CN1555339A - 微致动器、微致动器装置、光学开关以及光学开关阵列 - Google Patents

微致动器、微致动器装置、光学开关以及光学开关阵列 Download PDF

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Abstract

活动部分(21)通过挠性部分(27a和27b)固定到基底(11)，并且可以相对于基底(11)上下移动。基底(11)还用作固定电极。活动部分(21)具有第二电极部分(23a和23b)，这些电极通过施加在其与基底(11)上的电压在其与基底(11)之间产生静电力，还具有一条设置在磁场中的电流路径(25)，当电流流经此电流路径时产生罗伦兹力。在活动部分(21)上设置从光路向前和向后移动的反射镜(12)。结果，可以扩大活动部分的活动范围，并且可以无需施加高压以及牺牲小尺寸就可以降低功耗。

Description

微致动器、微致动器装置、光学开关以及光学开关阵列
技术领域
本发明涉及微致动器、微致动器装置、光学开关以及光学开关阵列。
背景技术
随着微细加工技术的提高，在各个领域对微致动器的需求也有所增加。用在光通讯等领域中切换光路的光学开关可以做为使用微致动器的领域的一个例子。例如，在日本专利申请JP2001-42233中公开的光学开关也可以引证为此类光学开关的一个例子。
微致动器一般有一个固定部分和一个可通过规定的力移动并由该规定的力保持在规定位置的活动部分。在常规的微致动器中，静电力经常用作上述规定的力。例如，在微致动器移动用于日本专利申请JP2001-42233中公开的光学开关中的微反射镜的情形中，活动部分可以移到上部位置(微反射镜反射入射光的位置)或下部位置(微反射镜允许入射光通过的位置)，并且可以通过静电力保持在这些位置。
在利用静电力的此种微致动器中，第一电极部分设置在固定部分上，第二电极部分设置在活动部分上，在第一和第二电极部分之间通过施加其上的电压产生静电力。
但是，在使用如上所述的静电力的常规微致动器情形中，活动部分通过静电力移动并通过静电力保持在规定的位置；因此，很难扩大活动部分的活动范围。
作用在平行平板电极之间的静电力F1由下列方程(1)表示，其中ε是介电常数，V是电势差，d是电极间的距离，S是电极表面积。
F1＝ε×V2×S/(2d2)             …(1)
从方程(1)看到，当电极间距d增大时，静电力F1与电极间距d的平方成反比地骤减。因此，在上述常规的微致动器中，很难在电极间距d超过一定距离时移动活动部分，使得很难扩大活动部分的活动范围。另外，如果试图增大电势差(跨过电极的电压)V以在较大电极间距d的情况下获得足够的静电力F1，在介电强度方面会出现问题，并且需要一个高压产生部分。另外，如果试图增大电极表面积S以获得在较大电极间距d的情况下获得足够的静电力F1，则装置的尺寸增大，以致于丧失做为微致动器全部理想的微型化。
因此，研究的结果是本发明者设想利用罗伦兹力代替微致动器中的静电力。
已知罗伦兹力F2(N)如方程(2)所示，其中B是磁通量密度(T)，L是电线的长度(m)，I是电流(A)。
F2＝I×B×L                    …(2)
因为方程(2)中没有一项规定电线的位置，所以即使电线的位置改变，在一恒定磁通量密度处产生的罗伦兹力F2也不会改变。
可以通过在活动部分中安置一条对应于上述电线的电流路径将磁场作用到此电流路径，并致使电流流过此电流路径，而使罗伦兹力作用到微致动器的活动部分上。即使活动部分的活动范围与常规装置相比有所扩大，但在此范围内可以很容易地实现基本均匀的磁场的应用，例如通过磁铁等。因此，即使活动部分的活动范围扩大，也可以使恒定的力作用到活动部分，无论活动部分的位置如何都是如此。具体地说，如果用罗伦兹力代替微致动器中的静电力，则可以获得恒定的驱动力(理论上)，无论活动部分的位置怎样都是如此(与这种情况不同，即采用根据活动部分的位置而表现出驱动力变化的静电力)。
例如，在电极间距为50μm、电极形状为50μm的正方形、电压为5V、介电常数为1的情况下，按照上述方程(1)得到的静电力F1为0.1nN。另一方面，如果在50μm的正方形电极中建立长度为50μm的电流路径，并且施加磁通量密度为0.1T的磁场，则在使1mA的电流流动时产生5nN的罗伦兹力。为了利用静电力获得5nN或更大的力，必须将电极间距设置为7μm或更小，或者是电极形状设置为350μm或更大。因此，可以看出罗伦兹力对于获得相等的驱动力更有利。
另外，例如如果在与微致动器分开2mm距离的位置处设置一个20mm的正方形钕-铁-硼型磁铁，则可以很容易地获得0.1T的磁通量密度。
因而，用罗伦兹力代替微致动器中的静电力使得可以扩大活动部分的活动范围，无需施加高电压或牺牲小尺寸。
但是，已经证实，在使用罗伦兹力代替微致动器中静电力的情况下产生了新的问题。具体地说，在用罗伦兹力代替静电力时，活动部分通过此罗伦兹力移到规定的位置，并且活动部分通过此罗伦兹力继续保持在此位置。因此，因为用于产生罗伦兹力的电流必须以连续的方式恒定地流动，所以功耗明显地增大。
例如，在涉及大规模光学开关的应用中，在单个光学开关装置中安装几万个致动器。因此，对减小各个致动器的功耗有强烈的需求。例如，在具有100×100根通道的光学开关中，用于选择通道的MOS开关制造在半导体衬底上是必要的。假设一个MOS开关的电阻是10kΩ，则在1mA的电流连续流过此开关的情况下，一个MOS开关的功耗为10mW。在MOS开关总数为10,000的情况下，功耗高达100W。其结果是产生的热量过大，以致于在实际使用中出现问题。
发明内容
本发明的设计旨在解决上述问题。本发明的目的在于提供一种微致动器、微致动器装置、光学开关和光学开关阵列，可以无需施加高压和牺牲小尺寸地扩大活动部分的活动范围并减小功耗。
进一步研究的结果是本发明者发现，上述目的可以通过构造一种微致动器、使得静电力的利用和罗伦兹力的利用可以耦合来实现。具体地说，本发明者发现，上述目的可以通过分别在固定部分和活动部分上设置用于产生静电力以作用到活动部分的电极部分、并在活动部分中设置一条用于使罗伦兹力作用到活动部分的电流路径而在一个包括固定部分和设置成可相对于上述固定部分移动的活动部分的微致动器中实现。
通过利用这种方式，在活动部分的电极部分与固定部分的电极部分之间的距离很大的情况下，可以单独通过罗伦兹力移动活动部分，并且在活动部分的电极部分与固定部分的电极部分之间的距离减小的情况下单独通过静电力保持活动部分。其结果是可以扩大活动部分的活动范围，并且可以降低功耗，无需施加高压或牺牲小尺寸。
