JP2006010890A - マイクロアクチュエータアレー、光学装置及び光スイッチアレー - Google Patents

Abstract

【課題】 ローレンツ力用電流経路に流す電流の供給源として、定電圧源を用いたりあるいは搭載されるマイクロアクチュエータの数が多くても負荷変動の許容量の小さい定電流源を用いたりすることを、可能にする。
【解決手段】 電流供給回路は、いずれのコイル（ローレンツ力電流経路）Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１〜Ｌ３３に所定方向にローレンツ力が生ずるように選択的に電流を供給しても、当該供給時に流れる電流の全体経路の抵抗値が、互いに実質的に同一となるように、構成される。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、マイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いた光学装置及び光スイッチアレーに関するものである。この光学装置及び光スイッチアレーは、例えば、光通信装置や光伝送装置等で用いることができるものである。

マイクロマシニング技術の進展に伴い、種々の分野においてマイクロアクチュエータの重要性が高まっている。マイクロアクチュエータが用いられている分野の一例として、例えば、光通信などに利用され光路を切り替える光スイッチを挙げることができる。このような光スイッチの例として、下記の特許文献１，２に開示された光スイッチを挙げることができる。

マイクロアクチュエータは、基板と、該基板により支持されて前記基板に対して移動し得る可動部とを備えている。可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ（例えば、特許文献１の図２６、図３６〜図４０）や、可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ（例えば、特許文献２の図２〜図４）が知られている。これらのマイクロアクチュエータでは、可動部は、弾性部（例えば、片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータでは梁部を構成する板ばね部、両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータではフレクチュア部）を有し、該弾性部の変形に従って基板に対して移動し得るようになっている。

特許文献１，２に開示された各光スイッチでは、それぞれミラーの支持構造は異なるものの、いずれの光スイッチにおいても、可動部におけるミラー支持基板板となる部分にその面と垂直にミラーが搭載されている。そして、これらの光スイッチでは、ミラーがマイクロアクチュエータにより駆動されて上下方向に移動し、ミラーが入射光路に進出した時に光がそのミラーで反射される一方、ミラーが入射光路から退出した時に光が直進することにより、出射光路が切り替えられる。

また、駆動力としてローレンツ力を用いるマイクロアクチュエータが知られており、このマイクロアクチュエータでは、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずるローレンツ力用電流経路が、可動部に設けられている。例えば、特許文献１，２には、駆動力としてローレンツ力及び静電力を用いるマイクロアクチュエータが開示されている。

さらに、特許文献１，２には、同一基板上に前記可動部を複数２次元状に配置したマイクロアクチュエータアレーと、各可動部にそれぞれ搭載されたミラーとを備えた光スイッチアレーも、開示されている。そして、特許文献２の図７及び図１７には、このようなマイクロアクチュエータアレーに搭載された回路の回路図が開示されている。この回路は、定電流源からの一定電流を、複数のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路に択一的に供給する電流供給回路を、含んでいる。
国際公開第０３／０６０５９２号パンフレット 特開２００３−１５９６９８号公報

前述したようなマイクロアクチュエータアレーでは、各マイクロアクチュエータの可動部に作用するローレンツ力の大きさのばらつきが少なく一定であることが要請されるため、各ローレンツ力用電流経路に流れる電流の大きさが一定であることが要請される。そこで、前述したようなマイクロアクチュエータアレーでは、特許文献２に開示されているように、ローレンツ力用電流経路に一定の電流を供給するための電源として、定電流源が用いられている。

特許文献２の図７及び図１７に開示されているような電流供給回路を、一般的な配線手法を採用して実現しようとすると、配線パターンの抵抗値等に起因して、各ローレンツ力用電流経路に択一的に電流を流す場合にあるローレンツ力用電流経路を選択した時と他のローレンツ力用電流経路を選択した時とで、流れる電流の経路の抵抗値が変動してしまい、定電流源から見た抵抗値（すなわち、定電流源の負荷）が変動してしまう。この点については、後に、比較例を参照して説明する。

このように定電流源の負荷が変動しても、マイクロアクチュエータアレーに搭載されるマイクロアクチュエータの数が少なくて定電流源の負荷の変動量が小さければ、負荷変動の許容量の小さい定電流源を採用しても、当該定電流源が定電流動作を適切に行うため、各ローレンツ力用電流経路に一定電流を供給することができる。

ところが、マイクロアクチュエータアレーに搭載されるマイクロアクチュエータの数が多くなると、定電流源の負荷の変動量が大きくなってしまい、負荷変動の許容量の小さい定電流源では、もはや適切な定電流動作が行われなくなり、各ローレンツ力用電流経路に一定電流を供給することができなくなる。このため、マイクロアクチュエータアレーに搭載されるマイクロアクチュエータの数が多くなると、負荷変動の許容量の大きい定電流源を採用せざるを得なくなる。負荷変動の許容量の大きい定電流源は、その構成が複雑になるなどの理由で高価になる。したがって、当該マイクロアクチュエータアレーも高価になってしまう。

また、マイクロアクチュエータアレーに搭載されるマイクロアクチュエータの数が少なくても、あるローレンツ力用電流経路を選択した時と他のローレンツ力用電流経路を選択した時とで、流れる電流の経路の抵抗値が変動してしまうため、定電流源に代えて定電圧源を用いると、各ローレンツ力用電流経路に一定電流を供給することができなくなってしまう。したがって、ローレンツ力用電流経路に流す電流の供給源として、定電流源に代えて定電圧源を用いることはできなかった。定電流源に代えて定電圧源を用いることができれば、電源部に要するコストを低減することができる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ローレンツ力用電流経路に流す電流の供給源として、定電圧源を用いたりあるいは搭載されるマイクロアクチュエータの数が多くても負荷変動の許容量の小さい定電流源を用いたりすることができ、コスト低減を図ることができるマイクロアクチュエータアレー並びにこれを用いた光学装置及び光スイッチアレーを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、複数のマイクロアクチュエータを備えたマイクロアクチュエータアレーであって、（i）前記各マイクロアクチュエータは、基体により支持されて前記基体に対して移動し得るように設けられた可動部を有し、（ii）前記各マイクロアクチュエータの前記可動部は、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずるローレンツ力用電流経路を有し、（iii）前記複数のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路を複数のグループに分けて、電源からの電流を、前記複数のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に前記各グループ毎に選択的に供給する電流供給回路を、備え、（iv）前記各グループは、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの１つ以上のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路を含み、（v）前記電流供給回路は、前記複数のグループのうちのいずれのグループのローレンツ力用電流経路に所定方向にローレンツ力が生ずるように選択的に電流を供給しても、当該供給時に流れる電流の全体経路の抵抗値が、互いに実質的に同一となるように、構成されたものである。

本発明の第２の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、前記第１の態様において、前記電源が定電流源であるものである。

本発明の第３の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、前記第１の態様において、前記電源が定電圧源であるものである。

本発明の第４の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記電源が前記基体に搭載されたものである。

本発明の第５の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記各グループは、前記ローレンツ力用電流経路を１つのみ含むものである。

本発明の第６の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、前記第５の態様において、（i）前記複数のマイクロアクチュエータが２次元状に配置され、（ii）前記各ローレンツ力用電流経路に関して、当該ローレンツ力用電流経路に対応する第１及び第２の電流通過点間に、当該ローレンツ力用電流経路を含む経路であって当該ローレンツ力用電流経路を流れる電流のみが流れて他のローレンツ力用電流経路を流れる電流が流れない経路である個別電流経路が形成され、（iii）前記各ローレンツ力用電流経路に関して形成された前記個別電流経路のオン時の抵抗値が互いに実質的に同一であり、（iv）列方向（又は行方向）に隣り合う各２つのマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第１の電流通過点同士、及び、列方向（又は行方向）に隣り合う各２つのマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第２の電流通過点同士が、互いに実質的に同一の抵抗値を持つ第１の電流経路でそれぞれ接続され、（v）前記複数のマイクロアクチュエータの各列（又は各行）に関して、当該列（又は行）に対応する第３の電流通過点と当該列のうちの一方側のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第１の電流通過点とが第２の電流経路で接続され、（vi）各列（又は各行）に対応する前記第２の電流経路の抵抗値が互いに実質的に同一であり、（vii）前記複数のマイクロアクチュエータの各列（又は各行）に関して、当該列（又は行）に対応する第４の電流通過点と当該列のうちの他方側のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第２の電流通過点とが第３の電流経路で接続され、（viii）各列（又は各行）に対応する前記第３の電流経路の抵抗値が互いに実質的に同一であり、（ix）隣り合う各２つの列（又は各２つの行）に対応する前記第３の電流通過点同士、及び、隣り合う各２つの列（又は各２つの行）に対応する前記第４の電流通過点同士が、互いに実質的に同一の抵抗値を持つ第４の電流経路で接続され、（x）前記各ローレンツ力用電流経路に流れる電流は、前記電源から、一方側の列（又は行）に対応する前記第３の電流通過点及び他方側の列（又は行）に対応する前記第４の電流通過点のうちの一方の電流通過点を経由した後に当該ローレンツ力用電流経路に入り、当該ローレンツ力用電流経路から出た後に、前記一方側の列（又は行）に対応する前記第３の電流通過点及び前記他方側の列（又は行）に対応する前記第４の電流通過点のうちの他方の電流通過点を経由した後に、前記電源へ戻るものである。

