(57)【要約】  ＭＥＭＳ素子である変位拡大機構５１０は、基板２００と、基板２００に設けられた固定部１と、固定部１に設けられた開口２と、両端が固定部１に接続されたアクチュエータ３と、基端側がアクチュエータ３に接続され、基板２００の上面と平行に延在するビーム５と、ビーム５の先端側に接続された被駆動部材７と、平面視で開口２を分割する一方、両端が固定部１に接続されてアクチュエータ３と並列に配置された支持部９と、を有している。アクチュエータ３とビーム５と被駆動部材７と支持部９とは、平面視で開口２内に配置されている。
2020012723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられた固定部と、
前記固定部に設けられた開口と、
両端が前記固定部に接続されたアクチュエータと、
基端側が前記アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在するビームと、
前記ビームの先端側に接続された被駆動部材と、
平面視で前記開口を分割する一方、両端が前記固定部に接続されて前記アクチュエータと並列に配置された支持部と、を有し、
前記アクチュエータと前記ビームと前記被駆動部材と前記支持部とは、平面視で前記開口内に配置されているＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
両端が前記固定部に接続され、前記アクチュエータと離間して設けられた別のアクチュエータと、
基端側が前記別のアクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在する別のビームと、をさらに有し、
前記別のアクチュエータ及び前記別のビームは、平面視で前記開口内に配置されており、
前記被駆動部材は、前記ビーム及び別のビームの先端側に接続されている請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記支持部は前記ビームと所定の間隔をあけて前記ビームの下方に設けられている請求項１または２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記基板は、第１シリコン層と絶縁層と第２シリコン層とがこの順で積層されてなり、
前記ビーム及び前記アクチュエータは前記第１シリコン層で構成される一方、前記支持部は前記第２シリコン層で構成されている請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板に設けられた固定部と、
前記固定部に設けられた開口と、
両端が前記固定部に接続され、前記開口を第１開口と第２開口とに分割する第１支持部と、を有し、
平面視で前記第１開口内に、
両端が前記固定部に接続されたアクチュエータと、
基端側が前記アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在する第１ビームと、
前記第１ビームの先端側に接続された被駆動部材と、が配置され、
平面視で前記第２開口内に、
両端が前記固定部に接続された第２アクチュエータと、
基端側が前記第２アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在する第２ビームと、
前記第２ビームの先端側に接続された第２被駆動部材と、が配置され、
前記第１支持部は、平面視で前記第１及び第２ビームと交差する方向に延在しているＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
両端が前記固定部に接続されて前記アクチュエータと並列に配置された第２支持部と、
両端が前記固定部に接続されて前記第２アクチュエータと並列に配置された第３支持部と、をさらに有し、
前記第２支持部は、前記第１開口内に、前記第１ビームと所定の間隔をあけて前記第１ビームの下方に設けられ、
前記第３支持部は、前記第２開口内に、前記第２ビームと所定の間隔をあけて前記第２ビームの下方に設けられている請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
両端が前記固定部に接続され、前記アクチュエータと離間して設けられた第３アクチュエータと、
基端側が前記第３アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在する第３ビームと、
両端が前記固定部に接続され、前記第２アクチュエータと離間して設けられた第４アクチュエータと、
基端側が前記第４アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在する第４ビームと、をさらに有し、
前記第３アクチュエータ及び前記第３ビームは、平面視で前記第１開口内に配置され、前記被駆動部材は、前記第１及び第３ビームの先端側に接続されており、
前記第４アクチュエータ及び前記第４ビームは、平面視で前記第２開口内に配置され、前記第２被駆動部材は、前記第２及び第４ビームの先端側に接続されている請求項５または６に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
前記基板は、第１シリコン層と絶縁層と第２シリコン層とがこの順で積層された積層構造であり、
前記アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは前記第１シリコン層で構成され、
前記第１支持部は前記固定部に接続された一端部を除き、前記基板と同じ積層構造であり、前記一端部は前記第２シリコン層と前記絶縁層とが積層されてなる請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項９】
前記アクチュエータは、電流が流れることで発熱して延在方向に熱膨張する熱式アクチュエータである請求項１または５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１０】
前記アクチュエータの幅は、前記ビームとの接続部または前記第１ビームとの接続部から前記固定部との接続部にかけて連続的に減少している請求項９に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１１】
前記基板を支持する支持部材と、
前記固定部の下面と前記支持部材の表面との間に設けられ、前記基板と前記支持部材とを接合する接合部材と、をさらに有する請求項１ないし１０のいずれかに記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子と、
前記固定部の上面に配設され、少なくとも前記アクチュエータの一端に電気的に接続された第１電極と、
前記固定部の上面に配設され、少なくとも前記アクチュエータの他端に電気的に接続された第２電極と、を備え、
前記被駆動部材で光路を遮断及び開通させるシャッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子及びそれを用いたシャッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前より、所定の光路を遮断及び開通させるシャッタ装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のシャッタ装置の駆動部である変位拡大機構は、シャッタと、シャッタを駆動するアクチュエータとを含んだ、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子である。変位拡大機構は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板に設けられた固定部と、固定部に接続された熱式アクチュエータである第１及び第２アクチュエータと、基端側が第１アクチュエータに接続された第１ビームと、基端側が第２アクチュエータに接続された第２ビームと、第１及び第２ビームの先端側に接続され、シャッタとして機能する被駆動部材と、を備えている。第１及び第２ビームは先端側に、互いに並列に配置された並列配置部を有し、第１アクチュエータは第１ビームを介して移動部を押す一方、第２アクチュエータは第２ビームを介して被駆動部材に第１アクチュエータとは反対方向に力を作用する。このように構成されたシャッタ装置は、第１及び第２アクチュエータにそれぞれ駆動される第１及び第２ビームの駆動力が足し合わされて被駆動部材が駆動される。駆動された被駆動部材の変位により、光路が遮断または開通される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２１６４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような変位拡大機構は、多くの場合、機械的強度を確保等するために、接着材を介して支持部材であるサブマウントに固定される。サブマウントは放熱性や強度等を考慮してセラミック等の無機材料が多く利用されている。また、この場合には、接着材として熱硬化性樹脂が用いられ、２００℃を越えない程度の温度で２つの部材の接合が行われる。【０００５】
しかし、サブマウントと変位拡大機構の主要構成材料であるシリコンとは熱膨張係数が異なるため、両者を接合した後に、熱膨張係数の違いによって、変位拡大機構に応力が加わる。この応力のうち、アクチュエータの延在方向に加わる応力は、アクチュエータの全長を伸長または収縮させるように働く。このように第１及び第２アクチュエータが伸長または収縮すると、これらのアクチュエータにそれぞれ接続された第１及び第２ビームを介してシャッタとして機能する被駆動部材が所定の位置から変位してしまうことがある。【０００６】
また、上記のように、定常的に応力が加わる場合だけでなく、外部から衝撃が加わった場合にも、固定部にアクチュエータの延在方向に沿った力が加わると、被駆動部材が所定の位置から変位してしまうことがある。【０００７】
通常、このような被駆動部材の変位を許容してシャッタ装置の設計がなされるが、近年、シャッタ装置に関して、さらなる小型化や性能向上が要求されており、上記の変位を低減することが求められてきている。【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、固定部の剛性、特にアクチュエータの延在方向の剛性を高めたＭＥＭＳ素子及びそれを用いたシャッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、基板と、前記基板に設けられた固定部と、前記固定部に設けられた開口と、両端が前記固定部に接続されたアクチュエータと、基端側が前記アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在するビームと、前記ビームの先端側に接続された被駆動部材と、平面視で前記開口を分割する一方、両端が前記固定部に接続されて前記アクチュエータと並列に配置された支持部と、を有し、前記アクチュエータと前記ビームと前記被駆動部材と前記支持部とは、平面視で前記開口内に配置されている。【００１０】
