JP2004037791A - 静電駆動型ミラー装置 - Google Patents
静電駆動型ミラー装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004037791A JP2004037791A JP2002194064A JP2002194064A JP2004037791A JP 2004037791 A JP2004037791 A JP 2004037791A JP 2002194064 A JP2002194064 A JP 2002194064A JP 2002194064 A JP2002194064 A JP 2002194064A JP 2004037791 A JP2004037791 A JP 2004037791A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- drive
- electrostatic
- mirror device
- control unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
- G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
- G02B6/357—Electrostatic force
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
- G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
- G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
- G02B6/3548—1xN switch, i.e. one input and a selectable single output of N possible outputs
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
- G02B6/3554—3D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a volume
- G02B6/3556—NxM switch, i.e. regular arrays of switches elements of matrix type constellation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
【課題】静電駆動ミラーに自己保持特性を付与すると共に、駆動電圧源数を大幅に削減して安定した高信頼性の動作の可能な静電駆動型ミラー装置を提供する。
【解決手段】静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー２１と、該静電駆動ミラーを駆動するためのミラー駆動電極２２と該ミラー駆動電極に駆動電圧を印加するための信号配線２４とを含み同一の半導体基板２０上に構成された静電ミラー駆動部と、該静電ミラー駆動部に外部から電圧を供給するための可変電圧源２５と、前記静電ミラー駆動部への印加電圧制御駆動用の駆動スイッチ２６と、印加電圧保持用の保持容量２７と、前記駆動スイッチと可変電圧源を制御するための制御部２８とで静電駆動型ミラー装置を構成する。
【選択図】 図２
【解決手段】静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー２１と、該静電駆動ミラーを駆動するためのミラー駆動電極２２と該ミラー駆動電極に駆動電圧を印加するための信号配線２４とを含み同一の半導体基板２０上に構成された静電ミラー駆動部と、該静電ミラー駆動部に外部から電圧を供給するための可変電圧源２５と、前記静電ミラー駆動部への印加電圧制御駆動用の駆動スイッチ２６と、印加電圧保持用の保持容量２７と、前記駆動スイッチと可変電圧源を制御するための制御部２８とで静電駆動型ミラー装置を構成する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光スイッチなどに用いられる静電駆動型ミラー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の静電駆動型ミラー装置（静電型マイクロマシンミラーとも呼ばれている）の構成例を、図１１及び図１２を参照して説明する。まず、特開２００１−１１７０２５号公報に開示されているマイクロマシンミラー（鏡）を用いた光クロスコネクトシステムを図１１に示す。図１１において、１００ は、イメージング（結像）レンズの配列１０１ ，鏡の配列１０２ 及び反射器１０３ から構成される光クロス接続（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓｃｏｎｎｅｃｔ， ＯＸＣ）ファブリクであり、典型的には、マイクロエレクトロメカニカルシステム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ，ＭＥＭＳ）技術を用いて形成される。なお、ここでは説明を簡単にするために、光クロス接続（ＯＸＣ）ファブリク１００ は、４つのＩ／Ｏファイバと鏡をもつものとして示しているが、任意の数のＩ／Ｏファイバと鏡、より具体的には１６×１６配列、すなわち ２５６個のファイバと鏡をもつこともできる。
【０００３】
イメージングレンズの配列１０１ は、各々Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと整合されたレンズ１０５ａ〜１０５ｄからなり、鏡の配列１０２ は、各々Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと対応する複数の鏡１０６ａ〜１０６ｄからなる。イメージング（結像）レンズ１０５ａ〜１０５ｄは、それぞれ、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと対応し、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと鏡の配列１０２ の各鏡１０６ａ〜１０６ｄの間に伝送される光信号をフォーカス（結像）する。鏡の配列１０２ の各鏡１０６ａ〜１０６ｄは、これら鏡の傾きを制御し、あるＩ／Ｏファイバからの信号を別のＩ／Ｏファイバにルーティングするコントローラ１０８ に接続されている。
【０００４】
鏡１０６ａ〜１０６ｄは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）技術を用いて、２軸たわみシンバルマウントにて、ねじればね１０７ を介して形成され、各鏡１０６ａ〜１０６ｄは電圧信号に応答して各軸に関して±５度傾斜できる。例えば、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａからの入力信号を、Ｉ／Ｏファイバ１０４ｃにルーティングするためには、鏡１０６ａと１０６ｃが、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａからの入力信号が鏡１０６ａにより反射され、反射器１０３ に向かい、反射器１０３ から鏡１０６ｃに向かい、その後、鏡１０６ｃからＩ／Ｏファイバ１０４ｃに向かうように傾斜される。このような方法により、任意の２つのＩ／Ｏファイバが信号的に接続される。
【０００５】
次に、特開２００１−１７４７２４号公報に開示されている光学クロスコネクトシステムに用いられるミラー列の詳細を図１２に示す。図１２において、ミラー列１１０ は、スプリング１１１ に搭載され、電極（図示せず）により制御される複数の傾斜ミラー１１２ を有する。各傾斜ミラー１１２ は、 １００〜５００ μｍの大きさで四角形、円形、楕円形のような形状をしており、電極に加えられた電圧により決定される傾斜角でもって、Ｘ−Ｙ軸の周囲に回転、すなわち、傾斜するようになっている。
【０００６】
以上のような構成によれば、１つあるいは複数のＭＥＭＳ傾斜ミラー列をレンズ列と共に用いることにより、様々な光学クロスコネクトの構成がコンパクトなサイズ、すなわちクロスコネクト構成要素の間のスペースが最小で光学パワー損失が最小となるようなものが実現できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の従来の静電駆動型ミラーにも、次のような課題がある。すなわち、従来の静電駆動型ミラーは、電極に電圧を印加し、電極とミラーの間に生じる静電力によってミラーの向きを変化させるようにしているが、ミラーをアレイ状に配置した光スイッチや、ミラーを複数の電極で駆動する装置、あるいはその他のミラー装置において、一定時間姿勢保持を要求されるような用途に使用する場合には、直流的に電圧を印加する必要がある。そのため、駆動する電極の数に相当した数の電圧源を必要とする。したがって、光スイッチなど多数の静電駆動型ミラーをもつデバイス、もしくは多数の電極をもつ静電駆動型ミラーにおいては、膨大な数の電圧源を必要とすることになる。例えば、従来例で説明した ２５６個のミラーをもつ素子において二次元にミラーを駆動するには、各ミラーにつき４個の駆動電極が必要なため、電圧源は１０２４個必要となる。
【０００８】
本発明は、従来の静電駆動型ミラー装置における上記課題を解消するためになされたもので、静電駆動ミラーに自己保持特性を付与すると共に、駆動電圧源数を大幅に削減して安定した高信頼性の動作の可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。また、小型化を図り、容易に製造可能とし、実装コストを大幅に削減可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また請求項毎に目的を述べると、請求項１は、静電駆動ミラーに自己保持特性を付与すると共に、駆動電圧源数を大幅に削減して安定した高信頼性の動作の可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項２及び３は、機能を損なうことなく構成及び製法が容易な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項４は、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項５は、安定動作と共に、小型化及びコスト低減、並びに高信頼性の静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項６は、機能を損なうことなく構成及び製法が容易な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項７は、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項８は、安定動作と共に、更なる小型化及びコスト低減、並びに高信頼性の静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項９は、小型化並びに実装コストを低減し、信頼性のある安定動作を可能とする静電駆動型ミラー装置の最適な構成を提供することを目的とする。請求項１０及び１１は、小型化を図り、最適な構成の保持容量をもつ静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項１２は、容易に初期化が可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項１３は、静電ミラーアレイ数の増大に対しても高速で安定動作が可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、静電駆動により可変動作する静電駆動ミラーと、該静電駆動ミラーを駆動するためのミラー駆動電極と該ミラー駆動電極に駆動電圧を印加するための信号配線とを少なくとも含み同一の半導体基板上に構成された静電ミラー駆動部と、該静電ミラー駆動部に外部から電圧を供給するための可変電圧源とを少なくとも備えた静電駆動型ミラー装置において、前記静電ミラー駆動部への印加電圧制御駆動用の駆動スイッチ及び印加電圧保持用の保持容量と、少なくとも前記駆動スイッチと前記可変電圧源を制御するための制御部とを設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、単一の可変電圧源より駆動スイッチの間欠的な開閉にて複数のミラー駆動電極に任意の電圧を安定的に印加することができると共に、保持容量が静電駆動ミラーの駆動電圧の保持並びに記憶機能を有するため、静電駆動ミラーに自己保持特性を付与し、駆動電圧源数を大幅に削減して安定的且つ高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と前記制御部は、前記静電ミラー駆動部の外部に設けたことを特徴とするものであり、また請求項３に係る発明は、請求項２に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と前記制御部は、それぞれディスクリート部材として構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