JP2003172891A - 光スイッチ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アクチュエータの電力消耗を最小化ができる
光スイッチを提供する。 【解決手段】 MEMS光スイッチは、中央に位置した往復
質量体と、往復質量体の左右側に対称的に位置した第１
回転軸と、第１回転軸に回転連結される第１回転質量体
と、第１回転質量体を支持する第１回転スプリングと、
第１回転質量体に連結され第１回転スプリングと共に第
１回転質量体を支持する線形スプリングと、線形スプリ
ングに連結され一側方向の変位が制限される第２回転質
量体と、第２回転質量体を左右側の両端に連結支持する
第２回転スプリングと、第２回転質量体を回転連結する
第２回転軸と、第２回転軸を含む左右側の両端の構造体
アンカーと、駆動電極と、往復質量体と同じ変位に運動
する微小ミラーを含み、往復質量体と左右側の回転質量
体に対する２個所での構造的な安定点を有する静電アク
チュエータ；及び基板；を有する。
光スイッチを提供する。 【解決手段】 MEMS光スイッチは、中央に位置した往復
質量体と、往復質量体の左右側に対称的に位置した第１
回転軸と、第１回転軸に回転連結される第１回転質量体
と、第１回転質量体を支持する第１回転スプリングと、
第１回転質量体に連結され第１回転スプリングと共に第
１回転質量体を支持する線形スプリングと、線形スプリ
ングに連結され一側方向の変位が制限される第２回転質
量体と、第２回転質量体を左右側の両端に連結支持する
第２回転スプリングと、第２回転質量体を回転連結する
第２回転軸と、第２回転軸を含む左右側の両端の構造体
アンカーと、駆動電極と、往復質量体と同じ変位に運動
する微小ミラーを含み、往復質量体と左右側の回転質量
体に対する２個所での構造的な安定点を有する静電アク
チュエータ；及び基板；を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用の光スイ
ッチに関し、特にMEMS技術を用いた光スイッチ（OPTICA
L SWITCH）に関する。
ッチに関し、特にMEMS技術を用いた光スイッチ（OPTICA
L SWITCH）に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、MEMS技術は低価の高性能の超
小型素子の開発に強点を有しているので、慣性センサ、
圧力センサ、生医学素子、及び光通信部品などの応用の
ため、研究が活発に進行されている。様々な応用分野の
一つとして、MEMS技術を利用した光通信用光スイッチ
は、基板上に微細加工により製造される微小精密ミラー
を用い、光ファイバーを通じて電送する光信号の経路変
更などに利用されている。
小型素子の開発に強点を有しているので、慣性センサ、
圧力センサ、生医学素子、及び光通信部品などの応用の
ため、研究が活発に進行されている。様々な応用分野の
一つとして、MEMS技術を利用した光通信用光スイッチ
は、基板上に微細加工により製造される微小精密ミラー
を用い、光ファイバーを通じて電送する光信号の経路変
更などに利用されている。
【０００３】現在、開発されたMEMS光スイッチには基板
に平行に作動する２Ｄ形の光スイッチと、基板に垂直の
作動までを含める３Ｄ形のスイッチがある。
に平行に作動する２Ｄ形の光スイッチと、基板に垂直の
作動までを含める３Ｄ形のスイッチがある。
【０００４】３Ｄ形のMEMS光スイッチは、一つのチップ
に集積される微小ミラーの数を増すことが容易であるの
で、多チャンネルの光信号を分配するDWDMシステムに適
用することが可能である。
に集積される微小ミラーの数を増すことが容易であるの
で、多チャンネルの光信号を分配するDWDMシステムに適
用することが可能である。
【０００５】２Ｄ形 のMEMS光スイッチは多チャンネル
の光信号分配も可能であるが、１×２、２×２マトリッ
クス構造の光スイッチに適用する場合には、微小ミラー
が置かれる光ファイバーの間の自由空間を最小化するこ
とが可能なので、低価のシステムでも、優れた光学性能
を示すことができ、尚MEMS光スイッチは超小型の駆動体
の機械的特性が優れ、速い応答性を有する。
の光信号分配も可能であるが、１×２、２×２マトリッ
クス構造の光スイッチに適用する場合には、微小ミラー
が置かれる光ファイバーの間の自由空間を最小化するこ
とが可能なので、低価のシステムでも、優れた光学性能
を示すことができ、尚MEMS光スイッチは超小型の駆動体
の機械的特性が優れ、速い応答性を有する。
【０００６】特に、基板に平行に作動する２Ｄ形のMEMS
光スイッチの中で、一つの微小ミラーが相互交差するよ
うにするため、光路配置をした４個の光ファイバーの間
を前進、または後進することにより、光経路変更をする
