JP2005288568A - 薄膜構造体、光学装置、光スイッチ及び可変光減衰器 - Google Patents

Abstract

【課題】 支持部等に意図しない力が加わっても、被支持部が所望の姿勢又は位置とは異なる姿勢又は位置に保持されてしまうような事態を防止し、特別な復帰操作を要することなく被支持部を所望の姿勢又は位置に保持する。
【解決手段】 薄膜構造体は、支持基体１２ｂと、被支持部３１と、被支持部３１を支持基体１２ｂ上に支持する支持部と、支持基体１２ｂに設けられたストッパ４１とを備える。支持部の支持バー３５がストッパ４１の突出部５４ａに押し付けられて当接することで、被支持部３１の支持基体１２ｂに対する姿勢が保持される。支持バー３５の上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃと、下側突片部３５ｃの下方に位置するストッパ４１の突出部５２ａとにより、下側突片部３５ｃが突出部５４ａの下側へ潜り込むのが阻止される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えばＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）などで用いられる薄膜構造体、並びに、これを用いた光学装置、光スイッチ及び可変光減衰器に関するものである。

下記の特許文献１には、支持基体と、薄膜で構成された被支持部と、薄膜で構成され前記被支持部を前記支持基体上に支持する支持部と、前記支持基体に設けられたストッパと、を備えた薄膜構造体が、開示されている。この薄膜構造体では、前記支持部の所定箇所が前記支持基体に固定されるとともに、前記支持部の他の所定箇所が前記被支持部に固定されている。前記ストッパは、側方に突出した突出部を有している。前記支持部は、前記ストッパの突出部に当接する当接部材を有している。前記支持部は、前記当接部材が前記ストッパの前記突出部に押し付けられるように付勢力を発生している。前記当接部材が前記ストッパの前記突出部に当接することで、前記被支持部の主平面が前記支持基体の主平面に対して垂直をなすように、前記被支持部の前記支持基体に対する姿勢が保持されている。前記当接部材は、前記支持基体の主平面と略平行に直線状に延びている。前記被支持部は、前記当接部材に固定されている。

また、特許文献１には、前記薄膜構造体を用いた光スイッチも開示されている。この光スイッチでは、アクチュエータの可動部の一部が前記支持基体として用いられ、前記被支持部がミラーを含み、前記アクチュエータによりミラーが光路に対して進出及び退出することで、光路を切り替えるようになっている。また、特許文献１には、この光スイッチを可変光減衰器として用いることができる旨も記載されている。
国際公開第０３／０６０５９２号パンフレット

本発明者の研究の結果、前記従来の薄膜構造体では、何らかの原因で前記支持部に意図しない力が加わると、前記ストッパの突出部に側方から当接していた前記当接部材が、その当接状態から外れて、ストッパの突出部の下側に潜り込んでしまう現象が生ずる場合があることが判明した。この潜り込みを伴う構造体の変形は、不可逆的な作用であるので、前記当接部材が前記ストッパの突出部の下側に一旦潜り込んでしまうと、何か別の力を所定の方向に加えない限り元には戻らない。この力を加える復帰操作は、例えばマイクロメートルの寸法の制御が必要になる微小な構造体では、非常に困難である。

前記従来の薄膜構造体では、前記当接部材が前記ストッパの突出部に側方から当接することで、前記被支持部の姿勢が所望の姿勢や位置に保持されるため、前記当接部材がストッパの突出部の下側に潜り込んでしまうと、前記被支持部の姿勢や位置を所望の姿勢や位置にすることができなくなってしまう。

以上の点については、後に、本発明と比較される比較例の説明において詳述する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、支持部等に意図しない力が加わっても、被支持部が所望の姿勢又は位置とは異なる姿勢又は位置に保持されてしまうような事態を防止することができ、特別な復帰操作を要することなく被支持部を所望の姿勢又は位置に保持することができる、薄膜構造体、並びに、これを用いた光学装置、光スイッチ及び可変光減衰器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による薄膜構造体は、支持基体と、薄膜で構成された被支持部と、薄膜で構成され前記被支持部を前記支持基体上に支持する支持部と、前記支持基体に設けられたストッパと、を備え、前記支持部の所定箇所が前記支持基体に固定されるとともに、前記支持部の他の所定箇所が前記被支持部に固定され、前記ストッパは、側方に突出した突出部を有し、前記支持部は、前記ストッパの前記突出部に当接する当接部材を有し、前記支持部は、前記当接部材が前記ストッパの前記突出部に押し付けられるように付勢力を発生し、前記当接部材が前記ストッパの前記突出部に側方から当接することで、前記被支持部の前記支持基体に対する姿勢又は位置が保持され、前記当接部材が前記ストッパの前記突出部の前記支持基体側に潜り込むのを阻止する潜り込み阻止構造を、更に備えたものである。

本発明の第２の態様による薄膜構造体は、前記第１の態様において、前記潜り込み阻止構造は、前記当接部材に形成された第１の突片部であって、少なくとも前記ストッパの前記突出部に対応する位置付近を含む箇所において、前記支持基体とは反対側へ部分的に突出した第１の突片部を、含むものである。

本発明の第３の態様による薄膜構造体は、前記第１又は第２の態様において、前記潜り込み阻止構造は、前記当接部材に形成され前記支持基体側へ部分的に突出した第２の突片部を、含むものである。

本発明の第４の態様による薄膜構造体は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記潜り込み阻止構造は、前記当接部材に対する前記支持基体側に配置され前記当接部材の前記支持基体側への移動を所定位置で制限する移動制限部を、含むものである。

本発明の第５の態様による薄膜構造体は、前記第４の態様において、前記移動制限部は、前記ストッパの一部が側方へ突出することにより構成されたものである。

本発明の第６の態様による薄膜構造体は、前記第４の態様において、前記移動制限部は、前記ストッパとは別に前記支持基体に設けられたものである。

本発明の第７の態様による薄膜構造体は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記被支持部の主平面が前記支持基体の主平面に対して非平行をなすものである。

本発明の第８の態様による薄膜構造体は、前記第７の態様において、前記被支持部の主平面が前記支持基体の主平面に対して略々９０度をなすものである。

本発明の第９の態様による薄膜構造体は、前記第１乃至第８のいずれかの態様において、前記支持部は、それぞれ湾曲した第１及び第２の膜部材と、接続部とを有し、前記第１の膜部材の一方端部が前記支持基体に固定されて、前記第１の膜部材の他方端部が前記当該第１の膜部材の湾曲により前記支持基体から持ち上がり、前記第１の膜部材の前記他方端部が前記接続部に接続され、前記第２の膜部材の一方端部が前記接続部に接続されて、前記第２の膜部材の他方端部が前記接続部から下向きに吊り下げられ、前記第２の膜部材の前記他方端部に前記当接部材が固定されたものである。