本発明の第７の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、前記第６の態様において、前記各個別電流経路は、対応するローレンツ力用電流経路に直列接続された第１及び第２の選択スイッチを含むものである。

本発明の第８の態様によるマイクロアクチュエータアレーは、前記第６の態様において、前記各個別電流経路は、対応するローレンツ力用電流経路に直列接続された第１の選択スイッチを含み、前記各第２の電流経路又は前記各第３の電流経路は、第２の選択スイッチを含むものである。

本発明の第９の態様による光学装置は、前記第１乃至第８のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータアレーと、前記複数のマイクロアクチュエータの前記可動部にそれぞれ搭載された前記被駆動体とを備え、前記各被駆動体が光学素子であるものである。

本発明の第１０の態様による光スイッチアレーは、前記第１乃至第８のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータアレーと、前記複数のマイクロアクチュエータの前記可動部にそれぞれ搭載された前記被駆動体とを備え、前記各被駆動体がミラーであるものである。

本発明によれば、ローレンツ力用電流経路に流す電流の供給源として、定電圧源を用いたりあるいは搭載されるマイクロアクチュエータの数が多くても負荷変動の許容量の小さい定電流源を用いたりすることができ、コスト低減を図ることができるマイクロアクチュエータアレー並びにこれを用いた光学装置及び光スイッチアレーを提供することができる。

以下、本発明によるマイクロアクチュエータアレー、光学装置及び光スイッチアレーについて、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による光学装置としての光スイッチアレー１を備えた光学システム（本実施の形態では、光スイッチシステム）の一例を模式的に示す概略構成図である。説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。光スイッチアレー１の基板１１の面がＸＹ平面と平行となっている。また、Ｚ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｚ方向又は＋Ｚ側、その反対の向きを−Ｚ方向又は−Ｚ側と呼び、Ｘ軸方向及びＹ軸方向についても同様とする。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。また、Ｘ軸方向の並びを列、Ｙ軸方向の並びを行という。もっとも、本発明では、列方向と行方向とは必ずしも直交している必要はない。

この光スイッチシステムは、図１に示すように、光スイッチアレー１と、ｍ本の光入力用光ファイバ２と、ｍ本の光出力用光ファイバ３と、ｎ本の光出力用光ファイバ４と、光スイッチアレー１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石５と、光路切替状態指令信号に応答して、当該光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号を光スイッチアレー１に供給する制御部としての外部制御回路６と、を備えている。図１に示す例では、ｍ＝３、ｎ＝３となっているが、ｍ及びｎはそれぞれ任意の数でよい。

本実施の形態では、磁石５は、図１に示すように、Ｘ軸方向の−側がＮ極に＋側がＳ極に着磁された板状の永久磁石であり、光スイッチアレー１の下側に配置され、光スイッチアレー１に対して磁力線５ａで示す磁界を発生している。すなわち、磁石５は、光スイッチアレー１に対して、Ｘ軸方向に沿ってその＋側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石５に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。

光スイッチアレー１は、図１に示すように、基板１１と、基板１１上に配置されたｍ×ｎ個のミラー３１とを備えている。ｍ本の光入力用光ファイバ２は、基板１１に対するＹ軸方向の一方の側からＹ軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ本の光出力用光ファイバ３は、ｍ本の光入力用光ファイバ２とそれぞれ対向するように基板１１に対する他方の側に配置され、光スイッチアレー１のいずれのミラー３１によっても反射されずにＹ軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｎ本の光出力用光ファイバ４は、光スイッチアレー１のいずれかのミラー３１により反射されてＸ軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ×ｎ個のミラー３１は、ｍ本の光入力用光ファイバ２の出射光路と光出力用光ファイバ４の入射光路との交差点に対してそれぞれ、後述するマイクロアクチュエータにより進出及び退出可能にＺ軸方向に移動し得るように、２次元マトリクス状に基板１１上に配置されている。なお、本例では、ミラー３１の向きは、その法線がＸＹ平面と平行な面内においてＸ軸と４５゜をなすように設定されている。もっとも、その角度は適宜変更することも可能であり、ミラー３１の角度を変更する場合には、その角度に応じて光出力用光ファイバ４の向きを設定すればよい。この光スイッチシステムの光路切替原理自体は、従来の２次元光スイッチの光路切替原理と同様である。

図２は、図１中の光スイッチアレー１を模式的に示す概略平面図である。光スイッチアレー１は、基板１１（図２では図示せず）と、該基板１１上に２次元状に配置されたｍ×ｎ個の可動板１２と、各可動板１２に搭載されたミラー３１とを備えている。図１及び図２並びに後述する図では、説明を簡単にするため、９個の光スイッチを３行３列に配置しているが、光スイッチの数は何ら限定されるものではない。光スイッチアレー１のうちのミラー３１以外の部分が、マイクロアクチュエータアレーを構成している。

次に、図１中の光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチの構造について、図３乃至図７を参照して説明する。

図３は、図１中の光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。図４は、図３中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。ただし、図４は可動板１２の断面のみを示している。図５は、図３中の可動板１２を上から見たときのＡｌ膜２２のパターン形状を示す図である。理解を容易にするため、図５において、Ａｌ膜２２の部分にハッチングで示している。図６及び図７はそれぞれ、図３及び図５中のＢ−Ｂ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。ただし、図６及び図７には、−Ｙ軸方向に見たミラー３１も併せて示している。図６はミラー３１が上側に保持されて光路に進出した状態、図７はミラー３１が下側に保持されて光路から退出した状態を示している。なお、図６及び図７では、図面表記の便宜上、後述する凸部２４の図示を省略してそれによる段差がないものとして示している。

光スイッチアレー１の単位素子としての１つの光スイッチは、図２及び図３に示すように、シリコン基板等の基板１１上に設けられ基板１１と共に１つのマイクロアクチュエータを構成する可動部としての１つの可動板１２と、可動板１２に搭載された被駆動体である光学素子としてのミラー３１とを有している。

可動板１２は、薄膜で構成され、図３乃至図７に示すように、可動板１２の平面形状の全体に渡る下側の窒化ケイ素膜（ＳｉＮ膜）２１及び上側のＳｉＮ膜２３と、これらの膜２１，２３の間において部分的に形成された中間のＡｌ膜２２とから構成されている。すなわち、可動板１２は、下から順にＳｉＮ膜２１，２３を積層した２層膜からなる部分と、下から順にＳｉＮ膜２１、Ａｌ膜２２及びＳｉＮ膜２３を積層した３層膜からなる部分とを、併有している。Ａｌ膜２２のパターン形状は図５に示す通りであるが、これについては後述する。可動板１２は、ＳｉＮ膜２１，２３とＡｌ膜２２との熱膨張係数の差によって生じる内部応力、並びに、成膜時に生じた内部応力により、図６に示すように基板１１に対して上向き（＋Ｚ方向）に湾曲するように、予め定められた膜厚及び成膜条件によって形成されている。

