JP2001125014A - 光減衰を行う、ｍｅｍｓ装置、可変光減衰システム、光減衰方法およびｍｅｍｓ可変光減衰器の製造方法 - Google Patents
光減衰を行う、ｍｅｍｓ装置、可変光減衰システム、光減衰方法およびｍｅｍｓ可変光減衰器の製造方法Info
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- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光パワーの全範囲に渡って光の減衰作用を行
なう性能を有するＭＥＭＳ可変光減衰器を提供する。 【解決手段】 マイクロ電子基板１２の上面に熱駆動に
よってアーチ梁を湾曲するＭＥＭＳアクチュエータ１４
を形成する。ＭＥＭＳアクチュエータ１４のアーチ梁に
アクチュエータ部材１４を結合し、アクチュエータ部材
１４の先端には光シャッタ１６を結合する。マイクロ電
子基板１２の開口１８には光ビーム２０を通す。ＭＥＭ
Ｓアクチュエータ１４を加熱駆動して光シャッタ１６
を、光ビーム２０の経路を横切るように動かし、光ビー
ム２０を減衰する。所望の減衰位置でアクチュエータ部
材２２をクランプ要素２４でクランプして光シャッタを
減衰位置に保持する。
なう性能を有するＭＥＭＳ可変光減衰器を提供する。 【解決手段】 マイクロ電子基板１２の上面に熱駆動に
よってアーチ梁を湾曲するＭＥＭＳアクチュエータ１４
を形成する。ＭＥＭＳアクチュエータ１４のアーチ梁に
アクチュエータ部材１４を結合し、アクチュエータ部材
１４の先端には光シャッタ１６を結合する。マイクロ電
子基板１２の開口１８には光ビーム２０を通す。ＭＥＭ
Ｓアクチュエータ１４を加熱駆動して光シャッタ１６
を、光ビーム２０の経路を横切るように動かし、光ビー
ム２０を減衰する。所望の減衰位置でアクチュエータ部
材２２をクランプ要素２４でクランプして光シャッタを
減衰位置に保持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変制御されマイ
クロ電気機械式に駆動されて光減衰を行う、ＭＥＭＳ装
置、可変光減衰システム、光減衰方法およびＭＥＭＳ可
変光減衰器の製造方法に関するものである。
クロ電気機械式に駆動されて光減衰を行う、ＭＥＭＳ装
置、可変光減衰システム、光減衰方法およびＭＥＭＳ可
変光減衰器の製造方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】薄膜技術の進展が、精巧な集積回路の開
発を可能ならしめてきた。この高度な半導体技術は、ま
た、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈ
ａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ電気機械システ
ム）構造体の創成を加速させてきた。ＭＥＭＳ構造体
は、典型的には、運動したりあるいは力を印加する能力
を持つ。マイクロセンサ、マイクロギヤ、マイクロモー
タ、その他のマイクロ工学装置など、多数の異なる態様
のＭＥＭＳ装置が作成されている。これらのＭＥＭＳ装
置は、ポンプやバルブが使用される水力用途や、光バル
フ゛やシャッタを含む光学用途などの、多様な用途にお
いて利用され得る。ＭＥＭＳ装置は、低コスト、高信頼
性、および非常に小型という利点を提供するので、現
在、多様な用途向けに開発が行なわれている。
発を可能ならしめてきた。この高度な半導体技術は、ま
た、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈ
ａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ電気機械システ
ム）構造体の創成を加速させてきた。ＭＥＭＳ構造体
は、典型的には、運動したりあるいは力を印加する能力
を持つ。マイクロセンサ、マイクロギヤ、マイクロモー
タ、その他のマイクロ工学装置など、多数の異なる態様
のＭＥＭＳ装置が作成されている。これらのＭＥＭＳ装
置は、ポンプやバルブが使用される水力用途や、光バル
フ゛やシャッタを含む光学用途などの、多様な用途にお
いて利用され得る。ＭＥＭＳ装置は、低コスト、高信頼
性、および非常に小型という利点を提供するので、現
在、多様な用途向けに開発が行なわれている。
【０００３】ＭＥＭＳ装置が技術者に対してもたらす設
計自由度を利用して、マイクロ構造体内で所望の運動を
発生させるために必要となる力を提供するための多様な
手法や構造体の開発が行なわれている。例えば、マイク
ロマシーン加工されたばねやギヤを回転するための機械
的回転力を印加するためにマイクロ片持ち梁が利用され
てきた。マイクロモータを回転するためには電磁場が利
用されてきた。マイクロマシーン加工された構造体を制
御可能な状態で運動させるためには圧電による力も利用
され成功を収めてきた。マイクロ装置を駆動するための
力を発生するためには、アクチュエータあるいは他のＭ
ＥＭＳ構成要素の制御熱膨張が利用されてきた。
計自由度を利用して、マイクロ構造体内で所望の運動を
発生させるために必要となる力を提供するための多様な
手法や構造体の開発が行なわれている。例えば、マイク
ロマシーン加工されたばねやギヤを回転するための機械
的回転力を印加するためにマイクロ片持ち梁が利用され
てきた。マイクロモータを回転するためには電磁場が利
用されてきた。マイクロマシーン加工された構造体を制
御可能な状態で運動させるためには圧電による力も利用
され成功を収めてきた。マイクロ装置を駆動するための
力を発生するためには、アクチュエータあるいは他のＭ
ＥＭＳ構成要素の制御熱膨張が利用されてきた。
【０００４】これらの装置の一つは、発明者マーカスら
による「マイクロプローブ」と題され１９９５年１２月
１２日に発行された米国特許第５，４７５，３１８号に
見られるものであり、熱膨張にテコを作用させてマイク
ロ装置を運動させている。マイクロ片持ち梁は、異なる
熱膨張係数を有する材料から構成されている。加熱時に
はこの２組成から成る層の湾曲が異なるので、これに対
応してマイクロ片持ち梁が運動する。同様の機構が、マ
イクロマシーン加工された熱スイッチを駆動するために
利用されており、これは、発明者ノーリングによる「マ
イクロマシーン加工された熱スイッチ」と題され１９９
５年１０月３１日に発行された米国特許第５，４６３，
２３３号に記載されている。
による「マイクロプローブ」と題され１９９５年１２月
１２日に発行された米国特許第５，４７５，３１８号に
見られるものであり、熱膨張にテコを作用させてマイク
ロ装置を運動させている。マイクロ片持ち梁は、異なる
熱膨張係数を有する材料から構成されている。加熱時に
はこの２組成から成る層の湾曲が異なるので、これに対
応してマイクロ片持ち梁が運動する。同様の機構が、マ
イクロマシーン加工された熱スイッチを駆動するために
利用されており、これは、発明者ノーリングによる「マ
イクロマシーン加工された熱スイッチ」と題され１９９
５年１０月３１日に発行された米国特許第５，４６３，
２３３号に記載されている。
【０００５】さらに、発明者ウッドらによる「熱式アー
チ梁のマイクロ電気機械式アクチュエータ」と題され１
９９９年６月１日に発行された米国特許第５，９０９，
０７８号には、マイクロ電子基板上に配置された１対の
支持体の間に伸長する１対のアーチ梁を備えた熱式アク
チュエータが記載されている。アーチ梁に通電すること
により、アーチ梁はさらに湾曲すべく膨張することにな
る。ウッド氏の特許の熱式アクチュエータは、また、複
数のアーチ梁を結合し、ワークピースに対して押圧する
働きをするアクチュエータ部材を備えることもできる。
チ梁のマイクロ電気機械式アクチュエータ」と題され１
９９９年６月１日に発行された米国特許第５，９０９，
０７８号には、マイクロ電子基板上に配置された１対の
支持体の間に伸長する１対のアーチ梁を備えた熱式アク
チュエータが記載されている。アーチ梁に通電すること
により、アーチ梁はさらに湾曲すべく膨張することにな
る。ウッド氏の特許の熱式アクチュエータは、また、複
数のアーチ梁を結合し、ワークピースに対して押圧する
働きをするアクチュエータ部材を備えることもできる。
【０００６】ＭＥＭＳ構造体の特徴である、低コストで
の製造、高信頼性、およびサイズの利点を生かしたＭＥ
ＭＳ駆動される可変の光減衰器を開発する必要性が存在
する。光減衰器においては、光パワーの全範囲に渡って
可変であると共に挿入損失が低いという利点を有する装
置を製造することの必要性が特に重要である。ずっと広
い動的パワー範囲に渡って光パワーを減衰させる性能を
有する装置を提供することにより、減衰位置で、ずっと
幅広い光ビームおよび／または収束されていない光ビー
ムを有する光ビームを減衰させることが可能となろう。
の製造、高信頼性、およびサイズの利点を生かしたＭＥ
ＭＳ駆動される可変の光減衰器を開発する必要性が存在
する。光減衰器においては、光パワーの全範囲に渡って
可変であると共に挿入損失が低いという利点を有する装
置を製造することの必要性が特に重要である。ずっと広
い動的パワー範囲に渡って光パワーを減衰させる性能を
有する装置を提供することにより、減衰位置で、ずっと
幅広い光ビームおよび／または収束されていない光ビー
ムを有する光ビームを減衰させることが可能となろう。
【０００７】さらに、ＭＥＭＳ駆動の可変光減衰器は、
光減衰に対する、より繊細でより精密な制御を提供し、
特定の用途で必要とされるように伝送光パワーを動的に
変化させることが可能となる。また、低パワー消費（低
電力消費）という利点を持つＭＥＭＳ駆動の可変光減衰
器を考案することが望まれる。
光減衰に対する、より繊細でより精密な制御を提供し、
特定の用途で必要とされるように伝送光パワーを動的に
変化させることが可能となる。また、低パワー消費（低
電力消費）という利点を持つＭＥＭＳ駆動の可変光減衰
器を考案することが望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＭ
ＥＭＳ駆動の可変光減衰器は将来の光波通信システムや
光電子工学（オプトエレクトロニクス）システムにおけ
る手段となる可能性が高いにもかかわらず、今日まで、
ＭＥＭＳ駆動の可変光減衰器は、少なくも商用的には、
利用されていない。本発明は、上記事情に鑑み、商用的
に利用可能で実用に適した光減衰用のＭＥＭＳ装置、可
変光減衰システム、光減衰方法およびＭＥＭＳ可変光減
衰器の製造方法を提供することにある。
ＥＭＳ駆動の可変光減衰器は将来の光波通信システムや
光電子工学（オプトエレクトロニクス）システムにおけ
る手段となる可能性が高いにもかかわらず、今日まで、
ＭＥＭＳ駆動の可変光減衰器は、少なくも商用的には、
利用されていない。本発明は、上記事情に鑑み、商用的
に利用可能で実用に適した光減衰用のＭＥＭＳ装置、可
変光減衰システム、光減衰方法およびＭＥＭＳ可変光減
衰器の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、改良されたＭ
ＥＭＳ可変光減衰器（装置）を提供する。さらに、本発
明に係るＭＥＭＳ可変光減衰器の使用方法および製造方
法を提供する。
ＥＭＳ可変光減衰器（装置）を提供する。さらに、本発
明に係るＭＥＭＳ可変光減衰器の使用方法および製造方
法を提供する。
【００１０】本発明に係るＭＥＭＳ可変光減衰器は、マ
イクロ電子基板と、この基板上に配置されたマイクロ電
子アクチュエータと、この基板上に配置された光シャッ
タとを備える。光シャッタはマイクロ電子アクチュエー
タにより駆動され、各位置で光パワー阻止比率が異なる
様々な減衰位置で保持されるべく設けられている。この
ような態様で光信号を減衰させる際に、本発明に係る可
変光減衰器は光パワーの全範囲に渡って光ビームを減衰
させる性能を有する。
イクロ電子基板と、この基板上に配置されたマイクロ電
子アクチュエータと、この基板上に配置された光シャッ
タとを備える。光シャッタはマイクロ電子アクチュエー
タにより駆動され、各位置で光パワー阻止比率が異なる
様々な減衰位置で保持されるべく設けられている。この
ような態様で光信号を減衰させる際に、本発明に係る可
変光減衰器は光パワーの全範囲に渡って光ビームを減衰
させる性能を有する。
【００１１】さらに、本発明に係る可変光減衰器は、光
シャッタに動作可能な状態で接続された静電クランプ要
素を備えても良い。このクランプ要素は、ＭＥＭＳアク
チュエータに非常に低いスタンバイパワー（電力）が印
加されることにより光シャッタが所望の減衰位置で静電
的にクランプされることを可能とする。本発明の一形態
例では、ＭＥＭＳアクチュエータは熱式アーチ梁アクチ
ュエータにより構成される。
シャッタに動作可能な状態で接続された静電クランプ要
素を備えても良い。このクランプ要素は、ＭＥＭＳアク
チュエータに非常に低いスタンバイパワー（電力）が印
加されることにより光シャッタが所望の減衰位置で静電
的にクランプされることを可能とする。本発明の一形態
例では、ＭＥＭＳアクチュエータは熱式アーチ梁アクチ
ュエータにより構成される。
【００１２】本発明に係るＭＥＭＳ可変光減衰器の一形
態例においては、ＭＥＭＳアクチュエータおよび光シャ
ッタが基板と同一平面に配置され、基板にほぼ垂直であ
って基板に設けられた開口を貫通する光ビームを減衰さ
せる。本発明の他の形態例においては、ＭＥＭＳ可変光
減衰器のＭＥＭＳアクチュエータおよび光シャッタが基
板と同一平面に配置され、基板にほぼ平行な光ビームを
減衰させる。
態例においては、ＭＥＭＳアクチュエータおよび光シャ
ッタが基板と同一平面に配置され、基板にほぼ垂直であ
って基板に設けられた開口を貫通する光ビームを減衰さ
せる。本発明の他の形態例においては、ＭＥＭＳ可変光
減衰器のＭＥＭＳアクチュエータおよび光シャッタが基
板と同一平面に配置され、基板にほぼ平行な光ビームを
減衰させる。
【００１３】あるいは、本発明の他の形態例は、ＭＥＭ
Ｓアクチュエータが基板と同一平面に配置され、光シャ
ッタが基板に対してほぼ垂直な面に配置されて、基板表
面にほぼ平行な光ビームを減衰させる、という構成を提
供する。さらに、本発明は、ＭＥＭＳアクチュエータお
よび光シャッタが基板と同一平面に配置され、この駆動
の際には光シャッタが基板の縁の外に伸長（伸長移動）
し、以て、基板周囲の外の面に所在する光ビームを減衰
させることを特徴とするＭＥＭＳアクチュエータおよび
光シャッタを備えても良い。
Ｓアクチュエータが基板と同一平面に配置され、光シャ
ッタが基板に対してほぼ垂直な面に配置されて、基板表
面にほぼ平行な光ビームを減衰させる、という構成を提
供する。さらに、本発明は、ＭＥＭＳアクチュエータお
よび光シャッタが基板と同一平面に配置され、この駆動
の際には光シャッタが基板の縁の外に伸長（伸長移動）
し、以て、基板周囲の外の面に所在する光ビームを減衰
させることを特徴とするＭＥＭＳアクチュエータおよび
光シャッタを備えても良い。
【００１４】本発明の他の形態例においては、可変光減
衰器が、光シャッタにより大きな変位距離を持たせるべ
く構成されたＭＥＭＳアクチュエータのアレイを備え
る。アレイの状態に構成されたＭＥＭＳアクチュエータ
は、力や距離の増大という利点を有する。この態様で
は、光シャッタは、より大きな断面積の光ビーム、ある
いは収束されていない光ビームを減衰させる性能を有す
る。
衰器が、光シャッタにより大きな変位距離を持たせるべ
く構成されたＭＥＭＳアクチュエータのアレイを備え
る。アレイの状態に構成されたＭＥＭＳアクチュエータ
は、力や距離の増大という利点を有する。この態様で
は、光シャッタは、より大きな断面積の光ビーム、ある
いは収束されていない光ビームを減衰させる性能を有す
る。
【００１５】さらに、可変光減衰器は、また、光シャッ
タに動作可能な状態で接続されたレバーに力を提供する
中央ハブを駆動するべく構成された多数のＭＥＭＳアク
チュエータを備えることができる。このような回転ハブ
構成は、機構的な利点を生かして、駆動変位の増加と、
より広い減衰範囲とを提供する。あるいは、本発明は、
一以上のＭＥＭＳアクチュエータにより駆動される一以
上の光シャッタを備え、これらの光シャッタが光ビーム
を覆うことで減衰を行なっても良い。このような構成に
おいては、シャッタが、隣接する光シャッタの間で機能
的な封止が可能となるべく成形されても良い。
タに動作可能な状態で接続されたレバーに力を提供する
中央ハブを駆動するべく構成された多数のＭＥＭＳアク
チュエータを備えることができる。このような回転ハブ
構成は、機構的な利点を生かして、駆動変位の増加と、
より広い減衰範囲とを提供する。あるいは、本発明は、
一以上のＭＥＭＳアクチュエータにより駆動される一以
上の光シャッタを備え、これらの光シャッタが光ビーム
を覆うことで減衰を行なっても良い。このような構成に
おいては、シャッタが、隣接する光シャッタの間で機能
的な封止が可能となるべく成形されても良い。
【００１６】本発明の更に他の形態例においては、可変
光減衰器が、ほぼ平面的な表面を有するマイクロ電子基
板と、異なる熱膨張係数を有する少なくも２つの材料か
ら成る熱式２組成片持ち梁構造体とを備えても良い。熱
式２組成体の一部分は基板に固定され、他の部分は基板
から解放され、以て、２組成構造体に熱駆動が印加され
