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JP2007248731A - Micromirror, and optical component and optical switch using the micromirror - Google Patents

Micromirror, and optical component and optical switch using the micromirror Download PDF

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JP2007248731A
JP2007248731A JP2006070965A JP2006070965A JP2007248731A JP 2007248731 A JP2007248731 A JP 2007248731A JP 2006070965 A JP2006070965 A JP 2006070965A JP 2006070965 A JP2006070965 A JP 2006070965A JP 2007248731 A JP2007248731 A JP 2007248731A
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JP
Japan
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movable mirror
micromirror
mirror
optical
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006070965A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Hamaguchi
康博 濱口
Hiroyuki Nagatomo
浩之 長友
Masatoshi Kanamaru
昌敏 金丸
Masaya Horino
正也 堀野
Yukio Kato
幸男 加藤
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2006070965A priority Critical patent/JP2007248731A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micromirror having the advantage of antishock characteristic and a high speed control. <P>SOLUTION: The micromirror is provided with: a movable mirror 111 having a reflection face 112 on one face; a movable mirror substrate 110 to which the movable mirror 111 is connected; and beams 114 which connect the movable mirror 111 and the movable mirror substrate 110 and support the movable mirror 111 turnably with respect to the movable mirror substrate 110. The reflection face 112 is composed of a film formed on the base body 119 of the movable mirror 111, the base body 119 has a thin portion having a thickness smaller than that of the portion having the reflection face 112, and the thin portion has a height different from that of the portion having the reflection face 112 at least on the side of the face having the reflection face, thus the loss due to the warpage or the like of the reflection face is suppressed while suppressing the increase in mass. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ビームを反射して光ビームの進行方向を変えるマイクロミラーおよびそれを用いた光スイッチ、光検出器等の光部品に係る。   The present invention relates to a micromirror that reflects a light beam and changes the traveling direction of the light beam, and an optical component such as an optical switch and a photodetector.

MEMS技術の光通信部品、光通信システムへの適用は多数提案されている。例えば、シリコン基板上に積層した多結晶シリコンを部材として形成したマイクロミラーが開示されている。マイクロミラーは該マイクロミラーと一体に形成された梁で支持されることで、基板上に浮いた状態で形成されている。該マイクロミラーは静電駆動型のマイクロミラーであり、マイクロミラー下部に形成された電極と該マイクロミラーとの間に電位差を与えることで二軸回転動作を行なうことができる。該マイクロミラーにおけるミラー厚さは数μm程度である(特許文献1)。   Many applications of MEMS technology to optical communication components and optical communication systems have been proposed. For example, a micromirror is disclosed in which polycrystalline silicon laminated on a silicon substrate is used as a member. The micromirror is supported by a beam formed integrally with the micromirror, and is formed in a floating state on the substrate. The micromirror is an electrostatic drive type micromirror, and can perform a biaxial rotation operation by applying a potential difference between an electrode formed under the micromirror and the micromirror. The mirror thickness of the micromirror is about several μm (Patent Document 1).

別の例として、単結晶シリコン(Si)層間に酸化シリコン(SiO)層を挟み込んだSOI(silicon on insulator)基板をエッチング加工することで、単結晶シリコンを部材として形成したマイクロミラーが開示されている。該マイクロミラーは光クロスコネクトスイッチへの適用を目的としている(非特許文献1)。該マイクロミラーは別途形成した電極形成基板上に配置し、該マイクロミラー下部に配置した電極と該マイクロミラーとの間に電位差を与えることで二軸回転動作を行うことができる。該マイクロミラーにおけるミラー厚さはSOI基板を用いることで10μmとしている。 As another example, a micromirror is disclosed in which a silicon on insulator (SOI) substrate in which a silicon oxide (SiO 2 ) layer is sandwiched between single crystal silicon (Si) layers is etched to form single crystal silicon as a member. ing. The micromirror is intended for application to an optical cross-connect switch (Non-Patent Document 1). The micromirror is disposed on a separately formed electrode formation substrate, and a biaxial rotation operation can be performed by applying a potential difference between the electrode disposed below the micromirror and the micromirror. The mirror thickness of the micromirror is 10 μm by using an SOI substrate.

特開2001-221962号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-221962 「コンファレンス ダイジェスト オブ2002 IEEE/LEOS インターナショナルコンファレンス オン オプティカル MEMs(Conference Digest of 2002 IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMs)」、2002年8月20-23日、p.11-12 (TuB1)“Conference Digest of 2002 IEEE / LEOS International Conference on Optical MEMs”, August 20-23, 2002, p.11-12 (TuB1)

光通信用部品においては使用する光学部品の光学特性を確保することが極めて重要である。光学部品がミラーである場合には、確保すべき光学特性はミラーの反射面での反射で損失を発生させないことである。ミラーの反射面での損失は、反射率、反射面粗さに起因する散乱、あるいは反射面の反りやうねり等に起因する波面の乱れが、主原因として挙げられる。特許文献1に開示された例においては、反射面の粗さや反りに課題を有しており、低損失を実現することが困難である。非特許文献1に開示された例は、特許文献1での粗さや反りといった課題を解決することを目的の一つとして、バルクマイクロマシニングにてミラーを形成した例である。しかしながら、非特許文献1においても、特に温度変化を与えた場合の反りを抑制するためには、反射膜の成膜時に十分な配慮が必要である。ミラーの反りは、成膜した反射膜の残留応力および熱応力に対してミラーの厚さが十分に大きくないことが原因である。従って、ミラーの厚さを大きくすることで、光学特性を確保することは可能である。しかしながら、むやみにミラー厚を大きくすることは他の特性に影響を与える。具体的にはミラー質量の増大に伴い破損、とくに衝撃が加えられたときの破損、に対する耐性が低下する。更には動作速度の低下を引き起こし、高速制御性が低下する。耐衝撃性や高速制御性の低下を抑制するには、ミラーを支持するまたは保持する力を強くすることが解決策の一つであるが、例えば静電駆動式のマイクロミラーを用いる場合、静電駆動力が小さいので、支持力、保持力を強くすることが困難である。すなわち、従来のマイクロミラーでは、光学特性を確保することと、耐衝撃性や制御性を向上させることとを両立させることは困難であった。   In optical communication parts, it is extremely important to ensure the optical characteristics of the optical parts used. When the optical component is a mirror, the optical characteristic to be ensured is that no loss occurs due to reflection on the reflection surface of the mirror. The loss at the reflecting surface of the mirror is mainly caused by the scattering of the wave front caused by the reflectance, the scattering caused by the roughness of the reflecting surface, or the warping or waviness of the reflecting surface. In the example disclosed in Patent Document 1, there are problems with the roughness and warping of the reflecting surface, and it is difficult to achieve low loss. The example disclosed in Non-Patent Document 1 is an example in which a mirror is formed by bulk micromachining for the purpose of solving the problems such as roughness and warpage in Patent Document 1. However, even in Non-Patent Document 1, sufficient consideration is required at the time of forming a reflective film in order to suppress warping particularly when a temperature change is applied. The mirror warp is caused by the mirror thickness not being sufficiently large with respect to the residual stress and thermal stress of the formed reflective film. Therefore, it is possible to ensure optical characteristics by increasing the thickness of the mirror. However, increasing the mirror thickness unnecessarily affects other characteristics. Specifically, as the mirror mass increases, the resistance to breakage, particularly breakage when an impact is applied, decreases. Furthermore, the operating speed is lowered, and the high speed controllability is lowered. One solution is to increase the force to support or hold the mirror in order to suppress the drop in impact resistance and high-speed controllability. For example, when using electrostatically driven micromirrors, Since the electric driving force is small, it is difficult to increase the supporting force and holding force. That is, in the conventional micromirror, it is difficult to ensure both optical properties and improve impact resistance and controllability.

上記の課題に鑑み、本発明は、質量の増加を抑えつつ、反射面の反り等に起因する損失を抑制しやすい構造を備え、耐衝撃性や高速制御性に有利なマイクロミラーを提供することを目的とする。また該マイクロミラーを適用することで、光学特性と、耐衝撃性や高速制御性において優位な光部品、光スイッチを提供する。   In view of the above problems, the present invention provides a micromirror having a structure that can easily suppress loss due to warping of a reflecting surface while suppressing an increase in mass, and is advantageous in impact resistance and high-speed controllability. With the goal. Further, by applying the micromirror, an optical component and an optical switch that are superior in optical characteristics, impact resistance, and high speed controllability are provided.

本発明は、一方の面に反射面を有する可動ミラーと、前記可動ミラーが連結される可動ミラー基板と、前記可動ミラーと前記可動ミラー基板とを連結し、前記可動ミラーを前記可動ミラー基板に対して回動可能に支持する梁とを備え、前記反射面は前記可動ミラーの基体に形成された膜で構成され、前記基体は前記反射面を有する部分よりも厚さの小さい肉薄部を有するとともに、前記肉薄部は少なくとも前記反射面を有する側の面において前記反射面を有する部分の高さと異なる高さの面を有するマイクロミラーである。ミラーとしての機能に必要な反射面以外の部分で基体に肉薄部を設けることによって、反射面を有する部分には反りを抑制するために必要な厚さを確保しつつ可動ミラーの質量を削減することができるため、光学特性、耐衝撃性、高速制御性に有利なマイクロミラーを提供することができる。   The present invention relates to a movable mirror having a reflecting surface on one surface, a movable mirror substrate to which the movable mirror is coupled, the movable mirror and the movable mirror substrate, and the movable mirror as the movable mirror substrate. And a beam that is rotatably supported. The reflecting surface is formed of a film formed on the base of the movable mirror, and the base has a thin portion having a thickness smaller than that of the portion having the reflecting surface. The thin portion is a micromirror having a surface having a height different from the height of the portion having the reflective surface at least on the surface having the reflective surface. By providing a thin portion on the base at a portion other than the reflecting surface necessary for the function as a mirror, the mass of the movable mirror is reduced while ensuring a necessary thickness for suppressing the warpage in the portion having the reflecting surface. Therefore, it is possible to provide a micromirror that is advantageous in optical characteristics, impact resistance, and high-speed controllability.

また、前記マイクロミラーにおいて、前記反射面を有する側の面の反対側の面に形成されたミラー電極部と、前記ミラー電極部に対向して配置された駆動電極部とを備え、前記可動ミラーは、前記駆動電極部と前記ミラー電極部との間に印加される静電力によって駆動することが好ましい。本発明に係るマイクロミラーは、肉薄部を設けることにより効果的に可動ミラー質量が削減されているため、比較的駆動力の弱い前記構成の静電駆動型のマイクロミラーに特に好適である。また、肉薄部は、基体の反射面を有する側において面高さを変えることにより厚さを小さくして形成されているため、反射面を有する側の面の反対側の面は、駆動に必要な電極面を広く確保することが可能である。   Further, the micromirror includes a mirror electrode portion formed on a surface opposite to the surface having the reflecting surface, and a drive electrode portion disposed to face the mirror electrode portion, and the movable mirror Is preferably driven by an electrostatic force applied between the drive electrode portion and the mirror electrode portion. Since the movable mirror mass is effectively reduced by providing the thin portion, the micromirror according to the present invention is particularly suitable for the electrostatically driven micromirror having the above-described configuration with relatively weak driving force. The thin part is formed by reducing the thickness by changing the surface height on the side having the reflecting surface of the base, so the surface opposite to the surface having the reflecting surface is necessary for driving. It is possible to ensure a wide electrode surface.

さらに、前記マイクロミラーにおいて、前記反射面と前記ミラー電極部が略平行であることが好ましい。かかる構成は、製造工程が煩雑になるのを防ぎ、生産性の向上に寄与する。   Furthermore, in the micromirror, it is preferable that the reflecting surface and the mirror electrode portion are substantially parallel. Such a configuration prevents the manufacturing process from becoming complicated and contributes to an improvement in productivity.

さらに、前記マイクロミラーにおいて、前記可動ミラーは前記梁を中心軸として回動し、前記中心軸は前記可動ミラーの面内方向の中央に位置し、前記反射面は前記中心軸に跨っていることが好ましい。肉薄部よりも厚い反射面を有する部分が、中心軸に跨っていることにより、慣性モーメントの増大を効果的に抑制でき、制御性の向上に寄与する   Further, in the micromirror, the movable mirror rotates about the beam as a central axis, the central axis is located at the center in the in-plane direction of the movable mirror, and the reflecting surface straddles the central axis. Is preferred. A portion having a reflecting surface thicker than a thin portion straddles the central axis, so that an increase in moment of inertia can be effectively suppressed, contributing to improvement in controllability.

さらに、前記マイクロミラーにおいて、前記反射面を有する面側に、前記反射面を有する部分の他に、前記肉薄部よりも厚さが大きくなっている肉厚部を有していることが好ましい。肉厚部を設けることは、可動ミラーの反りの抑制に効果的に作用し、光学特性の劣化の抑制に寄与する。   Furthermore, it is preferable that the micromirror has a thick portion having a thickness larger than the thin portion on the surface side having the reflective surface, in addition to the portion having the reflective surface. Providing the thick portion effectively acts to suppress the warp of the movable mirror and contributes to the suppression of deterioration of the optical characteristics.

さらに、前記マイクロミラーにおいて、前記肉厚部が、少なくとも一部において前記肉薄部を挟んで、前記反射面を有する部分を枠状に包囲していることが好ましい。枠状にした肉厚部は、可動ミラーを強固に支えるため、反りを抑制するうえでさらに好ましい。   Furthermore, in the micromirror, it is preferable that the thick portion surrounds the portion having the reflective surface in a frame shape with at least a portion sandwiching the thin portion. The frame-shaped thick portion is more preferable for suppressing warpage because it firmly supports the movable mirror.

さらに、前記マイクロミラーにおいて、前記可動ミラーの厚さは、前記反射面を有する部分において最大となることが好ましい。該構成は容易に作製できるという利点がある他、慣性モーメントの低減に寄与する。   Furthermore, in the micromirror, it is preferable that the thickness of the movable mirror is maximized in the portion having the reflective surface. The configuration has an advantage that it can be easily manufactured, and contributes to a reduction in moment of inertia.

