(57)【要約】【課題】  所望の姿勢に対する可動部の姿勢のずれを低減する。【解決手段】  可動板１２は、薄膜で構成され、対称面Ｐに対して実質的に対称的な構造を有する。可動板１２は、脚部１２ａ，１２ｂで基板に固定され、脚部１２ａ，１２ｂ付近の接続部１２ｄを固定端とする片持ち梁構造を持つ。可動板１２の２本の梁部は板ばね部１２ｃを含む。基板上には、固定電極４１ｄ、固定電極配線パターン４１ｂ、ローレンツ力用配線パターン４２ａ及び可動電極用配線パターン４２ｂが形成される。配線パターン４２ａ，４２ｂが、板ばね部１２ｃとの対向領域において対称面Ｐに対して実質的に対称的に形成される。【選択図】  図１１
2005312220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板により支持されて前記基板に対して移動し得る可動部とを備え、
前記可動部は薄膜で構成され、
前記可動部は、前記基板の面に対して垂直な所定面に対して実質的に対称的に設けられた１つ以上の弾性部を含み、
膜パターンが、前記１つ以上の弾性部との対向領域において前記所定面に対して実質的に対称的に、前記基板上に形成されたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記可動部は、前記基板に対して固定端が固定された片持ち梁構造を持つことを特徴とする請求項１記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動部は、前記可動部の前記固定端と自由端との間に、互いに機械的に並列接続され前記所定面に対して対称的に配置された第１及び第２の梁部を有し、
前記第１の梁部は前記１つ以上の弾性部のうちの１つを含み、
前記第２の梁部は前記１つ以上の弾性部のうちの他の１つを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記膜パターンの少なくとも一部が配線パターンの少なくとも一部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
前記可動部が配線パターンを有し、
前記基板上に配線パターンが形成され、
前記可動部の前記配線パターンの少なくとも一部とこれに対向する前記基板上の前記配線パターンの少なくとも一部との間に、静電シールド層が形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項６】
基板と、該基板により支持されて前記基板に対して移動し得る可動部とを備え、
前記可動部が配線パターンを有し、
前記基板上に配線パターンが形成され、
前記可動部の前記配線パターンの少なくとも一部とこれに対向する前記基板上の前記配線パターンの少なくとも一部との間に、静電シールド層が形成されたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロアクチュエータと、前記可動部に設けられた光学素子とを備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロアクチュエータを複数備え、該複数のマイクロアクチュエータの前記可動部が同一基板上に２次元状に配置されたことを特徴とするマイクロアクチュエータアレー。
【請求項９】
請求項８記載のマイクロアクチュエータアレーと、前記複数のマイクロアクチュエータの前記可動部にそれぞれ設けられた光学素子とを備えたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロアクチュエータ、マイクロアクチュエータアレー及び光学装置に関するものである。この光学装置は、例えば、光通信装置や光伝送装置等で用いることができるものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術の進展に伴い、種々の分野においてマイクロアクチュエータの重要性が高まっている。マイクロアクチュエータが用いられている分野の一例として、例えば、光通信などに利用され光路を切り替える光スイッチを挙げることができる。このような光スイッチの例として、下記の特許文献１，２に開示された光スイッチを挙げることができる。
【０００３】
マイクロアクチュエータは、基板と、該基板により支持されて前記基板に対して移動し得る可動部とを備え、可動部が薄膜で構成されている。可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ（例えば、特許文献１の図２６、図３６〜図４０）や、可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ（例えば、特許文献２の図１０、図１１）が知られている。これらのマイクロアクチュエータでは、可動部は、弾性部（例えば、片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータでは梁部を構成する板ばね部、両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータではフレクチュア部）を有し、該弾性部の変形に従って基板に対して移動し得るようになっている。そして、これらのマイクロアクチュエータでは、可動部が所望の姿勢となるように、前記弾性部は、前記基板の面に対して垂直な所定面に対して対称的に設けられている。
【０００４】
特許文献１，２に開示された各光スイッチでは、それぞれミラーの支持構造は異なるものの、いずれの光スイッチにおいても、可動部におけるミラー支持基板板となる部分にその面と垂直にミラーが搭載されている。そして、これらの光スイッチでは、ミラーがマイクロアクチュエータにより駆動されて上下方向に移動し、ミラーが入射光路に進出した時に光がそのミラーで反射される一方、ミラーが入射光路から退出した時に光が直進することにより、出射光路が切り替えられる。また、これらの光スイッチでは、可動部に駆動力等を与えるために供給する電気信号を導く配線パターンが、可動部に設けられるとともに基板上に形成されている。
【０００５】
また、特許文献１には、同一基板上に前記可動部を複数２次元状に配置したマイクロアクチュエータアレーと、各可動部にそれぞれ搭載されたミラーとを備えた光スイッチも、開示されている。
【特許文献１】国際公開第０３／０６０５９２号パンフレット
【特許文献２】特開２００１−４２２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の各光スイッチでは、前記可動部が前記所定面内にある可動部の軸線とほぼ同じ位置の回りにねじれたりすることによって、前記可動部の姿勢が所望の姿勢からずれてしまい、その結果、可動部に搭載したミラーの角度（ミラーの姿勢）が所望の角度からずれてしまう場合があった。この場合、ミラーが光路に進出して光を反射する際に、その反射方向が所望の方向からずれてしまい、ミラーが完全に垂直であることを前提として配置された反射光を導く光ファイバ等との光結合度が低下し、光量のロスが増大してしまう。
【０００７】
以上の説明では、光スイッチに用いられるマイクロアクチュエータを例に挙げて説明したが、他の光学装置やその他の装置に用いられるマイクロアクチュエータの場合にも、マイクロアクチュエータの可動部の姿勢が所望の姿勢からずれることに伴い、種々の不都合が生ずる場合がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、所望の姿勢に対する可動部の姿勢のずれを低減することができるマイクロアクチュエータ及びマイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いた光学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】
【０００９】
本発明者の研究の結果、前述したようなマイクロアクチュエータにおいて、前記可動部の姿勢が所望の姿勢からずれる理由の１つが、基板上に形成された配線パターンによる形状転写の影響であることが判明した。
【００１０】
すなわち、マイクロアクチュエータの製造時には、当該配線パターン上に犠牲層を形成し、更にその上に可動部を構成する膜を成膜し、最終的に前記犠牲層を除去する。可動部の弾性部との対向領域において基板上に配線パターンが形成されていると、当該配線パターンの厚みにより当該配線パターンの縁がなす段差形状がほぼ同じ形状で可動部の弾性部に転写される。今、可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータにおいて、可動部が２本の梁部を持つ場合（例えば、特許文献１の図２６、図３６〜図４０）を、例に挙げて説明する。可動部の２本の梁部の弾性部の各対向領域について、一方の対向領域では基板上に配線パターンが形成されておりかつ他方の対向領域において配線パターンが形成されない場合や、両方の対向領域においてそれぞれ基板上に配線パターンが形成されても配線パターンが対称的に形成されない場合、一方の弾性部では前記段差形状が転写されるが他方の弾性部では前記段差形状が転写されず、弾性部の形状が異なったり、両方の弾性部で転写される段差形状の位置等が異なったりする。その結果、可動部の２箇所の弾性部の弾性係数が互いに異なってしまうため、可動部の姿勢が所望の姿勢からずれてしまう。なお、特に、同一基板上に前記可動部を複数２次元状に配置したマイクロアクチュエータアレーにおいて、小型化を図るべく可動部の配置密度を高めようとすると、配線パターンを這わせる領域が限定されることから、可動部の弾性部との対向領域に配線パターンを形成せざるを得なくなってくることが多い。
