(57)【要約】【課題】  より広い周波数範囲における防振が図られたＭＥＭＳデバイスを提供する。【解決手段】  本発明に係るＭＥＭＳデバイス１０においては、振動矯正手段３６によって、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂの防振が図られている。また、筐体１２の底面１２ａに取り付けられた防振材１８によっても、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂの防振が図られている。そのため、振動矯正手段３６が防振する振動の周波数範囲と、防振材１８が防振する振動の周波数範囲とをわずかでもずらすことで、ＭＥＭＳデバイス１０の防振できる周波数範囲が、振動矯正手段３６のみを備える場合や防振材１８のみを備える場合に比べて広くなる。従って、このＭＥＭＳデバイス１０によれば、振動矯正手段３６及び防振材１８のいずれか一方しか備えないＭＥＭＳデバイスに比べて、より広い範囲の周波数範囲における防振が実現される。【選択図】  図１
2006035375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内に収容され、ＭＥＭＳアクチュエータが形成された基板と、
前記ＭＥＭＳアクチュエータの振動を検出すると共に、その振動を検出した際に、その振れの方向とは逆の方向に前記ＭＥＭＳアクチュエータを駆動する振動矯正手段と、
前記筐体の外側に取り付けられた防振手段と
を備える、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳアクチュエータは櫛歯電極対であって、この櫛歯電極対のうち、少なくとも一方の電極は前記基板から所定間隔だけ離間された状態で片側支持されている、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記振動矯正手段が前記ＭＥＭＳアクチュエータを駆動することによって防振する振動の周波数範囲と、前記防振手段が防振する振動の周波数範囲とが、略連続して並んでいる、請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記振動矯正手段が防振する振動の前記周波数範囲の方が、前記防振手段が防振する振動の前記周波数範囲よりも低い、請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いて作製されたアクチュエータを備えるＭＥＭＳデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ技術を用いて作製されたＭＥＭＳデバイスの開発が進められており、このようなＭＥＭＳデバイスは、光スイッチ等の光学部品に応用することができる。光スイッチとして利用されたＭＥＭＳデバイスは、例えば、下記特許文献１に開示されている。この公報に記載のＭＥＭＳデバイスは、互いに対向する櫛歯状電極対がＭＥＭＳ技術によって形成された基板と、この櫛歯電極対の一方の電極に取り付けられたミラーとを備えている。ミラーが取り付けられた方の電極（以下、ミラー付き電極と称す。）は、基板から所定間隔だけ離間した状態で、ミラーが取り付けられた方の端部とは反対側の端部で片側支持されている。そのため、電極対間に蓄えられる静電気に起因する静電力と電極の復元力との作用により、ミラー付き電極は、もう一方の電極に対して進退する方向に変位される。つまり、電極対間への電圧印加を制御することで、ミラー付き電極の変位を制御することができ、さらにはミラー付き電極に取り付けられたミラーの移動を制御することができる。
【０００３】
なお、上述したように、ＭＥＭＳデバイスの櫛歯状電極は基板に対して浮いているため、ＭＥＭＳデバイスに外部から衝撃が加わった場合には、櫛歯状電極同士が衝突するような事態が生じてしまう。そこで、出荷時などの搬送の際には、各種緩衝材によってＭＥＭＳデバイスの防振対策が図られる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，３６３，１８３号明細書
【特許文献２】特開２００２−２９９０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したようなＭＥＭＳデバイスの駆動精度の向上を図る上では、駆動時における防振対策が必要となってくる。すなわち、デバイス外部からの衝撃の周波数帯（例えば、２０００〜３０００Ｈｚ）に対する防振だけでなく、ＭＥＭＳデバイスの周辺に配置される冷却ファンなどに起因する振動の周波数帯（例えば、１０〜１００Ｈｚ）に対する防振を図る必要がある。
【０００６】
しかしながら、このような防振対策として、上記緩衝材として多用されているゴムやゲルなどを単に転用しても、このような緩衝材では所定周波数以上の振動に対する防振しかできないため、広範囲の周波数帯にわたる振動を有効に防振することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、より広い周波数範囲のおける防振が図られたＭＥＭＳデバイス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】