この構成によれば、固定部に設けられた開口を分割し、アクチュエータと並列に配置された支持部を設けることにより、アクチュエータの延在方向における固定部の剛性を高めることができる。また、固定部の剛性が高められることにより、被駆動部材が意図しない位置に変位するのを防止して、所定の位置に安定して保持できる。【００１１】
また、本発明に係る別のＭＥＭＳ素子は、基板と、前記基板に設けられた固定部と、前記固定部に設けられた開口と、両端が前記固定部に接続され、前記開口を第１開口と第２開口とに分割する第１支持部と、を有し、平面視で前記第１開口内に、両端が前記固定部に接続されたアクチュエータと、基端側が前記アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在する第１ビームと、前記第１ビームの先端側に接続された被駆動部材と、が配置され、平面視で前記第２開口内に、両端が前記固定部に接続された第２アクチュエータと、基端側が前記第２アクチュエータに接続され、前記基板の上面と平行に延在する第２ビームと、前記第２ビームの先端側に接続された第２被駆動部材と、が配置され、前記第１支持部は、平面視で前記第１及び第２ビームと交差する方向に延在している。【００１２】
この構成によれば、固定部に設けられた開口を第１開口と第２開口とに分割する第１支持部を設けることにより、固定部の剛性を高めることができ、第１及び第２被駆動部材がそれぞれ意図しない位置に変位するのを防止して、所定の位置に安定して保持できる。【００１３】
本発明に係るシャッタ装置は、上記のＭＥＭＳ素子と、前記固定部の上面に配設され、少なくとも前記アクチュエータの一端に電気的に接続された第１電極と、前記固定部の上面に配設され、少なくとも前記アクチュエータの他端に電気的に接続された第２電極と、を備え、前記被駆動部材で光路を遮断及び開通させる。【００１４】
この構成によれば、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されると、アクチュエータが駆動し、アクチュエータに接続されたビームを介して被駆動部材が変位することで、所定の光路を開通及び遮断することができる。また、被駆動部材を所定の位置に安定して保持できるため、光路の開通及び遮断性能を高く維持できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係るＭＥＭＳ素子によれば、被駆動部材を安定して保持できる。また、本発明に係るシャッタ装置によれば、被駆動部材を所定の位置に安定して保持できるため、シャッタとして機能する光路の開通及び遮断性能を高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係るシャッタ装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面模式図である。
【図３Ａ】シャッタ装置の一の製造工程の説明図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す工程の続きを示す説明図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに示す工程の続きを示す説明図である。
【図３Ｄ】図３Ｃに示す工程の続きを示す説明図である。
【図３Ｅ】図３Ｄに示す工程の続きを示す説明図である。
【図４】変形例１に係るシャッタ装置の平面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るシャッタ装置の平面図である。
【図６】シャッタ装置の要部を示す斜視図である。
【図７】図６の破線で囲まれた部分の拡大図である。
【図８】変形例２に係るシャッタ装置の平面図である。
【図９】変形例３に係るシャッタ装置の平面図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係るアクチュエータの平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００１８】
（実施形態１）
［シャッタ装置の構成］
図１は、本発明の実施形態１に係るシャッタ装置の平面図を、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図を示す。なお、図面に描かれた各部材の寸法、厚さ、細部の詳細形状などは実際のものとは異なっている。
【００１９】
図１に示すように、例えば、シャッタ装置５００は、平面視で矩形の全体形状を有しており、ＳＯＩ基板２００（以下、単に基板２００と呼ぶことがある。）と、サブマウント４００と、基板２００に設けられた固定部１の下面とサブマウント４００の上面との間に設けられた接着材３００とを有している。基板２００は、単結晶シリコンで形成された第１シリコン層２１０と、ＳｉＯ２で形成された絶縁層２２０と、単結晶シリコンで形成された第２シリコン層２３０と、がこの順で積層されて構成されている。
【００２０】
基板２００には、固定部１と固定部１の内側に開口２とが形成されており、固定部１は、シャッタ装置５００及び後述する変位拡大機構５１０の一部をなし、平面視矩形のシャッタ装置５００及び変位拡大機構５１０の全体形状を規定している。
【００２１】
サブマウント４００は、基板２００を機械的に支持する支持部材であり、例えば、セラミック等からなる。また、サブマウント４００には、その厚さ方向に入射する光を通過させるための光通過口４０１が設けられている。また、接着材３００は、基板２００とサブマウント４００とを接合するための接合部材であり、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂からなる。接着材３００は、光通過口４０１にかからないように、また、基板２００とサブマウント４００とを確実に接合するために、平面視で固定部１と重なるように配設されている。なお、接着材３００は、他の材料、例えば、シリコーン系樹脂を用いてもよい。
【００２２】
また、シャッタ装置５００は、いわゆるＭＥＭＳシャッタであって、シャッタの駆動部である変位拡大機構５１０は、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術を用いて基板２００を加工して得られるＭＥＭＳ素子である（図３Ａ〜３Ｅ参照）。変位拡大機構５１０として、シャッタ装置５００は、さらに、両端が固定部１に接続されたアクチュエータ３と、基端側がアクチュエータ３に接続され、基板２００の上面と平行に延在するビーム５と、を有している。また、シャッタ装置５００は、アクチュエータ３と離間して設けられたアクチュエータ４（以下、別のアクチュエータ４と呼ぶことがある。）と、基端側がアクチュエータ４に接続され、基板２００の上面と平行に延在するビーム６（以下、別のビーム６と呼ぶことがある。）と、ビーム５及びビーム６の先端側に接続された被駆動部材７と、を有している。なお、本実施形態では、アクチュエータ４は、ビーム５を挟んでアクチュエータ３と反対側に設けられている。さらに、シャッタ装置５００は、ビーム５とビーム６とを連結する連結部材８と、両端が固定部１に接続されてアクチュエータ３，４と並列に配置され、平面視で開口２を分割する支持部９と、固定部１の上面に配設された第１電極１０１及び第２電極１０２と、を有している。なお、アクチュエータ３，４とビーム５，６と被駆動部材７と連結部材８と支持部９とは、平面視で開口２内に配置されている。また、以降の説明において、基板２００及び基板２００に設けられた上記の構造に対し、さらにサブマウント４００と接着材３００とを含んで、変位拡大機構５１０と呼ぶことがある。
【００２３】
以下、説明の便宜上、ビーム５の長手方向をＸ方向、アクチュエータ３，４の長手方向をＹ方向、シャッタ装置５００の厚さ方向、つまり、基板２００及びサブマウント４００の厚さ方向をＺ方向と称する。なお、Ｘ方向において、図１における左側を単に左側、図１における右側を単に右側と呼ぶこともある。Ｙ方向において、図１における上側を単に上側、図１における下側を単に下側と呼ぶこともある。Ｚ方向において、図２における上側を上面、図２における下側を下面と呼ぶこともある。
【００２４】
シャッタ装置５００において、固定部１、アクチュエータ３，４、ビーム５,６、被駆動部材７、連結部材８及び支持部９は、シリコン素材で一体成形されている。なお、固定部１を構成する第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂは、周縁部を除いて第１シリコン層２１０と絶縁層２２０と第２シリコン層２３０との積層構造であり、開口２内では、可動部材であるアクチュエータ３，４、ビーム５,６、被駆動部材７及び連結部材８の下面の絶縁層２２０及び第２シリコン層２３０は後述する製造工程において除去される。よって、アクチュエータ３，４、ビーム５,６、被駆動部材７及び連結部材８では、第１シリコン層２１０のみが残される。また、支持部９では、第２シリコン層２３０のみが残され、その上面の絶縁層２２０と第１シリコン層２１０とは、同じ製造工程において除去される。
【００２５】
固定部１は、Ｙ方向に対向して配置された第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂを有した平面視で矩形状の部材である。なお、第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂは、第１シリコン層２１０においてそれぞれＹ方向に分かれているが、前述したように、絶縁層２２０及び第２シリコン層２３０では１つに繋がっており、第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂの相対位置は固定されている。よって、第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂでアクチュエータ３，４やビーム５，６や被駆動部材７等の可動部材を支持することができる。
【００２６】
このように、固定部１は、可動部材の可動域を確保しつつできるだけ広い面積を占めるような形状にされていることで、可動部材を支持するフレームとして機能している。
【００２７】