２×２光スイッチに関する研究が活発に進行されてき
た。
光スイッチの中で、一つの微小ミラーが相互交差するよ
うにするため、光路配置をした４個の光ファイバーの間
を前進、または後進することにより、光経路変更をする
２×２光スイッチに関する研究が活発に進行されてき
た。
【０００７】前記２×２光スイッチに関する従来の技術
の一例として、アンマルダー（Anmelder）等の国際特許
第WO９８/１２５８９号“A Fiber Optic Circuit Switc
h and ａ Process for Its Production”は基板と、伝
導性の素子層との間に絶縁膜構造を有するサンドイッチ
ウェハに加工する光スイッチに関するものがある。
の一例として、アンマルダー（Anmelder）等の国際特許
第WO９８/１２５８９号“A Fiber Optic Circuit Switc
h and ａ Process for Its Production”は基板と、伝
導性の素子層との間に絶縁膜構造を有するサンドイッチ
ウェハに加工する光スイッチに関するものがある。
【０００８】前記国際特許は、前進、及び後進方向の駆
動を行うように製作された両方向のコム駆動アクチュエ
ータ（comb drive actuator）に連結され、金属が蒸着
されるシリコン微小ミラーを含むことを特徴とするもの
であり、両方向のコム駆動アクチュエータの作動によ
り、微小ミラーが光経路の間に引き寄され位置される
か、光経路の外側に外れ出て位置しながら、経路の変更
作用を行う構成を示すものであり、前記アクチュエータ
は微小ミラーの前後進の作動時のみではなく、前後進中
一つの状態を維持している間にも、常に駆動電力を消耗
することになる短点がある。
動を行うように製作された両方向のコム駆動アクチュエ
ータ（comb drive actuator）に連結され、金属が蒸着
されるシリコン微小ミラーを含むことを特徴とするもの
であり、両方向のコム駆動アクチュエータの作動によ
り、微小ミラーが光経路の間に引き寄され位置される
か、光経路の外側に外れ出て位置しながら、経路の変更
作用を行う構成を示すものであり、前記アクチュエータ
は微小ミラーの前後進の作動時のみではなく、前後進中
一つの状態を維持している間にも、常に駆動電力を消耗
することになる短点がある。
【０００９】従来技術の他の実施例として、ナンジャン
（Nan Zhang）などのアメリカ合衆国特許US６，２２
９，６４０B１"Microelectromechanical Optical Switc
h andMethod of Manufacture Thereof"は単一コムアク
チュエータを有することを特徴とする。
（Nan Zhang）などのアメリカ合衆国特許US６，２２
９，６４０B１"Microelectromechanical Optical Switc
h andMethod of Manufacture Thereof"は単一コムアク
チュエータを有することを特徴とする。
【００１０】前記アメリカ合衆国特許において、初期
に、光経路の間に挿入されていた微小ミラーはアクチュ
エータの作動で、光経路から取り出すことが可能であ
り、更に、光経路の間に挿入するためにはアクチュエー
タの作動を停止させることにより、アクチュエータと基
板との間を連結するビーム構造物の復元力で再び、元来
の初期位置に戻ることになる。即ち、アクチュエータは
微小ミラーの前進状態にては駆動電力の消耗がないけれ
ど、後進状態では、相変わらず、引き続き、駆動電力を
消耗することになる短点がある。
に、光経路の間に挿入されていた微小ミラーはアクチュ
エータの作動で、光経路から取り出すことが可能であ
り、更に、光経路の間に挿入するためにはアクチュエー
タの作動を停止させることにより、アクチュエータと基
板との間を連結するビーム構造物の復元力で再び、元来
の初期位置に戻ることになる。即ち、アクチュエータは
微小ミラーの前進状態にては駆動電力の消耗がないけれ
ど、後進状態では、相変わらず、引き続き、駆動電力を
消耗することになる短点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、前術の従来技
術は微小ミラーが光経路の間に入るか、又は出る前進状
態、或いは、後進状態中少くなくとも一つの状態を維持
する間には、復元力に該当する駆動力を反対方向に発生
させ、微小ミラーが停止することになるので、アクチュ
エータの電力を不要に消耗する問題点を有することにな
る。
術は微小ミラーが光経路の間に入るか、又は出る前進状
態、或いは、後進状態中少くなくとも一つの状態を維持
する間には、復元力に該当する駆動力を反対方向に発生
させ、微小ミラーが停止することになるので、アクチュ
エータの電力を不要に消耗する問題点を有することにな
