JP2003241117A - 光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動電極と固定電極とに印加する電圧を低い
電圧値に設定でき、全体を小型化し、光の切換動作を安
定させ信頼性を向上できるようにする。 【解決手段】 基板１１上に第１の可動体１２、第２の
可動体１６，１６および第３の可動体２１を設ける。可
動体１２は支持梁１４により支えられた可動部１３を有
し、その端部には光の切換を行うミラー部１５Ａを設け
る。可動体１２を駆動する可動体１６，１６は、可動部
１３に対して斜め側方に配置し、支持梁１８により支え
られた可動部１７を有すると共に可動電極１９を形成す
る。また、可動電極１９に対向して固定電極２０を設け
る。可動体１２の位置保持を行う可動体２１は、支持梁
２３により支えられた可動部２２を有すると共に可動電
極２４を形成する。また、可動電極２４に対向して固定
電極２５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばミラー等を
用いて光の進路を切換える構成とした光スイッチ装置に
関し、特に、電極間の静電力を用いて光の切換動作を行
うようにした光スイッチ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マイクロマシニング技術を用い
ることによって基板上に各種の微小な静電アクチュエー
タを形成し、この静電アクチュエータにより光の進路を
切換える構成とした光スイッチ装置は知られている。

【０００３】そこで、この種の従来技術による光スイッ
チ装置について、図９を参照して説明する。

【０００４】図中、１は光スイッチ装置のベースとなる
基板を示し、該基板１は、例えばガラス材料によって数
ミリ程度の大きさをもって四角形状に形成されている。
そして、基板１は平坦な表面を有し、後述の可動体２は
基板１の表面に沿って矢示Ａ，Ｂ方向に進退されるもの
である。

【０００５】２は基板１上に設けられた切換動作部とし
ての可動体で、該可動体２は、基板１の表面に沿って矢
示Ａ，Ｂ方向に延びる細長棒状の可動部３と、該可動部
３の一端側に一体形成され弾性変形可能となった支持梁
４と、可動部３の他端側に形成され後述する光の進路に
対して進退されるミラー支持部５と、後述の可動電極６
とにより構成されている。

【０００６】そして、可動体２の可動部３、支持梁４、
ミラー支持部５および可動電極６は後述の固定電極７と
共に、例えば単結晶または多結晶のシリコン材料を用い
てエッチング加工（マイクロマシニング技術）等を施す
ことにより形成され、可動電極６と固定電極７との間で
静電引力を発生させる静電アクチュエータを構成するも
のである。

【０００７】ここで、支持梁４は、長さ方向の両端側が
基板１上に固定される固定部４Ａ，４Ａとなり、支持梁
４の長さ方向中間部には、可動部３の一端側が一体形成
されている。そして、支持梁４は、基板１に対し可動部
３を片持ち状態で支え、可動部３が矢示Ａ，Ｂ方向に変
位するのを許すものである。

【０００８】また、ミラー支持部５には、後述する光の
進路を矢示Ｃ方向から矢示Ｄ方向に切換える光切換部と
してのミラー部５Ａが設けられ、該ミラー部５Ａの表面
は全属膜をメッキ、蒸着、スパッタ等の手段を用いて成
膜し、鏡面仕上げされている。そして、ミラー部５Ａ
は、可動体２が矢示Ａ方向に変位するときに、光の進路
を図９中に実線で示す矢示Ｃ方向から仮想線で示す矢示
Ｄ方向に切換え、可動体２が矢示Ｂ方向に変位するとき
には、光の進路を矢示Ｄ方向から矢示Ｃ方向に戻すもの
である。

【０００９】６，６は可動部３の左，右両側に一体形成
された可動電極、７，７は該各可動電極６と対向配置さ
れた固定電極を示し、これらの可動電極６、固定電極７
は、くし歯状電極からなり、電圧印加時には両者の間に
静電引力が発生するものである。そして、可動体２は、
電極６，７間の静電引力により支持梁４を弾性的に撓み
変形させつつ矢示Ａ方向に駆動され、電圧印加（通電）
を解除したときには、支持梁４の弾性復元力により矢示
Ｂ方向に変位するものである。

【００１０】８は基板１上に設けられた光学装置で、該
光学装置８は、支持台８Ａ上に配設された発光部８Ｂと
受光部８Ｃ，８Ｄとからなり、これらの発光部８Ｂ、受
光部８Ｃ，８Ｄにはそれぞれ光ファイバ（図示せず）等
が接続されている。そして、発光部８Ｂは、例えばレー
ザ光等の光ビームを受光部８Ｃに向けて矢示Ｃ方向に発
射するものである。また、受光部８Ｄは、矢示Ｃ方向の
光ビームに対し約９０度だけ斜めに傾斜した位置に配置
されている。

【００１１】そして、可動体２が図９中に実線で示す位
置にあるときには、発光部８Ｂから発射された光ビーム
に対しミラー部５Ａが後退した位置に留まるので、この
ときの光ビームは受光部８Ｃで受光される。また、可動
体２が矢示Ａ方向に変位してミラー部５Ａが図９中に仮
想線で示す位置まで進出したときには、発光部８Ｂから
発射された光ビームがミラー部５Ａによって反射される
ので、このときの光ビームは矢示Ｄ方向へと進路が切換
えられ、受光部８Ｄによって受光される。

【００１２】従来技術による光スイッチ装置は、上述の
如き構成を有するもので、次に、そのスイッチング動作
について説明する。

【００１３】まず、可動電極６と固定電極７との間に電
圧を印加するまでは、可動体２が図９中の実線で示す位
置にあり、ミラー部５Ａは矢示Ｃ方向の光ビームから矢
示Ｂ方向に後退した位置に留まるので、発光部８Ｂから
の光ビームは受光部８Ｃで受光され、このときには発光
部８Ｂと受光部８Ｃとの間で光通信等が行われる。

【００１４】次に、可動電極６と固定電極７との間に、
例えば数１０ボルトの電圧を印加すると、可動電極６と
固定電極７との間に静電引力が発生し、この静電引力に
よって可動電極６が固定電極７側に吸引され、可動体２
は支持梁４を弾性的に撓み変形させつつ矢示Ａ方向に駆
動される。

