(57)【要約】ゼロ位置（Ｏ）と少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）との間に画定された軌道に沿って少なくとも左右に移動することができる移動要素（２）と、移動要素をベース（４）に接続する弾性部材（３）と、所定の切り替え位置の付近に配置されて、移動要素が所定の切り替え位置に向かって、かつ／または所定の切り替え位置から離れて移動するように静電力を生成する少なくとも１つの固定作動電極（５、６）とを備える切り替えデバイスが記載される。固定作動電極は、移動要素の軌道にほぼ平行な移動要素の少なくとも１つの縁部（２０ａ）に作用するように配置される。移動要素、弾性部材、および作動要素の幾何学的配置は、移動要素が作動電極と接触することができず、かつ切り替え位置が、固定作動電極により移動要素に対して生成される横方向の静電力と、弾性部材により生成される機械ばね力との間の平衡点（Ｅ）により画定されるようなものである。
2005504355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切り替えデバイスであって、
ゼロ位置（Ｏ）と少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）との間に画定された軌道に沿って前後または左右に移動することができる移動要素（２）と、
該移動要素（２）をベース（４）に接続する弾性部材（３）であって、前記移動要素（２）が前記ゼロ位置（Ｏ）と前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）との間で少なくとも前後または左右に移動することを可能にする、弾性部材（３）と、
前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）の付近に位置する少なくとも１つの固定作動電極（５、６）であって、前記移動要素（２）が前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）に向かって、かつ／または前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）から離れて移動するように静電力を生成する、少なくとも１つの固定作動電極（５、６）と、を備え、
該少なくとも１つの固定作動電極（５、６）は、前記移動要素（２）の軌道にほぼ平行な、該移動要素（２）の少なくとも１つの縁部（２０ａ）に作用するように配置され、前記移動要素（２）、前記弾性部材（３）、および前記少なくとも１つの固定作動電極（５、６）の幾何学的配置は、前記移動要素（２）が前記作動電極（５、６）と接触することができず、かつ前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）が、前記少なくとも１つの固定作動電極（５、６）により前記移動要素（２）に対して生成される横方向の静電力と、前記弾性部材（３）により生成される機械ばね力との間の平衡点（Ｅ）により画定されるようなものであり、前記横方向の静電力と前記機械ばね力との総和から得られる力は、前記平衡点（Ｅ）付近に相対する方向を有する、切替えデバイス。
【請求項２】
前記移動要素（２）、前記弾性部材（３）、および前記少なくとも１つの固定作動電極（５、６）の幾何学的配置は、前記横方向の静電力が前記平衡点（Ｅ）の近くで強度の急激な低下を示すようなものである、請求項１に記載の切り替えデバイス。
【請求項３】
前記切り替えデバイスは、微細機械構造の形態で製造され、前記デバイスは基板（１０）をさらに備え、前記移動要素（２）、前記弾性部材（３）、および前記作動電極（５、６）は、前記基板に微細加工される、請求項１に記載の切り替えデバイス。
【請求項４】
前記基板（１０）は、シリコンまたはポリシリコン等の結晶材料または多結晶材料を含む、請求項３に記載の切り替えデバイス。
【請求項５】
前記基板は金属を含む、請求項３に記載の切り替えデバイス。
【請求項６】
前記移動要素（２）は、前記基板（１０）の平面にほぼ平行な平面で移動可能であるスクリーンプレート（２０）を備える、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の切り替えデバイス。
【請求項７】
