以下、本発明によるマイクロアクチュエータアレー、光学装置及び光スイッチアレーについて、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を備えた光学システム(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。)。光スイッチアレー1の基板21の面がXY平面と平行となっている。また、Z軸方向のうち矢印の向きを+Z方向又は+Z側、その反対の向きを−Z方向又は−Z側と呼び、X軸方向及びY軸方向についても同様とする。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。また、X軸方向の並びを列、Y軸方向の並びを行という。
この光スイッチシステムは、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、図1に示すように、X軸方向の−側がN極に+側がS極に着磁された板状の永久磁石であり、光スイッチアレー1の下側に配置され、光スイッチアレー1に対して磁力線5aで示す磁界を発生している。すなわち、磁石5は、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21と、基板21上に配置されたm×n個のミラー12とを備えている。m本の光入力用光ファイバ2は、基板21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21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12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12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12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21上に配置されている。なお、本例では、ミラー12の向きは、その法線がXY平面と平行な面内においてX軸と45゜をなす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12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。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。
図2は、図1中の光スイッチアレー1を模式的に示す概略平面図である。ただし、図2では、基板21に設けられた配線パターン61b,62,63等の図示は省略している。光スイッチアレー1は、図2に示すように、基板21(図2では図示せず)と、該基板21上に2次元状に配置されたm×n個の可動部11と、各可動部11に搭載されたミラー12と、可動部11とは別に基板21上に配置された被支持部111とを備えている。
図1及び図2並びに後述する図では、説明を簡単にするため、9個の光スイッチを3行3列に配置しているが、光スイッチの数は何ら限定されるものではない。光スイッチアレー1のうちのミラー12以外の部分が、マイクロアクチュエータアレーを構成している。
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、図3乃至図10を参照して説明する。
図3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12)を模式的に示す概略平面図である。図3では、可動部11及び脚部22,23の表面に全体に渡って形成された保護膜としてのSiN膜44は省略して示し、本来実線で書くべき凸条部49,50のラインを破線で示し、Al膜42,43にそれぞれ異なるハッチングを付している。また、図3では、基板21に設けられた配線パターン61b,62,63等の図示は省略している。図4は、図3中のX11−X12線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図3中のX19−X20線に沿った概略断面図は図4と同様となる。図5は、図3中のX13−X14線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図3中のX17−X18線に沿った概略断面図は図5と同様となる。図6は、図3中のX15−X16線に沿った概略断面図である。図7は、図3中のY11−Y12線に沿った概略断面図である。図8は、図3中のY13−Y14線に沿った概略断面図である。図9は、図3中のY15−Y16線に沿った概略断面図である。図10は、図3中のY17−Y18線に沿った概略断面図である。
なお、図4乃至図10では、この光スイッチが2行2列目に配置されたものとして、後述する配線パターン61b,62,63を表している。また、図4乃至図10では、梁構成部32,34がZ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部32,34は、実際には、後述する図11(a)に示すように、可動部11が力を受けていない状態において、当該梁構成部32,34を構成する膜の応力によって+Z方向に湾曲している。
本実施の形態で用いられているマイクロアクチュエータは、シリコン基板やガラス基板等の基板21と、脚部22,23と、Z軸方向から見た平面視で主としてX軸方向に並行して延びた2本の帯板状の梁部24,25と、梁部24,25の先端(自由端、+X方向の端部)に設けられそれらの間を機械的に接続する平面視で長方形状の接続部26と、梁部24を構成する梁構成部33及び梁部25を構成する梁構成部35の固定端側同士を補強のために機械的に接続する接続部27と、固定電極(第1の電極部)61aと、を備えている。
梁部24の固定端(−X方向の端部)は、基板21上のシリコン酸化膜等の絶縁膜29上に形成されたAl膜からなる配線パターン62,63(図3では省略。図4及び後述する図15参照。)をそれぞれ介して基板21から立ち上がる立ち上がり部を持つ2つの個別脚部22a,22bからなる脚部22を介して、基板21に機械的に接続されている。同様に、梁部25の固定端(−X方向の端部)は、基板21上の絶縁膜29上に形成されたAl膜からなる2つの配線パターン62,63(図3では省略。後述する図15参照。)をそれぞれ介して基板21から立ち上がる立ち上がり部を持つ2つの個別脚部23a,23bからなる脚部23を介して、基板21に機械的に接続されている。ただし、後述する図15からわかるように、1列目の3つの光スイッチでは、個別脚部23aは、配線パターン62を介することなく、絶縁膜29を介して基板21から立ち上がっている。前述したように、梁部24,25の自由端間が接続部26で機械的に接続され、梁構成部33,35の固定端側同士が接続部27で機械的に接続されている。したがって、本実施の形態では、梁部24,25及び接続部26,27が、全体として、片持ち梁構造を持つ可動部11を構成し、この可動部11は、脚部22,23を介して基板21により支持されて、基板21に対して移動し得るようにかつ基板21から間隔をあけるように設けられている。本実施の形態では、基板21、絶縁膜29、固定電極61a及び配線パターン61b,62,63等が、固定部を構成している。
