JP4495095B2 - マイクロミラー装置およびミラーアレイ - Google Patents

Description

本発明は、通信用の光スイッチング素子、計測機器、ディスプレイ、スキャナ、波長選択スイッチ等に使用されるマイクロミラー装置およびミラーアレイに関するものである。

インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重（ＷＤＭ）化および低コスト化を実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が脚光を浴びており、この技術を用いて光スイッチが開発されている（例えば、特許文献１参照）。このＭＥＭＳ型の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがマイクロミラー装置である。光スイッチは、光を電気信号に変換することなく、また多重化された光を波長ごとに分波することなく経路切り替えを可能にする。このような光スイッチは、使用している経路に障害が発生した際に別の経路に信号を振り分け、通信できる状態を維持する際に使用される。

これに対して、近年、多重化された光を波長毎に分波し、それぞれの波長の光の経路を個別に選択する波長選択スイッチが研究開発されている（例えば、特許文献２参照）。この波長選択スイッチにもマイクロミラー装置が使用される。図８は特許文献２に開示された波長選択スイッチの構成を示すブロック図である。波長選択スイッチの波長多重信号入力ポート５０には、異なる波長λ１〜λ５の光信号が多重化された波長多重信号が入力される。グレーティング等からなる光信号分波器５１は、この波長多重信号を波長毎に分波して各入力ポート５２〜５６に入力する。入力ポート５２〜５６に対応して設けられる１入力４出力光スイッチ５７〜６１は、それぞれ１入力２出力光スイッチ７０〜７２，７３〜７５，７６〜７８，７９〜８１，８２〜８４を多段に接続した構成である。１入力４出力光スイッチ５７の４本の出力線は、出力ポート６６〜６９に対応する５入力光信号合波器６２〜６５にそれぞれ接続される。同様に、１入力４出力光スイッチ５８〜６１の各４本の出力線は、５入力光信号合波器６２〜６５にそれぞれ接続される。５入力光信号合波器６２〜６５は、それぞれ入力された光信号を出力ポート６６〜６９へ結合する。

ここで、具体的なスイッチング例として、波長多重信号入力ポート５０に入力された波長多重信号のうち波長λ１の光信号を出力ポート６８へ出力する場合について説明する。波長λ１の光信号は、光信号分波器５１で分波され、１入力４出力光スイッチ５７に入力される。１入力４出力光スイッチ５７の１段目の１入力２出力光スイッチ７０を１入力２出力光スイッチ７２側の出力が選択されるように設定し、２段目の１入力２出力光スイッチ７２を５入力光信号合波器６４側の出力が選択されるように設定する。これにより、入力ポート５２から入力された光信号は、１入力２出力光スイッチ７０，７２を介して５入力光信号合波器６４へ送られる。５入力光信号合波器６４では、他の入力ポートからの光信号と合波して出力ポート６８へ出力する。こうして、各波長の光の経路を選択することができる。

以上のような波長選択スイッチでは、１入力２出力光スイッチ７０〜８４の構成部品としてマイクロミラー装置を使用することができる。特許文献１に記載された従来のマイクロミラー装置の１例を図９、図１０に示す。図９は従来のマイクロミラー装置の構成を示す分解斜視図、図１０は図９のマイクロミラー装置の断面図である。
マイクロミラー装置１００は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有する。

ミラー基板２００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、平面視略円形の開口を有し、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０とを有する。枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂおよびミラー２３０は、例えば単結晶シリコンで一体形成されている。また、枠部２１０の上面には、可動枠２２０およびミラー２３０を取り囲むような枠状部材２４０が形成されている。

一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、それぞれトーションバネから構成され、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。可動枠２２０は、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを通る図９の可動枠回動軸ｘを軸として回動することができる。
同様に、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、それぞれトーションバネから構成され、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。ミラー２３０は、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通る図９のミラー回動軸ｙを軸として回動することができる。可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙとは、互いに直交している。結果として、ミラー２３０は、直交する２軸で回動する。

