CN100400411C - 微致动器装置及使用了该装置的光开关系统 - Google Patents

Abstract

可动板(21)通过弹性部(27a、27b)被固定在基板(11)上，并且可以相对于基板(11)上下移动。基板(11)兼用作固定电极。可动板(21)具有：可以通过和基板(11)之间的电压而与基板(11)之间产生静电力的第二电极部(23a、23b)；以及被配置在磁场内通过通电产生洛伦兹力的电流路径(25)。进入及退出光路的反射镜(12)被设置在可动板(21)上。控制部，将可动板(21)从静电力增大的下侧位置向上侧位置移动时，对上述电流进行控制，以使在可动板(21)从中间位置向上侧位置移动的期间，向下生成上述洛伦兹力，且其逐渐减小。这样一来，不会产生高电压、不会对小型化产生破坏，可以扩大可动部的可动范围，且降低电力消耗，并且可以提高长期运转时的可靠性。

Description

微致动器装置及使用了该装置的光开关系统

技术领域

本发明涉及到一种微致动器装置及使用了该装置的光开关系统。

背景技术

随着微细加工技术的进步，在各领域中致动器的重要性更加突出。作为使用微致动器的领域的一例，例如可以例举用于光通信等、切换光路的光开关领域。作为这种光开关的一例，例如可以例举特开2001-42233号公报中所公开的光开关。

微致动器一般具有固定部和可以通过规定的力移动的可动部，通过上述规定的力被保持在规定位置。在现有的微致动器中，上述规定的力大多使用静电力。例如在特开2001-42233号公报中公开的光开关中所采用的使微反射镜移动的微致动器中，通过静电力使可动部移动到上方位置(微反射镜反射入射光的位置)和下方位置(微反射镜直接通过入射光的位置)、并保持在该位置上。

在这种利用静电力的微致动器中，在固定部配置第一电极部，在可动部配置第二电极部，在第一及第二电极部之间施加电压，使得在两者之间生成静电力。

在如上所述的使用静电力的现有的微致动器中，由于通过静电力使可动部移动并通过静电力使之保持在规定的位置，所以难于将可动部的可动范围设置得较大。

在平行平板的电极之间作用的静电力F₁，用电容率ε、电位差V、电极间距离d、电极面积S表示，则如下述公式(1)所示。

F₁＝ε×V²×S/2d²...(1)

从公式(1)可知，当电极间距离d变大时，静电力F₁和其二次方呈反比，急剧变小。因此，在上述现有的微致动器中，当电极间距离d达到一定距离以上时，移动可动部变得困难，可动部的可动范围难于扩大。并且，对于较大的电极间距离d，为了获得足够的静电力F₁而使电位差(电极间电压)变大时，绝缘耐力方面又发生问题，需要高电压生成部。并且，对于较大的电极间距离d，为了获得足够的静电力F₁而使电极面积S变大时，则尺寸变大，从而破坏小型化这一微致动器本来的宗旨。

因此，本发明人经过研究，想到了在微致动器中，用洛伦兹力取代静电力。

洛伦兹力F₂(N)，用磁感应强度B(T)、电线长度L(m)、电流I(A)表示时，则如下述公式(2)所示。

F₂＝I×B×L...(2)

在公式(2)中，由于没有规定电线位置的项，所以在一定的磁感应强度下，即使电线的位置发生变化，所生成的洛伦兹力F₂也不会变化。

在微致动器中，在可动部设置相当于上述电线的电流路径，并对该电流路径施加磁场，如果电流流过上述电流路径，就能够对可动部作用洛伦兹力。即使可动部的可动范围比现有技术的范围大，例如通过使用磁铁等，也易于在其范围内施加大致均匀的磁场。因此，即使可动部的可动范围变大，也可以不拘于可动部的位置而向可动部作用恒定的力。即，在微致动器中，如果用洛伦兹力取代静电力，则与采用由可动部的位置不同而产生驱动力变化的静电力的情况不同，原理上可以与可动部的位置无关地获得恒定的驱动力。

例如，电极间隔为50μm、电极形状为50μm角、电压为5V、电容率为1时，上述公式(1)中的静电力F1为0.1nN。另一方面，如果对50μm角的电极做成50μm长度的电流路径，并施加磁感应强度0.1T的磁场，则流过1mA的电流时生成5nN的洛伦兹力。为了通过静电力获得5nN以上的力，必须将电极间距设定为7μm以下或者将电极形状设定为350μm角以上，因此可知为了获得同样的驱动力使用洛伦兹力是有利的。

此外，如果将20mm角的钕铁硼磁铁配置到离微致动器2mm的位置时，可轻易地得到0.1T的磁感应强度。

这样一来，在微致动器中，如果用洛伦兹力取代静电力，则不会施加较高的电压或破坏小型化，就可以扩大可动部的可动范围。

但是，在微致动器中如果用洛伦兹力取代静电力时，会产生新的问题。即，当用洛伦兹力取代静电力时，利用洛伦兹力使可动部移动到规定的位置，并利用洛伦兹力使可动部总是保持在该位置上。因此，为了生成洛伦兹力需要持续地流入电流，导致消耗电力明显增加。

例如，在应用于大规模光开关时，由于在一个光开关装置中具有数万个致动器，因此强烈要求各致动器的低电力消耗。例如，在100×100信道的光开关中，必须在半导体基板上制作用于选择信道的例如MOS开关。若MOS开关的电阻为10kΩ，则在向其持续流过1mA的电流时，一个MOS开关的消耗电力为10mW。由于有一万个因此共计为100W的消耗电力，放热过大会在实际使用上产生问题。

并且优选的是，可以使由于伴随微致动器的操作所产生的冲击等对微致动器、被驱动体所造成的机械性应力减小，其使用寿命会得以延长，可提高长期动作时的可靠性。并且还优选提高微致动器的操作速度。

发明内容

本发明正是鉴于以上事实而提出的，其目的在于提供一种微致动器装置及光开关系统，可以不用施加较高的电压或破坏小型化就扩大可动部的可动范围，且可以降低消耗电力，而且可以提高在长期动作时的可靠性。

并且，本发明的目的还在于提供一种微致动器装置及光开关系统，可以不用施加较高电压或破坏小型化就扩大可动部的可动范围，且可以降低消耗电力，而且可以提高微致动器操作速度。

本发明人经过刻苦钻研，结果发现在微致动器中，通过结合使用静电力及洛伦兹力，可以实现上述目的。即，发现了：在具有固定部和可以相对于该固定部移动地设置的可动部的微致动器中，通过将可以对可动部作用静电力的电极部分别设置在固定部及可动部上，并且将用于对可动部作用洛伦兹力的电流路径设置在可动部上，从而实现上述目的。

通过采用该装置，可以在可动部的电极部和固定部的电极部之间的距离较大时，只利用洛伦兹力移动可动部，在可动部的电极部和固定部的电极部之间的距离较小时，只利用静电力保持可动部。这样一来，可以不用施加较高电压或破坏小型化就扩大可动部的可动范围，且可以降低消耗电力。

在静电力驱动中，由于电气性地进行电容器的充电放电，所以电力消耗只在充电放电时、也就是电压变化时发生。因此，如同光开关等所使用的微致动器，在可动部不会频繁移动、可动部被保持在规定位置(固定部的电极部和可动部的电极部之间的距离较小时)的时间较长时，如果只通过静电力生成用于将可动部保持在规定位置的力，则可以大幅降低消耗电力。例如，电极间的电容为10pF、电压为5V、可动部的移动为每分钟一次时，静电驱动部分的消耗电力为4.2pW。当这种微致动器有一万个时，静电驱动部分的消耗电力共计为42nW。并且，在固定部的电极部和可动部的电极之间的距离较小的位置，即使两者间的电压较低，并且电极面积较小，也可以获得足够大小的静电力。

在洛伦兹力驱动中，可以无论可动部的位置而获得恒定的驱动力，因此如果通过洛伦兹力移动可动部，可以扩大可动范围。洛伦兹力的消耗电力，例如和上述例一样在用于选择信道的单片MOS开关的电阻为10kΩ、对该MOS开关将1mA的电流以每分钟10msec(相当于可动部的移动期间)流入时，洛伦兹力驱动的消耗电力为1.7μW。当微致动器有一万个时，洛伦兹力驱动共计消耗电力为17mW，和上述始终用洛伦兹力驱动时的100W的消耗电力相比，大幅降低。虽然洛伦兹力占据了全部的消耗电力中的绝大部分，但在实际应用中并不会发生很大问题。

因此，通过在微致动器中同时搭载生成静电力的结构和生成洛伦兹力的结构，例如可以由静电力生成用于将可动部保持在规定位置的力从而降低消耗电力，另一方面在可动电极和固定电极的间隔较大时由洛伦兹力驱动致动器，从而可以抑制高电压的施加、电极面积的增大，且可扩大可动范围。

