专利名称：电平移动电路以及使用该电路的致动器装置和光开关系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及将输入信号的电压值转换成不同的电压值并且将其输出的电平移动电路，以及使用这样的电平移动电路的致动器装置和光开关系统。
背景技术：
日本专利号2544815披露了整体地形成在单片IC中的能够移动输入电压的高压电平和低压电平两者的电平移动电路。
这种现有技术的电平移动电路包括初级电路部分、第一中级电路部分、第二中级电路部分以及终级电路部分，并且整体地形成在单片半导体集成电路中。第一级电路部分包括连接到第一高电位电源(+5V)和第一低电位电源(0V)的反相器，并且响应输入信号而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平为第一高电位电源(+5V)的电压电平，而它的L电平则为第一低电位电源(0V)的电压电平。第一中级电路部分包括连接到第一高电位电源(+5V)和具有比第一低电位电源的电压电平(0V)更低的电压电平的第二低电位电源(-10V)的反相器，并且响应第一级电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压以H电平为第一高电位电源的电压电平(+5V)并且L电平为第二低电位电源的电压电平(-10V)的方式具有与输入信号相反的逻辑状态。第二中级电路部分包括连接到具有比第一高电位电源(+5V)更高的电压电平的第二高电位电源(+10V)和第一低电位电源的反相器，并且响应第一级电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压以H电平为第二高电位电源的电压电平(+10V)并且L电平为第一低电位电源的电压电平(0V)的方式具有与输入信号相反的逻辑状态。终级电路部分包括连接到第二高电位电源(+10V)和第二低电位电源(-10V)的反相器，并且响应第一中级电路部分的输出电压和第二中级电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压以H电平为第二高电位电源的电压电平(+10V)并且L电平为第二低电位电源的电压电平(-10V)的方式具有与输入信号相同的逻辑状态。
随着微加工技术的进展，致动器的重要性已在各种领域中增加。使用微致动器的领域中的一个例子为光开关，其用在光通信等中以切换光路。例如在日本专利申请公开号2001-42233和2003-334798中披露了这样的光开关。
在日本专利申请公开号2001-42233和2003-334798中披露的光开关中，使用了用于移动微反射镜的微致动器。微致动器具有活动部分，其相对于固定部分是活动的，并且活动部分适合于通过弹簧返回到它的上部位置(在所述上部位置处，微反射镜能够反射入射光)。另外，在固定部分上提供第一电极部分(固定电极)，并且在活动部分上提供第二电极(活动电极)。在第一和第二电极之间施加电压以在它们之间生成静电力，由此活动部分被带到它的下部位置，在所述下部位置处，微反射镜让入射光不受影响地通过，并且维持在那个位置处。当停止第一和第二电极之间的电压施加时，活动部分通过弹簧返回到它的上部位置。
日本专利号2544815中披露的电平移动电路在中间级中包括两个电路部分(亦即第一和第二中间电路部分)，并且在那个电路中需要大量的诸如MOS晶体管之类的元件。因此，难以使它小型化，并且遭受了低产品产出。
进而，取决于使用，在某些情况下，电平移动电路需要在输入电压的高电位电平和低电位电平之间具有相对大的差。在这样的情况下，电平移动电路需要具有高的耐压。例如，在使用电平移动电路以便控制使用如日本专利申请公开号2001-42233和2003-334798中披露的光开关中采用的那样的静电力的微致动器以在活动电极和固定电极之间供应电压的情况下，需要相对高的电压，并且因此电平移动电路需要具有相对高的耐压。
进而，要求电平移动电路结构简单并且易于制造，如同典型的半导体器件那样。
发明内容
本发明考虑了上述情况进行，并且作为目的提供这样的电平移动电路，所述电平移动电路能够移动输入电压的高电位电平和低电位电平两者，能够通过少量的元件构造，结构简单，易于小型化，在耐压方面易于改善，并且易于制造。另外，提供使用这样的电平移动电路的微致动器和光开关，同样是本发明的目的。
为了达到上述目的，根据本发明第一方面的电平移动电路包含(a)第一电路部分，其包括CMOS反相器，所述CMOS反相器连接到第一高电位电源和第一低电位电源，以响应输入信号而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第一高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第一低电位电源的电压电平；(b)第二电路部分，其包括第一单沟道MOS反相器，所述第一单沟道MOS反相器连接到具有比所述第一高电位电源的电压电平更高的电压电平的第二高电位电源和所述第一低电位电源，以响应所述第一电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第二高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第一低电位电源的电压电平；以及(c)第三电路部分，其包括第二单沟道MOS反相器，所述第二单沟道MOS反相器连接到所述第二高电位电源和具有比所述第一低电位电源更低的电压电平的第二低电位电源，以响应所述第二电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第二高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第二低电位电源的电压电平。所述第一单沟道MOS反相器具有NMOS晶体管作为驱动元件，并且所述第二单沟道MOS反相器具有PMOS晶体管作为驱动元件。
根据本发明的第二方面，在根据本发明第一方面的电平移动电路中，进一步提供了第四电路部分，其包括这样的反相器，所述反相器用于使电平移动电路的输出电压具有与所述输入信号相同的逻辑状态。
根据本发明的第三方面，在根据第二方面的电平移动电路中，所述第四电路部分中包括的所述反相器连接到所述第二高电位电源和所述第二低电位电源，所述第四电路部分响应所述第三电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第二高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第二低电位电源的电压电平，而且所述第四电路部分中包括的所述反相器是第三单沟道MOS反相器，其具有PMOS晶体管作为驱动元件。
根据本发明的第四方面，在根据第一到第三方面中任何一个的电平移动电路中，在半导体基片上提供所述电路部分。
根据本发明的第五方面，在根据第四方面的电平移动电路中，在P型半导体区域中提供所述CMOS反相器中包括的NMOS晶体管的漏极和源极以及所述第一单沟道MOS反相器中包括的NMOS晶体管的源极和漏极，在第一N型阱中提供所述CMOS反相器中包括的PMOS晶体管的漏极和源极，并且在不同于所述第一N型阱的第二N型阱中提供所述第二单沟道MOS反相器中包括的PMOS晶体管的漏极和源极。所述第一N型阱和所述第二N型阱可以通过相同的过程同时形成。由于能够使制造过程简化，所以优选地它们同时形成。
