WO2004033363A1

WO2004033363A1 - マイクロアクチュエータ装置及びこれを用いた光スイッチシステム

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Publication number: WO2004033363A1
Application number: PCT/JP2003/012888
Authority: WO
Inventors: Keiichi Akagawa; Yoshihiko Suzuki; Katsuhiko Kurumada; Toshiaki Tamamura; Masatoshi Kanaya
Original assignee: Nikon Corporation; Ntt Electronics Corporation
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2004-04-22
Also published as: CN1703369A; JP3715611B2; US20050213878A1; JP2004130466A; CN100400411C; AU2003272942A8; AU2003272942A1; US7092593B2

Description

明細書マイクロアクチユエ一夕装置及びこれを用いた光スィヅチシステム技術分野

本発明は、マイクロアクチユエ一夕装置及びこれを用いた光スィツチシステムに関するものである。背景技術

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ァクチュエー夕の重要性が高まっている。マイクロアクチユエ一夕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ィツチを挙げることができる。このような光スィツチの一例として、例えば、特開 2 0 0 1— 4 2 2 3 3号公報に開示された光スィツチを挙げることができる。

マイクロアクチユエ一夕は、一般的に、固定部と、所定の力にて移動可能とされた可動部とを有し、前記所定の力にて所定の位置に保持されるようになっている。従来のマイクロアクチユエ一夕では、前記所定の力として静電力が用いられることが多かった。例えば、特開 2 0 0 1— 4 2 2 3 3号公報に開示された光スィツチにおいて採用されているマイクロミラ一を移動させるマイクロアクチユエ一夕では、静電力により、可動部を上方位置（マイクロミラーが入射光を反射させる位置）と下方位置（マイクロミラーが入射光をそのまま通過させる位置）に移動させてその位置に保持している。

このような静電力を利用するマイクロアクチユエ一夕では、固定部に第 1の電極部を配置し、可動部に第 2の電極部を配置し、第 1及び第 2 の電極部間に電圧を印加して両者の間に静電力を発生させる。

前述したような静電力を用いる従来のマイクロアクチユエ一夕では、静電力で可動部を移動させて静電力で所定の位置に保持していたので、可動部の可動範囲を広くすることが困難であった

平行平板の電極間に働く静電力 F 1は、誘電率 ε、電位差 V、電極間距離 d、電極面積 Sを用いると、下記の（ 1) 式に示す通りとなる。 F J = e XV² X S/2 d ² … （ 1 )

( 1 ) 式からわかるように、電極間距離 dが大きくなると、その 2乗に反比例して静電力が急激に小さくなる。したがって、前記従来のマイクロアクチユエ一夕では、電極間距離 dがある距離以上になると可動部を移動させることが困難となり、可動部の可動範囲を広くすることが困難であった。また、大きな電極間距離 dに対して十分な静電力 Fェを得ようとして電位差（電極間の電圧） Vを大きくすると、絶縁耐力の点で問題が生じたり、高電圧発生部が必要になったりする。また、大きな電極間距離 dに対して十分な静電力 F i を得ようとして電極面積 Sを大きくすると、寸法が大きくなり、小型化というマイクロアクチユエ一夕の本来的な趣旨を損なうことになる。

そこで、本発明者は、研究の結果、マイクロアクチユエ一夕において、静電力の代わりにローレンヅカを用いることを着想するに至った。

ローレンヅカ F₂ (N)は、磁束密度を B (T)、電線の長さを L (m)、電流を I (A) とすると、下記の（ 2) 式で示す通りとなることが知られている。

F 2 = I X B X L - ( 2 )

(2) 式には電線の位置を規定する項目がないので、一定の磁束密度の中では、電線の位置が変わっても、発生する口一レンヅカ F₂ は変化しない。マイクロアクチユエ一夕において、可動部に前記電線に相当する電流経路を設け、この電流経路に対して磁場をかけ、前記電流経路に電流を流せば、可動部にローレンヅカを作用させることができる。可動部の可動範囲が従来に比べて広くても、その範囲において略一様の磁場をかけておくことは、例えば磁石を用いるなどにより、容易である。したがつて、可動部の可動範囲が広くても、可動部の位置に拘わらず可動部に一定のカを作用させることができる。すなわち、マイクロアクチユエ一夕において、静電力の代わりにローレンツ力を用いれば、可動部の位置によって駆動力が変化する静電力を用いる場合とは異なり、可動部の位置に無関係に一定の駆動力を得ることが、原理的にできるのである。例えば、電極間隔が 5 0 m、電極形状が 5 0 m角、電圧が 5 V、誘電率が 1であれば、前記（ 1 ) 式の静電力 F i は 0 . 1 n Nとなる。一方、 5 0 m角の電極に 5 0〃mの長さの電流経路を作成し、磁束密度 0 . 1 Tの磁場をかければ、電流を 1 m A流したときに 5 n Nのローレンヅ力が発生する。 5 n N以上のカを静電力で得るためには、電極間隔を Ί z m以下するかあるいは電極形状を 3 5 0 z m角以上にしなければならず、同じ駆動力を得るにはローレンヅ力の方が有利であることがわかる。

なお、例えば、 2 0 m m角のネオジミゥム鉄ボロン系磁石をマイクロァクチユエ一夕から 2 m m離れた位置に配置すれば、 0 . 1 Tの磁束密度は容易に得られる。

このように、マイクロアクチユエ一夕において、静電力の代わりに口 —レンツ力を用いれば、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができる。

ところが、マイクロアクチユエ一夕において静電力の代わりにローレンヅカを用いると、新たな問題が生ずることが判明した。すなわち、静電力の代わりに口一レンツ力を用いる場合には、ローレンツ力により可動部を所定位置まで移動させ、ローレンツ力により可動部をその位置に保持し続けることになる。したがって、ローレンツ力を発生させるための電流を常に流し続けることになるため、消費電力が著しく増大してしまう。

例えば、大規模光スィッチの応用では、数万個のァクチユエ一夕を一つの光スィツチ装置の中に持っため、各ァクチユエ一夕の低消費電力化が強く要求される。例えば、 1 0 0 x 1 0 0チャネルの光スィヅチでは、チャネルを選択するための例えば M O Sスィツチを半導体基板上に製作することが必須である。 M O Sスィツチの抵抗を 1 0 k Qとすると、そこに 1 m Aの電流を流し続けた場合、 1つの M O Sスィツチの消費電力は 1 O mWとなる。これが 1万個あるので合計では 1 0 0 Wもの消費電力となり、発熱が大き過ぎるため実用上問題がある。

また、マイクロアクチユエ一夕の動作に伴う衝撃等によってマイクロァクチユエ一夕や被駆動体にかかる機械的なストレスを小さくすることができれば、その寿命が延びるため、長期的に動作させたときの信頼性が高まり、好ましい。さらに、マイクロアクチユエ一夕の動作速度を高めることが好ましい。発明の開示

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができ、かつ、消費電力を低減することができ、しかも、長期的に動作させたときの信頼性を高めることができる、マイクロアクチユエ一夕装置及び光スィツチシステムを提供することを目的とする。

また、本発明は、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができ、かつ、消費電力を低減することができ、しかも、マイクロアクチユエ一夕の動作速度を高めることができる、マイクロアクチユエ一夕装置及び光スィツチシステムを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、マイクロアクチユエ一夕において、静電力の利用とローレンヅ力の利用とを結合し得るように構成することにより、前述した目的を達成し得ることを見出した。すなわち、固定部と該固定部に対して移動し得るように設けられた可動部とを備えたマイクロアクチユエ一夕において、可動部に静電力を作用させ得るようにするための電極部を固定部及び可動部にそれそれ設け、可動部に口 —レンヅカを作用させるための電流経路を可動部に設けておくことによつて、前述した目的を達成し得ることを、見出した。

この手段を採用することによって、例えば、可動部の電極部と固定部の電極部との距離が大きい場合にはローレンヅカのみによつて可動部を移動させ、可動部の電極部と固定部の電極部との距離が小さくなつた場合には静電力のみによって可動部を保持することが、可能となる。これにより、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができ、しかも、消費電力を低減することができる。

静電力駆動では、電気的にはコンデンサの充放電を行っているので、消費電力は、充放電時すなわち電圧の変化時点でのみ発生する。よって、光スイッチ等に用いるマイクロアクチユエ一夕のように、可動部が頻繁に移動せず可動部が所定位置（固定部の電極部と可動部の電極部との間の距離が小さい位置）で保持されている期間が比較的長い場合には、可動部を所定位置に保持するためのカを静電力のみで発生させれば、大幅に消費電力を低減させることができるのである。例えば、電極間の容量が 1 0 p Fで、電圧が 5 Vで、可動部の移動が 1分毎に 1回起こる場合、静電駆動分の消費電力は 4 . 2 p Wとなる。このマイクロアクチユエ一夕が 1万個ある場合、合計の静電駆動分の消費電力は 4 2 n Wとなる。また、固定部の電極部と可動部の電極との間の距離が小さい位置では、両者の間の電圧が比較的低くかつ電極面積が比較的狭くても、十分な大きさの静電力が得られる。

ローレンヅカ駆動では、可動部の位置に無関係に一定の駆動力を得ることができるので、ローレンヅ力で可動部を移動させれば、可動範囲を広げることができる。ローレンヅ力の消費電力は、例えば、前述した例と同様にチャネルを選択するためのオンチップの M O Sスィッチの抵抗を l O k Qとすると、この M O Sスイッチに 1 m Aの電流を 1分ごとに 1 0 m s e c (可動部の移動期間に相当）流した場合、口一レンツ力駆動分の消費電力は 1 . 7〃Wとなる。マイクロアクチユエ一夕が 1万個ある場合、合計のローレンヅカ駆動分の消費電力は、 1 7 mWとなり、前述した常時ローレンツ力駆動する場合の消費電力 1 0 0 Wに比べて、大幅に低減される。全体としての消費電力のうちのほとんどは口一レンヅ力で占めるが、実用上大きな問題となるほどではない。

このように、マイクロアクチユエ一夕の中に、静電力を発生させる仕組みとローレンヅカを発生させる仕組みの、両方を搭載することにより、例えば、可動部を所定位置で保持するためのカは静電力で発生させて消費電力を低減する一方、可動電極と固定電極の間隔が広いときにはローレンヅ力でァクチユエ一夕を駆動して、高電圧の印加や電極面積の拡大を抑制しつつ可動範囲を拡大することが、可能となる。