可動板１２は、図３に示すように、ミラー３１を搭載するための搭載部（すなわち、ミラー３１用の支持基体）としての長方形状のミラー搭載板１２ａと、ミラー搭載板１２ａの端部に接続された２本の帯状の支持板１２ｂとを含む。本実施の形態では、これらの２本の支持板１２ｂが、互いに機械的に並列接続された２本の梁部となっている。支持板１２ｂは、それぞれの端部に脚部１２ｃ及び脚部１２ｄを有している。脚部１２ｃ及び１２ｄはいずれも基板１１に固定されており、可動板１２は、脚部１２ｃ及び１２ｄを固定端として、図６に示すように、ミラー搭載板１２ａ側が持ち上がるようになっている。このように、本実施の形態では、可動板１２は、脚部１２ｃ及び１２ｄを固定端とする片持ち梁構造を持つ可動部となっている。本実施の形態では、基板１１及びこれに積層された後述する絶縁膜１３，１４，１５等が、固定部を構成している。

可動板１２には、図３に示すように、可動板１２のミラー３１を搭載している部分を含む領域を取り囲むように、凸部２４が設けられている。凸部２４は、図４に示すように、可動板１２を構成する複層膜を凸型にすることにより形成されている。このように凸部２４を設けることにより、段差が生じるため、可動板１２のうち、凸部２４で囲まれた領域及び凸部２４が設けられた領域は、内部応力による湾曲が抑制され、平面性を維持することができる。このため、可動板１２は、図６のように内部応力による湾曲によりミラー３１を上側の位置に持ち上げた状態であっても、ミラー３１を搭載している部分は平面であるため、搭載されているミラー３１の形状を一定に保つことができる。

このように、可動板１２は、凸部２４で囲まれた領域及び凸部２４が設けられた領域は湾曲が抑制されるが、支持板１２ｂの脚部１２ｄに近い領域は、凸部２４が設けられていない。これにより、凸部２４が設けられていない支持板１２ｂの領域の湾曲によって、可動板１２は、脚部１２ｃ，１２ｄを固定端として、図６のように、ミラー搭載板１２ａ側が持ち上がるようになっている。また、支持板１２ｂの脚部１２ｄに近い領域は、凸部２４が設けられていないことにより、弾性部としての板ばね部となっている。

ここで、可動板１２のＡｌ膜２２の形状について、図５を参照して説明する。本実施の形態では、駆動力としてローレンツ力と静電力の両方を用いて可動板１２を駆動するために、図５に示すような形状に、Ａｌ膜２２をパターニングしている。Ａｌ膜２２のうちパターン２２ａは、２つの脚部１２ｄのそれぞれから、可動板１２の外周の縁に沿って延びて可動板１２の先端側（＋Ｘ側）まで延び、可動板１２の先端の一辺１２ｅに沿ってＹ軸方向に延びた直線状のパターン２２ｃに接続されている。パターン２２ｃは、磁界内に配置されて通電により駆動力としてのローレンツ力を生じる電流経路（ローレンツ力用電流経路）である。以下、パターン２２ｃをローレンツ力電流経路２２ｃと呼ぶ場合がある。パターン２２ｃもＡｌ膜２２のうちのパターンである。パターン２２ａは、ローレンツ力電流経路２２ｃに電流を供給するための配線パターンである。パターン２２ａは、図６及び図７に示すように、＋Ｙ側の脚部１２ｄにおいて基板１１上の絶縁膜１５のスルーホール及びＳｉＮ膜２１のコンタクトホールを介してＡｌ膜等からなるローレンツ力用配線パターン４２ａに接続されるとともに、−Ｙ側の脚部１２ｄにおいて同様に別のローレンツ力用配線パターン４２ａ（図６及び図７では図示せず）と接続され、脚部１２ｄを介してローレンツ力用配線パターンからローレンツ力用駆動信号としての電流が供給される。図１に示す磁石５によって、ローレンツ力用電流経路２２ｃがＸ軸方向の磁界内に置かれている。したがって、パターン２２ａを介してローレンツ力電流経路２２ｃに電流を供給すると、ローレンツ力用電流経路２２ｃに、その電流の向きに応じて、＋Ｚ方向又は−Ｚ方向のローレンツ力が生ずる。

なお、図６及び図７に示すように、基板１１上には、基板１１側から順にシリコン酸化膜等の絶縁膜１３，１４，１５が積層され、ローレンツ力用配線パターン４２ａは、絶縁膜１４，１５間に形成されている。

また、Ａｌ膜２２のうちパターン２２ｂは、２つの脚部１２ｃのそれぞれから、可動板１２の内側の縁に沿って可動板１２の先端側（＋Ｘ側）まで延び、先端側に配置された長方形状のパターン２２ｄに接続されている。パターン２２ｄは、駆動力としての静電力を発生するための可動電極である。以下、パターン２２ｄを可動電極２２ｄと呼ぶ場合がある。パターン２２ｄもＡｌ膜２２のうちのパターンである。パターン２２ｂは、可動電極２２ｄの配線パターンである。パターン２２ｂは、脚部１２ｃにおいて、絶縁膜１５のスルーホール及びＳｉＮ膜２１のコンタクトホールを介して可動電極用配線パターン（図示せず）に接続され、Ａｌ膜からなる固定電極４１ａとの間に電圧（静電力用電圧、静電力用駆動信号）が印加される。固定電極４１ａは、基板１１上の絶縁膜１３，１４間に形成され、可動電極２２ｄと対向する位置に配置されている。可動電極２２ｄと固定電極３５との間に電圧が印加されると、両者の間に駆動力としての静電力が生じ、この静電力により可動板１２は基板１１に引き寄せられる。

本実施の形態では、可動電極２２ｄと固定電極４１ａとの間の静電力用電圧及びローレンツ力用電流経路２２ｃに流す電流を制御することで、ミラー３１が上側（基板１１と反対側）に保持された状態（図６）及びミラー３１が下側（基板１１側）に保持された状態（図７）にすることができる。本実施の形態では、後述するように、外部制御回路６ａ及び当該マイクロアクチュエータアレーに搭載された後述の図９に示す回路によってこのような制御が行われるようになっている。図６及び図７において、Ｋは、ミラー３１の進出位置に対する入射光の光路の断面を示している。

次に、１つの光スイッチに着目して、その制御方法の一例とこれによる光スイッチの動作について、図８を参照して説明する。図８は、１つの光スイッチのローレンツ力電流経路２２ｃに流れてローレンツ力を起こす電流（以下、「ローレンツ力用電流」という）と、当該光スイッチの可動電極２２ｄと固定電極４１ａとの間に静電力を起こす両者間の電圧（以下、「静電力用電圧」という。）と、当該光スイッチのミラー３１の位置（したがって、可動板１２の位置）との、時間変化による関係を示す、タイミングチャートである。

最初に、ローレンツ力用電流がゼロであるとともに静電力用電圧がゼロであり、凸部２４が設けられていない支持板１２ｂの領域の膜の応力（バネ力）によって＋Ｚ方向に湾曲した状態に復帰し、ミラー３１が図６に示すように上側位置に保持されていたとする。この状態では、ミラー３１が光路Ｋに進出して、当該光路Ｋに入射した光を反射させる。

その後、時刻Ｔ１において、ミラー３１の位置を図７に示す下側位置に切り替えるべく制御を開始する。すなわち、時刻Ｔ１において、ローレンツ力用電流を＋Ｉとする。ここで、＋Ｉは、ローレンツ力電流経路２２ｃに、前記バネ力より強くかつ下向きのローレンツ力を発生させる電流である。

ミラー３１は、このローレンツ力により徐々に下降し、可動板１２が基板１１に当接した時刻Ｔ２で停止し、図６に示す下側位置に保持される。次に、時刻Ｔ３で静電力用電圧をＶとした後に、時刻Ｔ４でローレンツ力用電流をゼロにする。ここで、Ｖは、少なくとも、ミラー３１が下側位置に位置しているときに前記バネ力より強い静電力を発生させる電圧である。期間Ｔ２−Ｔ３ではローレンツ力のみによりミラー３１が下側位置に保持され、期間Ｔ３−Ｔ４ではローレンツ力及び静電力によりミラー３１が下側位置に保持され、時刻Ｔ４以降では静電力のみによりミラー３１が下側位置に保持される。期間Ｔ２−Ｔ４は、ミラー３１の下側位置への保持をローレンツ力から静電力に切り替えるいわば下側保持の過渡期間であり、期間Ｔ４以降がいわば下側保持の定常期間である。

