(57)【要約】【課題】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、かつ、消費電力を低減し、しかも、流れる電流量を低減する。【解決手段】複数のマイクロアクチュエータは、ｍ行ｎ列に配置される。各マイクロアクチュエータは、固定電極及び可動電極がなす静電力用コンデンサＣｍｎと、ローレンツ力用電流経路がなすコイルＬｍｎとを有する。コンデンサＣｍｎの固定電極は、各行毎に、端子ＣＤｎに電気的に共通に接続される。コンデンサＣｍｎの可動電極は、各列毎に、端子ＣＵｍに電気的に共通に接続される。コイルＬｍｎは、各列毎に、電気的に直列に接続され、その一端が端子Ｌｍに接続され、他端が端子Ｌ０に接続される。【選択図】        図１１
2004338045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、固定部に対して移動し得るように設けられた可動部と、前記固定部に設けられた第１の電極部と、前記可動部に設けられ前記第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、前記可動部に設けられ磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生じる電流経路と、を有し、
前記複数のマイクロアクチュエータのうちの２つ以上のマイクロアクチュエータの前記電流経路が、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続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。
【請求項２】
前記複数のマイクロアクチュエータが２次元マトリクス状に配置され、
各行又は各列毎に、当該列又は当該行のマイクロアクチュエータの前記電流経路が、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列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アレー。
【請求項３】
各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部の一方が電気的に共通して接続され、
各列毎に、当該列のマイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部の他方が電気的に共通して接続さ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アレー。
【請求項４】
前記各マイクロアクチュエータに関して、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の位置に復帰しようとする復帰力が生ずるように、設けられ、
前記各マイクロアクチュエータに関して、前記電流経路は、その通電の向きに応じて、前記可動部を前記第２の位置から前記第１の位置へ移動させるような第１の向き又はその反対の第２の向きのローレンツ力を生じるように、設けら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。
【請求項５】
請求項４記載のマイクロアクチュエータアレーと、前記磁界を発生させる磁界発生部と、前記各マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部の電位及び前記電流経路に流れる電流を制御することで、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の位置を切り替える制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とするマイクロアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部の前記第１の位置での保持が前記静電力によって行われるように前記第１及び第２の電極部の電位を制御し、前記可動部を前記第２の位置から前記第１の位置へ切り替える際に、前記電流経路へ前記ローレンツ力の前記第１の向きに応じた向きの電流を流し、前記可動部が前記第１の位置に前記静電力により保持された後に前記電流を遮断す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装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部の前記第１の位置での保持が前記静電力によって行われるように前記第１及び第２の電極部の電位を制御し、前記可動部を前記第１の位置から前記第２の位置へ切り替える際に、前記電流経路へ前記ローレンツ力の前記第２の向きに応じた向きに電流を流すことを特徴とする請求項５又は６に記載のマイクロアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部の前記第１の位置での保持が前記静電力によって行われるように前記第１及び第２の電極部の電位を制御し、前記可動部を前記第１の位置から前記第２の位置へ切り替える際に、前記可動部が前記第１の位置に保持されている場合に比べて前記静電力が減少するかあるいは前記静電力が消失するように、前記第１及び第２の電極部の電位を制御することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部を前記第１の位置から前記第２の位置へ切り替える旨の指令を示す指令信号に同期して、前記第１及び第２の電極部間の電圧変化と、前記ローレンツ力の前記第２の向きに応じた向きの前記電流経路への電流の通電とを、ほぼ同時に開始することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１及び第２の電極部間に交流電圧が印加されるように、前記第１及び第２の電極部の電位を制御することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ装置。
【請求項１１】
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アレー。
【請求項１２】
請求項５乃至１１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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ装置、光スイッチアレー及び光スイッチシステムに関するものである。このような光スイッチアレーは、例えば、光通信などに利用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
マイクロアクチュエータは、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ュエータでは、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、下記特許文献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。
【０００４】
このような静電力を利用するマイクロアクチュエータでは、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。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４２２３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような静電力を用いる従来のマイクロアクチュエータでは、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。
【０００７】
平行平板の電極間に働く静電力Ｆ１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、下記の数１に示す通りとなる。
【０００８】
【数１】
Ｆ１＝ε×Ｖ２×Ｓ／２ｄ２
【０００９】
数１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Ｆ１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ュエータでは、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Ｆ１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Ｆ１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ュエータの本来的な趣旨を損なうことになる。
【００１０】
そこで、本発明者は、研究の結果、マイクロアクチュエータにおいて、静電力の代わりにローレンツ力を用いることを着想するに至った。
【００１１】
ローレンツ力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、下記の数２で示す通りとなることが知られている。
【００１２】
【数２】
Ｆ２＝Ｉ×Ｂ×Ｌ
【００１３】
数２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、発生するローレンツ力Ｆ２は変化しない。
【００１４】
マイクロアクチュエータにおいて、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、可動部にローレンツ力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。したがって、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力を作用させることができる。すなわち、マイクロアクチュエータにおいて、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。
【００１５】
例えば、電極間隔が５０μｍ、電極形状が５０μｍ角、電圧が５Ｖ、誘電率が１であれば、前記数１の静電力Ｆ１は０．１ｎＮとなる。一方、５０μｍ角の電極に５０μｍの長さの電流経路を作成し、磁束密度０．１Ｔの磁場をかければ、電流を１ｍＡ流したときに５ｎＮのローレンツ力が発生する。５ｎＮ以上の力を静電力で得るためには、電極間隔を７μｍ以下するかあるいは電極形状を３５０μｍ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ツ力の方が有利であることがわかる。