在由静电力驱动的情况下，因为电容器的充电-放电以电的方式进行，所以只在充电和放电期间、即在电压有变化的时刻才出现功耗。因此，在活动部分没有频繁移动、以致于活动部分保持在规定位置(固定部分的电极部分和活动部分的电极部分之间的距离很小的位置)的时间较长的情况下，如同用在光学开关中的微致动器一样，如果用于保持活动部分处于规定位置的力只由静电力产生，则可以极大地减小功耗。例如，在电极间电容为10pF的情况下，电压为5V，活动部分的移动每分钟出现一次，静电驱动的功耗为4.2pW。在使用的微致动器数量为10,000的情况下，静电驱动的总功耗为42nW。另外，在固定部分的电极部分与活动部分的电极部分之间的距离很小的位置处，即使两个电极部分之间的电压较小并且电极表面积也较小，也可以获得足够大小的静电力。
在由罗伦兹力驱动的情况下，无论活动部分的位置如何都可以获得恒定的驱动力；因此，如果通过此罗伦兹力移动活动部分，可以扩大活动范围。此罗伦兹力的功耗如下：例如，假设在上述实例中用于选择通道的芯片上MOS开关的电阻为10kΩ，则在每分钟(对应于活动部分的活动周期)使1mA的电流流经此MOS开关10ms的情况下，罗伦兹力驱动的功耗为1.7μW。在微致动器的数量为10,000的情况下，罗伦兹力驱动的总功耗为17mW，以致于与上述恒定罗伦兹力驱动的情形中发生的100W功耗相比，功耗大大减小。几乎所有的功耗都算在罗伦兹力上；但这在实际应用中不是主要问题。
因此，通过在一个微致动器中安装两个装置，其中一个产生静电力，另一个产生罗伦兹力，可以(例如)减小由产生用于将活动部分通过静电力保持在规定位置的力的功耗，并且在活动电极与固定电极之间的间隙很大的情况下可以通过罗伦兹力驱动微致动器，使得在防止采用高压并增大电极表面积的同时可以扩大活动范围。
本发明的设计是基于本发明者进行上述研究结果而获得的新发现。
具体地说，用于实现上述目的的第一发明是一种微致动器，该微致动器包括：(a)一个固定部分和一个设置成可以相对于固定部分移动的活动部分，(b)其中上述固定部分有一个第一电极部分，和(c)其中上述活动部分有一个第二电极部分，该第二电极部分可以在第二电极部分和上述第一电极部分之间通过施加在上述第一电极部分和第二电极部分上的电压而产生静电力，以及一条设置在磁场中的电流路径，当电流穿过此电流路径时产生罗伦兹力。
用于实现上述目的的第二发明是基于上述第一发明，其特征在于上述活动部分由薄膜构成。
在此发明中，因为活动部分由薄膜形成，所以活动部分的大小和重量可以减小，并且功耗也可以降低。另外，因为通过半导体工艺制造活动部分，所以制造成本可以降低，并且阵列的形成很容易。
用于实现上述目的的第三发明是基于上述第一发明或第二发明，其特征在于上述电流路径设置成可以在促使上述活动部分移到增大上述静电力的第一位置的方向上产生罗伦兹力。
在本发明中，因为可以有效地施加需要用于将活动部分移到保持活动部分的位置的罗伦兹力，所以可以降低用于产生此罗伦兹力的功耗。
用于实现上述目的的第四发明是基于上述第三发明，其特征在于上述活动部分设置成使其可以在上述第一位置和上述静电力减小或消失的第二位置之间移动，并且设置成产生一种使活动部分趋于返回上述第二位置的回复力。
在此发明中，活动部分可以移到一个由静电力达不到的位置；因此活动部分的活动范围可以扩大。另外，因为当活动部分移到第二位置时活动部分通过回复力移动，所以此运动不需要电功率。
用于实现上述目的的第五发明是基于上述第四发明，其特征在于(a)上述第一电极部分和上述第二电极部分彼此面对设置，(b)上述活动部分通过具有弹力特性的弹簧部分机械地连接到上述固定部分，使得上述第一和第二电极部分之间的间隙当活动部分位于上述第一位置时变窄，并且使得当上述活动部分位于上述第二位置时上述间隙变宽，和(c)由上述弹簧部分产生上述的回复力。
还在本发明中，活动部分可以移到通过静电力达不到的位置；因此，活动部分的活动范围可以扩大。另外，因为活动部分移到第二位置时由回复力移动，所以此运动不需要电功率。
用于实现上述目的的第六发明是基于上述第一发明或第二发明，其特征在于上述固定部分具有第三电极部分，并且上述活动部分具有第四电极部分，可以通过施加在此第四电极部分和上述第三电极部分上的电压而在第四电极部分和上述第三电极部分之间产生静电力。
在本发明中，活动部分的活动范围还可以进一步扩大。
用于实现上述目的的第七发明是基于上述第六发明。其特征在于上述第二电极部分还用作上述第四电极部分。
在本发明中，因为结构简单，所以可以减轻活动部分的重量；另外，因为所需的制造工艺步骤数也减少，所以可以降低制造成本。
用于实现上述目的的第八发明是基于上述第六发明或第七发明，其特征在于上述电流路径设置成可以在各个方向上产生罗伦兹力，在这些方向上上述活动部分分别可以移到第一位置和第二位置，在第一位置处在上述第一和第二电极部分之间产生的静电力增大，并且在上述第三和第四电极部分之间产生的静电力减小或消失，在第二位置处在上述第一和第二电极部分之间产生的静电力减小或消失，并且在上述第三和第四电极部分之间产生的静电力增大。
在本发明中，因为可以有效地施加需要用于将活动部分移到其保持位置上的罗伦兹力，所以可以降低需要用于产生罗伦兹力的功耗。
用于实现上述目的的第九发明是基于上述第八发明，其特征在于上述活动部分设置成产生一种趋于使活动部分返回到上述第一和第二位置之间的一个规定位置的回复力。
在本发明中，因为当活动部分移到规定位置时通过回复力移动活动部分，所以此运动不需要电功率。
用于实现上述目的的第十发明是基于上述第九发明，其特征在于(a)上述第一电极部分设置成在关于上述活动部分的一侧上与上述第二电极部分面对，(b)上述第三电极部分设置成在关于上述活动部分的另一侧上与上述第四电极部分面对，(c)上述活动部分通过一个具有弹性特性的弹簧部分机械连接到上述固定部分，使得当上述活动部分位于上述第一位置时上述第一和第二电极部分之间的第一间隙变窄以及上述第三和第四电极部分之间的第二间隙变宽，并且使得当上述活动部分位于上述第二位置时，上述第一间隙变宽且上述第二间隙变窄，和(d)由上述的弹簧部分产生上述回复力。
在本发明中，因为当活动部分移到规定位置时活动部分通过回复力移动，所以此运动不需要电功率。
用于实现本发明上述目的的第十一发明是一种微致动器装置，其特征在于此装置包括：上述第一至第五发明中任一所述的微致动器；磁场产生部分，产生上述磁场；和控制部分，控制施加到上述第一和第二电极部分上的电压以及流经上述电流路径的电流。
在本发明中，可以控制罗伦兹力的大小和罗伦兹力产生的时间；因此，可以在合适的条件下驱动微致动器。
用于实现上述目的的第十二发明是基于上述的第十一发明，其特征在于(a)上述控制部分控制上述电压和上述电流，使得当上述活动部分移到上述第一位置时上述活动部分通过上述罗伦兹力或通过上述罗伦兹力和上述静电力移到上述第一位置，和(b)上述控制部分控制上述电压，使得上述活动部分通过上述静电力保持在上述第一位置，并且控制上述电流使得此电流至少在上述活动部分保持在上述第一位置的稳定保持状态下不流动。
在本发明中，只在活动部分移到第一位置时才需要用于产生罗伦兹力的电功率；因为只利用静电力将活动部分保持在第一位置，所以可以减小保持所需的功耗。