アクチュエータ３は、Ｙ方向に伸びた棒状の駆動ビームであり、上端部３ａは、第１ベース部材１ａの第１シリコン層２１０に、下端部３ｃは、第２ベース部材１ｂの第１シリコン層２１０にそれぞれ接続されている。また、アクチュエータ３の中間部３ｂはビーム５に接続されている。また、アクチュエータ３に電流が流れていない場合、言いかえると、アクチュエータ３の初期形状は、中間部３ｂがその駆動方向であるＸ方向左側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向左側に膨らむようにわずかに湾曲している。
【００２８】
アクチュエータ４は、Ｙ方向に伸びた棒状の駆動ビームであり、上端部４ａは、第１ベース部材１ａの第１シリコン層２１０に、下端部４ｃは、第２ベース部材１ｂの第１シリコン層２１０にそれぞれ接続されている。また、アクチュエータ４の中間部４ｂはビーム６に接続されている。また、アクチュエータ４に電流が流れていない場合、言いかえると、アクチュエータ４の初期形状は、中間部４ｂがその駆動方向であるＸ方向右側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向右側に膨らむようにわずかに湾曲している。
【００２９】
アクチュエータ３及びアクチュエータ４は電流が流れることで発熱して各々の延在方向であるＹ方向に熱膨張する熱式アクチュエータである。また、上記のように、アクチュエータ３，４がその駆動方向であるＸ方向に沿って屈曲あるいは湾曲していることにより、加熱による熱膨張時に、アクチュエータ３，４が駆動方向と反対側に屈曲あるいは湾曲することがない。従って、所望の駆動方向に向かってアクチュエータ３，４を確実に屈曲あるいは湾曲させることができる。
【００３０】
また、図１に示すように、アクチュエータ３はシャッタ装置５００においてＸ方向左側に配置され、アクチュエータ４はＸ方向右側に配置され、アクチュエータ３とアクチュエータ４とは平面視で対向している。
【００３１】
ビーム５は、Ｘ方向に延びる棒状の部材である。ビーム５の第１端部５ａはアクチュエータ３の中間部３ｂに接続されている。また、ビーム５の第２端部５ｂは被駆動部材７に接続されている。なお、以降の説明において、ビーム５の第１端部５ａをビーム５の基端と、ビーム５の第２端部５ｂをビーム５の先端とそれぞれ呼ぶことがある。
【００３２】
ビーム６は、折り返し構造を有する部材であり、アクチュエータ４の中間部４ｂからアクチュエータ３の中間部３ａの近傍まで伸びる第１部材６ａと、第１部材６ａの第３端部６ｅからアクチュエータ４の方へ折り返された第２部材６ｂとを備えている。第１部材６ａの第１端部６ｃは、アクチュエータ４の中間部４ｂに接続されている。また、第２部材６ｂの第４端部６ｆは、被駆動部材７に接続されている。なお、以降の説明において、第１部材６ａの第１端部６ｃをビーム６の基端と、第２部材６ｂの第４端部６ｆをビーム６の先端とそれぞれ呼ぶことがある。
【００３３】
第２部材６ｂは、第１部材６ａの第３端部６ｅからＸ方向右側に伸びた、ビーム５とほぼ同じ幅の棒状の部材である。第２部材６ｂは、ビーム５と交差する方向であるＹ方向にビーム５と離間して並列に配置されている。なお、以降の説明も含めて「ビーム５とビーム６の第２部材６ｂとが並列（に）配置されている」とは、ビーム５とビームの第２部材６ｂとが略平行関係を保って配置されているということである。また、ビーム５とビーム６の第２部材６ｂとが互いに並列に配置された部分を並列配置部６００と称することがある。すなわち、ビーム５とビーム６の第２部材６ｂとは並列して同じ方向から被駆動部材７に接続されている。言いかえると、ビーム５の先端側が折り返されることにより、ビーム５及びビーム６と被駆動部材７との接続部分において、ビーム５とビーム６の第２部材６ｂとが並列に配置される。異なる言い方をすれば、ビーム６の第２部材６ｂの先端側が折り返されることにより、ビーム５及びビーム６と被駆動部材７との接続部分において、ビーム５とビーム６の第２部材６ｂとが並列に配置される。ビーム５は第２端部５ｂからビーム５の延在方向へ被駆動部材７を引く一方、ビーム６は第４端部６ｆからビーム６の延在方向へ被駆動部材７を押すことで被駆動部材７を駆動させる。後述するように、ビーム５及びビーム６の第２部材６ｂは、アクチュエータ３及びアクチュエータ４によりそれぞれ駆動されて弾性変形して被駆動部材７をＸＹ平面上の別の位置へと移動させる。なお、上記とは逆に、ビーム５が被駆動部材７を押す一方、ビーム６が被駆動部材７を引くようにしてもよい。
【００３４】
第１部材６ａは、被駆動部材７を迂回するような例えば半弧状の形状を一部に有する部材である。第１部材６ａは、第１端部６ｃからＸ方向左側に延びて第２端部６ｄでＹ方向下側に折り返されて第２部材６ｂに接続されている。また、第１部材６ａは、第２部材６ｂよりも剛性が高くなるように高剛性領域を少なくとも一部に有し、例えば幅広に形成されている。後述するように、ビーム６がアクチュエータ４により駆動されても、第１部材６ａはほとんど弾性変形せずにその形状を留めてアクチュエータ４の駆動力を第２部材６ｂへと伝達する。なお、高剛性領域を設けるにあたって、第１部材６ａの一部を第２部材６ｂよりも厚くしたり、第１部材６ａの一部に金属膜を成膜するなどしてもよい。また、第１部材６ａには肉抜き構造６ｇが形成されている。肉抜き構造６ｇを形成することにより、ビーム６の質量が小さくなり、共振周波数が高くなるという効果が得られる。さらに、第１部材６ａに肉抜き構造６ｇを設けることにより、ビーム６の表面積が増加する。このことにより、ビーム６からの放熱が促進され、熱式アクチュエータであるアクチュエータ４から被駆動部材７に伝わる熱を緩和することができる。
【００３５】
被駆動部材７は、ビーム５の第２端部５ｂ及びビーム６の第４端部６ｆ、言いかえると、並列配置部６００の先端側に連結された略円形の部材であり、アクチュエータ３，４によってビーム５，６がそれぞれ駆動されるときに、基板２００の上面（ＸＹ平面）と平行な方向に移動する。また、また、被駆動部材７の表面全体に金属膜７ａ、例えば、Ａｕ／Ｔｉ膜が形成されている。シャッタ装置５００において、被駆動部材７は、図示しない入射光の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。従って、被駆動部材７は、当該光路の断面よりも一回り大きい平面形状に形成されている。また、アクチュエータ３，４によって被駆動部材７が駆動されるとき、被駆動部材７は、平面視で、サブマウント４００に設けられた光通過口４０１の全部または一部を覆うように変位する。シャッタ装置５００が入射光の光路を完全に遮断するように設計されている場合は、被駆動部材７の平面形状は、光通過口４０１の平面形状と同じ大きさかあるいはそれ以上とするのが好ましい。
【００３６】
連結部材８は、ビーム５とビーム６とを互いに連結するヘアピン形状の部材であり、ビーム５との連結部である一端からＹ方向上側に延在して折り返され、他端がビーム６の第１部材６ａ、具体的には、第１部材６ａの第２端部６ｄに連結されている。このような連結部材８を設けることにより、ビーム６の第１端部６ｃがアクチュエータ４によって駆動したとき、ビーム６の第１部材６ａが第１端部６ｃを軸としてＸＹ平面上で反時計回りに若干回転するのを防止し、被駆動部材７の変位量をより大きくすることができる。また、本実施形態に示すように、アクチュエータ３，４が熱式アクチュエータの場合、アクチュエータ３，４からビーム５，６にそれぞれ伝わる熱が連結部材８でも放熱されるため被駆動部材７への熱伝達が防止できる。また、アクチュエータ４によるビーム６の第１端部６ｃの駆動量を大きく軽減させることがない。なお、連結部材８の延在方向は、ビーム５及びビーム６と略垂直方向でなくてもよく、ビーム５やビーム６と交差する方向であればよいが、アクチュエータ３，４を駆動させた場合に、アクチュエータ３に接触しないように、アクチュエータ３との間隔を適切にあけて配置する必要がある。
【００３７】
支持部９は、第２シリコン層２３０からなる部材であり、Ｙ方向の上端部が第１ベース部材１ａの第２シリコン層２３０に、下端部が第２ベース部材１ｂの第２シリコン層２３０にそれぞれ接続されている。また、支持部９は、アクチュエータ３，４と並列に配置され、平面視で開口２をＸ方向で分割するように配置されている。また、支持部９は、第１シリコン層２１０で構成されたビーム５，６のＺ方向下方に所定の間隔、この場合は、絶縁層２２０の厚さに相当する分の間隔をあけて配置されている。
【００３８】
第１電極１０１は、第１ベース部材１ａの上面に形成された金属膜であり、第２電極１０２は、第２ベース部材１ｂの上面に形成された金属膜である。当該金属膜として、例えば、Ａｕ／Ｔｉ膜を用いる。
【００３９】
［シャッタ装置の動作］
続いて、このように構成されたシャッタ装置５００の動作について説明する。
【００４０】
シャッタ装置５００は、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧を印加することで駆動される。第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧が印加されると、第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂを通じてアクチュエータ３及びアクチュエータ４に電流が流れる。このとき、シリコン素材でできたアクチュエータ３及びアクチュエータ４にジュール熱が発生し、アクチュエータ３及びアクチュエータ４は一瞬のうちに４００〜５００℃に加熱される。
【００４１】
アクチュエータ３は、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。アクチュエータ３の上端部３ａ及び下端部３ｃは固定部１により位置が固定されているため、中間部３ｂはあらかじめ突出している方向であるＸ方向左側へ押し出される。
【００４２】
アクチュエータ４もまた、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。アクチュエータ４の上端部４ａ及び下端部４ｃは固定部１により位置が固定されているため、中間部４ｂはあらかじめ突出している方向であるＸ方向右側へ押し出される。
【００４３】
アクチュエータ３の中間部３ｂがＸ方向左側へ押し出されると、それに接続されているビーム５が全体的にＸ方向左側へ引っ張られる。また、アクチュエータ４の中間部４ｂがＸ方向右側へ押し出されると、それに接続されているビーム６が全体的にＸ方向右側へ引っ張られる。すなわち、ビーム５の第１端部５ａ及びビーム６の第１端部６ｃは、互いに遠ざかる方向に相対位置が変化する。
【００４４】
