JP2007178587A - Micro actuator device, optical switch system, and optical equipment - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a microactuator device, and an optical switch system and an optical device using the same.
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。
With the progress of micromachining technology, the importance of microactuators is increasing in various fields. As an example of a field in which microactuators are used, for example, an optical switch that is used for optical communication or the like and switches an optical path can be cited. As an example of such an optical switch, for example, an optical switch disclosed in
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。
The microactuator that moves the micromirror used in the optical switch disclosed in
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。
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。
In the driving circuit used in the conventional microactuator device, as described above, one of the first and second electrode portions of the microactuator is applied from the outside in order to supply a DC voltage. For the potential to be connected, only the two selection switches connected in series were connected. Therefore, in the microactuator in the unselected row or the unselected column, at least one of the row selection switch and the column selection switch is turned off, so that the microactuator is applied from a potential applied from the outside. If the capacitor is electrically disconnected and the movable part of the microactuator continues to be held at the lower position, it depends on the electrostatic force generated by the residual charge of the capacitor formed by the first and second electrode parts. Become. For this reason, in the microactuator device disclosed in
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。
However, if the capacitance of the capacitor is reduced due to downsizing of the device, the amount of charge that can be accumulated in the capacitor is reduced. Therefore, in the conventional microactuator device, if it is attempted to reduce the size of the device, there is a possibility that the influence of residual charge leakage becomes larger and a sufficient electrostatic force cannot be maintained to cause a malfunction. There is a problem that the possibility of causing a malfunction due to the influence of the above becomes very high. Further, if the moving time of the movable portion is long, the time that the movable portion must be kept at the lower position by the electrostatic force due to the residual charge also becomes long, so the influence of the residual charge leakage becomes more serious.
In the drive circuit used in the conventional microactuator device, a DC voltage is used for generating an electrostatic force, but it is difficult to use an AC voltage for generating an electrostatic force. The reason will be clarified later in the description of the comparative example. Therefore, in the conventional microactuator device, if a DC voltage is continuously applied between the fixed electrode and the movable electrode for a long time, there is a problem that the movable portion is fixed to the fixed portion due to the effect of charge-up or the like. May occur.
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a stable microactuator device that does not cause a malfunction due to the influence of leakage of residual charges, and an optical switch system and an optical device using the same. For the purpose.
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。 The present invention also provides a microactuator device that is stable without causing a malfunction due to the effect of leakage of residual charges, and that is suitable for using an AC voltage for generating an electrostatic force, and an optical switch system using the microactuator device And an optical device.
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。 In order to solve the above problems, a microactuator device according to a first aspect of the present invention includes a plurality of microactuators and a drive circuit that drives the plurality of microactuators, and (i) each of the microactuators includes: A movable part provided to be movable relative to the fixed part, a first electrode part provided to the movable part, and a voltage between the first electrode part provided to the fixed part and the first electrode part. A second electrode unit capable of generating electric power, and a driving force generation unit provided in the movable unit and capable of generating a driving force other than electrostatic force, and (ii) the driving circuit includes the plurality of microactuators. Multiple pairs of row selection signal interlocking switches that are turned on / off in conjunction with a row selection signal for selecting a row, and on / off in conjunction with a column selection signal for selecting the columns of the plurality of microactuators. A plurality of pairs of column selection signal interlocking switches and first and second potential supply terminals to which potentials are applied, respectively. (Iii) each pair of row selection signal interlocking switches is complementarily turned on. (2) Each pair of column selection signal interlocking switches is composed of two column selection signal interlocking switches that are turned on and off in a complementary manner, and (v) each of the above-described column selection signal interlocking switches. Regarding the microactuator, one of the first and second electrode portions of the microactuator is electrically connected to the first potential supply terminal, and (vi) the microactuator The other electrode portion of the first and second electrode portions of the actuator has the plurality of pairs of row selections regardless of the state of the row selection signal and the column selection signal. Of a total of four switches including a pair of row selection signal interlocking switches among the selection signal interlocking switches and a pair of column selection signal interlocking switches among the plurality of pairs of column selection signal interlocking switches, It is electrically connected to one of the first and second potential supply terminals via one or two switches.