用于实现上述目的的第十三发明是一种微致动器装置，其特征在于本装置包括：上述第六至第十发明中任一所述的微致动器；磁场产生部分，产生上述磁场；和控制部分，控制施加到上述第一和第二电极部分上的电压、施加到上述第三和第四电极部分上的电压以及流经上述电流路径的电流。
在本实施例中，可以控制罗伦兹力的大小和此罗伦兹力产生的时间；因此，可以在适当的条件下驱动微致动器。
用于实现上述目的的第十四发明是基于上述第十三发明，其特征在于(a)上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分的电压、施加到上述第三和第四电极部分上的电压和流经上述电流路径的电流，使得上述活动部分通过上述罗伦兹力或通过上述罗伦兹力和上述静电力移到第一位置，该静电力是在上述活动部分移到上述第一位置时在上述第一及第二电极部分之间的静电力，(b)上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分的电压、施加到上述第三和第四电极部分上的电压以及流经上述电流路径的电流，致使上述活动部分通过上述罗伦兹力或通过上述罗伦兹力和上述静电力移到上述第二位置，该静电力是在上述活动部分移到上述第二位置时在上述第三及第四电极部分之间的静电力，(c)上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分的电压和施加到上述第三和第四电极的电压，使得上述活动部分通过上述第一和第二电极部分之间的静电力保持在上述第一位置，还控制上述电流，使得该电流至少在上述活动部分保持在上述第一位置的稳定保持状态下不流动，和(d)上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分上的电压以及施加到上述第三和第四电极部分上的电压，使得上述活动部分通过上述第三和第四电极部分之间的静电力而保持在上述第二位置，并且还控制上述电流，使得此电流至少在上述活动部分保持在上述第二位置的稳定保持状态下不流动。
在本发明中，只在活动部分移到第一位置时需要用于产生罗伦兹力的电功率；因为只利用静电力将活动部分保持在第一位置，所以可以降低保持所需的功耗。
用于实现上述目的的第十五发明是一种光学开关，其特征在于包括上述第一至第十发明中任一所述的微致动器，和一个设置在上述活动部分上的反射镜。
用于实现上述目的的第十六发明是一种光学开关阵列，其特征在于此光学开关阵列包括多个构成上述第十五发明的光学开关，并且所述的多个光学开关设置成二维结构。
用于实现上述目的的第十七发明是基于上述第十六发明，其特征在于此光学开关阵列包括一个包含多个开关元件的电路，该电路响应于对于上述多个光学开关的每一行的行选取信号和对于上述多个光学开关的每一列的列选取信号，控制上述用于选取行和列中的光学开关的电流和电压。
附图说明
图1是表示包括光学开关阵列的光学开关系统的一个实例的结构简图，其中的光学开关阵列构成本发明的第一操作配置；
图2是构成图1所示光学开关阵列的一个光学开关的平面图；
图3是沿图2中线X1-X2的截面图；
图4是沿图2中线Y1-Y2的截面图；
图5是对应于图3的截面图；
图6是一个表示用于罗伦兹力的电流、用于静电力的电压和构成图1所示光学开关阵列的其中一个光学开关中反射镜位置之间的关系(随时间改变)的时间图；
图7是一个表示图1所示光学开关阵列的电路图；
图8是一个表示提供给图7所示各个端子的信号的时间图；
图9是一个以模型的方式表示图1所示光学开关阵列的各个过程的截面图；
图10是一个以模型的方式表示图1所示光学开关阵列的其它各个过程的截面图；
图11是表示构成光学开关阵列的其中一个光学开关的平面图，其中光学开关阵列构成本发明的第二操作配置；
图12是沿图11中线X3-X4的截面图；
图13是沿图11中线Y3-Y4的截面图；
图14是对应于图12的截面图；
图15是对应于图12的另一截面图；
图16是一个表示用于罗伦兹力的电流、用于静电力的电压和构成图11所示光学开关阵列的其中一个光学开关中反射镜位置之间的关系(随时间改变)的时间图；
图17是一个表示构成本发明第二操作配置的光学开关阵列的电路图；
图18是一个表示提供给图17所示各个端子的信号的时间图。
具体实施方式
下面将参考附图描述构成本发明操作配置的微致动器以及微致动器装置、利用这些微致动器的光学开关和光学开关阵列。
[第一操作配置]
图1是表示包括光学开关阵列1的光学开关系统的一个实例的结构简图，其中的光学开关阵列构成本发明的第一操作配置。为了方便起见，相互垂直的X、Y和Z轴如图1中所定义(其它附图中也是如此)。光学开关阵列1的基底11的表面平行于XY面。另外，为了便于描述，Z轴方向的+侧称作上侧，Z轴方向的-侧称作下侧。
如图1所示，此光学开关系统包括光学开关阵列1，用于光输入的M光纤2，用于光输出的M光纤3，用于光输出的N光纤4，用作磁场产生部分对光学开关阵列1产生磁场(如后面所述)的磁铁5，和外控制电路6，该电路响应于这些光路切换状态指令信号对光学开关阵列1发送控制信号，以实现由光路切换状态指令信号表示的光路切换状态。在图1所示的实例中，M＝3和N＝3；但M和N分别可以是任意数。
在本操作配置中，如图1所示，磁铁5是一种被磁化的片状永久磁铁，在Y轴方向的+侧为N极，-侧[Y轴方向]为S极。此磁铁5设置在光学开关阵列1的下方并对光学开关阵列1产生由磁力线5a表示的磁场。具体地说，磁铁5产生基本上均匀的磁场，磁场相对于光学开关阵列沿Y轴方向-侧取向。当然，也可以用其它形状的永磁铁或电磁铁来代替磁铁5做为磁场产生部分。
如图1所示，光学开关阵列1包括基底11和设置在基底11上的M×N反射镜12。用于光输入的M光纤2设置在一个平行于XY平面的平面中，使得这些光纤将入射光从X轴方向上基底11的一侧导入X轴方向。用于光输出的M光纤3设置在基底11的另一侧，使得这些光纤分别面对用于光输入的M光纤2，并且设置在一个平行于XY面的平面中，使得在X轴方向前进的未被光学开关阵列1的任何反射镜12反射的光入射到这些光纤上。用于光输出的N个光纤4设置在一个平行于XY面的平面中，使得被光学开关阵列1中的任何反射镜12反射并因此在Y轴方向前进的光入射到这些光纤上。M×N个反射镜12以二维矩阵的形式设置在基底11上，使得这些反射镜可以通过微致动器(后面描述)以允许反射镜从M个用于光输入的光纤2的出射光路和用于光输出的光纤4的入射光路之间的各个交叉点前后移动的方式在Z轴方向上直线移动。另外，在本实例中，反射镜12的取向设置成这些反射镜的法线与平行于XY面的平面中的X轴形成45°角。当然，这个角可以适当地改变，并且在反射镜12的角度改变的情况下，用于光输出的光纤4的取向可以根据此角度设置。另外，在此实例中，驱动反射镜12的机构是微致动器。
在此光学开关系统中，光路切换原理本身与常规二维光学开关的光路切换原理相同。
接下来，参考图2～5描述图1所示光学开关阵列1中用作单位元件的其中一个光学开关的结构。图2是表示一个光学开关的平面图。图3是沿图2中线X1-X2的截面图。图4是沿图2中线Y1-Y2的截面图。图5是对应于图3的截面图，并表示反射镜12保持在下侧的状态。另外，图3表示反射镜12保持在上侧的状态。
