JP2007178587A - マイクロアクチュエータ装置、光スイッチシステム及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】残留電荷のリークの影響による誤動作が生ずるおそれをなくす。
【解決手段】マイクロアクチュエータ装置は、複数のマイクロアクチュエータと、これらを駆動する駆動回路とを有する。駆動回路は、各アクチュエータの可動部の固定電極及び可動電極がなすコンデンサＣｍｎに関して、行選択信号に連動してオン・オフするとともに互いに相補的にオン・オフする行選択信号連動スイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂと、列選択信号に連動してオン・オフするとともに互いに相補的にオン・オフする列選択信号連動スイッチＭｎｂａ，Ｍｎｂｂと、を有する。これにより、コンデンサＣｍｎの両電極は、常に、電位供給端子Ｖａ，Ｖｂのいずれかに接続される。
【選択図】図８

Description

本発明は、マイクロアクチュエータ装置、並びに、これを用いた光スイッチシステム及び光学装置に関するものである。

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、光通信等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一例として、例えば、下記特許文献１に開示された光スイッチを挙げることができる。

特許文献１に開示された光スイッチにおいて採用されているマイクロミラーを移動させるマイクロアクチュエータは、固定部に対して移動可能にされた可動部を有し、バネ力にて可動部が上方位置（マイクロミラーが入射光を反射させる位置）に復帰するように構成されている。そして、固定部に第１の電極部（固定電極）が配置され、可動部に第２の電極部（可動電極）及びローレンツ力用電流経路が配置されている。磁界中に置かれたローレンツ力用電流経路に電流を流すことで可動部が下方位置（マイクロミラーが入射光をそのまま通過させる位置）に移動し、第１及び第２の電極部間へ電圧を印加することにより、可動部は下方位置で保持される。第１及び第２の電極部間への電圧の印加を停止すると、バネ力により可動部が上方位置に復帰する。

そして、特許文献１には、マイクロアクチュエータを複数アレー化して光スイッチを複数アレー化した装置が開示され、マイクロアクチュエータをアレー化したマイクロアクチュエータ装置において用いられる駆動回路も開示されている。特許文献１に開示された駆動回路（特許文献１の図７）では、静電力に関する回路部分に関して、各マイクロアクチュエータ毎に、２つの選択スイッチ（行選択スイッチと列選択スイッチ）が設けられ、当該マイクロアクチュエータの第１及び第２の電極部のうちの一方の電極は、直流電圧を供給するために外部から印加される電位に対して、直列接続された前記２つの選択スイッチのみを介して接続されていた。
特開２００３−１５９６９８号公報

前記従来のマイクロアクチュエータ装置で用いられている駆動回路では、前述したように、マイクロアクチュエータの第１及び第２の電極部のうちの一方の電極は、直流電圧を供給するために外部から印加される電位に対して、直列接続された前記２つの選択スイッチのみを介して接続されていた。したがって、選択されていない行や選択されていない列のマイクロアクチュエータでは、行選択スイッチ及び列選択スイッチのうちの少なくとも１つスイッチがオフとされることから、外部から印加される電位から当該マイクロアクチュエータのコンデンサが電気的に切り離されてしまい、当該マイクロアクチュエータの可動部を下方位置に保持し続ける場合、前記第１及び第２の電極部がなすコンデンサの残留電荷によって発生する静電力に頼ることになる。このため、特許文献１に開示されたマイクロアクチュエータ装置では、各コンデンサは残留電荷のリークが小さくなるように作製する必要がある。

しかしながら、装置の小型化により前記コンデンサの静電容量が小さくなると、前記コンデンサに蓄積できる電荷量が少なくなる。したがって、前記従来のマイクロアクチュエータ装置では、装置の小型化を図ろうとすると、より残留電荷リークの影響が大きくなり十分な静電力を保持できなくなって誤動作を引き起こす可能性があるとともに、外部からの静電気等の影響により誤動作を引き起こす可能性が非常に高くなるという問題がある。また、可動部の移動時間が長いと、前記残留電荷による静電力で可動部を下方位置に保持し続けなければならない時間も長くなることから、残留電荷リークの影響は更に深刻になる。
また、前記従来のマイクロアクチュエータ装置で用いられている駆動回路では、静電力発生のために直流電圧を使用しているが、静電力発生のために交流電圧を用いることは困難である。その理由については、後に、比較例の説明において、明らかにする。したがって、前記従来のマイクロアクチュエータ装置では、固定電極と可動電極との間に直流電圧を長時間印加し続けると、チャージアップ等の影響により、可動部が固定部に固着してしまうなどの問題が生ずる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、残留電荷のリークの影響による誤動作が生ずるおそれのない安定したマイクロアクチュエータ装置、並びに、これを用いた光スイッチシステム及び光学装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、残留電荷のリークの影響による誤動作が生ずるおそれがなく安定し、かつ、静電力の発生に交流電圧を用いるのに適したマイクロアクチュエータ装置、並びに、これを用いた光スイッチシステム及び光学装置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装置は、複数のマイクロアクチュエータと、前記複数のマイクロアクチュエータを駆動する駆動回路と、を備え、（i）前記各マイクロアクチュエータは、固定部に対して移動し得るように設けられた可動部と、前記可動部に設けられた第１の電極部と、前記固定部に設けられ前記第１の電極部との間の電圧により静電力を生じ得る第２の電極部と、前記可動部に設けられ静電力以外の駆動力を生じ得る駆動力発生部と、を有し、（ii）前記駆動回路は、前記複数のマイクロアクチュエータの行を選択する行選択信号に連動してオン・オフする複数対の行選択信号連動スイッチと、前記複数のマイクロアクチュエータの列を選択する列選択信号に連動してオン・オフする複数対の列選択信号連動スイッチと、それぞれ電位が印加される第１及び第２の電位供給端子とを有し、（iii）前記各対の行選択信号連動スイッチは、互いに相補的にオン・オフする２つの行選択信号連動スイッチからなり、（iv）前記各対の列選択信号連動スイッチは、互いに相補的にオン・オフする２つの列選択信号連動スイッチからなり、（v）前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部のうちの一方の電極部が前記第１の電位供給端子に電気的に接続され、（vi）前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部のうちの他方の電極部が、前記行選択信号及び前記列選択信号がいずれの状態であっても、前記複数の対の行選択信号連動スイッチのうちの１対の行選択信号連動スイッチ及び前記複数の対の列選択信号連動スイッチのうちの１対の列選択信号連動スイッチからなる合計４つのスイッチのうちの、オン状態の１つ又は２つのスイッチを経由して、前記第１及び第２の電位供給端子のうちのいずれか一方に電気的に接続されるものである。

