(57)【要約】【課題】ファブリペローエタロンにおいてアクチュエータ部の引力を大きくし、低電圧で駆動することができる波長可変フィルタを提供できること。【解決手段】支持基板１０と支持基板１０上に対して上下動自在のメンブレン基板２０を設け、夫々の中央部の間にミラーによってエタロンフィルタを構成する。そして支持基板１０とメンブレン基板２０との間に垂直型のくし歯アクチュエータを用いることによって引力を大きくし、低電圧で駆動できる波長可変フィルタとしている。【選択図】図４
2014041236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板に取付けられる取付部、前記取付部に対して上下動自在の可動部、及び前記取付部と可動部とを連結する少なくとも１つのヒンジ部を有し、前記可動部が前記支持基板に対向するように前記支持基板に保持されるメンブレン基板と、
前記メンブレン基板の可動部に形成された第１のミラーと、
前記メンブレン基板の可動部の周囲に形成された第１の垂直くし歯部と、
前記支持基板に形成され、前記第１のミラーに対向しファブリペローエタロンフィルタを構成する第２のミラーと、
前記メンブレン基板の可動部に対して固定され、前記メンブレン基板の可動部を周囲よりとり囲み、前記第１の垂直くし歯部と交互にくし歯が形成される第２の垂直くし歯部と、を具備する波長可変フィルタ素子。
【請求項２】
支持基板と、
前記支持基板に取付けられる取付部、前記取付部に対して上下動自在の可動部、及び前記取付部と可動部とを連結する少なくとも１つのヒンジ部を有し、前記可動部が前記支持基板に対向するように前記支持基板に保持されるメンブレン基板と、
前記メンブレン基板の可動部に形成された第１のミラーと、
前記メンブレン基板の可動部の周囲に形成された第１の垂直くし歯部と、
前記支持基板に固定して取付けられる固定ミラー基板と、
前記固定ミラー基板の一方の面に形成され、前記第１のミラーに対向しファブリペローエタロンフィルタを構成する第２のミラーと、
前記メンブレン基板に対して固定され、前記メンブレン基板の可動部を周囲よりとり囲み、前記第１の垂直くし歯部と交互にくし歯が形成される第２の垂直くし歯部と、を具備する波長可変フィルタ素子。
【請求項３】
前記第２の垂直くし歯部は、前記メンブレン基板の取付部に形成されたものであり、
前記第１，第２の垂直くし歯部のうちいずれか一方は、垂直方向の高さを他方のくし歯部よりも低くした請求項１記載の波長可変フィルタ素子。
【請求項４】
前記第２の垂直くし歯部は、前記メンブレン基板の取付部に形成されたものであり、
前記垂直くし歯部のうちいずれか一方は、他方のくし歯部に対して上下のいずれか一方にずらせるように形成されている請求項２記載の波長可変フィルタ素子。
【請求項５】
前記固定ミラー基板は、前記第２の垂直くし歯部を変位させオフセットを形成した請求項４記載の波長可変フィルタ素子。
【請求項６】
前記支持基板に固定して取付けられる固定基板を有し、
前記第２の垂直くし歯部は、前記固定基板に取付けられたものである請求項２記載の波長可変フィルタ素子。
【請求項７】
前記第１及び第２のミラーの一方のミラーは、内向きに湾曲した湾曲部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変フィルタ素子。
【請求項８】
前記第１，第２のミラーが形成された基板の裏側表面に夫々無反射コーティングを施したことを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変フィルタ素子。
【請求項９】
請求項１記載の波長可変フィルタ素子の製造方法であって、
支持基板に第２のミラーを形成し、
前記支持基板上にメンブレン基板を固定し、
前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、
前記メンブレン基板に前記取付部、可動部及び前記第１，第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、
前記第１，第２の垂直くし歯部のいずれかの一方を低くエッチングすることによってオフセットを形成した波長可変フィルタ素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項２記載の波長可変フィルタ素子の製造方法であって、
前記支持基板上にメンブレン基板を固定し、
前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、
前記メンブレン基板に前記取付部、前記可動部及び前記第１，第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、
前記第１，第２の垂直くし歯部の一方を上下いずれかの方向にずらすように押しつけ固定することによりオフセットを形成し、