前記基板（１０）の平面には開口（７）が設けられ、該開口（７）は、前記移動要素が前記所定の切り替え位置（Ｂ）にあるか否かに応じて、前記スクリーンプレート（２０）により閉鎖または開放される、請求項６に記載の切り替えデバイス。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の複数の切り替えデバイスを備える切り替えユニット。
【請求項９】
前記弾性部材（３、３０、３２；３２、３３、３４、３５、３６）は、前記ベース（４）から中間部材（３２）まで前記基板（１０）の平面にほぼ平行な第１の方向に延びる少なくとも第１の梁（３０；３３、３４）と、前記中間部材（３２）から前記移動要素（２）まで前記第１の方向とはほぼ逆の第２の方向に延びる少なくとも第２の梁（３；３５、３６）とを備える折り重ね（folded）梁構造を備える、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の切り替えデバイス。
【請求項１０】
前記弾性部材（３５、３６；３２、３３、３４、３５、３６）は、前記移動要素（２）をガイドする平行またはパンタグラフ状の構造を備え、それにより前記移動要素の軌道がほぼ直線状になるようにする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の切り替えデバイス。
【請求項１１】
前記移動要素（２）および前記作動電極（５、６）はそれぞれ、前記移動要素の軌道にほぼ平行な方向に延びる複数の歯を含む櫛形構造（２５、５５、６５）を備え、該歯はそれぞれ、端部（２５ａ、５５ａ、６５ａ）と、前記第１の部分を前記移動要素（２）または前記作動電極（５、６）それぞれに接続するベース部とを備え、該ベース部は、前記端部（２５ａ、５５ａ、６５ａ）よりも小さい直径を有する、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の切り替えデバイス。
【請求項１２】
前記櫛形構造（２５、５５、６５）は、前記歯の間の空気制動が達成されるように設計される、請求項１１に記載の切り替えデバイス。
【請求項１３】
切り替えデバイスを作動させる方法であって、該切り替えデバイスは、
ゼロ位置（Ｏ）と少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）との間に画定された軌道に沿って前後または左右に移動することができる移動要素（２）と、
該移動要素をベース（４）に接続する弾性部材（３）であって、前記移動要素（２）が前記ゼロ位置（Ｏ）と前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）との間で少なくとも前後または左右に移動することを可能にする、弾性部材（３）と、
前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）の付近に位置する少なくとも１つの固定作動電極（５、６）であって、前記移動要素（２）が前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）に向かって、かつ／または前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）から離れて移動するように静電力を生成する、少なくとも１つの固定作動電極（５、６）と、を備え、
該方法は、
前記移動要素（２）の軌道にほぼ平行な前記移動要素（２）の少なくとも１つの縁部（２０ａ）に作用するように前記固定作動電極（５、６）を設置するステップと、
前記移動要素（２）、前記弾性部材（３）、および前記少なくとも１つの固定作動電極（５、６）の幾何学的配置を選択することであって、それにより、前記移動要素（２）が前記作動電極（５、６）と接触することができず、かつ前記少なくとも１つの所定の切り替え位置（Ａ、Ｂ）が、前記少なくとも１つの固定作動電極（５、６）により前記移動要素（２）に対して生成される横方向の静電力と、前記弾性部材（３）により生成される機械ばね力との間の平衡点により画定されるようにし、前記横方向の静電力と前記機械ばね力との総和から得られる力は、前記平衡点付近に相対する方向を有する、選択するステップと、
