JP2003315698A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光束の比較的大きい光信号においてもその通
過或いは遮断を制御できる光スイッチを提供すること。 【解決手段】 少なくとも可動子１２の一端に可動電極
１３を有し、他端に光を遮断するスイッチ板１１を設け
るとともに、可動子１２から突出してねじれ方向に弾性
を有する連結子１４，１４とそれに一体形成されたアン
カー１５とを備えた揺動体１と、可動子１２の連結子１
４，１４を設けた部位に当接して揺動体１を支持する支
持部２１を有し、可動電極１３と相対する位置に固定電
極２３を備えたベース基板２と、から構成され、連結子
１４，１４を可動子１２の中心位置から可動電極１３側
に変位した位置に設けてスイッチ板１１の変位量を大き
くした光スイッチ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気力によって
動作変位する光スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光スイッチとして、特開２０００
−２５８７０２に示されているものを図８に示す。この
ものは、固定電極となる導電性を有するシリコン基板１
０１上に、多結晶シリコンからなる正方形状の可動電極
板１０２が、後述する支持体１０３，１０３，…及び固
定部１０５，１０５，…を介し、所定の空間をおいてシ
リコン基板１０１に対面するように配設されている。ま
た、この可動電極板１０２の各辺の中央には長方形の切
除部１０６，１０６，…が形成され、これら切除部１０
６，１０６，…の内方に折り返しビーム状の支持体１０
３，１０３，…及び固定部１０５，１０５，…が形成さ
れている。また、支持体１０３，１０３，…の内端が可
動電極板１０２に連結され、外端が固定部１０５，１０
５，…を介してシリコン基板１０１に連結されている。
また、可動電極板１０２の略中央部には、多結晶シリコ
ンからなるミラー１０４が立設されている。

【０００３】１０７，１０８，１０９は光ファイバある
いは光導波路で、シリコン基板１０１と可動電極板１０
２との間に電圧を印加していない場合、入力側１０７か
ら入射されてきた光は、ミラー１０４により反射して９
０°方向変換して出力側１０８に入射する。また、シリ
コン基板１０１と可動電極板１０２との間に電圧を印加
すると、両者間に静電気力が発生し、可動電極板１０２
がシリコン基板１０１に吸引され、支持体１０３，１０
３，…が弾性変形してミラー１０４をシリコン基板１０
１側に移動させる。その結果、入力側１０７から入射さ
れてきた光は、ミラー１０４上方を通過直進して別の出
力側１０９に入射する。

【０００４】したがって、この光スイッチは、シリコン
基板１０１と可動電極板１０２との間に電圧を印加する
かあるいは印加しないかという制御により、ミラー１０
４を変位移動させ、入力側１０７から入射されてきた光
を出力側１０８，１０９のいずれか一方に入射させるこ
とができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の光スイッチは、
支持体１０３，１０３，…を折り返しビーム状に形成し
ているので、直線状に形成した同じ長さのものと比較し
てそのばね定数が小さくなり、ミラー１０４の変位量を
同等にする場合において光スイッチの大きさを小型に構
成できるものであった。ところが、入射してくる光の直
径、すなわち、光束が大きくなると、その光を完全に制
御するためにはミラー１０４のシリコン基板１０１に対
する変位量を大きくする必要がある。しかしながら、こ
のものでは、その変位量はシリコン基板１０１と可動電
極板１０２との間隙により左右されてしまい、ミラー１
０４が基板側に変位しても光束の一部がミラー１０４の
一部に掛かってしまうことにより光信号を効率よく制御
することが困難であるという懸念点がある。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、光束の比較的大きい光
信号においてもその通過或いは遮断を制御できる光スイ
ッチを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明の光スイッチは、少なくとも可
動子の一端に可動電極を有し、他端に光を遮断するスイ
ッチ板を設けるとともに、可動子から突出してねじれ方
向に弾性を有する連結子とそれに一体形成されたアンカ
ーとを備えた揺動体と、可動子の連結子を設けた部位に
当接して揺動体を支持する支持部を有し、可動電極と相
対する位置に固定電極を備えたベース基板と、から構成
され、前記連結子を可動子の長手方向における中心位置
から可動電極側にずらした位置に設け、可動電極と固定
電極との間の静電気力によりスイッチ板を変位させるこ
とを特徴としている。

【０００８】請求項２に係る発明の光スイッチは、請求
項１記載の構成において、前記可動電極を可動子に対し
て所定の角度をなすように設けるとともに、その可動電
極と相対するように固定電極をベース基板に配設したも
のとしている。

【０００９】請求項３に係る発明の光スイッチは、請求
項１又は２記載の構成において、前記固定電極は、支持
部を挟むようにベース基板上に設けるとともに、前記可
動電極を固定電極と相対するように可動子に設けたこと
としている。