電極基板３００は、板状の基部３１０と、基部３１０の表面（上面）から突出し、対向するミラー基板２００のミラー２３０と対向する位置に形成された段丘状の突出部３２０を有する。基部３１０と突出部３２０は例えば単結晶シリコンからなる。突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、この第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１と、この第１テラス３２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット３３０とから構成される。このピボット３３０は、第１テラス３２１のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット３３０は、ミラー２３０の中心に対向する位置に配設される。

突出部３２０の四隅とこの四隅に続く基部３１０の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同心の円内に４つの電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。また、基部３１０の上面には、突出部３２０を挟むように並設された一対の凸部３６０ａ，３６０ｂが形成されている。さらに、基部３１０の上面の突出部３２０と凸部３６０ａおよび凸部３６０ｂとの間の箇所には、それぞれ配線３７０が形成されており、この配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。

以上のようなミラー基板２００と電極基板３００とは、ミラー２３０とこのミラー２３０に対応する電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置されるように、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とを接合することにより、図１０に示すようなマイクロミラー装置１００を構成する。マイクロミラー装置１００においては、ミラー２３０を接地し、電極３４０ａ〜３４０ｄに正又は負の電圧を与えて、しかも電極３４０ａ〜３４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。
以上のようなマイクロミラー装置１００を用いて１入力２出力光スイッチ７０〜８４を構成する場合は、入力ポートからの光信号をミラー２３０に照射し、ミラー２３０の反射光が２つの出力ポートのうちいずれか一方に入射するように、ミラー２３０の傾斜角を制御すればよい。

特開２００３−５７５７５号公報 特許第３４４４５４８号公報

図９、図１０に示した従来のマイクロミラー装置１００では、ミラー２３０とばね２２１ａ，２２１ｂとの接続点を略固定点として、このような略固定点を２つ以上設け、この２つの略固定点を結ぶ軸をミラー回動軸ｙとしてミラー２３０を回動させていた。このような構成のマイクロミラー装置１００では、回動軸を形成するばね２２１ａ，２２１ｂの大きさに応じた分だけ、個々のミラー２３０を離す必要がある。

しかし、波長選択スイッチのようにグレーティング等で分波した各波長の光の経路を切り換えるためには、個々のミラーの間隔を一定値以下に狭める必要がある。分波した各波長の光の経路間隔に対してミラーの間隔が大きくなると、ミラーとミラーの間に光が当たってしまい、出力ポートにその波長の光を導けないという現象が生じる。グレーティングで分波された比較的密な波長間隔の光信号を波長選択スイッチでスイッチングするためには、ミラーの幅を例えば１６０μｍ以上とした場合、ミラーの間隔を４０μｍ以下にしなければならないが、図９、図１０に示した従来のマイクロミラー装置１００では、このような狭いミラー間隔の要求を満たせないという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数のミラーを近接して配置することができるマイクロミラー装置およびミラーアレイを提供することを目的とする。

本発明は、平面視略矩形のミラーと、このミラーを回動可能に支持する少なくとも２つの伸縮可能な支持体と、前記ミラーと対向する下部基板の上に形成された、前記ミラーの傾斜角を制御する駆動電極と、前記ミラーの長さ方向の両側の前記下部基板上に形成された支持構造とを備えたマイクロミラー装置であって、前記少なくとも２つの支持体は、前記ミラーの長い方の２辺に沿った長さ方向の両端を支持するものであり、前記支持体の各々は、一端が前記ミラーの長さ方向の端部に接続され、他端が前記支持構造の前記長さ方向の端部に接続され、前記長さ方向と直交する方向に一定のピッチで複数回折り返す折り返し部を有し、前記長さ方向に沿った軸に対して垂直で、かつミラー面と平行な軸を第１の回動軸として前記ミラーが所望の角度に回動可能であると共に、前記長さ方向に沿った軸を第２の回動軸として前記ミラーが所望の角度に回動可能なように、前記支持体のばね定数が設定されることを特徴とするものである。
また、本発明のマイクロミラー装置の１構成例は、さらに、前記ミラーの中心部直下の前記下部基板上に、前記ミラーの裏面と接する導体からなる支点突起を備えるものである。
また、本発明のマイクロミラー装置の１構成例は、少なくとも２つ以上の前記駆動電極を備えるものである。
また、本発明のマイクロミラー装置の１構成例は、少なくとも３つ以上の前記駆動電極を備えるものである。
また、本発明のマイクロミラー装置の１構成例は、さらに、複数の前記駆動電極に印加する駆動電圧をそれぞれ独立に制御する電源を備えるものである。
また、本発明のミラーアレイは、マイクロミラー装置を前記長さ方向と直角の幅方向に沿って複数配置したことを特徴とするものである。