ビーム６が全体的にＸ方向右側へ引っ張られても、ビーム６の第１部材６ａはほとんど弾性変形しないため、ビーム６による引っ張り力のほとんどは第３端部６ｅに集中して第２部材６ｂをＸ方向右側へ押し出す力に変化する。この結果、並列配置されたビーム５及びビーム６の第２部材６ｂにおいて、ビーム５がＸ方向左側へ引っ張られ、ビーム６の第２部材６ｂがＸ方向右側へ押し出されることで、ビーム５の第２端部５ｂ及びビーム６の第４端部６ｆがＸＹ平面上で左斜め下へ駆動され、ビーム５及びビーム６の第２部材６ｂはそれぞれ異なる曲率で大きく湾曲又は屈曲し、ビーム６の第４端部６ｆが被駆動部材７を押す一方、ビーム５の第２端部５ｂが被駆動部材７を引くことで、被駆動部材７は、平面視で、サブマウント４００に設けられた光通過口４０１と重なる位置へ押し出される。
【００４５】
一方、第１電極１０１と第２電極１０２との間で電圧が印加されなくなると、アクチュエータ３及びアクチュエータ４に電流が流れなくなり、アクチュエータ３及びアクチュエータ４は急速に自然冷却され、それまで伸びていた全長が元に戻る。このとき、Ｘ方向左側へ押し出されていたアクチュエータ３の中間部３ｂはＸ方向右側へ引き戻され、また、Ｘ方向右側へ押し出されていたアクチュエータ４の中間部４ｂはＸ方向左側へ引き戻される。
【００４６】
アクチュエータ３の中間部３ｂがＸ方向右側へ引き戻されると、それに接続されているビーム５が全体的にＸ方向右側へ引き戻される。また、アクチュエータ４の中間部４ｂがＸ方向左側へ引き戻されると、それに接続されているビーム６が全体的にＸ方向左側へ引き戻される。すなわち、ビーム５の第１端部５ａ及びビーム６の第１端部６ｃは、互いに近づく方向に相対位置が変化する。
【００４７】
ビーム６が全体的にＸ方向左側へ引き戻されても、ビーム６の第１部材６ａはほとんど弾性変形しないため、ビーム６による引き込み力のほとんどは第３端部６ｅに集中して第２部材６ｂをＸ方向左側へ引っ張る力に変化する。この結果、並列配置されたビーム５及びビーム６の第２部材６ｂにおいて、ビーム５がＸ方向右側へ押し込まれ、ビーム６の第２部材６ｂがＸ方向左側へ引っ張られることで、ビーム５の第２端部５ｂ及びビーム６の第４端部６ｆがＸＹ平面上で右斜め上へ押し戻され、湾曲又は屈曲していたビーム５及びビーム６の第２部材６ｂは元の略直線状に戻り、被駆動部材７は、図１に示すＸＹ平面上の位置に戻る。
【００４８】
なお、アクチュエータ３及びアクチュエータ４の屈曲または湾曲方向をそれぞれ反対にすることで、ビーム５が被駆動部材７を押す一方、ビーム６が被駆動部材７を引くようにしてもよい。
【００４９】
上記のように、第１電極１０１及び第２電極１０２への電圧印加（シャッタ装置５００の駆動状態）及び解除（シャッタ装置５００の被駆動状態）を切り替えることで、ＸＹ平面上における被駆動部材７の位置が切り替わる。このことにより、被駆動部材７は、図略の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。本実施形態では、被駆動部材７がアクチュエータ３及びアクチュエータ４によって駆動されていない状態で図略の光路を開通し、駆動された位置で当該光路を遮断するようにしているが、被駆動部材７がアクチュエータ３及びアクチュエータ４によって駆動されていない位置で図略の光路を遮断し、駆動された位置で当該光路を開通させてもよい。その場合は、サブマウント４００に設けられた光通過口４０１の位置が変更されることは言うまでもない。また、シャッタは、光路を遮断及び開通させる以外にも光路の一部を遮断及び開通させる光減衰器を含む概念である。
【００５０】
［シャッタ装置の製造方法］
続いて、シャッタ装置５００の製造方法について説明する。図３Ａ〜３Ｅは、本実施形態に係るシャッタ装置の製造工程を示す。なお、図３Ａ〜３Ｅに描かれた各製造工程の図は、図２に示す断面図に対応する。
【００５１】
まず、図３Ａに示すように、第１シリコン層２１０、絶縁層２２０、及び第２シリコン層２３０からなるＳＯＩ基板２００を用意する。例えば、第１シリコン層２１０の厚さは３０μｍ、絶縁層２２０の厚さは１μｍ、第２シリコン層２３０の厚さは２５０μｍである。
【００５２】
次に、図３Ｂに示すように第１シリコン層２１０をエッチング処理して、第１シリコン層２１０に、固定部１の原形、アクチュエータ３，４、ビーム５，６、被駆動部材７及び連結部材８を一体形成する。なお、図３Ｂでは、便宜上、これらの部材の一部のみ描かれている。また、ビーム６の第１部材６ａに設けられた肉抜き構造６ｇは、第１シリコン層２１０のエッチング時に同時に形成される。また、本実施形態において、ＳＯＩ基板２００に形成された複数の変位拡大機構５１０をチップに個片化するときに、レーザスクライブ法を用いる。この方法では、照射したレーザ光のエネルギーが単結晶シリコンに吸収される必要がある。第２シリコン層２３０にレーザ光を吸収させるため、この段階で、チップの分割領域にある第１シリコン層２１０もあわせて除去する。なお、個片化の方法は特にこれに限定されず、例えば、ダイシングによってもよいし、図３Ａ〜図３Ｄに示す工程において、エッチングにより個片化を行ってもよい。
【００５３】
さらに、第１ベース部材１ａの表面に第１電極１０１が形成され、第２ベース部材１ｂの表面に第２電極１０２が形成され、被駆動部材７の表面に金属膜７ａが形成される。第１及び第２電極１０１，１０２及び金属膜７ａは、例えば、厚さ２０ｎｍのＴｉ及び厚さ３００ｎｍのＡｕからなるＡｕ／Ｔｉ膜である。
【００５４】
第１シリコン層２１０にシャッタ装置５００及び変位拡大機構５１０の原形が形成されると、次に、図３Ｃに示すように、第１シリコン層２１０にワックス７００でダミーウエハ８００を貼り合わせてシャッタ装置５００の裏面の層、すなわち、絶縁層２２０及び第２シリコン層２３０をエッチング処理する。なお、この場合、支持部９に対応する部分を残すために、図示しないマスクを第２シリコン層２３０の裏面の所定の位置に形成する。このエッチング処理により、固定部１にはＳＯＩ基板２００が残され、その他の可動部材であるアクチュエータ３、アクチュエータ４、ビーム５、ビーム６、被駆動部材部７及び連結部材８には第１シリコン層２１０のみが残される。また、支持部９には第２シリコン層２３０のみが残される。なお、図３Ｂに示す工程で、図示しないマスクを用いて、支持部９に対応する部分の絶縁層２２０を除去するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図３Ｄに示すように、ワックス７００及びダミーウエハ８００を除去する。また、変位拡大機構５１０が形成されたチップの個片化も行う。
【００５６】
最後に、図３Ｅに示すように、所定の位置に接着材３００が配置されたサブマウント４００の上に、変位拡大機構５１０が形成されたチップを配置し、接着材３００を介してサブマウント４００とチップとを接合する。なお、図１，２に示すように、接着材３００は固定部１のＺ方向下方に位置するようにサブマウント４００上に配置される。また、所定の荷重をかけてチップの裏面に接着材３００を接触させ、所定の温度、例えば、接着材３００がエポキシ系の熱硬化性樹脂であれば、１２０℃〜１８０℃で接着材３００を熱硬化させることで、サブマウント４００とチップとを接合する。このようにして、シャッタ装置５００が完成する。
【００５７】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子である変位拡大機構５１０は、基板２００と、基板２００に設けられた固定部１と、固定部１に設けられた開口２と、両端が固定部１に接続されたアクチュエータ３と、両端が固定部１に接続され、アクチュエータ３と離間して設けられた別のアクチュエータ４と、を有している。また、変位拡大機構５１０は、基端側がアクチュエータ３に接続され、基板２００の上面と平行に延在するビーム５と、基端側が別のアクチュエータ４に接続され、基板の上面と平行に延在する別のビーム６と、ビーム５及び別のビーム６の先端側に接続された被駆動部材７と、を有している。
【００５８】
また、変位拡大機構５１０は、平面視で開口２を分割する一方、両端が固定部１に接続されてアクチュエータ３，４と並列に配置された支持部９を有しており、アクチュエータ３，４とビーム５，６と被駆動部材７と支持部９とは、平面視で開口２内に配置されている。
【００５９】
変位拡大機構５１０をこのように構成することで、開口２が形成された固定部１の剛性、特に、アクチュエータ３，４の延在方向であるＹ方向の剛性を高めることができる。また、固定部１の剛性が高められることにより、被駆動部材７が意図しない位置に変位するのを防止でき、入射光の光路の開通及び遮断に関し、シャッタ装置５００の性能が低下するのを抑制できる。このことについて、さらに説明する。
【００６０】
前述したように、変位拡大機構５１０の固定部１に対して、アクチュエータ３，４の延在方向、この場合は、Ｙ方向に所定以上の応力が加わると、アクチュエータ３，４は、それぞれの全長が伸長または収縮するように変形する。特に、本実施形態に示すように、固定部１に開口２を設け、アクチュエータ３，４の両端がそれぞれ、開口２の内周縁に接続されている場合、固定部１との接続部分である両端部を除いて、アクチュエータ３，４を機械的に支持する構造がないため、固定部１に所定以上のＹ方向の応力が加わると、アクチュエータ３，４は容易に伸長または収縮しうる。
【００６１】
固定部１に対してＹ方向の応力が加わる現象は、例えば、互いに熱膨張係数の異なる基板２００とサブマウント４００とを熱処理により接合する場合に起こりうる。また、基板２００の主要構成材料である単結晶シリコンとサブマウント４００との熱膨張係数が同程度であっても、単結晶シリコンと接着材３００との熱膨張係数が大きく異なる場合には、固定部１に対して、Ｙ方向に所定以上の応力が加わる場合もある。また、これらに限られず、外部からの衝撃により、一時的にでも、固定部１に対して、Ｙ方向に所定以上の応力が加わる場合もあることも前述したとおりである。特に、アクチュエータ３，４は、電流が流れることで発熱して延在方向であるＹ方向に熱膨張する熱式アクチュエータであるため、これらの全長の変化は、アクチュエータ３，４がそれぞれ所定量駆動されたことと同じ意味を持つ。つまり、アクチュエータ３，４の変位量が、ビーム５，６の運動によって拡大され、ビーム５，６の先端側に接続された被駆動部材７が所定の位置から変位してしまう。特に、本実施形態に示す変位拡大機構５１０は、アクチュエータ３，４にそれぞれ接続されたビーム５，６が並列配置部６００を有し、Ｘ方向の同じ側から、ビーム５，６によって互いに反対方向に力を受けることで、並列配置部６００の先端側に接続された被駆動部材７が変位する。このような変位拡大機構５１０では、アクチュエータ３，４が接続された固定部１が、応力等によりアクチュエータ３，４の延在方向へわずかに変形することでも、被駆動部材７の変位量が拡大されてしまう。
【００６２】
一方、本実施形態によれば、平面視で開口２を分割し、両端がそれぞれ固定部１に接続された支持部９をアクチュエータ３，４と並列に配置することで、応力によって固定部１がＹ方向に変形しようとするのを抑制することができる。このことにより、アクチュエータ３，４の全長が意図せずに変化するのを防止して、被駆動部材７を所定の位置に安定して保持することができる。