た際に、２組成体が、低い膨張係数を有する材料の方向
に移動する。２組成体が、基板表面の上方、あるいは基
板表面の下方、の平面に所在する光ビームの経路を遮断
すべく構成されても良い。
光減衰器が、ほぼ平面的な表面を有するマイクロ電子基
板と、異なる熱膨張係数を有する少なくも２つの材料か
ら成る熱式２組成片持ち梁構造体とを備えても良い。熱
式２組成体の一部分は基板に固定され、他の部分は基板
から解放され、以て、２組成構造体に熱駆動が印加され
た際に、２組成体が、低い膨張係数を有する材料の方向
に移動する。２組成体が、基板表面の上方、あるいは基
板表面の下方、の平面に所在する光ビームの経路を遮断
すべく構成されても良い。
【００１７】本発明は、また、光を可変に減衰させるた
めの方法を提供する。この方法は、本発明の可変光減衰
器を使用することによって構成されるもので、ＭＥＭＳ
アクチュエータを駆動することによって光シャッタを所
望の光パワーが達成されるまで光ビームの経路内に移動
させる。そして、光シャッタをその位置に固定するため
にクランプ要素を駆動することが可能であり、スタンバ
イパワー消費を避けるためにＭＥＭＳアクチュエータが
駆動停止されることが可能である。
めの方法を提供する。この方法は、本発明の可変光減衰
器を使用することによって構成されるもので、ＭＥＭＳ
アクチュエータを駆動することによって光シャッタを所
望の光パワーが達成されるまで光ビームの経路内に移動
させる。そして、光シャッタをその位置に固定するため
にクランプ要素を駆動することが可能であり、スタンバ
イパワー消費を避けるためにＭＥＭＳアクチュエータが
駆動停止されることが可能である。
【００１８】さらに、本発明には、可変光減衰器の製造
方法を含む。この方法は、適切なマイクロ電子基板を選
択すること、この基板上に酸化物の層を形成すること、
この基板上にシリコンの層を形成すること、ＭＥＭＳ熱
式アーチ梁アクチュエータ、応力緩和ばね、アクチュエ
ータ部材、および光シャッタを備える機械的構造体を基
板上に構成すること、ＭＥＭＳアクチュエータのアーチ
梁、応力緩和ばね、およびアクチュエータ部材を構成す
るシリコン層の部分を解放すること、伝導性を付与する
ためにシリコン層にドープすること、光シャッタに開口
を提供するために基板背面をエッチングすること、とを
含む。また、この製造方法が、シリコン層内にクランプ
要素の機械的構造体を構成すること、クランプ要素を基
板表面から解放することとを更に含んでも良い。
方法を含む。この方法は、適切なマイクロ電子基板を選
択すること、この基板上に酸化物の層を形成すること、
この基板上にシリコンの層を形成すること、ＭＥＭＳ熱
式アーチ梁アクチュエータ、応力緩和ばね、アクチュエ
ータ部材、および光シャッタを備える機械的構造体を基
板上に構成すること、ＭＥＭＳアクチュエータのアーチ
梁、応力緩和ばね、およびアクチュエータ部材を構成す
るシリコン層の部分を解放すること、伝導性を付与する
ためにシリコン層にドープすること、光シャッタに開口
を提供するために基板背面をエッチングすること、とを
含む。また、この製造方法が、シリコン層内にクランプ
要素の機械的構造体を構成すること、クランプ要素を基
板表面から解放することとを更に含んでも良い。
【００１９】本発明のＭＥＭＳ可変光減衰器は、光パワ
ーの全範囲に渡って光ビームを減衰させる性能を有す
る。精密かつ連続的な変位の制御を行なうことに優れた
ＭＥＭＳアクチュエータを使用することにより、本発明
は、光パワー範囲内の特定の度合に光ビームを減衰さ
せ、指令に従って減衰度を変化させる性能がある。
ーの全範囲に渡って光ビームを減衰させる性能を有す
る。精密かつ連続的な変位の制御を行なうことに優れた
ＭＥＭＳアクチュエータを使用することにより、本発明
は、光パワー範囲内の特定の度合に光ビームを減衰さ
せ、指令に従って減衰度を変化させる性能がある。
【００２０】さらに、本発明は、大きな面積（領域，範
囲）に渡って減衰を起こさせることができる機構を備え
ており、これにより、光ビームの焦点領域外で、あるい
は大きな断面積の光ビームの全体に渡って、減衰を起こ
させることができる。本発明は、また、望まれるレベル
の減衰が達成された後に光シャッタをその位置に固定す
るために設けられたクランプ装置を有するという利点を
有する。このクランプ要素は、減衰中にＭＥＭＳアクチ
ュエータにスタンバイパワー（スタンバイ電力）を供給
し続ける必要性を取り除く。このように、これらの改善
された性能特性と、当該業界において通常の技術を有す
る者には容易に明らかとなるであろう多数の他の特徴と
を備えたＭＥＭＳ可変光減衰器が、多くの光電子工学的
用途および光波通信用途のために有益となるであろう。
囲）に渡って減衰を起こさせることができる機構を備え
ており、これにより、光ビームの焦点領域外で、あるい
は大きな断面積の光ビームの全体に渡って、減衰を起こ
させることができる。本発明は、また、望まれるレベル
の減衰が達成された後に光シャッタをその位置に固定す
るために設けられたクランプ装置を有するという利点を
有する。このクランプ要素は、減衰中にＭＥＭＳアクチ
ュエータにスタンバイパワー（スタンバイ電力）を供給
し続ける必要性を取り除く。このように、これらの改善
された性能特性と、当該業界において通常の技術を有す
る者には容易に明らかとなるであろう多数の他の特徴と
を備えたＭＥＭＳ可変光減衰器が、多くの光電子工学的
用途および光波通信用途のために有益となるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態例
を添付図面を参照して、詳細に説明する。しかし、本発
明は多数の異なる形態で実施しても良く、本明細書に記
載の実施形態例に限定されるものと解釈すべきではな
く、むしろ、これらの実施形態例は、この開示が徹底的
かつ完全なものとし、当業界の技術を有する者に対し本
発明の範囲を完全に明らかとするために提供するもので
ある。全体を通じ同一番号は同一要素を示す。
を添付図面を参照して、詳細に説明する。しかし、本発
明は多数の異なる形態で実施しても良く、本明細書に記
載の実施形態例に限定されるものと解釈すべきではな
く、むしろ、これらの実施形態例は、この開示が徹底的
かつ完全なものとし、当業界の技術を有する者に対し本
発明の範囲を完全に明らかとするために提供するもので
ある。全体を通じ同一番号は同一要素を示す。
【００２２】さて、図１を参照すれば、本発明に係るＭ
ＥＭＳ装置としてのマイクロ電気機械（式）システム
（ＭＥＭＳ）可変光減衰器１０の第１実施形態例が斜視
図として示されている。このＭＥＭＳ可変光減衰器１０
は可変減衰システムを構成する。示されているように、
ＭＥＭＳ可変光減衰器は、マイクロ電子基板１２、マイ
クロ電子アクチュエータとしてのＭＥＭＳアクチュエー
タ１４、および光シャッタ１６を備える。マイクロ電子
基板は様々な材料から構成することができるが、この基
板は、典型的には、シリコン、石英、ガラス、あるいは
高分子材料から形成され、好ましくはシリコンから形成
される。
ＥＭＳ装置としてのマイクロ電気機械（式）システム
（ＭＥＭＳ）可変光減衰器１０の第１実施形態例が斜視
図として示されている。このＭＥＭＳ可変光減衰器１０
は可変減衰システムを構成する。示されているように、
ＭＥＭＳ可変光減衰器は、マイクロ電子基板１２、マイ
クロ電子アクチュエータとしてのＭＥＭＳアクチュエー
タ１４、および光シャッタ１６を備える。マイクロ電子
基板は様々な材料から構成することができるが、この基
板は、典型的には、シリコン、石英、ガラス、あるいは
高分子材料から形成され、好ましくはシリコンから形成
される。
【００２３】ＭＥＭＳアクチュエータは、光シャッタの
変位を推進する力を発生する機構として働く。本実施形
態例においては、光シャッタは、基板により構成される
開口１８に少なくも部分的に覆いかぶさるべく、基板に
平行な平面で横方向（側方向）に変位されても良い。こ
のシャッタの変位が、基板開口を通る光ビーム２０を減
衰させる。ＭＥＭＳアクチュエータにより行なわれる精
密な可変制御により、光パワーの全範囲あるいは光パワ
ー範囲の他の予め定めた設定部分に渡って、光シャッタ
が光ビームを動的に減衰させることが可能となる。
変位を推進する力を発生する機構として働く。本実施形
態例においては、光シャッタは、基板により構成される
開口１８に少なくも部分的に覆いかぶさるべく、基板に
平行な平面で横方向（側方向）に変位されても良い。こ
のシャッタの変位が、基板開口を通る光ビーム２０を減
衰させる。ＭＥＭＳアクチュエータにより行なわれる精
密な可変制御により、光パワーの全範囲あるいは光パワ
ー範囲の他の予め定めた設定部分に渡って、光シャッタ
が光ビームを動的に減衰させることが可能となる。
【００２４】光シャッタが光ビームを部分的に、あるい
は完全に、遮断するとき、光学システムの受光端に入射
する光パワーの変化が観察される。これは、受光パワー
が、伝送光パワーの１００％から０％で動的に変化する
ことを可能とする。示されるように、光シャッタは、全
体として平面的な矩形の減衰表面を有するが、しかし、
減衰表面の外形および表面形態は、所望の減衰レベルを
与えると共にパワー消費（電力消費）を最小化するため
に、変更（修正）されても良い。例示のためには、より
背の高い、よりブロックに似たシャッタが製作されても
良く、光ビームを通過させる開口を有するシャッタが用
いられても良い。
は完全に、遮断するとき、光学システムの受光端に入射
する光パワーの変化が観察される。これは、受光パワー
が、伝送光パワーの１００％から０％で動的に変化する
ことを可能とする。示されるように、光シャッタは、全
体として平面的な矩形の減衰表面を有するが、しかし、
減衰表面の外形および表面形態は、所望の減衰レベルを
与えると共にパワー消費（電力消費）を最小化するため
に、変更（修正）されても良い。例示のためには、より
背の高い、よりブロックに似たシャッタが製作されても
良く、光ビームを通過させる開口を有するシャッタが用
いられても良い。
【００２５】図１の実施形態例ではマイクロ電子基板１
２に開口１８が示されているが、マイクロ電子基板がガ
ラスあるいは石英のような透明材料から成る場合には、
基板に設けられる開口を取り除くことができる。マイク
ロ電子工学的用途におけるこのような透明基板の使用
は、当該技術に熟達した者には良く知られている。基板
の透明な性質は光ビームが通過することを可能にし、よ
って、基板に開口を設ける必要性を取り除く。
２に開口１８が示されているが、マイクロ電子基板がガ
ラスあるいは石英のような透明材料から成る場合には、
基板に設けられる開口を取り除くことができる。マイク
ロ電子工学的用途におけるこのような透明基板の使用
は、当該技術に熟達した者には良く知られている。基板
の透明な性質は光ビームが通過することを可能にし、よ
って、基板に開口を設ける必要性を取り除く。
【００２６】図１に示したように、本発明の実施形態例
において、選択されるＭＥＭＳアクチュエータとして熱
式アーチ梁アクチュエータの使用を取り入れていても良
い。本実施形態例においては、熱式アーチ梁アクチュエ
ータは例示の目的でのみ示されている。必要な制御性お
よび可変性を付与する他のＭＥＭＳアクチュエータも、
また、本発明に開示された発明コンセプトから乖離する
ことなしに、使用することができる。
において、選択されるＭＥＭＳアクチュエータとして熱
式アーチ梁アクチュエータの使用を取り入れていても良
い。本実施形態例においては、熱式アーチ梁アクチュエ
ータは例示の目的でのみ示されている。必要な制御性お
よび可変性を付与する他のＭＥＭＳアクチュエータも、
また、本発明に開示された発明コンセプトから乖離する
ことなしに、使用することができる。
【００２７】図２は、熱式アーチ梁アクチュエータのよ
り詳しい上面図である。熱式アーチ梁アクチュエータ３
０は、マイクロ電子基板１２の平面的な表面３２上に形
成される。間隔を空け支持体３４が基板表面上に形成さ
れ、アーチ梁３６がこの間隔を空け支持体の間に伸長す
る。熱式アーチ梁アクチュエータを形成するアーチ梁の
数は例示の目的で示されており、より多い、あるいはよ
り少ない、アーチ梁を有する熱式アーチ梁アクチュエー
タも使用可能である。
り詳しい上面図である。熱式アーチ梁アクチュエータ３
０は、マイクロ電子基板１２の平面的な表面３２上に形
成される。間隔を空け支持体３４が基板表面上に形成さ
れ、アーチ梁３６がこの間隔を空け支持体の間に伸長す
る。熱式アーチ梁アクチュエータを形成するアーチ梁の
数は例示の目的で示されており、より多い、あるいはよ
り少ない、アーチ梁を有する熱式アーチ梁アクチュエー
タも使用可能である。
【００２８】アーチ梁の端は、アーチ梁が基板表面上方
の位置に保持されるべく、支持体に固定されている。示
したアーチ梁の数は例示的であり、単一のアーチ梁が利
用されても良く、あるいは、多数のアーチ梁が使用され
ても良い。１対の支持体（図２に示したような）が多数
のアーチ梁を支持しても良く、あるいは、これらが、個
々の分離した支持体の対により個別に支持されても良
い。アーチ梁は、ニッケルのような金属、ドープされた
シリコン、あるいは他の導体から製造されることが可能
であり、これは正の熱膨張係数を有し、これに熱が印加
された際にアーチ梁が膨張する。あるいは、梁は、これ
に熱が印加された際に収縮する、負の熱膨張係数を有す
る材料から製作されても良い。
の位置に保持されるべく、支持体に固定されている。示
したアーチ梁の数は例示的であり、単一のアーチ梁が利
用されても良く、あるいは、多数のアーチ梁が使用され
ても良い。１対の支持体（図２に示したような）が多数
のアーチ梁を支持しても良く、あるいは、これらが、個
々の分離した支持体の対により個別に支持されても良
い。アーチ梁は、ニッケルのような金属、ドープされた
シリコン、あるいは他の導体から製造されることが可能
であり、これは正の熱膨張係数を有し、これに熱が印加
された際にアーチ梁が膨張する。あるいは、梁は、これ
に熱が印加された際に収縮する、負の熱膨張係数を有す
る材料から製作されても良い。
【００２９】アーチ梁を基板に接続するための取付け点
として働く支持体は、好ましくは電気メッキ処理により
基板上に堆積（析出）される、ニッケルのような金属か
ら形成されても良い。図２に示したように、アーチ梁
は、基板の平面的な表面に平行に伸長して３８の方向に
湾曲し、変位の方向を設定方向に規定する働きをする。
アクチュエータ部材２２は、複数のアーチ梁の機械的結
合器として働き、また、アーチ梁に熱が印加されている
際には、アクチュエータ部材は、基板の平面的な表面に
沿って平行に変位する。アーチ梁を共に結合する（アク
チュエータ部材で結合する）ことにより強固となる効果
が得られ、個別の、結合されないアーチ梁から得られる
力よりずっと高いレベルの力（即ち、力の倍加）を発生
し得る。
として働く支持体は、好ましくは電気メッキ処理により
基板上に堆積（析出）される、ニッケルのような金属か
ら形成されても良い。図２に示したように、アーチ梁
は、基板の平面的な表面に平行に伸長して３８の方向に
湾曲し、変位の方向を設定方向に規定する働きをする。
アクチュエータ部材２２は、複数のアーチ梁の機械的結
合器として働き、また、アーチ梁に熱が印加されている
際には、アクチュエータ部材は、基板の平面的な表面に
沿って平行に変位する。アーチ梁を共に結合する（アク
チュエータ部材で結合する）ことにより強固となる効果
が得られ、個別の、結合されないアーチ梁から得られる
力よりずっと高いレベルの力（即ち、力の倍加）を発生
し得る。
【００３０】図２に示したように、熱式アーチ梁アクチ
ュエータ３０は、また、アーチ梁に熱を印加する手段４
０を備える。印加された熱は、アーチ梁の熱膨張あるい
は熱収縮の結果としてアーチ梁３６の更なる湾曲を生ぜ
しめる。比較的高いアスペクト比を有することにより、
アーチ梁は、平面での方向３８への運動が可能である
が、しかし、平面外方向には堅く、たわまない。更なる
湾曲は予め定めた方向（設定方向）に沿って発生し、ア
ーチ梁に変位を与える。アクチュエータ部材を有する本
実施形態例ではアクチュエータ部材にも変位を与える。
ュエータ３０は、また、アーチ梁に熱を印加する手段４
０を備える。印加された熱は、アーチ梁の熱膨張あるい
は熱収縮の結果としてアーチ梁３６の更なる湾曲を生ぜ
しめる。比較的高いアスペクト比を有することにより、
アーチ梁は、平面での方向３８への運動が可能である
が、しかし、平面外方向には堅く、たわまない。更なる
湾曲は予め定めた方向（設定方向）に沿って発生し、ア
ーチ梁に変位を与える。アクチュエータ部材を有する本
実施形態例ではアクチュエータ部材にも変位を与える。
【００３１】熱式アーチ梁に熱を印加するためには様々
な手法が使用され得る。この種の熱印加手段は、例え
ば、アーチ梁を通して直接に電流が印加されても良い。
あるいは、アーチ梁構造体の直ぐ近傍に外部ヒータが設
けられても良く、または、熱を付与するために液体／気
体の流れが使用されても良い。さらに、これらの手法が
組み合わせとして使用されても良く、また、他の加熱手
法も使用されて良い。
な手法が使用され得る。この種の熱印加手段は、例え
ば、アーチ梁を通して直接に電流が印加されても良い。
あるいは、アーチ梁構造体の直ぐ近傍に外部ヒータが設
けられても良く、または、熱を付与するために液体／気