本発明によれば、少なくとも２つの支持体が、ミラーの長さ方向の両端を支持するようにし、長さ方向に沿った軸に対して垂直で、かつミラー面と平行な軸を第１の回動軸としてミラーが所望の角度に回動可能であると共に、長さ方向に沿った軸を第２の回動軸としてミラーが所望の角度に回動可能なように、支持体のばね定数を設定することにより、ミラーが従来のマイクロミラー装置の回動軸に相当する第２の回動軸だけでなく、第１の回動軸の周りにも回動できるようにすることができ、各ミラー間の隙間に支持体を配置する必要性を排除することができる。その結果、本発明では、長さ方向と直角の幅方向に沿って複数のマイクロミラー装置を近接して配置することができ、ミラー間隔が小さい波長選択スイッチのような素子にマイクロミラー装置を適用することができる。

また、本発明では、ミラーの中心部直下の下部基板上に、ミラーの裏面と接する支点突起を設けることにより、ミラーの駆動電極側への沈み込みを防ぐことができる。また、ミラーの沈み込みを防止することで、ミラーの回動軸の高さを規定することができる。すなわち、回動軸上にミラーが存在することになり、光学設計を容易にすることができると共に、設計からのずれ量を小さくすることができる。回動軸上にミラーがないと、ミラーの回転量によってミラーと他の光学素子との距離が変化することになり、この距離の変化を加味した光学系の設計あるいは距離の変化を補正する光学系の設計が必要となり、設計に負担が生じる。本発明では、このような負担を減じることができる。

また、本発明では、少なくとも２つ以上の駆動電極を設けることにより、この駆動電極とミラーとの間に発生する静電力によって、ミラーを第１の回動軸周りに回動させることができる。その結果、本発明のマイクロミラー装置を波長選択スイッチに適用した場合には、グレーティングで分波された光信号をミラーで反射して所望の出力ポートに導くことができる。

また、本発明では、少なくとも３つ以上の駆動電極を設けることにより、この駆動電極とミラーとの間に発生する静電力によって、ミラーを第１の回動軸周りと第２の回動軸周りに回動させることができる。その結果、本発明のマイクロミラー装置を波長選択スイッチに適用した場合には、グレーティングで分波された光信号をミラーで反射して所望の出力ポートに導く際に、ミラーを第２の回動軸周りに回動させて、光信号を出力ポートからいったん逸らすことで、本来の出力ポート以外のポートに光信号が照射されることを防止できる。

また、本発明では、複数の駆動電極に印加する駆動電圧をそれぞれ独立に制御する電源を設けることにより、ミラーの第１の回動軸周りの傾斜角度と第２の回動軸周りの傾斜角度とを独立に制御することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本発明の実施の形態に係るマイクロミラー装置の構成を示す平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のマイクロミラー装置の斜視図、図２（Ａ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ断面図、図２（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

