JP4445019B2 - ばね、ミラー素子、ミラーアレイおよび光スイッチ - Google Patents

ばね、ミラー素子、ミラーアレイおよび光スイッチ Download PDF

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Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）に関し、特に、光スイッチに適用可能なミラー素子およびこのミラー素子等に適用可能なばねに関するものである。
インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重（ＷＤＭ）化および低コスト化を実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が脚光を浴びており、この技術を用いて光スイッチが開発されている（例えば、特開２００３−５７５７５号公報参照）。このＭＥＭＳ型の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがミラーアレイである。ミラーアレイは、複数のミラー素子を２次元的にマトリクス状に配設したものである。ミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えた従来のミラー素子の一例を図２１に示す。
ミラー素子７０００は、ミラー８３０が形成されたミラー基板８０００と、電極９４０ａ〜９４０ｄが形成された電極基板９０００とが互いに平行に対向配置された構造を有する。
ミラー基板８０００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部８１０と、一対の可動枠連結部８１１ａ，８１１ｂにより枠部８１０の開口内に配設され、平面視略円形の開口を有する可動枠８２０と、一対のミラー連結部８２１ａ，８２１ｂにより可動枠８２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー８３０とから構成されている。また、枠部８１０の上面には、可動枠８２０およびミラー８３０を取り囲むような枠状部材８４０が設けられている。
電極基板９０００は、板状の基部９１０と、基部９１０の表面（上面）から突出し、ミラー基板８０００のミラー８３０と対向する位置に形成された錐状の突出部９２０を有する。突出部９２０の外面と基部９１０の上面とには、対向するミラー基板８０００のミラー８３０と同心の円内に４つの扇形の電極９４０ａ〜９４０ｄが形成されている。また、基部９１０の上面には、突出部９２０を挟むように並設された一対の凸部９６０ａ、９６０ｂが形成されている。さらに、基板９１０の上面の突出部９２０と凸部９６０ａおよび凸部９６０ｂとの間には、それぞれ配線９７０が形成されており、この配線９７０には、引き出し線９４１ａ〜９４１ｄを介して電極９４０ａ〜９４０ｄが接続されている。
上述したようなミラー基板８０００と電極基板９０００とは、ミラー８３０とこのミラー８３０に対応する電極９４０ａ〜９４０ｄとが対向配置されるように、枠部８１０の下面と凸部９６０ａ、９６０ｂの上面とを接合することにより、ミラー素子７０００を構成する。
ミラー素子７０００は、配線９７０を介して電極９４０ａ〜９４０ｄに個別の電圧を加えて、ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄ間の電位差によって形成される電界でミラー８３０に静電引力を与え、可動枠連結部８１１ａ、８１１ｂおよびミラー連結部８２１ａ、８２１ｂが弾性変形することにより、ミラー８３０を数度の角度で傾動させるものである。この動作は、図２２を参照すると、次のように説明することができる。電極９４０ａ〜９４０ｄに電圧が印加されていない場合、ミラー８３０は、図２２の実線で示すように、電極基板９０００に対して略平行な状態（以下、初期位置という）となる。この状態で、例えば電極９４０ａに電圧を加えると、可動枠８２０およびミラー８３０は、それぞれ可動枠連結部８１１ａ，８１１ｂおよびミラー連結部８２１ａ，８２１ｂを通る回動軸回りに回動し、図２２の点線に示すように傾動する。この傾動動作を円滑に行わせるため、ばね、すなわち可動枠連結部８１１ａ、８１１ｂおよびミラー連結部８２１ａ、８２１ｂは、一方の接続点（固定枠８１０または可動枠８２０）と他の方の接続点（可動枠８２０またはミラー８３０）とを結ぶ軸（以下、回動軸またはＸ軸という）回りの方向（以下、Ｒ方向という）に回動しやすい構造が採用されている。
例えば、図２１，図２３に示すように、従来のミラー素子７０００では、ばねとしてＸ軸方向に対して直交する方向に繰り返し折り曲がったつづら折りの形状を有する構造が用いられている。このつづら折り構造を表すパラメータのうち、Ｘ軸およびミラー８３０の主表面に垂直な方向（以下、Ｚ軸方向という）の長さ、回動軸方向の長さ、折り返し数、Ｘ軸とＺ軸に垂直な方向（以下、Ｙ軸方向という）の長さ、折り返し部の間隔等は、ばねのばね定数などの特性を決定するパラメータである。これらのパラメータを適宜設定することにより、可動枠連結部８１１ａ、８１１ｂおよびミラー連結部８２１ａ、８２１ｂの弾性特性、特にＲ方向のばね定数が所望する値となるようにしている。
しかしながら、ばねをつづら折り構造とした場合、Ｒ方向のばね係数を所望する値に設定すると、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に平行な方向については、ばね定数が小さくなり、所望の特性を得ることが困難であった。この結果、つづら折り構造のばねを有するデバイスの製造過程において、熱、応力、表面張力、衝撃、振動などが生じると、ばねが破損したり、このばねに隣接する構造体に固着したりするなどの現象が発生していた。この現象は、デバイスの製造過程のみならず、完成したデバイスの試験や使用を行う際にも発生していた。このため、製造過程や使用過程において、破損したり、固着したりしないよう、所望する特性を容易に実現することができるばねが望まれていた。
そこで、本願発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、所望の特性を有するように容易に形成することができるばね、このばねを有するミラー素子、このミラー素子から構成されるミラーアレイおよびこのミラーアレイを有する光スイッチを提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明にかかるばねは、一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部とを備え、前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有することを特徴とする。ここで、屈曲部の数量をｎとすると、要素の数量はｎ＋１となる。
また、本発明にかかるミラー素子は、基板と、この基板と離間して略平行に配設された枠部材と、この枠部材の開口内にばねを介して回動可能に支持されたミラーと、前記基板上の前記ミラーと対向する位置に形成された電極とを備えたミラー素子であって、前記ばねは、一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部とを備え、前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有することを特徴とする。
また、本発明にかかるミラーアレイは、基板と、この基板と離間して略平行に配設された枠部材と、この枠部材の開口内にばねを介して回動可能に支持されたミラーと、前記基板上の前記ミラーと対向する位置に形成された電極とを備えたミラー素子を２次元的に複数配置したミラーアレイであって、前記ばねは、一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部とを備え、前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる光スイッチは、入力ポートからの光を反射する第１のミラーアレイと、この第１のミラーアレイからの光を反射して出力ポートに導く第２のミラーアレイとを備えた光スイッチであって、前記第１のミラーアレイおよび前記第２のミラーアレイは、基板と、この基板と離間して略平行に配設された枠部材と、この枠部材の開口内にばねを介して回動可能に支持されたミラーと、前記基板上の前記ミラーと対向する位置に形成された電極とを備えたミラー素子を２次元的に複数配置したミラーアレイからなり、前記ばねは、一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部とを備え、前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有することを特徴とする。
本発明によれば、軸線が平行な要素の長さの合計を無負荷状態における端部の間隔より大きくすることにより、軸線回りのばね定数を小さくすることができ、その他の部材の配置や形状とあわせて他の方向のばね定数が小さくならないようにすることができるので、所望の特性を有するように容易に形成することができる。
図１Ａは、本発明のばねを模式的に示す平面図である。 図１Ｂは、本発明のばねを模式的に示す斜視図である。 図２は、ばね長さとばね定数との関係を表すグラフである。 図３は、ばね幅とばね定数との関係を表すグラフである。 図４は、側ばね比とばね定数との関係を表すグラフである。 図５は、ばねピッチとばね定数との関係を表すグラフである。 図６は、図２〜図５を測定したときのばねの形状を説明する図である。 図７は、従来のばねのばね幅とばね定数との関係を表すグラフである。 図８は、従来のばねの形状を説明するための図である。 図９は、従来のばねのばねピッチ半幅とばね定数との関係を表すグラフである。 図１０Ａは、ばね１の一例を示す平面図である。 図１０Ｂは、従来のばねの一例を示す平面図である。 図１１は、ミラーアレイを構成するミラー素子の分解斜視図である。 図１２は、ミラー素子の部分分解図である。 図１３は、ミラー素子の断面図である。 図１４は、光スイッチの構成を示す図である。 図１５は、本発明のばねの他の構成例を示す図である。 図１６は、本発明のばねの他の構成例を示す図である。 図１７は、本発明のばねの他の構成例を示す図である。 図１８は、本発明のばねの他の構成例を示す図である。 図１９は、本発明の参考例となるばねの構成例を示す図である。 図２０は、本発明の参考例となるばねの他の構成例を示す図である。 図２１は、従来のミラー素子の分解斜視図である。 図２２は、従来のミラー素子の側部断面図である。 図２３は、従来のばねの構成を説明する図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。
［ばね］