を含む、切り替えデバイスを作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、微小電気機械システム、すなわちいわゆるＭＥＭＳに関する。より詳細には、本発明は、ゼロ位置と少なくとも１つの所定の切り替え位置との間に画定された軌道に沿って左右に移動することができる移動要素と、当該移動要素をベースに接続する弾性部材と、上記少なくとも１つの所定の切り替え位置の付近に位置する少なくとも１つの固定作動電極とを備える切り替えデバイスに関する。本発明は、当該切り替えデバイスと、少なくとも１つの当該切り替えデバイスを備える切り替えユニットとを作動させる方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームの経路にそれぞれ影響を与えるかまたは切り替える、非常に多様な微小機械構造が既知である。このような構造の目的は、画素ベースの画像からのデータの制御、処理、および／または記憶である。
【０００３】
欧州特許出願第０  ５１０  ６２９号は、いわゆる変形可能ミラーデバイス、すなわちＤＭＤに基づく偏向可能デバイスであって、光ビームの通過を選択的に遮断または変更するシャッタデバイスとしても用いられる偏向可能デバイスを開示している。他のタイプのＤＭＤに関しては、このデバイスには、適切なねじり梁、片持ち梁、またはヒンジによって、軸を中心に回転するか、または基板平面に向かってピストン状に移動することができる、制御可能なスクリーンプレートが設けられる。ＤＭＤの他の例は、例えば、米国特許第４，２２９，７３２号および米国特許第５，１４２，４０５号に見ることができる。
【０００４】
米国特許第５，７９４，７６１号は、光学用途のためのマイクロシャッタとして用いることができる切り替えデバイスを開示している。図１は、この切り替えデバイスの概略図である。この文献によると、移動要素２、すなわち揺動要素は、２つの端位置ＡとＢとの間を移動して、切り替えデバイスの基板に設けられた開口７（端位置Ｂに位置する）を光ビームが通過するのを選択的に遮断することができる。端位置ＡおよびＢの付近には電極５、６が設置される。２つの端位置間で揺動要素２を切り替えるための静電引力および／または静電反発力（electrostatic forces of attraction and/or repulsion）を発生させるために、制御回路８が設けられる。揺動要素２は、弾力的に（例えば、端部の一方が固定点またはベース４に締結された撓み梁（flexible beam）３により）基板に取り付けられる。より詳細には、この文献によると、梁３は、ゼロ位置Ｏに向かう弾性復帰力が、基本的な振幅範囲において、制御回路および電極により生成される静電引力よりも大きい値を有するように設計される。したがって、切り替えデバイスの応答時間などの特徴は、主に構造の機械的性質により決まる。
【０００５】
「Electrostatic Microshutter Arrays in Polysilicon」（G. Perregaux等著、「CSEM Scientific and Technical Report 1999」９９ページに発表）という論文は、上述の切り替えデバイスの改良型を開示している。図２は、この他の切り替えデバイスの概略図である。揺動要素２を基板に接続する撓み梁３の全長に沿って、電極５、６が設けられている。撓み梁３の両側には、梁と電極との間の短絡を回避するために、その長さに沿ってストッパ９がさらに設けられる。
【０００６】
他のタイプの光学マイクロシャッタデバイスは、米国特許第４，３８３，２５５号または米国特許第４，５６４，８３６号において見ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術の解決策のすべてによると、切り替えデバイスは、引力により作動され、すなわち、電極が移動要素の軌道に対して横方向に配置されることにより、電極の協働縁部（cooperating edges）および揺動要素の協働縁部に対してほぼ垂直な静電力が生じるようになる。したがって、ストッパは通常、移動要素の変位を制限するとともに、電極と移動要素との間のいかなる短絡も防止するために必要である。
【０００８】