本実施の形態のマイクロミラー装置１は、平行平板型電極構造で発生させる静電力を駆動源とするものであり、平面視略矩形の平板状のミラー２と、ミラー２と対向する下部基板７上に形成された駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、一端がミラー２に接続され、他端が下部基板７上に形成された支持構造８ａ，８ｂに接続された、ミラー２を回動可能に支持する支持体となるばね４ａ，４ｂと、下部基板７上に形成され、駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにそれぞれ駆動電圧を供給する配線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、下部基板７上に形成されたピボット６と、下部基板７と、支持構造８ａ，８ｂとを備えている。なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、下部基板７と支持構造８ａ，８ｂの記載を省略している。また、図１（Ａ）では、下部基板７の表面に配線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを設けるようにしているが、配線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを下部基板７の内部に埋設してもよい。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）の例では、各ミラー２は略一定間隔で配置されている。ただし、波長選択スイッチで経路を選択する各光信号の周波数間隔が一定となるように設計した場合は、各ミラー２の間隔は一定ではなくなり、ミラー２の間隔が光信号の周波数に関係した式で算出される間隔になることがある。一方、波長選択スイッチで経路を選択する各光信号の波長間隔が一定となるように設計した場合は、各ミラー２の間隔は一定になることが一般的である。いずれの場合においても、ミラー２の配置とその他の光学素子の機能と相対位置関係によってミラー２の間隔が一定か否かが決定される。

図３に示すミラー２の幅ＭＷとミラー２のピッチＭＰとミラー２の長さＭＬなどは、波長選択スイッチで経路を選択する各光信号の波長間隔、光信号の通過帯域あるいは透過帯域、光信号のビームの仕様・設計によって決定される。一例を挙げると、ミラー２の幅ＭＷは１６０μｍ、長さＭＬは４００μｍ、ピッチＭＰは２００μｍである。このとき、理想的には光信号の波長間隔を１００ＧＨｚとすると、通過帯域は８０ＧＨｚとなる。

ミラー２の動作仕様も素子の設計によって異なるが、本実施の形態ではミラー２とばね４ａ，４ｂとの２つの接続点を結ぶ軸に対して垂直で、かつミラー面と平行な軸（図１（Ａ）、図１（Ｂ）の軸Ａ）を第１の回動軸とするミラー２の回動を基本動作とし、ミラー２とばね４ａ，４ｂとの２つの接続点を結ぶ軸（図１（Ａ）、図１（Ｂ）の軸Ｂ）を第２の回動軸とする微小回動も可能なミラー２の製造を目的としている。

図９、図１０に示した従来のマイクロミラー装置では、ミラー２３０とばねとの接続点を略固定点として、このような略固定点を２つ以上設け、この２つの略固定点を結ぶ軸を回動軸（図９のミラー回動軸ｙ）としてミラー２３０を回動させていた。しかし、上述のように、波長選択スイッチでは、複数のミラーを近接して配置する必要があり、ミラーとミラーの隙間にばね等の支持体を配置することができない。

そこで、本実施の形態では、ばね４ａ，４ｂを主たる第１の回動軸Ａではなく、副次的な第２の回動軸Ｂに沿った方向に配置し、ミラー２とばね４ａ，４ｂとの接続点を略固定点ではなく、可動点として動作させることによって、各ミラー間の隙間に支持体を配置する必要性を排除した。このような構造を採用することによって、回動軸Ａの周りにミラー２を回動させることができ、複数のマイクロミラー装置１を近接して配置することができるので、ミラー間隔が小さい波長選択スイッチのような素子にマイクロミラー装置１を適用することができる。

ミラー２とばね４ａ，４ｂは単結晶シリコンで一体形成されており、ミラー２には、ばね４ａ，４ｂを介して接地電位が印加される。そして、図示しない電源から配線５ａ，５ｂ，５Ｃ，５ｄを介して駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに正又は負の駆動電圧を与えて、かつ駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２を静電引力で吸引し、ミラー２を第１の回動軸Ａ周り、あるいは第２の回動軸Ｂ周りの任意の方向へ回動させることができる。なお、シリコンで形成されたミラー２の上面には、赤外線の反射率を向上させるために、金あるいはアルミニウムなどの金属を堆積している。同様に、ミラー２の下面についても、金あるいはアルミニウムなどの金属を堆積している。