、簡単な構成及び製法にて、自己保持特性を有し、安定且つ高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項２に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と少なくとも前記制御部の一部は、同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチと前記制御部は、前記静電ミラー駆動部の外部に、前記保持容量は前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、安定動作を行うと共に、更なる小型化及びコスト低減、更に高信頼性の静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチと前記制御部は、それぞれディスクリート部材として構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、簡単な構成及び製法にて自己保持特性を有し、安定且つ高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項５に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチと少なくとも前記制御部の一部は、同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量は前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に、前記制御部は前記静電ミラー駆動部の外部に設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、小型化及びコスト低減、更に高信頼性の静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と少なくとも前記制御部の一部は、前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００２５】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、安定動作を行うと共に、更なる小型化及びコスト低減、更に高信頼性の静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２６】
請求項１０に係る発明は、請求項５〜９のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置において、前記保持容量は、前記静電ミラー駆動部の前記信号配線下に設けたことを特徴とするものであるり、また請求項１１に係る発明は、請求項５〜９のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置において、前記保持容量は、前記静電ミラー駆動部の前記ミラー駆動電極下に設けたことを特徴とするものである。
【００２７】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、保持容量を最適な構成として、小型で安定動作可能な静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２８】
請求項１２に係る発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチを一括して閉状態に制御する機能を有する制御論理回路と、前記保持容量の蓄積電荷を放電するための放電スイッチと、放電電流を制限する制限抵抗とを少なくとも備えたことを特徴とするものである。
【００２９】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、静電駆動型ミラー装置の初期化を容易に行うことが可能となる。
【００３０】
請求項１３に係る発明は、請求項１〜１２のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置をユニットとして、該ユニットを複数個並べて静電駆動型ミラー装置を構成することを特徴とするものである。
【００３１】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、静電駆動ミラーの増大に対しても安定した動作が可能な静電駆動型ミラー装置が実現できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態を詳細に説明する前に、本発明を適用する静電駆動型ミラーの一般的な構成及び動作について、図１を用いて説明する。図１において、静電駆動型ミラーは、ミラー基板Ａと電極基板Ｂで構成される。ミラー基板Ａは静電駆動により可変動作を可能とし光を反射するミラー１と、ミラー１を支持するヒンジ２と、これらを支持するミラー支持体３から構成される。一方、電極基板Ｂは、静電引力を発生するためのミラー駆動電極４−１，４−２と、パッケージに実装するためのパッド電極５−１，５−２と、ミラー駆動電極４−１，４−２とパッド電極５−１，５−２とを電気的に接続するための信号配線１１と、これら全てを支持するための電極支持体６から構成される。そして、これらミラー基板Ａと電極基板Ｂを、所望の距離に離間して接合することにより、静電駆動型ミラーが構成されている。
【００３３】
次に、このように構成されている静電駆動型ミラーの動作について説明する。図１において、入力ファイバ７から入る入射光９がミラー１に照射され、照射された入射光９はミラー１で反射し、反射光１０−１となり出力ファイバ８−１へ出力される。ここで、ミラー駆動電極４−１，４−２に電圧を印加することにより、ミラー１は可変駆動される。すなわち、ミラー駆動電圧によりミラー１を自由に傾斜させることができる。したがって、ミラー駆動電圧を変えてミラー１の傾斜角度を制御することにより、反射光の角度も、１０−１，１０−２で示すように自由に制御することができ、出力ファイバ８−１，８−２，８−３の所望のものへ反射光を出力することができる。
【００３４】
上記説明では、簡単化のために一次元に配列したファイバと一軸支持構成のミラーを用いたものを示したが、通常はファイバは二次元に配列され、ミラー構成も二軸支持構成となっている。したがって、１個のミラーに対して４個の駆動電極が必要となる。また、ここでは光の入出力にファイバを用いたものを示したが、ファイバ以外にも固定ミラーや可変ミラー又はその他の光媒体を用いることが可能である。
【００３５】
（第１の実施の形態）
次に、本発明に係る静電駆動型ミラー装置の第１の実施の形態について説明する。図２に、第１の実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の概略構成を示す。ここでは説明の簡単化のために、要部のみを示している。図２において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２３は外部から駆動電圧を印加するためのパッド電極、２４はミラー駆動電極２２とパッド電極２３とを電気的に接続してミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。したがって、パッド電極２３とミラー駆動電極２２とは１対１に対応し、パッド電極数は静電駆動ミラー２１の数の４倍に達する。ここで、ミラー駆動電極２２，パッド電極２３及び信号配線２４は、同一の半導体基板２０上に静電ミラー駆動部として構成され、静電駆動ミラー２１と所定の距離で離間して接合されている。この接合された静電ミラー駆動部と静電駆動ミラーを静電ミラーチップと呼ぶ。
【００３６】
静電ミラーチップの外部には、静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源２５，パッド電極２３に１対１に対応してパッド電極２３への印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ２６，印加駆動電圧を保持するための保持容量２７，及び可変電圧源２５と駆動スイッチ２６とを制御する制御部２８が形成され、静電駆動型ミラー装置を構成している。なお、ここでは駆動スイッチ２６，保持容量２７，可変電圧源２５及び制御部２８は、それぞれディスクリート部材として構成されている。
【００３７】
このように構成された静電駆動型ミラー装置の駆動は、次のように行われる。まず、制御部２８にて可変電圧源２５の電圧設定と駆動スイッチ２６の開閉をコントロールして、静電ミラーチップのパッド電極２３へ静電駆動ミラー２１の駆動電圧を印加する。ここで、駆動スイッチ２６とパッド電極２３間に設けられた保持容量２７は、駆動スイッチ２６の開閉時の電圧降下を抑制すると共に、パッド電極２３へ印加された駆動電圧を一定期間保持することにより、ミラー駆動電極２２へ安定した駆動電圧を供給して、静電駆動ミラー２１の姿勢を維持する。
【００３８】
これら駆動スイッチ２６及び保持容量２７は、パッド電極２３毎つまりミラー駆動電極２２毎に設けられ、共通の可変電圧源２５より上述のような方法により駆動スイッチ２６の間欠的な開閉にて、ミラー駆動電極２２毎に独立した電圧を安定供給できるようになっている。
【００３９】
このような構成により、保持容量２７が静電駆動ミラー２１の駆動電圧の保持・記憶機能を有するため、ミラー駆動電極２２に可変電圧源２５より直接的にミラー駆動電圧が印加されていない期間においても、静電駆動ミラー２１の姿勢を保持することが可能となる。すなわち、ミラー駆動電極２２に間欠的なミラー駆動電圧の印加が可能となると共に、静電駆動ミラー２１に自己保持特性を付与することが可能になる。また、ミラー駆動電極２２への間欠的な電圧の印加が可能であるため、駆動スイッチ２６のスイッチングを順次行って、スイッチングのタイミングに合わせて可変電圧源２５の設定電圧を、各ミラー駆動電極２２に対して印加して所望の電圧に設定することにより、１個の可変電圧源でも静電駆動型ミラー装置の駆動が可能になる。すなわち、ミラー駆動電極数と同数の可変電圧源は不要となり、可変電圧源は高々数個で十分で、理想的には１個まで削減できる。
【００４０】
なお、上記実施の形態においては、静電駆動ミラーを二次元状に配列した静電駆動型ミラー装置について説明したが、これに限定されることはなく、本実施の形態は一次元状あるいは単体の静電駆動ミラーをもつ静電駆動型ミラー装置に適用できることは言うまでもない。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、駆動スイッチ、保持容量及び制御部を、静電ミラーチップとは異なる同一の半導体基板上に形成するようにした静電駆動型ミラー装置に関するもので、本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を図３に示す。
【００４２】
図３において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２３は外部から駆動電圧を印加するためのパッド電極、２４はミラー駆動電極２２とパッド電極２３とを電気的に接続してミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。ここで、ミラー駆動電極２２，パッド電極２３及び信号配線２４は、同一の半導体基板２０上に静電ミラー駆動部として構成され、静電駆動ミラー２１と所定の距離で離間して接合されている。この接合された静電ミラー駆動部と静電駆動ミラーを静電ミラーチップと呼ぶ。
【００４３】
静電ミラーチップの外部には、静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源２５，静電駆動ミラー２１への印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ２６，印加駆動電圧を保持するための保持容量２７，及び可変電圧源２５と駆動スイッチ２６とを制御する制御部２８が形成され、静電駆動型ミラー装置を構成している。ここで、制御部２８は第１の制御部２９と第２の制御部３０から構成されている。第１の制御部２９は可変電圧源２５と第２の制御部３０を制御するもので、一例としてＤ／Ａ変換器と高耐圧アンプなどを含んでいる。一方、第２の制御部３０は駆動スイッチ２６の制御を行うもので、シフトレジスタあるいはデコーダなどからなっており、同期している第１の制御部２９により制御される。また、制御部２８は駆動スイッチ２６及び保持容量２７と共に、静電ミラーチップとは異なる同一の半導体基板３１上に一体的に形成されている。
【００４４】
静電ミラー駆動部への駆動電圧の印加は、次のようにして行われる。駆動スイッチ２６の制御用の第２の制御部３０を構成するシフトレジスタあるいはデコーダのビット変化に合わせて、可変電圧源用の第１の制御部２９にて可変電圧源２５を制御することにより、可変電圧源２５の電圧を任意に変化させると共に、第２の制御部３０のシフトレジスタあるいはデコーダにより駆動スイッチ２６の開閉を制御する。このような駆動方法により、所望の電圧を所望のタイミングで、静電ミラー駆動部つまりパッド電極２３に静電駆動ミラー２１の駆動電圧を印加することができる。
【００４５】