図１Ａ，図１Ｂに示すように、本実施例のばね１は、弾性部材から構成され、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、略四角形を回動軸に対称に形成した略Ｈ字状の平面形状を有する。このようなばね１は、部材１１が１の部材に接続され、部材２５が他の部材に接続されることにより、上記１の部材と上記他の部材とを連結する。なお、以下において、ばね１が連結する一方の接続点と他方の接続点とを結ぶ方向を「回動軸方向」または「Ｘ軸方向」、ばね１の幅方向、すなわちばね１を含む平面内においてＸ軸方向と直交する方向を「Ｙ軸方向」、ばね１の厚さ方向すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向を「Ｚ軸方向」、ばね１が連結する構造体を回動させる方向、すなわちＸ軸回りの方向を「回動方向」または「Ｒ方向」という。
ばね１の平面形状についてより詳細に説明する。図１Ａによく示されるように、ばね１は、要素として機能する部材１１〜部材２５が屈曲部１１ａ〜２４ａを介して連続して接続されることにより平面視略Ｈ字状の形状を構成している。部材１１〜部材２５は、それぞれ平面視略矩形の梁の形状を有し、以下に示すように設けられている。なお、以下において、各部材の距離とは、ばねを線状にしたとき各部材に対応する線分の長さ、言い換えると、各部材を連結する方向に沿った各部材の中心線の長さのことを意味する。
部材１１は、１の部材に接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ１だけ延在するように形成されている。部材１２は、部材１１の他端の屈曲部１１ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２だけ延在するように形成されている。部材１３は、部材１２の他端の屈曲部１２ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ３（Ｌ１＞Ｌ３）だけ延在するように形成されている。部材１４は、部材１３の他端の屈曲部１３ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２だけ延在するように形成されている。部材１５は、部材１４の他端の屈曲部１４ａ接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４（Ｌ４＞Ｌ３）だけ延在するように形成されている。
部材１６は、部材１５の他端の屈曲部１５ａ接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ２だけ延在するように形成されている。部材１７は、部材１６の他端の屈曲部１６ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ５（Ｌ４＞Ｌ５＞Ｌ３、（Ｌ４−Ｌ３）＞Ｌ５）だけ延在するように形成されている。部材１８は、部材１７の他端の屈曲部１７ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ６（Ｌ６≒２Ｌ２）だけ延在するように形成されている。部材１９は、部材１８の他端の屈曲部１８ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ５だけ延在するように形成されている。部材２０は、部材１９の他端の屈曲部１９ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ２だけ延在するように形成されている。
部材２１は、部材２０の他端の屈曲部２０ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４だけ延在するように形成されている。部材２２は、部材２１の他端の屈曲部２１ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２だけ延在するように形成されている。部材２３は、部材２２の他端の屈曲部２２ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ３だけ延在するように形成されている。部材２４は、部材２３の他端の屈曲部２３ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２だけ延在するように形成されている。部材２５は、部材２４の他端の屈曲部２４ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ１だけ延在するように形成されている。
ここで、ばね１のＸ軸方向に形成された部材１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５の長さの合計は、図１Ａに示すようにばね１のばね長さよりも長く、かつ、Ｙ軸方向に形成された部材１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４の長さの合計よりも長い。上記長さの合計とは、各部材をその長手方向、言い換えるとＸ軸方向またはＹ軸方向に沿って一列に連結した長さを表す。また、ばね１全体の長さ（以下、「ばね長さ」という）とは、ばね１が連結する２つの部材間の距離、すなわちばね１が無負荷状態における両端部の距離を表す。なお、部材１２と部材１４および部材２２と部材２４は、それぞれ同じ長さに形成されているが、異なる長さに形成するようにしてもよい。同様に、部材１１と部材２５も異なる長さに形成するようにしてもよい。
また、部材１１〜部材２５の長さは、平行に形成された部材と離間しているのであれば、例えば全ての部材の長さが異なるようにしたり、部材１１と部材２５の軸線が一致しないようにしたりするなど、適宜自由に設定することができる。したがって、少なくとも、部材１１と部材１９、部材１２と部材１８、部材１７と部材２５、および、部材１８と部材２４は、それぞれ互いに離間するように形成される。
このような形状を有するばね１は、ばね定数などの特性を決定するパラメータとして、ばね長さ、ばね幅、Ｘ軸方向と平行に形成された部材の長さの合計、Ｙ軸方向と平行に形成された部材の長さの合計、ばね厚さ、ばねピッチ、側ばね比等がある。ここで、ばね厚さとは、ばね１のＺ軸方向の長さのことを意味する。ばねピッチとは、Ｘ軸に平行な部材間の間隔のことを意味する。側ばね比は、ばね長さに対するＸ軸方向に平行な部材（部材１５または部材２１）の長さの比のことを意味する。
一例として、ばね長さ、ばね幅、側ばね比およびばねピッチと、ばね定数との関係を図２〜図５に示す。なお、各図において、横軸は、ばね長さ、ばね幅、側ばね比またはばねピッチを示している。また、左側の縦軸は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のばね定数の値、右側の縦軸はＲ方向のばね定数の値を示している。さらに、黒菱形印はＸ軸方向のばね定数ｋＸ、黒四角印はＹ軸方向のばね定数ｋＹ、黒三角印はＺ軸方向のばね定数ｋＺ、黒丸印はＲ方向のばね定数ｋＲを示している。また、図２〜図５を測定した際のばね１の形状を図６に示す。ここで、側ばね比は、［ばね長さ−｛（ばね長さ）−（部材１１の長さ）−（部材２５の長さ）｝］／（部材１３の長さ）で算出している。
図２〜図５に示すように、各ばね定数の変化の仕方はパラメータ毎に異なっている。例えば、図２に示すばね長さの場合、ばね長さが増加するに連れてばね定数が減少している。図３に示すばね幅の場合、ばね幅が増加するに連れてばね定数も増加している。図４に示す側ばね比の場合、側ばね比が大きくなるに連れてばね定数も増加している。図５に示すばねピッチの場合、全体としてはばねピッチが増加するに連れてばね定数が減少しているが、この変化の度合いはばね定数毎に異なっている。
このようにパラメータ毎にばね定数の変化の特性が異なるため、各パラメータを適宜設定することにより、ばね１の各方向のばね定数を所望する値に適宜自由に設定することができる。
また、本実施例によれば、Ｒ方向のばね定数を小さく設定する場合、つづら折り形状を有するばねよりも各軸方向のばね定数を大きくすることができる。これは、Ｒ方向のばね定数は、回動軸方向、すなわちＸ軸方向に形成された部材の長さに大きく依存するからである。このＸ軸方向に形成された部材とは、例えば図１Ａにおける部材１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５に相当する。
ＭＥＭＳのような微小な構造体において、Ｒ方向のばね定数の大小は、ばねのたわみよりもばねのねじれに大きく起因する。このため、従来のつづら折り形状のばねのように、ばねをたわませて回動させることを想定して形成されたばねでは、折り返し部等の長さを長くして各軸方向のばね定数が大きいままＲ方向のばね定数を小さくしようとしても、これを実現することができなかった。また、従来のつづら折り形状のばねでは、Ｘ軸方向の長さに限界がある、すなわち、ばね全体の長さよりも長くすることができないため、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することが困難であった。
これに対して、本願発明では、Ｘ方向を複数回往復する略Ｈ字状の形状とすることにより、Ｘ軸方向の部材の長さを長くして、ばねがＸ軸回りにねじれやすくする、すなわち、Ｒ方向のばね定数が小さくなるようにしている。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数を従来よりも低下させることなく、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することができる。特に、本実施例では、軸線がばね１のＸ軸方向と平行に形成された部材の長さの合計が、軸線がＹ軸方向と平行に形成された部材の長さの合計よりも長く形成している。このため、各軸のばね定数を大きくすることができ、Ｒ方向のばね定数をより広い範囲で適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、Ｘ軸方向に平行な部材をＹ軸方向に複数配設することにより、Ｘ軸に平行な部材の軸線を多数形成するようにもしている。従来のつづら折り形状のばねでは、Ｘ軸と平行な部材の長手方向の軸線は２本しか形成されていなかったが、本実施例のばね１では４本の軸線（部材１５の軸線、部材１３と部材１７の軸線、部材１９と部材２３の軸線、部材２１の軸線）が形成されている。このように、Ｘ軸方向と平行な軸線を多数形成することにより、複数の軸線でねじれが生じるので、Ｒ方向のばね定数を小さくすることができる。
一例として、図３と図７を参照して、本実施例のばね１と従来のつづら折り形状のばねとを比較する。なお、図３と図７は、いずれもばね幅とばね定数との関係を表すグラフである。図７は、図８に示すばねに基づいて算出した値である。この図８に示すばねは、折り返し数が６、ばねピッチ半幅が８μｍ、ばね幅が１．５μｍ、ばね厚さが１０μｍ、折り返し長さが１５８．５μｍ、ばね長さが１３５μｍとなっている。
図３に示す本実施例のばね１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数の値は、いずれも図７に示す従来のばねのばね定数よりも大きく、１０〜数千倍程度となっている。これは、上述したように、本実施例のばね１の軸線がＸ軸方向に沿った部材の長さが、従来のばねよりも長く、Ｙ軸方向に沿った部材の長さが短いからである。したがって、本実施例によれば、Ｒ方向のばね定数の値を小さくしても、各軸方向のばね定数の値を大きくすることができるので、ばねが破損したり固着したりすることを防ぐことができる。