ただし、本実施の形態では、図９、図１０に示したマイクロミラー装置とは異なり、ミラー２とばね４ａ，４ｂとの接続点をｚ軸方向に可動にする必要がある。すなわち、駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに駆動電圧を印加した場合に、ミラー２とばね４ａ，４ｂとの接続点が駆動電極側もしくは駆動電極と反対側に移動し易いようにしなければならない。そのために、駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの面積と駆動電圧とに応じた静電力が発生した場合に、所望の回転角度を実現できるばね定数を持ったばね４ａ，４ｂを作製する。

従来のばねの設計では、ミラー面に垂直な方向へのミラーの沈み込みを防止するように設計されていたが、本実施の形態では、駆動電極側（−ｚ方向）へのばね４ａ，４ｂの沈み込みを制御しながら、ミラー２の所望の回転角度を実現することが重要となる。そこで、ミラー２の第１の回動軸Ａ周りの動作を設計する際に重要となるばね定数は、ミラー２とばね４ａ，４ｂとの２つの接続点を通る軸に対して平行、かつミラー２と垂直な平面（図１（Ａ）、図１（Ｂ）におけるｙｚ平面）に対して、平行な２方向（図１（Ａ）、図１（Ｂ）のｙ，ｚ軸に沿った２方向）のばね定数である。また、ミラー２の第２の回動軸Ｂ周りの動作を設計する際に重要となるばね定数として、回動軸Ｂ周りのばね定数がある。

このｙ，ｚ軸方向のばね定数、及び回動軸Ｂ周りのばね定数は、駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの大きさと駆動電圧の大きさ、ミラー２の面積などによって決定される。ｘ軸方向のばね定数は、ミラー間の接触の問題、動作時のミラー２のずれの問題、製造途中での歩留まりの問題を考慮して決定される。

ばね４ａ，４ｂの構造パラメータを図４に示し、電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの構造パラメータを図５に示す。図４において、ＳＬはばね長さ、ＳＴＬは折り返し部の長さ、ＳＰはばねピッチ、ＳＨＰはばねハーフピッチ、ＳＷはばね幅、ＳＩＬは折り返し部からミラー２までの距離であるばね内側接続長、ＳＯＬは折り返し部から支持構造８ａ，８ｂまでの距離であるばね外側接続長、ｎは折り返し数である。図５において、ＥＬは電極長さ、ＥＷは電極幅、ＥＬＤは長さ方向電極間距離、ＥＷＤは幅方向電極間距離、ＰＥＤはピボット−電極間距離、ＰＤはピボット径である。

ミラー２を回動軸Ａの周りに回動させるためには、駆動電極を３ａ，３ｂの組と３ｃ，３ｄの組に２分割する必要がある。また、ミラー２を回動軸Ｂの周りに回動させるためには、駆動電極をさらに左右に２分割して独立に駆動電圧を制御できることが必要である。よって、本実施の形態では、駆動電極を３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの４分割構成にしている。ただし、ミラー２を回動軸Ａ，Ｂの周りに回動させるために必要な駆動電極の最低個数は３個である。駆動電極の最低個数が３個である理由は、ミラー２のＢ軸周りの回動が両方向ではなく、１方向のみでもその目的を達成できるからである。

ミラー２とばね４ａ，４ｂとの接続点がｚ軸方向に動き易いようにばね４ａ，４ｂを設計すると、駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに駆動電圧を印加した場合に、実現したいミラー２の角度を達成できないまま或いは制御できないまま、ミラー全体が駆動電極側に引き付けられてしまう場合がある。このような引き付けを防止するために、本実施の形態では、ミラー２の中心部直下の下部基板７上に支点突起となるピボット６を形成する。ピボット６は、シリコンや金等の導体からなり、ミラー２の電極対向面（下面）の表面電位と等しくなるように設定される。この電位設定は、ミラー２とピボット６との固着を防ぐためである。ピボット６は、ミラー２の中心が駆動電極側に引き付けられることを防止する。これにより、ミラー２は、回動軸Ａ，Ｂの周りで回動する。このピボット６の上部を基準位置としてミラー２を回動させることができるので、ミラー２が回動中にミラー中心のＺ方向の位置が変位しない。ピボット６は、ミラー２の回動軸の高さを正確に定めることができる。結果として光学設計からのずれ量を小さくすることができる。