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。 A microactuator device according to a second aspect of the present invention is the microactuator device according to the first aspect. (I) For each microactuator, two row selection signal interlocking switches (of the four switches related to the microactuator) Or one end of the column selection signal interlocking switch) is electrically connected to the other electrode portion of the first and second electrode portions of the microactuator, and (ii) for each microactuator, The other end of one row selection signal interlocking switch (or column selection signal interlocking switch) of the four switches related to the microactuator and two column selection signal interlocking switches (or row selection) of the four switches. One end of each signal interlocking switch) is electrically connected to each other; Regarding the tutor, the other end of the other one of the four switches related to the microactuator is electrically connected to the second potential supply terminal. (Iv) For each microactuator, the other end of one column selection signal interlocking switch (or row selection signal interlocking switch) of the four switches related to the microactuator is the first potential supply. (V) for each microactuator, the other end of the other one of the four switches associated with the microactuator (or the row selection signal interlocking switch). Is electrically connected to the second potential supply terminal.
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。 The microactuator device according to a third aspect of the present invention is the microactuator device according to the first or second aspect, wherein (i) each pair of row selection signal interlocking switches (or column selection signal interlocking switches) is provided for each microactuator. (Ii) Each pair of column selection signal interlocking switches (or row selection signal interlocking switches) is common to the column (or row) for each column (or row) of the plurality of microactuators. It is provided.
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。 The microactuator device according to a fourth aspect of the present invention is the microactuator device according to any one of the first to third aspects, wherein the driving force generation part of each microactuator is arranged in a magnetic field and generates a Lorentz force by energization. This is a current path for Lorentz force.
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。 A microactuator device according to a fifth aspect of the present invention is the microactuator device according to the fourth aspect, wherein the drive circuit includes a plurality of switches for selectively passing a current through the current path for the Lorentz force of the plurality of microactuators. It is what you have.
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。 An optical switch system according to a sixth aspect of the present invention includes the microactuator device according to any one of the first to fifth aspects, and a mirror provided in each of the movable portions of the plurality of microactuators. Is.
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。 An optical device according to a seventh aspect of the present invention includes the microactuator device according to any one of the first to fifth aspects, and an optical element provided in each of the movable portions of the plurality of microactuators. Is.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a stable microactuator device that does not cause a malfunction due to the influence of residual charge leakage, and an optical switch system and an optical device using the microactuator device.
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。 In addition, according to the present invention, a microactuator device that is stable without causing a malfunction due to the influence of residual charge leakage and that is suitable for using an AC voltage for generating an electrostatic force, and a light using the same A switch system and an optical device can be provided.
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。 Hereinafter, a microactuator device, an optical switch system, and an optical device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an example of an optical system (in this embodiment, an optical switch system) including an
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。
As shown in FIG. 1, this optical switch system includes an
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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing the
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。
Next, the structure of one optical switch as a unit element of the
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。
FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing one optical switch as a unit element of the
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。
As shown in FIGS. 2 and 3, one optical switch as a unit element of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As described above, in the
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。
Here, the shape of the
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。
As shown in FIGS. 6 and 7, insulating
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。
Further, the
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。
In the present embodiment, the
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。
Here, focusing on one optical switch, an operation example thereof will be described. In the following description, a current that flows through the Lorentz force
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。
First, the current for Lorentz force is zero, the voltage for electrostatic force is zero, and the film is bent in the + Z direction by the stress (spring force) of the film in the region of the
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。
Thereafter, when the position of the
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。
When the
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。
Thereafter, when the position of the
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。
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing the
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。 In FIG. 8, in order to simplify the description, nine optical switches are arranged in three rows and three columns as described above. However, the number of optical switches is not limited at all, and the principle is the same even when, for example, an optical switch having 100 rows and 100 columns is provided.
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。 In the following description, for convenience of explanation, it is assumed that each switch is turned on when its gate becomes high level and turned off when its gate becomes low level. This applies not only to the case of FIG. 8 but also to the cases of FIGS. 12 and 15 described later.