前記固定ミラー基板に第２のミラーを形成した波長可変フィルタ素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項２記載の波長可変フィルタ素子の製造方法であって、
前記支持基板上にメンブレン基板を固定し、
前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、
前記メンブレン基板に前記取付部、前記可動部及び前記第１，第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、
メンブレンの犠牲層エッチング後の乾燥の際に発生するスティクション効果を利用して、第２の垂直くし歯部を支持基板に貼りつくようにすることによって、オフセットを形成し、
前記固定ミラー基板に第２のミラーを形成した波長可変フィルタ素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項２記載の波長可変フィルタ素子の製造方法であって、
前記支持基板上に固定基板を固定し、
前記固定基板の上面にメンブレン基板を固定し、
前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、
前記メンブレン基板に前記取付部、前記可動部及び前記第１の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、
前記固定基板に前記第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、
前記固定ミラー基板に第２のミラーを形成し、
前記メンブレン基板の上部に固定ミラー基板を固定した波長可変フィルタ素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１又は２記載の波長可変フィルタ素子と、
光入力ポートと、
光出力ポートと、を具備し、
前記第１，第２のくし歯部に電圧を印加し、静電気力により第１と第２のミラー間の光路長を変化させることによって、光入力ポートからの入力光の透過波長を可変させ、光出力を光出力ポートへ出力する波長可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長可変フィルタとして用いられる波長可変フィルタ素子とその製造方法及び波長可変フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス等の物質の分光解析や波長多重通信における信号波長モニタ、波長の選択、医療画像技術、例えば分光顕微鏡や光コヒーレントトモグラフィ等において、光源として波長を連続して変化させるチューナブル光源が用いられる。チューナブル光源では光フィルタの選択波長を変化させることは重要な技術である。従来波長可変フィルタとしては回折格子を用いた分光器が用いられることが多かった。
【０００３】
波長可変フィルタとして特許文献１，２に示されるように、ＭＥＭＳ型のチューナブルファブリペローエタロンも提案されている。このＭＥＭＳ型エタロンフィルタは、サブストレートの上部に上下動自在のメンブレン構造の可動部を設け、固定部と可動部との対向面をミラー面として形成すると共に、可動部のミラーの外周部分に設けた平面と固定部の平板部と平行平板型のアクチュエータとし、静電引力などに基づいて可動部を上下動させ、これによりエタロンの選択波長を変化させるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００４−１２６４２号公報
【特許文献２】米国特許６３７３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしこの特許文献１，２のエタロンフィルタの場合には、平行平板型アクチュエータであるため、単位面積当りの静電引力が弱い。そのためアクチュエータ部の面積を広くとる必要があり、フィルタ素子が大きくなったり、高電圧を印加する必要があるという欠点があった。又振幅が大きくなるとアクチュエータと固定部の電極同士が接触するという問題が生じる場合がある。これはスティクションと呼ばれるが、スティクションが生じれば印加電圧が素子内で短絡してしまうため、波長可変フィルタが破壊されてしまうという欠点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、ファブリペローエタロンにおいて、アクチュエータ部の引力を大きくし、チップ面積を小さく保ったまま低電圧で駆動することができる波長可変フィルタ素子とその製造方法及び波長可変フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明の波長可変フィルタ素子は、支持基板と、前記支持基板に取付けられる取付部、前記取付部に対して上下動自在の可動部、及び前記取付部と可動部とを連結する少なくとも１つのヒンジ部を有し、前記可動部が前記支持基板に対向するように前記支持基板に保持されるメンブレン基板と、前記メンブレン基板の可動部に形成された第１のミラーと、前記メンブレン基板の可動部の周囲に形成された第１の垂直くし歯部と、前記支持基板に形成され、前記第１のミラーに対向しファブリペローエタロンフィルタを構成する第２のミラーと、前記メンブレン基板の可動部に対して固定され、前記メンブレン基板の可動部を周囲よりとり囲み、前記第１の垂直くし歯部と交互にくし歯が形成される第２の垂直くし歯部と、を具備するものである。