【００１６】
なお、例えば、２０ｍｍ角のネオジミウム鉄ボロン系磁石をマイクロアクチュエータから２ｍｍ離れた位置に配置すれば、０．１Ｔの磁束密度は容易に得られる。
【００１７】
このように、マイクロアクチュエータにおいて、静電力の代わりにロー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。
【００１８】
ところが、マイクロアクチュエータにおいて静電力の代わりにローレンツ力を用いると、新たな問題が生ずることが判明した。すなわち、静電力の代わりにロー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。
【００１９】
また、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においては、小型化等の観点から電流容量にも制約が大きいことから、流れる電流量が極力少ないことが好ましい。
【００２０】
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、流れる電流量を低減することができるマイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ装置、光スイッチアレー及び光スイッチシステムを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、更なる研究の結果、マイクロアクチュエータにおいて、静電力の利用とローレンツ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ュエータにおいて、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ぞれ設け、可動部にローレンツ力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って、前述した目的を達成し得ることを、見出した。
【００２２】
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ツ力のみによっ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っ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。
【００２３】
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ュエータのように、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力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。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。
【００２４】
ローレンツ力駆動では、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、ローレンツ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。ローレンツ力の消費電力は比較的大きいが、可動部の移動のみをローレンツ力で行い、可動部を静電力で所定位置に保持している際にローレンツ駆動を行わなければ、前述した常時ローレンツ力駆動する場合の消費電力に比べて、大幅に低減される。
【００２５】
このように、マイクロアクチュエータの中に、静電力を発生させる仕組みとローレンツ力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力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ツ力でアクチュエータを駆動して、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。
【００２６】
また、このようなマイクロアクチュエータを複数備えたマイクロアクチュエータアレーを構成する場合、これらのマイクロアクチュエータのうちの２つ以上のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路を電気的に直列に接続しても、個々のマイクロアクチュエータを適切に作動させることができることを、見出した。そして、２つ以上のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路を電気的に直列に接続しておくと、前記２つ以上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同時に電流を流す際に、各マイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路を電気的に独立させた場合や、前記２つ以上のマイクロアクチュエータのローレンツ力用電流経路を電気的に並列に接続した場合に比べて、流れる電流量が低減される。
【００２７】
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。
【００２８】
すなわち、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、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、前記固定部に設けられた第１の電極部と、前記可動部に設けられ前記第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、前記可動部に設けられ磁界内に配置されて通電によりローレンツ力を生じる電流経路と、を有し、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの２つ以上のマイクロアクチュエータの前記電流経路が、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続されたものである。前記可動部は、例えば、薄膜で構成される。
【００２９】
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、前記複数のマイクロアクチュエータが２次元マトリクス状に配置され、各行又は各列毎に、当該列又は当該行のマイクロアクチュエータの前記電流経路が、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続されたものである。
【００３０】
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又は第２の態様において、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部の一方が電気的に共通して接続され、各列毎に、当該列のマイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部の他方が電気的に共通して接続されたものである。
【００３１】
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、（ａ）前記各マイクロアクチュエータに関して、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の位置に復帰しようとする復帰力が生ずるように、設けられ、（ｂ）前記各マイクロアクチュエータに関して、前記電流経路は、その通電の向きに応じて、前記可動部を前記第２の位置から前記第１の位置へ移動させるような第１の向き又はその反対の第２の向きのローレンツ力を生じるように、設けられたものである。
【００３２】
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の態様によるマイクロアクチュエータアレーと、前記磁界を発生させる磁界発生部と、前記各マイクロアクチュエータの前記第１及び第２の電極部の電位及び前記電流経路に流れる電流を制御することで、前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の位置を切り替える制御を行う制御部と、を備えたものである。
【００３３】
本発明の第６の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第５の態様において、前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部の前記第１の位置での保持が前記静電力によって行われるように前記第１及び第２の電極部の電位を制御し、前記可動部を前記第２の位置から前記第１の位置へ切り替える際に、前記電流経路へ前記ローレンツ力の前記第１の向きに応じた向きの電流を流し、前記可動部が前記第１の位置に前記静電力により保持された後に前記電流を遮断するものである。
【００３４】
本発明の第７の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第５又は第７の態様において、前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部の前記第１の位置での保持が前記静電力によって行われるように前記第１及び第２の電極部の電位を制御し、前記可動部を前記第１の位置から前記第２の位置へ切り替える際に、前記電流経路へ前記ローレンツ力の前記第２の向きに応じた向きに電流を流すものである。
【００３５】
本発明の第８の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第５乃至第７のいずれかの態様において、前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部の前記第１の位置での保持が前記静電力によって行われるように前記第１及び第２の電極部の電位を制御し、前記可動部を前記第１の位置から前記第２の位置へ切り替える際に、前記可動部が前記第１の位置に保持されている場合に比べて前記静電力が減少するかあるいは前記静電力が消失するように、前記第１及び第２の電極部の電位を制御するものである。
【００３６】
