(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳミラー装置の駆動電極の不良の発生箇所とその症状を正しく判定する。【解決手段】評価装置は、ＭＥＭＳミラー装置のミラー２０３に光ビームを照射する光源１と、ミラー２０３で反射された光ビームの軌跡を２次元的に計測する計測器２と、ＭＥＭＳミラー装置の駆動電極１０３−１〜１０３−４に評価用の電圧を独立に印加する制御装置３と、計測器２の計測結果から駆動電極１０３−１〜１０３−４の良否を判定する判定装置４とを有する。【選択図】  図１
2006201056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーとこれに対向する複数の駆動電極とを備えたＭＥＭＳミラー装置の前記複数の駆動電極の良否を判定する評価装置であって、
前記ミラーに光ビームを照射する光源と、
前記ミラーで反射された光ビームの軌跡を２次元的に計測する計測器と、
前記複数の駆動電極に評価用の電圧を独立に印加する制御装置と、
前記計測器の計測結果から前記複数の駆動電極の良否を判定する判定装置とを有することを特徴とするＭＥＭＳミラー装置の評価装置。
【請求項２】
請求項１記載のＭＥＭＳミラー装置の評価装置において、
前記制御装置は、互いに位相が異なる電圧を各駆動電極に印加し、
前記判定装置は、前記計測器で得られた光ビームの軌跡を解析した結果から前記複数の駆動電極の良否を判定することを特徴とするＭＥＭＳミラー装置の評価装置。
【請求項３】
請求項１記載のＭＥＭＳミラー装置の評価装置において、
前記制御装置は、互いに周波数が異なる電圧を各駆動電極に印加し、
前記判定装置は、前記計測器の出力信号を周波数解析した結果から前記複数の駆動電極の良否を判定することを特徴とするＭＥＭＳミラー装置の評価装置。
【請求項４】
請求項２記載のＭＥＭＳミラー装置の評価装置において、
前記ＭＥＭＳミラー装置は、４つの駆動電極を有する２軸回動のＭＥＭＳミラー装置であり、
前記制御装置は、位相を９０度ずつ順番にずらした電圧を各駆動電極に印加することを特徴とするＭＥＭＳミラー装置の評価装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳミラー装置の評価装置において、
前記光源は、可視の平行光を前記ミラーに照射することを特徴とするＭＥＭＳミラー装置の評価装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳミラー装置の評価装置において、
前記計測器は、ＰＳＤであることを特徴とするＭＥＭＳミラー装置の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳミラー装置の駆動電極の良否を判定する評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模光スイッチを実現するハードウェア技術として、マイクロマシン技術により製作されたマイクロミラーを用いた３次元空間伝播方式の光スイッチが注目されている。図７は、光スイッチの従来例を示す斜視図である。図７において、１１ａは入力光ファイバアレイ、１１ｂは出力光ファイバアレイ、１２ａは入力側コリメータアレイ、１２ｂは出力側コリメータアレイ、１３ａは入力側ミラーアレイ、１３ｂは出力側ミラーアレイである。光ファイバアレイ１１ａ，１１ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数の光ファイバからなり、コリメータアレイ１２ａ，１２ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数のマイクロレンズからなり、ミラーアレイ１３ａ，１３ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー装置１４ａ，１４ｂからなる。図７における矢印は光ビームの進行方向を示している。
【０００３】
入力光ファイバアレイ１１ａのある入力ポートから出射した光信号は、入力側コリメータアレイ１２ａのマイクロレンズにより光ビームに変換され、入力側ミラーアレイ１３ａ、出力側ミラーアレイ１３ｂで順次反射され、出力側コリメータアレイ１２ｂのマイクロレンズにより集光され、出力光ファイバアレイ１１ｂの光ファイバに導かれる。ミラーアレイ１３ａ，１３ｂを構成するＭＥＭＳミラー装置１４ａ，１４ｂのミラーは、２軸周りに回動可能であり、入射光をミラーの傾斜角に応じた所望の方向に反射させることができる。したがって、入力側ミラーアレイ１３ａと出力側ミラーアレイ１３ｂのミラーの傾斜角を適当に制御することにより、２次元的に配列された任意の入力光ファイバと出力光ファイバ間を接続することができ、光路の切り替えを行うことができる。
