(57)【要約】【課題】  長期使用によって信頼性が低下しない可動部の位置検知構造を提供する。【解決手段】  シリコン基板２０の固定部１に、梁部２で支持されている可動部３が一体的に設けられている。可動部３にはホール素子４と磁性体５とミラーが設けられている。シリコン基板２０の外部に、可動部３と対向する電磁アクチュエータ９が固定されている。電磁アクチュエータ９が駆動されて磁力を発生すると、可動部３が磁気的に吸引されて移動する。この際に、切欠部９ａから磁性体５を通る磁束Ｍがホール素子４に作用してホール素子４に電位差が生じ、それを検知することによって、可動部３が移動状態にあることが検知される。電磁アクチュエータ９が停止すると、可動部３の吸引力が絶たれ、梁部２のばね力によって可動部３が初期位置に復帰し、磁束Ｍが磁性体５を通らなくなってホール素子４の電位差がなくなり、初期状態にあることが検知される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が磁性体である可動部と、
前記可動部外に、前記可動部に近接して配置されている磁気発生源と、
前記可動部に設けられており、前記磁性体と前記磁気発生源との間隔の変化に伴う磁束密度の変化を検出して前記可動部の位置を検知可能な磁気センサとを有する、可動部の位置検知構造。
【請求項２】
前記磁気発生源は、前記磁性体に磁力を作用させて前記可動部を動かすことができる電磁アクチュエータである、請求項１に記載の可動部の位置検知構造。
【請求項３】
前記磁気発生源は永久磁石であり、
前記可動部を動かすことができるアクチュエータをさらに有している、請求項１に記載の可動部の位置検知構造。
【請求項４】
前記磁気センサはホール素子である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可動部の位置検知構造。
【請求項５】
前記磁気センサは磁気抵抗素子である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可動部の位置検知構造。
【請求項６】
前記可動部がシリコン基板内に形成されており、該シリコン基板内に前記磁気センサが作り込まれている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の可動部の位置検知構造。
【請求項７】
前記磁性体には、前記磁気発生源からの磁気の検出を容易にするための磁気漏れ用穴部が設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の可動部の位置検知構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の可動部の位置検知構造を有し、
前記可動部には、光を反射するミラー、光を遮断する遮光部材、特定の波長の光を選択的に透過または遮断するフィルタなどの光学素子が設けられている、光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可動部の位置検知構造と、それを有する光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信分野などにおいて様々な光学デバイスが使用されており、例えば、光ファイバ伝送路の光路の切り替えや遮断を行うための光スイッチや、特定の波長の光を選択的に透過または遮断するための光フィルタなどが使用されている。特に光スイッチにおいては、光ファイバを直接駆動して光路を切り替える構造や、光ファイバを固定しておいてミラー等を駆動することにより光路を切り替える構造の光スイッチが開発されている。
【０００３】
このような光スイッチが筐体内に組み込まれた状態では、使用者が外部から可動部がどの位置にあるか、すなわち、どのような動作状態（スイッチング状態）にあるかを検知するのは困難である。従って、光スイッチのスイッチング状態を確認するには、各光ファイバを通過する光の有無を実際に検知するため、光路中の光の一部を分岐させた後、受光素子で検出する必要がある。この場合、伝送する信号光の一部を分岐するので、伝送損失が発生してしまう。また、スイッチング状態を検知するために分岐装置や受光素子などの余分な装置が必要となる。
【０００４】
そこで、光スイッチのスイッチング状態、すなわち可動部の位置をより簡単に知るために、例えば特許文献１に記載されている光スイッチでは、可動部の上面側および下面側にそれぞれ導電体が形成され、各導電体に対応して固定されている導電体が保持機構に設けられている。そして、可動部の上面側と下面側のどちらか一方の導電体が、保持機構の導電体と接触可能な構成である。従って、電流検出計等を用いて、可動部の上面側と下面側のどちらの導電体が保持機構の導電体と接触して導通しているかを検知することによって、可動部材の位置、すなわちスイッチング状態を検知することができる。