本発明の第９の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第５乃至第８のいずれかの態様において、前記制御部は、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも１つのマイクロアクチュエータに関し、前記可動部を前記第１の位置から前記第２の位置へ切り替える旨の指令を示す指令信号に同期して、前記第１及び第２の電極部間の電圧変化と、前記ローレンツ力の前記第２の向きに応じた向きの前記電流経路への電流の通電とを、ほぼ同時に開始するものである。
【００３７】
本発明の第１０の態様によるマイクロアクチュエータ装置は、前記第５乃至第９のいずれかの態様において、前記制御部は、前記第１及び第２の電極部間に交流電圧が印加されるように、前記第１及び第２の電極部の電位を制御するものである。前記交流電圧は、パルスによる交流電圧でもよいし、正弦波による交流電圧でもよい。
【００３８】
本発明の第１１の態様による光スイッチアレーは、前記第１乃至第４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設けられたミラーと、を備えたものである。
【００３９】
本発明の第１２の態様による光スイッチシステムは、前記第５乃至第１１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。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるマイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ装置、光スイッチアレー及び光スイッチシステムについて、図面を参照して説明する。
【００４１】
［第１の実施の形態］
【００４２】
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を備えた光スイッ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１２１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。
【００４３】
本実施の形態による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。
【００４４】
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。
【００４５】
光スイッチアレー１は、図１に示すように、基板１２１と、基板１２１上に配置されたｍ×ｎ個のミラー１２とを備えている。ｍ本の光入力用光ファイバ２は、基板１２１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１２１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１２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１２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１２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１１１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１２１上に配置されている。なお、本例では、ミラー１２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１２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イッチを行う装置であり、ファイバー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。
【００４６】
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。
【００４７】
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２乃至図９を参照して説明する。図２は、本発明の第１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ュエータ１１１及びこれにより駆動される１つのミラー１２）を模式的に示す概略平面図である。図２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ＳｉＮ膜１４４は省略して示し、本来実線で書くべき凸条部１４９，１５０のラインを破線で示し、Ａｌ膜１４２，１４３にそれぞれ異なるハッチングを付している。図３は、図２中のＸ１１−Ｘ１２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２中のＸ１９−Ｘ２０線に沿った概略断面図は図３と同様となる。図４は、図２中のＸ１３−Ｘ１４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２中のＸ１７−Ｘ１８線に沿った概略断面図は図４と同様となる。図５は、図２中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図である。図６は、図２中のＹ１１−Ｙ１２線に沿った概略断面図である。図７は、図２中のＹ１３−Ｙ１４線に沿った概略断面図である。図８は、図２中のＹ１５−Ｙ１６線に沿った概略断面図である。図９は、図２中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。なお、図３乃至図９では、梁構成部１３２，１３４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１３２，１３４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１３２，１３４を構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲している。
【００４８】
本実施の形態では、マイクロアクチュエータ１１１は片持ち梁構造を有している。もっとも、本発明では、マイクロアクチュエータは、例えば、前記特許文献１と同様に、フレクチュア部による両持ち構造を有していてもよい。
【００４９】
本実施の形態で用いられているマイクロアクチュエータ１１１は、シリコン基板やガラス基板等の基板１２１と、脚部１２２，１２３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１２４，１２５と、梁部１２４，１２５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１２６と、梁部１２４を構成する梁構成部１３３及び梁部１２５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（第１の電極部）１２８と、を備えている。
【００５０】
梁部１２４の固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板１２１上のシリコン酸化膜等の絶縁膜１２９上に形成されたＡｌ膜からなる配線パターン１３０，１３１（図２では省略）をそれぞれ介して基板１２１から立ち上がる立ち上がり部を持つ２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂからなる脚部１２２を介して、基板１２１に機械的に接続されている。同様に、梁部１２５の固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板１２１上の絶縁膜１２９上に形成されたＡｌ膜からなる２つの配線パターン（図示せず）をそれぞれ介して基板１２１から立ち上がる立ち上がり部を持つ２つの個別脚部１２３ａ，１２３ｂからなる脚部１２３を介して、基板１２１に機械的に接続されている。前述したように、梁部１２４，１２５の自由端間が接続部１２６で機械的に接続され、梁構成部１３２，１３４の固定端側同士が接続部１２７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１２４，１２５及び接続部１２６，１２７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１２１、固定電極１２８及び絶縁膜１２９が、固定部を構成している。
【００５１】
梁部１２４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１３２，１３３を有している。梁構成部１３２は、Ｚ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１３３は、帯板状に構成され、図２に示すように、Ｚ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、−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ている。固定端側（−Ｘ側）の梁構成部１３２はＺ軸方向に撓み得る板ばね部となっているのに対し、自由端側（＋Ｘ側）の梁構成部１３３はＺ軸方向（基板１２１側及びその反対側）の撓み及びその他の方向の撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部となっている。
【００５２】
梁構成部１３２は、下側のＳｉＮ膜１４１と中間のＡｌ膜１４２，１４３と上側の保護膜としてのＳｉＮ膜１４４とが積層された３層（ただし、Ａｌ膜１４２，１４３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。Ａｌ膜１４２とＡｌ膜１４３とは、同一階層に形成されているが、図２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、Ａｌ膜１４２を静電力用の可動電極への配線として用い、Ａｌ膜１４３をローレンツ力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、ローレンツ力用の配線では比較的大きい電流を流すため、ローレンツ力用の配線の電気抵抗を低減するべく、Ａｌ膜１４２は幅が狭く形成され、Ａｌ膜１４３は幅が広く形成されている。
【００５３】