梁部24は、可動部11の固定端と自由端との間に機械的にX軸方向に直列に接続された2つの梁構成部32,33を有している。梁構成部32は、Z軸方向から見た平面視でX軸方向に延びた帯板状に構成されている。梁構成部33は、帯板状に構成され、図3に示すように、Z軸方向から見た平面視で、主としてX軸方向に延びているものの、−X側の位置でY軸方向に折れ曲がったような形状を有している。固定端側(−X側)の梁構成部32はZ軸方向に撓み得る板ばね部となっているのに対し、自由端側(+X側)の梁構成部33はZ軸方向(基板21側及びその反対側)の撓み及びその他の方向の撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部となっている。
梁構成部32は、下側のSiN膜41と中間のAl膜42,43と上側の保護膜としてのSiN膜44とが積層された3層(ただし、Al膜42,43間の隙間では2層)の薄膜で、板ばねとして作用するように構成されている。なお、図3において、Al膜42の後述する各部分を符号42a,42bで示し、Al膜43の後述する各部分を符号43a,43bで示している。Al膜42とAl膜43とは、同時に成膜されたAl膜をパターニングすることにより同一階層に形成されているが、図3に示すように、若干Y軸方向に隙間をあけて形成され、互いに電気的に分離されている。これは、Al膜42の一部42aを静電力用可動電極として用いるとともにAl膜42の他の部分42bを可動電極42aに電位を印加するための配線(可動電極用配線)として用い、Al膜43の一部43aをローレンツ力用電流経路として用いるとともに他の部分43bをローレンツ力用電流経路43aに電流を供給するための配線(ローレンツ力用配線)として用いるためである。静電力用配線ではほとんど電流を流さない一方、ローレンツ力用配線では比較的大きい電流を流すため、ローレンツ力用配線の電気抵抗を低減するべく、Al膜42は幅が狭く形成され、Al膜43は幅が広く形成されている。
梁構成部33は、梁構成部32からそのまま連続して延びた下側のSiN膜41と中間のAl膜42,43と上側の保護膜としてのSiN膜44とが積層された3層(ただし、Al膜42,43間の隙間では2層)の薄膜で、構成されている。しかし、後述する凸条部49,50を形成することによって、梁構成部33に前述した剛性を持たせている。
図4では、梁構成部32がZ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部32は、実際には、後述する図11(a)に示すように、駆動信号が供給されていない状態において、膜41〜44の応力によって、上方(基板21と反対側、+Z方向)に湾曲している。このような湾曲状態は、膜41〜44の成膜条件を適宜設定することにより、実現することができる。一方、梁構成部33は、駆動信号の供給の有無に拘わらずZ軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜41〜44の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。このように、梁構成部32と梁構成部33とは、梁部24が力を受けない状態で、異なる湾曲・非湾曲状態を持っている。
本実施の形態では、脚部22は、梁構成部32を構成するSiN膜41,44及びAl膜42,43がそのまま連続して延びることによって構成され、2つの個別脚部22a,22bを有している。脚部22が2つの個別脚部22a,22bを有しているのは、静電力用配線とローレンツ力用配線とを分離して、Al膜42とAl膜43とを基板21上の別々の配線パターン62,63にそれぞれ電気的に接続させるためである。Al膜42は、個別脚部22aにおいてSiN膜41に形成された開口を介して可動電極用配線パターン62に電気的に接続されている。Al膜43は、個別脚部22bにおいてSiN膜41に形成された開口を介してローレンツ力用配線パターン63に電気的に接続されている。なお、脚部22の上部には、脚部22の強度を補強するために、凸条部51がZ方向から見た平面視で個別脚部22a,22bを一括して囲むように口の字状に形成されている。
梁部25及び脚部23は、前述した梁部24及び脚部22とそれぞれ全く同一の構造を有している。梁部25を構成する梁構成部34,35は、梁部24を構成する梁構成部32,33に相当している。脚部23を構成する個別脚部23a,23bは、脚部22を構成する個別脚部22a,22bにそれぞれ相当している。また、脚部23の上部には、前述した凸条部51に相当する凸条部52が形成されている。
接続部27は、梁構成部33,35からそのまま連続して延びたSiN膜41,44の2層膜で構成されている。接続部27には、梁構成部33,35からのAl膜42は延びておらず、接続部27においては、何ら電気的な接続は行われていない。
本実施の形態では、梁構成部33,35及び接続部26,27に一括して剛性を付与するべく、図3中の破線で示すように、平面視でこれらの一括した領域の外周側において周回するように凸条部49が形成され、前記一括した領域の内周側に周回するように凸条部50が形成されている。この凸条部49,50によって、梁構成部33,35が補強されて剛性を有している。梁構成部33,35は、駆動信号の供給の有無に拘わらずZ軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜41〜44の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。
接続部26は、梁構成部33,35を構成するSiN膜41,44及びAl膜42,43がそのまま連続して延びることによって構成されている。接続部26には、被駆動体としてのAu、Ni又はその他の金属からなるミラー12が設けられている。このミラー12は、例えば、前記特許文献2に開示されているように、ミラー12に対応する凹所をレジストに形成した後、電解メッキによりミラー12となるべきAu、Niその他の金属を成長させ、その後に前記レジストを除去することで、形成することができる。ミラー12をその支持基体となる部分により支持する支持構造は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献1に開示された支持構造を採用してもよい。その場合、これらの支持構造及びミラー12は、特許文献1に開示されている製造方法と同様の製造方法により製造することができる。
接続部26におけるAl膜42の部分42aが、静電力用可動電極(第2の電極部)となっている。この可動電極42aに対向する基板21上の領域には、Al膜からなる静電力用固定電極61aが形成されている。図6等に示すように、固定電極61aを構成するAl膜は配線パターン(固定電極用配線パターン)61bとしても延びており、可動電極用配線パターン42bと共に利用することによって、固定電極61aと可動電極42aとの間に電圧(静電力用電圧)を、印加できるようになっている。両者の間に静電力用電圧を印加することで、両者の間に駆動力としての静電力が発生する。
