(57)【要約】【課題】  被駆動体の姿勢が所望の姿勢からずれても、そのずれを補正を可能にする。【解決手段】  可動板１２は、脚部１２ａ，１２ｂで基板に固定され、脚部１２ａ，１２ｂを固定端とする片持ち梁構造を持つ。可動板１２の２本の梁部における脚部１２ａ，１２ｂ側部分は、板ばね部である。２本の梁部の自由端側には、可動板１２のミラー搭載板が固定される。ミラー搭載板上にミラーが垂直に固定される。基板上の固定電極３６とこれに対向する一方の梁部上のＡｌ膜パターン２２ａ，２２ｂとの間に所望の電圧を印加すると、両者の間に生ずる静電力により可動板１２がＸ軸回りの正方向にねじれて、ミラー３１の角度をＸ軸回りの正方向にずれた角度に調整できる。基板上の固定電極３７と他方の梁部上のパターン２２ａ，２２ｂとの間に所望の電圧を印加すると、ミラー３１の角度を逆方向にずれた角度に調整できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
被駆動体が搭載される可動部であって、弾性部を有し前記被駆動体を前記固定部に対して移動させる可動部と、
信号に応じて、前記被駆動体が前記固定部に対して所定位置に位置するときに、前記被駆動体の姿勢を調整する力を前記可動部の所定箇所に付与し得る姿勢調整力付与手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記可動部が薄膜で構成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。
【請求項３】
前記被駆動体は、前記固定部から相対的に遠い第１の位置及び前記固定部に相対的に近い第２の位置に移動され、
前記所定位置は前記第１の位置である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。
【請求項４】
前記所定位置は、実質的に、前記可動部が力を受けない状態で前記弾性部のバネ力によって復帰する位置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。
【請求項５】
前記可動部は、前記固定部に対して固定端が固定された片持ち梁構造を持ち、
前記被駆動体の姿勢を調整する前記力は、前記片持ち梁構造にねじれを発生させる力であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項６】
前記姿勢調整力付与手段は、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、を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項７】
信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、
前記駆動力付与手段は、前記可動部に設けられた第３の電極部と、前記固定部に設けられ前記第３の電極部との間の電圧により前記第３の電極部との間に静電力を生じ得る第４の電極部とを含み、
前記第３の電極部の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用されたことを特徴とする請求項６記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項８】
信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、
前記駆動力付与手段は、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ずる電流路を含み、
前記電流路の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用されたことを特徴とする請求項６又は７記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項９】
信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、
前記姿勢調整力付与手段は、前記可動部に設けられた第１及び第２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前記第１の電極部との間に静電力を生じ得る第３の電極部と、前記固定部に設けられ前記第２の電極部との間の電圧により前記第２の電極部との間に静電力を生じ得る第４の電極部と、を含み、
前記第１乃至第４の電極部が前記駆動力付与手段の少なくとも一部として兼用されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１０】
前記可動部は、前記可動部の前記固定端と自由端との間における前記固定端側に、互いに機械的に並列接続された第１及び第２の梁部を有し、
前記姿勢調整力付与手段は、前記第１の梁部の所定箇所に力を付与し得る第１の付与手段と、前記第２の梁部の所定箇所に力を付与し得る第２の付与手段とを含む、
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。
【請求項１１】
前記第１の付与手段は、前記第１の梁部に設けられた第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、を含み、
前記第２の付与手段は、前記第２の梁部に設けられた第３の電極部と、前記固定部に設けられ前記第３の電極部との間の電圧により前記第３の電極部との間に静電力を生じ得る第４の電極部と、を含む、
ことを特徴とする請求項１０記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１２】
信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、
前記駆動力付与手段は、前記可動部に設けられた第５の電極部と、前記固定部に設けられ前記第５の電極部との間の電圧により前記第５の電極部との間に静電力を生じ得る第６の電極部とを含み、
前記第５の電極部の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用され、
前記第５の電極部の前記配線の他の一部が前記第３の電極部の少なくとも一部として兼用されたことを特徴とする請求項１１記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１３】
信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、
前記駆動力付与手段は、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ずる電流路を含み、
前記電流路の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用され、
前記電流路の前記配線の他の一部が前記第３の電極部の少なくとも一部として兼用されたことを特徴とする請求項１１又は１２記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載のマイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体が光学素子であることを特徴とする光学装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれかに記載のマイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体がミラーであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１６】
ミラー受け入れ凹部及び光導波路を有する光導波路基板を備え、