【００６３】
なお、支持部９は、開口２をＸ方向の略中央で分割するように配置されている。固定部１の第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂのうち、Ｘ方向に延びる部分を一種の梁として見ると、両端が固定された梁が最も大きく変形するのは中央部分である。よって、この部分に対応した位置、つまり、開口２のＸ方向での略中央を通る位置に支持部９を配置することにより、応力によって固定部１が変形しようとするのを効果的に抑制することができる。ただし、開口２内での支持部９の配置は特にこれに限定されず、アクチュエータ３に寄った側に配置されていてもよいし、アクチュエータ４に寄った側に配置されていてもよい。固定部１のＹ方向の剛性を高められる位置に支持部９が配置されていればよい。
【００６４】
支持部９は、ビーム５，６と所定の間隔をあけてビーム５，６のＺ方向下方に設けられている。このことにより、アクチュエータ３，４によってビーム５，６がそれぞれ駆動された場合にも、ビーム５，６の動きが妨げられることがない。よって、被駆動部材７を所望の量、変位させることができる。
【００６５】
また、変位拡大機構５１０を構成する基板２００は、第１シリコン層２１０と絶縁層２２０と第２シリコン層２３０とがこの順で積層されてなり、ビーム５，６及びアクチュエータ３，４は第１シリコン層２１０で構成される一方、支持部９は第２シリコン層２３０で構成されている。このことにより、支持部９を所定の間隔をあけてビーム５，６のＺ方向下方に容易に配置することができる。
【００６６】
また、本実施形態の変位拡大機構５１０には、基板２００を支持する支持部材であるサブマウント４００と、固定部１の下面とサブマウント４００の上面との間に設けられ、基板２００とサブマウント４００とを接合する接合部材である接着材３００とをさらに含んでいてもよい。
【００６７】
サブマウント４００と基板２００との熱膨張係数に差があると、基板２００に設けられた固定部１に応力が加わって変形しやすくなるが、本実施形態によれば、支持部９によって固定部１の剛性を高めることで、アクチュエータ３，４の全長が意図せずに変化するのを防止して、被駆動部材７を所定の位置に安定して保持することができる。
【００６８】
また、本実施形態に係るシャッタ装置５００は、上記の変位拡大機構（ＭＥＭＳ素子）５１０と、固定部１の第１ベース部材１ａの上面に配設され、アクチュエータ３，４の上端部３ａ，４ａのそれぞれに電気的に接続された第１電極１０１と、固定部１の第２ベース部材１ｂの上面に配設され、アクチュエータ３，４の下端部３ｃ，４ｃのそれぞれに電気的に接続された第２電極１０２と、を備え、被駆動部材７で光路を遮断及び開通させる。
【００６９】
シャッタ装置５００をこのように構成することで、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧が印加されると、アクチュエータ３，４がそれぞれ駆動し、アクチュエータ３，４に接続されたビーム５，６を介して被駆動部材７が変位することで、被駆動部材７の変位量を大きくでき、所定の光路を確実に開通及び遮断することができる。また、被駆動部材７を所定の位置に安定して保持できるため、入射光の光路の開通及び遮断性能を高く維持できる。また、このようなシャッタ装置５００を、光波長多重伝送装置等に組み込まれる可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）に用いると、所定の要求仕様に従って、ＶＯＡを通過する光の全部または一部を開通及び遮断できるため、高性能の光波長多重伝送装置等を実現できる。
【００７０】
＜変形例１＞
図４は、本変形例に係るシャッタ装置の平面図を示す。なお、本変形例において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
図４に示す本変形例に係る構成と、実施形態１に示す構成とでは、開口２内に配置されたアクチュエータの個数及びビーム５の基端が第１ベース部材１ａに接続されている点で異なる。
【００７２】
このように、シャッタ装置５００において、アクチュエータ３を省略してもよい。この場合にも、アクチュエータ４に駆動されたビーム６が被駆動部材７を押し、連結部材８を介してアクチュエータ４からの駆動力を受けたビーム５が被駆動部材７を引くことで、被駆動部材７は、平面視で、サブマウント４００に設けられた光通過口４０１と重なる位置へ押し出される。また、支持部９によって、固定部１のＹ方向の剛性を高められ、アクチュエータ４の全長が意図せずに変化するのを防止して、被駆動部材７を所定の位置に安定して保持することができる。
【００７３】
なお、ビーム５の第１端部５ａを第１ベース部材１ａではなく第２ベース部材１ｂに接続してもよい。また、図示しないが、アクチュエータ３の代わりにアクチュエータ４を省略してもよい。この場合にも、アクチュエータ３の全長が意図せずに変化するのを防止して、被駆動部材７を所定の位置に安定して保持することができる。なお、アクチュエータ４が省略される場合には、ビーム６の第１端部６ｃが第１ベース部材１ａまたは第２ベース部材１ｂに接続される。また、この場合に、ビーム６は発熱する部材に直接接続されておらず、放熱をあまり考慮しなくてもよいため、第１部材６ａにおける肉抜き構造６ｇは形成されていなくてもよい。
【００７４】
なお、本変形例において、第２ベース部材１ｂの下面とサブマウント４００との間に接着材３００を設けていないが、図１に示すように、当該箇所に接着材３００を設けてもよい。
【００７５】
（実施形態２）
図５は、本実施形態に係るシャッタ装置の平面図を、図６は、シャッタ装置の要部の斜視図をそれぞれ示し、図７は、図６の破線で囲まれた部分の拡大図を示す。なお、本実施形態において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７６】
本実施形態に示す構成と実施形態１に示す構成とでは、まず、固定部１０に設けられた開口２０が第１支持部１６１によって第１開口２１と第２開口２２とに分割されている点で異なる。なお、第１〜第４アクチュエータ３０，９０，４０，１１０、第１〜第４ビーム５０，１２０，６０，１３０、第１及び第２被駆動部材７０，１４０は、それぞれ図２に示す第１シリコン層２１０で構成されている。また、図示しないが、第１被駆動部材７０の上面全体及び第２被駆動部材１４０の上面全体には、図２に示す金属膜７ａに相当する金属膜が形成されている。なお、以降の説明において、第１被駆動部材７０を被駆動部材７０と呼ぶことがある。
【００７７】
固定部１０は、第１ベース部材１１及び第２ベース部材１２と、これらとＹ方向に対向して配置された第３ベース部材１３とを有している。第１〜第３ベース部材１１〜１３は、実施形態１に示す第１ベース部材１ａ及び第２ベース部材１ｂと同様に、周縁部を除いて第２シリコン層２３０と絶縁層２２０と第１シリコン層２１０とがこの順に積層されてなる。なお、第１ベース部材１１及び第２ベース部材１２は、第１シリコン層２１０においてそれぞれＸ方向に分かれているが、絶縁層２２０及び第２シリコン層２３０では１つに繋がっている。また、第１ベース部材１１と第３ベース部材１３及び第２ベース部材１２と第３ベース部材２３０は、第１シリコン層２１０においてそれぞれＹ方向に分かれているが、絶縁層２２０及び第２シリコン層２３０では１つに繋がっている。このため、第１〜第３ベース部材１１〜１３の相対位置は固定されており、第１〜第３ベース部材１１〜１３で変位拡大機構５２０内の可動部材を支持することができる。また、固定部１０は、可動部材の可動域を確保しつつできるだけ広い面積を占めるような形状にされていることで、可動部材を支持するフレームとして機能している。
【００７８】
また、前述したように、第１ベース部材１１の第１シリコン層２１０は、第２ベース部材１２の第１シリコン層２１０とＸ方向で、第３ベース部材２３０の第１シリコン層２１０とＹ方向でそれぞれ物理的に分離されている。従って、第１ベース部材１１の上面に配設された第１電極１７１と、第２ベース部材１２の上面に配設された第２電極１７２と、第３ベース部材１３の上面に配設された第３電極１７３とは、互いに電気的に絶縁分離されている。
【００７９】
第１支持部１６１は、一端が第１ベース部材１１と第２ベース部材１２との境界部に、他端が第３ベース部材１３にそれぞれ接続され、開口２０を第１開口２１と第２開口２２とに分割している。第１支持部１６１はＹ方向に延在した部材であり、その大部分は基板２００と同じ構造、つまり、第２シリコン層２３０と絶縁層２２０と第１シリコン層２１０との積層構造である。ただし、図６，７に示すように、第１ベース部材１１と第２ベース部材１２との境界部に接続されたＹ方向上端部では、第１シリコン層２１０が除去されており、絶縁層２２０と第２シリコン層２３０との２層構造となっている。よって、第１支持部１６１は、第１ベース部材１１の第１シリコン層２１０及び第２ベース部材１２の第１シリコン層２１０と物理的に分離されている。このことにより、第１支持部１６１は、第１ベース部材１１の上面に配設された第１電極１７１と電気的に絶縁されている。同様に、第１支持部１６１は、第２ベース部材１２の上面に配設された第２電極１７２と電気的に絶縁されている。
【００８０】
なお、後述する第１アクチュエータ３０や第２アクチュエータ９０が駆動されたとき、それらの中間部の変位を妨げないように、第１支持部１６１と第１アクチュエータ３０（以下、アクチュエータ３０と呼ぶことがある。）とのＸ方向の間隔及び第１支持部１６１と第２アクチュエータ９０とのＸ方向の間隔は、それぞれ適切に設定する必要がある。なお、本実施形態において、第１支持部１６１と第１アクチュエータ３０とのＸ方向の間隔及び第１支持部１６１と第２アクチュエータ９０とのＸ方向の間隔はそれぞれ同じであるが、これらの間隔を互いに異なるようにしてもよい。
【００８１】
次に異なるのは、第１開口２１内、第２開口２２内にそれぞれ一組のアクチュエータと一組のビームと被駆動部材とがセットとなって配置されている点である。例えば、第１開口２１内には、両端が固定部１０に接続された第１アクチュエータ３０と、基端側が第１アクチュエータ３０の中間部に接続され、Ｘ方向左側に延びてＹ方向下側に折り返された第１部材５１と、第１部材５１のＸ方向左側端部からＸ方向右側に延びる第２部材５２とを有する第１ビーム５０とが配置されている。また、第１開口２１内には、両端が固定部１０に接続されるとともに、第１ビーム５０を挟んで第１アクチュエータと反対側に対向して設けられた第３アクチュエータ４０と、基端側が第３アクチュエータ４０の中間部に接続され、Ｙ方向に第１ビーム５０の第２部材５２と離間し、かつ第２部材５２と並列に配置される一方、基板２００の上面と平行に延在する第３ビーム６０と、が配置されている。さらに、第１開口２１内には、第１ビーム５０及び第３ビーム６０の先端側に接続された第１被駆動部材７０と、第１ビーム５０と第３ビーム６０とを連結する第１連結部材８０が配置されている。また、サブマウント４００には、第１開口２１と連通した第１光通過口４０１が設けられている。