【０００８】
本発明は波長可変フィルタ素子の製造方法であって、支持基板に第２のミラーを形成し、前記支持基板上にメンブレン基板を固定し、前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、前記メンブレン基板に前記取付部、可動部及び前記第１，第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、前記第１，第２の垂直くし歯部のいずれかの一方を低くエッチングすることによってオフセットを形成したものである。
【０００９】
この課題を解決するために、本発明の波長可変フィルタ素子は、支持基板と、前記支持基板に取付けられる取付部、前記取付部に対して上下動自在の可動部、及び前記取付部と可動部とを連結する少なくとも１つのヒンジ部を有し、前記可動部が前記支持基板に対向するように前記支持基板に保持されるメンブレン基板と、前記メンブレン基板の可動部に形成された第１のミラーと、前記メンブレン基板の可動部の周囲に形成された第１の垂直くし歯部と、前記支持基板に固定して取付けられる固定ミラー基板と、前記固定ミラー基板の一方の面に形成され、前記第１のミラーに対向しファブリペローエタロンフィルタを構成する第２のミラーと、前記メンブレン基板に対して固定され、前記メンブレン基板の可動部を周囲よりとり囲み、前記第１の垂直くし歯部と交互にくし歯が形成される第２の垂直くし歯部と、を具備するものである。
【００１０】
本発明は波長可変フィルタ素子の製造方法であって、前記支持基板上にメンブレン基板を固定し、前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、前記メンブレン基板に前記取付部、前記可動部及び前記第１，第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、前記第１，第２の垂直くし歯部の一方を上下いずれかの方向にずらすように押しつけ固定することによりオフセットを形成し、前記固定ミラー基板に第２のミラーを形成したものである。
【００１１】
本発明は波長可変フィルタ素子の製造方法であって、前記支持基板上にメンブレン基板を固定し、前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、前記メンブレン基板に前記取付部、前記可動部及び前記第１，第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、メンブレンの犠牲層エッチング後の乾燥の際に発生するスティクション効果を利用して、第２の垂直くし歯部を支持基板に貼りつくようにすることによって、オフセットを形成し、前記固定ミラー基板に第２のミラーを形成したものである。
【００１２】
本発明は波長可変フィルタ素子の製造方法であって、前記支持基板上に固定基板を固定し、前記固定基板の上面にメンブレン基板を固定し、前記メンブレン基板に第１のミラーを形成し、前記メンブレン基板に前記取付部、前記可動部及び前記第１の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、前記固定基板に前記第２の垂直くし歯部をエッチングにより形成し、前記固定ミラー基板に第２のミラーを形成し、前記メンブレン基板の上部に固定ミラー基板を固定したものである。
【００１３】
ここで前記第２の垂直くし歯部は、前記メンブレン基板の取付部に形成されたものであり、前記第１，第２の垂直くし歯部のうちいずれか一方は、垂直方向の高さを他方のくし歯部よりも低くするようにしてもよい。
【００１４】
ここで前記第２の垂直くし歯部は、前記メンブレン基板の取付部に形成されたものであり、前記垂直くし歯部のうちいずれか一方は、他方のくし歯部に対して上下のいずれか一方にずらせるように形成されているようにしてもよい。
【００１５】
ここで前記固定ミラー基板は、前記第２の垂直くし歯部を変位させオフセットを形成するようにしてもよい。
【００１６】
ここで前記支持基板に固定して取付けられる固定基板を有し、前記第２の垂直くし歯部は、前記固定基板に取付けられたもとしてもよい。
【００１７】
ここで前記第１及び第２のミラーの一方のミラーは、内向きに湾曲した湾曲部に形成されているようにしてもよい。
【００１８】
ここで前記第１，第２のミラーが形成された基板の裏側表面に夫々無反射コーティングを施すようにしてもよい。
【００１９】