また、ローレンツ力は電流の流す向きを変えることで両方向に発生させることができるので、可動部を移動させる際に、口一レンツ力を与える方向や夕イミングを適宜設定することにより、マイクロアクチユエ一夕の動作に伴う衝撃等によってマイクロアクチユエ一夕や被駆動体にかかる機械的なストレスを小さくしてその寿命が延し長期的に動作させたときの信頼性を高めたり、マイクロアクチユエ一夕の動作速度を高めたりすることができることを見出した。

本発明は、以上説明した本発明者の研究結果による新たな知見に基づいてなされたものである。

すなわち、前記目的を解決するための、第 1の発明であるマイクロアクチユエ一夕装置は、マイクロアクチユエ一夕と、磁界発生部と、制御部とを備えたマイクロアクチユエ一夕装置であって、（a )前記マイク口ァクチユエ一夕は、固定部と、該固定部に対して移動し得るように設けられた可動部と、を有し、（b )前記固定部は第 1の電極部を有し、（ c ) 前記可動部は、前記第 1の電極部との間の電圧により前記第 1の電極部との間に静電力を生じ得る第 2の電極部と、磁界内に配置されて通電によりローレンヅカを生ずる電流経路と、を有し、（ d )前記磁界発生部は前記磁界を発生させ、（ e )前記可動部は、前記静電力が増大する第 1の位置と前記静電力が低下又は消失する第 2の位置との間を移動し得るとともに、前記第 2の位置に復帰しょうとする復帰力が生ずるように、設けられ、（ f )前記電流経路は、前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向及びその逆方向にローレンヅカを生じ得るように、配置され、 ( g ) 前記制御部は、前記第 1及び第 2の電極部間の電圧並びに前記電流経路に流れる電流を制御し、（h )前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置から前記第 2の位置へ移動させる際に、前記可動部が少なくとも前記第 1の位置と前記第 2の位置との間の途中から前記第 2の位置付近に移動する間に、前記ローレンヅ力が前記第 2の位置から前記第 1の位置へ向かう方向に生じかつ漸減するように、前記電流を制御するものである。前記目的を達成するための第 2の発明であるマイクロアクチユエ一夕装置は、前記第 1の発明であって、前記制御部が、前記可動部を前記第 1の位置から前記第 2の位置へ移動させる際に、前記可動部が前記第 1 の位置から前記第 1の位置と前記第 2の位置との間の途中まで移動する間に、前記口一レンツ力が前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向に生じるように、前記電流を制御するものである。

前記目的を達成するための第 3の発明であるマイクロアクチユエ一夕装置は、マイクロアクチユエ一夕と、磁界発生部と、制御部とを備えたマイクロアクチユエ一夕装置であって、（ a )前記マイクロアクチユエ一夕は、固定部と、該固定部に対して移動し得るように設けられた可動部と、を有し、（b ) 前記固定部は第 1の電極部を有し、（ c ) 前記可動部は、前記第 1の電極部との間の電圧により前記第 1の電極部との間に静電力を生じ得る第 2の電極部と、磁界内に配置されて通電によりローレンヅカを生ずる電流経路と、を有し、（ d )前記磁界発生部は前記磁界を発生させ、（ e )前記可動部は、前記静電力が増大する第 1の位置と前記静電力が低下又は消失する第 2の位置との間を移動し得るとともに、前記第 2の位置に復帰しょうとする復帰力が生ずるように、設けられ、 ( f ) 前記電流経路は、前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向及びその逆方向にローレンヅカを生じ得るように、配置され、（ g )前記制御部は、前記第 1及び第 2の電極部間の電圧並びに前記電流経路に流れる電流を制御し、（h )前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置から前記第 2の位置へ移動させる際に、前記可動部が前記第 1の位置から前記第 1の位置と前記第 2の位置との間の途中まで移動する間に、前記ローレンツ力が前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向に生じるように、前記電流を制御するものである。

前記目的を達成するための第 4の発明であるマイクロアクチユエ一夕装置は、前記第 1の発明から第 3の発明のいずれかであって、前記可動部が薄膜で構成されたものである。

前記目的を達成するための第 5の発明であるマイクロアクチユエ一夕装置は、前記第 1の発明から第 4の発明のいずれかであって、前記第 1 の電極部と前記第 2の電極部とが対向して配置され、前記可動部は、前記可動部が前記第 1の位置に位置するときには前記第 1及び第 2の電極部間の間隔が狭まるとともに前記可動部が前記第 2の位置に位置するときには前記間隔が広がるように、バネ性を有するパネ性部を介して前記固定部に対して機械的に接続され、前記復帰力が前記パネ性部により生ずるものである。

前記目的を達成するための第 6の発明であるマイクロアクチユエ一夕装置は、前記第 1の発明から第 5の発明のいずれかであって、前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置へ移動させる際には、前記可動部が前記第 1の位置へ移動するように、前記電圧及び前記電流を制御し、前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置に保持している少なくとも定常的な保持状態においては、前記電流を流さないように制御するものである。

前記目的を達成するための第 7の発明である光スィツチシステムは、前記第 1の発明から第 6の発明のいずれかであるマイクロアクチユエ一夕装置と、前記可動部に設けられたミラ一と、を備えたものである。前記目的を達成するための第 8の発明である光スィツチシステムは、前記第 7の発明であって、前記マイクロアクチユエ一夕及び前記ミラーの組を複数備え、当該組が 2次元状に配置されたものである。

これら本発明によれば、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができ、かつ、消費電力を低減することができ、しかも、長期的に動作させたときの信頼性を高めることができる、マイクロアクチユエ一夕装置及び光スィヅチシステムを提供することができる。

また、本発明によれば、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができ、かつ、消費電力を低減することができ、しかも、マイクロアクチユエ一夕の動作速度を高めることができる、マイクロアクチユエ一夕装置及び光スィツチシステムを提供することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態である光スィッチシステムを示す概略構成図である。

図 2は、図 1に示す光スィッチシステムで用いられている光スィッチアレーを構成する 1つの光スィツチを示す概略平面図である。

図 3は、図 2中の X I— X 2線に沿った概略断面図である。

図 4は、図 2中の Y 1—Y 2線に沿った概略断面図である。

図 5は、図 3に対応する概略断面図である。

図 6は、図 1に示す光スィッチシステムで用いられている光スイッチアレーを構成する 1つの光スィッチの、ローレンヅカ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、タイミングチヤ一トである。

図 7は、図 1に示す光スィッチシステムで用いられている光スィッチアレーを示す電気回路図である。

図 8は、図 7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 9は、図 1に示す光スイッチシステムで用いられている光スイッチアレーの各製造工程を模式的に示す概略断面図である。図 1 0は、図 1に示す光スィヅチシステムで用いられている光スイツチアレーの他の各製造工程を模式的に示す概略断面図である。

図 1 1は、本発明の第 2の実施の形態による光スィツチシステムで用いられている光スィツチアレーを構成する 1つの光スィツチの制御と動作を示すタイミングチャートである。

図 1 2は、本実施の形態の第 2の実施の形態である光スィツチシステムで用いられている光スィツチアレーを示す電気回路図である。

図 1 3は、図 1 2中の各端子に供給する信号を示すタイミングチヤ一トである。

図 1 4は、本発明の第 3の実施の形態である光スィッチシステムで用いられている光スィツチアレーを構成する 1つの光スィツチの制御と動作を示すタイミングチャートである。

図 1 5は、本実施の形態の第 3及び第 4の実施の形態による光スイツチシステムで用いられている光スィツチアレーを示す電気回路図である。図 1 6は、図 1 5中の各端子に供給する信号を示すタイミングチヤ一トである。

図 1 7は、本発明の第 4の実施の形態による光スィヅチシステムで用いられている光スィツチアレーを構成する 1つの光スィツチの制御と動作を示すタイミングチヤ一トである。

図 1 8は、図 1 5中の各端子に供給する信号を示す他のタイミングチャ一トである。

図 1 9は、本発明の第 4の実施の形態である光スィツチシステムで用いられている光スィツチアレーを構成する単位素子としての 1つの光スィツチを模式的に示す概略平面図である。

図 2 0は、図 1 9中の X 1 1—X 1 2線に沿った概略断面図である。図 2 1は、図 1 9中の X 1 3— X 1 4線に沿った概略断面図である。図 22は、図 19中の X 1 5 -X 1 6線に沿った概略断面図である。図 23は、図 1 9中の Y 1 1 - Y 12線に沿った概略断面図である。図 24は、図 1 9中の Y 13— Y 14線に沿った概略断面図である。図 2 5は、図 1 9中の Y 1 5— Y 1 6線に沿った概略断面図である。図 2 6は、図 1 9中の Y 17—Y 1 8線に沿った概略断面図である。図 27は、本発明の第 5の実施の形態である光スィツチシステムで用いられている光スィツチアレーを模式的に示す概略平面図である。図 28は、ミラ一が上側に保持されている状態における、本発明の第

5の実施の形態における光スィツチシステムの要部を模式的に示す概略断面図である。

図 2 9は、ミラーが下側に保持されている状態における、本発明の第

図 30は、図 28及び図 29中の光導波路基板の一部を模式的に示す概略斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明によるマイクロアクチユエ一夕装置及びこれを用いた光スイッチシステムについて、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スィツチアレー 1を備えた光スィツチシステムの一例を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 1 1の面が XY平面と平行となっている。なお、説明の便宜上、 Z軸方向の +側を上側、 Z軸方向の一側を下側という。本実施の形態による光スィッチシステムは、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ノ 3と、 N本の光出力用光ファイバ 4と、光スィッチアレー 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ィツチアレー 1に供給する外部制御回路 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はそれそれ任意の数でよい。

本実施の形態では、磁石 5は、図 1に示すように、 Y軸方向の +側が N極に一側が S極に着磁された板状の永久磁石であり、光スィッチァレ一 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 5 aで示す磁界を発生している。すなわち、磁石 5は、光スィッチアレー 1に対して、 Y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。

光スィッチアレー 1は、図 1に示すように、基板 1 1 と、基板 1 1上に配置された M X N個のミラ一 1 2とを備えている。 M本の光入力用光ファイバ 2は、基板 1 1に対する X軸方向の一方の側から X軸方向に入射光を導くように、 X Y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とそれそれ対向するように基板 1 1に対する他方の側に配置され、光スィッチアレー 1のいずれのミラ一 1 2によっても反射されずに X軸方向に進行する光が入射するように、 X Y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ノ 4は、光スィヅチアレー 1のいずれかのミラ一 1 2により反射されて Y軸方向に進行する光が入射するように、 X Y平面と平行な面内に配置されている。 M x N個のミラー 1 2は、 M本の光入力用光フアイバ 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それ、後述するマイクロアクチユエ一夕により進出及び退出可能に Z軸方向に直線移動し得るように、 2次元マトリクス状に基板 1 1 上に配置されている。なお、本例では、ミラ一 1 2の向きは、その法線が X Y平面と平行な面内において X軸と 4 5 ° 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 1 2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。また、図 1は光ビームを空間で交差させてスィツチを行う装置であり、ファイバ端には光ビームとの結合を改善する為に、レンズを挿入することもある。