并且还发现，由于可以通过改变电流流动方向使洛伦兹力在两个方向上生成，因此在移动可动部时，可以通过适当设置洛伦兹力的方向及时序，减小由伴随微致动器的动作引起的冲击等对微致动器、被驱动体造成的机械性应力，延长其使用寿命，提高长期操作时的可靠性，并提高微致动器的操作速度。

本发明正是基于由上述本发明人的研究结果得出的新的见解而成。

即，为了实现上述目的的作为第一方案的微致动器装置，具有微致动器、磁场生成部和控制部，其中，(a)上述微致动器具有固定部、和以可以相对于该固定部移动的方式设置的可动部，(b)上述固定部具有第一电极部，(c)上述可动部具有：可以通过和上述第一电极部之间的电压而与上述第一电极部之间产生静电力的第二电极部；以及被配置在磁场内通过通电产生洛伦兹力的电流路径，(d)上述磁场生成部生成上述磁场，(e)上述可动部被设置为：可以在上述静电力增大的第一位置和上述静电力降低或者消失的第二位置之间移动，并且生成要回复到上述第二位置的回复力，(f)上述电流路径被设置为：可以在从上述第一位置向上述第二位置的方向及其反方向上生成洛伦兹力，(g)上述控制部控制上述第一及第二电极部之间的电压、及流入到上述电流路径的电流，(h)上述控制部，控制上述电流，在上述可动部从上述第一位置向上述第二位置移动时，以使在上述可动部至少从上述第一位置和上述第二位置之间的中途向上述第二位置附近移动的期间，在从上述第二位置向上述第一位置的方向上生成上述洛伦兹力且其逐渐减小。

为了实现上述目的的作为第二方案的微致动器装置是：在上述第一发明中，上述控制部，控制上述电流，在上述可动部从上述第一位置向上述第二位置移动时，以使在上述可动部从上述第一位置向上述第一位置和上述第二位置之间的中途移动的期间，在从上述第一位置向上述第二位置的方向上生成上述洛伦兹力。

为了实现上述目的的作为第三方案的微致动器装置，具有微致动器、磁场生成部和控制部，其中(a)上述微致动器具有固定部、和以可以相对于该固定部移动的方式设置的可动部，(b)上述固定部具有第一电极部，(c)上述可动部具有：可以通过和上述第一电极部之间的电压而与上述第一电极部之间产生静电力的第二电极部；以及被配置在磁场内通过通电产生洛伦兹力的电流路径，(d)上述磁场生成部生成上述磁场，(e)上述可动部被设置为：可以在上述静电力增大的第一位置和上述静电力降低或者消失的第二位置之间移动，并且生成要回复到上述第二位置的回复力，(f)上述电流路径被设置为：可以在从上述第一位置向上述第二位置的方向及其反方向上生成洛伦兹力，(g)上述控制部控制上述第一及第二电极部之间的电压、及流入到上述电流路径的电流，(h)上述控制部，控制上述电流，在上述可动部从上述第一位置向上述第二位置移动时，以使在上述可动部从上述第一位置向上述第一位置和上述第二位置之间的中途移动的期间，在从上述第一位置向上述第二位置的方向上生成上述洛伦兹力。

为了实现上述目的的作为第四方案的微致动器装置是：在上述第一至第三方案中的任意一个方案中，上述可动部由薄膜构成。

为了实现上述目的的作为第五方案的微致动器装置是：在上述第一方案到第四方案中的任意一个方案中，上述第一电极部和上述第二电极部被相对配置，上述可动部，通过具有弹性的弹性部件机械地连接到上述固定部，以使当上述可动部位于上述第一位置时上述第一及第二电极部之间的间隔变窄，并且当上述可动部位于上述第二位置时上述间隔变大，通过上述弹性部件生成上述回复力。

为了实现上述目的的作为第六方案的微致动器装置是：在上述第一方案到第五方案中的任意一个方案中，上述控制部，对上述电压及上述电流进行控制，在上述可动部向上述第一位置移动时，以使上述可动部移动到上述第一位置，上述控制部，在将上述可动部保持在上述第一位置的至少在稳定的保持状态下，进行不使上述电流流入的控制。

为了实现上述目的的作为第七方案的光开关系统，具有上述第一方案到第六方案中的任意一项方案中的微致动器装置和设置在上述可动部上的反射镜。

为了实现上述目的的作为第八方案中的光开关系统是：在上述第七方案中，具有多个上述微致动器及上述反射镜的组，该组被配置为二维状。

根据这些方案，可以提供一种微致动器装置及光开关系统，可以不施加较高的电压，并且不会破坏小型化，就可以扩大可动部的可动范围，且可以降低消耗电力，而且在长期动作时可以提高其可靠性。

并且，根据本发明，可以提供一种微致动器装置及光开关系统，可以不施加较高电压，并且不会破坏小型化，就可以扩大可动部的可动范围，且可以降低消耗电力，而且可以提高微致动器操作速度。

附图说明

图1是表示作为本发明的第一实施方式的光开关系统的概要构成图。

图2是表示构成图1所示的光开关系统中所使用的光开关阵列的一个光开关的概要俯视图。

图3是沿图2中的X1-X2线的概要截面图。

图4是沿图2中的Y1-Y2线的概要截面图。

图5是和图3对应的概要截面图。

图6是表示构成图1所示的光开关系统所使用的光开关阵列的一个光开关的、洛伦兹力用电流、静电力用电压及反射镜的位置之间的时间变化关系的时序图。

图7是表示图1所示的光开关系统所使用的光开关阵列的电路图。

图8是表示提供给图7中的各端子的信号的时序图。

图9是示意地表示图1所示的光开关系统中所使用的光开关阵列的各制造工序的概要截面图。

图10是示意地表示图1所示的光开关系统中所使用的光开关阵列的其他各制造工序的概要截面图。

图11是表示构成本发明的第二实施方式下的光开关系统所使用的光开关阵列的一个光开关的控制和操作的时序图。

图12是表示作为本实施方式的第二实施方式的光开关系统中所使用的光开关阵列的电路图。

图13是表示提供给图12中的各端子的信号的时序图。

图14是表示构成作为本发明的第三实施方式的光开关系统所使用的光开关阵列的一个光开关的控制和操作的时序图。

图15是表示本实施方式的第三及第四实施方式下的光开关系统所使用的光开关阵列的电路图。

图16是表示提供给图15中的各端子的信号的时序图。

图17是表示构成本发明的第四实施方式下的光开关系统所使用的光开关阵列的一个光开关的控制和操作的时序图。

图18是表示提供给图15中的各端子的信号的时序图。

图19是示意地表示作为构成本发明的第四实施方式的光开关系统中所使用的光开关阵列的单位元件的一个光开关的概要俯视图。

图20是沿图19中的X11-X12的概要截面图。

图21是沿图19中的X13-X14的概要截面图。

图22是沿图19中的X15-X16的概要截面图。

图23是沿图19中的Y11-Y12的概要截面图。

图24是沿图19中的Y13-Y14的概要截面图。

图25是沿图19中的Y15-Y16的概要截面图。

图26是沿图19中的Y17-Y18的概要截面图。

图27是示意地表示作为本发明的第五实施方式的光开关系统中所使用的光开关阵列的概要俯视图。

图28是示意地表示反射镜被保持在上侧状态下的本发明的第五实施方式中的光开关系统的主要部件的概要截面图。

图29是示意地表示反射镜被保持在下侧状态下的本发明的第五实施方式中的光开关系统的主要部件的概要截面图。

图30是示意地表示图28及图29中的光波导路基板的一部分的概要透视图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明中的微致动器装置及使用该装置的光开关系统进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示本发明的第一实施方式中的具有光开关阵列1的光开关系统的一个示例的概要构成图。为了便于说明，如图1所示，定义互相垂直相交的X轴、Y轴及Z轴(后面所述的图也同样)。光开关阵列1的基板11的面和XY平面平行。并且为了便于说明，将Z轴方向的正(+)侧称为上侧，Z轴方向的负(-)侧称为下侧。

本实施方式下的光开关系统，如图1所示，具有：光开关阵列1；M条光输入用光纤2；M条光输出用光纤3；N条光输出用光纤4；作为磁场生成部的磁铁5，如后述对光开关阵列1生成磁场；和外部控制电路6，响应光路切换状态命令信号，将用于实现该光路切换状态命令信号所示的光路切换状态的控制信号提供到光开关阵列1。在图1所示的例子中，M＝3、N＝3，但M及N可以分别是任意的数。