したがって、第１の実施の形態のように、静電ミラーチップ以外の構成部材を、それぞれディスクリート部材として構成する場合に比べて非常に小型化できると共に、製造方法も簡単となる。それにより、静電駆動ミラー２１を安定動作させることが可能になると共に、信頼性も向上する。更に、駆動スイッチ２６の制御を第２の制御部３０のシフトレジスタあるいはデコーダにより行うことにより、複数の電極に対し単一の可変電圧源２５で印加電圧を供給することが可能となる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、駆動スイッチ２６，保持容量２７及び制御部２８を同一の半導体基板上に設ける場合を示したが、制御部の構成によっては制御部の一部のみを、駆動スイッチ、保持容量と同一の半導体基板上に設け、制御部の他の部分をディスクリート態様で設けるか、あるいは他の半導体基板に設けて構成してもよい。又は、駆動スイッチと保持容量のみを同一の半導体基板上に形成し、制御部は別の半導体基板上に形成するか、ディスクリート態様で構成してもよい。更に、本実施の形態では可変電圧源用制御部（第１の制御部）としてＤ／Ａ変換器と高耐圧アンプを含むものを、駆動スイッチ用制御部（第２の制御部）としてシフトレジスタあるいはデコーダ構成のものを示したが、これらに限定されることなく、可変電圧源用制御部及び駆動スイッチ用制御部としての機能を有するものであれば、如何なる構成であってもよいことは勿論である。
【００４７】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、保持容量を静電ミラーチップ内に設けるようにしたものであり、図４及び図５に本実施の形態及びその変形例に係る静電駆動型ミラー装置の静電ミラーチップ内の要部のみを示す。なお、保持容量の構成以外の他の構成及びその駆動態様は、第１又は第２の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４８】
図４において、保持容量２７は、静電ミラー駆動部のミラー駆動電極２２及びパッド電極２３と共に同一の半導体基板２０上に形成されている信号配線２４下に形成されている。一方、図５においては、保持容量２７は、ミラー駆動電極２２下に形成されている。いずれの場合にも、図６に模式的に示すように、保持容量２７は２枚の金属電極３２，３４に挟まれたＳｉＯ２ あるいはＳｉＮなどの絶縁膜３３で構成される。ここで、金属電極３２は信号配線２４あるいはミラー駆動電極２２を形成するＡｌやＴｉなどの金属で形成され、また金属電極３４はＡｌなどの金属で形成されており、３５は半導体基板である。
【００４９】
ここで、上述したような静電ミラーチップ内に保持容量を構成した第３の実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の全体の概略構成を図７に示す。図７において、保持容量２７はミラー駆動電極２２下に形成されると共に、保持容量２７を含む静電ミラー駆動部は、同一の半導体基板２０上に形成されている。一方、駆動スイッチ２６，制御部２８及び可変電圧源２５は、その機能を有していれば、如何なる構成であってもよく、ここではディスクリート部材として示している。
【００５０】
以上のように、保持容量は同一の半導体基板上に形成された静電ミラー駆動部に設けるのが最適であり、このように保持容量を静電ミラーチップ内に設けることにより、小型化が可能となると共に、外付け部品の減少によるコスト低減並びに更なる静電駆動ミラーの安定動作、及び信頼性の向上が期待できる。
【００５１】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、静電ミラーチップ内のパッド電極を不要とし小型化を図った静電駆動型ミラー装置に関するもので、本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を図８に示す。
【００５２】
図８において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２４はミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。２５は静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源、２６は印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ、２７は印加駆動電圧を保持するための保持容量であり、ミラー駆動電極２２下に形成されている。２９は可変電圧源２５及び第２の制御部を制御する第１の制御部、３０は駆動スイッチ２６を制御するシフトレジスタあるいはデコーダなどからな第２の制御部、３６は可変電圧源の電圧を駆動スイッチに伝達するためのパッド電極及び第１の制御部と第２の制御部とを接続するためのパッド電極である。ここで、可変電圧源２５及び第１の制御部２９以外は全て同一の半導体基板２０上に形成されている。なお、この第４の実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の駆動態様は、上記各実施の形態と同様である。
【００５３】
このような第４の実施の形態の構成では、第１から第３の実施の形態で示したようなミラー駆動電極２２と１対１に対応したパッド電極２３は不要となり、可変電圧源２５から駆動スイッチ２６への電圧印加用パッド電極３６と、第２の制御部３０を制御するために第１の制御部２９からの信号伝達用パッド電極３６が必要となるのみである。
【００５４】
したがって、パッド電極数は激減し、通常多数電極を有する静電駆動型ミラー装置に必要な数百本ものワイヤー実装が不要となるため、小型化及び実装コストの大幅な低減と製造期間の短縮が可能になると共に、信頼性の向上した静電駆動型ミラー装置が実現できる。
【００５５】
なお、本実施の形態では保持容量２７をミラー駆動電極２２下に形成したものを示したが、第３の実施の形態で示したように信号配線２４下に形成してもよいことは勿論である。また、本実施の形態では第１の制御部２９を静電ミラーチップ外に設けるようにしたものを示したが、第１の制御部２９も静電ミラーチップ内に設け、可変電圧源２５以外を同一半導体基板上に形成することも可能である。このような構成によれば、第１の制御部２９から第２の制御部３０への信号伝達用パッド電極３６も不要となり、更なる小型化及び高信頼性が期待できる。
【００５６】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、容易に初期状態に設定可能にした静電駆動型ミラー装置に関するもので、本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を図９に示す。図９において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２３は外部から駆動電圧を印加するためのパッド電極、２４はミラー駆動電極２２とパッド電極２３とを電気的に接続してミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。ここで、ミラー駆動電極２２，パッド電極２３及び信号配線２４は、同一の半導体基板２０上に静電ミラー駆動部として構成され、静電駆動ミラー２１と所定の距離で離間して接合されている。この接合された静電ミラー駆動部と静電駆動ミラー２１を静電ミラーチップと呼ぶ。
【００５７】
この静電ミラーチップの外部には、静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源２５，静電ミラー駆動部への印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ２６，印加駆動電圧を保持するための保持容量２７，及び可変電圧源２５と駆動スイッチ２６とを制御する制御部２８が形成されている。ここで、制御部２８は、第１の制御部２９と第２の制御部３０から構成されており、第１の制御部２９は可変電圧源２５と第２の制御部３０を制御するもので、一例としてＤ／Ａ変換器と高耐圧アンプなどを含んでいる。一方、第２の制御部３０は駆動スイッチ２６用の制御を行うもので、シフトレジスタあるいはデコーダなどからなっており、同期している第１の制御部２９により制御される。
【００５８】
また、本実施の形態においては、更に駆動スイッチ２６の開閉を制御するための制御論理回路としての２入力ＯＲ回路を備えており、この２入力ＯＲ回路４１は、シフトレジスタあるいはデコーダなどからなる第２の制御部３０からの出力を一方の入力とし、切換スイッチ４２により切り換えられるＧＮＤ電位あるいはＨレベルを与える電源４３の電位の信号レベルのいずれかを、他方の入力とするものである。また更に、保持容量２７に蓄積された蓄積電荷を放電するための放電スイッチ４４と、制限抵抗４５とを備えて静電駆動型ミラー装置を構成している。その他の構成及び基本的な静電駆動ミラーの駆動態様については、上記各実施の形態と同様である。
【００５９】
本実施の形態における動作が上記各実施の形態と異なる点は、静電駆動型ミラー装置を初期化する場合である。すなわち、通常の静電駆動ミラーの駆動時には、切換スイッチ４２はＧＮＤ側に、放電スイッチ４４は可変電圧源２５側に接続される。切換スイッチ４２による２入力ＯＲ回路４１への入力レベルはＬレベルのため、２入力ＯＲ回路４１の出力には、シフトレジスタあるいはデコーダからなる第２の制御部３０からの信号がそのまま出力される。つまり、駆動スイッチ２６は第２の制御部３０の出力信号に依存して開閉制御されることになる。一方、放電スイッチ４４は可変電圧源２５側に接続されているため、駆動スイッチ２６には第１の制御部２９にて設定されて任意に変化させた可変電圧源２５からの所望の駆動電圧が印加される。したがって、可変電圧源２５からの所望の駆動電圧は、駆動スイッチ２６により第２の制御部３０の出力信号による所望のタイミングで、静電ミラー駆動部に伝達、印加されて、静電駆動ミラー２１を駆動する。
【００６０】
これに対して、全ての静電駆動ミラー２１を初期状態に設定する場合には、切換スイッチ４２は電源４３側に、放電スイッチ４４は制限抵抗４５を介してＧＮＤ側に接続される。切換スイッチ４２は電源４３側に接続されているため、切換スイッチ４２による２入力ＯＲ回路４１への入力レベルはＨレベルとなり、２入力ＯＲ回路４１の出力は常に強制的にＨレベルとなり、第２の制御部３０の出力には依存しなくなる。したがって、駆動スイッチ２６は常にオンされて閉状態となり、保持容量２７に蓄積された蓄積電荷は、駆動スイッチ２６，放電スイッチ４４及び制限抵抗４５を介してＧＮＤに放電される。ここで、制限抵抗４５は駆動スイッチ２６を同時に閉状態とした際に、保持容量２７から流れる放電電流を制限するものである。
【００６１】
これら一連の動作により、全てのミラー駆動電極２２はＧＮＤ電位となり、全ての静電駆動ミラー２１は初期状態となる。このように、本実施の形態によれば、静電駆動型ミラー装置の初期化を非常に容易に行うことが可能となる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、制御論理回路として２入力ＯＲ回路４１，及び切換スイッチ４２を用いたものを示したが、これらに限定されるものではなく、本実施の形態と同様の機能を有する構成であれば、如何なる構成でもよいことは言うまでもない。また、本実施の形態では、保持容量２７の蓄積電荷の放電電流の制限用に制限抵抗４５を用いたものを示したが、保持容量２７の数つまり静電駆動ミラー２１の数が少ない場合、あるいは使用するパッケージの発熱や配線の許容電流などに問題がない場合などには、省略することも可能である。更に、本実施の形態で示した２入力ＯＲ回路４１を用いた制御論理回路、切換スイッチ４２，放電スイッチ４４及び制限抵抗４５からなる初期状態設定手段は、上記第１から第４の実施の形態に適用可能なことは勿論のこと、この手段をディスクリート部品で構成することも、あるいは他の構成要素と共に同一基板上に構成することも可能である。
【００６３】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。上記第１から第５の実施の形態で説明した静電駆動型ミラー装置は、可変電圧源１個により、制御部にて制御される駆動スイッチを介して全てのミラー駆動電極へ間欠的な任意の電圧を印加し、複数の静電駆動ミラーを駆動させるものである。しかしながら、ミラーアレイ数が増大すると、各ミラー駆動電極への電圧印加サイクルは長くなり、無印加時間が増大してしまう。この場合には、保持容量を大きくすることが考えられるが、保持容量を大きくすると、その充放電に相当の時間を要するため、静電駆動ミラーの姿勢を変えるのに相当の時間を要することになってしまう恐れがある。更に、駆動能力も懸念される。
【００６４】