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述のような
従来技術の諸般問題点を解決するために創出されたもの
で、ただ、一度のパルス駆動信号により、微小ミラーの
位置が前進状態から後進状態に、又は後進状態から前進
状態に転換され得るよう、アクチュエータを改善し、ア
クチュエータの電力消耗を最小化できる光スイッチを開
発することを目的とする。
従来技術の諸般問題点を解決するために創出されたもの
で、ただ、一度のパルス駆動信号により、微小ミラーの
位置が前進状態から後進状態に、又は後進状態から前進
状態に転換され得るよう、アクチュエータを改善し、ア
クチュエータの電力消耗を最小化できる光スイッチを開
発することを目的とする。
【００１３】
【発明の実施形態】このような目的を達成するため、本
発明では微細加工を用いて、下部基板から浮いている垂
直構造体を作り、その垂直構造体の側面をミラーが連結
された静電アクチュエータ（electrostatic actuator）
を用いて、光経路を変更する起電複合光（micro-electr
o-mechanical optical）スイッチを提供しようとするの
である。
発明では微細加工を用いて、下部基板から浮いている垂
直構造体を作り、その垂直構造体の側面をミラーが連結
された静電アクチュエータ（electrostatic actuator）
を用いて、光経路を変更する起電複合光（micro-electr
o-mechanical optical）スイッチを提供しようとするの
である。
【００１４】即ち、本発明によるMEMS光スイッチは中央
に位置した往復質量体と、前記往復質量体の左右側に対
称に位置した第１回転軸と、前記第１回転軸に回転連結
される第１回転質量体と、前記第１回転質量体を支持す
る第１回転スプリングと、前記第１回転質量体に連結さ
れ、前記第１回転スプリングと共に前記第１回転質量体
を支持する線形スプリングと、前記線形スプリングに連
結され、一方向の変位が制限される第２回転質量体と、
前記第２回転質量体を左右側の両端で連結支持する第２
回転スプリングと、前記第２回転質量体を回転連結する
第２回転軸と、前記第２回転軸を含む左右側両端の構造
体アンカーと、駆動電極、及び前記往復質量体と同じ変
位に運動する微小ミラーを含むもので、前記往復質量体
と左右側の回転質量体に対する２個所での構造的な安定
点を有する静電アクチュエータ；及び基板を含める。
に位置した往復質量体と、前記往復質量体の左右側に対
称に位置した第１回転軸と、前記第１回転軸に回転連結
される第１回転質量体と、前記第１回転質量体を支持す
る第１回転スプリングと、前記第１回転質量体に連結さ
れ、前記第１回転スプリングと共に前記第１回転質量体
を支持する線形スプリングと、前記線形スプリングに連
結され、一方向の変位が制限される第２回転質量体と、
前記第２回転質量体を左右側の両端で連結支持する第２
回転スプリングと、前記第２回転質量体を回転連結する
第２回転軸と、前記第２回転軸を含む左右側両端の構造
体アンカーと、駆動電極、及び前記往復質量体と同じ変
位に運動する微小ミラーを含むもので、前記往復質量体
と左右側の回転質量体に対する２個所での構造的な安定
点を有する静電アクチュエータ；及び基板を含める。
【００１５】また、本発明の望ましい実施のため、前記
駆動電極は前進方向の駆動電極と、後進方向の駆動電極
によって構成されている静電アクチュエータを特徴とす
る光スイッチが開示されている。
駆動電極は前進方向の駆動電極と、後進方向の駆動電極
によって構成されている静電アクチュエータを特徴とす
る光スイッチが開示されている。
【００１６】また、前記基板は両面エッチングされたシ
リコン構造体を素子層に用いることを特徴とする光スイ
ッチが開示されている。
リコン構造体を素子層に用いることを特徴とする光スイ
ッチが開示されている。
【００１７】図１は、本発明による光スイッチの一実施
例を示す図である。図１に図示された如く、本発明によ
る光スイッチは、次のような構成要素を含む静電アクチ
ュエータ１と、基板(図示省略）によって構成されるも
のの、特に、前記静電アクチュエータ１は往復質量体
２、左右側の第１回転質量体３、３’、左右側の第２回
転質量体４、４’、 左右側の線形スプリング５、
５’、 左右側の第２回転スプリング６a、６a’、左右
側の第１回転スプリング ６b、６b’、左右側の第２回
転軸７、７’、左右側の第１回転軸８、８’、左右側の
構造体アンカー９、９’、左右側の前進方向の駆動電極
１０、１０’、後進方向駆動電極１１、及び前記往復質
量体２の端に連結された微小ミラー１２を含んでいる。
前記微小ミラー１２に対し少なくとも一つ以上の光経路
１３a、１３bが反射し、経路を維持する。前記静電アク