除了上述反射镜12和用作固定部分的上述基底11之外，此光学开关包括一个用作活动部分的活动板21，其设置成该部分可相对于基底11移动。在基底11上形成一个凹陷部分13，该凹陷部分构成了活动板21可进入其中的区域。在此操作配置中，半导体基底如硅基底用作基底11，并且该基底面对活动板21的部分构成第一电极部分。当然，也可以通过金属膜等在基底11上形成一个与基底11分开的第一电极部分。
活动板21由一种薄膜形成，其包括：下侧绝缘膜22；两个形成在下侧绝缘膜22上的第二电极部分23a和23b；形成在下侧绝缘膜22上的部分导线图案24a和24b，分别用于电极部分23a和23b到基底11上规定位置的电连接；形成在下侧绝缘膜22上的线圈层25，用作设置在由图1所示磁铁5产生的磁场中的电流路径，并当电流流过此线圈层时产生罗伦兹力；和上侧绝缘膜26，覆盖上述元件的上侧。第二电极部分23a和23b  以在这些电极部分23a和23b以及基底11(其构成上述第一电极部分)之间通过施加于这些电极和基底11的电压产生静电力。
例如，SiN膜或SiO2膜等可以用作绝缘膜22和26。另外，例如金属膜等如Al膜也可以用作电极部分23a和23b、导线图案24a和24b以及线圈层25。另外，因为电极部分23a和23b、部分导线图案24a和24b以及线圈层25被上侧绝缘膜26覆盖，所以这些部分实际上由图2中的隐藏线表示；但为了图示方便，由上侧绝缘膜26隐藏的部分也由实线表示。但线圈层25被反射镜12隐藏的部分由隐藏线表示。
在本操作配置中，活动板21在X轴方向的两个端部通过用作具有弹性特性的弹簧部分的挠性部分27a和27b机械连接到基底11中凹陷部分13的周围部分以及锚定部分28a和28b。挠性部分27a和27b以及锚定部分28a和28b由下侧绝缘膜22、上述导线图案24a和24b的剩余部分、分别用于线圈层25到基底11上规定位置的电连接的导线图案29a和29b以及延伸成为活动板21的延续的上侧绝缘膜26构成。另外，导线图案29a和29b延伸成为金属膜等的延续，构成线圈层25。在锚定部分28a和28b中，导线图案24a、24b、29a和29b分别通过形成在下侧绝缘膜22中的孔(图中未示出)电连接到基底11上的规定位置。导线图案24a和24b通过形成在基底11上的共有导线(图中未示出)电连接。
如图2所示，挠性部分27a和27b有一种在平面图中看为弯曲的形状。结果是，活动板21可以向上和向下移动(在Z轴方向)。具体地说，在本操作配置中，活动板21可以在上部位置(第二位置)(见图3和4)和下部位置(第一位置)(见图5)之间移动，其中在没有静电力或罗伦兹力作用到活动板21上时活动板21由挠性部分27a和27b的弹力(回复力)返回到上部位置，在下部位置处活动板21前进到基底11的凹陷部分13中并接触此凹陷部分13的底部。在图3和4所示的上部位置，活动板21的第二电极部分23a和23b与基底11之间的用作第一电极部分的间隙被加宽，以致于可以在这些部位之间产生的静电力下降或消失。在图5所示的下部位置，活动板21的第二电极部分23a和23b与基底11之间的用作第一电极部分的间隙变窄，以致于可以在这些部位之间产生的静电力增大。
线圈层25设置成可以在促使活动板21移到图5所示下部位置的方向(向下的方向)上产生罗伦兹力，其中图5所示下部位置处的上述静电力增大。具体而言，在本操作配置中，因为由图1所示的磁铁5如上所述地沿Y轴方向产生朝着-侧取向的磁场，所以线圈层25设置成此层沿图1所示X轴的方向延伸。
反射镜12在直立姿态下固定到活动板21的上表面。如上所述，反射镜12的反射面取向设置成此反射面的法线与平行于XY面的平面中的X轴成45°角。
驱动反射镜12的微致动器由除上述光学开关结构中反射镜12以外的构成元件形成。
接下来，参考图6描述采用的控制法的一个实例以及由此控制法完成的光学开关的操作，注重点主要在单个的光学开关上。图6是表示流经一个光学开关的线圈层25并产生罗伦兹力的电流(以下称作“用于罗伦兹力的电流”)、施加到此光学开关的第一电极部分(基底11)和活动板21的第二电极部分23a和23b并在这些部分之间产生静电力的电压(以下称作“用于静电力的电压”)和此光学开关的反射镜12的位置(因而也是活动板21的位置)之间的关系(随时间变化)的时间图。
首先假设用于罗伦兹力的电流是零，用于静电力的电压是零，以致于反射镜12通过挠性部分27a和27b的弹力保持在图3和4所示的上部位置。在此状态下，如图3所示，入射光被反射镜12反射并前进到纸平面的前方。
之后，在T1时刻，启动控制以将反射镜12的位置切换到图5所示的下部位置。具体地说，在T1时刻，用于罗伦兹力的电流设置为+I。此处，+I是在线圈层25中产生向下取向的强于挠性部分27a和27b弹力的罗伦兹力的电流。
通过罗伦兹力逐渐降低反射镜12，并且在活动板21接触基底11的T2时刻停止，以致于反射镜12保持在图5所示的下部位置。
反射镜12由于罗伦兹力而不继续保持在下部位置；在T3时刻，用于静电力的电压设置为V，并在T4时刻，用于罗伦兹力的电流减小到零。此处，V是一个产生静电力的电压，至少当反射镜12位于下部位置时静电力强于挠性部分27a和27b的弹力。在周期T2-T3中，反射镜12单独由罗伦兹力保持在下部位置；在周期T3-T4中，反射镜12由罗伦兹力和静电力保持在下部位置，并且从T4时刻开始，反射镜12单独由静电力保持在下部位置。周期T2-T4是所谓的下侧保持转移周期，在该周期中反射镜12在下部位置的保持由罗伦兹力转换到静电力，而从T4时刻开始的周期是所谓的下侧保持的稳定周期。
在反射镜12保持在下部位置的周期中，如图5所示，入射光不被反射镜12反射地通过并构成出射光。
随后，在T5时刻，启动控制以将反射镜12的位置切换到图3和4所示的上部位置。具体地说，在T5时刻，用于静电力的电压减小到零。结果，反射镜12通过挠性部分27a和27b的弹力较迅速地返回到图3和4所示的上部位置，并且继续由此弹力保持在上部位置。
因而，当活动板21的第二电极部分23a和23b与基底11(第一电极部分)之间的间隙较大时，反射镜12抵抗挠性部分27a和27b的弹力由罗伦兹力移到下部位置，其中罗伦兹力的大小不依赖于反射镜12的位置(即活动板21的位置)。因此，可以不施加高压或牺牲小尺寸以增大静电力就扩大了活动板21的活动范围。另外，在保持于下部位置的稳定状态中，活动板21的第二电极部分23a和23b与基底11(第一电极部分)之间的间隙变窄，反射镜12单独由静电力保持在下部位置；因此可以降低功耗。
另外，在上述实例中，用于静电力的电压在T2时刻和T4时刻之间的T3时刻设置为V；但用于静电力的电压可以在T1-T4周期中的任何时刻设置为V，或者用于静电力的电压可以在T1时刻之前设置为V。而且如果在用于静电力的电压设置为V时产生的静电力小于活动板21位于上部位置时挠性部分27a和27b的弹力，则在活动板21已经移到后一时刻T5的上部位置之后的上侧保持周期内用于静电力的电压也可以设置为V。图8所示实例中右侧上的电压更新周期与这种情况对应。