この光スィツチシステムの光路切替原理自体は、従来の 2次元光スィツチの光路切替原理と同様である。

次に、図 1中の光スィッチアレー 1の単位素子としての 1つの光スィツチの構造について、図 2乃至図 5を参照して説明する。図 2は、 1つの光スイッチを示す概略平面図である。図 3は、図 2中の X I— X 2線に沿った概略断面図である。図 4は、図 2中の Y 1—Y 2線に沿った概略断面図である。図 5は、図 3に対応する概略断面図であり、ミラ一 1 2が下側に保持された状態を示している。なお、図 3は、ミラ一 1 2が上側に保持された状態を示している。

この光スィツチは、前述したミラ一 1 2及び固定部としての前記基板 1 1の他に、基板 1 1に対して移動し得るように設けられた可動部としての可動板 2 1を備えている。基板 1 1には、可動板 2 1が進入する領域となる凹部 1 3が形成されている。本実施の形態では、基板 1 1としてシリコン基板等の半導体基板が用いられ、基板 1 1における可動板 2 1との対向部分が第 1の電極部を構成している。もっとも、基板 1 1とは別に、基板 1 1上に金属膜等により第 1の電極部を形成してもよい。可動板 2 1は、薄膜で構成され、下側絶縁膜 2 2と、下側絶縁膜 2 2 上に形成された 2つの第 2の電極部 2 3 a , 2 3 bと、下側絶縁膜 2 2 上に形成され電極部 2 3 a , 2 3 bをそれそれ基板 1 1の所定箇所に電気的に接続するための配線パターン 2 4 a , 2 4 bの一部と、下側絶縁膜 2 2上に形成され図 1中の磁石 5により生じた磁界内に配置されて通電によりローレンヅカを生ずる電流経路としてのコイル層 2 5と、これらの上側を覆う上側絶縁膜 2 6と、を有している。第 2の電極部 2 3 a , 2 3 bは、前記第 1の電極部を構成している基板 1 1との間の電圧により基板 1 1 との間に静電力を生じ得るものである。 .

絶縁膜 2 2， 2 6 としては、例えば、 S i N膜又は S i 0 ₂膜などを用いることができる。電極部 2 3 a , 2 3 b , 配線パターン 2 4 a , 2 4 b及びコイル層 2 5としては、例えば、 A 1膜等の金属膜などを用いることができる。なお、電極部 2 3 a， 2 3 b , 配線パターン 2 4 a， 2 4 bの一部、及びコイル層 2 5は、上側絶縁膜 2 6で覆われているため、図 2では本来隠れ線で示すべきであるが、図面表記の便宜上、上側絶縁膜 2 6で隠れた部分も実線で示している。ただし、コイル層 2 5におけるミラー 1 2で隠れた部分は隠れ線で示している。

本実施の形態では、可動板 2 1の X軸方向の両端部が、パネ性を有するバネ性部としてのフレクチユア部 2 7 a , 2 7 bと、アンカ一部 2 8 a , 2 8 bとを、それそれこの順に介して、基板 1 1における凹部 1 3 の周辺部に機械的に接続されている。フレクチユア部 2 7 a , 2 7 b及びアンカ一部 2 8 a， 2 8 bは、可動板 2 1からそのまま連続して延びた、下側絶縁膜 2 2、前記配線パターン 2 4 a , 2 4 bの残りの部分、コイル層 2 5をそれそれ基板 1 1の所定箇所に電気的に接続するための配線パターン 2 9 a， 2 9 b、及び上側絶縁膜 2 6で構成されている。なお、配線パターン 2 9 a , 2 9 bは、コイル層 2 5を構成する金属膜等がそのまま連続して延びたものとなっている。配線パターン 2 4 a， 2 4 b , 2 9 a, 2 9 bは、アンカ一部 2 8 a, 2 8 bにおいて、下側絶縁膜 2 2に形成した穴（図示せず）を介して基板 1 1の所定箇所にそれそれ電気的に接続されている。配線パターン 24 a, 24 bは、基板 1 1に形成された配線（図示せず）により、電気的に共通に接続されている。

フレクチユア部 2 7 a， 2 7 bは図 2に示すように平面視で曲がりくねった形状を有している。これにより、可動板 2 1は、上下に（ Z軸方向に）移動し得るようになつている。すなわち、本実施の形態では、可動板 2 1は、フレクチユア部 2 7 a , 2 7 bのパネ力（復帰力）により復帰しょうとする上側位置（第 2の位置）（図 3及び図 4参照）と、可動板 2 1が基板 1 1の凹部 1 3に進入してその底部に当接する下側位置 (第 1の位置）（図 5参照）との間を、移動し得るようになつている。図 3及び図 4に示す上側位置では、可動板 2 1の第 2の電極部 2 3 a, 2 3 bと第 1の電極部としての基板 1 1 との間隔が広がって、両者の間に生じ得る静電力は低下又は消失する。図 5に示す下側位置では、可動板 2 1の第 2の電極部 2 3 a, 2 3 bと第 1の電極部としての基板 1 1 との間隔が狭まって、両者の間に生じ得る静電力は増大する。

コイル層 2 5は、図 3及び図 4に示す上側位置から図 5に示す下側位置に向かう方向（下方向）及びその逆方向（上方向）にローレンツ力を生じ得るように、配置されている。具体的には、本実施の形態では、前述したように図 1中の磁石 5により Y軸方向に沿ってその一側へ向かう磁界が発生されているので、コイル層 2 5は、図 1に示すように、 X軸方向に延びるように配置されている。

ミラー 1 2は、可動板 2 1の上面に直立して固定されている。前述したように、ミラー 1 2の反射面の向きは、その法線が XY平面と平行な面内において X軸と 4 5 ° をなすように設定されている。

前述した光スィツチの構造のうちミラー 1 2以外の構成要素によって、ミラー 1 2を駆動するマイクロアクチユエ一夕が構成されている。

次に、 1つの光スィッチに着目して、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 6を参照して説明する。図 6は、 1つの光スィツチのコイル層 2 5に流れてローレンツ力を起こす電流（以下、「ローレンヅカ用電流」という）と、当該光スィツチの第 1の電極部（基板 1 1 ) と可動板 2 1の第 2の電極部 2 3 a， 2 3 b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、当該光スィツチのミラー 1 2の位置（したがって、可動板 2 1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口であり、フレクチユア部 2 7 a , 2 7 bのバネ力により、ミラ一 1 2 が図 3及び図 4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、図 3に示すように、入射光はミラ一 1 2にて反射され紙面手前側に進行する。

その後、時刻 T 1において、ミラ一 1 2の位置を図 5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 T 1から口一レンツ力用電流を +電流方向（下向きのローレンツ力を発生させる電流方向）に流し始め、時刻 T 2でローレンヅカ用電流が + 1 となるように時刻 T 1から時刻 T 2まで漸増させる。ここで、 + Iは、コイル層 2 5に、フレクチユア部 2 7 a , 2 7 bのバネ力より強くかつ下向きの口一レンツ力を発生させる電流である。

ミラー 1 2は、このローレンツ力により徐々に下降し、可動板 2 1が基板 1 1に当接した時刻 T 3で停止し、図 5に示す下側位置に保持される。このままローレンツ力によってミラー 1 2を下側位置に保持し続けるのではなく、時刻 T 4で静電力用電圧を Vとした後に、時刻 T 5から口 —レンヅカ用電流を漸減させて時刻 T 6でローレンヅカ用電流をゼロにする。ここで、 Vは、少なくとも、ミラ一 1 2が下側位置に位置しているときにフレクチユア部 2 7 a , 2 7 bのバネ力より強い静電力を発生させる電圧である。期間 T 3— T 4ではローレンヅカのみによりミラ一 1 2が下側位置に保持され、期間 T 4— T 6ではローレンツ力及び静電力によりミラー 1 2が下側位置に保持され、時刻 T 6以降では静電力のみによりミラ一 1 2が下側位置に保持される。期間 T 3— T 6は、ミラ - 1 2の下側位置への保持を口一レンヅ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 6以降がいわば下側保持の定常期間である。

ミラ一 1 2が下側位置に保持された期間では、図 5に示すように、入射光はミラー 1 2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 T 7において、ミラー 1 2の位置を図 3及び図 4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、ローレンツ力用電流を +電流方向（下向きのローレンヅカを発生させる電流方向）に流し始め、時刻 T 8で口一レンツ力用電流が + I となるように時刻 T 7から時刻 T 8まで漸増させる。このとき、これによる生ずる口一レンツ力とフレクチユア部 2 7 a , 2 7 bのバネ力とを加算した力に比べて、基板 1 1 と可動板 2 1の第 2の電極部 2 3 a , 2 3 bとの間の静電力の方が大きいので、ミラー 1 2は図 5に示す下側位置に保持されたままである。

その後、時刻 T 9で静電力用電圧をゼロとした後に、時刻 T 1 0からローレンヅカ用電流を漸減させて時刻 T 1 1でローレンツ力用電流をゼ口にする。期間 T 9— T 1 0では、静電力がゼロであるが、ローレンツ力用電流が + Iであるため、これにより発生している下向きのローレンヅ力がフレクチユア部 27 a, 27 bのバネ力より強いことから、ミラ — 1 2は図 5に示す下側位置に保持されている。時刻 T 10以降は、口 —レンツ力用電流が漸減しているので、フレクチユア部 27 a， 27 b のバネカ（上向きの力）がローレンヅ力より大きくなつて、ミラー 12 が徐々に上昇し、時刻 T l 1において図 3及び図 4に示す上側位置に戻り、フレクチユア部 27 a, 27 bのバネ力により上側位置に保持され続ける。

このように、可動板 2 1の第 2の電極部 23 a , 23 bと基板 1 1 (第 1の電極部）との間の間隔が大きいときに、ミラ一 12の位置（可動板 2 1の位置）に大きさが依存しないローレンヅカにより、ミラー 12をフレクチユア部 27 a， 27 bのバネ力に杭して下側位置に移動させている。したがって、静電力を高めるべく高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動板 2 1の可動範囲を広げることができる。また、可動板 2 1の第 2の電極部 2 3 a, 23 bと基板 1 1 (第 1の電極部）との間の間隔が小さくなつた下側位置の保持の定常状態では、静電力のみによってミラ一 1 2を下側位置に保持しているので、消費電力を低減することができる。