本実施の形態は、これらの懸案事項を考慮して構成したもので、図１０に本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を示す。図１０において、５１−１，・・・５１−ｎは図８に示した第４の実施の形態で説明した静電駆動型ミラー装置をユニット化した静電駆動型ミラー装置ユニットであり、複数のユニット５１−１，・・・５１−ｎを並べて改めて静電駆動型ミラー装置５１を構成するようにしたものである。ここで、ユニット化された各静電駆動型ミラー装置ユニットの静電駆動型ミラーの数は、駆動能力などを考慮して限定し、複数のユニットを配列してミラー数の多い静電駆動型ミラー装置５１を構成する。駆動方法としては、各ユニットを同期させて、ユニット毎に駆動させればよい。当然のことながら、ユニット化された各静電駆動型ミラー装置ユニットにおいても、静電駆動型ミラー装置としての機能は十分に有するものである。
【００６５】
このような構成とすることにより、ミラー駆動電極への電圧印加サイクルを速くすることができると共に、最適な保持容量値及び電圧印加サイクルが実現可能となる。
【００６６】
本実施の形態では、第４の実施の形態で説明した静電駆動型ミラー装置をユニット化したものについて説明したが、これには限定されず、上記で説明した他の実施の形態の静電駆動型ミラー装置をユニット化し、本実施の形態を適用できることは言うまでもない。また、ミラーアレイ数が増大する場合について説明したが、ミラーアレイ数に関係なく、本実施の形態で説明したユニット化構成を適用してもよいことは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】
以上実施の形態で説明したように、請求項１に係る発明によれば、自己保持特性を有すると共に、駆動電圧源数を大幅に削減して安定動作並びに高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項２及び３に係る発明によれば、機能を損なうことなく静電駆動型ミラー装置をディスクリート部品などにより容易に構成並びに作製できる。請求項４に係る発明によれば、駆動スイッチ及び保持容量と制御部の少なくとも一部を同一半導体基板上に形成しているため、自己保持特性を有し、駆動電圧源数を大幅に削減した安定動作が可能な静電駆動型ミラー装置を、小型且つ低コストで実現できる。請求項５に係る発明によれば、保持容量を静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に形成しているため、小型で安定動作及び高信頼性動作が可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項６に係る発明によれば、機能を損なうことなく静電駆動型ミラー装置をディスクリート部品などにより容易に構成並びに作製できる。
【００６８】
また請求項７に係る発明によれば、駆動スイッチと制御部の少なくとも一部を同一半導体基板上に形成しているため、小型化更には低コストの静電駆動型ミラー装置が実現可能となる。請求項８に係る発明によれば、制御部のみを静電ミラー駆動部の外部に設けているため、小型で低コスト及び安定動作並びに高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項９に係る発明ぱよれば、駆動スイッチ及び保持容量と制御部の少なくとも一部を静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に形成しているため、１チップ化が可能になると共に、小型で低コスト及び安定動作並びに高信頼性動作が可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項１０及び１１に係る発明ぱよれば、自己保持特性を有する静電ミラー駆動部を同一の半導体基板上に形成可能なため、小型化と共にコスト低減並びに安定動作及び高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項１２に係る発明ぱよれば、静電駆動型ミラー装置の初期化を容易に行うことができる。請求項１３に係る発明ぱよれば、静電駆動ミラーアレイ数が増大しても高速で安定動作が可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する静電駆動型ミラー装置の一般的な構成の要部を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の要部を示す概略構成図である。
【図５】図４に示した第３の実施の形態の変形例の要部を示す概略構成図である。
【図６】図４及び図５に示した第３の実施の形態及びその変形例における保持容量の構成を模式的に示す図である。
【図７】図５に示した第３の実施の形態の変形例の全体構成を示す概略図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１１】従来の静電駆動型ミラー装置の構成例を示す概略構成図である。
【図１２】従来の静電駆動型ミラー装置の他の構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ａ ミラー基板
Ｂ 電極基板
１ ミラー
２ ヒンジ
３ ミラー支持体
４−１，４−２ ミラー駆動電極
５−１，５−２ パッド電極
６ 電極支持体
７ 入力ファイバ
８−１，８−２，８−３ 出力ファイバ
９ 入射光
１０−１，１０−２ 反射光
１１−１，１１−２ 信号配線
２０ 半導体基板
２１ 静電駆動ミラー
２２ ミラー駆動電極
２３ パッド電極
２４ 信号配線
２５ 可変電圧源
２６ 駆動スイッチ
２７ 保持容量
２８ 制御部
２９ 第１の制御部
３０ 第２の制御部
３１ 半導体基板
３２，３４ 金属電極
３３ 絶縁膜
３５ 半導体基板
３６ パッド電極
４１ ２入力ＯＲ回路
４２ 切換スイッチ
４３ 電源
４４ 放電スイッチ
４５ 制御抵抗
５１ 静電駆動型ミラー装置
５１−１，・・・５１−ｎ 静電駆動型ミラー装置ユニット
【発明の属する技術分野】
この発明は、光スイッチなどに用いられる静電駆動型ミラー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の静電駆動型ミラー装置（静電型マイクロマシンミラーとも呼ばれている）の構成例を、図１１及び図１２を参照して説明する。まず、特開２００１−１１７０２５号公報に開示されているマイクロマシンミラー（鏡）を用いた光クロスコネクトシステムを図１１に示す。図１１において、１００ は、イメージング（結像）レンズの配列１０１ ，鏡の配列１０２ 及び反射器１０３ から構成される光クロス接続（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓｃｏｎｎｅｃｔ， ＯＸＣ）ファブリクであり、典型的には、マイクロエレクトロメカニカルシステム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ，ＭＥＭＳ）技術を用いて形成される。なお、ここでは説明を簡単にするために、光クロス接続（ＯＸＣ）ファブリク１００ は、４つのＩ／Ｏファイバと鏡をもつものとして示しているが、任意の数のＩ／Ｏファイバと鏡、より具体的には１６×１６配列、すなわち ２５６個のファイバと鏡をもつこともできる。
【０００３】
イメージングレンズの配列１０１ は、各々Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと整合されたレンズ１０５ａ〜１０５ｄからなり、鏡の配列１０２ は、各々Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと対応する複数の鏡１０６ａ〜１０６ｄからなる。イメージング（結像）レンズ１０５ａ〜１０５ｄは、それぞれ、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと対応し、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａ〜１０４ｄと鏡の配列１０２ の各鏡１０６ａ〜１０６ｄの間に伝送される光信号をフォーカス（結像）する。鏡の配列１０２ の各鏡１０６ａ〜１０６ｄは、これら鏡の傾きを制御し、あるＩ／Ｏファイバからの信号を別のＩ／Ｏファイバにルーティングするコントローラ１０８ に接続されている。
【０００４】
鏡１０６ａ〜１０６ｄは、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）技術を用いて、２軸たわみシンバルマウントにて、ねじればね１０７ を介して形成され、各鏡１０６ａ〜１０６ｄは電圧信号に応答して各軸に関して±５度傾斜できる。例えば、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａからの入力信号を、Ｉ／Ｏファイバ１０４ｃにルーティングするためには、鏡１０６ａと１０６ｃが、Ｉ／Ｏファイバ１０４ａからの入力信号が鏡１０６ａにより反射され、反射器１０３ に向かい、反射器１０３ から鏡１０６ｃに向かい、その後、鏡１０６ｃからＩ／Ｏファイバ１０４ｃに向かうように傾斜される。このような方法により、任意の２つのＩ／Ｏファイバが信号的に接続される。
【０００５】
次に、特開２００１−１７４７２４号公報に開示されている光学クロスコネクトシステムに用いられるミラー列の詳細を図１２に示す。図１２において、ミラー列１１０ は、スプリング１１１ に搭載され、電極（図示せず）により制御される複数の傾斜ミラー１１２ を有する。各傾斜ミラー１１２ は、 １００〜５００ μｍの大きさで四角形、円形、楕円形のような形状をしており、電極に加えられた電圧により決定される傾斜角でもって、Ｘ−Ｙ軸の周囲に回転、すなわち、傾斜するようになっている。
【０００６】
以上のような構成によれば、１つあるいは複数のＭＥＭＳ傾斜ミラー列をレンズ列と共に用いることにより、様々な光学クロスコネクトの構成がコンパクトなサイズ、すなわちクロスコネクト構成要素の間のスペースが最小で光学パワー損失が最小となるようなものが実現できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の従来の静電駆動型ミラーにも、次のような課題がある。すなわち、従来の静電駆動型ミラーは、電極に電圧を印加し、電極とミラーの間に生じる静電力によってミラーの向きを変化させるようにしているが、ミラーをアレイ状に配置した光スイッチや、ミラーを複数の電極で駆動する装置、あるいはその他のミラー装置において、一定時間姿勢保持を要求されるような用途に使用する場合には、直流的に電圧を印加する必要がある。そのため、駆動する電極の数に相当した数の電圧源を必要とする。したがって、光スイッチなど多数の静電駆動型ミラーをもつデバイス、もしくは多数の電極をもつ静電駆動型ミラーにおいては、膨大な数の電圧源を必要とすることになる。例えば、従来例で説明した ２５６個のミラーをもつ素子において二次元にミラーを駆動するには、各ミラーにつき４個の駆動電極が必要なため、電圧源は１０２４個必要となる。
【０００８】
本発明は、従来の静電駆動型ミラー装置における上記課題を解消するためになされたもので、静電駆動ミラーに自己保持特性を付与すると共に、駆動電圧源数を大幅に削減して安定した高信頼性の動作の可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。また、小型化を図り、容易に製造可能とし、実装コストを大幅に削減可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また請求項毎に目的を述べると、請求項１は、静電駆動ミラーに自己保持特性を付与すると共に、駆動電圧源数を大幅に削減して安定した高信頼性の動作の可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項２及び３は、機能を損なうことなく構成及び製法が容易な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項４は、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項５は、安定動作と共に、小型化及びコスト低減、並びに高信頼性の静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項６は、機能を損なうことなく構成及び製法が容易な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項７は、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項８は、安定動作と共に、更なる小型化及びコスト低減、並びに高信頼性の静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項９は、小型化並びに実装コストを低減し、信頼性のある安定動作を可能とする静電駆動型ミラー装置の最適な構成を提供することを目的とする。請求項１０及び１１は、小型化を図り、最適な構成の保持容量をもつ静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項１２は、容易に初期化が可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。