本発明の第１０の態様による薄膜構造体は、前記第９の態様において、前記当接部材は、前記支持基体の主平面と略平行に直線状に延び、前記支持部は、前記第１及び第２の膜部材並びに前記接続部を２組有し、前記当接部材の一方端部付近が、一方の組の前記第２の膜部材の前記他方端部に固定され、前記当接部材の他方端部付近が、他方の組の前記第２の膜部材の前記他方端部に固定されたものである。

本発明の第１１の態様による薄膜構造体は、前記第１乃至第１０のいずれかの態様において、前記当接部材に前記被支持部が固定されたものである。

本発明の第１２の態様による光学装置は、前記第１乃至第１１のいずれかの態様による薄膜構造体を備えた光学装置であって、前記被支持部が光学素子部を含むものである。

本発明の第１３の態様による光スイッチは、前記第１乃至第１１のいずれかの態様による薄膜構造体を備えた光スイッチであって、前記被支持部がミラーを含むものである。

本発明の第１４の態様による可変光減衰器は、前記第１乃至第１１のいずれかの態様による薄膜構造体を備えた可変光減衰器であって、前記被支持部がシャッタを含むものである。

本発明によれば、支持部等に意図しない力が加わっても、被支持部が所望の姿勢又は位置とは異なる姿勢又は位置に保持されてしまうような事態を防止することができ、特別な復帰操作を要することなく被支持部を所望の姿勢又は位置に保持することができる、薄膜構造体、並びに、これを用いた光学装置、光スイッチ及び可変光減衰器を提供することができる。

以下、本発明による薄膜構造体、光学装置、光スイッチ及び可変光減衰器について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による光学装置としての光スイッチアレー１を用いた光学システム（本実施の形態では、光スイッチシステム）の一例を模式的に示す概略構成図である。説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。図１において、Ｘ’軸及びＹ’軸は、Ｘ軸及びＹ軸をそれぞれＺ軸回りに４５゜回転した軸を示す。光スイッチアレー１の基板１１の主平面がＸＹ平面と平行となっている。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。

この光学システムは、図１に示すように、光スイッチアレー１と、ｍ本の光入力用光ファイバ２と、ｍ本の光出力用光ファイバ３と、ｎ本の光出力用光ファイバ４と、光スイッチアレー１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石５と、光路切替状態指令信号に応答して、当該光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号を光スイッチアレー１に供給する制御部としての外部制御回路６と、を備えている。図１に示す例では、ｍ＝３、ｎ＝３となっているが、ｍ及びｎはそれぞれ任意の数でよい。

本実施の形態では、磁石５は、光スイッチアレー１の下側に配置された永久磁石であり、光スイッチアレー１に対して、Ｘ軸方向に沿ってその＋側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石５に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。

光スイッチアレー１は、図１に示すように、基板１１と、基板１１上に配置されたｍ×ｎ個の光学素子部としての光スイッチ用ミラー３１とを備えている。ｍ本の光入力用光ファイバ２は、基板１１に対するＹ’軸方向の一方の側からＹ’軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ本の光出力用光ファイバ３は、ｍ本の光入力用光ファイバ２とそれぞれ対向するように基板１１に対する他方の側に配置され、光スイッチアレー１のいずれのミラー３１によっても反射されずにＹ’軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｎ本の光出力用光ファイバ４は、光スイッチアレー１のいずれかのミラー３１により反射されて−Ｘ’軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ×ｎ個のミラー３１は、ｍ本の光入力用光ファイバ２の出射光路と光出力用光ファイバ４の入射光路との交差点に対してそれぞれ、後述するマイクロアクチュエータにより進出及び退出可能にＺ軸方向に移動し得るように、２次元マトリクス状に基板１１上に配置されている。なお、本例では、ミラー３１の向きは、その法線がＸＹ平面と平行な面内においてＹ軸’と４５゜をなすＹ軸と平行となるように設定されている。もっとも、その角度は適宜変更することも可能であり、ミラー３１の角度を変更する場合には、その角度に応じて光出力用光ファイバ４の向きを設定すればよい。また、図１は光ビームを空間で交差させてスイッチを行う装置であり、ファイバー端には光ビームとの結合を改善する為に、レンズを挿入することもある。なお、この光スイッチシステムの光路切替原理自体は、従来の２次元光スイッチの光路切替原理と同様である。

次に、図１中の光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチの構造について、説明する。

図２は、図１中の光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチ（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ及びこれにより駆動される１つのミラー３１）を模式的に示す概略斜視図である。図３は、この光スイッチを模式的に示す概略断面図である。図３（ａ）はミラー３１が光路から退出した状態、図３（ｂ）はミラー３１が光路に進出した状態を示している。

光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチは、図２及び図３に示すように、シリコン基板やガラス基板等の基板１１上に設けられ基板１１と共にマイクロアクチュエータを構成する可動部としての可動板１２と、可動板１２に搭載されたミラー部１３とを有している。ミラー部１３は、光学素子部として、光学膜からなるミラー３１を含んでいる。

ここで、可動板１２について、図２及び図３の他に、図４及び図５を参照して説明する。図４（ａ）は図２中の可動板１２を示す概略平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＭ−Ｍ断面図である。図５は、図２中の可動板１２を上から見たときのＡｌ膜２２のパターン形状を示す図である。理解を容易にするため、図５において、Ａｌ膜２２の部分にハッチングを付している。

可動板１２は、図４及び図５に示すように、可動板１２の平面形状の全体に渡る下側の窒化ケイ素膜（ＳｉＮ膜）２１及び上側のＳｉＮ膜２３と、これらの膜２１，２３の間において部分的に形成された中間のＡｌ膜２２とから構成されている。すなわち、可動板１２は、下から順にＳｉＮ膜２１，２３を積層した２層膜からなる部分と、下から順にＳｉＮ膜２１、Ａｌ膜２２及びＳｉＮ膜２３を積層した３層膜からなる部分とを、併有している。Ａｌ膜２２のパターン形状は図５に示す通りであるが、これについては後述する。可動板１２は、ＳｉＮ膜２１，２３とＡｌ膜２２との熱膨張係数の差によって生じる内部応力、並びに、成膜時に生じた内部応力により、図３（ｂ）に示すように基板１１に対して上向き（＋Ｚ方向）に湾曲するように、予め定められた膜厚及び成膜条件によって形成されている。

可動板１２は、図２及び図４（ａ）に示すように、ミラー部１３を搭載するための搭載部（すなわち、ミラー部１３用の支持基体）としての長方形状のミラー部搭載板１２ｂと、ミラー部搭載板１２ｂの端部に接続された２本の帯状の支持板１２ｃとを含む。支持板１２ｃは、それぞれの端部に脚部１２ａ及び脚部１２ｄを有している。脚部１２ａ及び１２ｄは、いずれも基板１１に固定されており、可動板１２は、脚部１２ａ及び１２ｄを固定端として、図３（ｂ）に示すように、ミラー部搭載板１２ｂ側が持ち上がるようになっている。