【００１０】請求項４に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至３いずれかに記載の構成において、前記連結子
は、突出方向に矩形波状をなす折れ曲がり構造であるこ
ととしている。

【００１１】請求項５に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至４いずれかに記載の構成において、前記ベース
基板は、揺動体の支持位置からスイッチ板方向にある可
動子と相対する位置に可動子の変位を停止させるストッ
パを設けたこととしている。

【００１２】請求項６に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至５いずれかに記載の構成において、前記ストッ
パは、その可動子との接触面に突起を有し、ストッパと
可動子との接触を点接触又は線接触にしたこととしてい
る。

【００１３】請求項７に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至６いずれかに記載の構成において、前記ストッ
パは、支持部と可動子との接触位置より低い位置で可動
子と接触するように形成されていることとしている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。

【００１５】［第１の実施形態］図１は、本実施形態に
係る光スイッチを示すものであり、（ａ）はその平面
図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿って切断したときの断面図で
ある。また、図２は、同じく光スイッチの揺動体の製造
工程を示す断面図である。また、図３は、同じく光スイ
ッチのベース基板の製造工程を示す断面図である。

【００１６】この実施形態の光スイッチは、揺動体１
と、ベース基板２を主要構成要素としている。このう
ち、揺動体１は、後述するベース基板２上で揺動運動
（シーソー運動）することにより光信号を制御するもの
で、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板にて
形成されている。また、このものは、スイッチ板１１
と、可動子１２と、可動電極１３と、連結子１４，１４
と、アンカー１５とをなす部位から構成されている。ま
た、その表面には反射率の高い材料、例えば、金（Ａ
ｕ）等を蒸着している。さらに、可動電極１３に電位を
与えるための電極１８がアンカー１５に形成されてい
る。

【００１７】スイッチ板１１は、光スイッチに入力する
光信号の光路上に介在することにより、光信号を通過或
いは反射させるものであり、可動子１２の作用点となる
部位である。その形状は、平面視において略四角形状を
なす平板である。その大きさは、少なくとも制御する光
信号の光束と同等以上の大きさに形成されており、横方
向の大きさは、例えば、縦方向の約１．４倍に形成され
ている。

【００１８】可動子１２は、印加される電圧に応じてス
イッチ板１１を上下（図１（ｂ）の上下方向）に変位さ
せるものである。その形状は、平面視において略四角形
をなす短冊体であり、その厚みは、例えば、約１０μｍ
程度である。また、可動子１２の一端にはスイッチ板１
１が備えてあり、可動子１２の上面（図１（ｂ）の上
方）に立てた状態で長手方向と略平行になるように設け
られている。

【００１９】可動電極１３は、後述する固定電極２３と
の間に印加された電圧により静電気力を発生させて可動
子１２を揺動させるものであり、可動子１２の力点とな
る部位である。その形状は、平面視において略四角形を
なす短冊体であり、可動子１２と略同等の厚みを有して
いる。また、このものは、可動子１２のスイッチ板１１
を設けた端部とは反対側の端部に同一平面上で連結する
ように一体形成されている。

【００２０】連結子１４，１４は、ベース基板２に対し
て可動子１２を揺動するように支持するものである。そ
の形状は、平面視において細幅の略四角形をなす梁体で
ある。また、この連結子１４，１４は可動子１２の両側
に設けられており、可動電極１３近傍に可動子１２と同
一平面上で両者が同一軸上にあるように突設されてい
る。また、このものは、可動子１２や可動電極１３と同
じ厚みで形成されており、可動子１２の揺動方向（連結
子１４，１４においてはねじれ方向）に対して弾性を有
している。

【００２１】アンカー１５は、揺動体１をなす半導体基
板をベース基板２の接合部２４に固定して可動子１２の
運動方向をベース基板２に対して直交する方向のみに一
元化するためのものである。その形状は、平面視におい
て外形が略四角形をしたものであり、その内方の可動子
１２、可動電極１３、連結子１４，１４を除く全ての部
位がアンカー１５を構成している。

【００２２】続いて、ベース基板２は、可動子１２の揺
動を妨げることなく固定支持するものであり、例えば、
揺動体１と同様にシリコンからなる半導体基板にて形成
されている。また、このものは、支持部２１と、ストッ
パ２２と、固定電極２３とをなす部位から構成されてい
る。また、固定電極２３に電位を与えるための電極（図
示せず）が所定の位置に形成されている。