根据本发明第六方面的微致动器装置包含微致动器，其具有固定部分和活动部分，所述活动部分适合于相对于所述固定部分活动；以及控制装置，用于控制所述微致动器，其中，所述固定部分包括第一电极部分，所述活动部分包括第二电极部分，所述第二电极部分通过在它和所述第一电极部分之间施加的电压能够生成静电力，并且所述控制装置包括根据第一到第五方面中任何一个的电平移动电路，并且基于该电平移动电路的输出电压，在所述第一电极和所述第二电极之间供应预期电压。
根据本发明第七方面的光开关系统包含根据第六方面的微致动器装置和所述微致动器的所述活动部分上提供的反射镜。
如以下将说明的那样，根据本发明可以提供这样的电平移动电路，所述电平移动电路能够移动输入电压的高电位电平和低电位电平两者，能够通过少量的元件构造，结构简单，易于小型化，在耐压方面易于改善，并且易于制造。同样可以提供使用这样的电平移动电路的微致动器和光开关。
图1是根据本发明第一实施例的电平移动电路的电路图；图2是显示根据本发明第一实施例的电平移动电路的示范性结构的示意性截面图；图3是根据本发明第二实施例的电平移动电路的电路图；图4是显示第一和第二实施例中第一电路部分的输入输出特性的曲线图；图5是显示第一和第二实施例中第二电路部分的输入输出特性的曲线图；图6是显示第一和第二实施例中第三电路部分的输入输出特性的曲线图；
图7是显示第二实施例中第四电路部分的输入输出特性的曲线图；图8是根据第一实施例的修改的电平移动电路的电路图；图9是根据第一实施例的修改的另一个电平移动电路的电路图；图10示意性显示了根据本发明第三实施例的光开关系统的基本结构；图11是示意性显示根据本发明第三实施例的光开关系统中使用的装置中装备的一个光开关的示意性平面图；图12是沿着图11中的线X11-X12截取的示意性截面图；图13是沿着图11中的线X13-X14截取的示意性截面图；图14是沿着图11中的线X15-X16截取的示意性截面图；图15是沿着图11中的线Y11-Y22截取的示意性截面图；图16是沿着图11中的线Y13-Y14截取的示意性截面图；图17是沿着图11中的线Y15-Y16截取的示意性截面图；图18是沿着图11中的线Y17-Y18截取的示意性截面图；图19A和19B是示意性显示本发明的第一实施例中的微致动器中提供的反射镜实现的光路切换状态的示意性侧视图；图20是本发明的第一实施例中的光开关和用于控制它的控制电路的电路图；图21A、21B和21C显示了图20中一些部分处的信号波形；图22是示意性显示根据本发明第四实施例的光开关系统中使用的装置中装备的一个光开关的示意性平面图；图23是本发明的第四实施例中的控制电路的电路图。
具体实施例方式
在下文中，将参考
根据本发明的电平移动电路以及使用所述电平移动电路的致动器装置和光开关系统。
图1是显示根据本发明第一实施例的电平移动电路的电路图。
如图1所示，根据这个实施例的电平移动电路包括输入端1，用于接收0V到+5V的输入电压作为输入信号；输出端2，用于在电平移动之后输出+15V到-15V的输出电压作为输出信号；第一电路部分A，其包括CMOS反相器11；第二电路部分B，其包括第一单沟道MOS反相器12；以及第三电路部分C，其包括第二单沟道MOS反相器13。
在这个实施例中，第一电路部分A由一个CMOS反相器11组成。CMOS反相器11由PMOS晶体管Q1和NMOS晶体管Q2组成。
PMOS晶体管Q1的源极连接到+5V的高电位电源3(第一高电位电源)。PMOS晶体管Q1的漏极连接到NMOS晶体管Q2的漏极。NMOS晶体管Q2的源极连接到0V(亦即接地)的低电位电源4(第一低电位电源)。PMOS晶体管Q1的栅极和NMOS晶体管Q2的栅极连接到输入端1。PMOS晶体管Q1的漏极和NMOS晶体管Q2的漏极的连接点构成CMOS反相器11的输出端(亦即，在这个实施例中，第一电路部分A的输出端)，其连接到第二电路部分B的稍后说明的NMOS晶体管Q4的栅极(亦即，在这个实施例中，第二电路部分B的输入端)。PMOS晶体管Q1的与栅极相对的区域(亦即构成沟道的区域)连接到+5V的高电位电源3。NMOS晶体管Q2的与栅极相对的区域连接到0V的低电位电源4。PMOS晶体管Q1的阈值被设计为例如-1.5V，并且NMOS晶体管Q2的阈值被设计为例如+1.5V。
在这个实施例中，第二电路部分B由一个单沟道MOS反相器12组成。单沟道MOS反相器12由起到负载作用的耗尽型NMOS晶体管Q3和起到驱动元件作用的增强型NMOS晶体管Q4组成。可选择地，在单沟道MOS反相器12中，增强型NMOS晶体管或电阻器可以代替耗尽型NMOS晶体管Q3用作负载。
NMOS晶体管Q3的漏极连接到+15V的高电位电源5(第二高电位电源)。NMOS晶体管Q3的源极连接到NMOS晶体管Q4的漏极。NMOS晶体管Q4的源极连接到0V的低电位电源4(第一低电位电源)。NMOS晶体管Q3的栅极连接到NMOS晶体管Q3的源极和NMOS晶体管Q4的漏极的连接点。NMOS晶体管Q4的栅极构成单沟道MOS反相器12的输入端(亦即，在这个实施例中，第二电路部分B的输入端)，其连接到第一电路部分A的输出端，如上所述。NMOS晶体管Q3的源极和NMOS晶体管Q4的漏极的连接点构成单沟道MOS反相器12的输出端(亦即，在这个实施例中，第二电路部分B的输出端)，其连接到第三电路部分C的稍后说明的PMOS晶体管Q5的栅极(亦即，在这个实施例中，第三电路部分C的输入端)。NMOS晶体管Q3的与栅极相对的区域和NMOS晶体管Q4的与栅极相对的区域连接到0V的低电位电源4。NMOS晶体管Q3的阈值被设计为例如-3.3V，并且NMOS晶体管Q4的阈值被设计为例如+1.2V。
在这个实施例中，第三电路部分C由一个单沟道MOS反相器13组成。单沟道MOS反相器13由起到驱动元件作用的增强型PMOS晶体管Q5和起到负载作用的耗尽型PMOS晶体管Q6组成。可选择地，在单沟道MOS反相器13中，增强型PMOS晶体管或电阻器可以代替耗尽型PMOS晶体管Q6用作负载。
PMOS晶体管Q5的源极连接到+15V的高电位电源5(第二高电位电源)。PMOS晶体管Q5的漏极连接到PMOS晶体管Q6的源极。PMOS晶体管Q6的漏极连接到-15V的低电位电源6(第二低电位电源)。PMOS晶体管Q5的栅极构成单沟道MOS反相器13的输入端(亦即，在这个实施例中，第三电路部分C的输入端)，其连接到第二电路部分B的输出端，如上所述。PMOS晶体管Q6的栅极连接到PMOS晶体管Q5的漏极和PMOS晶体管Q6的源极之间的连接点。PMOS晶体管Q5的漏极和PMOS晶体管Q6的源极之间的连接点构成单沟道MOS反相器13的输出端(亦即，在这个实施例中，第三电路部分C的输出端)，其连接到输出端2。PMOS晶体管Q5的与栅极相对的区域和PMOS晶体管Q6的与栅极相对的区域连接到+15V的高电位电源5。PMOS晶体管Q5的阈值被设计为例如-3.0V，并且PMOS晶体管Q6的阈值被设计为例如+5.0V。
在下文中，将说明根据这个实施例的电平移动电路的操作。
当L电平0V的输入信号被施加到输入端1时，PMOS晶体管Q1被带到接通状态，而NMOS晶体管Q2则被带到断开状态，并且因此第一高电位电源3的电压+5V(H电平)从第一电路部分A输出，并且输入到第二电路部分B。