体の流れが使用されても良い。さらに、これらの手法が
組み合わせとして使用されても良く、また、他の加熱手
法も使用されて良い。
【００３２】本明細書に開示された発明を不必要に複雑
化しないために、熱式アーチ梁アクチュエータに関する
更なる検討の説明は行わない。熱式アーチ梁アクチュエ
ータに関するより詳細な検討については、発明者ウッド
らによる「熱式アーチ梁のマイクロ電気機械式アクチュ
エータ」と題され１９９９年６月１日に発行された米国
特許第５，９０９，０７８号、および発明者デューラー
らによる「熱式アーチ梁のマイクロ電気機械式装置およ
び関連する製造方法」と題され１９９７年９月２４日に
出願された米国特許出願通算第０８／９３６，５９８号
を参照されたい。これらの特許および特許出願の内容
は、この参照により本明細書において完全に記載された
ものとして、本明細書に包含される。
化しないために、熱式アーチ梁アクチュエータに関する
更なる検討の説明は行わない。熱式アーチ梁アクチュエ
ータに関するより詳細な検討については、発明者ウッド
らによる「熱式アーチ梁のマイクロ電気機械式アクチュ
エータ」と題され１９９９年６月１日に発行された米国
特許第５，９０９，０７８号、および発明者デューラー
らによる「熱式アーチ梁のマイクロ電気機械式装置およ
び関連する製造方法」と題され１９９７年９月２４日に
出願された米国特許出願通算第０８／９３６，５９８号
を参照されたい。これらの特許および特許出願の内容
は、この参照により本明細書において完全に記載された
ものとして、本明細書に包含される。
【００３３】再び図１を参照すれば、可変光減衰器は、
光シャッタを所定の減衰位置に保持する手段としての役
割を果たすクランプ要素２４を備えても良い。熱式アー
チ梁アクチュエータを備える実施形態例においては、光
シャッタを所望の減衰位置まで駆動し、クランプ要素を
動作させることにより光シャッタをその位置にクランプ
し、次いで、熱式アーチ梁アクチュエータを駆動する電
流あるいは他の熱源を取り除く、ということが可能であ
る。このようにして、クランプ要素は、アクチュエータ
に対し、スタンバイパワー（スタンバイ電力）を維持す
る必要を取り除くことにより、可変光減衰器の全体的な
パワー要求を更に低減することを助ける。
光シャッタを所定の減衰位置に保持する手段としての役
割を果たすクランプ要素２４を備えても良い。熱式アー
チ梁アクチュエータを備える実施形態例においては、光
シャッタを所望の減衰位置まで駆動し、クランプ要素を
動作させることにより光シャッタをその位置にクランプ
し、次いで、熱式アーチ梁アクチュエータを駆動する電
流あるいは他の熱源を取り除く、ということが可能であ
る。このようにして、クランプ要素は、アクチュエータ
に対し、スタンバイパワー（スタンバイ電力）を維持す
る必要を取り除くことにより、可変光減衰器の全体的な
パワー要求を更に低減することを助ける。
【００３４】クランプ要素は、シャッタに静電的クラン
プ押しつけ力を印加する電極を備えても良い。接点２６
が基板上に示されてあり、クランプ要素を基板に、ある
いは層から成る基板構造体内に埋込まれた追加の電極
に、電気的に接続する働きをする。クランプ押しつけ動
作を行なうに必要な電圧は、典型的には２０ボルトの範
囲であるが、外部電圧源から供給されても良い。クラン
プ要素および接点は、ニッケル合金、半導体ー金属複合
材料の例えばシリコン／金複合材料、あるいは他の電気
伝導性材料から製造されても良い。クランプ要素、アー
チ梁３６、および光シャッタ１６は、製造中に集団とし
て形成され、これらの構成要素の表面の下方の、犠牲解
放層を取り除くことにより基板から解放されても良い。
プ押しつけ力を印加する電極を備えても良い。接点２６
が基板上に示されてあり、クランプ要素を基板に、ある
いは層から成る基板構造体内に埋込まれた追加の電極
に、電気的に接続する働きをする。クランプ押しつけ動
作を行なうに必要な電圧は、典型的には２０ボルトの範
囲であるが、外部電圧源から供給されても良い。クラン
プ要素および接点は、ニッケル合金、半導体ー金属複合
材料の例えばシリコン／金複合材料、あるいは他の電気
伝導性材料から製造されても良い。クランプ要素、アー
チ梁３６、および光シャッタ１６は、製造中に集団とし
て形成され、これらの構成要素の表面の下方の、犠牲解
放層を取り除くことにより基板から解放されても良い。
【００３５】示したように、クランプ要素は、アクチュ
エータ部材２２によって物理的に結合されても良く、あ
るいは、駆動時にアクチュエータ部材２２によって物理
的に接触されるものでも良い。示した実施形態例におい
ては、ＭＥＭＳアクチュエータにより変位を受けるアク
チュエータ部材は光シャッタに物理的に結合されてお
り、よって、アクチュエータ部材をクランプすることが
光シャッタをクランプする働きをする。光シャッタがア
クチュエータ部材あるいはアクチュエータに物理的に結
合されていない他の実施形態例においては、光シャッタ
に物理的に結合されるか、あるいは駆動時に光シャッタ
に物理的に接触する機能を備えるべく、クランプ要素を
位置決めする必要があり得る。
エータ部材２２によって物理的に結合されても良く、あ
るいは、駆動時にアクチュエータ部材２２によって物理
的に接触されるものでも良い。示した実施形態例におい
ては、ＭＥＭＳアクチュエータにより変位を受けるアク
チュエータ部材は光シャッタに物理的に結合されてお
り、よって、アクチュエータ部材をクランプすることが
光シャッタをクランプする働きをする。光シャッタがア
クチュエータ部材あるいはアクチュエータに物理的に結
合されていない他の実施形態例においては、光シャッタ
に物理的に結合されるか、あるいは駆動時に光シャッタ
に物理的に接触する機能を備えるべく、クランプ要素を
位置決めする必要があり得る。
【００３６】さらに、アクチュエータ部材２２は、図１
に示したように光シャッタに物理的に結合されても良
く、あるいは、そうではなく、光シャッタが、ＭＥＭＳ
アクチュエータにより推進されるときのみにアクチュエ
ータ部材と接触する分離体であっても良い。アクチュエ
ータ部材が光シャッタに結合されない例においては、ア
クチュエータ部材は、変位を受ける際に光シャッタに接
触し、シャッタを所定の減衰位置まで駆動する。この構
成においては、アクチュエータ部材は光シャッタを基板
上方で支持せず、したがって他の支持手段（支持構造
体）が必要である。
に示したように光シャッタに物理的に結合されても良
く、あるいは、そうではなく、光シャッタが、ＭＥＭＳ
アクチュエータにより推進されるときのみにアクチュエ
ータ部材と接触する分離体であっても良い。アクチュエ
ータ部材が光シャッタに結合されない例においては、ア
クチュエータ部材は、変位を受ける際に光シャッタに接
触し、シャッタを所定の減衰位置まで駆動する。この構
成においては、アクチュエータ部材は光シャッタを基板
上方で支持せず、したがって他の支持手段（支持構造
体）が必要である。
【００３７】図３は、光シャッタ１６に物理的に接続さ
れないアクチュエータ部材２２を備えた可変光減衰器１
０の斜視図である。光シャッタは、支持構造体としての
ホールド（ｆｏｌｄ）式梁懸架システム５０によりマイ
クロ電子基板１２の上方に支持される。ホールド式梁懸
架システム（ホールド式梁懸架構造体）は、懸架システ
ムの向かい合った端に位置するアンカー５２を介して基
板に固定される。この懸架システムは、光シャッタを基
板上方で支持しながら、光シャッタを平面内で所望の変
位位置に移動させるように動作する。このようなホール
ド式梁懸架システムを使用することは、当該技術におい
て通常の熟練度を有する者には良く知られている。
れないアクチュエータ部材２２を備えた可変光減衰器１
０の斜視図である。光シャッタは、支持構造体としての
ホールド（ｆｏｌｄ）式梁懸架システム５０によりマイ
クロ電子基板１２の上方に支持される。ホールド式梁懸
架システム（ホールド式梁懸架構造体）は、懸架システ
ムの向かい合った端に位置するアンカー５２を介して基
板に固定される。この懸架システムは、光シャッタを基
板上方で支持しながら、光シャッタを平面内で所望の変
位位置に移動させるように動作する。このようなホール
ド式梁懸架システムを使用することは、当該技術におい
て通常の熟練度を有する者には良く知られている。
【００３８】図１においては、また、ＭＥＭＳアクチュ
エータ１４とクランプ要素２４との間にアクチュエータ
部材２２に沿って配置されても良い、オプションの応力
緩和ばね要素２８を示している。このばね要素は、示し
た形状や構成に限定されるものではなく、熱式アーチ梁
アクチュエータを備えた用途（適用）において使用され
る。このばね要素は、クランプ要素が結合され熱的パワ
ー供給源が取り除かれた後に、アーチ梁をその正規状態
に弛緩させる手段を提供する。
エータ１４とクランプ要素２４との間にアクチュエータ
部材２２に沿って配置されても良い、オプションの応力
緩和ばね要素２８を示している。このばね要素は、示し
た形状や構成に限定されるものではなく、熱式アーチ梁
アクチュエータを備えた用途（適用）において使用され
る。このばね要素は、クランプ要素が結合され熱的パワ
ー供給源が取り除かれた後に、アーチ梁をその正規状態
に弛緩させる手段を提供する。
【００３９】この点に関しては、応力緩和ばね要素は、
連続的な熱の印加と引き続く冷却とによってアーチ梁に
もたらされる応力を解放する点で有利である。さらに、
ばね要素は、光シャッタをその位置に固定するために必
要となるクランプ力を低下させる助けとなる。必要なク
ランプ力を低下させることにより、クランプ要素に印加
される必要電圧が低下する。
連続的な熱の印加と引き続く冷却とによってアーチ梁に
もたらされる応力を解放する点で有利である。さらに、
ばね要素は、光シャッタをその位置に固定するために必
要となるクランプ力を低下させる助けとなる。必要なク
ランプ力を低下させることにより、クランプ要素に印加
される必要電圧が低下する。
【００４０】図４〜図７は、製造の様々な段階での可変
光減衰器の断面図である。これらの図に示され本明細書
で検討される製造工程は、本発明の可変光減衰器を単結
晶シリコンから製造する方法に係るものである。しか
し、可変光減衰器の構成要素は、ニッケルのような他の
材料から形成されることも可能であり、また、先に参照
した米国特許出願第０８／９３６，５９８号に記載され
ているような電気メッキ処理を利用しても良い。また、
本明細書において、層あるいは構成要素が他の層あるい
は構成要素の「上に」と記載されている場合には、これ
が、その層の上の頂部、底部、あるいは側面の領域に直
接形成されても良く、あるいは、一以上の介在層が層間
に設けられていても良いことも、当該技術において通常
の熟練度を有する者には理解されるであろう。
光減衰器の断面図である。これらの図に示され本明細書
で検討される製造工程は、本発明の可変光減衰器を単結
晶シリコンから製造する方法に係るものである。しか
し、可変光減衰器の構成要素は、ニッケルのような他の
材料から形成されることも可能であり、また、先に参照
した米国特許出願第０８／９３６，５９８号に記載され
ているような電気メッキ処理を利用しても良い。また、
本明細書において、層あるいは構成要素が他の層あるい
は構成要素の「上に」と記載されている場合には、これ
が、その層の上の頂部、底部、あるいは側面の領域に直
接形成されても良く、あるいは、一以上の介在層が層間
に設けられていても良いことも、当該技術において通常
の熟練度を有する者には理解されるであろう。
【００４１】図４（ａ）は、基板１２、酸化層６０、お
よびシリコン層６２を備えた、当初（プロセスの当初）
のマイクロ電子基板構造体を示す。基板およびシリコン
層は、好ましくは、単結晶シリコンウエハで形成され
る。基板は、典型的には、約４００ミクロンの厚さであ
り、シリコン層は、典型的には、約６０ミクロンにまで
背面研磨されるが、しかし、基板およびシリコン層は、
望まれる場合には、他の厚さを有することもできる。
よびシリコン層６２を備えた、当初（プロセスの当初）
のマイクロ電子基板構造体を示す。基板およびシリコン
層は、好ましくは、単結晶シリコンウエハで形成され
る。基板は、典型的には、約４００ミクロンの厚さであ
り、シリコン層は、典型的には、約６０ミクロンにまで
背面研磨されるが、しかし、基板およびシリコン層は、
望まれる場合には、他の厚さを有することもできる。
【００４２】酸化層は、後に、クランプ要素、ばね構造
体、および熱式アーチ梁アクチュエータを解放するため
の犠牲層として働く。図４（ａ）に示した構造体は、基
板あるいはシリコン層の上に酸化層を成長させ、次い
で、これらの層を一緒にするために従来技術の融着手法
を用いることで得ても良い。あるいは、シリコン層は、
結晶を成長させるための標準のエピ（ＥＰＩ）処理を利
用して酸化層の上方に形成されても良い。これらの製造
工程は、当該技術において通常の熟練度を有する者には
良く知られている。
体、および熱式アーチ梁アクチュエータを解放するため
の犠牲層として働く。図４（ａ）に示した構造体は、基
板あるいはシリコン層の上に酸化層を成長させ、次い
で、これらの層を一緒にするために従来技術の融着手法
を用いることで得ても良い。あるいは、シリコン層は、
結晶を成長させるための標準のエピ（ＥＰＩ）処理を利
用して酸化層の上方に形成されても良い。これらの製造
工程は、当該技術において通常の熟練度を有する者には
良く知られている。
【００４３】図４（ｂ）に示した次のステップは、後に
光シャッタが形成される表面上に階段状構造体６４を形
成するために使用される、オプションの工程の詳細を示
す。この階段状構造体は光シャッタに厚さを付加するも
のであり、基板の平面に、すなわち基板に平行な平面
に、所在する光ビームを減衰させるために光シャッタが
使用される用途（この実施形態例の詳細な検討は後述）
において好都合である。これらの用途においては、光シ
ャッタの側壁面が光ビームを減衰させるために使用され
るのであり、よって、全パワー範囲での減衰を行なうた
めには、背の高い側壁面が望ましい。
光シャッタが形成される表面上に階段状構造体６４を形
成するために使用される、オプションの工程の詳細を示
す。この階段状構造体は光シャッタに厚さを付加するも
のであり、基板の平面に、すなわち基板に平行な平面
に、所在する光ビームを減衰させるために光シャッタが
使用される用途（この実施形態例の詳細な検討は後述）
において好都合である。これらの用途においては、光シ
ャッタの側壁面が光ビームを減衰させるために使用され
るのであり、よって、全パワー範囲での減衰を行なうた
めには、背の高い側壁面が望ましい。
【００４４】基板に垂直な面（平面）を有する光ビーム
を減衰させるために光シャッタが使用されるような他の
用途においては、この階段状構造体は必要とされないか
も知れない。階段状構造体は、シリコン層の表面上に酸
化物マスク層を、好ましくは、標準の堆積（析出）手法
を用いて２酸化シリコンを、堆積（析出）させることに
より形成されても良い。この酸化物マスクは、階段状構
造体が形成されるべき領域をシリコン層上に規定（画
定）する働きをする。次いで、図４（ｂ）に示した完全
な階段状構造体を形成する手段として、パターン形成さ
れなかった酸化層と、下にあるシリコン層の一部分とを
除去するためにドライエッチ処理が利用される。
を減衰させるために光シャッタが使用されるような他の
用途においては、この階段状構造体は必要とされないか
も知れない。階段状構造体は、シリコン層の表面上に酸
化物マスク層を、好ましくは、標準の堆積（析出）手法
を用いて２酸化シリコンを、堆積（析出）させることに
より形成されても良い。この酸化物マスクは、階段状構
造体が形成されるべき領域をシリコン層上に規定（画
定）する働きをする。次いで、図４（ｂ）に示した完全
な階段状構造体を形成する手段として、パターン形成さ
れなかった酸化層と、下にあるシリコン層の一部分とを
除去するためにドライエッチ処理が利用される。
【００４５】図５（ａ）を参照すれば、シリコン層が、
ＭＥＭＳアクチュエータ１４、光シャッタ１６、アクチ
ュエータ部材２２、クランプ要素２４、および応力緩和
ばね２８という機械的構造体をパターン形成した後の、
可変光減衰器構造体の図が示されている。構成要素をパ
ターン形成するためにはマスクが使用され、シリコン層
の領域を除去して必要な構成要素の機械的構造体を形成
するためにはドライエッチ処理が利用される。
ＭＥＭＳアクチュエータ１４、光シャッタ１６、アクチ
ュエータ部材２２、クランプ要素２４、および応力緩和
ばね２８という機械的構造体をパターン形成した後の、
可変光減衰器構造体の図が示されている。構成要素をパ
ターン形成するためにはマスクが使用され、シリコン層
の領域を除去して必要な構成要素の機械的構造体を形成
するためにはドライエッチ処理が利用される。
【００４６】図７は、可変光減衰器の平面図を示してお
り、クランプ要素２４およびアクチュエータ部材２２の
表面に形成されたエッチ穴６６の詳細を示している。エ
ッチ穴は、工程のこの段階（図５（ａ）の段階）でパタ
ーン形成されるのであり、これらの構成要素を後で基板
から解放することを可能とする働きをする一方で、光シ
ャッタ１６およびアクチュエータ支持体３４が基板表面
に結合されたまま残ることを確実にする（保証する）。