前記光導波路の一部の経路を通って前記ミラー受け入れ凹部に達した光が、前記光導波路の他の経路のうち、前記ミラー受け入れ凹部に対する前記ミラーの進出及び退出に応じて選択された経路へ導かれることを特徴とする請求項１５記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロアクチュエータ、並びに、これを用いた光学装置及び光スイッチに関するものである。この光学装置及び光スイッチは、例えば、光通信装置や光伝送装置等で用いることができるものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術の進展に伴い、種々の分野においてマイクロアクチュエータの重要性が高まっている。マイクロアクチュエータが用いられている分野の一例として、例えば、光通信などに利用され光路を切り替える光スイッチを挙げることができる。このような光スイッチの例として、下記の特許文献１〜３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、固定部と、被駆動体（光スイッチの場合は、ミラー）が搭載され被駆動体を固定部に対して移動させる可動部とを備えている。可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ（例えば、特許文献１の図２や、特許文献２の図２６、図３６〜図４０）や、可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ（例えば、特許文献３の図１０、図１１）が知られている。これらのマイクロアクチュエータでは、可動部は、弾性部（例えば、片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータでは梁部を構成する板ばね部、両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータではフレクチュア部）を有している。
【０００４】
特許文献１〜３に開示された各光スイッチでは、それぞれミラーの支持構造は異なるものの、いずれの光スイッチにおいても、可動部におけるミラー支持基板板となる部分にその面と垂直にミラーが搭載されている。そして、これらの光スイッチでは、ミラーがマイクロアクチュエータにより駆動されて上下方向に移動し、ミラーが入射光路に進出した時に光がそのミラーで反射される一方、ミラーが入射光路から退出した時に光が直進することにより、出射光路が切り替えられる。特許文献１には、ミラーを搭載したマイクロアクチュエータの他に光導波路基板を用いる光スイッチの例が開示され、特許文献３には、光導波路基板を用いない光スイッチの例が開示されている。特許文献２には両者の例が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２０２５０８号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０６０５９２号パンフレット
【特許文献３】特開２００１−４２２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の各光スイッチでは、製造時のばらつき等のため、被駆動体としてのミラーをマイクロアクチュエータの可動部のミラー支持基板となる部分の面に対して完全に垂直にすることは困難であり、ミラーの角度（ミラーの姿勢）はばらつく。ミラーが完全に垂直でなければ、ミラーが光路に進出して光を反射する際に、その反射方向が所望の方向からずれてしまい、ミラーが完全に垂直であることを前提として配置された反射光を導く光ファイバや光導波路との光結合度が低下し、光量のロスが増大してしまう。
【０００６】
そこで、この光量のロスを低減するために、ミラーが垂直に十分に近い状態で可動部に搭載されたもののみを製品として選択し、ミラーの角度ずれの比較的大きいものを破棄するとすれば、歩留りが低下し、コストが増大する。
【０００７】
これに対し、ミラーが垂直でなくても、ミラーで反射された反射光を導く光ファイバ等の光軸を反射光の方向に合わせて調整することで、前述した光量ロスを低減することが可能である場合がある。この場合、ミラーの角度ずれの比較的大きいものでも破棄する必要がなくなり、歩留りが向上する。しかし、この場合には、光軸合わせに著しく手数を要し、やはりコストが増大してしまう。
【０００８】
また、製造時にミラーをマイクロアクチュエータの可動部に対して垂直に搭載することができても、経時変化や使用環境の温度変化等によってマイクロアクチュエータの固定部に対するミラーの角度が変化する場合もある。さらに、可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータにおいて、可動部が２本の梁部を持つ場合（例えば、特許文献１の図２や、特許文献２の図２６、図３６〜図４０）には、製造時にミラーをマイクロアクチュエータの可動部に対して垂直に搭載することができても、製造ばらつき等のために、２本の梁部のバネ力に差が生じてしまい、２本の梁部の高さに差があることによって、マイクロアクチュエータの固定部に対するミラーの角度が所望の角度から変化してしまう場合がある。これらの場合にも、前述したような光量ロスが生ずる。
【０００９】
以上の説明では、光スイッチに用いられるマイクロアクチュエータを例に挙げて説明したが、他の光学装置やその他の装置に用いられるマイクロアクチュエータの場合にも、被駆動体が当該マイクロアクチュエータの可動部に搭載される際やその後に、マイクロアクチュエータの固定部に対する被駆動体の姿勢が所望の姿勢からずれることに伴い、種々の不都合が生ずる場合がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、何らかの原因で被駆動体の姿勢が所望の姿勢からずれても、そのずれを補正することができるマイクロアクチュエータ、及び、これを用いた光学装置及び光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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は、固定部と、被駆動体が搭載される可動部であって、弾性部を有し前記被駆動体を前記固定部に対して移動させる可動部と、信号に応じて、前記被駆動体が前記固定部に対して所定位置に位置するときに、前記被駆動体の姿勢を調整する力を前記可動部の所定箇所に付与し得る姿勢調整力付与手段と、を備えたものである。
【００１２】
本発明の第２の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１の態様において、前記可動部が薄膜で構成されたものである。
【００１３】
本発明の第３の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１又は第２の態様において、前記被駆動体は、前記固定部から相対的に遠い第１の位置及び前記固定部に相対的に近い第２の位置に移動され、前記所定位置は前記第１の位置であるものである。
【００１４】
本発明の第４の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記所定位置は、実質的に、前記可動部が力を受けない状態で前記弾性部のバネ力によって復帰する位置であるものである。
【００１５】
本発明の第５の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記可動部は、前記固定部に対して固定端が固定された片持ち梁構造を持ち、前記被駆動体の姿勢を調整する前記力は、前記片持ち梁構造にねじれを発生させる力であるものである。
【００１６】
本発明の第６の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記姿勢調整力付与手段は、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、を含むものである。
【００１７】
本発明の第７の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第６の態様において、信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、前記駆動力付与手段は、前記可動部に設けられた第３の電極部と、前記固定部に設けられ前記第３の電極部との間の電圧により前記第３の電極部との間に静電力を生じ得る第４の電極部とを含み、前記第３の電極部の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用されたものである。
【００１８】
本発明の第８の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第６又は第７の態様において、信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、前記駆動力付与手段は、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ずる電流路を含み、前記電流路の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用されたものである。
【００１９】