可動板１２には、図２及び図４（ａ）に示すように、可動板１２のミラー部１３を搭載している部分を取り囲むように、凸部２４が設けられている。凸部２４は、図４（ｂ）に示すように、可動板１２を構成する複層膜を凸型にすることにより形成されている。この凸部２４は、可動板１２の支持板１２ｃの一部の領域にも設けられている。このように凸部２４を設けることにより、段差が生じるため、可動板１２のうち、凸部２４で囲まれた領域及び凸部２４が設けられた領域は、内部応力による湾曲が抑制され、平面性を維持することができる。このため、可動板１２は、図３（ａ）のように内部応力による湾曲によりミラー部１３を上側の位置に持ち上げた状態であっても、ミラー部１３を搭載している部分は平面であるため、搭載されているミラー部１３の形状を一定に保つことができる。これにより、ミラー部１３のミラー３１の向きを精度良く一定に維持することができる。

また、凸部２４の一部２４ａ，２４ｂは、図４（ａ）に示すように、可動板１２のうちミラー部搭載板１２ｂの中央部に向かって延びている。これにより、凸部２４で囲まれたミラー部搭載板１２ｂの中央部の面積が大きい場合であっても、中央部の領域の平面性を維持することができる。また、凸部２４の一部２４ｂは、後述する薄膜立体構造体からなるストッパ４１の１段目を兼用している。

このように、可動板１２は、凸部２４が設けられている領域は湾曲が抑制されるが、支持板１２ｃの脚部１２ｄに近い領域は、凸部２４が設けられていない。これにより、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃの領域の湾曲によって、可動板１２は、脚部１２ａ，１２ｄを固定端として、図３（ｂ）のように、ミラー部搭載板１２ｂ側が持ち上がるようになっている。

ここで、可動板１２のＡｌ膜２２の形状について、図５を参照して説明する。本実施の形態では、ローレンツ力と静電力の両方を用いて可動板１２を駆動するために、図５に示すような形状に、Ａｌ膜２２をパターニングしている。

Ａｌ膜２２のうちパターン２２ａは、２つの脚部１２ｄのうちの一方から、可動板１２の外周の縁に沿って延びて可動板１２の先端まで到達した後、可動板１２の反対側の縁に沿って他方の脚部１２ｄに達するパターンである。このパターン２２ａは、ローレンツ力により可動板１２を駆動する際に、ローレンツ力を生じさせるための電流を流す配線として用いられる。パターン２２ａは、脚部１２ｄにおいて基板１１に設けられた配線（図示せず）と接続され、脚部１２ｄを介して基板１１からローレンツ力用駆動信号としての電流が供給される。パターン２２ａのうち、可動板１２の先端の一辺１２ｅに沿ってＹ軸方向に延びた直線部分が、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生じる電流路（ローレンツ力用電流路）を構成している。図１に示す磁石５によってローレンツ力用電流路がＸ軸方向の磁界内に置かれている。したがって、パターン２２ａに電流を供給すると、ローレンツ力用電流路に、その電流の向きに応じて、＋Ｚ方向又は−Ｚ方向のローレンツ力が生ずる。

また、Ａｌ膜２２のうちパターン２２ｂは、２つの脚部１２ａのそれぞれから、可動板１２の内側の縁に沿って可動板１２の先端部まで延び、先端部に配置された長方形状のパターン２２ｄに接続されている。パターン２２ｄもＡｌ膜２２のうちのパターンである。パターン２２ｂは、脚部１２ａにおいて基板１１に設けられた配線（図示せず）と接続され、基板１１内に設けられた固定電極（図示せず）との間に電圧（静電力用電圧）が印加される。これにより、パターン２２ｂ及び２２ｄと基板１１の固定電極との間に静電力が生じ、この静電力により可動板１２は基板１１に引き寄せられる。

本実施の形態では、前記静電力用電圧及びローレンツ力用電流を制御することで、ミラー３１が上側（基板１１と反対側）に保持された状態（図３（ｂ））及びミラー３１が下側（基板１１側）に保持された状態（図３（ａ））にすることができる。本実施の形態では、外部制御回路６によってこのような制御が行われるようになっている。図３において、Ｋは、ミラー３１の進出位置に対する入射光の光路の断面を示している。

図３（ｂ）に示すように、前記静電力及び前記ローレンツ力が印加されていない状態では、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃの領域の膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲した状態に復帰し、ミラー３１が上側に保持される。これにより、ミラー３１が光路Ｋに進出して、当該光路Ｋに入射した光を反射させる。この状態から、光路に入射した光をミラー３１で反射させずにそのまま通過させる状態（図３（ａ））に切り替える場合には、例えば、まず、前記ローレンツ力を印加して、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃの領域の膜の応力に抗してミラー３１を下方へ移動させ、ミラー３１が基板１１側に保持された後、前記静電力を印加してその保持を維持し、前記ローレンツ力の印加を停止させればよい。

次に、ミラー部１３の構造について、図２及び図３の他に、図６乃至図９を参照して説明する。

図６は、図２中のミラー部１３を示す概略斜視図である。図７は、図６中のＡ矢視図である。ただし、図７では、ミラー３１等の図示は省略している。また、図７において、実線は通常の状態を示し、破線は後述する意図しない力が支持部に加わっている状態を示している。図８は、図２中のミラー部１３を示す概略断面図である。図９は、図８中のＢ矢視図である。

本実施の形態では、ミラー部１３は、図２、図３、図６乃至図９に示すように、被支持部としての光学膜からなるミラー３１の他に、支持基体としてのミラー部搭載板１２ｂ上にミラー３１を支持し薄膜で構成された支持部を備えている。この支持部は、２本の支持梁（第１の膜部材）３２と、２つの接続部３４と、２本の支持梁（第２の膜部材）３３と、ミラー３１を直接的に支持する支持バー３５とを有している。本実施の形態では、この支持バー３５は、後述するストッパ４１の突出部５４ａに当接する当接部材となっている。支持バー３５は、ミラー搭載板１２ｂの主面（ＸＹ平面と平行な面）と平行に直線状に延びている。支持バー３５には、後述する上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃが形成されている。ミラー３１の接続部３１ｂが支持バー３５に固定されている。支持梁３２と支持梁３３は、例えば、帯状に形成され、いずれも長手方向に円弧状に湾曲している。また、接続部３４と支持バー３５とミラー３１には、剛性を高めるために、縁に段差（折り返し）３４ａ，３５ａ，３１ａがそれぞれ形成されている。２本の支持梁３２の一方の端部は、脚部３２ｃにより可動板１２のミラー部搭載板１２ｂに固定されている。２本の支持梁３２の先端には、それぞれ接続部３４を介して支持梁３３の上端が接続されている。２本の支持梁３３は下向きに垂れ下がり、それらの先端は、支持バー３５の両端を支持している。支持バー３５には、ミラー３１が搭載されている。これにより、ミラー３１を搭載した支持バー３５は、２本の支持梁３３によって吊り下げられた構成となっている。