また、図５と図９を参照して、本実施例のばね１と従来のつづら折り形状のばねとを比較する。なお、図５は、ばねピッチとばね定数との関係を表すグラフ、図９は、半ばねピッチ（ばねピッチの半分の長さ）とばね定数の関係を表すグラフである。図９も図８に示すばねに基づいて算出した値である。また、図９に示すばねは、折り返し数が６、ばね幅が１．５μｍ、ばね厚さが１０μｍ、折り返し長さが１６０μｍ、ばね長さが１３５μｍとなっている。
図５に示す本実施例のばね１は、各軸のばね定数の値がいずれも図９に示す従来のばねのばね定数よりも大きくなっている。したがって、Ｒ方向のばね定数の値を小さくしても、各軸方向のばね定数の値を大きくすることができるので、ばねが破損したり固着したりすることを防ぐことができる。また、ばねピッチを変化させたとき、本実施例のばね１は、従来のばねよりもばね定数が大きく変化している。したがって、ばね１の各方向のばね定数を広範囲に亘って所望する値に適宜自由に設定することができる。
また、本実施例によれば、Ｒ方向のばね定数を同じに設定した場合、従来のつづら折り形状のばねよりも小さく形成することができる。一例として、ばね幅およびばね厚さを同一としたとき、Ｒ方向のばね定数が同一となる本実施例のばね１と従来のつづら折り形状のばねとを図１０Ａ，図１０Ｂに示す。なお、図１０Ａ，図１０Ｂにおいて、数値の単位はいずれもμｍであり、それぞればね厚さが１０μｍ、ばね幅が１．４μｍに形成されている。また、図１０Ａと図１０Ｂは同縮尺で描かれている。
図１０Ａに示す本実施例のばね１は、ばね長さが８０μｍ、側ばね比が９、ばねピッチが２０μｍに形成されている。このばね１のＲ方向のばね定数は４．９９×１０-9となっている。また、Ｘ軸方向のばね定数ｋＸは２．５７、Ｙ軸方向のばね定数ｋＹは５．８６、Ｚ軸方向のばね定数ｋＺは４．６３となっている。
一方、図１０Ｂに示す従来のつづら折り形状のばねは、本実施例のばね１とＲ方向のばね定数を実現しようとすると、ばね長さを１３５μｍ、ばねピッチを９μｍ、折り返し長さを３４０μｍとしなければならない。ここで、本実施例のばね１と従来のばねとを矩形領域に収容しようとすると、本実施例のばね１は８０μｍ×８０μｍの領域に収容することができるが、従来のばねは１３５μｍ×３４０μｍの領域を要する。この値は本実施例のばね１の実に約７．２倍である。このように、本実施例のばね１を用いることにより、ばねに要する面積を小さくすることができるので、ばね１を搭載するデバイスの高集積化や小型化を実現することができる。
また、従来のばねの各軸方向のばね定数は、Ｘ軸方向のばね定数ｋＸが０．０３、Ｙ軸方向のばね定数ｋＹが０．７８、Ｚ軸方向のばね定数ｋＺが０．４０であり、いずれも本実施例のばね１よりも小さい値となっている。このように、本実施例のばね１は、小型にしても各軸方向のばね定数を大きくすることができるので、ばね１の各方向のばね定数を所望する値に適宜自由に設定することができる。
［ミラーアレイ］
次に、上述した本実施例のばね１を適用した装置の一例として、ミラーアレイについて説明する。ミラーアレイは、複数のミラー素子を１次元的に直線状に、あるいは２次元的にマトリクス状に配設したものである。ミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー素子の一例を図１１〜図１３に示す。
ミラー素子１０００は、ミラーが形成されたミラー基板２０００と、電極が形成された電極基板３０００とが互いに平行に対向配置された構造を有する。
ミラー基板２０００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設され、平面視略円形の開口を有する可動枠２２０と、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０とから構成されている。また、枠部２１０の上面には、可動枠２２０およびミラー２３０を取り囲むような枠状部材２４０が設けられている。
可動枠２２０の切り欠き内に設けられた一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、上述したばね１と同一の構造を有し、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。これにより、可動枠２２０は、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に回動可能に支持されている。
可動枠２２０の切り欠き内に設けられた一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、上述したばね１と同一の構造を有し、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。これにより、ミラー２３０は、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通る回動軸（ミラー回動軸）を中心に回動可能に支持されている。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
電極基板３０００は、板状の基部３１０と、基部３１０の表面（上面）から突出し、ミラー基板２０００のミラー２３０と対向する位置に形成された錐状の突出部３２０を有する。この突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の第２テラス３２２と、この第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の第１テラス３２１と、この第１テラス３２１の上面に形成された柱状のピボット３３０とから構成される。このピボット３３０は、第１テラス３２１のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット３３０は、ミラー２３０の中心に対向する位置に配設される。
突出部３２０の外面と基部３１０の上面とには、対向するミラー基板２０００のミラー２３０と同心の円内に４つの扇形の電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。また、基部３１０の上面には、突出部３２０を挟むように並設された一対の凸部３６０ａ，３６０ｂが形成されている。さらに、基板３１０の上面の突出部３２０と凸部３６０ａおよび凸部３６０ｂとの間には、それぞれ配線３７０が形成されており、この配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。
上述したようなミラー基板２０００と電極基板３０００とは、ミラー２３０とこのミラー２３０に対応する電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置されるように、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とを接合することにより、図１２に示すようなミラー素子１０００を構成する。
このようなミラー素子１０００は、配線３７０を介して電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の電圧を加えて、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄ間の電位差によって形成される電界でミラー２３０に静電引力を与え、ばね１からなる可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂおよびミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを弾性変形させることにより、ミラー２３０を数度の角度で傾動させるものである。この動作は、図１３を参照すると、次のように説明することができる。電極３４０ａ〜３４０ｄに電圧が印加されていない場合、ミラー２３０は、図１３の実線で示すように、電極基板３０００に対して略平行な状態（以下、初期位置という）となる。この状態で、例えば電極３４０ａに電圧を加えると、可動枠２２０およびミラー２３０は、それぞれ可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂおよびミラー連結部２２１ａ，２２１ｂをそれぞれ通る回動軸回りに回動し、図１３の点線に示すように傾動する。
［光スイッチ］
このようなミラー素子１０００を備えた光スイッチを図１４に示す。光スイッチ５０００は、複数の光ファイバを２次元的に配列した一対のコリメータアレイ５１０、５２０と、上述したミラー素子１０００を２次元的に配列した一対のミラーアレイ５３０、５４０とから構成される。このような光スイッチ５０００では、入力ポートとなるコリメータアレイ５１０から入力された光ビームは、ミラーアレイ５３０、５４０により反射されて、出力ポートとなるコリメータアレイ５２０に到達し、このコリメータアレイ５２０から出力される。
例えば、コリメータアレイ５１０の光ファイバ５１０ａから光スイッチ５０００内部に導入された光ビームａは、ミラーアレイ５３０のミラー素子１０００−１に照射される。すると、その光ビームａは、ミラー素子１０００−１のミラー２３０により反射されて、ミラーアレイ５４０のミラー素子１０００−２に到達する。このミラーアレイ５４０においてもミラーアレイ５３０の場合と同様、上記光ビームは、ミラー素子１０００−２のミラー２３０により反射されて、コリメータアレイ５２０の光ファイバ５２０ａに到達する。
ここで、ミラー素子１０００−１のミラー２３０の傾動角を変えて、ミラー素子１０００−３のミラー２３０に光ビームａを反射させたとする。このとき、ミラー素子１０００−３のミラー２３０が適当な角度に予め設定されていると、光ビームａはミラー素子１０００−３により反射され、最終的にコリメータアレイ５２０の光ファイバ５２０ｂに到達する。このように、本実施例の光スイッチ５０００では、ミラーアレイに含まれるミラー素子１０００のミラー２３０の傾動角を適宜変化させて入力光ビームの反射方向を変え、任意の出力ポートに光ビームを出力させることによって、スイッチング動作を行う。これにより、光スイッチ５０００は、コリメータアレイ１０から入力されたコリメート光を電気信号に変換することなく、光ビームのままでコリメータアレイ２０へ空間的にクロスコネクトすることが可能となる。
上述したようなミラー素子、ミラーアレイ、光スイッチにばね１を用いることにより、所望する特性を有するようにばねを設定することができるので、製造プロセスの途中、またはミラーデバイスの使用中にばねが破損したりデバイスの他の部材と固着したりすることを防ぐことができる。結果として、歩留まりが向上し、生産性の向上や低コスト化を実現することができる。
例えば、従来のつづら折りばねよりも、Ｒ方向のばね定数を小さくする、すなわち回動に対してやわらかいばねにするとともに、Ｘ方向のばね定数を大きくすることが可能となる。これにより、本実施例のばねを備えたミラー素子、ミラーアレイ、光スイッチ等の各種デバイスの製造段階においては、例えば複数の構造が接触して固着してしまう現象であるスティッキングなどのＭＥＭＳにおける大きな問題を防止することができる。また、本実施例のばねを備えたデバイスやこのデバイスを使用するシステムにおいて、運搬や使用に際して生じる振動や衝撃などに対する耐性が増大するので、故障発生率を低減することができる。