り、クランプ要素２４およびアクチュエータ部材２２の
表面に形成されたエッチ穴６６の詳細を示している。エ
ッチ穴は、工程のこの段階（図５（ａ）の段階）でパタ
ーン形成されるのであり、これらの構成要素を後で基板
から解放することを可能とする働きをする一方で、光シ
ャッタ１６およびアクチュエータ支持体３４が基板表面
に結合されたまま残ることを確実にする（保証する）。
【００４７】図５（ｂ）は、減衰器構造体の部分の下方
から酸化層６０が除去され、ＭＥＭＳアクチュエータ１
４、アクチュエータ部材２２、応力緩和ばね２８、およ
びクランプ要素２４を含むこれらのシリコン層部分が解
放された後の、可変光減衰器の製造状態を示す。酸化層
を除去しアクチュエータ構成要素を解放するためには、
好ましくは、時間依存ウエットエッチ処理が利用され
る。ウエットエッチ処理の後には、図５（ｂ）に示した
ように、光シャッタの下の大部分の領域には酸化層が残
留する。ウエットエッチ処理に続いて、例えば熱式アー
チ梁の要求される抵抗特性を得る目的で、構造体に伝導
性を付与するために、構造体全体がドープ処理を受け
る。あるいは、必要とする構成要素のみに伝導性を与え
るために、この構造体が選択的ドープを受けることも可
能である。
から酸化層６０が除去され、ＭＥＭＳアクチュエータ１
４、アクチュエータ部材２２、応力緩和ばね２８、およ
びクランプ要素２４を含むこれらのシリコン層部分が解
放された後の、可変光減衰器の製造状態を示す。酸化層
を除去しアクチュエータ構成要素を解放するためには、
好ましくは、時間依存ウエットエッチ処理が利用され
る。ウエットエッチ処理の後には、図５（ｂ）に示した
ように、光シャッタの下の大部分の領域には酸化層が残
留する。ウエットエッチ処理に続いて、例えば熱式アー
チ梁の要求される抵抗特性を得る目的で、構造体に伝導
性を付与するために、構造体全体がドープ処理を受け
る。あるいは、必要とする構成要素のみに伝導性を与え
るために、この構造体が選択的ドープを受けることも可
能である。
【００４８】図６（ａ）を参照すれば、酸化処理が施さ
れ、露出領域から酸化物を除去するためにドライエッチ
処理が施された後の、可変光減衰器が示されている。ク
ランプ要素の下側に誘電体層６８を設け、基板とクラン
プ要素との間に電気的絶縁を施すために酸化処理が利用
される。ドライエッチ処理の完了後には、クランプ要
素、アクチュエータ部材、応力緩和ばね、およびアーチ
梁の下壁面および側壁面の上に酸化物が残留している。
ドライエッチ処理は、減衰器の、露出された上側表面か
ら酸化物を除去する働きをする。
れ、露出領域から酸化物を除去するためにドライエッチ
処理が施された後の、可変光減衰器が示されている。ク
ランプ要素の下側に誘電体層６８を設け、基板とクラン
プ要素との間に電気的絶縁を施すために酸化処理が利用
される。ドライエッチ処理の完了後には、クランプ要
素、アクチュエータ部材、応力緩和ばね、およびアーチ
梁の下壁面および側壁面の上に酸化物が残留している。
ドライエッチ処理は、減衰器の、露出された上側表面か
ら酸化物を除去する働きをする。
【００４９】完成した可変光減衰器が図６（ｂ）に示さ
れている。この図では、光ビームを偏向させる機能を持
った鏡面を提供するために、光シャッタの露出された側
壁表面７０および天表面７２上に金属化パターンが形成
され、光シャッタは半導体ー金属複合材料の構成と成し
ている。光学鏡の金属化処理は、金、ニッケル、あるい
は他の適切な金属材料から構成されても良い。さらに、
金属パッド２６が基板表面上にパターン形成されてお
り、クランプ要素用の接点／電極として働く。光学鏡が
基板表面から解放されることを可能とする解放開口７４
を、光学鏡の下の基板を貫通して背面エッチングするこ
とにより可変光減衰器が完成する。アーチ梁を熱的に絶
縁する目的でアーチ梁の下方の基板に第２開口７６を製
作するために、追加の背面エッチ処理が利用されても良
い。
れている。この図では、光ビームを偏向させる機能を持
った鏡面を提供するために、光シャッタの露出された側
壁表面７０および天表面７２上に金属化パターンが形成
され、光シャッタは半導体ー金属複合材料の構成と成し
ている。光学鏡の金属化処理は、金、ニッケル、あるい
は他の適切な金属材料から構成されても良い。さらに、
金属パッド２６が基板表面上にパターン形成されてお
り、クランプ要素用の接点／電極として働く。光学鏡が
基板表面から解放されることを可能とする解放開口７４
を、光学鏡の下の基板を貫通して背面エッチングするこ
とにより可変光減衰器が完成する。アーチ梁を熱的に絶
縁する目的でアーチ梁の下方の基板に第２開口７６を製
作するために、追加の背面エッチ処理が利用されても良
い。
【００５０】本発明の他の実施形態例において、図８
は、基板にほぼ平行な平面に所在する光ビームを減衰さ
せる可変光減衰器の斜視図である。好ましくは熱式アー
チ梁アクチュエータであるＭＥＭＳアクチュエータ１４
は、光シャッタ１６の変位を推進する力を発生する機構
として働く。光シャッタは、マイクロ電子基板１２に平
行な平面で側方向（横方向）に変位を受ける。このモー
ドにおいては、光シャッタは、基板に存する溝８０を横
切り、これにより、光シャッタが、溝を通過する光ビー
ム２０を減衰させる。
は、基板にほぼ平行な平面に所在する光ビームを減衰さ
せる可変光減衰器の斜視図である。好ましくは熱式アー
チ梁アクチュエータであるＭＥＭＳアクチュエータ１４
は、光シャッタ１６の変位を推進する力を発生する機構
として働く。光シャッタは、マイクロ電子基板１２に平
行な平面で側方向（横方向）に変位を受ける。このモー
ドにおいては、光シャッタは、基板に存する溝８０を横
切り、これにより、光シャッタが、溝を通過する光ビー
ム２０を減衰させる。
【００５１】本実施形態例においては、シャッタの側壁
８２は、光ビームを遮断又は減衰させる機構として働く
ので、より背の高い光シャッタは、より大きな減衰面積
を提供することになる。上述のように、より背の高い光
シャッタを製作するためには、光シャッタの製造工程中
に追加のマスク層が付加され得る。さらに、本実施形態
例において、光シャッタを所望の減衰位置に固定する手
段を提供するクランプ要素２４を設けても良い。
８２は、光ビームを遮断又は減衰させる機構として働く
ので、より背の高い光シャッタは、より大きな減衰面積
を提供することになる。上述のように、より背の高い光
シャッタを製作するためには、光シャッタの製造工程中
に追加のマスク層が付加され得る。さらに、本実施形態
例において、光シャッタを所望の減衰位置に固定する手
段を提供するクランプ要素２４を設けても良い。
【００５２】接点２６は基板上に示されており、クラン
プ要素と、基板あるいは層から成る基板構造体内に埋込
まれた追加電極と、の間に電気力を発生させる働きをす
る。本発明の実施形態例は、光電実装の複雑さが比較的
少ないという利点を有する。これは、基板に設けられた
開口を光ビームが貫通する例のものとは異なり、本実施
形態例における光電実装においては、チップが、鉛直で
はなく水平に取付けられることが可能だからである。
プ要素と、基板あるいは層から成る基板構造体内に埋込
まれた追加電極と、の間に電気力を発生させる働きをす
る。本発明の実施形態例は、光電実装の複雑さが比較的
少ないという利点を有する。これは、基板に設けられた
開口を光ビームが貫通する例のものとは異なり、本実施
形態例における光電実装においては、チップが、鉛直で
はなく水平に取付けられることが可能だからである。
【００５３】あるいは、本発明の図９に示した実施形態
例のように、ＭＥＭＳアクチュエータ１４が基板１２の
平面的な表面にほぼ平行な面（平面）に所在すると共
に、光シャッタ１６がマイクロ電子基板の平面的な表面
にほぼ垂直な面（平面）に所在する可変光減衰器１０が
提供される。本実施形態例においては、光減衰器の製造
における一つのステップとして、飛び出し（ポップアッ
プ）光シャッタが製作される。解放層すなわち犠牲層
が、飛び出し光シャッタの下に形成され、解放層が除去
された際に光シャッタが「飛び出す」ことを可能にして
いる。
例のように、ＭＥＭＳアクチュエータ１４が基板１２の
平面的な表面にほぼ平行な面（平面）に所在すると共
に、光シャッタ１６がマイクロ電子基板の平面的な表面
にほぼ垂直な面（平面）に所在する可変光減衰器１０が
提供される。本実施形態例においては、光減衰器の製造
における一つのステップとして、飛び出し（ポップアッ
プ）光シャッタが製作される。解放層すなわち犠牲層
が、飛び出し光シャッタの下に形成され、解放層が除去
された際に光シャッタが「飛び出す」ことを可能にして
いる。
【００５４】ヒンジ型構造体又は可撓性ねじり支持構造
体が、この飛び出し光シャッタが所定の（常位置の）垂
直位置を維持することを可能とする。本実施形態例にお
いては、光シャッタは基板表面にほぼ垂直な平面に沿っ
て変位を受け、そのようにして、光シャッタは、基板に
平行な平面に所在すると共にアクチュエータ変位の方向
にほぼ垂直な経路を進行する光ビーム２０を減衰させる
ことができる。本発明のこの構成により、基板表面に複
雑な開口や溝を形成することなく、減衰を行わせること
ができる。
体が、この飛び出し光シャッタが所定の（常位置の）垂
直位置を維持することを可能とする。本実施形態例にお
いては、光シャッタは基板表面にほぼ垂直な平面に沿っ
て変位を受け、そのようにして、光シャッタは、基板に
平行な平面に所在すると共にアクチュエータ変位の方向
にほぼ垂直な経路を進行する光ビーム２０を減衰させる
ことができる。本発明のこの構成により、基板表面に複
雑な開口や溝を形成することなく、減衰を行わせること
ができる。
【００５５】図１０は、本発明の更に他の実施形態例で
あり、光シャッタ１６がマイクロ電子基板１２の縁の上
方に設けられており、これが、マイクロ電子基板の周辺
の外の面を通過する光ビーム２０の通過を遮断する可変
光減衰器１０の斜視図である。本実施形態例において
は、好ましくは熱式アーチ梁アクチュエータであるＭＥ
ＭＳアクチュエータ１４は、アクチュエータ部材２２を
介して光シャッタに物理的に結合されており、光シャッ
タの変位を推進する力を発生させる機構として働く。
あり、光シャッタ１６がマイクロ電子基板１２の縁の上
方に設けられており、これが、マイクロ電子基板の周辺
の外の面を通過する光ビーム２０の通過を遮断する可変
光減衰器１０の斜視図である。本実施形態例において
は、好ましくは熱式アーチ梁アクチュエータであるＭＥ
ＭＳアクチュエータ１４は、アクチュエータ部材２２を
介して光シャッタに物理的に結合されており、光シャッ
タの変位を推進する力を発生させる機構として働く。
【００５６】光シャッタは、マイクロ電子基板の縁の上
方で、マイクロ電子基板に平行な平面において側方向
（横方向）に変位を受ける。本実施形態例においては、
光シャッタは、アクチュエータおよびシャッタが設けら
れた平面に対し平行および垂直な双方の平面に所在する
光ビームを減衰させる性能を有する。さらに、光シャッ
タは、アクチュエータおよびシャッタの構造体に平行お
よび垂直な平面以外の平面に所在する光ビームを減衰さ
せる性能を有する。本発明の実施形態例は、マイクロ電
子基板に複雑な開口や溝を必要としないので、製造の複
雑さが少ないという利点を有する。さらに、本実施形態
例は、可変光減衰器の製造において、より小さなダイを
使用するという利点を有する。
方で、マイクロ電子基板に平行な平面において側方向
（横方向）に変位を受ける。本実施形態例においては、
光シャッタは、アクチュエータおよびシャッタが設けら
れた平面に対し平行および垂直な双方の平面に所在する
光ビームを減衰させる性能を有する。さらに、光シャッ
タは、アクチュエータおよびシャッタの構造体に平行お
よび垂直な平面以外の平面に所在する光ビームを減衰さ
せる性能を有する。本発明の実施形態例は、マイクロ電
子基板に複雑な開口や溝を必要としないので、製造の複
雑さが少ないという利点を有する。さらに、本実施形態
例は、可変光減衰器の製造において、より小さなダイを
使用するという利点を有する。
【００５７】本発明の他の実施形態例において、図１１
は、集合してアレイ９０を構成する複数のＭＥＭＳアク
チュエータ（マイクロ電子アクチュエータ）を備えた可
変光減衰器（ＭＥＭＳ装置）１０を示す。示したよう
に、ＭＥＭＳアクチュエータのアレイは、熱式アーチ梁
アクチュエータのアレイを構成する。熱式アーチ梁アク
チュエータの使用は例示の目的で示されているのであ
り、減衰器の制御に必要とされる可変性と精度とを提供
する他のＭＥＭＳアクチュエータでアレイを構成するこ
とも可能であり、本明細書に開示された発明コンセプト
の範囲内である。
は、集合してアレイ９０を構成する複数のＭＥＭＳアク
チュエータ（マイクロ電子アクチュエータ）を備えた可
変光減衰器（ＭＥＭＳ装置）１０を示す。示したよう
に、ＭＥＭＳアクチュエータのアレイは、熱式アーチ梁
アクチュエータのアレイを構成する。熱式アーチ梁アク
チュエータの使用は例示の目的で示されているのであ
り、減衰器の制御に必要とされる可変性と精度とを提供
する他のＭＥＭＳアクチュエータでアレイを構成するこ
とも可能であり、本明細書に開示された発明コンセプト
の範囲内である。
【００５８】示した例では、熱式アーチ梁アクチュエー
タの２列９２が示されてあり、各列は、マイクロ電子基
板１２の表面上に配置された熱式アーチ梁アクチュエー
タの５行９４を備える。アレイの物理的構成は例示の目
的で示されているのであり、他のパターンでアレイを構
成することも可能であり、本明細書に開示された発明コ
ンセプトの範囲内である。アレイの物理的構成、および
アレイにおけるアクチュエータの数は、一般に、望まれ
る駆動距離、減衰される光ビームの性質、および要求さ
れる減衰制御の精度により決定される。
タの２列９２が示されてあり、各列は、マイクロ電子基
板１２の表面上に配置された熱式アーチ梁アクチュエー
タの５行９４を備える。アレイの物理的構成は例示の目
的で示されているのであり、他のパターンでアレイを構
成することも可能であり、本明細書に開示された発明コ
ンセプトの範囲内である。アレイの物理的構成、および
アレイにおけるアクチュエータの数は、一般に、望まれ
る駆動距離、減衰される光ビームの性質、および要求さ
れる減衰制御の精度により決定される。
【００５９】可変光減衰器におけるＭＥＭＳアクチュエ
ータ・アレイは、単一のＭＥＭＳアクチュエータを備え
た可変光減衰器に比較して、多数の利点を提供し得る。
アクチュエータをアレイに構成することにより、アクチ
ュエータは、変位の倍加という利点を持ち、より大きな
駆動距離が実現される。光シャッタが６００ミクロンの
距離まで変位を受ける熱式アーチ梁アクチュエータ・ア
レイが構成されてきた。より大きな駆動範囲を与えるこ
とにより、減衰器は、収束されていない（焦点が結ばれ
ていない）、あるいはより幅広い光ビームを減衰させる
ことが可能となる。
ータ・アレイは、単一のＭＥＭＳアクチュエータを備え
た可変光減衰器に比較して、多数の利点を提供し得る。
アクチュエータをアレイに構成することにより、アクチ
ュエータは、変位の倍加という利点を持ち、より大きな
駆動距離が実現される。光シャッタが６００ミクロンの
距離まで変位を受ける熱式アーチ梁アクチュエータ・ア
レイが構成されてきた。より大きな駆動範囲を与えるこ
とにより、減衰器は、収束されていない（焦点が結ばれ
ていない）、あるいはより幅広い光ビームを減衰させる
ことが可能となる。
【００６０】さらに、アクチュエータのアレイは、減衰
度に対してずっと繊細で精密な制御を可能とする。減衰
の比率は駆動距離に直接に関係づけられる。駆動が１０
ミクロンから数百ミクロンにまで変化し得る例において
は、アレイ内での使用においてアクチュエータを変化さ
せることにより、減衰度を精密に制御することが可能で
ある。本明細書に開示された発明を不必要に複雑化しな
いために、ＭＥＭＳアクチュエータ・アレイに関する更
なる検討の説明は行わない。
度に対してずっと繊細で精密な制御を可能とする。減衰
の比率は駆動距離に直接に関係づけられる。駆動が１０
ミクロンから数百ミクロンにまで変化し得る例において
は、アレイ内での使用においてアクチュエータを変化さ
せることにより、減衰度を精密に制御することが可能で
ある。本明細書に開示された発明を不必要に複雑化しな
いために、ＭＥＭＳアクチュエータ・アレイに関する更
なる検討の説明は行わない。
【００６１】ＭＥＭＳアクチュエータ・アレイに関する
より詳細な検討については、発明者ヒルらによる「多次
元スケーラブル変位可能なマイクロ電気機械式アクチュ
エータ構造体およびアレイ」と題され１９９９年５月３
日に出願された米国特許出願第０９／３０３，９９６号
を参照されたい。この特許出願の内容は、この参照によ
り本明細書において完全に記載されたものとして、本明
細書に包含される。
より詳細な検討については、発明者ヒルらによる「多次
元スケーラブル変位可能なマイクロ電気機械式アクチュ
エータ構造体およびアレイ」と題され１９９９年５月３
日に出願された米国特許出願第０９／３０３，９９６号
を参照されたい。この特許出願の内容は、この参照によ
り本明細書において完全に記載されたものとして、本明
細書に包含される。
【００６２】さらに、図１１に示したように、可変光減
衰器のアレイ構成体が、光シャッタを所定の減衰位置に