本発明の第９の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、前記姿勢調整力付与手段は、前記可動部に設けられた第１及び第２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前記第１の電極部との間に静電力を生じ得る第３の電極部と、前記固定部に設けられ前記第２の電極部との間の電圧により前記第２の電極部との間に静電力を生じ得る第４の電極部と、を含み、前記第１乃至第４の電極部が前記駆動力付与手段の少なくとも一部として兼用されたものである。
【００２０】
本発明の第１０の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第５の態様において、前記可動部は、前記可動部の前記固定端と自由端との間における前記固定端側に、互いに機械的に並列接続された第１及び第２の梁部を有し、前記姿勢調整力付与手段は、前記第１の梁部の所定箇所に力を付与し得る第１の付与手段と、前記第２の梁部の所定箇所に力を付与し得る第２の付与手段とを含むものである。
【００２１】
本発明の第１１の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１０の態様において、前記第１の付与手段は、前記第１の梁部に設けられた第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、を含み、前記第２の付与手段は、前記第２の梁部に設けられた第３の電極部と、前記固定部に設けられ前記第３の電極部との間の電圧により前記第３の電極部との間に静電力を生じ得る第４の電極部と、を含むものである。
【００２２】
本発明は、第１２の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１１の態様において、信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、前記駆動力付与手段は、前記可動部に設けられた第５の電極部と、前記固定部に設けられ前記第５の電極部との間の電圧により前記第５の電極部との間に静電力を生じ得る第６の電極部とを含み、前記第５の電極部の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用され、前記第５の電極部の前記配線の他の一部が前記第３の電極部の少なくとも一部として兼用されたものである。
【００２３】
本発明の第１３の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１１又は第１２の態様において、信号に応じて、前記弾性部のバネ力に抗して前記被駆動体の移動及び位置の保持を行う駆動力を前記可動部に付与し得る駆動力付与手段を備え、前記駆動力付与手段は、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ずる電流路を含み、前記電流路の配線の一部が前記第１の電極部の少なくとも一部として兼用され、前記電流路の前記配線の他の一部が前記第３の電極部の少なくとも一部として兼用されたものである。
【００２４】
本発明の第１４の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１乃至第１３のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体が光学素子であるものである。
【００２５】
本発明の第１５の態様による光スイッチは、前記第１乃至第１３のいずれかの態様によるマイクロアクチュエータと、前記被駆動体とを備え、前記被駆動体がミラーであるものである。
【００２６】
本発明の第１６の態様による光スイッチは、前記第１５の態様において、ミラー受け入れ凹部及び光導波路を有する光導波路基板を備え、前記光導波路の一部の経路を通って前記ミラー受け入れ凹部に達した光が、前記光導波路の他の経路のうち、前記ミラー受け入れ凹部に対する前記ミラーの進出及び退出に応じて選択された経路へ導かれるものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、何らかの原因で被駆動体の姿勢が所望の姿勢からずれても、そのずれを補正することができるマイクロアクチュエータ、及び、これを用いた光学装置及び光スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明によるマイクロアクチュエータ、光学装置及び光スイッチについて、図面を参照して説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態による光学装置としての光スイッチ１を用いた光学システム（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。）。図１において、Ｘ’軸及びＹ’軸は、Ｘ軸及びＹ軸をそれぞれＺ軸回りに４５゜回転した軸を示す。光スイッチ１の基板１１の面がＸＹ平面と平行となっている。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。
【００３１】
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１と、１本の光入力用光ファイバ２と、１本の光出力用光ファイバ３と、１本の光出力用光ファイバ４と、光スイッチ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、制御部としての外部回路６と、を備えている。外部回路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駆動信号を光スイッチ１に供給する駆動制御回路６ａと、ミラー３１の姿勢を調整する姿勢調整信号を光スイッチ１に供給する姿勢調整回路６ｂと、を有している。なお、回路６は、基板１１に搭載することも可能である。
【００３２】
本実施の形態では、磁石５は、光スイッチ１の下側に配置された永久磁石であり、光スイッチ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。
【００３３】
光スイッチ１は、図１に示すように、基板１１と、基板１１上に配置された１個のミラー３１とを備えている。光入力用光ファイバ２は、基板１１に対するＹ’軸方向の一方の側からＹ’軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。光出力用光ファイバ３は、光入力用光ファイバ２と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１のミラー３１によって反射されずに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。光出力用光ファイバ４は、光スイッチ１のミラー３１により反射されて−Ｘ’軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ミラー３１は、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、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、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Ｙ’軸と４５゜をなすＹ軸と平行となるように設定されている。もっとも、その角度は適宜変更することも可能であり、ミラー３１の角度を変更する場合には、その角度に応じて光出力用光ファイバ４の向きを設定すればよい。
【００３４】
次に、図１中の光スイッチ１の構造について、図２乃至図６を参照して説明する。
【００３５】
図２は、図１中の光スイッチ１（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ及びこれにより駆動される１つのミラー３１）を模式的に示す概略平面図である。図３及び図４はそれぞれ、図２中のＡ−Ａ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。図３はミラー３１が上側に保持されて光路に進出した状態、図４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。図５及び図６はそれぞれ、図２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り、図５及び図６はそれぞれ、ミラー３１が上側に保持されて光路に進出した状態を示している。ただし、図５はミラー３１の姿勢調整前の状態、図６はミラー３１の姿勢調整後の状態を示している。なお、図３乃至図６では、後述する凸部２４の図示を省略しそれによる段差がないものとして示している。また、図５及び図６では、絶縁膜１９の図示は省略している。
【００３６】