【００２３】支持部２１は、可動子１２を揺動可能に支
持する、すなわち、その揺動の支点となるものである。
その形状は、断面視においてベース基板２の底面から上
方（図１（ｂ）の上側）に狭小する台形状をした棒体を
２段に重ねた状態で一体形成したものであり、少なくと
もその上段部２１ａの上面（図１（ｂ）の上方）は、可
動子１２の幅（長手方向と直交する方向）と略同等の長
さで可動子１２とほぼ線接触するように形成されてい
る。また、その下段部２１ｂの上面は、少なくとも可動
電極１３の長手方向と略同等の長さをなしている。さら
に、下段部２１ｂの上面のベース基板２に対して外方の
周縁部２１ｃは、スイッチ板１１がベース基板２の上方
に変位した際に可動電極１３とほぼ線接触するようにな
っている。また、支持部２１は、連結子１４，１４の突
設位置における可動子１２の下面（図１（ｂ）の下方）
と当接するようにベース基板２の所定の位置に設けられ
ている。さらに、その当接面には可動子１２と絶縁を保
つべく絶縁膜（図示せず）が設けられている。

【００２４】ストッパ２２は、スイッチ板１１がベース
基板２の方向へ変位した際に、可動子１２がベース基板
２と衝突して損傷するのを低減するものである。その形
状は、断面視においてベース基板２の底面から上方（図
１（ｂ）の上側）に狭小する台形状をしており、その上
面が可動子１２の幅と略同等の大きさをなす棒体であ
る。また、このものは、支持部２１の下段部２１ｂと略
同等の高さ（ベース基板２の底面からの突出量と略同
等）に形成されており、支持部２１からスイッチ板１１
方向の可動子１２と当接するように設けられている。さ
らに、ストッパ２２の可動子１２と当接する面は、可動
子１２との間に生ずる分子間力等による付着（スティッ
キング）を抑えるための突起２２ａが形成されている。
この突起２２ａは、断面視において突出方向に狭小する
三角形状をなす三角柱体であり、可動子１２と点接触す
るようになっている。また、突起２２ａの可動子１２と
の当接面には絶縁膜（図示せず）が設けられている。

【００２５】固定電極２３は、可動電極１３との間に印
加された電圧により静電気力を発生させて可動子１２を
揺動させるものである。このものは、例えば、アルミニ
ウム（Ａｌ）にて形成されており、支持部２１の下段部
２１ｂに可動電極１３と対向するように形成されてい
る。また、その上面には可動電極１３との絶縁を有する
ために絶縁膜（図示せず）が形成されている。

【００２６】接合部２４，２４は、アンカー１５と固着
されて揺動体１をなす半導体基板をベース基板２上に固
定するものである。その形状は、平面視において外形が
略四角形をしたものであり、その内方のアンカー１５と
接合される部分が断面視において突出方向（図１（ｂ）
の上方）に狭小する台形状をしている。

【００２７】次に、その製造方法について説明する。本
実施形態においては大きく分けて２つの製造工程に分類
でき、その一方は揺動体１の製造工程であり、他方はベ
ース基板２の製造工程である。

【００２８】まず、揺動体１の製造方法を図２に基づい
て説明する。３層構造（活性層３ａ、酸化膜層３ｂ、支
持層３ｃ）をなすＳＯＩ基板３の活性層３ａの表面に有
機感光性材料を塗布し、フォトリソグラフィー技術を用
いて可動子１２、可動電極１３，連結子１４，１４、ア
ンカー１５となる部位以外の有機感光性材料を除去した
後、例えば、プラズマエッチングを用いて活性層３ａの
露出部分を酸化膜層（ＳｉＯ２）３ｂに到達するまで異
方性エッチングし、可動子１２と、可動電極１３と、連
結子１４，１４とをアンカー１５から分離形成する（図
２（ａ））。

【００２９】次いで、有機感光性材料を除去後、支持層
３ｃの表面に感光性有機材料を塗布する。

【００３０】そして、フォトリソグラフィー技術を用い
てスイッチ板１１となる部位以外の有機感光性材料を除
去した後、例えば、プラズマエッチングを用いて支持層
３ｃの露出部分を酸化膜層３ｂを含めて異方性エッチン
グし、スイッチ板１１を形成する（図２（ｂ））。

【００３１】最後に、有機感光性材料を除去後、ＳＯＩ
基板３全体に金を蒸着させて揺動体１を完成する。

【００３２】続いて、ベース基板２の製造方法を図３に
基づいて説明する。まず、半導体基板４の一方の表面に
マスクとなる窒化膜（ＳｉＮ）５を形成後、その表面に
有機感光性材料を塗布する。

【００３３】次いで、フォトリソグラフィー技術を用い
てアンカー１５を固着するための接合部２４，２４と支
持部２１の上段部２１ａとなる部位以外の有機感光性材
料及び窒化膜５を除去後、全体の有機感光性材料を除去
し、例えば、ＫＯＨ水溶液を用いて半導体基板４の露出
部分を異方性エッチングして上段部２１ａを形成する
（図３（ａ））。