ところで、時刻 T 10でローレンヅカ用電流を急激にゼロにするとすれば、時刻 T 1 0以降はフレクチユア部 27 a, 27 bのバネ力のみしか作用しないため、このバネ力が比較的大きいことから、時刻 T 10においてミラ一 1 2が急激に上昇し、ミラ一 1 2が図 3及び図 4に示す上側位置付近に達したときにミラー 1 2等が衝撃等によつて機械的なストレスを受け、その寿命が短くなり、長期的に動作させたときの信頼性が低下する。これに対し、本実施の形態では、期間 T 10— T 1 1において、下向きのローレンヅカを発生させるローレンツ力用電流が漸減されるので、この口一レンヅ力がいわばブレーキ力として作用し、ミラ一 1 2が徐々に上昇する。したがって、本実施の形態によれば、ミラ一 1 2 等が受ける機械的なストレスが緩和され、その結果、その寿命が長くなり、長期的に動作させたときの信頼性が高まる。

なお、可動板 2 1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フレクチユア部 2 7 a , 2 7 bのバネ力より小さいものであれば、時刻 T 5の後に可動板 2 1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 8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。

図 1に示す光スィツチアレー 1は、前述した単位素子としての図 2乃至図 5に示す光スィツチを複数有し、これらの光スィツチが 2次元マトリクスに配置されている。また、図 1に示す光スィッチァレ一 1には、これらの光スィッチの各々に対して前述したような制御を、少ない本数の制御線で実現するべく、複数のスィツチング素子を含む図 7に示す回路が搭載されている。図 7は、光スィッチアレー 1を示す電気回路図である。

図 7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。もっとも、その数は何ら限定されるものではなく、例えば 1 0 0行 1 0 0列の光スィツチを有する場合も、原理は同一である。図 2乃至図 5に示す単一の光スィッチは、電気回路的には、 1個のコンデンサ（第 2の電極 2 3 aと第 1の電極（基板 1 1 ) とがなすコンデンサと、第 2の電極 2 3 bと第 1の電極（基板 1 1 ) とがなすコンデンサとが、並列接続された合成コンデンサに相当）と、 1個のコイル（コィル層 2 5に相当）と見なせる。図 7では、 m行 n列の光スィツチのコンデンサ及びコイルをそれそれ Cm n及び Lmnと表記している。例えば、図 7中の左上の（ 1行 1列の）光スィッチのコンデンサ及びコイルをそれそれ C 1 1及び L 1 1と表記している。

制御線の本数を減らすために、図 7に示す回路では、コンデンサ Cm n及びコイル Lmnに対してそれそれ、列選択スイッチ Mmnb , Mm n dと行選択スイッチ Mmn a , M m n cが設けられている。コンデンサ Cmnの一端が行選択スィツチ Mmn aの一端に接続され、行選択スィツチ Mmn aの他端が列選択スィツチ Mm n bの一端に接続され、列選択スィツチ Mmn bの他端は電圧制御スィツチ MC 1の一端及び電圧制御スイッチ M C 2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。電圧制御スィツチ MC 1の他端はクランプ電圧 VCに接続され、電圧制御スィツチ MC 2の他端はグランドに接続されている。

また、コイル Lmnの一端が行選択スィツチ Mmn cの一端に接続され、行選択スイッチ Mmn cの他端が列選択スィッチ Mmn dの一端に接続され、列選択スィツチ Mmn dの他端は電流制御スィツチ MC 3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。電流制御スィッチ MC 3の他端は、コイル Lを介して、前記電流 + Iを供給する電流源 I 1の一端に接続され、電流源 I 1の他端はグランドに接続されている。コイル Lは、図 6中の期間 T 1 - T 2及び期間 T 7 - T 8のローレンヅカ用電流の漸増及び期間 T 5— T 6及び期間 T 1 0 - T 1 1のローレンヅカ用電流の漸減を実現するために、設けられている。このコイル Lのリァク夕ンスとその配線抵抗との積で決まる時定数で電流変化が起こるため、コイル Lのリアクタンスを比較的大きくすることで、ローレンツ力用電流の漸減及び漸増を実現することができる。スィツチング素子としての列選択スィツチ M m n b , Mmn d、行選択スィツチ Mmna, Mmnc、電圧制御スィツチ MC 1 , MC 2及び電流制御スィツチ MC 3は、例えば、基板 1 1としてシリコン基板を用いた場合、基板 1 1に形成した N型 MO S トランジスタで構成することができる。

1行目の行選択スィヅチ M 1 1 a, M i l e , M 12 a , M 1 2 c , M 13 a， M 1 3 c、のゲートは、端子 V 1に接続されている。同様に、 2行目の行選択スィツチのゲートは端子 V 2に、 3行目の行選択スィッチのゲ一トは端子 V 3にそれそれ接続されている。

1列目の列選択スィヅチ M l l b， M i l d, M 2 1 b , M 2 1 d , M 3 1 b， M 3 1 dのゲ一トは、端子 H 1に接続されている。同様に、 2列目の列選択スィツチのゲ一トは端子 H 2に、 3行目の列選択スィッチのゲートは端子 H 3にそれそれ接続されている。

次に、各端子 V 1， V 2， V 3 , H I , H 2 , H 3， C 1， C 2， C 3に印加する電圧のタイミングチャートの一例を、図 8に示す。図 8において、時刻 t l以前は、全ての光スィッチのコンデンサ Cmnをクランプ電圧 V C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 V 1 , V 2 , V 3 , H l， H 2 , H 3は全てハイレベルとされて、全ての列選択スィッチ Mmn b , Mmn d及び行選択スイッチ Mmna, M m n cが導通状態になっている。また、この期間では、端子 C 1がハイレベルで端子 C 2が口一レベルとされ、電圧制御スイッチ M C 1が導通状態で電圧制御スィツチ M C 2が不導通状態になつている。さらに、端子 C 3は口一レベルとされ、電流制御スィッチ MC 3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 1 2 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 8の例では、時刻 t 1以前の電圧リフレッシュ期間では、ミラー 1 2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 V 1 , V 2 , V 3 , H 1 , H 2 , H 3 , C 1 , C 2 , C 3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ィツチを調べて、当該変更すべき光スィッチの 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ィツチがない場合には、前記電圧リフレツ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ィッチの数が 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。例えば、現在の位置状態から変更すべき光スィツチの数が 3つある場合には、状態変更期間→電圧リフレッシュ期間状態変更期間電圧リフレッシュ期間状態変更期間を設定してもよいし、連続して状態変更期間を設定してもよい。そして、設定した各状態変更期間においては、対応する光スィッチについて、指令された光路切換状態に応じて前述した図 6に示すような制御が実現されるように、端子 V 1， V 2 , V 3， H 1 , H 2， H 3 , C I , C 2 , C 3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 8は、外部制御回路 6により、電圧リフレッシュ期間→ 1行 1列の光スィ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 8の例では、時刻 t 1以前の電圧リフレツシュ期間では、ミラ一 1 2が下側位置に保持されている。時刻 t 1で、 1行 1列の光スィツチについての状態変更期間が開始され、端子 V 2 , V 3， H 2 , H 3が口一レベルにされてコンデンサ C 1 1以外のコンデンサ及びコィル L 1 1以外のコイルが切り離される。次に、時刻 t 2で端子 C 3がハィレベルにされ、電流源 I 1からコイル L 1 1へ電流が流れ始める。このとき、インダク夕ンス Lによって、コイル L I 1へ流れる電流は漸増し、やがてその電流は前記 + Iとなる。本例では、後述する時刻 t 5は、その電流が + Iになる時点以降となるように、設定されている。なお、時刻 t 2は図 6中の時刻 T 7に対応している。次に、時刻 t 3で端子 C 1がローレベルにされ、時刻 t 4で端子 C 2がハイレベルにされ、これにより、コンデンサ C 1 1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。この時刻 t 4は図 6中の時刻 T 9に対応している。次に、時刻 t 5で端子 C 2が口一レベルにされる。その後、時刻 t 6で端子 C 3がローレベルにされ、これにより、コイル L 1 1に流れていた電流が + Iから漸減していき、やがてその電流がゼロとなる。インダク夕ンス Lによって、コイル L I 1へ流れる電流は漸減するのである。この時刻 t 6は図 6中の時刻 T 1 0に対応している。これによつて、ミラ一 1 2は、徐々に上昇し、やがて図 3及び図 4に示す上側位置で停止して保持される。その後、時刻 t 7で端子 C 1がハイレベルにされた後に、時刻 t 8で、当該状態変更期間を終了し、電圧リフレシュ期間とされる。

次に、本実施の形態による光スィツチアレー 1の製造方法の一例について、図 9及び図 1 0を参照して説明する。図 9及び図 10の各図は、この製造工程を模式的に示す概略断面図であり、図 4に対応している。まず、前記基板 1 1となるべきシリコン基板 3 1に、図 7中のスィヅチ Mmna, Mmnb, Mmn c, Mmnd, MC I , MC 2 , M C 3 となる MO Sトランジスタ（図示せず）を、通常の MO Sプロセスで形成する。また、シリコン基板 1 1に図 7に示す回路を実現するのに必要な配線（図示せず）を形成する。この状態の基板 3 1の表面に S i〇 ₂ 膜 32を成膜する。次に、 S i 0₂膜 3 2上に下側絶縁膜 2 2となるベき S i N膜 33を成膜する。なお、 S i 0₂膜 32及び S i N膜 33には、基板 3 1に形成した M 0 S トランジスタに配線パターン 24 a , 2 4 b, 29 a ₅ 29 bを接続すべき箇所に、接続用の穴をフォトエッチ法により形成しておく。この状態の基板 3 1上に、電極部 23 a, 23 b、配線パターン 24 a, 24 b， 29 a, 2 9 b及びコイル層 25となるべき A 1膜 34を蒸着法等により形成した後、フォトエッチ法によりパターニングし、これらの形状とする。その後、上側絶縁膜 2 6となるべき S i N膜 35を成膜し、フォトエッチ法により S iN膜 33, 3 5を、可動板 2 1、フレクチユア部 27 a， 2 7 b及びアンカー部 28 a , 28 bの形状にパターニングする（図 9 (a))。

次に、図 9 (a) に示す状態の基板 3 1上に S i 0₂膜 36を成膜する。そして、 S i 0₂膜 3 6におけるミラ一 1 2を形成すべき箇所、及び、 3丄 0₂膜32 , 3 6におけるエッチングホールを形成すべき箇所を、除去する（図 9 (b))。