ミラー３１が下側位置に保持された期間では、図７に示すように、入射光はミラー３１で反射されることなく、そのまま通過して出射光となる。

その後、時刻Ｔ５において、ミラー３１の位置を図７に示す上側位置に切り替えるべく制御を開始する。すなわち、時刻Ｔ５において、静電力用電圧をゼロにするとともに、ローレンツ力用電流を−Ｉ（ローレンツ力電流経路２２ｃに上向きのローレンツ力を発生させる電流）を流す。その結果、ミラー３１は、前記バネ力及び上向きのローレンツ力により上方へ移動していく。ミラー３１が図７に示す上方位置に到達する前の時刻Ｔ６において、ローレンツ力用電流をゼロにする。時刻Ｔ６以降は前記バネ力のみによって上方へ移動していき、時刻Ｔ７において図７に示す上側位置に戻り、当該バネ力により上側位置に保持され続ける。期間Ｔ５−Ｔ６に印加される上向きのローレンツ力は、上向きの力を増大させていわば加速力として作用する。このため、ミラー３１をより短時間で上側位置へ移動させることができるという利点が得られるとともに、ミラー３１が下側位置に保持されているときに可動板１２と基板１１との接触部間にスティッキングと呼ばれる現象が生じて両者の間に接着力が作用している場合であっても、両者の間が剥がれ易くなり、作動不能となるおそれがなくなるという利点が得られる。もっとも、期間Ｔ５−Ｔ６においてもローレンツ力電流をゼロのままとして、前記バネ力のみによってミラー３１を下側位置から上側位置へ復帰させてもよい。

なお、前述した例では、時刻Ｔ２と時刻Ｔ４との間の時刻Ｔ３で静電力用電圧をＶにしているが、期間Ｔ１−Ｔ４のいずれの時点で静電力用電圧をＶにしてもよいし、時刻Ｔ１の前に静電力用電圧をＶにしてもよい。また、可動板１２が上側位置に位置しているときに静電力用電圧をＶにした際に生ずる静電力が、凸部２４が設けられていない支持板１２ｂの領域のバネ力より小さいものであれば、時刻Ｔ７の後に可動板１２が上側位置に移動した後には、上側保持期間においても静電力用電圧をＶにしておいてもよい。後述する図１０の例における右側の電圧リフレッシュ期間は、このような場合に相当する。

以上の説明からわかるように、本実施の形態では、駆動力としての静電力を発生させる可動電極２２ｄ及び固定電極４１ａ、及び、駆動力としてのローレンツ力を発生させるローレンツ力用電流経路２２ｃが、信号に応じて、可動板１２の弾性部（凸部２４が設けられていない支持板１２ｂの領域）のバネ力に抗してミラー３１の移動及び位置の保持を行う駆動力を可動板１２に付与し得る駆動力付与手段を、構成している。もっとも、本発明では、この駆動力付与手段は、例えば、ローレンツ力用電流経路２２ｃのみで構成してもよい。この場合には、例えば、パターン２２ｂを除去するかあるいは途中で断線させるか、あるいは、可動電極２２ｄを除去すればよい。

本実施の形態では、ミラー３１は、前記特許文献２に開示されているミラーと同様に、Ａｕ、Ｎｉ又はその他の金属で構成され、可動板１２のミラー搭載板１２ａの上面に直立して、単に固定されている。このミラー３１は、例えば、前記特許文献２に開示されているように、ミラー３１に対応する凹所をレジストに形成した後、電解メッキによりミラー３１となるべきＡｕ、Ｎｉその他の金属を成長させ、その後に前記レジストを除去することで、形成することができる。ミラー３１をその支持基体となるミラー搭載板１２ａにより支持する支持構造は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献１に開示された支持構造を採用してもよい。その場合、これらの支持構造及びミラー３１は、特許文献１に開示されている製造方法と同様の製造方法により製造することができる。

図９は、本実施の形態による光スイッチアレー１を示す電気回路図である。図３乃至図７に示す単一の光スイッチは、電気回路的には、１個のコンデンサ（固定電極４１ａと可動電極２２ｄとがなすコンデンサに相当）と、１個のコイル（ローレンツ力用電流路２２ｃに相当）と見なせる。図９では、ｍ行ｎ列の光スイッチのコンデンサ及びコイルをそれぞれＣｍｎ及びＬｍｎと表記している。例えば、図２中の左上の（１行１列の）光スイッチのコンデンサ及びコイルをそれぞれＣ１１，Ｌ１１と表記している。図９では、説明を簡単にするため、既に説明したように、９個の光スイッチを３行３列に配置している。もっとも、光スイッチの数は何ら限定されるものではなく、例えば１００行１００列の光スイッチを有する場合も、原理は同一である。また、光スイッチの数が同じであっても、行数と列数を同数にする必要はないし、マトリクス配置にする必要もない。例えば、光スイッチの数が９個の場合、１行９列の配置でもよいし、光スイッチの数が１６個の場合、４行４列、１行１６列及び２行８列のいずれの配置でもよい。

制御線の本数を減らすために、図９に示す回路では、コンデンサＣｍｎ及びコイルＬｍｎに対してそれぞれ、列選択スイッチＭｍｎｂ，Ｍｍｎｄと行選択スイッチＭｍｎａ，Ｍｍｎｃが設けられている。コンデンサＣｍｎの一端が行選択スイッチＭｍｎａの一端に接続され、行選択スイッチＭｍｎａの他端が列選択スイッチＭｍｎｂの一端に接続され、列選択スイッチＭｍｎｂの他端は電圧制御スイッチＭＣ１の一端及びＭＣ２の一端に接続されている。コンデンサＣｍｎの他端はグランドに接続されている。電圧制御スイッチＭＣ１の他端はクランプ電圧ＶＣに接続され、電圧制御スイッチＭＣ２の他端はグランドに接続されている。

また、コイルＬｍｎの一端が行選択スイッチＭｍｎｃの一端に接続され、行選択スイッチＭｍｎｃの他端が列選択スイッチＭｍｎｄの一端に接続され、列選択スイッチＭｍｎｄの他端は電流制御スイッチＭＣ３，ＭＣ４の一端に接続されている。コイルＬｍｎの他端はグランドに接続されている。電流制御スイッチＭＣ３の他端は前記電流＋Ｉを供給する定電流源Ｉ１の一端に接続され、電流制御スイッチＭＣ４の他端は前記電流−Ｉを供給する電流源Ｉ２の一端に接続され、定電流源Ｉ１，Ｉ２の他端はグランドに接続されている。なお、前述したように、期間Ｔ５−Ｔ６においてもローレンツ力電流をゼロのままとして、前記バネ力のみによってミラー３１を下側位置から上側位置へ復帰させる場合には、電流制御スイッチＭＣ４、電流源Ｉ２及び後述する端子Ｃ４は不要である。

スイッチング素子としての列選択スイッチＭｍｎｂ，Ｍｍｎｄ、行選択スイッチＭｍｎａ，Ｍｍｎｃ、電圧制御スイッチＭＣ１，ＭＣ２及び電流制御スイッチＭＣ３，ＭＣ４は、例えば、基板１１としてＰ型シリコン基板を用いた場合、基板１１に形成したＮ型ＭＯＳトランジスタで構成することができる。

１行目の行選択スイッチＭ１１ａ，Ｍ１１ｃ，Ｍ１２ａ，Ｍ１２ｃ，Ｍ１３ａ，Ｍ１３ｃ、のゲートは、端子Ｖ１に接続されている。同様に、２行目の行選択スイッチのゲートは端子Ｖ２に、３行目の行選択スイッチのゲートは端子Ｖ３にそれぞれ接続されている。

１列目の列選択スイッチＭ１１ｂ，Ｍ１１ｄ，Ｍ２１ｂ，Ｍ２１ｄ，Ｍ３１ｂ，Ｍ３１ｄのゲートは、端子Ｈ１に接続されている。同様に、２列目の列選択スイッチのゲートは端子Ｈ２に、３行目の列選択スイッチのゲートは端子Ｈ３にそれぞれ接続されている。

次に、各端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に印加する電圧のタイミングチャートの一例を、図１０に示す。図１０において、時刻ｔ１以前は、全ての光スイッチのコンデンサＣｍｎをクランプ電圧ＶＣにバイアスする電圧リフレッシュ期間である。したがって、この期間では、端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は全てハイレベルとされて、全ての列選択スイッチＭｍｎｂ，Ｍｍｎｄ及び行選択スイッチＭｍｎａ，Ｍｍｎｃが導通状態になっている。また、この期間では、端子Ｃ１がハイレベルで端子Ｃ２がローレベルとされ、電圧制御スイッチＭＣ１が導通状態で電圧制御スイッチＭＣ２が不導通状態になっている。さらに、端子Ｃ３，Ｃ４はローレベルとされ、電流制御スイッチＭＣ３，ＭＣ４が不導通状態となっている。電圧リフレッシュ期間では、ミラー３１は上側位置及び下側位置のいずれかに保持されている。図１０の例では、時刻ｔ１以前の電圧リフレッシュ期間では、ミラー３１が下側位置に保持されている。