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。 In the circuit shown in FIG. 8, with respect to the capacitor Cmn, a row selection terminal VVm for supplying a row selection signal for each row and a column selection terminal VHn for supplying a column selection signal for each column are provided. . Regarding the coil Lmn, a row selection terminal IVm for supplying a row selection signal for each row and a column selection terminal IHn for supplying a column selection signal for each column are provided. In addition, a first potential supply terminal Vb for applying a first potential based on a predetermined reference potential, and a second potential supply terminal Va for applying a second potential based on the reference potential. , And a current control terminal C3 is provided.
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。 As shown in FIG. 8, a pair of row selection signal interlocking switches Mmnaa and Mmnab are provided for each capacitor Cmn. The gate of one row selection signal interlocking switch Mmnaa of each row m is connected to the row selection terminal VVm of the same row m, and the row selection signal is input non-inverted to the gate of the row selection signal interlocking switch Mmnaa. The gate of the other row selection signal interlocking switch Mmnab of each row m is connected to the row selection terminal VVm of the same row m via a knot gate NVVm, and the inverted signal of the row selection signal is connected to the gate of the row selection signal interlocking switch Mmnab. Entered. As a result, the pair of row selection signal interlocking switches Mmnaa and Mmnab are turned on / off in conjunction with the row selection signal and complementarily turned on / off.
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。 For each capacitor, a pair of column selection signal interlocking switches Mba, Mnbb is provided in common for the capacitor Cmn. The gate of one row selection signal interlocking switch Mnb of each column n is connected to the column selection terminal VHn of the same column n, and the column selection signal is input non-inverted to the gate of the column selection signal interlocking switch Mnbb. The gate of the other column selection signal interlocking switch Mnbb of each column n is connected to the column selection terminal VHn of the same column n via a not gate NVHn, and the inverted signal of the row selection signal is connected to the gate of the column selection signal interlocking switch Mnbb. Is entered. As a result, the pair of column selection signal interlocking switches Mnba and Mnbb are turned on / off in conjunction with the column selection signal and are complementarily turned on / off.
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。 In this way, a pair of column selection signal interlocking switches Mnba and Mnbb are provided in common for each column, but in relation to each capacitor Cmn, two row selection signal interlocking switches Mmnaa, A total of four switches, Mmnab and two column selection signal interlocking switches Mba and Mnb, are provided. For example, a total of four switches including two row selection signal interlocking switches M11aa and M11ab and two column selection signal interlocking switches M1ba and M1bb are provided in association with the capacitor C11. In addition, for example, a total of four switches including two row selection signal interlocking switches M12aa and M12ab and two column selection signal interlocking switches M1ba and M1bb are provided in association with the capacitor C12.
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。
The fixed
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。
For each capacitor Cmn, one end of each of the two row selection signal interlocking switches Mmnaa and Mmnab among the four switches Mmnaa, Mmnab, Mnba, and Mnbb related to the capacitor Cmn is electrically connected to the
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。 For each capacitor Cmn, the other end of one row selection signal interlocking switch Mmnaa among the four switches Mmnaa, Mmnab, Mnba, Mnbb related to the capacitor Cmn, and among the four switches Mmnaa, Mmnab, Mnba, Mnbb Are connected electrically to one end of each of the two column selection signal interlocking switches Mba and Mnbb.
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。 For each capacitor Cmn, the other end of one other row selection signal interlocking switch Mmnab among the four switches Mmnaa, Mmnab, Mnba, Mnbb related to the capacitor Cmn is electrically connected to the second potential supply terminal Va. It is connected.
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。 For each capacitor Cmn, the other end of one column selection signal interlocking switch Mnba among the four switches Mmnaa, Mmnab, Mnba, and Mnbb related to the capacitor Cmn is electrically connected to the first potential supply terminal Vb. ing.
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。 For each capacitor Cmn, the other end of one other column selection signal interlocking switch Mnbb among the four switches Mmnaa, Mmnab, Mnba, and Mnbb related to the capacitor Cmn is electrically connected to the second potential supply terminal Va. It is connected.