【００１１】
また、本発明者の研究の結果、前述したようなマイクロアクチュエータにおいて、可動部に設けられた配線パターンとこれに対向する基板上の配線パターンとの間に意図しない静電力が作用することによっても、前記可動部の姿勢が所望の姿勢からずれる場合があることが判明した。すなわち、可動部に設けられた配線パターン及びこれに対向する基板上の配線パターンに異なる電位が印加されると、両者の間に静電力が生じてしまう。各配線パターンの配置によっては、この静電力によって可動部にねじれ等が生じてしまい、可動部の姿勢が所望の姿勢からずれてしまうのである。
【００１２】
本発明はこのような本発明者による原因究明の結果に基づいてなされたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるマイクロアクチュエータは、基板と、該基板により支持されて前記基板に対して移動し得る可動部とを備え、前記可動部は薄膜で構成され、前記可動部は、前記基板の面に対して垂直な所定面に対して実質的に対称的に設けられた１つ以上の弾性部を含み、膜パターンが、前記１つ以上の弾性部との対向領域において前記所定面に対して実質的に対称的に、前記基板上に形成されたものである。
【００１３】
本発明の第２の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１の態様において、前記基板に対して固定端が固定された片持ち梁構造を持つものである。
【００１４】
本発明の第３の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１又は第２の態様において、前記可動部は、前記可動部の前記固定端と自由端との間に、互いに機械的に並列接続され前記所定面に対して対称的に配置された第１及び第２の梁部を有し、前記第１の梁部は前記１つ以上の弾性部のうちの１つを含み、前記第２の梁部は前記１つ以上の弾性部のうちの他の１つを含むものである。
【００１５】
本発明の第４の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記膜パターンの少なくとも一部が配線パターンの少なくとも一部であるものである。
【００１６】
本発明の第５の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記可動部が配線パターンを有し、前記基板上に配線パターンが形成され、前記可動部の前記配線パターンの少なくとも一部とこれに対向する前記基板上の前記配線パターンの少なくとも一部との間に、静電シールド層が形成されたものである。
【００１７】
本発明の第６の態様によるマイクロアクチュエータは、基板と、該基板により支持されて前記基板に対して移動し得る可動部とを備え、前記可動部が配線パターンを有し、前記基板上に配線パターンが形成され、前記可動部の前記配線パターンの少なくとも一部とこれに対向する前記基板上の前記配線パターンの少なくとも一部との間に、静電シールド層が形成されたものである。
【００１８】
本発明の第７の態様による光学装置は、前記第１乃至第６のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータと、前記可動部に設けられた光学素子とを備えたものである。
【００１９】
本発明の第８の態様による光学装置は、前記第１乃至第６のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータを複数備え、該複数のマイクロアクチュエータの前記可動部が同一基板上に２次元状に配置されたものである。
【００２０】
本発明の第９の態様による光学装置は、前記第８の態様によるマイクロアクチュエータアレーと、前記複数のマイクロアクチュエータの前記可動部にそれぞれ設けられた光学素子とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、所望の姿勢に対する可動部の姿勢のずれを低減することができるマイクロアクチュエータ及びマイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いた光学装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明によるマイクロアクチュエータ、マイクロアクチュエータアレー及び光学装置について、図面を参照して説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態による光学装置としての光スイッチアレー１を備えた光学システム（本実施の形態では、光スイッチシステム）の一例を模式的に示す概略構成図である。説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。光スイッチアレー１の基板１１の面がＸＹ平面と平行となっている。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。また、Ｘ軸方向の並びを列、Ｙ軸方向の並びを行という。
【００２５】
この光スイッチシステムは、図１に示すように、光スイッチアレー１と、ｍ本の光入力用光ファイバ２と、ｍ本の光出力用光ファイバ３と、ｎ本の光出力用光ファイバ４と、光スイッチアレー１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石５と、光路切替状態指令信号に応答して、当該光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号を光スイッチアレー１に供給する制御部としての外部制御回路６と、を備えている。図１に示す例では、ｍ＝３、ｎ＝３となっているが、ｍ及びｎはそれぞれ任意の数でよい。
【００２６】
本実施の形態では、磁石５は、図１に示すように、Ｘ軸方向の−側がＮ極に＋側がＳ極に着磁された板状の永久磁石であり、光スイッチアレー１の下側に配置され、光スイッチアレー１に対して磁力線５ａで示す磁界を発生している。すなわち、磁石５は、光スイッチアレー１に対して、Ｘ軸方向に沿ってその＋側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石５に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
【００２７】
光スイッチアレー１は、図１に示すように、基板１１と、基板１１上に配置されたｍ×ｎ個のミラー３１とを備えている。ｍ本の光入力用光ファイバ２は、基板１１に対するＹ軸方向の一方の側からＹ軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ本の光出力用光ファイバ３は、ｍ本の光入力用光ファイバ２とそれぞれ対向するように基板１１に対する他方の側に配置され、光スイッチアレー１のいずれのミラー３１によっても反射されずにＹ軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｎ本の光出力用光ファイバ４は、光スイッチアレー１のいずれかのミラー３１により反射されてＸ軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ×ｎ個のミラー３１は、ｍ本の光入力用光ファイバ２の出射光路と光出力用光ファイバ４の入射光路との交差点に対してそれぞれ、後述するマイクロアクチュエータにより進出及び退出可能にＺ軸方向に移動し得るように、２次元マトリクス状に基板１１上に配置されている。なお、本例では、ミラー３１の向きは、その法線がＸＹ平面と平行な面内においてＸ軸と４５゜をなすように設定されている。もっとも、その角度は適宜変更することも可能であり、ミラー３１の角度を変更する場合には、その角度に応じて光出力用光ファイバ４の向きを設定すればよい。この光スイッチシステムの光路切替原理自体は、従来の２次元光スイッチの光路切替原理と同様である。
【００２８】
図２は、図１中の光スイッチアレー１を模式的に示す概略平面図である。光スイッチアレー１は、基板１１（図２では図示せず）と、該基板１１上に２次元状に配置されたｍ×ｎ個の可動板１２と、各可動板１２に搭載されたミラー３１とを備えている。図１及び図２並びに後述する図では、説明を簡単にするため、９個の光スイッチを３行３列に配置しているが、光スイッチの数は何ら限定されるものではない。光スイッチアレー１のうちのミラー３１以外の部分が、マイクロアクチュエータアレーを構成している。なお、図２において、後述する板ばね部１２ｃには、ハッチングを付している。
【００２９】
次に、図１中の光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチの構造について、図３乃至図７を参照して説明する。
【００３０】