ところで、本実施の形態では、端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に印加する信号（電圧）は、図１中の外部制御回路６から制御信号として供給される。外部制御回路６は、例えば、光路切換状態指令信号に基づいて、現在の位置状態から変更すべき光スイッチを調べて、当該変更すべき光スイッチの１つずつについて、状態変更期間を１つずつ順次設定していく。現在の位置状態から変更すべき光スイッチがない場合には、前記電圧リフレッシュ期間を設定する。また、状態変更期間を複数設定する場合（つまり、現在の位置状態から変更すべき光スイッチの数が２つ以上の場合）には、各状態変更期間の間に電圧リフレッシュ期間を設定してもよいし、設定しなくてもよい。そして、設定した各状態変更期間においては、対応する光スイッチについて、指令された光路切換状態に応じて前述した図８に示すような制御が実現されるように、端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に印加する信号を供給する。なお、外部制御回路６を光スイッチアレー１に搭載してもよいことは、言うまでもない。

図１０は、外部制御回路６により、電圧リフレッシュ期間→１行１列の光スイッチについての状態変更期間→電圧リフレッシュ期間が、設定された例である。図１０の例では、時刻ｔ１以前の電圧リフレッシュ期間では、ミラー３１が下側位置に保持されている。時刻ｔ１で、１行１列の光スイッチについての状態変更期間が開始され、端子Ｖ２，Ｖ３，Ｈ２，Ｈ３がローレベルにされてコンデンサＣ１１以外のコンデンサ及びコイルＬ１１以外のコイルが切り離される。次に、時刻ｔ２で端子Ｃ１がローレベルにされ、時刻ｔ３で端子Ｃ２がハイレベルにされると同時に端子Ｃ４がハイレベルにされる。これにより、コンデンサＣ１１に充電されていた電荷が放電され静電力用電圧がゼロにされると同時に、ローレンツ力用電流として−Ｉ（ローレンツ力電流経路２２ｃに上向きのローレンツ力を発生させる電流）がコイルＬ１１に流れる。この時刻ｔ３は図８中の時刻Ｔ５に対応している。次に、時刻ｔ４で端子Ｃ４がローレベルにされる。この時刻ｔ４は図８中の時刻Ｔ６に対応している。これによって、ミラー３１は、図６に示す上側位置まで移動して停止し、その状態が保持される。時刻ｔ５で端子Ｃ２がローレベルにされ、更に時刻ｔ６で端子Ｃ１がハイレベルにされた後に、時刻ｔ７で、当該状態変更期間を終了し、電圧リフレッシュ期間とされる。

図９に示す回路は、各コンデンサＣｍｎに電圧を供給する電圧供給回路と、定電流電源Ｉ１，Ｉ２からの電流を各コイルＬｍｎに供給する電流供給回路とから構成されている。前述した説明からわかるように、本実施の形態では、この電流供給回路は、１つのコイルが選択されてそのコイルに電流を流している時には他のコイルには電流を流さない。すなわち、本実施の形態では、前記電流供給回路は、定電流源Ｉ１，Ｉ２からの電流をｍ×ｎ個のコイル（ローレンツ力電流経路２２ｃ）に択一的に供給する。

図１１は、図１中の光スイッチアレー１に搭載されている前記電流供給回路の電流経路（すなわち、定電流源Ｉ１，Ｉ２から供給されるローレンツ力用電流が流れる電流経路）の様子を模式的に示す概略平面図である。図１２は、図１１に示す電流経路を等価抵抗で示す電気回路図である。

本実施の形態では、前記電流供給回路は、図１１に示すように配線されることによって、いずれのコイルＬｍｎ（ローレンツ力電流経路２２ｃ）に所定方向にローレンツ力が生ずるように選択的に電流を供給しても、当該供給時に流れる電流の全体経路の抵抗値が、互いに実質的に同一となるように、構成されている。この点について以下に具体的に説明する。

図１１及び図１２において、電源部１００は、図９中の定電流源Ｉ１，Ｉ２及び電流制御スイッチＭＣ３，ＭＣ４からなる部分をまとめて示している。１００ａ，１００ｂは電源部１００の電流入出力点を示し、電流入出力点１００ａ，１００ｂの一方から流出した電流が他方に戻ってくる。その電流の向きは、電流制御スイッチＭＣ３，ＭＣ４のいずれがオンしているかにより定まる。

前記電流供給回路には、図１１及び図１２に示すように、各コイルＬｍｎに対応して第１の電流通過点Ａｍｎ及び第２の電流通過点Ｂｍｎが存在している。なお、ｍ行ｎ列の光スイッチのコイルＬｍｎに対応する第１及び第２の電流通過点をそれぞれＡｍｎ，Ｂｍｎと表記している。例えば、コイルＬ１１に対応する第１及び第２の電流通過点をそれぞれＡ１１，Ｂ１１と表記している。

図１１及び図１２に示すように、各コイルＬｍｎに関して、当該コイルＬｍｎに対応する第１及び第２の電流通過点Ａｍｎ，Ｂｍｎ間に、当該コイルＬｍｎを含む経路であって当該コイルＬｍｎを流れる電流のみが流れて他のコイルを流れる電流が流れない経路である個別電流経路Ｓｍｎが形成されている。例えば、コイルＬ１１に対応する第１及び第２の電流通過点Ａ１１，Ｂ１１間に、コイルＬ１１を含む経路であってコイルＬ１１を流れる電流のみが流れて他のコイルを流れる電流が流れない経路である個別電流経路Ｓ１１が形成されている。

本実施の形態では、各個別電流経路Ｓｍｎは、コイルＬｍｎ、行選択スイッチＭｍｎｃ及び列選択スイッチＭｍｎｄが、第１及び第２の電流通過点Ａｍｎ，Ｂｍｎ間に、前述したパターン２２ａ及び配線パターン４２ａなどの配線要素によって直列接続されることによって、構成されている。例えば、個別電流経路Ｓ１１は、コイルＬ１１、行選択スイッチＭ１１ｃ及び列選択スイッチＭ１１ｄが、第１及び第２の電流通過点Ａ１１，Ｂ１１間に、パターン２２ａ及び配線パターン４２ａなどの配線要素によって直列接続されることによって、構成されている。

各個別電流経路Ｓｍｎのオン時の抵抗値（個別電流経路Ｓｍｎに電流が流れる時の当該個別電流経路Ｓｍｎの電流通過点Ａｍｎ，Ｂｍｎ間の抵抗値）は、互いに同一の抵抗値ＲＬに設定されている。なお、本実施の形態では、この抵抗値ＲＬは、コイルＬ１１の抵抗値、スイッチＭｍｎｃ，Ｍｍｎｄのオン抵抗値及び前記配線要素の抵抗値の合計となる。

図１１及び図１２に示すように、列方向に隣り合う各２つのマイクロアクチュエータのコイルに対応する第１の電流通過点同士、及び、列方向に隣り合う各２つのマイクロアクチュエータアレーのコイルに対応する第２の電流通過点同士が、互いに同一の抵抗値Ｒａを持つ第１の電流経路８１でそれぞれ接続されている。すなわち、点Ａ１１，Ａ２１同士、点Ａ２１，Ａ３１同士、点Ａ１２，Ａ２２同士、点Ａ２２，Ａ３２同士、点Ａ１３，Ａ２３同士、点Ａ２３，Ａ３３同士、点Ｂ１１，Ｂ２１同士、点Ｂ２１，Ｂ３１同士、点Ｂ１２，Ｂ２２同士、点Ｂ２２，Ｂ３２同士、点Ｂ１３，Ｂ２３同士、及び点Ｂ２３，Ｂ３３同士が、それぞれ第１の電流経路８１で接続され、各第１の電流経路８１は、互いに同一の抵抗値Ｒａを持っている。各第１の電流経路８１は、アルミやポリシリコン等の導電膜の配線パターンなどの配線要素で構成されている。