【特許文献１】特開２０００−１３７１７７号公報（第６頁右欄第１〜１９行、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている構成では、導通部同士の機械的な接触によってスイッチング状態の検知を行っているが、導通部の機械的な接触部（接点）の耐久性が低く、長期にわたる切替えの繰り返しによって接点の摩耗や変形が生じ、機械的接触および電気的導通の信頼性が低下し、スイッチング状態の検知の信頼性が低下する可能性がある。一方、切替え頻度が低い場合においても、長期間未使用状態で放置されることにより接点部の表面が酸化したり被膜が生成されたりするため、電気的導通不良が起こりやすく、スイッチング状態の検知の信頼性が低下する可能性がある。
【０００６】
また、フォトインタラプタ等を用いて、光学的に可動部の位置を検知する構成にすることも考えられるが、その場合、光スイッチの外側に配置されるフォトインタラプタおよびその周辺の部材が、装置の複雑化および大型化を招くという欠点がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、装置の複雑化および大型化を招くことがなく、また、長期の使用によっても信頼性が低下しない、可動部の位置検知構造と、それを用いた光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の可動部の位置検知構造は、少なくとも一部が磁性体である可動部と、可動部外に、可動部に近接して配置されている磁気発生源と、可動部に設けられており、磁性体と磁気発生源との間隔の変化に伴う磁束密度の変化を検出して可動部の位置を検知可能な磁気センサとを有することを特徴とする。この構成によると、磁気センサを用いることによって、可動部の位置、すなわち初期位置にあるか切替位置にあるかを容易に検知することができる。しかも、この磁気センサは可動部自体に設けられており、位置検知用のセンサを外部に設ける必要がないため、装置の大型化および複雑化を抑える。また、この構成によると、接点の機械的接触を利用した位置検出ではなく、非接触で位置検知可能であるため、長期の使用により信頼性が低下するおそれが小さい。
【０００９】
磁気発生源は、磁性体に磁力を作用させて可動部を動かすことができる電磁アクチュエータであってもよい。その場合、可動部を動かすための手段を位置検知に利用できるため、構成の簡略化が図れる。
【００１０】
あるいは、磁気発生源は永久磁石であり、可動部を動かすことができるアクチュエータをさらに有していてもよい。その場合、可動部を動かすための作動原理は全く限定されないため、様々な方式のアクチュエータを自由に選択することができる。
【００１１】
磁気センサはホール素子であってもよい。また、磁気センサは磁気抵抗素子であってもよい。いずれの場合にも、可動部がシリコン基板内に形成されており、該シリコン基板内に磁気センサが作り込まれていると、構成が非常に簡単になり小型化が図れる。
【００１２】
磁性体には、磁気発生源からの磁気の検出を容易にするための磁気漏れ用穴部が設けられていると、位置検知の感度がより高まる。
【００１３】
磁性体は磁気センサよりも磁気発生源の近くに配置されていてもよい。または、磁気センサは磁性体よりも磁気発生源の近くに配置されていてもよい。
【００１４】
本発明の光デバイスは、前記したいずれかの構成の可動部の位置検知構造を有し、可動部には、光を反射するミラー、光を遮断する遮光部材、または特定の波長の光を選択的に透過または遮断するフィルタが設けられている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、装置の大型化および複雑化を招くことなく、磁気センサによって可動部の位置を容易に検知することができる。しかも、非接触で位置の検知が行えるため、経時的に位置検知の信頼性が低下するおそれが小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１〜５には本発明の第１の実施形態の、可動部の位置検知構造が示されている。この構成について説明すると、シリコン基板２０の固定部１に、梁部２のみで支持されており、図１，２の上下方向に移動可能な可動部３が一体的に設けられている。そしてこの可動部３に、磁気センサであるホール素子４と、このホール素子４の上に磁性体５が設けられている。図３に示すように、ホール素子４に接続されている複数の導通線６が梁部２上を通って電極７に接続されている。この電極７は図示しない増幅回路を介して検知回路に接続されている。また、可動部３上には、図３に示すように光を反射するミラー８が設けられている。そして、シリコン基板２０の外部に、可動部３と対向する電磁アクチュエータ９が固定されている。電磁アクチュエータ９は電磁石からなる磁気発生源であり、可動部３と最も近接する位置には、切欠部９ａが形成されている。
【００１８】