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。
In this embodiment, by connecting in this way, the
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。
For example, the row selection terminal VV1 and the column selection switch VH1 related to the capacitor C11 are (i) VV1 is high level and VH1 is high level, (ii) VV1 is high level and VH1 is low level, (iii) VV1 Are in a low level and VH1 is in a high level, and (iv) VV1 is in a low level and VH1 is in a low level. In the state (i), M11aa is on, M11ab is off, M1ba is on, M1bb is off, and the
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。 In the circuit shown in FIG. 8, a coil row selection switch Mmnc is provided for each coil Lmn. A coil column selection switch Mnd is commonly provided for each column of the coil Lmn. One end of the coil Lmn is connected to one end of the row selection switch Mmnc, the other end of the row selection switch Mmnc is connected to one end of the column selection switch Mnd, and the other end of the column selection switch Mnd is connected to one end of the current control switch MC3. ing. The other end of the coil Lmn is grounded (connected to a part having a ground potential). The other end of the current control switch MC3 is connected to one end of a current source I1 that supplies the current + I, and the other end of the current source I1 is grounded. The gate of the current control switch MC3 is connected to the terminal C3. The gate of the row selection switch Mmnc of each row m is connected to the coil row selection terminal IVm of the same row m. The gate of each column n coil column selection switch Mnd is connected to the coil column selection terminal IHn of that column n.
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。
Each switch described above can be configured by a MOS transistor formed on the
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。 FIG. 9 is a diagram showing an example of potentials applied to the first and second potential supply terminals Vb and Va in FIG. FIG. 10 is a diagram showing another example of potentials applied to the first and second potential supply terminals Vb and Va in FIG.
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。 In the example shown in FIG. 9, a DC potential + Vc based on the reference potential is applied to the potential supply terminal Va, and a reference potential (for example, ground potential) is applied to the potential supply terminal Vb. In the case of FIG. 9, a DC power source may be connected between the terminals Vb and Va.
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。 In the example shown in FIG. 10, an AC pulse potential that alternates + Vc and −Vc with reference to a reference potential (for example, ground potential) is applied to the potential supply terminal Va, and a reference potential (for example, ground) is applied to the potential supply terminal Vb. An alternating pulse potential alternating between + Vc and -Vc with respect to (potential) is applied, and both are in opposite phases. Thereby, AC pulse driving is performed.
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。 In the present embodiment, a DC drive as shown in FIG. 9 may be adopted, or an AC drive as shown in FIG. 10 may be adopted. However, in order to avoid the influence of charge-up or the like, it is preferable to employ AC driving as shown in FIG.
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。 Next, FIG. 11 shows an example of a timing chart of voltages applied to the terminals C3, VV1 to VV3, VH1 to VH3, IV1 to IV3, IH1 to IH3.
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。 In the present embodiment, the voltages of the terminal terminals C3, VV1 to VV3, VH1 to VH3, IV1 to IV3, IH1 to IH3 are supplied as control signals from the external control circuit 6 in FIG. For example, the external control circuit 6 checks the optical switch to be changed from the current movable plate position state based on the optical path switching state command signal, and sets the state change period to 1 for each of the optical switches to be changed. Set sequentially one by one. When there is no optical switch to be changed from the current position state, a state holding period is set. Further, when a plurality of state holding periods are set (that is, when the number of optical switches to be changed from the current position state is two or more), the state holding periods may be set between the state changing periods. It is good or not necessary. For example, when there are three optical switches to be changed from the current position state, the state change period → the state holding period → the state changing period → the state holding period → the state changing period may be set, or continuously Then, the state change period may be set. Then, the external control circuit 6 sets the terminals C3, VV1 to VV3, VH1 to VH3, IV1 to IV3, IH1 to IH3 according to the address of the corresponding optical switch and the movable plate position state in each set state change period. Determine the voltage.