【０００４】
以上の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがミラーアレイ１３ａ，１３ｂである。このミラーアレイ１３ａ，１３ｂを構成するＭＥＭＳミラー装置１４ａ，１４ｂは、例えば特許文献１に開示されている。図８は、特許文献１に開示されたＭＥＭＳミラー装置の構成を示す分解斜視図、図９は図８のＭＥＭＳミラー装置の断面図である。
図８、図９に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板１０１の中央部に４つの駆動電極１０３−１〜１０３−４が設けられている。また、下部基板１０１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱１０４が設けられている。
【０００５】
一方、上部基板２０１の内側には円環状のジンバル２０２が設けられ、さらにジンバル２０２の内側にミラー２０３が設けられている。ミラー２０３の表面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。上部基板２０１とジンバル２０２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ２０４により連結され、同様にジンバル２０２とミラー２０３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ２０５により連結されている。一対のトーションバネ２０４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ２０５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー２０３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。上部基板２０１、ジンバル２０２、ミラー２０３、トーションバネ２０４，２０５は単結晶シリコンで一体形成されている。
【０００６】
図８、図９に示したような下部基板１０１の構造と上部基板２０１の構造とが別々に作製され、はんだにより支柱１０４に上部基板２０１が取り付けられ、下部基板１０１に上部基板２０１がボンディングされている。このＭＥＭＳミラー装置においては、ミラー２０３を接地し、駆動電極１０３−１〜１０３−４に正の電圧を与えて、しかも駆動電極１０３−１〜１０３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２０３を静電力で吸引し、ミラー２０３を任意の方向へ回動させることができる。
【０００７】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開２００３−０５７５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように図８、図９に示したＭＥＭＳミラー装置では、ミラー２０３と対向して駆動電極１０３−１〜１０３−４が設けられ、また下部基板１０１上には駆動電極１０３−１〜１０３−４に電圧を供給する配線（不図示）も設けられる。したがって、ＭＥＭＳミラー装置を評価する場合、駆動電極１０３−１〜１０３−４とその配線に断線や短絡がないかどうかを検査する必要がある。従来、このような検査の方法としては、各駆動電極１０３−１〜１０３−４に電圧を１つずつ順番に印加して、ミラー２０３の動作をチェックする方法が考えられる。しかし、このような方法では、各駆動電極１０３−１〜１０３−４の断線やＧＮＤとの短絡といった不良は検出できても、駆動電極間の短絡については検出することができないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＭＥＭＳミラー装置の駆動電極の不良の発生箇所とその症状を正しく判定することができる評価装置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】
【００１０】
ＭＥＭＳミラー装置は、上部基板に対して回動可能に支持されるミラーと、前記上部基板と対向する下部基板の上に形成された、前記ミラーの傾斜角を制御する駆動電極とを備える。これに対し、本発明のＭＥＭＳミラー装置の評価装置は、前記ミラーに光ビームを照射する光源と、前記ミラーで反射された光ビームの軌跡を２次元的に計測する計測器と、前記複数の駆動電極に評価用の電圧を独立に印加する制御装置と、前記計測器の計測結果から前記複数の駆動電極の良否を判定する判定装置とを有するものである。