【００１５】そして、可動体２が矢示Ａ方向に変位して
ミラー部５Ａが図９中に仮想線で示す位置まで進出した
ときには、発光部８Ｂからの光ビームがミラー部５Ａに
より反射されるため、このときの光ビームは矢示Ｄ方向
へと進路が切換えられ、発光部８Ｂと受光部８Ｄとの間
で光通信等が行われる。

【００１６】次に、この状態で電極６，７間の電圧印加
（通電）を解除すると、前述した静電引力が失効し可動
体２は支持梁４の弾性復元力により矢示Ｂ方向に変位す
る。これにより、可動体２が図９中に実線で示す位置に
復帰し、ミラー部５Ａは矢示Ｃ方向の光ビームから矢示
Ｂ方向に後退した位置に戻るので、発光部８Ｂからの光
ビームは受光部８Ｃで受光され、発光部８Ｂと受光部８
Ｃとの間で再び光通信等が行われるものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、発光部８Ｂと受光部８Ｃ，８Ｄとの間で光
ビームの切換動作（スイッチング動作）を安定して行う
ために、ミラー部５Ａを光のビーム径よりも大きく（例
えば、矢示Ａ方向に５０〜１００μｍ程度）変位させる
ことが要求される。

【００１８】そして、このためには可動電極６と固定電
極７との間の電極間隔Ｌを、例えば５０〜１００μｍ以
上の寸法に形成する必要が生じる。しかし、この状態で
可動体２を矢示Ａ，Ｂ方向に例えば５０μｍ程度変位さ
せるためには、可動電極６と固定電極７との間に印加す
る電圧を数１０ボルトまで昇圧しなければならない。

【００１９】このため従来技術では、例えば１０ボルト
程度の電源電圧を昇圧回路等を用いて数１０ボルトまで
昇圧するようにしており、昇圧回路等を付加することに
より回路構成が複雑化し、製造コストが嵩むばかりでな
く、全体を小型化しコンパクトに形成することができな
いという問題がある。

【００２０】また、印加電圧を下げるためには可動電極
６と固定電極７とのくし歯電極数を増加させる等の対策
が考えられる。しかし、可動電極６と固定電極７とのく
し歯電極数を増加するためには、可動電極６と固定電極
７をさらに大なる寸法で形成しなければならず、これに
伴って基板１の面積も大きくする必要が生じるので、装
置全体が大型化するという問題がある。

【００２１】また、一般に光スイッチ装置等には、電力
供給が停止した状態でもミラー部５Ａの位置保持を可能
とすることにより、停電等に対する信頼性を高めたいと
いう要求がある。

【００２２】しかし、従来技術の場合には、可動体２に
よりミラー部５Ａを図９中に仮想線で示す位置まで進出
させた後に、ミラー部５Ａをこの位置に保持するために
は可動電極６と固定電極７との間に電圧を印加し続ける
必要がある。このため、図９中に仮想線で示す位置にミ
ラー部５Ａを保持する間は、電力消費が嵩む上に、停電
等の不具合が発生したときにはミラー部５Ａの位置保持
が困難になるという問題がある。

【００２３】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、可動電極と固定電極と
に印加する電圧を低い電圧に設定できると共に、全体を
小型化でき、光の切換動作を安定させ信頼性を向上する
ことができるようにした光スイッチ装置を提供すること
にある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明による光スイッチ装置は、光の
進路に対して進退可能に設けられ光の切換動作を行う切
換動作部と、互いに対向配置された固定電極、可動電極
を有し、該各電極間に発生する静電力により前記切換動
作部を光の進路に対して進退する方向に駆動する駆動部
と、前記切換動作部を駆動部により駆動変位させた状態
で該駆動部による静電力を解除したときに前記切換動作
部を変位した位置に係脱可能に保持する変位保持部とか
らなる構成を採用している。

【００２５】このように構成することにより、駆動部の
可動電極と固定電極との間に電圧を印加すると、これら
の電極間に静電力を発生させて切換動作部を駆動でき
る。また、切換動作部を駆動変位させた状態では変位保
持部を切換動作部に係合させることにより、駆動部によ
る静電力を解除したときにも前記切換動作部を変位した
位置に保持することができる。そして、このような動作
を繰返すことにより前記切換動作部は、例えば尺取り虫
のような動きを繰返して変位量を増大でき、該切換動作
部を光の進路に対し十分な変位量をもって進退させるこ
とができる。また、切換動作部が光の進路に進出したま
まの状態で、変位保持部により切換動作部をこの位置に
保持することができる。

【００２６】また、請求項２の発明によると、駆動部は
切換動作部に対し斜め側方に配置して設け、各電極間に
発生する静電力により前記切換動作部を斜め方向から駆
動する構成としている。

【００２７】これにより、切換動作部を斜め方向から駆
動すると、このときの水平方向分力により切換動作部を
光の進路に向けて変位させることができ、このような動
作を繰返すことにより切換動作部が尺取り虫のような動
きを繰返し、切換動作部に大きな変位を発生できる。

【００２８】また、請求項３の発明によると、切換動作
部には駆動部から離間した位置に複数の凹凸部を形成
し、変位保持部は該各凹凸部のうちいずれか１つの凹凸
部に係脱可能に係合することにより前記切換動作部を位
置保持する構成としている。

【００２９】この場合には、例えば変位保持部の先端を
切換動作部の凹凸部に係合させることにより、切換動作
部の位置保持を行うことができ、切換動作部を駆動部で
駆動変位させるときには、切換動作部の凹凸部と変位保
持部との係合を解除しつつ、駆動部を作動させて切換動
作部を動かすことができる。