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。 FIG. 11 shows a state holding period → the state change period of the optical switch in the first row and the first column (release operation (the target optical switch is changed from the lower position shown in FIG. 7 to the upper position shown in FIG. 6). State changing period) → state holding period → state change period of the optical switch in the first row and first column (latching operation (the target optical switch is changed from the upper position shown in FIG. 6 to the lower position shown in FIG. 7) In this example, a state change period in which the operation is performed) → the state holding period is set.
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。
In FIG. 11, the period before time t1 is a state holding period. In this period, the terminals C3, VV1 to VV3, VH1 to VH3, IV1 to IV3, IH1 to IH3 are at a low level. In this state, the fixed
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。 At time t1, a state change period (state change period in which release operation is performed) for the optical switch in the first row and first column is started, and the terminals VV1 and VH1 are set to the high level, and the other terminals are All remain low.
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。 At this time, one row selection signal interlocking switch M11ab, M12ab, M13ab of the first row is switched off, and the other M11aa, M12aa, M13aa of the first row is switched on, but the row selection signal interlocking switch of the other row is switched on. There is no change in the state. Also, one column selection signal interlocking switch M1ba of the first column is switched on, and the other column selection signal interlocking switch M1bb of the first column is switched off, but the state of the column selection signal interlocking switch of the other column is changed. There is no.
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。
Therefore, after time t1, the
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。
After time t1, the terminal Va is connected to the
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。 Thereafter, at time t2, the terminals VV1 and VH1 are changed to the low level, thereby shifting to the state holding period.
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。
After this state holding period, at time t3, a state change period (state change period in which the latch operation is performed) for the optical switch in the first row and first column is started, and the terminals IV1 and IH1 are set to the high level. Is done. As a result, the first coil row selections M11c, M12c, M13c and the first coil column selection switch M1d are turned on. Next, at time t4, the terminal C3 is set to the high level, and the current control switch MC3 is switched on. As a result, a current for Lorentz force flows through the coil L11 of the first row and first column optical switch, and the downward Lorentz force generated thereby causes the
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。
Thereafter, at time t5, the terminal C3 is set to low level, and the current control switch MC3 is switched off. As a result, the downward Lorentz force does not act, but since the potential difference between the terminals Va and Vb (Vc in the case of FIG. 9 and 2 Vc in the case of FIG. 10) is applied to the capacitor C11, the electrostatic force generated thereby. Thus, the
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。 Further, at time t6, the terminals IV1 and IH1 are set to the low level, and the state holding period is started.
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。
As can be seen from the above description, according to the present embodiment, row selection signal interlocking switches Mmnaa and Mmnab that are complementarily turned on / off, and column selection signal interlocking switches Mmnba and Mmnbb that are complementarily on / off. By skillfully utilizing these, the fixed
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。 Further, from the above-described operation description, in the present embodiment, not only can DC drive be performed as shown in FIG. 9, but AC drive is appropriately performed without causing any trouble as shown in FIG. You can see that As described above, the present embodiment is also suitable for using an AC voltage for generating an electrostatic force.
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。
Here, an optical switch array according to a comparative example obtained by modifying the
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。 FIG. 12 is an electric circuit diagram showing an optical switch array according to this comparative example. 12, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 8 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted. This comparative example is different from the present embodiment only in the drive circuit. The drive circuit shown in FIG. 12 is substantially the same as the drive circuit disclosed in FIG.
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。 In this comparative example, as shown in FIG. 12, a row selection switch Mmna corresponding to the row selection signal interlocking switch Mmnaa in FIG. 8 is provided for each capacitor Cmn, but the row selection in FIG. A switch corresponding to the signal interlock switch Mmnab is not provided. Further, in this comparative example, a column selection switch corresponding to the column selection signal interlocking switch Mnb in FIG. 8 is provided in common for the column for each column with respect to the capacitor Cmn. No switch corresponding to the middle column selection signal interlocking switch Mnbb is provided. Accordingly, the knot gates NVVm and NVHn in FIG. 8 are not provided in this comparative example.
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。 A terminal Vm in FIG. 12 is a row selection terminal that is used for both the capacitor Cmn and the coil Lmn, and corresponds to a terminal that also uses the terminals VVm and IVm in FIG. Similarly, a terminal Hn in FIG. 12 is a column selection terminal that is used for both the capacitor Cmn and the coil Lmn, and corresponds to the terminal that is also used as the terminals VHn and IHn in FIG.