一方、前述した説明からわかるように、Al膜43によって、脚部22の個別脚部22b下の配線パターン63から、梁構成部32→梁構成部33→接続部26→梁構成部35→梁構成部34を経て、脚部23の個別脚部23b下の配線パターン63(後述する図15参照)へ至る、電流経路が構成されている。このAl膜43が構成する電流経路のうち、接続部26におけるY軸方向に沿った電流経路が、X軸方向の磁界内に置かれたときに、Z軸方向へ向かうローレンツ力を発生させる部分となっている。すなわち、接続部26におけるY軸方向に沿ったAl膜43の部分43aがローレンツ力用電流経路となっている。また、Al膜43における個別脚部22bから梁構成部32,33を経てローレンツ力用電流経路43aに至る部分43b、及び、ローレンツ力用電流経路43aから梁構成部35,34を経て個別脚部23bに至る部分43bが、それぞれローレンツ力用配線パターンとなっている。したがって、前述した図1中の永久磁石5を用いてX軸方向の磁界内に置き、前記電流経路へ電流(ローレンツ力用電流)を流すと、ローレンツ力用電流経路43aにローレンツ力(駆動力)がZ方向へ作用する。なお、このローレンツ力の向きが+Z方向であるか−Z方向であるかは、ローレンツ力用電流の向きによって定まる。
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、梁部24,25及び接続部26,27が構成する可動部11が、基板21等からなる固定部に対して、上下に(Z軸方向に)移動し得るようになっている。すなわち、本実施の形態では、可動部11は、板ばねを構成する梁構成部32,34のバネ力により復帰しようとする上側位置(後述する図11(a)参照)と、接続部26が固定電極61aに当接する下側位置(後述する図11(b)参照)との間を、移動し得るようになっている。前記上側位置では、可動部11の可動電極42aと固定部の固定電極61aとの間隔が広がって、両者の間に生じ得る静電力は低下又は消失する。前記下側位置では、可動部11の可動電極42aと固定部の固定電極61aとの間隔が狭まって、両者の間に生じ得る静電力は増大する。
本実施の形態では、可動電極42aと固定電極61aとの間の静電力用電圧及び前記ローレンツ力用電流を制御することで、ミラー12が上側位置(基板21と反対側)に保持された状態及びミラー12が下側(基板21側)に保持された状態にすることができる。本実施の形態では、後述するように、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11は、可動部11に設けられたミラー12による光の切り替え状態を模式的に示す概略側面図である。図11(a)はミラー12が上側に保持されて光路に進出した状態、図11(b)はミラー12が下側に保持されて光路から退出した状態を示している。なお、図11において、各部の構造は大幅に簡略化して示している。図11において、Kは、ミラー12の進出位置に対する光路の断面を示している。
図11(a)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、梁構成部32,34がそれらを構成する膜の応力によって+Z方向に湾曲した状態に復帰し、ミラー12が上側に保持される。これにより、ミラー12が光路Kに進出して、当該光路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12で反射させずにそのまま通過させる状態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板ばね部(梁構成部32,34)のバネ力に抗してミラー12を下方へ移動させ、ミラー12が基板21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。
なお、本実施の形態では、可動部11及び脚部22,23の表面に全体に渡って、保護膜としてのSiN膜44が形成されているが、このSiN膜44は形成しなくてもよい。また、本実施の形態では、可動部11において梁構成部33,35及び接続部26,27で囲まれた部分が開口となっているが、この部分にもSiN膜41,44を延在させて当該開口を閉塞し、そこにミラー12を搭載してもよい。
次に、図2中の被支持部111について、図12を参照して説明する。図12は、図2中のA−A’線に沿った概略断面図である。
被支持部111は、後述する図14及び図15からわかるように、可動部11以外の箇所に設けられた可動電極用配線及びローレンツ力用配線が互いに交差する場所付近に、設けられている。本実施の形態では、この交差する場所が3箇所あるので、被支持部111は3つ設けられている。
被支持部111は、図2及び図12に示すように、Y軸方向に延びた帯板状に構成されている。被支持部111は、下側のSiN膜141と中間のAl膜142と上側の保護膜としてのSiN膜144とが積層された3層の薄膜で、構成されている。被支持部111のY軸方向の両端は、基板21上の絶縁膜29上に形成されたAl膜からなる可動電極用配線パターン62を介して基板21から立ち上がる立ち上がり部を持つ脚部122,123をそれぞれ介して、基板21に機械的に接続されている。このように、被支持部111は、脚部122,123を介して基板21により支持されて、基板21から間隔をあけるように設けられている。
脚部122,123は、被支持部111を構成するSiN膜141,144及びAl膜142がそのまま連続して延びることによって構成されている。Al膜142は、脚部122,123においてSiN膜141に形成された開口を介して可動電極用配線パターン62に電気的に接続されている。Al膜142は、可動電極用配線パターンとなっており、基板上21上の可動電極用配線パターン62と共に、光スイッチアレー1における可動部11以外の箇所に設けられた可動電極用配線を構成している。
脚部122の上部には、脚部122の強度を補強するために、凸条部151がZ方向から見た平面視で当該脚部122を囲むように口の字状に形成されている。同様に、脚部123の上部には、脚部123の強度を補強するために、凸条部152がZ方向から見た平面視で当該脚部123を囲むように口の字状に形成されている。
本実施の形態では、被支持部111及びこれを支持する脚部122,123を構成する下側のSiN膜141と、可動部11及びこれを支持する脚部22,23を構成する下側のSiN膜41とは、同時に成膜されたSiN膜をパターニングすることにより形成されている。被支持部111及びこれを支持する脚部122,123を構成する中間のAl膜142と、可動部11及びこれを支持する脚部22,23を構成する中間のAl膜42,43とは、同時に成膜されたAl膜をパターニングすることにより形成されている。被支持部111及びこれを支持する脚部122,123を構成する上側のSiN膜144と、可動部11及びこれを支持する脚部22,23を構成する上側のSiN膜44とは、同時に成膜されたSiN膜をパターニングすることにより形成されている。このように、本実施の形態では、被支持部111及び脚部122,123、並びに、可動部11及び脚部22,23は、一括して形成されている。
なお、基板21に設けられた固定電極61a、固定電極用配線パターン61b、可動電極用配線パターン62及びローレンツ力用配線パターン63等を保護するために、これらの上面及び絶縁膜29の上面に、シリコン酸化膜等の絶縁膜を形成してもよい。