次いで、図 9 (b) に示す状態の基板にレジスト 37を厚塗りする。ここで、レジスト 37を露光、現像して、ミラー 1 2が成長される領域をレジスト 37に形成する（図 9 ( c))。その後、電解メヅキによりミラ一 1 2となるべき Au、 N iその他の金属 3 8を成長させる（図 10 (a))。

次に、レジスト 37を除去した後、 K 0 H溶液をエッチングホールを介して注入し、基板 3 1の一部を除去する（図 10 (b))。最後に、残存してぃる 3 :10₂膜32， 36を除去する。これにより、本実施の形態による光スィッチアレー 1が完成する。

本実施の形態によれば、前述したように静電力とローレンツ力とが巧みに利用されるため、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができ、かつ、消費電力を低減することができる。また、本実施の形態によれば、前述したように、ミラ一 1 2が図 6に示す下側位置から図 3及び図 4に示す上側位置へ移動する際に、下向きのローレンッカを発生させるローレンヅカ用電流が漸減されるので、ミラー 1 2等が受ける機械的なストレスが緩和され、その結果、その寿命が長くなり、長期的に動作させたときの信頼性が高まる。

[第 2の実施の形態]

本発明の第 2の実施の形態による光スィツチシステムは、前記第 1の実施の形態による光スィツチシステムを次のように変形したものであり、以下に説明する点以外は前記第 1の実施の形態と同様に構成されているので、その重複する説明は省略する。

本実施の形態では、各光スィツチに対して、図 6に示す制御に代えて、図 1 1に示す制御が行われる。図 1 1に示す制御が図 6に示す制御と異なる所は、図 6に示す制御では、期間 T 1— T 2及び期間 T 7— T 8においてローレンヅカ用電流を漸増させ、期間 T 5— T 6においてローレンヅカ用電流を漸減させているのに対し、図 1 1に示す制御では、図 6 中の時刻 T 1に対応する時刻 T 2 1及び図 6中の時刻 T 7に対応する時刻 T 2 5でローレンツ力用電流を急激に + Iに立ち上げ、図 6中の時刻 T 5に対応する時刻 T 2 4でローレンヅカ用電流を急激にゼロに立ち下げている。その他の点は、図 1 1に示す制御も図 6に示す制御と同様であるので、その説明は省略する。なお、図 1 1中の時刻 T 2 2 , T 2 3 , T 2 6 , T 2 7 , T 2 8は、図 6中の時刻 T 3 , T 4 , T 9 , T 1 0 , T 1 1にそれぞれ対応している。

また、本実施の形態では、光スィッチアレー 1には、図 7に示す回路に代えて、図 1 2に示す回路が搭載されている。図 1 2は、本実施の形態で用いられている光スィッチアレー 1を示す電気回路図である。図 1 2において、図 7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。

図 12に示す回路が図 7に示す回路と異なる所は、コイル Lをシャントし得る N型 MO S トランジス夕等からなる制御スィツチ M C 5が追加され、この制御スィツチ MC 5のゲ一トに端子 C 5が接続されている点のみである。端子 C 5をハイレベルにするかローレペルにするかによつて、コイル Lを有効にするか無効にするかを選択することができ、コィル Lmnに対する電流の変化を急激にするか緩慢にするかを選択することができる。

本実施の形態では、端子 V 1， V2 , V3, H 1， H 2 , H 3, C 1， C 2， C 3 , C 5に印加する信号（電圧）は、図 1中の外部制御回路 6 に相当する外部制御回路から制御信号として供給される。この外部制御回路は、図 1中の外部制御回路 6と同様に、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ィツチを調べて、当該変更すべき光スィツチの 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ィ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ィッチの数が 2つ以上の場合）には、各状態変更期間の間に電圧リフレツシュ期間を設定してもよいし設定しなくてもよい。例えば、現在の位置状態から変更すべき光スィッチの数が 3つある場合には、状態変更期間→ 電圧リフレッシュ期間状態変更期間電圧リフレツシュ期間状態変更期間を設定してもよいし、連続して状態変更期間を設定してもよい。そして、設定した各状態変更期間においては、対応する光スィッチについて、指令された光路切換状態に応じて前述した図 1 1に示すような制御が実現されるように、端子 V I , V 2 , V 3 , H I , H 2 , H 3 , C 1， C 2 , C 3 , C 5に印加する信号を供給する。なお、この外部制御回路を光スィッチアレー 1に搭載してもよいことは、言うまでもない。図 1 3は、前記外部制御回路により、電圧リフレッシュ期間→ 1行 1 列の光スィツチについての状態変更期間電圧リフレツシュ期間が、設定された例である。図 1 3の例では、時刻 t 2 1以前の電圧リフレツシュ期間では、ミラー 1 2が下側位置に保持されている。時刻 t 2 1で、 1行 1列の光スィツチについての状態変更期間が開始され、端子 V 2 , V 3 , H 2 , H 3がローレベルにされてコンデンサ C 1 1以外のコンデンサ及びコイル L 1 1以外のコイルが切り離される。次に、時刻 t 2 2 で、端子 C 3がハイレベルにされると同時に、端子 C 5がハイレベルとされて制御スィッチ M C 5が導通状態にされ、これにより、コイル L 1 1へ急激に電流 + Iが流れる。この時刻 t 2 2は図 1 1中の時刻 T 2 5 に対応している。次に、時刻 t 2 3で端子 C 1がローレペルにされ、時刻 t 2 4で端子 C 2がハイレベルにされ、これにより、コンデンサ C 1 1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。この時刻 t 2 4は図 1 1中の時刻 T 2 6に対応している。次に、時刻 t 2 5で、端子 C 2がローレベルにされるとともに、端子 C 5がローレベルにされる。その後、時刻 t 2 6で端子 C 3がローレペルにされ、これにより、コイル L 1 1に流れている電流が + Iから漸減していき、やがてその電流がゼロとなる。このときには、端子 C 5がローレベルにされており、制御スィッチ M C 5が不導通状態となっているので、コイル Lが有効となっていることから、コイル L 1 1に流れる電流が漸減するのである。この時刻 t 2 6は図 6中の時刻 T 2 7に対応している。これによつて、ミラ一 1 2は、徐々に上昇し、やがて図 3及び図 4に示す上側位置で停止して保持される。その後、時刻 t 2 7で端子 C 1がハイレベルにされた後に、時刻 t 2 8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 1 3中の状態変更期間は、下側に保持されていたミラー 1 2を上側位置に変更する期間であつたが、逆に、上側に保持されていたミラ一 1 2を下側位置に変更する状態変更期間においては、図 1 1中の時刻 T 2 1に対応する時点で端子 C 3 , C 5を同時にハイレベルとし、図 1 1中の T 2 4に対応する時点で端子 3をローレベルとし、その時点から所定時間経過した後に端子 C 5を口一レベルにすれば、図 1 1に示すようなローレンヅカ用電流の急激な立ち上がり及び立ち下がりを実現することができる。

本実施の形態によれば、前記第 1の実施の形態と同様の利点が得られる他、図 1 1中の T 2 1においてローレンヅカ用電流が急激に + Iに立ち上げられるので、ミラー 1 2を上側位置から下側位置へ移動させる際の移動時間が短縮され、その分、動作速度を高めることができる。

[第 3の実施の形態]

本発明の第 3の実施の形態による光スィツチシステムは、前記第 1の実施の形態による光スィッチシステムを次のように変形したものであり、以下に説明する点以外は前記第 1の実施の形態と同様に構成されているので、その重複する説明は省略する。

本実施の形態では、各光スィツチに対して、図 6に示す制御に代えて、図 1 4に示す制御が行われる。図 1 4に示す制御が図 6に示す制御と異なる所は、図 6に示す制御では、期間 T 1 0— T 1 1において、ローレンヅカ用電流を + Iからゼロに漸減させているだけであるのに対し、図 1 4に示す制御では、図 6中の時刻 T 1 0に対応する時刻 T 4 0から時刻 T 4 1までの期間において、ローレンヅカ用電流として一 I (コイル層 2 5に上向きのローレンツ力を発生させる電流）を流し、時刻 T 4 1 から図 6中の時刻 T 1 1に対応する時刻 T 4 2までの期間において、口一レンツ力用電流としてほぼ + Iからゼロまで漸減する電流を流す。その他の点は、図 1 1に示す制御も図 6に示す制御と同様であるので、その説明は省略する。なお、図 1 4中の時刻 T 3 1〜T 4 0 , Τ 4 2は、図 6中の時刻 Τ ：!〜 Τ 1 1にそれそれ対応している。

したがって、本実施の形態によれば、ミラー 1 2が図 5に示す下側位置から図 3及び図 4に示す上側位置へ移動する際には、その移動の初期の期間 Τ 4 0 - Τ 4 1において、上向きの口一レンツ力がかかるので、このローレンツ力が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 1 2の移動速度が高まり、より短時間で上側位置へ移動させることができる。また、ミラ一 1 2が下側位置に保持されているときに、可動板 2 1と基板 1 1 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、可動板 2 1には、移動の初期の期間 Τ 4 0— Τ 4 1で大きな上向きの力がかかるので、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。

また、本実施の形態によれば、ミラー 1 2が図 5に示す下側位置から図 3及び図 4に示す上側位置へ移動する際には、その移動の終了前の期間 Τ 4 1— Τ 4 2において、ほぼ + Iからゼロまでのローレンヅカ用電流（下向きのローレンツ力を発生させる電流）が流れるので、この口一レンヅ力がいわばブレーキ力として作用し、ミラ一 1 2が緩慢に上昇する。したがって、本実施の形態によれば、前記第 1の実施の形態と同様に、ミラー 1 2等が受ける機械的なストレスが緩和され、その結果、その寿命が長くなり、長期的に動作させたときの信頼性が高まる。

本実施の形態では、光スイッチアレー 1には、図 7に示す回路に代えて、図 1 5に示す回路が搭載されている。図 1 5は、本実施の形態で用いられている光スィッチアレー 1を示す電気回路図である。図 1 5において、図 7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。

図 1 5に示す回路が図 7に示す回路と異なる所は、電流制御スィツチ MC 4、及び、前記電流— Iを供給する電流源 I 2が追加されている点である。電流制御スィツチ MC 4の一端が列選択スィツチ Mmn dの他端に接続され、電流制御スィッチ MC 4の他端が電流源 I 2の一端に接続され、電流源 I 2の他端はグランドに接続されている。電流制御スィツチ MC 4のゲ一トは端子 C 4に接続されている。