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。
In this comparative example, the potential supply terminals Va and Vb in FIG. 8 are not provided, and the fixed
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。 Next, FIG. 13 shows an example of a timing chart of voltages applied to the terminals C1 to C3, V1 to V3, and H1 to H3 in this comparative example. The operation example shown in FIG. 13 corresponds to the operation example of the present embodiment shown in FIG. 11 described above.
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。 FIG. 13 shows a voltage refresh period → a state change period (release operation) of the optical switch in the first row and first column → a voltage refresh period → a state change period (latching operation) of the optical switch in the first row and first column → the voltage refresh period. This is a set example. The voltage refresh period is a part of the state holding period.
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。
FIG. 13, before time t11 is a voltage refresh period in which the capacitors Cmn of all optical switches are biased to the clamp voltage VC. Therefore, in this period, the terminals V1 to V3, H1 to H3, and C1 are all set to the high level, the terminals C2 and C3 are set to the low level, and the
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。 At time t11, a state change period (state change period in which the release operation is performed) for the optical switch in the first row and first column is started, the terminals V2, V3, H2, and H3 are set to the low level, and the capacitor C11 Other capacitors are electrically disconnected.
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。
Next, after the terminal C1 is set to the low level at time t12, the terminal C2 is set to the high level at time t13, the charge charged in the capacitor C11 is discharged, and the electrostatic force voltage of the capacitor C11 is reduced to zero. The As a result, there is no electrostatic force between the fixed
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。 Thereafter, at time t16, the terminals V2, V3, H2, and H3 are set to the high level to shift to the voltage refresh period.
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。 After this voltage refresh period, at time t17, a state change period (state change period in which the latch operation is performed) for changing the state of the optical switch in the first row and first column is started, and the terminals V2, V3, H2, and H3 are connected. At low level, the coil L11 is selected and capacitors other than the capacitor C11 are electrically disconnected.
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。
Next, at time t18, the terminal C3 is set to the high level, and a current for Lorentz force flows through the coil L11. Due to the downward Lorentz force thereby, the
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。 Thereafter, at time t20, the terminals V2, V3, H2, and H3 are set to the high level to shift to the voltage refresh period.
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。
In this comparative example, two selection switches M11a and M1b are connected in series to the
In this comparative example, a DC voltage is used for generating an electrostatic force. However, it is difficult to use an AC voltage for generating an electrostatic force for the reason described below.
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。 Now, consider applying an AC pulse as shown in FIG. 14 instead of the DC voltage VC in the circuit shown in FIG. Then, when the timing for shifting to the state change period (for example, time t11 and time t17 in FIG. 13) is the time T1 and T3 in FIG. Since the charge of the voltage + Vc or −Vc remains, the capacitor of the optical switch other than the state change target can be held at the lower position in the state change period as in the case of the DC drive. However, when the timing for shifting to the state change period coincides with the polarity switching timing as at times T2 and T4 in FIG. 14, the capacitor of the optical switch other than the state change target has almost no charge at that time. The capacitor of the optical switch other than the state change target cannot be held at the lower position. For this reason, when an AC pulse as shown in FIG. 14 is applied instead of the DC voltage VC, advanced timing control is performed so that the transition timing to the state change period is a timing such as times T1 and T3. It becomes necessary and the circuit configuration becomes complicated.
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。 Even if such timing control is realized, a circuit having a withstand voltage of 2 VC is required to obtain an electrostatic force of voltage VC, which is not practical. In order to solve this, in general AC driving of the electrostatic force electrode, a method is used in which the potential of one electrode is not ground but an AC pulse voltage having a phase opposite to that of the other electrode is applied. However, in the comparative example shown in FIG. 12, capacitors other than the capacitor selected in the state change period are electrically disconnected from the power source, and thus such a general method cannot be adopted. A high voltage circuit must be adopted.
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。 Thus, in the comparative example, it is practically difficult to use an AC voltage for generating an electrostatic force from the viewpoint of timing control and high breakdown voltage.