湾曲した支持梁３２は、図８に示すようにＳｉＮ膜３２ａとＡｌ膜３２ｂとを積層した２層膜である。一方、支持梁３３は、Ａｌ膜３３ａとＳｉＮ膜３３ｂとを積層した２層膜である。支持梁３２，３３は、いずれも、Ａｌ膜とＳｉＮ膜との熱膨張係数の差異によって生じる応力並びに成膜時に生じる応力によって円弧状に湾曲している。このとき、図６及び図８に示すように、支持梁３２は、ミラー部搭載板１２ｂに突出する様に湾曲しているのに対して、支持梁３３は、支持梁３２とは逆向きに湾曲している。このような湾曲を実現するために、支持梁３２は、ミラー部搭載板１２ｂ側からＳｉＮ膜３２ａ、Ａｌ膜３２ｂの順に積層され、支持梁３３は、ミラー部搭載板１２ｂ側からＡｌ膜３３ａ、ＳｉＮ膜３３ｂの順に積層されている。

このように支持梁３３を支持梁３２に対して逆向きに湾曲させることにより、図８のように、ミラー３１が支持される位置を、ミラー部搭載板１２ｂに近い低い位置にすることができるとともに、水平方向については、支持梁３２の脚部３２ｃに近い位置にミラー３１を支持することができる。

さらに、可動板１２のミラー部搭載板１２ｂ上には、図２及び図６に示すように、支持バー３５の片面側（脚部３２ｃが配置されている側とは逆の側）に、薄膜で構成された２つのストッパ４１が搭載されている。本実施の形態では、ストッパ４１は、後述する構造を持つ薄膜立体構造体で構成されているが、このような構造に限定されるものではない。ストッパ４１は、支持バー３５の両脇を図６中の−Ｙ方向に押して支える位置に配置されている。このようにストッパ４１が支持バー３５を図６の−Ｙ方向に支えることにより、温度変化により支持梁３２，３３の湾曲状態が変化しても、ミラー３１の位置及び向き（姿勢）を安定して一定に維持することができる。本実施の形態では、図６及び図８に示すように、ミラー３１の主面がミラー搭載板１２ｂの主面に対して９０度をなすように設定されている。もっとも、その角度は必ずしも９０度に限定されるものではない。

次に、ストッパ４１の構造について、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。図１０（ａ）は図６中のストッパ４１を示す概略平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中のＣ−Ｃ’矢視図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）中のＤ−Ｄ’矢視図である。

本実施の形態では、ストッパ４１は、４段の単位構造部材５１〜５４を積み重ねた構造である。１段目の単位構造部材５１は、可動板１２のミラー部搭載板１２ｂの凸部２４の一部２４ｂと兼用されており、可動板１２と一体に構成されている。単位構造部材５２，５３は、図１０（ｃ）に示すように、複数の支持脚６１と、平面部６２とを有している。平面部６２は、両端が支持脚６１によって支えられている。２段目の単位構造部材５２は、１段目の単位構造部材５１上に配置された３つの支持脚６１と、３つの支持脚６１の間に支持された２つの平面部６２とを有する。３段目の単位構造部材５３は、２段目の単位構造部材５２の２つの平面部６２の上にそれぞれ配置された２つの支持脚６１と、その間に支持された１つの平面部６２とを有する。最上段の４段目の単位構造部材５４は、３段目の単位構造部材５３の１つの平面部６２上に配置された１つの支持脚６１を有し、平面部６２は有していない。最上段の単位構造部材５４は、最下段の単位構造部材５１の幅よりも側方（−Ｙ方向）に突出する突出部５４ａを有している。この突出部５４ａが、図６及び図７（特にその実線）に示すように支持バー３５と当接して−Ｙ方向に押し、支持バー３５を支持している。本実施の形態では、支持バー３５をストッパ４１の突出部５４ａに押し付ける付勢力は、支持梁３２，３３の内部応力によるものである。また、２段目の単位構造部材５２は、後述する突出部５４ａを有している。

単位構造部材５２，５３は、それぞれ連続した一つの膜によって、支持脚６１と平面部６２とが一体に形成されている。また、単位構造部材５４は、連続した一つの膜によって支持脚６１と突出部５４ａとが一体に形成されている。支持脚６１は、４つの側面と底面とを有し、これらが連続した膜により形成されている。本実施の形態では、２段目から４段目の単位構造部材５２〜５４を構成する膜の厚さは、１μｍ以下、例えば、０．２μｍ程度である。また、単位構造部材５１〜５４の高さは、例えば、それぞれ４μｍである。よって、ストッパ４１の全体の高さは、１６μｍである。

２段目から４段目の単位構造部材５２〜５４が互いに接する部分、すなわち支持脚６１の底面と、それを搭載する平面部６２との間には、特別な接着層は配置されていないが、成膜時に膜同士が固着する力により、固定されている。また、２段目の単位構造部材５２の支持脚６１のうちの底面は、成膜時に、１段目の単位構造部材５１を構成する薄膜の可動板１２に固着し、これにより単位構造部材５１に固定されている。

２段目及び３段目の単位構造部材５２〜５３において、複数の支持脚６１の間隔は、平面部６２がそれ自身の膜応力やその上段の支持脚６１から受ける重さによって撓みを生じない程度の間隔であって、かつ、支持脚６１を配置可能な面積の平面部６２が確保できる間隔となるように定められている。

また、２段目から４段目の単位構造部材５２〜５４は、膜の周縁部を２回屈曲させることによって形成した段差（折り返し）６３を有している。これにより、薄い膜で構成されているにも拘わらず変形しにくく、ストッパ４１の剛性を高めている。また、単位構造部材５２〜５４を構成する膜に内部応力が存在している場合であっても、変形が生じるのを段差６３によって防止することができ、立体構造を保持できる。

このように、本実施の形態のストッパ４１は、高さがあり、剛性があり、しかも、自重が軽い立体構造体を提供できる。したがって、このストッパ４１の構造としてこのような構造を採用することにより、可動板１２に負担を与えることなく、温度変化に対してミラー部１３の位置及び向きを維持することができる。