駆動電極３ａ，３ｂの組と３ｃ，３ｄの組のどちらか一方の組に駆動電圧を印加するか、あるいは両方の組に異なる大きさの駆動電圧を印加して、図６に示すようにミラー２を回動軸Ａ周りに回動させる場合、ピボット６はミラー２が沈み込まないように＋ｚ方向に力を作用させる。図６に示すミラー２の回動により、ばね４ａ，４ｂのうち駆動電極側に近づいた方のばね４ａは、ミラー２の端部を＋ｚ方向に引き上げ、駆動電極側から遠のいた方のばね４ｂは、ミラー２の端部を−ｚ方向に引き下げる。これに対して、ミラー２と駆動電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとの間に生じる静電力は、−ｚ方向にミラー２を引き付けるように作用する。概略的には、静電力とばね４ａ，４ｂのｙ，ｚ方向の復元力とピボット６の力とが釣り合うことによって、ミラー２はある角度で停止する。

なお、ミラー２の仕様と設計によっては、ピボット６は無くても構わない。ピボット６が無い場合、ミラー２が回動軸Ａ周りに回動したときに、ばね４ａ，４ｂはいずれもミラー２の端部を＋ｚ方向に引き上げるように作用する。そして、静電力とばね４ａ，４ｂの復元力とが釣り合うところで、ミラー２は停止する。ピボット６が無い場合には、駆動電極３ａ，３ｂの組と３ｃ，３ｄの組のどちらか一方の組に駆動電圧を印加してミラー２を回動させ、ばねと駆動電極間の距離がばね４ａ，４ｂで異なることでミラー２の傾斜角度が決まる。４つの駆動電極に電位を与えても良いが、ミラー２の沈み込み量を大きくしてしまうので、得策ではない。ミラー２は全体的に駆動電極側に引き寄せられるので、駆動電圧の大きさによって回動軸Ａ，Ｂのｚ軸方向の位置が変動する。このような回動軸Ａ，Ｂの沈み込み特性まで含めて制御するのであれば、ピボット６を使用する必要はなくなる。

ミラー２の傾斜角度を大きくするためには、ミラー２の長さＭＬを大きくすることが有効である。ミラー２の傾斜角度は、静電力と回動軸からの距離とを乗じたトルクによって大きさが決まる。回動軸からの距離を大きくすることにより、電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで発生させた小さな静電力を大きなトルクとしてミラー２を回動させることが可能となる。

ただし、ミラー２の長さＭＬが大きいと、ミラー２が回動した際にミラー２の端部の変位量が大きくなり、下部基板７や電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとミラー２とが衝突する可能性が大きくなるので、このような衝突を防ぐためには電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとミラー２間のギャップを大きくすることが必要となる。よって、電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄあるいはミラー２の大面積化による駆動力の増大と大ギャップ化による駆動力の低下とを考慮して設計する必要がある。

ミラー２を回動軸Ｂ周りに回動させる場合には、駆動電極３ａ，３ｄの組と３ｂ，３ｃの組に異なる大きさの駆動電圧を印加すればよい。この場合、ミラー２の左右で静電力が異なり、その結果、ミラー２が静電力の差分に応じた回動をすることになる。ミラー２は、静電力とばね４ａ，４ｂの回動軸Ｂ周りの復元力とピボット６の力とが釣り合ったところで停止する。

次に、本実施の形態のマイクロミラー装置１を波長選択スイッチに適用した場合の動作を図７を用いて説明する。まず、各マイクロミラー装置１のミラー２には、図示しない入力ポートから例えばｙｚ平面に平行な入射光（光信号）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が入射する。そして、各ミラー２により入射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は＋ｙ方向に反射される。このとき、＋ｙ方向にはｙ軸に沿って図示しない複数の出力ポートが配置されているので、各ミラー２の回動軸Ａ周りの傾斜角度を調整すれば、反射光Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６をそれぞれ所望の出力ポートに入射させることができる。