【００３４】次いで、窒化膜５を一端除去してから再度
窒化膜５を形成し、有機感光性材料を塗布した後にフォ
トリソグラフィー技術により上段部２１ａ、下段部２１
ｂ、ストッパ２２、接合部２４，２４となる部位以外の
有機感光性材料及び窒化膜５を除去後、全体の有機感光
性材料を除去し、例えば、ＫＯＨ水溶液を用いて半導体
基板４の露出部分を異方性エッチングして下段部２１
ｂ、ストッパ２２、接合部２４，２４を形成する（図３
（ｂ））。

【００３５】そして、窒化膜５を再度除去してからアル
ミニウムを蒸着し、下段部２１ｂの可動電極１３と相対
する位置以外のアルミニウムをフォトリソグラフィー技
術を用いて除去することにより固定電極２３を形成して
ベース基板２を完成する（図３（ｃ））。

【００３６】最後に、揺動体１及びベース基板２を、例
えば、金／クロム（Ｃｒ）等の接合材料にてアンカー１
５と接合部２４，２４とを固着し、光スイッチを完成さ
せる。

【００３７】このようにして形成された光スイッチは、
まず、可動電極１３と固定電極２３との間に電圧を印加
していないとき、可動子１２はストッパ２２の突起２２
ａと当接している。次いで、アンカー１５に形成した電
極１８とベース基板２とに形成した電極（図示せず）を
介して可動電極１３と固定電極２３との間に電圧を印加
すると、両者１３，２３の間には静電気力が発生して互
いを引き合おうとする。このとき、可動子１２は支持部
２１で支持されているので、静電気力により可動電極１
３がベース基板２方向へ変位すると、可動電極１３とは
反対側の端部にあるスイッチ板１１がベース基板２の上
方へ変位し、可動電極１３と固定電極２３とが接触した
ときのスイッチ板１１の位置が最大変位位置となる。次
いで、この状態で可動電極１３と固定電極２３との間の
電圧印加を停止すると、連結子１４，１４のねじれ方向
の弾性力によりスイッチ板１１はベース基板２方向へ変
位するようになる。これら一連の動作を、例えば、可動
電極１３と固定電極２３との間に電圧を印加してスイッ
チ板１１を最大変位させた状態で光信号の光路上にスイ
ッチ板１１を介在させるとともに、スイッチ板１１と４
５°の角度をなすように光スイッチを設置することによ
り、スイッチ板１１がベース基板２側にあるときは光信
号を直進させ、ベース基板２の上方にあるときは光信号
を反射させてその光路を屈折させることができるのであ
る。

【００３８】以上説明した実施形態の光スイッチによる
と、揺動体１をねじれ方向に弾性支持する梁体の連結子
１４，１４を可動子１２の中心位置から可動電極１３方
向に変位した位置に設け、その位置を支持部２１により
支持して揺動体１の支点を設けているので、その力点と
なる可動電極１３の変位量に対して作用点となるスイッ
チ板１１の変位量を大きくすることができ、例えば、１
５０μｍ程度の光束の比較的大きい光信号においてもそ
の通過或いは反射を制御することができる。また、スト
ッパ２２を支持部２１からスイッチ板１１方向のベース
基板２上に設けて下段部２１ｂと略同等の高さに形成し
ているので、スイッチ板１１がベース基板２方向に変位
する際に、可動子１２の先端がベース基板２と衝突して
損傷することを低減でき、ストッパ２２の高さを上段部
２１ａと略同等にしたときと比較してスイッチ板１１の
下方向への変位量を大きくすることができる。さらに、
ストッパ２２の上面に突起２２ａを設けているので、分
子間力による可動子１２とストッパ２２とのスティッキ
ングを低減できる。

【００３９】なお、揺動体１を形成するために用いる半
導体基板は、ＳＯＩ基板３に限定されるものではなく、
例えば、単結晶のシリコン半導体基板でもよい。また、
揺動体１の重心は、連結子１４，１４の突設位置からス
イッチ板１１方向の可動子１２上にあることが望まし
い。このように形成することにより、スイッチ板１１の
ベース基板２方向への変位を自動的に行うことができ
る。さらに、揺動体１に蒸着する材料は、金に限定され
るものではなく、例えば、銀や銅、さらにはアルミニウ
ム等であってもよい。また、本実施形態においては、揺
動体１を可動子１２がベース基板２の対角線と略平行に
なるように固着しているが、例えば、ベース基板２の支
持部２１やストッパ２２を適所に配設して可動子１２が
ベース基板２の周縁と略平行になるように固着してもよ
い。

【００４０】また、ベース基板２は、半導体基板に限定
されるものではなく、揺動体１を固着でき、且つ凹凸を
形成できるものであれば、例えば、ガラス基板やセラミ
ック基板であってもよい。