【００３０】一方、請求項４の発明によると、切換動作
部は、弾性変形可能な第１の支持梁により支えられ光の
切換を行う光切換部が設けられた第１の可動体からな
り、駆動部は、該第１の可動体に対して斜め側方に配置
され弾性変形可能な第２の支持梁により支えられると共
に駆動用の可動電極が形成された第２の可動体と、該第
２の可動体の可動電極に対向して設けられた駆動用の固
定電極とにより構成し、変位保持部は、前記第２の可動
体から離間した位置で前記第１の可動体の側方に配置さ
れ弾性変形可能な第３の支持梁により支えられると共に
変位保持用の可動電極が形成された第３の可動体と、該
第３の可動体の可動電極に対向して設けられた変位保持
用の固定電極とにより構成している。

【００３１】これにより、第２の可動体の可動電極と固
定電極との間に電圧を印加すると、これらの電極間に静
電力を発生させて第１の可動体を斜め側方から駆動で
き、このときには第１の支持梁を弾性的に撓み変形させ
つつ、第１の可動体を光の進路に向けて進退させること
ができる。また、第３の可動体は可動電極と固定電極と
の間に電圧を印加または解除することにより、例えば第
３の可動体の先端側を第１の可動体に係脱可能に係合さ
せることができ、静電力を解除した状態でも第１の可動
体を変位した位置に保持することができる。そして、こ
のような動作を繰返すことにより前記第１の可動体の変
位量を増大でき、該第１の可動体を光の進路に対し十分
な変位量をもって進退させることができる。

【００３２】また、請求項５の発明によると、第１，第
２，第３の支持梁はそれぞれの端部を基板上に固定して
設け、第１，第２，第３の可動体は、該基板の表面に沿
って互いに異なる方向に変位する構成としている。

【００３３】これにより、第１，第２，第３の可動体は
それぞれ第１，第２，第３の支持梁を介して基板上に変
位可能に配置でき、第１，第２，第３の可動体を基板の
表面に沿って互いに異なる方向に変位させつつ、第１の
可動体を光の進路に対し十分な変位量をもって進退駆動
することができる。

【００３４】さらに、請求項６の発明は、第１，第２，
第３の可動体および各固定電極は、単結晶または多結晶
なシリコン材料によって形成する構成としている。この
場合には、シリコン材料にエッチング処理を施すことに
よって、第１，第２，第３の可動体および各固定電極を
それぞれ加工、形成することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
よる光スイッチ装置を添付図面に従って詳細に説明す
る。なお、本実施の形態では、前述した従来技術と同一
の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するも
のとする。

【００３６】ここで、図１ないし図６は第１の実施の形
態による光スイッチ装置を示し、図中、１１は光スイッ
チ装置のベースとなる基板で、該基板１１は、従来技術
で述べた基板１とほぼ同様にガラス材料等を用いて形成
されている。

【００３７】１２は基板１１上に設けられた切換動作部
としての第１の可動体で、該可動体１２は、基板１１の
表面に沿って矢示Ａ，Ｂ方向に延びる細長棒状の第１の
可動部１３と、該可動部１３の一端側に一体形成され弾
性変形可能となった第１の支持梁１４と、可動部１３の
他端側に形成され発光部８Ｂによる光の進路に対して進
退されるミラー支持部１５とにより構成されている。

【００３８】そして、第１の可動体１２の可動部１３、
支持梁１４およびミラー支持部１５は、後述する第２の
可動体１６、固定電極２０、第３の可動体２１、固定電
極２５と共に、例えば単結晶または多結晶のシリコン材
料を用いてマイクロマシニング技術によるエッチング加
工等を施すことにより形成されている。

【００３９】この場合、支持梁１４は、矢示Ａ，Ｂ方向
とほぼ直交する方向に延び、その長さ方向の両端側が基
板１１上に固定される固定部１４Ａ，１４Ａとなってい
る。また、支持梁１４の長さ方向中間部には、可動部１
３の一端側が一体形成されている。そして、支持梁１４
は、基板１１に対し可動部１３を片持ち状態で支え、可
動部１３と基板１１との間には、図２に示す如く隙間Ｓ
（例えば、数μｍ程度）が形成されている。

【００４０】また、可動部１３の側面には、第３の可動
体２１の可動部２２と対向する位置に複数の凹凸部１３
Ａ，１３Ａ，…が形成され、これらの凹凸部１３Ａは、
可動部１３の長さ方向に定間隔（後述の変位量Ｔにほぼ
対応する間隔）をもって列設されている。そして、これ
らの凹凸部１３Ａには、可動体２１の可動部２２が係脱
可能に係合し、これによって可動体１２の可動部１３は
後述の如く位置保持されるものである。

【００４１】また、ミラー支持部１５には、光ビームの
進路を矢示Ｃ方向から矢示Ｄ方向に切換える光切換部と
してのミラー部１５Ａが、従来技術とほぼ同様に設けら
れている。そして、ミラー部１５Ａは、可動体１２が矢
示Ａ方向に変位するときに、光ビームの進路を図１中に
実線で示す矢示Ｃ方向から仮想線で示す矢示Ｄ方向に切
換え、可動体１２が矢示Ｂ方向に変位するときには、光
ビームの進路を矢示Ｄ方向から矢示Ｃ方向に戻すもので
ある。

【００４２】１６，１６は基板１１上に設けられた駆動
部としての第２の可動体で、該各可動体１６は、第１の
可動部１３を左，右両側から挟むように該可動部１３の
斜め側方に配置され、基板１１の表面に沿って棒状に延
びた第２の可動部１７と、該可動部１７の一方の端部に
一体形成され弾性変形可能となった第２の支持梁１８
と、可動部１７の長さ方向途中部位にそれぞれ一体形成
され後述の固定電極２０と対向配置された駆動用の可動
電極１９，１９とにより構成されている。

【００４３】ここで、第２の可動部１７は、第１の可動
部１３に対し一定の角度（例えば、２０〜４５度程度）
だけ斜めに傾いて延び、その先端は可動部１３の側面に
当接，離間する。そして、第２の各可動部１７，１７
は、第１の可動部１３を左，右両側から挟込むように矢
示Ｅ方向に変位し、これのときの水平方向分力によって
可動部１３を矢示Ａ方向に駆動変位させるものである。

