JP4559744B2

JP4559744B2 - 櫛歯型アクチュエータおよび光制御素子

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Publication number: JP4559744B2
Application number: JP2004017487A
Authority: JP
Inventors: 浩士小尾; 洋年吉
Original assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd
Current assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-01-26
Also published as: JP2005205577A

Description

本発明は櫛歯型アクチュエータおよび光制御素子に関する。

光ファイバ通信では、光を反射、または半透過するミラーやフィルタを光共振器、光スイッチや光減衰器に用いている。光ファイバに入、出射するコリメータ光の光束径は１ｍｍ程度以下の微小径であるが、ミラー自体、またこれにミラーを回転させたり、移動させる機構を付設すると、微小光束に対して大掛かりな機器となるため小型化することを要望されている。

微小化の一構造として、小面積ミラーの周縁に静電吸引力で動く櫛歯電極指をもつ可動電極を、同様に櫛歯電極指をもつ固定電極と入り組ませて両電極間に印加した電圧によって発生する静電力で可動電極を駆動する櫛歯型アクチュエータが開発されている。

図１１は、櫛歯型アクチュエータを説明するもので、方形をなす可動電極１０１はその対向する2辺に櫛歯状の可動電極指１０２ａ,１０２ｂ群が配置され、これらに対向して一対の固定電極１１０、１１１が対設される。固定電極の可動電極に対する辺に櫛歯状の固定電極指群１１３ａ,１１３ｂが設けられ、両電極の電極指は相互に入り組んで配置される。可動電極１０１の他の対辺１０４，１０５に対向して、可動電極と間隔をあけて可動電極の接続端子となる固定部１２１，１２２が配置され、対辺１０４，１０５の中央に可動電極１０１を固定部１２１,１２２に接続して吊架するサスペンション１０６，１０７が設けられる。

図１２に示すように可動電極１０１の可動電極指１０２と固定電極１１０（１１１）の固定電極指１１３は入り組んで配置され、隣接する一対の固定電極指１１３_１，１１３_２間に入り組んでいる可動電極指１０２とは等しい間隔ｇ０のギャップ領域１３１₁，１３１_２に設定される。図１３及び図１４に示すように各電極指の長さをｌ、高さをｈ（ｈｉ，ｈ２）、幅をｗとすると、図１３（Ａ）のように上方の固定電極指１１３_１，１１３_２に対して可動電極指１０２が下方に位置して構成される場合は、両電極間の電圧印加により各電極指が静電力Ｅにより上方への吸引力Ｆが生じる。また、図１３（B）のように両電極指１０２,１１３_１,１１３_２が同一面上に配置された場合は各電極指の高さを変えて例えば固定電極指の高さをｈ１、可動電極指１０２の高さをｈ２とすることにより、高さ方向の吸引力Ｆが発生する。図１１に示すように可動電極１０１はサスペンション１０６，１０７を軸にして符号１０８のように回動する。

しかし、図１２に示す固定電極指１１３_１,１１３_２と可動電極指１０２間のギャップ領域に発生する静電力が左右同等に働かないと可動電極指に対して一方の固定電極指側例えば１１３_１に強い吸引力が働く。電極の製造誤差がわずかでも静電力が偏りやすく、この偏った静電力が生じると電極指群全体で図１１の符号１０９ａのような可動電極面内で回転駆動静電力や符号１０９ｂのような一方に偏った静電力が発生して固定電極と可動電極が接触して離れなくなり、所要の回動制御を妨げる。

本発明はこのような不都合な吸引力による可動電極と固定電極同士の接触を防止する静電アクチュエータを得るものである。また、製造による電極指の寸法形状誤差に伴う静電力の不安定性を排除する静電アクチュエータを得るものである。