因此，由于电压+5V被施加到第二电路部分B中的NMOS晶体管Q4的栅极，所以NMOS晶体管Q4被带到接通状态，并且第一低电位电源的接近于电压0V的电压(几乎0VL电平)从第二电路部分B输出，并且输入到第三电路部分C。在单沟道MOS反相器12中起负载作用的NMOS晶体管Q3保持接通状态。
结果，在第三电路部分C中，由于几乎零伏的电压被施加到PMOS晶体管Q5的栅极，所以PMOS晶体管Q5被带到接通状态，并且在输出端2处输出第二高电位电源5的接近于电压+15V的电压(几乎+15VH电平)。与此相关，在单沟道MOS反相器13中起负载作用的PMOS晶体管Q6保持接通状态。
另一方面，当H电平+5V的输入信号被施加到输入端1时，上述操作的所有逻辑状态都反相，亦即PMOS晶体管Q1被带到断开状态，并且NMOS晶体管Q2被带到接通状态，由此从第一电路部分A输出L电平(0V)；NMOS晶体管Q3保持接通状态，并且NMOS晶体管Q4被带到断开状态，由此从第二电路部分B输出H电平(+15V)；以及PMOS晶体管Q6保持接通状态，并且PMOS晶体管Q5被带到断开状态，由此在输出端2处从第三电路C输出L电平(几乎-15V)。
用这种方法，对于输入端1上施加的0V到+5V的输入电压，在输出端2处获得了具有与输入电压相反的逻辑状态的已在高和低电位两者方面都被移动的+15V到-15V的输出电压。
与需要两个中级电路部分(亦即第一和第二中级电路部分)的日本专利号2544815中披露的传统电平移动电路形成对照，这个实施例的电路在中间级中仅仅包括由单沟道MOS反相器12组成的一个电路部分B，并且元件的数目远远小于日本专利号2544815中披露的传统电平移动电路。因此，根据这个实施例，与专利文件1中披露的传统电平移动电路相比，可以容易地使电路小型化，并且增加了产出。
这里，参考图2来说明根据这个实施例的电平移动电路的结构的例子。图2是示意性地显示这样的结构的截面图。
如图2所示，在P型半导体基片21的前侧，形成两个不同的N阱22和23。在N阱22中，提供PMOS晶体管Q1的源极(P+型扩散区域)1S和漏极(P+型扩散区域)1D。同样在N阱22中提供了N+型扩散区域25，用于通过电极24将N阱22连接到+5V的高电位电源3。PMOS晶体管Q1的源极1S通过电极1s连接到电极24，亦即连接到+5V的高电位电源3。PMOS晶体管Q1的栅极1G连接到输入端1和NMOS晶体管Q2的栅极2G。PMOS晶体管Q1的漏极1D通过电极1d和2d连接到NMOS晶体管Q2的漏极2D，并且还连接到NMOS晶体管Q4的栅极4G。
在P型半导体基片(或P型半导体区域)21的前侧，提供了NMOS晶体管Q2的源极(N+型扩散区域)2S和漏极(N+型扩散区域)2D、NMOS晶体管Q3的源极(N+型扩散区域)3S和漏极(N+型扩散区域)3D以及NMOS晶体管Q4的源极(N+型扩散区域)4S和漏极(N+型扩散区域)4D。进而，在P型半导体基片21的前侧中还提供了P+型扩散区域27，用于通过电极26将P型半导体基片21连接到0V的低电位电源(或接地)4。NMOS晶体管Q2的源极2S通过电极2s连接到电极26。NMOS晶体管Q4的源极4S经由电极4s连接到电极26。这样一来，源极2S、4S中的每一个都连接到0V的低电位电源4。NMOS晶体管Q4的漏极4D通过电极4d和3s连接到NMOS晶体管Q3的源极3S，并且还连接到NMOS晶体管Q3的栅极3G和PMOS晶体管Q5的栅极5G。NMOS晶体管Q3的漏极3D通过电极3d连接到+15V的高电位电源5。
在N阱23中，提供了PMOS晶体管Q5的源极(P+型扩散区域)5S和漏极(P+型扩散区域)5D以及PMOS晶体管Q6的源极(P+型扩散区域)6S和漏极(P+型扩散区域)6D。同样在N阱23中提供了N+型扩散区域29，用于通过电极28将N阱23连接到+15V的高电位电源5。PMOS晶体管Q5的源极5S通过电极5s连接到电极28，并因此连接到+15V的高电位电源5。PMOS晶体管Q5的漏极5D通过电极5d和6s连接到PMOS晶体管Q6的源极6S，并且还连接到PMOS晶体管Q6的栅极6G和输出端2。PMOS晶体管Q6的漏极6D通过电极6d连接到-15V的低电位电源6。
如上所述，在图2显示的例子中，第一电路部分A的CMOS反相器11中包括的NMOS晶体管Q2的漏极2D和源极2S，以及第二电路部分B的单沟道MOS反相器12中包括的NMOS晶体管Q3、Q4的漏极3D、4D和源极3S、4S，聚集在相同的P型半导体区域(亦即P型半导体基片21)中。在第一N型阱22中提供第一电路部分A的CMOS反相器11中包括的PMOS晶体管Q1的漏极1D和源极1S。进而，第三电路部分C的单沟道MOS反相器13中包括的PMOS晶体管Q5、Q6的漏极5D、6D和源极5S、6S聚集在不同于第一N型阱22的第二N型阱23中。
因此，在图2显示的例子中，需要非常少量的半导体区域，亦即仅3个半导体区域(P型半导体基片21、N阱22和N阱23)。另外，尽管有必要电隔离N型阱22和N型23，但是它们的结构在生产过程方面可以是相同的，并且它们能够通过单个阱扩散过程形成。因此，图2中显示的结构如此简单，以致于可以容易地制造，另外，易于增强其耐压。进而，大大减少了闩锁效应发生的可能性。
在这个实施例中，能够实现如图2中显示的那样的如此简单的结构的主要原因在于，具有作为驱动元件的NMOS晶体管Q4的单沟道MOS反相器12用作第二电路部分B的反相器，另外还在于，具有作为驱动元件的导电类型与NMOS晶体管Q4相反的PMOS晶体管Q5的单沟道MOS反相器13用作第三电路部分C的反相器。例如，如果在这个实施例中单沟道MOS反相器13由CMOS反相器替代，或者单沟道MOS反相器12和13由CMOS反相器替代，则需要的半导体区域的数目不利地增加，并且/或者需要提供特定的独立扩散区域。通过上述结构的使用能够实现如图2中显示的那样的简单结构的事实，是通过本发明的发明人进行的研究发现的。
不用说，电源3到6中每一个的电压电平的值并不限于上面指示的那些。
(第二实施例)图3是显示根据本发明第二实施例的电平移动电路的电路图。在图3中，与图1中显示的那些相同或等同的元件将用相同的参考符号指示，并且其多余说明将被省略。
在这个实施例中与上述第一实施例的不同之处仅仅在于，在第三电路部分C和输出端2之间提供了第四电路部分D。
在这个实施例中，第四电路部分D由具有与第三电路部分C的单沟道MOS反相器13相同的构造的单沟道MOS反相器14组成。具体地，单沟道MOS反相器14由起驱动元件作用的增强型PMOS晶体管Q7和起负载作用的耗尽型PMOS晶体管Q8组成。可选择地，在单沟道MOS反相器14中，增强型PMOS晶体管或电阻器可以代替耗尽型PMOS晶体管Q8用作负载。
PMOS晶体管Q7的源极连接到+15V的高电位电源(第二高电位电源)5。PMOS晶体管Q7的漏极连接到PMOS晶体管Q8的源极。PMOS晶体管Q8的漏极连接到-15V的低电位电源(第二低电位电源)6。PMOS晶体管Q7的栅极构成单沟道MOS反相器14的输入端(亦即，在这个实施例中，第四电路部分D的输入端)，并且连接到第三电路部分C的输出端(亦即，单沟道MOS反相器13的输出端或者PMOS晶体管Q5的漏极和PMOS晶体管Q6的源极之间的连接点)。PMOS晶体管Q8的栅极连接到PMOS晶体管Q7的漏极和PMOS晶体管Q8的源极之间的连接点。PMOS晶体管Q7的漏极和PMOS晶体管Q8的源极之间的连接点构成单沟道MOS反相器14的输出端(亦即，在这个实施例中，第四电路部分D的输出端)，并且连接到输出端2。PMOS晶体管Q7的与栅极相对的区域和PMOS晶体管Q8的与栅极相对的区域连接到+15V的高电位电源5。PMOS晶体管Q7的阈值被设计为例如-3.0V，并且PMOS晶体管Q8的阈值被设计为例如+5.0V。