請求項１３は、静電ミラーアレイ数の増大に対しても高速で安定動作が可能な静電駆動型ミラー装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、静電駆動により可変動作する静電駆動ミラーと、該静電駆動ミラーを駆動するためのミラー駆動電極と該ミラー駆動電極に駆動電圧を印加するための信号配線とを少なくとも含み同一の半導体基板上に構成された静電ミラー駆動部と、該静電ミラー駆動部に外部から電圧を供給するための可変電圧源とを少なくとも備えた静電駆動型ミラー装置において、前記静電ミラー駆動部への印加電圧制御駆動用の駆動スイッチ及び印加電圧保持用の保持容量と、少なくとも前記駆動スイッチと前記可変電圧源を制御するための制御部とを設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、単一の可変電圧源より駆動スイッチの間欠的な開閉にて複数のミラー駆動電極に任意の電圧を安定的に印加することができると共に、保持容量が静電駆動ミラーの駆動電圧の保持並びに記憶機能を有するため、静電駆動ミラーに自己保持特性を付与し、駆動電圧源数を大幅に削減して安定的且つ高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と前記制御部は、前記静電ミラー駆動部の外部に設けたことを特徴とするものであり、また請求項３に係る発明は、請求項２に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と前記制御部は、それぞれディスクリート部材として構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、簡単な構成及び製法にて、自己保持特性を有し、安定且つ高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項２に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と少なくとも前記制御部の一部は、同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチと前記制御部は、前記静電ミラー駆動部の外部に、前記保持容量は前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、安定動作を行うと共に、更なる小型化及びコスト低減、更に高信頼性の静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチと前記制御部は、それぞれディスクリート部材として構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、簡単な構成及び製法にて自己保持特性を有し、安定且つ高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項５に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチと少なくとも前記制御部の一部は、同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、小型化並びに高信頼性を期待できる静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量は前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に、前記制御部は前記静電ミラー駆動部の外部に設けたことを特徴とするものである。
【００２３】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、小型化及びコスト低減、更に高信頼性の静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項１に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチ及び前記保持容量と少なくとも前記制御部の一部は、前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に設けたことを特徴とするものである。
【００２５】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、安定動作を行うと共に、更なる小型化及びコスト低減、更に高信頼性の静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２６】
請求項１０に係る発明は、請求項５〜９のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置において、前記保持容量は、前記静電ミラー駆動部の前記信号配線下に設けたことを特徴とするものであるり、また請求項１１に係る発明は、請求項５〜９のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置において、前記保持容量は、前記静電ミラー駆動部の前記ミラー駆動電極下に設けたことを特徴とするものである。
【００２７】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、保持容量を最適な構成として、小型で安定動作可能な静電駆動型ミラー装置を実現できる。
【００２８】
請求項１２に係る発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置において、前記駆動スイッチを一括して閉状態に制御する機能を有する制御論理回路と、前記保持容量の蓄積電荷を放電するための放電スイッチと、放電電流を制限する制限抵抗とを少なくとも備えたことを特徴とするものである。
【００２９】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、静電駆動型ミラー装置の初期化を容易に行うことが可能となる。
【００３０】
請求項１３に係る発明は、請求項１〜１２のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置をユニットとして、該ユニットを複数個並べて静電駆動型ミラー装置を構成することを特徴とするものである。
【００３１】
このように構成された静電駆動型ミラー装置においては、静電駆動ミラーの増大に対しても安定した動作が可能な静電駆動型ミラー装置が実現できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態を詳細に説明する前に、本発明を適用する静電駆動型ミラーの一般的な構成及び動作について、図１を用いて説明する。図１において、静電駆動型ミラーは、ミラー基板Ａと電極基板Ｂで構成される。ミラー基板Ａは静電駆動により可変動作を可能とし光を反射するミラー１と、ミラー１を支持するヒンジ２と、これらを支持するミラー支持体３から構成される。一方、電極基板Ｂは、静電引力を発生するためのミラー駆動電極４−１，４−２と、パッケージに実装するためのパッド電極５−１，５−２と、ミラー駆動電極４−１，４−２とパッド電極５−１，５−２とを電気的に接続するための信号配線１１と、これら全てを支持するための電極支持体６から構成される。そして、これらミラー基板Ａと電極基板Ｂを、所望の距離に離間して接合することにより、静電駆動型ミラーが構成されている。
【００３３】
次に、このように構成されている静電駆動型ミラーの動作について説明する。図１において、入力ファイバ７から入る入射光９がミラー１に照射され、照射された入射光９はミラー１で反射し、反射光１０−１となり出力ファイバ８−１へ出力される。ここで、ミラー駆動電極４−１，４−２に電圧を印加することにより、ミラー１は可変駆動される。すなわち、ミラー駆動電圧によりミラー１を自由に傾斜させることができる。したがって、ミラー駆動電圧を変えてミラー１の傾斜角度を制御することにより、反射光の角度も、１０−１，１０−２で示すように自由に制御することができ、出力ファイバ８−１，８−２，８−３の所望のものへ反射光を出力することができる。
【００３４】
上記説明では、簡単化のために一次元に配列したファイバと一軸支持構成のミラーを用いたものを示したが、通常はファイバは二次元に配列され、ミラー構成も二軸支持構成となっている。したがって、１個のミラーに対して４個の駆動電極が必要となる。また、ここでは光の入出力にファイバを用いたものを示したが、ファイバ以外にも固定ミラーや可変ミラー又はその他の光媒体を用いることが可能である。
【００３５】
（第１の実施の形態）
次に、本発明に係る静電駆動型ミラー装置の第１の実施の形態について説明する。図２に、第１の実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の概略構成を示す。ここでは説明の簡単化のために、要部のみを示している。図２において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２３は外部から駆動電圧を印加するためのパッド電極、２４はミラー駆動電極２２とパッド電極２３とを電気的に接続してミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。したがって、パッド電極２３とミラー駆動電極２２とは１対１に対応し、パッド電極数は静電駆動ミラー２１の数の４倍に達する。ここで、ミラー駆動電極２２，パッド電極２３及び信号配線２４は、同一の半導体基板２０上に静電ミラー駆動部として構成され、静電駆動ミラー２１と所定の距離で離間して接合されている。この接合された静電ミラー駆動部と静電駆動ミラーを静電ミラーチップと呼ぶ。
【００３６】
静電ミラーチップの外部には、静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源２５，パッド電極２３に１対１に対応してパッド電極２３への印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ２６，印加駆動電圧を保持するための保持容量２７，及び可変電圧源２５と駆動スイッチ２６とを制御する制御部２８が形成され、静電駆動型ミラー装置を構成している。なお、ここでは駆動スイッチ２６，保持容量２７，可変電圧源２５及び制御部２８は、それぞれディスクリート部材として構成されている。
【００３７】
このように構成された静電駆動型ミラー装置の駆動は、次のように行われる。まず、制御部２８にて可変電圧源２５の電圧設定と駆動スイッチ２６の開閉をコントロールして、静電ミラーチップのパッド電極２３へ静電駆動ミラー２１の駆動電圧を印加する。ここで、駆動スイッチ２６とパッド電極２３間に設けられた保持容量２７は、駆動スイッチ２６の開閉時の電圧降下を抑制すると共に、パッド電極２３へ印加された駆動電圧を一定期間保持することにより、ミラー駆動電極２２へ安定した駆動電圧を供給して、静電駆動ミラー２１の姿勢を維持する。
【００３８】
これら駆動スイッチ２６及び保持容量２７は、パッド電極２３毎つまりミラー駆動電極２２毎に設けられ、共通の可変電圧源２５より上述のような方法により駆動スイッチ２６の間欠的な開閉にて、ミラー駆動電極２２毎に独立した電圧を安定供給できるようになっている。
【００３９】
このような構成により、保持容量２７が静電駆動ミラー２１の駆動電圧の保持・記憶機能を有するため、ミラー駆動電極２２に可変電圧源２５より直接的にミラー駆動電圧が印加されていない期間においても、静電駆動ミラー２１の姿勢を保持することが可能となる。すなわち、ミラー駆動電極２２に間欠的なミラー駆動電圧の印加が可能となると共に、静電駆動ミラー２１に自己保持特性を付与することが可能になる。また、ミラー駆動電極２２への間欠的な電圧の印加が可能であるため、駆動スイッチ２６のスイッチングを順次行って、スイッチングのタイミングに合わせて可変電圧源２５の設定電圧を、各ミラー駆動電極２２に対して印加して所望の電圧に設定することにより、１個の可変電圧源でも静電駆動型ミラー装置の駆動が可能になる。すなわち、ミラー駆動電極数と同数の可変電圧源は不要となり、可変電圧源は高々数個で十分で、理想的には１個まで削減できる。
【００４０】
なお、上記実施の形態においては、静電駆動ミラーを二次元状に配列した静電駆動型ミラー装置について説明したが、これに限定されることはなく、本実施の形態は一次元状あるいは単体の静電駆動ミラーをもつ静電駆動型ミラー装置に適用できることは言うまでもない。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、駆動スイッチ、保持容量及び制御部を、静電ミラーチップとは異なる同一の半導体基板上に形成するようにした静電駆動型ミラー装置に関するもので、本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を図３に示す。
【００４２】
図３において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２３は外部から駆動電圧を印加するためのパッド電極、２４はミラー駆動電極２２とパッド電極２３とを電気的に接続してミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。ここで、ミラー駆動電極２２，パッド電極２３及び信号配線２４は、同一の半導体基板２０上に静電ミラー駆動部として構成され、静電駆動ミラー２１と所定の距離で離間して接合されている。この接合された静電ミラー駆動部と静電駆動ミラーを静電ミラーチップと呼ぶ。