チュエータ１の構成要素中の前記構造体アンカー９、
９’、前後進方向の駆動電極１０、１０’、１１を除く
全ての構成要素は基板から浮いている状態で制作され、
基板に平行な運動に自由であると共に、前記左右側の第
２回転スプリング６a、６a’が相互連結された浮いてい
る構成要素と、前記構造体アンカー９、９’を連結し、
支持される。
例を示す図である。図１に図示された如く、本発明によ
る光スイッチは、次のような構成要素を含む静電アクチ
ュエータ１と、基板(図示省略）によって構成されるも
のの、特に、前記静電アクチュエータ１は往復質量体
２、左右側の第１回転質量体３、３’、左右側の第２回
転質量体４、４’、 左右側の線形スプリング５、
５’、 左右側の第２回転スプリング６a、６a’、左右
側の第１回転スプリング ６b、６b’、左右側の第２回
転軸７、７’、左右側の第１回転軸８、８’、左右側の
構造体アンカー９、９’、左右側の前進方向の駆動電極
１０、１０’、後進方向駆動電極１１、及び前記往復質
量体２の端に連結された微小ミラー１２を含んでいる。
前記微小ミラー１２に対し少なくとも一つ以上の光経路
１３a、１３bが反射し、経路を維持する。前記静電アク
チュエータ１の構成要素中の前記構造体アンカー９、
９’、前後進方向の駆動電極１０、１０’、１１を除く
全ての構成要素は基板から浮いている状態で制作され、
基板に平行な運動に自由であると共に、前記左右側の第
２回転スプリング６a、６a’が相互連結された浮いてい
る構成要素と、前記構造体アンカー９、９’を連結し、
支持される。
【００１８】図２は、初期の前進状態において前記アク
チュエータ１が後進した状態を示す。この状態において
は、少なくとも一つ以上の光経路１３c、１３dは、図１
の光経路１３a、１３bとは異なり、反射のない光経路を
維持する。
チュエータ１が後進した状態を示す。この状態において
は、少なくとも一つ以上の光経路１３c、１３dは、図１
の光経路１３a、１３bとは異なり、反射のない光経路を
維持する。
【００１９】本発明による前記静電アクチュエータは、
二つの構造的安定姿勢を有するラッチアップ（latch−u
p）作動が可能である。即ち、初期に前進状態に往復質
量体が出ているアクチュエータ形状では、任意の臨界点
の以上の後進駆動力を加えれば、往復質量体は後進位置
に押し戻され、また、駆動力を引き続き加えなくても、
後進位置で止まることになる。
二つの構造的安定姿勢を有するラッチアップ（latch−u
p）作動が可能である。即ち、初期に前進状態に往復質
量体が出ているアクチュエータ形状では、任意の臨界点
の以上の後進駆動力を加えれば、往復質量体は後進位置
に押し戻され、また、駆動力を引き続き加えなくても、
後進位置で止まることになる。
【００２０】また、反対に、後進位置で前進駆動力を加
えれば、構造体は臨界点の以上の前進駆動力に対して初
期前進位置に押し戻され、力を加えなくても初期前進位
置を引き続き維持することになる。
えれば、構造体は臨界点の以上の前進駆動力に対して初
期前進位置に押し戻され、力を加えなくても初期前進位
置を引き続き維持することになる。
【００２１】このように、ラッチアップ（latch−up）
作動が可能な理由は、往復質量体と回転質量体の形状に
おいて原理を見出すことができる。
作動が可能な理由は、往復質量体と回転質量体の形状に
おいて原理を見出すことができる。
【００２２】まず、図１の光スイッチは、図４の概略図
の如く往復質量体と両方回転質量体の形状で単純化し、
仮定できる。図４は図１の構成要素中の駆動電極、光経
路、及び微小ミラーなどを除いた移動可能構造体のみを
示した概略図であり、左右側の回転質量体は往復質量体
を中心に対称の形状を成す。左右側の回転質量体はそれ
ぞれ上部回転質量体と下部回転質量体に分けられ、上部
回転質量体と下部回転質量体との間には圧縮変形に対し
復元力を発生する線形スプリングが有り、上部回転質量
体は往復質量体との間に回転軸を有しており、 下部回
転質量体は固定座標系に対し回転軸を有している。更
に、それぞれの回転質量体は固定座標系と往復質量体に
連結され、回転質量体を支持する回転スプリングを有し
ている。
の如く往復質量体と両方回転質量体の形状で単純化し、
仮定できる。図４は図１の構成要素中の駆動電極、光経
路、及び微小ミラーなどを除いた移動可能構造体のみを
示した概略図であり、左右側の回転質量体は往復質量体
を中心に対称の形状を成す。左右側の回転質量体はそれ
ぞれ上部回転質量体と下部回転質量体に分けられ、上部
回転質量体と下部回転質量体との間には圧縮変形に対し
復元力を発生する線形スプリングが有り、上部回転質量
体は往復質量体との間に回転軸を有しており、 下部回
転質量体は固定座標系に対し回転軸を有している。更