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。 On the other hand, in the present embodiment, as described above, since the residual charge of the capacitor Cmn is not used, there is no possibility of malfunction due to the effect of leakage of the residual charge, and stable operation can be performed. It is.
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。 Further, in the present embodiment, even if AC driving is employed as shown in FIG. 10, the timing control as described above is not required at all, and the diagram is based on the general AC driving of the electrostatic force electrode. As shown in FIG. 10, since an AC electric potential having a reverse phase with reference to the reference potential can be applied to one electrode and the other electrode of the capacitor Cmn, AC driving can be easily realized.
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
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。 FIG. 15 is an electric circuit diagram showing an optical switch array used in the optical switch system according to the second embodiment of the present invention. 15, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 8 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
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。 The optical switch system according to the present embodiment is different from the optical switch system according to the first embodiment in the optical switch array used in the present embodiment as shown in FIG. Instead of the current control switch MC3, four current control switches MC11 to MC14 are provided, and only a terminal C4 is added.
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。
By adopting such a configuration, in the present embodiment, while using a single current source I1, a positive Lorentz for generating a downward (−Z direction) Lorentz force in each coil Lmn. In addition to the force current, a reverse Lorentz force current for generating an upward (+ Z direction) Lorentz force can also flow. The upward Lorentz force is provided to increase the moving speed when the
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。 Next, FIG. 16 shows an example of a timing chart of voltages applied to the terminals C3, C4, VV1 to VV3, VH1 to VH3, IV1 to IV3, and IH1 to IH3 in FIG.
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。 Also in the present embodiment, the potential applied to the first and second potential supply terminals Vb and Va may be a DC potential as shown in FIG. 9 or an AC potential as shown in FIG. . Also in this example, when the voltage applied to each of these terminals is at a high level, the corresponding switch is turned on, and when the voltage is at a low level, the corresponding switch is turned off.
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。 The operation example shown in FIG. 16 corresponds to the operation example of the first embodiment shown in FIG. 11 described above. Similarly to the case of FIG. 11, FIG. 16 also shows the state holding period → the state change period of the optical switch in the first row and first column (release operation) → the state holding period → the state change period of the optical switch in the first row and first column (latch). Operation) → This is an example in which a state holding period is set.
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。
In FIG. 16, the period before time t31 is a state holding period. During this period, the terminals C3, C4, VV1 to VV3, VH1 to VH3, IV1 to IV3, and IH1 to IH3 are at a low level. In this state, a potential difference between the terminals Va and Vb (Vc in the case of FIG. 9, 2Vc in the case of FIG. 10) is applied to all the capacitors Cmn, and no current flows in all the coils Lmn. The
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。 At time t31, the state change period (release operation) of the optical switch in the first row and first column is started, the terminals VV1, VH1, IV1, and IH1 are set to the high level, and all other terminals remain at the low level. .
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。 At this time, one row selection signal interlocking switch M11ab, M12ab, M13ab of the first row is switched off, and the other M11aa, M12aa, M13aa of the first row is switched on, but the row selection signal interlocking switch of the other row is switched on. There is no change in the state. Also, one column selection signal interlocking switch M1ba of the first column is switched on, and the other column selection signal interlocking switch M1bb of the first column is switched off, but the state of the column selection signal interlocking switch of the other column is changed. There is no.
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。
Therefore, after time t31, the
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。
After time t31, the terminal Va is connected to the
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。
Thereafter, at time t32, the terminal C4 is set to the high level, and the Lorentz force current -I for generating the upward Lorentz force is supplied to the coil L11. In addition to the spring force in the region of the
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。
After the
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。 Thereafter, at time t34, the terminals VV1, VH1, IV1, and IH1 are changed to the low level, thereby shifting to the state holding period.
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。 After this state holding period, at time t35, the state change period (latching operation) of the optical switch in the first row and first column is started. This latching operation is the same as in the first embodiment. Times t35 to t38 in FIG. 16 correspond to times t3 to t6 in FIG. 11, respectively. Therefore, the description of the latch operation is omitted here.