【００８２】
第１開口２１内に配置された各種部材は、それぞれ、図１に示すシャッタ装置５００の開口２内に配置された部材に対応している。例えば、第１アクチュエータ３０はアクチュエータ４に、第３アクチュエータ４０はアクチュエータ３にそれぞれ対応している。また、第１ビーム５０はビーム６に、第３ビーム６０はビーム５に、第１被駆動部材７０は被駆動部材７に、第１連結部材８０は連結部材８にそれぞれ対応している。また、対応関係にある部材間で、各部材が有する機能は同じである。従って、第１電極１７１と第３電極１７３との間に電圧が印加されると、第１及び第３アクチュエータ３０，４０にそれぞれ電流が流れ、第１アクチュエータ３０の中間部はＸ方向右側に押し出され、第３アクチュエータ４０の中間部はＸ方向左側に押し出される。このことにより、第１ビーム５０は第１被駆動部材７０をＸ方向右側に押し、第３ビーム６０は第１被駆動部材７０をＸ方向左側に引くように駆動する。その結果、第１被駆動部材７０は、斜め左下に変位し、平面視で、サブマウント４００に設けられた第１光通過口４０１と重なる位置へ押し出される。
【００８３】
一方、第２開口２２内には、第１開口２１内に配置された各種部材とそれぞれ対応する部材が、第１支持部１６１に対して線対称に配置されている。例えば、第２開口２２内には、第２アクチュエータ９０が第１支持部１６１に対して第１アクチュエータ３０と線対称に配置されている。同様に、第２開口２２内には、第１支持部１６１に対して第４アクチュエータ１１０が第３アクチュエータ４０と線対称に、第２ビーム１２０が第１ビーム５０と線対称に、第４ビーム１３０が第３ビーム６０と線対称にそれぞれ配置されている。また、第１支持部１６１に対して第２被駆動部材１４０が第１被駆動部材７０と線対称に、第２連結部材１５０が第１連結部材８０と線対称にそれぞれ配置されている。さらに、サブマウント４００には、第２光通過口４０２が第１支持部１６１に対して第１光通過口４０１と線対称に設けられている。また、図５，６から明らかなように、第１被駆動部材７０と第２被駆動部材１４０とは、第１支持部１６１とＸ方向に所定の同じ間隔をあけてそれぞれ配置されている。また、別の見方をすると、第１被駆動部材７０と第２被駆動部材１４０とは、第１支持部１６１を挟んで、かつ第１支持部１６１に近接してそれぞれ配置されている。なお、本実施形態において、第１支持部１６１と第１被駆動部材７０とのＸ方向の間隔及び第１支持部１６１と第２被駆動部材１４０とのＸ方向の間隔はそれぞれ同じであるが、これらの間隔を互いに異なるようにしてもよい。また、第１光通過口４０１の中心と第２光通過口４０２の中心とのＸ方向の間隔は数百μｍ〜１ｍｍ程度に設定されており、第１光通過口４０１及び第２光通過口４０２の直径はそれぞれ数百μｍ程度、例えば、２５０μｍ程度に設定されている。
【００８４】
また、第１支持部１６１に対して互いに線対称となる配置関係にある部材間では、各部材が有する機能は同様である。ただし、各部材の駆動及び変位方向は第１支持部１６１に対して反転している。従って、第２電極１７２と第３電極１７３との間に電圧が印加されると、第２及び第４アクチュエータ９０，１１０にそれぞれ電流が流れ、第２アクチュエータ９０の中間部はＸ方向左側に押し出され、第４アクチュエータ１１０の中間部はＸ方向右側に押し出される。このことにより、第２ビーム１２０は第２被駆動部材１４０をＸ方向左側に押し、第４ビーム１３０は第２被駆動部材１４０をＸ方向右側に引くように駆動する。その結果、第２被駆動部材１４０は、斜め右下に変位し、平面視で、サブマウント４００に設けられた第２光通過口４０２と重なる位置へ押し出される。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子である変位拡大機構５２０は、基板２００と、基板２００に設けられた固定部１０と、両端が固定部１０に接続され、開口２０を第１開口２１と第２開口とに分割する第１支持部１６１と、を有している。平面視で第１開口２１内に、両端が固定部１０に接続された第１アクチュエータ３０（アクチュエータ３０）と、両端が固定部１０に接続され、第１アクチュエータ３０と離間して設けられた第３アクチュエータ４０と、が配置されている。また、平面視で第１開口２１内に、基端側が第１アクチュエータ３０に接続され、基板２００の上面と平行に延在する第１ビーム５０と、基端側が第３アクチュエータ４０に接続され、基板２００の上面と平行に延在する第３ビーム６０と、第１ビーム５０及び第３ビーム６０の先端側に接続された第１被駆動部材７０（被駆動部材７０）と、が配置されている。
【００８６】
また、平面視で第２開口２２内に、両端が固定部１０に接続された第２アクチュエータ９０と、両端が固定部１０に接続され、第２アクチュエータ９０と離間して設けられた第４アクチュエータ１１０と、が配置されている。また、平面視で第２開口２２内に、基端側が第２アクチュエータ９０に接続され、基板２００の上面と平行に延在する第２ビーム１２０と、基端側が第４アクチュエータ１１０に接続され、基板２００の上面と平行に延在する第４ビーム１３０と、第２ビーム１２０及び第４ビーム１３０の先端側に接続された第２被駆動部材１４０と、が配置されている。また、第２及び第４アクチュエータ９０，１１０と、第２及び第４ビーム１２０，１３０と、第２被駆動部材１４０とは、平面視で第２開口２２内に配置されている。第１支持部１６１は、平面視で第１ビーム５０及び第２ビーム１２０と交差するＹ方向に延在している。
【００８７】
本実施形態の変位拡大機構５２０によれば、平面視で開口２０を第１開口２１と第２開口２２とに分割する第１支持部１６１を設けることで、固定部１０の剛性、特に、第１〜第４アクチュエータ３０，９０，４０，１１０の延在方向であるＹ方向の剛性を高めることができる。また、固定部１０の剛性が高められることにより、実施形態１に示すのと同様に、第１及び第２被駆動部材７０、１４０がそれぞれ意図しない位置に変位するのを防止でき、入射光の光路の開通及び遮断に関し、シャッタ装置５００の性能が低下するのを抑制できる。
【００８８】
また、基板２００は、実施形態１に示すのと同様に、第１シリコン層２１０と絶縁層２２０と第２シリコン層２３０とがこの順で積層された積層構造であり、第１〜第４ビーム５０，１２０，６０，１３０と第１〜第４アクチュエータ３０，９０，４０，１１０とはそれぞれ第１シリコン層２１０で構成されている。一方、第１支持部１６１は固定部１０に接続された一端部、具体的には、第１ベース部材１１と第２ベース部材１２との境界部に接続されたＹ方向上端部を除いて、基板２００と同じ積層構造である。また、第１支持部１６１のＹ方向上端部は、第１シリコン層２１０が除去されており、第２シリコン層２３０と絶縁層２２０とが積層されてなる。
【００８９】
本実施形態によれば、第１支持部１６１の大部分が基板２００と同じ積層構造であるため、例えば、実施形態１に示す支持部９よりも強固な構造となり、固定部１０のＹ方向の剛性を高めることができる。また、第１支持部１６１のＹ方向上端部で第１シリコン層２１０が除去されることで、前述したように、第１支持部１６１は、第１〜第３電極１７１〜１７３と互いに電気的に絶縁分離される。このため、第１支持部１６１を介して、第１〜第３電極１７１〜１７３間で意図しない短絡を生じるおそれがない。
【００９０】
また、第１〜第４アクチュエータ３０，９０，４０，１１０はそれぞれ、電流が流れることで発熱して延在方向であるＹ方向に熱膨張する熱式アクチュエータである。第１アクチュエータ３０と第２アクチュエータ９０とは、第１支持部１６１とＸ方向に所定の間隔をあけてそれぞれ配置されている。また、第１アクチュエータ３０は第１被駆動部材７０よりも第１支持部１６１に近い側に、第２アクチュエータ９０は第２被駆動部材１４０よりも第１支持部１６１に近い側にそれぞれ配置されている。
【００９１】
本実施形態によれば、第１及び第２アクチュエータ３０，９０を、それぞれ第１支持部１６１に近づけて設けることで、第１アクチュエータ３０と第２アクチュエータ９０との間で発生する熱的クロストークを抑制することができる。
【００９２】
２つの入射光の光路をそれぞれ独立に開通及び遮断する場合、第１アクチュエータ３０及び第２アクチュエータ９０の一方は駆動状態であるのに対し、他方は非駆動状態である。また、一方のアクチュエータ、例えば、第１アクチュエータ３０が駆動されると、その中間部は他方のアクチュエータである第２アクチュエータ９０に近づくように屈曲または湾曲する。
【００９３】
一方、前述したように、第１アクチュエータ３０や第２アクチュエータ９０が駆動されると、それぞれの温度は数百℃に達する。例えば、このように高温に熱せられた第１アクチュエータ３０が第２アクチュエータ９０に所定の間隔よりも近づくと、その発熱が第２アクチュエータ９０に伝搬し、全長が伸びるように第２アクチュエータ９０が変形してしまう。これが、上記の熱的クロストークにあたる。この熱的クロストークが生じることにより、第２被駆動部材１４０が意図しない位置に変位し、第２光通過口４０２から意図しない光が漏れ出たり、あるいは通過させるべき光の一部が遮断されたりするおそれがある。
【００９４】
本実施形態によれば、第１支持部１６１に近接させて第１アクチュエータ３０と第２アクチュエータ９０とを配置することで、上記の熱的クロストークを抑制して、第１及び第２被駆動部材７０、１４０がそれぞれ意図しない位置に変位するのを防止でき、入射光の光路の開通及び遮断に関し、シャッタ装置５００の性能が低下するのを抑制できる。
【００９５】
特に、Ｙ方向上端部を除き、第１支持部１６１を基板２００と同じ積層構造とすることで、第１支持部１６１の第１シリコン層２１０と、第１シリコン層２１０で構成された第１及び第２アクチュエータ３０，９０とを近接して対向させることができ、第１支持部１６１の第１シリコン層２１０を介して、第１アクチュエータ３０または第２アクチュエータ９０で発生した熱を第３ベース部材１３から放散させることができる。
【００９６】
また、本実施形態の変位拡大機構５２０は、固定部１０に設けられ、第１支持部１６１によって互いに分割された第１開口２１と第２開口２２の各々に、２つのアクチュエータと、これらアクチュエータにそれぞれ接続された２つのビームと、２つのビームの先端側にそれぞれに接続された被駆動部材とを配置し、これらの被駆動部材、つまり、第１及び第２被駆動部材７０，１４０は、第１支持部１６１とＸ方向に所定の間隔をあけてそれぞれ配置されている。このことにより、異なる光路の光を近接させて変位拡大機構５２０に入射させることができるとともに、これらの入射光を開通及び遮断するシャッタ装置５００を簡便な構成で実現できる。