図３は、図１中の光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。図４は、図３中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。ただし、図４は可動板１２の断面のみを示している。図５は、図３中の可動板１２を上から見たときのＡｌ膜２２のパターン形状を示す図である。理解を容易にするため、図５において、Ａｌ膜２２の形成位置をハッチングで示している。図６及び図７はそれぞれ、図３及び図５中のＢ−Ｂ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。ただし、図６及び図７には、−Ｙ軸方向に見たミラー３１も併せて示している。図６はミラー３１が上側に保持されて光路に進出した状態、図７はミラー３１が下側に保持されて光路から退出した状態を示している。なお、図６及び図７では、図面表記の便宜上、後述する凸部２４の図示を省略してそれによる段差がないものとして示し、また、可動板１２には後述する配線パターン４２ａ及び固定電極４１ａによる形状転写に従った段差もないものであるとして示している。また、図６及び図７では、この光スイッチが２行２列に配置されたものとして、後述する配線パターン４２ａを表している。
【００３１】
光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチは、図２及び図３に示すように、シリコン基板やガラス基板等の基板１１上に設けられ基板１１と共に１つのマイクロアクチュエータを構成する可動部としての１つの可動板１２と、可動板１２に搭載された被駆動体である光学素子としてのミラー３１とを有している。
【００３２】
可動板１２は、薄膜で構成され、図３乃至図７に示すように、可動板１２の平面形状の全体に渡る下側の窒化ケイ素膜（ＳｉＮ膜）２１及び上側のＳｉＮ膜２３と、これらの膜２１，２３の間において部分的に形成された中間のＡｌ膜２２とから構成されている。すなわち、可動板１２は、下から順にＳｉＮ膜２１，２３を積層した２層膜からなる部分と、下から順にＳｉＮ膜２１、Ａｌ膜２２及びＳｉＮ膜２３を積層した３層膜からなる部分とを、併有している。Ａｌ膜２２のパターン形状は図５に示す通りであるが、これについては後述する。可動板１２は、ＳｉＮ膜２１，２３とＡｌ膜２２との熱膨張係数の差によって生じる内部応力、並びに、成膜時に生じた内部応力により、図６に示すように基板１１に対して上向き（＋Ｚ方向）に湾曲するように、予め定められた膜厚及び成膜条件によって形成されている。
【００３３】
可動板１２は、図３に示すように、ＸＺ平面と平行な平面Ｐ（以下、「対称面Ｐ」という。）に対して、実質的に対称的な構造を有している。可動板１２は、図３に示すように、ミラー３１を搭載するための搭載部（すなわち、ミラー３１用の支持基体）としての長方形状のミラー搭載板１２ａと、ミラー搭載板１２ａの端部に接続された２本の帯状の支持板１２ｂとを含む。本実施の形態では、これらの２本の支持板１２ｂが、互いに機械的に並列接続された２本の梁部となっている。支持板１２ｂは、それぞれの端部に脚部１２ｅ及び脚部１２ｆを有している。脚部１２ｅ及び１２ｆはいずれも基板１１に固定されており、可動板１２は、各支持板１２ｂにおける脚部１２ｅ及び１２ｆ付近の接続部１２ｄを固定端として、図６に示すように、ミラー搭載板１２ａ側が持ち上がるようになっている。このように、本実施の形態では、可動板１２は、接続部１２ｄを固定端とする片持ち梁構造を持つ可動部となっている。本実施の形態では、基板１１及びこれに積層された後述する絶縁膜１３，１４，１５等が、固定部を構成している。なお、厳密に言えば、支持板１２ｂにおける接続部１２ｄは、後述する凸部２４により平面性が維持されるので、固定部を構成している。
【００３４】
可動板１２には、図３に示すように、可動板１２のミラー３１を搭載している部分を含む領域を取り囲むように、凸部２４が設けられている。凸部２４は、図４に示すように、可動板１２を構成する複層膜を凸型にすることにより形成されている。このように凸部２４を設けることにより、段差が生じるため、可動板１２のうち、凸部２４で囲まれた領域及び凸部２４が設けられた領域（すなわち、可動板１２における板ばね部１２ｃ以外の領域（接続部１２ｄを含む））は、内部応力による湾曲が抑制され、平面性を維持することができる。このため、可動板１２は、図６のように内部応力による湾曲によりミラー３１を上側の位置に持ち上げた状態であっても、ミラー３１を搭載している部分は平面であるため、搭載されているミラー３１の形状を一定に保つことができる。
【００３５】
このように、可動板１２は、凸部２４で囲まれた領域及び凸部２４が設けられた領域は湾曲が抑制されるが、支持板１２ｃの中間領域には、凸部２４が設けられていない。これにより、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃの中間領域が弾性部としての板ばね部１２ｃとなり、板ばね部１２ｃの湾曲によって、可動板１２は、脚部１２ｅ，１２ｆ付近の接続部１２ｄを固定端として、図６のように、ミラー搭載板１２ａ側が持ち上がるようになっている。２本の支持板１２ｂにおける板ばね部１２ｃは、基板１１に対して垂直な対称面Ｐに対して対称的に設けられている。なお、本発明では、２本の支持板１２ｂに代えて、例えば、幅広に構成した１本の支持板１２ｂ、又は３本以上の支持板を、対称面Ｐに対して対称的に設けてもよい。１本の支持板１２ｂを対称面Ｐに対して対称的に設ける場合には、その支持板１２ｂを、その幅方向の中心線が対称面Ｐに含まれるように配置すればよい。
【００３６】
ここで、可動板１２のＡｌ膜２２の形状について、図５を参照して説明する。本実施の形態では、駆動力としてローレンツ力と静電力の両方を用いて可動板１２を駆動するために、図５に示すような形状に、Ａｌ膜２２をパターニングしている。
【００３７】
Ａｌ膜２２のうちパターン２２ａは、２つの脚部１２ｆのうちの一方から、可動板１２の外周の縁に沿って延びて可動板１２の先端まで到達した後、可動板１２の反対側の縁に沿って他方の脚部１２ｆに達するパターンである。このパターン２２ａは、ローレンツ力により可動板１２を駆動する際に、ローレンツ力を生じさせるための電流を流す配線として用いられる。パターン２２ａは、図６及び図７に示すように、＋Ｙ側の脚部１２ｆにおいて基板１１上の絶縁膜１５のスルーホール及びＳｉＮ膜２１のコンタクトホールを介してＡｌ膜からなるローレンツ力用配線パターン４２ａに接続されるとともに、−Ｙ側の脚部１２ｆにおいて同様に別のローレンツ力用配線パターン（図６及び図７では図示せず、後述する図１０及び図１１参照。）と接続され、脚部１２ｆを介してローレンツ力用配線パターンからローレンツ力用駆動信号としての電流が供給される。パターン２２ａのうち、可動板１２の先端の一辺１２ｇに沿ってＹ軸方向に延びた直線状の配線パターンが、磁界内に配置されて通電により駆動力としてのローレンツ力を生じる電流路（ローレンツ力用電流路）を構成している。パターン２２ａの他の部分は、直線状の配線パターンに電流を供給するためのローレンツ力用電流路の配線パターンとなっている。図１に示す磁石５によって、ローレンツ力用電流路がＸ軸方向の磁界内に置かれている。したがって、パターン２２ａに電流を供給すると、ローレンツ力用電流路に、その電流の向きに応じて、＋Ｚ方向又は−Ｚ方向のローレンツ力が生ずる。
【００３８】
なお、図６及び図７に示すように、基板１１上には、基板１１側から順にシリコン酸化膜等の絶縁膜１３，１４，１５が積層され、ローレンツ力用配線パターン４２ａは、絶縁膜１４，１５間に形成されている。
【００３９】
また、Ａｌ膜２２のうちパターン２２ｂは、２つの脚部１２ｅのそれぞれから、可動板１２の内側の縁に沿って可動板１２の先端側（＋Ｘ側）まで延び、先端側に配置された長方形状のパターン２２ｄに接続されている。パターン２２ｄは、駆動力としての静電力を発生するための可動電極である。以下、パターン２２ｄを可動電極２２ｄと呼ぶ場合がある。パターン２２ｄもＡｌ膜２２のうちのパターンである。パターン２２ｂは、可動電極２２ｄの配線パターンである。パターン２２ｂは、脚部１２ｅにおいて、絶縁膜１５のスルーホール及びＳｉＮ膜２１のコンタクトホールを介して可動電極用配線パターン４２ｂ（図６及び図７では図示せず、後述する図１０及び図１１参照。）に接続され、Ａｌ膜からなる固定電極４１ａとの間に電圧（静電力用電圧、静電力用駆動信号）が印加される。固定電極４１ａは、基板１１上の絶縁膜１３，１４間に形成され、可動電極２２ｄと対向する位置に配置されている。可動電極２２ｄと固定電極３５との間に電圧が印加されると、両者の間に駆動力としての静電力が生じ、この静電力により可動板１２は基板１１に引き寄せられる。
【００４０】
本実施の形態では、可動電極２２ｄと固定電極４１ａとの間の静電力用電圧及び前記ローレンツ力用電流路に流す電流を制御することで、ミラー３１が上側（基板１１と反対側）に保持された状態（図６）及びミラー３１が下側（基板１１側）に保持された状態（図７）にすることができる。本実施の形態では、後述するように、外部制御回路６ａによってこのような制御が行われるようになっている。図６及び図７において、Ｋは、ミラー３１の進出位置に対する入射光の光路の断面を示している。
【００４１】
図６に示すように、駆動力としての前記静電力及び駆動力としての前記ローレンツ力が印加されていない状態では、板ばね部１２ｃの膜の応力（バネ力）によって＋Ｚ方向に湾曲した状態に復帰し、ミラー３１が上側に保持される。これにより、ミラー３１が光路Ｋに進出して、当該光路Ｋに入射した光を反射させる。この状態から、光路に入射した光をミラー３１で反射させずにそのまま通過させる状態（図７）に切り替える場合には、例えば、まず、駆動力としての前記ローレンツ力を印加して、板ばね部１２ｃの膜の応力（バネ力）に抗してミラー３１を下方へ移動させ、ミラー３１が基板１１側に保持された後、駆動力としての前記静電力を印加してその保持を維持し、前記ローレンツ力の印加を停止させればよい。