単位構造部材５１〜５４は、可動板１２及びミラー部１３の構成部材とは、全く別の工程で形成することはもちろん可能である。しかしながら、単位構造部材５１を可動板１２の一部とするのと同様に、可動板１２やミラー部１３を構成する部材の成膜時に単位構造部材５２〜５４を同時に形成することにより、製造工程を大幅に簡略化することができる。本実施の形態では、２段目の単位構造部材５２は、支持梁３３及び支持梁３２を構成する膜を成膜する際に同時に形成した３層膜によって構成する。３段目の単位構造部材５３は、ミラー３１を構成する膜を成膜する際に同時に形成された薄膜によって構成する。単位構造部材５４は、ミラー部１３とは別に、ＳｉＮ膜により形成する。

前述したミラー部１３用の支持基体としてのミラー部搭載板１２ｂ、被支持部としてのミラー３１、ミラー部１３におけるミラー３１以外の構成要素３２〜３５からなる支持部、及び、ストッパ４１によって構成された薄膜構造体が、本発明の一実施の形態による薄膜構造体に相当している。

そして、本実施の形態では、この薄膜構造体は、当接部材としての支持バー３５がストッパ４１の突出部５４ａの下側（ミラー搭載板１２ｂ側）に潜り込むのを阻止する潜り込み阻止構造を有している。本実施の形態では、この潜り込み阻止構造は、支持バー３５に形成された上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃと、ストッパ４１の２段目の単位構造部材５２の突出部５２ａとから構成されている。

ストッパ４１の２段目の単位構造部材５２の突出部５２ａは、図６、図７及び図１０（ａ）（ｂ）に示すように、支持バー３５の下よりも先まで−Ｙ方向に延びており、支持バー３５に対するミラー部搭載板１２ｂ側（下側、−Ｚ側）への移動を所定位置で制限する移動制限部を構成している。

上側突片部３５ｂは、図６、図７及び図９に示すように、ストッパ４１の突出部５４ａに対応する位置付近の箇所（すなわち、ストッパ４１の突出部５４ａのＸ軸方向位置と同じＸ軸方向位置付近の箇所）において、上側（＋Ｚ側、ミラー部搭載板１２ｂと反対側）へ部分的に突出するように、支持バー３５に形成されている。

下側突片部３５ｃは、図６、図７及び図９に示すように、単位構造部材５２の突出部５２ａに対応する位置付近の箇所（すなわち、移動制限手段としての突出部５２ａのＸ軸方向位置と同じＸ軸方向位置付近の箇所）において、下側（−Ｚ側、ミラー部搭載板１２ｂ側）へ部分的に突出するように、支持バー３５に形成されている。

本実施の形態では、支持バー３５の下側突片部３５ｃの下縁が単位構造部材５２の突出部５２ａに当接したときに、支持バー３５の上側突片部３５ｂの上縁のＺ軸方向の高さがストッパ４１の突出部５４ａのＺ軸方向の高さより高くなるように、突出部５２ａのＺ軸方向の高さ、上側突片部３５ｂの上側への突出量及び下側突片部３５ｃの下側への突出量が設定されており、これにより、支持バー３５がストッパ４１の突出部５４ａの下側（ミラー搭載板１２ｂ側）に潜り込むのが阻止されるようになっている。

このように、本実施の形態では、上側突片部３５ｂ、下側突片部３５ｃ及び突出部５２ａによって前記潜り込み阻止構造が構成されているが、本発明では、潜り込み阻止構造は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、上側突片部３５ｂ、下側突片部３５ｃ及び突出部５２ａのうちの任意の１つ又は２つで構成することも可能である。

例えば、潜り込み阻止構造を上側突片部３５ｂのみで構成し下側突片部３５ｃ及び突出部５２ａを設けない場合には、支持バー３５の下縁がミラー搭載板１２ｂに当接したときに、上側突片部３５ｂの上縁のＺ軸方向の高さがストッパ４１の突出部５４ａのＺ軸方向の高さより高くなるように、上側突片部３５ｂの上側への突出量を定めればよい。また、潜り込み阻止構造を下側突片部３５ｃのみで構成し上側突片部３５ｂ及び突出部５２ａを設けない場合には、下側突片部３５ｃの下縁がミラー搭載板１２ｂに当接したときに、支持バー３５の上縁のＺ軸方向の高さがストッパ４１の突出部５４ａのＺ軸方向の高さより高くなるように、下側突片部３５ｃの下側への突出量を定めればよい。さらに、潜り込み阻止構造を突出部５２ａのみで構成し上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃを設けない場合には、支持バー３５の下縁が突出部５２ａに当接したときに、支持バー３５の上縁のＺ軸方向の高さがストッパ４１の突出部５４ａのＺ軸方向の高さより高くなるように、突出部５２ａの高さを定めればよい。上側突片部３５ｂ、下側突片部３５ｃ及び突出部５２ａのうちの任意の２つで潜り込み阻止構造を構成した場合も、当該２つの要素の突出量や高さを同様に定めればよい。

また、本実施の形態では、前述したように、支持バー３５の下側への移動を制限する移動制限部が、ストッパ４１の２段目の単位構造部材５２の突出部５２ａにより構成されているが、移動制限部は、これに限定されるものではなく、ストッパ４１とは別にミラー搭載板１２ｂに設けてもよい。例えば、図１１に示すように、下側突片部３５ｃの下側に、ストッパ４１の単位構造部材５１，５２及び支持脚６１にそれぞれ対応する単位構造部材５１’，５２’及び支持脚６１’を形成し、単位構造部材５２’を前記移動制限部として用いてもよい。図１１は、本実施の形態の変形例を示す図であり、図７に対応している。

本実施の形態では、図面には示していないが、光スイッチアレー１において、前述した単位素子としての光スイッチが複数、基板１１上に２次元マトリクスに配置されている。もっとも、本発明では、基板１１上に単一の光スイッチのみを搭載した光学装置としてもよい。

次に、前述した光スイッチアレー１の製造方法の一例について、図１２乃至図１４を参照して説明する。図１２は、犠牲層の除去前の状態における各部のパターン形状を示す概略平面図である。図１３（ａ）〜（ｃ）及び図１４（ａ）〜（ｃ）は、この製造工程における各工程の状態を模式的に示す概略断面図であり、図１２中のＥ−Ｅ’線に沿った断面を示している。この製造工程では、支持梁３２，３３、接続部３４、支持バー３５、ミラー３１及びストッパ４１は、図１２に示すような配置及び形状にパターニングされる。ただし、図１２では、ストッパ４１については、単位構造部材５４（したがって、ストッパ４１の突出部５４ａ）以外の部分が形成され、単位構造部材５４が未だ形成されていない状態を模式的に示している。なお、最終製品において、ウエハ１００は前述した基板１１となる。

