(57)【要約】【課題】光反射部１と裏面対向電極層２４上の保護層２５との固着を抑えつつ、撓んだ光反射部１を迅速に復元させないことによるスイッチング応答速度の低下をも抑えることができる光変調装置を提供する。【解決手段】光反射部１のおもて面（光入射側面）に空隙Ｇ２を介して対向するおもて面対向電極層３２を設けた。このおもて面対向電極層３２における光反射部１との対向面については、絶縁性の基礎部３１で覆った。そして、裏面対向電極層２４に向けて撓んだ光反射部１をその腰の強さだけによって元の状態に復元させるのではなく、光反射部１とおもて面対向電極３２との電位差によって生ずる静電力で復元を補助するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が導電性の材料で構成され且つ光源からの光をおもて面で反射させる光反射部と、該光反射部の裏面に間隙を介して対向する裏面対向電極と、該光反射部をその一部が宙に浮くように部分的に支持する支持部材とを備え、該光反射部と該裏面対向電極との電位差により、該支持部材に支持される部分を支軸にして該光反射部の宙に浮いた箇所を該裏面対向電極側に撓ませて該光の反射方向を変化させる光変調装置において、
上記光反射部のおもて面に間隙を介して対向するおもて面対向電極を設けたことを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
請求項１の光変調装置において、
上記おもて面対向電極として、透明材料からなるものを用いたことを特徴とする光変調装置。
【請求項３】
請求項１の光変調装置において、
上記おもて面対向電極を、上記光反射部の撓みの最大となる箇所には対向させず、該箇所よりも上記支軸に近づいた支軸近傍領域だけに対向させたことを特徴とする光変調装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の光変調装置において、
上記おもて面対向電極における上記光反射部との対向面に絶縁体を設けるとともに、該おもて面対向電極と該絶縁体との組合せを、該光反射部よりも撓ませ難くしたことを特徴とする光変調装置。
【請求項５】
請求項４の光変調装置において、
上記絶縁体における上記光反射部との対向面に複数の突起を設けたことを特徴とする光変調装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５の光変調装置において、
上記光反射部を上記支持部材に両持ち支持させたことを特徴とする光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報の処理を行う光情報処理装置、画像情報に基づいた光書込を潜像担持体に施して画像を形成する電子写真方式の画像形成装置、画像を投影して表示する画像投影表示装置等に用いられる光変調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光変調装置において、静電気力を利用した光スイッチデバイスによって入射光の反射方向を変化させて光変調を行うものが知られている。この光スイッチデバイスは、少なくとも一部が導電性の材料で構成され且つ入射光を反射させる光反射部と、これの裏面側（非光反射面側）に対向配設された対向電極とに電位差を生じせしめる。そして、この電位差によって生ずる静電気力で光反射部を対向電極側に撓ませることで、入射光の反射方向を変化させる。このようにして入射光の反射方向を変化させる光変調装置としては、片持ち支持した光反射部を自由端側（支持端とは反対側）で撓ませる片持ち支持方式のものが知られている（例えば、特許文献１に記載のもの）。
【０００３】
【特許文献１】
特表平１０−５１０３７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記光反射部については、上記対向電極との電位差をできるだけ小さくして撓ませることが望ましい。しかしながら、ある種の改良に起因して電位差増大化の必要に迫られるといった事態に陥ることも考えられる。
【０００５】
現に、本発明者らは、両持ち支持方式という新規な光変調装置を開発している途中で電位差増大化の必要に迫られた。この光変調装置は、片持ち支持される光反射部の自由端側を撓ませていた従来の片持ち支持方式とは異なり、両持ち支持される光反射部の中央部を撓ませるという新規な構成を備えている。両持ち支持方式では、支持部分を支軸にして光反射部を折り曲げるように撓ませるための力の他に、光反射部を僅かに伸張させるための力も必要になる。このため、片持ち支持方式よりも大きな上記電位差が必要になるのである。なお、たとえ片持ち支持方式であっても、何らかの改良のために光反射部をより厚く形成したり、より剛性の強い材料を光反射部に用いたりすれば、当然ながらその分だけ電位差増大化の必要が出てくる。
【０００６】