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ＳｉＮ膜１４１と中間のＡｌ膜１４２，１４３と上側の保護膜としてのＳｉＮ膜１４４とが積層された３層（ただし、Ａｌ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１４９，１５０を形成することによって、梁構成部１３３に前述した剛性を持たせている。
【００５４】
図３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１４１〜１４４の応力によって、上方（基板１２１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１４１，１４２，１４４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。このように、梁構成部１３２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。
【００５５】
本実施の形態では、脚部１２２は、梁構成部１３２を構成するＳｉＮ膜１４１，１４４及びＡｌ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１２２ａ，１２２ｂを有している。脚部１２２が２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂ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、Ａｌ膜１４２とＡｌ膜１４３とを基板１２１上の別々の配線パターン１３０，１３１にそれぞれ電気的に接続させるためである。Ａｌ膜１４２は、個別脚部１２２ａにおいてＳｉＮ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。Ａｌ膜１４３は、個別脚部１２２ｂにおいてＳｉＮ膜１４１に形成された開口を介して配線パターン１３１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１５１がＺ方向から見た平面視で個別脚部１２２ａ，１２２ｂを一括して囲むように口の字状に形成されている。
【００５６】
梁部１２５及び脚部１２３は、前述した梁部１２４及び脚部１２２とそれぞれ全く同一の構造を有している。梁部１２５を構成する梁構成部１３４，１３５は、梁部１２４を構成する梁構成部１３２，１３３に相当している。脚部１２３を構成する個別脚部１２３ａ，１２３ｂは、脚部１２２を構成する個別脚部１２２ａ，１２２ｂにそれぞれ相当している。また、脚部１２３の上部には、前述した凸条部１５１に相当する凸条部１５２が形成されている。
【００５７】
接続部１２７は、梁構成部１３３，１３５からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜１４１，１４４の２層膜で構成されている。接続部１２７には、梁構成部１３３，１３５からのＡｌ膜１４２は延びておらず、接続部１２７においては、何ら電気的な接続は行われていない。
【００５８】
本実施の形態では、梁構成部１３３，１３５及び接続部１２６，１２７に一括して剛性を付与するべく、図２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１４９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１５０が形成されている。この凸条部１４９，１５０によって、梁構成部１３３，１３５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。
【００５９】
接続部１２６は、梁構成部１３３，１３５を構成するＳｉＮ膜１４１，１４４及びＡｌ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ている。接続部１２６には、被駆動体としてのＡｕ、Ｎｉ又はその他の金属からなるミラー１２が設けられている。
【００６０】
接続部１２６におけるＡｌ膜１４２の部分が、静電力用の可動電極（第２の電極部）として兼用されている。この可動電極に対向する基板１２１上の領域には、Ａｌ膜からなる静電力用の固定電極１２８が形成されている。図面には示していないが、固定電極１２８を構成するＡｌ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１３０と共に利用することによって、固定電極１２８と可動電極として兼用された接続部１２６におけるＡｌ膜１４２との間に電圧（静電力用電圧）を、印加できるようになっている。
【００６１】
一方、前述した説明からわかるように、Ａｌ膜１４３によって、脚部１２２の個別脚部１２２ｂ下の配線パターン１３１から、梁構成部１３２→梁構成部１３３→接続部１２６→梁構成部１３５→梁構成部１３４を経て、脚部１２３の個別脚部１２３ｂ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１２６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軸方向へ向かうローレンツ力を発生させる部分となっている。したがって、前述した図１中の永久磁石５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１２６におけるＡｌ膜１４３にローレンツ力（駆動力）がＺ方向へ作用する。なお、このローレンツ力の向きが＋Ｚ方向であるか−Ｚ方向であるかは、ローレンツ力用電流の向きによって定まる。
【００６２】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７が構成する可動部が、基板１２１、固定電極１２８及び絶縁膜１２９からなる固定部に対して、上下に（Ｚ軸方向に）移動し得るようになっている。すなわち、本実施の形態では、前記可動部は、板ばねを構成する梁構成部１３２，１３４のバネ力により復帰しようとする上側位置と、接続部１２６が固定電極１２８に当接する下側位置との間を、移動し得るようになっている。前記上側位置では、可動部の可動電極（接続部１２６におけるＡｌ膜１４２）と固定部の固定電極１２８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。前記下側位置では、可動部の可動電極（接続部１２６におけるＡｌ膜１４２）と固定部の固定電極１２８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。
【００６３】
前記バネ力等により前記可動部が前記上側位置に復帰するので、以下の説明では、前記可動部が前記上側位置に復帰することをラッチ解除という場合がある。一方、前記バネ力に抗した前記静電力により前記可動部が前記下側位置に保持されるので、以下の説明では、前記可動部が前記下側位置に保持されることをラッチと呼ぶ場合がある。
【００６４】
本実施の形態では、前記電極間電圧及びローレンツ力用電流を制御することで、ミラー１２が上側位置（基板１２１と反対側）に保持された状態及びミラー１２が下側（基板１２１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、後述するように、このような制御が行われるようになっている。
【００６５】
本実施の形態では、図１０に示すように、ミラー１２及びこれを駆動するマイクロアクチュエータ１１１で構成された光スイッチが複数基板１２１上に２次元マトリクスに配置され、これらが光スイッチアレーを構成している。本実施の形態では、梁構成部１３３，１３５が、図２に示すように、Ｚ軸方向から見た平面視で−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１２４，１２５の途中をＹ軸方向に折れ曲がったような形状にしているため、図１０に示すように、複数のマイクロアクチュエータ１１１を基板１２１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っている。図１０は、本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模式的に示す概略平面図である。
【００６６】
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ＳｉＮ膜１４４が形成されているが、このＳｉＮ膜１４４は形成しなくてもよい。
【００６７】
図１１は、本実施の形態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２乃至図９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１２８と可動電極（接続部１２６におけるＡｌ膜１４２）とがなすコンデンサに相当）と、１個のコイル（接続部１２６におけるＡｌ膜１４３に相当）と見なせる。図１１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１１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。本実施の形態では、各コンデンサの図１１中の左側電極が固定電極、図１１中の右側電極が可動電極となっている。もっとも、任意の１つ以上のコンデンサについて、固定電極と可動電極の電気的な接続関係を入れ替えてもよいことは、言うまでもない。
【００６８】
図１１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、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。
【００６９】
本実施の形態で用いられている光スイッチアレーには、図１１に示すように、複数の端子ＣＤ１〜ＣＤ３からなる第１の複数の端子群、複数の端子ＣＵ１〜ＣＵ３からなる第２の端子群、複数の端子Ｌ０〜Ｌ３からなる第３の端子群が設けられている。これらの端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３，Ｌ０〜Ｌ３は、図１中の外部制御回路６に接続するための外部接続用の端子である。本実施の形態では、前述した個別脚部１２２ａ，１２２ｂの下の配線パターン１３０，１３１及び個別脚部１２３ａ，１２３ｂの下の配線パターン（図示せず）によって、図１１に示す電気的な接続が実現されている。端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３，Ｌ０〜Ｌ３は、例えば、これらの配線パターンの一部を電極パッドとすることにより構成することができる。なお、個別脚部１２２ａの下の配線パターン１３０及び脚部１２３ａの下の配線パターンのいずれか一方は、必ずしも用いる必要はない。