光スイッチ１は、図２乃至図６に示すように、基板１１上に設けられ基板１１と共にマイクロアクチュエータを構成する可動部としての可動板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。本実施の形態では、基板１１としてシリコン基板が用いられ、基板１１が導電性を有するので、後述するように基板１１に電気的に接続された電極等は、基板１１によって電気的に共通に接続されて同電位に保たれることになる。もっとも、本発明では、これに限定されるものではなく、適宜、基板１１としてガラス基板等の絶縁性基板を用いてもよい。
【００３７】
ここで、可動板１２について、図２乃至図６の他に、図７を参照して説明する。図７（ａ）は図２中の可動板１２の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。図２には、可動板１２のＡｌ膜２２のパターン形状も現れている。理解を容易にするため、図２において、Ａｌ膜２２の部分にハッチングを付している。
【００３８】
可動板１２は、薄膜で構成され、図２及び図７（ｂ）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と、ＳｉＮ膜２１上に部分的に形成された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からなる１層膜からなる部分と、下から順にＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２２を積層した２層膜からなる部分とを、併有している。これらのＳｉＮ膜２１及びＡｌ膜２２上に、更に、可動板１２の平面形状の全体に渡るＳｉＮ膜を積層してもよい。Ａｌ膜２２のパターン形状は図２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３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。
【００３９】
可動板１２は、図２及び図７（ａ）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１２ｂと、ミラー搭載板１２ｂの端部に接続された２本の帯状の支持板１２ｃとを含む。本実施の形態では、これらの２本の支持板１２ｃ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１２ｃは、それぞれの端部に脚部１２ａ及び脚部１２ｄを有している。脚部１２ａ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１２ａ及び１２ｄを固定端として、図３に示すように、ミラー搭載板１２ｂ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１２ａ，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、並びに、後述する絶縁膜１８，１９及び固定電極３５，３６，３７が、固定部を構成している。
【００４０】
可動板１２には、図２及び図７（ａ）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取り囲むように、凸部２４が設けられている。凸部２４は、図７（ｂ）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３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。
【００４１】
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１２ｃ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１２ｃの領域の湾曲によって、可動板１２は、脚部１２ａ，１２ｄを固定端として、図３のように、ミラー搭載板１２ｂ側が持ち上がるようになっている。また、支持板１２ｃ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。
【００４２】
ここで、可動板１２のＡｌ膜２２の形状について、図２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２に示すような形状に、Ａｌ膜２２をパターニングしている。
【００４３】
Ａｌ膜２２のうちパターン２２ａは、２つの脚部１２ｄのうちの一方から、可動板１２の外周の縁に沿って延びて可動板１２の先端まで到達した後、可動板１２の反対側の縁に沿って他方の脚部１２ｄに達するパターンである。このパターン２２ａは、ローレンツ力により可動板１２を駆動する際に、ローレンツ力を生じさせるための電流を流す配線として用いられる。パターン２２ａは、図３及び図４に示すように、＋Ｙ側の脚部１２ｄにおいて基板１１上のシリコン酸化膜等の絶縁膜１９のスルーホール及びＳｉＮ膜２１のコンタクトホールを介して配線４０に接続されるとともに、−Ｙ側の脚部１２ｄにおいて絶縁膜１８，１９間に形成された配線（図示せず）と接続され、脚部１２ｄを介して配線４０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。パターン２２ａのうち、可動板１２の先端の一辺１２ｅに沿ってＹ軸方向に延びた直線部分が、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路（ローレンツ力用電流路）を構成している。パターン２２ａの他の部分は、ローレンツ力用電流路の配線となっている。図１に示す磁石５によって、ローレンツ力用電流路がＸ軸方向の磁界内に置かれている。したがって、パターン２２ａに電流を供給すると、ローレンツ力用電流路に、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。
【００４４】
また、Ａｌ膜２２のうちパターン２２ｂは、２つの脚部１２ａのそれぞれから、可動板１２の内側の縁に沿ってミラー搭載板１２ｂの固定端側（−Ｘ側）まで延び、ミラー搭載板１２ｂの固定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、両方の脚部１２ａにおいて、絶縁膜１９のスルーホール及びＳｉＮ膜２１のコンタクトホールを介して配線（図示せず）に接続され、Ａｌ膜等からなる固定電極３５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３５は、基板１１上の絶縁膜１８，１９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。固定電極３５は、基板１１から絶縁されている。可動電極２２ｄと固定電極３５との間に電圧が印加されると、両者の間に駆動力としての静電力が生じ、この静電力により可動板１２は基板１１に引き寄せられる。
【００４５】
本実施の形態では、可動電極２２ｄと固定電極３５との間の静電力用電圧及び前記ローレンツ力用電流路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３）及びミラー３１が下側（基板１１側）に保持された状態（図４）にすることができる。本実施の形態では、外部回路６の駆動制御回路６ａ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３及び図４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。
【００４６】
図３に示すように、駆動力としての前記静電力及び駆動力としての前記ローレンツ力が印加されていない状態では、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃ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が上側に保持される。これにより、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。この状態から、光路に入射した光をミラー３１で反射させずにそのまま通過させる状態（図４）に切り替える場合には、例えば、まず、駆動力としての前記ローレンツ力を印加して、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃの領域の膜の応力（バネ力）に抗してミラー３１を下方へ移動させ、ミラー３１が基板１１側に保持された後、駆動力としての前記静電力を印加してその保持を維持し、前記ローレンツ力の印加を停止させればよい。