また、本発明のＭＥＭＳミラー装置の評価装置の１構成例において、前記制御装置は、互いに位相が異なる電圧を各駆動電極に印加し、前記判定装置は、前記計測器で得られた光ビームの軌跡を解析した結果から前記複数の駆動電極の良否を判定するものである。
また、本発明のＭＥＭＳミラー装置の評価装置の１構成例において、前記制御装置は、互いに周波数が異なる電圧を各駆動電極に印加し、前記判定装置は、前記計測器の出力信号を周波数解析した結果から前記複数の駆動電極の良否を判定するものである。
また、本発明のＭＥＭＳミラー装置の評価装置の１構成例において、前記ＭＥＭＳミラー装置は、４つの駆動電極を有する２軸回動のＭＥＭＳミラー装置であり、前記制御装置は、位相を９０度ずつ順番にずらした電圧を各駆動電極に印加するものである。
また、本発明のＭＥＭＳミラー装置の評価装置の１構成例において、前記光源は、可視の平行光を前記ミラーに照射するものである。
また、本発明のＭＥＭＳミラー装置の評価装置の１構成例において、前記計測器は、ＰＳＤである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ミラーに光ビームを照射する光源と、ミラーで反射された光ビームの軌跡を２次元的に計測する計測器と、複数の駆動電極に評価用の電圧を独立に印加する制御装置と、計測器の計測結果から複数の駆動電極の良否を判定する判定装置とを設けることにより、ＭＥＭＳミラー装置の駆動電極の不良の発生箇所とその症状を正しく判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態となるＭＥＭＳミラー装置の評価装置の構成を示すブロック図であり、図８、図９と同一の構成には同一の符号を付してある。図１の評価装置は、評価対象となるＭＥＭＳミラー装置のミラー２０３に光ビームを照射する光源１と、ミラー２０３で反射された光ビームの軌跡を２次元的に計測する計測器２と、ＭＥＭＳミラー装置の複数の駆動電極１０３−１〜１０３−４に評価用の電圧を独立に印加する制御装置３と、計測器２の計測結果から駆動電極１０３−１〜１０３−４の良否を判定する判定装置４とから構成される。
【００１３】
光源１からミラー２０３に照射する光ビームは、可視光、不可視光のいずれでも良いが、可視光の方が光ビームの照射位置を容易に調整することができる。また、光ビームをコリメート光とする方が反射光強度を高めることができ、計測器２の感度を高めることができる。
図８、図９に示した２軸回動のＭＥＭＳミラー装置を評価する場合、計測器２は、２次元平面上でのビーム位置を計測する必要がある。このような計測器２としてはＣＣＤカメラや半導体位置検出素子（Position Sensitive Detector 、以下、ＰＳＤと略する）などがある。ＣＣＤカメラやＰＳＤは、光ビームが入射した受光面上の位置を検出し、検出した位置に応じた電気信号を出力するが、ＰＳＤの方が測定精度を高めることができる。
【００１４】
次に、本実施の形態の評価装置を用いたＭＥＭＳミラー装置の評価法を具体的に説明する。ここでは、一般的な２軸回動の構成、すなわち４電極構成のＭＥＭＳミラー装置を評価対象として説明する。制御装置３は、ＭＥＭＳミラー装置のミラー２０３に接地電位を与えると共に、４つの駆動電極１０３−１〜１０３−４に評価用の電圧を独立に印加する。本実施の形態では、位相を９０度ずつ順番にずらした電圧を駆動電極１０３−１〜１０３−４に同時に印加する。例えば、９０度ずつ順番に位相をずらした図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）、図２（Ｄ）のような正弦波をそれぞれ駆動電極１０３−１，１０３−２，１０３−４，１０３−３に印加する。
【００１５】
このような正弦波を駆動電極１０３−１〜１０３−４に印加すると、ミラー２０３で反射した光ビームは円形に近い軌跡を描くことになる。この軌跡を計測器２で計測して、駆動電極１０３−１〜１０３−４の良否を判定する。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）にミラー２０３で反射されて計測器２の受光面に入射した光ビームの軌跡の例を示す。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）において、ｘ方向、ｙ方向はそれぞれ図８に示したｘ軸、ｙ軸と対応している。
【００１６】
ＭＥＭＳミラー装置の駆動電極１０３−１〜１０３−４と駆動電極１０３−１〜１０３−４に電圧を供給する配線とがすべて正常な場合、計測器２で受光する光ビームの軌跡は図３（Ａ）のような円形になる。
【００１７】