本実施の形態では、端子 V 1 , V2 , V3， H 1 , H 2 , H 3, C 1， C 2 , C 3 , C 4に印加する信号（電圧）は、図 1中の外部制御回路 6 に相当する外部制御回路から制御信号として供給される。この外部制御回路は、図 1中の外部制御回路 6と同様に、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ィツチを調べて、当該変更すべき光スィツチの 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ィツチがない場合には、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ツチの数が 2つ以上の場合）には、各状態変更期間の間に電圧リフレツシュ期間を設定してもよいし設定しなくてもよい。例えば、現在の位置状態から変更すべき光スィツチの数が 3つある場合には、状態変更期間電圧リフレッシュ期間状態変更期間電圧リフレツシュ期間 "^状態変更期間を設定してもよいし、連続して状態変更期間を設定してもよい。そして、設定した各状態変更期間においては、対応する光スィツチについて、指令された光路切換状態に応じて前述した図 14に示すような制御が実現されるように、端子 V I , V 2 , V3 , H I , H 2 , H 3， C 1 , C 2 , C 3 , C 4に印加する信号を供給する。なお、この外部制御回路を光スィッチアレー 1に搭載してもよいことは、言うまでもない。図 1 6は、前記外部制御回路により、電圧リフレッシュ期間→ 1行 1 列の光スィツチについての状態変更期間電圧リフレツシュ期間が、設定された例である。図 1 6の例では、時刻 t 3 1以前の電圧リフレツシュ期間では、ミラー 1 2が下側位置に保持されている。時刻 t 3 1で、 1行 1列の光スィッチについての状態変更期間が開始され、端子 V 2， V 3 , H 2 , H 3がローレベルにされてコンデンサ C I 1以外のコンデンサ及びコイル L 1 1以外のコイルが切り離される。次に、時刻 t 3 2 で端子 C 3がハイレベルにされ、電流源 I Iからコイル L 1 1へ電流が流れ始める。このとき、インダク夕ンス Lによって、コイル L 1 1へ流れる電流は漸増し、やがてその電流は前記 + I となる。本例では、後述する時刻 t 3 5は、その電流が + Iになる時点以降となるように、設定されている。なお、時刻 t 3 2は図 1 4中の時刻 T 3 7に対応している。次に、時刻 t 3 3で端子 C 1がローレペルにされ、時刻 t 3 4で端子 C 2がハイレベルにされ、これにより、コンデンサ C 1 1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。この時刻 t 3 4は図 1 4中の時刻 T 3 9に対応している。次に、時刻 t 3 5で端子 C 2が口 —レベルにされる。その後、時刻 t 3 6で端子 C 3がローレベルにされると同時に端子 C 4がハイレベルにされ、これにより、コイル L 1 1に電流一 Iが流れる。このとき、コイル Lにはエネルギーが蓄積された状態のままとなる。なお、時刻 t 3 6は図 1 4中の時刻 T 4 0に対応している。次に、時刻 t 3 7で、端子 C 4がローレペルにされて電流制御スイッチ M C 4が不導通状態にされ、これにより、コイル Lに蓄積されていたエネルギーによってほぼ + Iがコイル 1 1へ流れ、その後、その電流はほぼ + Iからゼロまで漸減する。時刻 t 3 7は図 1 4中の時刻 T 4 1に対応している。これによつて、ミラ一 1 2は、図 3及び図 5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。その後、時刻 t 3 8で端子 C 1がハイレベルにされた後に、時刻 t 3 9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。

本実施の形態によれば、前述したように、前記第 1の実施の形態と同様の利点が得られる他、ミラー 1 2が下側位置から上側位置へ移動する際の動作速度が高まるとともに、ステイツキングが生じても作動不能となるおそれがなくなる。

[第 4の実施の形態]

本発明の第 4の実施の形態による光スィツチシステムは、前記第 1の実施の形態による光スィツチシステムを次のように変形したものであり、以下に説明する点以外は前記第 1の実施の形態と同様に構成されているので、その重複する説明は省略する。

本実施の形態では、各光スィツチに対して、図 6に示す制御に代えて、図 1 7に示す制御が行われる。図 1 7に示す制御が図 6に示す制御と異なる所は、図 6に示す制御では、ミラー 1 2を下側位置から上側位置へ移動させる際に、期間 T 7— T 1 1において、コイル層 2 5に上向きの口一レンヅカを発生するローレンヅカ用電流を流しているのに対し、図 1 7に示す制御では、ミラ一 1 2を下側位置から上側位置へ移動させる際に、コイル層 2 5に下向きの口一レンヅカを発生するローレンツ力用電流を流すことなく、図 6中の時刻 T 9に対応する時刻 T 5 7から時刻 T 5 8までの期間において、ローレンヅカ用電流として一 I (コイル層 2 5に上向きのローレンヅカを発生させる電流）を流す。時刻 T 5 8は、ミラー 1 2が下側位置から上側位置に移動する途中の位置に位置している時点である。その他の点は、図 1 7に示す制御も図 6に示す制御と同様であるので、その説明は省略する。なお、図 1 7中の時刻 T 5 1〜T 5 6は、図 6中の時刻 Τ 1〜Τ 6にそれぞれ対応している。

したがって、本実施の形態によれば、ミラー 1 2が図 5に示す下側位置から図 3及び図 4に示す上側位置へ移動する際には、その移動の初期の期間 T 5 7 - T 5 8において、上向きのローレンツ力がかかるので、このローレンヅ力が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、本実施の形態によれば、前記第 3の実施の形態と同様に、ミラー 1 2が下側位置から上側位置へ移動する際の動作速度が高まるとともに、スティッキングが生じても作動不能となるおそれがなくなる。なお、本実施の形態では、前記第 1及び第 3の実施の形態と異なり、ミラー 1 2が図 5に示す下側位置から図 3及び図 4に示す上側位置へ移動する際に下向きのローレンヅカによる前述したブレーキ力を利用していないため、ブレーキ力に基づく利点は得ることができない。

本実施の形態では、前記第 3の実施の形態と同じく、光スィッチァレ — 1には、図 7に示す回路に代えて、図 1 5に示す回路が搭載されている。

本実施の形態では、端子 V 1 , V 2 , V 3 , H 1 , H 2 , H 3 , C 1 ， C 2 ， C 3 ， C 4に印加する信号（電圧）は、図 1中の外部制御回路 6 に相当する外部制御回路から制御信号として供給される。この外部制御回路は、図 1中の外部制御回路 6と同様に、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ィツチを調べて、当該変更すべき光スィツチの 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ィ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ツチの数が 2つ以上の場合）には、各状態変更期間の間に電圧リフレツシュ期間を設定してもよいし設定しなくてもよい。例えば、現在の位置状態から変更すべき光スィッチの数が 3つある場合には、状態変更期間電圧リフレッシュ期間状態変更期間電圧リフレツシュ期間状態変更期間を設定してもよいし、連続して状態変更期間を設定してもよい。そして、設定した各状態変更期間においては、対応する光スィッチについて、指令された光路切換状態に応じて前述した図 1 7に示すような制御が実現されるように、端子 V I , V 2 , V 3 , H I , H 2 , H 3 ， C 1 , C 2 , C 3 ， C 4に印加する信号を供給する。なお、この外部制御回路を光スィッチアレー 1に搭載してもよいことは、言うまでもない。図 1 8は、前記外部制御回路により、電圧リフレツシュ期間 1行 1 列の光スィツチについての状態変更期間電圧リフレツシュ期間が、設定された例である。図 1 8の例では、時刻 t 5 1以前の電圧リフレヅシュ期間では、ミラ一 1. 2が下側位置に保持されている。時刻 t 5 1で、 1行 1列の光スィツチについての状態変更期間が開始され、端子 V 2 , V 3 , H 2 , H 3がローレペルにされてコンデンサ C 1 1以外のコンデンサ及びコイル L 1 1以外のコイルが切り離される。次に、時刻 t 5 2 で端子 C 1が口一レベルにされ、時刻 t 5 3で端子 C 2がハイレペルにされると同時に端子 C 4がハイレベルにされる。これにより、コンデンサ C 1 1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、ローレンヅカ用電流として一 I (コイル層 2 5に上向きの口 —レンツ力を発生させる電流）がコイル L 1 1に流れる。この時刻 t 5 3は図 1 Ί中の時刻 T 5 7に対応している。次に、時刻 t 5 4で端子 C 4が口一レベルにされる。この時刻 t 5 4は図 1 7中の時刻 T 5 8に対応している。これによつて、ミラ一 1 2は、図 3及び図 4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 t 5 5で端子 C 1 がハイレベルにされ、更に時刻 t 5 6で端子 C 1がハイレベルにされた後に、時刻 t 5 7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。

本実施の形態によれば、前述したように、前記第 1及び第 3の実施の形態と同様に、高い電圧をかけたり小型化を損なったりすることなく、可動部の可動範囲を広げることができ、かつ、消費電力を低減することができる。また、本実施の形態によれば、前述したように、前記第 3の実施の形態と同様に、ミラー 1 2が下側位置から上側位置へ移動する際の動作速度が高まるとともに、ステイツキングが生じても作動不能となるおそれがなくなる。

[第 5の実施の形態]

図 1 9は、本発明の第 5の実施の形態による光スィヅチシステムで用いられている光スィツチアレーを構成する単位素子としての 1つの光スイッチ（すなわち、 1つのマイクロアクチユエ一夕 1 1 1及びこれにより駆動される 1つのミラー 1 2 ) を模式的に示す概略平面図である。図 1 9では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って形成された保護膜としての S iN膜 144は省略して示し、本来実線で書くべき凸条部 149 , 1 50のラインを破線で示し、 A1膜 142， 143にそれそれ異なるハッチングを付している。図 2 0は、図 1 9中の X 1 1 -X 1 2線に沿つた概略断面図である。図面には示していないが、図 1 9中の X 1 9— X 20線に沿った概略断面図は図 2 0と同様となる。図 2 1は、図 1 9 中の X 1 3— X 14線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図 1 9中の X 17 -X 1 8線に沿った概略断面図は図 2 1と同様となる。図 22は、図 1 9中の X 1 5—X 1 6線に沿った概略断面図である。図 23は、図 1 9中の Y l l— Y 12線に沿った概略断面図である。図 24は、図 1 9中の Y 1 3 - Y 14線に沿った概略断面図である。図 25は、図 1 9中の Y 1 5— Y 1 6線に沿った概略断面図である。図 2 6は、図 1 9中の Y 1 7 - Y 1 8線に沿った概略断面図である。なお、図 20乃至図 2 6では、梁構成部 1 32 , 1 34が Z軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部 13 2 , 134は、実際には、可動部が力を受けていない状態において、当該梁構成部 132 , 1 34 を構成する膜の応力によって + Z方向に湾曲している。