在本实施方式中，磁铁5如图1所示，是Y轴方向的正侧被磁化为N极、负侧被磁化为S极的板状的永久磁铁，并被配置在光开关阵列1的下侧，对光开关阵列1生成磁力线5a所示的磁场。即，磁铁5对光开关阵列1，生成沿着Y轴方向向其负侧大致均匀的磁场。当然磁场生成部也可以用例如具有其他形状的永久磁铁、电磁铁等来代替磁铁5。

光开关阵列1如图1所示，具有基板11、配置在基板11上的M×N个反射镜12。M条光输入用光纤2被配置在和XY平面平行的面内，使得从相对基板11的X轴方向的一侧沿X轴方向导入入射光。M条光输出用光纤3，分别和M条光输入用光纤2相对地被配置在和基板11相对的另一侧，并被配置在和XY平面平行的面内，使得不被光开关阵列1的任意一个反射镜12反射而沿着X轴方向行进的光入射进来。N条光输出用光纤4被配置在和XY平面平行的面内，使得从光开关阵列1的任意一个反射镜12反射而沿着Y轴方向行进的光入射进来。M×N个反射镜12呈二维矩阵状地被配置在基板11上，以使其分别可以相对于M条光输入用光纤2的出射光路和光输出用光纤4的入射光路的交叉点，通过后面所述的微致动器自由进入及退出地沿Z轴方向直线移动。并且在本实施例中，反射镜12的朝向被设定为其法线在与XY平面平行的面内和X轴呈45°。当然，该角度可以适当变更，当变更反射镜12的角度时，只要根据其角度设定光输出用光纤4的朝向即可。并且，图1是将光束在空间交叉进行开关的装置，在光纤端为了改善与光束的结合也可插入透镜。

该光开关系统的光路切换原理本身和现有的二维光开关的光路切换原理相同。

接下来，参照图2至图5对作为图1中的光开关阵列1的单位元件的一个光开关的结构进行说明。图2是表示一个光开关的概要俯视图。图3是沿着图2中的X1-X2线的概要截面图。图4是沿着图2中的Y1-Y2线的概要截面图。图5是和图3对应的概要截面图，表示了反射镜12保持在下侧的状态。此外，图3表示了反射镜12保持在上侧的状态。

该光开关除了上述反射镜12及作为固定部的上述基板11之外，还具有被设置为可相对于基板11移动的作为可动部的可动板21。基板11上形成作为可动板21进入区域的凹部13。在本实施方式中，作为基板11使用了硅基板等半导体基板，基板11中与可动板21相对的部分构成第一电极部。当然除了基板11外，也可以在基板11上利用金属膜等形成第一电极部。

可动板21由薄膜构成，具有：下侧绝缘膜22；在下侧绝缘膜22上形成的两个第二电极部23a、23b；配线图形24a、24b的一部分，在下侧绝缘膜22上形成，用于将电极部23a、23b分别电气地连接到基板11的规定处；作为电流路径的线圈层25，在下侧绝缘膜22上形成，被配置在由图1的磁铁5生成的磁场内，并通过通电生成洛伦兹力；以及覆盖这些的上侧的上侧绝缘膜26。第二电极部23a、23b，通过和构成上述第一电极部的基板11之间的电压，可以在其和基板11之间生成静电力。

作为绝缘膜22、26，例如可以使用SiN膜或者SiO₂膜等。作为电极部23a、23b、配线图形24a、24b及线圈层25例如可以使用A1膜等金属膜。此外，电极部23a、23b、配线图形24a、24b的一部分、以及线圈层25，由于被上侧绝缘膜26覆盖，在图2中本来应该以虚线表示，但为了便于附图标记，上侧绝缘膜26所覆盖的部分也以实线表示了。但线圈层25中被反射镜12覆盖的部分以虚线表示。

在本实施方式中，可动板21的X轴方向的两端部，分别依次经由具有弹性的作为弹性部件的弹性部(フレクチユア)27a、27b和锚定部(アンカ一部)28a、28b，机械性地连接至基板11中的凹部13的周边部分。弹性部27a、27b及锚定部28a、28b由从可动板21直接连续延伸的以下各部分构成：下侧绝缘膜22；上述配线图形24a、24b的剩余部分；用于将线圈层25分别电气连接到基板11的规定处的配线图形29a、29b；以及上侧绝缘膜26。并且，配线图形29a、29b是构成线圈层25的金属膜等直接连续延伸而成的。配线图形24a、24b、29a、29b，在锚定部28a、28b中，经由在下侧绝缘膜22中形成的孔(未图示)，分别和基板11的规定位置电气连接。配线图形24a、24b通过形成在基板11上的配线(未图示)而共同地电气连接。

弹性部27a、27b如图2所示俯视时具有弯曲的形状。因此可动板21可以上下(在Z轴方向上)移动。即，在本实施方式中，可动板21，可以在通过弹性部27a、27b的弹力(回复力)回复的上侧位置(第二位置)(参照图3及图4)、和可动板21进入到基板11的凹部13并与其底部抵接的下侧位置(第一位置)(参照图5)之间移动。在图3及图4所示的上侧位置中，可动板21的第二电极部23a、23b和作为第一电极部的基板11之间的间隔变大，两者之间生成的静电力降低或消失。在图5所示的下侧位置中，可动板21的第二电极部23a、23b和作为第一电极部的基板11之间的间隔变小，两者之间生成的静电力变大。

线圈层25被配置为可以在从图3及图4所示的上侧位置向图5所示的下侧位置的方向(下方向)及其反方向(上方向)上生成洛伦兹力。具体而言，在本实施方式中，如上所述，通过图1中的磁铁5，生成沿着Y轴方向朝向其负侧的磁场，因此线圈层25如图1所示，被配置为沿着X轴方向延伸。

反射镜12直立在可动板21的上面并被固定。如上所述，反射镜12的反射面的朝向被设定为其法线在和XY平面平行的面内与X轴呈45°。

在上述光开关结构中，通过除了反射镜12以外的构成要素构成驱动反射镜12的微致动器。

接下来，参照图6，着眼于一个光开关，对其控制方法的一个例子及由此引起的光开关的操作进行说明。图6是表示以下三者之间随时间变化的关系的时序图：流入到一个光开关的线圈层25并生成洛伦兹力的电流(以下称为“洛伦兹力用电流”)；在该光开关的第一电极部(基板11)和可动板21的第二电极部23a、23b之间生成静电力的两者之间的电压(以下称为“静电力用电压”)；以及该光开关的反射镜12的位置(即可动板21的位置)。

最初，洛伦兹力用电流为零，并且静电力用电压为零，通过弹性部27a、27b的弹力，反射镜12如图3及图4所示被保持在上侧位置。在这种状态下，如图3所示，入射光由反射镜12反射并行进到纸面前侧。

之后，在时刻T1，开始进行将反射镜12的位置切换到图5所示的下侧位置的控制。即，从时刻T1开始，洛伦兹力用电流向正电流方向(生成向下的洛伦兹力的电流方向)流入，并从时刻T1到时刻T2其渐渐增大，以在时刻T2使洛伦兹力用电流变为+I。这里的+I是在线圈层25中生成比弹性部27a、27b的弹力大、且向下的洛伦兹力的电流。

反射镜12通过该洛伦兹力缓缓下降，并在可动板21抵接到基板11的时刻T3下停止，保持在图5所示的下侧位置上。

并不是一直这样通过洛伦兹力将反射镜12持续保持在下侧位置上，在时刻T4下将静电力用电压设置为V之后，从时刻T5开始使洛伦兹力用电流逐渐减小，并在时刻T6下使洛伦兹力用电流变为零。这里的V至少是生成在反射镜12位于下侧位置时比弹性部27a、27b的弹力强的静电力的电压。在T3-T4期间，只通过洛伦兹力将反射镜12保持在下侧位置，在T4-T6期间，通过洛伦兹力及静电力将反射镜12保持在下侧位置，在时刻T6之后，只通过静电力将反射镜12保持在下侧位置。T3-T6期间是将反射镜12在下侧位置的保持从洛伦兹力切换到静电力的下侧保持的过渡期间，T6期间之后称为下侧保持的稳定期间。

在反射镜12保持在下侧位置的期间内，如图5所示，入射光没有被反射镜12反射，而是直接通过变为射出光。

之后在时刻T7下，开始将反射镜12的位置切换为图3及图4所示的上侧位置的控制。即，洛伦兹力用电流开始向正电流方向(生成向下的洛伦兹力的电流方向)流入，从时刻T7到时刻T8使其渐渐增大，以使在时刻T8下洛伦兹力用电流变为+I。此时，与由此生成的洛伦兹力和弹性部27a、27b的弹力的合力相比，基板11和可动板21的第二电极部23a、23b之间的静电力更大，因此反射镜12保持在图5所示的下侧位置上。