【００４２】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、駆動力としての静電力を発生させる可動電極２２ｄ及び固定電極４１ａ、及び、駆動力としてのローレンツ力を発生させる前記ローレンツ力用電流路が、信号に応じて、可動板１２の板ばね部１２ｃのバネ力に抗してミラー３１の移動及び位置の保持を行う駆動力を可動板１２に付与し得る駆動力付与手段を、構成している。
【００４３】
もっとも、本発明では、この駆動力付与手段は、例えば、可動電極２２ｄ及び固定電極４１ａと前記ローレンツ力用電流路のうちの一方のみで構成してもよい。駆動力付与手段を可動電極２２ｄ及び固定電極４１ａのみで構成する場合には、例えば、パターン２２ａを除去するかあるいは途中で断線させておけばよい。駆動力付与手段を前記ローレンツ力用電流路のみで構成する場合には、例えば、パターン２２ｂを除去するかあるいは途中で断線させるか、あるいは、可動電極２２ｄを除去すればよい。
【００４４】
本実施の形態では、ミラー３１は、前記特許文献２に開示されているミラーと同様に、Ａｕ、Ｎｉ又はその他の金属で構成され、可動板１２のミラー搭載板１２ａの上面に直立して、単に固定されている。このミラー３１は、例えば、前記特許文献２に開示されているように、ミラー３１に対応する凹所をレジストに形成した後、電解メッキによりミラー３１となるべきＡｕ、Ｎｉその他の金属を成長させ、その後に前記レジストを除去することで、形成することができる。ミラー３１をその支持基体となるミラー搭載板１２ａにより支持する支持構造は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献１に開示された支持構造を採用してもよい。その場合、これらの支持構造及びミラー３１は、特許文献１に開示されている製造方法と同様の製造方法により製造することができる。
【００４５】
図８は、本実施の形態による光スイッチアレー１を示す電気回路図である。図３乃至図７に示す単一の光スイッチは、電気回路的には、１個のコンデンサ（固定電極４１ａと可動電極２２ｄとがなすコンデンサに相当）と、１個のコイル（前記ローレンツ力用電流路（パターン２２ａのうち、可動板１２の先端の一辺１２ｇに沿ってＹ軸方向に延びた直線部分））に相当）と見なせる。図８では、ｍ行ｎ列の光スイッチのコンデンサ及びコイルをそれぞれＣｍｎ及びＬｍｎと表記している。例えば、図２中の左上の（１行１列の）光スイッチのコンデンサ及びコイルをそれぞれＣ１１，Ｌ１１と表記している。本実施の形態では、各コンデンサの図８中の左側電極が固定電極４１ａ、図８中の右側電極が可動電極２２ｄとなっている。図８では、説明を簡単にするため、既に説明したように、９個の光スイッチを３行３列に配置している。もっとも、光スイッチの数は何ら限定されるものではなく、例えば１００行１００列の光スイッチを有する場合も、原理は同一である。また、光スイッチの数が同じであっても、行数と列数を同数にする必要はないし、マトリクス配置にする必要もない。例えば、光スイッチの数が９個の場合、１行９列の配置でもよいし、光スイッチの数が１６個の場合、４行４列、１行１６列及び２行８列のいずれの配置でもよい。
【００４６】
本実施の形態では、先の説明からわかるように、光スイッチアレー１の全体において、可動板１２に設けられた前記ローレンツ力用配線パターン２２ａ、前記可動電極２２ｄ及び前記可動電極用配線パターン２２ｂが、図９に示すように配置されることになる。そして、本実施の形態では、光スイッチアレー１において、図１０及び図１１に示すように、ローレンツ力用配線パターン４２ａ、可動電極用配線パターン４２ｂ、固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂが基板１１上に配置されることによって、図８に示す電気的な接続が実現されている。なお、可動板１２の配線パターンと基板１１上の配線パターンとは、両者が重なっている脚部１２ｅ，１２ｆで接続されている。
【００４７】
図９は、光スイッチアレー１の全体における可動板１２上のローレンツ力用配線パターン２２ａ、可動電極２２ｄ及び可動電極用配線パターン２２ｂの配置を示す概略平面図である。図１０は、光スイッチアレー１の全体における基板１１上のローレンツ力用配線パターン４２ａ、可動電極用配線パターン４２ｂ、固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂの配置を示す概略平面図である。図１１は、図１０中の一部（図１０の２行２列目の可動板１２との対向領域付近における基板１１上のローレンツ力用配線パターン４２ａ、可動電極用配線パターン４２ｂ、固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂ）を拡大した概略拡大平面図である。図１０及び図１１には、可動板１２（板ばね部１２ｃ及び接続部１２ｄを含む）の外形及び脚部１２ｅ，１２ｆを、それぞれ破線で併せて示している。固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂは、基板１１上の絶縁膜１３，１４（図６及び図７参照）間に形成されている。ローレンツ力用配線パターン４２ａ及び可動電極用配線パターン４２ｂは、基板１１上の絶縁膜１４，１５（図６及び図７参照）間に形成されている。
【００４８】
本実施の形態による光スイッチアレー１には、図８に示すように、複数の端子ＣＤ１〜ＣＤ３からなる第１の端子群、複数の端子ＣＵ１〜ＣＵ３からなる第２の端子群、複数の端子Ｌ０〜Ｌ３からなる第３の端子群が設けられている。これらの端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３，Ｌ０〜Ｌ３は、図１中の外部制御回路６に接続するための外部接続用の端子である。図面には示していないが、端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３，Ｌ０〜Ｌ３は、例えば、対応する配線パターンの一部を電極パッドとすることにより構成することができる。
【００４９】
また、図８では、第１の端子群の端子ＣＤ１〜ＣＤ３の数が光スイッチの行数と同じく３個とされ、第２の端子群の端子ＣＵ１〜ＣＵ３の数が光スイッチの列数と同じく３個とされている。
【００５０】
本実施の形態では、１行目のコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３の固定電極４１ａは、第１の端子群の端子ＣＤ１に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。２行目のコンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の固定電極４１ａは、第１の端子群の端子ＣＤ２に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。３行目のコンデンサＣ３１，Ｃ３２，Ｃ３３の固定電極４１ａは、第１の端子群の端子ＣＤ３に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。このように、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータの固定電極４１ａが電気的に共通して接続されている。これらの電気的な接続は、図１０及び図１１に示すように、固定電極用配線パターン４１ｂによって実現されている。
【００５１】
また、１列目のコンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１の可動電極２２ｄは、第２の端子群の端子ＣＵ１に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。２列目のコンデンサＣ１２，Ｃ２２，Ｃ３２の可動電極２２ｄは、第２の端子群の端子ＣＵ２に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。３列目のコンデンサＣ１３，Ｃ２３，Ｃ３３の可動電極２２ｄは、第２の端子群の端子ＣＵ３に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。このように、各列毎に、当該列のマイクロアクチュエータの可動板１２の可動電極２２ｄが電気的に共通して接続されている。これらの電気的な接続は、図９、図１０及び図１１に示すように、可動電極２２ｄ、可動電極用配線パターン２２ｂ，４２ｂによって実現されている。
【００５２】
また、図８では、１列目のコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１が直列に接続され、その一端が端子Ｌ１に他端が端子Ｌ０にそれぞれ接続されている。２列目のコイルＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２が直列に接続され、その一端が端子Ｌ２に他端が端子Ｌ０にそれぞれ接続されている。３列目のコイルＬ１３，Ｌ２３，Ｌ３３が直列に接続され、その一端が端子Ｌ３に他端が端子Ｌ０にそれぞれ接続されている。
【００５３】