本発明の一態様は、導電性の固定電極基部とこの固定電極基部の少なくとも１辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の固定電極指からなる固定電極指群とを有する固定電極と、
導電性の可動電極基部とこの可動電極基部の前記固定電極指群に対向する辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の可動電極指からなる可動電極指群とを有してこの可動電極指が前記固定電極指間に間隔をあけて入組んで配設され前記固定電極との間の電界または磁界の印加により前記固定電極指と前記可動電極指との間に発生する吸引力によって可動可能とされた可動電極と、
前記可動電極を回動可能に軸支するサスペンション支持体と、
前記固定電極指群のうちの１つの固定電極指とこれに隣接する他の固定電極指とこれらの固定電極指間に配置され前記可動電極指群の内の１つで前記固定電極指と前記回動する方向の高さが異なる可動電極指とを組として、前記１つの固定電極指とのギャップと前記隣接する他の固定電極指とのギャップとの幅を相互に異ならしめて広ギャップ領域と狭ギャップ領域を形成した偏倚電極指配列組を形成し、この偏倚電極指配列組の複数を前記サスペンション支持体の軸線を挟んで対向する対辺に所定の長さにわたって配置する手段と、
前記対辺のうちの一辺の偏倚電極指配列組は前記固定電極指の高さよりも前記可動電極指の高さを低く、前記対辺のうちの他辺の偏倚電極指配列組は前記可動電極指の高さよりも前記固定電極指の高さを低くする手段とを具備して、前記偏倚電極指配列組により前記所定の長さにわたる全体の吸引力の均衡をはかるようにしたことを特徴とする櫛歯型アクチュエータにある。

さらに、前記所定の長さにそって配列される前記複数の偏倚電極指配列の広ギャップ領域と狭ギャップ領域の位置が前記可動電極の線対称中心線を中心として対称的に配置されることができる。

さらに、前記可動電極指群が前記可動電極の線対称中心線両側に分離して配置されることができる。

さらに、前記狭ギャップ領域と広ギャップ領域のギャップ幅の比率が１：１.２〜１：２.５であることができる。

さらに、前記固定電極指群と前記可動電極指群が実質的に偏倚電極指配列組からなることができる。

さらに、前記固定電極と前記可動電極は面一に配置されることができる。

さらに、前記固定電極指と前記可動電極指間のギャップはこれらの電極指の長さにそってほぼ平行であることができる。

さらに、前記固定電極指と前記可動電極指間のギャップは前記広ギャップ領域と前記狭ギャップ領域の少なくとも一方が前記電極指の長さにそって非平行であることができる。

さらに、前記固定電極指と前記可動電極指は相互に高さが異なることができる。

さらに、前記サスペンション支持体は可動電極が回動する軸を形成することができる。

さらに、前記可動電極指は断面がほぼ３角形または台形であり、前記固定電極指は断面がほぼ逆３角形または逆台形であることができる。

さらに、前記可動電極の一方の面にミラーを設けることができる。

さらに、前記可動電極が反射または透過型光フィルタを形成していることができる。

さらに、固定電極と可動電極間に電圧を印加して静電力で吸引させることが好ましい。

また、本発明の他の態様は、開口部を形成した基板と、
前記基板上に前記開口部にそって設けられ、固定電極基部とこの固定電極基部の辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の固定電極指からなる固定電極指群とを有する固定電極と、
前記基板の前記開口部に架設され、可動電極基部とこの可動電極基部の辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の可動電極指からなる可動電極指群とを有してこの可動電極指を前記固定電極指間に間隔をあけて入組み配設し前記固定電極との間の電圧印加により前記固定電極指と前記可動電極指との間に発生する静電力により可動可能とされた可動電極と、
前記可動電極の両側に設けられ前記可動電極を支持する固定部と、
前記可動電極と前記固定部に一体に接続され前記可動電極を回動可能に吊架軸支するサスペンション支持体と、
前記固定電極指群のうちの１つの固定電極指とこれに隣接する他の固定電極指とこれらの電極指の間に配置される前記可動電極指群の内の１つで前記固定電極指と前記回動する方向の高さが異なる可動電極指とを組として、この可動電極指と前記１つの固定電極指との間に形成されるギャップと前記可動電極指と前記隣接する他の固定電極指との間に形成されるギャップの幅を相互に異ならしめて広ギャップ領域と狭ギャップ領域を形成した偏倚電極指配列組とし、この複数を前記サスペンション支持体の軸線を挟んで対向する対辺に前記所定の長さにわたって配置する手段と、
前記対辺のうちの一辺の偏倚電極指配列組は前記固定電極指の高さよりも前記可動電極指の高さを低く、前記対辺のうちの他辺の偏倚電極指配列組は前記可動電極指の高さよりも前記固定電極指の高さを低くする手段と
を具備して、前記電極指配列組により前記所定の長さにわたる全体の静電力の均衡をはかるようにしたことを特徴とする櫛歯型アクチュエータにある。