之后，在时刻T9下将静电力用电压设定为零后，从时刻T10开始使洛伦兹用电流逐渐减小，在时刻T11下使洛伦兹力用电流为零。在T9-T10期间，静电力为零，但洛伦兹力用电流为+I，由此生成的向下的洛伦兹力比弹性部27a、27b的弹力强，因此反射镜12保持在图5所示的下侧位置上。时刻T10之后，由于洛伦兹力用电流逐渐减小，弹性部27a、27b的弹力(向上的力)比洛伦兹力大，反射镜12渐渐上升，在时刻T11下返回到图3及图4所示的上侧位置，并通过弹性部27a、27b的弹力被保持在上侧位置。

这样一来，当可动板21的第二电极部23a、23b和基板11(第一电极部)之间的间隔较大时，通过大小不取决于反射镜12的位置(可动板21的位置)的洛伦兹力，抵抗弹性部27a、27b的弹力而使反射镜12移动到下侧位置。因此，不会为了提高静电力而施加较高的电压，或者破坏小型化，并且可以扩大可动板21的可动范围。并且，在可动板21的第二电极部23a、23b和基板11(第一电极部)之间的间隔变小的下侧位置的保持的稳定状态中，只通过静电力使反射镜12保持在下侧位置，因此可以降低消耗电力。

而如果在时刻T10下使洛伦兹用电流急剧变为零，则在时刻T10之后只有弹性部27a、27b的弹力发生作用，由于该弹力较大，因此在时刻T10下反射镜12急剧上升，反射镜12到达图3及图4所示的上侧位置附近时，反射镜12等由于冲击等受到机械性应力，其使用寿命变短，长期动作时的可靠性下降。对此，在本实施方式中，在T10-T11期间内，由于生成向下的洛伦兹力的洛伦兹力用电流逐渐减小，该洛伦兹力作为制动力作用，反射镜12缓缓上升。因此，根据本实施方式，反射镜12等所受到的机械性应力被缓和，其结果是使用寿命得到延长，长期使用时的可靠性得到提高。

此外，可动板21位于上侧位置时，将静电力用电压设为V时所生成的静电力如果比断面27a、27b的弹力小，则在时刻T5后，可动板21移动到上侧位置之后，在上侧保持期间内也可以使静电力用电压为V。后面所述的图8的例子中的右侧的电压更新期间就相当于这种情况。

图1所示的光开关阵列1具有多个作为上述单位元件的图2至图5所示的光开关，这些光开关被配置为二维矩阵状。并且，图1所示的光开关阵列1中，为了以较少的控制线实现对这些光开关的如上所述的控制，而搭载图7所示的含有多个切换元件的电路。图7是表示光开关阵列1的电路图。

在图7中，为了便于说明，将9个光开关配置为3行3列。当然并不限于这样的数字，例如具有100行100列的光开关的情况也是同样的原理。

图2至图5所示的单一光开关，从电路而言可以视为：一个电容器(相当于由第二电极23a和第一电极(基板11)构成的电容器、和第二电极23b和第一电极(基板11)构成的电容器并联连接的合成电容器)、和一个线圈(相当于线圈层25)。在图7中，分布将m行n列的光开关的电容器及线圈标记为Cmn及Lmn。例如，图7中的左上的(1行1列的)光开关的电容器及线圈分别标记为C11及L11。

为了减少控制线的条数，在图7所示的电路中，对电容器Cmn及线圈Lmn分别设置列选择开关Mmnb、Mmnd和行选择开关Mmna、Mmnc。将电容器Cmn的一端连接到行选择开关Mmna的一端，将行选择开关Mmna的另一端连接到列选择开关Mmnb的一端，将列选择开关Mmnb的另一端连接到电压控制开关MC1的一端及电压控制开关MC2的一端。电容器Cmn的另一端接地。将电压控制开关MC1的另一端连接到箝位电压VC，电压控制开关MC2的另一端接地。

并且，将线圈Lmn的一端连接到行选择开关Mmnc的一端，将行选择开关Mmnc的另一端连接到列选择开关Mmnd的一端，将列选择开关Mmnd的另一端连接到电流控制开关MC3的一端。线圈Lmn的另一端接地。将电流控制开关MC3的另一端经由线圈L连接到提供上述电流+I的电流源I1的一端，电流源I1的另一端接地。设置线圈L是为了实现图6中的期间T1-T2及期间T7-T8的洛伦兹用电流的逐渐增大及期间T5-T6和T10-T11的洛伦兹用电流的逐渐减小。通过该线圈L的电抗和该配线电阻的积所决定的时间常数，引起电流变化，因此可以通过将线圈L的电抗设定得较大，来实现洛伦兹力用电流的逐渐减小及逐渐增大。

作为开关元件的列选择开关Mmnb、Mmnd、行选择开关Mmna、Mmnc、电压控制开关MC1、MC2及电流控制开关MC3，例如作为基板11采用硅基板时，可以由形成在基板11上的N型MOS晶体管构成。

第一行的行选择开关M11a、M11c、M12a、M12c、M13a、M13c的栅极被连接到端子V1。同样，第二行的行选择开关的栅极被连接到端子V2，第三行的行选择开关的栅极被连接到端子V3。

第一行的列选择开关M11b、M11d、M21b、M21d、M31b、M31d的栅极被连接到端子H1。同样，第二行的列选择开关的栅极被连接到端子H2，第三行的列选择开关的栅极被连接到端子H3。

接着，在图8中表示施加到各端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3的电压的时序图的一个示例。在图8中，时刻t1以前是将所有的光开关的电容器Cmn偏置为箝位电压VC的电压更新期间。因此，在该期间内，端子V1、V2、V3、H1、H2、H3全部被设为高电平，所有的列选择开关Mmnb、Mmnd及行选择开关Mmna、Mmnc为导通状态。并且，在该期间中，端子C1为高电平、端子C2为低电平，电压控制开关MC1为导通状态、电压控制开关MC2为非导通状态。进一步，端子C3被设为低电平，电流控制开关MC3为非导通状态。在电压更新期间内，反射镜12被保持在上侧位置及下侧位置中的任意一个位置上。在图8的例子中，在时刻t1之前的电压更新期间内，反射镜12被保持在下侧位置。

而在本实施方式中，施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3的信号(电压)，从图1中的外部控制电路6作为控制信号被提供。外部控制电路6，例如根据光路切换状态命令信号，查找应该从现在的位置状态变更的光开关，对于每个该应变更的光开关，依次逐个设定状态变更期间。当不存在应该从现在的位置状态变更的光开关时，设定上述电压更新期间。并且，当设定多个状态变更期间时(即，应该从现在的位置状态变更的光开关数为二个以上时)，在各状态变更期间之间可以设定更新期间，也可以不设定。例如，当应该从现在的位置状态变更的光开关数有三个时，可以设定为状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间，也可以连续设定状态变更期间。并且，在设定的各状态变更期间内，对于对应的光开关提供施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3的信号，以使其与命令的光路切换状态对应而实现如上述图6所示的控制。此外，当然也可以将外部控制电路6搭载到光开关阵列1。

图8是通过外部控制电路6设定电压更新期间→对1行1列的光开关的状态变更期间→电压更新期间的示例。在图8的示例中，在时刻t1之前的电压更新期间内，反射镜12被保持在下侧位置。在时刻t1下，开始对1行1列的光开关的状态变更期间，端子V2、V3、H2、H3被设为低电平，电容器C11以外的电容器及线圈L11以外的线圈被切断。接着，在时刻t2下端子C3被设为高电平，电流开始从电流源I1流入到线圈L11。此时，通过电感L，流入到线圈L11的电流逐渐增大，不久电流变为上述+I。在本例中，后面所述的时刻t5被设定为其电流变为+I的时刻之后的时刻。并且时刻t2对应于图6中的时刻T7。接着，在时刻t3下端子C1被设为低电平，在时刻t4下端子C2被设为高电平，这样一来，充电到电容器C11的电荷放电，静电力用电压变为零。该时刻t4对应于图6中的时刻T9。接着，在时刻t5下端子C2被设为低电平。之后在时刻t6下端子C3被设定为低电平，由此流入到线圈L11的电流从+I开始逐渐减小，最终其电流变为零。通过电感L，流入到线圈L11的电流逐渐减小。该时刻t6对应于图6中的时刻T10。因此，反射镜12渐渐上升，不久停止到图3及图4所示的上侧位置并被保持。之后，在时刻t7下端子C1被设定为高电平后，在时刻t8下结束该状态变更期间，成为电压更新期间。