前記第 1乃至第 4の実施の形態では、ミラー 12を駆動するマイクロァクチユエ一夕がフレクチユア部 27 a, 27 bによる両持ち構造を有していたのに対し、本実施の形態では、マイクロアクチユエ一夕 1 1 1 は片持ち梁構造を有している。

本実施の形態で用いられているマイクロアクチユエ一夕 1 1 1は、シリコン基板やガラス基板等の基板 1 2 1と、脚部 1 22 , 1 23と、 Z 軸方向から見た平面視で主として X軸方向に並行して延びた 2本の帯板状の梁部 1 24, 125と、梁部 1 24， 12 5の先端（自由端、 +X 方向の端部）に設けられそれらの間を機械的に接続する平面視で長方形状の接続部 12 6と、梁部 1 24を構成する梁構成部 1 33及び梁部 1

25を構成する梁構成部 135の固定端側同士を補強のために機械的に接続する接続部 127と、固定電極 1 28と、を備えている。

梁部 1 24の固定端（—X方向の端部）は、基板 12 1上のシリコン酸化膜等の絶縁膜 1 29上に形成された A 1膜からなる配線パターン 1

30， 1 3 1 (図 1 9では省略）をそれぞれ介して基板 1 2 1から立ち上がる立ち上がり部を持つ 2つの個別脚部 1 2 2 a, 1 22 bからなる脚部 1 22を介して、基板 1 2 1に機械的に接続されている。同様に、梁部 1 2 5の固定端（—X方向の端部）は、基板 1 2 1上の絶縁膜 1 2 9上に形成された A 1膜からなる 2つの配線パターン（図示せず）をそれそれ介して基板 1 2 1から立ち上がる立ち上がり部を持つ 2つの個別脚部 1 23 a, 123 bからなる脚部 1 23を介して、基板 1 2 1に機械的に接続されている。前述したように、梁部 124， 1 2 5の自由端間が接続部 12 6で機械的に接続され、梁構成部 1 32 , 1 34の固定端側同士が接続部 1 27で機械的に接続されている。したがって、本実施の形態では、梁部 1 2 4 , 1 2 5及び接続部 1 2 6 ， 1 2 7が、全体として、片持ち梁構造を持つ可動部を構成している。本実施の形態では、基板 1 2 1、固定電極 1 2 8及び絶縁膜 1 2 9が、固定部を構成してい梁部 1 2 4は、前記可動部の固定端と自由端との間に機械的に X軸方向に直列に接続された 2つの梁構成部 1 3 2 , 1 3 3を有している。梁構成部 1 3 2は、 Ζ軸方向から見た平面視で X軸方向に延びた帯板状に構成されている。梁構成部 1 3 3は、帯板状に構成され、図 1 9に示すように、 Ζ軸方向から見た平面視で、主として X軸方向に延びているものの、—χ側の位置で γ軸方向に折れ曲がつたような形状を有している。固定端側（一 X側）の梁構成部 1 3 2は Ζ軸方向に橈み得る板ばね部となっているのに対し、自由端側（+ Χ側）の梁構成部 1 3 3は Ζ軸方向 (基板 1 2 1側及びその反対側）の橈み及びその他の方向の橈みに対して実質的に剛性を有する剛性部となっている。

梁構成部 1 3 2は、下側の S i Ν膜 1 4 1 と中間の A 1膜 1 4 2 ， 1 4 3と上側の保護膜としての S i N膜 1 4 4とが積層された 3層.（ただし、 A 1膜 1 4 2 , 1 4 3間の隙間では 2層）の薄膜で、板ばねとして作用するように構成されている。 A 1膜 1 4 2 と A 1膜 1 4 3とは、同一階層に形成されているが、図 1 9に示すように、若干 Y軸方向に隙間をあけて形成され、互いに電気的に分離されている。これは、 1膜 1 4 2を静電力用の可動電極への配線として用い、 A 1膜 1 4 3をローレンヅカ用の電流経路を形成するための配線として用いるためである。静電力用の配線ではほとんど電流を流さない一方、ローレンヅカ用の配線では比較的大きい電流を流すため、ローレンヅカ用の配線の電気抵抗を低減するべく、 A 1膜 1 4 2は幅が狭く形成され、 A 1膜 1 4 3は幅が広く形成されている。梁構成部 133は、梁構成部 132からそのまま連続して延びた下側の S i N膜 14 1と中間の A 1膜 142， 143と上側の保護膜としての S i N膜 144とが積層された 3層（ただし、 A 1膜 142 , 143 間の隙間では 2層）の薄膜で、構成されている。しかし、後述する凸条部 149 , 1 5 0を形成することによって、梁構成部 1 33に前述した剛性を持たせている。

図 20では、梁構成部 132が Z軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部 132は、実際には、駆動信号が供給されていない状態において、膜 14 1〜 144の応力によって、上方（基板 12 1と反対側、 +Z方向）に湾曲している。このような湾曲状態は、膜 1 41 , 142， 144の成膜条件を適宜設定することにより、実現することができる。一方、梁構成部 133は、駆動信号の供給の有無に拘わらず Z軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜 14 1〜 144の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。このように、梁構成部 1 32と梁構成部 133とは、梁部 124が力を受けない状態で、異なる湾曲'非湾曲状態を持っている。本実施の形態では、脚部 122は、梁構成部 132を構成する S i N 膜 14 1 , 144及び A 1膜 142 , 143がそのまま連続して延びることによって構成され、 2つの個別脚部 1 22 a, 1 22 bを有している。脚部 1 22が 2つの個別脚部 1 22 a , 1 22 bを有しているのは、静電力用の配線とローレンツ力用の配線とを分離して、 A1膜 142と A 1膜 143とを基板 1 2 1上の別々の配線パターン 1 30 , 1 3 1にそれそれ電気的に接続させるためである。 A 1膜 142は、個別脚部 1 22 aにおいて S i N膜 141に形成された開口を介して配線パターン 130に電気的に接続されている。 A 1膜 143は、個別脚部 1 22 b において S i N膜 14 1に形成された開口を介して配線パターン 1 3 1 に電気的に接続されている。なお、脚部 122の上部には、脚部 122 の強度を補強するために、凸条部 1 5 1が Z方向から見た平面視で個別脚部 122 a， 12 2 bを一括して囲むように口の字状に形成されている。

梁部 12 5及び脚部 1 23は、前述した梁部 124及び脚部 1 22とそれそれ全く同一の構造を有している。梁部 1 25を構成する ¾構成部 134, 1 35は、梁部 124を構成する梁構成部 13 2, 133に相当している。脚部 1 23を構成する個別脚部 1 23 a， 12 3 bは、脚部 1 22を構成する個別脚部 1 22 a, 122 bにそれそれ相当している。また、脚部 1 23の上部には、前述した凸条部 1 5 1に相当する凸条部 152が形成されている。

接続部 1 27は、梁構成部 133 , 135からそのまま連続して延びた S i N膜 14 1 , 14 の 2層膜で構成されている。接続部 1 27には、梁構成部 1 33， 1 35からの A 1膜 142 , 143は延びておらず、接続部 12 7においては、何ら電気的な接続は行われていない。本実施の形態では、梁構成部 133 , 135及び接続部 1 26 , 1 2 7に一括して剛性を付与するべく、図 1 9中の破線で示すように、平面視でこれらの一括した領域の外周側において周回するように凸条部 14 9が形成され、前記一括した領域の内周側に周回するように凸条部 1 5 0が形成されている。この凸条部 149， 1 5 0によって、梁構成部 1 33 , 13 5が補強されて剛性を有している。梁構成部 133 , 135 は、駆動信号の供給の有無に拘わらず Z軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜 141〜 144の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。

接続部 1 2 6は、梁構成部 1 33, 13 5を構成する S i N膜 141 , 144及び A1膜 142， 143がそのまま連続して延びることによつて構成されている。接続部 1 2 6には、被駆動体としての A u、 N i又はその他の金属からなるミラ一 1 2が設けられている。

接続部 1 2 6において、 A 1膜 1 4 2 と A 1膜 1 4 3とは図 1 9に示すように分離されており、接続部 1 2 6における A 1膜 1 4 2の部分が静電力用の可動電極として兼用されている。この可動電極に対向する基板 1 2 1上の領域には、 A 1膜からなる静電力用の固定電極 1 2 8が形成されている。図面には示していないが、固定電極 1 2 8を構成する A 1膜は配線パターンとしても延びており、前記配線パターン 1 3 0と共に利用することによって、固定電極 1 2 8と可動電極として兼用された接続部 1 2 6における A 1膜 1 4 2 との間に電圧（静電力用電圧）を、静電力用駆動信号として印加できるようになつている。

—方、前述した説明からわかるように、 A 1膜 1 4 3によって、脚部 1 2 2の個別脚部 1 2 2 b下の配線パターン 1 3 1から、梁構成部 1 3 2 梁構成部 1 3 3■ 接続部 1 2 6 梁構成部 1 3 5 梁構成部 1 3 4 を経て、脚部 1 2 3の個別脚部 1 2 3 b下の配線パターン（図示せず）へ至る、電流経路が構成されている。この電流経路のうち、接続部 1 2 6における Y軸方向に沿った電流経路が、 X軸方向の磁界内に置かれたときに、 Z軸方向へ向かう口一レンヅカを発生させる部分となっている。したがって、永久磁石等（図示せず）を用いて X軸方向の磁界内に置き、前記電流経路へ電流（ローレンツ力用電流）を流すと、接続部 1 2 6における A 1膜 1 4 3にローレンヅカ（駆動力）が Z方向へ作用する。なお、このローレンヅ力の向きが + Z方向であるか一 Z方向であるかは、ローレンヅカ用電流の向きによって定まる。

したがって、本実施の形態においても、 1つの光スィッチに対して、前述した図 6、図 1 1及び図 1 4にそれそれ示す制御のうちのいずれかの制御と同様の制御を行うことにより、ミラ一 1 2が上側（基板 1 2 1 と反対側）に保持された状態及びミラ一 1 2が下側（基板 1 2 1側）に保持された状態にすることができる。本実施の形態では、このような制御が行われるようになつている。

本実施の形態では、図 2 7に示すように、ミラ一 1 2及びこれを駆動するマイクロアクチユエ一夕 1 1 1で構成された光スィツチが複数基板 1 2 1上に 2次元マトリクスに配置され、これらが光スィツチアレーを構成している。本実施の形態では、梁構成部 1 3 3 , 1 3 5が、図 1 9 に示すように、 Z軸方向から見た平面視でー X側の位置で Y軸方向に折れ曲がったような形状を有し、これにより、梁部 1 2 4 , 1 2 5の途中を Y軸方向に折れ曲がつたような形状にしているため、図 2 7に示すように、複数のマイクロアクチユエ一夕 1 1 1を基板 1 2 1上に 2次元状に配置する場合、その配置密度を高めることができるようになつている。図 2 7は、本実施の形態による光スィツチシステムで用いられている光スィツチアレーを模式的に示す概略平面図である。