［ミラーアレイの製造方法］
次に、上述したミラーアレイの製造方法について説明する。ここで、ミラー基板２０００は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成される。
まず、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層２５０が形成されている側（主表面：ＳＯＩ層）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチング技術を用いて、単結晶シリコン層を選択的にエッチングすることにより、枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂおよびミラー２３０の形状に対応する溝を形成する。このとき、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂおよびミラー連結部２２１ａ，２２１ｂが上述したばね１に相当する形状を有するように上記溝が形成される。
次いで、上記溝に対応する所定の領域が開口したレジストパターンをＳＯＩ基板の裏面に形成し、ＳＦ6などを用いたドライエッチングによりＳＯＩ基板の裏面から選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層２５０をエッチングストッパ層として用い、ＳＯＩ基板の裏面に開口部および枠状部材２４０を形成する。なお、上記シリコンのエッチングは、水酸化カリウムなどを用いたウェットエッチングにより行うようにしてもよい。
次いで、埋め込み絶縁層２５０の上記開口部に露出している領域を、ＣＦ4などを用いたドライエッチングにより除去する。これにより、ミラー基板２０００が形成される。なお、上記埋め込み絶縁層２５０の除去は、フッ酸を用いて除去するようにしてもよい。
一方、電極基板３０００は、例えばシリコン基板から形成される。まず、シリコン基板をシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム溶液で選択的にエッチングを行う。これを繰り返し行うことにより、基部３１０、第１，２テラス３２１，３２２、ピボット３３０、凸部３６０ａ，３６０ｂが形成された状態とする。
次いで、シリコン基板のエッチングを行った側の面を酸化し、シリコン酸化膜を形成する。次いで、シリコン酸化膜上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄおよび配線３７０を形成する。これにより、上述した形状を有する電極基板３０００が形成される。なお、上述したように平坦な基板をエッチングによって部分的に除去することによって形状を形成するのみならず、平坦な基板の上に公知のリソグラフィ技術やメッキ技術を用いて形状を形成するようにしてもよい。
この後、ミラー基板２０００および電極基板３０００を貼り合わせることにより、電極３４０ａ〜３４０ｄに対する電界印加によってミラー２３０を可動するミラー素子１０００を有するミラーアレイが製造できる。
本実施例によれば、図１０Ａ，図１０Ｂを用いて説明したように、ばね１を採用することによって、ミラー素子１０００やミラーアレイをコンパクトに設計したり配置したりすることができる。例えば、図１１に示すミラー素子１０００を複数配置したミラーアレイにおいて、枠状部材２４０の幅や複数のミラー素子１０００間のピッチ（ミラー２３０の中心間の距離）は、ＭＥＭＳミラーを使用して構成する光学系の設計、特に、枠状部材２４０の近傍に配置される可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂおよびミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを構成するばね１の形状に依存する。このばね１の構造が小さいほどミラーアレイを小さくできるとともに、ミラー２３０の回動角度を小さくできる。ばね１の回動軸方向の長さを短くすることにより、枠状部材２４０の幅を広くすることができるので、機械的強度を確保することができる。したがって、本実施例のばね１を採用することにより、ミラー素子やミラーアレイのミラーピッチを小さくしたり、枠状部材２４０の幅を広くしたりすることが可能となるので、結果として、設計の自由度を大きくすることができる。
なお、本実施例のばねは、上述したミラー素子、ミラーアレイ、光スイッチのみならず、２つの部材を連結するのであれば、例えばマイクロマシンや半導体装置など各種デバイスに適用できる。
本実施例のばねは、従来から使用されているつづら折りばねや単純梁構造のばねなどに比べて、特性設計の自由度を大きくするができる。このため、本実施例のばねは、面積または体積の小さな場所に配置されて回動動作をするばねとして利用することができる。特に近年、研究、開発、製造が盛んになってきたＭＥＭＳのデバイスは、大きさや厚さなどの外形の制約のみならず特性においても厳しい条件を要求されため、本実施例のばねを適用することによりその条件を満足させることができる。
［他のばね］
次に、本実施例のばねの他の構成例を図１５〜図１８、参考例を図１９，図２０に示す。本実施例のばねは、回動軸方向すなわちＸ軸方向に形成された部材の長さの合計が、ばね長さよりも長い、望ましくはＹ軸方向に形成された部材の長さの合計よりも長いのであれば適宜自由に設定することができる。
例えば、図１５に示すばね２のように、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、部材２６〜部材３６が屈曲部２６ａ〜３５ａを介して連続して接続されることにより、大小２つの略Ｌ字状の形状を回動軸の略中心に対して点対称に形成した平面形状を有するようにしてもよい。このばね２は、部材２６が１の部材に接続され、部材３６が他の部材に接続されることにより、上記１の部材と上記他の部材とを連結する。以下に、ばね２の平面形状についてより詳細に説明する。
部材２６は、１の部材に接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ１１だけ延在するように形成されている。部材２７は、部材２６の他端の屈曲部２６ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ１２だけ延在するように形成されている。部材２８は、部材２７の他端の屈曲部２７ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ１３だけ延在するように形成されている。部材２９は、部材２８の他端の屈曲部２８ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ１４（Ｌ１４＜Ｌ１２）だけ延在するように形成されている。部材３０は、部材２９の他端の屈曲部２９ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ１５（２Ｌ１５＝Ｌ１３）だけ延在するように形成されている。部材３１は、部材３０の他端の屈曲部３０ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ１６（Ｌ１６＋２Ｌ１４＝２Ｌ１２）だけ延在するように形成されている。
部材３２は、部材３１の他端の屈曲部３１ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ１５だけ延在するように形成されている。部材３３は、部材３２の他端の屈曲部３２ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ１４だけ延在するように形成されている。部材３４は、部材３３の他端の屈曲部３３ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ１３だけ延在するように形成されている。部材３５は、部材３４の他端の屈曲部３４ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ１２だけ延在するように形成されている。部材３６は、部材３５の他端の屈曲部３５ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ１１だけ延在するように形成されている。
ここで、ばね２のＸ軸方向に形成された部材２６，２８，３０，３２，３４，３６の長さの合計は、ばね２全体の長さよりも長く、かつ、Ｙ軸方向に形成された部材２７，２９，３１，３３，３５の長さの合計よりも長く形成されている。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数を従来よりも低下させることなく、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することができる。結果として、ばね２が破損したり固着したりするのを防ぐことができる。
なお、部材２６〜部材３６の長さは、平行に形成された部材と離間しているのであれば、例えば全ての部材の長さが異なるようにしたり、部材２６と部材３６の軸線が一致しないようにしたりするなど、適宜自由に設定することができる。したがって、部材２７と部材３５の距離の和と、部材２９，部材３１および部材３３の距離の和とが等しくならないようにしてもよい。
また、例えば、図１６に示すばね３のように、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、部材３７〜部材４７が屈曲部３７ａ〜４６ａを介して連続して接続されることにより、略Ｓ字状の形状を回動軸の略中心に対して点対称に形成した平面形状を有するようにしてもよい。このようなばね３は、部材３７が１の部材に接続され、部材４７が他の部材に接続されることにより、上記１の部材と上記他の部材とを連結する。以下に、ばね３の平面形状についてより詳細に説明する。
部材３７は、１の部材に接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ２１だけ延在するように形成されている。部材３８は、部材３７の他端の屈曲部３７ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２２だけ延在するように形成されている。部材３９は、部材３８の他端の屈曲部３８ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ２３（Ｌ２３＜Ｌ２１）だけ延在するように形成されている。部材４０は、部材３９の他端の屈曲部３９ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２４だけ延在するように形成されている。部材４１は、部材４０の他端の屈曲部４０ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ２５（Ｌ２５＞Ｌ２３）だけ延在するように形成されている。部材４２は、部材４１の他端の屈曲部４１ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ２６（Ｌ２６＝２Ｌ２２＋２Ｌ２４）だけ延在するように形成されている。