１列目のコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１は、端子Ｌ１，Ｌ０間に電流を流したときにこれらのコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１に発生するローレンツ力の向きが同一になるように、電流の向きをそろえて接続されている。この点は、２列目のコイルＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２及び３列目のコイルＬ１３，Ｌ２３，Ｌ３３についても、同様である。本実施の形態では、電流を端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から端子Ｌ０に向かう方向に流したときに（この方向の電流を正の電流とする。）、マイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路にローレンツ力が下向きに働くように設定されている。
【００５４】
このように、図８に示す例では、各列毎に、当該列のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路が、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続されている。これらの電気的な接続は、図９、図１０及び図１１に示すように、ローレンツ力用配線パターン２２ａ，４２ａによって実現されている。
【００５５】
なお、本実施の形態による光スイッチアレー１には、図８に示すように、アドレス回路や列選択スイッチや行選択スイッチ等は搭載されていない。
【００５６】
本実施の形態では、図１中の外部制御回路６は、前記端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３，Ｌ０〜Ｌ３に接続され、端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３の電位をそれぞれ独立して制御するとともに、端子Ｌ１〜Ｌ３に流れる電流をそれぞれ独立して制御することで、前記光スイッチアレー１の各光スイッチの光路切換状態を制御する。外部制御回路６は、光路切替状態指令信号に応答して当該光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号を、各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に与える電位及び端子Ｌ１〜Ｌ３に流す電流として供給し、その光路切換状態を実現する。なお、外部制御回路６の具体的な回路構成自体は、以下に説明する動作例から明らかである。
【００５７】
図１３は、外部制御回路６が各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に与える電位、及び、各端子Ｌ１〜Ｌ３を経由して各コイルに流す電流のタイミングチャートの一例を示すものである。図１３に示す例では、外部制御回路６は、第１の端子群の端子ＣＤ１〜ＣＤ３には２つの電位Ｖｈ，Ｖｍ１のいずれかの電位を与え、第２の端子群の端子ＣＵ１〜ＣＵ３には２つの電位Ｖｍ２，ＶＬのいずれかの電位を与える。ここで、電位Ｖｈ，Ｖｍ１，Ｖｍ２，ＶＬは、Ｖｈ＞Ｖｍ１≧Ｖｍ２＞ＶＬの関係を満たしている。各端子Ｌ１〜Ｌ３には、Ｉ１（下向きのローレンツ力が生ずる方向の電流），−Ｉ２（上向きのローレンツ力が生ずる方向の電流）のいずれかの電流が流されるか、あるいは、電流が流されない（電流ゼロ）。
【００５８】
図１３に示す例では、時刻ｔ１以前は、各端子ＣＤ１〜ＣＤ３の電位がＶｈとされ、各端子ＣＵ１〜ＣＵ３の電位がＶＬとされ、端子Ｌ１〜Ｌ３には電流が流れておらず、９個の全てのアクチュエータがラッチ解除状態（可動板１２が図６に示すように上側位置に位置する状態）になっているものとする。
【００５９】
時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に、端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に電流Ｉ１が流され、９個の全てのアクチュエータの可動板１２が下方向（基板１１側、すなわち、固定電極４１ａと可動電極２２ｄの間隔が狭くなる方向）に動かされる。これにより、全てのアクチュエータの固定電極４１ａと可動電極２２ｄの間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、全てのアクチュエータの可動板１２が図７に示すように下側位置にラッチ（保持）される。
【００６０】
時刻ｔ３から時刻ｔ４の間では、端子ＣＤ１の電位がＶｈからＶｍ１に下げられ、端子ＣＵ１の電位がＶＬからＶｍ２に上昇され、さらに、端子Ｌ１に電流−Ｉ２が流される。これにより、図８中のコンデンサＣ１１の電極間電圧はＶｈ−ＶＬからＶｍ１−Ｖｍ２に低下する。コンデンサＣ１１の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサＣ１１の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−Ｉ２によるローレンツ力は、固定電極４１ａと可動電極２２ｄを引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサＣ１１の固定電極４１ａと可動電極２２ｄが引き離される。
【００６１】
また、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、コンデンサＣ１２，Ｃ１３の両電極間電圧はＶｍ１−ＶＬとなる。端子Ｌ２，Ｌ３には電流は流さないので、コンデンサＣ１２，１３に相当するマイクロアクチュエータのコイルＬ１２，Ｌ１３には、ローレンツ力が発生しない。よって、電圧差Ｖｍ１−ＶＬによって発生する静電力がバネ力よりも大きくなるように設定すれば、コンデンサＣ１２，Ｃ１３に相当するマイクロアクチュエータのラッチは維持される。
【００６２】
さらに、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、コンデンサＣ２１、Ｃ３１の両電極間電圧はＶｈ−Ｖｍ２となる。端子Ｌ１には電流−Ｉ２が流れているので、コンデンサＣ２１、Ｃ３１に相当するマイクロアクチュエータのコイルＬ２１，Ｌ３１には、上向きのローレンツ力が発生する。よって、電圧Ｖｈ−Ｖｍ２によって発生する静電力がこのローレンツ力とバネ力の和よりも大きくなるように設定すれば、コンデンサＣ２１，Ｃ３１に相当するマイクロアクチュエータのラッチは維持される。
【００６３】
よって、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、コンデンサＣ１１に相当するマイクロアクチュエータのみがラッチが解除される。
【００６４】
時刻ｔ３から時刻ｔ４の間と同様に、時刻ｔ５からｔ６の間にコンデンサＣ２２に相当するマイクロアクチュエータのみがラッチが解除され、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間にＣ３３の固定電極４１ａと可動電極２２ｄのみがラッチが解除される。
【００６５】
ここまでで、コンデンサＣ１１，Ｃ２２，Ｃ３３に相当するマイクロアクチュエータのラッチを解除し、その他のマイクロアクチュエータのラッチを維持しているという当該光スイッチの初期のミラー配置が終了した。
【００６６】
さらに、この初期配置から一部のミラー配置を変更する手順を説明する。
【００６７】
時刻ｔ９から時刻ｔ１０の間に、端子Ｌ１に電流Ｉ１が流され、コンデンサＣ１１に相当するマイクロアクチュエータの可動板１２が下方向（基板１２１側、すなわち、固定電極４１ａと可動電極の間隔が狭くなる方向）に動かされる。これにより、コンデンサＣ１１に相当するアクチュエータの固定電極４１ａと可動電極２２ｄの間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、コンデンサＣ１１に相当するアクチュエータの可動板１２が下側位置にラッチされる。
【００６８】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間に、端子Ｌ２に電流Ｉ１が流され、コンデンサ２２に相当するアクチュエータの可動板１２が下方向（基板１２１側、すなわち、固定電極４１ａと可動電極２２ｄの間隔が狭くなる方向）に動かされる。これにより、コンデンサＣ２２に相当するアクチュエータの固定電極４１ａと可動電極２２ｄの間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、コンデンサＣ２２に相当するアクチュエータの可動板１２が下側位置にラッチされる。
【００６９】
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間では、端子ＣＤ２の電圧がＶｈからＶｍ１に下げられ、端子ＣＵ１の電位がＶＬからＶｍ２に上昇され、さらに、端子Ｌ１に電流−Ｉ２が流される。これにより、図８中のコンデンサＣ２１の電極間電圧はＶｈ−ＶＬからＶｍ１−Ｖｍ２に低下する。コンデンサ２１の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサＣ２１の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−Ｉ２によるローレンツ力は、固定電極と可動電極を引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサＣ２１の固定電極と可動電極が引き離される。このとき、その他のコンデンサに相当するマイクロアクチュエータは、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間と同様に、ラッチが維持される。