【００４３】
静電ミラーチップの外部には、静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源２５，静電駆動ミラー２１への印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ２６，印加駆動電圧を保持するための保持容量２７，及び可変電圧源２５と駆動スイッチ２６とを制御する制御部２８が形成され、静電駆動型ミラー装置を構成している。ここで、制御部２８は第１の制御部２９と第２の制御部３０から構成されている。第１の制御部２９は可変電圧源２５と第２の制御部３０を制御するもので、一例としてＤ／Ａ変換器と高耐圧アンプなどを含んでいる。一方、第２の制御部３０は駆動スイッチ２６の制御を行うもので、シフトレジスタあるいはデコーダなどからなっており、同期している第１の制御部２９により制御される。また、制御部２８は駆動スイッチ２６及び保持容量２７と共に、静電ミラーチップとは異なる同一の半導体基板３１上に一体的に形成されている。
【００４４】
静電ミラー駆動部への駆動電圧の印加は、次のようにして行われる。駆動スイッチ２６の制御用の第２の制御部３０を構成するシフトレジスタあるいはデコーダのビット変化に合わせて、可変電圧源用の第１の制御部２９にて可変電圧源２５を制御することにより、可変電圧源２５の電圧を任意に変化させると共に、第２の制御部３０のシフトレジスタあるいはデコーダにより駆動スイッチ２６の開閉を制御する。このような駆動方法により、所望の電圧を所望のタイミングで、静電ミラー駆動部つまりパッド電極２３に静電駆動ミラー２１の駆動電圧を印加することができる。
【００４５】
したがって、第１の実施の形態のように、静電ミラーチップ以外の構成部材を、それぞれディスクリート部材として構成する場合に比べて非常に小型化できると共に、製造方法も簡単となる。それにより、静電駆動ミラー２１を安定動作させることが可能になると共に、信頼性も向上する。更に、駆動スイッチ２６の制御を第２の制御部３０のシフトレジスタあるいはデコーダにより行うことにより、複数の電極に対し単一の可変電圧源２５で印加電圧を供給することが可能となる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、駆動スイッチ２６，保持容量２７及び制御部２８を同一の半導体基板上に設ける場合を示したが、制御部の構成によっては制御部の一部のみを、駆動スイッチ、保持容量と同一の半導体基板上に設け、制御部の他の部分をディスクリート態様で設けるか、あるいは他の半導体基板に設けて構成してもよい。又は、駆動スイッチと保持容量のみを同一の半導体基板上に形成し、制御部は別の半導体基板上に形成するか、ディスクリート態様で構成してもよい。更に、本実施の形態では可変電圧源用制御部（第１の制御部）としてＤ／Ａ変換器と高耐圧アンプを含むものを、駆動スイッチ用制御部（第２の制御部）としてシフトレジスタあるいはデコーダ構成のものを示したが、これらに限定されることなく、可変電圧源用制御部及び駆動スイッチ用制御部としての機能を有するものであれば、如何なる構成であってもよいことは勿論である。
【００４７】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、保持容量を静電ミラーチップ内に設けるようにしたものであり、図４及び図５に本実施の形態及びその変形例に係る静電駆動型ミラー装置の静電ミラーチップ内の要部のみを示す。なお、保持容量の構成以外の他の構成及びその駆動態様は、第１又は第２の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４８】
図４において、保持容量２７は、静電ミラー駆動部のミラー駆動電極２２及びパッド電極２３と共に同一の半導体基板２０上に形成されている信号配線２４下に形成されている。一方、図５においては、保持容量２７は、ミラー駆動電極２２下に形成されている。いずれの場合にも、図６に模式的に示すように、保持容量２７は２枚の金属電極３２，３４に挟まれたＳｉＯ２ あるいはＳｉＮなどの絶縁膜３３で構成される。ここで、金属電極３２は信号配線２４あるいはミラー駆動電極２２を形成するＡｌやＴｉなどの金属で形成され、また金属電極３４はＡｌなどの金属で形成されており、３５は半導体基板である。
【００４９】
ここで、上述したような静電ミラーチップ内に保持容量を構成した第３の実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の全体の概略構成を図７に示す。図７において、保持容量２７はミラー駆動電極２２下に形成されると共に、保持容量２７を含む静電ミラー駆動部は、同一の半導体基板２０上に形成されている。一方、駆動スイッチ２６，制御部２８及び可変電圧源２５は、その機能を有していれば、如何なる構成であってもよく、ここではディスクリート部材として示している。
【００５０】
以上のように、保持容量は同一の半導体基板上に形成された静電ミラー駆動部に設けるのが最適であり、このように保持容量を静電ミラーチップ内に設けることにより、小型化が可能となると共に、外付け部品の減少によるコスト低減並びに更なる静電駆動ミラーの安定動作、及び信頼性の向上が期待できる。
【００５１】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、静電ミラーチップ内のパッド電極を不要とし小型化を図った静電駆動型ミラー装置に関するもので、本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を図８に示す。
【００５２】
図８において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２４はミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。２５は静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源、２６は印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ、２７は印加駆動電圧を保持するための保持容量であり、ミラー駆動電極２２下に形成されている。２９は可変電圧源２５及び第２の制御部を制御する第１の制御部、３０は駆動スイッチ２６を制御するシフトレジスタあるいはデコーダなどからな第２の制御部、３６は可変電圧源の電圧を駆動スイッチに伝達するためのパッド電極及び第１の制御部と第２の制御部とを接続するためのパッド電極である。ここで、可変電圧源２５及び第１の制御部２９以外は全て同一の半導体基板２０上に形成されている。なお、この第４の実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の駆動態様は、上記各実施の形態と同様である。
【００５３】
このような第４の実施の形態の構成では、第１から第３の実施の形態で示したようなミラー駆動電極２２と１対１に対応したパッド電極２３は不要となり、可変電圧源２５から駆動スイッチ２６への電圧印加用パッド電極３６と、第２の制御部３０を制御するために第１の制御部２９からの信号伝達用パッド電極３６が必要となるのみである。
【００５４】
したがって、パッド電極数は激減し、通常多数電極を有する静電駆動型ミラー装置に必要な数百本ものワイヤー実装が不要となるため、小型化及び実装コストの大幅な低減と製造期間の短縮が可能になると共に、信頼性の向上した静電駆動型ミラー装置が実現できる。
【００５５】
なお、本実施の形態では保持容量２７をミラー駆動電極２２下に形成したものを示したが、第３の実施の形態で示したように信号配線２４下に形成してもよいことは勿論である。また、本実施の形態では第１の制御部２９を静電ミラーチップ外に設けるようにしたものを示したが、第１の制御部２９も静電ミラーチップ内に設け、可変電圧源２５以外を同一半導体基板上に形成することも可能である。このような構成によれば、第１の制御部２９から第２の制御部３０への信号伝達用パッド電極３６も不要となり、更なる小型化及び高信頼性が期待できる。
【００５６】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、容易に初期状態に設定可能にした静電駆動型ミラー装置に関するもので、本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を図９に示す。図９において、２１は二次元状に配列され静電駆動により可変動作する静電駆動ミラー、２２は静電駆動ミラー２１を駆動するためのミラー駆動電極、２３は外部から駆動電圧を印加するためのパッド電極、２４はミラー駆動電極２２とパッド電極２３とを電気的に接続してミラー駆動電極２２へ駆動信号を伝達するための信号配線であり、ミラー駆動電極２２を４個配置して１個の静電駆動ミラー２１を駆動するようになっている。ここで、ミラー駆動電極２２，パッド電極２３及び信号配線２４は、同一の半導体基板２０上に静電ミラー駆動部として構成され、静電駆動ミラー２１と所定の距離で離間して接合されている。この接合された静電ミラー駆動部と静電駆動ミラー２１を静電ミラーチップと呼ぶ。
【００５７】
この静電ミラーチップの外部には、静電ミラー駆動部に駆動電圧を供給する可変電圧源２５，静電ミラー駆動部への印加駆動電圧を制御駆動するための駆動スイッチ２６，印加駆動電圧を保持するための保持容量２７，及び可変電圧源２５と駆動スイッチ２６とを制御する制御部２８が形成されている。ここで、制御部２８は、第１の制御部２９と第２の制御部３０から構成されており、第１の制御部２９は可変電圧源２５と第２の制御部３０を制御するもので、一例としてＤ／Ａ変換器と高耐圧アンプなどを含んでいる。一方、第２の制御部３０は駆動スイッチ２６用の制御を行うもので、シフトレジスタあるいはデコーダなどからなっており、同期している第１の制御部２９により制御される。
【００５８】
また、本実施の形態においては、更に駆動スイッチ２６の開閉を制御するための制御論理回路としての２入力ＯＲ回路を備えており、この２入力ＯＲ回路４１は、シフトレジスタあるいはデコーダなどからなる第２の制御部３０からの出力を一方の入力とし、切換スイッチ４２により切り換えられるＧＮＤ電位あるいはＨレベルを与える電源４３の電位の信号レベルのいずれかを、他方の入力とするものである。また更に、保持容量２７に蓄積された蓄積電荷を放電するための放電スイッチ４４と、制限抵抗４５とを備えて静電駆動型ミラー装置を構成している。その他の構成及び基本的な静電駆動ミラーの駆動態様については、上記各実施の形態と同様である。
【００５９】
本実施の形態における動作が上記各実施の形態と異なる点は、静電駆動型ミラー装置を初期化する場合である。すなわち、通常の静電駆動ミラーの駆動時には、切換スイッチ４２はＧＮＤ側に、放電スイッチ４４は可変電圧源２５側に接続される。切換スイッチ４２による２入力ＯＲ回路４１への入力レベルはＬレベルのため、２入力ＯＲ回路４１の出力には、シフトレジスタあるいはデコーダからなる第２の制御部３０からの信号がそのまま出力される。つまり、駆動スイッチ２６は第２の制御部３０の出力信号に依存して開閉制御されることになる。一方、放電スイッチ４４は可変電圧源２５側に接続されているため、駆動スイッチ２６には第１の制御部２９にて設定されて任意に変化させた可変電圧源２５からの所望の駆動電圧が印加される。したがって、可変電圧源２５からの所望の駆動電圧は、駆動スイッチ２６により第２の制御部３０の出力信号による所望のタイミングで、静電ミラー駆動部に伝達、印加されて、静電駆動ミラー２１を駆動する。
【００６０】
これに対して、全ての静電駆動ミラー２１を初期状態に設定する場合には、切換スイッチ４２は電源４３側に、放電スイッチ４４は制限抵抗４５を介してＧＮＤ側に接続される。切換スイッチ４２は電源４３側に接続されているため、切換スイッチ４２による２入力ＯＲ回路４１への入力レベルはＨレベルとなり、２入力ＯＲ回路４１の出力は常に強制的にＨレベルとなり、第２の制御部３０の出力には依存しなくなる。したがって、駆動スイッチ２６は常にオンされて閉状態となり、保持容量２７に蓄積された蓄積電荷は、駆動スイッチ２６，放電スイッチ４４及び制限抵抗４５を介してＧＮＤに放電される。ここで、制限抵抗４５は駆動スイッチ２６を同時に閉状態とした際に、保持容量２７から流れる放電電流を制限するものである。
【００６１】
これら一連の動作により、全てのミラー駆動電極２２はＧＮＤ電位となり、全ての静電駆動ミラー２１は初期状態となる。このように、本実施の形態によれば、静電駆動型ミラー装置の初期化を非常に容易に行うことが可能となる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、制御論理回路として２入力ＯＲ回路４１，及び切換スイッチ４２を用いたものを示したが、これらに限定されるものではなく、本実施の形態と同様の機能を有する構成であれば、如何なる構成でもよいことは言うまでもない。また、本実施の形態では、保持容量２７の蓄積電荷の放電電流の制限用に制限抵抗４５を用いたものを示したが、保持容量２７の数つまり静電駆動ミラー２１の数が少ない場合、あるいは使用するパッケージの発熱や配線の許容電流などに問題がない場合などには、省略することも可能である。更に、本実施の形態で示した２入力ＯＲ回路４１を用いた制御論理回路、切換スイッチ４２，放電スイッチ４４及び制限抵抗４５からなる初期状態設定手段は、上記第１から第４の実施の形態に適用可能なことは勿論のこと、この手段をディスクリート部品で構成することも、あるいは他の構成要素と共に同一基板上に構成することも可能である。