本発明の第２の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第１の態様において、（i）前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの２つの行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）の各一端が、当該マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部のうちの前記他方の電極部に電気的に接続され、（ii）前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの１つの行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）の他端と、当該４つのスイッチのうちの２つの列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）の各一端とが、互いに電気的に接続され、（iii）前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの他の１つの行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）の他端が、前記第２の電位供給端子に電気的に接続され、（iv）前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの１つの列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）の他端が、前記第１の電位供給端子に電気的に接続され、（v）前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの他の１つの列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）の他端が、前記第２の電位供給端子に電気的に接続されたものである。

本発明の第３の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第１又は第２の態様において、（i）前記各対の行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）は、前記各マイクロアクチュエータ毎に設けられ、（ii）前記各対の列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）は、前記複数のマイクロアクチュエータの列（又は行）毎に、当該列（又は行）に対して共通して設けられたものである。

本発明の第４の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記各マイクロアクチュエータの前記駆動力発生部は、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であるものである。

本発明の第５の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第４の態様において、前記駆動回路は、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選択的に電流を流すための複数のスイッチを有するものである。

本発明の第６の態様による光スイッチシステムは、前記第１乃至第５のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータ装置と、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設けられたミラーと、を備えたものである。

本発明の第７の態様による光学装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータ装置と、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設けられた光学素子と、を備えたものである。

本発明によれば、残留電荷のリークの影響による誤動作が生ずるおそれのない安定したマイクロアクチュエータ装置、並びに、これを用いた光スイッチシステム及び光学装置を提供することができる。

また、本発明によれば、残留電荷のリークの影響による誤動作が生ずるおそれがなく安定し、かつ、静電力の発生に交流電圧を用いるのに適したマイクロアクチュエータ装置、並びに、これを用いた光スイッチシステム及び光学装置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装置、光スイッチシステム及び光学装置について、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軸方向の並びを行、Ｙ軸方向の並びを列という。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、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、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。

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、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。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。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。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、本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータ装置である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＋Ｘ側から−Ｘ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、−Ｘ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（＋Ｙ側）まで延び、可動板１２の先端の一辺１２ｅに沿ってＸ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、＋Ｘ側の脚部１２ｄにおいて絶縁膜１５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、−Ｘ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Ｙ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（＋Ｙ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４１ａ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、図１中の外部制御回路６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８に示す駆動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。

ここで、１つの光スイッチに着目して、その動作例について説明する。以下の説明において、ローレンツ力用電流経路２２ｃに流れてローレンツ力を起こす電流をローレンツ力用電流といい、可動電極２２ｄと固定電極４１ａとの間に印加する電圧を静電力用電圧という。

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。なお、本実施の形態では、図６に示す状態において、ローレンツ力用電流がゼロのままとして、静電力用電圧をＶとしても、電極２２ｄ，４１ａ間の距離が大きいため、両者の間に生ずる静電力が実質的に消失し、図６に示す状態を維持するように、設定されている。

その後、ミラー３１の位置を図７に示す下側位置に切り替える場合には、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下降し、可動板１２が基板１１に当接した時点で停止し、図６に示す下側位置に保持される。その後、静電力用電圧をＶとした後に、ローレンツ力用電流をゼロにする。この状態では、電極２２ｄ，４１ａ間の距離が小さいので、両者の静電力は前記バネ力に比べて十分に大きいため、図６に示す状態が維持される。なお、ミラー３１の位置を図７に示す下側位置に切り替える場合、ローレンツ力用電流を＋Ｉにする前に、静電力用電圧をＶにしてもよい。

ミラー３１が図７に示す下側位置に位置する場合には、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、ミラー３１の位置を図６に示す上側位置に切り替える場合には、静電力用電圧をゼロにする。その結果、ミラー３１は、前記バネ力により上方へ移動し、図６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。

図８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経路２２ｃに相当）と見なせる。図８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列目の）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。本実施の形態では、コンデンサＣｍｎの左側が固定電極４１ａ、右側が可動電極２２ｄとなっている。もっとも、両者を逆にしてもよい。

図８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。

なお、以下の説明では、説明の便宜上、各スイッチは、そのゲートがハイレベルになるとオンし、そのゲートがローレベルになるとオフするものとする。この点は、図８の場合のみならず、後述する図１２や図１５の場合も同様である。

図８に示す回路では、コンデンサＣｍｎに関して、各行毎に行選択信号を供給するための行選択端子ＶＶｍ、及び、各列毎に列選択信号を供給するための列選択端子ＶＨｎが設けられている。コイルＬｍｎに関して、各行毎に行選択信号を供給するための行選択端子ＩＶｍ、及び、各列毎に列選択信号を供給するための列選択端子ＩＨｎが設けられている。また、所定の基準電位を基準とした第１の電位を印加するための第１の電位供給端子Ｖｂ、前記基準電位を基準とした第２の電位を印加するための第２の電位供給端子Ｖａ、及び、電流制御端子Ｃ３が設けられている。