図13は、本実施の形態による光スイッチアレー1を示す電気回路図である。図3乃至図10に示す単一の光スイッチは、電気回路的には、1個のコンデンサ(固定電極61aと可動電極42aとがなすコンデンサに相当)と、1個のコイル(ローレンツ力用電流路43a(接続部26におけるY軸方向に延びたAl膜43の直線部分)に相当)と見なせる。図13では、m行n列目の光スイッチのコンデンサ及びコイルをそれぞれCmn及びLmnと表記している。例えば、図2中の左上の(1行1列目の)光スイッチのコンデンサ及びコイルをそれぞれC11,L11と表記している。本実施の形態では、各コンデンサの図13中の上側電極が固定電極61a、図13中の下側電極が可動電極42aとなっている。図13では、説明を簡単にするため、既に説明したように、9個の光スイッチを3行3列に配置している。もっとも、光スイッチの数は何ら限定されるものではなく、例えば100行100列の光スイッチを有する場合も、原理は同一である。また、光スイッチの数が同じであっても、行数と列数を同数にする必要はないし、マトリクス配置にする必要もない。例えば、光スイッチの数が9個の場合、1行9列の配置でもよいし、光スイッチの数が16個の場合、4行4列、1行16列及び2行8列のいずれの配置でもよい。
本実施の形態では、先の説明からわかるように、光スイッチアレー1の全体において、可動部11に設けられたローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a及び可動電極用配線パターン42b、並びに、被支持部111に設けられた可動電極用配線パターン142が、図14に示すように配置されることになる。なお、これらの要素43a,43b,42a,42b,142は、前述したように、同時に成膜されたAl膜をパターニングすることにより形成されている。
そして、本実施の形態では、光スイッチアレー1において、図15に示すように、固定電極61a、固定電極用配線パターン61b、可動電極用配線パターン62、ローレンツ力用配線パターン63、及び、端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3が基板21上に配置されることによって、図13に示す電気的な接続が実現されている。端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3は、例えば、対応する配線パターンの一部を電極パッド(ボンディングパッド)とすることにより構成されている。前述した要素61a,61b,62,63,CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3は、同時に成膜されたAl膜をパターニングすることにより、基板12上の絶縁膜29の上面に形成されている。なお、可動部11及び被支持部111に設けられた配線パターンと基板21に設けられた配線パターンとは、両者が重なっている個別脚部22a,22b,23a,23b及び脚部122,123で電気的に接続されている。
図14は、光スイッチアレー1の全体における、可動部11に設けられたローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a及び可動電極用配線パターン42b、並びに、被支持部111に設けられた可動電極用配線パターン142の配置を示す概略平面図である。図15は、光スイッチアレー1の全体における、基板21に設けられた固定電極61a、固定電極用配線パターン61b、可動電極用配線パターン62、ローレンツ力用配線パターン63、及び、端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3の配置を示す概略平面図である。図15には、可動部11の外形及び個別脚部22a,22b,23a,23b、並びに、被支持部111の外形及び脚部122,123を、それぞれ破線で併せて示している。
本実施の形態による光スイッチアレー1には、図13及び図15に示すように、複数の端子CD1〜CD3からなる第1の端子群、複数の端子CU1〜CU3からなる第2の端子群、複数の端子L0〜L3からなる第3の端子群が設けられている。これらの端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3は、図1中の外部制御回路6に接続するための外部接続用の端子である。
また、図13では、第1の端子群の端子CD1〜CD3の数が光スイッチの列数と同じく3個とされ、第2の端子群の端子CU1〜CU3の数が光スイッチの行数と同じく3個とされている。
本実施の形態では、1列目のコンデンサC11,C21,C31の固定電極61aは、第1の端子群の端子CD1に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。2列目のコンデンサC12,C22,C32の固定電極61aは、第1の端子群の端子CD2に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。3列目のコンデンサC13,C23,C33の固定電極61aは、第1の端子群の端子CD3に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。このように、各列毎に、当該列のマイクロアクチュエータの固定電極61aが電気的に共通して接続されている。これらの電気的な接続は、図15に示すように、固定電極用配線パターン61bによって実現されている。
また、1行目のコンデンサC11,C12,C13の可動電極42aは、第2の端子群の端子CU1に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。2行目のコンデンサC21,C22,C23の可動電極42aは、第2の端子群の端子CU2に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。3行目のコンデンサC31,C32,C33の可動電極42aは、第2の端子群の端子CU3に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。このように、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータの可動部11の可動電極42aが電気的に共通して接続されている。これらの電気的な接続は、図14及び図15に示すように、可動電極42a、可動電極用配線パターン42b,142,62によって実現されている。
また、図13では、1行目のコイルL11,L12,L13が直列に接続され、その一端が端子L1に他端が端子L0にそれぞれ接続されている。2行目のコイルL21,L22,L23が直列に接続され、その一端が端子L2に他端が端子L0にそれぞれ接続されている。3行目のコイルL31,L32,L33が直列に接続され、その一端が端子L3に他端が端子L0にそれぞれ接続されている。