【００７０】
時刻ｔ１５から時刻ｔ１６の間では、端子ＣＤ１の電圧がＶｈからＶｍ１に下げられ、端子ＣＵ２の電位がＶＬからＶｍ２に上昇され、さらに、端子Ｌ２に電流−Ｉ２が流される。これにより、図８中のコンデンサＣ１２の電極間電圧はＶｈ−ＶＬからＶｍ１−Ｖｍ２に低下する。コンデンサ１２の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサＣ１２の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−Ｉ２によるローレンツ力は、固定電極４１ａと可動電極２２ｄを引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサＣ１２の固定電極４１ａと可動電極２２ｄが引き離される。このとき、その他のコンデンサに相当するマイクロアクチュエータは、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間と同様に、ラッチが維持される。
【００７１】
以上で、コンデンサＣ２１，Ｃ１２，Ｃ３３に相当するマイクロアクチュエータのラッチを解除し、その他のマイクロアクチュエータのラッチを維持しているという当該光スイッチのミラー配置の変更が終了した。
【００７２】
以上の動作説明から、所望の光路切換状態を適切に実現することができることがわかる。なお、前述した各電圧値及び電流値は、前述した動作を実現することができるように、適宜定めればよい。
【００７３】
図１３に示す例では、外部制御回路６が、各期間においてコンデンサの電極間電圧として直流電圧が印加されるように、固定電極及び可動電極の電位を制御しているが、代わりに、図１４に示すように、各期間においてコンデンサの電極間電圧としてパルスによる交流電圧が印加されるように、固定電極及び可動電極の電位を制御してもよい。図１４は、外部制御回路６が各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に与える電位、及び、各端子Ｌ１〜Ｌ３を経由して各コイルに流す電流のタイミングチャートの他の例を示すものであり、図１３に対応している。
【００７４】
図１４において、各時刻の各マイクロアクチュエータの可動電極２２ｄの動きは、図１３の場合と同じである。図１４に示す例では、固定電極に印加する電位（端子ＣＤ１，ＣＤ２，ＣＤ３に印加する電位）は、それぞれ位相が同じでデューティーが５０％のパルス波形であり、グランドレベルを中心に正負方向に振幅Ｖｈ’もしくはＶｍで対称に振れている。また、可動電極に印加する電位（端子ＣＵ１，ＣＵ２，ＣＵ３に印加する電位）は、それぞれ位相が同じだが端子ＣＤ１，ＣＤ２，ＣＤ３に印加する電位とは逆位相のパルスで、デューティーは５０％でありグランドレベルを中心に正負方向に振幅Ｖｈ’もしくはＶｍで対称に振れている。コンデンサの電極間電圧は、可動電極の電位及び固定電極の電位が共に振幅Ｖｈ’の場合は２×Ｖｈ’、一方が振幅Ｖｈ’で他方が振幅Ｖｍの場合はＶｍ＋Ｖｈ’、共に振幅Ｖｍの場合は２×Ｖｍとなる。図１４に示す例においても、各振幅値等を適宜設定することで、図１３に示すように電位を供給する場合と同じ動作を実現することができる。なお、各期間において各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に、時間的にパルス状に変化する電位に代えて時間的に正弦波状に変化する電位を与えてもよい。
【００７５】
ところで、図１０及び図１１に示す基板１１側に形成された固定電極用配線パターン４１ｂ、ローレンツ力用配線パターン４２ａ及び可動電極用配線パターン４２ｂのうち、図１５中に実線で示す部分と一致するパターンは、図８に示す電気的な接続を実現する上で必要のないダミー配線パターンとなっている。本実施の形態の特徴は、これらのダミー配線パターンを含む点にある。
【００７６】
比較例として、図１０及び図１１に示す固定電極用配線パターン４１ｂ、ローレンツ力用配線パターン４２ａ及び可動電極用配線パターン４２ｂから、ダミー配線パターン（図１５中に実線で示す部分）を取り除いたものを、図１６及び図１７に示す。従来技術のように電気的な接続の観点のみに立って図８に示す電気的な接続を実現しようとすると、本実施の形態で採用されている図１０及び図１１に示す配線パターンに代えて、前記ダミー配線パターンを除去した図１６及び図１７に示す配線パターンが採用されることになる。
【００７７】
図１６は、比較例による光スイッチアレーの全体における基板１１上のローレンツ力用配線パターン４２ａ、可動電極用配線パターン４２ｂ、固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂの配置を示す概略平面図であり、図１０に対応している。図１７は、図１６中の一部（図１６の２行２列目の可動板１２との対向領域付近における基板１１上のローレンツ力用配線パターン４２ａ、可動電極用配線パターン４２ｂ、固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂ）を拡大した概略拡大平面図であり、図１１に対応している。この比較例による光スイッチアレーが本実施の形態による光スイッチアレー１と異なる所は、前記ダミー配線パターンを含まない点と、それによる後述の形状転写の影響のみである。
【００７８】
本実施の形態では、図１０及び図１１に示すように、前記ダミー配線パターンを含むことによって、可動板１２における接続部１２ｄを除く領域（板ばね部１２ｃの領域を含む）との対向領域において、可動板１２毎に、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂが当該可動板１２に関する基板１１とは垂直な対称面Ｐに対して対称的に形成されている。これに対して、前記比較例では、図１６及び図１７に示すように、前記ダミー配線パターンを含まないことによって、可動板１２との対向領域において、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂが対称面Ｐに対して非対称となっている。
【００７９】
このような配線パターンの対称性・非対称性の影響について、図１２及び図１８を参照して本実施の形態及び前記比較例による光スイッチアレーの製造方法を説明しつつ、言及する。
【００８０】
図１２は、本実施の形態による光スイッチアレー１の製造工程の途中の状態を模式的に示す概略断面図であり、図１１中のＣ−Ｃ’線に沿った断面を展開して示す図である。図１８は、前記比較例による光スイッチアレーの製造工程の途中の状態（図１２に示す状態に対応する状態）を模式的に示す概略断面図であり、図１７中のＤ−Ｄ’線に沿った断面を展開して示す図であり、図１２に対応している。
【００８１】
本実施の形態による光スイッチアレー１は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。その具体例を図１２を参照して簡単に説明する。
【００８２】
まず、基板１１上に絶縁膜１３を成膜する。次いで、絶縁膜１３上にＡｌ膜を成膜し、フォトリソエッチング法等によって、このＡｌ膜を図１０及び図１１に示す固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂの形状にパターニングする。次に、この状態の基板上に絶縁膜１４を成膜し、フォトリソエッチング法等によりこの絶縁膜１４に脚部１２ｅ，１２ｄのためのスルーホール等を形成する。その後、この状態の基板上にＡｌ膜を成膜し、フォトリソエッチング法等によって、このＡｌ膜を図１０及び図１１に示すローレンツ力用配線パターン４２ａ及び可動電極用配線パターン４２ｂの形状にパターニングする。
【００８３】
次に、この状態の基板上に絶縁膜１５を成膜し、この絶縁膜１５に脚部１２ｅ，１２ｄのためのスルーホール等を形成する。次いで、この状態の基板上に犠牲層としてのレジスト１００を形成し、このレジスト１００に脚部１２ｅ，１２ｄのための開口を形成する。更に、このレジスト１００上に、凸部２４を形成するための犠牲層としてレジスト１０１を島状に形成する。その後、ＳｉＮ膜２１を形成し、フォトリソエッチング法等によって、ＳｉＮ膜２１を可動板１２の形状にパターニングするとともにＳｉＮ膜２１に脚部１２ｅ，１２ｄにおけるコンタクトホールを形成する。図１２は、この状態を示している。
【００８４】
次に、この状態の基板上にＡｌ膜を成膜し、フォトリソエッチング法等によりこのＡｌ膜を図９に示すローレンツ力用配線パターン２２ａ、可動電極用配線パターン２２ｂ及び可動電極２２ｄの形状にパターニングする。次いで、ＳｉＮ膜２３を成膜し、これをフォトリソエッチング法等により可動板１２の形状にパターニングする。
【００８５】
その後、例えば、前記特許文献１に開示されている製造方法と同様に、この状態の基板上にミラー形成用のレジストを塗布し、ミラー３１に対応する凹所をこのレジストに形成した後、電解メッキによりミラー３１となるべきＡｕ、Ｎｉその他の金属を成長させる。最後に、アッシング法等により、レジスト１００，１０１及び前記ミラー形成用レジストを除去する。これより、本実施の形態による光スイッチアレー１が完成する。