図８に示すように、各コンデンサＣｍｎに対してそれぞれ、１対の行選択信号連動スイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂが設けられている。各行ｍの一方の行選択信号連動スイッチＭｍｎａａのゲートは、同じ行ｍの行選択端子ＶＶｍに接続され、行選択信号連動スイッチＭｍｎａａのゲートには行選択信号が非反転で入力される。各行ｍの他方の行選択信号連動スイッチＭｍｎａｂのゲートは、同じ行ｍの行選択端子ＶＶｍにノットゲートＮＶＶｍを介して接続され、行選択信号連動スイッチＭｍｎａｂのゲートには行選択信号の反転信号が入力される。これにより、１対の行選択信号連動スイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂは、行選択信号に連動してオン・オフするとともに、互いに相補的にオン・オフする。

コンデンサＣｍｎに対して、列毎に、１対の列選択信号連動スイッチＭｎｂａ，Ｍｎｂｂが当該列に対して共通して設けられている。各列ｎの一方の行選択信号連動スイッチＭｎａｂのゲートは、同じ列ｎの列選択端子ＶＨｎに接続され、列選択信号連動スイッチＭｎｂｂのゲートには列選択信号が非反転で入力される。各列ｎの他方の列選択信号連動スイッチＭｎｂｂのゲートは、同じ列ｎの列選択端子ＶＨｎにノットゲートＮＶＨｎを介して接続され、列選択信号連動スイッチＭｎｂｂのゲートには行選択信号の反転信号が入力される。これにより、１対の列選択信号連動スイッチＭｎｂａ，Ｍｎｂｂは、列選択信号に連動してオン・オフするとともに、互いに相補的にオン・オフする。

このように、列毎に１対の列選択信号連動スイッチＭｎｂａ，Ｍｎｂｂが当該列に対して共通して設けられているが、各コンデンサＣｍｎに関連して、２つの行選択信号連動スイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ及び２つの列選択信号連動スイッチＭｎｂａ，Ｍｎｂｂの、合計４つのスイッチが設けられている。例えば、コンデンサＣ１１に関連して、２つの行選択信号連動スイッチＭ１１ａａ，Ｍ１１ａｂ及び２つの列選択信号連動スイッチＭ１ｂａ，Ｍ１ｂｂの、合計４つのスイッチが設けられている。また、例えば、コンデンサＣ１２に関連して、２つの行選択信号連動スイッチＭ１２ａａ，Ｍ１２ａｂ及び２つの列選択信号連動スイッチＭ１ｂａ，Ｍ１ｂｂの、合計４つのスイッチが設けられている。

全てのコンデンサＣｍｎの固定電極４１ａが、第１の電位供給端子Ｖｂに電気的に接続されている。

各コンデンサＣｍｎに関して、当該コンデンサＣｍｎに関連する４つのスイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ，Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂのうちの２つの行選択信号連動スイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂの各一端が、当該コンデンサＣｍｎの可動電極２２ｄに電気的に接続されている。

各コンデンサＣｍｎに関して、当該コンデンサＣｍｎに関連する４つのスイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ，Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂのうちの１つの行選択信号連動スイッチＭｍｎａａの他端と、当該４つのスイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ，Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂのうちの２つの列選択信号連動スイッチＭｎｂａ，Ｍｎｂｂの各一端とが、電気的に接続されている。

各コンデンサＣｍｎに関して、当該コンデンサＣｍｎに関連する４つのスイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ，Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂのうちの他の１つの行選択信号連動スイッチＭｍｎａｂの他端が、第２の電位供給端子Ｖａに電気的に接続されている。

各コンデンサＣｍｎに関して、当該コンデンサＣｍｎに関連する４つのスイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ，Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂのうちの１つの列選択信号連動スイッチＭｎｂａの他端が、第１の電位供給端子Ｖｂに電気的に接続されている。

各コンデンサＣｍｎに関して、当該コンデンサＣｍｎに関連する４つのスイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ，Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂのうちの他の１つの列選択信号連動スイッチＭｎｂｂの他端が、第２の電位供給端子Ｖａに電気的に接続されている。

本実施の形態では、このように接続されることによって、各コンデンサＣｍｎに関して、当該コンデンサＣｍｎの可動電極２２ｄが、行選択信号及び列選択信号がいずれの状態であっても、当該コンデンサＣｍｎに関連する４つのスイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ，Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂのうちの、オン状態の１つ又は２つのスイッチを経由して、第１及び第２の電位供給端子Ｖｂ，Ｖａのいずれか一方に電気的に接続されるようになっている。

例えば、コンデンサＣ１１に関する行選択端子ＶＶ１及び列選択スイッチＶＨ１は、（i）ＶＶ１がハイレベルでＶＨ１がハイレベルの状態、（ii）ＶＶ１がハイレベルでＶＨ１がローレベルの状態、（iii）ＶＶ１がローレベルでＶＨ１がハイレベルの状態、（iv）ＶＶ１がローレベルでＶＨ１がローレベルの状態の、４つの状態となる。（i）の状態では、Ｍ１１ａａがオン、Ｍ１１ａｂがオフ、Ｍ１ｂａがオン、Ｍ１ｂｂがオフとなり、コンデンサＣ１１の可動電極２２ｄは、２つのスイッチＭ１１ａａ，Ｍ１ｂａを経由して、第１の電位供給端子Ｖｂに電気的に接続される。（ii）の状態では、Ｍ１１ａａがオン、Ｍ１１ａｂがオフ、Ｍ１ｂａがオフ、Ｍ１ｂｂがオンとなり、コンデンサＣ１１の可動電極２２ｄは、２つのスイッチＭ１１ａａ，Ｍ１ｂｂを経由して、第２の電位供給端子Ｖａに電気的に接続される。（iii）の状態では、Ｍ１１ａａがオフ、Ｍ１１ａｂがオン、Ｍ１ｂａがオン、Ｍ１ｂｂがオフとなり、コンデンサＣ１１の可動電極２２ｄは、１つのスイッチＭ１１ａｂを経由して、第２の電位供給端子Ｖａに電気的に接続される。（iv）の状態では、Ｍ１１ａａがオフ、Ｍ１１ａｂがオン、Ｍ１ｂａがオフ、Ｍ１ｂｂがオンとなり、コンデンサＣ１１の可動電極２２ｄは、１つのスイッチＭ１ａｂを経由して、第２の電位供給端子Ｖａに電気的に接続される。