【００４４】また、支持梁１８は、矢示Ｅ，Ｆ方向とほ
ぼ直交する方向に延び、その長さ方向の両端側が基板１
１上に固定される固定部１８Ａ，１８Ａとなり、可動体
１６全体を基板１１に対して片持ち状態で変位可能に支
持している。そして、この可動体１６も可動部１７、可
動電極１９と基板１１との間に、図２に例示した隙間Ｓ
とほぼ同様の隙間が形成されている。

【００４５】２０，２０は各可動体１６の可動電極１９
に対向配置された駆動用の固定電極で、該各固定電極２
０は、可動電極１９よりも第１の可動部１３に近い位置
に設けられ、第２の可動体１６と共に光スイッチ装置の
駆動部を構成するものである。この場合、固定電極２０
は可動電極１９と共に平行平板型の電極、または櫛歯型
の電極として形成している。

【００４６】そして、可動電極１９と固定電極２０との
間の間隔Ｌ1 は、例えば０．５〜１０μｍ程度に形成さ
れるものである。なお、これらの可動電極１９と固定電
極２０は、平行平板型の電極構造に限るものではなく、
例えば従来技術で述べた可動電極６、固定電極７と同様
にくし歯状電極として形成してもよいものである。

【００４７】ここで、可動電極１９と固定電極２０は、
例えば１０ボルト以下の電圧が外部から印加されると、
両者の間に静電引力が発生する。そして、可動体１６
は、電極１９，２０間の静電引力により支持梁１８を弾
性的に撓み変形させつつ矢示Ｅ方向に駆動され、電圧印
加（通電）を解除したときには、支持梁１８の弾性復元
力により矢示Ｆ方向に変位するものである。

【００４８】２１は基板１１上に設けられた変位保持部
としての第３の可動体で、該可動体２１は、第２の可動
体１６から離間して第１の可動部１３の側方に配置さ
れ、基板１１の表面に沿って棒状に延びた第３の可動部
２２と、該可動部２２の一方の端部に一体形成され弾性
変形可能となった第３の支持梁２３と、可動部２２の長
さ方向途中部位にそれぞれ一体形成され後述の固定電極
２５と対向配置された変位保持用の可動電極２４，２４
とにより構成されている。

【００４９】ここで、第３の可動部２２は、第１の可動
部１３に対しほぼ垂直となる方向に延び、その先端側は
可動部１３の各凹凸部１３Ａに係合，離脱するものであ
る。また、可動体２１の支持梁２３、変位保持用の可動
電極２４は、第１の可動部１３とほぼ平行またはある角
度をもつ方向に配置されている。

【００５０】また、支持梁２３は、長さ方向の両端側が
基板１１上に固定される固定部２３Ａ，２３Ａとなり、
可動体２１全体を基板１１に対して片持ち状態で変位可
能に支持している。そして、この可動体２１も可動部２
２、可動電極２４と基板１１との間に、図２に例示した
隙間Ｓとほぼ同様の隙間が形成されている。

【００５１】２５，２５は可動体２１の各可動電極２４
に対向配置された変位保持用の固定電極で、該各固定電
極２５は、可動電極２４よりも第１の可動部１３に近い
位置に設けられ、第３の可動体２１と共に光スイッチ装
置の変位保持部を構成するものである。この場合、固定
電極２５は可動電極２４と共に平行平板型の電極として
形成している。しかし、これらの可動電極２４および固
定電極２５は、従来技術で述べた可動電極６および固定
電極７と同様にくし歯状電極として形成してもよいもの
である。

【００５２】ここで、可動電極２４と固定電極２５は、
例えば１０ボルト以下の電圧が外部から印加されると、
両者の間に静電引力が発生する。そして、可動体２１
は、電極２４，２５間の静電引力により支持梁２３を弾
性的に撓み変形させつつ可動部２２を矢示Ｇ方向に変位
させ、このときに可動部２２の先端側を凹凸部１３Ａか
ら離脱させる。

【００５３】また、可動体２１は、電極２４，２５間へ
の電圧印加（通電）を解除したときに前記静電引力が失
効するので、可動部２２が支持梁２３の弾性復元力によ
り矢示Ｈ方向に変位する。これにより、可動部２２の先
端側は凹凸部１３Ａに係合するものである。

【００５４】本実施の形態による光スイッチ装置は、上
述の如き構成を有するもので、次にそのスイッチング動
作について図１ないし図６を参照しつつ説明する。

【００５５】まず、全ての電圧印加を停止した初期状態
では、図１に示すように可動体２１の可動部２２が、可
動体１２の可動部１３に形成した複数の凹凸部１３Ａ，
１３Ａ，…のうち図１中の最右側に位置する凹凸部１３
Ａに係合し、これにより可動体１２の可動部１３は矢示
Ｂ方向の後退位置（ストロークエンド）に保持される。

【００５６】そして、このときには可動体１２が図１中
に実線で示す位置にあり、ミラー部１５Ａは矢示Ｃ方向
の光ビームから矢示Ｂ方向に後退した位置に留まるの
で、発光部８Ｂからの光ビームは受光部８Ｃで受光さ
れ、このときには発光部８Ｂと受光部８Ｃとの間で光通
信等が行われる。

【００５７】次に、可動体１２の可動部１３を矢示Ａ方
向に駆動するときには、まず、各可動体１６の可動電極
１９と固定電極２０との間に、例えば１０ボルト以下の
電圧を印加する。これにより、可動電極１９と固定電極
２０との間に静電引力が発生し、可動電極１９が固定電
極２０側に吸引される。

【００５８】このため、各可動体１６は、図３に示す如
く支持梁１８を弾性的に撓み変形させつつ可動部１７を
矢示Ｅ方向に変位させ、可動体１２の可動部１３を左，
右両側から挟むようにして押圧し始める。

【００５９】そして、この状態で可動体２１の可動電極
２４と固定電極２５との間に、例えば１０ボルト以下の
電圧を印加すると、可動電極２４と固定電極２５との間
に静電引力が発生するので、可動電極２４が固定電極２
５側に吸引され、可動体２１は、図３に示す如く支持梁
２３を弾性的に撓み変形させつつ可動部２２を矢示Ｇ方
向に変位させ、可動部２２の先端側を凹凸部１３Ａから
離脱させる。