さらに、前記可動電極はほぼ４辺形に形成され、対向する２辺に可動電極指群を有し、他の２辺に前記サスペンション支持体が接続され、一対の前記固定電極が前記２辺の可動電極指群に対応して前記基板に配置されていることができる。

さらに、前記可動電極は前記サスペンション支持体を介して電圧が印加されることができる。

本発明によれば、可動電極と固定電極同士の接触を防止する櫛歯型アクチュエータを得るものである。また、製造による電極指の寸法形状誤差に伴う静電力の不安定性を排除する櫛歯型アクチュエータを得るものである。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
本実施形態は図１に示すように光可変減衰器１０に本発明を適用したもので、図においてステム１１に電極引出し端子１２，１３を有する筒状容器１４の他の端面から２本の光ファイバ１５，１６が導入されている。容器１４内に２芯ファイバコリメータ１７，レンズ１８，および反射角度を調整可能なミラー１９を備え、さらにステム面にミラー１９を制御する櫛歯型アクチュエータ２０を有している。

この光可変減衰器１０の動作は、図１に示す光入射側ファイバ１５から入射された光が２芯ファイバコリメータ１７とレンズ１８を通過し、ミラー１９で反射される。反射した光は再びレンズ１８を通過して出射側光ファイバ１６に結合する。ミラー１９を傾けて反射光の角度を調節すると光出射側ファイバ１６に入射する光量が変化する。すなわち角度に応じた結合損失が発生し光の減衰量を可変することができ、このミラー１９を傾けるために櫛歯型アクチュエータ２０が動作する。櫛歯型アクチュエータ２０は容器のステム１１に固定されて、電極引出し端子１２，１３に電気的に接続されておりその可動電極の一面にミラーが形成される。所要の電圧は電源１０aから電極引出し端子に供給される。

図２および図３に示すように、櫛歯型アクチュエータ２０は中心に開口部２２を形成した酸化絶縁膜６１の形成されたフレーム状のＳｉ基板２１上に、Ｓｉ層で形成された導電性の固定電極３０と可動電極４０が配置される。基板２１の対辺例えば上下辺２３ａ，２３ｂ上に固定電極３０ａ，３０ｂが配置され、この一対の電極は基板の他の対辺２３ｃ，２３ｄの外縁に沿う接続層３１ａ，３１ｂにより電気的に接続される。両固定電極３０ａ，３０ｂの開口部２２側に図２、図４のように櫛歯型の固定電極指３２が固定電極基部３５から垂直に等間隔で複数個突出して電極基部縁にそって並列し固定電極指群３３を形成している。

基板２１の左右の対辺２３ｃ，２３ｄの開口部２２側の内縁に、基板から突出部２４ａ，２４ｂが突設され、その上面に可動電極の電気的接続を兼ねる固定部４１ａ，４１ｂが配置される。突出部の形成により開口部２２はＨ形状になり、この形状にほぼ同形のＨパターンの可動電極４０が開口部２２上に設置される。突出部２４ａ，２４ｂの尖頭端２５ａ，２５ｂの中央部に凹部切り込み２６ａ，２６ｂが設けられ、この凹部切り込みに対応して固定部４１ａ，４１ｂに２本のスリットが切られ、スリット間に形成された微小断面の細長く伸びた可動電極４０用のサスペンション支持体４２ａ，４２ｂが形成される。可動電極４０はこれらの一対のサスペンション支持体４２ａ，４２ｂによって固定部４１ａ，４１ｂに機械的、電気的に接続されて開口部２２に吊架される。