ポリシリコン表面（または他の材料）とストッパとが接触することにより、広範囲に及ぶ磨耗および屑が生じることになり、最終的には移動要素の吸着（sticking）が起こる可能性がある。いわゆる「スティクション（stiction）問題」（毛管力または有機物汚染および非有機物汚染による問題も包含する）はよく知られており、微小機械切り替えデバイスに伴う極めて実際的かつ重大な問題である。小さい寸法では、吸着作用は、湿度、表面捕捉電荷、または他の近接力（量子ファンデルワールス力等）による優勢な作用により、縮小係数に反比例して（with the inverse of the scale down factor）増大する。この吸着力は、作動力（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｆｏｒｃｅｓ）と同じオーダー（約０．２Ｎ／ｍ２）である。したがって、この吸着力は、当該システムの信頼性に著しく影響を及ぼす。
【０００９】
この問題を克服するための解決策は、ストッパを備えない構造を考えることである。ストッパがない場合、切り替えデバイスの移動要素の変位の制御は、駆動レベル、または座屈（buckling）等の自動ブロッキング弾性作用に大いに依存する。しかしながら、座屈作用を用いる構造は、技術公差に非常に左右されやすいため、製造コストが高く、製造が複雑である。
【００１０】
別の解決策は、デバイス表面を化学処理すること、例えば、ポリマーなどのさらなる層でデバイスをコーティングすることである。しかしながら、この解決策では、デバイスの製造上の複雑性およびコストが増す。さらに、この解決策を取ってもなお、このコーティング層が過度に磨耗することにより上記のスティクション問題が生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、上述のスティクションおよび短絡の問題を克服する、より単純でより信頼性の高い解決策が必要である。そのため、本発明の主な目的は、スティクション問題が生じにくく、切り替えデバイスの移動要素の変位を制御するために駆動および技術公差にできる限り依存しない解決策を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、不必要に製造を複雑にしない解決策を提供することである。
【００１３】
本発明の第２の目的は、行列状（matrix configuration）に配置され得る切り替えデバイスを提供することである。
【００１４】
したがって、特許請求の範囲の請求項１に特徴が記載される切り替えデバイスが提供される。
【００１５】
いくつかのこのような切り替えデバイスを備える切り替えユニット、および特許請求の範囲の請求項９に特徴が記載される切り替えデバイスを作動させる方法も提供される。
【００１６】
本発明の他の有利な実施形態は、特許請求の範囲の従属請求項の目的である。
【００１７】
本発明によると、従来技術の解決策とは対照的に、作動電極は、静電引力を生成するために移動要素に側方から作用するように配置されるのではなく、移動要素の前縁部（すなわち、移動要素の軌道にほぼ平行な縁部）に作用する。この駆動原理は、「縁部静電駆動（Edge Electrostatic Drive）」と呼ばれるものであり、すなわち、移動要素の移動は、作動電極が発生する引力により（従来技術の解決策のように）生じるのではなく、固定電極の協働前縁部および移動要素の電極の協働前縁部にほぼ平行な横方向の力により生じる。
【００１８】
本発明の範囲では、静電引力は、電極の協働縁部をより接近させる傾向がある（またはそれとは逆に、これらの協働縁部を分離する傾向がある）静電力を意味するものとするが、横方向の静電力は、電極の協働縁部を互いに整列させる傾向がある静電力を意味するものとする。
【００１９】
本発明によると、切り替えデバイスは、上述のスティクション問題の影響を受けない非接触構造としてまさに設計され得る。それにまた、移動要素の端位置を画定するためにストッパはもはや必要ない。実際には、移動要素は、デバイスの移動要素に加えられる横方向の静電力と機械ばね力との総和から得られる力の反転（inversion）により、選択された位置に自動的に安定化される。
【００２０】