【００４１】また、ストッパ２２は、支持部２１の下段
部２１ｂと略同等の位置で可動子１２と接触するように
形成されているものに限定されるものではなく、制御す
る光信号の光束が小さい場合や変位量を大きく取る必要
のない場合には上段部２１ａ略同等の高さで接触しても
よい。また、ストッパ２２の上面に形成する突起２２ａ
は、点接触するようなものに限定されるものではなく、
例えば、断面視において突出方向に狭小する台形状をな
す棒体のように線接触するようなものでもよい。また、
その個数もスティッキングしない範囲で複数であっても
よい。

【００４２】また、可動電極１３の形状は、平面視にお
いて略四角形をなすものに限定されるものではなく、例
えば、略三角形や多角形であってもよい。

【００４３】［第２の実施形態］図４は、本実施形態に
係る光スイッチを示すものであり、（ａ）はその平面
図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿って切断したときの断面図で
ある。また、図５は、同じく光スイッチの揺動体の製造
工程を示す断面図である。また、図６は、同じく光スイ
ッチのベース基板の製造工程を示す断面図である。

【００４４】この実施形態の光スイッチは、可動電極１
６と、固定電極２３の形成位置が第１の実施形態と異な
るものであり、他の構成要素は第１の実施形態のものと
実質的に同一であるので説明を省略する。また、同一部
材においては第１の実施形態と同一の番号を付す。

【００４５】可動電極１６は、機能及び形状を第１の実
施形態と同じにするものの、形成位置が第１の実施形態
と異なるものである。その形成位置は、スイッチ板１１
を設けた端部とは反対側の端部に同一平面上で連結する
ように一体形成されてはいるが、可動子１２とは９０°
の角度を有してスイッチ板１１の立設方向と同方向に連
結されている。さらに、その表面には導電材料、例え
ば、金等が蒸着されている。

【００４６】固定電極２３は、可動電極１６と同様、機
能及び形状を第１の実施形態と同じにするものの、形成
位置が第１の実施形態と異なるものである。その形成位
置は、ベース基板２の断面が台形状をした周縁部２５，
２５の側壁に可動電極１６と対向するように形成されて
いる。

【００４７】次に、その製造方法について図５及び図６
に基づき説明する。

【００４８】本実施形態の揺動体１の製造方法は、可動
電極１６をＳＯＩ基板３の支持層３ｃに形成しているこ
とが第１の実施形態と異なる部分である。

【００４９】まず、ＳＯＩ基板３の活性層３ａの表面に
有機感光性材料を塗布し、フォトリソグラフィー技術を
用いて可動子１２、連結子１４，１４、アンカー１５と
なる部位以外の有機感光性材料を除去した後、例えば、
プラズマエッチングを用いて活性層３ａの露出部分を酸
化膜層３ｂに到達するまで異方性エッチングし、可動子
１２と、連結子１４，１４とをアンカー１５から分離形
成する（図５（ａ））。

【００５０】次いで、有機感光性材料を除去後、支持層
３ｃの表面に感光性有機材料を塗布する。

【００５１】そして、フォトリソグラフィー技術を用い
て可動電極１６、スイッチ板１１となる部位以外の有機
感光性材料を除去した後、例えば、プラズマエッチング
を用いて支持層３ｃの露出部分を酸化膜層３ｂを含めて
異方性エッチングし、可動電極１６、スイッチ板１１を
形成する（図５（ｂ））。

【００５２】最後に、有機感光性材料を除去後、ＳＯＩ
基板３全体に金を蒸着させて揺動体１を完成する。

【００５３】続いて、ベース基板２の製造方法は、ま
ず、半導体基板４の一方の表面にマスクとなる窒化膜５
を形成後、その表面に有機感光性材料を塗布する。

【００５４】次いで、フォトリソグラフィー技術を用い
て周縁部２５，２５となる部位以外の有機感光性材料及
び窒化膜５を除去後、全体の有機感光性材料を除去し、
例えば、ＫＯＨ水溶液を用いて半導体基板４の露出部分
を異方性エッチングする（図６（ａ））。

【００５５】次いで、窒化膜５を一端除去してから再度
窒化膜５を形成し、有機感光性材料を塗布した後にフォ
トリソグラフィー技術により周縁部２５，２５、上段部
２１ａ、接合部２４となる部位以外の有機感光性材料及
び窒化膜５を除去し、有機感光性材料を除去後、例え
ば、ＫＯＨ水溶液を用いて半導体基板４の露出部分を異
方性エッチングして上段部２１ａ、接合部２４を形成す
る（図６（ｂ））。