まず、図１３（ａ）に示すように、可動板１２を駆動するために必要な配線（図示せず）が形成されたウエハ１００上に、犠牲層となるレジスト層１０１を形成し、脚部１２ａ，１２ｄとなる部分に開口（図示せず）を設ける。また、レジスト層１０１上に、可動板１２の凸部２４を設ける部分にレジストアイランド１０２を形成する。この上に、ＳｉＮ膜２１を成膜し、脚部１２ａ，１２ｂの開口の底部のＳｉＮ膜２１に孔を形成する。この上にＡｌ膜２２を成膜し、図５のパターン２２ａ，２２ｂ，２２ｄの形状にパターニングする。さらに、ＳｉＮ膜２３を成膜した後、ＳｉＮ膜２１，２３を可動板１２の形状にパターニングする。これにより、凸部２４の一部を１段目の単位構造部材５１とする可動板１２が形成される。なお、Ａｌ膜２２及びＳｉＮ膜２１，２３のパターニングはフォトリソグラフィー及びエッチングの手法により行う。

次に、全体にレジスト層１０３を形成し、支持梁３２の脚部３２ｃを形成すべき位置、及び、ストッパ４１の単位構造部材５２の支持脚６１を形成すべき位置に、開口１０３ａ及び開口１０３ｂをそれぞれフォトリソグラフィーにより形成する（図１３（ａ））。

次いで、接続部３４及び支持バー３５を形成すべき位置、並びに、ストッパ４１の単位構造部材５２を形成すべき位置に、それぞれ、レジストアイランド１０４及びレジストアイランド１０５を形成する（図１３（ｂ））。このようにレジストアイランド１０４，１０５を形成することにより、接続部３４、支持バー３５及び単位構造部材５２の縁に段差を形成することができ、これらの剛性を高めることができる。

その後、支持梁３３を構成するＡｌ膜３３ａを成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングの手法により、図１１の支持梁３３の形状、及び、単位構造部材５１の形状にパターニングする（図１３（ｃ））。

次に、ＳｉＮ膜とＡｌ膜３２ｂとを順に成膜する（図１４（ａ））。成膜したＡｌ膜３２ｂを、図１２の支持梁３２の形状、及び、単位構造部材５２の形状にパターニングする。その後、前記ＳｉＮ膜を、支持梁３２、接続部３４、支持梁３３、支持バー３５及び単位構造部材５２の形状にパターニングする（図１４（ｂ））。これにより、支持梁３３のＳｉＮ膜３３ｂと、接続部３４と、支持バー３５とが、一度に形成される。また、図１３（ｃ）と図１４（ａ）の工程により、Ａｌ膜、ＳｉＮ膜、Ａｌ膜を順に積層した３層構造の単位構造部材５２を形成することができる。

次いで、全面にレジスト層１０６を形成し、ミラー３１の支持バー３５に対する接続部３１ｂとなる位置、及び、ストッパ４１の単位構造部材５３の支持脚６１となる位置に、それぞれ開口を形成する。この上に更に、レジスト層１０７を形成し、ミラー３１の縁３１ａの内側形状部分、及び、単位構造部材５３の形状部分を残して除去することにより、レジストアイランドを形成する。さらに、レジスト層１０７におけるミラー３１の接続部３１ｂとなる位置に開口を形成した後、全面にＡｌ膜を成膜して、ミラー３１の形状及び単位構造部材５３の形状にパターニングする（図１４（ｃ））。これにより、ミラー３１及び３段目の単位構造部材５３を形成することができる。これが、図１２の状態である。

さらに、この状態のウエハ１００の全面にレジスト層（図示せず）を形成した後、最上段の単位構造部材５４の支持脚６１を形成すべき位置に開口を形成し、この上に単位構造部材５４の形状にレジストアイランド（図示せず）を形成する。その後、全面にＳｉＮ膜を形成し、単位構造部材５４の形状にパターニングする。これにより、最上段の単位構造部材５４が形成できる。

最後に、アッシングにより、全ての犠牲層のレジスト層１０１〜１０７等を除去する。これにより、光スイッチアレー１が完成する。この光スイッチアレー１では、全ての犠牲層が除去されることにより、支持梁３２及び支持梁３３が湾曲して立ち上がり、図６及び図８に示すように、ミラー３１が略々垂直に立ち上がるとともに、支持バー３５がストッパ４１の最上段の単位構造部材５４の突出部５４ａに接触し、ミラー３１がミラー部搭載板１２ｂに対してほぼ垂直に位置決めされる。

また、可動板１２は、脚部１２ａ，１２ｄを固定端として、基板１１から立ち上がる（図３（ｂ））。これにより、ローレンツ力用電流及び静電力用電圧をＡｌ膜２２のパターン２２ａ，２２ｂ，２２ｄに与えることにより、ローレンツ力及び静電力によりミラー部１３を上下動することが可能になる。

本実施の形態によれば、前述した潜り込み阻止構造（本実施の形態では、ストッパ４の２段目の単位構造部材５２の突出部５２ａ、並びに、支持バー３５の上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃ）を備えているので、ミラー３１の支持部等に意図しない力が加わっても、支持バー３５がストッパ４１の突出部５４ａの下側（ミラー搭載板１２ｂ側）に潜り込むのが阻止される。

この点について、図７を参照して説明する。今、図７中の実線で示す通常状態において、接続部３４に下方向（−Ｚ方向）の力が加わったとする。すると、支持梁３２，３３が変形し、支持バー３５は下方向へ移動しようとする。支持バー３５が下方向へ移動して位置ズレを起こしても、支持バー３５の下側突片部３５ｃの下側には単位構造部材５２の突出部５２ａが位置し、下側突片部３５ｃの下縁が突出部５２ａに当接するため、支持バー３５はそれ以上下方向へ位置ズレを起こさない。図７中の破線は、下側突片部３５ｃの下縁が突出部５２ａに当接した状態を示している。そして、本実施の形態では、前述したように、下側突片部３５ｃの下縁が突出部５２ａに当接したときに、支持バー３５の上側突片部３５ｂの上縁のＺ軸方向の高さがストッパ４１の突出部５４ａのＺ軸方向の高さより低くなることはない。したがって、本実施の形態によれば、意図しない力により支持バー３５が下方向へ移動して位置ズレを起こしても、常に支持バー３５がストッパ４１の突出部５４ａに側方から当接した状態が維持されるので、支持バー３５がストッパ４１の突出部５４ａの下側に潜り込むのが阻止される。

このため、本実施の形態によれば、一旦加わった力が加えられなくなると、支持梁３２，３３の内部応力によって所期の状態（図７中の実線で示す状態）に自動的に復帰する。その結果、本実施の形態によれば、ミラー３１の支持部に意図しない力が一旦加わっても、ミラー３１が所望の姿勢や位置とは異なる姿勢や位置に保持されてしまうような事態を防止することができ、特別な復帰操作を要することなく被支持部を所望の姿勢又は位置に保持することができる。