部材４３は、部材４２の他端の屈曲部４２ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ２５だけ延在するように形成されている。部材４４は、部材４３の他端の屈曲部４３ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２４だけ延在するように形成されている。部材４５は、部材４４の他端の屈曲部４４ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ２３だけ延在するように形成されている。部材４６は、部材４５の他端の屈曲部４５ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ２２だけ延在するように形成されている。部材４７は、部材４６の他端の屈曲部４６ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ２１だけ延在するように形成されている。
ここで、ばね３のＸ軸方向に形成された部材３７，３９，４１，４３，４５，４７の長さの合計は、ばね３全体の長さよりも長く、かつ、Ｙ軸方向に形成された部材３８，４０，４２，４４，４６の長さの合計よりも長く形成されている。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数を従来よりも低下させることなく、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することができる。結果として、ばね３が破損したり固着したりするのを防ぐことができる。
なお、ばね３において、部材３８と部材４０および部材４４と部材４６は、それぞれ同じ長さに形成するようにしたが、異なる長さに形成するようにしてもよい。これによりデバイスの形状に合わせてばね３の形状を適宜自由に設定することができる。
また、部材３７〜部材４７の長さは、平行に形成された部材と離間しているのであれば、例えば全ての部材の長さが異なるようにしたり、部材３７と部材４７の軸線が一致しないようにしたりするなど、適宜自由に設定することができる。したがって、上述したように、部材３８，４０，４４，４６の距離の和と部材４２の距離とが等しくならないようにしてもよい。
また、例えば、図１７に示すばね４のように、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、部材４８〜５６が屈曲部４８ａ〜５５ａ連続して接続されることにより、略四角形の形状が回動軸の一方の側に形成した平面形状を有するようにしてもよい。このようなばね４は、部材４８が１の部材に接続され、部材５６が他の部材に接続されることにより、上記１の部材と上記他の部材とを連結する。以下に、ばね４の平面形状についてより詳細に説明する。
部材４８は、１の部材に接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ３１だけ延在するように形成されている。部材４９は、部材４８の他端の屈曲部４８ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ３２だけ延在するように形成されている。部材５０は、部材４９の他端の屈曲部４９ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ３３（Ｌ３３＜Ｌ３１）だけ延在するように形成されている。部材５１は、部材５０の他端の屈曲部５０ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ３４だけ延在するように形成されている。部材５２は、部材５１の他端の屈曲部５１ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ３５（Ｌ３５＞２Ｌ３３）だけ延在するように形成されている。
部材５３は、部材５２の他端の屈曲部５２ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ３４だけ延在するように形成されている。部材５４は、部材５３の他端の屈曲部５３ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ３３だけ延在するように形成されている。部材５５は、部材５４の他端の屈曲部５４ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ３２だけ延在するように形成されている。部材５６は、部材５５の他端の屈曲部５５ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ３１だけ延在するように形成されている。
ここで、ばね４のＸ軸方向に形成された部材４８，５０，５２，５４，５６の長さの合計は、ばね４全体の長さよりも長く、かつ、Ｙ軸方向に形成された部材５９，５１，５３，５５の長さの合計よりも長く形成されている。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数を従来よりも低下させることなく、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することができる。結果として、ばね４が破損したり固着したりするのを防ぐことができる。
なお、ばね４において、部材４９と部材５５、部材５０と部材５４および部材５１と部材５３は、それぞれ同じ長さに形成するようにしたが、異なる長さに形成するようにしてもよい。また、ばね４では、平面視略四角形の部材を一つ形成するようにしたが、この数量は一つに限定されず適宜自由に設定することができる。これによりデバイスの形状に合わせてばね４の形状を適宜自由に設定することができる。
また、部材４８〜部材５６の長さは、平行に形成された部材と離間しているのであれば、例えば全ての部材の長さが異なるようにしたり、部材４８と部材５６の軸線が一致しないようにしたりするなど、適宜自由に設定することができる。したがって、部材４９と部材５１の距離の和と部材５３と部材５５の距離の和とが等しくならないようにしてもよい。
さらに、例えば、図１８に示すばね５のように、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、部材５７〜部材８７が屈曲部５７ａ〜８６ａを介して連続して接続されることにより、Ｙ軸方向に並んで配置された２つの略四角形を回動軸に対称に形成した平面形状を有するようにしてもよい。このようなばね５は、部材５７が１の部材に接続され、部材８７が他の部材に接続されることにより、上記１の部材と上記他の部材とを連結する。以下に、ばね５の平面形状についてより詳細に説明する。
部材５７は、１の部材に接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４１だけ延在するように形成されている。部材５８は、部材５７の他端の屈曲部５７ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材５９は、部材５８の他端の屈曲部５８ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４３（Ｌ４３＜Ｌ４１）だけ延在するように形成されている。部材６０は、部材５９の他端の屈曲部５９ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材６１は、部材６０の他端の屈曲部６０ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材６２は、部材６１の他端の屈曲部６１ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。
部材６３は、部材６２の他端の屈曲部６２ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材６４は、部材６３の他端の屈曲部６３ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材６５は、部材６４の他端の屈曲部６４ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４４（Ｌ４４＞２Ｌ４３）だけ延在するように形成されている。部材６６は、部材６５の他端の屈曲部６５ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材６７は、部材６６の他端の屈曲部６６ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材６８は、部材６７の他端の屈曲部６７ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。
部材６９は、部材６８の他端の屈曲部６８ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材７０は、部材６９の他端の屈曲部６９ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材７１は、部材７０の他端の屈曲部７０ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４５（２Ｌ４５＝Ｌ４４）だけ延在するように形成されている。部材７２は、部材７１の他端の屈曲部７１ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ４６（Ｌ４６＝２Ｌ４２）だけ延在するように形成されている。部材７３は、部材７２の他端の屈曲部７２ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４５だけ延在するように形成されている。部材７４は、部材７３の他端の屈曲部７３ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。
部材７５は、部材７４の他端の屈曲部７４ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材７６は、部材７５の他端の屈曲部７５ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材７７は、部材７６の他端の屈曲部７６ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材７８は、部材７７の他端の屈曲部７７ａに接続された一端からＹ軸方向の負の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材７９は、部材７８の他端の屈曲部７８ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４４だけ延在するように形成されている。部材８０は、部材７９の他端の屈曲部７９ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。