本発明者らは、このような電位差増大化が上記光反射部と上記対向電極上の絶縁層との固着を引き起こし易くなることを見出した。具体的には、上記対向電極上には、窒化膜などからなる絶縁膜が積層されている。これは、上記電位差によって対向電極に向けて大きく撓んだ光反射部と、対向電極上との直接接触を回避するためのものである。対向電極に向けて撓んだ光反射部は、この絶縁層に当接することでそれ以上の撓みが阻止される。このとき、光反射部と対向電極との電位差が大きくなるほど、光反射部と絶縁層との密着力が高まって両者の固着が起こり易くなるのである。電位差増大により、絶縁膜たる窒化膜などに電荷が蓄積され易くなったり、絶縁膜の表面の水分が物理的な水架橋を形成し易くなったり、化学的にＯＨ結合が起こり易くしたりすることが、固着を引き起こす原因であると考えられる。
【０００７】
かかる固着を抑える方法として、上記光反射部として、できるだけ低剛性で撓み易いものを用いることで、上述の電位差増大化をできるだけ抑える方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、上記光反射部の腰の弱さに起因して、それを撓ませた状態から元の状態に復元させるのに長時間を要してしまうため、スイッチング応答速度を低下させることになる。
【０００８】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のような光変調装置を提供することである。即ち、光反射部と対向電極上の絶縁体との固着を抑えつつ、光反射部を迅速に復元させてスイッチング応答速度を早めることができる光変調装置である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、少なくとも一部が導電性の材料で構成され且つ光源からの光をおもて面で反射させる光反射部と、該光反射部の裏面に間隙を介して対向する裏面対向電極と、該光反射部をその一部が宙に浮くように部分的に支持する支持部材とを備え、該光反射部と該裏面対向電極との電位差により、該支持部材に支持される部分を支軸にして該光反射部の宙に浮いた箇所を該裏面対向電極側に撓ませて該光の反射方向を変化させる光変調装置において、上記光反射部のおもて面に間隙を介して対向するおもて面対向電極を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の光変調装置において、上記おもて面対向電極として、透明材料からなるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の光変調装置において、上記おもて面対向電極を、上記光反射部の撓みの最大となる箇所には対向させず、該箇所よりも上記支軸に近づいた支軸近傍領域だけに対向させたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の光変調装置において、上記おもて面対向電極における上記光反射部との対向面に絶縁体を設けるとともに、該おもて面対向電極と該絶縁体との組合せを、該光反射部よりも撓ませ難くしたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の光変調装置において、上記絶縁体における上記光反射部との対向面に複数の突起を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の光変調装置において、上記光反射部を上記支持部材に両持ち支持させたことを特徴とするものである。
【００１０】
これらの発明においては、裏面対向電極に向けて撓んだ光反射部をその腰の強さだけによって元の状態に復元させるのではなく、光反射部とおもて面対向電極との電位差によって生ずる静電気力で復元を補助することが可能になる。かかる構成では、光反射部としてできるだけ低剛性のものを用いることで、光反射部を裏面対向電極に向けて撓ませるための両者間の電位差増大化を抑えることが可能になる。そして、電位差増大化を抑えることで、光反射部と裏面対向電極上の絶縁体との固着を抑えることができる。更に、上述のようにして光反射部の復元を補助することで、光反射部を迅速に復元させてスイッチング応答速度を早めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光変調装置は、入射光の反射方向を変えて光変調を行うものである。まず、本発明を適用した光変調装置の実施形態について説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）は、それぞれ本実施形態に係る光変調装置の要部構成を示す断面図、平面図である。また、図１５は、この要部構成を示す斜視図である。なお、図１（ｂ）においては、見易くするために、特定の平面（おもて面対向電極層３２や電極パッド１ｃなど）に対してハッチングを施してある。以降に示す別の平面図においても、同様にして任意の平面に対してハッチングを施したりしたものがある。