また、図８に示す回路では、コイルＬｍｎに対してそれぞれ、コイル用行選択スイッチＭｍｎｃが設けられている。コイルＬｍｎに対して、列毎に、コイル用列選択スイッチＭｎｄが当該列に対して共通して設けられている。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Ｍｎｄの一端に接続され、列選択スイッチＭｎｄの他端は電流制御スイッチＭＣ３の一端に接続されている。コイルＬｍｎの他端は接地されている（接地電位となる部位に接続されている）。電流制御スイッチＭＣ３の他端は前記電流＋Ｉを供給する電流源Ｉ１の一端に接続され、電流源Ｉ１の他端は接地されている。電流制御スイッチＭＣ３のゲートは、端子Ｃ３に接続されている。各行ｍの行選択スイッチＭｍｎｃのゲートは、同じ行ｍのコイル用行選択端子ＩＶｍに接続されている。各列ｎのコイル用列選択スイッチＭｎｄのゲートは、その列ｎのコイル用列選択端子ＩＨｎに接続されている。

なお、前述した各スイッチは、基板１１としてシリコン基板を用いた場合、基板１１に形成したＭＯＳトランジスタで構成することができる。

図９は、図８中の第１及び第２の電位供給端子Ｖｂ，Ｖａに印加される電位の一例を示す図である。図１０は、図８中の第１及び第２の電位供給端子Ｖｂ，Ｖａに印加される電位の他の例を示す図である。

図９に示す例では、電位供給端子Ｖａに基準電位を基準とした直流電位＋Ｖｃが印加され、電位供給端子Ｖｂに基準電位（例えば、接地電位）が印加され、これにより、直流駆動される。図９の場合、端子Ｖｂ，Ｖａ間に直流電源を接続すればよい。

図１０に示す例では、電位供給端子Ｖａに基準電位（例えば、接地電位）を基準とした＋Ｖｃと−Ｖｃとを交番する交流パルス電位が印加され、電位供給端子Ｖｂに基準電位（例えば、接地電位）を基準とした＋Ｖｃと−Ｖｃとを交番する交流パルス電位が印加され、両者は逆位相とされている。これにより、交流パルス駆動される。

本実施の形態では、図９に示すような直流駆動を採用してもよいし、図１０に示すような交流駆動を採用してもよい。ただし、チャージアップ等の影響を避けるためには、図１０に示すような交流駆動を採用することが好ましい。

次に、各端子Ｃ３，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＨ１〜ＶＨ３，ＩＶ１〜ＩＶ３，ＩＨ１〜ＩＨ３に印加する電圧のタイミングチャートの一例を、図１１に示す。

本実施の形態では、端子端子Ｃ３，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＨ１〜ＶＨ３，ＩＶ１〜ＩＶ３，ＩＨ１〜ＩＨ３の電圧は、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、現在の可動板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、状態保持期間を設定する。また、状態保持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状態保持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イッチの数が３つある場合には、状態変更期間→状態保持期間→状態変更期間→状態保持期間→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、外部制御回路６は、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のアドレス及び可動板位置状態に応じて端子Ｃ３，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＨ１〜ＶＨ３，ＩＶ１〜ＩＶ３，ＩＨ１〜ＩＨ３の電圧を定める。

図１１は、外部制御回路６により、状態保持期間→１行１列目の光スイッチの状態変更期間（解放動作（対象光スイッチを図７に示す下側位置から図６に示す上側位置へ変更する動作）を行う状態変更期間）→状態保持期間→１行１列目の光スイッチの状態変更期間（ラッチ動作（対象光スイッチを図６に示す上側位置から図７に示す下側位置へ変更する動作）を行う状態変更期間）→状態保持期間が設定された例を示している。

図１１において、時刻ｔ１以前は、状態保持期間である。この期間では、端子Ｃ３，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＨ１〜ＶＨ３，ＩＶ１〜ＩＶ３，ＩＨ１〜ＩＨ３は、ローレベルである。この状態では、コンデンサＣｍｎの固定電極４１ａは第１の電位供給端子Ｖｂに直接に接続され、コンデンサＣｍｎの可動電極２２ｄはオン状態の行選択信号連動スイッチＭｍｎａｂを経由して第２の電位供給端子Ｖａに接続されているので、全てのコンデンサＣｍｎには端子Ｖａ，Ｖｂ間の電位差（図９の場合はＶｃ、図１０の場合は２Ｖｃ）が印加され、かつ、全てのコイルＬｍｎには電流が流れておらず、各光スイッチのミラー３１は、図６に示す上側位置及び図７に示す下側位置のいずれかの位置に保持されている。ここでは、１行１列目の光スイッチのミラー３１は、図７に示す下側位置に保持されているものとする。

時刻ｔ１で、１行１列目の光スイッチを状態変更の対象とする状態変更期間（解放動作を行う状態変更期間）が開始され、端子ＶＶ１，ＶＨ１がハイレベルとされ、それ以外の端子は全てローレベルのままである。

この時、１行目の一方の行選択信号連動スイッチＭ１１ａｂ，Ｍ１２ａｂ，Ｍ１３ａｂがオフに切り替わり、１行目の他方のＭ１１ａａ，Ｍ１２ａａ，Ｍ１３ａａがオンに切り替わるが、他の行の行選択信号連動スイッチの状態に変化はない。また、１列目の一方の列選択信号連動スイッチＭ１ｂａがオンに切り替わり、１列目の他方の列選択信号連動スイッチＭ１ｂｂがオフに切り替わるが、他の列の列選択信号連動スイッチの状態に変化はない。