接着，参照图9及图10，对本实施方式下的光开关阵列1的制造方法的一个示例进行说明。图9及图10的各图是示意地表示该制造工序的概要截面图，与图4对应。

首先，在应该作为上述基板11的硅基板31上，以一般的MOS加工形成作为图7的开关Mmna、Mmnb、Mmnc、Mmnd、MC1、MC2、MC3的MOS晶体管(未图示)。并且，在硅基板11上形成实现图7所示的电路所必须的配线(未图示)。在该状态下的基板31的表面上使SiO₂膜32成膜。接着，在SiO₂膜32上使应该作为下侧绝缘膜22的SiN膜33成膜。并且，SiO₂膜32及SiN膜33中，在配线图形24a、24b、29a、29b和形成基板31的MOS晶体管应该连接之处，通过光蚀刻法形成连接用孔。在这种状态的基板31上，通过蒸镀法形成作为电极部23a、23b、配线图形24a、24b、29a、29b及线圈层25的Al膜34后，通过光蚀刻法形成图形，使之为这些形状。之后，使作为上侧绝缘膜26的SiN膜35成膜，通过光蚀刻法将SiN膜33、35形成为可动板21、弹性部27a、27b及锚定部28a、28b的形状的图形(图9(a))。

接着，在图9(a)所示状态的基板31上使SiO₂膜36成膜。并且，去除SiO₂膜36中形成反射镜12的地方、以及SiO₂膜32、36中形成蚀刻孔的地方(图9(b))。

紧接着向图9(b)所示状态下的基板厚厚地涂敷抗蚀剂37。并将抗蚀剂37曝光、显影，在抗蚀剂37上形成生长反射镜12的区域(图9(c))。之后，通过电解镀生长作为反射镜12的Au、Ni等金属38(图10(a))。

接着，在去除抗蚀剂37后，通过蚀刻孔注入KOH溶液，去除基板31的一部分(图10(b))。最后，去除残存的SiO₂膜32、36。这样一来，完成本实施方式下的光开关阵列1。

根据本实施方式，如上所述巧妙地利用了静电力和洛伦兹力，所以可以不施加高电压，不破坏小型化，就可以扩大可动部的可动范围，而且可以降低电力消耗。

并且，根据本实施方式，如上所述，反射镜12从图6所示的下侧位置向图3及图4所示的上侧位置移动时，由于生成向下的洛伦兹力的洛伦兹力用电流逐渐减小，所以反射镜12等受到的机械性应力得以缓和，其结果是可以提高使用寿命，并且提高长期使用时的可靠性。

(第二实施方式)

本发明的第二实施方式下的光开关系统是将上述第一实施方式下的光开关系统进行如下变形后的系统，除了以下说明的各点之外，具有和上述第一实施方式相同的构成，因此省略重复部分的说明。

在本实施方式中，对各光开关进行图11所示的控制，来取代图6所示的控制。图11所示的控制和图6所示的控制的不同之处在于，图6所示的控制中，在期间T1-T2及期间T7-T8中使洛伦兹力用电流逐渐增大，在期间T5-T6中使洛伦兹力用电流逐渐减小，与之相对，在图11所示的控制中，在和图6的时刻T1对应的时刻T21及和图6的时刻T7所对应的时刻T25下，使洛伦兹力用电流急速上升为+I，在和图6的时刻T5对应的时刻T24下，使洛伦兹力用电流急速下降为零。除此之外，图11所示控制也和图6所示的控制相同，因此省略对其的说明。此外，图11中的时刻T22、T23、T26、T27、T28分别对应于图6中的时刻T3、T4、T9、T10、T11。

并且，在本实施方式中，在光开关阵列1搭载图12所示电路，取代图7所示的电路。图12是表示本实施方式中所使用的光开关阵列1的电路图。在图12中，对和图7中的要素相同或者相对应的要素用相同的标号表示，并省略其重复部分的说明。

图12所示的电路和图7所示的电路的不同之处仅在于：追加了由可将线圈L分路的N型MOS晶体管等构成的控制开关MC5，并将该控制开关MC5的栅极连接到端子C5。通过将端子C5设定为高电平或者低电平，可以选择将线圈L设定为有效还是无效，从而可以选择相对于线圈Lmn的电流变化是急速还是缓慢。

在本实施方式中，施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3、C5的信号(电压)，从相当于图1中的外部控制电路6的外部控制电路作为控制信号被提供。该外部控制电路，和图1中的外部控制电路6一样，例如根据光路切换状态命令信号，查找应该从现在的位置变更的光开关，对于每个该应变更的光开关，依次逐个设定状态变更期间。当不存在应该从现在的位置状态变更的光开关时，设定上述电压更新期间。并且，当设定多个状态变更期间时(即，应该从现在的位置状态变更的光开关数为二个以上时)，在各状态变更期间之间可以设定更新期间，也可以不设定。例如，当应该从现在的位置状态变更的光开关数有三个时，可以设定为状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间，也可以连续设定状态变更期间。并且，在设定的各状态变更期间内，对于对应的光开关提供施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3、C5的信号，以使其与命令的光路切换状态对应而实现如上述图11所示的控制。此外，当然也可以将外部控制电路搭载到光开关阵列1。

图13是通过上述外部控制电路设定电压更新期间→对1行1列的光开关的状态变更期间→电压更新期间的示例。在图13的示例中，在时刻t21之前的电压更新期间内，反射镜12被保持在下侧位置。在时刻t21下，开始对1行1列的光开关的状态变更期间，端子V2、V3、H2、H3被设为低电平，电容器C11以外的电容器及线圈L11以外的线圈被切断。接着，在时刻t22下端子C3被设为高电平，同时端子C5被设定为高电平，控制开关MC5为导通状态，这样一来，线圈L11中急速流入电流+I。该时刻t22和图11中的时刻T25对应。接着，在时刻t23下端子C1被设为低电平，在时刻t24下端子C2被设为高电平，这样一来，充电到电容器C11的电荷放电，静电力用电压变为零。该时刻t24对应于图11中的时刻T26。接着，在时刻t25下端子C2被设为低电平，并且端子C5被设定为低电平。之后在时刻t26下端子C3被设定为低电平，因此流入到线圈L11的电流从+I开始逐渐减小，不久该电流变为零。此时，端子C5被设定为低电平，控制开关MC5为非导通状态，因此线圈L变为有效，注入到线圈L11的电流逐渐减小。该时刻t26对应于图6中的时刻T27。因此，反射镜12渐渐上升，不久停止到图3及图4所示的上侧位置并被保持。之后，在时刻t27下端子C1被设定为高电平后，在时刻t28下结束该状态变更期间，成为电压更新期间。

图13中的状态变更期间是将保持在下侧的反射镜12变更到上侧位置的期间，但与之相反，在将保持在上侧的反射镜12变更到下侧位置的状态变更期间中，在和图11中的时刻T21对应的时刻下，同时将端子C3、C5设为高电平，在和图11中的时刻T24对应的时刻下将端子3设定为低电平，从该时刻开始经过规定的时间后，如果将端子C5设定为低电平，则可以实现如图11所示的洛伦兹力用电流的急速上升及下降。

根据本实施方式，除了可以获得和上述第一实施方式一样的优点之外，由于图11中的T21下洛伦兹力用电流可以急速上升为+I，因此可以缩短将反射镜12从上侧位置移动到下侧位置时的移动时间，因此可以提高动作速度。

(第三实施方式)

本发明的第三实施方式下的光开关系统是将上述第一实施方式下的光开关系统进行如下变形后的系统，除了下述说明的各点之外，具有和上述第一实施方式相同的构成，因此省略其重复部分的说明。

在本实施方式中，对各光开关进行图14所示的控制，来取代图6所示的控制。图14所示的控制和图6所示的控制的不同之处在于，图6所示的控制中，在期间T10-T11中使洛伦兹力用电流从+I逐渐减小到零，与之相对，在图14所示的控制中，在从和图6的时刻T10对应的时刻T40开始到时刻T41为止的期间内，作为洛伦兹力用电流流入-I(使线圈层25生成向上的洛伦兹力的电流)，在从时刻T41开始到和图6的时刻T11对应的时刻T42为止的期间内，作为洛伦兹力用电流流入从大致为+I开始逐渐减小为零的电流。除此之外，图14所示控制和图6所示的控制是相同的，因此省略对其的说明。此外，图14中的时刻T31-T40、T42分别对应于图6中的时刻T1-T11。

因此，根据本实施方式，反射镜12从图5所示的下侧位置移动到图3及图4所示的上侧位置时，在其移动的初始期间T40-T41中，受到向上的洛伦兹力，因此该洛伦兹力使向上的力增大，起到作为加速力的作用。因此，反射镜12的移动速度变快，可以在更短时间内移动到上侧位置。并且，当反射镜保持在下侧位置时，在可动板21和基板11的接触部之间发生称之为粘着的现象，即使在两者之间有粘接力作用时，由于在移动初始期间T40-T41下对可动板21施加很大的向上的力，因此两者容易剥离，不会产生不能动作的问题。