また、本発明の光部品は、前記いずれかのマイクロミラーを、光偏向手段として用いた光部品である。光学特性、耐衝撃性、高速制御性に有利な前記マイクロミラーを用いることにより、該特性をそのまま活かした光部品を実現できる。ここで、光部品とは、光スイッチ、光検出器等、広く光を対象とした部品であって、光偏向手段を必要とするものであればよい。   Moreover, the optical component of the present invention is an optical component using any one of the above-described micromirrors as an optical deflection unit. By using the micromirror that is advantageous in optical characteristics, impact resistance, and high-speed controllability, an optical component that makes full use of the characteristics can be realized. Here, the optical component is a component that is widely used for light, such as an optical switch, a photodetector, or the like, and may be any device that requires light deflecting means.

また、本発明の光スイッチは、前記いずれかに記載のマイクロミラーと、1以上の入力側光ファイバと、入力側コリメートレンズと、1以上の出力側光ファイバと、出力側コリメートレンズとを備え、
前記入力側光ファイバから射出される光ビームを前記マイクロミラーで偏向することで、該光ビームが再結合する出力側光ファイバを選択する光スイッチである。本発明に係るマイクロミラーは、反りを抑制しつつ軽量化が図られるため、集積化が要求される光スイッチに好適に用いられる。
An optical switch according to the present invention includes any one of the above-described micromirrors, one or more input side optical fibers, an input side collimating lens, one or more output side optical fibers, and an output side collimating lens. ,
The optical switch selects an output side optical fiber to which the light beam is recombined by deflecting the light beam emitted from the input side optical fiber by the micromirror. Since the micromirror according to the present invention can be reduced in weight while suppressing warpage, it is suitably used for an optical switch that requires integration.

さらに、前記光スイッチにおいて、集光光学系を用いて前記マイクロミラーの反射面に光ビームを集光することが好ましい。かかる構成は、光スイッチの小型化に寄与し、その結果光スイッチの集積化にも有利である。   Furthermore, in the optical switch, it is preferable that a light beam is condensed on a reflection surface of the micromirror using a condensing optical system. Such a configuration contributes to miniaturization of the optical switch, and as a result, is advantageous for integration of the optical switch.

さらに、前記光スイッチにおいて、前記集光光学素子がシリンドリカルレンズであり、前記入力側光ファイバが1本であり、前記出力側光ファイバが2本であり、前記可動ミラーが、前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバのうちの一方の光ファイバとの間に光路を形成する第一の姿勢と、前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバのうちの他方の光ファイバとの間に光路を形成する第二の姿勢を選択可能であり、前記第一の姿勢および前記第二の姿勢において可動ミラーが他の部材との接点を有することが好ましい。本発明に係るマイクロミラーを適用する、かかる構成の光スイッチは、各姿勢が安定していることから精度、信頼性が高く、また小型化にも寄与しうるものであり、本発明に係るマイクロミラーの効果と相俟って優れた光スイッチが実現可能である。   Further, in the optical switch, the condensing optical element is a cylindrical lens, the input side optical fiber is one, the output side optical fiber is two, and the movable mirror is the input side optical fiber. And an optical path between the input optical fiber and the other optical fiber of the output side optical fiber, and a first posture that forms an optical path between the optical fiber and the output side optical fiber. It is preferable to select a second posture that forms a mirror, and in the first posture and the second posture, the movable mirror has a contact point with another member. The optical switch having such a configuration to which the micromirror according to the present invention is applied has high accuracy and reliability because each posture is stable, and can contribute to miniaturization. Combined with the effect of the mirror, an excellent optical switch can be realized.

本発明によれば、質量の増加を抑えつつ、反射面の反り等に起因する損失を抑制しやすい構造を備え、耐衝撃性や高速制御性に有利なマイクロミラーが提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a micromirror that has a structure that easily suppresses a loss due to warping of a reflecting surface and the like while suppressing an increase in mass and is advantageous in impact resistance and high-speed controllability.

以下、本発明の実施の形態を、図を参照しつつ説明する。なお、これら実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by these Examples.

図1は、本発明に係るマイクロミラーの一実施形態の断面図である。本実施形態では、駆動力として静電力を用いた静電駆動マイクロミラーを例に説明するが、駆動力は静電力に限定するものではなく、電磁力、ピエゾ素子、熱変形、バイモルフ素子等を駆動力としたマイクロミラーでもよい。ただし、本発明のマイクロミラーは、駆動力が弱い場合、あるいは駆動力が面積に比例する場合に好適であるので、静電駆動マイクロミラーとして構成することがより好ましい。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a micromirror according to the present invention. In this embodiment, an electrostatic drive micromirror using an electrostatic force as a driving force will be described as an example. However, the driving force is not limited to an electrostatic force, and an electromagnetic force, a piezo element, a thermal deformation, a bimorph element, or the like is used. A micromirror with a driving force may be used. However, since the micromirror of the present invention is suitable when the driving force is weak or when the driving force is proportional to the area, the micromirror is more preferably configured as an electrostatically driven micromirror.

可動ミラー111は一方の面に反射面112を有する。可動ミラー111は梁114によって可動ミラー基板110に連結され、梁114は可動ミラー111を可動ミラー基板110に対して回動可能に支持している。梁114は弾性を有しており、可動ミラーを挟んだ両側で一対の梁として可動ミラーに連結されている。可動ミラー111は梁114を中心軸として回動し、与えられる駆動力によって所定の角度範囲で傾斜するようにしてある。図1の実施形態では、電圧を印加するための電極基板120を可動ミラー111に対向して配置するとともに、可動ミラー111の反射面を有する一方の面の反対側、すなわち電極基板120と対向する側の面にはミラー電極部113を設けてある。電極基板120には、ミラー電極部113に対向して駆動電極部121が配置されている。ミラー電極部113と反射面112は略平行な平面である。これらを平行とした構成は、作製が容易であるとともに、高精度を確保しやすい。略平行とは、製造上の誤差程度は許容する意味である。反射面112は、半導体または半導体酸化物の少なくとも一方で構成された可動ミラーの基体119に反射膜132を形成することで構成されている。   The movable mirror 111 has a reflecting surface 112 on one surface. The movable mirror 111 is connected to the movable mirror substrate 110 by a beam 114, and the beam 114 supports the movable mirror 111 so as to be rotatable with respect to the movable mirror substrate 110. The beam 114 has elasticity, and is connected to the movable mirror as a pair of beams on both sides of the movable mirror. The movable mirror 111 is rotated about the beam 114 as a central axis, and is inclined within a predetermined angle range by the applied driving force. In the embodiment of FIG. 1, the electrode substrate 120 for applying a voltage is disposed opposite to the movable mirror 111 and also opposite to one surface having the reflecting surface of the movable mirror 111, that is, opposite to the electrode substrate 120. A mirror electrode portion 113 is provided on the side surface. On the electrode substrate 120, a drive electrode portion 121 is disposed so as to face the mirror electrode portion 113. The mirror electrode portion 113 and the reflecting surface 112 are substantially parallel planes. A configuration in which these are parallel to each other is easy to manufacture and ensures high accuracy. “Substantially parallel” means that a manufacturing error is allowed. The reflective surface 112 is configured by forming a reflective film 132 on a base 119 of a movable mirror formed of at least one of a semiconductor and a semiconductor oxide.

前記基体119は、反射面を有する部分よりも厚さの小さい肉薄部117を有する。肉薄部117は反射面を有する側の面において前記反射面を有する部分の高さと異なる高さの面を有している。すなわち、反射面を有する側の面において、肉薄部の面は反射面を有する部分の面よりも低くなっており、これによって可動ミラー111に凹部が形成されている。静電力等の駆動力を作用させるため、可動ミラーには電極面積等を確保するためのある程度の大きさ、広がりが必要とされるが、反射面は必ずしも可動ミラー全面に形成されている必要はない。反射面112の面積は光ビームを反射するために必要十分な大きさに限定する。一方、ミラー電極部113の面積はマイクロミラー100の構成上不都合がない範囲でできるだけ大きくして強い静電力を発生させる。反射面112を有さない部分はできるだけ梁114と同じ厚さとすることが望ましい。   The base 119 has a thin portion 117 having a thickness smaller than that of a portion having a reflecting surface. The thin portion 117 has a surface having a height different from the height of the portion having the reflective surface on the surface having the reflective surface. That is, on the surface having the reflective surface, the surface of the thin portion is lower than the surface of the portion having the reflective surface, whereby a concave portion is formed in the movable mirror 111. In order to apply a driving force such as electrostatic force, the movable mirror needs to have a certain size and spread in order to secure an electrode area and the like, but the reflecting surface is not necessarily formed on the entire movable mirror. Absent. The area of the reflecting surface 112 is limited to a necessary and sufficient size to reflect the light beam. On the other hand, the area of the mirror electrode portion 113 is made as large as possible without causing inconvenience in the configuration of the micromirror 100 to generate a strong electrostatic force. It is desirable that the portion not having the reflecting surface 112 be as thick as the beam 114 as much as possible.

ここで反射面112の反りRは、反射面を有する部分の基体119の厚さhと基体119のヤング率Eと基体119のポアッソン比νと、反射膜132の厚さtと反射膜132の応力σを用いて
R=(E×h)/{6×(1−ν)×t×σ}
で表される。図14に反射面を有する部分の基体の厚さと肉薄部の厚さの比と反り耐性の関係を示す。反り耐性の基準は反射面を有する部分の基体の厚さが肉薄部と同じ厚さであるときの値とした。反射面112を有する部分の厚みを肉薄部の3.2倍以上とすることで、反り耐性を10倍以上向上させることができる。上記構成をとることによって、反射面112の反りを防止しつつ可動ミラー111の質量増大と慣性モーメント増大を抑制することができる。そこで、本実施形態では、反射の機能に必要な広さの反射面は確保し、それ以外の部分において基体119に肉薄部を設けており、これにより可動ミラーの軽量化、高速制御性の向上が図られている。また、ミラーの反り等を防止するためには、基体119を厚くする必要があるが、本実施形態では肉薄部117を設けているので、ミラー質量の増加を抑えつつ、基体の厚さを大きくすることが可能である。
Here, the warp R of the reflecting surface 112 includes the thickness h of the base 119, the Young's modulus E of the base 119, the Poisson's ratio ν of the base 119, the thickness t of the reflective film 132, and the thickness of the reflective film 132. Using stress σ, R = (E × h 2 ) / {6 × (1−ν) × t × σ}
It is represented by FIG. 14 shows the relationship between the ratio of the thickness of the base portion and the thickness of the thin portion having the reflecting surface and the warpage resistance. The criterion for warpage resistance was a value when the thickness of the base portion of the portion having the reflective surface was the same as that of the thin portion. Warpage resistance can be improved 10 times or more by setting the thickness of the portion having the reflecting surface 112 to 3.2 times or more of the thin portion. By adopting the above configuration, it is possible to suppress an increase in mass and moment of inertia of the movable mirror 111 while preventing the reflection surface 112 from warping. Therefore, in this embodiment, a reflecting surface having a width necessary for the reflecting function is secured, and a thin portion is provided on the base 119 in other portions, thereby reducing the weight of the movable mirror and improving the high-speed controllability. Is planned. Further, in order to prevent mirror warpage or the like, it is necessary to make the base 119 thick. However, since the thin portion 117 is provided in this embodiment, the thickness of the base is increased while suppressing an increase in mirror mass. Is possible.

また、図1および図2に示す本実施形態では、反射面112を有する部分の他に、肉薄部117よりも厚さが大きい肉厚部116が、肉薄部117を挟んで反射面112を有する部分を枠状に包囲している。該肉厚部は、反射面側から見て線状に形成されている。本実施形態では、反射面112を有する部分と肉厚部116の基体の厚さは等しくしてある。かかる肉厚部116は必ずしも設ける必要はなく、該肉厚部を設けなくてもミラーの軽量化、反りの防止等の効果が得られる。ただし、特にミラーの反り、特に肉薄部117での反り防止の観点からは、反射面を有する部分の他に肉厚部を設けることが好ましい。   Further, in the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, in addition to the portion having the reflection surface 112, the thick portion 116 having a thickness larger than the thin portion 117 has the reflection surface 112 with the thin portion 117 interposed therebetween. The part is surrounded by a frame. The thick portion is formed in a linear shape when viewed from the reflecting surface side. In the present embodiment, the thickness of the base of the portion having the reflecting surface 112 and the thick portion 116 is the same. Such a thick portion 116 is not necessarily provided, and effects such as reduction in the weight of the mirror and prevention of warping can be obtained without providing the thick portion. However, it is preferable to provide a thick part in addition to the part having the reflecting surface, particularly from the viewpoint of preventing the warp of the mirror, particularly the warp at the thin part 117.

図1では、回動の中心軸は、可動ミラーの面内方向の中央に位置しており、反射面112が、反射面側から見て中心軸115に跨がっている構成になっている。前記中央とは、可動ミラーの対称的動作を阻害しない誤差範囲内も許容する趣旨である。かかる構成とすることで可動ミラー111の慣性モーメントの増大を効果的に抑制でき、制御性の向上に寄与する。   In FIG. 1, the central axis of rotation is located at the center in the in-plane direction of the movable mirror, and the reflection surface 112 straddles the central axis 115 when viewed from the reflection surface side. . The center means that an error range that does not hinder the symmetrical operation of the movable mirror is allowed. With this configuration, an increase in the moment of inertia of the movable mirror 111 can be effectively suppressed, which contributes to an improvement in controllability.

また、図1の構成では、可動ミラー111の厚さが、反射面112を有する部分において最大となっており、該構成は容易に作製できるという利点がある。この作製方法については後述する。   Further, in the configuration of FIG. 1, the thickness of the movable mirror 111 is maximized in the portion having the reflecting surface 112, and this configuration has an advantage that it can be easily manufactured. This manufacturing method will be described later.

電極基板120は1つ以上、例えば一対の駆動電極部121を有する。該駆動電極部121と前記ミラー電極部113との間には静電アクチュエータが構成されており、該駆動電極部121と該ミラー電極部113との間に電位差を与えることで両者の間に静電力を印加し、可動ミラー111を動作させる。   The electrode substrate 120 has one or more, for example, a pair of drive electrode portions 121. An electrostatic actuator is configured between the drive electrode unit 121 and the mirror electrode unit 113. By applying a potential difference between the drive electrode unit 121 and the mirror electrode unit 113, static electricity is provided between the two. Electric power is applied and the movable mirror 111 is operated.