【００１２】
光変調装置は、支持部材としての基板２０を有している。この基板２０は、図１５に示すように、互いに平行配設された複数の光反射部１をそれぞれ両持ち支持している。具体的には、基板２０は、Ｖ字状の断面形状になっており、このＶ字の谷の部分で光反射部１の中央付近を宙に浮かせるように、Ｖ字における２つの山の部分で各光反射部１の両端付近を支持している。Ｖ字の谷の部分は逆三角状の空隙Ｇ１になっており、各光反射部１はこの空隙Ｇ１の長手方向に沿って並行配設されている。各光反射部１は、図示しない入射光を正反射するおもて面側（図１５の上側）に形成された金属膜１ａと、裏面側に形成された補強層１ｂとを有している。このように並行配設された複数の光反射部１は、それぞれ後述する理由によって図中下側の空隙Ｇ１に向けて撓む。このとき、２つの基板２０の内縁Ｅがそれぞれ撓みの支軸になる。また、基板２０は、基層２１、熱酸化層２６、裏面対向電極たる裏面対向電極層２４、これを覆う絶縁性の保護層２５などを有している。
【００１３】
上記光反射部１よりも図中上側（おもて面側）には、基礎部３１と、おもて面対向電極たるおもて面対向電極層３２とを有する光入射部３０が、各光反射部にそれぞれ個別に対向するように複数設けられている。基礎部３１は、光反射部１の中央付近に対向する電極補強部３１ａを、その光反射部１の両端部上に積層された台部３１ｂで両側から支える構造となっており、電極補強部３１ａと光反射部１との間に空隙Ｇ２を形成している。基礎部３１の電極補強部３１ａの裏面（光反射部１との対向面）には、下方の間隙Ｇ２に向けて延びる直方体状の複数の突起３１ｃが形成されている。なお、図１（ｂ）における電極パッド１ｃについては後述する。
【００１４】
図２から図１０までは、それぞれ本光変調装置の要部構成の製造工程を説明する説明図である。これらの図に基づいて製造工程を説明する。
［第１工程（図２）］
まず、半導体プロセス用のシリコンウエハ等からなる基層２１に対し、有機フォトレジスト法によってＶ字状の溝をパターン形成する。具体的には、六フッ化イオウガス（ＳＦ６）を用いたリアクティブ・イオン・エッチング（以下、ＲＩＥという）によって基層２１をドライエッチングして、Ｖ字状の溝を形成する。このとき、階調を設けたフォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法を施すことで、フォトマスクの階調に従ったＶ字状の斜面を有機レジストパターンに出現させることができる。ＲＩＥの際に基層温度を−４０［℃］以下の低温にすると、フォトマスクの階調をより忠実に再現した緩やかな斜面を形成することができる。このようにしてＶ字状の溝を形成した後には、基層２１の上に１［μｍ］程度の熱酸化層２６を積層する。これは、後に形成される裏面対向電極層（２３）と、基層２１とを絶縁するためのものである。
【００１５】
［第２工程（図３）］
次に、絶縁性の熱酸化層２６の上に、窒化チタン（ＴｉＮ）などからなる導電層をスパッタ法によって成膜し、得られた導電層に対してフォトリソグラフィー法による有機レジストのパターンニングを施した後、塩素ガス（Ｃｌ２）を用いたＲＩＥによってエッチングして裏面対向電極層２４を得る。裏面対向電極層２４の上には、絶縁性の窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる厚み０．３［μｍ］程度の保護層２５を、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを用いた熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成する。このときも、階調を設けたフォトマスクによるフォトリソグラフィー法を施すことで、保護層２５のＶ字状斜面を形成することができる。ここまでの工程により、基層２１と、熱酸化層２６と、裏面対向電極層２４と、保護層２５とを有する基板２０が形成される。
【００１６】
［第３工程（図４）］
シランガス（ＳｉＨ４）を用いた熱ＣＶＤ法（６３５［℃］の条件）により、保護層２５の上にポリシリコンからなる第１犠牲層２７を成膜する。
［第４工程（図５）］
第１犠牲層２７のうち、基板２０の窪みに入り込んでいない部分を、ケミカル・メカニカル・ポリシング技術（以下、ＣＭＰという）によって研磨する。
［第５工程（図６）］
シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを用いた熱ＣＶＤ法により、窒化シリコン（ＳｉＮＸ）からなる厚み０．０５［μｍ］程度の補強前駆層Ａを成膜する。なお、光反射部１の上記補強層（１ｂ）をＳｉＯ２で構成する場合には、ＳｉＨ４とＮ２Ｏとの混合ガスを用いた熱ＣＶＤ法によって補強前駆層Ａを成膜することができる。