本発明によると、このデバイスの幾何学的形状は、横方向の静電力の寄与を高めるために選択される。さらに、従来技術の解決策とは対照的に、この装置の切り替え位置は、デバイスの移動要素上の電極により生成される横方向の静電力と、移動要素をデバイスのベース部材と接続する弾性部材により生成される機械ばね力との間の平衡点により決まる。これらの横方向の静電力と機械ばね力との総和から得られる力は、この平衡点付近に反転点を提示する。
【００２１】
より詳細には、本発明の一実施形態によると、切り替えデバイスは、光ビームの通過を選択的に遮断するシャッタデバイスとして用いられ、また、この切り替えデバイスには、スクリーンプレートにより開閉される開口が設けられている。
【００２２】
本発明は、光ビームの通過を遮断、調節、または制御する光学用途に適用されることが有利であるが、そのような特定のタイプの用途に限定されないことに留意すべきである。
【００２３】
本発明の他の態様、特徴、および利点は、添付図面を参照してなされる非限定的な例および実施形態の以下の詳細な説明を読めば明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図３は、本発明の第1の実施形態を構成する切り替えデバイスを概略的に示す。プレート２０の形態のスクリーンを備える移動要素２が、弾性ロッドまたは梁３の一端に取り付けられる。弾性梁３の他端は、固定点またはベース４に締め付けられる。
【００２５】
図３に示されるように、弾性梁３は、ゼロすなわち停止位置Ｏに、ここでは説明のために示される軸「ｘ」に沿って延びている。スクリーンプレート２０および梁３は、スクリーンプレート２０が前後にまたは左右に、ここでは参照符号ＡおよびＢで示される２つの所定の切り替え位置の間で、軸「ｘ」に垂直な軸「ｙ」にほぼ平行な方向に沿って移動することができる、振動型機械システムを形成する。１つのみまたは３つ以上の所定の切り替え位置を画定してもよいことは理解されるであろう。この実施形態によると、スクリーンプレートの軌道は湾曲した経路に従っており、厳密に軸ｙに平行ではないことに実際には気付くであろう。しかしながら、スクリーンプレート２０の軌道の曲率の程度は、梁３の実際の長さに応じて変わるため、梁の長さが移動要素の全行程と比較して十分に長いという条件で制限され得ることも、留意されるであろう。簡単のために、移動要素の軌道は軸ｙにほぼ平行であるものと考える。
【００２６】
スクリーンプレート２０を変位させるための固定作動電極５および６は、位置ＡおよびＢの付近にそれぞれ配置される。作動電極５、６、および同様に電極で覆われているスクリーンプレート２０は、切り替えデバイスを切り替えることができる制御回路８に電気的に接続されている。電極５、６はそれぞれ、スクリーンプレート２０の前縁部２０ａと協働するいわゆる前縁部５ａおよび５ａを含んでいる。停止位置Ｏでは、スクリーンプレート２０の前縁部２０ａは、作動電極５、６の前縁部と部分的に重なり得る。
【００２７】
作動電極６の付近には開口７があり、開口７は、スクリーンプレート２０が端位置Ａにある場合には露出され、スクリーンプレート２０が端位置Ｂにある場合には覆われる。このように、光ビーム（optical light beams）の経路が開放または遮断され得ることにより、切り替えデバイスが光学シャッタとしての役割を果たす。
【００２８】
本発明のこの第１の実施形態によると、従来技術の解決策とは対照的に、電極はスクリーンプレート２０の側縁部（スクリーンプレートの軌道にほぼ垂直な縁部である）に作用するようにではなく、スクリーンプレート２０の軌道にほぼ平行な縁部、すなわち、言い換えれば図３の軸「ｙ」にほぼ平行な方向に沿って延びる縁部であるスクリーンプレート２０の前縁部２０ａに作用するように配置される。この駆動原理は、「縁部静電駆動」と呼ばれる場合があり、すなわち、スクリーンプレート２０の移動は、（従来技術の解決策のように）作動電極が発生する引力により生じるのではなく、固定電極の協働前縁部およびスクリーンプレートの電極の協働前縁部にほぼ平行な横方向の力により生じる。
【００２９】
平行に構成された２つの電極に加えられる横方向の静電力がこれら２つの電極間に存在するギャップに反比例することを証明することができる。
【００３０】
なお、本発明によると、切り替えデバイスが、静電駆動力が飽和状態になることにより自動的に安定化され、すなわち、この構造がスクリーンプレート２０の端位置を画定するためにいかなるストッパも必要としない。このことは、ストッパに構造が付着することや作動電極に対する構造の短絡または圧壊が防止されるため従来技術の解決策に比べてかなりの利点となる。とはいえ、外的衝撃から構造を保護するために、ストッパを任意に設けてもよい。