本発明は前述の波長可変フィルタ素子と、光入力ポートと、光出力ポートと、を具備し、前記第１，第２のくし歯部に電圧を印加し、静電気力により第１と第２のミラー間の光路長を変化させることによって、光入力ポートからの入力光の透過波長を可変させ、光出力を光出力ポートへ出力するものである。
【発明の効果】
【００２０】
このように特徴を有する本発明によれば、平行平板の代わりに垂直駆動のくし型アクチュエータ（Vertical Comb Actuator)を用いてくし型アクチュエータの対向電極間に電圧を印加しその静電気力を発生させ、第１と第２のミラー間の光路長を変化させることによって波長を可変させている。そのため平行平板型に比べてミラーをより低電圧で動作させることができる。又同じ電圧を印加する場合には可動範囲が大きくなり、波長の変化幅も大きくすることができる。又波長可変素子の占有面積を小さくすることができるという効果も得られる。
【００２１】
又請求項１，３〜５，９〜１１の発明によると、メンブレン基板に第１，第２のくし歯部を形成できるため、より製造工程を簡便にできる。請求項１１の発明によると、犠牲層エッチングプロセスのスティクションを利用することによって、垂直駆動のくし型アクチュエータを簡単に構成することができる。又請求項１２の発明によると、固定ミラー基板に形成された第２のミラーを対向固定させるだけで、フィルタを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態による波長可変フィルタ素子の製造過程を示す図である。
【図２】図２は本実施の形態による波長可変フィルタ素子のメンブレン基板のエッチングした状態を示す平面図である。
【図３】図３は本実施の形態による波長可変フィルタ素子のエッチング後の端面図及びくし歯部の拡大端面図である。
【図４】図４はくし歯部を更にエッチングしたＡ−Ａ線端面図及びＢ−Ｂ線端面図と、くし歯部の拡大端面図である。
【図５】図５は本実施の形態によるメンブレン基板２０の円形領域とその周辺部分を示す斜視図である。
【図６】図６は本実施の形態によるくし歯部に加わる力を示す拡大端面図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施の形態による波長可変フィルタ素子の製造工程を示す図である。
【図８】図８は第２の実施の形態による波長可変フィルタ素子のメンブレン基板のエッチングした状態を示す平面図である。
【図９】図９は本実施の形態による波長可変フィルタ素子のエッチング後の端面図及びくし歯部の拡大端面図である。
【図１０】図１０は本発明の第３の実施の形態による波長可変フィルタ素子の製造工程を示す図である。
【図１１】図１１は第３の実施の形態による波長可変フィルタ素子のメンブレン基板のエッチングした状態を示す平面図である。
【図１２】図１２は本実施の形態による波長可変フィルタ素子のエッチング後の端面図及びくし歯部の拡大端面図である。
【図１３】図１３は本発明の第４の実施の形態による波長可変フィルタ素子の製造工程を示す図である。
【図１４】図１４は第４の実施の形態による波長可変フィルタ素子の固定基板のエッチングした状態を示す平面図である。
【図１５】図１５は第４の実施の形態による波長可変フィルタ素子のメンブレン基板のエッチングした状態を示す平面図である。
【図１６】図１６は本実施の形態による波長可変フィルタ素子の固定ミラー基板の製造工程を示す図である。
【図１７】図１７は本実施の形態による波長可変フィルタ素子のＡ−Ａ線端面図及びＢ−Ｂ線端面図である。
【図１８】図１８は本実施の形態による波長可変フィルタ素子のエッチング後の端面図及びくし歯部の拡大端面図である。
【図１９】図１９は本発明の第２の実施の形態による波長可変フィルタ素子の変形例を示す端面図である。
【図２０】図２０は本発明の第３の実施の形態による波長可変フィルタ素子の変形例を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施の形態）
次に本発明の第１の実施の形態による波長可変フィルタ素子の構造についてその製造過程と共に説明する。図１（ａ）は波長可変フィルタ素子の支持基板１０となる長方形状のシリコン基板を示す縦断面の端面図である。この支持基板１０に対して図１（ｂ）に示すように支持基板１０の上部中央より円形の窪み１１をドライエッチング等で形成する。これにより支持基板１０の周囲は枠状のものとなる。次に窪み１１の中央部にはわずかに内向きに湾曲する湾曲部１２をドライエッチングにより形成する。更に図１（ｃ）に示すように、湾曲部１２の表面に高い反射率を持つ反射コート１３を設ける。湾曲部１２はミラー間で共振する光の広がりを防止し、シャープな選択特性を得るためのものである。次いで図１（ｄ）に示すように支持基板１０と同一形状で厚さが薄い別の長方形状のシリコン基板をメンブレン基板２０とし、支持基板１０の周囲の枠状部分に貼り付けて固定する。このときメンブレン基板２０の下面の中心の反射コート１３に対向する円形の領域にあらかじめ反射コート２１を形成しておく。ここで一対の反射コート２１，１３により第１，第２のミラーが形成される。一対のミラーの間隔は選択波長に合わせて正確に設定する。