ここで、本発明と比較される比較例について、図１５及び図１６を参照して説明する。この比較例は、特許文献１に開示された従来技術に相当する。図１５は、この比較例によるミラー部を示す概略斜視図であり、図６に対応している。図１６は、図１５中のＦ矢視図であり、図７に対応している。なお、図１６では、ミラー３１等の図示は省略している。また、図１６において、実線は通常の状態を示し、破線は後述する意図しない力が支持部に加わっている状態を示している。図１５及び図１６において、図６及び図７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

この比較例が本実施の形態と異なる所は、ストッパ４１の２段目の単位構造部材５２は突出部５２ａを有していない点と、支持バー３５は上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃを有していない点のみである。

この比較例において、今、図１６中の実線で示す通常状態において、接続部３４に下方向（−Ｚ方向）の力が加わったとする。すると、支持梁３２，３３が変形し、支持バー３５は下方向へ移動しようとする。この比較例では、突出部５２ａ、上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃがないので、加わった力が大きければ、支持バー３５が下方向に過度に位置ズレを起こして、支持バー３５の上縁がストッパ４１の突出部５４ａよりも下まで位置ズレし、図１６中に破線で示すように、支持バー３５が突出部５４ａの下側に潜り込んでしまう。その後、一旦加わった力が加えられなくなっても、支持梁３２，３３の応力によって支持バー３５の上縁が突出部５４ａの下側に係合した状態に保持されてしまう。すなわち、支持バー３５の潜り込みを伴う構造体の変形は、不可逆的な作用である。よって、支持バー３５が突出部５４ａの下側に一旦潜り込んでしまうと、前記係合を取り外すような力を加える復帰操作を行わない限り、図１６中の実線で示す状態に復帰させることができない。この復帰操作は、例えばマイクロメートルの寸法の制御が必要になる微小な構造体では、非常に困難である。

よって、この比較例によれば、ミラー３１の支持部に意図しない力が一旦加わると、ミラー３１が所望の姿勢や位置とは異なる姿勢や位置に保持されてしまうような事態を招く場合がある。

［第２の実施の形態］

図１７は、本発明の第２の実施の形態による光学装置としての光スイッチを示す概略断面図である。図１７（ａ）はミラー３１が光路から退出した状態、図１７（ｂ）はミラー３１が光路に進出した状態を示している。図１７において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図１８は、図１７中の光導波路基板１２０の一部を模式的に示す概略斜視図である。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、基板１１上に、前記第１の実施の形態における光スイッチアレー１の単位素子としての光スイッチが１つだけ搭載されている点と、光導波路基板１２０が用いられている点のみである。

本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、静電力用電圧及びローレンツ力用電流を制御することで、ミラー３１が上側（基板１１と反対側）に保持された状態（図１７（ｂ））及びミラー３１が下側（基板１１側）に保持された状態（図１７（ａ））にすることができる。

本実施の形態では、光導波路基板１２０は、図１８に示すように、切り替えるべき光を伝搬する４本の光導波路１２１〜１２４を有している。光導波路基板１２０は中央部に例えば幅数十μｍ程度の溝１２６を有し、溝１２６の側面に光導波路１２１〜１２４の端面１２１ａ，１２２ａ，１２３ｂ，１２４ｂが露出されている。端面１２１ａと端面１２２ａとの間隔、及び、端面１２３ｂと端面１２４ｂとの間隔は、図１７及び図１８に示すように、ミラー３１の反射面で覆うことのできる間隔に設計されている。

図１７に示すように、光導波路基板１２０が、光スイッチアレー１の基板１１上に設置され、導波路基板１２０と基板１１との間の空間及びこれに連通する溝１２６内の空間内に、屈折率調整液２００が封入されている。もっとも、屈折率調整液２００は必ずしも封入しなくてもよい。なお、基板１１と光導波路基板１２０とは、ミラー３１が溝１２６内に挿入できるように位置合わせされている。

図１７（ａ）に示すように、ミラー３１が光導波路１２３，１２４の端面１２３ｂ，１２４ｂより下側に位置すると、例えば、光導波路１２３の端面１２３ａから光を入射した場合、光導波路１２３を伝搬した光は、端面１２３ｂから出射され、そのまま対向する光導波路１２２の端面１２２ａに入射し、光導波路１２２を伝搬して端面１２２ｂから出射される。また、例えば、光導波路１２１の端面１２１ｂから光を入射した場合、光導波路１２１を伝搬した光は、端面１２１ａから出射され、そのまま対向する光導波路１２４の端面１２４ｂに入射し、光導波路１２４を伝搬して端面１２４ａから出射される。

一方、図１７（ｂ）に示すように、ミラー３１が光導波路１２３，１２４の端面１２３ｂ，１２４ｂを覆うように位置すると、例えば、光導波路１２３の端面１２３ａから光を入射した場合、光導波路１２３を伝搬した光は、端面１２３ｂから出射され、ミラー３１で反射されて、光導波路１２４の端面１２４ｂに入射し、光導波路１２４を伝搬して端面１２４ａから出射される。また、例えば、光導波路１２１の端面１２１ｂから光を入射した場合、光導波路１２１を伝搬した光は、端面１２１ａから出射され、ミラー３１で反射されて、光導波路１２２の端面１２２ａに入射し、光導波路１２２を伝搬して端面１２２ｂから出射される。

本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様に、２段目の単位構造部材５２の突出部５２ａ、並びに、支持バー３５の上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃ（これらは図１７では図示せず）を備えているので、ミラー３１の支持部に意図しない力が一旦加わっても、ミラー３１が所望の姿勢や位置とは異なる姿勢や位置に保持されてしまうような事態を防止することができ、特別な復帰操作を要することなく被支持部を所望の姿勢又は位置に保持することができる。

本発明者は、本実施の形態において基板１１に搭載されている光スイッチを前記図１５及び図１７に示す比較例における光スイッチに置き換えた（すなわち、２段目の単位構造部材５２の突出部５２ａ、並びに、支持バー３５の上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃをなくした）のと同様のものを、作製した。この作成時において、屈折率調整液２００を導波路基板１２０と基板１１との間に注入すると、図１１中の破線で示すような支持バー３５の潜り込み現象が生ずる場合があることが、実際に確認された。これは、屈折率調整液２００による表面張力や屈折率調整液２００の注入圧力などによるものと考えられる。

これに対し、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に、突出部５２ａ、上側突片部３５ｂ及び下側突片部３５ｃを有しているので、支持バー３５が突出部５４ａの下側に潜り込むのが防止され、組立時の屈折率調整液２００の注入に伴う支持バー３５の潜り込み現象も防止される。