图1所示光学开关阵列1具有图2至图5所示类型的多个光学开关做为上述单位元件；这些光学开关设置成二维矩阵。另外，图7所示的包含大量开关元件的电路安置在图1所示的光学阵列开关1上，以便利用少量的控制线实现对于每个光学开关的上述控制。图7是表示光学开关阵列1的电路简图。
在图7中，九个光学开关设置成三行和三列以简化描述。当然，对这些数量没有限制；例如其原理与设置成100行和100列的光学开关一样。
就包含的电路而言，图2～5中所示的单个光学开关可以看作单个电容器(对应于复合电容器，其中由第二电极23a和第一电极(基底11)形成的电容器与由第二电极23b和第一电极(基底11)形成的电容器并联连接)和单个线圈(对应于线圈层25)。在图7中，m行和n列的光学开关的电容和线圈分别规定为Cmn和Lmn。例如，图7中左上部(第一行，第一列)的光学开关的电容器和线圈分别规定为C11和L11。
在图7所示的电路中，为了减少控制线的数量，分别为电容器Cmn和线圈Lmn设置列选择开关Mmnb和Mmnd以及行选择开关Mmna和Mmnc。每个电容器Cmn的一端连接到对应行选择开关Mmna的一端，该行选择开关Mmna的另一端连接到对应列选择开关Mmnb的一端，并且列选择开关Mmnb的另一端连接到电压控制开关MC1的一端以及电压控制开关MC2的一端。每个电容器Cmn的另一端连接到地。电压控制开关MC1的另一端连接到箝位电压VC，并且电压控制开关MC2的另一端连接到地。
另外，每个线圈Lmn的一端连接到对应行选择开关Mmnc的一端，此行选择开关Mmnc的另一端连接到对应列选择开关Mmnd的一端，此列选择开关Mmnd的另一端连接到电流控制开关MC3的一端。每个线圈Lmn的另一端连接到地。电流控制开关MC3的另一端连接到提供上述电流+I的电源I1，并且电源I1的另一端连接到地。
在硅基底用作基底11的情况下，用作开关元件的列选择开关Mmnb和Mmnd、行选择开关Mmna和Mmnc、电压控制开关MC1和MC2以及电流控制开关MC3(例如)可以由形成在基底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和M13c的栅极连接到端子V1。类似地，第二行的行选择开关的栅极连接到端子V2，并且第三列的行选择开关的栅极连接到端子V3。
第一列的列选择开关M11b、M11d、M21b、M21d、M31b和M31d的栅极连接到端子H1。类似地，第二列的列选择开关的栅极连接到端子H2，并且第三行的列选择开关的栅极连接到端子H3。
接下来，施加到各个端子V1，V2，V3，H1，H2，H3，C1，C2和C3的电压的时间图实例示于图8。在图8中，t1时刻之前的时间周期是电压更新周期，所有光学开关的电容器Cmn被偏置到箝位电压VC。因此，在此周期中，端子V1，V2，V3，H1，H2和H3均处于高水平，并且所有的列选择开关Mmnb和Mmnd以及行选择开关Mmna和Mmnc均处于导电状态。另外，在此周期中，端子C1处于高电平，端子C2处于低电平，使得电压控制开关MC1处于导电状态，并且电压控制开关MC2处于非导电状态。另外，端子C3处于低电平，使得电流控制开关MC3处于非导电状态。在电压更新周期中，反射镜12保持在上部位置或下部位置。在图8所示的实例中，在先于时刻t1的电压更新周期中反射镜12保持在下部位置。
顺便说一下，在本操作配置中，施加到端子V1，V2，V3，H1，H2，H3，C1，C2和C3的信号(电压)提供做为从图1所示外控制电路6的控制信号。例如，外控制电路6根据光路切换状态指令信号查实其位置状态从当前位置状态变更的光学开关，并且在某一时刻对每个状态将被变更的光学开关连续地设置状态变更周期。在不存在位置状态从当前位置状态被变更的光学开关的情况下，设置上述电压更新周期。另外，在设置多个状态变更周期的情况下(即，位置状态从当前位置状态变更的光学开关数量为两个或更多的情况下)，电压更新周期可以设置在各个状态变更周期之间，或者可以省去此电压更新周期。例如，在位置状态从当前位置状态变更的光学开关数量为三个的状态下，可以设置状态变更周期→电压更新周期→状态变更周期→电压更新周期→状态变更周期，或者可以连续设置状变更周期。另外，在各个设置状态变更周期中，提供施加到端子V1，V2，V3，H1，H2，H3，C1，C2和C3的信号，使得根据指令的光路切换状态对对应的光学开关实现图6中所示的上述控制。更不用说，外控制电路6也可以安装在光学开关阵列1上。
图8表示一个实例，其中由外控制电路6设置电压更新周期→对于1行1列光学开关的状态变更周期→电压更新周期。在图8所示的实例中，在t1时刻之前的电压更新周期中反射镜12保持在下部位置。在t1时刻，启动对于1行1列光学开关的状态变更周期，并且将端子V2，V3，H2和H3设置在低电平，使得隔离除电容器C11以外的电容器。接下来，在t3时刻，将端子C2设置在高电平，使得C11的电荷放电，并且用于静电力的电压减小到零。此t3时刻对应于图6中的T5时刻。结果是，消除了静电力，使得反射镜12移到图3和5中所示的上部位置，并且保持在该位置。接下来，在t4时刻，端子C2设置在低电平，并在t5时刻，端子C1设置在高水平。随后，在t6时刻结束此状态变更周期，并启动电压更新周期。
在从t1时刻延续到t6时刻的周期中，由剩余在各个电容器中的电荷产生的电压实现光学开关的反射镜12的固定，其中光学开关不是下部位置处的1行1列光学开关。因此，希望各个电容器制造成当MOS开关处于非导通状态时很少有电荷泄漏。
接下来，参考图9和10描述用于制造构成本操作配置的光学开关阵列1的方法实例。图9和10中所示的各个简图是以模型的形式表示此制造过程的截面图，并与图4对应。
首先，构成图7所示开关Mmna、Mmnb、Mmnc、Mmnd、MC1、MC2和MC3的MOS晶体管(图中未示出)通过普通的MOS工艺形成在硅基底31上，该硅基底31将用于形成上述基底11。另外，在硅基底11上形成为实现图7所示电路所必须的导线(图中未示出)。在此状态下于基底31的表面上形成SiO2膜32。接下来，在SiO2膜32的顶部形成用于形成下侧绝缘膜22的SiN2膜33。另外，通过光刻法在SiO2膜32和SiN2膜33上形成用于连接的孔，其形成的位置处导线图案24a、24b、29a和29b连接到形成在基底31上的MOS晶体管。在此状态下通过蒸汽沉积法等在基底31上形成用于形成电极部分23a和23b、导线图案24a、24b、29a和29b以及线圈层25的Al膜34；然后对此膜产生图案以形成这些部件的形状。之后，形成将用于形成上侧绝缘膜26的SiN膜35，并通过光刻法对SiN膜33和35产生活动板21、挠性部分27a和27b以及锚定部分28a和28b的形状(见图9(a))。