保持（固定）する手段として働くクランプ要素２４を備
えても良い。単一の熱式アーチ梁の実施形態例と同様
に、光シャッタを所望の減衰位置まで駆動し、光シャッ
タをその位置にクランプし、次いで、熱式アーチ梁アク
チュエータ・アレイを駆動する熱源から電流を取り除
く、ということが可能である。このようにして、クラン
プ要素は、アクチュエータがスタンバイパワーを維持す
る必要を取り除くことにより、可変光減衰器の全体的な
パワー要求を更に低減することを助ける。
衰器のアレイ構成体が、光シャッタを所定の減衰位置に
保持（固定）する手段として働くクランプ要素２４を備
えても良い。単一の熱式アーチ梁の実施形態例と同様
に、光シャッタを所望の減衰位置まで駆動し、光シャッ
タをその位置にクランプし、次いで、熱式アーチ梁アク
チュエータ・アレイを駆動する熱源から電流を取り除
く、ということが可能である。このようにして、クラン
プ要素は、アクチュエータがスタンバイパワーを維持す
る必要を取り除くことにより、可変光減衰器の全体的な
パワー要求を更に低減することを助ける。
【００６３】接点２６が基板上に示されてあり、クラン
プ要素を基板に、あるいは層から成る基板構造体内に埋
込まれた追加の電極に、電気的に接続する働きをする。
クランプ押しつけ動作を行なうに必要な電圧は、典型的
には２０ボルトの範囲であるが、外部電圧源から供給さ
れても良い。
プ要素を基板に、あるいは層から成る基板構造体内に埋
込まれた追加の電極に、電気的に接続する働きをする。
クランプ押しつけ動作を行なうに必要な電圧は、典型的
には２０ボルトの範囲であるが、外部電圧源から供給さ
れても良い。
【００６４】図１２に示される本発明の実施形態例は、
集合してアレイ９０を構成する複数のＭＥＭＳアクチュ
エータを有する可変光減衰器１０を備えている。その場
合に、光シャッタ１６が駆動されてマイクロ電子基板１
２の縁の上方に移動し、これが、マイクロ電子基板の周
辺の外の平面を通過する光ビーム２０の通過を遮断する
ことができる。示したように、ＭＥＭＳアクチュエータ
のアレイは、熱式アーチ梁アクチュエータのアレイを構
成する。
集合してアレイ９０を構成する複数のＭＥＭＳアクチュ
エータを有する可変光減衰器１０を備えている。その場
合に、光シャッタ１６が駆動されてマイクロ電子基板１
２の縁の上方に移動し、これが、マイクロ電子基板の周
辺の外の平面を通過する光ビーム２０の通過を遮断する
ことができる。示したように、ＭＥＭＳアクチュエータ
のアレイは、熱式アーチ梁アクチュエータのアレイを構
成する。
【００６５】示した例では、熱式アーチ梁アクチュエー
タの２列９２が示されてあり、各列は、マイクロ電子基
板１２の表面上に配置された熱式アーチ梁アクチュエー
タの５行９４を構成する。アレイの物理的構成は例示の
目的で示されているのであり、他のパターンでアレイを
構成することも可能であり、本明細書に開示された発明
コンセプトの範囲内である。アレイの物理的構成、およ
びアレイにおけるアクチュエータの数は、一般に、望ま
れる駆動距離、減衰される光ビームの性質、および要求
される減衰制御の精度により決定される。
タの２列９２が示されてあり、各列は、マイクロ電子基
板１２の表面上に配置された熱式アーチ梁アクチュエー
タの５行９４を構成する。アレイの物理的構成は例示の
目的で示されているのであり、他のパターンでアレイを
構成することも可能であり、本明細書に開示された発明
コンセプトの範囲内である。アレイの物理的構成、およ
びアレイにおけるアクチュエータの数は、一般に、望ま
れる駆動距離、減衰される光ビームの性質、および要求
される減衰制御の精度により決定される。
【００６６】図１２の実施形態例においては、光シャッ
タは、マイクロ電子基板の縁の上方で、マイクロ電子基
板に平行な平面において側方向に変位を受ける。本実施
形態例においては、光シャッタは、アクチュエータおよ
びシャッタが設けられた平面に対し平行および垂直な双
方の平面に所在する光ビームを減衰させる性能を有す
る。さらに、光シャッタは、アクチュエータおよびシャ
ッタの構造体に平行および垂直な平面以外の平面に所在
する光ビームを減衰させる性能を有する。
タは、マイクロ電子基板の縁の上方で、マイクロ電子基
板に平行な平面において側方向に変位を受ける。本実施
形態例においては、光シャッタは、アクチュエータおよ
びシャッタが設けられた平面に対し平行および垂直な双
方の平面に所在する光ビームを減衰させる性能を有す
る。さらに、光シャッタは、アクチュエータおよびシャ
ッタの構造体に平行および垂直な平面以外の平面に所在
する光ビームを減衰させる性能を有する。
【００６７】ＭＥＭＳアクチュエータのアレイにより提
供される変位は、単一のＭＥＭＳアクチュエータの構成
により得られるものに比し、光シャッタが、より大きな
表面積を有し、および／または、基板の縁からより遠く
までの変位を受けることを可能とする。この点では、本
実施形態例の可変光減衰器は、基板の縁から外へより遠
くにある経路を有する光ビーム、および／または、減衰
点において収束されていない、あるいはより幅広い光ビ
ーム、を減衰させる性能を有する。
供される変位は、単一のＭＥＭＳアクチュエータの構成
により得られるものに比し、光シャッタが、より大きな
表面積を有し、および／または、基板の縁からより遠く
までの変位を受けることを可能とする。この点では、本
実施形態例の可変光減衰器は、基板の縁から外へより遠
くにある経路を有する光ビーム、および／または、減衰
点において収束されていない、あるいはより幅広い光ビ
ーム、を減衰させる性能を有する。
【００６８】上述のアレイ構成に関する変形例が、図１
３に示した本発明の実施形態例に示されている。ＭＥＭ
Ｓアクチュエータ駆動による回転ハブ可変光減衰器１０
は、少なくとも２つのＭＥＭＳアクチュエータ１４と、
ＭＥＭＳアクチュエータから中央ハブ１０２に導く少な
くも一つのハブスポーク１００と、光シャッタ１６およ
び／またはクランプ要素２４を保持（塔載）するハブに
向かって伸長する少なくも一つのレバー１０４、とを備
える。示したように、中央ハブを取り囲むＭＥＭＳアク
チュエータのアレイは、熱式アーチ梁アクチュエータの
アレイを備える。熱式アーチ梁アクチュエータの使用は
例示の目的で示されているのであり、アクチュエータの
制御に必要とされる可変性と精度とを提供する他のＭＥ
ＭＳアクチュエータでアレイを構成することも可能であ
り、本明細書に開示された発明コンセプトの範囲内であ
る。
３に示した本発明の実施形態例に示されている。ＭＥＭ
Ｓアクチュエータ駆動による回転ハブ可変光減衰器１０
は、少なくとも２つのＭＥＭＳアクチュエータ１４と、
ＭＥＭＳアクチュエータから中央ハブ１０２に導く少な
くも一つのハブスポーク１００と、光シャッタ１６およ
び／またはクランプ要素２４を保持（塔載）するハブに
向かって伸長する少なくも一つのレバー１０４、とを備
える。示したように、中央ハブを取り囲むＭＥＭＳアク
チュエータのアレイは、熱式アーチ梁アクチュエータの
アレイを備える。熱式アーチ梁アクチュエータの使用は
例示の目的で示されているのであり、アクチュエータの
制御に必要とされる可変性と精度とを提供する他のＭＥ
ＭＳアクチュエータでアレイを構成することも可能であ
り、本明細書に開示された発明コンセプトの範囲内であ
る。
【００６９】各ハブスポークは、熱式アーチ梁アクチュ
エータとハブの双方に動作可能な状態で接続され、熱式
アーチ梁アクチュエータからハブに回転力を伝達する働
きをする。熱式アーチ梁アクチュエータの熱駆動がアー
チ梁に設定方向での更なる湾曲を生じさせ、これにより
ハブスポークを設定方向に移動させるべく、各ハブスポ
ークは、それぞれの熱式アーチ梁アクチュエータのアー
チ梁に動作可能な状態で接続されている。これにより、
各ハブスポークは、動作可能な状態で接続されたハブに
回転力を付与するべく配置されている。
エータとハブの双方に動作可能な状態で接続され、熱式
アーチ梁アクチュエータからハブに回転力を伝達する働
きをする。熱式アーチ梁アクチュエータの熱駆動がアー
チ梁に設定方向での更なる湾曲を生じさせ、これにより
ハブスポークを設定方向に移動させるべく、各ハブスポ
ークは、それぞれの熱式アーチ梁アクチュエータのアー
チ梁に動作可能な状態で接続されている。これにより、
各ハブスポークは、動作可能な状態で接続されたハブに
回転力を付与するべく配置されている。
【００７０】熱式アーチ梁アクチュエータは、特定のＭ
ＥＭＳ回転構造体内の時計方向あるいは反時計方向の何
れかにハブを回転させるべく、配置されることができ
る。これに対し、他の実施形態例では、ＭＥＭＳ回転構
造体内の時計方向および反時計方向の双方の回転を提供
するべく、熱式アーチ梁アクチュエータをハブの周りに
設けても良い。何れの熱式アーチ梁アクチュエータに熱
が供給されるかにより、ハブが、時計方向あるいは反時
計方向に選択的に回転されても良い。
ＥＭＳ回転構造体内の時計方向あるいは反時計方向の何
れかにハブを回転させるべく、配置されることができ
る。これに対し、他の実施形態例では、ＭＥＭＳ回転構
造体内の時計方向および反時計方向の双方の回転を提供
するべく、熱式アーチ梁アクチュエータをハブの周りに
設けても良い。何れの熱式アーチ梁アクチュエータに熱
が供給されるかにより、ハブが、時計方向あるいは反時
計方向に選択的に回転されても良い。
【００７１】ハブから伸長するレバーは、ハブと共に回
転し、力を伝達するために使用されることができる。こ
の例においては、２つのレバーが光シャッタ１６に取付
けられている。本実施形態例における光シャッタは、マ
イクロ電子基板１２に設けられた開口１８を貫通する光
ビーム（図１３には示されていない）を減衰させる働き
をする。光シャッタは、示したように、矩形の形状を有
しても良く、あるいは、光シャッタが、開口および／ま
たは光ビーム幅の全範囲に適合するように構成されてい
ても良い。
転し、力を伝達するために使用されることができる。こ
の例においては、２つのレバーが光シャッタ１６に取付
けられている。本実施形態例における光シャッタは、マ
イクロ電子基板１２に設けられた開口１８を貫通する光
ビーム（図１３には示されていない）を減衰させる働き
をする。光シャッタは、示したように、矩形の形状を有
しても良く、あるいは、光シャッタが、開口および／ま
たは光ビーム幅の全範囲に適合するように構成されてい
ても良い。
【００７２】回転ハブアレイを使用した可変光減衰器
は、大きな面積（領域，範囲）に渡る駆動を提供できる
という利点がある。非回転式アレイと同様の態様におい
て、大きな駆動範囲を提供する回転式アレイは、収束さ
れていない、あるいはより幅広い光ビームを減衰させる
ことを可能とする。さらに、回転ハブと組合わされたア
クチュエータのアレイは、減衰度に対し、より繊細で精
密な制御を可能とするだろう。
は、大きな面積（領域，範囲）に渡る駆動を提供できる
という利点がある。非回転式アレイと同様の態様におい
て、大きな駆動範囲を提供する回転式アレイは、収束さ
れていない、あるいはより幅広い光ビームを減衰させる
ことを可能とする。さらに、回転ハブと組合わされたア
クチュエータのアレイは、減衰度に対し、より繊細で精
密な制御を可能とするだろう。
【００７３】さらに、回転アクチュエータの実施形態例
のレバーは、クランプ要素２４に結合されても良い。図
示した実施形態例においては、光シャッタを保持（塔
載）するレバーとは異なるレバーがクランプ要素を保持
（塔載）しているが、単一のレバーがクランプ要素と光
シャッタの双方を保持（塔載）することができる。この
クランプ要素は、光シャッタを所望の減衰位置で固定す
る手段を提供する。
のレバーは、クランプ要素２４に結合されても良い。図
示した実施形態例においては、光シャッタを保持（塔
載）するレバーとは異なるレバーがクランプ要素を保持
（塔載）しているが、単一のレバーがクランプ要素と光
シャッタの双方を保持（塔載）することができる。この
クランプ要素は、光シャッタを所望の減衰位置で固定す
る手段を提供する。
【００７４】先に検討したクランプ要素と同様に、光シ
ャッタを所望の減衰位置まで駆動し、クランプ要素を駆
動することにより光シャッタをその位置にクランプし、
次いで、熱式アーチ梁アクチュエータ・アレイを駆動す
る熱源から電流を取り除く、ということが可能である。
このようにして、クランプ要素は、アクチュエータがス
タンバイパワーを維持する必要を取り除くことにより、
可変光減衰器の全体的なパワー要求を更に低減すること
を助ける。接点２６が基板上に示されてあり、クランプ
要素を基板に、あるいは層から成る基板構造体内に埋込
まれた追加の電極に、電気的に接続する働きをする。ク
ランプ押しつけ動作を行なうに必要な電圧は、典型的に
は２０ボルトの範囲であるが、外部電圧源から供給され
ても良い。
ャッタを所望の減衰位置まで駆動し、クランプ要素を駆
動することにより光シャッタをその位置にクランプし、
次いで、熱式アーチ梁アクチュエータ・アレイを駆動す
る熱源から電流を取り除く、ということが可能である。
このようにして、クランプ要素は、アクチュエータがス
タンバイパワーを維持する必要を取り除くことにより、
可変光減衰器の全体的なパワー要求を更に低減すること
を助ける。接点２６が基板上に示されてあり、クランプ
要素を基板に、あるいは層から成る基板構造体内に埋込
まれた追加の電極に、電気的に接続する働きをする。ク
ランプ押しつけ動作を行なうに必要な電圧は、典型的に
は２０ボルトの範囲であるが、外部電圧源から供給され
ても良い。
【００７５】本明細書に開示された発明を不必要に複雑
化しないために、回転式アクチュエータに関する更なる
検討の説明は行わない。回転式アクチュエータに関する
より詳細な検討については、発明者ヒルによる「マイク
ロ電気機械式回転構造体」と題され１９９９年５月２３
日に出願された米国特許出願第０９／２７５，０５８号
を参照されたい。この特許出願の内容は、この参照によ
り本明細書において完全に記載されたものとして、本明
細書に包含される。
化しないために、回転式アクチュエータに関する更なる
検討の説明は行わない。回転式アクチュエータに関する
より詳細な検討については、発明者ヒルによる「マイク
ロ電気機械式回転構造体」と題され１９９９年５月２３
日に出願された米国特許出願第０９／２７５，０５８号
を参照されたい。この特許出願の内容は、この参照によ
り本明細書において完全に記載されたものとして、本明
細書に包含される。
【００７６】本発明は、一つの光ビームを減衰させる２
以上の光シャッタを備えた構成においても実施される。
図１４は、２つのＭＥＭＳアクチュエータ１４と、マイ
クロ電子基板１２に設けられた開口１８を貫通する光ビ
ーム（図１４には示されていない）を協調して減衰させ
る働きをする２つの光シャッタ１６、とを備えた可変光
減衰器の例を示している。
以上の光シャッタを備えた構成においても実施される。
図１４は、２つのＭＥＭＳアクチュエータ１４と、マイ
クロ電子基板１２に設けられた開口１８を貫通する光ビ
ーム（図１４には示されていない）を協調して減衰させ
る働きをする２つの光シャッタ１６、とを備えた可変光
減衰器の例を示している。
【００７７】２つのＭＥＭＳアクチュエータと２つの光
シャッタの使用は例示の目的で示されているのであり、
２より多いＭＥＭＳアクチュエータおよび／または２よ
り多い光シャッタで可変光減衰器を構成することが可能
であり、本明細書に開示された発明コンセプトの範囲内
である。例えば、光シャッタがＭＥＭＳアクチュエータ
のアレイにより推進されるべく減衰器が構成されること
も可能であり、あるいは、光シャッタが開口の各側から
減衰領域に入るべく減衰器が構成されることも可能であ
る。さらに、シャッタが駆動中に接触状態となる縁にリ
ップ（突起）を備えるべく光シャッタが製造されること
が可能であり、これにより、シャッタは、光ビームの全
体を遮断する性能を有する連続的な閉鎖表面を提供す
る。この第１と第２の２つの光シャッタは、駆動時に重
なり合って第１および第２の光シャッタを互いに接触さ
せる形状としてもよい。
シャッタの使用は例示の目的で示されているのであり、
２より多いＭＥＭＳアクチュエータおよび／または２よ
り多い光シャッタで可変光減衰器を構成することが可能
であり、本明細書に開示された発明コンセプトの範囲内
である。例えば、光シャッタがＭＥＭＳアクチュエータ
のアレイにより推進されるべく減衰器が構成されること
も可能であり、あるいは、光シャッタが開口の各側から
減衰領域に入るべく減衰器が構成されることも可能であ
る。さらに、シャッタが駆動中に接触状態となる縁にリ
ップ（突起）を備えるべく光シャッタが製造されること
が可能であり、これにより、シャッタは、光ビームの全
体を遮断する性能を有する連続的な閉鎖表面を提供す
る。この第１と第２の２つの光シャッタは、駆動時に重
なり合って第１および第２の光シャッタを互いに接触さ
せる形状としてもよい。
【００７８】本発明の実施形態例は、大きな変位領域に
渡って複数の光シャッタを駆動することができるという
利点があり、よって、収束されていない、あるいはより
幅広い光ビームを有する、光ビームに対する光パワーの
全範囲の減衰が可能となる。本実施形態例は、より複雑
なＭＥＭＳアクチュエータ・アレイや回転ハブ型アクチ
ュエータ・アセンブリーを用いることなく、この度合の