【００１７】
［第６工程（図７）］
アルミニウム等の光反射性を有する金属材料からなる金属電極層をスパッタ法によって補強前駆層Ａの上に成膜する。得られた金属電極層については、フォトリソグラフィー法による有機レジストのパターンニングと、塩素ガス（Ｃｌ２）を用いたＲＩＥによるエッチングとにより、図７（ａ）の奥行き方向に複数に分割する。これにより、鍵盤状に並ぶ複数の金属膜１ａが形成される。上側から眺めると、図７（ｂ）に示すように、各金属膜１ａの間からは、後に各金属膜１ａに合わせて分割される補強前駆層Ａが露出している。
【００１８】
［第７工程（図８）］
シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、厚み０．２［μｍ］程度のアモルファスＳｉからなる第２犠牲層２８を各金属膜１ａの上に形成する。更に、この第２犠牲層２８の表面に、フォトリソグラフィー法によるパターンニングと、ＲＩＥによるエッチングとによって、深さ０．１［μｍ］程度の複数の凹部２８ａを形成する。
【００１９】
［第８工程（図９）］
ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｈｅの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、透明材料であるＳｉＮｘからなる厚さ０．３［μｍ］程度の基礎部３１を、各金属膜１ａやその上の第２犠牲層２８の上に積層する。但し、この段階ではまだ第２犠牲層２８が存在しているので、各基礎部３１の電極補強部（図１（ａ）の３１ａ）は、第２犠牲層２８に支持されている。各基礎部３１の上には、それぞれ、透明材料たる酸化インジウム、酸化スズ、あるいはこれら混合物であるＩＴＯなどからなるおもて面対向電極層３２がスパッタリング法によって０．１［μｍ］程度の厚みで積層される。各おもて面対向電極層３２については、フォトリソグラフィー法によってパターンニングした後、塩化第二鉄水溶液を用いてエッチングしてある。これにより、各金属膜１ａの上に、それぞれ基礎部３１とおもて面対向電極層３２との組合せからなる光入射部３０が形成される。なお、この光入射部３０については、上述のような透明材料から構成しているが、不透明な材料（例えばＡｌ）で構成する場合には、次のようにして形成することができる。即ち、スパッタ法や蒸着法によって成膜したものに対し、フォトリソグラフィー法によるパターンニングと、Ｃｌ２ガス等を用いたＲＩＥ法によるエッチングとを施せばよい。
【００２０】
［第９工程（図１０）］
各金属膜１ａにそれぞれ個別に導通する電極パッドを形成すべく、フォトリソグラフィー法による有機レジストのパターンニングを基板２０上に施す。このとき、同時に補強前駆層Ａを各金属膜１ａに合わせて複数に分割して補強層１ｂにするためのパターンニングも施しておく。そして、ＣＨＦ３を用いたＲＩＥによって補強前駆層Ａや基礎部３１の部分エッチングを行って、それぞれ個別に光入射部３０が積層され且つ電極パッド部１ｃ（金属膜１ａの露出部）が露出した複数の光反射部１を形成する。すると、各光入射部３０の間から第２犠牲層２７が露出する（図１０（ｂ）参照）。また、各光入射部３０の側面では、第２犠牲層２８が露出する（図１０（ａ）参照）。
【００２１】
［第１０工程］
テトリメチル・アンモニウム・ハイドレイド法（ＴＭＡＨ）により、第１犠牲層２７と第２犠牲層２８とを除去する。これにより、先に図１（ａ）や図１（ｂ）に示したように、上述の空隙Ｇ１と空隙Ｇ２とが形成される。そして、光反射部１の補強層１ｂと金属膜１ａとが空隙Ｇ１上に架橋される。また、光入射部３０の電極補強部３１ａとおもて面対向電極層３２とが空隙Ｇ２上に架橋される。
【００２２】
図１１から図１３までは、それぞれ各電極の電位状態と、光反射部１の動向とを示す模式図である。図１１では、光反射部１が裏面対向電極層２４に向けて撓んでいない状態となっている。この状態では、光入射部３０に向けて入射した光Ｌが、透明な基礎部３０を透過した後、金属膜１ａの鏡面上で水平から角度θ１だけ傾いて反射する。基礎部３０のおもて面対向電極層３２、光反射部１の電極である金属膜１ａ、裏面対向電極層２４は、それぞれ電気的にフロートにされるか、あるいはアース接続されて、図示のように０［Ｖ］になっている。なお、光反射部１を静電気力によって撓ませない程度の低い値の電圧を印加しておいてもよい。
【００２３】