可動電極４０の可動電極基部４６の上下の長い対辺４０ａ，４０ｂに辺に沿って間隔を置いて櫛歯状の電極指４４が並列されて可動電極指群４５が設けられる。図５に示すように可動電極指４４の高さｈ２は固定電極指３２の高さｈ１よりも高さを低くしており、図２で可動電極上辺の可動電極群と下辺の可動電極指群では、上辺で図５（Ａ）、下辺で図５（Ｂ）のように電極指の高さ方向の配置関係を逆にしている。したがって電極間に電位差が生じた場合に、矢印で示されるように駆動される。

両辺ともに高さ方向の配置関係を同じにする場合は、図３の１対の固定電極３０a，３０ｂを独立にして片側の固定電極に電圧を印加する。

固定電極の固定電極指群３３と可動電極の可動電極指群４５は対向し、両電極の電極指３２，４４は相互に非接触に入り組んでインタデジタル電極配置とされる。

可動電極４０のパターンは両電極指群を中央で横切る電極中心線Ｃに対して線対称であり、電極指は中心線Ｃに対して対称的に形成される。

図４の中心線Ｃから左右外側に向かってｍ番目の固定電極指３２_ｍとこれに隣接する（ｍ＋１）番目の固定電極指３２_{（ｍ＋１）}の間に、ｍ番目の可動電極指４４_ｍが入り組んで配置される場合、ｍ番目の固定電極指３２_ｍとｍ番目可動電極指４４_ｍ間のギャップすなわち中心線Ｃ側のギャップ５１の間隔ｇ１は、（ｍ＋１）番目固定電極指３２_{（ｍ＋１）}とｍ番目可動電極指４４_ｍ間のギャップすなわち外側ギャップ５２の間隔ｇ２よりも広く形成される。

このような配列の電極指の組、すなわち１つの可動電極指の入り組み位置が２つの固定電極指間でギャップずれをさせた配置を、本発明において偏倚電極指配列組とすると、本実施形態では中心線Ｃを基準にして中心側ギャップｇ１の広い偏倚電極指配列組５０を電極指群３３，４５全長にわたって配置している。

偏倚電極指配列組の中心線に対する対称配置により、図６（Ａ）に示すように電圧印加により各偏倚電極指配列組に中心線Ｃを基準にして可動電極外方の静電力の吸引力成分が生じ吸引力Ｆが高まり、中心線Ｃを中心にして均衡する。作用反作用としての吸引力成分はある程度大きいほうが制御しやすく、均衡させやすい。したがって電極の製造時の電極形状の寸法誤差により生じる吸引力のばらつきを補正することが容易になる。図１４の電極指の寸法が例えば長さｌが１００μｍ、高さがｈが５０μｍ、幅ｗが１５μｍ以下程度の微小構造では、狭いギャップ領域の間隔ｇ２に対して広いギャップ領域の間隔ｇ１の比率は１：１.２〜１：２.５とするのが望ましい。１：１.２未満では寸法の製造誤差の影響で偏倚電極指組の静電力がばらつきやすく、また１：２.５を超えると狭いギャップ側で固定電極指と可動電極指とが接触しやすくなる。本実施形態では１：１．５とした。

可動電極４０の一表面にはＡｕのほかＡｇやＡｌの蒸着層または多層干渉膜の反射層で形成されたミラー１９が配置される。可動電極４０はサスペンション支持体４２ａ，４２ｂにより軸支され、固定電極３０との間に電圧を印加すると、電極指群で静電駆動されて回動する。これに伴い図１に示すファイバー１５からの光の光軸に対するミラーの角度が調節される。

上記実施形態では偏倚電極指配列組を電極指群の全長にわたって適用したが、一部に適用することもできる。例えば１つ置きに配列してもよく、電極指群の端部付近に集中して形成することができる。またはギャップ間隔が同一寸法でない電極指群とすることもできる。いずれも偏倚電極指組の電極指ギャップの静電力を、偏らせない場合の電極指の製造誤差によって生じる不所望な可動電極面方向の回転静電力を上回る大きさになるように対称的な静電力にすればよい。

また、上記実施形態では、図６（Ａ）に示すように偏倚電極指配列組の中心側ギャップ間隔を外側ギャップ間隔よりも広くし、外側への吸引力を高めるようにしたが、逆に中心側ギャップの間隔を外側ギャップ間隔よりも狭くし、図６（Ｂ）のように中心側への吸引力Ｆを高めるようにして中心線Ｃを基準にしてバランスさせることもできる。また、ギャップの関係が相互に逆の偏倚電極指配列組を中心線Ｃの左右に織り交ぜて配置することもできる。積極的に偏倚電極指組を形成することによって、製造誤差による不所望な静電力の偏りを解消することが可能になる。