【００７０】
また、図１１では、第１の端子群の端子ＣＤ１〜ＣＤ３の数が光スイッチの行数と同じく３個とされ、第２の端子群の端子ＣＵ１〜ＣＵ３の数が光スイッチの列数と同じく３個とされている。もっとも、第１及び第２の端子群の端子数は、光スイッチの行数や列数と必ずしも同一にする必要はなく、例えば、下記の条件（ａ）〜を満たせばよい。すなわち、（ａ）各マイクロアクチュエータ１１１に関して、当該マイクロアクチュエータ１１１の固定電極１２８が、前記第１及び第２の端子群のうちの一方の端子群のいずれか１つの端子に電気的に接続されるとともに前記第１及び第２の端子群の他の端子に電気的に接続されないこと、（ｂ）各マイクロアクチュエータ１１１に関して、当該マイクロアクチュエータ１１１の可動電極が、前記第１及び第２の端子群のうちの他方の端子群のいずれか１つの端子に電気的に接続されるとともに前記第１及び第２の端子群の他の端子に電気的に接続されないこと、（ｃ）各マイクロアクチュエータ１１１に関して、当該マイクロアクチュエータ１１１の前記固定電極１２８に電気的に接続された第１又は第２の端子群の１つの端子と当該マイクロアクチュエータ１１１の可動電極に電気的に接続された前記第１又は第２の端子群の１つの端子との組み合わせは、当該マイクロアクチュエータ１１１に固有のものとなること、（ｄ）前記第１の端子群の少なくとも１つの端子が、当該光スイッチアレーに搭載されている複数のマイクロアクチュエータ１１１のうちの２つ以上のマイクロアクチュエータ１１１の固定電極１２８又は可動電極に、共通して電気的に接続されること、（ｅ）前記第２の端子群の少なくとも１つの端子が、当該光スイッチアレーに搭載されている複数のマイクロアクチュエータ１１１のうちの２つ以上のマイクロアクチュエータ１１１の固定電極１２８又は可動電極に、共通して電気的に接続されること、の各条件を満たせばよい。
【００７１】
前記条件（ａ）〜（ｅ）を満たす一例として、図１１に示す例では、１行目のコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３の固定電極１２８は、第１の端子群の端子ＣＤ１に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。２行目のコンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の固定電極１２８は、第１の端子群の端子ＣＤ２に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。３行目のコンデンサＣ３１，Ｃ３２，Ｃ３３の固定電極１２８は、第１の端子群の端子ＣＤ３に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。このように、図１１に示す例では、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータ１１１の固定電極１２８が電気的に共通して接続されている。また、１列目のコンデンサＣ１１，Ｃ２１，Ｃ３１の可動電極は、第２の端子群の端子ＣＵ１に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。２列目のコンデンサＣ１２，Ｃ２２，Ｃ３２の可動電極は、第２の端子群の端子ＣＵ２に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。３列目のコンデンサＣ１３，Ｃ２３，Ｃ３３の可動電極は、第２の端子群の端子ＣＵ３に共通して電気的に接続され、その他の端子には電気的に接続されていない。このように、図１１に示す例では、各列毎に、当該列のマイクロアクチュエータ１１１の可動電極が電気的に共通して接続されている。
【００７２】
また、図１１では、１列目のコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１が直列に接続され、その一端が端子Ｌ１に他端が端子Ｌ０にそれぞれ接続されている。２列目のコイルＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２が直列に接続され、その一端が端子Ｌ２に他端が端子Ｌ０にそれぞれ接続されている。３列目のコイルＬ１３，Ｌ２３，Ｌ３３が直列に接続され、その一端が端子Ｌ３に他端が端子Ｌ０にそれぞれ接続されている。
【００７３】
１列目のコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１は、端子Ｌ１，Ｌ０間に電流を流したときにこれらのコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１に発生するローレンツ力の向きが同一になるように、電流の向きをそろえて接続されている。この点は、２列目のコイルＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２及び３列目のコイルＬ１３，Ｌ２３，Ｌ３３についても、同様である。本実施の形態では、電流を端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から端子Ｌ０に向かう方向に流したときに（この方向の電流を正の電流とする。）、マイクロアクチュエータ１１１のローレンツ力用電流経路にローレンツ力が下向きに働くように設定されている。
【００７４】
このように、図１１に示す例では、各列毎に、当該列のマイクロアクチュエータ１１１のローレンツ力用電流経路が、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続されている。もっとも、本発明では、各行毎に、当該行のマイクロアクチュエータ１１１のローレンツ力用電流経路を、通電された際に同じ向きのローレンツ力を生じるように、電気的に直列に接続してもよい。また、本発明では、例えば、端子Ｌ１，Ｌ０間にコイルＬ１１，Ｌ２１のみを電気的に直列に接続し、コイルＬ３１は端子Ｌ１とは別に追加した端子との間に電気的に接続してもよい。
【００７５】
なお、図１１に示す例では、端子Ｌ０を共通としているが、端子Ｌ０付近の配線パターンの電流容量が不足するような場合には、端子Ｌ０を複数に分けてもよい。
【００７６】
なお、本実施の形態で用いられている光スイッチアレーには、図１１に示すように、アドレス回路や列選択スイッチや行選択スイッチ等は搭載されていない。
【００７７】
本実施の形態で用いられている光スイッチアレーは、例えば、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。なお、ミラー１２は、例えば、前記特許文献１に開示されているように、ミラー１２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１２となるべきＡｕ、Ｎｉその他の金属３８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。
【００７８】
本実施の形態では、図１中の外部制御回路６は、前記端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３，Ｌ０〜Ｌ３に接続され、端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３の電位をそれぞれ独立して制御するとともに、端子Ｌ１〜Ｌ３に流れる電流をそれぞれ独立して制御することで、前記光スイッチアレーの各光スイッチの光路切換状態を制御する。外部制御回路６は、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、各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に与える電位及び端子Ｌ１〜Ｌ３に流す電流として供給し、その光路切換状態を実現する。なお、外部制御回路６の具体的な回路構成自体は、以下に説明する動作例から明らかである。
【００７９】
図１２は、外部制御回路６が各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に与える電位、及び、各端子Ｌ１〜Ｌ３を経由して各コイルに流す電流のタイミングチャートの一例を示すものである。図１２に示す例では、外部制御回路６は、第１の端子群の端子ＣＤ１〜ＣＤ３には２つの電位Ｖｈ，Ｖｍ１のいずれかの電位を与え、第２の端子群の端子ＣＵ１〜ＣＵ３には２つの電位Ｖｍ２，ＶＬのいずれかの電位を与える。ここで、電位Ｖｈ，Ｖｍ１，Ｖｍ２，ＶＬは、Ｖｈ＞Ｖｍ１≧Ｖｍ２＞ＶＬの関係を満たしている。各端子Ｌ１〜Ｌ３には、Ｉ１（下向きのローレンツ力が生ずる方向の電流），−Ｉ２（上向きのローレンツ力が生ずる方向の電流）のいずれかの電流が流されるか、あるいは、電流がながされない（電流ゼロ）。
【００８０】
図１２に示す例では、時刻ｔ１以前は、各端子ＣＤ１〜ＣＤ３の電位がＶｈとされ、各端子ＣＵ１〜ＣＵ３の電位がＶＬとされ、端子Ｌ１〜Ｌ３には電流が流れておらず、９個の全てのアクチュエータ１１１がラッチ解除状態（可動部が上側位置に位置する状態）になっているものとする。
【００８１】
時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に、端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に電流Ｉ１が流され、９個の全てのアクチュエータ１１１の可動部が下方向（基板１２１側、すなわち、固定電極１２８と可動電極の間隔が狭くなる方向）に動かされる。これにより、全てのアクチュエータ１１１の固定電極１２８と可動電極の間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、全てのアクチュエータ１１１の可動部が下側位置にラッチされる。
【００８２】