接下来，在图9(a)所示的状态中于基底31上形成SiO2膜36。然后，除去SiO2膜36上反射镜12将要形成的位置处的膜36，并除去SiO2膜32和36中将要形成蚀刻孔的位置处的膜(图9(b))。
接下来，在图9(b)所示状态的基底上厚厚地涂覆一种抗蚀剂37。此处，曝光并显影抗蚀剂37，使得在抗蚀剂37中形成一个放置反射镜12的区域(图9(c))。随后，通过电镀设置将要形成反射镜12的Au、Ni或其它金属38(图10(a))。
接下来，去除抗蚀剂37之后，经过蚀刻孔注入KOH溶液，并且去除部分基底31(图10(b))。最后，去除剩余的SiO2膜32和36。结果完成本操作配置的光学开关阵列1。
[第二操作配置]
图11是表示构成光学开关阵列的其中一个光学开关的平面图，其中光学开关阵列构成本发明的第二操作配置。在图11中，上电极部分41实际上应该由一条实线表示；但为了便于理解，电极部分41由一条虚线表示。图12是沿图11中线X3-X4的截面图。图13是沿图11中线Y3-Y4的截面图。图14是对应于图12的截面图，并显示了反射镜12固定在上部位置的状态。图15是对应于图12的截面图，并显示了反射镜12固定在下部位置的状态。另外，与上述图3和4一样，图12和13表示活动板12处于当没有静电力或罗伦兹力作用到其上时由挠性部分27a和27b的弹力(回复力)返回的位置；在本操作配置中，该位置称作中部位置。
在图11～15中，与图1～5中相同的元件或对应于这些元件的元件用同样的标号表示，并省去重复描述。
本操作配置的光学开关阵列可以用图1所示光学开关系统中的光学开关阵列1代替。本操作配置的光学开关阵列与图1所示光学开关阵列1的不同之处在于在用作单位元件的单个光学开关中添加设置在活动板21之上的上电极部分(第三电极部分)41。
上电极部分41利用多晶硅做为此部分的材料。在图11～15中，42a和42b表示上电极锚定部分，43a和43b表示升高部分，44表示形成在上电极部分41的中心部分中的穿孔。上电极部分41与升高部分43a和43b以及上电极锚定部分42a和42b构成一体，并且依次通过升高部分43a和43b以及上电极锚定部分42a和42b机械连接到基底11中凹陷部分13的周围部分。因此，因为上电极部分41固定到基底1，所以上电极部分41与基底1一起构成固定部分。
在本操作配置中，活动板21的电极部分23a和23b不仅用作能够在这些电极部分和第一电极部分(基底11)之间产生静电力的第二电极部分，而且还用作能够在这些电极部分和上电极部分(第三电极部分)41之间产生静电力的第四电极部分。当然，代替这种组合利用，也可以形成一种金属膜等，在活动板21中的绝缘膜26的顶部构成第四电极部分，并且在此第四电极部分的顶部形成另一个绝缘膜。
另外，在本操作配置中，活动板21设计成可以在上部位置(第二位置)(见图14)和下部位置(第一位置)(见图15)之间移动，在上部位置处活动板21从上述中部位置向上移动并接触上电极部分41，在下部位置处活动板21向前移到基底11的凹陷部分13中，并接触此凹陷部分的底部。在图14所示的上部位置中，活动板21的第二电极部分23a和23b与用作第一电极部分的基底11之间的间隙变宽，使得可以在这些电极部分之间产生的静电力减小或消失，并且活动板21的第二电极部分23a和23b与上电极部分(第三电极部分)41之间的间隙变窄，使得可以在这些电极部分之间产生的静电力增大。另外，在图15所示的下部位置中，活动板21的第二电极部分23a和23b与用作第一电极部分的基底11之间的间隙变窄，使得可以在这些电极部分之间产生的静电力增大。并且活动板21的第二电极部分23a和23b与上电极部分(第三电极部分)41之间的间隙变宽，使得可以在这些电极部分之间产生的静电力减小或消失。
在本操作配置中，第一电极部分(基底11)和用作第三电极部分的上电极部分41共同电连接。结果，相对于活动板21的第二电极部分23a和23b，相同的电压同时施加到活动板21的第二电极部分23a和23b以及第一电极部分(基底11)上，并施加到活动板21的第二电极部分23a和23b以及用作第三电极部分的上电极部分41之上。当然，也可以将装置设计成使第一电极部分(基底11)和用作第三电极部分的上电极部分41不电连接，并且使得电压可以单独施加到活动板21的第二电极部分23a和23b以及第一电极部分(基底11)之上，并施加到活动板21的第二电极部分23a和23b以及用作第三电极部分的上电极部分41之上。
另外，驱动反射镜12的微致动器由图11～15所示光学开关结构中除反射镜12以外的构成元件形成。
接下来，参考图16描述用于本操作配置中的控制法实例以及由该控制法完成的光学开关的操作，其中注重点主要在单个的光学开关上。图16是一个表示流经光学开关的线圈层25并产生罗伦兹力的电流(以下称作“用于罗伦兹力的电流”)、施加到该光学开关的第一电极部分(基底11)和活动板21的第二电极部分23a和23b之上以及此光学开关的活动板21的第二电极部分23a和23b与上电极部分(第三电极部分)之上并在这些部分之间产生各个静电力的电压(以下称作“用于静电力的电压”)和此光学开关的反射镜12的位置(因而也是活动板21的位置)之间的关系(随时间变化)的时间图。
首先假设用于罗伦兹力的电流是零，用于静电力的电压是V，以致于反射镜12通过活动板21的电极部分23a和23b与上电极部分41之间的静电力而保持在图14所示的上部位置。在此状态下，电压V设置成使电极部分23a和23b与上电极部分41之间的静电力强于挠性部分27a和27b的弹力。在此状态下，入射光被反射镜12反射并前进到纸平面的前方，如图14所示。
之后，在T1时刻，启动控制以将反射镜12的位置切换到图1 5所示的下部位置。具体地说，在T1时刻，用于静电力的电压被减小到零。结果，促使反射镜12在挠性部分27a和27b的弹力作用下较为迅速地返回到图12和13所示的中部位置。
随后，在T2时刻，用于罗伦兹力的电流设置为+I。此处，+I是产生一个向下取向的罗伦兹力的电流，产生的罗伦兹力强于线圈层25中挠性部分27a和27b的弹力。
通过罗伦兹力逐渐降低反射镜12，并且在活动板21接触基底11的T3时刻停止，然后反射镜12保持在图15所示的下部位置。
反射镜12由于罗伦兹力而不继续保持在下部位置；在T4时刻把用于静电力的电压设置为V之后，用于罗伦兹力的电流在T5时刻减小为零。此处，电压V是一个与上述相同的值；此电压V设置为一个产生静电力的电压，产生的静电力强于反射镜12位于下部位置时挠性部分27a和27b的弹力。在周期T3-T4中，反射镜12仅由罗伦兹力保持在下部位置；在周期T4-T5中，反射镜12由罗伦兹力和静电力保持在下部位置，并且从T5时刻开始，反射镜12仅由静电力保持在下部位置。周期T3-T5是所谓的下侧保持转移周期，在该周期中反射镜12在下部位置的保持由罗伦兹力转换到静电力，而从T5时刻开始的周期是所谓的下侧保持的稳定周期。