【００４７】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、駆動力としての静電力を発生させる可動電極２２ｄ及び固定電極３５、及び、駆動力としてのローレンツ力を発生させる前記ローレンツ力用電流路が、信号に応じて、可動板１２の弾性部（凸部２４が設けられていない支持板１２ｃの領域）のバネ力に抗してミラー３１の移動及び位置の保持を行う駆動力を可動板１２に付与し得る駆動力付与手段を、構成している。
【００４８】
もっとも、本発明では、この駆動力付与手段は、例えば、可動電極２２ｄ及び固定電極３５と前記ローレンツ力用電流路のうちの一方のみで構成してもよい。駆動力付与手段を可動電極２２ｄ及び固定電極３５のみで構成する場合には、例えば、パターン２２ａを除去するかあるいは途中で断線させておけばよい。駆動力付与手段を前記ローレンツ力用電流路のみで構成する場合には、例えば、パターン２２ｂを除去するかあるいは途中で断線させるか、あるいは、可動電極２２ｄを除去すればよい。
【００４９】
本実施の形態では、ミラー３１は、前記特許文献３に開示されているミラーと同様に、Ａｕ、Ｎｉ又はその他の金属で構成され、可動板１２のミラー搭載板１２ｂの上面に直立して、単に固定されている。このミラー３１は、例えば、前記特許文献３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その他の金属を成長させ、その後に前記レジストを除去することで、形成することができる。ミラー３１をその支持基体となるミラー搭載板１２ｂにより支持する支持構造は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献１に開示された支持構造や、特許文献２に開示された支持構造を採用してもよい。その場合、これらの支持構造及びミラー３１は、特許文献１や特許文献２に開示されている製造方法と同様の製造方法により製造することができる。
【００５０】
以上、本実施の形態による光スイッチ１の基本的な構造及び動作について、説明した。
【００５１】
本実施の形態による光スイッチ１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。ミラー３１及びその支持構造に関する製造方法については既に言及した。可動板１２に関する製造方法については、例えば、特許文献２に開示されている製造方法と同様の製造方法により製造することができる。
【００５２】
本実施の形態による光スイッチ１は、可動板１２が静電力及びローレンツ力を受けていない状態（すなわち、前述した駆動力も後述する姿勢調整力も受けていない状態）で、可動板１２の２本の支持板（梁部）１２ｃのＺ軸方向の高さが同一Ｘ軸方向位置で互いに同一となり、可動板１２のミラー搭載板１２ｂの面の法線がＸＺ平面と平行な面内に含まれ、かつ、ミラー３１の反射面がミラー搭載板１２ｂの面に対して垂直となり、ひいては、ミラー３１の反射面がＸＺ平面と平行な面Ｐ１（図５参照）と一致する（したがって、ミラー３１の反射面が基板１１の面に対して垂直となる）ように、設計され、そうなるべく製造される。そして、ミラー３１の反射面がＸＺ平面と平行な面Ｐ１と一致することを前提として、光入力用光ファイバ２から出射してミラー３１で反射された反射光の、光出力用光ファイバ４に対する結合が最大となるように、図１に示すように、光スイッチ１の基板１１と光ファイバ２，３との相対的な位置関係が設定される。
【００５３】
しかし、製造時のばらつき等のため、ミラー３１の反射面が搭載板１２ｂの面に対して完全に垂直にならなかったり、２本の支持板１２ｃのバネ力に差が生ずることで２本の支持板１２ｃの高さに差が生じてしまって搭載板１２ｂが所期の向きに対して傾いたりする。その結果、可動板１２が静電力もローレンツ力を受けていない状態で、ミラー３１の反射面がＸＺ平面と平行な面Ｐ１に対してＸ軸回りに傾いてしまい、ミラー３１の姿勢が所望の姿勢からずれてしまう。
【００５４】
図５は、可動板１２が静電力もローレンツ力を受けていない状態（すなわち、前述した駆動力も後述する姿勢調整力も受けていない状態）で、２本の支持板１２ｃの高さが両方ともＨ１であり両者に差はないが、ミラー３１の反射面が搭載板１２ｂの面に対して完全に垂直にならないことによって、ミラー３１の反射面が基板１１を基準としたＸＺ平面と平行な面Ｐ１に対してＸ軸回りに角度θだけ正方向（図５及び図６中の時計方向）に傾いている例を、示している。
【００５５】
図３に示すように駆動力としての前記静電力及び駆動力としての前記ローレンツ力が印加されていない状態（ミラー３１が上側に保持されて光路に進出した状態）において、図５に示すようにミラー３１の反射面が面Ｐ１に対して傾いていると、ミラー３１による反射光の方向が所望の方向からずれてしまい、この反射光の光出力用光ファイバ４に対する光結合度が低下し、光量のロスが増大してしまう。なお、図４に示すようにミラー３１が下側に保持されている状態では、ミラー３１が光路から退出しているので、ミラー３１の反射面が面Ｐ１に対して傾いていても、光量のロスやその他の不都合は全く生じない。
【００５６】
本実施の形態では、図２乃至図６に示すように、基板１１上の絶縁膜１８，１９間に、Ａｌ膜等からなる固定電極３６，３７が設けられている。固定電極３６，３７は、基板１１から絶縁されている。固定電極３６は、可動板１２の＋Ｙ側の支持板（梁部）１２ｃの下側に配置され、この位置で可動板１２のパターン２２ａ，２２ｂと対向している。固定電極３７は、可動板１２の−Ｙ側の支持板（梁部）１２ｃの下側に配置され、この位置で可動板１２のパターン２２ａ，２２ｂと対向している。ミラー３１が上側にある時はパターン２２ａ，２２ｂは接地電位にする。固定電極３６，３７には、絶縁膜１８，１９間に形成された互いに異なる配線（図示せず）がそれぞれ接続され、互いに独立した電位を印加し得るようになっている。
【００５７】
したがって、固定電極３６とこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分との間に電圧を印加することで、両者の間に第１の姿勢調整力としての静電力が生じ、この静電力により可動板１２の＋Ｙ側の支持板１２ｃが基板１１に引き寄せられる。その結果、可動板１２全体がＸ軸回りに正方向にねじれ、可動板１２のミラー搭載板１２ｂがＸ軸回りに正方向に回転し、ミラー３１の反射面がＸ軸回りに正方向に回転し、その回転量は印加した電圧の大きさに依存した静電力の大きさにより定まる。このため、固定電極３６とこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分との間に所望の大きさの電圧を印加することで、ミラー３１の反射面のＸ軸回りの角度を正方向に所望の量だけ調整することができる。
【００５８】
同様に、固定電極３７とこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分との間に電圧を印加することで、両者の間に第２の姿勢調整力としての静電力が生じ、この静電力により可動板１２の−Ｙ側の支持板１２ｃが基板１１に引き寄せられる。その結果、可動板１２全体がＸ軸回りに逆方向（図５及び図６中の反時計方向）にねじれ、可動板１２のミラー搭載板１２ｂがＸ軸回りに逆方向に回転し、ミラー３１の反射面がＸ軸回りに逆方向に回転し、その回転量は印加した電圧の大きさに依存した静電力の大きさにより定まる。このため、固定電極３７とこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分との間に所望の大きさの電圧を印加することで、ミラー３１の反射面のＸ軸回りの角度を逆方向に所望の量だけ調整することができる。
【００５９】
この点について、前述した図５に示す例に即して説明する。図５に示す状態において、固定電極３７とこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分との間に電圧を印加し、両者の間に第２の姿勢調整力としての静電力を発生させると、図６に示すように−Ｙ側の支持板１２ｃの高さがＨ１からＨ２に減少する。高さＨ２は−Ｙ側の支持板１２ｃの板ばね部（凸部２４が設けられていない−Ｙ側の支持板１２ｃの領域）のバネ力と当該静電力とがつり合う位置で決まり、静電力は電極間の電圧差と距離と面積で決まるので、固定電極３７とこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分との間の電圧を調整すれば、ある程度の範囲でＨ２の高さを調整できる。このとき、＋Ｙ側の支持板１２ｃの高さはほとんど変化せずＨ１のままである。よって、可動板１２全体がねじれている状態になっている。このねじれの影響で、可動板１２のミラー搭載板１２ｂが基板１１に対してＸ軸回りに逆方向に傾き、ミラー搭載板１２ｂに搭載されているミラー３１もＸ軸回りに逆方向に傾く。図６に示すように、このミラー３１の反射面の傾きが図５に示す初期傾きθをうち消す角度となったとき、ミラー３１の反射面は、ＸＺ平面と平行な面Ｐ１と一致して基板１１の面に対して垂直となる。