部材８１は、部材８０の他端の屈曲部８０ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材８２は、部材８１の他端の屈曲部８１ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材８３は、部材８２の他端の屈曲部８２ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材８４は、部材８３の他端の屈曲部８３ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材８５は、部材８４の他端の屈曲部８４ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ４３だけ延在するように形成されている。部材８６は、部材８５の他端の屈曲部８５ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ４２だけ延在するように形成されている。部材８７は、部材８６の他端の屈曲部８６ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ４１だけ延在するように形成されている。
ここで、ばね５のＸ軸方向に形成された部材５７，５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１，７３，７５，７７，７９，８１，８３，８５，８７の長さの合計は、ばね５全体の長さよりも長く、かつ、Ｙ軸方向に形成された部材５８，６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２，７４，７６，７８，８０，８２，８４，８６の長さの合計よりも長く形成されている。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数を従来よりも低下させることなく、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することができる。結果として、ばね５が破損したり固着したりするのを防ぐことができる。特に、ばね５では、折り返し回数を多くしているため、上述したばね１〜４よりもＸ軸方向と平行に形成された部材の長さの合計を長くすることができる。このため、Ｒ方向のばね定数を小さくすることができる。
なお、ばね５では、幅方向の一方と他方に平面視略四角形の部材を２つずつ有する形状に形成するようにしたが、平面視略四角形の部材の数量は２つに限定されず、適宜自由に設定することができる。このとき、幅方向の一方と他方とで数量が異なるようにしてもよい。さらに、平面視略四角形の形状を幅方向に併設するようにしたが、長さ方向に併設したり、点対称に併設するようにしてもよい。これによりデバイスの形状に合わせてばね５の形状を適宜自由に設定することができる。
また、部材５７〜部材８７の長さは、平行に形成された部材と離間しているのであれば、例えば全ての部材の長さが異なるようにしたり、部材５７と部材８７の軸線が一致しないようにしたりするなど、適宜自由に設定することができる。したがって、部材５８，６０，６２，６４，８０，８２，８４，８６の距離の和と、部材６６，６８，７０，７２，７４，７６，７８の距離の和とが等しくならないようにしてもよい。
また、例えば、図１９に示すばね６のように、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、部材８８〜部材９８が屈曲部８８ａ〜９７ａ連続して接続されることにより、回動軸に対して斜めに配設された部材により略Ｓ字状の形状が回動軸の略中心に対して点対称に連結された平面形状を有するようにしてもよい。このようなばね６は、部材８８が１の部材に接続され、部材９７が他の部材に接続されることにより、上記１の部材と上記他の部材とを連結する。以下に、ばね６の平面形状についてより詳細に説明する。
部材８８は、１の部材に接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ５１だけ延在するように形成されている。部材８９は、部材８８の他端の屈曲部８８ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ５２だけ延在するように形成されている。部材９０は、部材８９の他端の屈曲部８９ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ５３（Ｌ５３＜Ｌ５１）だけ延在するように形成されている。部材９１は、部材９０の他端の屈曲部９０ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ５４だけ延在するように形成されている。部材９２は、部材９１の他端の屈曲部９１ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ５５（Ｌ５５＞２Ｌ５３）だけ延在するように形成されている。
部材９３は、部材９２の他端の屈曲部９２ａに接続された一端から、部材９２の一端と前記部材８８の長手方向に対して線対称な位置まで延在するように形成されている。本実施例のばね６は、部材９３の長さをＬ５６としたとき、下式（１）が成り立つように形成されている。
（２Ｌ５２＋２Ｌ５４）2＋（Ｌ５５）2＝（Ｌ５６）2 ・・・（１）
部材９４は、部材９３の他端の屈曲部９３ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ５５だけ延在するように形成されている。部材９５は、部材９４の他端の屈曲部９４ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ５４だけ延在するように形成されている。部材９６は、部材９５の他端の屈曲部９５ａに接続された一端からＸ軸方向の負の方向に距離Ｌ５３だけ延在するように形成されている。部材９７は、部材９６の他端の屈曲部９６ａに接続された一端からＹ軸方向の正の方向に距離Ｌ５２だけ延在するように形成されている。部材９８は、部材９７の他端の屈曲部９７ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ５１だけ延在するように形成されている。
ここで、ばね６のＸ軸方向に沿って形成された成分の長さの合計は、ばね６全体の長さよりも長く形成されている。屈曲部９２ａの角度をαとすると、ばね６のＸ軸方向に沿った成分の合計、すなわち、部材８８，９０，９２，９４，９６，９８の長さおよびＬ５６ｃｏｓαの合計は、ばね６全体の長さよりも長く形成されている。なお、図１９に示すばね６においては、部材８８，９０，９２，９４，９６，９８の長さの合計は、ばね６全体の長さよりも長く、かつ、Ｙ軸方向に沿って形成された部材８９，９１，９５，９７の長さの合計よりも長く形成されている。これにより、部材９３がＸ軸およびＹ軸に対して斜めに形成されている場合であっても、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数を従来よりも低下させることなく、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することができる。結果として、ばね６が破損したり固着したりするのを防ぐことができる。
なお、ばね６において、部材８９と部材９７および部材９１と部材９５は、それぞれ同じ長さに形成するようにしたが、異なる長さに形成するようにしてもよい。これによりデバイスの形状に合わせてばね６の形状を適宜自由に設定することができる。
また、部材８８〜部材９８の長さは、平行に形成された部材や部材９３と離間しているのであれば、例えば全ての部材の長さが異なるようにしたり、部材８８と部材９８の軸線が一致しないようにしたりするなど、適宜自由に設定することができる。
また、例えば、図２０に示すばね７のように、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と直交する断面が略矩形の形状を有し、部材９９〜部材１０５が屈曲部９９ａ〜１０４ａ連続して接続されることにより、回動軸に対して斜めに配設された部材により略Ｚ字状の形状が回動軸の略中心に対して点対称に連結された平面形状を有するようにしてもよい。このようなばね７は、部材９９が１の部材に接続され、部材１０５が他の部材に接続されることにより、上記１の部材と上記他の部材とを連結する。以下に、ばね７の平面形状についてより詳細に説明する。
部材９９は、１の部材に接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ６１だけ延在するように形成されている。部材１００は、距離Ｌ６２だけ延在する直線状の部材からなり、部材９９のＹ軸方向の正の方向の側に配設され、一端が部材９９の他端の屈曲部９９ａにθ1（０°＜θ1＜９０°）の角度で接続される。本実施例では、下式（２）を満足するように部材１００が配設される。
Ｌ６２ｃｏｓθ1＜Ｌ６１ ・・・（２）
部材１０１は、部材１００の他端の屈曲部１００ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ６３だけ延在するように形成されている。したがって、屈曲部１００ａの角度は、θ1となる。部材１０２は、距離Ｌ６４だけ延在する直線状の部材からなり、Ｙ軸方向の負の方向の側に配設され、一端が部材１０１の他端の屈曲部１０１ａにθ2（０°＜θ2＜９０°）の角度で接続される。本実施例では、下式（３）を満足するように部材９６が配設される。
Ｌ６４ｃｏｓθ2≒Ｌ６３ ・・・（３）
部材１０３は、部材１０２の他端の屈曲部１０２ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ６３だけ延在するように形成されている。本実施例において、部材１０２と部材１０３とは、上式（３）を満足するように形成される。
部材１０４は、距離Ｌ６２だけ延在する直線状の部材からなり、部材１０３のＹ軸方向の正の方向の側に配設され、一端が部材１０３の他端の屈曲部１０３ａにθ1（０°＜θ1＜９０°）の角度で接続される。部材１０５は、部材１０４の他端の屈曲部１０４ａに接続された一端からＸ軸方向の正の方向に距離Ｌ６１だけ延在するように形成されている。本実施例において、部材１０４と部材１０５とは、上式（２）を満足するように形成される。
本実施例のばね７は、ばね７のＸ軸方向に沿って形成された成分の長さの合計は、ばね７全体の長さよりも長く形成されている。ばね７のＸ軸方向に沿った成分の合計、すなわち、部材９９，１０１，１０３，１０５の長さおよび部材１００のＸ軸方向の成分（Ｌ６２ｃｏｓθ1）、部材１０２のＸ軸方向の成分（Ｌ６４ｃｏｓθ2）、部材１０４のＸ軸方向の成分（Ｌ６２ｃｏｓθ1）の合計は、ばね７全体の長さよりも長く形成されている。なお、図２０に示すばね７においては、部材９９，１０１，１０３，１０５の長さの合計がばね７全体の長さよりも長く、Ｙ軸方向に沿って形成された部材が存在しない。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して斜めに形成された部材１００，１０２，１０４のＹ軸方向の成分の長さの合計も、上述したばね７のＸ軸方向に沿った成分の合計のみならず部材９９，１０１，１０３，１０５の長さの合計より短く形成されている。これにより、部材１００，１０２，１０４がＸ軸およびＹ軸に対して斜めに形成されている場合であっても、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のばね定数を従来よりも低下させることなく、Ｒ方向のばね定数を広い範囲で適宜自由に設定することができる。結果として、ばね７が破損したり固着したりするのを防ぐことができる。