【００２４】
さて図２に示すように、このメンブレン基板２０の上面よりエッチングを行う。ここでエッチング後のＡ−Ａ線端面図及びＢ−Ｂ線端面図を夫々図３（ａ），図３（ｂ）に示す。エッチングでは図２に示すように、下側にミラー面が形成された円形領域２２とその周囲の４箇所から円形領域２２に連結するヒンジ部２３ａ〜２３ｄを形成する。又円形領域２２の周囲には円形領域から等角度間隔でラジアル状に伸びる多数のひげ状のくし歯部２４を形成する。このくし歯部２４は第１の垂直くし歯部であり、図１（ｂ）に示す窪み１１の上部の範囲内に形成する。
【００２５】
メンブレン基板２０にはこの円形領域２２を取り囲み、４本のヒンジ部２３ａ〜２３ｄで分断された４つの略正方形状の固定領域２５ａ〜２５ｄを形成する。固定領域２５ａ〜２５ｄは４つの略正方形状の領域が２つずつ２列に配置され、その中央部分は円形に開口されている。更に４つの固定領域２５ａ〜２５ｄの円形開口の周囲から円形のくし歯部２４に向けて、くし歯部２４の夫々のくし歯に挟み込まれるように交互に内向きに第２の垂直くし歯部２６を形成している。更に固定領域２５ａ〜２５ｄの周囲に枠２７を形成する。これらはいずれも上部よりエッチングすることで形成することができる。図３（ｃ）はくし歯部２４，２６の一部を示す拡大端面図である。固定領域２５ａ〜２５ｄは夫々ワイヤボンディングなどによって同一電位となるように構成され、ヒンジ部２３ａ〜２３ｄを介して枠２７に電気的に接続される。ここでメンブレン基板２０の周囲の枠２７と固定領域２５ａ〜２５ｄはメンブレン基板２０を支持基板１０に取付けるための取付部を構成しており、中央の円形領域２２は上下動自在の可動部を構成している。
【００２６】
次に円形領域２２の周囲に放射状に形成されるくし歯部２４の高さがくし歯部２６よりも低くなるようにエッチングを行う。このエッチング後のＡ−Ａ線端面図及びＢ−Ｂ線端面図を夫々図４（ａ），図４（ｂ）に示し、エッチング後のくし歯部２４，２６の拡大端面図を図４（ｃ）に示す。又図５（ａ）は円形領域２２の斜視図、図５（ｂ）は固定領域２５ｃ，２５ｄの斜視図であり、これらを分離して示している。これらの図に示すように、円形領域２２は四方にヒンジ２３ａ〜２３ｄを有し、その間に等角度間隔で放射状のくし歯部２４が形成される。可動側のくし歯部２４は固定側のくし歯部２６よりも高さの低いものとなる。更に図２に示すように固定領域２５ｃ及び可動側の枠２７に夫々スパッタリング等により電極２８ａ，２８ｂを形成する。そして支持基板１０の下方より反射コート１３の面に向けて光ファイバを配置し、入出力ポートとする。又メンブレン基板２０の上部より反射コート２１に向けた光ファイバを配置し、入出力ポートとしてもよい。又上下に光ファイバを配置して一方を入力ポート、他方を出力ポートとしてもよい。この入力ポート又は出力ポートの設定は反射コート１３，２１の反射率によって決定することができる。支持基板１０の下面や、メンブレン基板２０の上面には無反射コーティングを施しておくことが好ましい。これにより波長可変フィルタが完成する。
【００２７】
そして図２に示すように電極間に直流電圧を印加することによって、図６に示すように細線で示す電気力線が生じ、くし歯部２４，２６の間の静電気力によりオフセットを少なくするように、即ち可動側のメンブレン基板２０に連結されているくし歯部２４に白抜きの矢印で示す上向きの力が加わる。そのため円形領域２２がヒンジ部の抵抗に抗して上下方向に移動する。そして印加する電圧のレベルによって反射コート１３，２１のミラー間の間隔が変化し、ミラーの間隔に応じてファブリベローエタロンフィルタの選択波長を変化させることができる。
【００２８】
このように本実施の形態では、従来の平行平板の代わりに垂直駆動のくし型アクチュエータ（Vertical Comb Actuator)を採用している。このため、くし歯の壁間の対向面積は平行平板型に比べて大きくなる。従ってメンブレン基板２０が上下に変位し易くなり、電圧をあまり高くすることなく波長可変範囲を大きくすることができる。又電圧を大きくしても従来の平板型のエタロンフィルタのように一対のミラー面が接触するまでの間隔が大きく、実質的に接触による短絡破壊を防止することができる。この実施の形態ではメンブレン基板２０に第１，第２のくし歯部を同時にエッチングにより形成しているため、製造工程を簡単にすることができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による波長可変フィルタ素子についてその製造方法と共に説明する。図７（ａ）は波長可変フィルタ素子の支持基板３０となる長方形状のシリコン基板及びその上部に形成された酸化膜などの絶縁層３１、更にその上部に形成されたメンブレン基板４０を示す。この支持基板３０の下方より図７（ｂ）に示すようにエッチングによって支持基板３０と絶縁層３１の中央部に円形の孔３２を形成する。そしてこの孔３２よりメンブレン基板４０の中心の円形部分に下方より反射コート４１を形成する。メンブレン基板４０に対してエッチングにより図８に示すパターンを形成する。即ちメンブレン基板４０に下側にミラー面が形成された円形領域４２とその周囲の４箇所から円形領域４２に連結するヒンジ部４３ａ〜４３ｄを形成する。又円形領域４２の周囲には円形領域から等角度間隔でラジアル状に伸びる多数のひげ状の第１のくし歯部４４を形成する。このくし歯部４４は第１の垂直くし歯部であり、図７（ｂ）に示す孔３２の上部の範囲内に形成する。