【００５６】次いで、窒化膜５を再度除去してから再再
度窒化膜５を形成し、有機感光性材料を塗布した後にフ
ォトリソグラフィー技術により周縁部２５，２５、上段
部２１ａ、下段部２１ｂ、ストッパ２２となる部位以外
の有機感光性材料及び窒化膜５を除去し、有機感光性材
料を除去後、例えば、ＫＯＨ水溶液を用いて半導体基板
４の露出部分を異方性エッチングして周縁部２５，２
５、下段部２１ｂ、ストッパ２２を形成する（図６
（ｃ））。

【００５７】そして、窒化膜５を再度除去してからアル
ミニウムを蒸着し、周縁部２５，２５の可動電極１６と
相対する位置以外のアルミニウムをフォトリソグラフィ
ー技術を用いて除去することにより固定電極２３を形成
してベース基板２を完成する（図６（ｄ））。

【００５８】最後に、揺動体１及びベース基板２を、例
えば、金／クロム（Ｃｒ）等の接合材料にてアンカー１
５と接合部２４を固着し、光スイッチを完成させる。

【００５９】このようにして形成された光スイッチは、
第１の実施形態と略同様の動作をする。

【００６０】以上説明した実施形態の光スイッチによる
と、揺動体１をねじれ方向に弾性支持する梁体の連結子
１４，１４を可動子１２の中心位置から可動電極１３方
向に変位した位置に設け、その位置を支持部２１により
支持して揺動体１の支点を設けているので、その力点と
なる可動電極１６の変位量に対して作用点となるスイッ
チ板１１の変位量を大きくすることができ、例えば、１
５０μｍ程度の光束の比較的大きい光信号においてもそ
の通過或いは反射を制御することができる。また、可動
電極１６を可動子１２に対して９０°の角度を有して設
けているので、同サイズの長さの可動子１２を持つ第１
の実施形態の光スイッチと比較して小型化することがで
きる。また、ストッパ２２を支持部２１からスイッチ板
１１方向のベース基板２上に設けて支持部２１の下段部
２１ｂと略同等の高さに形成しているので、スイッチ板
１１がベース基板２方向に変位する際に、可動子１２の
先端がベース基板２と衝突して損傷することを低減で
き、ストッパ２２の高さを支持部２１の上段部２１ａと
略同等にしたときと比較してスイッチ板１１の下方向へ
の変位量を大きくすることができる。さらに、ストッパ
２２の上面に突起２２ａを設けているので、分子間力に
よる可動子１２とストッパ２２とのスティッキングを低
減できる。

【００６１】なお、可動子１２と可動電極１６とがなす
角度は、９０°に限定されるものではなく、制御する光
信号の光束の大きさに応じて、すなわち、スイッチ板１
１の変位量に応じて適宜設計できるものである。

【００６２】また、本実施形態においては、揺動体１を
可動子１２がベース基板２の周縁と略平行になるように
固着しているが、例えば、ベース基板２の支持部２１や
ストッパ２２を適所に配設して可動子１２がベース基板
２の対角線と略平行になるように固着してもよい。

【００６３】［第３の実施形態］図７は、本実施形態に
係る光スイッチを示すものであり、（ａ）はその平面
図、（ｂ）はその断面図である。

【００６４】この実施形態の光スイッチは、連結子１
７，１７と、可動電極１３ａ，１３ｂと、固定電極２３
ａ，２３ｂが第１の実施形態と異なるものであり、他の
構成要素は第１の実施形態のものと実質的に同一である
ので説明を省略する。また、同一部材においては第１の
実施形態と同一の番号を付す。

【００６５】この連結子１７，１７は、機能や形成位置
においては第１の実施形態と同じであるが、形状が第１
の実施形態と異なるものである。その形状は、平面視に
おいて略四角形をなす梁体が突設方向に向かって矩形波
状に折れ曲がっている折れ曲がり構造体である。また、
このものは、可動子１２や可動電極１３ａ，１３ｂと同
じ厚みで形成されており、可動子１２の揺動方向（連結
子１７，１７においてはねじれ方向）に対して弾性を有
している。また、その表面には第１の実施形態と同様、
導電材料である金等が蒸着されている。

【００６６】可動電極１３ａ，１３ｂは、機能において
は第１の実施形態と同じであるが、その個数と形成位置
が第１の実施形態と異なるものである。本実施形態にお
いて、可動電極１３ａ，１３ｂは連結子１７，１７を挟
んで２個形成されており、第１の可動電極１３ａは可動
子１２のスイッチ板１１を設けた端部とは反対側の端部
に同一平面上で連結するように一体形成しており、第２
の可動電極１３ｂは連結子１７，１７を軸として第１の
可動電極１３ａと略線対称になる位置に形成している。
さらに、その表面には導電材料、例えば、金等が蒸着さ
れている。