【００３１】
より詳細には、移動要素が作動電極のいずれとも接触することができないように、また所定の切り替え位置がそれぞれ、固定作動電極により移動要素に対して生成される横方向の静電力と弾性部材により生成される機械ばね力との間の平衡点により画定されるように、移動要素、弾性部材、および固定作動電極の幾何学的配置が選択される。これらの横方向の静電力と機械ばね力との総和から得られる力は、この平衡点付近に相対する方向を有する。
【００３２】
図４は、本発明の好ましい実施形態による、平衡点（参照符号Ｅで示す）付近の横方向の静電力（曲線ａ）および機械ばね力（ほぼ直線状の曲線ｂ）の発生（evolution）を概略的に示す。好ましくは、移動要素、弾性部材、および固定作動電極の幾何学的配置は、横方向の静電力が平衡点の近くで強度の急激な低下を示すように選択される。図５に概略的に示すように、この特性は、この構造が行列状で用いられることを可能にする基礎でもある。
【００３３】
さらに、作動電極が依然として発生する静電引力により、「横方向サーフィン（lateral surfing）」と称され得るスクリーンプレート２０に反作用が生じる。それどころか、静電引力は、作動された電極にスクリーンプレート２０を引き寄せる傾向がある。しかしながら、スクリーンプレート２０は梁３により保持されているため、プレート２０は、移動要素２をその選択位置にさらに引き付けるトルクを受ける。
【００３４】
所定位置Ａ、Ｂにおいて、選択位置付近でのスクリーンプレート２０の振動は、空気により、またスクリーンプレート２０に加えられる横方向の静電力と機械ばね力との総和から得られる力の反転により静電的に、減衰されることが有利である。スクリーンプレートは基本的に横方向の静電力の寄与により移動するため、この減衰が本発明により達成されること、および吸引型の駆動原理に基づいた従来のシステムではこのような減衰作用が達成できないことは、強調せねばならない。
【００３５】
スクリーンプレート２０の最も外側の縁部であるスクリーンプレート２０の前縁部２０ａは、スクリーンプレート２０と電極５、６との間のギャップが減ることによりデバイスの感度が高まるように、かつ作動電極と移動要素との間に短絡が起こる恐れなしに、湾曲した外形を有するように設計されることが好ましい。
【００３６】
作動電極５、６とスクリーンプレート２０との間のギャップが減ることにより、切り替えデバイスの感度が高まることは、理解されるであろう。この点で、デバイスの感度プロファイルは、電極の幾何学的形状の適切な選択により容易に調整することができる。図３では、作動電極５、６は傾斜した縁部を有して示されているが、これらの電極が、例えばスクリーンプレートの軸先端の包絡面（envelope）とほぼ一致する湾曲外形、またはさらには段状の外形などの任意の他の適当な外形を示し得ることは、明らかに理解されるであろう。
【００３７】
さらに、ブレード２および前縁部２０ａの形状が、電極に一致する任意の他の適当な外形を示し、移動要素に作用する力の発生を最適化し得ることは、明らかに理解されるであろう。例えば図１０ａ乃至図１０ｄを参照されたい。
【００３８】
上記切り替えデバイスは通常、当該技術分野において既知の表面微細加工（surface micromachining）技法により基板（例えばシリコンまたは透明材料（ガラス等）からできている）に作製される。例えば、自立構造（図３のスクリーンプレート２０および梁３のようなもの）は通常、いわゆる犠牲層技法を用いて作製することができ、すなわち、切り替えデバイスの可動構造がまず犠牲層またはスペーサの上に形成され、続いてこの犠牲層の一部が、切り替えデバイスの必要な部分を解放するために除去される。
【００３９】
スクリーンプレート２０は、ほぼ正方形（約３５×３５ｍ２の表面積および約２ｍの厚さを有する）であり、梁３（約３５０乃至４００ｍの長さおよび約２．５×２ｍ２の断面積を有する）の端部に取り付けられる。スクリーンプレート２０および梁３は、例えばポリシリコン（または任意の他の結晶材料または多結晶材料）からできていてもよい。梁３は、長く薄型であり、基板の平面にほぼ平行な平面でのスクリーンプレート２０の揺動運動を可能にするように、弾性変形可能である。