光変調装置に対するスイッチング制御が開始されると、図１２に示すように、まず、裏面対向電極層２４に裏面対向バイアスＥ１が印加される。この裏面対向バイアスＥ１は、これだけでは光反射部１を裏面対向電極層２４に向けて撓ませない程度に小さな値となっている。よって、このとき、光反射部１が撓むようなことはない。裏面対向バイアスＥ１が印加されると、次に、複数の光反射部１のうち、駆動対象となるものだけに、裏面対向バイアスＥ１とは逆極性の駆動バイアスＥ２が印加される（スイッチＯＮ）。すると、金属膜１ａが裏面対向電極層２４に向けて静電的に引き寄せられることにより、その光反射部１が裏面対向電極層２４に向けて大きく撓みながら空隙Ｇ１中を移動して、裏面対向電極層２４上の保護層２５に当接する。そして、光入射部３０を透過した光Ｌの金属膜１ａ上における反射角度がθ１からθ２に変化する。本光変調装置は、このようにして光Ｌの反射角度を偏向することができる。
【００２４】
裏面対向電極層２４に向けて大きく撓んだ光反射部１が元の状態に復元される際には、図１３に示すように、光反射部１の金属膜１ａに上記裏面対向バイアスＥ１と同極性の駆動停止バイアスＥ３が印加される（スイッチＯＦＦ）。また、同時に、基礎部３０のおもて面対向電極層３２にこの駆動停止バイアスＥ３とは逆極性の復元補助バイアスＥ４が印加される。すると、光反射部１は裏面対向電極層２３に向けて引き寄せられる静電気力から開放されて自らの腰の強さによって復元するだけでなく、金属膜１ａとおもて面対向電極層３２との電位差で生ずる静電気力によって復元が補助される。この結果、光反射部１が基礎部３０に向けて速やかに復元する。復元後は、先に図１１に示したように、おもて面対向電極層３２、金属膜１ａ、裏面対向電極層２３にそれぞれ０［Ｖ］が印加される。なお、スイッチＯＮやスイッチＯＦＦ時における各電極の電位状態は、図１１から図１３を用いて説明したものに限られない。
【００２５】
一般に、光変調装置において、高速なスイッチングを実現するためには光反射部１として剛性の高い（腰の強い）ものを用い、静電気力によって撓ませた光反射部１をその腰の強さによって迅速に復元させる必要がある。但し、このようにして高速なスイッチングを実現すると、腰の強い光反射部１を撓ませるべく、上記金属膜１ａと裏面対向電極２４との間に相当の静電気力を発揮させる必要がある。そして、金属膜１ａを絶縁体である保護層２５に強く密着させて、両者の固着を引き起こし易くなる。そこで、本光変調装置においては、裏面対向電極層２４に向けて撓んだ光反射部１をその腰の強さだけによって復元させるのではなく、光反射部１とおもて面対向電極層３２との電位差によって生ずる静電気力で復元を補助しているのである。かかる構成では、光反射部１としてできるだけ低剛性のものを用いることで、光反射部１を裏面対向電極層２４に向けて撓ませるための金属膜１ａと裏面対向電極層２４との電位差増大化を抑えることが可能になる。そして、電位差増大化を抑えることで、光反射部１と裏面対向電極層２４上の保護層２５との固着を抑えることができる。更に、おもて面対向電極層３２と光反射部１の金属膜１ａとの間に生ずる静電気力によって光反射部１の復元を補助することで、光反射部１を迅速に復元させてスイッチング応答速度を早めることができる。
【００２６】
裏面対向電極２４上に積層する保護層２５における光反射部１との対向面については、図１に示したように、撓んでいない状態の光反射部１とは平行にしないで、ある程度の傾斜を設けることが望ましい。こうすることで、撓みによって保護層２５に当接した光反射部１の光反射面（金属膜１ａのおもて面）を保護層２５おもて面に沿わせて、光Ｌの偏向方向を厳密に設定することが可能になるからである。
【００２７】
上述のように、本光変調装置においては、おもて面対向電極層３２として、酸化インジウムや酸化スズなどの透明材料からなるものを用いている。かかる構成では、光反射部１の光反射面に対して光入射側からおもて面対向電極層３２を対向させていても、入射してくる光を透明なおもて面対向電極層３２に透過させて、光反射面で反射させることができる。また、本光変調装置においては、基礎部３１を設け、これのおもて面におもて面対向電極層３２を被覆している。かかる構成では、基礎部３１の電極補強部３１ａによっておもて面対向電極層３２を補強しながら、おもて面対向電極層３２と光反射部１との間に空隙２を確保することができる。また、基礎部３１についても、透明材料からなるものを用いている。このことにより、おもて面対向電極層３２をその裏側から補強する基礎部３１を、光反射部１の光反射面に対して光入射側から対向させていても、入射してくる光を透明な基礎部３１に透過させて、光反射面で反射させることができる。かかる基礎部３１については、透明材料として、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を含有するものを用いることが望ましい。これらの透明材料は、機械的強度に比較的優れているため、おもて面対向電極層３２を良好に補強することができるからである。
【００２８】
先に示した図１に示したように、本光変調装置においては、空隙Ｇ２を介した光反射部１と光入射部３０との距離を、空隙Ｇ１を介した光反射部１と基板２０との距離よりも短くしている。かかる構成では、前者の距離を後者の距離よりも長くする場合に比べて、より小さな静電気力（おもて面対向電極層３２と金属膜１ａとの電位差）で、光反射部１の復元を補助することができる。