【０００８】
本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、筐体と、筐体内に収容され、ＭＥＭＳアクチュエータが形成された基板と、ＭＥＭＳアクチュエータの振動を検出すると共に、その振動を検出した際に、その振れの方向とは逆の方向にＭＥＭＳアクチュエータを駆動する振動矯正手段と、筐体の外側に取り付けられた防振手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このＭＥＭＳデバイスにおいては、振動矯正手段によって、ＭＥＭＳアクチュエータの防振が図られている。また、筐体の外側に取り付けられた防振手段によっても、ＭＥＭＳアクチュエータの防振が図られている。そのため、振動矯正手段が防振する振動の周波数範囲と、防振手段が防振する振動の周波数範囲とをわずかでもずらすことで、ＭＥＭＳデバイスの防振できる周波数範囲が、振動矯正手段のみを備える場合や防振手段のみを備える場合に比べて広くなる。従って、このＭＥＭＳデバイスによれば、振動矯正手段及び防振手段のいずれか一方しか備えないＭＥＭＳデバイスに比べて、より広い範囲の周波数範囲における防振が実現される。
【００１０】
また、ＭＥＭＳアクチュエータは櫛歯電極対であって、この櫛歯電極対のうち、少なくとも一方の電極は基板から所定間隔だけ離間された状態で片側支持されていることが好ましい。この場合、ＭＥＭＳアクチュエータが振動に敏感であるため、振動が効果的に防振される。
【００１１】
また、振動矯正手段がＭＥＭＳアクチュエータを駆動することによって防振する振動の周波数範囲と、防振手段が防振する振動の周波数範囲とが、略連続して並んでいることが好ましい。この場合、振動矯正手段が防振する振動の周波数範囲と防振手段が防振する振動の周波数範囲との重複帯域が小さいので、広い範囲の周波数における防振を効率よく実現することができる。
【００１２】
また、振動矯正手段が防振する振動の周波数範囲の方が、防振手段が防振する振動の周波数範囲よりも低いことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、より広い周波数範囲における防振が図られたＭＥＭＳデバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明に係るＭＥＭＳデバイスを実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１５】
図１に示すように、ＭＥＭＳデバイス１０は、筐体１２と、筐体１２内に収容された光量調整ユニット１４と、ＭＥＭＳデバイス１０が搭載される実装基板１６と対面する筐体１２の底面１２ａに取り付けられた防振材１８（防振手段）とを有している。
【００１６】
まず、図２を参照しつつ、光量調整ユニット１４について説明する。
【００１７】
図２に示すように、光量調整ユニット１４は、シリコン基板２０と、シリコン基板２０上に搭載された導波路チップ２２と、筐体１２内に導入された平行する複数のファイバ２４を導波路チップ２２に光学的に連通するためのファイバアレイ２６とによって構成されている。
【００１８】
シリコン基板２０には、ＭＥＭＳ技術を用いて、複数の櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂが形成されている。各櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂは、互いに対向していると共に、筐体１２内に導入されるファイバ２４の延在方向に沿って延在している。そして、各櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂのうち、一方の電極２８Ａは、シリコン基板２０に対して固定された状態で形成されており、他方の電極２８Ｂは、シリコン基板２０から所定間隔だけ離間した状態で、一端部２８ａにおいて片持ち支持されている。
【００１９】
そのため、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂ間に、図示しない配線によって電圧を印加した場合には、電極対２８Ａ，２８Ｂ間に静電気が蓄えられると共に、片側支持されている方の電極２８Ｂが、シリコン基板２０に対して固定された状態で形成された電極（以下、不動電極と称す。）２８Ａに対して接近する。なお、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂ間への電圧印加を停止した場合には、不動電極２８Ａに対して接近した電極（以下、可動電極と称す。）２８Ｂは、自己の復元力によって元の状態に復帰する。従って、静電気に起因する静電力と電極２８Ｂの復元力との作用により、可動電極２８Ｂは、不動電極２８Ａに対して進退する方向に変位可能となっている。
【００２０】