スペーサ130は、電極基板120と可動ミラー111との間に一定の空間を設けるために配置されている。スペーサ130は、可動ミラー基板110あるいは電極基板120と独立した部材で作製しても良いし、前記可動ミラー基板110あるいは電極基板120と一体形成してもよい。図1はスペーサ130を電極基板120と一体形成した例である。可動ミラー基板110は例えばシリコン(Si)基板、シリコン(Si)層間に酸化シリコン(SiO)層を挟み込んだSOI基板、金属基板、などを材料として作製する。可動ミラー111は反射面112に反射膜を形成することで反射率を向上させることが望ましい。反射膜として金(Au)、アルミニウム(Al)あるいは各種多層膜を用いることができる。可動ミラー111のミラー電極部113には、例えば金(Au)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、白金(Pt)あるいはチタン(Ti)を単独にあるいは適宜積層して導電性膜を形成する。ただし可動ミラー111を構成する材料が十分な導電性を有する場合には、ミラー電極部113に導電性膜を形成しなくてもよい。 The spacer 130 is disposed to provide a certain space between the electrode substrate 120 and the movable mirror 111. The spacer 130 may be made of a member independent of the movable mirror substrate 110 or the electrode substrate 120, or may be formed integrally with the movable mirror substrate 110 or the electrode substrate 120. FIG. 1 shows an example in which the spacer 130 is integrally formed with the electrode substrate 120. The movable mirror substrate 110 is made of, for example, a silicon (Si) substrate, an SOI substrate in which a silicon oxide (SiO 2 ) layer is sandwiched between silicon (Si) layers, a metal substrate, or the like. It is desirable that the movable mirror 111 improve the reflectance by forming a reflective film on the reflective surface 112. Gold (Au), aluminum (Al), or various multilayer films can be used as the reflective film. For the mirror electrode portion 113 of the movable mirror 111, for example, gold (Au), aluminum (Al), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), platinum (Pt), or titanium (Ti) alone or A conductive film is formed by appropriately stacking. However, when the material constituting the movable mirror 111 has sufficient conductivity, the conductive film does not need to be formed on the mirror electrode portion 113.

スペーサ130は各種材料を用いて作製することができる。また静電駆動の場合、マイクロミラー100の構成に応じて、またスペーサ130の表面を導電性とすることもできるし、絶縁性とすることもできる。例えば、スペーサ130の表面を導電性とすることで、可動ミラー111のミラー電極部113と外部回路(図示せず)を電気的に接続する経路の一部とすることができる。あるいは、スペーサ130の表面を絶縁性とすることで、電極基板120上の配線123を回避せずにスペーサ130を電極基板120上に配置できる。スペーサ130を可動ミラー基板110あるいは電極基板120と独立して形成する場合、該スペーサ130を構成する材料は、可動ミラー基板110および電極基板120と熱膨張係数が近い、また一致させた材料であることが望ましい。   The spacer 130 can be manufactured using various materials. In the case of electrostatic driving, depending on the configuration of the micromirror 100, the surface of the spacer 130 can be conductive or insulative. For example, by making the surface of the spacer 130 conductive, the mirror electrode portion 113 of the movable mirror 111 can be part of a path that electrically connects an external circuit (not shown). Alternatively, by making the surface of the spacer 130 insulative, the spacer 130 can be disposed on the electrode substrate 120 without avoiding the wiring 123 on the electrode substrate 120. When the spacer 130 is formed independently of the movable mirror substrate 110 or the electrode substrate 120, the material constituting the spacer 130 is a material having a thermal expansion coefficient close to or matched to that of the movable mirror substrate 110 and the electrode substrate 120. It is desirable.

反射面112を構成する部分の基体は梁114よりも厚く構成する。可動ミラー111には、望ましくは梁114と同じ厚さとした、肉薄部をできるだけ多く与える。ただし、部分的に上記肉厚部のように梁114よりも厚く構成されている部分があっても良い。梁114は可動ミラー111を可動ミラー基板110に支持し、可動ミラー111の変位に対する復元力を与える。梁114はミラー駆動電極部113を外部回路と電気的に接続する経路としての機能も有する。ただし、可動ミラー111のミラー駆動電極部113と外部回路(図示せず)との電気的接続は図示していない。図2では梁114として折り返し梁を例示しているが、同図は梁構造を限定するものではない。例えば梁114は直梁であっても良く、折り返し数が増えても減っても良い。   The base of the part constituting the reflecting surface 112 is made thicker than the beam 114. The movable mirror 111 is provided with as many thin portions as possible, preferably the same thickness as the beam 114. However, there may be a part that is partially thicker than the beam 114, such as the thick part. The beam 114 supports the movable mirror 111 on the movable mirror substrate 110 and gives a restoring force to the displacement of the movable mirror 111. The beam 114 also has a function as a path for electrically connecting the mirror drive electrode portion 113 to an external circuit. However, the electrical connection between the mirror drive electrode portion 113 of the movable mirror 111 and an external circuit (not shown) is not shown. In FIG. 2, a folded beam is illustrated as the beam 114, but the figure does not limit the beam structure. For example, the beam 114 may be a straight beam, and the number of turns may be increased or decreased.

図2は可動ミラー111の反射面112側の形状を限定するものではない。図3(a)、(b)、(c)に本発明に係るマイクロミラーの別の実施形態を例示する。図3(a)は可動ミラー111の中央部に配置した反射面112にのみ厚さの大きい部分を有する実施形態である。反射面112を有する部分以外は全て肉薄部117であり、質量および慣性モーメントの低減効果は最も大きい。図3(b)は可動ミラー111の中央部に反射面112を有し、ミラー長手方向、すなわち回動軸に垂直な方向に細幅の肉厚部116を有する実施形態である。肉厚部は反射面112を有する部分から長手方向両端部に向かって細幅の線状にそれぞれ2本ずつに延設されている。該肉厚部116の厚さは反射面112を有する部分の厚さと一致させている。肉厚部116は肉薄部117が残留応力や熱応力で変形することを抑制する効果を有する。図3(c)は図3(b)と同じ効果を有する肉厚部116の配置方法に関する別の実施形態である。肉厚部は反射面112を有する部分から長手方向両端部に向かって細幅の線状にそれぞれ1本ずつに延設されている。図3(b)に比べ肉厚部116の領域が少なので質量および慣性モーメントは図3(b)の実施形態より優れる。   FIG. 2 does not limit the shape of the movable mirror 111 on the reflecting surface 112 side. 3A, 3B and 3C illustrate another embodiment of the micromirror according to the present invention. FIG. 3A shows an embodiment in which a thick portion is provided only on the reflecting surface 112 disposed at the center of the movable mirror 111. The portions other than the portion having the reflecting surface 112 are all thin portions 117, and the effect of reducing mass and moment of inertia is greatest. FIG. 3B shows an embodiment having a reflecting surface 112 at the center of the movable mirror 111 and having a thin and thick portion 116 in the longitudinal direction of the mirror, that is, in the direction perpendicular to the rotation axis. The thick portions are extended from the portion having the reflecting surface 112 in a thin line shape toward the both ends in the longitudinal direction. The thickness of the thick portion 116 is matched with the thickness of the portion having the reflecting surface 112. The thick portion 116 has an effect of suppressing the thin portion 117 from being deformed by residual stress or thermal stress. FIG.3 (c) is another embodiment regarding the arrangement | positioning method of the thick part 116 which has the same effect as FIG.3 (b). Each thick portion extends from the portion having the reflecting surface 112 in a narrow line shape toward both ends in the longitudinal direction. Since the area of the thick part 116 is smaller than that in FIG. 3B, the mass and the moment of inertia are superior to the embodiment in FIG.

図4(a)に図1に例示した電極基板120を可動ミラー基板110側から見た図を示す。電極基板120は例えばシリコン(Si)基板、シリコン(Si)層間に酸化シリコン(SiO)層を挟み込んだSOI基板、金属基板、または絶縁体基板(例えばガラス基板やセラミック基板)などを材料として作製する。電極基板120を作製する材料が導電性の場合、電極基板120の表面に絶縁膜(例えばシリコンの場合は酸化膜SiOや窒化膜SiNx)を形成し、該絶縁膜上に導電性膜で駆動電極部121、配線123、電極パッド124を形成する。導電性膜は、例えば金(Au)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、白金(Pt)あるいはチタン(Ti)を単独にあるいは適宜積層し形成する。別の作製方法として、セラミック基板に対しスクリーン印刷を施すことで駆動電極部121を形成することができる。 FIG. 4A shows the electrode substrate 120 illustrated in FIG. 1 as viewed from the movable mirror substrate 110 side. The electrode substrate 120 is made of, for example, a silicon (Si) substrate, an SOI substrate in which a silicon oxide (SiO 2 ) layer is sandwiched between silicon (Si) layers, a metal substrate, or an insulator substrate (eg, a glass substrate or a ceramic substrate). To do. When the material for forming the electrode substrate 120 is conductive, an insulating film (for example, oxide film SiO 2 or nitride film SiN x in the case of silicon) is formed on the surface of the electrode substrate 120, and the conductive film is formed on the insulating film. The drive electrode portion 121, the wiring 123, and the electrode pad 124 are formed. The conductive film is formed of, for example, gold (Au), aluminum (Al), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), platinum (Pt), or titanium (Ti) alone or appropriately stacked. As another manufacturing method, the drive electrode portion 121 can be formed by performing screen printing on a ceramic substrate.

次に、可動ミラーの動きについて説明する。図4(a)に示すように、電極基板120には可動ミラー111を静電アクチュエータで駆動させる駆動電極部121が成膜されている。可動ミラー111が電極基板120に接触するまで回転した場合でも、駆動電極部121と可動ミラー111が電気的に短絡しない構造とする。具体的には、駆動電極部121と可動ミラー111が接触しない位置にのみ駆動電極部121を配置する方法や、駆動電極部121を少なくとも部分的に絶縁膜で覆う方法などを適用する。図4(a)は電極121と可動ミラー111が接触しない位置にのみ電極121が配置されている例である。電極基板120には、可動ミラー111の回転中心軸115の下部に相当する位置に突起を形成している。例えば可動ミラー111の一方の端部(ミラーエッジ)118が電極基板120と接触し、可動ミラーのミラー電極を形成した側の面の中央付近が該突起122と接触する状態をとることで、可動ミラー111の動作角度を機械的に安定に与えることができる。   Next, the movement of the movable mirror will be described. As shown in FIG. 4A, a drive electrode portion 121 for driving the movable mirror 111 with an electrostatic actuator is formed on the electrode substrate 120. Even when the movable mirror 111 rotates until it contacts the electrode substrate 120, the drive electrode portion 121 and the movable mirror 111 are not electrically short-circuited. Specifically, a method of arranging the drive electrode unit 121 only at a position where the drive electrode unit 121 and the movable mirror 111 do not contact each other, a method of covering the drive electrode unit 121 at least partially with an insulating film, or the like is applied. FIG. 4A shows an example in which the electrode 121 is disposed only at a position where the electrode 121 and the movable mirror 111 do not contact each other. A protrusion is formed on the electrode substrate 120 at a position corresponding to the lower portion of the rotation center axis 115 of the movable mirror 111. For example, one end (mirror edge) 118 of the movable mirror 111 is in contact with the electrode substrate 120, and the vicinity of the center of the surface of the movable mirror on the side where the mirror electrode is formed is in contact with the protrusion 122. The operating angle of the mirror 111 can be given mechanically and stably.

図3(a)、(b)、(c)、(d)に例示した可動ミラー111は、可動ミラー111と電極基板120との接触面積の低減を目的として、ミラー端部118の形状を変えた実施形態を示している。該接触部面積を低減することにより、可動ミラー111が動作時に電極基板120に接触する際、可動ミラー111と電極基板120との凝着の抑制に寄与する。なお、図3(a)、(b)、(c)、(d)は反射面側の形状例とミラー端部118の形状例を示しているが、両者の組合せを限定するものではない。特に図3(b)の実施形態では、ミラー端部118に曲線を形成しているので、可動ミラー111と電極基板120とが点接触することになり、接触面積低減効果が最も大きい。図3(d)はミラー端部118を肉薄部としない例である。図3(a)、(b)の実施形態では可動ミラー111と電極基板120との接触部を肉薄部117に有するが、図3(c)、(d)の実施形態においては可動ミラー111と電極基板120との接触部を肉厚部116に有する。図3(c)の実施形態では反射面112側から厚みを有するミラー端部118が確認できる。ただし肉厚部を有するミラー端部は一部である。図3(d)の実施形態ではミラー電極部113側を一部加工することで、肉厚部を有するミラー端部118を実現している。図3(d)の形態ではミラー端部全体が肉厚部を有する。いずれの形態であってもミラー端部118が電極基板120と衝突する場合でも、ミラー端部118は肉厚部を有するので剛性があり、破損が発生し難い。   The movable mirror 111 illustrated in FIGS. 3A, 3 </ b> B, 3 </ b> C, and 3 </ b> D changes the shape of the mirror end 118 for the purpose of reducing the contact area between the movable mirror 111 and the electrode substrate 120. Embodiments are shown. By reducing the contact area, when the movable mirror 111 contacts the electrode substrate 120 during operation, it contributes to suppression of adhesion between the movable mirror 111 and the electrode substrate 120. 3A, 3 </ b> B, 3 </ b> C, and 3 </ b> D show examples of the shape on the reflecting surface side and the shape of the mirror end portion 118, the combination of both is not limited. In particular, in the embodiment of FIG. 3B, since the curved line is formed at the mirror end 118, the movable mirror 111 and the electrode substrate 120 are in point contact, and the contact area reduction effect is greatest. FIG. 3D shows an example in which the mirror end portion 118 is not a thin portion. In the embodiment of FIGS. 3A and 3B, the thin portion 117 has a contact portion between the movable mirror 111 and the electrode substrate 120. However, in the embodiment of FIGS. The thick portion 116 has a contact portion with the electrode substrate 120. In the embodiment of FIG. 3C, a mirror end 118 having a thickness can be confirmed from the reflecting surface 112 side. However, the mirror end part having the thick part is a part. In the embodiment of FIG. 3D, the mirror end portion 118 having a thick portion is realized by partially processing the mirror electrode portion 113 side. In the form of FIG. 3D, the entire mirror end has a thick portion. In any form, even when the mirror end portion 118 collides with the electrode substrate 120, the mirror end portion 118 has a thick portion, so that it is rigid and hardly breaks.