このような構成によると、電磁アクチュエータ９が駆動されて磁力を発生すると、その磁力が可動部３の磁性体５に作用して、可動部３を移動させる。本実施形態では、図２に示すように可動部３が電磁アクチュエータ９側に吸引される（図１，２の上方へ移動する）。この際に、切欠部９ａから可動部３の磁性体５を通る磁束Ｍがホール素子４に作用する。それによってホール素子４に電位差が生じ、その電位差が、導通線６および電極７を介して図示しない増幅回路により増幅されて検知回路により検知される。こうして、可動部３が、図２に示す移動状態にあることが検知される。
【００１９】
電磁アクチュエータ９の駆動が停止すると、磁力による可動部３の吸引力が絶たれ、梁部２のばね力によって可動部３が図１に示す初期位置（図１，２の下方）に復帰する。このとき、切欠部９ａ内の磁束Ｍが消滅して、ホール素子４の電位差がなくなり、それが検知回路によって検知される。こうして、可動部３が、図１に示す初期状態にあることが検知される。
【００２０】
このように、本実施形態の検知構造によると、ホール素子４が磁束Ｍを検知することによって、磁気発生源である電磁アクチュエータ９と磁性体５の間隔を知ることができ、可動部３の位置を知ることができる。
【００２１】
なお、梁部２、固定部１、および可動部３は、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用してシリコン基板２０をエッチングすることによって形成され、可動部３の一部に金属膜を蒸着することによって、ミラー８が形成されている。また、一般に公知である半導体製造プロセスを用いて、可動部３内にホール素子４を作り込むこともできる。また、シリコン基板２０内に、ホール素子４の電位差を増幅する増幅回路や、その電位差に基づいて可動部３の位置（スイッチング状態）を検知する検知回路を構成することもできる。これらの方法によると、１枚のシリコン基板２０を加工することによって、この光スイッチの基本構成の、電磁アクチュエータ９を除く殆どの部分が形成できる。ただし、シリコン基板２０とは別部材として形成されたホール素子を可動部３に貼り付ける構成にしてもよい。ホール素子４としては、従来から公知の構成を採用すればよいため、詳細な構成の説明は省略する。
【００２２】
図４に示すように、磁性体５に、電磁アクチュエータ９からの磁気の検出を容易にするための磁気漏れ用穴部５ａを設けてもよい。この穴部５ａによって、磁束Ｍがホール素子４に直接作用し、より高感度に検知されるようになる。
【００２３】
なお、本実施形態では、可動部３上のホール素子４の上に磁性体５が形成されているが、図５に示すようにホール素子４と磁性体５の位置を入れ替えても構わない。また、ホール素子４と磁性体５が上下に重なった状態でなくても、磁性体５が、電磁アクチュエータ９の磁力により吸引可能な位置にあり、ホール素子４が、切欠部９ａから磁性体５を通る磁束Ｍを検知可能な位置にあれば、ホール素子４および磁性体５の位置は特に限定されない。また、可動部３自体が磁性材料から形成されていれば、磁性体５を別部材として取り付ける必要はない。
【００２４】
電磁アクチュエータ９は、ここでは簡易的な電磁石の構成で説明したが、これに限定されるものではなく、内部に永久磁石を配置した自己保持型の電磁アクチュエータであってもよい。この場合も同様に、可動部３が電磁アクチュエータ９に吸引された状態で、切欠部９ａから磁性体５を通る永久磁石の磁束Ｍを検知することにより、可動部３が移動状態であることを検知することができる。
【００２５】
［第２の実施形態］
次に、本発明の可動部の位置検知構造の第２の実施形態について、図６，７を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様な部分については同一の符号を付与し説明を省略する。
【００２６】
本実施形態の位置検知構造では、電磁アクチュエータ９の代わりに、可動部３に近接して永久磁石１０が配置され、さらに、可動部３に近接して、可動部３を移動させるためのアクチュエータ１１が別途設けられている。このアクチュエータ１１は電磁式のものでなくてよく、例えば機械式、静電式、または圧電式アクチュエータなどが用いられる。
【００２７】
また、永久磁石１０の磁力は、可動部３の動作に影響を与えない程度弱く、かつ、ホール素子４で検出可能な程度の磁力が好ましい。
【００２８】
本実施形態の場合、可動部３の移動は、アクチュエータ１１によって行われる。その際に、図７に示すように、可動部３が移動して永久磁石１０に近づくと、ホール素子４が、永久磁石１０から及ぼされる磁束Ｍの影響を受けて電位差が発生する。その電位差を、導通線６と電極７と図示しない増幅回路を介して、図示しない検知回路が検知することによって、可動部３の位置、すなわちスイッチング状態を検知する。アクチュエータ１１による可動部３の駆動が停止すると、梁部２のばね力によって可動部３が図６に示す初期位置（図６，７下方）に復帰する。このとき、可動部３上のホール素子４が永久磁石１０から離れて、永久磁石１０からの磁力が作用しなくなってホール素子４の電位差がなくなる。それが検知回路によって検知されることによって、可動部３が、図６に示す初期位置にあることが検知される。なお、本実施形態では、第１の実施形態のように可動部３に別部材の磁性体５が貼り付けられている構成ではなく、可動部３の一部、具体的には永久磁石１０と対向する部分自体が磁性体になっている。