【００６３】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について説明する。上記第１から第５の実施の形態で説明した静電駆動型ミラー装置は、可変電圧源１個により、制御部にて制御される駆動スイッチを介して全てのミラー駆動電極へ間欠的な任意の電圧を印加し、複数の静電駆動ミラーを駆動させるものである。しかしながら、ミラーアレイ数が増大すると、各ミラー駆動電極への電圧印加サイクルは長くなり、無印加時間が増大してしまう。この場合には、保持容量を大きくすることが考えられるが、保持容量を大きくすると、その充放電に相当の時間を要するため、静電駆動ミラーの姿勢を変えるのに相当の時間を要することになってしまう恐れがある。更に、駆動能力も懸念される。
【００６４】
本実施の形態は、これらの懸案事項を考慮して構成したもので、図１０に本実施の形態に係る静電駆動型ミラー装置の要部を示す。図１０において、５１−１，・・・５１−ｎは図８に示した第４の実施の形態で説明した静電駆動型ミラー装置をユニット化した静電駆動型ミラー装置ユニットであり、複数のユニット５１−１，・・・５１−ｎを並べて改めて静電駆動型ミラー装置５１を構成するようにしたものである。ここで、ユニット化された各静電駆動型ミラー装置ユニットの静電駆動型ミラーの数は、駆動能力などを考慮して限定し、複数のユニットを配列してミラー数の多い静電駆動型ミラー装置５１を構成する。駆動方法としては、各ユニットを同期させて、ユニット毎に駆動させればよい。当然のことながら、ユニット化された各静電駆動型ミラー装置ユニットにおいても、静電駆動型ミラー装置としての機能は十分に有するものである。
【００６５】
このような構成とすることにより、ミラー駆動電極への電圧印加サイクルを速くすることができると共に、最適な保持容量値及び電圧印加サイクルが実現可能となる。
【００６６】
本実施の形態では、第４の実施の形態で説明した静電駆動型ミラー装置をユニット化したものについて説明したが、これには限定されず、上記で説明した他の実施の形態の静電駆動型ミラー装置をユニット化し、本実施の形態を適用できることは言うまでもない。また、ミラーアレイ数が増大する場合について説明したが、ミラーアレイ数に関係なく、本実施の形態で説明したユニット化構成を適用してもよいことは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】
以上実施の形態で説明したように、請求項１に係る発明によれば、自己保持特性を有すると共に、駆動電圧源数を大幅に削減して安定動作並びに高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項２及び３に係る発明によれば、機能を損なうことなく静電駆動型ミラー装置をディスクリート部品などにより容易に構成並びに作製できる。請求項４に係る発明によれば、駆動スイッチ及び保持容量と制御部の少なくとも一部を同一半導体基板上に形成しているため、自己保持特性を有し、駆動電圧源数を大幅に削減した安定動作が可能な静電駆動型ミラー装置を、小型且つ低コストで実現できる。請求項５に係る発明によれば、保持容量を静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に形成しているため、小型で安定動作及び高信頼性動作が可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項６に係る発明によれば、機能を損なうことなく静電駆動型ミラー装置をディスクリート部品などにより容易に構成並びに作製できる。
【００６８】
また請求項７に係る発明によれば、駆動スイッチと制御部の少なくとも一部を同一半導体基板上に形成しているため、小型化更には低コストの静電駆動型ミラー装置が実現可能となる。請求項８に係る発明によれば、制御部のみを静電ミラー駆動部の外部に設けているため、小型で低コスト及び安定動作並びに高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項９に係る発明ぱよれば、駆動スイッチ及び保持容量と制御部の少なくとも一部を静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に形成しているため、１チップ化が可能になると共に、小型で低コスト及び安定動作並びに高信頼性動作が可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項１０及び１１に係る発明ぱよれば、自己保持特性を有する静電ミラー駆動部を同一の半導体基板上に形成可能なため、小型化と共にコスト低減並びに安定動作及び高信頼性動作の可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。請求項１２に係る発明ぱよれば、静電駆動型ミラー装置の初期化を容易に行うことができる。請求項１３に係る発明ぱよれば、静電駆動ミラーアレイ数が増大しても高速で安定動作が可能な静電駆動型ミラー装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する静電駆動型ミラー装置の一般的な構成の要部を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の要部を示す概略構成図である。
【図５】図４に示した第３の実施の形態の変形例の要部を示す概略構成図である。
【図６】図４及び図５に示した第３の実施の形態及びその変形例における保持容量の構成を模式的に示す図である。
【図７】図５に示した第３の実施の形態の変形例の全体構成を示す概略図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１１】従来の静電駆動型ミラー装置の構成例を示す概略構成図である。
【図１２】従来の静電駆動型ミラー装置の他の構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ａ ミラー基板
Ｂ 電極基板
１ ミラー
２ ヒンジ
３ ミラー支持体
４−１，４−２ ミラー駆動電極
５−１，５−２ パッド電極
６ 電極支持体
７ 入力ファイバ
８−１，８−２，８−３ 出力ファイバ
９ 入射光
１０−１，１０−２ 反射光
１１−１，１１−２ 信号配線
２０ 半導体基板
２１ 静電駆動ミラー
２２ ミラー駆動電極
２３ パッド電極
２４ 信号配線
２５ 可変電圧源
２６ 駆動スイッチ
２７ 保持容量
２８ 制御部
２９ 第１の制御部
３０ 第２の制御部
３１ 半導体基板
３２，３４ 金属電極
３３ 絶縁膜
３５ 半導体基板
３６ パッド電極
４１ ２入力ＯＲ回路
４２ 切換スイッチ
４３ 電源
４４ 放電スイッチ
４５ 制御抵抗
５１ 静電駆動型ミラー装置
５１−１，・・・５１−ｎ 静電駆動型ミラー装置ユニット
Claims (13)
- 静電駆動により可変動作する静電駆動ミラーと、該静電駆動ミラーを駆動するためのミラー駆動電極と該ミラー駆動電極に駆動電圧を印加するための信号配線とを少なくとも含み同一の半導体基板上に構成された静電ミラー駆動部と、該静電ミラー駆動部に外部から電圧を供給するための可変電圧源とを少なくとも備えた静電駆動型ミラー装置において、前記静電ミラー駆動部への印加電圧制御駆動用の駆動スイッチ及び印加電圧保持用の保持容量と、少なくとも前記駆動スイッチと前記可変電圧源を制御するための制御部とを設けたことを特徴とする静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチ及び前記保持容量と前記制御部は、前記静電ミラー駆動部の外部に設けたことを特徴とする請求項１に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチ及び前記保持容量と前記制御部は、それぞれディスクリート部材として構成されていることを特徴とする請求項２に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチ及び前記保持容量と少なくとも前記制御部の一部は、同一の半導体基板上に設けたことを特徴とする請求項２に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチと前記制御部は、前記静電ミラー駆動部の外部に、前記保持容量は前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に設けたことを特徴とする請求項１に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチと前記制御部は、それぞれディスクリート部材として構成されていることを特徴とする請求項５に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチと少なくとも前記制御部の一部は、同一の半導体基板上に設けたことを特徴とする請求項５に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチ及び前記保持容量は前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に、前記制御部は前記静電ミラー駆動部の外部に設けたことを特徴とする請求項１に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチ及び前記保持容量と少なくとも前記制御部の一部は、前記静電ミラー駆動部と同一の半導体基板上に設けたことを特徴とする請求項１に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記保持容量は、前記静電ミラー駆動部の前記信号配線下に設けたことを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記保持容量は、前記静電ミラー駆動部の前記ミラー駆動電極下に設けたことを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置。
- 前記駆動スイッチを一括して閉状態に制御する機能を有する制御論理回路と、前記保持容量の蓄積電荷を放電するための放電スイッチと、放電電流を制限する制限抵抗とを少なくとも備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に係る静電駆動型ミラー装置。
- 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の静電駆動型ミラー装置をユニットとして、該ユニットを複数個並べて構成することを特徴とする静電駆動型ミラー装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002194064A JP2004037791A (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | 静電駆動型ミラー装置 |
| US10/609,606 US20040005114A1 (en) | 2002-07-03 | 2003-07-01 | Electrostatic drive mirror apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002194064A JP2004037791A (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | 静電駆動型ミラー装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004037791A true JP2004037791A (ja) | 2004-02-05 |
Family
ID=29997010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002194064A Pending JP2004037791A (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | 静電駆動型ミラー装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040005114A1 (ja) |
| JP (1) | JP2004037791A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005259806A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Olympus Corp | フォトカプラーとフォトカプラーアレイとフォトカプラー内蔵型半導体集積回路 |
| JP2015023759A (ja) * | 2013-07-23 | 2015-02-02 | 株式会社デンソー | 形状可変素子、および自動車用ヘッドアップディスプレイ |