一方、４つの駆動電極１０３−１〜１０３−４のうちの１つに異常がある場合、ミラー２０３は正常でない駆動電極の方向へは回動しないので、光ビームの軌跡は半円のような形状となる。例えば駆動電極１０３−３又は駆動電極１０３−３に電圧を供給する配線に、断線やＧＮＤとの短絡が発生している場合、駆動電極１０３−３の方向（図３では−ｘかつ−ｙの方向）にミラー２０３が回動しないので、計測器２で受光する光ビームの軌跡は駆動電極１０３−３の方向が欠けた図３（Ｂ）のような形状になる。
【００１８】
また、駆動電極１０３−１〜１０３−４のうち図３の斜め方向で隣接する２つの駆動電極に断線やＧＮＤとの短絡がある場合、光ビームの軌跡は直線状となる。例えば駆動電極１０３−１，１０３−４又は駆動電極１０３−１，１０３−４に電圧を供給する配線に、断線やＧＮＤとの短絡が発生している場合、計測器２で受光する光ビームの軌跡は、駆動電極１０３−１の方向（図３では−ｘかつ＋ｙの方向）と駆動電極１０３−４の方向（図３では＋ｘかつ−ｙの方向）が欠けた図３（Ｃ）のような形状になる。なお、図３の左右方向もしくは上下方向で隣接する２つの駆動電極（例えば駆動電極１０３−１と１０３−２）に断線やＧＮＤとの短絡がある場合、光ビームの軌跡はこの２つの駆動電極の方向が欠けた半円形となる。
【００１９】
また、図３の左右方向もしくは上下方向で隣接する２つの駆動電極間が短絡している場合、一方の駆動電極に印加された電圧がもう一方の駆動電極にも印加され、ミラー２０３を吸引する力が相殺されることになるので、これら２つの駆動電極の方向についてはミラー２０３の傾斜角が小さくなり、２つの駆動電極の間の方向については正常な傾斜角が得られる。例えば駆動電極１０３−１と１０３−２とが短絡している場合、計測器２で受光する光ビームの軌跡は、駆動電極１０３−１の方向と駆動電極１０３−２の方向（図３では＋ｘかつ＋ｙの方向）についてはミラー２０３の傾斜角が小さく、かつ駆動電極１０３−１と１０３−２の間の方向（図３の＋ｙ方向）については傾斜角が正常なことを示す図３（Ｄ）のような形状になる。
【００２０】
このように、計測器２の計測結果から駆動電極１０３−１〜１０３−４の良否を判定することができる。駆動電極１０３−１〜１０３−４の良否を判定装置４で判定するには、計測器２で得られた光ビームの軌跡と予め登録された評価用のパターンとのパターンマッチングを行い、計測器２で得られた光ビームの軌跡がどのパターンと最も近いかを判定すればよい。
【００２１】
図４は判定装置４の構成の１例を示すブロック図である。記憶部４１には、評価用のパターンが予め登録されている。マッチング部４２は、計測器２で得られた光ビームの軌跡と記憶部４１に予め登録された評価用のパターンとのパターンマッチングを行い、計測器２で得られた光ビームの軌跡がどのパターンと最も近いかを検出する。そして、マッチング部４２は、この検出結果に基づいて駆動電極１０３−１〜１０３−４の良否と不良の発生箇所とその症状（断線あるいはＧＮＤとの短絡、もしくは電極間の短絡）とを示す判定結果を出力する。
【００２２】
以上のように、本実施の形態では、位相を９０度ずつ順番にずらした電圧を駆動電極１０３−１〜１０３−４に印加し、ミラー２０３からの反射光の軌跡を計測することにより、駆動電極１０３−１〜１０３−４の不良の発生箇所とその症状を正しく判定することができる。
【００２３】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、位相を９０度ずつ順番にずらした電圧を駆動電極１０３−１〜１０３−４に印加したが、互いに周波数が異なる電圧を駆動電極１０３−１〜１０３−４に印加して、ミラー２０３からの反射光の軌跡を周波数分析することにより、第１の実施の形態と同様の判定が可能である。本実施の形態においても、評価装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
【００２４】
ただし、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）の例では計測器２の受光面のｘ方向、ｙ方向とＭＥＭＳミラー装置のｘ軸、ｙ軸とが平行であったのに対し、本実施の形態では、図５に示すように計測器２の受光面２１のｘ２方向、ｙ２方向とＭＥＭＳミラー装置のｘ軸、ｙ軸とが４５度で交差するように計測器２が配置されている。これにより、図５の＋ｙ２，＋ｘ２，−ｘ２，−ｙ２の方向とそれぞれ駆動電極１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４とが対応することになる。
【００２５】