図4(b)、(c)は電極基板120の別の実施形態である。図4(b)、(c)に示した電極基板120は、可動ミラー111と突起122が接触する場合の接触面積を低減する例である。図4(b)は突起122を点状にした例であり、図4(c)は突起122を短くしかつ分割した例である。   FIGS. 4B and 4C show another embodiment of the electrode substrate 120. The electrode substrate 120 shown in FIGS. 4B and 4C is an example of reducing the contact area when the movable mirror 111 and the protrusion 122 are in contact with each other. FIG. 4B shows an example in which the protrusion 122 is formed into a dot shape, and FIG. 4C shows an example in which the protrusion 122 is shortened and divided.

マイクロミラー100は突起122を有さない構造としても良い。この場合、図1および図4の突起122をなくした構造とすることで、突起122を有さないマイクロミラー100が実現できる。後述する図6(a)、(b)は突起122を有さないマイクロミラー100の例である。突起122を有さないマイクロミラー100においても、反射面112側の形状やミラー端部118の形状は図3(a)、(b)、(c)、(d)に示した形状が適用できる。   The micromirror 100 may have a structure without the protrusion 122. In this case, the micromirror 100 having no protrusion 122 can be realized by eliminating the protrusion 122 of FIGS. 1 and 4. FIGS. 6A and 6B described later are examples of the micromirror 100 that does not have the protrusion 122. Even in the micromirror 100 having no protrusion 122, the shape shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, and 3D can be applied to the shape on the reflecting surface 112 side and the shape of the mirror end portion 118. .

また、上述のように、可動ミラー111の厚さが、反射面112を有する部分において最大となっていることが好ましい。該構成とすることで作製が容易になるからである。該構成の可動ミラー基板110の作製方法の例として、SOI基板を用いた作製方法を、図5を用いて説明する。可動ミラー基板110を形成する基板として、SOI基板を用いる(図5(a))。SOI基板の活性層173(Si層)側にミラー電極部113を形成し、ベース層(Si層)171に反射面を形成する。SOI基板は両面を鏡面研磨する。なお、活性層173(Si層)にミラー電極部113を形成するのは、活性層(Si層)173側がベース層(Si層)171側より薄いからであるので、もし、活性層(Si層)173側がベース層(Si層)171側より厚ければ、活性層(Si層)173側に反射面112を形成する。通常、活性層(Si層)173側がベース層(Si層)171側より薄いので、以下活性層(Si層)173側にミラー電極部113を形成する場合の作製方法を説明する。   Further, as described above, it is preferable that the thickness of the movable mirror 111 is maximized in the portion having the reflecting surface 112. This is because such a configuration makes it easy to manufacture. As an example of a manufacturing method of the movable mirror substrate 110 having the above structure, a manufacturing method using an SOI substrate will be described with reference to FIGS. An SOI substrate is used as a substrate on which the movable mirror substrate 110 is formed (FIG. 5A). A mirror electrode portion 113 is formed on the active layer 173 (Si layer) side of the SOI substrate, and a reflective surface is formed on the base layer (Si layer) 171. The SOI substrate is mirror-polished on both sides. The reason why the mirror electrode portion 113 is formed in the active layer 173 (Si layer) is that the active layer (Si layer) 173 side is thinner than the base layer (Si layer) 171 side. If the 173 side is thicker than the base layer (Si layer) 171 side, the reflecting surface 112 is formed on the active layer (Si layer) 173 side. Usually, since the active layer (Si layer) 173 side is thinner than the base layer (Si layer) 171 side, a manufacturing method when the mirror electrode portion 113 is formed on the active layer (Si layer) 173 side will be described below.

活性層(Si層)173側の面にフォトリソグラフィーによりミラー電極部113の形状および梁114の形状を、フォトレジスト、アルミニウム膜、酸化シリコン膜等のマスク材で、パターニングし、ドライエッチングを施す(図5(b))。図5(b)に示した矢印はエッチングの進行方向を示す。梁114の厚さは活性層(Si層)173の厚さで与えられる。ベース層(Si層)171側に反射面112側の可動ミラー形状を、フォトレジスト、アルミニウム膜、酸化シリコン膜等のマスク材で、パターニングし、ドライエッチングを施す(図5(c))。図5(c)に示した矢印はエッチングの進行方向を示す。反射面112側にパターンニングする可動ミラー形状は、例えば、図2に示した形状とする。反射面112を有する部分の厚さはベース層(Si層)171の厚さで与えられるので、可動ミラー111の厚さは反射面112を有する部分で最大となる。ドライエッチングで薄くした肉薄部117の厚さは活性層(Si層)173の厚さに中間層(SiO層)172を加えた厚さとなる。中間層(SiO層)172をウェットエッチングで除去する(図5(d))。図5(d)に示した矢印はエッチングの進行方向を示す。この工程によって可動ミラーは梁114のみで可動ミラー基板110に連結された状態となる。すなわち梁114で与えられる中心軸115の周りに回動自在な状態となる。ドライエッチングで薄くした肉薄部117の厚さは梁114の厚さと一致する。図5(d)に示した状態の可動ミラーを構成する要素を基体119と称する。すなわち基体119とは可動ミラー111構成要素の内、構成材料として用いた基板のみで形成されている部分を示す。最後に反射面112に反射膜、ミラー電極部113に導電性膜を、例えばスパッタリングで成膜する(図5(e))。 On the surface on the active layer (Si layer) 173 side, the shape of the mirror electrode portion 113 and the shape of the beam 114 are patterned by photolithography using a mask material such as a photoresist, an aluminum film, a silicon oxide film, and dry etching is performed ( FIG. 5B). The arrows shown in FIG. 5B indicate the direction of etching. The thickness of the beam 114 is given by the thickness of the active layer (Si layer) 173. The movable mirror shape on the reflecting surface 112 side is patterned on the base layer (Si layer) 171 side with a mask material such as a photoresist, an aluminum film, a silicon oxide film, and dry etching is performed (FIG. 5C). The arrows shown in FIG. 5C indicate the direction of etching. The movable mirror shape to be patterned on the reflecting surface 112 side is, for example, the shape shown in FIG. Since the thickness of the portion having the reflective surface 112 is given by the thickness of the base layer (Si layer) 171, the thickness of the movable mirror 111 is maximum at the portion having the reflective surface 112. The thickness of the thin portion 117 thinned by dry etching is the thickness of the active layer (Si layer) 173 plus the intermediate layer (SiO 2 layer) 172. The intermediate layer (SiO 2 layer) 172 is removed by wet etching (FIG. 5D). The arrows shown in FIG. 5D indicate the etching progress direction. By this process, the movable mirror is connected to the movable mirror substrate 110 only by the beam 114. That is, it is in a state of being rotatable around the central axis 115 provided by the beam 114. The thickness of the thin portion 117 thinned by dry etching matches the thickness of the beam 114. An element constituting the movable mirror in the state shown in FIG. That is, the base 119 indicates a portion of the movable mirror 111 that is formed of only the substrate used as a constituent material. Finally, a reflective film is formed on the reflective surface 112, and a conductive film is formed on the mirror electrode portion 113, for example, by sputtering (FIG. 5E).

上述したSOI基板を用いた可動ミラー基板110の作製方法の場合、可動ミラー111の各部分の厚さをSOI基板の各層の厚さで制御することができるので製造が容易である。反射面112およびミラー電極部113は、特に反射面112は光学特性を維持するために、平坦であることが必要である。反射面112およびミラー電極部113の平坦性は両面を鏡面研磨したSOI基板の平坦性で確保する。上述した作製方法例ではエッチング面を反射面112に用いないので、エッチング面の平坦を要求する必要は無い。上述した手順ではSOI基板の中間層(SiO層)172をドライエッチング(図5(b)、(c))でのエッチストップ層として利用することができるので製造を容易にできる。同様にドーパントをドープしてエッチレートを変えた層を作製し、該層をエッチストップ層として機能させるシリコン基板を材料とする場合も、可動ミラー基板110の製造を容易にできる。該基板を用いた作製方法例の説明は、SOI基板を用いた作製方法に準じるので、説明は省略する。 In the case of the method for manufacturing the movable mirror substrate 110 using the above-described SOI substrate, the thickness of each part of the movable mirror 111 can be controlled by the thickness of each layer of the SOI substrate, so that the manufacturing is easy. The reflecting surface 112 and the mirror electrode portion 113 are particularly required to be flat in order to maintain the optical characteristics. The flatness of the reflecting surface 112 and the mirror electrode portion 113 is ensured by the flatness of the SOI substrate whose both surfaces are mirror-polished. In the example of the manufacturing method described above, since the etching surface is not used as the reflection surface 112, it is not necessary to request flatness of the etching surface. In the above-described procedure, the intermediate layer (SiO 2 layer) 172 of the SOI substrate can be used as an etch stop layer in dry etching (FIGS. 5B and 5C), so that the manufacturing can be facilitated. Similarly, when a layer in which the etch rate is changed by doping a dopant and a silicon substrate that functions as an etch stop layer is used as a material, the movable mirror substrate 110 can be easily manufactured. Description of an example of a manufacturing method using the substrate is based on a manufacturing method using an SOI substrate, and thus the description is omitted.

なお、上述した製法は一例であって、本発明のマイクロミラー100の製法を限定するものではない。例えばベース層(Si層)171側のシリコンを部分的に適当な深さ(例えば半分)エッチングし、エッチング面を反射面112とする構造としても良い。図6(a)に可動ミラー111を一定量エッチングしてエッチング面を反射面112とした静電駆動型のマイクロミラー100の実施形態を図示する。反射面112は可動ミラー基板110の表面よりも低く、反射面112を有する部分は可動ミラー基板110よりも厚さが小さくなっている。また、形成されている肉厚部116の表面も可動ミラー基板110の表面よりも低く、肉厚部も可動ミラー基板110よりも厚さが小さくなっている。図6(a)の例では、反射面112と同じ厚さとなっている。図6(a)の構成では、可動ミラー基板110を厚くして、該基板の剛性を高く保ちつつ、可動ミラー基板の質量を小さくすることができる。なお、本実施例は、電極基板120に突起122を有さない例としているが、突起122の有無はマイクロミラー100の用途に応じて選択すればよい。   In addition, the manufacturing method mentioned above is an example, Comprising: The manufacturing method of the micromirror 100 of this invention is not limited. For example, a structure in which silicon on the base layer (Si layer) 171 side is partially etched to an appropriate depth (for example, half) and the etching surface is used as the reflection surface 112 may be employed. FIG. 6A shows an embodiment of the electrostatically driven micromirror 100 in which the movable mirror 111 is etched by a certain amount and the etched surface is the reflecting surface 112. The reflective surface 112 is lower than the surface of the movable mirror substrate 110, and the portion having the reflective surface 112 is thinner than the movable mirror substrate 110. Further, the surface of the thick part 116 formed is also lower than the surface of the movable mirror substrate 110, and the thick part is also thinner than the movable mirror substrate 110. In the example of FIG. 6A, the thickness is the same as that of the reflecting surface 112. In the configuration of FIG. 6A, the movable mirror substrate 110 can be made thick, and the mass of the movable mirror substrate can be reduced while keeping the rigidity of the substrate high. In this embodiment, the electrode substrate 120 does not have the protrusion 122. However, the presence or absence of the protrusion 122 may be selected according to the use of the micromirror 100.

別の実施例として肉厚部116部分の厚さを、反射面112を有する部分の厚さより薄く、かつ可動ミラー111で最も薄い部分である肉薄部117の厚さより厚くする構成例を図6(b)に示す。図6(b)に示した構成は、例えば肉厚部116に意図的にサイドエッチ(マスク側面から回り込んだエッチャントによる側面からのエッチングの進行)を発生させることで実現することができる。あるいは反射面112を有する部分のマスク厚を肉厚部116のマスク厚より厚くすることで、図5(c)のエッチング工程の途中から意図的に肉厚部116をエッチングすることで実現することができる。肉厚部116の厚さを低減することで可動ミラー111の質量および慣性モーメントを低減することができる。特にミラー端部118付近の肉厚部116を薄くすることは慣性モーメントの低減に効果的に寄与する。なお、図に明記していないが、肉薄部116の厚さは一様でなくても良く、部分的に薄くすることもできる。例えば反射面112付近では反射面112部分の厚さと同じ厚さであり、ミラー端部118に近付くに連れて徐々に薄くなる構造とすることもできる。   As another example, a configuration example in which the thickness of the thick portion 116 is thinner than the thickness of the portion having the reflecting surface 112 and thicker than the thickness of the thin portion 117 which is the thinnest portion of the movable mirror 111 is shown in FIG. Shown in b). The configuration shown in FIG. 6B can be realized, for example, by intentionally generating side etching (the progress of etching from the side surface by the etchant that wraps around from the side surface of the mask) in the thick portion 116. Alternatively, it is realized by intentionally etching the thick portion 116 in the middle of the etching process of FIG. 5C by making the mask thickness of the portion having the reflecting surface 112 thicker than the mask thickness of the thick portion 116. Can do. By reducing the thickness of the thick portion 116, the mass and moment of inertia of the movable mirror 111 can be reduced. In particular, reducing the thickness portion 116 near the mirror end portion 118 effectively contributes to the reduction of the moment of inertia. Although not clearly shown in the figure, the thickness of the thin portion 116 may not be uniform, and may be partially thinned. For example, the thickness near the reflecting surface 112 is the same as the thickness of the reflecting surface 112, and the thickness can be gradually reduced as the mirror end 118 is approached.