減衰を達成できる。他の可変光減衰器の実施形態例で示
されたように、本実施形態例も、光シャッタを所望の減
衰位置で固定する手段を提供するために組み込まれるク
ランプ要素２４を備えることによって有利となる。
渡って複数の光シャッタを駆動することができるという
利点があり、よって、収束されていない、あるいはより
幅広い光ビームを有する、光ビームに対する光パワーの
全範囲の減衰が可能となる。本実施形態例は、より複雑
なＭＥＭＳアクチュエータ・アレイや回転ハブ型アクチ
ュエータ・アセンブリーを用いることなく、この度合の
減衰を達成できる。他の可変光減衰器の実施形態例で示
されたように、本実施形態例も、光シャッタを所望の減
衰位置で固定する手段を提供するために組み込まれるク
ランプ要素２４を備えることによって有利となる。
【００７９】熱依存ＭＥＭＳアクチュエータを使用する
本発明の様々な実施形態例において、これらの実施形態
例は、温度補償要素を備えることによって有利となるで
あろう。温度補償要素の使用は、マイクロ電子基板とＭ
ＥＭＳアクチュエータとが異なる材料から形成される例
において、最も有用なものとなる。よって、基板がシリ
コンであり、アクチュエータがニッケルのような金属か
ら形成されている適用において、温度補償要素が望まれ
るだろう。しかし、基板がシリコンから形成され、アク
チュエータがシリコンから形成されている適用において
は、装置全体が本来的に温度補償されており、したがっ
て、追加の温度補償手段を必ずしも必要としない。
本発明の様々な実施形態例において、これらの実施形態
例は、温度補償要素を備えることによって有利となるで
あろう。温度補償要素の使用は、マイクロ電子基板とＭ
ＥＭＳアクチュエータとが異なる材料から形成される例
において、最も有用なものとなる。よって、基板がシリ
コンであり、アクチュエータがニッケルのような金属か
ら形成されている適用において、温度補償要素が望まれ
るだろう。しかし、基板がシリコンから形成され、アク
チュエータがシリコンから形成されている適用において
は、装置全体が本来的に温度補償されており、したがっ
て、追加の温度補償手段を必ずしも必要としない。
【００８０】温度補償要素の必要性が存在するのは、周
囲の動作温度の変化により、ＭＥＭＳアクチュエータの
予期しない動作あるいは誤動作が起こり得るからであ
る。温度補償要素は、熱依存ＭＥＭＳアクチュエータ装
置に影響を与えると共に最終的には本発明の可変光減衰
器に影響を与える周囲温度の変化に起因する問題を緩和
することができる。図１５は、熱式アーチ梁アクチュエ
ータにおける周囲温度変化の補償のために使用され得る
一つのタイプの温度補償要素の例の上面図である。温度
補償要素は、マイクロ電子基板１２、熱式アーチ梁アク
チュエータ３０、および温度補償要素として動作するフ
レーム１１０を備える。
囲の動作温度の変化により、ＭＥＭＳアクチュエータの
予期しない動作あるいは誤動作が起こり得るからであ
る。温度補償要素は、熱依存ＭＥＭＳアクチュエータ装
置に影響を与えると共に最終的には本発明の可変光減衰
器に影響を与える周囲温度の変化に起因する問題を緩和
することができる。図１５は、熱式アーチ梁アクチュエ
ータにおける周囲温度変化の補償のために使用され得る
一つのタイプの温度補償要素の例の上面図である。温度
補償要素は、マイクロ電子基板１２、熱式アーチ梁アク
チュエータ３０、および温度補償要素として動作するフ
レーム１１０を備える。
【００８１】温度補償要素のこの例においては、フレー
ムと熱式アーチ梁アクチュエータは、マイクロ電子基板
のほぼ平面的な表面に覆いかぶさる。いくつかの適用
（用途）においては、加熱要素（図１５には示されな
い）が基板表面上に設けられても良く、その場合、アー
チ梁は上方に持ち上げられ、フレームは加熱要素を取り
囲む。この例においては、フレームは堅いフレーム構造
体と成している。図１５に示したように、フレームがア
ーチ梁支持体として働いても良く、あるいは、追加の支
持体がフレーム上に製作されても良い。
ムと熱式アーチ梁アクチュエータは、マイクロ電子基板
のほぼ平面的な表面に覆いかぶさる。いくつかの適用
（用途）においては、加熱要素（図１５には示されな
い）が基板表面上に設けられても良く、その場合、アー
チ梁は上方に持ち上げられ、フレームは加熱要素を取り
囲む。この例においては、フレームは堅いフレーム構造
体と成している。図１５に示したように、フレームがア
ーチ梁支持体として働いても良く、あるいは、追加の支
持体がフレーム上に製作されても良い。
【００８２】フレームは、基板のほぼ平面的な表面上に
配置され、周囲温度の変化に応答して移動するようにし
て熱駆動に対し調和される。フレームは、アンカー１１
２のような一以上のアンカーを備えており、このアンカ
ーは、基板とフレームとの間の固定点として働くのであ
り、フレームの残余は、アンカーによって基板上方に懸
架されている。さらに、熱式アーチ梁アクチュエータ
は、動作可能な状態でフレームに接続されており、ヒー
ターあるいは他の能動的加熱手段により提供される能動
的な温度変更に応答して移動するべく取付けられてい
る。
配置され、周囲温度の変化に応答して移動するようにし
て熱駆動に対し調和される。フレームは、アンカー１１
２のような一以上のアンカーを備えており、このアンカ
ーは、基板とフレームとの間の固定点として働くのであ
り、フレームの残余は、アンカーによって基板上方に懸
架されている。さらに、熱式アーチ梁アクチュエータ
は、動作可能な状態でフレームに接続されており、ヒー
ターあるいは他の能動的加熱手段により提供される能動
的な温度変更に応答して移動するべく取付けられてい
る。
【００８３】温度補償された熱式アーチ梁アクチュエー
タは、能動的な温度変化のない状態で、フレームと熱式
アーチ梁アクチュエータは周囲温度の変化に応答して協
働して移動し、これにより、駆動要素を基板に対して実
質的に同じ相対位置に実質的に維持するべく、設計され
ている。大抵の場合において、フレームとアーチ梁は変
化に対する補償に応じて収縮、膨張し、よって、周囲温
度の変化中にアクチュエータ部材２２が基板に対して静
止状態に維持される、という結果を生む。
タは、能動的な温度変化のない状態で、フレームと熱式
アーチ梁アクチュエータは周囲温度の変化に応答して協
働して移動し、これにより、駆動要素を基板に対して実
質的に同じ相対位置に実質的に維持するべく、設計され
ている。大抵の場合において、フレームとアーチ梁は変
化に対する補償に応じて収縮、膨張し、よって、周囲温
度の変化中にアクチュエータ部材２２が基板に対して静
止状態に維持される、という結果を生む。
【００８４】図１５に示されたタイプの温度補償要素
は、例示の目的で示されたものである。他の温度補償要
素も、また、本明細書に開示された可変光減衰器と共に
使用されて良く、これが、本発明の範囲から乖離するこ
とはない。本明細書に開示された発明を不必要に複雑化
しないために、温度補償要素に関する更なる検討の説明
は行わない。温度補償要素に関するより詳細な検討につ
いては、発明者ヒルらによる「温度補償されたマイクロ
電気機械式構造体および関連方法」と題され１９９９年
２月２６日に出願された米国特許出願第０９／２６１，
４８３号を参照されたい。この特許出願の内容は、この
参照により本明細書において完全に記載されたものとし
て、本明細書に包含される。
は、例示の目的で示されたものである。他の温度補償要
素も、また、本明細書に開示された可変光減衰器と共に
使用されて良く、これが、本発明の範囲から乖離するこ
とはない。本明細書に開示された発明を不必要に複雑化
しないために、温度補償要素に関する更なる検討の説明
は行わない。温度補償要素に関するより詳細な検討につ
いては、発明者ヒルらによる「温度補償されたマイクロ
電気機械式構造体および関連方法」と題され１９９９年
２月２６日に出願された米国特許出願第０９／２６１，
４８３号を参照されたい。この特許出願の内容は、この
参照により本明細書において完全に記載されたものとし
て、本明細書に包含される。
【００８５】本発明は、また、減衰手段として熱式２組
成片持ち梁構造体を使用するＭＥＭＳ可変光減衰器の他
の実施形態例を提供する。図１６は、光ビーム２０を減
衰させるために使用される、本発明に係る熱式２組成片
持ち梁可変光減衰器１０の断面図である。この可変光減
衰器は、１端１２２において基板に結合された２組成片
持ち梁構造体１２０を有するマイクロ電子基板１２を備
える。２組成片持ち梁構造体は、熱駆動に対して異なる
応答をする異なる熱膨張係数の２以上の層を備えるので
あり、これらは、図１６において第１層１２４と第２層
１２６として示されている。
成片持ち梁構造体を使用するＭＥＭＳ可変光減衰器の他
の実施形態例を提供する。図１６は、光ビーム２０を減
衰させるために使用される、本発明に係る熱式２組成片
持ち梁可変光減衰器１０の断面図である。この可変光減
衰器は、１端１２２において基板に結合された２組成片
持ち梁構造体１２０を有するマイクロ電子基板１２を備
える。２組成片持ち梁構造体は、熱駆動に対して異なる
応答をする異なる熱膨張係数の２以上の層を備えるので
あり、これらは、図１６において第１層１２４と第２層
１２６として示されている。
【００８６】第１層１２４および／または第２層１２６
を通して電流が流されるとき、熱式２組成片持ち梁が加
熱され、より低い熱膨張係数を有する材料の方向に曲が
ることにより応答する。本実施形態例においては、２組
成構造体を加熱することが、片持ち梁をして上方に曲げ
られると共に、基板の平面的な表面にほぼ平行な平面に
所在する光ビーム２０の経路を遮断せしめる。電流が２
組成体に供給されている限り、２組成体が光ビームの平
面に入るので、これが光ビームを部分的に、あるいは完
全に、減衰させる働きをする。
を通して電流が流されるとき、熱式２組成片持ち梁が加
熱され、より低い熱膨張係数を有する材料の方向に曲が
ることにより応答する。本実施形態例においては、２組
成構造体を加熱することが、片持ち梁をして上方に曲げ
られると共に、基板の平面的な表面にほぼ平行な平面に
所在する光ビーム２０の経路を遮断せしめる。電流が２
組成体に供給されている限り、２組成体が光ビームの平
面に入るので、これが光ビームを部分的に、あるいは完
全に、減衰させる働きをする。
【００８７】２組成体を、これが、熱駆動に応答して基
板の平面に平行な方向に移動するべく構成することも実
行可能であり、本明細書に開示された発明コンセプトの
範囲内である。このタイプの構成では、基板表面に平行
な方向の運動を２組成体に付与するために、２組成体の
層は、水平ではなく鉛直に積層される。このような２組
成体構成は、基板表面に平行であると共に熱式２組成構
造体に隣接する光ビームを減衰させる性能を有する。そ
の例としては、発明者デューラーらによる「平面内ＭＥ
ＭＳ熱式アクチュエータおよび関連する製造方法」と題
され１９９９年９月１３日に出願された米国特許出願第
０９／３９５，０６８号を参照されたい。
板の平面に平行な方向に移動するべく構成することも実
行可能であり、本明細書に開示された発明コンセプトの
範囲内である。このタイプの構成では、基板表面に平行
な方向の運動を２組成体に付与するために、２組成体の
層は、水平ではなく鉛直に積層される。このような２組
成体構成は、基板表面に平行であると共に熱式２組成構
造体に隣接する光ビームを減衰させる性能を有する。そ
の例としては、発明者デューラーらによる「平面内ＭＥ
ＭＳ熱式アクチュエータおよび関連する製造方法」と題
され１９９９年９月１３日に出願された米国特許出願第
０９／３９５，０６８号を参照されたい。
【００８８】マイクロ電子基板１２は、上に可変光減衰
器が形成される平面的な表面を有する。好ましくは、マ
イクロ電子基板はシリコンウエハから構成されるが、ほ
ぼ平面的な表面を有する他の適切な基板材料が使用され
ることも可能である。例としては、石英、ガラス、ある
いは高分子材料が、基板を形成するために使用されても
良い。オプションとして、誘電体層１２８が、マイクロ
電子基板の平面的な表面を覆っても良い。この誘電体層
は絶縁層として働き、必要な場合には、基板と熱式２組
成構造体の間の電気絶縁を提供する。
器が形成される平面的な表面を有する。好ましくは、マ
イクロ電子基板はシリコンウエハから構成されるが、ほ
ぼ平面的な表面を有する他の適切な基板材料が使用され
ることも可能である。例としては、石英、ガラス、ある
いは高分子材料が、基板を形成するために使用されても
良い。オプションとして、誘電体層１２８が、マイクロ
電子基板の平面的な表面を覆っても良い。この誘電体層
は絶縁層として働き、必要な場合には、基板と熱式２組
成構造体の間の電気絶縁を提供する。
【００８９】誘電体層は、好ましくは、窒化シリコンの
ような非酸化物ベースの絶縁物や高分子から構成され
る。この適用においては、犠牲解放層を除去するための
更なる処理において或る種の酸（例えば、フッ化水素
酸）が使用される場合には、酸化物ベースの絶縁物は回
避される。誘電層は、好ましくは、低圧化学蒸着（ＬＰ
ＣＶＤ：ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような標準的
な蒸着手法を利用して形成される。
ような非酸化物ベースの絶縁物や高分子から構成され
る。この適用においては、犠牲解放層を除去するための
更なる処理において或る種の酸（例えば、フッ化水素
酸）が使用される場合には、酸化物ベースの絶縁物は回
避される。誘電層は、好ましくは、低圧化学蒸着（ＬＰ
ＣＶＤ：ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような標準的
な蒸着手法を利用して形成される。
【００９０】解放層（図１６には示されない）は、覆い
かぶさる熱式２組成構造体の、固定されない末端部分１
３０の下に存する領域において、基板の平面的な表面上
に形成される。好ましくは、犠牲解放層は、酸化物、あ
るいは、これに酸が作用させられた際にエッチし除去さ
れる他の適切な材料により形成される。熱式２組成構造
体の覆いかぶさる層が基板上に形成（堆積，析出）され
た後には、解放層は、フッ化水素酸エッチのような標準
的なマイクロエンジニアリング酸エッチング技術により
除去されても良い。解放層が除去された際には、熱式２
組成体の、固定されない末端部分が、その下の平面的な
表面から解放され、熱式２組成体と下の平面的な表面と
の間に空気間隙１３２が形成される。
かぶさる熱式２組成構造体の、固定されない末端部分１
３０の下に存する領域において、基板の平面的な表面上
に形成される。好ましくは、犠牲解放層は、酸化物、あ
るいは、これに酸が作用させられた際にエッチし除去さ
れる他の適切な材料により形成される。熱式２組成構造
体の覆いかぶさる層が基板上に形成（堆積，析出）され
た後には、解放層は、フッ化水素酸エッチのような標準
的なマイクロエンジニアリング酸エッチング技術により
除去されても良い。解放層が除去された際には、熱式２
組成体の、固定されない末端部分が、その下の平面的な
表面から解放され、熱式２組成体と下の平面的な表面と
の間に空気間隙１３２が形成される。
【００９１】熱式２組成体の層は、ほぼ基板の平面的な
表面に覆いかぶさる。熱式２組成体を備えた層を形成す
るためには、周知の集積回路製造プロセスが利用され
る。熱式２組成体は、異なる熱膨張係数を有することを
特徴とする少なくも２つの材料の層を備える。熱膨張係
数の差異は、２組成構造体に熱が印加されたときに、層
に、異なった応答を生じさせる。第１層１２４は、第２
層１２６に比して低い熱膨張係数を有する材料から成っ
て良く、一方、第２層１２６が、第１層に比して高い熱
膨張係数を有する材料から成っても良い。例としては、
第１層および第２層は、異なる熱膨張係数を有する金属
材料から形成されて良い。
表面に覆いかぶさる。熱式２組成体を備えた層を形成す
るためには、周知の集積回路製造プロセスが利用され
る。熱式２組成体は、異なる熱膨張係数を有することを
特徴とする少なくも２つの材料の層を備える。熱膨張係
数の差異は、２組成構造体に熱が印加されたときに、層
に、異なった応答を生じさせる。第１層１２４は、第２
層１２６に比して低い熱膨張係数を有する材料から成っ
て良く、一方、第２層１２６が、第１層に比して高い熱
膨張係数を有する材料から成っても良い。例としては、
第１層および第２層は、異なる熱膨張係数を有する金属
材料から形成されて良い。
【００９２】動作においては、熱式２組成体の末端部分
は、その選択的熱駆動に応答して曲がり、予め定められ
た経路に沿って制御された運動を行なうべく取付けられ
ている。温度の上昇に伴い、高い熱膨張係数を有する層
が、より膨張するので、末端部分は、低い熱膨張係数を
有する層に向かって曲がることになる。上述の例におい
ては、第２層が膨張し、末端部分をして第１層に向かっ
て曲げ変形せしめることになる。この曲げ運動は、熱式
２組成体を上方に曲げ、光ビームの経路を横切ることに
なる。熱式２組成体により行なわれる遮断により、光ビ
ームは、部分的に、あるいは完全に、減衰させられるこ
とが可能となる。２組成構造体の第１層、第２層、ある
いは双方の層に電流を供給することにより２組成体が加
熱されている間、光ビームの減衰が継続することにな
る。
は、その選択的熱駆動に応答して曲がり、予め定められ