上述したようなばね２〜７は、ばね１の場合と同様、図１１〜図１４を参照して説明したミラー素子、ミラーアレイおよび光スイッチ等に適用することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、回動軸に軸線が平行な部材の長さの合計を無負荷状態におけるばねの両端部の間隔、すなわちばね全体の長さより長くすることにより、回動軸回りのばね定数を小さくすることがで、その他の部材の配置や形状とあわせて他の方向のばね定数が小さくならないようにすることができるので、所望する特性を有するように容易に形成することができる。
なお、本実施例において、Ｘ軸方向と平行な部材以外の部材は、Ｙ軸方向と平行であったりＸ軸およびＹ軸に対して斜めに形成されるようにしたが、Ｘ軸方向と平行な部材の長さの合計がばね長さよりも長い、望ましくは、Ｘ軸方向と平行な部材以外の部材の長さの合計よりも長くなるのであれば、軸線が曲線、円弧、三角形を描くなど、適宜自由に設定することができる。また、本実施例において、シリコンから構成されるばねを一例に説明したが、ばねの構成材料はシリコンに限定されず例えば金属や絶縁体など弾性材料であるならば各種材料を用いることができる。
また、Ｘ軸方向と平行な部材の長さの合計がばね長さよりも長くなるのであれば、その合計がＹ軸方向と平行な部材以外の部材の長さの合計よりも短くなるようにしてもよい。さらに、Ｘ軸方向と平行な部材の長さの合計がばね長さよりも長くなるのであれば、ばねの特性に影響を与えない程度の冗長な構成を付加するようにしてもよい。
本発明は、ＭＥＭＳ技術により作成されるマイクロマシン、半導体装置、波長選択スイッチ、スキャナ、加速度センサ、角加速度センサなど、１の部材と他の部材を連結する部材を有する各種デバイスに適用することができる。例えば、波長選択スイッチ（Journal of microelectromechanical systems, vol. 15, NO. 5, October 2006, page 1209)に適用する場合、ミラー素子間の間隔を非常に小さくすることが要求されることがあるので、ミラー素子は、ミラーを支える可動枠連結部やミラー連結部を構成するばねの面積的に小さく、かつ、ミラー素子の間隔よりも幅の狭い領域に配置できるようにするのが望ましい。しかしながら、従来のつづら折り型のばねでは、所望の特性を有した状態で構造を小さくすることが困難であるので、波長選択スイッチに適用することが困難であった。これに対して、本発明のばね構造では、所望の特性を有した状態でも構造を小さくすることが可能であるので、波長選択スイッチに適用することができる。
なお、隣接するミラーを支えるばねの配置領域に、互いのばね構造がはみ出すようにすることにより大きなばねを配置することも可能であるが、この場合には、振動試験などの信頼性試験の基準を満足させることが困難になるので、本発明のばねを用いた方が望ましい。

Claims (13)

  1. 一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、
    前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部と
    を備え、
    前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、
    前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、
    前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、
    全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有する
    ことを特徴とするばね。
  2. 請求項１記載のばねにおいて、
    前記ばねの一方の端部を構成する一端から前記軸線方向の一方の方向に第１の距離だけ延在する第１の要素と、
    この第１の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向と直交する直交方向の一方の方向に第２の距離だけ延在する第２の要素と、
    この第２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第３の距離だけ延在する第３の要素と、
    この第３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第４の距離だけ延在する第４の要素と、
    この第４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第５の距離だけ延在する第５の要素と、
    この第５の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第６の距離だけ延在する第６の要素と、
    この第６の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第７の距離だけ延在する第７の要素と、
    この第７の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第８の距離だけ延在する第８の要素と、
    この第８の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第９の距離だけ延在する第９の要素と、
    この第９の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第１０の距離だけ延在する第１０の要素と、
    この第１０の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第１１の距離だけ延在する第１１の要素と、
    この第１１の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第１２の距離だけ延在する第１２の要素と、
    この第１２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第１３の距離だけ延在する第１３の要素と、
    この第１３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第１４の距離だけ延在する第１４の要素と、
    この第１４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第１５の距離だけ延在し、他端が前記ばねの他方の端部を構成する第１５の要素と
    から構成されることを特徴とするばね。
  3. 請求項２記載のばねにおいて、
    前記第１の要素と前記第９の要素、前記第２の要素と前記第８の要素、前記第７の要素と前記第１５の要素、および、前記第８の要素と前記第１４の要素は、それぞれ互いに離間する
    ことを特徴とするばね。
  4. 請求項２記載のばねにおいて、
    前記第２の距離、前記第４の距離、前記第６の距離、前記第１０の距離、前記第１２の距離および前記第１４の距離は、それぞれ等しく、
    前記第８の距離は、前記第２の距離の２倍となる
    ことを特徴とするばね。
  5. 請求項２記載のばねにおいて、
    前記第２の距離、前記第４の距離、前記第１２の距離および前記１４の距離の和は、前記第６の距離、前記第８の距離および前記第１０の距離の和に等しい
    ことを特徴とするばね。
  6. 請求項２記載のばねにおいて、
    前記第２の距離と前記第１４の距離は等しく、
    前記第４の距離、前記第６の距離、前記第１０の距離および前記第１２の距離は、それぞれ等しく、
    前記第２の距離と前記第４の距離の和は、前記第８の距離に等しい
    ことを特徴とするばね。
  7. 請求項１記載のばねにおいて、
    前記ばねの一方の端部を構成する一端から前記軸線方向の一方の方向に第１の距離だけ延在する第１の要素と、
    この第１の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向と直交する直交方向の一方の方向に第２の距離だけ延在する第２の要素と、
    この第２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第３の距離だけ延在する第３の要素と、
    この第３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第４の距離だけ延在する第４の要素と、
    この第４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第５の距離だけ延在する第５の要素と、
    この第５の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第６の距離だけ延在する第６の要素と、
    この第６の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第７の距離だけ延在する第７の要素と、
    この第７の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第８の距離だけ延在する第８の要素と、
    この第８の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第９の距離だけ延在する第９の要素と、
    この第９の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第１０の距離だけ延在する第１０の要素と、
    この第１０の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第１１の距離だけ延在し、他端が前記ばねの他方の端部を構成する第１１の要素と
    から構成されることを特徴とするばね。
  8. 請求項１記載のばねにおいて、
    前記ばねの一方の端部を構成する一端から前記軸線方向の一方の方向に第１の距離だけ延在する第１の要素と、
    この第１の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向と直交する直交方向の一方の方向に第２の距離だけ延在する第２の要素と、
    この第２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第３の距離だけ延在する第３の要素と、
    この第３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第４の距離だけ延在する第４の要素と、
    この第４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第５の距離だけ延在する第５の要素と、