次に電極基板120の作製方法例を、図7を用いて説明する。図7の電極基板120はスペーサ130を電極基板と一体形成した例であり、図1のマイクロミラー100に用いる電極基板120の作製例に相当する。電極基板120を形成する基板として、シリコン(Si)基板181を用いる(図7(a))。表面にフォトリソグラフィーによりスペーサ130の形状をフォトレジスト、酸化シリコン膜等のマスク材で、パターニングし、エッチャントにKOH(水酸化カリウム水溶液)を用いた異方性ウェットエッチングを施す(図7(b))。図7(b)に示した矢印はエッチングの進行方向を示す。本工程でスペーサ130の高さと突起122の高さの差が形成される。表面にフォトリソグラフィーによりスペーサ130の形状と突起122の形状をパターニングし、エッチャントにKOH等を用いた異方性ウェットエッチングを施す(図7(c))。図7(c)に示した矢印はエッチングの進行方向を示す。シリコン(Si)基板181の表面に絶縁膜として熱酸化膜(SiO) を形成する(図7(d))。最後に、例えばスパッタリングで導電性の駆動電極部121、配線123、電極パッド124を成膜する(図7(e))。 Next, an example of a method for manufacturing the electrode substrate 120 will be described with reference to FIGS. The electrode substrate 120 in FIG. 7 is an example in which the spacer 130 is formed integrally with the electrode substrate, and corresponds to a manufacturing example of the electrode substrate 120 used in the micromirror 100 in FIG. A silicon (Si) substrate 181 is used as a substrate on which the electrode substrate 120 is formed (FIG. 7A). The surface of the spacer 130 is patterned on the surface with a mask material such as a photoresist or a silicon oxide film by photolithography, and anisotropic wet etching using KOH (potassium hydroxide aqueous solution) is performed on the etchant (FIG. 7B). ). The arrows shown in FIG. 7B indicate the direction of etching. In this step, a difference between the height of the spacer 130 and the height of the protrusion 122 is formed. The shape of the spacer 130 and the shape of the protrusion 122 are patterned on the surface by photolithography, and anisotropic wet etching using KOH or the like is performed on the etchant (FIG. 7C). The arrows shown in FIG. 7C indicate the direction of etching. A thermal oxide film (SiO 2 ) is formed as an insulating film on the surface of the silicon (Si) substrate 181 (FIG. 7D). Finally, conductive drive electrode portions 121, wirings 123, and electrode pads 124 are formed by sputtering, for example (FIG. 7E).

なお、上記した製法は一例であり、電極基板120の作製方法を限定するものではない。例えばエッチング方法は等方性ウェットエッチングでもドライエッチングでも良い。あるいは突起122、スペーサ130を積層で作製することもできる。本実施形態の電極基板120はスペーサ130の高さと突起122の高さが異なっているので、エッチングを2回施したが、両者の高さは一致していてもよく、その場合、エッチング回数を1回とすることができる。また、本実施形態の電極基板120は突起122を形成した例であるが、突起122を形成しない場合、エッチング回数を1回とすることができる。本実施形態の電極基板120はスペーサ130を一体形成した例であるが、スペーサ130を別部材で作製する場合、エッチング回数を1回とすることができる。スペーサ130を可動ミラー基板110や電極基板120と独立に作製する場合の作製方法は図示しないが、例えばシリコン(Si)基板の厚さをエッチングで調整して形成することができる。さらに必要に応じて、表面を熱酸化し絶縁性を与えることや、表面に導電性膜を成膜して導電性を与えることができる。   The above-described manufacturing method is an example, and the manufacturing method of the electrode substrate 120 is not limited. For example, the etching method may be isotropic wet etching or dry etching. Alternatively, the protrusion 122 and the spacer 130 can be formed by stacking. Since the height of the spacer 130 and the height of the protrusion 122 are different in the electrode substrate 120 of this embodiment, the etching is performed twice. However, the heights of the both may be the same, and in this case, the number of times of etching is set. It can be once. Further, although the electrode substrate 120 of the present embodiment is an example in which the protrusion 122 is formed, when the protrusion 122 is not formed, the number of times of etching can be set to one. The electrode substrate 120 of this embodiment is an example in which the spacers 130 are integrally formed. However, when the spacers 130 are made of different members, the number of etchings can be one. Although a manufacturing method in the case where the spacer 130 is manufactured independently of the movable mirror substrate 110 and the electrode substrate 120 is not illustrated, for example, the spacer 130 can be formed by adjusting the thickness of a silicon (Si) substrate by etching. Furthermore, if necessary, the surface can be thermally oxidized to provide insulation, or a conductive film can be formed on the surface to provide conductivity.

以下、マイクロミラー100を形成する方法を、静電駆動マイクロミラーを例に説明する。図1に示した本発明の実施形態のマイクロミラー100の例では、図4に例示したスペーサ130を一体形成した電極基板120と、図2に例示した可動ミラー基板110とを接着、接合または締結することで静電駆動型のマイクロミラー100を構成する。可動ミラー基板110と、スペーサを一体形成した電極基板120の並進位置は、例えば、両者に位置合わせ用孔(図示せず)を形成し、該位置合わせ用孔にピンまたは球体等を挿入することで、両者の並進位置を制御することができる。別の例として、可動ミラー基板110と、スペーサを一体形成した電極基板120に位置合わせ用のパターン(図示せず)を形成し、パターン認識(例えば画像処理)によって両者の並進位置を制御することができる。可動ミラー基板110と電極基板120の高さはスペーサ130の精度で与える。接着によって静電駆動マイクロミラー100を形成する場合は、接着剤として、例えば紫外線硬化樹脂を用いることができる。あるいは、熱硬化樹脂を用いることができる。接合で静電駆動マイクロミラー100を形成する場合は、例えば金-錫はんだ等を用いることができる。スペーサ130を可動ミラー基板110や電極基板120と独立に作製する場合、あるいは可動ミラー基板110にスペーサ130を一体形成する場合も同様の方法でマイクロミラー100が作製できる。   Hereinafter, a method of forming the micromirror 100 will be described using an electrostatically driven micromirror as an example. In the example of the micromirror 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the electrode substrate 120 integrally formed with the spacer 130 illustrated in FIG. 4 and the movable mirror substrate 110 illustrated in FIG. 2 are bonded, bonded, or fastened. Thus, the electrostatic drive type micro mirror 100 is configured. As for the translation position of the movable mirror substrate 110 and the electrode substrate 120 integrally formed with the spacer, for example, an alignment hole (not shown) is formed in both, and a pin or a sphere is inserted into the alignment hole. Thus, the translational position of both can be controlled. As another example, a pattern for alignment (not shown) is formed on the movable mirror substrate 110 and the electrode substrate 120 in which spacers are integrally formed, and the translation position of both is controlled by pattern recognition (for example, image processing). Can do. The height of the movable mirror substrate 110 and the electrode substrate 120 is given by the accuracy of the spacer 130. When forming the electrostatic drive micromirror 100 by bonding, for example, an ultraviolet curable resin can be used as the adhesive. Alternatively, a thermosetting resin can be used. When forming the electrostatically driven micromirror 100 by bonding, for example, gold-tin solder or the like can be used. When the spacer 130 is manufactured independently of the movable mirror substrate 110 and the electrode substrate 120, or when the spacer 130 is formed integrally with the movable mirror substrate 110, the micromirror 100 can be manufactured by the same method.

図8に本発明のマイクロミラー100の別の実施形態を示す。図8(a)に示す通り、本実施形態のマイクロミラー100は、マイクロミラー100を密封可能な筐体140に収め、筐体内部を光学オイル150で充填することを特徴とする。静電駆動マイクロミラー100周囲に充填された光学オイル150は、可動ミラー111に衝撃が加わった時の抑制力として機能するので可動ミラー111の耐衝撃性を向上させることができる。図8は可動ミラー動作時に可動ミラー111の端部118が電極基板120と接触する構造の静電駆動マイクロミラー100の例であるが、可動ミラーの端部118が電極基板120と接触することを要求するものではない。本実施形態のマイクロミラー100は可動ミラーの端部118を電極基板120と接触させずに駆動させる方式とすることもできる。
図8(b)は図8(a)に示した電極基板120を可動ミラー基板110側から見た図である。基本的な構成は図4で説明した電極基板120と同じであるが、可動ミラー111の端部118が接触する付近に抵抗配線125を有することを特徴とする。前述の通り、本実施形態のマイクロミラー100は可動ミラー111の端部118を電極基板と接触させずに駆動させる方式としても良い。可動ミラー111の端部118を電極基板と接触させずに駆動させる方式の場合抵抗配線125は不要である。該抵抗配線125は可動ミラー111とは接触しない。可動ミラー111を動作させ始めるときに可動ミラーの端部118が接近している側の抵抗配線125に通電することで、光学オイル150に気泡151を発生させる。該気泡151で可動ミラー111に押上げ力を加えることで、可動ミラー111に初速度を与え、可動ミラー111の動作を補助し、可動ミラー111の凝着防止にも寄与する。気泡151の発生を図8(c)に示す。
FIG. 8 shows another embodiment of the micromirror 100 of the present invention. As shown in FIG. 8A, the micromirror 100 of this embodiment is characterized in that the micromirror 100 is housed in a sealable casing 140 and the interior of the casing is filled with optical oil 150. The optical oil 150 filled around the electrostatic drive micromirror 100 functions as a restraining force when an impact is applied to the movable mirror 111, so that the impact resistance of the movable mirror 111 can be improved. FIG. 8 shows an example of the electrostatic drive micromirror 100 having a structure in which the end 118 of the movable mirror 111 is in contact with the electrode substrate 120 during the operation of the movable mirror, but the end 118 of the movable mirror is in contact with the electrode substrate 120. It is not a requirement. The micromirror 100 according to the present embodiment may be driven without moving the end 118 of the movable mirror in contact with the electrode substrate 120.
FIG. 8B is a view of the electrode substrate 120 shown in FIG. 8A viewed from the movable mirror substrate 110 side. The basic configuration is the same as that of the electrode substrate 120 described with reference to FIG. 4, but is characterized in that a resistance wiring 125 is provided in the vicinity where the end portion 118 of the movable mirror 111 contacts. As described above, the micromirror 100 according to the present embodiment may be driven by the end 118 of the movable mirror 111 without contacting the electrode substrate. In the case of a system in which the end 118 of the movable mirror 111 is driven without contacting the electrode substrate, the resistance wiring 125 is not necessary. The resistance wiring 125 is not in contact with the movable mirror 111. When the movable mirror 111 is started to operate, the bubble 151 is generated in the optical oil 150 by energizing the resistance wiring 125 on the side where the end 118 of the movable mirror is approaching. By applying a pushing force to the movable mirror 111 with the bubbles 151, an initial speed is given to the movable mirror 111, the operation of the movable mirror 111 is assisted, and the movable mirror 111 is prevented from sticking. The generation of the bubbles 151 is shown in FIG.

上述したそれぞれの実施形態に基づく構成により、可動ミラー111が光学的に機能する部分(すなわち反射面112を有する部分)の厚さを維持しつつ、可動ミラー111の質量および慣性モーメントを低減させることが可能となり、光学特性すなわち反射面112での損失を抑制しつつ、耐衝撃性や高速制御性に優れたマイクロミラーが実現できる。   The configuration based on each of the embodiments described above reduces the mass and moment of inertia of the movable mirror 111 while maintaining the thickness of the portion where the movable mirror 111 functions optically (that is, the portion having the reflective surface 112). Thus, a micromirror excellent in impact resistance and high-speed controllability can be realized while suppressing loss at the optical characteristics, that is, the reflection surface 112.

上記説明は一軸回転の静電駆動マイクロミラーの説明であるが、本発明は一軸回転の静電駆動マイクロミラーに限定されるものではなく、多軸回転ミラーに適用することもできる。図9に二軸回転の静電駆動マイクロミラーの断面図を例示する。図9に示す構成では、可動ミラー111を支持して回転軸115を与える第1の梁が、可動ミラー111の周囲に配置された外枠部160に連結され、さらに該外枠部160は前記回転軸115とは直交する方向で第2の梁162によって可動ミラー基板110に連結されている。第2の梁162が与える回転軸と反射面112を有する部分との関係等は前述の一軸回転の場合と同様である。   Although the above description is about a single-axis rotating electrostatic drive micromirror, the present invention is not limited to a single-axis rotating electrostatic drive micromirror, and can be applied to a multi-axis rotating mirror. FIG. 9 illustrates a cross-sectional view of a biaxially rotated electrostatically driven micromirror. In the configuration shown in FIG. 9, the first beam that supports the movable mirror 111 and provides the rotation shaft 115 is connected to an outer frame portion 160 disposed around the movable mirror 111, and the outer frame portion 160 is The second mirror 162 is connected to the movable mirror substrate 110 in a direction orthogonal to the rotation shaft 115. The relationship between the rotation axis provided by the second beam 162 and the portion having the reflecting surface 112 is the same as in the case of the uniaxial rotation described above.

図12は本発明の光部品の実施形態として光スイッチの例を示す。本発明のマイクロミラーを光部品に適用することで、光学特性すなわち反射面での損失を抑制しつつ、耐衝撃性や高速制御性に優れた光部品が実現できる。高集積・高速制御性が要求される光スイッチには、本発明のマイクロミラーは好適である。図12の実施形態では、1×2型の光スイッチを例に示しているが、本発明の光スイッチは、本発明のマイクロミラーと、1以上の入力側光ファイバと、前記入力側光ファイバに対置された入力側コリメートレンズと、1以上の出力側光ファイバと、前記出力側光ファイバに対置された出力側コリメートレンズとを備えて、前記入力側光ファイバから射出される光ビームを前記マイクロミラーで偏向することで、該光ビームが再結合する出力側光ファイバを選択する構成であればよい。この場合入力側光ファイバが1で、出力側光ファイバが1の場合は、オンオフスイッチを構成することになる。   FIG. 12 shows an example of an optical switch as an embodiment of the optical component of the present invention. By applying the micromirror of the present invention to an optical component, an optical component excellent in impact resistance and high-speed controllability can be realized while suppressing optical characteristics, that is, loss on the reflecting surface. The micromirror of the present invention is suitable for an optical switch that requires high integration and high-speed controllability. In the embodiment of FIG. 12, a 1 × 2 type optical switch is shown as an example. However, the optical switch of the present invention includes the micromirror of the present invention, one or more input side optical fibers, and the input side optical fibers. An input-side collimating lens, one or more output-side optical fibers, and an output-side collimating lens opposed to the output-side optical fiber, the light beam emitted from the input-side optical fiber being Any configuration may be used as long as the output side optical fiber to which the light beam is recombined is selected by deflecting with a micromirror. In this case, when the input side optical fiber is 1 and the output side optical fiber is 1, an on / off switch is configured.