【００３０】
メンブレン基板４０にはこの円形領域４２を取り囲み４本のヒンジ部４３ａ〜４３ｄで分断された４つの略正方形状の固定領域４５ａ〜４５ｄを形成する。固定領域４５ａ〜４５ｄは４つの略正方形状の領域が２つずつ２列に配置され、その中央部分は円形に開口されている。更に４つの固定領域４５ａ〜４５ｄの円形開口の周囲から円形のくし歯部４４に向けて、くし歯部４４の夫々のくし歯に挟み込まれるように交互に内向きに第２の垂直くし歯部４６を形成している。固定領域４５ａ〜４５ｄの周囲には枠４７を形成する。更に固定領域４５ａ〜４５ｄには、くし歯部４６の外側に全体として円周状となる犠牲層エッチングのためのエッチングホール４８を形成する。そしてこの犠牲層の外周部には全体として環状となる環状領域も形成する。
【００３１】
更に図７（ｃ）に示すように、支持基板３０の孔３２に嵌まり込む大きさの円柱状のシリコン基板を固定ミラー基板３３として用いる。固定ミラー基板３３は上部の中央部分の内側をエッチングによって切り込み、窪み３４を形成し、周囲を枠状のスペーサ３５とする。そして固定ミラー基板３３の中央をわずかに内向きに湾曲する湾曲部３６とする。更に図７（ｄ）に示すように、湾曲部３６の面上に表面を高い反射率を有する反射コート３７を設ける。そして図９（ａ）に示すようにこの固定側の固定ミラー基板３３を支持基板３０の孔３２に下側より挿入する。そして図９（ｂ）に示すように固定側のスペーサ３５によって固定領域４５ａ〜４５ｄの内周部分を押し上げて固定し、接着する。こうすれば可動側のくし歯部４４と固定側のくし歯部４６との間で、図９（ｃ）に示すように上下方向にオフセットを形成することができる。次に図８に示すように固定領域４５ｃ及び枠４７に夫々スパッタリング等により電極４９ａ，４９ｂを形成する。そして支持基板３０の下方より反射コート４１の面に向けて光ファイバを配置し、入出力ポートとする。又メンブレン基板４０の上部より反射コート４１に向けた光ファイバを配置し、入出力ポートとしてもよい。上下に光ファイバを配置して一方を入力ポート、他方を出力ポートとしてもよい。この入力ポート又は出力ポートの設定は反射コートの反射率によって決定することができる。この場合にメンブレン基板４０の上面及び固定ミラー基板３３の下面に無反射コーティングを施しておくことが好ましい。これにより波長可変フィルタが完成する。ここでメンブレン基板４０は周囲の枠状部分４７と固定領域４５ａ〜４５ｄは取付部を構成しており、円形領域４２は上下動自在の可動部を構成している。又反射コート４１及び３７は第１，第２のミラーを構成している。
【００３２】
波長可変フィルタに対して第１の実施の形態と同様に、一対の電極間に所定の電圧を印加することによって、図９（ｃ）に示すようにくし歯部のアクチュエータによりくし歯部４４に上向きの出力が加わり、これによってメンブレン基板４０が上下動し、フィルタの波長特性を変化させることができる。この場合にも低い電圧で波長可変範囲を大きくすることができ、一対のミラー面が接触するまでの間隔を大きくし、スティクションを防止することができる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態による波長可変フィルタ素子についてその製造方法と共に説明する。図１０（ａ）は波長可変フィルタ素子の支持基板５０となる長方形状のシリコン基板及びその上部に形成された酸化膜などの絶縁層５１、更にその上部に形成されたメンブレン基板６０を示す。この支持基板５０の下方より図１０（ｂ）に示すようにエッチングによって中央部に円形の孔５２を形成する。又上部のメンブレン基板６０に対してエッチングにより図１１に示すようなパターンを形成する。
【００３４】
エッチングではメンブレン基板６０の中央に円形領域６２を形成し、その周囲の４箇所から円形領域６２に連結するヒンジ部６３ａ〜６３ｄを形成する。又円形領域６２の周囲には円形領域から等角度間隔でラジアル状に伸びる多数のひげ状の第１の垂直くし歯部６４を形成する。
【００３５】