以下図７により本実施形態の製造方法を説明する。図は理解を容易にするために、固定電極よりも高さが低い電極指を有する可動電極４０を模式的に示しており、固定電極指をもつ固定電極３０も同時に形成されるが簡略して示してある。

（工程A）
厚さ５００μｍの単結晶Ｓｉ基板２１上にＳｉ酸化膜６１を介して厚さ５０μmの単結晶Ｓｉ電極層６２を積層したＳＯＩ基板を用意し、この電極層６２上に後の工程でマスクとして使用するＡｌ層６３をスパッタにより堆積する。Ｓｉ電極層６２の可動電極指４４（図４）となる領域４４ａ上のAl層６３の一部をエッチングにより除去し開口部６３ａを形成する。

（工程Ｂ）
Ａｌ層を含む基板上面をフォトレジスト層６４で被覆し、アクチュエータの主に可動電極パターンを形成するマスクを用いてフォトレジスト層６４を光露光して一部領域を除去しマスク孔６４ａ，６４ｂ，６４ｃを形成する。マスク孔６４ａおよび６４ｃ下のＳｉ電極層は図１に示す可動電極４０、固定電極３０および可動電極を固定する突出部２４ａ，２４ｂ間のギャップとして除去される領域であり、マスク孔６４ｂは突出部２４ａ,２４ｂの尖頭部２５ａ，２５ｂに凹部切込み２６ａ，２６ｂを形成するためのマスク孔でその切込み間がサスペンション支持体４２ａ,４２ｂ（図２）となる領域である。

このマスク孔６４ａ，６４ｂ，６４ｃ下の領域をイオンによる異方性エッチングによりＳｉ電極層６２をエッチングしＳｉ電極層６２を３０μの深さまでエッチングする。

（工程Ｃ）
フォトレジスト層６４を除去し、露出されたＡｌ層６３をマスクとして、Ｓｉ電極層６２をイオンにより異方性エッチングし、すでに３０μｍ深さにエッチングされて約２０μｍ厚に残された領域６２ａが除去されＳｉ酸化層６１が露出するまでエッチングする。これにより、Ａｌ層の開口部６３ａの領域４４ａ同様に２０μｍだけ削られて３０μｍ高さ（Ｓｉ電極層の厚み方向）の可動電極指４４となる。

（工程Ｄ）
Ａｌ層６３を除去し基板の両面にフォトレジスト膜６５,６６を塗布する。基板裏面に開口部２２を形成するためのレジスト膜６６を光照射、現像してマスク孔を形成し、異方性エッチングしてマスク孔下のＳｉ領域２１、Ｓｉ酸化膜６１を除去して開口部２２とする。

得られる可動電極指４４の寸法は幅ｗが１５ミクロン、長さｌが１００μｍである。この電極指が中心線Ｃ（図１）の両側に各５０対、可動電極基部４６の辺縁にそって並列される。同時にサスペンション支持体４２は幅５μｍ、高さ５０μｍに形成される。

（工程Ｅ）
フォトレジスト膜６５,６６を除去し、Ｓｉ電極層６２上面にＡｕ層６７をスパッタにより堆積する。このＡｕ層は可動電極上のミラー１９として機能し、固定電極３０および可動電極固定部４１ａ,４１ｂに電圧を供給するボンディングパッドを兼ねている。図で破線の部分３２は固定電極指を示している。

このようにして固定電極と可動電極が同一面上に形成された２mm×３ｍｍ角の櫛歯型アクチュエータが製造される。これを図１に示す容器のステム１１にマウントし、電極引出し端子１２,１３と固定電極、可動電極をボンディングワイヤで接続する。光はファイバ１５,１６、２芯ファイバコリメータ１７、レンズ１８を装着し、筒状容器１４となるキャップをかぶせて封着し光可変減衰器１０を作製する。