【００６７】固定電極２３ａ，２３ｂは、機能において
は第１の実施形態と同じであるが、その個数と形成位置
が第１の実施形態と異なるものである。本実施形態にお
いては支持部２１の下段部２１ｂに第１の可動電極１３
ａ及び第２の可動電極１３ｂと対向するように２個形成
されている。

【００６８】次に、その製造方法についてであるが、基
本的に第１の実施形態とエッチング位置が変化しただけ
でその順番はほぼ同一であるので説明を省略する。

【００６９】以上説明した実施形態の光スイッチによる
と、揺動体１をねじれ方向に弾性支持する連結子１７，
１７を可動子１２の中心位置から可動電極１３ａ，１３
ｂ方向に変位した位置に設け、その位置を支持部２１に
より支持して揺動体１の支点を設けているので、その力
点となる可動電極１３ａ，１３ｂの変位量に対して作用
点となるスイッチ板１１の変位量を大きくすることがで
き、例えば、１５０μｍ程度の光束の比較的大きい光信
号においてもその通過或いは反射を制御することができ
る。また、可動電極１３ａ，１３ｂを連結子１７，１７
を対称軸として略線対称になるように設けるとともに、
固定電極２３ａ，２３ｂを可動電極１３ａ，１３ｂと相
対するように下段部２１ｂ設けているので、スイッチ板
１１の上下方向の変位を印加する電圧により制御でき、
重力方向に依存することなく光信号を制御できる。ま
た、連結子１７，１７を突出方向に矩形波状をなす折れ
曲がり構造にしているので、第１の実施形態の連結子１
４，１４と比較して連結子１７，１７自体の長さが長く
なり、ねじれ方向のバネ定数が小さくなって、同じ静電
気力に対してスイッチ板１１の変位量をさらに大きくす
ることができる。また、ストッパ２２を支持部２１から
スイッチ板１１方向のベース基板２上に設けて下段部２
１ｂと略同等の高さに形成しているので、スイッチ板１
１がベース基板２方向に変位する際に、可動子１２の先
端がベース基板２と衝突して損傷することを低減でき、
ストッパ２２の高さを上段部２１ａと略同等にしたとき
と比較してスイッチ板１１の下方向への変位量を大きく
することができる。さらに、ストッパ２２の上面に突起
２２ａを設けているので、分子間力による可動子１２と
ストッパ２２とのスティッキングを低減できる。

【００７０】なお、揺動体１の重心は、支持部２１上に
あることが望ましい。このように形成することにより、
ベース基板２を重力に対して直交するように設置したと
きに揺動体１がバランスし、スイッチ板１１を変位させ
る際に必要な固定電極２３ａ，２３ｂに印加する電圧を
同じにすることができる。

【００７１】また、連結子１７，１７、可動電極１３ａ
１３ｂ、固定電極２３ａ，２３ｂの組み合わせは、本実
施形態のものに限定されるものではなく、第１の実施形
態や第２の実施形態のものと適宜組み合わせて使用して
もよい。

【００７２】また、本実施形態においては、揺動体１を
可動子１２がベース基板２の周縁と略平行になるように
固着しているが、例えば、ベース基板２の支持部２１や
ストッパ２２を適所に配設して可動子１２がベース基板
２の対角線と略平行になるように固着してもよい。

【００７３】以上、本発明を３つの実施形態について説
明したが、これら全ての光スイッチを光路に対してスイ
ッチ板１１が４５°の角度をなすように設置すれば、光
信号を通過或いは反射させてその出力先を選択できる光
スイッチとして機能する。また、光路に対してスイッチ
板１１が９０°の角度をなすように設置すれば、光信号
を通過或いは遮断する光スイッチとして機能させること
ができる。さらに、これらを複数用いてマトリクス状に
設置することにより、マルチプレクサのように使用する
ことができる。

【００７４】

【発明の効果】請求項１に係る発明の光スイッチは、ス
イッチ板を備えた可動子と可動電極を有して連結子のね
じれ方向に揺動する揺動体を、可動子の中心位置から可
動電極側にずらした位置でベース基板上に支持している
ので、スイッチ板の変位量が可動電極の変位量より大き
くなり、光束の比較的大きい光信号を光スイッチ内に導
入してもその光信号の通過或いは遮断を確実に制御する
ことができる。

【００７５】請求項２に係る発明の光スイッチは、請求
項１記載の効果に加えて、可動電極を可動子に対して所
定の角度をなすように設けるとともに、その可動電極と
相対するように固定電極をベース基板に配設しているの
で、同サイズの長さの可動子を持つ光スイッチと比較し
て小型化することができる。

【００７６】請求項３に係る発明の光スイッチは、請求
項１又は２記載の効果に加えて、固定電極は、支持部を
挟むようにベース基板上に設けるとともに、前記可動電
極を固定電極と相対するように可動子に設けているの
で、スイッチ板の変位を印加する電圧により制御でき、
重力方向に依存することなく光信号を制御できる。