時刻ｔ３から時刻ｔ４の間では、端子ＣＤ１の電位がＶｈからＶｍ１に下げられ、端子ＣＵ１の電位がＶＬからＶｍ２に上昇され、さらに、端子Ｌ１に電流−Ｉ２が流される。これにより、図１１中のコンデンサＣ１１の電極間電圧はＶｈ−ＶＬからＶｍ１−Ｖｍ２に低下する。コンデンサＣ１１の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサＣ１１の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−Ｉ２によるローレンツ力は、固定電極と可動電極を引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサＣ１１の固定電極と可動電極が引き離される。
【００８３】
また、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、コンデンサＣ１２，Ｃ１３の両電極間電圧はＶｍ１−ＶＬとなる。端子Ｌ２，Ｌ３には電流は流さないので、コンデンサＣ１２，１３に相当するマイクロアクチュエータ１１１のコイルＬ１２，Ｌ１３には、ローレンツ力が発生しない。よって、電圧差Ｖｍ１−ＶＬによって発生する静電力がバネ力よりも大きくなるように設定すれば、コンデンサＣ１２，Ｃ１３に相当するマイクロアクチュエータ１１１のラッチは維持される。
【００８４】
さらに、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、コンデンサＣ２１、Ｃ３１の両電極間電圧はＶｈ−Ｖｍ２となる。端子Ｌ１には電流−Ｉ２が流れているので、コンデンサＣ２１、Ｃ３１に相当するマイクロアクチュエータ１１１のコイルＬ２１，Ｌ３１には、上向きのローレンツ力が発生する。よって、電圧Ｖｈ−Ｖｍ２によって発生する静電力がこのローレンツ力とバネ力の和よりも大きくなるように設定すれば、コンデンサＣ２１，Ｃ３１に相当するマイクロアクチュエータ１１１のラッチは維持される。
【００８５】
よって、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、コンデンサＣ１１に相当するマイクロアクチュエータ１１１のみがラッチが解除される。
【００８６】
時刻ｔ３から時刻ｔ４の間と同様に、時刻ｔ５からｔ６の間にコンデンサＣ２２に相当するマイクロアクチュエータ１１１のみがラッチが解除され、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間にＣ３３の固定電極と可動電極のみがラッチが解除される。
【００８７】
ここまでで、コンデンサＣ１１，Ｃ２２，Ｃ３３に相当するマイクロアクチュエータ１１１のラッチを解除し、その他のマイクロアクチュエータ１１１のラッチを維持しているという当該光スイッチの初期のミラー配置が終了した。
【００８８】
さらに、この初期配置から一部のミラー配置を変更する手順を説明する。
【００８９】
時刻ｔ９から時刻ｔ１０の間に、端子Ｌ１に電流Ｉ１が流され、コンデンサＣ１１に相当するマイクロアクチュエータ１１１の可動部が下方向（基板１２１側、すなわち、固定電極１２８と可動電極の間隔が狭くなる方向）に動かされる。これにより、コンデンサＣ１１に相当するアクチュエータ１１１の固定電極１２８と可動電極の間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、コンデンサＣ１１に相当するアクチュエータ１１１の可動部が下側位置にラッチされる。
【００９０】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間に、端子Ｌ２に電流Ｉ１が流され、コンデンサ２２に相当するアクチュエータ１１１の可動部が下方向（基板１２１側、すなわち、固定電極１２８と可動電極の間隔が狭くなる方向）に動かされる。これにより、コンデンサＣ２２に相当するアクチュエータ１１１の固定電極１２８と可動電極の間隔が狭くなり、両電極間の静電力がある一定値を越えると、その静電力によって、コンデンサＣ２２に相当するアクチュエータ１１１の可動部が下側位置にラッチされる。
【００９１】
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間では、端子ＣＤ２の電圧がＶｈからＶｍ１に下げられ、端子ＣＵ１の電位がＶＬからＶｍ２に上昇され、さらに、端子Ｌ１に電流−Ｉ２が流される。これにより、図１１中のコンデンサＣ２１の電極間電圧はＶｈ−ＶＬからＶｍ１−Ｖｍ２に低下する。コンデンサ２１の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサＣ２１の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−Ｉ２によるローレンツ力は、固定電極と可動電極を引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサＣ２１の固定電極と可動電極が引き離される。このとき、その他のコンデンサに相当するマイクロアクチュエータ１１１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間と同様に、ラッチが維持される。
【００９２】
時刻ｔ１５から時刻ｔ１６の間では、端子ＣＤ１の電圧がＶｈからＶｍ１に下げられ、端子ＣＵ２の電位がＶＬからＶｍ２に上昇され、さらに、端子Ｌ２に電流−Ｉ２が流される。これにより、図１１中のコンデンサＣ１２の電極間電圧はＶｈ−ＶＬからＶｍ１−Ｖｍ２に低下する。コンデンサ１２の電極間電圧の低下に伴い、コンデンサＣ１２の両電極間の静電力も低下する。一方、電流−Ｉ２によるローレンツ力は、固定電極と可動電極を引き離す方向に働く。ここで、ローレンツ力とバネ力が引き離す方向で、静電力が引き合う方向の力であり、引き離す方向の力が引き合う方向の力よりも強くなるように設定するとラッチが解除され、コンデンサＣ１２の固定電極と可動電極が引き離される。このとき、その他のコンデンサに相当するマイクロアクチュエータ１１１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間と同様に、ラッチが維持される。
【００９３】
以上で、コンデンサＣ２１，Ｃ１２，Ｃ３３に相当するマイクロアクチュエータ１１１のラッチを解除し、その他のマイクロアクチュエータ１１１のラッチを維持しているという当該光スイッチのミラー配置の変更が終了した。
【００９４】
以上の動作説明から、所望の光路切換状態を適切に実現することができることがわかる。
【００９５】
次に、前述した動作に関わる駆動条件について説明する。
【００９６】
ここで、図１１中の９組のコンデンサ及びコイルに相当する９個のマイクロアクチュエータ１１１について、以下の電圧を定義する。
【００９７】
まず、ローレンツ力用電流−Ｉ２無しの場合のラッチ解除電圧をＶ０とする。この電圧Ｖ０は、コイルにローレンツ力用電流を流さずに、ラッチ状態の固定電極と可動電極との間の電圧を下げていったときに、バネ力が静電力より大きくなってラッチが解除される電極間電圧（絶対値）である。この電圧Ｖ０は、９個のマイクロアクチュエータ１１１それぞれで値が異なる場合があるので、その中の最大値をＶ０ｍａｘ、最小値をＶ０ｍｉｎと定義する。
【００９８】
次に、ローレンツ力用電流−Ｉ２ありの場合のラッチ解除電圧をＶＡとする。この電圧ＶＡは、コイルにローレンツ力用電流−Ｉ２を流して、ラッチ状態の固定電極と可動電極との間の電圧を下げていったときに、バネ力とローレンツ力との和が静電力より大きくなってラッチが解除される電極間電圧（絶対値）である。この電圧ＶＡは、９個のマイクロアクチュエータ１１１それぞれで値が異なる場合があるので、その中の最大値をＶＡｍａｘ、最小値をＶＡｍｉｎと定義する。
【００９９】
図１２に示す駆動例では時刻ｔ３から時刻ｔ４の間などでは電圧条件によって一部のマイクロアクチュエータ１１１のラッチが解除され、その他のマイクロアクチュエータ１１１のラッチが維持されている。この状況を９個のマイクロアクチュエータ１１１について成り立たせるためには、以下の数３〜数５を満足させる。
【０１００】
【数３】
Ｖｍ１−Ｖｍ２＜ＶＡｍｉｎ
【０１０１】
【数４】
Ｖｍ１−ＶＬ  ＞Ｖ０ｍａｘ
【０１０２】
【数５】
Ｖｈ−Ｖｍ２  ＞ＶＡｍａｘ
【０１０３】
数３は、ラッチ解除条件であり、例えば、図１２において時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、コンデンサＣ１１に相当するマイクロアクチュエータ１１１のラッチを解除するための条件である。数４は、ラッチ維持条件であり、例えば、図１２において時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、コンデンサＣ１２に相当するマイクロアクチュエータ１１１のラッチを維持するための条件である。数５は、他のラッチ維持条件であり、例えば、図１２において時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、コンデンサＣ２１に相当するマイクロアクチュエータ１１１のラッチを維持するための条件である。
【０１０４】
なお、図１１に示す例では、各列毎に当該列のマイクロアクチュエータ１１１のコイルが直列に接続されているが、その代わりに、各行毎に当該行のマイクロアクチュエータ１１１のコイルを直列に接続する場合には、数４中のＶ０ｍａｘをＶＡｍａｘで置き換え、数５中のＶＡｍａｘをＶ０ｍａｘで置き換えればよい。
【０１０５】
さらに、光スイッチの用途では、ミラー１２の移動速度が速いことが望まれる。よって、図１２中のの時刻ｔ３から時刻ｔ４の間の期間は短い方が好ましい。そのためには、可動電極の移動速度を速くしなければならない。ラッチ解除時には、可動電極はバネ力＋ローレンツ力−静電力によって移動する。よって、ローレンツ力を一定とした場合には、静電力を０としたときが最速となる。なお、ローレンツ力は、電流容量及び放熱の両方の許容範囲内で大きい方が好ましい。
【０１０６】
静電力を０とするには、Ｖｍ１＝Ｖｍ２＝Ｖｍ’とすればよい。このとき、数３〜数５は、それぞれ下記の数６〜数８となる。
【０１０７】
【数６】
０＜ＶＡｍｉｎ
【０１０８】
【数７】
Ｖｍ’−ＶＬ＞Ｖ０ｍａｘ
【０１０９】
【数８】
Ｖｈ−Ｖｍ’＞ＶＡｍａｘ
【０１１０】
数６は、ＶＡｍｉｎが正の値であるので常に成り立つ。数７及び数８を書き換えると、下記の数９となる。
【０１１１】
【数９】
Ｖｈ−ＶＡｍａｘ＞Ｖｍ’＞ＶＬ＋Ｖ０ｍａｘ
【０１１２】