したがって、時刻ｔ１以降は、１行１列目のコンデンサＣ１１の可動電極２２ｄはオン状態の行選択信号連動スイッチＭ１１ａａ，Ｍ１ｂａを経由して第１の電位供給端子Ｖｂに接続される。このため、コンデンサＣ１１の固定電極４１ａはそもそも直接に第１の電位供給端子Ｖｂに接続されていることから、コンデンサＣ１１には電位差ゼロが印加されて、コンデンサＣ１１のバイアス電圧はゼロとなる。その結果、１行１列目の光スイッチのミラー３１は、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、図６に示す上側位置へ移動する。

時刻ｔ１以降も、他のコンデンサの可動電極部２２ｄには端子Ｖａが接続されており、他のコンデンサには端子Ｖａ，Ｖｂ間の電位差（図９の場合はＶｃ、図１０の場合は２Ｖｃ）が印加されている。このように、本実施の形態によれば、状態変更期間においても、全てのコンデンサＣｍｎは電位供給端子Ｖａ、Ｖｂのいずれかから電気的に切り離されることはない。

その後、時刻ｔ２で、端子ＶＶ１，ＶＨ１をローベルにすることで、状態保持期間へ移行する。

この状態保持期間の後、時刻ｔ３において、１行１列目の光スイッチを状態変更の対象とする状態変更期間（ラッチ動作を行う状態変更期間）が開始され、端子ＩＶ１，ＩＨ１がハイレベルにされる。これにより、１行目のコイル用行選択Ｍ１１ｃ，Ｍ１２ｃ，Ｍ１３ｃ及び１列目のコイル用列選択スイッチＭ１ｄがオンに切り替わる。次に、時刻ｔ４において、端子Ｃ３をハイレベルにして、電流制御スイッチＭＣ３をオンに切り替える。その結果、１行１列目の光スイッチのコイルＬ１１にローレンツ力用電流が流れ、それに生ずる下向きのローレンツ力によって、１行１列目の光スイッチのミラー３１が図７に示す下側位置へ移動する。

その後、時刻ｔ５で、端子Ｃ３端子をローレベルにし、電流制御スイッチＭＣ３をオフに切り替える。これにより下向きのローレンツ力が作用しなくなるが、コンデンサＣ１１には、端子Ｖａ，Ｖｂ間の電位差（図９の場合はＶｃ、図１０の場合は２Ｖｃ）が印加されているため、それによる静電力によって、ミラー３１は図７に示す下側位置に保持され続ける。

さらに、時刻ｔ６で、端子ＩＶ１，ＩＨ１端子をローレベルとして、状態保持期間へ移行する。

以上の説明からわかるように、本実施の形態によれば、互いに相補的にオン・オフする行選択信号連動スイッチＭｍｎａａ，Ｍｍｎａｂと、互いに相補的にオン・オフする列選択信号連動スイッチＭｍｎｂａ，Ｍｍｎｂｂとを、巧みに利用することで、状態変更期間を含むいずれの期間においても、コンデンサＣｍｎの固定電極４１ａ及び可動電極２２ｄが電位供給端子Ｖａ，Ｖｂのいずれかに接続されており、固定電極４１ａ及び可動電極２２ｄが電気的に浮いた状態にされることがない。したがって、前述した従来技術と異なり、コンデンサＣｍｎの残留電荷を利用するものではないため、残留電荷のリークの影響による誤動作が生ずるおそれがなくなり、安定した動作を行うことができる。

また、前述した動作説明から、本実施の形態では、図９に示すように直流駆動を行うことができるだけでなく、図１０に示すように交流駆動を何ら支障を来すことなく、適切に行うことができることがわかる。このように、本実施の形態は、静電力の発生に交流電圧を用いるのにも適している。

ここで、本実施の形態による光スイッチアレー１を変形した比較例による光スイッチアレーについて、図１２を参照して説明する。

図１２は、この比較例による光スイッチアレーを示す電気回路図である。図１２において、図８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。この比較例が本実施の形態と異なる所は、駆動回路のみである。図１２に示す駆動回路は、前述した特許文献１の図７に開示された駆動回路と実質的に同じである。

この比較例では、図１２に示すように、各コンデンサＣｍｎに対してそれぞれ、図８中の行選択信号連動スイッチＭｍｎａａに相当する行選択スイッチＭｍｎａは設けられているが、図８中の行選択信号連動スイッチＭｍｎａｂに相当するスイッチは設けられていない。また、この比較例では、コンデンサＣｍｎに対して、列毎に、図８中の列選択信号連動スイッチＭｎｂａに相当する列選択スイッチが当該列に対して共通して設けられているが、図８中の列選択信号連動スイッチＭｎｂｂに相当するスイッチは設けられていない。これに伴い、この比較例では、図８中のノットゲートＮＶＶｍ，ＮＶＨｎは設けられていない。

図１２中の端子Ｖｍは、コンデンサＣｍｎ用及びコイルＬｍｎ用を兼用した行選択端子であり、図８中の端子ＶＶｍ，ＩＶｍを兼用したものに相当している。同様に、図１２中の端子Ｈｎは、コンデンサＣｍｎ用及びコイルＬｍｎ用を兼用した列選択端子であり、図８中の端子ＶＨｎ，ＩＨｎを兼用したものに相当している。

この比較例では、図８中の電位供給端子Ｖａ，Ｖｂは設けられておらず、全てのコンデンサＣｍｎの固定電極４１ａが接地されている。そして、図１２に示すように、電圧制御スイッチＭＣ１，ＭＣ２が設けられ、それらのゲートが端子Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ接続されている。電圧制御スイッチＭＣ１の一端及び電圧制御スイッチＭＣ２の一端が、互いに接続され、更に列選択スイッチＭｎｂの一端にそれぞれ接続されている。電圧制御スイッチＭＣ１の他端は直流のクランプ電圧ＶＣに接続され、電圧制御スイッチＭＣ２の他端は接地されている。

次に、この比較例において、各端子Ｃ１〜Ｃ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｈ１〜Ｈ３に印加する電圧のタイミングチャートの一例を、図１３に示す。図１３に示す動作例は、前述した図１１に示す本実施の形態の動作例と対応している。