并且，根据本实施方式，反射镜12从图5所示的下侧位置向图3及图4所示的上侧位置移动时，在其移动结束前的期间T41-T42中，由于流入了从大致为+I到零为止的洛伦兹力用电流(生成向下的洛伦兹力的电流)，该洛伦兹力起到作为制动力的作用，反射镜12缓慢上升。因此，根据本实施方式，和上述第一实施方式一样，反射镜12等受到的机械性应力被缓和，其结果是可提高使用寿命，并且可提高长期使用时的可靠性。

在本实施方式中，在光开关阵列1搭载图15所示电路，取代图7所示的电路。图15是表示本实施方式中所使用的光开关阵列1的电路图。在图15中，对和图7中的要素相同或者相对应的要素用相同的标号表示，并省略其重复部分的说明。

图15所示电路和图7所示电路的不同之处在于，追加了电流控制开关MC4、及提供上述电流-I的电流源I2。电流控制开关MC4的一端被连接到列选择开关Mmnd的另一端，电流控制开关MC4的另一端被连接到电流源I2的一端，电流源I2的另一端接地。电流控制开关MC4的栅极被连接到端子C4。

在本实施方式中，施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3、C4的信号(电压)，从相当于图1中的外部控制电路6的外部控制电路作为控制信号被提供。该外部控制电路，和图1中的外部控制电路6一样，例如根据光路切换状态命令信号，查找应该从现在的位置变更的光开关，对于每个该应变更的光开关，依次逐个设定状态变更期间。当不存在应该从现在的位置状态变更的光开关时，设定上述电压更新期间。并且，当设定多个状态变更期间时(即，应该从现在的位置状态变更的光开关数为二个以上时)，在各状态变更期间之间可以设定更新期间，也可以不设定。例如，当应该从现在的位置状态变更的光开关数有三个时，可以设定为状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间，也可以连续设定状态变更期间。并且，在设定的各状态变更期间内，对于对应的光开关提供施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3、C4的信号，以使其与命令的光路切换状态对应实现如上述图14所示的控制。此外，当然也可以将外部控制电路搭载到光开关阵列1。

图16是通过上述外部控制电路设定电压更新期间→对1行1列的光开关的状态变更期间→电压更新期间的示例。在图16的示例中，在时刻t31之前的电压更新期间内，反射镜12被保持在下侧位置。在时刻t31下，开始对1行1列的光开关的状态变更期间，端子V2、V3、H2、H3被设为低电平，电容器C11以外的电容器及线圈L11以外的线圈被切断。接着，在时刻t32下端子C3被设为高电平，电流从电流源I1流入到线圈L11。此时，通过电感L，流入到线圈L11的电流逐渐增大，不久其电流变为上述+I。在本例中，后面所述的时刻t35被设定为其电流变为+I的时刻之后的时刻。并且，时刻t32对应于图14中的时刻T37。接着，在时刻t33下端子C1被设为低电平，在时刻t34下端子C2被设为高电平，这样一来，充电到电容器C11的电荷放电，静电力用电压变为零。时刻t34对应于图14中的时刻T39。接着，在时刻t35下端子C2被设为低电平。之后在时刻t36下端子C3被设定为低电平，同时端子C4被设定为高电平，因此电流-I流入到线圈L11。此时，线圈L内能量被存储起来。此外，时刻t36对应于图14中的时刻T40。接着，在时刻t37下，端子C4变为低电平，电流控制开关MC4变为非导通状态，由此，通过存储在线圈L内的能量，大致为+I的电流流入到线圈11，之后，该电流从大致为+I开始逐渐减小到零。时刻t37对应于图14中的时刻T41。因此，反射镜12移动到图3及图5所示的上侧位置上并停止，其状态被保持。之后，在时刻t38下端子C1被设定为高电平后，在时刻t39下结束该状态变更期间，成为电压更新期间。

根据本实施方式，除了可以获得和上述第一实施方式一样的优点之外，反射镜12从下侧位置移动向上侧位置移动的动作速度可以提高，并且即使出现粘着现象也不会导致无法动作。

(第四实施方式)

本发明的第四实施方式下的光开关系统是将上述第一实施方式下的光开关系统进行如下变形后的系统，除了下述说明的各点之外，具有和上述第一实施方式相同的构成，因此省略其重复部分的说明。

在本实施方式中，对各光开关进行图17所示的控制，来取代图6所示的控制。图17所示的控制和图6所示的控制的不同之处在于，在图6所示的控制中，将反射镜12从下侧位置移动到上侧位置时，在期间T7-T11中向线圈层25流入生成向上的洛伦兹力的洛伦兹力用电流，与之相对，在图17所示的控制中，将反射镜12从下侧位置向上侧位置移动时，没有向线圈层25流入生成向下的洛伦兹力的洛伦兹力用电流，而是在从和图6的时刻T9对应的时刻T57开始到时刻T58为止的期间内，作为洛伦兹力用电流流入-I(使线圈层25生成向上的洛伦兹力的电流)。时刻T58是反射镜12位于从下侧位置向上侧位置移动的途中的位置的时刻。除此之外，图17所示控制和图6所示控制都一样，因此省略其说明。并且，图17中的时刻T51-T56分别对应于图6中的时刻T1-T6。

因此，根据本实施方式，反射镜12从图5所示的下侧位置向图3及图4所示的上侧位置移动时，在其移动初始期间T57-T58内，受到向上的洛伦兹力，因此该洛伦兹力使向上的力增大，起到作为加速力的作用。因此，根据本实施方式，和上述第三实施方式一样，可以提高反射镜12从下侧位置移动到上侧位置时的动作速度，并且即使产生粘着也不会发生不可动作的情况。并且在本实施方式中，和上述第一及第三实施方式不同，反射镜12从图5所示的下侧位置移动到图3及图4所示的上侧位置时，由于未利用向下的洛伦兹力引起的上述制动力，因此无法获得基于制动力的优点。

在本实施方式中，和上述第三实施方式一样，在光开关阵列1中搭载图15所示的电路，取代图7所示的电路。

在本实施方式中，施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3、C4的信号(电压)，从相当于图1中的外部控制电路6的外部控制电路作为控制信号被提供。该外部控制电路和图1中的外部控制电路6一样，例如根据光路切换状态命令信号，查找应该从现在的位置变更的光开关，对于每个该应变更的光开关，依次逐个设定状态变更期间。当不存在应该从现在的位置状态变更的光开关时，设定上述电压更新期间。并且，当设定多个状态变更期间时(即，应该从现在的位置状态变更的光开关数为二个以上时)，在各状态变更期间之间可以设定更新期间，也可以不设定。例如，当应该从现在的位置状态变更的光开关数有三个时，可以设定为状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间→电压更新期间→状态变更期间，也可以连续设定状态变更期间。并且，在设定的各状态变更期间内，对于对应的光开关提供施加到端子V1、V2、V3、H1、H2、H3、C1、C2、C3、C4的信号，以使其与命令的光路切换状态对应实现如上述图17所示的控制。此外，当然也可以将外部控制电路搭载到光开关阵列1。

图18是通过上述外部控制电路设定电压更新期间→对1行1列的光开关的状态变更期间→电压更新期间的示例。在图18的示例中，在时刻t51之前的电压更新期间内，反射镜12被保持在下侧位置。在时刻t51下，开始对1行1列的光开关的状态变更期间，端子V2、V3、H2、H3被设为低电平，电容器C11以外的电容器及线圈L11以外的线圈被切断。接着，在时刻t52下端子C1被设为低电平，在时刻t53下端子C2被设定为高电平的同时端子C4被设定为高电平。这样一来，充电到电容器C11的电荷放电，静电力用电压变为零，同时作为洛伦兹用电流-I(使线圈层25生成向上的洛伦兹力的电流)流入到线圈L11。该时刻t53对应于图17中的时刻T57。接着，在时刻t54下端子C4被设为低电平。该时刻t54对应于图17中的时刻T58。因此，反射镜12移动到图3及图4所示的上侧位置上并停止，其状态被保持。在时刻t55下端子C1被设定为高电平，并且在时刻t56下端子C1被设定为高电平后，在时刻t57下结束该状态变更期间，成为电压更新期间。

根据本实施方式，如上所述，和上述第一及第三实施方式一样，没有施加较高电压、破坏小型化，就可以提高可动部的可动范围，而且可以降低电力消耗。并且，根据本实施方式，如上所述，和上述第三实施方式一样，可以提高反射镜从下侧位置移动到上侧位置时的动作速度，并且即使产生粘着也不会发生不可动作的情况。

(第五实施方式)