図12(a)は光ファイバ202同士を角度配置する光スイッチの構成である。光偏向手段として、本発明に係るマイクロミラーを用いている。光ファイバ202aからの入射光はコリメートレンズ204aでコリメートされ、可動ミラー111の反射面に入射する。その光路209は可動ミラー111の回動によって切り換えられ、光ファイバ202bと202cの間で結合を切り換える。可動ミラー111で反射された光は光ファイバ202bまたは202cに入射する前にコリメートレンズ204bまたは204cでコリメートされる。本構成の光スイッチは、本発明に係るマイクロミラーを用いているため、光学特性、耐衝撃性、高速制御性に優れる。   FIG. 12A shows a configuration of an optical switch in which the optical fibers 202 are arranged at an angle. The micromirror according to the present invention is used as the light deflection means. Incident light from the optical fiber 202 a is collimated by the collimating lens 204 a and enters the reflecting surface of the movable mirror 111. The optical path 209 is switched by the rotation of the movable mirror 111 to switch the coupling between the optical fibers 202b and 202c. The light reflected by the movable mirror 111 is collimated by the collimating lens 204b or 204c before entering the optical fiber 202b or 202c. Since the optical switch of this configuration uses the micromirror according to the present invention, it is excellent in optical characteristics, impact resistance, and high-speed controllability.

また、図12(a)の構成では、光部品として光ファイバの結合を切り換える光スイッチを示したが、光ファイバの一部の代わりにフォトダイオードなどの光検出素子を配置して、光検出器を構成しても良い。あるいはレーザ光源から発した光の進行方向を本発明のマイクロミラーで切り替えて所望の光ファイバに結合させる光デバイスを構成しても良い。本発明のマイクロミラーは、上述のように光偏向手段として優れる一方、その適用形態に制限はないことから、光偏向手段を必要とする光部品に広く適用することができる。すなわち、本発明のマイクロミラーを光偏向手段として用いて光部品を構成することができる。   Further, in the configuration of FIG. 12A, an optical switch that switches coupling of optical fibers as an optical component is shown. However, a photodetector such as a photodiode is disposed instead of a part of the optical fiber to detect the photodetector. May be configured. Or you may comprise the optical device which switches the advancing direction of the light emitted from the laser light source with the micromirror of the present invention and couples it to a desired optical fiber. While the micromirror of the present invention is excellent as a light deflecting means as described above, the application form is not limited, and can be widely applied to optical parts that require the light deflecting means. That is, an optical component can be configured using the micromirror of the present invention as a light deflecting unit.

図12(b)の構成例では、光ファイバ202a、202b、202cと可動ミラー111との間にコリメートレンズアレイを配置して、前記各光ファイバにはコリメートレンズ204a、204b、204cを対置させている。ここで、複数の光ファイバのうちの少なくとも一部、例えば図12(b)の例では光ファイバ202a、202cとそれぞれに対置するコリメートレンズ204a、204cをオフセット配置する。オフセット配置とは光ファイバの光軸とコリメートレンズの光軸をずらして配置することとする。光ファイバの光軸とコリメートレンズの光軸をずらすと、コリメートレンズを通過後の光ビーム209の光軸は、光ファイバのずれ方向と逆方向に偏向する。従って、図12(b)において光ファイバ202aをコリメートレンズ204aに対し光ファイバ202bから遠ざかる方向にずらすと、光ビーム209の光軸はマイクロミラー中央方向に偏向する。その結果、光ファイバ202aからの入射光は可動ミラー111の反射面で反射される。反射光がコリメートレンズ204cへ向かった場合、光ファイバ202cがコリメートレンズ204cに対して光ファイバ202bから遠ざかる方向にずらしておくことで、光ビームは光ファイバ202cに結合する。本構成では本発明の静電駆動マイクロミラー100の特性を活かしつつ、シリンドリカルレンズを不要とすることで光学素子数が低減できる。また入出力側の光ファイバ202が平行配列であるので配列し易い。   In the configuration example of FIG. 12B, a collimating lens array is arranged between the optical fibers 202a, 202b, 202c and the movable mirror 111, and collimating lenses 204a, 204b, 204c are placed on the respective optical fibers. Yes. Here, at least a part of the plurality of optical fibers, for example, in the example of FIG. 12B, collimating lenses 204a and 204c facing the optical fibers 202a and 202c are offset. The offset arrangement means that the optical axis of the optical fiber is shifted from the optical axis of the collimating lens. When the optical axis of the optical fiber is shifted from the optical axis of the collimating lens, the optical axis of the light beam 209 after passing through the collimating lens is deflected in the direction opposite to the direction of shift of the optical fiber. Accordingly, in FIG. 12B, when the optical fiber 202a is shifted in a direction away from the optical fiber 202b with respect to the collimating lens 204a, the optical axis of the light beam 209 is deflected toward the center of the micromirror. As a result, incident light from the optical fiber 202 a is reflected by the reflecting surface of the movable mirror 111. When the reflected light is directed to the collimating lens 204c, the light beam is coupled to the optical fiber 202c by shifting the optical fiber 202c away from the optical fiber 202b with respect to the collimating lens 204c. In this configuration, the number of optical elements can be reduced by eliminating the need for a cylindrical lens while utilizing the characteristics of the electrostatically driven micromirror 100 of the present invention. Further, since the input / output side optical fibers 202 are arranged in parallel, they are easily arranged.

図12(c)の構成例では、コリメートレンズ204a、204b、205cと可動ミラー111との間に固定ミラー230が配置され、光ファイバ202aからの入射光は可動ミラー111の反射面に集光し、該反射面による反射光は光ファイバ202cに結合される。図12(b)のコリメートレンズをオフセット配置する変わりに、固定ミラー230を用いている。また、入出力側の光ファイバ202は図12(b)の場合と同様に平行配列である。固定ミラー230は反射損失、波長依存性損失に優れた光学部品であるので、本構成においては、光スイッチ200の光学特性向上が期待できる。また固定ミラー230は作製が容易という利点もある。   In the configuration example of FIG. 12C, the fixed mirror 230 is disposed between the collimating lenses 204 a, 204 b, 205 c and the movable mirror 111, and incident light from the optical fiber 202 a is collected on the reflecting surface of the movable mirror 111. The light reflected by the reflecting surface is coupled to the optical fiber 202c. Instead of the offset arrangement of the collimating lens in FIG. 12B, a fixed mirror 230 is used. Further, the input / output side optical fibers 202 are arranged in parallel as in the case of FIG. Since the fixed mirror 230 is an optical component having excellent reflection loss and wavelength-dependent loss, the optical characteristics of the optical switch 200 can be expected to be improved in this configuration. Further, the fixed mirror 230 has an advantage that it is easy to manufacture.

図10は本発明のマイクロミラーを用いた光スイッチの別の例である。図10は図1に示した一軸回転ミラーを用いた静電駆動型の1入力2出力の光スイッチの例であるが、マイクロミラー100の駆動方式を、可動ミラー111を電極基板120に接触させない駆動方式とすることで、1入力多出力の光スイッチとすることもできる(図示せず)。マイクロミラー100を、例えば図9に示したような、多軸回転ミラーとすることで、多入力多出力の光スイッチを構成することもできる(図示せず)。   FIG. 10 shows another example of an optical switch using the micromirror of the present invention. FIG. 10 shows an example of the electrostatic drive type 1-input 2-output optical switch using the uniaxial rotating mirror shown in FIG. 1, but the driving method of the micro mirror 100 is such that the movable mirror 111 is not brought into contact with the electrode substrate 120. By adopting the driving method, it is possible to provide an optical switch with one input and multiple outputs (not shown). For example, a multi-input multi-output optical switch can be configured by using a multi-axis rotating mirror as shown in FIG. 9 for the micro mirror 100 (not shown).

図10に示した光スイッチ200は、入力側光ファイバ202aと入力側コリメートレンズ204aを有する入力ポートと、シリンドリカルレンズ205、マイクロミラー100、出力側コリメートレンズ204b、204cと出力側光ファイバ202b、202cを有する出力ポート100、を構成要素として有する1入力2出力の光スイッチ(1×2光スイッチ)である。すなわち、図10に示す実施形態は、図12(b)、(c)のオフセット配置、固定ミラーの代わりに、集光光学系をコリメートレンズとマイクロミラーの間に配置し、該集光光学系を用いて反射面に光ビームを集光する構成である。図10では、集光光学系としてシリンドリカルレンズを用いている。   The optical switch 200 shown in FIG. 10 includes an input port having an input side optical fiber 202a and an input side collimating lens 204a, a cylindrical lens 205, a micro mirror 100, output side collimating lenses 204b and 204c, and output side optical fibers 202b and 202c. 1 is a 1-input 2-output optical switch (1 × 2 optical switch). That is, in the embodiment shown in FIG. 10, a condensing optical system is arranged between the collimating lens and the micromirror instead of the offset arrangement and the fixed mirror shown in FIGS. In this configuration, the light beam is condensed on the reflecting surface. In FIG. 10, a cylindrical lens is used as the condensing optical system.

光スイッチ200内で、マイクロミラー100の反射面112に、光ビーム209を集光する集光光学系であるシリンドリカルレンズ205を用いると、マイクロミラー100の反射面112を小型化できる。反射面112は光ビーム209を集光した分だけ小さくできる。このことを、図11を用いて説明する。図11にDで示した領域は集光光学系を用いない場合の反射面112における光ビーム径である。前記領域Dを十分にカバーするために、マイクロミラー100の反射面112の長さとしてLが求められる。一方ハッチングで示した領域Dは集光光学系としてシリンドリカルレンズを用いた場合の反射面112における光ビーム径である。前記領域Dを十分にカバーするため求められる反射面112の長さLで十分となる。その結果、反射面112を小さくすることができ、マイクロミラー100の質量と慣性モーメントを低減することができるので、耐衝撃性、高速制御性はさらに向上する。なお、反射面112において光ビーム209が集光する特性を有しているのであれば、シリンドリカルレンズ205は他の集光光学素子(レンズ)で置き換えることができる。 If the cylindrical lens 205 which is a condensing optical system for condensing the light beam 209 is used for the reflecting surface 112 of the micromirror 100 in the optical switch 200, the reflecting surface 112 of the micromirror 100 can be reduced in size. The reflecting surface 112 can be made smaller by the amount of the condensed light beam 209. This will be described with reference to FIG. A region indicated by D 0 in FIG. 11 is a light beam diameter on the reflection surface 112 when the condensing optical system is not used. In order to sufficiently cover the region D 0 , L 0 is obtained as the length of the reflection surface 112 of the micromirror 100. On the other hand, a hatched area D is the diameter of the light beam on the reflecting surface 112 when a cylindrical lens is used as the condensing optical system. The length L of the reflecting surface 112 required to sufficiently cover the region D is sufficient. As a result, the reflecting surface 112 can be made small, and the mass and moment of inertia of the micromirror 100 can be reduced, so that the impact resistance and high speed controllability are further improved. Note that the cylindrical lens 205 can be replaced with another condensing optical element (lens) as long as the light beam 209 has a property of condensing on the reflecting surface 112.

図10に示す光スイッチをその機能とともに更に詳述する。図10の構成は、1本の入力側光ファイバ202aと2本の出力側光ファイバ202b、202cを有し、可動ミラー111が前記入力側光ファイバ202aと第一の出力側光ファイバ202bとの間に光路を形成する第一の姿勢と前記入力側光ファイバ202aと第二の出力側光ファイバ202cとの間に光路を形成する第二の姿勢を選択可能であり、可動ミラー111が第一の姿勢および第二の姿勢において他の部材と接点を持つ構成であり、集光光学系としてシリンドリカルレンズ205を用いる光スイッチ200である。例えば、可動ミラー111を図1に示す一軸回転型の静電駆動ミラーとすると、可動ミラー端部118およびミラー電極部113の中央付近がそれぞれ電極基板120および突起122と接触することで第一の姿勢あるいは第二の姿勢が実現できる。該構成の静電駆動マイクロミラー100は、光学特性、耐衝撃性および高速制御性に優れるだけでなく、動作角度の安定性にも優れるので、光スイッチの光学特性向上に効果的である。該構成の静電駆動マイクロミラー100は、2値デジタル駆動をするので、該構成の静電駆動マイクロミラー100を用いて1入力2出力の光スイッチ(1×2光スイッチ)が実現できる。上記構成の光スイッチでは入力側光ファイバ202aと出力側光ファイバ202b、202cが一直線上に配置可能であるので、集光光学系としてシリンドリカルレンズを適用することができる。   The optical switch shown in FIG. 10 will be described in further detail along with its function. The configuration of FIG. 10 has one input side optical fiber 202a and two output side optical fibers 202b and 202c, and the movable mirror 111 is composed of the input side optical fiber 202a and the first output side optical fiber 202b. A first posture that forms an optical path between them and a second posture that forms an optical path between the input-side optical fiber 202a and the second output-side optical fiber 202c can be selected. The optical switch 200 is configured to have a contact point with another member in the second posture and the second posture, and uses a cylindrical lens 205 as a condensing optical system. For example, if the movable mirror 111 is a uniaxial rotation type electrostatic drive mirror shown in FIG. 1, the vicinity of the center of the movable mirror end portion 118 and the mirror electrode portion 113 is in contact with the electrode substrate 120 and the protrusion 122, respectively. The posture or the second posture can be realized. The electrostatically driven micromirror 100 having such a configuration is not only excellent in optical characteristics, impact resistance and high-speed controllability, but also excellent in stability of the operating angle, and thus is effective in improving the optical characteristics of the optical switch. Since the electrostatic drive micromirror 100 having this configuration performs binary digital drive, a 1-input 2-output optical switch (1 × 2 optical switch) can be realized using the electrostatic drive micromirror 100 having the configuration. In the optical switch having the above configuration, the input side optical fiber 202a and the output side optical fibers 202b and 202c can be arranged in a straight line, so that a cylindrical lens can be applied as a condensing optical system.