根据本发明，使用第四电路部分D，输出具有和第三电路部分C的输出电压的逻辑状态相反的逻辑状态的电压，并且在输出端2处供应这个相反逻辑状态的电压。因此，与在输出端2处获得具有和在输入端1处的0V到+5V的输入电压的逻辑状态相反的逻辑状态的输出电压(+15V到-15V)的上述第一实施例形成对照，在这个实施例的输出端2处获得了具有与输入端1处的0V到+5V的输入电压的逻辑状态相同的逻辑状态的输出电压(-15V到+15V)。因此，这个实施例的电平移动电路适合于这样的应用，在所述应用中，进行了具有与输入电压相同的逻辑状态的输出电压的使用。
这个实施例同样能够实现与上述第一实施例的那些相同的有益效果。
进而，在这个实施例中，第四电路部分D的提供将导致下述有益效果来自输出端2的输出电压的H电平和L电平能够分别被精确地设置到第二高电位电源5的+15V电压电平和第二低电位电源6的-15V电压电平。
这将参考图4到7在下文中讨论。图4是显示第一和第二实施例中第一电路部分A的输入输出特性的曲线图。图5是显示第一和第二实施例中第二电路部分B的输入输出特性的曲线图。图6是显示第一和第二实施例中第三电路部分C的输入输出特性的曲线图。图7是显示第二实施例中第四电路部分D的输入输出特性的曲线图。
第一电路部分A由被构造成非比率型(non-ratio type)反相器的CMOS反相器11组成，并且它具有图4中显示的输入输出特性。因此，如从图4中可以理解的那样，对于0V到+5V的第一电路部分A的输入电压范围(亦即施加到输入端1的电压的范围)，第一电路部分A的输出电压范围准确地为0V到+5V。
第二电路部分B由被构造成比率型(ratio type)反相器的单沟道MOS反相器12组成，因此它具有图5中显示的输入输出特性。所以，如从图5中可以理解的那样，对于0V到+5V的第一电路部分A的输出电压范围(亦即第二电路部分B的输入电压范围)，第二电路部分B的输出电压范围为V1到+15V。
第三电路部分C由被构造成比率型反相器的单沟道MOS反相器13组成，因此它具有图6中显示的输入输出特性。所以，如从图6中可以理解的那样，对于V1到+15V的第二电路部分B的输出电压范围(亦即第三电路部分C的输入电压范围)，第三电路部分C的输出电压范围为-15V到V2。
因此，在上述第一实施例中，由于输出端2处的输出电压是第三电路部分C的输出电压，所以输出端2处的输出电压的范围为-15V到V2。亦即，H电平的电压电平不是准确地变为+15V，而是变得小了(15V-V2)。
第四电路部分D由被构造成比率型反相器的单沟道MOS反相器14组成，因此它具有图7中显示的输入输出特性(与图6中显示的输入输出特性相同)。由于第四电路部分D的输入电压范围(亦即第三电路部分C的输出电压范围)相对大，亦即为-15V到V2，所以它的输出电压范围准确地为-15V到+15V，如从图7中可以看到的那样。
因此，第二实施例具有下述另外的优点输出端2处的输出电压的H电平和L电平能够分别被准确地设置到第二高电位电源5的电压电平+15V和第二低电位电源6的电压电平-15V。
在不需要这个优点的情况下，为了获得具有与输入端1处的输入电压相同的逻辑状态的输出电压，同时达到与上述第一实施例相同的有益效果，反相器可以布置在任何位置处。例如，可以如图8或图9中显示的那样修改上述第一实施例。
图8是显示根据上述第一实施例的修改的电平移动电路的电路图。图9是显示根据上述第一实施例的另一个修改的电平移动电路的电路图。在图8和9中，与图1中的元件相同或等同的元件用相同的参考符号指示，并且其多余说明将被省略。
图8显示的修改中与上述第一实施例的不同之处在于，在第一电路部分A和输入端2之间提供了由CMOS反相器15组成的电路部分E，所述CMOS反相器15具有与第一电路部分A的CMOS反相器11相同的构造。构成CMOS反相器15的PMOS晶体管Q9和NMOS晶体管Q10分别对应于构成CMOS反相器11的PMOS晶体管Q1和NMOS晶体管Q2。
图9显示的修改中与上述第一实施例的不同之处在于，在第二电路部分B和第三电路部分C之间提供了由单沟道MOS反相器16组成的电路部分F，所述单沟道MOS反相器16具有与第二电路部分B的单沟道MOS反相器12相同的构造。构成单沟道MOS反相器16的NMOS晶体管Q11和NMOS晶体管Q12分别对应于构成单沟道MOS反相器12的NMOS晶体管Q3和NMOS晶体管Q4。
根据本发明，例如在图8或图9中显示的电平移动电路中，可以在第三电路部分C和输出端2之间提供相当于图3中显示的电路部分D的电路部分(亦即，由单沟道MOS反相器组成的电路部分，所述单沟道MOS反相器具有与第三电路部分C的单沟道MOS反相器13相同的构造)。在这样的情况下，在输出端2处获得了具有与输出端1处的输入电压的逻辑状态相反的逻辑状态的输出电压。除此之外，达到了与上述第二实施例的那些相同的有益效果。
(第三实施例)图10示意性显示了根据本发明第三实施例的光开关系统。为了便于说明，如图10中显示的那样规定相互正交的X轴、Y轴和Z轴。(这同样适用于稍后将要参考的附图)。在图1中，X’轴和Y’轴是各自通过绕Z轴旋转X轴和Y轴45度而获得的轴。装置101的基片121的表面平行于X-Y平面。Z轴的正(+)方向有时会被称作向上方向，并且Z轴的负方向有时会被称作向下方向。
如图1所示，根据这个实施例的光开关系统包括装置101、用于光输入的光纤102、用于光输出的光纤103以及用于光输出的光纤104。
装置101包括基片121和基片121上提供的反射镜200，如图10所示。用于光输入的光纤102以这样的方式布置在平行于X-Y平面的平面上，以致于沿着Y’轴方向从基片121的一侧向该Y’轴方向引导入射光束。用于光输出的光纤103以这样的方式布置在基片121的另一侧，以致于与用于光输入的光纤102相对，并且在平行于X-Y平面的平面上，以便在Y’轴方向上传播而没有被装置101的反射镜200反射的光束在它上面入射。用于光输出的光纤104布置在平行于X-Y平面的平面上，以便已被装置101的反射镜200反射并且在-X’方向上传播的光束在它上面入射。反射镜200布置在基片121上，并且适合于由稍后将要说明的微致动器111沿着Z轴移动，以便被带到用于光输入的光纤102的出射光路和用于光输出的光纤104的入射光路的交叉点并且从所述交叉点撤回。在这个实施例中，以这样的方式取向反射镜200它的法线平行于Y轴，所述Y轴在平行于X-Y平面的平面上与Y’轴形成45度的角度。然而，可以适当地改变这个角度。当改变反射镜200的取向角度时，用于光输出的光纤104的取向要根据那个角度设置。