試作した素子の実測値の一例として、各電圧の値は、Ｖ０ｍａｘ＝６Ｖ、Ｖ０ｍｉｎ＝５Ｖ、ＶＡｍａｘ＝８Ｖ、ＶＡｍｉｎ＝７Ｖのような値となる。これらのを数９に代入すると、下記の数１０が得られる。
【０１１３】
【数１０】
Ｖｈ−８＞Ｖｍ’＞ＶＬ＋６
【０１１４】
数１０からわかるように、Ｖｍ’をＶＬよりＶ０ｍａｘ分すなわち６Ｖ以上高くするとともに、ＶｈをＶｍよりＶＡｍａｘ分すなわち８Ｖ以上高くすればよい。
【０１１５】
本実施の形態では、図１中の外部制御回路６は、光路切替状態指令信号があるマイクロアクチュエータ１１１のラッチを解除すること（すなわち、可動部を下側位置から上側位置に切り替えること）を示す場合、この指令信号に同期して、静電力用電圧及びローレンツ力用電流変化させる。このとき、このような指令信号が発生してから最短でラッチを解除するためには、当該指令信号の入力後に直ちに可動電極と固定電極との間の電圧を変化させ、同時に電流経路にも電流−Ｉ２を流し始めるのが最も好ましい。そこで、図１２に示す例では、例えば、時刻ｔ３で、端子ＣＤ１の電位をＶｈからＶｍ１に変化させるとともに端子ＣＵ１の電位をＶＬからＶｍ２に変化させると同時に、端子Ｌ１にローレンツ力用電流−Ｉ２を流し始めている。ラッチ解除状態からラッチ状態への移行も同様であるが、この場合は、図１２に示すように電圧変化は無いので、ローレンツ力用電流−Ｉ２を指令信号と同期して流すだけでよい（例えば、図１２中の時刻ｔ１１参照）。
【０１１６】
本実施の形態によれば、マイクロアクチュエータ１１１の可動電極と固定電極との間の間隔が大きい場合（可動部を上側位置から下側位置へ移動させる際）には、ローレンツ力によって、マイクロアクチュエータ１１１の可動部を下向きに移動させている（例えば、図１２中の時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの間）。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２１の可動範囲を広げることができる。また、マイクロアクチュエータ１１１の可動部が静電力で下側位置にラッチされた後には、ローレンツ力用電流を遮断し（例えば、図１２中の時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間）、静電力のみによって可動部を下側位置に保持している。したがって、消費電力を低減することができる。
【０１１７】
このように、本実施の形態によれば、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。
【０１１８】
ここで、本実施の形態と比較される比較例について、説明する。図１３は、この比較例による光スイッチシステムの光スイッチアレーを示す電気回路図である。図１３において、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。この比較例が本実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、各列毎に当該列のマイクロアクチュエータ１１１のコイルが直列に接続されているのに対し、比較例では、図１３に示すように、１列目のコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１の一端は端子Ｌ１に共通して電気的に接続され、２列目のコイルＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２の一端は端子Ｌ２に共通して電気的に接続され、３列目のコイルＬ１３，Ｌ２３，Ｌ３３の一端は端子Ｌ３に共通して電気的に接続され、全てのコイルの他端は端子Ｌ０に共通して電気的に接続されている。すなわち、比較例では、各列毎に、当該列のコイルが並列に接続されている。以上説明した点以外は、この比較例も本実施の形態と同様に構成されている。
【０１１９】
この比較例の場合も、各端子に本実施の形態と同じく図１２に示す電位又は電流を与えることで、本実施の形態と同じ動作が実現される。
【０１２０】
ところが、図１３に示す比較例では、例えば端子Ｌ１，Ｌ０間で３つのコイルＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１が並列に接続されているため、端子Ｌ１に流れる電流量は、本実施の形態において端子Ｌ１に流れる電流量の３倍となってしまう。すなわち、本実施の形態によれば、この比較例のような場合に比べて、端子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（したがって、それらの付近の配線パターン）にそれぞれ流れる電流量を１／３に低減することができ、流れる電流量を大幅に低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、電流容量の制約が大きくても十分なローレンツ力を生じさせることができ、小型化等の点でも非常に有利である。
【０１２１】
また、本実施の形態によれば、図１１に示すように、複数のコイルが直列に接続されているので、各コイルの一端を１つの外部接続用の端子に共通して接続し、各コイルの他端をそれぞれ１つずつの外部接続用の端子に個別に接続するような場合に比べて、コイル接続用の端子（ローレンツ力用の端子）の数を大幅に減らすことができる。そして、本実施の形態では、コイルを選択するためのアドレス回路（Ｘアドレスデコーダ、Ｙアドレスデコーダ）等は搭載されていない。
【０１２２】
さらにまた、本実施の形態によれば、図１１に示すように、各行毎に当該行のコンデンサの一方電極が電気的に共通に接続されるとともに、各列毎に当該行のコンデンサの他方電極が電気的に共通に接続されているので、各コンデンサの他方電極をそれぞれ１つずつの外部接続用の端子に個別に接続するような場合に比べて、コンデンサ接続用の端子（静電力用の端子）の数を大幅に減らすことができる。そして、本実施の形態では、コンデンサを選択するためのアドレス回路（Ｘアドレスデコーダ、Ｙアドレスデコーダ）等は搭載されていない。
【０１２３】
なお、アドレス回路を用いれば、外部接続用の端子の数は少なくて済む。しかし、その場合には、ＣＭＯＳ等で作製したアドレス回路等を基板１２１上に搭載するので、（１）高耐圧ＭＯＳ等を用いざるを得ず、高耐圧ＭＯＳは通常のＭＯＳと比べて素子の平面寸法が大きくなるため、アクチュエータの寸法も大きくなってしまう、（２）光スイッチアレーの製造工程もＭＯＳの製造工程分だけ増えてしまうため、コスト的にも高くなる、（３）ＭＯＳ製造後に平坦化を十分に行わないとその上に作製するＭＥＭＳの形状に下地の形状が転写されてしまい、異常な動作の原因ともなるため、平坦化工程のコストが追加される、などの問題が生ずる。これに対し、本実施の形態では、光スイッチアレーにはアドレス回路等が搭載されていないので、このような問題が生じない。
【０１２４】
また、本実施の形態によれば、マイクロアクチュエータ１１１の可動部を下側位置から上側位置へ切り替える際（ラッチ解除時）に、コイル（ローレンツ力用電流経路）へ上向きのローレンツ力を生じる電流−Ｉ２を流している（例えば、図１２中の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間）。したがって、可動部がバネ力のみによって上側位置へ復帰する場合に比べて、より高速に上側位置に復帰し、その動作速度が高まる。
【０１２５】
さらに、本実施の形態によれば、マイクロアクチュエータ１１１の可動部を下側位置から上側位置へ切り替える際（ラッチ解除時）に、可動部が下側位置に保持されている場合に比べて静電力が減少する（Ｖｍ１＞Ｖｍ２の場合）かあるいは消失する（Ｖｍ１＝Ｖｍ２の場合）ように、コンデンサの両電極の電位を制御している（例えば、図１２中の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間）。したがって、可動部を上側位置に復帰させようとする力が、静電力により減殺されない分だけ大きくなり、可動部がより高速に上側位置に復帰し、その動作速度が高まる。
【０１２６】
［第２の実施の形態］
【０１２７】
図１４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における、外部制御回路６が各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に与える電位、及び、各端子Ｌ１〜Ｌ３を経由して各コイルに流す電流のタイミングチャートの一例を示すものであり、図１２に対応している。
【０１２８】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、前記第１の実施の形態では、外部制御回路６が、図１２に示すように、各期間においてコンデンサの電極間電圧として直流電圧が印加されるように、固定電極及び可動電極の電位を制御しているのに対し、本実施の形態では、図１４に示すように、各期間においてコンデンサの電極間電圧としてパルスによる交流電圧が印加されるように、固定電極及び可動電極の電位を制御している点のみである。図１４において、各時刻の各マイクロアクチュエータ１１１の可動電極の動きは、図１２の場合と同じである。
【０１２９】
本実施の形態では、固定電極に印加する電位（端子ＣＤ１，ＣＤ２，ＣＤ３に印加する電位）は、それぞれ位相が同じでデューティーが５０％のパルス波形であり、グランドレベルを中心に正負方向に振幅Ｖｈ’もしくはＶｍで対称に振れている。また、可動電極に印加する電位（端子ＣＵ１，ＣＵ２，ＣＵ３に印加する電位）は、それぞれ位相が同じだが端子ＣＤ１，ＣＤ２，ＣＤ３に印加する電位とは逆位相のパルスで、デューティーは５０％でありグランドレベルを中心に正負方向に振幅Ｖｈ’もしくはＶｍで対称に振れている。
【０１３０】
コンデンサの電極間電圧は、可動電極の電位及び固定電極の電位が共に振幅Ｖｈ’の場合は２×Ｖｈ’、一方が振幅Ｖｈ’で他方が振幅Ｖｍの場合はＶｍ＋Ｖｈ’、共に振幅Ｖｍの場合は２×Ｖｍとなる。
【０１３１】
よって数３〜数５に対応する式は、下記の数１１〜数１３のようになる。
【０１３２】
【数１１】
２×Ｖｍ＜ＶＡｍｉｎ
【０１３３】
【数１２】
Ｖｍ＋Ｖｈ’＞Ｖ０ｍａｘ
【０１３４】
【数１３】
Ｖｍ＋Ｖｈ’＞ＶＡｍａｘ
【０１３５】
当然にＶＡｍａｘ＞Ｖ０ｍａｘであるので、式１３が成立すれば、数１２は自動的に成立する。
【０１３６】