【００７７】請求項４に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至３いずれかに記載の効果に加えて、連結子は、
突出方向に矩形波状をなす折れ曲がり構造であるので、
直線状の梁体をなす連結子と比較してそれ自身の長さが
長くなり、ねじれ方向のバネ定数が小さくなって、同じ
静電気力に対して可動子の変位量をさらに大きくするこ
とができる。

【００７８】請求項５に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至４いずれかに記載の効果に加えて、ベース基板
は、揺動体の支持位置からスイッチ板方向にある可動子
と相対する位置に可動子の変位を停止させるストッパを
設けているので、スイッチ板がベース基板方向に変位す
る際に、可動子の先端がベース基板と衝突して損傷する
ことを低減できる。

【００７９】請求項６に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至５いずれかに記載の効果に加えて、ストッパ
は、その可動子との接触面に突起を有し、ストッパと可
動子との接触を点接触又は線接触にしたので、分子間力
による可動子とストッパとのスティッキングを低減でき
る。

【００８０】請求項７に係る発明の光スイッチは、請求
項１乃至６いずれかに記載の効果に加えて、ストッパ
は、支持部と可動子との接触位置より低い位置で可動子
と接触するように形成されているので、ストッパの高さ
を支持部と略同等にしたときと比較してスイッチ板の変
位量を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る光スイッチを
示すものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ
線に沿って切断したときの断面図である。

【図２】 本発明の第１の実施形態に係る光スイッチの
揺動体の製造工程を示す断面図である。

【図３】 本発明の第１の実施形態に係る光スイッチの
ベース基板の製造工程を示す断面図である。

【図４】 本発明の第２の実施形態に係る光スイッチを
示すものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ
線に沿って切断したときの断面図である。

【図５】 本発明の第２の実施形態に係る光スイッチの
揺動体の製造工程を示す断面図である。

【図６】 本発明の第２の実施形態に係る光スイッチの
ベース基板の製造工程を示す断面図である。

【図７】 本発明の第３の実施形態に係る光スイッチを
示すものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断
面図である。

【図８】 従来の光スイッチを示すものであり、（ａ）
はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿って切断したとき
の断面図である。

【符号の説明】

１ 揺動体 １１ スイッチ板 １２ 可動子 １３ 可動電極 １３ａ 可動電極 １３ｂ 可動電極 １４ 連結子 １６ 可動電極 １７ 連結子 ２ ベース基板 ２１ 支持部 ２２ ストッパ ２２ａ 突起 ２３ 固定電極 ２３ａ 固定電極 ２３ｂ 固定電極

フロントページの続き (72)発明者 宮島 久和 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 荻原 淳 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 平田 勝弘 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA04 AA14 AB02 AB13 AC06 AZ02 AZ08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも可動子の一端に可動電極を有
   し、他端に光を遮断するスイッチ板を設けるとともに、
   可動子から突出してねじれ方向に弾性を有する連結子と
   それに一体形成されたアンカーとを備えた揺動体と、 可動子の連結子を設けた部位に当接して揺動体を支持す
   る支持部を有し、可動電極と相対する位置に固定電極を
   備えたベース基板と、から構成され、 前記連結子を可動子の長手方向における中心位置から可
   動電極側にずらした位置に設け、可動電極と固定電極と
   の間の静電気力によりスイッチ板を変位させることを特
   徴とする光スイッチ。
2. 【請求項２】 前記可動電極を可動子に対して所定の角
   度をなすように設けるとともに、その可動電極と相対す
   るように固定電極をベース基板に配設した請求項１記載
   の光スイッチ。
3. 【請求項３】 前記固定電極は、支持部を挟むようにベ
   ース基板上に設けるとともに、前記可動電極を固定電極
   と相対するように可動子に設けた請求項１又は２記載の
   光スイッチ。
4. 【請求項４】 前記連結子は、突出方向に矩形波状をな
   す折れ曲がり構造である請求項１乃至３いずれかに記載
   の光スイッチ。
5. 【請求項５】 前記ベース基板は、揺動体の支持位置か
   らスイッチ板方向にある可動子と相対する位置に可動子
   の変位を停止させるストッパを設けた請求項１乃至４い
   ずれかに記載の光スイッチ。
6. 【請求項６】 前記ストッパは、その可動子との接触面
   に突起を有し、ストッパと可動子との接触を点接触又は
   線接触にした請求項１乃至５いずれかに記載の光スイッ
   チ。
7. 【請求項７】 前記ストッパは、支持部と可動子との接
   触位置より低い位置で可動子と接触するように形成され
   ている請求項１乃至６いずれかに記載の光スイッチ。