| JP2016032405A (ja) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 国立大学法人福井大学 | 高分子アクチュエーターの制御方法、高分子アクチュエーター及びこの高分子アクチュエーターを利用した微少流体送出装置 |
| JP2016186598A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 新電元工業株式会社 | 制御装置および制御方法 |
| JP2018005037A (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 住友電気工業株式会社 | Ｍｅｍｓミラー駆動回路 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190352174A1 (en) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Position sensing circuit for an electronically driven mems device |
| US11820649B2 (en) | 2018-05-18 | 2023-11-21 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Position sensing circuit for an electrostatically driven MEMS device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60123896A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-02 | 三洋電機株式会社 | 映像表示装置の駆動方式 |
| JPH0580722A (ja) * | 1991-05-08 | 1993-04-02 | Hitachi Ltd | 液晶表示装置の多階調駆動方法、及びその回路 |
| JPH095789A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-01-10 | Toshiba Corp | 液晶表示装置 |
| JP2001174724A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-06-29 | Lucent Technol Inc | 光学クロスコネクト |
| JP2002175026A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Sony Corp | アクティブマトリクス型表示装置およびこれを用いた携帯端末 |
| JP2003140063A (ja) * | 2001-10-30 | 2003-05-14 | Fujitsu Ltd | 光スイッチの駆動装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6201631B1 (en) * | 1999-10-08 | 2001-03-13 | Lucent Technologies Inc. | Process for fabricating an optical mirror array |
| US6483962B1 (en) * | 2000-05-24 | 2002-11-19 | Vlad J. Novotny | Optical cross connect switching array system with optical feedback |
| US6618518B1 (en) * | 2000-11-22 | 2003-09-09 | Jds Uniphase Corporation | Microelectromechanical optical cross-connect switches including row and column addressing and methods of operating same |
| US6788981B2 (en) * | 2001-02-07 | 2004-09-07 | Movaz Networks, Inc. | Multiplexed analog control system for electrostatic actuator array |
| US6514781B2 (en) * | 2001-07-07 | 2003-02-04 | Onix Microsystems, Inc. | Maintaining the state of a MEMS device in the event of a power failure |
| US6781208B2 (en) * | 2001-08-17 | 2004-08-24 | Nec Corporation | Functional device, method of manufacturing therefor and driver circuit |
-
2002
- 2002-07-03 JP JP2002194064A patent/JP2004037791A/ja active Pending
-
2003
- 2003-07-01 US US10/609,606 patent/US20040005114A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60123896A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-02 | 三洋電機株式会社 | 映像表示装置の駆動方式 |
| JPH0580722A (ja) * | 1991-05-08 | 1993-04-02 | Hitachi Ltd | 液晶表示装置の多階調駆動方法、及びその回路 |
| JPH095789A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-01-10 | Toshiba Corp | 液晶表示装置 |
| JP2001174724A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-06-29 | Lucent Technol Inc | 光学クロスコネクト |
| JP2002175026A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Sony Corp | アクティブマトリクス型表示装置およびこれを用いた携帯端末 |
| JP2003140063A (ja) * | 2001-10-30 | 2003-05-14 | Fujitsu Ltd | 光スイッチの駆動装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005259806A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Olympus Corp | フォトカプラーとフォトカプラーアレイとフォトカプラー内蔵型半導体集積回路 |
| JP2015023759A (ja) * | 2013-07-23 | 2015-02-02 | 株式会社デンソー | 形状可変素子、および自動車用ヘッドアップディスプレイ |
| JP2016032405A (ja) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 国立大学法人福井大学 | 高分子アクチュエーターの制御方法、高分子アクチュエーター及びこの高分子アクチュエーターを利用した微少流体送出装置 |
| JP2016186598A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 新電元工業株式会社 | 制御装置および制御方法 |
| JP2018005037A (ja) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 住友電気工業株式会社 | Ｍｅｍｓミラー駆動回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20040005114A1 (en) | 2004-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6961257B2 (en) | Content addressable control system | |
| US6396976B1 (en) | 2D optical switch | |
| US20020186449A1 (en) | Micromirror array having adjustable mirror angles | |
| US7423794B2 (en) | Device and method for stacked multi-level uncoupled electrostatic actuators | |
| US7436575B2 (en) | Small thin film movable element, small thin film movable element array and method of driving small thin film movable element array | |
| US7420729B2 (en) | Small thin film movable element, small thin film movable element array and method of driving small thin film movable element | |
| RU2004118060A (ru) | Конструкция отражательного пространственного модулятора света | |
| US10317626B2 (en) | Inner and outer collimator elements for an optical circuit switch | |
| JP4064052B2 (ja) | ティルトミラーを用いた光スイッチ | |
| JP2010134472A (ja) | 光学クロスコネクト | |
| JP4167013B2 (ja) | Ｍｅｍｓ光学装置を利用するための結像技術 | |
| JP2004037791A (ja) | 静電駆動型ミラー装置 | |
| JP4410457B2 (ja) | 光学ｍｅｍｓ装置を使用する像形成技術 | |
| WO2002063596A2 (en) | Multiplexed analog control system for electrostatic actuator array | |
| US5670977A (en) | Spatial light modulator having single bit-line dual-latch memory cells | |
| US7294950B2 (en) | Electrostatic actuator, electrostatic actuator driving method electromechanical transducer, and electromechanical transducer driving method | |
| JP2007199101A (ja) | 微小電気機械素子アレイ装置及び画像形成装置 | |
| US6842556B2 (en) | Two input, two output optical switch using two movable mirrors | |
| US6842553B2 (en) | Method for cross-connecting optical signals at high speed | |
| WO2019084710A1 (zh) | 一种多级mems光开关单元和光交叉装置 | |
| US20200257106A1 (en) | Mems optical circuit switch | |
| JP3538156B2 (ja) | 光交換装置 | |
| JP2002169008A (ja) | 可変形状鏡 | |
| JP2004302427A (ja) | 光スイッチ及び光スイッチシステム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050603 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070221 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070313 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070508 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070529 |