に、それぞれの回転質量体は固定座標系と往復質量体に
連結され、回転質量体を支持する回転スプリングを有し
ている。
【００２３】即ち、図４において、全てのスプリングは
引張り、又は圧縮されない初期状態であり、往復質量体
は前進状態にある。２個のアーム構造が駆動方向に垂直
の軸となす初期角は、θ０で示し、全体の線形スプリン
グの常数はkｌ、回転スプリングの常数はkθで示した。
引張り、又は圧縮されない初期状態であり、往復質量体
は前進状態にある。２個のアーム構造が駆動方向に垂直
の軸となす初期角は、θ０で示し、全体の線形スプリン
グの常数はkｌ、回転スプリングの常数はkθで示した。
【００２４】前記図１のような初期状態に後進駆動力F
が加わり、左右側の回転質量体構造がそれぞれOとO’を
中心に角θほど回転すると仮定する時、線形スプリング
と回転スプリングに貯われる弾性エネルギーは次の式
（１）のように示される。
が加わり、左右側の回転質量体構造がそれぞれOとO’を
中心に角θほど回転すると仮定する時、線形スプリング
と回転スプリングに貯われる弾性エネルギーは次の式
（１）のように示される。
【００２５】
【数１】
【００２６】前記弾性エネルギーUeを角変位θに対して
微分すれば、角モメントMを次の式（２）のように示す
ことができる。
微分すれば、角モメントMを次の式（２）のように示す
ことができる。
【００２７】
【数２】
【００２８】従って、角変位θを発生させるのに要する
後進駆動力Fは次の式（３）により計算される。
後進駆動力Fは次の式（３）により計算される。
【００２９】
【数３】
【００３０】また、図４の構造が２個の安定点を有する
ように設計されれば、角変位に対する弾性エネルギーと
駆動力は図６a、及び６bのようなグラフで示される。
ように設計されれば、角変位に対する弾性エネルギーと
駆動力は図６a、及び６bのようなグラフで示される。
【００３１】弾性エネルギーが局所最低値（local mini
mum)を有する角変位において構造体は安定点を持つこと
になるが、図６aにて見るように、安定点は角変位が０
とθsの場合である。図６bのFmax以上の駆動力が加われ
ば、角変位は、θs以上に発生され、駆動力がなくなれ
ば角変位θsで停止する。
mum)を有する角変位において構造体は安定点を持つこと
になるが、図６aにて見るように、安定点は角変位が０
とθsの場合である。図６bのFmax以上の駆動力が加われ
ば、角変位は、θs以上に発生され、駆動力がなくなれ
ば角変位θsで停止する。
【００３２】往復質量体と左右側の回転質量体に対する
一番目の安定点は角変位が０の場合であり、図４で見る
ように、水平軸に対してアーム構造がθ０の値を有す
る。二番目の安定点は角変位がθsの場合であり、図５
に図示したように水平軸に対しアーム構造がθs−θ０
の値を有する。
一番目の安定点は角変位が０の場合であり、図４で見る
ように、水平軸に対してアーム構造がθ０の値を有す
る。二番目の安定点は角変位がθsの場合であり、図５
に図示したように水平軸に対しアーム構造がθs−θ０
の値を有する。
【００３３】図５は本発明によるMEMS光スイッチの単純
化モデルに関する２次安定形状を示した図である。
化モデルに関する２次安定形状を示した図である。
【００３４】前記のように、本発明による光スイッチは
基板に対し平行に動く静電アクチュエータが移動可能領
域の内で２つの構造的な安定点を有しているので、この
地点においては駆動力を加えなくても、微小ミラーが停
止状態を保持することができる特徴を有する。
基板に対し平行に動く静電アクチュエータが移動可能領
域の内で２つの構造的な安定点を有しているので、この
地点においては駆動力を加えなくても、微小ミラーが停
止状態を保持することができる特徴を有する。
【００３５】即ち、前記２つの安定点では特別な力を加
えなければ、前記アクチュエータが駆動されず、停止状
態を維持することを特徴とするので、本発明を利用した
光スイッチは作動中の電力消耗の最小化が可能なメリッ
トを持つことになる。
えなければ、前記アクチュエータが駆動されず、停止状
態を維持することを特徴とするので、本発明を利用した
光スイッチは作動中の電力消耗の最小化が可能なメリッ
トを持つことになる。
【００３６】本発明の他の特徴においては、前記静電ア
クチュエータと共に光スイッチを構成する基板にある。
クチュエータと共に光スイッチを構成する基板にある。
【００３７】図３a、３b、３c、及び３dは、本発明によ
る基板の微細加工工程に対する構造断面を概略図で示し
ている。断面的な構成により、光スイッチの基板はシリ
コン層１４とガラス基板１６が結合された形態に示され
る。前記シリコン層１４は初期には基板の形態より加工
される。１次エッチングマスク１５によりエッチングさ
れた面に前記ガラス基板１６を貼着した後、前記シリコ