下一步，参考图11到18来说明图10中显示的装置101中装备的光开关的结构。图11是示意性显示根据本发明第三实施例的光开关系统中使用的装置101中装备的一个光开关(亦即一个微致动器111和微致动器111驱动的一个光学反射镜200)的示意性平面图。在图11中，形成为活动部分和支腿(leg)部分的整个表面上的保护涂层的SiN膜144的显示被省略，应当用实线自然地指示的线性突出部分149、150的线用虚线指示，并且画阴影线于Al膜142。图12是沿着图11中的线X11-X12截取的示意性截面图。尽管未在附图中显示，沿着图11中的线X19-X20截取的示意性横截面将与图12相同。图13是沿着图11中的线X13-X14截取的示意性截面图。尽管未在附图中显示，沿着图11中的线X17-X18截取的示意性截面图将与图13相同。图14是沿着图11中的线X15-X16截取的示意性截面图。图15是沿着图11中的线Y11-Y12截取的示意性截面图。图16是沿着图11中的线Y13-Y14截取的示意性截面图。图17是沿着图11中的线Y15-Y16截取的示意性截面图。图18是沿着图11中的线Y17-Y18截取的示意性截面图。在图12到18中，以这样的方式显示横梁部件132和134好像它们没有相对于Z轴方向弯曲。但是实际上，在没有向活动部分施加力的状态下，横梁部件132和134通过组成横梁部件132和134的膜的应力朝向+Z方向弯曲。
在这个实施例中，微致动器111具有悬梁结构。
这个实施例中使用的微致动器111包括硅基片121；支腿部分122a、123a；两个横梁部分124、125，其以带板的形式主要沿着从Z轴方向来看的平面图中的X轴方向延伸；矩形连接部分126，其提供在横梁部分124、125的末梢(亦即自由端或+X侧末端)以机械连接它们；连接部分127，其机械连接组成横梁部分124的横梁部件133和组成横梁部分125的横梁部件135的固定端用于加固；以及固定电极(第一电极部分)128。
以由基片121上的诸如二氧化硅膜之类的绝缘膜129上形成的Al膜组成的布线图形130(图11中未显示)处于其间的方式，借助于具有从基片121上升的上升部分的支腿部分122a，横梁部分124的固定端(亦即-X侧末端)机械连接到基片121。类似地，以由基片121上的绝缘膜129上形成的Al膜组成的布线图形(未显示)处于其间的方式，借助于具有从基片121上升的上升部分的支腿部分123a，横梁部分125的固定端(亦即-X侧末端)机械连接到基片121。如上所述，横梁部分124和125的自由端通过连接部分126机械连接，并且横梁部件132和134的固定端通过连接部分127机械连接。这样一来，在这个实施例中，横梁部分124、125和连接部分126、127作为整体就组成了具有悬梁结构的活动部分。在这个实施例中，基片121、固定电极128和绝缘膜129组成固定部分。
横梁部分124包括两个横梁部件132、133，它们在前述活动部分的固定端和自由端之间沿着X轴方向串联地机械连接。横梁部件132以带板的形式构造，沿着从Z轴方向来看的平面图中的X轴方向延伸。横梁部件133以带板的形式构造，基本上沿着从Z轴方向来看的平面图中的X轴方向延伸，但是在-X侧位置处的Y轴方向上形成角度，如图11所示。固定端一侧(亦即-X侧)的横梁部件132被构造为能够在Z轴方向上弯曲的板簧部分。另一方面，自由端一侧(亦即+X侧)的横梁部件133被构造成基本上刚性的部分，其具有针对Z轴方向(亦即朝向和远离基片121的方向)以及其他方向上的弯曲的刚性。
横梁部件132是由下部SiN膜141、中间Al膜142以及充当保护涂层的上部SiN膜144组成的层压三层薄膜，并且适合于起板簧的作用。横梁部件132中的Al膜142用作到活动电极的布线的部分，用于生成静电力。
横梁部件133被构造为从横梁部件132连续延伸并且由下部SiN膜141、中间Al膜142以及充当保护涂层的上部SiN膜144组成的层压三层薄膜。稍后将要说明的线性突出部分149、150形成在其上，以提供前述对于横梁部件133的刚性。
在图12中，以这样的方式显示横梁部件132好像它没有相对于Z轴方向弯曲。但是实际上，在没有供应驱动信号的状态下，横梁部件132通过膜141、142、144的应力向上(朝向与基片121相反的方向，或+Z方向)弯曲。通过对于膜141、142、144适当地调节膜形成条件，能够实现这样的弯曲状态。另一方面，不管是否供应驱动信号，横梁部件133均不在Z轴方向上显著弯曲，并且由于前述刚性而总是保持平板状态而不通过膜141、142、144的应力弯曲。用这种方法，当在横梁部分124上没有施加力时，横梁部件132和横梁部件133处于不同的弯曲/非弯曲状态。
在这个实施例中，支腿部分122a被形成为组成横梁部件132的SiN膜141、144和Al膜142的连续延伸。Al膜142通过支腿部分122a处的SiN膜141上形成的开口电连接到布线图形130。在支腿部分122a的上部，在从Z方向来看的平面图中以方形形状形成线性突出部分151，以便加强支腿部分122a的强度。
横梁部分125和支腿部分123a分别具有与上述横梁部分124和支腿部分122a完全相同的结构。组成横梁部分125的横梁部件134和135相当于组成横梁部分124的横梁部件132和133。在支腿部分123a的上部，形成相当于线性突出部分151的线性突出部分152。
连接部分127通过两层膜形成，所述两层膜由从横梁部件133和135连续延伸的SiN膜141、144组成。Al膜142没有从横梁部件133和135延伸到连接部分127，并且在连接部分127中没有提供电连接。
在这个实施例中，为了对全部的横梁部件133和135以及连接部分126和127提供刚性，形成了沿着平面图中的这些部分的所有区域的外部周围布设的线性突出部分149和沿着前述区域的内部周围布设的线性突出部分150，如图11中的虚线指示的那样。横梁部件133和135被这些线性突出部分149和150加固以具有刚性。不管是否供应驱动信号，横梁部件133和135均不在Z轴方向上显著弯曲，并且由于前述刚性，它们总是保持平板状态，而不通过膜141、142、144的应力弯曲。
连接部分126被形成为组成横梁部分133和135的SiN膜141、144和Al膜142的连续延伸。在连接部分126上，提供了作为从动构件的由诸如Au、Ni或类似物之类的金属制成的反射镜200。
连接部分126中的Al膜142的部分还用作活动电极(第二电极部分)，用于生成静电力。在基片121上的与这个活动电极相对的区域上形成用于生成静电力的由Al膜制成的固定电极128。尽管附图中未显示，组成固定电极128的Al膜还延伸为布线图形，其与前述布线图形130联合使用，以使得可以在固定电极128和同样用作活动电极的连接部分126中的Al膜142之间施加电压(用于静电力的电压)。
如从前述说明中可以理解的那样，在这个实施例中，由横梁部分124、125和连接部分126、127组成的活动部分，相对于由基片121、固定电极128和绝缘膜129组成的固定部分，是垂直(在Z轴方向上)活动的。具体地，在这个实施例中，前述活动部分在它被组成板簧的横梁部件132与134的弹力偏移回到的上部位置和连接部分126与固定电极128相接触的下部位置之间活动。在前述上部位置中，当在固定电极128和同样充当活动电极的连接部分126中的Al膜142之间施加用于生成静电力的电压时，活动部分被电极之间生成的静电力移动到下部位置并被夹住。如果当活动部分处于这个下部位置时停止用于生成静电力的电压的施加，则它被横梁部件132、134的弹力移动返回到上部位置。
这样一来，在这个实施例中，通过控制前述用于生成静电力的电压，就可以将反射镜200带到上部保持位置(亦即远离基片121的位置)和下部保持位置(亦即接近基片121的位置)。在这个实施例中，响应外部供应的光路切换状态命令信号，装置101中装备的控制电路执行这样的控制，以实现光路切换状态命令信号指令的光路切换状态，如稍后将要说明的那样。