【００６０】
本実施の形態では、図１中の姿勢調整回路６ｂは、駆動力（可動電極と固定電極３５との間の静電力、及び、前記ローレンツ力）が発生していない状態において、固定電極３６，３７のうちの予め選択された方の固定電極とパターン２２ａ，２２ｂとの間に予め設定された大きさの電圧を、姿勢調整信号として供給する。また、図１中の姿勢調整回路６ｂは、設定によっては、駆動力が発生していない状態においても、固定電極３６とパターン２２ａ，２２ｂとの間にも固定電極３７とパターン２２ａ，２２ｂとの間にも電圧を供給せず、前記第１及び第２の姿勢調整力のいずれも発生させない。このような設定は、駆動力も姿勢調整力も発生していない状態においてそもそもミラー３１の反射面がＸＺ平面と平行な面Ｐ１と一致しているような場合に、行われる。
【００６１】
例えば、姿勢調整回路６ｂは、姿勢調整力のオンオフを設定する第１の設定スイッチ、固定電極３６，３７のいずれを選択するかを設定する第２の設定スイッチ、及び、姿勢制御信号の電圧の大きさを設定する可変抵抗器を用い、第１の設定スイッチがオンの場合に、駆動力が発生していない状態において、可変抵抗器で設定された大きさの電圧を第２の設定スイッチで選択された固定電極とパターン２２ａ，２２ｂとの間に供給し、第１の設定スイッチがオフの場合に、常に固定電極３６とパターン２２ａ，２２ｂとの間にも固定電極３７とパターン２２ａ，２２ｂとの間にも電圧を供給しないように、構成すればよい。
【００６２】
図３に示す状態において、ミラー３１の反射面の傾きが変化すると、ミラー３１により反射された反射光の反射角度が変化し、この反射光の光出力用光ファイバ４に対する光結合度が変化し、光量のロスが変化する。よって、光入力用光ファイバ２からの入射光量を一定にすると、光出力用光ファイバ４から得られる反射光の光量が変化する。したがって、例えば、光入力用光ファイバ２からの入射光量を一定にし、駆動力が発生していない図３に示す状態において、（１）第１の設定スイッチをオフした場合、（２）第１の設定スイッチがオンでかつ第２の設定スイッチで固定電極３６を選択した場合において前記可変抵抗器を変えていった場合、（３）第１の設定スイッチがオンでかつ第２の設定スイッチで固定電極３７を選択した場合において前記可変抵抗器を変えていった場合、の各場合（１）〜（３）において光出力用光ファイバ４から得られる反射光の光量を光量計でモニタし、モニタされた光量が最大となるように、前記第１及び第２の設定スイッチ及び前記可変抵抗器を予め設定しておけばよい。このような設定は、光出力用光ファイバ４を光スイッチ１に対して厳密に光軸合わせを行うような場合に比べて、非常に簡単に行うことができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、製造時のばらつき等のため、ミラー３１の反射面が搭載板１２ｂの面に対して完全に垂直にならなかったり、２本の支持板１２ｃのバネ力に差が生ずることで２本の支持板１２ｃの高さに差が生じてしまって搭載板１２ｂが所期の向きに対して傾いたりすることによって、初期的にミラー３１の反射面の角度が所望の角度からずれても、前記第１及び第２の設定スイッチ及び前記可変抵抗器を前述したようにして設定することで、そのずれを補正することができ、ひいては、歩留りを低下させることなく反射光量のロスを低減することができる。
【００６４】
また、本実施の形態によれば、このように製造ばらつきに等に対処することができるのみならず、種々の原因でミラー３１の反射面の角度が変化してもこれに対処することができる。例えば、経時変化によってミラー３１の反射面の角度が変化しても、前記第１及び第２の設定スイッチ及び前記可変抵抗器を再設定することで、経時変化に起因するミラー３１の反射面の角度ずれを補正し、経時変化に起因する反射光量のロスを低減することができる。さらに、本実施の形態によれば、使用環境の温度変化に起因してミラー３１の反射面の角度が変化しても、この温度変化に応じて、前記第１及び第２の設定スイッチ及び前記可変抵抗器を再設定することで、温度変化に起因するミラー３１の反射面の角度ずれを補正し、温度変化に起因する反射光量のロスを低減することができる。
【００６５】
ところで、先の説明からわかるように、固定電極３６に対向するパターン２２ａの部分及び固定電極３６に対向するパターン２２ｂの部分は、全体として、固定電極３６と共に前記第１の姿勢調整力を生じさせるための可動電極（第１の姿勢調整力用可動電極）となっている。したがって、この第１の姿勢調整力用可動電極の一部として、前記ローレンツ力用電流路の配線の一部（固定電極３６に対向するパターン２２ａの部分）が兼用され、この第１の姿勢調整力用可動電極の他の一部として、駆動力用可動電極２２ｄの配線の一部（固定電極３６に対向するパターン２２ｂの部分）が兼用されている。
【００６６】
同様に、固定電極３７に対向するパターン２２ａの部分及び固定電極３７に対向するパターン２２ｂの部分は、全体として、固定電極３７と共に前記第２の姿勢調整力を生じさせるための可動電極（第２の姿勢調整力用可動電極）となっている。したがって、この第２の姿勢調整力用可動電極の一部として、前記ローレンツ力用電流路の配線の一部（固定電極３７に対向するパターン２２ａの部分）が兼用され、この第２の姿勢調整力用可動電極の他の一部として、駆動力用可動電極２２ｄの配線の一部（固定電極３７に対向するパターン２２ｂの部分）が兼用されている。
【００６７】
このように、本実施の形態では、第１及び第２の姿勢調整力用可動電極として駆動力用可動電極の配線の一部や前記ローレンツ力用電流路の配線の一部を兼用している。これにより、構造が簡単となるとともに可動板１２を小型化することができるという利点も得られる。このように兼用しても、駆動力（可動電極と固定電極３５との間の静電力、及び、前記ローレンツ力）が発生していない図３に示す状態においてのみ、前記第１又は第２の姿勢調整力を発生させることで、駆動力発生のための電圧・電流の印加動作と姿勢調整力発生のための電圧印加動作とが干渉して支障を来すような状況を回避することができる。前述した光量のロスを低減するためには、図３に示す状態においてのみミラー３１の姿勢を調整することができればよく、図４に示す状態ではミラー３１の姿勢を調整する必要がない。もっとも、第１及び第２の姿勢調整力用可動電極は、駆動力用可動電極の配線や前記ローレンツ力用電流路の配線とは独立して別に設けてもよい。この場合、例えば、各支持板１２ｃのＹ軸方向の幅を広くし、各支持板１２ｃ上に姿勢調整力用可動電極をパターン２２ａ，２２ｂの横に並べて配置し、固定電極３６，３７を各姿勢調整力用可動電極と対向する位置に配置すればよい。
【００６８】
また、先の説明からわかるように、本実施の形態では、固定電極３６及びこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分が、ミラー３１をＸ軸回りの正方向へ回転させる第１の姿勢調整力を可動板１２に付与する第１の付与手段を構成し、固定電極３７及びこれに対向するパターン２２ａ，２２ｂの部分が、ミラー３１をＸ軸回りの逆方向へ回転させる第２の姿勢調整力を可動板１２に付与する第２の付与手段を構成し、これらが全体として被駆動体としてのミラー３１の姿勢を調整する力を可動板１２に付与する姿勢調整力付与手段を構成している。したがって、本実施の形態によれば、ミラー３１の反射面の角度をＸ軸回りの正方向及び逆方向の両方向に調整することができる。通常は、製造ばらつき等によって、ミラー３１の反射面の角度は所期の角度（本実施の形態では、ＸＺ平面と平行な面Ｐ１と一致する角度）に対してＸ軸回りの正方向及び逆方向の両方にばらつく。よって、本実施の形態によれば、ミラー３１の反射面の角度がいずれの方向にばらついても、そのずれを補正することができるので、好ましい。もっとも、本発明では、前記姿勢調整力付与手段を第１及び第２の付与手段の一方のみで構成してもよく、例えば、固定電極３６，３７のうちの一方を削除してもよい。この場合であっても、例えば、設計や製造条件等を適宜設定することで、製造ばらつき等によって、ミラー３１の反射面の角度が所期の角度（ＸＺ平面と平行な面Ｐ１と一致する角度）に対してＸ軸回りの一方方向に主としてばらつくようにすれば、製造ばらつきに関して実質的に本実施の形態と同程度の効果を得ることも可能である。
【００６９】