ン層１４のエッチングされた反対の面で加工を通じてシ
リコン層１４の厚さを減少する。
る基板の微細加工工程に対する構造断面を概略図で示し
ている。断面的な構成により、光スイッチの基板はシリ
コン層１４とガラス基板１６が結合された形態に示され
る。前記シリコン層１４は初期には基板の形態より加工
される。１次エッチングマスク１５によりエッチングさ
れた面に前記ガラス基板１６を貼着した後、前記シリコ
ン層１４のエッチングされた反対の面で加工を通じてシ
リコン層１４の厚さを減少する。
【００３８】厚さが減少された前記シリコン層１４の上
面に２次エッチングマスク１７を介し、前記シリコン層
１４を貫通する２次エッチングを施行する。完成された
構造体は上述のように犠牲層のエッチングの工程を行わ
ず、基板から浮いている微細構造体を製造できるメリッ
トを有することになる。換言すれば、従来の犠牲層エッ
チングの工程が施行される場合にはシリコン層とシリコ
ン層との間に形成される酸化膜層を最終的にふっ酸溶液
の内でエッチングすべきである。即ち、ふっ酸溶液内で
のエッチング過程中に発生されるものとして、溶液が気
化されながら現れる構造体の固着現象を防止し、微細構
造体の変形を防ぐことができるというのが本発明のメリ
ットとなる。
面に２次エッチングマスク１７を介し、前記シリコン層
１４を貫通する２次エッチングを施行する。完成された
構造体は上述のように犠牲層のエッチングの工程を行わ
ず、基板から浮いている微細構造体を製造できるメリッ
トを有することになる。換言すれば、従来の犠牲層エッ
チングの工程が施行される場合にはシリコン層とシリコ
ン層との間に形成される酸化膜層を最終的にふっ酸溶液
の内でエッチングすべきである。即ち、ふっ酸溶液内で
のエッチング過程中に発生されるものとして、溶液が気
化されながら現れる構造体の固着現象を防止し、微細構
造体の変形を防ぐことができるというのが本発明のメリ
ットとなる。
【００３９】即ち、本発明を用いた光スイッチは両面エ
ッチングされたシリコンの構造体を素子層に使用し、犠
牲層のエッチングが不要な簡略化された工程により製作
可能なメリットを有する。
ッチングされたシリコンの構造体を素子層に使用し、犠
牲層のエッチングが不要な簡略化された工程により製作
可能なメリットを有する。
【００４０】前記のように、本発明による光スイッチは
犠牲層エッチングが不要なMEMS光スイッチの製造方式を
採択し値段、小型化、及び量産性の性能を向上させるこ
とができ、且つ本発明による光スイッチは静電アクチュ
エータが駆動領域の内で構造的に２つの安定点を有する
ので、前進又は後進の際だけ一時的なパルス駆動信号を
アクチュエータに加えることによって、光信号の伝達方
向を変えることができ、従来のMEMS光スイッチが有して
いる高電力の消費の問題点を解決することができ、安定
点に位置したアクチュエータは駆動信号が再び加わらな
い限り、外部の外乱に対しても更に安定点に戻り帰ると
する復元力が作用するように構造が設計されていて、位
置精密度の性能も向上させることができる効果がある。
犠牲層エッチングが不要なMEMS光スイッチの製造方式を
採択し値段、小型化、及び量産性の性能を向上させるこ
とができ、且つ本発明による光スイッチは静電アクチュ
エータが駆動領域の内で構造的に２つの安定点を有する
ので、前進又は後進の際だけ一時的なパルス駆動信号を
アクチュエータに加えることによって、光信号の伝達方
向を変えることができ、従来のMEMS光スイッチが有して
いる高電力の消費の問題点を解決することができ、安定
点に位置したアクチュエータは駆動信号が再び加わらな
い限り、外部の外乱に対しても更に安定点に戻り帰ると
する復元力が作用するように構造が設計されていて、位
置精密度の性能も向上させることができる効果がある。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明において、本発明は特定の実
施例、及び適用分野と関連し図示、及び説明したが、特
許請求の範囲により示された発明の思想、及び領域から
逸脱しない範囲の内で、様々な改造、及び変化が可能で
あり、該適用においても様々な形態で具現可能であるこ
とを当業界にて通常の知識を有している者ならば、誰で
も容易に分かることができるであろう。
施例、及び適用分野と関連し図示、及び説明したが、特
許請求の範囲により示された発明の思想、及び領域から
逸脱しない範囲の内で、様々な改造、及び変化が可能で
あり、該適用においても様々な形態で具現可能であるこ
とを当業界にて通常の知識を有している者ならば、誰で
も容易に分かることができるであろう。
【図１】 本発明による光スイッチの一実施例を示す図
で、光経路が微小ミラーにより、反射されることを示す
図。
で、光経路が微小ミラーにより、反射されることを示す