1行目のコイルL11,L12,L13は、端子L1,L0間に電流を流したときにこれらのコイルL11,L12,L13に発生するローレンツ力の向きが同一になるように、電流の向きをそろえて接続されている。この点は、2行目のコイルL21,L22,L23及び3行目のコイルL31,L32,L33についても、同様である。本実施の形態では、電流を端子L0から端子L1,L2,L3に向かう方向に流したときに(この方向の電流を正の電流とする。)、マイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路にローレンツ力が下向きに働くように設定されている。
このように、図13に示す例では、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路43aが、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続されている。これらの電気的な接続は、図14及び図15に示すように、ローレンツ力用電流路43a、ローレンツ力用配線パターン43b,63によって実現されている。
なお、本実施の形態による光スイッチアレー1には、図13に示すように、アドレス回路や列選択スイッチや行選択スイッチ等は搭載されていない。
本実施の形態では、図1中の外部制御回路6は、前記端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3に接続され、端子CD1〜CD3,CU1〜CU3の電位をそれぞれ独立して制御するとともに、端子L1〜L3に流れる電流をそれぞれ独立して制御することで、前記光スイッチアレー1の各光スイッチの光路切換状態を制御する。外部制御回路6は、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、各端子CD1〜CD3,CU1〜CU3に与える電位及び端子L1〜L3に流す電流として供給し、その光路切換状態を実現する。なお、外部制御回路6の具体的な回路構成自体は、以下に説明する動作例から明らかである。
図16は、外部制御回路6が各端子CD1〜CD3,CU1〜CU3に与える電位、及び、各端子L1〜L3を経由して各コイルに流す電流のタイミングチャートの一例を示すものである。図16に示す例では、外部制御回路6は、第1の端子群の端子CD1〜CD3には2つの電位Vh,Vm1のいずれかの電位を与え、第2の端子群の端子CU1〜CU3には2つの電位Vm2,VLのいずれかの電位を与える。ここで、電位Vh,Vm1,Vm2,VLは、Vh>Vm1≧Vm2>VLの関係を満たしている。各端子L1〜L3には、I1(下向きのローレンツ力が生ずる方向の電流),−I2(上向きのローレンツ力が生ずる方向の電流)のいずれかの電流が流されるか、あるいは、電流が流されない(電流ゼロ)。
図16に示す例では、時刻t1以前は、各端子CD1〜CD3の電位がVhとされ、各端子CU1〜CU3の電位がVLとされ、端子L1〜L3には電流が流れておらず、9個の全てのアクチュエータがラッチ解除状態(可動部11が図11(a)に示すように上側位置に位置する状態)になっているものとする。
時刻t1から時刻t2の間に、端子L1,L2,L3に電流I1が流され、9個の全てのアクチュエータの可動部11が下方向(基板21側、すなわち、固定電極61aと可動電極42aの間隔が狭くなる方向)に動かされる。これにより、全てのアクチュエータの固定電極61aと可動電極42aの間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、全てのアクチュエータの可動部11が図11(b)に示すように下側位置にラッチ(保持)される。
時刻t3から時刻t4の間では、端子CD1の電位がVhからVm1に下げられ、端子CU1の電位がVLからVm2に上昇され、さらに、端子L1に電流−I2が流される。これにより、図13中のコンデンサC11の電極間電圧はVh−VLからVm1−Vm2に低下する。コンデンサC11の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサC11の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−I2によるローレンツ力は、固定電極61aと可動電極42aを引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサC11の固定電極61aと可動電極42aが引き離される。
また、時刻t3から時刻t4の間、コンデンサC21,C31の両電極間電圧はVm1−VLとなる。端子L2,L3には電流は流さないので、コンデンサC21,C31に相当するマイクロアクチュエータのコイルL12,L13には、ローレンツ力が発生しない。よって、電圧差Vm1−VLによって発生する静電力がバネ力よりも大きくなるように設定すれば、コンデンサC21,C31に相当するマイクロアクチュエータのラッチは維持される。
さらに、時刻t3から時刻t4の間、コンデンサC12、C13の両電極間電圧はVh−Vm2となる。端子L1には電流−I2が流れているので、コンデンサC12、C13に相当するマイクロアクチュエータのコイルL12,L13には、上向きのローレンツ力が発生する。よって、電圧Vh−Vm2によって発生する静電力がこのローレンツ力とバネ力の和よりも大きくなるように設定すれば、コンデンサC13,C13に相当するマイクロアクチュエータのラッチは維持される。
よって、時刻t3から時刻t4の間に、コンデンサC11に相当するマイクロアクチュエータのみがラッチが解除される。
時刻t3から時刻t4の間と同様に、時刻t5からt6の間にコンデンサC22に相当するマイクロアクチュエータのみがラッチが解除され、時刻t7から時刻t8の間にC33の固定電極61aと可動電極42aのみがラッチが解除される。
ここまでで、コンデンサC11,C22,C33に相当するマイクロアクチュエータのラッチを解除し、その他のマイクロアクチュエータのラッチを維持しているという当該光スイッチの初期のミラー配置が終了した。
さらに、この初期配置から一部のミラー配置を変更する手順を説明する。
時刻t9から時刻t10の間に、端子L1に電流I1が流され、コンデンサC11に相当するマイクロアクチュエータの可動部11が下方向(基板21側、すなわち、固定電極61aと可動電極の間隔が狭くなる方向)に動かされる。これにより、コンデンサC11に相当するアクチュエータの固定電極61aと可動電極42aの間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、コンデンサC11に相当するアクチュエータの可動部11が下側位置にラッチされる。
時刻t11から時刻t12の間に、端子L2に電流I1が流され、コンデンサC22に相当するアクチュエータの可動部11が下方向(基板21側、すなわち、固定電極61aと可動電極42aの間隔が狭くなる方向)に動かされる。これにより、コンデンサC22に相当するアクチュエータの固定電極61aと可動電極42aの間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、コンデンサC22に相当するアクチュエータの可動部11が下側位置にラッチされる。