【００６０】この結果、可動体１２の可動部１３は、可
動体２１による位置保持が解除されて、例えば矢示Ａ方
向に変位可能な状態となる。また、各可動体１６は、図
３に示す如く可動部１７を矢示Ｅ方向に変位させ、可動
部１３を左，右両側から挟むように押圧し続けている。

【００６１】このため、可動体１２の可動部１３は、一
対の可動部１７から受ける矢示Ｅ方向の押圧力のうち、
水平方向の分力に従って矢示Ａ方向に駆動される。これ
により可動体１２は、支持梁１４が図３に示すように弾
性的に撓み変形され、可動部１３が一定の変位量Ｔ（例
えば、数μｍ程度の変位量）をもって矢示Ａ方向に変位
する。

【００６２】次に、この状態で可動体２１の可動電極２
４と固定電極２５との間の電圧印加を停止すると、電極
２４，２５間の静電引力が解除されるので、可動体２１
は図４に示す如く支持梁２３の弾性復元力により矢示Ｈ
方向に変位する。これによって、可動部２２の先端側が
次なる凹凸部１３Ａに係合し、可動体１２の可動部１３
は変位量Ｔだけ変位した位置に可動体２１により位置保
持される。

【００６３】そして、この状態で各可動体１６の可動電
極１９と固定電極２０との間の電圧印加を停止すると、
電極１９，２０間の静電引力が解除されるので、各可動
体１６は図５に示す如く支持梁１８の弾性復元力により
矢示Ｆ方向に変位する。これにより各可動体１６は、可
動部１７の先端側が可動部１３の側面から離間し、次な
る電圧印加に備えて待機位置に置かれる。

【００６４】このように、第２の可動体１６側での電極
１９，２０間の電圧印加、解除と、第３の可動体２１側
での電極２４，２５間の電圧印加、解除とを順次繰返す
ことにより、第１の可動体１２は、支持梁１４を弾性的
に撓み変形させつつ可動部１３が矢示Ａ方向に変位量Ｔ
をもって駆動変位される。そして、可動部１３が一定の
変位量Ｔ分だけ変位したときには、第３の可動部２２が
凹凸部１３Ａに係合して第１の可動部１３の位置保持を
行う。

【００６５】これにより、第１の可動部１３は、尺取り
虫のような動き（変位量Ｔ毎の間欠変位）を繰返し、ミ
ラー部１５Ａは、発光部８Ｂから発射された光ビームの
進路に向けて間欠的に前進する。そして、このような動
作をｎ回（ｎ＝２，３，４，５，…）繰返して可動部１
３の変位量が、図６に示すように（ｎ×Ｔ）なる変位
量、例えば５０〜１００μｍ程度の変位量に達すると、
ミラー部１５Ａが図６中に実線で示す位置まで進出す
る。

【００６６】そして、可動部１３が図６に示す矢示Ａ方
向のストロークエンドまで進出したときには、発光部８
Ｂからの光ビームがミラー部１５Ａにより反射されるた
め、このときの光ビームは矢示Ｄ方向へと進路が変更さ
れ、発光部８Ｂと受光部８Ｄとの間で光通信等が行われ
るものである。

【００６７】また、図６に示す状態では第２の可動体１
６側での電極１９，２０間と、第３の可動体２１側での
電極２４，２５間とが共に電圧印加を解除され、この通
電解除状態で第１の可動体１２を図６に例示するストロ
ークエンド（最大変位位置）に第３の可動体２１により
保持することができる。

【００６８】一方、第１の可動体１２を図１に示す初期
位置に戻すときには、まず第２の可動体１６側で電極１
９，２０間に電圧を印加し、電極１９，２０間に発生す
る静電引力により可動部１７を矢示Ｅ方向に変位させ、
第１の可動部１３を矢示Ａ方向に駆動し始めると共に、
これとほぼ同時に、第３の可動体２１側で電極２４，２
５間に電圧を印加する。

【００６９】これにより、第３の可動部２２は、電極２
４，２５間に発生する静電引力により矢示Ｇ方向に駆動
される。そして、このときには第１の可動部１３が矢示
Ａ方向に押されているので、可動部２２の先端側を凹凸
部１３Ａから円滑に離脱させることができる。

【００７０】次に、この状態で第２の可動体１６におけ
る電極１９，２０間の電圧印加を解除し、支持梁１８の
弾性復元力により可動部１７を矢示Ｆ方向に変位させる
と、この可動部１７は第１の可動部１３から僅かに離間
する。このため第１の可動体１２は、支持梁１４の弾性
復元力により可動部１３が矢示Ｂ方向へと引っ張られる
ように変位し始め、図１に示す初期位置（矢示Ｂ方向の
ストロークエンド）へと自動的に復帰する。

【００７１】そして、この状態で第３の可動体２１側で
電極２４，２５間の電圧印加を解除すると、第３の可動
体２１は支持梁２３の弾性復元力により可動部２２を矢
示Ｈ方向に駆動し、該可動部２２の先端側が可動部１３
の凹凸部１３Ａ内に図１に示す如く係合する。

【００７２】このため、第１の可動体１２は全ての電圧
印加を解除した状態で図１に示す初期位置に位置保持さ
れる。そして、このときにはミラー部１５Ａが、矢示Ｃ
方向の光ビームから矢示Ｂ方向に後退した位置に戻るの
で、発光部８Ｂからの光ビームは受光部８Ｃで受光さ
れ、発光部８Ｂと受光部８Ｃとの間で再び光通信等を行
うことができる。

【００７３】かくして、本実施の形態による光スイッチ
装置は、第２の可動体１６側での電極１９，２０間の電
圧印加、解除と、第３の可動体２１側での電極２４，２
５間の電圧印加、解除とを順次繰返すことにより、第１
の可動部１３を尺取り虫のように変位量Ｔ毎に間欠的に
変位させる構成としたので、このような動作をｎ回繰返
すことにより、可動部１３の変位量（ｎ×Ｔ）を、例え
ば５０〜１００μｍ程度まで大きくすることができる。