また、本実施の形態では、前述したように、前記第１及び第２の姿勢調整力を可動板１２の各支持板（梁部）１２ｃにそれぞれに与えるように構成されている。このため、前記第１及び第２の姿勢調整力が可動板１２のねじれの中心から比較的大きく偏心した位置に付与されることになるので、第１及び第２の姿勢調整力が比較的小さくても、ミラー３１の反射面の角度調整の範囲を拡げることができる。
【００７０】
なお、固定電極３５と可動電極２２ｄとの間に印加する電圧は、直流電圧でも交流電圧（例えば、交流パルス電圧等）でもよいが、交流電圧を印加する方が静電気による帯電による問題を起こす可能性が低いので好ましい。同様に、固定電極３６，３７とパターン２２ａ，２２ｂとの間に印加する電圧は、直流電圧でも交流電圧（例えば、交流パルス電圧等）でもよいが、交流電圧を印加する方が静電気による帯電による問題を起こす可能性が低いので好ましい。
【００７１】
本実施の形態による光スイッチ１は、単一の光スイッチ素子（ミラー３１及びこれを駆動するマイクロアクチュエータの組）のみを有するものであったが、本発明では、基板１１上に当該光スイッチ素子を複数２次元マトリクス状に配置した２次元光スイッチとしてもよい。この２次元光スイッチを用いた光スイッチシステムを構成する場合、例えば、図１において、光入力用光ファイバ２及び光出力用光ファイバ３をｍ本ずつ並置し、光出力用光ファイバ３をｎ本並置し、ミラー３１をｍ×ｎ個、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、前述した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上に配置し、２次元光スイッチにおいて前述したマイクロアクチュエータをミラー３１と１対１に設ける。
【００７２】
そして、２次元光スイッチにおいて、各光スイッチ素子に対して、１対１に、図１に示す外部回路６に相当する回路を設ければよい。この場合、姿勢調整回路６ｂも各光スイッチ素子に対して１対１に設けられるので、各ミラー３１の反射面の角度を１つずつ個別に独立して調整することができる。姿勢調整回路６ｂを各光スイッチ素子に対して１対１に設ける代わりに、全ての光スイッチ素子に対して共通して、姿勢調整回路６ｂを１つだけ設けてもよい。この場合、全てのミラー３１の反射面の角度を一括して同じように調整することになる。この方式は、同一チップ内のミラー３１が全て同じように傾いている場合に適している。
【００７３】
［第２の実施の形態］
【００７４】
図８は、本発明の第２の実施の形態による光学装置としての光スイッチ４１を模式的に示す概略平面図であり、図２に対応している。図８において、図２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。
【００７５】
本実施の形態による光スイッチ４１が前記第１の実施の形態による光スイッチ１と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００７６】
光スイッチ４１では、光スイッチ１における固定電極３６，３７が除去され、光スイッチ１における可動電極２２ｄがＹ軸方向の中央で２つの固定電極３５ａ，３５ｂに分割されている。また、光スイッチ４１では、固定電極３５ａ，３５ｂには、絶縁膜１８，１９間に形成された互いに異なる配線（図示せず）がそれぞれ接続され、互いに独立した電位を印加し得るようになっている。
【００７７】
固定電極３５ａと可動電極２２ｄとの間に電圧を印加すると、固定電極３５ａとこれに対向する可動電極２２ｄの領域との間に第１の静電力が生じ、固定電極３５ａに対向する可動板１２の領域が基板１１に引き寄せられる。固定電極３５ｂと可動電極２２ｄとの間に電圧を印加すると、固定電極３５ｂとこれに対向する可動電極２２ｄの領域との間に第２の静電力が生じ、固定電極３５ｂに対向する可動板１２の領域が基板１１に引き寄せられる。
【００７８】
固定電極３５ａに対向する可動電極２２ｄの領域は、固定電極３５ａと共に前記第１の静電力を発生するための可動電極となっている。固定電極３５ｂに対向する可動電極２２ｄの領域は、固定電極３５ｂと共に前記第２の静電力を発生するための可動電極となっている。
【００７９】
光スイッチ４１では、前記第１の静電力及び前記第２の静電力を同時に発生させることで、これらの第１の静電力及び第２の静電力の全体を、光スイッチ４１における可動電極２２ｄと固定電極３５との間に生ずる静電力に相当する駆動力として用いることができる。すなわち、光スイッチ４１では、図３と同様の状態から図４と同様の状態に切り替える場合には、例えば、光スイッチ１の場合と同じく駆動力としての前記ローレンツ力を印加して、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃの領域の膜の応力（バネ力）に抗してミラー３１を下方へ移動させ、ミラー３１が基板１１側に保持された後、駆動力としての前記第１及び第２の静電力を同時に印加してその保持を維持し、前記ローレンツ力の印加を停止させればよい。図４と同様の状態から図３と同様の状態へ切り替える場合には、前記第１及び第２の静電力の印加を停止すると、凸部２４が設けられていない支持板１２ｃ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が上側に保持される。説明の便宜上、ここで説明した動作を駆動動作と呼ぶ。
【００８０】
光スイッチ４１では、図３と同様の状態において、前記第１及び第２の静電力のうち前記第１の静電力のみを発生させると、可動板１２全体がＸ軸回りに正方向にねじれ、可動板１２のミラー搭載板１２ｂがＸ軸回りに正方向に回転し、ミラー３１の反射面がＸ軸回りに正方向に回転し、その回転量は印加した電圧の大きさに依存した第１の静電力の大きさにより定まる。このため、固定電極３５ａとこれに対向する可動電極２２ｄとの間に所望の大きさの電圧を印加することで、ミラー３１の反射面のＸ軸回りの角度を正方向に所望の量だけ調整することができる。したがって、前記第２の静電力を発生させない（勿論、十分に小さい第２の静電力を発生させてもよい。）状態で発生させた前記第１の静電力は、第１の姿勢調整力となる。
【００８１】
また、光スイッチ４１では、図３と同様の状態において、前記第１及び第２の静電力のうち前記第２の静電力のみを発生させると、可動板１２全体がＸ軸回りに逆方向にねじれ、可動板１２のミラー搭載板１２ｂがＸ軸回りに逆方向に回転し、ミラー３１の反射面がＸ軸回りに逆方向に回転し、その回転量は印加した電圧の大きさに依存した第２の静電力の大きさにより定まる。このため、固定電極３５ｂとこれに対向する可動電極２２ｄの領域との間に所望の大きさの電圧を印加することで、ミラー３１の反射面のＸ軸回りの角度を逆方向に所望の量だけ調整することができる。したがって、前記第１の静電力を発生させない（勿論、十分に小さい第１の静電力を発生させてもよい。）状態で発生させた前記第２の静電力は、第２の姿勢調整力となる。
【００８２】
以上の説明からわかるように、光スイッチ４１では、固定電極３５ａ及びこれに対向する可動電極２２ｄの領域、並びに、固定電極３５ｂ及びこれに対向する可動電極２２ｄの領域は、駆動力付与手段の一部としても、姿勢調整力付与手段としても兼用されている。
【００８３】
前述した図１に示す光スイッチシステムにおいて、光スイッチ１に代えて本実施の形態による光スイッチ４１を用いることができる。ただし、この場合には、駆動制御回路６ａによって前述した駆動動作が行われるようになっており、また、姿勢調整回路６ｂは次の動作を行う。
【００８４】
姿勢調整回路６ｂは、図３と同様の状態において、固定電極３５ａ，３５ｂのうちの予め選択された方の固定電極と可動電極２２ｄとの間に予め設定された大きさの電圧を、姿勢調整信号として供給する。また、姿勢調整回路６ｂは、設定によっては、図３と同様の状態においても、固定電極３５ａと可動電極２２ｄとの間にも固定電極３５ｂと可動電極２２ｄとの間にも電圧を供給せず、前記第１及び第２の静電力のいずれも発生させない。
【００８５】
例えば、姿勢調整回路６ｂは、姿勢調整力のオンオフを設定する第３の設定スイッチ、固定電極３５ａ，３５ｂのいずれを選択するかを設定する第４の設定スイッチ、及び、姿勢制御信号の電圧の大きさを設定する可変抵抗器を用い、第３の設定スイッチがオンの場合に、図３と同様の状態において、可変抵抗器で設定された大きさの電圧を第４の設定スイッチで選択された固定電極と可動電極２２ｄとの間に供給し、第３の設定スイッチがオフの場合に、常に固定電極３５ａと可動電極２２ｄとの間にも固定電極３５ｂと可動電極２２ｄとの間にも電圧を供給しないように、構成すればよい。
【００８６】