前記電流供給回路には、図１１及び図１２に示すように、マイクロアクチュエータの各列に対応して第３の電流通過点Ｃｎ及び第４の電流通過点Ｄｎが存在している。ｎ列目のマイクロアクチュエータに対応する第３及び第４の電流通過点をそれぞれＣｎ，Ｄｎと表記している。例えば、１列目のマイクロアクチュエータに対応する第３及び第４の電流通過点をそれぞれＣ１，Ｄ１と表記している。

マイクロアクチュエータの各列に関して、当該列に対応する第３の電流通過点Ｃｎと当該列のうちの一方側のマイクロアクチュエータのコイルＬ１ｎに対応する第１の電流通過点Ａ１ｎとが、第２の電流経路８２で接続されている。すなわち、点Ｃ１，Ａ１１同士、点Ｃ２，Ａ１２同士、及び点Ｃ３，Ａ１３同士が、それぞれ第２の電流経路８２で接続されている。各第２の電流経路８２は、互いに同一の抵抗値Ｒｂを有している。各第２の電流経路８２は、アルミやポリシリコン等の導電膜の配線パターンなどの配線要素で構成されている。

マイクロアクチュエータの各列に関して、当該列に対応する第４の電流通過点Ｄｎと当該列のうちの他方側のマイクロアクチュエータのコイルＬ３ｎに対応する第２の電流通過点Ｂ３ｎとが第３の電流経路８３で接続されている。すなわち、点Ｄ１，Ｂ３１同士、点Ｄ２，Ｂ３２同士、及び点Ｄ３，Ｂ３３同士が、それぞれ第３の電流経路８３で接続されている。各第３の電流経路８３は、互いに同一の抵抗値Ｒｃを有している。各第３の電流経路８３は、アルミやポリシリコン等の導電膜の配線パターンなどの配線要素で構成されている。

隣り合う各２つの列に対応する第３の電流通過点同士、及び、隣り合う各２つの列に対応する前記第４の電流通過点同士が、互いに同一の抵抗値Ｒｄを持つ第４の電流経路８４で接続されている。すなわち、点Ｃ１，Ｃ２同士、点Ｃ２，Ｃ３同士、点Ｄ１，Ｄ２同士、及び点Ｄ２，Ｄ３同士が、それぞれ第４の電流経路８４で接続されている。各第４の電流経路８４は、互いに同一の抵抗値Ｒｄを有している。各第４の電流経路８４は、アルミやポリシリコン等の導電膜の配線パターンなどの配線要素で構成されている。

本実施の形態では、図１１及び図１２に示すように、電源部１００の電流入出力点１００ａと第３の電流通過点Ｃ３との間が、抵抗値Ｒｅを持つ第５の電流経路８５で接続されている。また、電源部１００の電流入出力点１００ｂと第４の電流通過点Ｄ１との間が、抵抗値Ｒｆを持つ第６の電流経路８６で接続されている。第５及び第６の電流経路８５，８６は、アルミやポリシリコン等の導電膜の配線パターンなどの配線要素で構成されている。これによって、各コイルＬｍｎに流れる電流は、電源部１００から、前記一方側の列に対応する第３の電流通過点Ｃ３及び前記他方側の列に対応する第４の電流通過点Ｄ１のうちの一方の電流通過点を経由した後に当該コイルＬｍｎに入り、当該コイルＬｍｎを出た後に、前記一方側の列に対応する第３の電流通過点Ｃ３及び前記他方側の列に対応する第４の電流通過点Ｄ１のうちの他方の電流通過点を経由した後に、電源部１００へ戻るようになっている。

なお、本実施の形態による光スイッチアレー１は、例えば、ＭＯＳトランジスタ製造プロセスの他、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。

本実施の形態では、例えば、電源部１００の電流制御スイッチＭＣ３をオンにし電流制御スイッチＭＣ４をオフにした場合において、電源部１００に最も近い位置に配置されたコイルＬ１３を選択すると図１１中の実線の矢印で示す経路及び向きに電流が流れ、電源部１００から最も遠い位置に配置されたコイルＬ１３を選択すると図１１中の破線の矢印で示す経路及び向きに電流が流れる。

本実施の形態では、前記電流供給回路が前述した電流経路Ｓｍｎ，８１〜８６を有することによって、図１１及び図１２からわかるように、いずれのコイルＬｍｎを選択しても、その際に流れる電流の、電源部１００の電流入出力点１００ａ，１００ｂの一方から他方までの経路の抵抗値は、（ｍ−１）×Ｒａ＋（ｎ−１）×Ｒｄ＋ＲＬ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｅ＋Ｒｆとなる。ここで、ｍはマイクロアクチュエータの行数、ｎはマイクロアクチュエータの列数である。

したがって、本実施の形態では、いずれのコイルＬｍｎに所定方向にローレンツ力が生ずるように選択的に電流を供給しても、当該供給時に流れる電流の全体経路の抵抗値が、互いに同一となる。なお、電流制御スイッチＭＣ３，ＭＣ４のオンオフ状態によって定電流源Ｉ１を有効にした場合と定電流源Ｉ２を有効にした場合とで、電源部１００内で流れる電流の経路の抵抗値は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

このため、本実施の形態によれば、いずれのコイルＬｍｎを選択しても、定電流源Ｉ１，Ｉ２の負荷が変動することがなく一定となる。これは、マイクロアクチュエータアレー１に搭載されるマイクロアクチュエータの数が増えても同じである。よって、本実施の形態によれば、定電流源Ｉ１，Ｉ２として、負荷変動の許容量の小さい定電流源を採用しても、当該定電流源が定電流動作を適切に行うため、各コイルＬｍｎに一定電流を供給することができる。このように、負荷変動の許容量の小さい定電流源を採用することができるので、コスト低減を図ることができる。

また、いずれのコイルＬｍｎに所定方向にローレンツ力が生ずるように選択的に電流を供給しても、当該供給時に流れる電流の全体経路の抵抗値が、互いに同一となるので、定電流源Ｉ１，Ｉ２に代えて、定電圧源を採用しても、各コイルＬｍｎに一定電流を供給することができる。本発明では、定電流源Ｉ１，Ｉ２に代えて定電圧源を用いてもよく、この場合には、よりコスト低減を図ることができる。

ここで、本実施の形態による光スイッチアレー１と比較される比較例による光スイッチアレーについて、図１３及び図１４を参照して説明する。

図１３は、比較例による光スイッチアレーに搭載されている電流供給回路の電流経路（すなわち、定電流源Ｉ１，Ｉ２から供給されるローレンツ力用電流が流れる電流経路）の様子を模式的に示す概略平面図である。図１４は、図１３に示す電流経路を等価抵抗で示す電気回路図である。図１３及び図１４は、図１１及び図１２にそれぞれ対応している。図１３及び図１４において、図１１及び図１２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
この比較例によるが本実施の形態による光スイッチアレー１と異なる所は、電流供給回路の電流経路の構成のみである。この比較例は、電流供給回路を一般的な配線手法を採用して構成したものである。この比較例では、図１３及び図１４に示すように、図１１中の電流通過点Ｄ１〜Ｄ３及びこれらに接続されている電流経路８３，８４，８６が除去され、その代わりに、（i）電流通過点Ｅ１，Ｂ１１同士、電流通過点Ｅ２，Ｂ１２同士、及び電流通過点Ｅ３，Ｂ１３同士が、互いに同一の抵抗値Ｒｈを持つ配線パターン等の電流経路９１でそれぞれ接続され、（ii）電流通過点Ｅ１，Ｅ２同士及び電流通過点Ｅ２，Ｅ３同士が、互いに同一の抵抗値Ｒｄ（電流経路８４と同じ抵抗値Ｒｄ）を持つ配線パターン等の電流経路９２でそれぞれ接続され、（iii）電流通過点Ｅ３と電源部１００の電流入出力点１００ｂと間が、抵抗値Ｒｇを持つ配線パターン等の電流経路９３で接続されている。