【００２９】
基礎部３１は、おもて面対向電極３２における光反射部１との対向面に設けられ、且つ絶縁材料から構成されている。かかる構成では、絶縁材料からなる電極補強部３１ａにより、復元した光反射部１の金属膜１ａと、おもて面対向電極３２との接触によるショートを回避することができる。
【００３０】
おもて面対向電極３２と基礎部３１とからなる光入射部３０については、光反射部１よりも撓ませ難くしている。具体的には、おもて面対向電極層３２と基礎部３１の電極補強部３１ａとの組合せによる剛性を、光反射部１の剛性よりも高くすることで、光入射部３０を光反射部１よりも撓ませ難くしている。かかる構成では、おもて面対向電極３２と金属膜１ａとの電位差によって光反射部１の復元を補助する際に、その電位差で生ずる静電気力の影響による光入射部３０の撓みを低減して、その撓みによる光反射部１の復元位置の変動を抑えることができる。
【００３１】
既に述べたように、上記第２部３１ａにおける光反射部１との対向面には、複数の突起３１ｃを設けている。かかる構成では、絶縁体たる基礎部３１と、光反射部１との固着を抑えることができる。具体的には、本光変調装置では、上述のように光反射部１の復元を補助すべく、おもて面対向電極層３２と金属膜１ａとの間に電位差を発生させて、撓んでいる光反射部１に対して光入射部３０に向かう静電気力を付与している。そうすると、その静電気力によって光反射部１を光入射部３０の絶縁体たる基礎部３１に強く押し付けて両者を固着させ易くなってしまう。そこで、本光変調装置では、基礎部３１の光反射部１との対向面に複数の突起３１ｃを形成して、基礎部３１と、復元した光反射部１との密着性（接触面積）を低下させている。そして、このことにより、両者の固着を抑えているのである。
【００３２】
ところで、従来の光変調装置は、支持部材で片持ち支持した光反射部１を撓ませたり復元させたりすることで、光を偏向させるものであった。このような片持ち支持方式の光変調装置では、対向電極（本例では裏面対向電極層２４）に向けて撓んでいた光反射部の自由端側が元の位置に戻って直ちに停止するのではなく、残留応力によって今度は逆方向に撓んでしまう。そして、撓みの方向を何度も反転させるように微妙に自由振動しながら、徐々に元の位置に落ち着いていく。よって、光反射部の撓み回復性（安定性）が悪く、迅速な応答が困難であった。一方、本実施形態に係る光変調装置においては、既に述べたように、光反射部１を支持部材たる基板２０で両持ち支持している。かかる両持ち支持方式では、光反射部１をその両端で拘束することで、上記残留応力によって逆方向に撓もうとする光反射部１に対して、引っ張りによって撓ませ難くする力を作用させる。これにより、光反射部１の自由振動をいち早く沈静化させて、迅速な応答を実現することができる。更には、光反射部１を両端で拘束することで、片持ち支持方式よりも、腰の強さによる復元力を強くすることができる。このことにより、より一層迅速に応答させることができる。
【００３３】
本実施形態では、各光反射部１にそれぞれ個別に対応する複数のおもて面対向電極層３２を設けた例について説明したが、おもて面対向電極層３２を次のように設けたもよい。即ち、裏面対向電極層２４と同様に、複数の光反射部１に対して１つのおもて面対向電極３２を対向させ、これを複数の光反射部１に対する共通電極として用いるのである。かかる構成では、おもて面対向電極に接続するスイッチング回路が１つで済むので、バイアス電源回路のコストを低減することができる。
【００３４】
図１２を用いて、金属膜１ａの電位（Ｅ２［−Ｖ］）を、おもて面対向電極３２の電位（０Ｖ）よりも高く（裏面対向電極２４の電位とは逆極性側に高く）して光反射部１を撓ませる例について説明したが、次のようにしてもよい。即ち、両者の電位を同じにして光反射部１を裏面対向電極２４に向けて撓ませるのである。このようにした場合には、光入射部３０と光反射部１との間に静電気力を働かせずに光反射部１を撓ませることができるので、その静電気力による光入射部３０の撓みを回避することができる。
【００３５】
また、図１３を用いて、金属膜１ａの電位（Ｅ３［Ｖ］）を、裏面対向電極層２４の電位（Ｅ１［Ｖ］）よりも高くして光反射部１を復元させる例について説明したが、次のようにしてもよい。即ち、両者の電位を同じにして光反射部１を復元させるのである。このようにした場合には、光反射部１と裏面対向電極層２４との間に静電気力を働かせずに、光反射部１を復元させることができる。
【００３６】
以下、各実施例の光変調装置について説明する。
［実施例１］
先に示した図１における各部材の寸法条件を次のように設定した光変調装置を試作した。