例えば、光入力用光ファイバ２からの入射光量を一定にし、図３と同様の状態において、（１）第３の設定スイッチをオフした場合、（２）第３の設定スイッチがオンでかつ第４の設定スイッチで固定電極３５ａを選択した場合において前記可変抵抗器を変えていった場合、（３）第３の設定スイッチがオンでかつ第４の設定スイッチで固定電極３５ｂを選択した場合において前記可変抵抗器を変えていった場合、の各場合（１）〜（３）において光出力用光ファイバ４から得られる反射光の光量を光量計でモニタし、モニタされた光量が最大となるように、前記第３及び第４の設定スイッチ及び前記可変抵抗器を予め設定しておけばよい。
【００８７】
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。
【００８８】
本実施の形態による光スイッチ４１についても、前記第１の光スイッチ１の場合と同様に、２次元光スイッチに変形することができる。
【００８９】
［第３の実施の形態］
【００９０】
図９及び図１０は、本発明の第３の実施の形態による光学装置としての光スイッチを示す概略断面図である。図９はミラー３１が上側に保持されて光路に進出した状態、図１０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。図９及び図１０において、図２乃至図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１１は、図９及び図１０中の光導波路基板１２０の一部を模式的に示す概略斜視図である。
【００９１】
本実施の形態による光スイッチは、前記第１の実施の形態による光スイッチ１に光導波路基板１２０を付加した構成を有している。
【００９２】
本実施の形態では、光導波路基板１２０は、図１１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１２１〜１２４を有している。光導波路基板１２０は中央部に例えば幅数十μｍ程度の溝（ミラー受け入れ凹部）１２６を有し、溝１２６の側面に光導波路１２１〜１２４の端面１２１ａ，１２２ａ，１２３ｂ，１２４ｂが露出されている。端面１２１ａと端面１２２ａとの間隔、及び、端面１２３ｂと端面１２４ｂとの間隔は、図９乃至図１１に示すように、ミラー３１の反射面で覆うことのできる間隔に設計されている。
【００９３】
図９及び図１０に示すように、光導波路基板１２０が、光スイッチ１の基板１１上に設置され、光導波路基板１２０と基板１１との間の空間及びこれに連通する溝１２６内の空間内に、屈折率調整液２００が封入されている。もっとも、屈折率調整液２００は必ずしも封入しなくてもよい。なお、基板１１と光導波路基板１２０とは、ミラー３１が溝１２６内に挿入できるように位置合わせされている。
【００９４】
図１０に示すように、ミラー３１が光導波路１２３，１２４の端面１２３ｂ，１２４ｂより下側に位置すると、例えば、光導波路１２３の端面１２３ａから光を入射した場合、光導波路１２３を伝搬した光は、端面１２３ｂから出射され、そのまま対向する光導波路１２２の端面１２２ａに入射し、光導波路１２２を伝搬して端面１２２ｂから出射される。また、例えば、光導波路１２１の端面１２１ｂから光を入射した場合、光導波路１２１を伝搬した光は、端面１２１ａから出射され、そのまま対向する光導波路１２４の端面１２４ｂに入射し、光導波路１２４を伝搬して端面１２４ａから出射される。
【００９５】
一方、図９に示すように、ミラー３１が光導波路１２３，１２４の端面１２３ｂ，１２４ｂを覆うように位置すると、例えば、光導波路１２３の端面１２３ａから光を入射した場合、光導波路１２３を伝搬した光は、端面１２３ｂから出射され、ミラー３１で反射されて、光導波路１２４の端面１２４ｂに入射し、光導波路１２４を伝搬して端面１２４ａから出射される。また、例えば、光導波路１２１の端面１２１ｂから光を入射した場合、光導波路１２１を伝搬した光は、端面１２１ａから出射され、ミラー３１で反射されて、光導波路１２２の端面１２２ａに入射し、光導波路１２２を伝搬して端面１２２ｂから出射される。
【００９６】
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。
【００９７】
本実施の形態は、光導波路基板１２０における光導波路の交差点が一つであり、これに応じて、ミラー３１が１つで光スイッチ素子が１つの場合の例であった。しかしながら、例えば、光導波路基板１２０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、光導波路の交差点を２次元マトリクス状に配置し、これに応じて、基板１１上に複数の光スイッチ素子を２次元状に配置し、光導波路の各交差点にミラー３１を配置してもよい。
【００９８】
なお、本実施の形態において、光スイッチ１に代えて、前記第１の実施の形態による光スイッチ４１を用いてもよい。
【００９９】
以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１００】
例えば、前述した各実施の形態は、本発明を可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータに適用した例であったが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献３に開示されているような可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータにも適用できる。
【０１０１】
また、前述した各実施の形態は、本発明によるマイクロアクチュエータを光スイッチ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は、他の光学装置やその他の種々の用途に用いることができる。
【０１０２】
前述した各実施の形態は、駆動力として静電力及びローレンツ力を用いる例であったが、本発明では、駆動力として静電力及びローレンツ力のうちの一方のみを用いてもよい。また、本発明では、駆動力として磁気力などの他の駆動力や任意の２種類以上を複合した駆動力により駆動されるように構成することもできる。また、例えば、異なる膨張係数を有する異なる物質の互いに重なった少なくとも２つの層の、熱膨張による変形を利用した駆動方式を採用してもよい。この場合、例えば、光や赤外線の吸収や電気抵抗部への通電などによって、前記変形のための熱を与えることができ、照射光量や通電量を駆動信号として用いることができる。
【０１０３】
また、前述した各実施の形態は、姿勢調整力として静電力を用いる例であったが、本発明では、姿勢調整力として、ローレンツ力や磁気力やその他の任意の力を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光スイッチを用い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２】図１中の光スイッチを模式的に示す概略平面図である。
【図３】ミラーが上側に保持された状態を示す、図２中のＡ−Ａ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。
【図４】ミラーが下側に保持された状態を示す、図２中のＡ−Ａ’線に沿った断面を＋Ｙ側から−Ｙ軸方向に見た概略断面図である。
【図５】ミラーの姿勢調整前の状態を示す、図２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６】ミラーの姿勢調整後の状態を示す、図２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７】図２中の可動板を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による光スイッチを模式的に示す概略平面図である。
【図９】ミラーが上側に保持された状態を示す、本発明の第３の実施の形態による光スイッチを示す概略断面図である。
【図１０】ミラーが下側に保持された状態を示す、本発明の第３の実施の形態による光スイッチを示す概略断面図である。
【図１１】図９及び図１０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】
【０１０５】
１，４１  光スイッチ
１１  基板
１２  可動板
１２ｂ  ミラー部搭載板
１２ｃ  支持板（梁部）
２２ｄ  Ａｌ膜パターン（可動電極）
２２ａ，２２ｂ  Ａｌ膜パターン
３１  ミラー（被駆動体）
３５，３５ａ，３５ｂ，３６，３７  固定電極
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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