メンブレン基板６０にはこの円形領域６２を取り囲み４本のヒンジ部６３ａ〜６３ｄで分断された４つの略正方形状の固定領域６５ａ〜６５ｄを形成する。固定領域６５ａ〜６５ｄは４つの略正方形状の領域が２つずつ２列に配置され、その中央部分は円形に開口されている。更に４つの固定領域６５ａ〜６５ｄの円形開口の周囲から円形のくし歯部６４に向けて、くし歯部６４の夫々のくし歯に挟み込まれるように交互に内向きに第２の垂直くし歯部６６を形成している。更に固定領域６５ａ〜６５ｄの周囲に枠６７を形成する。更に固定領域６５ａ〜６５ｄにはくし歯部６６の更に外側に全体として円周状となる犠牲層エッチングのための多数のエッチングホール６８を形成する。そしてこの犠牲層の外周部には全体として環状となる環状のホールも形成する。
【００３６】
そしてこの実施の形態では、エッチングを実行する際にエッチングホール６８からエッチング液が入り込むので、エッチング液によって絶縁層５１が取り除かれる。こうすれば図１０（ｃ）に示すように乾燥時のスティクションによって自動的に固定領域のくし歯部６６が支持基板５０の枠状部分に接着するようにわずかに下がった状態となる。このため固定側のくし歯部６６と可動側のくし歯部６４との間で極めて容易にオフセットを形成することができる。更に図１１に示すように固定領域６５ｃ及び枠６７に夫々スパッタリング等により電極６９ａ，６９ｂを形成する。
【００３７】
次いで図１０（ｄ）に示すように、メンブレン基板６０の中央部分に下方より円形の反射コート６１を形成し、第１のミラーとする。
【００３８】
更に図１２（ａ）に示すように、支持基板５０の孔５２に嵌まり込む大きさの円柱状のシリコン基板を固定ミラー基板５３とする。固定ミラー基板５３の上部の中央部分をエッチングによってわずかに内向きに湾曲する湾曲部５４とする。更に図１２（ａ）に示すように、湾曲部５４の面上に表面を高い反射率を有する反射コート５５を設け、第２のミラーとする。
【００３９】
次にこの固定ミラー基板５３を支持基板５０の孔５２に図１２（ｂ）に示すように下方より挿入し、固定する。そして固定ミラー基板５３の下方より反射コート５５の面に向けて図示しない光ファイバを配置し、入出力ポートを設けて波長可変フィルタとする。又メンブレン基板６０の上部より反射コート６１に向けた光ファイバを配置し、入出力ポートとしてもよい。又上下に光ファイバを配置して一方を入力ポート、他方を出力ポートとしてもよい。この入力ポート又は出力ポートの設定は反射コートの反射率によって決定することができる。この場合にメンブレン基板６０の上面及び固定ミラー基板５３の下面に無反射コーティングを施しておくことが好ましい。これにより波長可変フィルタが完成する。ここでメンブレン基板４０は周囲の枠状部分４７と固定領域６５ａ〜６５ｄは取付部を構成しており、円形領域４２は上下動自在の可動部を構成している。
【００４０】
波長可変フィルタに対して第１の実施の形態と同様に、一対の電極間に所定の電圧を印加することによって、図１２（ｃ）に示すようにくし歯部のアクチュエータによりくし歯部６４に下向きの出力が加わり、これによってメンブレン基板６０が上下動し、フィルタの波長特性を変化させることができる。この場合にも低い電圧で波長可変範囲を大きくすることができ、一対のミラー面が接触するまでの間隔を大きくし、スティクションを防止することができる。
【００４１】
（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態による波長可変フィルタ素子についてその製造方法と共に説明する。図１３（ａ）は波長可変フィルタ素子の支持基板７０となる長方形状のシリコン基板及びその上部に形成された酸化膜などの絶縁層７１、更にその上部に形成された固定基板８０を示す。この支持基板７０の下方より図１３（ｂ）に示すようにエッチングによってシリコン基板７０と絶縁層７１の中央部に円形の孔７２を形成する。固定基板８０には後述するようにエッチングを形成する。そして図１３（ｃ）に示すように固定基板８０の上面に酸化膜などの絶縁層８１を形成し、更にその上部にメンブレン基板９０を形成する。このメンブレン基板９０についても上部よりエッチングを形成する。そしてメンブレン基板９０の中央に円形の反射コート９１を施して第１のミラーとする。
【００４２】
図１４，図１５は固定基板８０とその上部の第１のメンブレン基板９０に対して夫々エッチングで形成されるパターンを示している。メンブレン基板９０に対しては図１５に示すように、中央の円形領域９２とその周囲の４箇所から円形領域９２に連結するヒンジ部９３ａ〜９３ｄを形成する。又円形領域９２の周囲には円形領域から等角度間隔でラジアル状に伸びる多数のひげ状のくし歯部９４を形成する。このくし歯部９４は第１の垂直くし歯部とし、図１３（ｂ）に示す孔７２の上部の範囲内に形成する。
【００４３】
メンブレン基板９０のヒンジ部９３ａ〜９３ｄで分断された４つの略正方形状の領域９５ａ〜９５ｄはエッチングによって切欠かれた領域である。更に領域９５ａ〜９５ｄの周囲に枠９６を形成する。エッチング後はヒンジ部９３ａ〜９３ｄ、円形領域９２及びこの枠９６の下部のみが残存しており、枠９６の下部が絶縁層８１を介して固定基板８０の周囲と図１３（ｄ）のように連結されている。尚図１３（ｄ）は図１４，図１５のＡ−Ａ線の断面の状態を示すものである。