図１３は、電圧リフレッシュ期間→１行１列目の光スイッチの状態変更期間（解放動作）→電圧リフレッシュ期間→１行１列目の光スイッチの状態変更期間（ラッチ動作）→電圧リフレッシュ期間が設定された例である。電圧リフレッシュ期間は、状態保持期間の一部をなすものである。

図１３、時刻ｔ１１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〜Ｖ３，Ｈ１〜Ｈ３，Ｃ１は全てハイレベルとされ、端子Ｃ２，Ｃ３はローレベルとされ、各光スイッチのミラー３１は、図６に示す上側位置及び図７に示す下側位置のいずれかの位置に保持されている。ここでは、１行１列目の光スイッチのミラー３１は、図７に示す下側位置に保持されているものとする。

時刻ｔ１１で１行１列目の光スイッチを状態変更の対象とする状態変更期間（解放動作を行う状態変更期間）が開始され、端子Ｖ２，Ｖ３，Ｈ２，Ｈ３がローレベルとされ、コンデンサＣ１１以外のコンデンサが、電気的に切り離される。

次に、時刻ｔ１２で端子Ｃ１がローレベルにされた後、時刻ｔ１３で、端子Ｃ２がハイレベルにされ、コンデンサＣ１１に充電されていた電荷が放電され、コンデンサＣ１１の静電力電圧がゼロにされる。これによって、１行１列目の光スイッチの固定電極４１ａと可動電極２２ｄとの間の静電力がなくなり、１行１列目の光スイッチのミラー３１は、図６に示す上側位置に移動して保持される。次に、時刻ｔ１４で端子Ｃ２がローレベルにされ、更に時刻ｔ５で端子Ｃ１がハイレベルにされる。

その後、時刻ｔ１６で、端子Ｖ２，Ｖ３，Ｈ２，Ｈ３をハイレベルにすることで、電圧リフレッシュ期間へ移行する。

この電圧リフレッシュ期間の後、時刻ｔ１７で１行１列目の光スイッチを状態変更の対象とする状態変更期間（ラッチ動作を行う状態変更期間）が開始され、端子Ｖ２，Ｖ３，Ｈ２，Ｈ３がローレベルになり、コイルＬ１１が選択され、コンデンサＣ１１以外のコンデンサが電気的に切り離される。

次に、時刻ｔ１８で端子Ｃ３がハイレベルにされ、コイルＬ１１にローレンツ力用電流が流れ、それによる下向きのローレンツ力によって、ミラー３１は図７に示す下側位置に移動する。その後、時刻ｔ１９で、端子Ｃ３はローレベルにされ、ローレンツ力用電流は停止してローレンツ力が生じなくなるが、コンデンサＣ１１の静電力により、ミラー３１は下側位置に保持され続ける。

その後、時刻ｔ２０で、端子Ｖ２，Ｖ３，Ｈ２，Ｈ３をハイレベルにすることで、電圧リフレッシュ期間へ移行する。

この比較例では、各コンデンサＣｍｎの可動電極２２ｄに対して２つの選択スイッチＭ１１ａ，Ｍ１ｂが直列に接続され（例えば、コンデンサＣ２１に対して選択スイッチＭ２１，Ｍ１ｂが直列に接続され）、選択スイッチＭ１１ａ，Ｍ１ｂをバイパスする通電路は存在しない。このため、前述した動作説明からわかるように、状態変更期間ｔ１１−ｔ６と状態保持期間ｔ１７−ｔ２０においては、コンデンサＣ１１以外のコンデンサが電気的に切り離されるため、状態変更対象の１行１列目の光スイッチ以外の光スイッチのミラー３１の図７に示す下側位置の保持は、当該コンデンサに残留している電荷によって発生する静電力に頼っている。このため、この比較例では、各コンデンサは残留電荷のリークの影響を受け、誤動作するおそれがある。
また、この比較例では、静電力発生のために直流電圧を使用しているが、以下に説明する理由で、静電力発生のために交流電圧を用いることは困難である。

今、図１２に示した回路において、直流電圧ＶＣの代わりに、図１４に示すような交流パルスを印加することを考える。すると、状態変更期間に移行するタイミング（例えば、図１３中の時刻ｔ１１，時刻ｔ１７）が、図１４中の時刻Ｔ１，Ｔ３の場合は、状態変更対象以外の光スイッチのコンデンサにはその時点の電圧＋Ｖｃ又は−Ｖｃの電荷が残留するため、状態変更期間において、状態変更対象以外の光スイッチのコンデンサを、直流駆動の場合と同様に下側位置に保持することができる。ところが、状態変更期間に移行するタイミングが、図１４中の時刻Ｔ２，Ｔ４のように極性切り替えタイミングと一致すると、その時点では、状態変更対象以外の光スイッチのコンデンサにはほとんど電荷がないので、状態変更対象以外の光スイッチのコンデンサを、下側位置に保持し得なくなってしまう。このため、直流電圧ＶＣの代わりに、図１４に示すような交流パルスを印加しようとすると、状態変更期間への移行タイミングが時刻Ｔ１，Ｔ３のようなタイミングとなるように、高度なタイミング制御が必要となり、回路構成が複雑となってしまう。

そして、このようなタイミング制御を実現したとしても、電圧ＶＣの静電力を得るために２ＶＣの耐圧を持つ回路が必要となり、実用的でない。これを解決するためには、静電力用電極の一般的な交流駆動では、一方の電極の電位を、グランドではなく、他方の電極と逆位相の交流パルス電圧を印加する方法が用いられる。ところが、図１２に示す比較例では、状態変更期間において選択されたコンデンサ以外のコンデンサが電源から電気的に切り離されてしまうので、このような一般的な手法を採用することができず、結局、高耐圧の回路を採用せざるを得ない。

このように、前記比較例では、タイミング制御の点及び高耐圧の点から、実際上は、静電力の発生に交流電圧を用いることは困難である。

これに対し、本実施の形態では、前述したように、コンデンサＣｍｎの残留電荷を利用するものではないため、残留電荷のリークの影響による誤動作が生ずるおそれがなくなり、安定した動作を行うことができるのである。