【００７４】この結果、第１の可動体１２のミラー支持
部１５に設けたミラー部１５Ａを、発光部８Ｂから発射
される光のビーム径よりも大きく変位させることがで
き、発光部８Ｂと受光部８Ｃ，８Ｄとの間で光ビームの
切換動作（スイッチング動作）を安定して行うことがで
きる。

【００７５】また、このときに可動電極１９と固定電極
２０との間に印加する電圧を、例えば１０ボルト以下ま
で下げることができ、従来技術で述べたように高い電圧
を印加する必要がなくなり、電源側の回路構成等を簡略
化することができる。

【００７６】そして、第１の可動体１２を矢示Ａ，Ｂ方
向のストロークエンドとなる初期位置と最大変位位置と
に位置保持するときには、全ての電圧印加を解除し、各
電極１９，２０間と各電極２４，２５間との静電引力を
失効させるので、ミラー部１５Ａを矢示Ａ，Ｂ方向に大
きく進退させたいずれか一方の状態に、給電停止時にも
位置保持でき、発光部８Ｂと受光部８Ｃ，８Ｄとの間で
光ビームの切換動作を安定して行うことができる。

【００７７】従って、本実施の形態によれば、例えば第
２の可動体１６の可動電極１９と固定電極２０との間に
印加する電圧を１０ボルト以下の低い電圧に設定でき、
光ビームの切換えを安定して行うことができると共に、
電極構造等を大型化することなく全体を小型化でき、光
スイッチ装置としての信頼性を確実に向上させることが
できる。

【００７８】また、第１の可動体１２を矢示Ａ，Ｂ方向
のストロークエンドとなる初期位置と最大変位位置とに
位置保持するときには、各電極に対する給電を停止する
構成であるため、小電力化、省エネルギ化を図ることが
できると共に、停電等の不具合が発生したときにもミラ
ー部１５Ａの位置保持が可能となる。

【００７９】また、第１，第２，第３の可動体１２，１
６，２１および固定電極２０，２５等を、単結晶または
多結晶のシリコン材料を用いて形成している。このた
め、このシリコン材料にマイクロマシニング技術による
エッチング処理等を施すことによって、可動体１２，１
６，２１および固定電極２０，２５等をそれぞれ微細に
加工して成形でき、当該光スイッチ装置を数ミリ程度の
大きさをもって小型の装置として形成することができ
る。

【００８０】次に、図７は本発明の第２の実施の形態を
示し、本実施の形態の特徴は、光の切換動作部となる第
１の可動体に２本の支持梁を設け、可動部の尺取り虫の
如き変位を安定させる構成としたことにある。なお、本
実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構
成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものと
する。

【００８１】図中、３１は基板１１上に設けられた切換
動作部としての第１の可動体で、該可動体３１は、第１
の実施の形態で述べた第１の可動体１２とほぼ同様に、
側面に各凹凸部３２Ａが形成された細長棒状の可動部３
２と、該可動部３２の一端側に一体形成され各固定部３
３Ａを有する支持梁３３と、可動部３２の他端側に形成
されミラー部３４Ａを有するミラー支持部３４とにより
構成されている。

【００８２】しかし、本実施の形態で用いる第１の可動
体３１は、可動部３２の他端側に他の支持梁３５が一体
形成されている。この支持梁３５は、ミラー支持部３４
と第３の可動体２１との間に位置し、可動部３２とほぼ
直交する方向で、支持梁３３とほぼ平行に延びている。

【００８３】また、支持梁３５の長さ方向両端側にも、
基板１１上に固定される固定部３５Ａ，３５Ａが設けら
れ、支持梁３５の長さ方向中間部は可動部３２の途中部
位に一体形成されている。そして、可動部３２は、支持
梁３３，３５により基板１１上に両持ち状態で支えら
れ、可動部３２と基板１１との間には、図２に例示した
ように隙間Ｓ（例えば、数μｍ程度）が形成されてい
る。

【００８４】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用
効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、
２本の支持梁３３，３５を用いて可動部３２を両持ち状
態で支える構成としているので、可動部３２が矢示Ａ，
Ｂ方向に尺取り虫の如く変位するときにも、可動部３２
の動きを２本の支持梁３３，３５により安定させ、誤動
作等の発生を良好に防いで、信頼性をより一層向上する
ことができる。

【００８５】次に、図８は本発明の第３の実施の形態を
示し、本実施の形態の特徴は、光の切換動作部となる第
１の可動体に設ける可動部に、鋸刃状の凹凸部を形成す
る構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前
述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号
を付し、その説明を省略するものとする。

【００８６】図中、４１は基板１１上に設けられた切換
動作部としての第１の可動体で、該可動体４１は、第１
の実施の形態で述べた第１の可動体１２とほぼ同様に、
細長棒状の可動部４２と、該可動部４２の一端側に一体
形成され各固定部４３Ａを有する支持梁４３と、可動部
４２の他端側に形成されミラー部４４Ａを有するミラー
支持部４４とにより構成されている。

【００８７】しかし、本実施の形態で採用した第１の可
動体４１は、可動部４２の長さ方向途中位置に略三角形
の鋸刃状をなす凹凸部４２Ａ，４２Ａ，…（以下、鋸刃
状凹凸部４２Ａという）を形成し、これらの鋸刃状凹凸
部４２Ａを可動部４２の側面に沿って一定の間隔（変位
量Ｔに対応する間隔）で列設する構成としている。

【００８８】４５は基板１１上に設けられた変位保持部
としての第３の可動体で、該可動体４５は、第１の実施
の形態で述べた第３の可動体２１と同様に、可動部４
６、固定部４７Ａを有する支持梁４７および変位保持用
の可動電極４８，４８とにより構成されている。

【００８９】しかし、第３の可動体４５は、可動部４６
の先端側が可動部４２の鋸刃状凹凸部４２Ａに対応して
斜めにカット（切断）した形状となり、これによって可
動部４６の先端側は、所謂ラチェット機構の如く可動部
４２の各鋸刃状凹凸部４２Ａに係脱可能に係合するもの
である。