图19A和19B是示意性显示微致动器111上提供的反射镜200实现的光切换状态的示意性侧视图。图19A显示了反射镜200保持在它已被推进到光路上的上部位置上的状态，而图19B则显示了反射镜200保持在它已被从光路撤回的下部位置上的状态。在图19A和19B中，以大大简化的方式显示各种部分的结构。在图19A和19B中，参考符号K指示行进的反射镜200的位置处的光路的横截面。
如图19A所示，在没有施加前述静电力的状态下，横梁部件132和134通过组成它们的膜的应力返回到朝向+Z方向弯曲的状态，以致反射镜200保持在上部位置上。这样一来，反射镜200就被推进到光路K上，以反射在该光路上传播的光。为了从这个状态切换到允许在光路上传播的光通过而不被反射镜200反射的状态，施加前述静电力就够了。
图20是在装置101中提供了光开关和用于控制所述光开关的控制电路两者的电路图。从电路的观点来看，图11到18中显示的一个光开关能够被认为是一个电容器(相当于通过固定电极128和活动电极(亦即连接部分126中的Al膜142)形成的电容器)。在图20中，光开关被表示为电容器C1。电容器C1的一个电极为固定电极，而另一个则为活动电极。
装置101中装备的控制电路装备有脉冲发生电路201、电平移动电路202到205以及起开关元件作用的MOS晶体管206和207，如图10所示。
脉冲发生电路201输出脉冲信号Vp，其以一定频率在0V和+5V之间交替变化，如图21A所示。电平移动电路202被供应以作为输入信号的来自脉冲发生电路201的脉冲信号Vp，并且输出-15V到+15V的驱动脉冲信号Va，其具有与脉冲信号Vp相同的逻辑状态，如图21B所示。这个驱动脉冲信号Va被供应到电容器C1的电极中的一个，并且还被供应到MOS晶体管206的漏极。作为这个实施例中的电平移动电路202，使用图3、8和9中显示的上述电平移动电路中的任何一个。
电平移动电路203被供应以作为输入信号的来自脉冲发生电路201的脉冲信号Vp，并且输出+15V到-15V的驱动脉冲信号Vb，其具有与脉冲信号Vp相反的逻辑状态。驱动脉冲信号Vb被供应给MOS晶体管207的漏极，用于供应电容器C1的另一个电极。作为这个实施例中的电平移动电路203，使用图1中显示的上述电平移动电路。
在图3中显示的电平移动电路用作电平移动电路202的情况下，能够在它的输出端2处获得驱动脉冲信号Va，另外，从图1中显示的电平移动电路的PMOS晶体管Q5的漏极和PMOS晶体管Q6的源极之间的连接点获得驱动脉冲信号Vb。因此，如果使用从该连接点获得的驱动脉冲信号Vb，则可以取消电平移动电路203。
在这个实施例中，外部光路切换状态命令信号当命令图19A中显示的切换状态时变为0V(或+5V)，并且当命令图19B中显示的切换状态时变为+5V(或0V)。用这种方法，光路切换状态命令信号假定0V到5V。另一方面，由于-15V到+15V的驱动脉冲信号Va被施加到电容器C1的电极中的一个，并且电容器C1的另一个电极连接到MOS晶体管206和207的源极，所以MOS晶体管206和207的源极的电位能够在-15V到+15V的范围之内变化。因此，不可以通过在MOS晶体管206和207的栅极上直接施加光路切换状态命令信号来适当地接通/断开MOS晶体管206和207。
因此在这个实施例中提供了电平移动电路204和205，以便适当地接通/断开MOS晶体管206和207。电平移动电路204被供应以光路切换状态命令信号作为输入，并且输出-15V到+15V的切换控制信号VA，其具有与光路切换状态命令信号相同的逻辑状态，用于供应MOS晶体管206的栅极。电平移动电路205被供应以光路切换状态命令信号作为输入，并且输出+15V到-15V的切换控制信号VB，其具有与光路切换状态命令信号相反的逻辑状态，用于供应MOS晶体管207的栅极。这样一来，MOS晶体管206和MOS晶体管207就适合于根据光路切换状态命令信号被互补地接通/断开。具体地，当光路切换状态命令信号命令图19A中显示的切换状态时，实现MOS晶体管206接通并且MOS晶体管207断开的状态。另一方面，当光路切换状态命令信号命令图19B中显示的切换状态时，实现MOS晶体管206断开并且MOS晶体管207接通的状态。
这样一来，当光路切换状态命令信号命令图19A中显示的切换状态时，驱动脉冲信号Va被施加到电容器C1的电极中的两者，因此电容器C1的两个电极之间施加的电压的绝对值恒为0V，而不管驱动脉冲信号Va为交替脉冲信号。所以，没有静电力在活动电极和固定电极之间作用，因此实现了图19A中显示的状态。另一方面，当光路切换状态命令信号命令图19B中显示的切换状态时，驱动脉冲信号Va被施加到电容器C1的电极中的一个，并且反相的的驱动脉冲信号Vb被施加到另一个电极，因此电容器C1的两个电极之间施加的电压的绝对值恒为30V，而不管驱动脉冲信号Va和Vb为交替脉冲信号。所以，静电力在活动电极和固定电极之间作用，因此实现了图19B中显示的状态。
如上所述，在电容器C1的两个电极通过交替驱动脉冲Va和Vb驱动的情况下，由于驱动脉冲没有DC成分，所以可以避免支撑活动电极的绝缘构件的充电。如果充电发生，则充电的绝缘构件的电压被添加到施加的电压，造成固定电极和活动电极之间电位差的变化，这阻止了正常操作。这样的情形发生的可能性能够优选地被消除。
根据这个实施例，由于前述图1、3、8和9中显示的电平移动电路中的任何一个用作每个电平移动电路202-205，所以能够预期装置101和整个光开关系统的尺寸缩小以及通过简化制造过程引起的成本减少。
这里，将说明用于制造上述装置101的示范性过程的概要。首先，使用常规的半导体制造技术在硅基片121上产生图20中显示的控制电路。在这之后，通过以下能够产生装置101通过使用诸如膜形成、构图、蚀刻以及牺牲层的形成和去除之类的半导体制造技术，形成微致动器111和反射镜200。如例如前面提到的日本专利申请公开号2001-42233中披露的那样，通过在抗蚀剂上形成对应于反射镜200的凹陷，然后通过电解电镀使用于形成反射镜200的诸如Au、Ni或类似物之类的金属生长，并且在这之后去除抗蚀剂，能够产生反射镜200。
尽管根据这个实施例的光开关系统使用单个光开关，但是本发明的实施例可以被修改成使用二维光开关的光开关。在这种情况下，例如在图10中，提供m个并排布置的用于光输入的光纤102、m个并排布置的用于光输出的光纤103和n个并排布置的用于光输出的光纤103，并且以这样的方式在基片121上提供以二维矩阵模式布置的m×n个反射镜200它们能够通过稍后将要说明的微致动器111被推进到m个用于光输入的光纤2的出射光路和用于光输出的光纤4的入射光路的各个交叉点，并且能够从所述各个交叉点撤回，装置101中的所述微致动器111和所述反射镜200是在一个微致动器对一个反射镜的基础上提供的。在这个装置中，应当在一个控制电路对一个光开关的基础上对各个光开关(亦即成对的微致动器111和反射镜200)提供图20中显示的控制电路。在这种情况下，如果数目m×n大，则用于供应光路切换状态命令信号的终端的数目同样变大。为了避免这个，优选地例如以这样的方式修改装置提供地址译码器或选择开关，用于选择每个光开关的X地址和Y地址，以使得可以选择性地激活用于选择的光开关的微致动器111。
类似地，通过修改根据在下文中将要说明的第四实施例的光开关系统，同样可以提供使用二维光开关的光开关系统。