この比較例では、電源部１００に最も近い位置に配置されたコイルＬ１３を選択すると図１３中の実線の矢印で示す経路に電流が流れる。この電流の、電源部１００の電流入出力点１００ａ，１００ｂの一方から他方までの経路の抵抗値Ｒ１は、Ｒｅ＋Ｒｂ＋ＲＬ＋Ｒｈ＋Ｒｇとなる。一方、電源部１００から最も遠い位置に配置されたコイルＬ１３を選択すると図１３中の破線の矢印で示す経路に電流が流れる。この電流の、電源部１００の電流入出力点１００ａ，１００ｂの一方から他方までの経路の抵抗値Ｒ２は、Ｒｅ＋２（ｎ−１）×Ｒｄ＋Ｒｂ＋２（ｍ−１）×Ｒａ＋ＲＬ＋Ｒｈ＋Ｒｇとなる。

今、ｍ＝３、ｎ＝３であるので、例えば、ＲＬ＝２００Ω、Ｒａ，Ｒｄ，Ｒｅ＝２Ω、Ｒｂ，Ｒｇ，Ｒｈ＝４Ωとした場合、Ｒ１＝２１４Ω、Ｒ２＝２３０Ωとなり、選択したコイルＬｍｎによって定電流源Ｉ１，Ｉ２の負荷が変動することがわかる。

図１３及び図１４に示す電流供給回路における、電源部１００における一方の定電流源Ｉ１（図９参照）が有効となっているときにあるコイルＬｍｎを選択した場合に電流Ｉが流れる経路に関する回路部分は、図１５に示すようにモデル化することができる。図１５に示すモデルでは、ゲート電圧を固定した１個のＭＯＳトランジスタ２００で定電流源Ｉ１を構成し、定電流源Ｉ１の負荷は、選択スイッチのＭｍｎｃ，Ｍｍｎｄとその他の配線抵抗等の負荷抵抗Ｒとの直列回路であると考え、電流制御スイッチＭＣ３は省略している。このモデルのように、定電流源Ｉ１を１個のＭＯＳトランジスタ２００で構成する場合、電流Ｉの大きさの設定は、ＭＯＳトランジスタ２００のゲート電圧の電圧値を変えて行う。図１５に示すように、定電流源Ｉ１を１個のＭＯＳトランジスタ２００で構成すると、構造が極めて簡単であるとともに、これをマイクロアクチュエータアレーの基板１１となるシリコン基板上に形成することができて製造が容易となるので、有効である。

図１５に示すモデルにおいて、ＭＯＳトランジスタ２００及び選択スイッチのＭｍｎｃ，ＭｍｎｄとしてＰＭＯＳトランジスタを用い、定電流源１１の電源電圧を＋１５Ｖ、ゲート電圧を＋１０Ｖ、選択スイッチＭｍｎｃ，Ｍｍｎｄのオン信号電圧を−１５Ｖとして、負荷抵抗Ｒに対する電流値Ｉの変化をシミュレーションした。図１６は、そのシミュレーション結果を示す。図１６から、前述した例のＲ１＝２１４Ω、Ｒ２＝２３０Ω程度の負荷抵抗の変動ならば、定電流源Ｉ１は、定電流動作を適切に行うことがわかる。

しかしながら、図１３及び図１４に示す比較例と同様の配線手法を採用した場合、マイクロアクチュエータの数を増やすと、電源部１００に最も近い位置に配置されたコイルを選択した場合と、電源部１００から最も遠い位置に配置されたコイルを選択した場合とで、電源部１００から見た抵抗値の差は非常に大きくなる。例えば３２×３２個のマイクロアクチュエータを搭載したマイクロアクチュエータアレーを考えると、Ｒ１＝２１４Ω、Ｒ２＝４６２Ωとなり、図１６を見てもわかるようにもはや適切な定電流動作が行われなくなる。

このため、図１３及び図１４に示す比較例と同様の一般的な配線手法を採用した場合、マイクロアクチュエータアレーに搭載されるマイクロアクチュエータの数が多くなると、負荷変動の許容量の大きい定電流源を採用せざるを得なくなる。負荷変動の許容量の大きい定電流源は、その構成が複雑になるなどの理由で高価になる。したがって、当該マイクロアクチュエータアレーも高価になってしまう。

また、図１３及び図１４に示す比較例と同様の一般的な配線手法を採用した場合、マイクロアクチュエータアレーに搭載されるマイクロアクチュエータの数が少なくても、あるコイルを選択した時と他のコイルを選択した時とで、流れる電流の経路の抵抗値が変動してしまうため、定電流源に代えて定電圧源を用いると、各ローレンツ力用電流経路に一定電流を供給することができなくなってしまう。したがって、コイルＬｍｎに流す電流の供給源として、定電流源に代えて定電圧源を用いることはできなかった。

これに対し、本実施の形態によれば、前述したように、いずれのコイルＬｍｎに所定方向にローレンツ力が生ずるように選択的に電流を供給しても、当該供給時に流れる電流の全体経路の抵抗値が、互いに同一となるので、前記比較例で生ずる不都合を解消することができるのである。

なお、本実施の形態において、定電流源Ｉ１，Ｉ２として、図１５中のＭＯＳトランジスタ２００を用いてもよい。

［第２の実施の形態］

図１７は、本発明の第２の実施の形態による光スイッチアレーを示す電気回路図である。図１８は、本実施の形態による光スイッチアレーに搭載されている電流供給回路の電流経路（すなわち、定電流源Ｉ１，Ｉ２から供給されるローレンツ力用電流が流れる電流経路）の様子を模式的に示す概略平面図である。図１７及び図１８は、図９及び図１１にそれぞれ対応している。図１７及び図１８において、図９及び図１１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。

本実施の形態では、図１７に示すように、図９において各コンデンサＣｍｎに対して設けられていた列選択スイッチＭｍｎｂが除去され、その代わりに、各列に共通して列選択スイッチＭ１ｂ〜Ｍ３ｂが設けられている。列選択スイッチＭ１ｂの一端は、１列目の行選択スイッチＭ１１ａ，Ｍ２１ａ，Ｍ３１ａの一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ２ｂの一端は２列目の行選択スイッチＭ１２ａ，Ｍ２２ａ，Ｍ３２ａの一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ３ｂの一端は３列目の行選択スイッチＭ１３ａ，Ｍ２３ａ，Ｍ３３ａの一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ１ｂ〜Ｍ３ｂの他端は、電圧制御スイッチＭＣ１，ＭＣ２の一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ１ｂ〜Ｍ３ｂのゲートは、端子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３にそれぞれ接続されている。

また、本実施の形態では、図１７に示すように、図９において各コイルＬｍｎに対して設けられていた列選択スイッチＭｍｎｄが除去され、その代わりに、各列に共通して列選択スイッチＭ１ｄ〜Ｍ３ｄが設けられている。列選択スイッチＭ１ｄの一端は、１列目の行選択スイッチＭ１１ｃ，Ｍ２１ｃ，Ｍ３１ｃの一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ２ｄの一端は２列目の行選択スイッチＭ１２ｃ，Ｍ２２ｃ，Ｍ３２ｃの一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ３ｄの一端は３列目の行選択スイッチＭ１３ｃ，Ｍ２３ｃ，Ｍ３３ｃの一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ１ｄ〜Ｍ３ｄの他端は、電流制御スイッチＭＣ３，ＭＣ４の一端にそれぞれ接続されている。列選択スイッチＭ１ｄ〜Ｍ３ｄのゲートは、端子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３にそれぞれ接続されている。

これに伴い、本実施の形態では、図１８に示すように、図１１において個別電流経路Ｓｍｎ中に配置されていた列選択スイッチＭｍｎｄが除去され、その代わりに、列選択スイッチＭ１ｄが電流通過点Ａ１１，Ｃ１間の電流経路８２中に配置され、列選択スイッチＭ２ｄが電流通過点Ａ１２，Ｃ２間の電流経路８２中に配置され、列選択スイッチＭ３ｄが電流通過点Ａ１３，Ｃ３間の電流経路８２中に配置されている。なお、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、各個別電流経路Ｓｍｎは互いに同一のオン抵抗値を有し、各電流経路８２は互いに同一のオン抵抗値を有する。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によれば、アレイ領域に配置されていた列選択スイッチＭｍｎｄの代わりに、アレイ領域の外側に配置された列選択スイッチＭ１ｄ〜Ｍ３ｄが設けられているので、アレイ領域におけるスイッチに必要な面積を減らすことができる。このため、同一面積をアレイ領域のスイッチに割り当てれば、２倍の電流を扱うスイッチを構成でき、コイルの制御に関する設計上の制約を緩和することができる。また、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態に比べて、列選択スイッチの数を減らすことができるので、好ましい。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、前記各実施の形態において、行と列との関係を入れ替えてもよいことは、言うまでもない。