図。
【図２】 本発明による光スイッチの一実施例を示す図
で、光経路が通過することを示す図。
で、光経路が通過することを示す図。
【図３】 図３ａ、３ｂ、３ｃ、及び図３ｄは、光スイ
ッチの構成要素である基板の微細加工工程に対する構造
断面の概略図。
ッチの構成要素である基板の微細加工工程に対する構造
断面の概略図。
【図４】 本発明による光スイッチの単純化モデルに対
する初期の１次安定形状を示す図。
する初期の１次安定形状を示す図。
【図５】 本発明による光スイッチの単純化モデルに対
する２次安定形状を示す図。
する２次安定形状を示す図。
【図６】 図６ａ、及び図６ｂは角変位による弾性エネ
ルギーと駆動力の変化をそれぞれ示す図である。
ルギーと駆動力の変化をそれぞれ示す図である。
１ 静電アクチュエータ
２ 往復質量体
３、３’ 左右側の第１回転質量体
４、４’ 左右側の第２回転質量体
５、５’ 左右側の線形スプリング
６a、６a’ 左右側の第２回転スプリング
６b、６b’ 左右側の第１回転スプリング
７、７’ 左右側の第２回転軸
８、８’ 左右側の第１回転軸
９、９’ 左右側の構造体アンカー
１０、１０’ 左右側の前進方向の駆動電極
１１ 後進方向の駆動電極
１２ 微小ミラー
１３a、１３b、１３c、１３d 光経路
１４ シリコン層
１５ １次エッチングマスク
１６ ガラス基板
１７ ２次エッチングマスク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 尹 湘基
大韓民国京畿道水原市八達区遠川洞 遠川
主公アパートメント104棟811号
(72)発明者 鄭 成天
大韓民国ソウル市瑞草区良才洞14−10
201号
(72)発明者 李 ▲じゅん▼鉉
大韓民国京畿道水原市八達区梅灘４洞 三
星３次アパートメント12棟309号
(72)発明者 李 賢基
大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞1040−
12
Ｆターム(参考） 2H041 AA14 AA15 AA16 AB14 AC02
AC06
Claims (5)
- 【請求項１】 往復質量体と、 前記往復質量体の左右側に、対称に位置した第１回転軸
と、 前記第１回転軸に回転連結される第１回転質量体と、 前記第１回転質量体を支持する第１回転スプリングと、 前記第１回転質量体に連結され、前記第１回転スプリン
グと共に、前記第１回転質量体を支持する線形スプリン
グと、 前記線形スプリングに連結され、一方の方向の変位が制
限される第２回転質量体と、 前記第２回転質量体を左右側の両端に、連結支持する第
２回転スプリングと、 前記第２回転質量体を回転連結する第２回転軸と、 前記第２回転軸を含む左右側の両端の構造体アンカー
と、 駆動電極、及び前記往復質量体と同じ変位で運動する微
小ミラーを含むもので、前記往復質量体と、左右側の回
転質量体に対する２個所での構造的な安定点を有する静
電アクチュエータ；及び基板；を含む光スイッチ。 - 【請求項２】 前記駆動電極は前進方向の駆動電極と、
後進方向の駆動電極から構成された静電アクチュエータ
を特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。 - 【請求項３】 前記基板は両面エッチングされたシリコ
ン構造体を素子層に使用することを特徴とする請求項１
に記載の光スイッチ。 - 【請求項４】 前記安定点では特別な力を加えなけれ
ば、前記アクチュエータが駆動されなく、停止状態を保
持することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。 - 【請求項５】 前記シリコン構造体はシリコン基板を加
工する加工工程と；前記加工工程によるシリコン基板の
一面に１次エッチングマスクを用い、エッチングする第
１エッチング工程と；前記第１エッチング工程によりエ
ッチングされた面にガラス基板を貼着する貼着工程と；
前記貼着工程による前記シリコン、及びガラスで構成さ
れた基板にて、シリコン層の面を研磨し、厚さを減らす
研磨工程と；前記研磨工程によって厚さが減少したシリ
コン層の面に、２次エッチングマスクを用いエッチング
する第２エッチング工程から成ることを特徴とする請求
項３に記載の光スイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2001-077186 | 2001-12-07 | ||