(第四实施例)图22是类似于图11的示意性平面图，示意性地显示了根据本发明第四实施例的光开关系统中使用的装置101中装备的一个光开关(亦即一个微致动器211和微致动器211驱动的一个光学反射镜200)。在图22中，形成为活动部分和支腿部分的整个表面上的保护涂层的SiN膜144的显示被省略，应当用实线自然地指示的线性突出部分149、150的线用虚线指示，并且不同地画阴影线于Al膜142和143。在图22中，与图11或18中的那些相同或等同的元件用相同的参考符号指示，并且其多余说明将被省略。
图23是根据本发明第四实施例的光开关系统中使用的装置101中提供的控制电路的电路图。在图23中，与图20中的那些相同或相当的元件用相同的参考符号指示，并且其多余说明将被省略。
这个实施例的光开关系统和根据第三实施例的光开关系统的不同之处在于代替图11或18中显示的微致动器111，在装置101中提供了图22中显示的微致动器211；代替图20中显示的控制电路，在装置101中提供了图23中显示的控制电路；以及在装置101中另外提供了稍后将要说明的用于生成磁场的磁场生成部分。
图22中显示的微致动器211和图11或18中显示的微致动器111不同仅仅在于以下方面。基本的不同在于，这个实施例适合于不仅利用静电力，而且还利用洛伦兹(Lorentz)力，而上述第一实施例则适合于仅仅利用静电力。
在微致动器211中，分别以由基片121上的诸如二氧化硅膜之类的绝缘膜129上形成的Al膜组成的两个布线图形(未显示)处于其间的方式，借助于具有从基片121上升的上升部分的由两个单独支腿部分122a和122b组成的支腿部分122，横梁部分124的固定端(亦即-X侧末端)机械连接到基片121。类似地，分别以由基片121上的绝缘膜129上形成的Al膜组成的两个布线图形(未显示)处于其间的方式，借助于具有从基片121上升的上升部分的由两个单独支腿部分123a和123b组成的支腿部分123，横梁部分125的固定端(亦即-X侧末端)机械连接到基片121。
横梁部件132是由下部SiN膜141、中间Al膜142、143以及充当保护涂层的上部SiN膜144组成的层压三层(尽管在Al膜142和Al膜143之间的间隔中为两层)薄膜，并且适合于起板簧的作用。Al膜142和Al膜143形成在相同的层级，但是以小间隔的方式相对于Y轴方向隔开，如图22所示，以便电隔离。这是因为，Al膜142用作到活动电极的布线，用于生成静电力，而Al膜143则用作用于形成电流通路的布线，用于生成洛伦兹力。由于通过用于静电力的布线供应的电流小，而通过用于洛伦兹力的布线供应的电流相对大，所以Al膜142被形成以具有小的宽度，并且Al膜143被形成以具有大的宽度，以使用于洛伦兹力的布线的电阻小。
横梁部件133被构造为从横梁部件132连续延伸并且由下部SiN膜141、中间Al膜142、143以及充当保护涂层的上部SiN膜144组成的层压三层(尽管在Al膜142和Al膜143之间的间隔中为两层)薄膜。
在这个实施例中，支腿部分122被形成为组成横梁部件132的SiN膜141、144和Al膜142、143的连续延伸，并且由两个单独的支腿部分122a、122b组成。在支腿部分122中提供两个单独支腿部分122a和122b的目的是为了分别将Al膜142和Al膜143电连接到分开的布线图形130、131，同时分开用于静电力的布线和用于洛伦兹力的布线。Al膜142通过支腿部分122a处的SiN膜141上形成的开口电连接到预定布线图形。Al膜143通过支腿部分122b处的SiN膜141上形成的开口电连接到预定布线图形。在支腿部分122的上部，在从Z方向来看的平面图中围绕两个单独支腿部分122a和122b以方形形状形成线性突出部分151，以便加强支腿部分122的强度。
横梁部分125和支腿部分123分别具有与上述横梁部分124和支腿部分122完全相同的结构。组成横梁部分125的横梁部件134和135相当于组成横梁部分124的横梁部件132和133。组成支腿部分123的单独支腿部分123a、123b相当于组成支腿部分122的单独支腿部分122a、122b。在支腿部分123的上部，形成相当于上述线性突出部分151的线性突出部分152。
连接部分127通过两层膜形成，所述两层膜由从横梁部件133和135连续延伸的SiN膜141、144组成。Al膜142、143没有从横梁部件133和135延伸到连接部分127，并且在连接部分127中没有提供电连接。
连接部分126被形成为组成横梁部分133和135的SiN膜141、144和Al膜142、143的连续延伸。在连接部分126上，提供了作为从动构件的由诸如Au、Ni或类似物之类的金属制成的反射镜200。
在连接部分126中，Al膜142和Al膜143被分开，如图22所示，并且连接部分126中的Al膜142的部分还用作活动电极，用于生成静电力。在基片121上的与这个活动电极相对的区域上形成用于生成静电力的由Al膜制成的固定电极(未显示)。尽管附图中未显示，组成固定电极的Al膜还延伸为布线图形，其能够在固定电极和同样用作活动电极的连接部分126中的Al膜142之间施加电压(用于静电力的电压)。
另一方面，如从上述说明中可以理解的那样，通过Al膜143形成电流通路，其从支腿部分122的单独支腿部分122b下面的布线图形(未显示)通过横梁部件132、横梁部件133、连接部分126、横梁部件135以及横梁部件134布设到支腿部分123的单独支腿部分123b下面的布线图形(未显示)。在这个电流通路中，连接部分126中的沿着Y轴布设的电流通路组成这样的部分，所述部分用于当它被放置在指向X轴方向的磁场中时生成指向Z轴方向的洛伦兹力。在这个实施例中，尽管附图中未显示，例如在装置101下面提供充当磁场生成部分的磁铁或类似物，用于生成这样的指向X轴方向的磁场。因此，当使电流(用于洛伦兹力的电流)流过前述电流通路时，洛伦兹力(驱动力)朝向Z方向在连接部分126中的Al膜143上作用。取决于用于洛伦兹力的电流的方向确定这个洛伦兹力的方向是+Z方向还是-Z方向。
因此，在这个实施例中，通过控制前述电极之间的电压和用于洛伦兹力的电流，可以将反射镜200带到上部保持位置(亦即远离基片121的位置)和下部保持位置(亦即接近基片121的位置)。在这个实施例中，如稍后将要说明的那样执行这样的控制。
图23中显示的控制电路和图20中显示的控制电路不同仅仅在于以下方面。从电路的观点来看，图22中显示的一个光开关能够被认为是一个电容器(相当于通过固定电极和活动电极(亦即连接部分126中的Al膜142)形成的电容器)和一个线圈(相当于连接部分126中的Al膜143)。在图23中，以与图20中相同的方式用C1指示光开关的电容器，并且用L1指示光开关的线圈。
在这个实施例中，随着线圈L1的添加，已添加了驱动力控制信号发生电路251和电流源电路252。驱动力控制信号发生电路251向电流源电路252供应洛伦兹力控制信号，其用+5V(或0V)表示用于生成洛伦兹力的指令，并且用0V(或+5V)表示用于不生成洛伦兹力的指令。只要电流源电路252从驱动力控制信号发生电路251接收到指令生成洛伦兹力的驱动力控制信号，它就向线圈L1供应用于生成向下洛伦兹力的电流。
另外，代替光路切换状态命令信号，驱动力控制信号发生电路251向电平移动电路204和205供应静电力控制信号，其用+5V(或0V)表示用于生成静电力的指令，并且用0V(或+5V)表示用于不生成静电力的指令。