時刻t13から時刻t14の間では、端子CD2の電圧がVhからVm1に下げられ、端子CU1の電位がVLからVm2に上昇され、さらに、端子L1に電流−I2が流される。これにより、図13中のコンデンサC12の電極間電圧はVh−VLからVm1−Vm2に低下する。コンデンサC12の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサC12の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−I2によるローレンツ力は、固定電極61aと可動電極42aを引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサC12の固定電極と可動電極が引き離される。このとき、その他のコンデンサに相当するマイクロアクチュエータは、時刻t1から時刻t2の間と同様に、ラッチが維持される。
時刻t15から時刻t16の間では、端子CD1の電圧がVhからVm1に下げられ、端子CU2の電位がVLからVm2に上昇され、さらに、端子L2に電流−I2が流される。これにより、図13中のコンデンサC21の電極間電圧はVh−VLからVm1−Vm2に低下する。コンデンサC21の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサC21の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−I2によるローレンツ力は、固定電極61aと可動電極42aを引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサC21の固定電極61aと可動電極42aが引き離される。このとき、その他のコンデンサに相当するマイクロアクチュエータは、時刻t1から時刻t2の間と同様に、ラッチが維持される。
以上で、コンデンサC12,C21,C33に相当するマイクロアクチュエータのラッチを解除し、その他のマイクロアクチュエータのラッチを維持しているという当該光スイッチのミラー配置の変更が終了した。
以上の動作説明から、所望の光路切換状態を適切に実現することができることがわかる。なお、前述した各電圧値及び電流値は、前述した動作を実現することができるように、適宜定めればよい。
図16に示す例では、外部制御回路6が、各期間においてコンデンサの電極間電圧として直流電圧が印加されるように、固定電極及び可動電極の電位を制御しているが、代わりに、図17に示すように、各期間においてコンデンサの電極間電圧としてパルスによる交流電圧が印加されるように、固定電極及び可動電極の電位を制御してもよい。図17は、外部制御回路6が各端子CD1〜CD3,CU1〜CU3に与える電位、及び、各端子L1〜L3を経由して各コイルに流す電流のタイミングチャートの他の例を示すものであり、図16に対応している。
図17において、各時刻の各マイクロアクチュエータの可動電極42aの動きは、図16の場合と同じである。図17に示す例では、固定電極61aに印加する電位(端子CD1,CD2,CD3に印加する電位)は、それぞれ位相が同じでデューティーが50%のパルス波形であり、グランドレベルを中心に正負方向に振幅Vh’もしくはVmで対称に振れている。また、可動電極42aに印加する電位(端子CU1,CU2,CU3に印加する電位)は、それぞれ位相が同じだが端子CD1,CD2,CD3に印加する電位とは逆位相のパルスで、デューティーは50%でありグランドレベルを中心に正負方向に振幅Vh’もしくはVmで対称に振れている。コンデンサの電極間電圧は、可動電極42aの電位及び固定電極61aの電位が共に振幅Vh’の場合は2×Vh’、一方が振幅Vh’で他方が振幅Vmの場合はVm+Vh’、共に振幅Vmの場合は2×Vmとなる。図17に示す例においても、各振幅値等を適宜設定することで、図16に示すように電位を供給する場合と同じ動作を実現することができる。なお、各期間において各端子CD1〜CD3,CU1〜CU3に、時間的にパルス状に変化する電位に代えて時間的に正弦波状に変化する電位を与えてもよい。
本実施の形態による光スイッチアレー1は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。その具体例を図18乃至図21を参照して簡単に説明する。図18乃至図21は、本実施の形態による光スイッチアレー1の製造方法における各製造工程を模式的に示す概略断面図であり、図12に対応している。
まず、基板21上に絶縁膜29を成膜する。次いで、絶縁膜29上にAl膜(第2の導電膜)を成膜し、フォトリソエッチング法等によって、このAl膜(第2の導電膜)を図15に示す固定電極61a、固定電極用配線パターン61b、可動電極用配線パターン62、ローレンツ力用配線パターン63、及び、端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3の形状にパターニングする(図18)。
次に、この状態の基板上に犠牲層としてのレジスト100を形成し、このレジスト100に個別脚部22a,22b,23a,23b及び脚部122,123のための開口100aを形成する(図19)。
次いで、このレジスト100上に、凸条部49〜52,151,152を形成するための犠牲層としてレジスト101を島状に形成する(図20)。その後、SiN膜を形成し、フォトリソエッチング法等によって、このSiN膜を可動部11のSiN膜41及び被支持部111のSiN膜141の形状にパターニングするとともに、このSiN膜に、個別脚部22a,22b,23a,23b及び脚部122,123におけるコンタクトホールを形成する。
その後、この状態の基板上にAl膜(第1の導電膜)を成膜し、フォトリソエッチング法等により、このAl膜(第1の導電膜)を、ローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a、可動電極用配線パターン42b及び可動電極用配線パターン142の形状にパターニングする。
次に、この状態の基板上にSiN膜を成膜し、フォトリソエッチング法等によって、このSiN膜を、可動部11のSiN膜44及び被支持部111のSiN膜144の形状にパターニングする(図21)。
その後、例えば、前記特許文献1に開示されている製造方法と同様に、この状態の基板上にミラー形成用のレジストを塗布し、ミラー12に対応する凹所をこのレジストに形成した後、電解メッキによりミラー12となるべきAu、Niその他の金属を成長させる。最後に、アッシング法等により、レジスト100,101及び前記ミラー形成用レジストを除去する。これより、本実施の形態による光スイッチアレー1が完成する。
本実施の形態による光スイッチアレー1では、図13乃至図15に示すように、可動部11以外の箇所に設けられた可動電極用配線(本実施の形態では、基板21に設けられた可動電極用配線パターン62と被支持部111に設けられた可動電極用配線パターン142とからなる配線)と、可動部11以外の箇所に設けられたローレンツ力用配線(本実施の形態では、基板21に設けられたローレンツ力用配線パターン63からなる配線)とが交差している。そして、本実施の形態では、前述したように、その交差場所付近における可動部11以外の箇所に設けられた可動電極用配線の一部(本実施の形態では、可動電極用配線パターン142)と、可動部11に設けられた可動電極用配線(本実施の形態では、可動電極用配線パターン42b)や可動電極42aやローレンツ力用電流経路43aやローレンツ力用配線パターン43bとが、同時に成膜されたAl膜をパターニングすることにより形成されている。したがって、本実施の形態によれば、前述した従来技術のようにその交差場所付近のおける可動電極用配線パターン142を可動部11の形成工程に先立って形成する場合に比べて、製造プロセスの工程数が少なくなり、これによりコストダウン及び歩留りの向上を図ることができる。