図10(a)は、入力側光ファイバ202aから第一の出力側光ファイバ202cへの光路形成状態を示す図である。図10(a)において可動ミラー111は第一の姿勢をとる。図10(b)は入力側光ファイバ202aから第二の出力側光ファイバ202bへの光路形成状態を示す図である。図10(b)において可動ミラー111は第二の姿勢をとる。図10(c)は可動ミラー111に駆動力を与えない状態を示す図である。   FIG. 10A is a diagram showing an optical path formation state from the input side optical fiber 202a to the first output side optical fiber 202c. In FIG. 10A, the movable mirror 111 takes the first posture. FIG. 10B is a diagram showing an optical path forming state from the input side optical fiber 202a to the second output side optical fiber 202b. In FIG. 10B, the movable mirror 111 takes the second posture. FIG. 10C is a diagram showing a state where no driving force is applied to the movable mirror 111.

本発明に係るマイクロミラーを図10に示した1×2光スイッチに適用し、さらに該1×2光スイッチをアレイ化して光スイッチアレイ300とする例を図13に示し、本発明に係るマイクロミラーおよび光スイッチをさらに詳しく説明する。   An example in which the micromirror according to the present invention is applied to the 1 × 2 optical switch shown in FIG. 10 and the 1 × 2 optical switch is arrayed to form an optical switch array 300 is shown in FIG. The mirror and the optical switch will be described in more detail.

図13に示した光スイッチアレイ300は、光ファイバアレイ203と、コリメートレンズアレイ204と、シリンドリカルレンズ205と、静電駆動型のマイクロミラー100を構成要素に持つ。図13に示した光スイッチアレイ300は独立に動作する8組の1×2光スイッチが集積化された光スイッチアレイである。ただし、図13は1×2光スイッチの集積化可能な数を限定するものではない。また、本発明のマイクロミラー100の適用デバイスを限定するものでもない。各1×2光スイッチ要素は図10に示した構造をとる。各1×2光スイッチ要素で使用するマイクロミラー100は図1に示したマイクロミラーである。可動ミラー111はミラー端部118とミラー電極部113の中央付近が、電極基板120と突起122に接触することで、動作角度を決定する。光スイッチ200の切替動作中には一時的に可動ミラー111と突起122の接触が開放される。   The optical switch array 300 shown in FIG. 13 includes an optical fiber array 203, a collimating lens array 204, a cylindrical lens 205, and an electrostatically driven micromirror 100 as components. The optical switch array 300 shown in FIG. 13 is an optical switch array in which 8 sets of 1 × 2 optical switches that operate independently are integrated. However, FIG. 13 does not limit the number of 1 × 2 optical switches that can be integrated. Moreover, the application device of the micromirror 100 of this invention is not limited. Each 1 × 2 optical switch element has the structure shown in FIG. The micromirror 100 used in each 1 × 2 optical switch element is the micromirror shown in FIG. The movable mirror 111 determines the operating angle when the vicinity of the center of the mirror end portion 118 and the mirror electrode portion 113 is in contact with the electrode substrate 120 and the protrusion 122. During the switching operation of the optical switch 200, the contact between the movable mirror 111 and the protrusion 122 is temporarily released.

光ファイバアレイ203は24本の光ファイバ202と該ファイバを整列させる基板(光ファイバ整列基板)218、219を構成要素に持つ。本実施例は8組の1×2光スイッチを集積化するので、24本の光ファイバ2は一方向に3本、それと直交する方向に8本配列する。ここで、3本配列した光ファイバは1つの1×2光スイッチに対応する1本の入力光ファイバと2本の出力光ファイバに対応する。この配列方向を切り替え方向と定義する。切り替え方向と直交する配列方向を集積化方向と定義する。切り替え方向と集積化方向の定義は図13に記載する。   The optical fiber array 203 includes 24 optical fibers 202 and substrates (optical fiber alignment substrates) 218 and 219 for aligning the fibers as constituent elements. Since the present embodiment integrates eight sets of 1 × 2 optical switches, 24 optical fibers 2 are arranged in three directions in one direction and eight in a direction orthogonal thereto. Here, the three arranged optical fibers correspond to one input optical fiber and two output optical fibers corresponding to one 1 × 2 optical switch. This arrangement direction is defined as a switching direction. An arrangement direction orthogonal to the switching direction is defined as an integration direction. The definitions of the switching direction and the integration direction are described in FIG.

本実施例においては切り替え方向の光ファイバピッチを0.5mmとし、集積化方向の光ファイバピッチを1mmとする。光ファイバアレイ203においては、光ファイバが精度よく整列されている。本実施例では、光ファイバ整列用孔を形成した光ファイバ整列基板218を用いて光ファイバを整列させる。光ファイバアレイ203の整列精度は、光ファイバ整列基板218に形成する光ファイバ整列用孔の精度で与える。   In this embodiment, the optical fiber pitch in the switching direction is 0.5 mm, and the optical fiber pitch in the integration direction is 1 mm. In the optical fiber array 203, the optical fibers are accurately aligned. In this embodiment, the optical fibers are aligned using an optical fiber alignment substrate 218 having optical fiber alignment holes formed therein. The alignment accuracy of the optical fiber array 203 is given by the accuracy of the optical fiber alignment holes formed in the optical fiber alignment substrate 218.

本実施例は8組の1×2光スイッチの集積化しているので、コリメートレンズアレイ204は切り替え方向に3つ配列し、集積化方向に8つ配列した合計24個のコリメートレンズを構成要素に持つ。ここで切り替え方向と集積化方向の定義は、光ファイバアレイ203で定義した方向に準ずる。コリメートレンズアレイ204のピッチは光ファイバアレイ203のピッチに対応させる。本実施例においてはコリメートレンズアレイの切り替え方向のピッチは0.5mm、集積化方向のピッチは1mmとする。本実施例ではコリメートレンズアレイ204は基板厚さが0.625mmのシリコン基板をエッチングすることで作製する。コリメートレンズアレイ204の表裏面には使用する光の波長(1500〜1650nm)に対応した反射防止膜を成膜する。コリメートレンズアレイ204は光ファイバアレイ203に対向する側が平面でシリンドリカルレンズ205に対向する側に凸レンズを形成する構造とする。コリメートレンズアレイ204を構成する各コリメートレンズはレンズ径が0.45mmの球面凸レンズとし、その曲率半径は3mmとする。光ファイバ整列基板218とコリメートレンズアレイ204との間隙は入力光ファイバから出射された光が所望の特性を持つコリメートビームとなるように選択する。   In this embodiment, since 8 sets of 1 × 2 optical switches are integrated, three collimating lens arrays 204 are arranged in the switching direction, and a total of 24 collimating lenses arranged in the integration direction are used as constituent elements. Have. Here, the definition of the switching direction and the integration direction conforms to the direction defined by the optical fiber array 203. The pitch of the collimating lens array 204 is made to correspond to the pitch of the optical fiber array 203. In this embodiment, the collimating lens array has a switching direction pitch of 0.5 mm and an integration direction pitch of 1 mm. In this embodiment, the collimating lens array 204 is manufactured by etching a silicon substrate having a substrate thickness of 0.625 mm. An antireflection film corresponding to the wavelength of light to be used (1500 to 1650 nm) is formed on the front and back surfaces of the collimating lens array 204. The collimating lens array 204 has a structure in which a side facing the optical fiber array 203 is a flat surface and a convex lens is formed on the side facing the cylindrical lens 205. Each collimating lens constituting the collimating lens array 204 is a spherical convex lens having a lens diameter of 0.45 mm, and its radius of curvature is 3 mm. The gap between the optical fiber alignment substrate 218 and the collimating lens array 204 is selected so that the light emitted from the input optical fiber becomes a collimated beam having desired characteristics.

本実施例では8つの1×2光スイッチで1つのシリンドリカルレンズ205を共用する。該シリンドリカルレンズ205は光学ガラス(BK7)製とし、曲率半径を3.58mm、焦点距離を7.15mmとする。シリンドリカルレンズ205には表裏面に使用する光の波長(1500〜1650nm)に対応する反射防止膜を成膜する。シリンドリカルレンズ205は曲面側をコリメートレンズアレイ204に対向させ、平面側をマイクロミラー110に対向させる向きに配置する。   In the present embodiment, one cylindrical lens 205 is shared by eight 1 × 2 optical switches. The cylindrical lens 205 is made of optical glass (BK7), has a radius of curvature of 3.58 mm, and a focal length of 7.15 mm. On the cylindrical lens 205, an antireflection film corresponding to the wavelength (1500 to 1650 nm) of light used on the front and back surfaces is formed. The cylindrical lens 205 is disposed so that the curved surface side faces the collimating lens array 204 and the flat surface side faces the micromirror 110.

本実施例は8組の1×2光スイッチを集積化しているので、本発明のマイクロミラー100を8つ有する。各マイクロミラー100はマイクロミラーの配列方向に回転中心軸を取った一軸回転可能な構造とする。マイクロミラーの配列方向は、光ファイバアレイ203およびコリメートレンズアレイ204の集積化方向に対応する方向とする。したがってマイクロミラー100は光ファイバアレイ203の集積化方向のピッチに対応したピッチで一列に配列される。本実施例ではマイクロミラー100のピッチは1mmとする。   Since this embodiment integrates eight sets of 1 × 2 optical switches, it has eight micromirrors 100 of the present invention. Each micromirror 100 has a uniaxially rotatable structure with a rotation center axis in the arrangement direction of the micromirrors. The arrangement direction of the micromirrors is a direction corresponding to the integration direction of the optical fiber array 203 and the collimating lens array 204. Therefore, the micromirrors 100 are arranged in a line at a pitch corresponding to the pitch in the integration direction of the optical fiber array 203. In this embodiment, the pitch of the micromirrors 100 is 1 mm.

可動ミラー111は、弾性部材である2本一対の梁114によって支持され、該梁114は可動ミラーが形成されている基板(可動ミラー基板)110に連結されている。梁114は可動ミラー111が回転およびZ方向の並進運動すなわち沈み込みを行いやすいように、折り返し構造の梁で構成している。   The movable mirror 111 is supported by a pair of beams 114, which are elastic members, and the beams 114 are connected to a substrate (movable mirror substrate) 110 on which the movable mirror is formed. The beam 114 is composed of a folded beam so that the movable mirror 111 can easily rotate and translate in the Z direction, that is, sink.

電極基板120には可動ミラー111を駆動するための駆動電極部121を形成する。電極基板120には15μmの突起122を形成する。電極基板120は図7に示した方法で作製する。   A drive electrode portion 121 for driving the movable mirror 111 is formed on the electrode substrate 120. On the electrode substrate 120, a projection 122 having a thickness of 15 μm is formed. The electrode substrate 120 is manufactured by the method shown in FIG.

可動ミラーの反射面を有する側の反対側の面の回動中心軸に直交する方向の長さは1735μmとする。可動ミラー111は、電極基板120に接触するまで動作させる。可動ミラー111と電極基板120は、ミラー端部118で電極基板120と接触し、反射面を有する側の反対側の面の中央付近で突起122と接触して、傾斜角度1度を実現する。電極基板120のミラー端部118が接触する部分には駆動電極部121を配置しない。   The length of the surface of the movable mirror opposite to the side having the reflecting surface in the direction orthogonal to the rotation center axis is 1735 μm. The movable mirror 111 is operated until it contacts the electrode substrate 120. The movable mirror 111 and the electrode substrate 120 are in contact with the electrode substrate 120 at the mirror end portion 118 and are in contact with the protrusion 122 near the center of the surface opposite to the side having the reflecting surface, thereby realizing an inclination angle of 1 degree. The drive electrode portion 121 is not disposed at a portion where the mirror end portion 118 of the electrode substrate 120 contacts.

入力側の光ファイバ202aから出射され対応するコリメートレンズ204aでコリメートビーム化された光はシリンドリカルレンズ205の作用で可動ミラーの反射面112において可動ミラーの配列方向に長径を有する擬楕円形状となる(図11参照)。反射面112において、光は長径方向に0.2〜0.25mm、短径方向に0.1〜0.15mmとなるので、可動ミラーの反射面112は0.4mm×0.3mmとする。可動ミラーの反射面を有する側の反対側の面の幅、すなわち回動中心軸方向の長さ、は0.5mmとする。反射面側の肉厚部116の形状は図2に示した形状とする。肉厚部116の線幅は50μmとする。肉厚部116部分の厚さは反射面を有する部分の厚さと一致させる。該厚さは可動ミラー基板110の厚さと一致する。   The light emitted from the input-side optical fiber 202a and converted into a collimated beam by the corresponding collimating lens 204a becomes a quasi-elliptical shape having a major axis in the arrangement direction of the movable mirror on the reflecting surface 112 of the movable mirror by the action of the cylindrical lens 205 ( (See FIG. 11). On the reflecting surface 112, the light is 0.2 to 0.25 mm in the major axis direction and 0.1 to 0.15 mm in the minor axis direction, so that the reflecting surface 112 of the movable mirror is 0.4 mm × 0.3 mm. The width of the surface of the movable mirror opposite to the side having the reflecting surface, that is, the length in the direction of the rotation center axis is 0.5 mm. The shape of the thick portion 116 on the reflecting surface side is the shape shown in FIG. The line width of the thick portion 116 is 50 μm. The thickness of the thick portion 116 is made to coincide with the thickness of the portion having the reflecting surface. The thickness matches the thickness of the movable mirror substrate 110.