响应外部供应的光路切换状态命令信号，贯穿接收到指令将反射镜200从上部保持位置切换到下部位置的命令信号之后的时期，驱动力控制信号发生电路251向电流源电路252供应指令生成洛伦兹力的洛伦兹力控制信号，直到反射镜200被带到下部位置。如此生成的洛伦兹力使反射镜200从上部位置移动到下部位置。在反射镜200已移动到下部位置之后，驱动力控制信号发生电路251向电平移动电路204和205供应指令生成静电力的静电力控制信号。反射镜200通过如此生成的静电力保持在下部位置。用这种方法，反射镜200通过静电力锁住(latch)在下部位置上。在反射镜200通过静电力锁住在下部位置之后，驱动力控制信号发生电路251向电流源电路252供应指令不生成洛伦兹力的洛伦兹力控制信号。
在那之后，当驱动力控制信号发生电路251接收到指令将反射镜200从下部位置移动到上部位置的光路切换状态命令信号时，它向电平移动电路204和205供应指令不生成静电力的静电力控制信号。在那种情况下，由于驱动力控制信号发生电路251已向电流源电路252供应了指令不生成洛伦兹力的洛伦兹力控制信号，所以既不生成静电力，又不生成洛伦兹力。因此，反射镜200通过活动部分的弹力移动到上部位置并且保持在那个位置。
根据这个实施例，由于前述图1、3、8和9中显示的电平移动电路中的任何一个用作每个电平移动电路202-205，如同上述第三实施例的情况那样，所以能够预期装置101和整个光开关系统的尺寸缩小以及通过简化制造过程引起的成本减少。
尽管在前述中已说明了本发明的一些实施例和它们的修改，但是本发明并不限于它们。例如，根据本发明的微致动器装置能够不仅用在光开关系统中，而且还用在其他各种应用中。根据本发明的电平移动电路能够不仅用在微致动器装置中，而且还用在其他各种应用中。
权利要求
1.一种电平移动电路，包含第一电路部分，其包括CMOS反相器，所述CMOS反相器连接到第一高电位电源和第一低电位电源，以响应输入信号而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第一高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第一低电位电源的电压电平；第二电路部分，其包括第一单沟道MOS反相器，所述第一单沟道MOS反相器连接到具有比所述第一高电位电源的电压电平更高的电压电平的第二高电位电源和所述第一低电位电源，以响应所述第一电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第二高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第一低电位电源的电压电平；以及第三电路部分，其包括第二单沟道MOS反相器，所述第二单沟道MOS反相器连接到所述第二高电位电源和具有比所述第一低电位电源更低的电压电平的第二低电位电源，以响应所述第二电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第二高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第二低电位电源的电压电平，其中，所述第一单沟道MOS反相器具有NMOS晶体管作为驱动元件，并且所述第二单沟道MOS反相器具有PMOS晶体管作为驱动元件。
2.根据权利要求1所述的电平移动电路，进一步包含第四电路部分，其包括这样的反相器，所述反相器用于使电平移动电路的输出电压具有与所述输入信号相同的逻辑状态。
3.根据权利要求2所述的电平移动电路，其中，所述第四电路部分中包括的所述反相器连接到所述第二高电位电源和所述第二低电位电源，所述第四电路部分响应所述第三电路部分的输出电压而提供这样的输出电压，所述输出电压的H电平等于或接近于所述第二高电位电源的电压电平，并且所述输出电压的L电平等于或接近于所述第二低电位电源的电压电平，而且所述第四电路部分中包括的所述反相器是第三单沟道MOS反相器，其具有PMOS晶体管作为驱动元件。
4.根据权利要求1到3中任何一个所述的电平移动电路，其中，在半导体基片上提供所述电路部分。
5.根据权利要求4所述的电平移动电路，其中，在P型半导体区域中提供所述CMOS反相器中包括的NMOS晶体管的漏极和源极以及所述第一单沟道MOS反相器中包括的NMOS晶体管的源极和漏极，在第一N型阱中提供所述CMOS反相器中包括的PMOS晶体管的漏极和源极，并且在不同于所述第一N型阱的第二N型阱中提供所述第二单沟道MOS反相器中包括的PMOS晶体管的漏极和源极。
6.一种微致动器装置，包含微致动器，其具有固定部分和活动部分，所述活动部分适合于相对于所述固定部分活动；以及控制装置，用于控制所述微致动器，其中，所述固定部分包括第一电极部分，所述活动部分包括第二电极部分，所述第二电极部分通过在它和所述第一电极部分之间施加的电压能够生成静电力，并且所述控制装置包括根据权利要求1到3中任何一个所述的电平移动电路，并且基于该电平移动电路的输出电压，在所述第一电极和所述第二电极之间供应期望的电压。
7.一种光开关系统，包含根据权利要求6所述的微致动器装置以及在所述微致动器的所述活动部分上提供的反射镜。
8.一种微致动器装置，包含微致动器，其具有固定部分和活动部分，所述活动部分适合于相对于所述固定部分活动；以及控制装置，用于控制所述微致动器，其中，所述固定部分包括第一电极部分，所述活动部分包括第二电极部分，所述第二电极部分通过在它和所述第一电极部分之间施加的电压能够生成静电力，并且所述控制装置包括根据权利要求4所述的电平移动电路，并且基于该电平移动电路的输出电压，在所述第一电极和所述第二电极之间供应期望的电压。
9.一种光开关系统，包含根据权利要求8所述的微致动器装置以及在所述微致动器的所述活动部分上提供的反射镜。
10.一种微致动器装置，包含微致动器，其具有固定部分和活动部分，所述活动部分适合于相对于所述固定部分活动；以及控制装置，用于控制所述微致动器，其中，所述固定部分包括第一电极部分，所述活动部分包括第二电极部分，所述第二电极部分通过在它和所述第一电极部分之间施加的电压能够生成静电力，并且所述控制装置包括根据权利要求5所述的电平移动电路，并且基于该电平移动电路的输出电压，在所述第一电极和所述第二电极之间供应期望的电压。
11.一种光开关系统，包含根据权利要求10所述的微致动器装置以及在所述微致动器的所述活动部分上提供的反射镜。
全文摘要
披露了移动输入电压的高电位电平和低电位电平两者的电平移动电路以及使用这样的电平移动电路的微致动器和光开关。连接到+5V电源和0V电源的CMOS反相器(11)响应输入信号而提供H电平为+5V并且L电平为0V的输出电压。连接到+15V电源和0V电源的单沟道MOS反相器(12)响应CMOS反相器(11)的输出电压而提供H电平为+15V并且L电平为0V的输出电压。连接到+15V电源和－15V电源的单沟道MOS反相器(13)提供H电平为+15V并且L电平为－15V的输出电压。反相器(12)具有NMOS晶体管(Q4)作为驱动元件。反相器(13)具有相反导电类型的PMOS晶体管(Q5)作为驱动元件。
文档编号G09G3/20GK1894853SQ20048003
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月10日 优先权日2003年12月18日
发明者驹井敦 申请人:株式会社尼康