た経路に沿って制御された運動を行なうべく取付けられ
ている。温度の上昇に伴い、高い熱膨張係数を有する層
が、より膨張するので、末端部分は、低い熱膨張係数を
有する層に向かって曲がることになる。上述の例におい
ては、第２層が膨張し、末端部分をして第１層に向かっ
て曲げ変形せしめることになる。この曲げ運動は、熱式
２組成体を上方に曲げ、光ビームの経路を横切ることに
なる。熱式２組成体により行なわれる遮断により、光ビ
ームは、部分的に、あるいは完全に、減衰させられるこ
とが可能となる。２組成構造体の第１層、第２層、ある
いは双方の層に電流を供給することにより２組成体が加
熱されている間、光ビームの減衰が継続することにな
る。
【００９３】製造中の応力が２組成体をして非加熱駆動
状態においてカールする（曲げる）べく、２組成体を構
成することも可能である。この２組成構造体において
は、曲がった２組成体は、光ビームの経路を遮断する平
面に所在し、以て、非加熱駆動状態で光ビームを部分的
に、あるいは完全に、減衰させる。加熱時には、２組成
体の曲がりが戻り、光ビームは、部分的に、あるいは完
全に、通過することができる。このような例の一つにお
いては、第１層１２４が金あるいはニッケルから成って
も良く、第２層１２６がポリシリコンから成っても良
い。
状態においてカールする（曲げる）べく、２組成体を構
成することも可能である。この２組成構造体において
は、曲がった２組成体は、光ビームの経路を遮断する平
面に所在し、以て、非加熱駆動状態で光ビームを部分的
に、あるいは完全に、減衰させる。加熱時には、２組成
体の曲がりが戻り、光ビームは、部分的に、あるいは完
全に、通過することができる。このような例の一つにお
いては、第１層１２４が金あるいはニッケルから成って
も良く、第２層１２６がポリシリコンから成っても良
い。
【００９４】さらに、熱式２組成体可変光減衰器は、加
熱時に基板に向かって下方に曲がり、基板表面を通し
て、あるいは基板表面の下方を、通過する光ビームの経
路を横切る、熱式２組成体片持ち梁により構成されても
良い。図１７の（ａ）、（ｂ）には、マイクロ電子基板
１２を通る経路を有する光ビーム２０を減衰させる熱式
２組成体可変光減衰器１０の例を示す。図１７（ａ）
は、熱式２組成体可変光減衰器の斜視図であり、図１７
（ｂ）は断面図である。
熱時に基板に向かって下方に曲がり、基板表面を通し
て、あるいは基板表面の下方を、通過する光ビームの経
路を横切る、熱式２組成体片持ち梁により構成されても
良い。図１７の（ａ）、（ｂ）には、マイクロ電子基板
１２を通る経路を有する光ビーム２０を減衰させる熱式
２組成体可変光減衰器１０の例を示す。図１７（ａ）
は、熱式２組成体可変光減衰器の斜視図であり、図１７
（ｂ）は断面図である。
【００９５】本実施形態例においては、マイクロ電子基
板の背面は、そこに形成された溝１４０を有する。この
溝は、典型的には、従来技術のエッチング処理により形
成されるのであり、通過する光ビームの経路の役割を果
たす。さらに、基板は、熱式２組成片持ち梁が基板開口
の中まで下方に移動して光ビームの経路を横切ることを
可能とする開口１４２を備える。この開口を基板に形成
するためには標準的なエッチング手法が利用されても良
い。
板の背面は、そこに形成された溝１４０を有する。この
溝は、典型的には、従来技術のエッチング処理により形
成されるのであり、通過する光ビームの経路の役割を果
たす。さらに、基板は、熱式２組成片持ち梁が基板開口
の中まで下方に移動して光ビームの経路を横切ることを
可能とする開口１４２を備える。この開口を基板に形成
するためには標準的なエッチング手法が利用されても良
い。
【００９６】基板から離れる方向に上方へ移動する熱式
２組成体と同様に、本実施形態例の熱式２組成体は、特
性的に異なる熱膨張係数を有する少なくも２つの材料の
層を備えるであろう。第１層１２４が、金あるいはニッ
ケルのような金属材料により構成されても良く、第２層
１２６が、シリコンのような半導体材料、あるいは金属
材料、により構成されても良い。この例においては、第
２層が、第１層に比し特性的に著しく低い熱膨張係数を
有することになる。第１層が膨張し、末端部分をして第
２層に向かって曲げることになる。
２組成体と同様に、本実施形態例の熱式２組成体は、特
性的に異なる熱膨張係数を有する少なくも２つの材料の
層を備えるであろう。第１層１２４が、金あるいはニッ
ケルのような金属材料により構成されても良く、第２層
１２６が、シリコンのような半導体材料、あるいは金属
材料、により構成されても良い。この例においては、第
２層が、第１層に比し特性的に著しく低い熱膨張係数を
有することになる。第１層が膨張し、末端部分をして第
２層に向かって曲げることになる。
【００９７】この曲げ運動は、熱式２組成体をして下方
に曲げ、光ビームの経路を横切ることになる。熱式２組
成体により行なわれる遮断により、光ビームは、部分的
に、あるいは完全に、減衰させられることが可能とな
る。２組成構造体の第１層、第２層、あるいは双方の層
に電流を供給することにより２組成体が加熱されている
間、光ビームの減衰が継続することになる。
に曲げ、光ビームの経路を横切ることになる。熱式２組
成体により行なわれる遮断により、光ビームは、部分的
に、あるいは完全に、減衰させられることが可能とな
る。２組成構造体の第１層、第２層、あるいは双方の層
に電流を供給することにより２組成体が加熱されている
間、光ビームの減衰が継続することになる。
【００９８】図示し説明した全ての実施形態例が、本発
明に係るＭＥＭＳ可変光減衰器を含む。本発明に係る可
変光減衰器は、好都合にも所望の減衰位置に光減衰作動
体（光シャッタや熱式２組成体等）を保持することがで
き、０〜１００％の光パワー範囲の間で制御可能な減衰
作用を提供することができる。本発明の様々な実施形態
例が拡張領域（拡張範囲）の減衰作用を提供し、収束さ
れていない光ビームや、大きな断面積を有する、光ビー
ムの減衰を可能とする。さらに、本発明の可変光減衰器
は、シャッタを所望の減衰位置に固定するクランプ機構
を設けることにより、光シャッタをその場所に保持する
手段として使用されるスタンバイパワーの必要性を低減
させる。
明に係るＭＥＭＳ可変光減衰器を含む。本発明に係る可
変光減衰器は、好都合にも所望の減衰位置に光減衰作動
体（光シャッタや熱式２組成体等）を保持することがで
き、０〜１００％の光パワー範囲の間で制御可能な減衰
作用を提供することができる。本発明の様々な実施形態
例が拡張領域（拡張範囲）の減衰作用を提供し、収束さ
れていない光ビームや、大きな断面積を有する、光ビー
ムの減衰を可能とする。さらに、本発明の可変光減衰器
は、シャッタを所望の減衰位置に固定するクランプ機構
を設けることにより、光シャッタをその場所に保持する
手段として使用されるスタンバイパワーの必要性を低減
させる。
【００９９】上述の説明と関連図面に表現された教育効
果のために、本発明の当該技術に熟達する者には、本発
明の多数の改変や他の実施形態例が思い浮かぶであろ
う。したがって、本発明は開示された特定の実施形態例
に限定されず、改変や他の実施形態例が添付の請求範囲
内に含まれるべきことが認識されるべきである。本明細
書では特定の用語が使用されたが、これらは一般的かつ
叙述的意味で使用されたのであり限定の目的ではない。
果のために、本発明の当該技術に熟達する者には、本発
明の多数の改変や他の実施形態例が思い浮かぶであろ
う。したがって、本発明は開示された特定の実施形態例
に限定されず、改変や他の実施形態例が添付の請求範囲
内に含まれるべきことが認識されるべきである。本明細
書では特定の用語が使用されたが、これらは一般的かつ
叙述的意味で使用されたのであり限定の目的ではない。
【０１００】なお、本発明に関してさらに付言すれば、
光シャッタ１６の形状は光遮断および光減衰動作が可能
であればよく、設定厚さを備えた、平板状、ブロック
状、等の適宜の形状によって構成でき、また、縁取りさ
れた表面を有する構成としてもよいものである。
光シャッタ１６の形状は光遮断および光減衰動作が可能
であればよく、設定厚さを備えた、平板状、ブロック
状、等の適宜の形状によって構成でき、また、縁取りさ
れた表面を有する構成としてもよいものである。
【図１】本発明の実施形態例に係る、基板に垂直な軸を
有する光ビームに対して面内減衰駆動を行なうＭＥＭＳ
可変光減衰器の斜視図である。
有する光ビームに対して面内減衰駆動を行なうＭＥＭＳ
可変光減衰器の斜視図である。
【図２】ＭＥＭＳ熱式アーチ梁アクチュエータの上方平
面図である。
面図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る、アクチュエータ部
材が光シャッタに物理的に非結合のＭＥＭＳ可変光減衰
器の斜視図である。
材が光シャッタに物理的に非結合のＭＥＭＳ可変光減衰
器の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態例に係るＭＥＭＳ可変光減衰
器の製造工程における各段階を示す断面図である。
器の製造工程における各段階を示す断面図である。
【図５】図４の工程に続く各段階の工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図６】図５の工程に続く各段階の工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図７】本発明の実施形態例に係るＭＥＭＳ可変光減衰
器の平面図であり、アクチュエータ部材の上側表面に設
けたエッチ穴の配置とクランプ要素とを強調した図であ
る。
器の平面図であり、アクチュエータ部材の上側表面に設
けたエッチ穴の配置とクランプ要素とを強調した図であ
る。
【図８】本発明の実施形態例に係る、基板に平行な軸を
有する光ビームに対して面内減衰駆動を行なうＭＥＭＳ
可変光減衰器の斜視図である。
有する光ビームに対して面内減衰駆動を行なうＭＥＭＳ
可変光減衰器の斜視図である。
【図９】本発明の実施形態例に係る、基板に平行な軸を
有する光ビームに対して面外減衰を行なうＭＥＭＳ可変
光減衰器の斜視図である。
有する光ビームに対して面外減衰を行なうＭＥＭＳ可変
光減衰器の斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施形態例に係る、基板の縁の
外に経路を有する光ビームに対する減衰性能を備えたＭ
ＥＭＳ可変光減衰器の斜視図である。
外に経路を有する光ビームに対する減衰性能を備えたＭ
ＥＭＳ可変光減衰器の斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態例に係る、アレイを構
成する複数のＭＥＭＳアクチュエータを備えたＭＥＭＳ
可変光減衰器の斜視図である。
成する複数のＭＥＭＳアクチュエータを備えたＭＥＭＳ
可変光減衰器の斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態例に係る、アレイを構
成する複数のＭＥＭＳアクチュエータを備えると共に、
基板の縁の外に経路を有する光ビームに対する減衰性能
を備えたＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図である。
成する複数のＭＥＭＳアクチュエータを備えると共に、
基板の縁の外に経路を有する光ビームに対する減衰性能
を備えたＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図である。
【図１３】本発明の他の実施形態例に係る、回転ハブ駆
動構造体を有するＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図であ
る。
動構造体を有するＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図であ
る。
【図１４】本発明の他の実施形態例に係る、デュアル光
シャッタを有するＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図であ
る。
シャッタを有するＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図であ
る。
【図１５】本発明においては実施される、温度補償要素
を備えたＭＥＭＳ熱式アーチ梁アクチュエータの上面図
である。
を備えたＭＥＭＳ熱式アーチ梁アクチュエータの上面図
である。
【図１６】本発明の他の実施形態例に係る、基板表面の
上方の平面に所在する光ビームを減衰させる熱式２組成
片持ち梁構造体を備えるＭＥＭＳ可変光減衰器の断面図
である。
上方の平面に所在する光ビームを減衰させる熱式２組成
片持ち梁構造体を備えるＭＥＭＳ可変光減衰器の断面図
である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態例を示し、
（ａ）は、基板表面の下方の平面に、あるいは基板表面
を貫通して、所在する光ビームを減衰させる熱式２組成
片持ち梁構造体を備えるＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図
であり、（ｂ）は、基板表面の下方の平面に、あるいは
基板表面を貫通して、所在する光ビームを減衰させる熱
式２組成片持ち梁構造体を備えるＭＥＭＳ可変光減衰器
の、図１７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
（ａ）は、基板表面の下方の平面に、あるいは基板表面
を貫通して、所在する光ビームを減衰させる熱式２組成
片持ち梁構造体を備えるＭＥＭＳ可変光減衰器の斜視図
であり、（ｂ）は、基板表面の下方の平面に、あるいは
基板表面を貫通して、所在する光ビームを減衰させる熱
式２組成片持ち梁構造体を備えるＭＥＭＳ可変光減衰器
の、図１７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500003660 570 Ｗｅｓｔ Ｈｕｎｔ Ｃｌｕｂ Ｒ ｏａｄ， Ｎｅｐｅａｎ， Ｏｎｔａｒｉ ｏ， Ｃａｎａｄａ Ｋ２Ｇ５Ｗ８ (72)発明者 エドワード エイ ヒル アメリカ合衆国 ノースキャロライナ州 27514 チャペルヒル フォーブッシュマ ウンテンドライブ 312 (72)発明者 ラマスワミー・マハデワン アメリカ合衆国 ノースキャロライナ州 27514 チャペルヒル ルクレアストリー ト 1310 (72)発明者 マーク ディビッド ウォルターズ アメリカ合衆国 ノースキャロライナ州 27707 ダラム クリケットグランド 103 (72)発明者 ロバート・エル・ウッド アメリカ合衆国 ノースキャロライナ州 27513 ケアリー バロンズグレン 204
Claims (63)
- 【請求項１】 ほぼ平面的な表面を有するマイクロ電子
基板と、前記マイクロ電子基板のほぼ平面的な表面上に
配置されたマイクロ電子アクチュエータと、前記マイク
ロ電子基板のほぼ平面的な表面上に配置された光シャッ
タとを備え、前記光シャッタは、前記マイクロ電子アク
チュエータにより駆動され複数の位置の何れか一つの位
置で保持されるべく設けられており、前記光シャッタ
が、各位置において光パワーを異なる比率で遮断し、以
って、前記光シャッタが、光パワー範囲内において光パ
ワーの遮断比率を可変とした、光ビームを光学的に減衰
するＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）装置。 - 【請求項２】 マイクロ電子基板上に配置されて光シャ
ッタに動作可能な状態で接続され、前記光シャッタを望
む減衰位置において静電的にクランプする静電クランプ
要素と、前記静電クランプ要素に静電的に結合される、
前記マイクロ電子基板上の静電接点と、前記静電クラン
プ要素と前記静電接点との間に静電力を印加する手段
と、を更に備えた請求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３】 静電クランプ要素が金属により構成され
ている請求項２記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４】 静電クランプ要素が、半導体ー金属の複
合材料により構成されている請求項２記載のＭＥＭＳ装
置。 - 【請求項５】 マイクロ電子アクチュエータが、熱式ア
ーチ梁アクチュエータにより構成されている請求項１記
載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項６】 アーチ梁アクチュエータに熱を印加して
アーチ梁の更なる湾曲を引き起こし、以て光シャッタを
駆動する熱印加手段を備えた、請求項５記載のＭＥＭＳ
装置。 - 【請求項７】 熱印加手段は、アクチュエータに隣接し
て配置された外部ヒーターを備えたものである、請求項
６記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項８】 熱式アーチ梁アクチュエータにより変位
を受けると共に光シャッタを前記熱式アーチ梁アクチュ
エータに結合するアクチュエータ部材を備えた、請求項
５記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項９】 マイクロ電子基板上に設けられ、アクチ