また、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂの可動電極２８Ｂには、その遊端側の端部２８ｂに、可動電極２８Ｂの延在方向に直交するように全反射ミラー３０が取り付けられている。そのため、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂは、ミラー３０を駆動するアクチュエータとして機能する。
【００２１】
シリコン基板２０上に搭載された導波路チップ２２は、その下面に、ミラー３０に対応する部分に溝部２２ａが形成されている。そして、可動電極２８Ｂのミラー３０は、この導波路チップ２２の溝部２２ａに収容されている。この導波路チップ２２は、ファイバ２４から導入された光を所定角度の入射角でミラー３０に入射すると共に、ミラー３０によって反射された光を別のファイバ２４まで導くものである。
【００２２】
なお、導波路チップ２２においては、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂ間に電圧を印加していない状態における可動電極２８Ｂの位置（図３参照）でのファイバ２４に導かれる反射光の光量に比べて、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂ間に電圧を印加した状態における可動電極２８Ｂの位置（図４参照）でのファイバ２４に導かれる反射光の光量の方が大きくなるように設計されている。すなわち、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂに電圧を印加して可動電極２８Ｂを変位させることによって、ファイバ２４に導かれる反射光の光量が増大される。
【００２３】
ミラーによって反射された光の光量は、フォトセンサモジュール３２によって検出される。このフォトセンサモジュール３２は、図１に示すように、筐体１２内の、光量調整ユニット１４のファイバアレイ２６側に配置されている。また、このフォトセンサモジュール３２は、図５に示すように、ファイバ２４をアレイ状に支持する基体３３と、ファイバを通る光の一部のみを反射する光分岐素子３４と、光分岐素子３４によって反射された光を検出して、検出した光の強度に応じた信号を出力するフォトセンサ（フォトダイオード）３５とによって構成されている。
【００２４】
上述したようなＭＥＭＳデバイス１０では、意図しない振動によって可動電極２８Ｂが変位すると、所望の光量を得ることができないため、そのような振動が櫛歯電極対（アクチュエータ）２８Ａ，２８Ｂへ伝播する事態を抑制することが非常に重要となってくる。
【００２５】
そこで、上述したＭＥＭＳデバイス１０の筐体１２の底面１２ａには、図１に示した平板状の防振材１８が設けられている。この防振材１８は、ゴムで構成されており、所定周波数ｆ１［Ｈｚ］（例えば、１０００［Ｈｚ］）以上の振動を防振することができる。すなわち、実装基板１６から筐体１２へ伝播される周波数ｆ１［Ｈｚ］以上の振動は、許容レベル以下まで低減される。
【００２６】
この防振材１８による振動の抑制について、図６を参照しつつより詳しく説明する。図６は、縦軸に実装基板１６から筐体１２に加えられる振動の加速度を示し、横軸にその振動の周波数を示したグラフである。なお、このグラフの縦軸のＧ１は、実装基板１６から筐体１２へ伝わる振動の最大の加速度（最大加速度）であり、縦軸のＧ２は、ＭＥＭＳデバイス１０の櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂが許容しうる加速度（許容加速度）である。そして、防振材１８は、最大加速度Ｇ１の振動を、曲線Ｃの振動にまで低減するような防振特性を有する。従って、許容加速度Ｇ２と加速度曲線Ｃとが交差する周波数であるｆ１［Ｈｚ］以上の振動については、防振材１８によって許容加速度Ｇ２以下まで低減される。
【００２７】
ＭＥＭＳデバイス１０は、上述した防振材１８に加えて、振動矯正手段３６によっても、意図しない振動により櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂが振動してしまう事態が抑制されている。この振動矯正手段３６は、上述したフォトセンサモジュール３２のフォトセンサ３５と、シリコン基板２０上に形成されており、フォトセンサ３５の検出信号に応じて櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂ間に印加する電圧の大きさを調整する電圧調整回路３７とによって構成されている。この電圧調整回路３７は、フォトセンサ３５からの信号を受け付けると共に、その信号に応じた印加電圧の調整をおこなう。
【００２８】
電圧調整回路３７は、具体的には、可動電極２８Ｂが不動電極２８Ａから離間する方向に変位するタイミングで印加電圧を上げて、可動電極２８Ｂと不動電極２８Ａとの間の電気的引力を強化することで、その変位の方向とは逆の方向に可動電極２８Ｂを駆動し、可動電極２８Ｂの変位を抑制する。なお、振動矯正手段３６は、フォトセンサ３５のセンシング速度及び電圧調整回路３７の処理速度の限界から、矯正可能な振動の周波数の下限が決定されて、その下限周波数はｆ１［Ｈｚ］となっている。