    この第５の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第６の距離だけ延在する第６の要素と、
    この第６の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第７の距離だけ延在する第７の要素と、
    この第７の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第８の距離だけ延在する第８の要素と、
    この第８の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第９の距離だけ延在する第９の要素と、
    この第９の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第１０の距離だけ延在する第１０の要素と、
    この第１０の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第１１の距離だけ延在し、他端が前記ばねの他方の端部を構成する第１１の要素と
    から構成されることを特徴とするばね。
  9. 請求項１記載のばねにおいて、
    前記ばねの一方の端部を構成する一端から前記軸線方向の一方の方向に第１の距離だけ延在する第１の要素と、
    この第１の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向と直交する直交方向の一方の方向に第２の距離だけ延在する第２の要素と、
    この第２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第３の距離だけ延在する第３の要素と、
    この第３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第４の距離だけ延在する第４の要素と、
    この第４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第５の距離だけ延在する第５の要素と、
    この第５の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第６の距離だけ延在する第６の要素と、
    この第６の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第７の距離だけ延在する第７の要素と、
    この第７の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第８の距離だけ延在する第８の要素と、
    この第８の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第９の距離だけ延在し、他端が前記ばねの他方の端部を構成する第９の要素と
    から構成されることを特徴とするばね。
  10. 請求項１記載のばねにおいて、
    前記ばねの一方の端部を構成する一端から前記軸線方向の一方の方向に第１の距離だけ延在する第１の要素と、
    この第１の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向と直交する直交方向の一方の方向に第２の距離だけ延在する第２の要素と、
    この第２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第３の距離だけ延在する第３の要素と、
    この第３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第４の距離だけ延在する第４の要素と、
    この第４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第５の距離だけ延在する第５の要素と、
    この第５の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第６の距離だけ延在する第６の要素と、
    この第６の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第７の距離だけ延在する第７の要素と、
    この第７の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第８の距離だけ延在する第８の要素と、
    この第８の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第９の距離だけ延在する第９の要素と、
    この第９の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第１０の距離だけ延在する第１０の要素と、
    この第１０の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第１１の距離だけ延在する第１１の要素と、
    この第１１の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第１２の距離だけ延在する第１２の要素と、
    この第１２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第１３の距離だけ延在する第１３の要素と、
    この第１３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第１４の距離だけ延在する第１４の要素と、
    この第１４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第１５の距離だけ延在する第１５の要素と、
    この第１５の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第１６の距離だけ延在する第１６の要素と、
    この第１６の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第１７の距離だけ延在する第１７の要素と、
    この第１７の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第１８の距離だけ延在する第１８の要素と、
    この第１８の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第１９の距離だけ延在する第１９の要素と、
    この第１９の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第２０の距離だけ延在する第２０の要素と、
    この第２０の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第２１の距離だけ延在する第２１の要素と、
    この第２１の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の他方の方向に第２２の距離だけ延在する第２２の要素と、
    この第２２の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第２３の距離だけ延在する第２３の要素と、
    この第２３の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第２４の距離だけ延在する第２４の要素と、
    この第２４の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第２５の距離だけ延在する第２５の要素と、
    この第２５の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第２６の距離だけ延在する第２６の要素と、
    この第２６の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第２７の距離だけ延在する第２７の要素と、
    この第２７の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第２８の距離だけ延在する第２８の要素と、
    この第２８の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の他方の方向に第２９の距離だけ延在する第２９の要素と、
    この第２９の要素の他端に接続された一端から前記直交方向の一方の方向に第３０の距離だけ延在する第３０の要素と、
    この第３０の要素の他端に接続された一端から前記軸線方向の一方の方向に第３１の距離だけ延在し、他端が前記ばねの他方の端部を構成する第３１の要素と
    から構成されることを特徴とするばね。
  11. 基板と、この基板と離間して略平行に配設された枠部材と、この枠部材の開口内にばねを介して回動可能に支持されたミラーと、前記基板上の前記ミラーと対向する位置に形成された電極とを備えたミラー素子であって、
    前記ばねは、一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部とを備え、前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有する
    ことを特徴とするミラー素子。
  12. 基板と、この基板と離間して略平行に配設された枠部材と、この枠部材の開口内にばねを介して回動可能に支持されたミラーと、前記基板上の前記ミラーと対向する位置に形成された電極とを備えたミラー素子を２次元的に複数配置したミラーアレイであって、
    前記ばねは、一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部とを備え、前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有する
    ことを特徴とするミラーアレイ。
  13. 入力ポートからの光を反射する第１のミラーアレイと、
    この第１のミラーアレイからの光を反射して出力ポートに導く第２のミラーアレイとを備えた光スイッチであって、
    前記第１のミラーアレイおよび前記第２のミラーアレイは、
    基板と、この基板と離間して略平行に配設された枠部材と、この枠部材の開口内にばねを介して回動可能に支持されたミラーと、前記基板上の前記ミラーと対向する位置に形成された電極とを備えたミラー素子を２次元的に複数配置したミラーアレイからなり、
    前記ばねは、一対の端部を有し、弾性材料からなる長尺部材と、前記一対の端部間に形成され、前記長尺部材を複数の要素に分割する複数の屈曲部とを備え、前記一対の端部を通る軸線に平行な要素の長さの合計が、無負荷状態における前記端部の間隔より大きく、前記軸線に平行な要素の長さの合計が、前記軸線に平行でない要素の長さの合計より大きく、前記軸線と前記長尺部材のうち当該軸線と平行でない部材とは１つの交点を有し、全体として前記交点を中心とした点対称の形状を有する
    ことを特徴とする光スイッチ。
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