【００９７】
ＶＯＡ等において、異なる光路の光を開通及び遮断するシャッタアレイを使用する場合、装置を小型化するために、入射光の間隔、つまり、第１光通過口４０１と第２光通過口４０２との間隔を近づける必要がある。しかし、実施形態１に示すシャッタ装置５００を並置してシャッタアレイを構成する場合、２つの入射光の間隔を、Ｘ方向でビーム５，６の長さよりも大きく取る必要がある。ビーム５，６の長さは数ｍｍ程度あるため、これ以上に２つの入射光の間隔を近づけられないという問題があった。
【００９８】
一方、本実施形態によれば、同じ基板２００に対して２つの開口２１，２２を設け、その各々に、上記のセットを配置することで、第１被駆動部材７０と第２被駆動部材１４０とのＸ方向の間隔、ひいては、第１光通過口４０１と第２光通過口４０２とのＸ方向の間隔を１ｍｍ以下に近づけることが可能となり、異なる光路の光が入射される変位拡大機構５２０及びシャッタ装置５００の小型化が図れる。
【００９９】
また、実施形態１に示すシャッタ装置５００を並置してシャッタアレイを構成する場合、組立公差を考慮すると、変位拡大機構５２０内の各部材の配置精度、特に第１被駆動部材７０と第２被駆動部材１４０との間の位置精度や、第１及び第２光通過口４０１，４０２に対する第１及び第２被駆動部材７０，１４０の配置精度を高めるには限界があった。一方、本実施形態によれば、一つの基板２００に第１及び第２被駆動部材７０，１４０を有する変位拡大機構５２０を形成することで、各部材の配置精度を高めることができる。このことにより、シャッタ装置５００における入射光の開通及び遮断性能を高く維持することができる。
【０１００】
また、第１被駆動部材７０と第２被駆動部材１４０とは、平面視で、第１支持部１６１に対して線対称となるように配置され、第１アクチュエータ３０と第２アクチュエータ９０とは、平面視で、第１支持部１６１に対して線対称となるように配置されている。また、第３アクチュエータ４０と第４アクチュエータ１１０とは、平面視で、第１支持部１６１に対して線対称となるように配置され、第３アクチュエータ４０は第１アクチュエータ３０よりも第１支持部１６１から遠い側に、かつ第４アクチュエータ１１０は第２アクチュエータ９０よりも第１支持部１６１から遠い側にそれぞれ配置されている。
【０１０１】
このようにすることで、変位拡大機構５２０及びシャッタ装置５００の設計を簡便にでき、かつ、入射光の間隔を簡便に近づけることができる。また、第１被駆動部材７０と第２被駆動部材１４０、ひいては、これらの変位後の位置に配置された第１光通過口４０１と第２光通過口４０２とを第１支持部１６１に対して線対称に配置することで、ＶＯＡ等に変位拡大機構５２０やシャッタ装置５００を実装する場合に、例えば、第１支持部１６１を位置合わせマークとでき、ＶＯＡ等に対して正確な位置にかつ簡便に実装できる。
【０１０２】
＜変形例２＞
図８は、本変形例に係るシャッタ装置の平面図を示す。なお、本変形例において、実施形態２と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０３】
本変形例に示す構成と実施形態２に示す構成とでは、平面視で、第１開口２１内に第２支持部１６２が、第２開口２２内に第３支持部１６３がそれぞれ設けられている点で異なる。また、第２支持部１６２は、両端が固定部１０に接続されて第１アクチュエータ３０と並列に配置され、第３支持部１６３は、両端が固定部１０に接続されて第２アクチュエータ９０と並列に配置されている。
【０１０４】
変位拡大機構５２０のサイズあるいは第１開口２１及び第２開口２２のサイズによっては、第１支持部１６１のみで固定部１０の剛性を所定値以上に高く維持できない場合がある。一方、本変形例によれば、上記のように第２支持部１６２と第３支持部１６３とを設けることにより、固定部１０の剛性、特に、第１開口２１の周囲におけるＹ方向の剛性及び第２開口２２の周囲におけるＹ方向の剛性を高めることができる。このように、固定部１０の剛性が高められることで、実施形態２に示すのと同様に、第１及び第２被駆動部材７０、１４０がそれぞれ意図しない位置に変位するのを防止でき、入射光の光路の開通及び遮断に関し、シャッタ装置５００の性能を高く維持することができる。
【０１０５】
また、第２及び第３支持部１６２，１６３は、図１，２に示す支持部９と同様に、第２シリコン層２３０で構成されている。よって、第２支持部１６２は、第１及び第３ビーム５０，６０と所定の間隔をあけて第１及び第３ビーム５０，６０のＺ方向下方に設けられ、第３支持部１６３は、第２及び第４ビーム１２０，１３０と所定の間隔をあけて第２及び第４ビーム１２０，１３０のＺ方向下方に設けられている。
【０１０６】
また、第２支持部１６２を第１及び第３ビーム５０，６０のＺ方向下方に配置することで、第１及び第３アクチュエータ３０，４０によって第１及び第３ビーム５０，６０がそれぞれ駆動された場合にも、第１及び第３ビーム５０，６０の動きが妨げられることがない。よって、第１被駆動部材７０を所望の量、変位させることができる。同様に、第２支持部１６３を第２及び第４ビーム１２０，１３０のＺ方向下方に配置することで、第２及び第４アクチュエータ９０，１１０によって第２及び第４ビーム１２０，１３０がそれぞれ駆動された場合にも、第２及び第４ビーム１２０，１３０の動きが妨げられることがない。よって、第２被駆動部材１４０を所望の量、変位させることができる。
【０１０７】
なお、第２及び第３支持部１６２，１６３を、第１及び第２開口２１，２２のＸ方向での略中央を通る位置にそれぞれ配置することにより、固定部１０が変形しようとするのを効果的に抑制することができることは、実施形態１に示したのと同様である。なお、第１開口２１内での第２支持部１６２の配置は特にこれに限定されず、第１アクチュエータ３０に寄った側に配置されていてもよいし、第３アクチュエータ４０に寄った側に配置されていてもよい。同様に、第２開口２２内での第３支持部１６３の配置は特にこれに限定されず、第２アクチュエータ９０に寄った側に配置されていてもよいし、第４アクチュエータ１１０に寄った側に配置されていてもよい。固定部１０のＹ方向の剛性を高められる位置に第２及び第３支持部１６２，１６３がそれぞれ配置されていればよい。
【０１０８】
＜変形例３＞
図９は、本変形例に係るシャッタ装置の平面図を示す。なお、本変形例において、実施形態２と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０９】
本変形例に係る構成と実施形態２に示す構成とでは、第１開口２１内に配置されたアクチュエータの個数及び第３ビーム６０の基端が第１ベース部材１１に接続されている点で異なる。また、第２開口２２内に配置されたアクチュエータの個数及び第４ビーム１２０の基端が第２ベース部材１２に接続されている点で異なる。
【０１１０】
このように、シャッタ装置５００において、第３アクチュエータ４０及び第４アクチュエータ１１０を省略してもよい。この場合にも、第１開口２１内で、第１アクチュエータ３０に駆動された第１ビーム５０が第１被駆動部材７０をＸ方向右側に押し、第１連結部材８０を介して第１アクチュエータ３０からの駆動力を受けた第３ビーム６０が第１被駆動部材７０をＸ方向左側に引くことで、被駆動部材７０は、平面視で、サブマウント４００に設けられた光通過口４０１と重なる位置へ押し出される。また、第２開口２２内で、第２アクチュエータ９０に駆動された第２ビーム１２０が第２被駆動部材１４０をＸ方向左側に押し、第２連結部材１５０を介して第２アクチュエータ９０からの駆動力を受けた第４ビーム１３０が第１被駆動部材７０をＸ方向右側に引くことで、第２被駆動部材１４０は、平面視で、サブマウント４００に設けられた光通過口４０２と重なる位置へ押し出される。
【０１１１】
なお、第３ビーム６０の基端を第１ベース部材１１ではなく第３ベース部材１３に接続してもよい。同様に、第４ビーム１３０の基端を第２ベース部材１２ではなく第３ベース部材１３に接続してもよい。この場合にも、第１及び第２アクチュエータ３０，９０の全長が意図せずに変化するのを防止して、第１及び第２被駆動部材７０，１４０を所定の位置に安定して保持することができる。
【０１１２】
なお、特に説明しないが、図５〜図９に示す変位拡大機構５２０及びシャッタ装置５００が、図３Ａ〜３Ｅに示すのと同様の製造工程を経て得られることは言うまでもない。また、要求される固定部１０の剛性に応じて、第２及び第３支持部１６２，１６３を省略してもよい。
【０１１３】
（実施形態３）
図１０は、アクチュエータの平面模式図を示し、（ａ）図は、本実施形態に係るアクチュエータの平面形状を、（ｂ）図は、比較のためのアクチュエータの平面形状をそれぞれ示す。なお、図１０に示すアクチュエータ１８０は、図１に示すアクチュエータ３に対応している。また、本実施形態において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１４】
前述したように、変形例１〜３を含む実施形態１，２に示すアクチュエータ３，４，３０，９０，４０，１１０はいずれも、電流が流れることで発熱し、延在方向であるＹ方向に熱膨張する熱式アクチュエータである。また、これらのアクチュエータは、単結晶シリコンである第１シリコン層２１０で構成されているため、５００℃程度の温度では、通常、塑性変形は起こらない。
【０１１５】
しかし、単結晶シリコンからなる部材においても、所定の応力が加わることで塑性変形を生じうる。また、部材の温度が高くなるほど、内部の欠陥の運動等に起因して、塑性変形を生じる応力は低下する。従って、実施形態１，２等に示すアクチュエータ３，４，３０，９０，４０，１１０においても、固定部１，１０から加わる応力や自身の形状によっては、駆動中の発熱で塑性変形を生じるおそれがある。また、１回の駆動で変形しなくても長期的に複数回にわたってアクチュエータを駆動させることで、塑性変形を生じるおそれがある。このような塑性変形が生じると、アクチュエータの変位量が所定量に達しなくなるだけでなく、極端な場合には、アクチュエータが破損してしまうおそれがあった。言いかえると、アクチュエータの信頼性を低下させるおそれがあった。
【０１１６】
そこで、本願発明者等は、主にアクチュエータの形状に着目し、アクチュエータの幅を後述するように規定することで、上記の不具合や信頼性低下を低減できることを見出した。まず、最初に、比較のためのアクチュエータ１８１において、大きな温度分布が生じうることを説明する。
【０１１７】