可動ミラー基板110は活性層(Si層)173厚さ10μm、中間層(SiO層)172厚さ1μm、ベース層(Si層)171厚さ300μmのSOIを材料とし、図5に示した方法で作製する。反射面112部分の厚さはSOI基板の初期厚さと同じ311μmである。梁114の厚さはSOIの活性層(Si層)の厚さである10μmとなる。肉厚部116の厚さは、反射面112部分の厚さと同じく311μmとなる。可動ミラーの肉薄部117の厚さは、梁114の厚さと同じ10μmである。 The movable mirror substrate 110 is made of an SOI having an active layer (Si layer) 173 thickness of 10 μm, an intermediate layer (SiO 2 layer) 172 thickness of 1 μm, and a base layer (Si layer) 171 thickness of 300 μm, and the method shown in FIG. To make. The thickness of the reflecting surface 112 is 311 μm, which is the same as the initial thickness of the SOI substrate. The thickness of the beam 114 is 10 μm, which is the thickness of the SOI active layer (Si layer). The thickness of the thick portion 116 is 311 μm, the same as the thickness of the reflecting surface 112 portion. The thickness of the thin part 117 of the movable mirror is 10 μm, which is the same as the thickness of the beam 114.

本発明静電駆動マイクロミラーは質量と慣性モーメントがそれぞれ2.5×10−7[kg]、6.3×10−14[kg・m]となる。ただし、シリコン(Si)の密度は2330[kg/m]とした。該質量および慣性モーメントは可動ミラー全体がSOI基板の初期厚さである311μmである構成例の質量および慣性モーメント6.3×10−7[kg]、1.8×10−13[kg・m]に対して、それぞれ0.4倍、0.35倍に低減する。したがって、同じ剛性の梁で支持する場合、耐衝撃性は質量に反比例し、2.5倍に向上し、回転動作の共振周波数は慣性モーメントの平方根に反比例し、1.7倍に向上する。また、可動ミラー全体を活性層(Si層)の厚さである10μmとした場合に対して、反りに対する耐性は厚さの2乗倍すなわち900倍以上に向上する。なお、本実施例のSOI基板は十分な厚みを有するので取り扱いが容易な点でも好適である。従って、本発明の静電駆動マイクロミラーは光学特性および耐衝撃性や高速制御性に優れた静電駆動マイクロミラーであり、本発明の静電駆動マイクロミラーを適用することで光学特性および耐衝撃性や高速制御性に優れた光スイッチを提供する。 The electrostatic drive micromirror of the present invention has a mass and a moment of inertia of 2.5 × 10 −7 [kg] and 6.3 × 10 −14 [kg · m 2 ], respectively. However, the density of silicon (Si) was 2330 [kg / m 3 ]. The mass and moment of inertia of the configuration example in which the entire movable mirror is 311 μm, which is the initial thickness of the SOI substrate, are 6.3 × 10 −7 [kg] and 1.8 × 10 −13 [kg · m. 2 ] is reduced to 0.4 times and 0.35 times, respectively. Therefore, when supported by a beam having the same rigidity, the impact resistance is inversely proportional to the mass and is improved by 2.5 times, and the resonance frequency of the rotational operation is inversely proportional to the square root of the moment of inertia and is improved by 1.7 times. Further, when the entire movable mirror is 10 μm, which is the thickness of the active layer (Si layer), the resistance to warpage is improved to the square of the thickness, that is, 900 times or more. Note that the SOI substrate of this embodiment has a sufficient thickness and is suitable in terms of easy handling. Therefore, the electrostatic drive micromirror of the present invention is an electrostatic drive micromirror excellent in optical characteristics, impact resistance and high-speed controllability. By applying the electrostatic drive micromirror of the present invention, optical characteristics and impact resistance are improved. Provide an optical switch with excellent performance and high-speed control.

本発明のマイクロミラーの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態に適用する可動ミラー基板の反射面側の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape by the side of the reflective surface of the movable mirror board | substrate applied to embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態に適用する可動ミラーの反射面側の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape by the side of the reflective surface of the movable mirror applied to embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態に適用する電極基板の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the electrode substrate applied to embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態に適用する可動ミラー基板の作製方法例を示す図である。It is a figure which shows the example of a manufacturing method of the movable mirror board | substrate applied to embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態に適用する電極基板の作製方法例を示す図である。It is a figure which shows the example of the preparation methods of the electrode substrate applied to embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーを用いた光スイッチの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the optical switch using the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーを用いた光スイッチの実施形態において集光光学素子を用いる効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of using a condensing optical element in embodiment of the optical switch using the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーを用いた光スイッチの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the optical switch using the micromirror of this invention. 本発明のマイクロミラーを用いた光スイッチをアレイ化した光スイッチアレイの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the optical switch array which arrayed the optical switch using the micromirror of this invention. 反射面を有する部分の基体厚さと肉薄部の厚さの比と反り耐性の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the base | substrate thickness of the part which has a reflective surface, and the thickness of a thin part, and curvature resistance.

符号の説明Explanation of symbols

100:マイクロミラー 110:可動ミラー基板 111:可動ミラー
112:反射面 113:ミラー電極部 114:梁 115:中心軸 116:肉厚部
117:肉薄部 118:端部 119:基体 120:電極基板 121:駆動電極部 122:突起 123:配線 124:電極パッド 125:抵抗配線
126:抵抗配線パッド 130:スペーサ 140:筐体 150:光学オイル
151:気泡 160:外枠部 162:第2の梁部 171:ベース層
172:中間層 173:活性層 181:シリコン基板 200:光スイッチ
202、202a、202b、202c:光ファイバ 203:光ファイバアレイ
204:コリメートレンズアレイ 204a、204b、204c:コリメートレンズ
205:シリンドリカルレンズ 209:光路(光ビーム)
218、219:光ファイバ整列基板 230:固定ミラー 300:光スイッチアレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Micro mirror 110: Movable mirror board | substrate 111: Movable mirror 112: Reflecting surface 113: Mirror electrode part 114: Beam 115: Center axis 116: Thick part 117: Thin part 118: End part 119: Base | substrate 120: Electrode board 121 : Driving electrode part 122: protrusion 123: wiring 124: electrode pad 125: resistance wiring 126: resistance wiring pad 130: spacer 140: housing 150: optical oil 151: bubble 160: outer frame part 162: second beam part 171 : Base layer 172: Intermediate layer 173: Active layer 181: Silicon substrate 200: Optical switch 202, 202 a, 202 b, 202 c: Optical fiber 203: Optical fiber array 204: Collimate lens array 204 a, 204 b, 204 c: Collimate lens 205: Cylindrical Lens 209: Optical path (light beam)
218, 219: Optical fiber alignment substrate 230: Fixed mirror 300: Optical switch array

Claims (11)

一方の面に反射面を有する可動ミラーと、前記可動ミラーが連結される可動ミラー基板と、前記可動ミラーと前記可動ミラー基板とを連結し、前記可動ミラーを前記可動ミラー基板に対して回動可能に支持する梁とを備え、
前記反射面は前記可動ミラーの基体に形成された膜で構成され、
前記基体は前記反射面を有する部分よりも厚さの小さい肉薄部を有するとともに、前記肉薄部は少なくとも前記反射面を有する側の面において前記反射面を有する部分の高さと異なる高さの面を有するマイクロミラー。
A movable mirror having a reflective surface on one surface, a movable mirror substrate to which the movable mirror is coupled, the movable mirror and the movable mirror substrate are coupled, and the movable mirror is rotated with respect to the movable mirror substrate. With a supporting beam,
The reflecting surface is composed of a film formed on the base of the movable mirror,
The base has a thin portion having a thickness smaller than that of the portion having the reflecting surface, and the thin portion has a surface having a height different from the height of the portion having the reflecting surface at least on the surface having the reflecting surface. Having a micromirror.
前記反射面を有する側の面の反対側の面に形成されたミラー電極部と、前記ミラー電極部に対向して配置された駆動電極部とを備え、
前記可動ミラーは前記駆動電極部と前記ミラー電極部との間に印加される静電力によって駆動することを特徴とする請求項1に記載のマイクロミラー。
A mirror electrode portion formed on a surface opposite to the surface having the reflective surface, and a drive electrode portion disposed to face the mirror electrode portion,
The micro mirror according to claim 1, wherein the movable mirror is driven by an electrostatic force applied between the drive electrode unit and the mirror electrode unit.
前記反射面と前記ミラー電極部が略平行であることを特徴とする請求項2に記載のマイクロミラー。   The micromirror according to claim 2, wherein the reflecting surface and the mirror electrode portion are substantially parallel. 前記可動ミラーは前記梁を中心軸として回動し、前記中心軸は前記可動ミラーの面内方向の中央に位置し、前記反射面は前記中心軸に跨っていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロミラー。   2. The movable mirror rotates about the beam as a central axis, the central axis is located at the center in the in-plane direction of the movable mirror, and the reflecting surface straddles the central axis. The micromirror according to any one of? 前記反射面を有する面側に、前記反射面を有する部分の他に、前記肉薄部よりも厚さが大きくなっている肉厚部を有していることを特徴とする請求項1〜4に記載のマイクロミラー。   In the surface side which has the said reflective surface, it has the thick part whose thickness is larger than the said thin part other than the part which has the said reflective surface, The Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The micromirror described. 前記肉厚部が、少なくとも一部において前記肉薄部を挟んで、前記反射面を有する部分を枠状に包囲していることを特徴とする請求項5に記載のマイクロミラー。   The micromirror according to claim 5, wherein the thick portion surrounds the portion having the reflective surface in a frame shape with at least a portion sandwiching the thin portion. 前記可動ミラーの厚さは、前記反射面を有する部分において最大となることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のマイクロミラー。   The micromirror according to any one of claims 1 to 6, wherein the movable mirror has a maximum thickness in a portion having the reflection surface. 請求項1〜7のいずれかに記載のマイクロミラーを、光偏向手段として用いた光部品。   An optical component using the micromirror according to claim 1 as an optical deflection unit. 請求項1〜7のいずれかに記載のマイクロミラーと、1以上の入力側光ファイバと、入力側コリメートレンズと、1以上の出力側光ファイバと、出力側コリメートレンズとを備え、
前記入力側光ファイバから射出される光ビームを前記マイクロミラーで偏向することで、該光ビームが再結合する出力側光ファイバを選択する光スイッチ。
The micromirror according to claim 1, one or more input side optical fibers, an input side collimating lens, one or more output side optical fibers, and an output side collimating lens,
An optical switch that selects an output-side optical fiber to which the light beam is recombined by deflecting the light beam emitted from the input-side optical fiber by the micromirror.
請求項9に記載の光スイッチにおいて
集光光学系を用いて前記マイクロミラーの反射面に光ビームを集光することを特徴とする光スイッチ。
The optical switch according to claim 9, wherein a light beam is condensed on a reflection surface of the micromirror using a condensing optical system.
請求項10に記載の光スイッチにおいて、
前記集光光学素子がシリンドリカルレンズであり、
前記入力側光ファイバが1本であり、前記出力側光ファイバが2本であり、
前記可動ミラーが、前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバのうちの一方の光ファイバとの間に光路を形成する第一の姿勢と、前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバのうちの他方の光ファイバとの間に光路を形成する第二の姿勢を選択可能であり、
前記第一の姿勢および前記第二の姿勢において可動ミラーが他の部材との接点を有することを特徴とする光スイッチ。
The optical switch according to claim 10, wherein
The condensing optical element is a cylindrical lens;
The input side optical fiber is one, the output side optical fiber is two,
A first posture in which the movable mirror forms an optical path between the input-side optical fiber and one of the output-side optical fibers, and the input-side optical fiber and the output-side optical fiber. A second posture that forms an optical path with the other optical fiber of
An optical switch, wherein the movable mirror has a contact point with another member in the first posture and the second posture.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010007815A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 ブラザー工業株式会社 Optical scanning device, image display device, retinal scanning type image display device and optical scanning element
JP2011123363A (en) * 2009-12-11 2011-06-23 Toyota Central R&D Labs Inc Optical deflector and method of manufacturing optical deflector
WO2011121946A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 パナソニック株式会社 Optical reflection element
JP2012183612A (en) * 2011-03-07 2012-09-27 Toyota Central R&D Labs Inc Mems device
JP2013045114A (en) * 2011-08-24 2013-03-04 Nistica Inc Asymmetric lenslet array
WO2014010243A1 (en) * 2012-07-13 2014-01-16 住友精密工業株式会社 Semiconductor device
KR20140031927A (en) * 2011-05-16 2014-03-13 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Production method for optical component and optical component
US8842353B2 (en) 2010-03-16 2014-09-23 Canon Kabushiki Kaisha Microstructure and method of manufacturing the same
JP2014198365A (en) * 2013-03-29 2014-10-23 日本信号株式会社 Planar type actuator
CN104216107A (en) * 2013-05-31 2014-12-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Single-pixel structure, digital micro-mirror device with same and production method of single-pixel structure and digital micro-mirror device
JP2019109448A (en) * 2017-12-20 2019-07-04 スタンレー電気株式会社 Method for manufacturing optical deflector

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010007815A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 ブラザー工業株式会社 Optical scanning device, image display device, retinal scanning type image display device and optical scanning element
JP2011123363A (en) * 2009-12-11 2011-06-23 Toyota Central R&D Labs Inc Optical deflector and method of manufacturing optical deflector
US8842353B2 (en) 2010-03-16 2014-09-23 Canon Kabushiki Kaisha Microstructure and method of manufacturing the same
WO2011121946A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 パナソニック株式会社 Optical reflection element
US8681407B2 (en) 2010-03-30 2014-03-25 Panasonic Corporation Optical reflection element
JP2012183612A (en) * 2011-03-07 2012-09-27 Toyota Central R&D Labs Inc Mems device
KR20140031927A (en) * 2011-05-16 2014-03-13 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Production method for optical component and optical component
KR101920515B1 (en) * 2011-05-16 2018-11-20 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Production method for optical component and optical component
JP2013045114A (en) * 2011-08-24 2013-03-04 Nistica Inc Asymmetric lenslet array
WO2014010243A1 (en) * 2012-07-13 2014-01-16 住友精密工業株式会社 Semiconductor device
JPWO2014010243A1 (en) * 2012-07-13 2016-06-20 住友精密工業株式会社 Semiconductor device
JP2014198365A (en) * 2013-03-29 2014-10-23 日本信号株式会社 Planar type actuator
CN104216107A (en) * 2013-05-31 2014-12-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Single-pixel structure, digital micro-mirror device with same and production method of single-pixel structure and digital micro-mirror device
JP2019109448A (en) * 2017-12-20 2019-07-04 スタンレー電気株式会社 Method for manufacturing optical deflector

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