（参考例）
本参考例は可動電極のサスペンション支持体の位置を片持ち構造にしたアクチュエータを示すもので、前記第１実施形態の上半分と同等の構成になっている。

図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、櫛歯型アクチュエータ７０は線対称中心線Ｃを中心とする線対称Ｔ字状パターンの可動電極本体７２と、この本体から左右対称に電極基部となる左右腕部７３,７４を延長し、これらの上縁部に一対の固定電極７１ａ,７１ｂを配置している。左右腕部７３,７４の先端側に間隔をあけて可動電極固定用でかつ可動電極の電極パッドを兼ねる固定部７５ａ,７５ｂが配置される。可動電極の上方延長部７６ａは可動電極の本体を形成し、一方の面にミラー１９を形成している。可動電極の下方延長部７６ｂは左右腕部７３，７４の下縁からわずかに突出して形成され、その側縁から固定部７５ａ,７５ｂにかけてサスペンション支持体７７ａ,７７ｂが設けられて、可動電極７２を固定部７５ａ,７５ｂに吊架している。

可動電極の左右腕部７３,７４の上側に複数の可動電極指７３ａによる可動電極指群７８が形成され、対向する各固定電極７１ａ，７１ｂの辺に複数の固定電極指７１ｃによる固定電極指群７９が形成され、可動電極指群７８と固定電極指群７９が相互に入り組んで配置される。図８（Ｂ）に示すように可動電極指７３ａと固定電極指７１ｃの構造配置は第１実施形態の構造配置と同様にされ、偏倚電極指配列組８０を電極指群の全長にわたって配置する。すなわち偏倚電極指配列組８０は１つの可動電極指７３ａとこれを挟む１対の固定電極指７１ｃで構成されるものとし、この配列組は可動電極と１対の固定電極間に広ギャップｇ１と狭ギャップｇ２が形成される。

本参考例は線対称中心線Ｃを中点として、左側の電極指群の偏倚電極指組の広ギャップｇ１を中心線Ｃ側に、同じく右側の電極指群の偏倚電極指組の広ギャップｇ１を中心線Ｃ側になるように配置し、電極全体に発生する静電力がバランスするようにしている。固定電極と可動電極間に電圧を印加すると、電極指間に静電力が生じて可動電極７２はサスペンション支持体７７ａ，７７ｂを支点にして回動しミラー１９の角度が調節される。一定の電圧を保持することで、可動電極は停止状態となり、所望のミラー角度が固定される。

（第２実施形態）
図９に示すように、本実施形態は可動電極４０に透過型の干渉フィルタ８５を配置した構造である。なお第１実施形態と同一符号の部分は同様部分を示す。Ｓｉの可動電極基部４６に多層干渉膜を堆積して干渉フィルタ８５を形成する。Ｓｉ基板は使用光の赤外領域で透明なので多層干渉膜がフィルタとして機能する。電極指群３３，４５は偏倚電極指配列組を中心線Ｃを基準に左右対称に配置して構成され、製作、制御の容易さを確保している。干渉フィルタで反射型を構成することも可能である。

（第３実施形態）
本実施形態は第１実施形態の一本のサスペンション支持体と異なり、図１０に示すように可動電極４０と固定部４１間のサスペンション支持体９０を２本の細線９１ａ，９１ｂで構成する。なお第１実施形態と同一符号の部分は同様部分を示す。近接した２本の細線により支持体を形成するため、比較的小断面の支持体で可動電極４０を確固に保持することができる。なお、第１実施形態と同一符号の部分は同様部分を示す。

サスペンション支持体９０は断面が５μｍ×５０μｍまたはそれ以下の微小構造であり、材質を単結晶Ｓｉなどで形成するものであるから、きわめて脆弱であり、可動電極のサスペンションとして機械強度を確保するには、寸法を大きくしなければならない。しかし、寸法を大にすると可動電極を回転するためのサスペンション支持体のねじれ制御に限界があるため、本実施形態のように近接した２本の支持体で可動電極を軸支（軸線ａ）することでこのような不都合を防止することができる。