図１０の（ｂ）図に示すように、アクチュエータ１８１のＸ方向の幅（以下、単に幅という）を一定の値Ｗ３とすると、電流密度は一定であるため、アクチュエータ１８１の上端部１８１ａ、下端部１８１ｂ及び中間部１８１ｂともに同様に発熱する。一方、上端部１８１ａは第１ベース部材１ａに、下端部１８１ｂは第２ベース部材１ｂにそれぞれ接続されている。第２ベース部材１ａ，１ｂは、アクチュエータ１８１に対して表面積、体積ともに十分に大きいため、アクチュエータ１８１で発生した熱を放散するヒートシンクとしても機能する。
【０１１８】
一方、アクチュエータ１８１の中間部１８１ｂにはビーム５の基端が接続されているが、ビーム５自体は、第１及び第２ベース部材１ａ，１ｂに比べて表面積、体積ともに小さく、ヒートシンクとして十分な機能を果たさない。このため、アクチュエータ１８１の中間部１８１ｂは、上端部１８１ａ、下端部１８１ｃに比べて温度が大きく上昇する。このため、中間部１８１ｂでは、塑性変形を生じうる応力が他の部分に比べて小さくなっている。加えて、アクチュエータ１８１が駆動されたときに、最も変形量が大きいのは中間部１８１ｂの近傍である。このため、中間部１８１ｂでは応力が高まり、塑性変形を生じるおそれが最も高くなると言える。
【０１１９】
そこで、本実施形態のアクチュエータ１８０では、図１０の（ａ）図に示すように、幅が連続的に変化するように構成されている。具体的には、アクチュエータ１８０の中間部１８０ｂから第１ベース部材１ａとの接続部である上端部１８０ａにかけて、幅が連続的に減少するように構成されている。また、アクチュエータ１８０の中間部１８０ｂから第２ベース部材１ｂとの接続部である下端部１８０ｃにかけて、幅が連続的に減少するように構成されている。
【０１２０】
アクチュエータ１８０をこのように構成することで、アクチュエータ１８０が塑性変形するのを抑制して、その信頼性を高めることができる。このことについてさらに説明する。
【０１２１】
前述したように、アクチュエータ１８０の駆動時に、中間部１８０ｂの温度が最も高くなるおそれがある。一方、本実施形態によれば、中間部１８０ｂの幅Ｗ１が他の部分、例えば、第１ベース部材１ａとの接続部近傍の幅Ｗ２よりも太くなるようにすることで、中間部１８０ｂでの電流密度を低下させて、発熱量を抑制することができる。このことにより、中間部１８０ｂでの温度上昇を抑制し、一定の応力がアクチュエータ１８０に加わった場合にも、塑性変形を生じにくくすることができる。また、中間部１８０ｂの幅Ｗ１が他の部分よりも太くなるようにすることで、当該部分での剛性を高め、応力の影響を低減することができる。また、中間部１８０ｂがＸＹ平面回りに回転しようとするのを抑制できるため、ビーム５のＸ方向への駆動力を損なわず、被駆動部材７を所望の量、変位させることができる。特に、アクチュエータ３と交差するビーム５に接続された被駆動部材７が、当該ビーム５と交差する方向へ移動する場合には、中間部１８０ｂの回転による被駆動部材７の駆動量の低減を防止することができる。なお、アクチュエータ１８０において、中間部１８０ｂの断面積を他の部分の断面積よりも大きくなるようにすると、電流密度が低下するとともに表面積が増加し、温度の上昇抑制効果が高くなる。ただし、中間部１８０ｂの幅Ｗ１だけでなく厚さも変更しようすると、図３Ａ〜３Ｅに示す製造工程において、アクチュエータの加工工程が追加される。
【０１２２】
なお、本実施形態では、図１に示すアクチュエータ３に対応するアクチュエータ１８０を例に取って説明したが、アクチュエータ１８０の特徴、すなわち、Ｘ方向の幅が中間部１８０ｂから固定部１との接続部である上端部１８０ａ及び下端部１８０ｂにかけて連続的に減少している形状は、変形例１〜３を含む実施形態１，２に示すアクチュエータのすべてに適用可能である。しかし、実施形態１、２では２つのアクチュエータのうち一方のみに、アクチュエータ１８０が適用されていてもよく、さらには、ビーム６がアクチュエータではなく、固定部１に接続されている場合には、アクチュエータ３にアクチュエータ１８０を適用してもよい。
【０１２３】
（その他の実施形態）
実施形態１及び変形例１に示す支持部９はいすれもＹ方向に沿って延在しているが、Ｙ方向から傾斜していてもよい。また、開口２内に複数配置されていてもよい。支持部９が開口２内に複数配置される場合は、互いに平行であってもよいし、所定の角度をなすように配置されていてもよい。交わるように一体化されていてもよい。同様に、変形例２，３に示す第２及び第３支持部１６２，１６３はいすれもＹ方向に沿って延在しているが、Ｙ方向から傾斜していてもよい。また、第２支持部１６２が第１開口２１内に複数配置されていてもよいし、第３支持部１６３が第２開口２２内に複数配置されていてもよいし、その両方を満たしていてもよい。第２支持部１６２が第１開口２１内に複数配置される場合は、互いに平行であってもよいし、所定の角度をなすように配置されていてもよい。交わるように一体化されていてもよい。第３支持部１６３が第２開口２２内に複数配置される場合も同様である。
【０１２４】
また、支持部９や第２及び第３支持部１６２，１６３は第２シリコン層２３０で構成されているが、これらのＸ方向の幅は、必要とされる固定部１または１０の剛性や変形許容量等に応じて適宜変更されうる。また、Ｚ方向の厚さが第２シリコン層２３０よりも薄くなるように支持部９や第２及び第３支持部１６２，１６３を加工してもよい。例えば、ビーム５，６と支持部９とのＺ方向の間隔は絶縁層２２０の厚さである１μｍ程度であるから、外力、例えば、外部からの衝撃や、ビーム５，６と支持部９との間に生じる静電引力等によって、ビーム５，６等が支持部９等に衝突することが起こりうる。この衝撃が強ければビーム５，６が破損してしまうし、仮に、衝撃が弱くても、ビーム５，６等と支持部９等が固着してしまう場合がある。このような固着が生じると、変位拡大機構５１０、ひいてはシャッタ装置５００が正常に動作しなくなる。このような不具合を回避するために、例えば、図３Ｂに示す工程で、図示しないマスクを用いて、支持部９に対応する部分の絶縁層２２０を除去するとともに、支持部９に対応する部分の第２シリコン層２３０をＺ方向上側から所定の厚さだけ除去するようにしてもよい。
【０１２５】
なお、各変形例を含む各実施形態に示すＭＥＭＳ素子である変位拡大機構５１０，５２０において、被駆動部材７または７０に接続されるビームの本数を２本としたが、１本のビームが被駆動部材７または７０に接続されるようにしてもよい。その場合、例えば、１本のアクチュエータによって当該ビームが駆動されて被駆動部材７が変位する。また、被駆動部材７や第１及び第２被駆動部材７０，１４０を構成する第１シリコン層２１０を所定の厚さだけ除去して、これらの部材が第１シリコン層２１０よりも薄くなるようにしてもよい。このようにすることで、被駆動部材７や第１及び第２被駆動部材７０，１４０の質量を低減でき、共振周波数を向上させることができる。
【０１２６】
また、基板２００とサブマウント４００との間で所望の接合強度が確保されていれば、図１に示す構成において、図４に示すように第２ベース部材１ｂの下面とサブマウント４００との間に接着材３００を設けなくてもよい。同様に、図５，８，９に示す構成において、第３ベース部材１３の下面とサブマウント４００との間に接着材３００を設けなくてもよい。あるいは、図１，４に示す構成において、第２ベース部材１ｂの下面とサブマウント４００との間に接着材３００を設け、第１ベース部材１ｂの下面とサブマウント４００との間に接着材３００を設けないようにしてもよい。同様に、図５，８，９に示す構成において、第３ベース部材１３の下面とサブマウント４００との間に接着材３００を設け、第１及び第２ベース部材１１，１２下面とサブマウント４００との間に接着材３００を設けないようにしてもよい。
【０１２７】
また、実施形態３に示すアクチュエータ１８０の特徴は、図１及び図４に示す構成において、支持部９が設けられていない場合にも適用可能である。また、図８及び図９に示す構成において、第２支持部１６２及び第３支持部１６３が設けられていない場合にも適用可能である。また、上記の変形例及び実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明のＭＥＭＳ素子は、固定部の剛性を高めることで、被駆動部材を所定の位置に安定して保持できるため、シャッタ装置に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【０１２９】
１        固定部
１ａ      第１ベース部材
１ｂ      第２ベース部材
２        開口
３        アクチュエータ
４        アクチュエータ（別のアクチュエータ）
５        ビーム
６        ビーム（別のビーム）
６ａ      第１部材
６ｂ      第２部材
７        被駆動部材
８        連結部材
９        支持部
１０      固定部
１１      第１ベース部材
１２      第２ベース部材
１３      第３ベース部材
２０      開口
２１      第１開口
２２      第２開口
３０      第１アクチュエータ（アクチュエータ）
４０      第３アクチュエータ
５０      第１ビーム
６０      第３ビーム
７０      第１被駆動部材（被駆動部材）
８０      第１連結部材
９０      第２アクチュエータ
１０１    第１電極
１０２    第２電極
１１０    第４アクチュエータ
１２０    第２ビーム
１３０    第４ビーム
１４０    第２被駆動部材
１５０    第２連結部材
１６１〜１６３    第１〜第３支持部
１７１〜１７３    第１〜第３電極
１８０    アクチュエータ
１８０ａ  アクチュエータ１８０の上端部
１８０ｂ  アクチュエータ１８０の中間部
１８０ｃ  アクチュエータ１８０の下端部
２００    ＳＯＩ基板（基板）
２１０    第１シリコン層
２２０    絶縁層
２３０    第２シリコン層
３００    接着材（接合部材）
４００    サブマウント（支持部材）
４０１    光通過口（第１光通過口）
４０２    第２光通過口
５００    シャッタ装置
５１０，５２０    変位拡大機構（ＭＥＭＳ素子）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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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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【国際調査報告】
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