ところで、入射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は入力ポートから常時出力されているのであるから、光信号の経路を切り換えるために、ミラー２の回動軸Ｂ周りの角度を固定したまま、回動軸Ａ周りの角度を変えると、ミラー２が所望の角度に達するまでに、光信号が本来の出力ポート以外のポートに入射してしまう可能性がある。このような出力の誤りにより、信号のクロストークが発生する。

そこで、光信号の経路を切り換える場合には、まずミラー２を回動軸Ｂ周りに回動させて、反射光をｙｚ平面から＋ｘ方向または−ｘ方向に傾けて出力ポートから逸らし、続いてミラー２を回動軸Ａ周りに回動させて、反射光のｙ軸方向の位置を調整した上で、ミラー２を回動軸Ｂ周りに回動させて、反射光を出力ポートの上に戻すようにすれば、所望の出力ポートに光信号を出力することができる。これが、回動軸Ｂ周りの微小回動が必要な理由である。ミラー２を回動軸Ｂ周りに微小回動させることにより、光信号の経路選択時に他の出力ポートに光信号が誤って入射しないようにすることができ、信号のクロストークを低減することが可能となる。

本発明は、例えば波長選択スイッチ等に適用することができる。

本発明の実施の形態に係るマイクロミラー装置の構成を示す平面図及び斜視図である。 図１のマイクロミラー装置の断面図である。 図１のマイクロミラー装置のミラーの構造パラメータを説明するための図である。 図１のマイクロミラー装置のばねの構造パラメータを説明するための図である。 図１のマイクロミラー装置の電極の構造パラメータを説明するための図である。 図１のマイクロミラー装置におけるミラーの回動を説明するための図である。 図１のマイクロミラー装置を波長選択スイッチに適用した場合の動作を説明するための図である。 波長選択スイッチの構成を示すブロック図である。 従来のマイクロミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図９のマイクロミラー装置の断面図である。

符号の説明

１…マイクロミラー装置、２…ミラー、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…駆動電極、４ａ，４ｂ…ばね、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…配線、６…ピボット、７…下部基板、８ａ，８ｂ…支持構造。

Claims (6)

1. 平面視略矩形のミラーと、このミラーを回動可能に支持する少なくとも２つの伸縮可能な支持体と、前記ミラーと対向する下部基板の上に形成された、前記ミラーの傾斜角を制御する駆動電極と、前記ミラーの長さ方向の両側の前記下部基板上に形成された支持構造とを備えたマイクロミラー装置であって、
   前記少なくとも２つの支持体は、前記ミラーの長い方の２辺に沿った長さ方向の両端を支持するものであり、前記支持体の各々は、一端が前記ミラーの長さ方向の端部に接続され、他端が前記支持構造の前記長さ方向の端部に接続され、前記長さ方向と直交する方向に一定のピッチで複数回折り返す折り返し部を有し、
   前記長さ方向に沿った軸に対して垂直で、かつミラー面と平行な軸を第１の回動軸として前記ミラーが所望の角度に回動可能であると共に、前記長さ方向に沿った軸を第２の回動軸として前記ミラーが所望の角度に回動可能なように、前記支持体のばね定数が設定されることを特徴とするマイクロミラー装置。
2. 請求項１記載のマイクロミラー装置において、
   さらに、前記ミラーの中心部直下の前記下部基板上に、前記ミラーの裏面と接する導体からなる支点突起を備えることを特徴とするマイクロミラー装置。
3. 請求項１又は２記載のマイクロミラー装置において、
   少なくとも２つ以上の前記駆動電極を備えることを特徴とするマイクロミラー装置。
4. 請求項１又は２記載のマイクロミラー装置において、
   少なくとも３つ以上の前記駆動電極を備えることを特徴とするマイクロミラー装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロミラー装置において、
   さらに、複数の前記駆動電極に印加する駆動電圧をそれぞれ独立に制御する電源を備えることを特徴とするマイクロミラー装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロミラー装置を前記長さ方向と直角の幅方向に沿って複数配置したことを特徴とするミラーアレイ。

Images