省略して支持体３３，３４の各一端を連結部６３，６４で可動電極板３２の短辺の両端に連結してもよい。この場合の数値例は、支持体３３，３４の長さＬ１が９４０μｍ、折り返し幅Ｌ２が２００μｍ、ビーム幅Ｗ１が１０μｍ、連結部６３，６４の長さＬ３が１２５μｍ、幅Ｗ２が１０μｍ、固定部４５，４６の端面が５０μｍ□、可動電極板３２の長辺Ｌ４が１０００μｍ、短辺Ｌ５が５６０μｍ、光スイッチの外形が１０００μｍ４方となる。
【００２４】
図５Ａに示すように、図３Ｂに対し、支持体３３，３４と可動電極板３２と反対側に同様に支持体３５，３６を設け、その支持体３５，３６を連結し、その連結点を可動電極板３２に連結して、可動電極板３２を２点支持とすることもできる。
図５Ｂに示すように正方形スイッチ外形６５に内接して９０度回転された正方形可動電極板３２を配し、可動電極板３２の各辺の中点に、支持体３３〜３６の各一端を連結し、支持体３３〜３６の各他端を、光スイッチ外形６５の各コーナ部で基板３１に立てた固定部４５〜４８に連結する。各支持体３３〜３６はその折り返しビームの幅を、可動電極板３２側で大きく、固定部側で小さくなるようにして、可動電極板３２と光スイッチ外形６５との空き領域を有効に使用する。この場合も、可動電極板３２は光スイッチ外形６５と同様であった所を各コーナ部を切除し、その切除部を埋めるように支持体３３〜３６を配したと云うことができる。
【００２５】
図６に示すように、可動電極板３２の外形を、光スイッチ外形６５とほぼ一致させ、可動電極板３２の各コーナ部より中心に向って長方形の切除部４１〜４４を設け、これら切除部４１〜４４に支持体３３〜３６を配し、支持体３３〜３６の各内端を可動電極板３２に連結し、各外端を固定部４５〜４８を介して基板３１に連結する。
【００２６】
上述では支持体として折り返しビーム状のものを用いたが、弾性をもつものであればよく、例えば図７に示した方形状部を設けたフレクチュア部でもよい。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば可動電極板と支持体が占める領域との全体が占める領域が方形状となっているため、マトリックス光スイッチを構成した場合スペースを無駄なく利用できる。
可動電極板の切除部に支持体が配されているため、小型に構成でき、かつ可動電極板の面積を大きくすることができ、つまり光スイッチ外形面積が無駄なく有効に利用され、低電圧駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明の実施例を示す平面図、Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線断面図。
【図２】図１の実施例の製造工程を示す断面図。
【図３】この発明の他の実施例を示す平面図。
【図４】この発明の更に他の実施例を示す平面図。
【図５】この発明の更に他の実施例を示す平面図。
【図６】この発明の更に他の実施例を示す平面図。
【図７】Ａに提案されている光スイッチの平面図、ＢはＡのＡ−Ａ線断面図である。
【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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