なお、本実施の形態では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って、保護膜としての S i N膜 1 4 4が形成されているが、この S i N膜 1 4 4 は形成しなくてもよい。ただし、この場合、 1膜 1 4 2 , 1 4 3の電気的な絶縁を確保するため、ミラー 1 2の下部には S i N膜 1 4 4を残しておく。

図面には示していないが、本実施の形態で用いられている光スィヅチアレーには、前記第 1乃至第 4のいずれかの実施の形態と同様に、図 7、図 1 2及び図 1 5にそれそれ示す回路のうちのいずれかの回路と同様の回路が搭載されている。当該回路には、前記第 1乃至第 4のいずれかの実施の形態と同様に、例えば、図 8、図 1 3、図 1 6及び図 1 8のうちの、対応する図に示すような信号を印加すればよい。なお、本実施の形態で用いられている光スィッチアレーは、例えば、 M O S トランジスタ製造プロセスの他、膜の形成及びパ夕一ニング、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。本実施の形態による光スィツチシステムは、前述した光スィヅチアレ

—の他、図 2 8及び図 2 9に示すように、光導波路基板 1 9 0を有している。図 2 8及び図 2 9は、それそれ本発明の第 5の実施の形態による光スィツチシステムの要部を模式的に示す概略断面図である。図 2 8はミラー 1 2が上側に保持されて光路に進出した状態、図 2 9はミラー 1 2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 2 8及び図 2 9において、マイクロアクチユエ一夕 1 1 1の構造は大幅に簡略化して示している。図 3 0は、図 2 8及び図 2 9中の光導波路基板 1 9 0の一部を模式的に示す概略斜視図である。

本実施の形態では、光導波路基板 1 9 0は、図 3 0に示すように、切り替えるべき光を伝搬する 4本の光導波路 1 9 1 ~ 1 9 4を有している。光導波路基板 1 9 0は中央部に例えば幅数十^ m程度の溝 1 9 6を有し、溝 1 9 6の側面に光導波路 1 9 1〜 1 9 4の端面 1 9 1 a, 1 9 2 a, 1 9 3 b, 1 9 bが露出されている。端面 1 9 1 aと端面 1 9 2 aとの間隔、及び、端面 1 9 3 bと端面 1 9 4 bとの間隔は、図 2 8及び図 2 9に示すように、ミラー 1 2の反射面で覆うことのできる間隔に設計されている。

図 2 8及び図 2 9に示すように、光導波路基板 1 9 0が、マイクロアクチユエ一夕 1 1 1の基板 1 2 1上に設置され、導波路基板 1 9 0と基板 1 2 1 との間の空間及びこれに連通する溝 1 9 6内の空間内に、屈折率整合液 2 0 2が封入されている。もっとも、屈折率整合液 2 0 2は必ずしも封入しなくてもよいが、屈折率整合液を用いた場合は、光のビームの損失がより少なくなる。なお、基板 1 2 1 と光導波路基板 1 9 0とは、ミラー 1 2が溝 1 9 6内に揷入できるように位置合わせされている。なお、図 2 8乃至図 3 0では、光導波路基板 1 9 0における光導波路の交差点が 1つであるものとして示しているが、実際には、光導波路基板 1 9 0において光導波路を 2次元マトリクス状に形成することにより、光導波路の交差点が 2次元マトリクス状に配置され、これに応じて、基板 1 2 1上に複数のマイクロアクチユエ一夕 1 1 1が 2次元状に配置され、光導波路の各交差点に位置するミラ一 1 2が個々のマイクロアクチユエ一夕 1 1 1で駆動するように構成されている。

また、本実施の形態による光スィッチシステムでは、図面には示していないが、前述した磁界を発生する磁界発生部として、例えば、永久磁石が光導波路基板 1 9 0上に設けられている。

前述した制御によって、図 2 9に示すように、ミラ一 1 2が光導波路 1 9 3 , 1 9 4の端面 1 9 3 b， 1 9 4 bより下側に位置すると、例えば、光導波路 1 9 3の端面 1 9 3 aから光を入射した場合、光導波路 1 9 3を伝搬した光は、端面 1 9 3 bから出射され、そのまま対向する光導波路 1 9 2の端面 1 9 2 aに入射し、光導波路 1 9 2を伝搬して端面 1 9 2 bから出射される。また、例えば、光導波路 1 9 1の端面 1 9 1 bから光を入射した場合、光導波路 1 9 1を伝搬した光は、端面 1 9 1 aから出射され、そのまま対向する光導波路 1 9 4の端面 1 9 4 bに入射し、光導波路 1 9 4を伝搬して端面 1 9 4 aから出射される。

—方、前述した制御によって、図 2 8に示すように、ミラ一 1 2が光導波路 1 9 3 , 1 9 4の端面 1 9 3 b , 1 9 4 bを覆うように位置すると、例えば、光導波路 1 9 3の端面 1 9 3 aから光を入射した場合、光導波路 1 9 3を伝搬した光は、端面 1 9 3 bから出射され、ミラー 1 2 で反射されて、光導波路 1 9 4の端面 1 9 4 bに入射し、光導波路 1 9 4を伝搬して端面 1 9 4 aから出射される。また、例えば、光導波路 1 9 1の端面 1 9 1 bから光を入射した場合、光導波路 1 9 1を伝搬した ' 光は、端面 1 9 1 aから出射され、ミラ一 1 2で反射されて、光導波路 1 9 2の端面 1 9 2 aに入射し、光導波路 1 9 2を伝搬して端面 1 9 2 bから出射される。

本実施の形態によっても、前記第 1乃至第 4の実施の形態と同様の利点が得られる。

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、前述した実施の形態は、複数の光スィッチを 2次元状に配置した光スィツチアレーを有する光スィツチシステムの例であつたが、本発明は 1つの光スィツチのみを有する光スィツチシステムであってもよい。また、前述した実施の形態は、本発明によるマイクロアクチユエ一夕装置を光スィツチシステムに適用した例であつたが、本発明によるマィクロアクチユエ一夕装置の用途は、光スィツチシステムに限定されるものではない。

Claims

請求の範囲

1 . マイクロアクチユエ一夕と、磁界発生部と、制御部とを備えたマイクロアクチユエ一夕装置であって、

前記マイクロアクチユエ一夕は、固定部と、該固定部に対して移動し得るように設けられた可動部と、を有し、

前記固定部は第 1の電極部を有し、

前記可動部は、前記第 1の電極部との間の電圧により前記第 1の電極部との間に静電力を生じ得る第 2の電極部と、磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生ずる電流経路と、を有し、

前記磁界発生部は前記磁界を発生させ、

前記可動部は、前記静電力が増大する第 1の位置と前記静電力が低下又は消失する第 2の位置との間を移動し得るとともに、前記第 2の位置に復帰しょうとする復帰力が生ずるように、設けられ、

前記電流経路は、前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向及びその逆方向に口一レンヅカを生じ得るように、配置され、

前記制御部は、前記第 1及び第 2の電極部間の電圧並びに前記電流経路に流れる電流を制御し、

前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置から前記第 2の位置へ移動させる際に、前記可動部が少なくとも前記第 1の位置と前記第 2の位置との間の途中から前記第 2の位置付近に移動する間に、前記ローレンヅ力が前記第 2の位置から前記第 1の位置へ向かう方向に生じかつ漸減するように、前記電流を制御する、

ことを特徴とするマイクロアクチユエ一夕装置。

2 . 前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置から前記第 2の位置へ移動させる際に、前記可動部が前記第 1の位置から前記第 1の位置と前記第 2の位置との間の途中まで移動する間に、前記ローレンヅ力が前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向に生じるように、前記電流を制御する、ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置。

3 . マイクロアクチユエ一夕と、磁界発生部と、制御部とを備えたマイクロアクチユエ一夕装置であって、

前記固定部は第 1の電極部を有し、

前記磁界発生部は前記磁界を発生させ、

前記電流経路は、前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向及びその逆方向にローレンヅカを生じ得るように、配置され、

前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置から前記第 2の位置へ移動させる際に、前記可動部が前記第 1の位置から前記第 1の位置と前記第 2の位置との間の途中まで移動する間に、前記ローレンツ力が前記第 1の位置から前記第 2の位置へ向かう方向に生じるように、前記電流を制御する、

ことを特徴とするマイクロアクチユエ一夕装置。

4 . 前記可動部が薄膜で構成されたことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置。

5 . 前記可動部が薄膜で構成されたことを特徴とする請求の範囲第 3 項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置。

6 . 前記第 1の電極部と前記第 2の電極部とが対向して配置され、前記可動部は、前記可動部が前記第 1の位置に位置するときには前記第' 1及び第 2の電極部間の間隔が狭まるとともに前記可動部が前記第 2 の位置に位置するときには前記間隔が広がるように、パネ性を有するバネ性部を介して前記固定部に対して機械的に接続され、

前記復帰力が前記パネ性部により生ずることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置。

7 . 前記第 1の電極部と前記第 2の電極部とが対向して配置され、前記可動部は、前記可動部が前記第 1の位置に位置するときには前記第 1及び第 2の電極部間の間隔が狭まるとともに前記可動部が前記第 2 の位置に位置するときには前記間隔が広がるように、バネ性を有するバネ性部を介して前記固定部に対して機械的に接続され、

前記復帰力が前記パネ性部により生ずることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置。

8 . 前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置へ移動させる際には、前記可動部が前記第 1の位置へ移動するように、前記電圧及び前記電流を制御し、

前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置に保持している少なくとも定常的な保持状態においては、前記電流を流さないように制御する、ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置。

9 · 前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置へ移動させる際には、前記可動部が前記第 1の位置へ移動するように、前記電圧及び前記電流を制御し、

前記制御部は、前記可動部を前記第 1の位置に保持している少なくとも定常的な保持状態においては、前記電流を流さないように制御する、ことを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置。

1 0 . 請求の範囲第 1項から第 9項のうちいずれか 1項に記載のマイクロアクチユエ一夕装置と、前記可動部に設けられたミラーと、を備えたことを特徴とする光スィツチシステム。

1 1 . 前記マイクロアクチユエ一夕及び前記ミラ一の組を複数備え、当該組が 2次元状に配置されたことを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の光スイッチシステム。