【００８６】
前記比較例による光スイッチアレーも本実施の形態による光スイッチアレー１と同様に製造することができる。ただし、比較例の場合、絶縁膜１３上に成膜したＡｌ膜を図１６及び図１７に示す固定電極４１ａ及び可動電極用配線パターン４１ｂの形状にパターニングし、絶縁膜１４上に成膜したＡｌ膜を図１６及び図１７に示すローレンツ力用配線パターン４２ａ及び固定電極用配線パターン４２ｂの形状にパターニングする。
【００８７】
図１２及び図１８に示すように、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂの厚さ（例えば、少なくともおよそ５００ｎｍ）により当該配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂの縁がなす段差形状がほぼ同じ形状で順次それらの上に積層された各層に転写される。したがって、可動板１２との対向領域に存在する配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂの段差形状がほぼ同じ形状で可動板１２（図１２及び図１８では、可動板１２のＳｉＮ膜２１のみが示されている。）に転写される。
【００８８】
本実施の形態では、前述したように、前記ダミー配線パターンを含むことによって、可動板１２における接続部１２ｄを除く領域（板ばね部１２ｃの領域を含む）との対向領域において、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂが当該可動板１２の対称面Ｐと交差する線に対して対称的に形成されている（図１０及び図１１参照）。
【００８９】
本実施の形態では、このように、１つの可動板１２の２つの板ばね部１２ｃとの対向領域において配線パターン４２ａ，４２ｂが対称面Ｐに対して対称的に形成されていることから、２つの板ばね部１２ｃには、対称面Ｐに対して対称的な段差形状が現れる。例えば、図１２に示すように、箇所Ｍ１（一方の板ばね部１２ｃの箇所）のＳｉＮ膜２１及び箇所Ｍ１’（他方の板ばね部１２ｃの箇所）のＳｉＮ膜２１には、対称的な段差形状が現れている。よって、１つの可動板１２の２つの板ばね部１２ｃの弾性定数が同一となる。その結果、本実施の形態によれば、可動板１２のＸ軸回りのねじれを低減することができ、可動板１２の姿勢を対称面Ｐに対して対称的な姿勢（本実施の形態における所望の姿勢）を精度良く保つことが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、ミラー３１が光路に進出して光を反射する際に、ミラー３１の角度を精度良く所望の角度にすることができ、反射光量のロスを低減することができる。
【００９０】
また、本実施の形態では、可動板１２のミラー搭載板１２ａとの対向領域等においても、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂが対称面Ｐに対して対称的に形成されているので、ミラー搭載板１２ａ等にも対称面Ｐに対して対称的な段差形状が現れる。例えば、図１２に示すように、箇所Ｍ２，Ｍ３（ミラー搭載板１２ａの一方側の箇所）のＳｉＮ膜２１及び箇所Ｍ２’，Ｍ３’（ミラー搭載板１２ａの他方側の箇所）のＳｉＮ膜２１には、対称的な段差形状が現れている。可動板１２のミラー搭載板１２ａ等が完全な剛体であれば、ミラー搭載板１２ａに非対称な段差形状が現れても、可動板１２のＸ軸回りのねじれが生ずることはない。しかしながら、凸部２４により補強されているとは言え、ミラー搭載板１２ａも薄膜で構成されているのでわずかながらバネ性を持つことから、ミラー搭載板１２ａに非対称な段差形状が現れるとわずかながら可動板１２のミラー搭載板１２ａがＸ軸回りにねじれる可能性がある。本実施の形態によれば、そのような可能性がなくなり、より好ましい。
【００９１】
これに対し、前記比較例では、前述したように、前記ダミー配線パターンを含まないことによって、可動板１２との対向領域において、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂが対称面Ｐに対して非対称になっている（図１６及び図１７参照）。
【００９２】
したがって、前記比較例では、例えば、図１８に示すように、箇所Ｍ１（一方の板ばね部１２ｃの箇所）のＳｉＮ膜２１には、段差形状が全く現れていないのに対し、箇所Ｍ１’（他方の板ばね部１２ｃの箇所）のＳｉＮ膜２１には、段差形状が現れている。よって、１つの可動板１２の２つの板ばね部１２ｃの弾性定数が異なってしまい、可動板１２のＸ軸回りのねじれが大きくなり、可動板１２の姿勢を対称面Ｐに対して対称的な姿勢を精度良く保つことができない。したがって、前記比較例によれば、ミラー３１が光路に進出して光を反射する際に、ミラー３１の角度を精度良く所望の角度にすることができず、反射光量のロスが大きくなる。
【００９３】
また、前記比較例では、例えば、図１８に示すように、箇所Ｍ２，Ｍ３’（ミラー搭載板１２ａの一方側の箇所）のＳｉＮ膜２１には、段差形状が全く現れていないのに対し、箇所Ｍ２’，Ｍ３（ミラー搭載板１２ａの他方側の箇所）のＳｉＮ膜２１には、段差形状が現れている。よって、可動板１２のミラー搭載板１２ａ等が完全な剛体でないことによっても、可動板１２のミラー搭載板１２ａのねじれがわずかながら生ずる。
【００９４】
ところで、前記比較例のように、可動板１２との対向領域において配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂが対称面Ｐに対して対称的に形成されていなくても、図１８中のレジスト１００を形成した後に、このレジスト１００をＣＭＰ工程等の平坦化工程により平坦化すれば、可動板１２のＸ軸回りのねじれを低減することができる。しかしながら、ＣＭＰ工程等の平坦化工程によりレジスト１００を平坦化しても、完全な平坦化は実際上困難であるため、やはり２つの板ばね部１２ｃとの対向領域において非対称な段差形状が現れてしまい、本実施の形態ほど可動板１２のＸ軸回りのねじれを低減することはできない。しかも、ＣＭＰ工程等の平坦化工程を行うとすれば、その分工程数が増えてコストアップを免れない。
【００９５】
［第２の実施の形態］
【００９６】
図１９は、本発明の第２の実施の形態による光スイッチアレーの全体における基板１１上のローレンツ力用配線パターン４２ａ、可動電極用配線パターン４２ｂ、固定電極４１ａ及び固定電極用配線パターン４１ｂの配置を示す概略平面図であり、図１０に対応している。
【００９７】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂのうちのダミー配線パターンのみである。すなわち、前記第１の実施の形態では、図１５中に実線で示すダミー配線パターンの代わりに、図１９に示すようなダミー配線パターン（図１９に示されかつ図１６に示されていない配線パターン４２ａ’，４２ｂ’）が採用されている点のみである。本実施の形態で採用されているダミー配線パターン４２ａ’，４２ｂ’は、各可動板１２について、当該可動板１２の２つの板ばね部１２ｃとの対向領域において対称面Ｐに対して対称的に配線パターン４２ａ，４２ｂが形成されるように、板ばね部１２ｃとの対向領域付近のみに形成したものである。
【００９８】
本実施の形態によれば、可動板１２のミラー搭載板１２ａとの対向領域等において配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４２ａ’，４２ｂ’が対称面Ｐに対して対称的に形成されていないので、前記第１の実施の形態と比較するとミラー搭載板１２ａのＸ軸回りのねじれの低減効果は若干劣るものの、前記第１の実施の形態と同様に２つの板ばね部１２ｃとの対向領域において対称面Ｐに対して対称的に配線パターン４２ａ，４２ｂ，４２ａ’，４２ｂ’が形成されているので、かなりのねじれ低減効果を得ることができる。
【００９９】
［第３の実施の形態］
【０１００】
図２０は、本発明の第３の実施の形態による光スイッチアレーの製造工程の途中の状態を模式的に示す概略断面図であり、図１２に対応している。
【０１０１】
図２１は、本実施の形態による光スイッチアレーで用いられている静電シールド層５０を模式的に示す概略平面図である。
【０１０２】
本実施の形態による光スイッチアレーが前記第１の実施の形態による光スイッチアレーと異なる所は、図２０に示すように、配線パターン４１ｂ，４２ａ，４２ｂと可動板１２の配線パターン２２ａ，２２ｂとの間にＡｌ膜等からなる静電シールド５０が位置するように、静電シールド層５０が絶縁膜１５上に形成され、更に静電シールド層５０上にシリコン酸化膜等の絶縁膜５１が形成されている点のみである。
【０１０３】
本実施の形態では、静電シールド層５０は、図２１に示すように、開口５０ａ，５０ｅ，５０ｆの領域を除いて、可動板１２が配置されている領域の全体を覆うように形成されている。開口５０ａは固定電極４１ａと対向する領域に形成され、開口５０ｅ，５０ｆは脚部１２ｅ，１２ｆの領域に形成されている。
【０１０４】
静電シールド層５０が形成されていない場合、可動板１２の配線パターン及び基板１１側の配線パターンの配置によっては、それらに互いに異なる電位が印加された際に両者の間に意図しない静電力が作用し、しかも、対称面Ｐに対する一方の側で作用する静電力と他方の側で作用する静電力とがアンバランスになる場合がある。このような場合、このアンバランスな静電力によって、可動板１２がＸ軸回りにねじれる可能性がある。