【００４０】
上記の例では、作動電極５、６は、スクリーンプレート２０の前縁部２０ａ（スクリーンプレート２０の最も外側の縁部）と協働する。しかしながら、この縁部が移動要素２の軌道にほぼ平行である場合、本発明による駆動原理を移動要素の任意の他の適当な縁部に適用することができることは、理解されるであろう。
【００４１】
本発明による切り替えデバイスは、個別に用いられるのではなく、アレイを形成するように、他の同一の、またはおそらくは異なるデバイスと組み合わせて用いられることが好ましい。これらの切り替えデバイスは、矩形またはハニカム構成などの規則的な２次元格子を形成するように配置されてもよく、通常は行線および列線を用いてアドレス指定される。説明のために、図５は、２行および２列で配置された４つの切り替えデバイスＳ１乃至Ｓ４（図３の切り替えデバイスと同様である）を概略的に示す。切り替えデバイスＳ１およびＳ３の２つの作動電極は、２つの列線Ａ１およびＢ１それぞれによりともに接続されている。同様に、切り替えデバイスＳ２およびＳ４の２つの作動電極は、２つの列線Ａ２およびＢ２によりともに接続されている。一方では切り替えデバイスＳ１およびＳ２のベースが、他方では切り替えデバイスＳ３およびＳ４のベースが、行線Ｒ１およびＲ２それぞれにともに接続されている。
【００４２】
適当な行線および列線を選択的に作動させることにより、各切り替えデバイスが個別にアドレス指定され得ることは理解されるであろう。図５の特定の構成は純粋に説明的なものであり、決して限定的なものではなく、切り替えデバイスが、基板上のかかるデバイスの密度を高めるのにできるだけ小さい空間を占めるように実際に構成されることも、理解されるであろう。
【００４３】
本発明を特定の具体的な実施形態に関して説明したが、これらの実施形態は本発明の限定を意味するものではないことを理解するべきである。実際、添付の特許請求の範囲から逸脱せずに、様々な変更および／または適合が当業者には明らかとなり得る。例えば、提案された実施形態は、２つのみの端位置間を左右に移動することができる移動要素を備える構造に必ずしも限定されるわけではない。ストッパがもはや必要ではないため、デバイスが適当な数の電極を備える場合、３つ以上の所定位置間で切り替わるように移動要素を制御することを難なく想定できる。図６は、本発明の第２の実施形態を概略的に示す。この図に示される切り替えデバイスは、スクリーンプレート２０をベース４（ここでは２つの別個のベースからなる）に接続する弾性部材が、この特定の例ではほぼ「Ｅ」字形を有する折り重ね（ｆｏｌｄｅｄ）梁構造からなるという点で、図３の切り替えデバイスとは基本的に異なる。この折り重ね梁構造は、ベース４から中間部材３２まで、基板の平面５にほぼ平行な方向に延びる第１の梁の対３０（ただし１つの梁が用いられ得る）を備える。第２の梁３（基本的に図３の梁３に相当する）は、中間部材３２からスクリーンプレート２０まで、第１の方向とはほぼ逆の第２の方向に延びる。スクリーンプレート２０をベース４に弾性的に接続する折り重ね梁構造の幾何学的形状は、図５に示すもの以外の任意の他の適当な形態をとることができる。特に、中間部材３２は、基板の表面上のいくらかの空間を節約するためにサイズを縮小してもよく、第１の梁３０は、図６ａに示すようにわずかに傾斜して延びていてもよい。この後者の構成により、同一の基板上に搭載可能な切り替えデバイスの密度をより高めることができる。
【００４４】
図７は、本発明の第３の実施形態を示す。この例では、切り替えデバイス１には、スクリーンプレート２０をほぼ直線状にガイドする手段が設けられる。このために、図３の単一梁構造は、平行またはパンタグラフ状の構造に置き換えられる。この平行梁構造は、参照符号３５および３６で示される一対の平行な撓み梁によって容易に実現することができる。このような平行な構成により、スクリーンプレート２０が直線状にガイドされるようになり、上述の解決策の場合のように回転することがもはやなくなる。したがって、スクリーンプレート２０の前縁部２０ａは湾曲している必要がなく、スクリーンプレート２０と作動電極５、６との間のギャップをほとんど一定に保つことができる。
【００４５】