图19是示意地表示作为构成本发明的第五实施方式下的光开关系统所使用的光开关阵列的单位元件的一个光开关(即，一个微致动器111及被其驱动的一个反射镜12)的概要俯视图。在图19中，作为在可动部及脚部的表面全体上形成的保护膜的SiN膜144省略显示，以虚线表示本来应该以实线表示的凸条部149、150的线条，Al膜142、143分别施加不同的剖面线。图20是沿图19中的X11-X12线的概要截面图。虽然未图示，但沿图19中的X19-X20线的概要截面图和图20是一样的。图21是沿图19中的X13-X14线的概要截面图。虽然未图示，但沿图19中的X17-X18线的概要截面图和图21是一样的。图22是沿图19中的X15-X16线的概要截面图。图23是沿图19中的Y11-Y12线的概要截面图。图24是沿图19中的Y13-Y14线的概要截面图。图25是沿图19中的Y15-Y16线的概要截面图。图26是沿图19中的Y17-Y18线的概要截面图。此外，图20至图26中，梁构成部132、134显示为未向Z轴方向弯曲，而实际上，梁构成部132、134在可动部未受力的状态下，由于构成该梁构成部132、134的膜的应力向+Z轴方向弯曲。

在上述第一至第四实施方式中，驱动反射镜12的微致动器具有由弹性部27a、27b双支撑的结构，而在本实施方式中，微致动器111具有单支撑的梁结构。

在本实施方式中使用的微致动器111具有：硅基板、玻璃基板等基板121；脚部122、123；通过从Z轴方向俯视，主要和X轴方向并行延伸的二个带板状的梁部124、125；设置在梁部124、125的前端(自由端、+X方向的端部)并在其间机械性连接、俯视为长方形状的连接部126；为了加强构成梁部124的梁构成部133及构成梁部125的梁构成部135的固定端侧而机械连接的连接部127；和固定电极128。

梁部124的固定端(-X方向的端部)通过由二个单个脚部122a、122b组成的脚部122机械性地连接到基板121上，上述单个脚部122a、122b分别具有：分别通过由在基板121上的硅氧化膜等绝缘膜129上形成的Al膜构成的配线图形130、131(图19中被省略)，而从基板121上伸出的伸出部。同样，梁部125的固定端(-X方向的端部)通过由二个单个脚部123a、123b组成的脚部123机械性地连接到基板121上，上述单个脚部123a、123b分别具有：分别通过由在基板121上的绝缘膜129上形成的Al膜构成的二个配线图形(未图示)，而从基板121上伸出的伸出部。如上所述，梁部124、125的自由端之间通过连接部126被机械地连接。因此在本实施方式中，梁部124、125及连接部126、127作为一个整体构成具有单支撑梁结构的可动部。在本实施方式中，基板121、固定电极128及绝缘膜129构成固定部。

梁部124具有在上述可动部的固定端和自由端之间沿X轴方向机械性顺次连接的二个梁构成部132、133。梁构成部132被构成为从Z轴方向俯视下为沿X轴方向延伸的带板状。梁构成部133被构成为带板状，如图19所示，从Z轴方向俯视下，其形状虽然主要沿X轴方向延伸，但在-X一侧的位置呈向Y轴方向弯曲的形状。固定端一侧(-X一侧)的梁构成部132是可以沿Z轴方向弯曲的板状弹簧部，与之相对，自由端一侧(+X一侧)的梁构成部133，是实质上对Z轴方向(基板121一侧及其相反一侧)的弯曲及其他方向的弯曲具有刚性的刚性部。

梁构成部132是层叠了下侧的SiN膜141、和中间的Al膜142、143、以及作为上侧保护膜的SiN膜144的三层(Al膜142、143之间的间隙为二层)薄膜，作为板状弹簧而起作用。Al膜142和Al膜143在同一层被形成，但如图19所示，被形成为在Y轴方向上开有若干间隙，互相电气地分离。这是因为：将Al膜142用作对静电力用的可动电极的配线，将Al膜143用作用于形成洛伦兹力用电流路径的配线。由于在静电力用的配线中基本上不流过电流，而在洛伦兹力用的配线中流过较大的电流，因此为了降低洛伦兹力用的配线的电气电阻，Al膜142的宽度形成得较小，Al膜143的宽度形成得较大。

梁构成部133由层叠了从梁构成部132直接连续延伸的下侧SiN膜141、中间的Al膜142、143、以及作为上侧保护膜的SiN膜144的三层(Al膜142、143之间的间隙为二层)薄膜构成。但是通过形成后面所述的凸条部149、150，使梁构成部133具有上述刚性。

在图20中，表示了梁构成部132不向Z轴方向弯曲，但梁构成部132，实际上在不提供驱动信号的状态下，由于膜141-144的应力而向上方(基板121的相反一侧，+Z方向)弯曲。这种弯曲状态可以通过适当设定141、142、144的成膜条件来实现。另一方面，梁构成部133，无论有无提供驱动信号，实质上均不沿Z轴方向弯曲，由于具有上述刚性，不会因为膜141-144的应力而弯曲，总是保持平板状的状态。这样一来，梁构成部132和梁构成部133在梁部124不受力的状态下，具有不同的弯曲、非弯曲状态。

在本实施方式中，脚部122通过构成梁构成部132的SiN膜141、144及Al膜142、143直接连续延伸而构成，具有二个单独的脚部122a、122b。脚部122之所以有二个单独的脚部122a、122b，是为了分离静电力用配线和洛伦兹力用配线，使Al膜142和Al膜143分别与基板121上的各自的配线图形130、131电气性地连接。Al膜142，在单独的脚部122a中经由形成在SiN膜141上的开口，和配线图形130电气性连接。Al膜143，在单独的脚部122b中经由形成在SiN膜141上的开口，和配线图形131电气性连接。并且，为了加强脚部122的强度，在脚部122的上部被形成为口字状，以使凸条部151在从Z方向俯视下全部围起单独的脚部122a、122b。

梁部125及脚部123分别具有和上述梁部124及脚部122完全相同的结构。构成梁部125的梁构成部134、135相当于构成梁部124的梁构成部132、133。构成脚部123的单独的脚部123a、123b分别相当于构成脚部122的单独的脚部122a、122b。并且，在脚部123的上部形成相当于上述凸条部151的凸条部152。

连接部127由从梁构成部133、135直接连续延伸的SiN膜141、144二层膜构成。来自梁构成部133、135的Al膜142、143不延伸到连接部127，在连接部127中，不进行任何的电气性连接。

在本实施方式中，为了统一向梁构成部133、135以及连接部126、127赋予刚性，如图19中的虚线所示，在俯视下，在这些统一的区域的外周一侧内环绕地形成凸条部149，并在在上述统一的区域的内周一侧环绕地形成凸条部150。通过该凸条部149、150，梁构成部133、135被加强从而具有刚性。梁构成部133、135无论有无提供驱动信号，实质上均不沿Z轴方向弯曲，通过具有上述刚性，不会由于膜141-144的应力而弯曲，而总是保持平板状的状态。

连接部126通过构成梁构成部133、135的SiN膜141、144及Al膜142、143直接连续延伸而构成。在连接部126设置作为被驱动体的由Au、Ni或者其他金属构成的反射镜12。

在连接部126中，Al膜142和Al膜143如图19所示被分开，连接部126中的Al膜142的部分被兼用作静电力用的可动电极。与该可动电极相对的基板121上的区域中，形成由Al膜构成的静电力用的固定电极128。虽然没有图示，但构成固定电极128的Al膜作为配线图形延伸，通过与上述配线图形130同时利用，可以对固定电极128和兼用作可动电极的、连接部126中的Al膜142之间，施加电压(静电力用电压)，以作为静电力用驱动信号。

另一方面，从上述说明可知，可以由Al膜143构成：从脚部122的单独的脚部122b下的配线图形131开始，经过梁构成部132→梁构成部133→连接部126→梁构成部135→梁构成部134，到达脚部123的单独的脚部123b下的配线图形(未图示)的电流路径。在该电流路径中，连接部126中沿Y轴方向的电流路径，被设置在X轴方向的磁场内时，成为生成朝向Z轴方向的洛伦兹力的部分。因此，使用永久磁铁等(未图示)放置到X轴方向的磁场内，向上述电流路径流入电流(洛伦兹力用电流)后，洛伦兹力(驱动力)对连接部126中的Al膜143向Z方向作用。并且，该洛伦兹力的方向是向+Z方向还是朝向-Z方向，由洛伦兹用力电流的方向决定。

因此，在本实施方式中，通过对一个光开关进行和上述图6、图11及图14所示的控制中的任意一个控制相同的控制，可以成为反射镜12被保持在上侧(和基板121相反一侧)的状态及反射镜12被保持在下侧(基板121一侧)的状态。在本实施方式中，进行了这种控制。