【００４４】
次に固定基板８０のエッチングパターンについて図１４を用いて説明する。固定基板８０は中央に略円形の開口８２が形成されている。又メンブレン基板９０のヒンジ部９３ａ〜９３ｄの真下の領域には細長い開口８３ａ〜８３ｄを設ける。更に円形開口の周囲から高さ方向が異なるが、ラジアル状のくし歯部９４に向けて、くし歯部９４の夫々のくし歯に挟み込まれるように交互に内向きに第２の垂直くし歯部８４を形成している。
【００４５】
更に図１６（ａ）に示すように固定側の基板として、メンブレン基板９０と同一の大きさの固定ミラー基板１００を用いる。固定ミラー基板１００はその下部の中央部分をエッチングによって切り込み、窪み１０１を形成し、その中央をわずかに内向きに湾曲する湾曲部１０２とする。更に図１６（ｃ）に示すように、湾曲部１０２に表面に高い反射率を有する反射コート１０３を設け、第２のミラーとする。そして図１７（ａ），（ｂ）に示すようにこの固定ミラー基板１００をメンブレン基板９０の上部より取付ける。尚図１７（ａ）は図１４，図１５のＡ−Ａ線の端面図、図１７（ｂ）はＢ−Ｂ線の端面図を示す。
【００４６】
固定基板８０とメンブレン基板９０には図示しない電極を形成する。そしてメンブレン基板９０の下方より反射コート９１の面に向けて光ファイバを配置し、入出力ポートとする。この場合には固定ミラー基板の上面に無反射コーティングを施しておく。これにより波長可変フィルタが完成する。ここでメンブレン基板９０は周囲の枠状部分９６が取付部を構成しており、円形領域９２は上下動自在の可動部を構成している。
【００４７】
波長可変フィルタに対して第１の実施の形態と同様に、一対の電極間に所定の電圧を印加することによって、図１８に示すようにくし歯部のアクチュエータによりくし歯部９４に下向きの出力が加わり、これによってメンブレン基板９０が上下動し、フィルタの波長特性を変化させることができる。この場合にも低い電圧で波長可変範囲を大きくすることができ、一対のミラー面が接触するまでの間隔を大きくし、スティクションを防止することができる。更に本実施の形態では絶縁層８１の膜厚によってくし歯部８４，９４のオフセットのギャップを任意に決定することができる。
【００４８】
次に各実施の形態の変形例について説明する。第２の実施の形態では、下方より固定ミラー基板のスペーサで固定側のくし歯部４６を押し上げるようにしているが、上部からくし歯部４６を押し下げてオフセットを付けるようにしてもよい。即ち図１９に示すように、メンブレン基板４０の上部より枠状の下向き突起を有する別の固定基板４８を貼り付け、これによって固定側のくし歯部４６を押し下げるようにしている。この場合には固定ミラー基板３３は枠状のスペーサ３５は不要であり、スペーサの無い固定ミラー基板３３を支持基板３０の孔３２に合わせて挿入するものとする。
【００４９】
次に第３の実施の形態の変形例について説明する。第３の実施の形態では図１２（ｂ）に示すように固定ミラー基板５５を下方から支持基板５０の孔５２に挿入するようにしているが、一対のミラーから成るキャビティをメンブレン基板６０の上部に設けるようにしてもよい。即ち図２０に示すように、固定ミラー基板１００と同様の固定ミラー基板１１０をメンブレン基板６０の上部に取付ける。この場合にはメンブレン基板６０は円形領域６２の上部に反射コート６１を形成しておくものとする。この場合には下方に入出力ポートを構成し、固定ミラー基板１１０の上面に無反射コーティングを施しておくものとする。
【００５０】
又前述した各実施の形態ではメンブレン基板に４つのヒンジ部を設けて中心の円形領域を上下動自在となるようにしているが、ヒンジの数は４本に限らず複数であってもよく、又一本のヒンジを用いて片持ち状態となるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は低い電圧で波長可変範囲の広い波長可変フィルタを実現することができ、ＯＣＴ装置など種々の測定装置や、光通信装置の光源の主要部品として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０，３０，５０，７０  支持基板
１１，３１，１０１  窪み
１２，３２，５４，１０２  湾曲部
１３，２１，３７，４１，５５，６１，９１，１０２  反射コート
２０，４０，６０，９０  メンブレン基板
２２，４２，６２，９２  円形領域
２３ａ〜２３ｄ，４３ａ〜４３ｄ，７３ａ〜７３ｄ，９３ａ〜９３ｄ  ヒンジ部
２５ａ〜２５ｄ，４５ａ〜４５ｄ，６５ａ〜６５ｄ，９５ａ〜９５ｄ  固定領域
２４，２６，４４，４６，６４，６６，８４，９４  くし歯部
３２，５２，７２  孔
３３，５３，１００，１１０  固定ミラー基板
８０  固定基板
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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