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。
According to the present embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained. Further, according to the present embodiment, by using the upward Lorentz force, the moving speed for moving the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
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。 For example, in each of the embodiments described above, a pair of column selection signal interlocking switches Mmba and Mmbb are provided for each column in common, but a pair of column selections that are complementarily turned on / off A signal interlocking switch may be provided on a one-to-one basis for each capacitor Cmn.
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。
In each of the above embodiments, the Lorentz force is used as the driving force other than the electrostatic force, but other driving force may be used. For example, a piezoelectric element may be provided instead of the Lorentz force
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。
Further, in each of the embodiments described above, the
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。
In addition, each of the above-described embodiments is an example in which the present invention is applied to an optical switch system. However, the present invention is not limited to the
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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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。 A plurality of microactuators, and a drive circuit for driving the plurality of microactuators,
Each of the microactuators includes a movable part provided so as to be movable with respect to the fixed part, a first electrode part provided in the movable part, and the first electrode part provided in the fixed part, A second electrode part that can generate an electrostatic force by a voltage between and a driving force generation unit that is provided in the movable part and can generate a driving force other than the electrostatic force,
The drive circuit includes a plurality of pairs of row selection signal interlocking switches that are turned on / off in conjunction with a row selection signal that selects a row of the plurality of microactuators, and a column selection signal that selects a column of the plurality of microactuators. A plurality of pairs of column selection signal interlocking switches that are turned on and off in conjunction, and first and second potential supply terminals to which potentials are applied,
Each pair of row selection signal interlocking switches comprises two row selection signal interlocking switches that are turned on and off in a complementary manner,
Each pair of column selection signal interlocking switches includes two column selection signal interlocking switches that are complementarily turned on and off,
For each microactuator, one of the first and second electrode portions of the microactuator is electrically connected to the first potential supply terminal,
For each of the microactuators, the other electrode portion of the first and second electrode portions of the microactuator has the plurality of pairs regardless of the state of the row selection signal and the column selection signal. Of a total of four switches including a pair of row selection signal interlocking switches of the row selection signal interlocking switches and a pair of column selection signal interlocking switches of the plurality of pairs of column selection signal interlocking switches. Electrically connected to one of the first and second potential supply terminals via one or two switches in a state;
A microactuator device characterized by that.
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。 For each microactuator, each one end of two row selection signal interlocking switches (or column selection signal interlocking switches) of the four switches related to the microactuator is connected to the first and second of the microactuator. Electrically connected to the other electrode part of the electrode parts,
For each microactuator, the other end of one row selection signal interlocking switch (or column selection signal interlocking switch) of the four switches related to the microactuator and two column selections of the four switches Each end of the signal interlocking switch (or row selection signal interlocking switch) is electrically connected to each other,
For each microactuator, the other end of the other one of the four switches related to the microactuator is connected to the second potential supply terminal. Connected,
For each microactuator, the other end of one column selection signal interlocking switch (or row selection signal interlocking switch) of the four switches related to the microactuator is electrically connected to the first potential supply terminal. Connected,
For each of the microactuators, the other end of the other one of the four switches related to the microactuator is connected to the second potential supply terminal. Connected,
The microactuator device according to claim 1.
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。 Each pair of row selection signal interlocking switches (or column selection signal interlocking switches) is provided for each microactuator,
Each pair of column selection signal interlocking switches (or row selection signal interlocking switches) is provided in common for the column (or row) for each column (or row) of the plurality of microactuators.
The microactuator device according to claim 1 or 2, characterized in that
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005375157A JP2007178587A (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Micro actuator device, optical switch system, and optical equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005375157A JP2007178587A (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Micro actuator device, optical switch system, and optical equipment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007178587A true JP2007178587A (en) | 2007-07-12 |
Family
ID=38303859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005375157A Pending JP2007178587A (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Micro actuator device, optical switch system, and optical equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007178587A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009232615A (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Electrostatic operation device |
-
2005
- 2005-12-27 JP JP2005375157A patent/JP2007178587A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009232615A (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Electrostatic operation device |
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