【００９０】４９，４９は可動体４５の各可動電極４８
に対向配置された変位保持用の固定電極で、該各固定電
極４９は、第１の実施の形態で述べた固定電極２５と同
様に形成され、可動体４５と共に光スイッチ装置の変位
保持部を構成している。

【００９１】この場合、固定電極４９は可動電極４８と
共に平行平板型の電極として形成している。しかし、こ
れらの可動電極４８および固定電極４９も、従来技術で
述べた可動電極６および固定電極７と同様にくし歯状電
極として形成してもよいものである。

【００９２】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用
効果を得ることができ、可動部４２の変位量（ｎ×Ｔ）
を、例えば５０〜１００μｍ程度まで大きくできる。し
かし、本実施の形態では、光の切換動作部となる第１の
可動体４１に設ける可動部４２に、略三角形の鋸刃状凹
凸部４２Ａ，４２Ａ，…を形成したので、下記のような
作用効果を得ることができる。

【００９３】即ち、第２の可動体１６の可動電極１９と
固定電極２０との間に電圧を印加して静電引力を発生さ
せ、可動部１７を矢示Ｅ方向に変位させることにより、
第１の可動部４２を矢示Ａ方向に駆動するときに、鋸刃
状凹凸部４２Ａにより第３の可動部４６を支持梁４７に
抗して矢示Ｇ方向に変位させることができる。

【００９４】このため、第３の可動体４５の可動電極４
８と固定電極４９との間に電圧を印加することなく、第
１の可動部４２を尺取り虫の如く変位量Ｔ毎に間欠的に
駆動でき、第２の可動体１６における電極１９，２０間
の電圧印加を停止したときには、第３の可動部４６を支
持梁４７の弾性力により、次なる鋸刃状凹凸部４２Ａに
係合させつつ、可動部４２の位置保持を自動的に行うこ
とができる。

【００９５】従って、第１の可動部４２を矢示Ａ方向に
進出させる間は、第３の可動体４５における電極４８，
４９間の電圧印加を不要にでき、小電力化、省エネルギ
化を図ることができる。

【００９６】また、第１の可動部４２が変位量（ｎ×
Ｔ）分だけ矢示Ａ方向に変位した後、第１の可動部４２
を矢示Ｂ方向に復帰させるときには、第３の可動体４５
の可動電極４８と固定電極４９との間に電圧を印加し、
第３の可動部４６を矢示Ｇ方向に変位させれば、これに
よって第３の可動部４６と鋸刃状凹凸部４２Ａとの係合
が解除される。

【００９７】このため、第１の可動体４１は、支持梁４
３の弾性復元力により第１の可動部４２を矢示Ｂ方向に
後退させ、第１の可動部４２を変位量（ｎ×Ｔ）分だけ
矢示Ｂ方向に自動的に復帰させることができる。そし
て、この状態で第３の可動体４５における電極４８，４
９間の電圧印加を解除でき、第１の可動体４１を初期位
置に保持することができる。

【００９８】なお、前記第１の実施の形態では、第１の
可動体１２のミラー支持部１５にミラー部１５Ａを形成
し、発光部８Ｂと受光部８Ｃ，８Ｄとの間で光ビームの
進路をミラー部１５Ａにより反射させて切換える場合を
例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るもの
ではなく、例えばミラー支持部１５に遮光板等のシャッ
タを光切換部として設け、光の光路をＯＮ，ＯＦＦさせ
る光シャッタ等のスイッチ装置に適用してもよい。この
点は第２，第３の実施の形態についても同様である。

【００９９】また、第２の可動体１６における可動電極
１９と固定電極２０は、平行平板型の電極構造に限るも
のではなく、例えば従来技術で述べた可動電極６、固定
電極７と同様にくし歯状電極として形成してもよいもの
である。

【０１００】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明によれば、光の進路に対して進退可能に設けられ光の
切換動作を行う切換動作部と、固定電極と可動電極との
間に発生する静電力により前記切換動作部を光の進路に
対して進退する方向に駆動する駆動部と、前記切換動作
部を変位した位置に係脱可能に保持する変位保持部とを
備える構成としているので、切換動作部を尺取り虫の如
く間欠的に動かして変位量を増大でき、該切換動作部を
光の進路に対し十分な変位量をもって進退させることが
できる。

【０１０１】そして、切換動作部を光の進路上に進出さ
せたままの状態で、変位保持部により切換動作部をこの
位置に保持することができ、駆動部の可動電極と固定電
極とに印加する電圧を低い電圧に設定できると共に、全
体を小型化でき、光の切換動作を安定させ信頼性を向上
することができる。また、切換動作部をストロークエン
ドとなる初期位置と最大変位位置とに位置保持するとき
には、各電極に対する給電を停止でき、小電力化、省エ
ネルギ化を図ることができると共に、停電等の不具合が
発生したときにも切換動作部を位置保持することができ
る。

【０１０２】また、請求項２に記載の発明によると、駆
動部は切換動作部に対し斜め側方に配置して設け、各電
極間に発生する静電力により切換動作部を斜め方向から
駆動する構成としているので、駆動部により切換動作部
を斜め方向から駆動すると、このときの水平方向分力に
より切換動作部を光の進路に向けて変位させることがで
き、このような動作を繰返すことにより切換動作部が尺
取り虫のような動きを繰返し、切換動作部に大きな変位
を発生できる。

【０１０３】また、請求項３に記載の発明によると、切
換動作部には駆動部から離間した位置に複数の凹凸部を
形成し、変位保持部は該各凹凸部のうちいずれか１つの
凹凸部に係脱可能に係合する構成としているので、例え
ば変位保持部の先端を切換動作部の凹凸部に係合させる
ことにより、切換動作部の位置保持を行うことができ、
切換動作部を駆動部で駆動変位させるときには、切換動
作部の凹凸部と変位保持部との係合を解除しつつ、駆動
部を作動させて切換動作部を動かすことができる。