以上、実施形態により本発明を説明したが、本発明の範囲は実施形態に限定されるものではない。例えば、偏倚電極指配列組の広ギャップと狭ギャップの設定は固定電極指と可動電極指間の幅方向の間隔を電極指長さにわたって同一にしても、同一寸法でなく形成することまもできる。例えば電極指全体にかかる静電力成分が所望の方向に偏倚するように可動電極指を先細状に形成することができる。電極指の先端を丸、面取り、鋭角、凹面、湾曲面の形状にして偏倚静電力を発生せることができる。また、電極指の側縁が、対向する電極指の側縁に対して湾曲する形状でもよい。要すればこのような非平行にしても全体として広ギャップと狭ギャップに設定されることで本発明の効果を得ることができる。

また、電極指の変形例として、電極指の横断面を矩形以外の、台形や菱形などの４辺形のほか、３角形や他の多角形にすることができる。可動電極指を台形や３角形にした場合、固定電極指を逆台形や逆３角形にして上下を逆の形状で組み合わせると可動電極のギャップ方向の移動範囲を広げることができる。

さらに、上記実施形態では偏倚電極指配列の組を、一対の固定電極指と１つの可動電極指で構成したが、一対の可動電極指と１つの固定電極指で構成してもよい。また偏倚電極指配列の組を２つの可動電極指ごとにこれを挟む固定電極指間で広ギャップと狭ギャップを形成して構成することができる。

さらに、上記実施形態は一対の固定電極に共通電圧を印加する構造であるが、これらを分離して独立の電圧を印加するようにしてもよい。

また、上記実施形態は電極をＳｉをベースとしその上面にＡｕ層を堆積した構造であるが、Ｓｉのような半導体だけで導電性電極とすることもでき、また電極ベースを絶縁体としてその上面にＡｕなどの金属層を設けて導電性電極とすることができる。また、金属層自体で電極を形成してもよい。

可動電極、固定電極を磁性体で構成し、この間に磁界を印加して吸引力を発生させることもできる。

なお、上記実施形態を光可変減衰器の櫛歯型アクチュエータで説明したが、例えば光通信システムの光スイッチやレーザ共振器の波長可変器、波長フィルタなどに適用することができることはいうまでもない。

本発明の一実施形態の光可変減衰器の概略断面図。図１の実施形態の櫛歯型アクチュエータの略平面図。図２のＡ−Ａ線にそう断面図。本発明の一実施形態の電極指を説明する拡大平面図。（Ａ）（Ｂ）は可動電極指の形状と動作を説明する側面図。本発明の一実視形態の動作を説明する略図。（Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の一実施形態の製造方法を説明する断面略図。本発明の参考例を説明する略平面図。本発明の他の実施形態を説明する略平面図。本発明の他の実施形態を説明する略平面図。従来の櫛歯型アクチュエータの略平面図。従来の櫛歯型アクチュエータの電極指を説明する略図。（Ａ）（Ｂ）は固定電極指と可動電極指の動作を説明する略図。電極指の寸法を説明する略斜視図。

符号の説明

１０：光可変減衰器
１９：ミラー
２０：櫛歯型アクチュエータ
３０：固定電極
３２：固定電極指
３３：固定電極指群
３５：固定電極基部
４０：可動電極
４１ａ,４１ｂ：固定部
４２ａ，４２ｂ：サスペンション支持体
４４：可動電極指
４５：可動電極指群
４６：可動電極基部
５０：偏倚電極指配列組
５１，５２：ギャップ
ｇ１，ｇ２：ギャップ間隔