在本实施方式中，如图27所示，在基板121上呈二维矩阵状地配置多个由反射镜12及驱动反射镜的微致动器111构成的光开关，这些构成光开关阵列。在本实施方式中，梁构成部133、135，如图19所示，从Z轴方向俯视下，具有在-X一侧的位置下向Y轴方向弯曲的形状，这样一来，由于具有将梁部124、125在中途向Y轴方向弯曲的形状，所以如图27所示，将多个微致动器111二维地配置在基板121上时，可以提高其配置密度。图27是示意地表示本实施方式下的光开关系统所使用的光开关阵列的概要俯视图。

并且，在本实施方式中，整体经过可动部及脚部的表面，形成作为保护膜的SiN膜144，但也可以不形成该SiN膜144。但是，在这种情况下，为了确保Al膜142、143的电气绝缘性，在反射镜12的下部残留SiN膜144。

虽然没有图示，但在本实施方式中所使用的光开关阵列中，和上述第一至第四任意一种实施方式一样，搭载了和图7、图12及图15中任意一种电路一样的电路。在该电路中，和上述第一至第四任意一种实施方式一样，只要施加图8、图13、图16及图18中的对应的图中所示的信号即可。并且，本实施方式中所使用的光开关阵列，除了MOS晶体管制造加工外，也可以利用膜的形成及图案形成、蚀刻、牺牲层的形成·去除等半导体制造技术来制造。

本实施方式下的光开关系统，除了具有上述光开关阵列外，如图28及图29所示，还具有光波导路基板190。图28及图29分别是示意地表示本发明的第五实施方式下的光开关系统的主要部分的概要截面图。图28表示反射镜12保持在上侧并进入光路的状态，图29表示反射镜12保持在下侧并从光路退出的状态。并且，在图28及图29中，将微致动器111的构成大幅简略化了。图30是示意地表示图28及图29中的光波导路基板190的一部分的概要透视图。

在本实施方式中，光波导路基板190如图30所示，具有传送应切换的光的四条光波导路191-194。光波导路基板190在中央部具有例如宽度为数十μm的沟196，沟196的侧面露出光波导路191-194的端面191a、192a、193b、194b。端面191a和端面192a的间隔以及端面193b和端面194b的间隔，如图28及图29所示，被设定为可以被反射镜12的反射面覆盖的间隔。

如图28及图29所示，光波导路基板190被设置在微致动器111的基板121上，在光波导路基板190和基板121之间的空间以及与之连通的沟196内的空间内，封入折射率调整液202。当然不是一定要封入折射率调整液202，但当使用折射率调整液时，光束的损失变得更少。并且，基板121和光波导路基板190进行位置匹配，以使反射镜12可以插入沟196内。

并且，在图28至图30中，光波导路基板190中的光波导路的交叉点只表示了一个，而实际上在光波导路基板190中通过使光波导路形成为二维矩阵状，光波导路的交叉点被配置为二维矩阵状，与之对应，在基板121上二维地配置多个微致动器111，位于光波导路的各交叉点的反射镜12有各个微致动器111驱动。

并且，在本实施方式中的光开关系统中，虽然没有图示，但作为生成上述磁场的磁场生成部，例如永久磁铁，被设置在光波导路基板190上。

通过上述控制，如图29所示，反射镜12位于光波导路193、194的端面193b、194b的下侧时，例如在从光波导路193的端面193a射入光线时，在光波导路193传送的光线从端面193b射出，直接射入到相对的光波导路192的端面192a，在光波导路192传送并从端面192b射出。并且，例如从光波导路191的端面191b射入光线时，在光波导路191传送的光从端面191a射出，直接射入到相对的光波导路194的端面194b，并在光波导路194中传送，从端面194a射出。

另一方面，通过进行上述控制，如图28所示，当将光波导路193、194的端面193b、194b覆盖地放置反射镜12时，例如从光波导路193的端面193a射入光线时，在光波导路193中传送的光从端面193b射出，被反射镜12反射，射入到光波导路194的端面194b，在光波导路194中传送，并从端面194b射出。并且，例如从光波导路191的端面191b射入光线时，在光波导路191中传送的光从端面191a射出，被反射镜12反射，射入到光波导路192的端面192a，在光波导路192中传送并从端面192b射出。

通过本实施方式，也可以获得和上述第一至第四实施方式相同的优点。

以上对本发明的各实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。

例如，上述实施方式是具有将多个光开关二维地配置的光开关阵列的光开关系统的示例，而本发明也可以是只有一个光开关的光开关系统。并且，上述实施方式是将本发明中的微致动器装置适用于光开关系统的示例，而本发明中的微致动器装置的用途不仅限于光开关系统。

Claims (11)

1.一种微致动器装置，具有微致动器、磁场生成部和控制部，其特征在于：

上述微致动器具有固定部、和以可以相对于该固定部移动的方式设置的可动部，

上述固定部具有第一电极部，

上述可动部具有：通过和上述第一电极部之间的电压而与上述第一电极部之间产生静电力的第二电极部；及配置在磁场内通过通电产生洛伦兹力的电流路径，

上述磁场生成部生成上述磁场，

上述可动部被设置为：在上述静电力增大的第一位置和上述静电力降低或者消失的第二位置之间移动，并且生成要回复到上述第二位置的回复力，

上述电流路径被设置为：在从上述第一位置向上述第二位置的方向及其反方向上生成洛伦兹力，

上述控制部控制上述第一及第二电极部之间的电压、及流过上述电流路径的电流，

上述控制部，控制上述电流，在上述可动部从上述第一位置向上述第二位置移动时，以使在上述可动部至少从上述第一位置和上述第二位置之间的中途向上述第二位置附近移动的期间，在从上述第二位置向上述第一位置的方向上生成上述洛伦兹力且其逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的微致动器装置，其特征在于：上述控制部，控制上述电流，在上述可动部从上述第一位置向上述第二位置移动时，以使在上述可动部从上述第一位置向上述第一位置和上述第二位置之间的中途移动的期间，在从上述第一位置向上述第二位置的方向上生成上述洛伦兹力。

3.一种微致动器装置，具有微致动器、磁场生成部和控制部，其特征在于：

上述微致动器具有固定部、和以可以相对于该固定部移动的方式设置的可动部，

上述固定部具有第一电极部，

上述可动部具有：通过和上述第一电极部之间的电压而与上述第一电极部之间产生静电力的第二电极部；及被配置在磁场内通过通电产生洛伦兹力的电流路径，

上述磁场生成部生成上述磁场，

上述可动部被设置为：在上述静电力增大的第一位置和上述静电力降低或者消失的第二位置之间移动，并且生成要回复到上述第二位置的回复力，

上述电流路径被设置为：在从上述第一位置向上述第二位置的方向及其反方向上生成洛伦兹力，

上述控制部控制上述第一及第二电极部之间的电压、及流过上述电流路径的电流，

上述控制部，控制上述电流，在上述可动部从上述第一位置向上述第二位置移动时，以使在上述可动部从上述第一位置向上述第一位置和上述第二位置之间的中途移动的期间，在从上述第一位置向上述第二位置的方向上生成上述洛伦兹力。

4.根据权利要求1所述的微致动器装置，其特征在于：上述可动部由薄膜构成。

5.根据权利要求3所述的微致动器装置，其特征在于：上述可动部由薄膜构成。

6.根据权利要求1所述的微致动器装置，其特征在于：

上述第一电极部和上述第二电极部被相对配置，

上述可动部，通过具有弹性的弹性部件机械地连接到上述固定部，以使当上述可动部位于上述第一位置时上述第一及第二电极部之间的间隔变窄，并且当上述可动部位于上述第二位置时上述间隔变大，

通过上述弹性部件生成上述回复力。

7.根据权利要求3所述的微致动器装置，其特征在于：

上述第一电极部和上述第二电极部被相对配置，

上述可动部，通过具有弹性的弹性部件机械地连接到上述固定部，以使当上述可动部位于上述第一位置时上述第一及第二电极部之间的间隔变窄，并且当上述可动部位于上述第二位置时上述间隔变大，

通过上述弹性部件生成上述回复力。

8.根据权利要求1所述的微致动器装置，其特征在于：

上述控制部，对上述电压及上述电流进行控制，在上述可动部向上述第一位置移动时，以使上述可动部移动到上述第一位置，

上述控制部，在将上述可动部保持在上述第一位置的至少稳定的保持状态下，进行不使上述电流流入的控制。

9.根据权利要求3所述的微致动器装置，其特征在于：

上述控制部，对上述电压及上述电流进行控制，在上述可动部向上述第一位置移动时，以使上述可动部移动到上述第一位置，

上述控制部，在将上述可动部保持在上述第一位置的至少稳定的保持状态下，进行不使上述电流流入的控制。

10.一种光开关系统，其特征在于：具有权利要求1至9的任一项所述的微致动器装置、及设置在上述可动部的反射镜。

11.根据权利要求10所述的光开关系统，其特征在于：具有多个上述微致动器及上述反射镜的组，该组被设置为二维状。

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