【００２９】
以上で詳細に説明したように、ＭＥＭＳデバイス１０においては、筐体１２の外側に設けられた防振材１８によって、櫛歯電極対（アクチュエータ）２８Ａ，２８Ｂへの周波数ｆ１［Ｈｚ］以上の振動の伝播が抑制されており、また、振動矯正手段３６によって、櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂへの周波数ｆ１［Ｈｚ］以下の振動の伝播が抑制されている。従って、このＭＥＭＳデバイスにおいては、振動矯正手段のみを備えるＭＥＭＳデバイスや防振材のみを備えるＭＥＭＳデバイスに比べて、防振される周波数範囲が有意に拡大している。
【００３０】
特に、アクチュエータが、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された櫛歯電極対２８Ａ，２８Ｂである場合には、ＭＥＭＳアクチュエータが振動に敏感であるため、振動矯正手段３６及び防振材１８の採用により、振動が効果的に防振される。
【００３１】
また、上述したように、防振材１８が防振する振動と振動矯正手段３６が防振する振動とは、周波数ｆ１［Ｈｚ］を境に分かれている。換言すると、防振材１８が防振する振動の周波数範囲と、振動矯正手段３６が防振する振動の周波数範囲とは、連続して並んでいる。そのため、振動矯正手段３６が防振する振動の周波数範囲と防振材１８が防振する振動の周波数範囲との重複帯域が極めて小さく、広い周波数範囲における防振が効率よく実現されている。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、フォトセンサモジュール３２は、図７に示すように、筐体１２の外部に取り付けてもよい。すなわち、振動矯正手段３６を構成するフォトセンサ３５は、筐体１２の内部及び外部のどちらにあってもよい。
【００３３】
また、防振手段は、平板状の防振材に限らず、図８（ａ）や図８（ｂ）に示すような様々な防振手段に適宜変更可能である。すなわち、図８（ａ）に示した防振手段は、筐体底面に突設された複数のブロック状防振材３８で構成されている。また、図８（ｂ）に示した防振手段は、筐体が搭載されるダミー基板４０と、このダミー基板４０を支持すると共に、実装基板１６に立設されるべき複数本の支柱４２と、ダミー基板４０と各支柱４２との間に介在する防振材４４とで構成されている。これらの防振手段においても、上述した防振手段（防振材）１８と同様、各防振材３８，４４がｆ１［Ｈｚ］以上の振動のアクチュエータへの伝播が抑制されるため、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
さらに、防振材１８，３８，４４の材料は、ゴムに限らず、ゲルなどの公知の防振材料に適宜変更することができる。また、振動矯正手段が防振する振動の周波数範囲と、防振手段が防振する振動の周波数範囲とは、必ずしも連続して並んでいる必要はなく、互いの範囲がわずかでもずれていれば、より広い範囲の周波数範囲におけるアクチュエータの防振が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＭＥＭＳデバイスのα−α線断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）に示したＭＥＭＳデバイスの要部拡大図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した要部の側面図である。
【図３】図３（ａ）は、電圧が印加されていないときの櫛歯電極対の状態を示した平面図であり、図３（ｂ）は、その際のミラーに反射される光の状態を示した図である。
【図４】図４（ａ）は、電圧が印加されているときの櫛歯電極対の状態を示した平面図であり、図４（ｂ）は、その際のミラーに反射される光の状態を示した図である。
【図５】図５は、図１に示したＭＥＭＳデバイスのフォトセンサモジュールの概略構成図である。
【図６】図６は、防振材による振動の抑制について説明したグラフである。
【図７】図７は、ＭＥＭＳデバイスの異なる態様を示した図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）は、防振手段の異なる態様を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…ＭＥＭＳデバイス、１２…筐体、１６…実装基板、１８，３８，４４…防振材、２０…シリコン基板、２８Ａ，２８Ｂ…櫛歯電極対、３６…振動矯正手段、４０…ダミー基板。
【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】
2006035375.tif 000008
【図７】
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【図８】
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