在反射镜12保持在下部位置的周期中，如图15所示，入射光不被反射镜12反射地通过以形成出射光。
随后，在T6时刻，启动控制以将反射镜12的位置切换到图14所示的上部位置。具体地说，在T6时刻，用于静电力的电压减小到零。结果，反射镜12通过挠性部分27a和27b的弹力较迅速地返回到图12和13所示的中部位置。
随后，在T7时刻，用于罗伦兹力的电流设置为-I。此处，-I是一个产生向上取向的罗伦兹力的电流，产生的罗伦兹力强于线圈层25中挠性部分27a和27b的弹力。
反射镜12通过此罗伦兹力逐渐升高，并在T8时刻停止，停止处活动板21接触上电极部分41；然后反射镜12保持在图14所示的上部位置。
反射镜12由于此罗伦兹力而不继续保持在上部位置；在T9时刻将用于静电力的电压设置为V之后，用于罗伦兹力的电流在T10时刻减小为零。在周期T8-T9中，反射镜12仅由罗伦兹力保持在上部位置；在周期T9-T10中，反射镜12由罗伦兹力和静电力保持在上部位置，并且从T10时刻开始，反射镜12仅由静电力保持在上部位置。周期T8-T10是所谓的下侧保持转移周期，在该周期中反射镜12在下部位置的保持由罗伦兹力转换到静电力，而从T10时刻开始的周期是所谓的上侧保持的稳定周期。
因而，当活动板21的第二电极部分23a和23b与基底11(第一电极部分)之间的间隙较大时，反射镜12抵抗挠性部分27a和27b的弹力由罗伦兹力移到下部位置，其中罗伦兹力的大小不依赖于反射镜12的位置(即活动板21的位置)。另外，当活动板21的第二电极部分23a和23b与上电极部分41(第三电极部分)之间的间隙较大时，反射镜12抵抗挠性部分27a和27b的弹力由大小不依赖于反射镜12位置的罗伦兹力移到上部位置。因此，可以不用施加高压和牺牲小尺寸以增大静电力就可扩大活动板21的活动范围。另外，在保持在下部位置的稳定状态中，活动板21的第二电极部分23a和23b与基底11(第一电极部分)之间的间隙变窄，并且在保持在上部位置的稳定状态中，活动板21的第二电极部分23a和23b与上电极部分41(第三电极部分)之间的间隙变窄，反射镜12单独地由静电力保持在下部位置或上部位置；因此可以降低功耗。
另外，在上述最后一个实例中，在T3时刻和T5时刻之间的T4时刻把用于静电力的电压设置为V；但在T1-T4周期之间的任何时刻，用于静电力的电压都可以设置为V。类似地，在上述最后一个实例中，用于静电力的电压在T8时刻-T10时刻之间的T9时刻设置为V；但用于静电力的电压可在T6-T9周期之间的任何时刻设置为V。
本操作配置的光学开关阵列1具有多个如图11-15所示类型的光学开关做为上述单位元件，并且这些光学开关设置成二维矩阵。另外，图17所示的包含多个切换元件的电路安置在本操作配置的光学开关阵列1上以利用少量的控制线实现上述对每个光学开关的控制。图17是表示本操作配置的光学开关阵列的电路图。在图17中，与图7中相同的元件或对应于这些元件的元件用相同的标号表示并省去重复描述。
图17所示电路与图7所示电路的不同之处在于增加了提供上述电流-I的电流控制开关MC4和电源I2。电流控制开关MC4的一端连接到每个列选择开关Mmnd的第二端，电流控制开关MC4的另一端连接到电源I2的一端。电源I2的另一端连接到地。电流控制开关MC4的栅极连接到端子C4。
另外，在图17中，m行n列的光学开关的电容器Cmn对应于复合电容器，其中由第二电极23a和第一电极(基底11)形成的电容器、由第二电极23b和第一电极(基底11)形成的电容器、由第二电极23a和上电极部分41(第三电极部分)形成的电容器以及由第二电极23b和上电极部分41形成的电容器并联连接。
接下来，在图18中展示了施加到各个端子V1，V2，V3，H1，H2，H3，C1，C2，C3和C4的电压的时间图实例。在图18中，t1时刻之前的周期是电压更新周期，所有光学开关的电容器Cmn被偏置到箝位电压VC。因此，在此周期中，端子V1，V2，V3，H1，H2和H3均处于高电平，以致于所有的列选择开关Mmnb和Mmnd以及行选择开关Mmna和Mmnc均处于导电状态。另外，在此周期中，端子C1处于高电平，端子C2处于低电平，使得电压控制开关MC1处于导电状态，并且电压控制开关MC2处于非导电状态。另外，端子C3和C4处于低水平，使得电流控制开关MC3和MC4处于非导电状态。在电压更新周期中，反射镜12保持在上部位置或下部位置。
顺便说一下，在本操作配置中，施加到端子V1，V2，V3，H1，H2，H3，C1，C2，C3和C4的信号(电压)提供做为从对应于图1所示外控制电路6的外控制电路的控制信号。与图1所示外控制电路6一样，此外控制电路根据光路切换状态指令信号查实其位置状态从当前位置状态变更的光学开关，并且在某一时刻对每个状态将被变更的光学开关连续地设置状态变更周期。在不存在位置状态将从当前位置状态被变更的光学开关的情况下，设置上述电压更新周期。另外，在设置多个状态变更周期的情况下(即，位置状态从当前位置状态变更的光学开关数量为两个或更多的情况下)，电压更新周期可以设置在各个状态变更周期之间，或者可以省去此电压更新周期。例如，在位置状态从当前位置状态变更的光学开关数量为三个的状态下，可以设置状态变更周期→电压更新周期→状态变更周期→电压更新周期→状态变更周期，或者可以连续设置状变更周期。另外，在各个设置状态变更周期中，提供施加到端子V1，V2，V3，H1，H2，H3，C1，C2、C3和C4的信号，使得根据指令的光路变更切换状态对对应的光学开关实现图6中所示的上述控制。而且不用说，外控制电路6也可以安装在光学开关阵列1上。
图18表示一个实例，其中由外控制电路6设置电压更新周期→对于1行1列光学开关的状态变更周期→电压更新周期。在图18所示的实例中，在t1时刻之前的电压更新周期中反射镜12保持在上部位置或下部位置。在t1时刻，启动对于1行1列光学开关的状态变更周期；将端子V2、V3、H2和H3设置在低电平，使得除电容器C11以外的电容被隔离。接下来，在t3时刻，将端子C2设置在高电平，使得C11的电荷放电，并且用于静电力的电压减小到零。结果消除了静电力，使得反射镜12移到图12和13中所示的中部位置。接下来，在t4时刻将端子C2设置在低电平之后，在t5时刻将端子C3设置在高电平，以致于使电流+I流经线圈L11。在移动方向为反方向的情况下，C4设置在高电平代替C3，以致于使电流-I流动。接下来，在t6时刻，端子C1设置在高电平，使得电容C1重新充电到箝位电压VC，因此促使进行箝位。接下来，在t7时刻，将端子C3设置到低电平，使得流向线圈L11的电流停止。随后，在t8时刻，结束此状态变更周期，并且启动电压更新周期。
另外，本操作配置的光学开关阵列基本上可以按照与上述第一操作配置的光学开关阵列1相同的方式制造。在本操作配置中，因为增加了上电极部分41，可以适当地进行变更，如在形成对应于活动板21和上电极部分41之间间隙的牺牲层之后形成上电极部分41。