さらに、動作速度を最速にするためには振幅Ｖｍを０としたときであるので、Ｖｍ＝０を数１１及び数１３にそれぞれ代入すると、下記の数１４及び数１５が得られる。
【０１３７】
【数１４】
０＜ＶＡｍｉｎ
【０１３８】
【数１５】
Ｖｈ’＞ＶＡｍａｘ
【０１３９】
数１４は常に成立するので、数１５を満足するように振幅Ｖｈ’を設定すればよい。
【０１４０】
本実施の形態のように、図１４に示すように電位の供給する場合も、図１２に示すように電位を供給する場合と同じ動作が実現される。
【０１４１】
本実施の形態では、駆動パルスに直流成分がないため、可動電極を支持している絶縁物のチャージアップ現象を防止できる。もしチャージアップが生じると、絶縁物がチャージアップしている分の電圧が印加電圧に重なってしまい、固定電極と可動電極との間の電圧差が変化するので、正常な動作が行えなくなるが、そのような可能性がなくなり、好ましい。
【０１４２】
本実施の形態によれば、その他に、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られることは、言うまでもない。
【０１４３】
なお、本実施の形態では、各期間において各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に時間的にパルス状に変化する電位を与えているが、その代わりに、各期間において各端子ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３に時間的に正弦波状に変化する電位を与えてもよい。この場合にも、本実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１４４】
［第３の実施の形態］
【０１４５】
図１５及び図１６は、それぞれ本発明の第３の実施の形態による光スイッチシステムの要部を模式的に示す概略断面図である。図１５はミラー１２が上側に保持されて光路に進出した状態、図１６はミラー１２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１５及び図１６において、マイクロアクチュエータ１１１の構造は大幅に簡略化して示している。図１７は、図１５及び図１６中の光導波路基板１９０の一部を模式的に示す概略斜視図である。
【０１４６】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、図１５及び図１６に示すように、光導波路基板１９０が設けられている点のみである。
【０１４７】
本実施の形態では、光導波路基板１９０は、図１７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１９１〜１９４を有している。光導波路基板１９０は中央部に例えば幅数十μｍ程度の溝１９６を有し、溝１９６の側面に光導波路１９１〜１９４の端面１９１ａ，１９２ａ，１９３ｂ，１９４ｂが露出されている。端面１９１ａと端面１９２ａとの間隔、及び、端面１９３ｂと端面１９４ｂとの間隔は、図１５及び図１６に示すように、ミラー１２の反射面で覆うことのできる間隔に設計されている。
【０１４８】
図１５及び図１６に示すように、光導波路基板１９０が、マイクロアクチュエータ１１１の基板１２１上に設置され、導波路基板１９０と基板１２１との間の空間及びこれに連通する溝１９６内の空間内に、屈折率整合液２０２が封入されている。もっとも、屈折率整合液２０２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１２１と光導波路基板１９０とは、ミラー１２が溝１９６内に挿入できるように位置合わせされている。
【０１４９】
なお、図１５乃至図１７では、光導波路基板１９０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１９０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１２１上に複数のマイクロアクチュエータ１１１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ー１２が個々のマイクロアクチュエータ１１１で駆動するように構成されている。
【０１５０】
前述した制御によって、図１６に示すように、ミラー１２が光導波路１９３，１９４の端面１９３ｂ，１９４ｂより下側に位置すると、例えば、光導波路１９３の端面１９３ａから光を入射した場合、光導波路１９３を伝搬した光は、端面１９３ｂから出射され、そのまま対向する光導波路１９２の端面１９２ａに入射し、光導波路１９２を伝搬して端面１９２ｂから出射される。また、例えば、光導波路１９１の端面１９１ｂから光を入射した場合、光導波路１９１を伝搬した光は、端面１９１ａから出射され、そのまま対向する光導波路１９４の端面１９４ｂに入射し、光導波路１９４を伝搬して端面１９４ａから出射される。
【０１５１】
一方、前述した制御によって、図１５に示すように、ミラー１２が光導波路１９３，１９４の端面１９３ｂ，１９４ｂを覆うように位置すると、例えば、光導波路１９３の端面１９３ａから光を入射した場合、光導波路１９３を伝搬した光は、端面１９３ｂから出射され、ミラー１２で反射されて、光導波路１９４の端面１９４ｂに入射し、光導波路１９４を伝搬して端面１９４ａから出射される。また、例えば、光導波路１９１の端面１９１ｂから光を入射した場合、光導波路１９１を伝搬した光は、端面１９１ａから出射され、ミラー１２で反射されて、光導波路１９２の端面１９２ａに入射し、光導波路１９２を伝搬して端面１９２ｂから出射される。
【０１５２】
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。なお、本発明では、第１の実施の形態を変形して第２の実施の形態を得たのと同様に、第３の実施の形態を変形してもよい。
【０１５３】
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。
【０１５４】
例えば、前述した実施の形態は、本発明によるマイクロアクチュエータ装置を光スイッチシステム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装置の用途は、光スイッチシステムに限定されるものではない。
【０１５５】
【発明の効果】
以上説明したように、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、流れる電流量を低減することができるマイクロアクチュエータアレー、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ装置、光スイッチアレー及び光スイッ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】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スイッチシステムの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１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構成する単位素子としての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】図２中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図である。
【図４】図２中のＸ１３−Ｘ１４線に沿った概略断面図である。
【図５】図２中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図である。
【図６】図２中のＹ１１−Ｙ１２線に沿った概略断面図である。
【図７】図２中のＹ１３−Ｙ１４線に沿った概略断面図である。
【図８】図２中のＹ１５−Ｙ１６線に沿った概略断面図である。
【図９】図２中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。
【図１０】本発明の第１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模式的に示す概略平面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態による光スイッチシステム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１２】本発明の第１の実施の形態による光スイッチシステムにおける、外部制御回路が各端子に与える電位及び電流のタイミングチャートである。
【図１３】比較例による光スイッチシステムの光スイッチアレーを示す電気回路図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態による光スイッチシステムにおける、外部制御回路が各端子に与える電位及び電流のタイミングチャートである。
【図１５】ミラーが上側に保持されている状態における、本発明の第３の実施の形態による光スイッチシステムの要部を模式的に示す概略断面図である。
【図１６】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３の実施の形態による光スイッチシステムの要部を模式的に示す概略断面図である。
【図１７】図１５及び図１６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。
【符号の説明】
１  光スイッチアレー
２  光入力用光ファイバ
３，４  光出力用光ファイバ
５  磁石
６  外部制御回路
１２  ミラー
ＣＤ１〜ＣＤ３，ＣＵ１〜ＣＵ３，Ｌ０〜Ｌ３  端子
１１１  マイクロアクチュエータ
１２１  基板
１２８  固定電極
【図１】
2004338045.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004338045.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004338045.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004338045.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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