先に説明した平行構造は、図８の第４の実施形態により示されるように、図６の折り重ね梁構造と組み合わせることもできる。この場合、スクリーンプレート２０をベース４に接続する弾性部材は、ベース４（この例では実際には２つのベースがある）から中間部材３２まで延びる第１の対の平行撓み梁３３、３４と、中間部材３２からスクリーンプレート２０まで反対方向に延びる第２の対の平行撓み梁３５、３６とを備える。この場合も同様に、スクリーンプレートと作動電極５、６との間のギャップを一定に保つことができる。
【００４６】
図９は、櫛形電極構造を備える、本発明による切り替えデバイスの一例を示し、このデバイスは、図８のデバイスと基本的に同様である。櫛形構造２５は、移動要素２の各側に設けられており、作動電極５および６それぞれに設けられた櫛形構造５５および６５と相互作用する。櫛形構造２５、５５、および６５の歯はそれぞれ、移動要素の軌道にほぼ平行な方向に延び、歯を移動要素２または作動電極５、６それぞれに接続する部分よりも大きい寸法または直径を有する端部２５ａ、５５ａ、６５ａを含む。これにより、接線方向の静電力（tangential electrostatic forces）も、作動電極により移動要素２の各歯に対して生成されるようになる。
【００４７】
図９の例では、ベース４を中間部材３２に接続する平行撓み梁３３、３４の対は、中間部材３２を移動要素２に接続する第２の対の平行撓み梁３５、３６の間に配置される。したがって、ベース４は、外部衝撃に対する安全ストッパとしての役割を有利に果たし得る。
【００４８】
図９の切り替えデバイスの利点は、櫛形構造の歯の間で構造の高い空気制動を達成することができることにある。この空気制動は、櫛形構造により増大される静電ブレーキと関連して、デバイスの応答時間を低減することに寄与する。
【００４９】
図１０ａ乃至図１０ｄは、本発明の範囲内にある種々のシャッタブレード１６構造を示す。
【００５０】
本発明の好ましい実施形態におけるシャッタブレード１６の「角」は、ブレードのサイズおよび重量を最小にするために湾曲／丸み付けされるべきであることに留意すべきである。
【００５１】
重量／形態に関して最適にブレードを設計することにより、ブレードが関連の電極により作動された際のブレードのより迅速かつ容易な加速が促進される。
【００５２】
それでもはやり、ブレードは、本発明によれば、必ずしも円形ではない関連する透過経路を覆う／ブロックすることが可能であるべきであることに、留意するべきである。
【００５３】
言い換えれば、本発明によれば、シャッタ基板の光透過経路は、所望である場合は非円形の断面を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来技術の第1の切り替えデバイスを概略的に示す。
【図２】図１の切替えデバイスの既知の改良型を概略的に示す。
【図３】本発明による切替えデバイスの第1の実施形態を概略的に示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態による切り替えデバイスの移動要素に加えられる、横方向の静電力および機械ばね力の発生を概略的に示す。
【図５】図３の切り替えデバイスに類似の４つの切り替えデバイスのアレイを備える、2次元切り替えユニットを概略的に示す。
【図６】本発明による切り替えデバイスの第２の実施形態を概略的に示す。
【図６ａ】図６の実施形態の変形例を概略的に示す。
【図７】本発明による切り替えデバイスの第３の実施形態を概略的に示す。
【図８】本発明による切り替えデバイスの第４の実施形態を概略的に示す。
【図９】櫛形電極構造を備える本発明による切り替えデバイスの第５の実施形態を概略的に示す。
【図１０ａ】本発明による適用可能な種々のシャッタブレード構造を示す。
【図１０ｂ】本発明による適用可能な種々のシャッタブレード構造を示す。
【図１０ｃ】本発明による適用可能な種々のシャッタブレード構造を示す。
【図１０ｄ】本発明による適用可能な種々のシャッタブレード構造を示す。
【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６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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