本実施の形態は、光導波路基板１２０における光導波路の交差点が一つであり、これに応じて、ミラー３１が１つで光スイッチが１つの場合の例であった。しかしながら、例えば、光導波路基板１２０において光導波路を２次元マトリクス状に形成することにより、光導波路の交差点を２次元マトリクス状に配置し、これに応じて、基板１１上に複数の光スイッチを２次元状に配置し、光導波路の各交差点にミラー３１を配置してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、前述した実施の形態は本発明を光スイッチに適用した例であったが、本発明は、ミラー３１に代えて、光の反射率の低い遮光膜や、偏光特性を有する偏光膜や、光波長フィルタ特性を有する光学薄膜などを搭載することにより、光減衰器、偏光器、波長選択器等の種々の光学装置に適用することができる。例えば、ミラー３１はそのままシャッタとして用いることができるので、前記第２の実施の形態による光スイッチは、そのまま可変光減衰器として用いることができる。この場合、前記静電力用電圧又はローレンツ力用電流の大きさを制御することで、ミラー３１を光路の途中の所望の位置で停止させて、光路を通過する光を所望の量だけ減衰させることができる。この場合、静電力及びローレンツ力の一方のみを用いるように構成してもよい。なお、可変光減衰器の場合、ミラー３１に代えて光の反射率の低いシャッタを用いてもよい。

また、前述した実施の形態では、基板１１上に設けられた薄膜からなるミラー部搭載板１２ｂが支持基体とされ、単位素子毎に支持基体が設けられているが、本発明による薄膜構造体では、基板自体を支持基体としてもよい。

さらに、前述した実施の形態は、本発明の薄膜構造体を、ミラー部搭載板１２ｂに搭載されたミラー部１３に適用した例であったが、本発明による薄膜構造体は、前述したような他の光学装置や、その他の種々の用途に用いることができる。

さらにまた、本発明の薄膜構造体は、前記実施の形態で採用されているような２組の支持梁３２，３３及び接続部３４を用いた構造に限定されるものではない。

本発明の一実施の形態による光スイッチアレーを用いた光学システムの一例を模式的に示す概略構成図である。 図１中の光スイッチアレーの単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略斜視図である。 図２に示す光スイッチを模式的に示す概略断面図である。 図２中の可動板を示す図である。 図２中の可動板を上から見たときのＡｌ膜のパターン形状を示す図である。 図２中のミラー部を示す概略斜視図である。 図６中のＡ矢視図である。 図２中のミラー部を示す概略断面図である。 図８中のＢ矢視図である。 図２中のストッパを示す図である。 第１の実施の形態の変形例を示す図である。 犠牲層の除去前の状態における各部のパターン形状を示す概略平面図である。 図１中の光スイッチアレーの製造方法の各工程を示す図である。 図１３に示す工程に引き続く各工程を示す図である。 比較例のミラー部を示す概略斜視図である。 図１５中のＦ矢視図である。 本発明の第２の実施の形態による光スイッチを示す概略断面図である。 図１７中の光導波路基板の一部を模式的に示す概略斜視図である。

符号の説明

１ 光スイッチアレー
１１ 基板
１２ 可動板
１２ｂ ミラー部搭載板（支持基体）
３１ ミラー（被支持部）
３２ｃ 脚部
３２，３３ 支持梁
３４ 接続部
３５ 支持バー（当接部材）
３５ｂ 上側突片部
３５ｃ 下側突片部
４１ ストッパ４１
５２ａ 突出部
５４ａ 突出部（移動制限部）

Claims (14)

1. 支持基体と、
   薄膜で構成された被支持部と、
   薄膜で構成され前記被支持部を前記支持基体上に支持する支持部と、
   前記支持基体に設けられたストッパと、
   を備え、
   前記支持部の所定箇所が前記支持基体に固定されるとともに、前記支持部の他の所定箇所が前記被支持部に固定され、
   前記ストッパは、側方に突出した突出部を有し、
   前記支持部は、前記ストッパの前記突出部に当接する当接部材を有し、
   前記支持部は、前記当接部材が前記ストッパの前記突出部に押し付けられるように付勢力を発生し、
   前記当接部材が前記ストッパの前記突出部に側方から当接することで、前記被支持部の前記支持基体に対する姿勢又は位置が保持され、
   前記当接部材が前記ストッパの前記突出部の前記支持基体側に潜り込むのを阻止する潜り込み阻止構造を、更に備えたことを特徴とする薄膜構造体。
2. 前記潜り込み阻止構造は、前記当接部材に形成された第１の突片部であって、少なくとも前記ストッパの前記突出部に対応する位置付近を含む箇所において、前記支持基体とは反対側へ部分的に突出した第１の突片部を、含むことを特徴とする請求項１記載の薄膜構造体。
3. 前記潜り込み阻止構造は、前記当接部材に形成され前記支持基体側へ部分的に突出した第２の突片部を、含むことを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜構造体。
4. 前記潜り込み阻止構造は、前記当接部材に対する前記支持基体側に配置され前記当接部材の前記支持基体側への移動を所定位置で制限する移動制限部を、含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜構造体。
5. 前記移動制限部は、前記ストッパの一部が側方へ突出することにより構成されたことを特徴とする請求項４記載の薄膜構造体。
6. 前記移動制限部は、前記ストッパとは別に前記支持基体に設けられたことを特徴とする請求項４記載の薄膜構造体。
7. 前記被支持部の主平面が前記支持基体の主平面に対して非平行をなすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜構造体。
8. 前記被支持部の主平面が前記支持基体の主平面に対して略々９０度をなすことを特徴とする請求項７記載の薄膜構造体。
9. 前記支持部は、それぞれ湾曲した第１及び第２の膜部材と、接続部とを有し、
   前記第１の膜部材の一方端部が前記支持基体に固定されて、前記第１の膜部材の他方端部が前記当該第１の膜部材の湾曲により前記支持基体から持ち上がり、
   前記第１の膜部材の前記他方端部が前記接続部に接続され、
   前記第２の膜部材の一方端部が前記接続部に接続されて、前記第２の膜部材の他方端部が前記接続部から下向きに吊り下げられ、
   前記第２の膜部材の前記他方端部に前記当接部材が固定されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の薄膜構造体。
10. 前記当接部材は、前記支持基体の主平面と略平行に直線状に延び、
    前記支持部は、前記第１及び第２の膜部材並びに前記接続部を２組有し、
    前記当接部材の一方端部付近が、一方の組の前記第２の膜部材の前記他方端部に固定され、
    前記当接部材の他方端部付近が、他方の組の前記第２の膜部材の前記他方端部に固定されたことを特徴とする請求項９記載の薄膜構造体。
11. 前記当接部材に前記被支持部が固定されたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜構造体。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の薄膜構造体を備えた光学装置であって、前記被支持部が光学素子部を含むことを特徴とする光学装置。
13. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の薄膜構造体を備えた光スイッチであって、前記被支持部がミラーを含むことを特徴とする光スイッチ。
14. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の薄膜構造体を備えた可変光減衰器であって、前記被支持部がシャッタを含むことを特徴とする可変光減衰器。

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