【０１０４】一方、請求項４に記載の発明は、切換動作
部を光切換部が設けられた第１の可動体とし、駆動部
は、該第１の可動体に対して斜め側方に配置され駆動用
の可動電極が形成された第２の可動体と、該第２の可動
体の可動電極に対向して設けられた駆動用の固定電極と
により構成し、変位保持部は、前記第２の可動体から離
間した位置で前記第１の可動体の側方に配置され変位保
持用の可動電極が形成された第３の可動体と、該第３の
可動体の可動電極に対向して設けられた変位保持用の固
定電極とにより構成しているので、第２の可動体の可動
電極と固定電極との間に電圧を印加すると、これらの電
極間に静電力を発生させて第１の可動体を斜め側方から
駆動でき、このときには第１の支持梁を弾性的に撓み変
形させつつ、第１の可動体を光の進路に向けて進退させ
ることができる。また、第３の可動体は可動電極と固定
電極との間に電圧を印加または解除することにより、例
えば第３の可動体の先端側を第１の可動体に係脱可能に
係合させることができ、静電力を解除した状態でも第１
の可動体を変位した位置に保持することができる。そし
て、このような動作を繰返すことにより前記第１の可動
体の変位量を増大でき、該第１の可動体を光の進路に対
し十分な変位量をもって進退させることができる。

【０１０５】また、請求項５に記載の発明によると、第
１，第２，第３の支持梁はそれぞれの端部を基板上に固
定して設け、第１，第２，第３の可動体は、該基板の表
面に沿って互いに異なる方向に変位する構成としている
ので、第１，第２，第３の可動体はそれぞれ第１，第
２，第３の支持梁を介して基板上に変位可能に配置で
き、第１，第２，第３の可動体を基板の表面に沿って互
いに異なる方向に変位させつつ、第１の可動体を光の進
路に対し十分な変位量をもって進退駆動することができ
る。

【０１０６】さらに、請求項６に記載の発明は、第１，
第２，第３の可動体および各固定電極を、単結晶または
多結晶なシリコン材料によって形成しているので、シリ
コン材料にエッチング処理を施すことによって、第１，
第２，第３の可動体および各固定電極をそれぞれ微細に
加工、成形することができ、当該光スイッチ装置を数ミ
リ程度の大きさに形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による光スイッチ装
置を示す平面図である。

【図２】第１の可動体を図１中の矢示II−II方向からみ
た断面図である。

【図３】第１の可動体を第２の可動体により駆動した状
態を示す図１とほぼ同様の平面図である。

【図４】第１の可動体を第３の可動体により位置保持し
た状態を示す図１とほぼ同様の平面図である。

【図５】第１の可動体を位置保持した後に第２の可動部
を第１の可動部から離間させた状態を示す図１とほぼ同
様の平面図である。

【図６】第１の可動体を最大変位位置まで駆動し光の進
路を切換えた状態を示す図１とほぼ同様の平面図であ
る。

【図７】第２の実施の形態による光スイッチ装置を示す
平面図である。

【図８】第３の実施の形態による光スイッチ装置を示す
平面図である。

【図９】従来技術による光スイッチ装置を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１１ 基板 １２，３１，４１ 第１の可動体（切換動作部） １３，３２，４２ 第１の可動部 １３Ａ，３２Ａ 凹凸部 １４，３３，３５，４３ 第１の支持梁 １５Ａ，３４Ａ，４４Ａ ミラー部（光切換部） １６ 第２の可動体（駆動部） １７ 第２の可動部 １８ 第２の支持梁 １９ 駆動用の可動電極 ２０ 駆動用の固定電極 ２１，４５ 第３の可動体（切換動作部） ２２，４６ 第３の可動部 ２３，４７ 第３の支持梁 ２４，４８ 変位保持用の可動電極 ２５，４９ 変位保持用の固定電極 ４２Ａ 鋸刃状の凹凸部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の進路に対して進退可能に設けられ光
   の切換動作を行う切換動作部と、 互いに対向配置された固定電極、可動電極を有し、該各
   電極間に発生する静電力により前記切換動作部を光の進
   路に対して進退する方向に駆動する駆動部と、 前記切換動作部を駆動部により駆動変位させた状態で該
   駆動部による静電力を解除したときに前記切換動作部を
   変位した位置に係脱可能に保持する変位保持部とにより
   構成してなる光スイッチ装置。
2. 【請求項２】 前記駆動部は切換動作部に対し斜め側方
   に配置して設け、前記各電極間に発生する静電力により
   前記切換動作部を斜め方向から駆動する構成としてなる
   請求項１に記載の光スイッチ装置。
3. 【請求項３】 前記切換動作部には前記駆動部から離間
   した位置に複数の凹凸部を形成し、前記変位保持部は該
   各凹凸部のうちいずれか１つの凹凸部に係脱可能に係合
   することにより前記切換動作部を位置保持する構成とし
   てなる請求項１または２に記載の光スイッチ装置。
4. 【請求項４】 前記切換動作部は、弾性変形可能な第１
   の支持梁により支えられ光の切換を行う光切換部が設け
   られた第１の可動体からなり、 前記駆動部は、該第１の可動体に対して斜め側方に配置
   され弾性変形可能な第２の支持梁により支えられると共
   に駆動用の前記可動電極が形成された第２の可動体と、
   該第２の可動体の可動電極に対向して設けられた駆動用
   の前記固定電極とにより構成し、 前記変位保持部は、前記第２の可動体から離間した位置
   で前記第１の可動体の側方に配置され弾性変形可能な第
   ３の支持梁により支えられると共に変位保持用の可動電
   極が形成された第３の可動体と、該第３の可動体の可動
   電極に対向して設けられた変位保持用の固定電極とによ
   り構成してなる請求項１，２または３に記載の光スイッ
   チ装置。
5. 【請求項５】 前記第１，第２，第３の支持梁はそれぞ
   れの端部を基板上に固定して設け、前記第１，第２，第
   ３の可動体は、該基板の表面に沿って互いに異なる方向
   に変位する構成としてなる請求項４に記載の光スイッチ
   装置。
6. 【請求項６】 前記第１，第２，第３の可動体および各
   固定電極は、単結晶または多結晶なシリコン材料によっ
   て形成してなる請求項４または５に記載の光スイッチ装
   置。