ュエータが周囲温度の変化に応答して動作することを防
止する温度補償要素を備えた、請求項５記載のＭＥＭＳ
装置。 - 【請求項１０】 温度補償要素は、熱式アーチ梁アクチ
ュエータを取り囲む堅いフレーム構造体を備え、このフ
レーム構造体には該フレーム構造体をマイクロ電子基板
に固定する少なくも一つのアンカー部分を有し、アンカ
ー部分以外のフレームの残余が、前記マイクロ電子基板
の上方に懸架されると共に前記熱式アーチ梁アクチュエ
ータに動作可能な状態で接続されている、請求項９記載
のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項１１】 光シャッタをマイクロ電子基板上に支
持する支持構造体を備えた、請求項１記載のＭＥＭＳ装
置。 - 【請求項１２】 支持構造体がホールド式梁懸架構造体
により構成されている、請求項１１記載のＭＥＭＳ装
置。 - 【請求項１３】 マイクロ電子アクチュエータはマイク
ロ電子アクチュエータのアレイにより構成されている、
請求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項１４】 マイクロ電子アクチュエータのアレイ
は、熱式アーチ梁アクチュエータのアレイにより構成さ
れている、請求項１３記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項１５】 熱式アーチ梁アクチュエータのアレイ
に熱を印加してアーチ梁の更なる湾曲を引き起こし、そ
れによって光シャッタを駆動する熱印加手段を備えた、
請求項１４記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項１６】 熱印加手段が、マイクロ電子アクチュ
エータのアレイに隣接して配置された少なくも一つの外
部ヒーターを備えた、請求項１５記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項１７】 マイクロ電子基板上に設けられ、アク
チュエータが周囲温度の変化に応答して動作することを
防止する少なくも一つの温度補償要素を更に備えた、請
求項１４記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項１８】 少なくも一つの温度補償要素は、熱式
アーチ梁アクチュエータのアレイを取り囲む少なくも一
つの堅いフレーム構造体により構成され、前記フレーム
構造体には該フレーム構造体をマイクロ電子基板に固定
する少なくも一つのアンカー部分を有し、このアンカー
部分以外のフレームの残余は、前記マイクロ電子基板の
上方に懸架されると共に前記熱式アーチ梁アクチュエー
タのアレイに動作可能な状態で接続されている、請求項
１７記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項１９】 マイクロ電子基板上に配置された中央
ハブを備え、該中央ハブは、アレイ内の少なくも一つの
ＭＥＭＳアクチュエータに動作可能な状態で接続された
少なくも２つのハブスポークと、中央ハブおよび光シャ
ッタに動作可能な状態で接続された少なくも一つのレバ
ー、とを持ち、前記ＭＥＭＳアクチュエータは、前記少
なくも２つのハブスポークを移動させる力を提供し、以
て、前記中央ハブに回転力を付与し、以て、前記レバー
を動かし光シャッタをして光ビームを減衰せしめる構成
とした請求項１４記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項２０】 中央ハブに動作可能な状態で接続され
た少なくも一つのレバーと、前記少なくも一つのレバー
に結合されたクランプ要素とを更に備え、ＭＥＭＳアク
チュエータが、少なくも２つのハブスポークを移動させ
る力を提供し、それによって、回転力を前記中央ハブに
付与し、以て、前記少なくとも１つのレバーを動かし、
クランプ要素をクランプ押し付け電圧が供給される位置
に到達せしめる構成とした、請求項１９記載のＭＥＭＳ
装置。 - 【請求項２１】 マイクロ電子基板は中央ハブの近傍に
配された一つ以上の開口を備えるものであり、光シャッ
タは、レバーを介して前記中央ハブに動作可能な状態で
結合された一つ以上の光シャッタを含み、この一つ以上
の光シャッタは、前記一つ以上の開口をそれぞれに横切
り移動して少なくも部分的に光ビームの減衰に影響を与
えるべく設けられている、請求項２０記載のＭＥＭＳ装
置。 - 【請求項２２】 熱式アーチ梁アクチュエータのアレイ
により変位を受けると共に、光シャッタを前記熱式アー
チ梁アクチュエータのアレイに結合するアクチュエータ
部材を備えている、請求項１４記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項２３】 マイクロ電子アクチュエータは第１お
よび第２のマイクロ電子アクチュエータを有して構成さ
れ、光シャッタは、第１および第２のマイクロ電子アク
チュエータにそれぞれ対応する第１および第２の光シャ
ッタを有する、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項２４】 第１および第２のマイクロ電子アクチ
ュエータは第１および第２の熱式アーチ梁アクチュエー
タにより構成されている、請求項２３記載のＭＥＭＳ装
置。 - 【請求項２５】 第１および第２の熱式アーチ梁アクチ
ュエータは、ほぼ同一の平面で、かつ、平面内のほぼ逆
方向に駆動する構成とした、請求項２４記載のＭＥＭＳ
装置。 - 【請求項２６】 第１および第２の光シャッタは、駆動
時に重なり合って第１および第２の光シャッタを互いに
接触させる形状と成した、請求項２５記載のＭＥＭＳ装
置。 - 【請求項２７】 光シャッタは、光ビームの完全な減衰
を可能とする予め定めた形状とした、請求項１記載のＭ
ＥＭＳ装置。 - 【請求項２８】 光シャッタは、光ビームの部分的な減
衰を可能とする予め定めた形状とした、請求項１記載の
ＭＥＭＳ装置。 - 【請求項２９】 光シャッタは、光ビームの通過を可能
とする開口を有するものである、請求項１記載のＭＥＭ
Ｓ装置。 - 【請求項３０】 光シャッタは、ほぼブロック形状を有
している、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３１】 光シャッタは、ほぼブロック形状を有
している光シャッタの面に沿って予め定めた設定の厚さ
を有する、請求項３０記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３２】 光シャッタは、縁取りされた表面を有
する、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３３】 光シャッタは金属により構成されてい
る請求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３４】 光シャッタは、半導体−金属複合材料
（半導体と金属の複合材料）により構成されている、請
求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３５】 マイクロ電子基板は、貫通開口を備
え、この開口を光ビームの通過路とした請求項１記載の
ＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３６】 光ビームは、マイクロ電子基板のほぼ
平面的な表面に対してほぼ垂直な光軸を有し、光シャッ
タは、前記マイクロ電子基板のほぼ平面的な表面に対し
てほぼ平行な面に設けられている、請求項３５記載のＭ
ＥＭＳ装置。 - 【請求項３７】 マイクロ電子基板は、光ビームが通過
する透明な材料によって構成されている、請求項１記載
のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３８】 マイクロ電子基板は、ほぼ平面的な表
面に沿った溝を備え、この溝を光ビームの通過路とし
た、請求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項３９】 光ビームは、マイクロ電子基板のほぼ
平面的な表面に対してほぼ平行な光軸を有し、光シャッ
タは、前記マイクロ電子基板のほぼ平面的な表面に対し
てほぼ平行な面に設けられている、請求項１記載のＭＥ
ＭＳ装置。 - 【請求項４０】 光シャッタは、マイクロ電子アクチュ
エータに結合されて前記マイクロ電子基板のほぼ平面的
な表面に対してほぼ平行な面に設けられ、駆動時には前
記マイクロ電子基板の縁を越えて伸長されるものであ
り、それによって、前記マイクロ電子基板の縁に沿って
通過する光ビームを減衰させるものである、請求項１記
載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４１】 光ビームは、前記マイクロ電子基板の
ほぼ平面的な表面に対してほぼ平行な平面に所在する構
成とした、請求項４０記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４２】 光ビームは、マイクロ電子基板の平面
的な表面に対してほぼ垂直な面に所在する構成とした、
請求項４０記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４３】 光シャッタは、マイクロ電子基板のほ
ぼ平面的な表面に対してほぼ垂直な面に設けられた、請
求項１記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４４】 光シャッタは、ＭＥＭＳ装置製造中に
マイクロ電子基板から解放される飛び出しシャッタであ
る、請求項４３記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４５】 光シャッタはヒンジ型構造体によりマ
イクロ電子基板上に支持される、請求項４３記載のＭＥ
ＭＳ装置。 - 【請求項４６】 光シャッタは可撓性ねじり支持構造体
によりマイクロ電子基板上に支持される、請求項４３記
載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４７】 ほぼ平面的な表面を有するマイクロ電
子基板と、前記マイクロ電子基板の平面的な表面上に配
置され、予め定められた経路に沿って制御可能な状態で
移動し光ビームの経路に所在する光ビームを減衰させる
べく熱駆動のために設けられた可動の複合体のアクチュ
エータと、を有し、前記可動の複合体は、各移動位置に
おいて光パワーを異なる比率で遮断し、以て、前記可動
の複合体をして、光パワーの範囲内で光パワーの遮断比
率を可変する構成と成した、光ビームを光学的に減衰さ
せるＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４８】 可動の複合体のアクチュエータは、熱
駆動に対して異なる応答をする少なくも２つの層を備
え、複合体の固定部分はマイクロ電子基板に結合されて
おり、前記複合体の末端部分は、予め定めた経路に沿っ
て制御可能な状態で移動して光ビームの経路に所在する
光ビームを減衰させるべく曲がり変位する構成とした、
請求項４７記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項４９】 複合体の末端部分は、熱駆動に応答し
て上方向に移動し、マイクロ電子基板のほぼ平面的な表
面の上方に所在する光経路の光ビームを減衰させるもの
である、請求項４８記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項５０】 複合体の末端部分は、熱駆動に応答し
て下方向に移動し、マイクロ電子基板のほぼ平面的な表
面の下方に所在する光経路の光ビームを減衰させるもの
である、請求項４８記載のＭＥＭＳ装置。 - 【請求項５１】 マイクロ電子基板は、光ビームがこれ
を通って延在する溝を備えている、請求項５０記載のＭ
ＥＭＳ装置。 - 【請求項５２】 ほぼ平面的な表面を有するマイクロ電
子基板と、前記マイクロ電子基板のほぼ平面的な表面上
に配置されたマイクロ電子アクチュエータと、前記マイ
クロ電子基板のほぼ平面的な表面上に配置され、前記マ
イクロ電子アクチュエータにより駆動されて光パワー範
囲内で光パワーの減衰比率を可変する光シャッタと、前
記光シャッタに動作可能な状態で接続され、前記光シャ
ッタを望む減衰位置で静電的にクランプする静電クラン
プ要素と、前記静電クランプ要素と静電的に結合される
前記マイクロ電子基板上の静電接点と、前記静電クラン
プ要素と前記静電接点との間に静電力を印加する手段
と、を備えた、光ビームを光学的に減衰させるＭＥＭＳ
装置。 - 【請求項５３】 ほぼ平面的な表面を有するマイクロ電
子基板と、前記マイクロ電子基板のほぼ平面的な表面上
に配置されたマイクロ電子アクチュエータと、前記マイ
クロ電子基板のほぼ平面的な表面上に配置された光シャ
ッタと、前記光シャッタに動作可能な状態で接続され、
前記光シャッタを望む減衰位置で静電的にクランプする
静電クランプ要素と、を備えるＭＥＭＳ可変光減衰器
と；前記静電クランプ要素と静電的に結合される前記マ
イクロ電子基板上の静電接点と；前記静電クランプ要素
と前記静電接点との間に静電力を印加する電圧源と；を
備えた、可変光減衰システム。 - 【請求項５４】 ほぼ平面的な表面を有するマイクロ電
子基板と、前記マイクロ電子基板のほぼ平面的な表面上
に配置されたマイクロ電子アクチュエータと、前記マイ
クロ電子基板のほぼ平面的な表面上に配置された光シャ
ッタと、前記マイクロ電子基板上に配置された静電クラ
ンプ要素と、を備えたＭＥＭＳ可変光減衰器を用いた光
減衰方法であって、マイクロ電子アクチュエータを駆動
するステップと、マイクロ電子アクチュエータによって
光ビームが通過する少なくも一部分を横切るように光シ
ャッタを駆動し、以て、光シャッタを規定する減衰位置
に配置するステップと、クランプ要素を静電的に動作さ
せ、以て、光シャッタを規定の減衰位置に固定するステ
ップと、光シャッタが規定の減衰位置に固定された際に
マイクロ電子アクチュエータの駆動を停止するステップ
と、を含むＭＥＭＳ可変光減衰器を用いた光減衰方法。 - 【請求項５５】 マイクロ電子基板の第１のほぼ平面的
な表面上に酸化層を形成するステップと、酸化層上にシ
リコン層を形成するステップと、シリコン層に減衰器の
機械的構造体の、熱式アーチ梁アクチュエータと、アク
チュエータ部材と、光シャッタとを構成するステップ
と、熱式アーチ梁アクチュエータのアーチ梁とアクチュ
エータ部材との下にある酸化層をエッチング除去してマ
イクロ電子基板からシリコン層の部分を解放するステッ
プと、設定の伝導度を付与するためにシリコン層の少な
くも一部分にドープするステップと、第１表面とは反対
側のマイクロ電子基板の第２表面をエッチングし、光シ
ャッタを基板から解放するために光シャッタの下にある
酸化層をエッチングするステップと、を含む、ＭＥＭＳ
可変光減衰器の製造方法。 - 【請求項５６】 減衰器の機械的構造体を構成するステ
ップは、クランプ要素を構成するステップを含み、マイ
クロ電子基板からシリコン層の部分を解放するステップ
は、クランプ要素の下にある酸化層をエッチング除去す
るステップを含む、請求項５５記載のＭＥＭＳ可変光減
衰器の製造方法。 - 【請求項５７】 マイクロ電子基板とクランプ要素との
間に誘電体を形成するために、マイクロ電子基板からシ
リコン層の部分を解放するステップに続いて、クランプ
要素の下側を酸化するステップと、クランプ要素に電気
的接触を提供するために、前記マイクロ電子基板の第１
表面上に金属電極を形成するステップと、を更に含む、
請求項５６記載のＭＥＭＳ可変光減衰器の製造方法。 - 【請求項５８】 減衰器の機械的構造体を構成するステ
ップは、後で基板からの解放を助長すべく、クランプ要
素およびアクチュエータ部材にエッチ穴を設けるステッ
プを更に含む、請求項５６記載のＭＥＭＳ可変光減衰器
の製造方法。 - 【請求項５９】 減衰器の機械的構造体を構成するステ
ップは、シリコン層上に機械的構造体を構成するマスク
をパターン形成するサブステップと、機械的構造体を構
成するために、パターン形成されたマスクに従ってシリ
コン層をエッチング除去するサブステップと、を更に含
む、請求項５５記載のＭＥＭＳ可変光減衰器の製造方
法。 - 【請求項６０】 シリコン層を形成するステップは、マ
イクロ電子基板上にエピタキシープロセスにより単結晶
シリコンを成長させるステップを含む、請求項５５記載
のＭＥＭＳ可変光減衰器の製造方法。 - 【請求項６１】 シリコン層を形成するステップは、単
結晶シリコン層を、基板および酸化層の構造体に融着さ
せるステップを含む、請求項５５記載のＭＥＭＳ可変光
減衰器の製造方法。 - 【請求項６２】 機械的構造体を構成するステップに続
いて光学的非透過層を形成するために、光シャッタを金
属化処理するステップを更に含む、請求項５５記載のＭ
ＥＭＳ可変光減衰器の製造方法。 - 【請求項６３】 機械的構造体を構成するステップは、
光シャッタおよびアクチュエータ部材にエッチ穴を設け
るように機械的構造体を構成するものである請求項５５
記載のＭＥＭＳ可変光減衰器の製造方法。
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