また、本実施の形態では、図１０に示すように交流駆動を採用しても、前述したようなタイミング制御は全く不要であるとともに、静電力用電極の一般的な交流駆動に準じて、図１０に示すように、コンデンサＣｍｎの一方の電極と他方の電極にそれぞれ基準電位を基準とした逆相の交流電位を印加することができるので、交流駆動を容易に実現することができる。

［第２の実施の形態］

図１５は、本発明の第２の実施の形態による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を示す電気回路図である。図１５において、図８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。

本実施の形態による光スイッチシステムが前記第１の実施の形態による光スイッチシステムと異なる所は、本実施の形態で用いられている光スイッチアレーにおいて、図１５に示すように、図８中の電流制御スイッチＭＣ３に代えて、４つの電流制御スイッチＭＣ１１〜ＭＣ１４が設けられ、端子Ｃ４も追加されている点のみである。

このような構成を採用することで、本実施の形態では、単一の電流原Ｉ１を用いながらも、各コイルＬｍｎに、下向き（−Ｚ方向）のローレンツ力を発生するための正方向のローレンツ力用電流のみならず、上向き（＋Ｚ方向）のローレンツ力を発生するための逆方向のローレンツ力用電流も流せるようになっている。上向きのローレンツ力は、ミラー３１を図７に示す下側位置から図６に示す上側位置へ移動させる際に、その移動速度を上げるために設けられる。

次に、図１５中の各端子Ｃ３，Ｃ４，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＨ１〜ＶＨ３，ＩＶ１〜ＩＶ３，ＩＨ１〜ＩＨ３に印加する電圧のタイミングチャートの一例を、図１６に示す。

本実施の形態においても、第１及び第２の電位供給端子Ｖｂ，Ｖａに印加される電位は、図９に示すような直流の電位でもよいし、図１０に示すような交流の電位でもよい。本例においても、これらの各端子に印加する電圧がハイレベルの場合に、対応するスイッチがオンするとともに、当該電圧がローレベルの場合に、対応するスイッチがオフするものとする。

図１６に示す動作例は、前述した図１１に示す第１の実施の形態の動作例と対応している。図１６も、図１１の場合と同じく、状態保持期間→１行１列目の光スイッチの状態変更期間（解放動作）→状態保持期間→１行１列目の光スイッチの状態変更期間（ラッチ動作）→状態保持期間が設定された例である。

図１６において、時刻ｔ３１以前は、状態保持期間である。この期間では、端子Ｃ３，Ｃ４，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＨ１〜ＶＨ３，ＩＶ１〜ＩＶ３，ＩＨ１〜ＩＨ３は、ローレベルである。この状態では、全てのコンデンサＣｍｎには端子Ｖａ，Ｖｂ間の電位差（図９の場合はＶｃ、図１０の場合は２Ｖｃ）が印加され、かつ、全てのコイルＬｍｎには電流が流れておらず、各光スイッチのミラー３１は、図６に示す上側位置及び図７に示す下側位置のいずれかの位置に保持されている。ここでは、１行１列目の光スイッチのミラー３１は、図７に示す下側位置に保持されているものとする。

時刻ｔ３１で、１行１列目の光スイッチの状態変更期間（解放動作）が開始され、端子ＶＶ１，ＶＨ１，ＩＶ１，ＩＨ１がハイレベルとされ、それ以外の端子は全てローレベルのままである。

この時、１行目の一方の行選択信号連動スイッチＭ１１ａｂ，Ｍ１２ａｂ，Ｍ１３ａｂがオフに切り替わり、１行目の他方のＭ１１ａａ，Ｍ１２ａａ，Ｍ１３ａａがオンに切り替わるが、他の行の行選択信号連動スイッチの状態に変化はない。また、１列目の一方の列選択信号連動スイッチＭ１ｂａがオンに切り替わり、１列目の他方の列選択信号連動スイッチＭ１ｂｂがオフに切り替わるが、他の列の列選択信号連動スイッチの状態に変化はない。

したがって、時刻ｔ３１以降は、１行１列目のコンデンサＣ１１の可動電極２２ｄはオン状態の行選択信号連動スイッチＭ１１ａａ，Ｍ１ｂａを経由して第１の電位供給端子Ｖｂに接続される。このため、コンデンサＣ１１の固定電極４１ａはそもそも直接に第１の電位供給端子Ｖｂに接続されていることから、コンデンサＣ１１には電位差ゼロが印加されて、コンデンサＣ１１のバイアス電圧はゼロとなる。その結果、１行１列目の光スイッチのミラー３１は、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、図６に示す上側位置への移動を開始する。

時刻ｔ３１以降も、他のコンデンサの可動電極部２２ｄには端子Ｖａが接続されており、他のコンデンサには端子Ｖａ，Ｖｂ間の電位差（図９の場合はＶｃ、図１０の場合は２Ｖｃ）が印加されている。このように、本実施の形態によれば、状態変更期間においても、全てのコンデンサＣｍｎは電位供給端子Ｖａ、Ｖｂのいずれかから電気的に切り離されることはない。

その後、時刻ｔ３２で、端子Ｃ４をハイレベルにして、コイルＬ１１に上向きのローレンツ力を発生させるローレンツ力用電流−Ｉを流す。この凸部２４が設けられていない支持板１２ｂの領域のバネ力に加えて、この上向きのローレンツ力によっても、１行１列目の光スイッチのミラー３１が上方へ移動していく。よって、ミラー３１の上方への移動速度が高まる。

１行１列目の光スイッチのミラー３１が図６に示す上側位置に移動した後、時刻ｔ３３で、端子Ｃ４をローレベルにし、ローレンツ力用電流を停止させる。

その後、時刻ｔ３４で、端子ＶＶ１，ＶＨ１，ＩＶ１，ＩＨ１をローベルにすることで、状態保持期間へ移行する。

この状態保持期間の後、時刻ｔ３５において、１行１列目の光スイッチの状態変更期間（ラッチ動作）が開始される。このラッチ動作は前記第１の実施の形態の場合と同じである。図１６中の時刻ｔ３５〜ｔ３８は、図１１中の時刻ｔ３〜ｔ６にそれぞれ相当している。よって、ここでは、ラッチ動作の説明は省略する。