・光反射部１における両側固定端間の距離（架橋距離）：７０［μｍ］
・各光反射部材１における幅（図中奥行き方向の寸法）：１５［μｍ］
・空隙Ｇの最大深さ：３［μｍ］
・補強層１ｂ（ＳｉＮｘ製）の厚さ：０．０４［μｍ］
・金属膜１ａの厚さ：０．０４［μｍ］
・光反射部１の厚さ：０．０８［μｍ］
・電極補強部３１ａの厚さ：０．３［μｍ］
・突起１ｃの高さ：０．１［μｍ］
・おもて面対向電極３２（ＩＴＯ製）の厚さ：０．１［μｍ］
・光入射部３０の（宙に浮く箇所の）厚さ：０．４［μｍ］
【００３７】
光反射部１の厚さ０．０８［μｍ］に対し、光入射部３０の宙に浮く箇所の厚さは０．４［μｍ］と、大幅に厚くなっている（５倍）。このような厚みの違いなどにより、光入射部３０が光反射部１よりも撓み難くなっている。なお、参考までに、光入射部３０と光反射部１とがそれぞれ単層且つ同一の材料から構成されていると仮定した場合、剛性は厚さの３倍に比例するので、光入射部３０の剛性は光反射部１の１２５倍になる。
【００３８】
以上の条件において、光反射部１をそのほぼ全面が基板２０の保護層２５に当接するように撓ませるのに必要な電位差（金属膜１ａと裏面対向電極層２４との電位差）は３０［Ｖ］であった。また、光センサを用いて、光偏向に基づく光反射部１の復元時間を測定したところ、０．３［μｓｅｃ］であった。光スイッチングデバイアスとしては十分に小さな値である。光反射部１を１００ｋＨｚの周期でＯＮ／ＯＦＦ（撓みと復元との繰り返し）させて観察してみたが、６×１０１１回の動作でも光反射部１と保護層２５との固着は認められなかった。また、光反射部１と基礎部３１との固着も認められなかった。なお、金属膜１ａとおもて面対向電極層３２との電位差による復元補助を行わない場合、１×１０１０回の動作で固着を発生させる場合があった。
【００３９】
［実施例２］
先に示した図１における各部材の寸法条件を次のように設定した光変調装置を試作した。
・光反射部１における両側固定端間の距離（架橋距離）：７０［μｍ］
・各光反射部材１における幅（図中奥行き方向の寸法）：１５［μｍ］
・空隙Ｇの最大深さ：３［μｍ］
・補強層１ｂ（ＳｉＯ２製）の厚さ：０．０５［μｍ］
・金属膜１ａの厚さ：０．０４［μｍ］
・光反射部１の厚さ：０．０８［μｍ］
・電極補強部３１ａの厚さ：０．３［μｍ］
・突起１ｃの高さ：０．１［μｍ］
・おもて面対向電極３２（酸化スズ製）の厚さ：０．１［μｍ］
・光入射部３０の（宙に浮く箇所の）厚さ：０．４［μｍ］
【００４０】
以上の条件において、光反射部１をそのほぼ全面が基板２０の保護層２５に当接するように撓ませるのに必要な電位差（金属膜１ａと裏面対向電極層２４との電位差）は２０［Ｖ］であった。また、光センサを用いて、光偏向に基づく光反射部１の復元時間を測定したところ、実施例１と同様に０．３［μｓｅｃ］であった。光反射部１を１００ｋＨｚの周期でＯＮ／ＯＦＦ（撓みと復元との繰り返し）させて観察してみたが、６×１０１１回の動作でも光反射部１と保護層２５との固着は認められなかった。また、光反射部１と基礎部３１との固着も認められなかった。なお、金属膜１ａとおもて面対向電極層３２との電位差による復元補助を行わない場合、１×１０１０回の動作で固着を発生させる場合があった。
【００４１】
［実施例３］
図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、それぞれ本実施例３に係る光変調装置の要部構成を示す断面図、平面図である。この光変調装置では、おもて面対向電極層３２の構成が図１に示した光変調装置のものと異なっている。具体的には、おもて面対向電極層３２は、光反射部１の撓みの最大となる中央部に対向しないように、光反射部１の撓みの支軸となる支軸近傍領域である両固定端だけに対向するように、２つに分割されている。これらは、それぞれ固定端から中央部に向けて１５［μｍ］の長さになっている。光反射部１において、その宙に浮く箇所の長さは７０［μｍ］となっているので、おもて面対向電極層３２に対向しない中央部領域Ｒ１の長さは４０［μｍ］である。入射光は、その中央部領域Ｒ１から基礎部３０に向けて入射した後、金属膜１ａで反射して、中央部領域Ｒ１から装置外に出るようになっている。かかる構成では、おもて面対向電極層３２として、透明材料からなるものを用いなくても、入射光を光反射部１で反射させることができる。そこで、本光変調装置においては、おもて面対向電極層３２を、鉄、銅、アルミなどの非透明材料で構成している。
【００４２】
光偏向に基づく光反射部１の復元時間を測定したところ、０．５［μｓｅｃ］であった。光反射部１を１００ｋＨｚの周期でＯＮ／ＯＦＦ（撓みと復元との繰り返し）させて観察してみたが、６×１０１１回の動作でも光反射部１と保護層２５との固着は認められなかった。また、光反射部１と基礎部３１との固着も認められなかった。
【００４３】