特に、本実施の形態では、固定電極61a、固定電極用配線パターン61b、可動電極用配線パターン62、ローレンツ力用配線パターン63、及び、端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3が同時に第1回目に成膜されたAl膜(第2の導電膜)をパターニングすることにより形成されるとともに、ローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a、及び、可動電極用配線パターン42b,142が、同時に第2回目に成膜されたAl膜(第1の導電膜)をパターニングすることにより形成されているので、Al膜の成膜・パターニングを2回行うだけですみ、製造プロセスの工程数が一層少なくなり、これにより更なるコストダウン及び更なる歩留りの向上を図ることができる。
また、本実施の形態では、可動部11が脚部22,23を介して基板21から間隔をあけるように設けられるのと同様に、被支持部111が脚部122,123を介して基板21から間隔をあけるように設けられ、前記交差場所付近の上側配線部分となる可動電極用配線パターン142がこの被支持部111に設けられている。このため、製造途中において、第2回目に成膜されたAl膜のおける可動電極用配線パターン142に相当する領域の高さを、第2回目に成膜されたAl膜のおけるローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a及び可動電極用配線パターン42bにそれぞれ相当する領域の高さと揃えることができる。したがって、フォトリソエッチング法によって、第2回目に成膜されたAl膜をこれらの形状にパターニングする際に、フォトレジストに対する露光精度を、ローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a及び可動電極用配線パターン42bにそれぞれ相当する領域に対して高めることができるのみならず、同時に、可動電極用配線パターン142に相当する領域に対しても高めることができる。このため、断線を生ずることなく、可動電極用配線パターン142を細く形成することができる。その結果、光スイッチアレー1の配線密度を高めることができ、ひいては光スイッチアレー1の小型化を図ることができる。もっとも、本発明では、必ずしも脚部122,123を設ける必要はなく、前記交差場所の上側配線部分となる可動電極用配線パターン142を基板21に設けてもよい。
また、本実施の形態では、被支持部111が、複数の可動部11が配置されている有効領域の周辺の、基板21上の領域に配置されている。このため、被支持部111(したがって、前記交差場所)を、複数の可動部11が配置されている有効領域内に混在させて配置する場合に比べて、複数の可動部11を規則正しく高い密度で配置することができるので、好ましい。もっとも、本発明では、被支持部111を、複数の可動部11が配置されている有効領域内に混在させて配置してもよい。
さらに、本実施の形態では、前述したように、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路43aが、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続されている。したがって、本実施の形態によれば、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路43aを電気的に並列に接続した場合に比べて、端子L1に流れる電流量を低減することができる。よって、本実施の形態によれば、電流容量の制約が大きくても十分なローレンツ力を生じさせることができ、小型化等の点でも非常に有利である。
さらにまた、本実施の形態によれば、各行毎に当該行のマイクロアクチュエータの可動電極42aが電気的に共通に接続されるとともに、各列毎に当該列のマイクロアクチュエータの固定電極61aが電気的に共通に接続されているので、各マイクロアクチュエータの一方電極をそれぞれ1つずつの外部接続端子に個別に接続するような場合に比べて、静電力用の端子の数を大幅に減らすことができる。そして、本実施の形態では、コンデンサを選択するためのアドレス回路(Xアドレスデコーダ、Yアドレスデコーダ)等は搭載されていない。
ところで、本実施の形態では、前記交差場所の上側配線部分を可動電極用配線の一部としている(すなわち、被支持部111に可動電極用配線パターン142を設けている)が、逆に、前記交差場所の上側配線部分をローレンツ力用配線の一部としてもよい。この場合、被支持部111を除去するとともに、可動部11以外の箇所の可動電極用配線を、基板21に設けた配線パターンのみで構成し、被支持部111に相当する被支持部をローレンツ力用配線に関連して設け、可動部11以外の箇所のローレンツ力用配線を、基板21に設けられた配線パターンと当該被支持部に設けた配線パターンとで構成すればよい。
また、本実施の形態は、可動部11以外の箇所に設けられた可動電極用配線と可動部11以外の箇所に設けられたローレンツ力用配線とが交差する例であったが、本発明では、例えば、可動部11以外の箇所に設けられた固定電極用配線と可動部11以外の箇所に設けられたローレンツ力用配線とが交差する光スイッチアレーにも、同様に適用することができる。
[第2の実施の形態]
図22は、本発明の第2の実施の形態による光スイッチアレー201を模式的に示す概略平面図であり、図2に対応している。図23は、本実施の形態による光スイッチアレー201の全体における、可動部11に設けられたローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a及び可動電極用配線パターン42b、並びに、被支持部211に設けられたパターン43a,43b,42a,42bの配置を示す概略平面図であり、図14に対応している。図24は、本実施の形態による光スイッチアレー201の全体における、基板21に設けられた固定電極61a、固定電極用配線パターン61b、可動電極用配線パターン62、ローレンツ力用配線パターン63、及び、端子CD1〜CD3,CU1〜CU3,L0〜L3の配置を示す概略平面図であり、図15に対応している。図22乃至図24において、図2、図14及び図15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。
本実施の形態による光スイッチアレー201が前記第1の実施の形態による光スイッチアレー1と異なる所は、可動部11以外の箇所に設けられた可動電極用配線及びローレンツ力用配線が互いに交差する場所付近に、被支持部111及びこれを支持する脚部122,123に代えて、被支持部211及びこれを支持する個別脚部22a,22b,23a,23bを含む脚部が設けられている点のみである。なお、本実施の形態による光スイッチアレー1を示す電気回路図は、図13と同一である。