在上述各个操作配置中，如果对电极部分施加高压，将必须增大图7和8中MOS晶体管的耐压。但具有较高耐压的MOS晶体管具有很大的平面尺寸，使得很难实现芯片小型化。另一方面，在上述的各种操作配置中，不需要对电极部分施加高压；因此，可以使用小平面尺寸的MOS晶体管。在此方面可以实现小型化。
以上描述了本发明的各种操作配置。但本发明的范围不限于这些操作配置。
例如，上述各种操作配置是光学开关阵列的实例，其中的多个光学开关设置成二维结构。但本发明也可以包括单个光学开关。另外，上述各种操作配置是本发明的微致动器应用到光学开关的实例；但对微致动器的应用没有限制。
工业实用性
本发明的微致动器和微致动器装置可以用于驱动具有极小的结构、如通过微细加工制造的装置。例如，本发明的光学开关和光学开关阵列可以用于光通讯等。

Claims (17)

1.一种微致动器，其特征在于
该微致动器包括一个固定部分和一个设置成可以相对于固定部分移动的活动部分，
上述固定部分具有一个第一电极部分，和上述活动部分具有一个第二电极部分，该第二电极部分可以在该第二电极部分和上述第一电极部分之间通过施加在上述第一电极部分和上述第二电极部分上的电压而产生静电力；以及一条设置在磁场中的电流路径，当电流穿过此电流路径时产生罗伦兹力。
2.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于上述活动部分由薄膜构成。
3.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于上述电流路径设置成可以在使上述活动部分移到增大上述静电力的第一位置的方向上产生罗伦兹力。
4.如权利要求3所述的微致动器，其特征在于上述活动部分设置成使其可以在上述第一位置和上述静电力减小或消失的第二位置之间移动，并且设置成产生一种趋于使活动部分返回上述第二位置的回复力。
5.如权利要求4所述的微致动器，其特征在于上述第一电极部分和上述第二电极部分彼此面对设置，
上述活动部分通过具有弹力特性的弹簧部分机械地连接到上述固定部分，使得当上述活动部分位于上述第一位置时上述第一和第二电极部分之间的间隙变窄，并且使得当上述活动部分位于上述第二位置时上述间隙变宽，和
由上述弹簧部分产生上述的回复力。
6.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于上述固定部分具有第三电极部分，并且上述活动部分具有第四电极部分，可以通过施加在此第四电极部分和上述第三电极部分上的电压而在此第四电极部分和上述第三电极部分之间产生静电力。
7.如权利要求6所述的微致动器，其特征在于上述第二电极部分还用作上述第四电极部分。
8.如权利要求6所述的微致动器，其特征在于上述电流路径设置成可以在各个方向上产生罗伦兹力，在这些方向上上述活动部分分别可以移到第一位置和第二位置，在第一位置处在上述第一和第二电极部分之间产生的静电力增大，并且在上述第三和第四电极部分之间产生的静电力减小或消失，在第二位置处在上述第一和第二电极部分之间产生的静电力减小或消失，并且在上述第三和第四电极部分之间产生的静电力增大。
9.如权利要求8所述的微致动器，其特征在于上述活动部分设置成使得产生一种趋于使活动部分返回到上述第一和第二位置之间的一个规定位置的回复力。
10.如权利要求9所述的微致动器，其特征在于上述第一电极部分设置成在关于上述活动部分的一侧上与上述第二电极部分面对，
上述第三电极部分设置成在关于上述活动部分的另一侧上与上述第四电极部分面对，
上述活动部分通过一个具有弹性特性的弹簧部分机械连接到上述固定部分，使得当上述活动部分位于上述第一位置时上述第一和第二电极部分之间的第一间隙变窄以及上述第三和第四电极部分之间的第二间隙变宽，并且使得当上述活动部分位于上述第二位置时，上述第一间隙变宽且上述第二间隙变窄，和
由上述的弹簧部分产生上述回复力。
11.一种微致动器装置，其特征在于此装置包括：
上述权利要求1所述的微致动器，
磁场产生部分，产生上述磁场；和
控制部分，控制施加到上述第一和第二电极部分上的电压以及流经上述电流路径的电流。
12.如权利要求11所述的微致动器装置，其特征在于
上述控制部分控制上述电压和上述电流，使得当上述活动部分移到上述第一位置时上述活动部分通过上述罗伦兹力或通过上述罗伦兹力和上述静电力移到上述第一位置，和
上述控制部分控制上述电压，使得上述活动部分通过上述静电力保持在上述第一位置，并且控制上述电流使得此电流至少在上述活动部分保持在上述第一位置的稳定保持状态下不流动。
13.一种微致动器装置，其特征在于本装置包括：
如权利要求6所述的微致动器；
磁场产生部分，产生上述磁场；和
控制部分，控制施加到上述第一和第二电极部分上的电压、施加到上述第三和第四电极部分上的电压以及流经上述电流路径的电流。
14.如权利要求13所述的微致动器装置，其特征在于
上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分的电压、施加到上述第三和第四电极部分上的电压和流经上述电流路径的电流，使得上述活动部分通过上述罗伦兹力或通过上述罗伦兹力和上述静电力移到第一位置，该静电力是在上述活动部分移到上述第一位置时在上述第一及第二电极部分之间的静电力，
上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分的电压、施加到上述第三和第四电极部分上的电压以及流经上述电流路径的电流，使得上述活动部分通过上述罗伦兹力或通过上述罗伦兹力和上述静电力移到上述第二位置，该静电力是在上述活动部分移到上述第二位置时在上述第三及第四电极部分之间的静电力，
上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分的电压和施加到上述第三和第四电极的电压，使得上述活动部分通过上述第一和第二电极部分之间的静电力保持在第一位置，还控制上述电流，使得该电流至少在活动部分保持在上述第一位置的稳定保持状态下不流动，和
上述控制部分控制施加到上述第一和第二电极部分上的电压以及施加到上述第三和第四电极部分上的电压，使得上述活动部分通过上述第三和第四电极部分之间的静电力而保持在上述第二位置，并且还控制上述电流，使得此电流至少在上述活动部分保持在上述第二位置的稳定保持状态下不流动。
15.一种光学开关，其特征在于此光学开关包括如权利要求1所述的微致动器，和一个设置在上述活动部分上的反射镜。
16.一种光学开关阵列，其特征在于此光学开关阵列包括多个如权利要求15所述的光学开关，并且所述的多个光学开关设置成二维结构。
17.如权利要求16所述的光学开关阵列，其特征在于此光学开关阵列包括一个包含多个开关元件的电路，该电路响应于对于上述多个光学开关的每一行的行选取信号和对于上述多个光学开关的每一列的列选取信号，控制上述用于选取行和列中的光学开关的电流和电压。
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