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。また、本実施の形態によれば、上向きのローレンツ力を利用することで、ミラー３１を図７に示す下側位置から図６に示す上側位置へ移動させる移動速度を上げることができ、しかも逆方向のローレンツ力用の電流源を別に用いることなく、単一電流源を用いることができる。

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、前記各実施の形態では、列毎に１対の列選択信号連動スイッチＭｍｂａ，Ｍｍｂｂが当該列に対して共通して設けられているが、相補的にオン・オフする１対の列選択信号連動スイッチを各コンデンサＣｍｎに対して１対１に設けてもよい。

また、前記各実施の形態では、静電力以外の駆動力としてローレンツ力が用いられているが、他の駆動力を用いてもよい。例えば、ローレンツ力用電流経路２２ｄの代わりに圧電素子を設けて、当該圧電素子による駆動力を利用してもよい。

さらに、前記各実施の形態では、可動板１２が片持ち梁構造を有しているが、本発明では、例えば、可動部は両持ち梁構造を有していてもよい。

また、前述した各実施の形態は本発明を光スイッチシステムに適用した例であったが、本発明は、ミラー３１に代えて、光の反射率の低い遮光膜や、偏光特性を有する偏光膜や、光波長フィルタ特性を有する光学薄膜などを搭載することにより、光減衰器、偏光器、波長選択器等の種々の光学装置に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態によるマイクロアクチュエータ装置を用いた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＋Ｘ側から−Ｘ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＋Ｘ側から−Ｘ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示す電気回路図である。 図８中の第１及び第２の電位供給端子に印加される電位の一例を示す図である。 図８中の第１及び第２の電位供給端子に印加される電位の他の例を示す図である。 図１中の光スイッチアレーの各端子に印加する電圧のタイミングチャートの一例を示す図である。 比較例による光スイッチアレーを示す電気回路図である。 図１２に示す光スイッチアレーの各端子に印加する電圧のタイミングチャートの一例を示す図である。 交流パルスの例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による光スイッチシステムで用いられている光スイッチアレーを示す電気回路図である。 図１５に示す光スイッチアレーの各端子に印加する電圧のタイミングチャートの一例を示す図である。

符号の説明

１ 光スイッチアレー
１１ 基板
１２ 可動板
２２ｄ 可動電極
４１ａ 固定電極
３１ ミラー
Ｃｍｎ コンデンサ
Ｍｍｎａａ，Ｍｍｎａｂ 行選択信号連動スイッチ
Ｍｎｂａ，Ｍｎｂｂ 列選択信号連動スイッチ

Claims (7)

1. 複数のマイクロアクチュエータと、前記複数のマイクロアクチュエータを駆動する駆動回路と、を備え、
   前記各マイクロアクチュエータは、固定部に対して移動し得るように設けられた可動部と、前記可動部に設けられた第１の電極部と、前記固定部に設けられ前記第１の電極部との間の電圧により静電力を生じ得る第２の電極部と、前記可動部に設けられ静電力以外の駆動力を生じ得る駆動力発生部と、を有し、
   前記駆動回路は、前記複数のマイクロアクチュエータの行を選択する行選択信号に連動してオン・オフする複数対の行選択信号連動スイッチと、前記複数のマイクロアクチュエータの列を選択する列選択信号に連動してオン・オフする複数対の列選択信号連動スイッチと、それぞれ電位が印加される第１及び第２の電位供給端子とを有し、
   前記各対の行選択信号連動スイッチは、互いに相補的にオン・オフする２つの行選択信号連動スイッチからなり、
   前記各対の列選択信号連動スイッチは、互いに相補的にオン・オフする２つの列選択信号連動スイッチからなり、
   前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部のうちの一方の電極部が前記第１の電位供給端子に電気的に接続され、
   前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部のうちの他方の電極部が、前記行選択信号及び前記列選択信号がいずれの状態であっても、前記複数の対の行選択信号連動スイッチのうちの１対の行選択信号連動スイッチ及び前記複数の対の列選択信号連動スイッチのうちの１対の列選択信号連動スイッチからなる合計４つのスイッチのうちの、オン状態の１つ又は２つのスイッチを経由して、前記第１及び第２の電位供給端子のうちのいずれか一方に電気的に接続される、
   ことを特徴とすることを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。
2. 前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの２つの行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）の各一端が、当該マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部のうちの前記他方の電極部に電気的に接続され、
   前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの１つの行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）の他端と、当該４つのスイッチのうちの２つの列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）の各一端とが、互いに電気的に接続され、
   前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの他の１つの行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）の他端が、前記第２の電位供給端子に電気的に接続され、
   前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの１つの列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）の他端が、前記第１の電位供給端子に電気的に接続され、
   前記各マイクロアクチュエータに関して、当該マイクロアクチュエータに関連する前記４つのスイッチのうちの他の１つの列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）の他端が、前記第２の電位供給端子に電気的に接続された、
   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装置。
3. 前記各対の行選択信号連動スイッチ（又は列選択信号連動スイッチ）は、前記各マイクロアクチュエータ毎に設けられ、
   前記各対の列選択信号連動スイッチ（又は行選択信号連動スイッチ）は、前記複数のマイクロアクチュエータの列（又は行）毎に、当該列（又は行）に対して共通して設けられた、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロアクチュエータ装置。
4. 前記各マイクロアクチュエータの前記駆動力発生部は、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である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装置。
5. 前記駆動回路は、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選択的に電流を流すための複数のスイッチを有することを特徴とする請求項４記載のマイクロアクチュエータ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ装置と、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設けられたミラーと、を備えたことを特徴とする光スイッチシステム。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ装置と、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設けられた光学素子と、を備えたことを特徴とする光学装置。

Images