本実施の形態では、被支持部211は可動部11と同一の構造を有しているので、可動部11の構成要素と同一の被支持部211の構成要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
被支持部211は、可動部11と同一の構造を有しているが、被支持部211にはミラー12が搭載されておらず、光スイッチ用マイクロアクチュエータの可動部11として有効に機能しない点に着目すると、ダミー構造体であると言える。
被支持部211のパターン43a,43b,42a,42bは、可動部11のローレンツ力用電流経路43a、ローレンツ力用配線パターン43b、可動電極42a及び可動電極用配線パターン42bとそれぞれ構造上は同一であるが、機能上は異なる。すなわち、被支持部211のパターン43a,43bは、電気的に無効であるダミーパターンとなっている。被支持部211のパターン42a,42bは、全体として、第1の実施の形態による光スイッチアレー1における被支持部111の配線パターン142に相当する可動電極用配線パターンとなっている。
このように、被支持部211は、マイクロアクチュエータの可動部11と同一の構造を持ちながらも、単に、前記第1の実施の形態による光スイッチアレー1の被支持部111に相当する配線部材となっている。
本実施の形態による光スイッチアレー201によっても、前記第1の実施の形態による光スイッチアレー1と同様の利点が得られる。
また、本実施の形態によれば、複数の可動部11が配置されている有効領域の周辺の基板21上の領域に配置されている被支持部211が、可動部11と同一の構造を有している。したがって、本実施の形態によれば、製造工程における犠牲層除去ためのアッシング時に、有効領域における周辺側(特に、被支持部211の側)の温度上昇が抑えられ、可動部11において薄膜の残留応力に差が生じてしまうような事態が低減され、可動部11に意図しない形状のばらつきが低減されるという利点も得られる。
この点について付言する。前述したように、前記第1の実施の形態による光スイッチアレー1の製造工程において、図21に示す状態(基板21上に犠牲層としてのレジスト100,101が形成され、その上に、可動部11の形状にパターニングされたSiN膜41、Al膜42,43及びSiN膜44からなる薄膜構造体が形成された状態)となった後に、アッシング等のドライプロセスによって犠牲層100,101を除去する工程が行われる。このとき、複数の可動部11が隣接して配置されているため、同じ基板21上であっても、犠牲層100,101が薄膜構造体と基板21との間に挟まれている領域と、基板21上に犠牲層100,101だけが露出している領域とで、大きな温度差が生ずる。具体的には、例えば、基板21上に犠牲層だけが露出している領域は、アッシング時に数百度の高温に達するのに対し、犠牲層が薄膜構造体と基板21との間に挟まれている領域ではそれほど温度が上昇しない。このため、複数の可動部11に相当する複数の薄膜構造体の周辺領域のアッシング時に生ずる高熱が、隣接して配列された複数の薄膜構造体のうち周辺部の薄膜構造体に伝導し、高温の熱処理が施された状態になる。これにより、中心部の薄膜構造体と周辺部側の薄膜構造体とで、薄膜の残留応力に差が生じ、薄膜構造体の形状(すなわち、可動部11の形状)にばらつきが生ずるなどの問題が発生し易い。
これに対し、本実施の形態による光スイッチアレー201では、複数の可動部11が配置されている有効領域の周辺の基板21上の領域に配置されている被支持部211が、可動部11と同一の構造を有しているので、被支持部211の側に配置されている光スイッチのマイクロアクチュエータの可動部11を構成する薄膜構造体には、アッシング時の高温が伝導され難くなり、光スイッチのマイクロアクチュエータの可動部11を構成する薄膜構造体の形状のばらつき等が低減されるのである。
したがって、このような可動部11の形状ばらつき低減効果をより増進するためには、図面には示していないが、複数の可動部11が配置されている有効領域の周辺の基板21上の領域のうち、被支持部211が配置されていない領域にも、可動部11及び被支持部211と同様の薄膜構造体をダミー構造体として配置することが好ましい。
なお、本実施の形態では、被支持部211が可動部11と同一の構造を有しているが、完全に同一の構造でなくても、被支持部211が可動部11と平面視で略同じ形状を有していれば、本実施の形態と同様の利点が得られる。例えば、被支持部211では、梁構成部32,34に凸条部を形成して梁構成部32,34に剛性を持たせてもよい。
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、前述した各実施の形態は、駆動力として静電力及びローレンツ力を用いる例であったが、本発明では、駆動力として静電力及びローレンツ力のうちの一方のみを用いてもよい。また、本発明では、駆動力として磁気力などの他の駆動力や任意の2種類以上を複合した駆動力により駆動されるように構成することもできる。また、例えば、異なる膨張係数を有する異なる物質の互いに重なった少なくとも2つの層の、熱膨張による変形を利用した駆動方式を採用してもよい。この場合、例えば、電気抵抗部への通電などによって、前記変形のための熱を与えることができ、通電量を駆動信号として用いることができる。
また、マイクロアクチュエータアレーに搭載される電気回路は、図13に示す回路に限定されるものではなく、各マイクロアクチュエータの固定電極及び可動電極並びにローレンツ力用電流路の両端をそれぞれ独立して外部接続用端子に接続した回路や、アドレス回路等を搭載した回路など、種々の回路構成を採用してもよい。
さらに、前述した各実施の形態は、本発明を可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータに適用した例であったが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献2に開示されているような可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータにも適用できる。
また、前述した各実施の形態は、本発明によるマイクロアクチュエータアレーを光スイッチアレーに適用した例であったが、本発明は、ミラー12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12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1及び第2の実施の形態による光スイッチアレーで採用されている光スイッチは、そのまま可変光減衰器として用いることができる。したがって、前記第1及び第2の実施の形態による光スイッチアレーで採用されている光スイッチを複数所望の位置関係に配置してアレー化することで、可変光減衰器アレーを得ることができる。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12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12に代えて光の反射率の低いシャッタを用いてもよい。