| KR10-2001-0077186A KR100401104B1 (ko) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | 광 스위치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003172891A true JP2003172891A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19716752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002103405A Pending JP2003172891A (ja) | 2001-12-07 | 2002-04-05 | 光スイッチ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2003172891A (ja) |
| KR (1) | KR100401104B1 (ja) |
| CN (1) | CN1230702C (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6664707B2 (en) * | 2001-03-15 | 2003-12-16 | Iolon, Inc. | Miniature device with translatable member |
| KR100483047B1 (ko) * | 2002-12-26 | 2005-04-18 | 삼성전기주식회사 | Ｍｅｍｓ 가변 광감쇄기 |
| DE102016107461A1 (de) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Eto Magnetic Gmbh | Aktorvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Aktorvorrichtung |
| DE102017111642A1 (de) * | 2017-05-29 | 2017-08-10 | Eto Magnetic Gmbh | Kleingerätevorrichtung |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO1998012589A1 (de) | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Ascom Tech Ag | Verfahren zur herstellung eines lichtleiterschalters und lichtleiterschalter |
| US6229640B1 (en) | 1999-08-11 | 2001-05-08 | Adc Telecommunications, Inc. | Microelectromechanical optical switch and method of manufacture thereof |
| US6771001B2 (en) * | 2001-03-16 | 2004-08-03 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Bi-stable electrostatic comb drive with automatic braking |
-
2001
- 2001-12-07 KR KR10-2001-0077186A patent/KR100401104B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-03-21 US US10/104,692 patent/US6552839B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-03-29 CN CNB021084254A patent/CN1230702C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-04-05 JP JP2002103405A patent/JP2003172891A/ja active Pending
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|---|---|
| KR100401104B1 (ko) | 2003-10-10 |
| CN1423141A (zh) | 2003-06-11 |
| KR20030046877A (ko) | 2003-06-18 |
| US6552839B1 (en) | 2003-04-22 |
| CN1230702C (zh) | 2005-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050125 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050705 |