Claims

導電性の固定電極基部とこの固定電極基部の少なくとも１辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の固定電極指からなる固定電極指群とを有する固定電極と、
導電性の可動電極基部とこの可動電極基部の前記固定電極指群に対向する辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の可動電極指からなる可動電極指群とを有してこの可動電極指が前記固定電極指間に間隔をあけて入組んで配設され前記固定電極との間の電界または磁界の印加により前記固定電極指と前記可動電極指との間に発生する吸引力によって可動可能とされた可動電極と、
前記可動電極を回動可能に軸支するサスペンション支持体と、
前記固定電極指群のうちの１つの固定電極指とこれに隣接する他の固定電極指とこれらの固定電極指間に配置され前記可動電極指群の内の１つで前記固定電極指と前記回動する方向の高さが異なる可動電極指とを組として、前記１つの固定電極指とのギャップと前記隣接する他の固定電極指とのギャップとの幅を相互に異ならしめて広ギャップ領域と狭ギャップ領域を形成した偏倚電極指配列組を形成し、この偏倚電極指配列組の複数を前記サスペンション支持体の軸線を挟んで対向する対辺に所定の長さにわたって配置する手段と、
前記対辺のうちの一辺の偏倚電極指配列組は前記固定電極指の高さよりも前記可動電極指の高さを低く、前記対辺のうちの他辺の偏倚電極指配列組は前記可動電極指の高さよりも前記固定電極指の高さを低くする手段とを具備して、前記偏倚電極指配列組により前記所定の長さにわたる全体の吸引力の均衡をはかるようにしたことを特徴とする櫛歯型アクチュエータ。
前記所定の長さにそって配列される前記複数の偏倚電極指配列の広ギャップ領域と狭ギャップ領域の位置が前記可動電極の線対称中心線を中心として対称的に配置される請求項１記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記可動電極指群が前記可動電極の線対称中心線両側に分離して配置されてなる請求項１記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記狭ギャップ領域と広ギャップ領域のギャップ幅の比率が１：１．２〜１：２．５であることを特徴とする請求項１または２記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記固定電極指群と前記可動電極指群が前記偏倚電極指配列組からなることを特徴とする請求項１または２に記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記固定電極と前記可動電極は面一に配置される請求項１または２に記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記固定電極指と前記可動電極指間のギャップはこれらの電極指の長さにそってほぼ平行である請求項１または２に記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記可動電極の一方の面にミラーを設けてなる請求項１または２に記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記可動電極が透過型光フィルタを形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記固定電極と前記可動電極間に電圧が印加されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の櫛歯型アクチュエータ。
開口部を形成した基板と、
前記基板上に前記開口部にそって設けられ、固定電極基部とこの固定電極基部の辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の固定電極指からなる固定電極指群とを有する固定電極と、
前記基板の前記開口部に架設され、可動電極基部とこの可動電極基部の辺に所定の長さにわたって櫛歯状に並列された複数の可動電極指からなる可動電極指群とを有してこの可動電極指を前記固定電極指間に間隔をあけて入組み配設し前記固定電極との間の電圧印加により前記固定電極指と前記可動電極指との間に発生する静電力により可動可能とされた可動電極と、
前記可動電極の両側に設けられ前記可動電極を支持する固定部と、
前記可動電極と前記固定部に一体に接続され前記可動電極を回動可能に吊架軸支するサスペンション支持体と、
前記固定電極指群のうちの１つの固定電極指とこれに隣接する他の固定電極指とこれらの電極指の間に配置される前記可動電極指群の内の１つで前記固定電極指と前記回動する方向の高さが異なる可動電極指とを組として、この可動電極指と前記１つの固定電極指との間に形成されるギャップと前記可動電極指と前記隣接する他の固定電極指との間に形成されるギャップの幅を相互に異ならしめて広ギャップ領域と狭ギャップ領域を形成した偏倚電極指配列組とし、この複数を前記サスペンション支持体の軸線を挟んで対向する対辺に前記所定の長さにわたって配置する手段と、
前記対辺のうちの一辺の偏倚電極指配列組は前記固定電極指の高さよりも前記可動電極指の高さを低く、前記対辺のうちの他辺の偏倚電極指配列組は前記可動電極指の高さよりも前記固定電極指の高さを低くする手段と
を具備して、前記電極指配列組により前記所定の長さにわたる全体の静電力の均衡をはかるようにしたことを特徴とする櫛歯型アクチュエータ。
前記可動電極はほぼ４辺形に形成され、その対向する２辺に可動電極指群を有し、他の２辺に前記サスペンション支持体が接続され、一対の前記固定電極が前記２辺の可動電極指群に対応して前記基板に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の櫛歯型アクチュエータ。
前記可動電極は前記サスペンション支持体を介して電圧が印加される請求項１または１１に記載の櫛歯型アクチュエータ。
請求項１または１１に記載の櫛歯型アクチュエータを用いてなる光制御素子。