これまで、実施形態や各実施例において、両持ち支持方式の光変調装置について説明してきたが、片持ち支持方式の光変調装置についても本発明の適用が可能である。片持ち支持方式では、図１におけるＶ字断面形状の左半分又は右半分だけを構成を採用すればよい。
【００４４】
以上、実施形態、実施例１、又は実施例２の光変調装置においては、おもて面対向電極層２４として、透明材料からなるものを用いている。このことにより、光反射部１の光反射面に対して光入射側からおもて面対向電極層３２を対向させていても、入射してくる光を透明なおもて面対向電極層３２に透過させて、光反射面で反射させることができる。
【００４５】
また、実施例３の光変調装置においては、おもて面対向電極３２を、光反射部１の撓みの最大となる中央部には対向させず、中央部よもその撓みの支軸に近づいた支軸近傍領域だけに対向させている。かかる構成では、おもて面対向電極層３２として、透明材料からなるものを用いなくても、入射光を光反射部１で反射させることができる。
【００４６】
また、実施形態、実施例１又は実施例２の光変調装置においては、おもて面対向電極層３２における光反射部１との対向面に絶縁体たる電極補強部３１ａを設けるとともに、これらの組合せを、光反射部１よりも撓ませ難くしている。かかる構成では、絶縁材料からなる電極補強部３１ａにより、復元した光反射部１の金属膜１ａと、おもて面対向電極３２との接触によるショートを回避することができる。更には、おもて面対向電極３２と金属膜１ａとの電位差によって光反射部１の復元を補助する際に、その電位差で生ずる静電気力の影響による光入射部３０の撓みを低減して、その撓みによる光反射部１の復元位置の変動を抑えることもできる。
【００４７】
また、実施形態、実施例１又は実施例２の光変調装置においては、絶縁体たる電極補強部３１ａにおける光反射部１との対向面に複数の突起３１ｃを設けている。かかる構成では、電極補強部３１ａと、復元した光反射部１との密着性（接触面積）を低下させて両者の固着を抑えることができる。
【００４８】
また、実施形態や各実施例の光変調装置においては、光反射部１を支持部材たる基板２０に両持ち支持させている。かかる構成では、片持ち支持方式のものに比べて、光反射部１の自由振動をいち早く沈静化させて、迅速な応答を実現することができる。更には、光反射部１の腰の強さによる復元力をより強くして、一層迅速に応答させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１乃至６の発明によれば、光反射部と裏面対向電極上の絶縁体との固着を抑えつつ、光反射部を迅速に復元させてスイッチング応答速度を早めることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は実施形態に係る光変調装置の要部構成を示す断面図。
（ｂ）は、同要部構成の平面図。
【図２】同要部構成の第１製造工程を示す断面図。
【図３】同要部構成の第２製造工程を示す断面図。
【図４】同要部構成の第３製造工程を示す断面図。
【図５】同要部構成の第４製造工程を示す断面図。
【図６】同要部構成の第５製造工程を示す断面図。
【図７】（ａ）は同要部構成の第６製造工程を示す断面図。
（ｂ）は同第６製造工程を示す平面図。
【図８】（ａ）は同要部構成の第７製造工程を示す断面図。
（ｂ）は同第７製造工程を示す平面図。
【図９】（ａ）は同要部構成の第８製造工程を示す断面図。
（ｂ）は同第８製造工程を示す平面図。
【図１０】（ａ）は同要部構成の第９製造工程を示す断面図。
（ｂ）は同第９製造工程を示す平面図。
【図１１】同要部構成におけるスイッチＯＮ前の各電極の電位状態を示す模式図。
【図１２】同要部構成におけるスイッチＯＮ時の各電極の電位状態を示す模式図。
【図１３】同要部構成におけるスイッチＯＦＦ直後の各電極の電位状態を示す模式図。
【図１４】（ａ）は実施例３に係る光変調装置の要部構成を示す断面図。
（ｂ）は、同要部構成の平面図。
【図１５】実施形態に係る光変調装置の要部構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１                光反射部
１ａ              金属膜
１ｂ              補強層
２０                基板（支持部材）
２４                裏面対向電極層
３１                基礎部（絶縁体）
３１ａ              電極補強（絶縁体）
３１ｃ              突起
３２                おもて面対向電極層
【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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