また、前記各実施の形態では、ローレンツ力用電流経路に流す電流の供給源となる電源は、光スイッチアレーの基板上に搭載されていたが、光スイッチアレーの外部に配置してもよい。この場合、例えば、光スイッチアレーに、当該電源から給電を受けるための端子を設けておけばよい。

さらに、前記各実施の形態は、電源からの電流をｍ×ｎ個のコイル（ローレンツ力用電流経路）に択一的に供給する電流供給回路を有するマイクロアクチュエータアレーに適用した例であったが、本発明は、マイクロアクチュエータアレーに搭載されているコイルを複数個ずつのグループに分けて、電源からの電流を、前記複数のマイクロアクチュエータのコイルに前記各グループ毎に選択的に供給する電流供給回路を、備えたマイクロアクチュエータアレーにも、同様に適用することができる。この場合、例えば、各列毎（又は行毎）にコイルを直列接続しておいてもよい。

さらにまた、前述した各実施の形態は、本発明を可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータを用いたマイクロアクチュエータアレーに適用した例であったが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献２に開示されているような可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータを用いたマイクロアクチュエータアレーにも適用できる。

また、前述した各実施の形態は、本発明によるマイクロアクチュエータアレーを光スイッチアレーに適用した例であったが、本発明によるマイクロアクチュエータアレーは、他の光学装置やその他の種々の用途に用いることができる。

本発明の第１の実施の形態による光スイッチアレーを備えた光学システムの一例を模式的に示す概略構成図である。 図１中の光スイッチアレーを模式的に示す概略平面図である。 図１中の光スイッチアレーの単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。 図３中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 図３中の可動板を上から見たときのＡｌ膜のパターン形状を示す図である。 ミラーが上側に保持された状態を示す、図３及び図５中のＢ−Ｂ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。 ミラーが下側に保持された状態を示す、図３及び図５中のＢ−Ｂ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。 図１中の光スイッチアレーを構成する１つの光スイッチの、ローレンツ力用電流と静電力用電圧とミラーの位置との時間変化による関係を示す、タイミングチャートである。 図１中の光スイッチアレーを示す電気回路図である。 図９中の各端子に供給する信号を示すタイミングチャートである。 図１中の光スイッチアレーに搭載されている電流供給回路の電流経路の様子を模式的に示す概略平面図である。 図１１に示す電流経路を等価抵抗で示す電気回路図である。 比較例による光スイッチアレーに搭載されている電流供給回路の電流経路の様子を模式的に示す概略平面図である。 図１３に示す電流経路を等価抵抗で示す電気回路図である。 図１３に示す電流供給回路のモデルを示す図である。 図１５に示すモデルに従ってシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光スイッチアレーを示す電気回路図である。 図１７に示す光スイッチアレーに搭載されている電流供給回路の電流経路の様子を模式的に示す概略平面図である。

符号の説明

１ 光スイッチアレー
１１ 基板
１２ 可動板
２２ｃ，Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１〜Ｌ３３ コイル（ローレンツ力電流経路）
３１ ミラー
８１ 第１の電流経路
８２ 第２の電流経路
８３ 第３の電流経路
８４ 第４の電流経路
８５ 第５の電流経路
８６ 第６の電流経路
１００ 電源部
Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３ 第１の電流通過点
Ｂ１１〜Ｂ１３，Ｂ２１〜Ｂ２３，Ｂ３１〜Ｂ３３ 第２の電流通過点
Ｃ１〜Ｃ３ 第３の電流通過点
Ｄ１〜Ｄ３ 第４の電流通過点
Ｉ１，Ｉ２ 定電流源
Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３，Ｓ３１〜Ｓ３３ 個別電流経路

Claims (10)

1. 複数のマイクロアクチュエータを備えたマイクロアクチュエータアレーであって、
   前記各マイクロアクチュエータは、基体により支持されて前記基体に対して移動し得るように設けられた可動部を有し、
   前記各マイクロアクチュエータの前記可動部は、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずるローレンツ力用電流経路を有し、
   前記複数のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路を複数のグループに分けて、電源からの電流を、前記複数のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に前記各グループ毎に選択的に供給する電流供給回路を、備え、
   前記各グループは、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの１つ以上のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路を含み、
   前記電流供給回路は、前記複数のグループのうちのいずれのグループのローレンツ力用電流経路に所定方向にローレンツ力が生ずるように選択的に電流を供給しても、当該供給時に流れる電流の全体経路の抵抗値が、互いに実質的に同一となるように、構成されたことを特徴とするマイクロアクチュエータアレー。
2. 前記電源が定電流源であることを特徴とする請求項１記載のマイクロアクチュエータアレー。
3. 前記電源が定電圧源であることを特徴とする請求項１記載のマイクロアクチュエータアレー。
4. 前記電源が前記基体に搭載されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロアクチュエータアレー。
5. 前記各グループは、前記ローレンツ力用電流経路を１つのみ含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロアクチュエータアレー。
6. 前記複数のマイクロアクチュエータが２次元状に配置され、
   前記各ローレンツ力用電流経路に関して、当該ローレンツ力用電流経路に対応する第１及び第２の電流通過点間に、当該ローレンツ力用電流経路を含む経路であって当該ローレンツ力用電流経路を流れる電流のみが流れて他のローレンツ力用電流経路を流れる電流が流れない経路である個別電流経路が形成され、
   前記各ローレンツ力用電流経路に関して形成された前記個別電流経路のオン時の抵抗値が互いに実質的に同一であり、
   列方向（又は行方向）に隣り合う各２つのマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第１の電流通過点同士、及び、列方向（又は行方向）に隣り合う各２つのマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第２の電流通過点同士が、互いに実質的に同一の抵抗値を持つ第１の電流経路でそれぞれ接続され、
   前記複数のマイクロアクチュエータの各列（又は各行）に関して、当該列（又は行）に対応する第３の電流通過点と当該列のうちの一方側のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第１の電流通過点とが第２の電流経路で接続され、
   各列（又は各行）に対応する前記第２の電流経路の抵抗値が互いに実質的に同一であり、
   前記複数のマイクロアクチュエータの各列（又は各行）に関して、当該列（又は行）に対応する第４の電流通過点と当該列のうちの他方側のマイクロアクチュエータの前記ローレンツ力用電流経路に対応する前記第２の電流通過点とが第３の電流経路で接続され、
   各列（又は各行）に対応する前記第３の電流経路の抵抗値が互いに実質的に同一であり、
   隣り合う各２つの列（又は各２つの行）に対応する前記第３の電流通過点同士、及び、隣り合う各２つの列（又は各２つの行）に対応する前記第４の電流通過点同士が、互いに実質的に同一の抵抗値を持つ第４の電流経路で接続され、
   前記各ローレンツ力用電流経路に流れる電流は、前記電源から、一方側の列（又は行）に対応する前記第３の電流通過点及び他方側の列（又は行）に対応する前記第４の電流通過点のうちの一方の電流通過点を経由した後に当該ローレンツ力用電流経路に入り、当該ローレンツ力用電流経路から出た後に、前記一方側の列（又は行）に対応する前記第３の電流通過点及び前記他方側の列（又は行）に対応する前記第４の電流通過点のうちの他方の電流通過点を経由した後に、前記電源へ戻る、ことを特徴とする請求項５記載のマイクロアクチュエータアレー。
7. 前記各個別電流経路は、対応するローレンツ力用電流経路に直列接続された第１及び第２の選択スイッチを含むことを特徴とする請求項６記載のマイクロアクチュエータアレー。
8. 前記各個別電流経路は、対応するローレンツ力用電流経路に直列接続された第１の選択スイッチを含み、
   前記各第２の電流経路又は前記各第３の電流経路は、第２の選択スイッチを含むことを特徴とする請求項６記載のマイクロアクチュエータアレー。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のマイクロアクチュエータアレーと、前記複数のマイクロアクチュエータの前記可動部にそれぞれ搭載された前記被駆動体とを備え、前記各被駆動体が光学素子であることを特徴とする光学装置。
10. 請求項１乃至８のいずれかに記載のマイクロアクチュエータアレーと、前記複数のマイクロアクチュエータの前記可動部にそれぞれ搭載された前記被駆動体とを備え、前記各被駆動体がミラーであることを特徴とする光スイッチアレー。

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