【０１０５】
本実施の形態によれば、静電シールド層５０が形成されているので、たとえ、現状の配線パターンの配置を変形して、静電シールド層５０がない場合にアンバランスな静電力が生じ得るような配線パターンの配置を採用しても、可動板１２の配線パターン及び基板１１側の配線パターンとの間に静電力が作用しなくなり、配線パターン間の静電力に起因する可動板１２のＸ軸回りのねじれを防止することができる。また、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様に、基板上に形成された配線パターンによる形状転写に起因する可動板１２のＸ軸回りのねじれも低減することができる。
【０１０６】
なお、静電シールド層５０は、本実施の形態のように可動板１２が配置されている領域のほぼ全体を覆う領域に形成するのではなく、前述したアンバランスな静電力が生じ得る領域のみに部分的に形成してもよい。
【０１０７】
［第４の実施の形態］
【０１０８】
図２２は、本発明の第４の実施の形態による光スイッチアレーの製造工程の途中の状態を模式的に示す概略断面図であり、図１８に対応している。
【０１０９】
本実施の形態による光スイッチアレーは、前記第１の実施の形態による光スイッチアレーに対して静電シールド層５０及び絶縁膜５１を追加して前記第３の実施の形態による光スイッチアレーを得たのと同様に、前記比較例による光スイッチアレーに対して静電シールド層５０及び絶縁膜５１を追加したものである。
【０１１０】
本実施の形態によれば、前記第３の実施の形態と同様に、静電シールド層５０が形成されているので、たとえ、現状の配線パターンの配置を変形して、静電シールド層５０がない場合にアンバランスな静電力が生じ得るような配線パターンの配置を採用しても、可動板１２の配線パターン及び基板１１側の配線パターンとの間に静電力が作用しなくなり、配線パターン間の静電力に起因する可動板１２のＸ軸回りのねじれを防止することができる。
【０１１１】
ただし、本実施の形態によれば、前記比較例と同様に、基板上に形成された配線パターンによる形状転写に起因する可動板１２のＸ軸回りのねじれは低減することができない。
【０１１２】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１１３】
例えば、マイクロアクチュエータアレーに搭載される電気回路は、図８に示す回路に限定されるものではなく、各マイクロアクチュエータの固定電極及び可動電極並びにローレンツ力用電流路の両端をそれぞれ独立して外部接続用端子に接続した回路や、アドレス回路等を搭載した回路など、種々の回路構成を採用してもよい。
【０１１４】
また、前述した各実施の形態は、本発明をマイクロアクチュエータアレーや光スイッチアレーに適用した例を挙げたが、本発明はアレー化したものに限定されるものではなく、単一のマイクロアクチュエータや単一の光スイッチにも適用することができる。
【０１１５】
さらに、前述した各実施の形態は、本発明を可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータに適用した例であったが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献２に開示されているような可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータにも適用できる。
【０１１６】
また、前述した各実施の形態は、本発明によるマイクロアクチュエータを光スイッチに適用した例であったが、本発明は、ミラー３１に代えて、光の反射率の低い遮光膜や、偏光特性を有する偏光膜や、光波長フィルタ特性を有する光学薄膜などを搭載することにより、光減衰器、偏光器、波長選択器等の種々の光学装置に適用することができる。例えば、ミラー３１はそのままシャッタとして用いることができるので、前記第１の実施の形態による光スイッチアレーで採用されている光スイッチは、そのまま可変光減衰器として用いることができる。この場合、前記静電力用電圧又はローレンツ力用電流の大きさを制御することで、ミラー３１を光路の途中の所望の位置で停止させて、光路を通過する光を所望の量だけ減衰させることができる。この場合、静電力及びローレンツ力の一方のみを用いるように構成してもよい。なお、可変光減衰器の場合、ミラー３１に代えて光の反射率の低いシャッタを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光スイッチアレーを用いた光学システムの一例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中の光スイッチアレーを模式的に示す概略平面図である。
【図３】図１中の光スイッチアレーの単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図５】図３中の可動板１２を上から見たときのＡｌ膜のパターン形状を示す図である。
【図６】ミラーが上側に保持された状態を示す、図３及び図５中のＢ−Ｂ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。
【図７】ミラーがした側に保持された状態を示す、図３及び図５中のＢ−Ｂ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。
【図８】図１中の光スイッチアレーを示す電気回路図である。
【図９】図１中の光スイッチアレーの全体における可動板上の配線パターン及び可動電極の配置を示す概略平面図である。
【図１０】図１中の光スイッチアレーの全体における基板上の配線パターン及び固定電極の配置を示す概略平面図である。
【図１１】図１０中の一部を拡大した概略拡大平面図である。
【図１２】図１中の光スイッチアレー１の製造工程の途中の状態を模式的に示す概略断面図である。
【図１３】外部制御回路が各端子に与える電位及び電流のタイミングチャートである。
【図１４】外部制御回路が各端子に与える電位及び電流の他のタイミングチャートである。
【図１５】図１０中のダミー配線パターンを示す概略平面図である。
【図１６】比較例による光スイッチアレーの全体における基板上の配線パターン及び固定電極の配置を示す概略平面図である。
【図１７】図１６中の一部を拡大した概略拡大平面図である。
【図１８】比較例による光スイッチアレーの製造工程の途中の状態を模式的に示す概略断面図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態による光スイッチアレーの全体における基板上の配線パターン及び固定電極の配置を示す概略平面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態による光スイッチアレーの製造工程の途中の状態を模式的に示す概略断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態による光スイッチアレーで用いられている静電シールド層を模式的に示す概略平面図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態による光スイッチアレーの製造工程の途中の状態を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１  光スイッチアレー
１１  基板
１２  可動板
１２ａ  ミラー搭載板
１２ｂ  支持板（梁部）
１２ｃ  板ばね部（弾性部）
１２ｄ  接続部
１２ｅ，１２ｆ  脚部
２２ａ  ローレンツ力用配線パターン
２２ｂ  可動電極用配線パターン
２２ｄ  可動電極
４１ａ  固定電極
４１ｂ  固定電極配線パターン
４２ａ  ローレンツ力用配線パターン
４２ｂ  可動電極用配線パターン
３１  ミラー（被駆動体）
５０  静電シールド層
【図１】
2005312220.tif 000003
【図２】
2005312220.tif 000004
【図３】
2005312220.tif 000005
【図４】
2005312220.tif 000006
【図５】
2005312220.tif 000007
【図６】
2005312220.tif 000008
【図７】
2005312220.tif 000009
【図８】
2005312220.tif 000010
【図９】
2005312220.tif 000011
【図１０】
2005312220.tif 000012
【図１１】
2005312220.tif 000013
【図１２】
2005312220.tif 000014
【図１３】
2005312220.tif 000015
【図１４】
2005312220.tif 000016
【図１５】
2005312220.tif 000017
【図１６】
2005312220.tif 000018
【図１７】
2005312220.tif 000019
【図１８】
2005312220.tif 000020
【図１９】
2005312220.tif 000021
【図２０】
2005312220.tif 000022
【図２１】
2005312220.tif 000023
【図２２】
2005312220.tif 000024