【００２９】
このように本実施形態では、可動部３を移動させるアクチュエータ１１の種類（作動原理）を問わず、あらゆるアクチュエータ１１が使用可能であり、永久磁石１０とホール素子４を用いることによって、可動部３の位置検知が可能である。
【００３０】
本実施形態では、可動部３は、永久磁石１０の磁束Ｍの軸に対して平行方向に移動する構成としたが、磁束Ｍの軸に対して垂直方向（図６，７の前後あるいは左右方向）に移動する構成としてもよい。
【００３１】
なお、前記した２つの実施形態では、磁気センサとしてホール素子４を用いているが、図示しないが、例えば磁気抵抗素子など他の種類の磁気センサを用いることもできる。
【００３２】
［光スイッチ］
本実施形態の可動部の位置検知構造を内蔵した光スイッチの例を、図８〜１０を参照して説明する。
【００３３】
図８に示す光スイッチは、伝達すべき光が通る出射側の１対の光ファイバ１２ａ，１２ｂと、入射側の１対の光ファイバ１２ｃ，１２ｄが基板１３上に固定されている。そして、これらの光ファイバ１２ａ〜１２ｄの先端面の前方に、逆Ｖ字型の固定ミラー１４が設けられた固定基板１５が配置されている。そして、固定基板１５の切欠部１５ａ内に、本発明の可動部３が配置されている。可動部３に設けられているミラー８は、光ファイバ１２ｂ，１２ｃの先端面に対向し、固定ミラー１４の内側に位置するＶ字型である。電磁アクチュエータ９は、ここでは省略するが、図８の紙面に対して裏側に配置されている。
可動部３は、電磁アクチュエータ９を駆動させることにより、図８の紙面に垂直な方向に移動可能であり、光ファイバ１２ｂ，１２ｃの先端面と固定ミラー１４との間にミラー８が進入した状態と、これらの間からミラーが脱出した状態とをとり得るものである。また、可動部３には、図示しないが、磁性体５およびホール素子４が設けられている。
【００３４】
この光スイッチにおいて、可動部３が初期位置にあってミラー８が光ファイバ１２ｂ，１２ｃの先端面と固定ミラー１４との間に進入した状態では、このミラー８と固定ミラー１４とによって、出射側の光ファイバ１２ｂからの光が反射されて入射側の光ファイバ１２ｄに導かれ、出射側の光ファイバ１２ａからの光が反射されて入射側の光ファイバ１２ｃに導かれる。この状態を初期状態とする。一方、電磁アクチュエータ９が駆動されて可動部３が移動し、ミラー８が光ファイバ１２ｂ，１２ｃの先端面と固定ミラー１４の間から脱出した状態では、固定ミラー１４によって、出射側の光ファイバ１２ａからの光が反射されて入射側の光ファイバ１２ｄに導かれ、出射側の光ファイバ１２ｂからの光が反射されて入射側の光ファイバ１２ｃに導かれる。この状態を切替状態とする。
【００３５】
そして、前記したように、ホール素子４および検知回路によって、ホール素子４が電磁アクチュエータ９に近接しているか否か、すなわちホール素子４が電磁アクチュエータ９の磁束Ｍの影響を受けて電位差が発生しているか否かを検知することによって、この光スイッチが初期状態にあるか切替状態にあるかを知ることができる。
【００３６】
なお、同様な構成の光スイッチにおいて、前記した説明の初期状態と切替状態とを入れ替えて、可動部３が移動していないときにミラー８が光ファイバ１２ｂ，１２ｃの先端面と固定ミラー１４との間から脱出し、可動部３が移動したときにミラー８が光ファイバ１２ｂ，１２ｃの先端面と固定ミラー１４との間に進入する構成にすることも可能である。
【００３７】
図９に示す光スイッチは、複数の光ファイバ１６ａ，１６ｂが固定された基板１７ａ，１７ｂが、各光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面同士が互いに対向するように固定され、両基板１７ａ，１７ｂの間に可動部３が配置されている。可動部３は図９の上下方向に移動可能であり、この可動部３に設けられている遮光部材１８が、光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面同士の間に進入可能である。
【００３８】
この光スイッチにおいて、可動部３が初期位置にあって遮光部材１８が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面同士の間に進入していない状態では、各光ファイバ１６ａ，１６ｂ間の光の伝達が行われる。しかし、電磁アクチュエータ９が駆動されて可動部３が移動し、遮光部材１８が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面同士の間に進入すると、各光ファイバ１６ａ，１６ｂ間の光の伝達が遮断される。
【００３９】
そして、前記したように、ホール素子４および検知回路によって、ホール素子４が電磁アクチュエータ９に近接しているか否か、すなわちホール素子４が電磁アクチュエータ９の磁束Ｍの影響を受けて電位差が発生しているか否かを検知することによって、この光スイッチが光の伝達状態にあるか遮断状態にあるかを知ることができる。