本実施の形態の制御装置３は、ＭＥＭＳミラー装置のミラー２０３に接地電位を与えると共に、４つの駆動電極１０３−１〜１０３−４に互いに周波数が異なる電圧を同時に印加する。例えば、駆動電極１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４にそれぞれ周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の電圧を印加したとき、駆動電極１０３−１〜１０３−４と駆動電極１０３−１〜１０３−４に電圧を供給する配線とがすべて正常であれば、計測器２の出力からは＋ｙ２方向については周波数ｆ１の信号が得られ、＋ｘ２方向については周波数ｆ２の信号が得られ、−ｘ２方向については周波数ｆ３の信号が得られ、−ｙ２方向については周波数ｆ４の信号が得られるはずである。
【００２６】
一方、４つの駆動電極１０３−１〜１０３−４のうちの１つに断線やＧＮＤとの短絡が発生している場合、その駆動電極に対応する周波数の信号が検出できなくなる。したがって、計測器２から得られるはずの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の信号の中に検出できない信号があれば、駆動電極１０３−１〜１０３−４のいずれかに断線やＧＮＤとの短絡が発生していると見なすことができ、異常が発生している駆動電極を特定することができる。複数の駆動電極に断線やＧＮＤとの短絡が発生している場合も同様にして検出できる。
【００２７】
また、隣接する駆動電極間に短絡が発生している場合には、本来生じるはずのない方向から信号が検出される。例えば駆動電極１０３−１と１０３−２とが短絡している場合、計測器２の出力からは＋ｙ２方向については周波数ｆ１の正規の信号の他に、本来生じるはずのない周波数ｆ２の信号が得られる。また、＋ｘ２方向については周波数ｆ２の正規の信号の他に、周波数ｆ１の信号が得られる。したがって、不正規の信号が得られた場合には、駆動電極間に短絡が発生していると見なすことができ、短絡の発生箇所を特定することができる。
【００２８】
図６は本実施の形態の判定装置４の構成の１例を示すブロック図である。周波数解析部４３は、計測器２の出力信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により周波数解析し、上記のように＋ｙ２，＋ｘ２，−ｘ２，−ｙ２の各方向からどのような周波数の信号が得られたかを解析する。判定部４４は、この周波数解析結果に基づいて駆動電極１０３−１〜１０３−４の良否と不良の発生箇所とその症状とを示す判定結果を出力する。
【００２９】
以上のように、本実施の形態では、互いに周波数が異なる電圧を駆動電極１０３−１〜１０３−４に印加し、ミラー２０３からの反射光の軌跡を周波数解析することにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ＭＥＭＳミラー装置の駆動電極の良否を判定する技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態となるＭＥＭＳミラー装置の評価装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態において制御装置からＭＥＭＳミラー装置の駆動電極に印加する電圧の１例を示す波形図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態においてミラーで反射され計測器の受光面に入射した光ビームの軌跡の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における判定装置の構成の１例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるＭＥＭＳミラー装置の駆動電極と計測器の受光面との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における判定装置の構成の１例を示すブロック図である。
【図７】光スイッチの従来例を示す斜視図である。
【図８】ＭＥＭＳミラー装置の構成を示す分解斜視図である。
【図９】図８のＭＥＭＳミラー装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…光源、２…計測器、３…制御装置、４…判定装置、４１…記憶部、４２…マッチング部、４３…周波数解析部、４４…判定部、１０３−１〜１０３−４…駆動電極、２０３…ミラー。
【図１】
2006201056.tif 000003
【図２】
2006201056.tif 000004
【図３】
2006201056.tif 000005
【図４】
2006201056.tif 000006
【図５】
2006201056.tif 000007
【図６】
2006201056.tif 000008
【図７】
2006201056.tif 000009
【図８】
2006201056.tif 000010
【図９】
2006201056.tif 000011