【００４０】
なお、同様な構成の光スイッチにおいて、前記した説明の光の伝達状態と遮断状態とを入れ替えて、可動部３が移動していないときに遮光部材１８が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面間に進入し、可動部３が移動したときに遮光部材１８が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面間から脱出する構成にすることも可能である。
【００４１】
図１０に示す光フィルタは、図９に示す光スイッチの遮光部材１８に代えて、特定の波長の光のみを透過するフィルタ基板１９を可動部３に設けた構成である。
【００４２】
この光フィルタにおいて、可動部３が初期位置にあってフィルタ基板１９が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面同士の間に進入していない状態では、各光ファイバ１６ａと１６ｂの間を光がそのまま伝達される。しかし、電磁アクチュエータ９が駆動されて可動部３が移動し、フィルタ基板１９が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面同士の間に進入すると、各光ファイバ１６ａと１６ｂの間を特定の波長の光のみが伝達される。
【００４３】
そして、前記したように、ホール素子４および検知回路によって、ホール素子４が電磁アクチュエータ９に近接しているか否か、すなわちホール素子４が電磁アクチュエータ９の磁束Ｍの影響を受けて電位差が発生しているか否かを検知することによって、この光フィルタが、光をそのまま伝達する状態にあるか、特定の光のみを伝達する状態にあるかを知ることができる。
【００４４】
なお、同様な構成の光フィルタにおいて、可動部３が移動していないときにフィルタ基板１９が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面間に進入し、可動部３が移動したときにフィルタ基板１９が光ファイバ１６ａ，１６ｂの先端面間から脱出する構成にすることも可能である。
【００４５】
以上の光デバイスの３つの例（光スイッチおよび光フィルタ）に限らず、本発明は、様々な構成の光デバイスに応用することができる。また、前記の説明は、第１の実施形態と同様に電磁アクチュエータ９を用いた位置検知構造を光デバイスに採用した例に関するものであるが、第２の実施形態のように、他のアクチュエータ１１と永久磁石１０を有する位置検知構造を光デバイスに採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態の可動部の位置検知構造の初期状態を示す模式的断面図である。
【図２】図１に示す位置検知構造の切替状態を示す模式的断面図である。
【図３】図１に示す位置検知構造の模式的平面図である。
【図４】図１に示す位置検知構造の変形例の切替状態を示す模式的断面図である。
【図５】図１に示す位置検知構造の他の変形例の切替状態を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の可動部の位置検知構造の初期状態を示す模式的断面図である。
【図７】図６に示す位置検知構造の切替状態を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の光スイッチの第１の例を示す模式的平面図である。
【図９】本発明の光スイッチの第２の例を示す模式的平面図である。
【図１０】本発明の光フィルタの例を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    固定部
２      梁部
３      可動部
４      ホール素子（磁気センサ）
５      磁性体
５ａ    磁気漏れ用穴部
６      導通線
７      電極
８      ミラー
９      電磁アクチュエータ（磁気発生源）
９ａ    切欠部
１０    永久磁石
１１    アクチュエータ
１２ａ〜１２ｄ，１６ａ，１６ｂ      光ファイバ
１３，１７ａ，１７ｂ    基板
１４    固定ミラー
１５    固定基板
１５ａ  切欠部
１８    遮光部材
１９    フィルタ基板
２０    シリコン基板
Ｍ      磁束
【図１】
2006153641.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006153641.tif 000008
【図７】
2006153641.tif 000009
【図８】
2006153641.tif 000010
【図９】
2006153641.tif 000011
【図１０】
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