(57)【要約】【課題】少ない部品点数で構成し、省電力で動作するアクチュエータ及び可変光減衰器を提供する。【解決手段】基板に、薄肉構造のダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップを、少なくとも１つ以上ベース基板に固定し、該ヒーター用電極に電流を印加することにより、ダイヤフラムを変形させるダイヤフラム型アクチュエータに対向して、反射ミラーに光を出射する第一の光ファイバと、前記反射ミラーで反射された光を入射する第二の光ファイバと、光を像変換するレンズとを、前記ダイヤフラム型アクチュエータチップと同一数配置した可変光減衰器とする。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、薄肉構造のダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップを、ベース基板に少なくとも１つ以上固定したことを特徴とするダイヤフラム型アクチュエータ。
【請求項２】
１つの基板に、複数の薄肉構造のダイヤフラムを備え、それぞれのダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップをベース基板に固定したことを特徴とするダイヤフラム型アクチュエータ。
【請求項３】
ダイヤフラム型アクチュエータチップに形成したヒーター用電極に電流を印加することにより、ダイヤフラムを変形させることを特徴とする請求項１又は２記載のダイヤフラム型アクチュエータ。
【請求項４】
基板に、薄肉構造のダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップを、ベース基板に少なくとも１つ以上固定したダイヤフラム型アクチュエータに対向して、
反射ミラーに光を出射する第一の光ファイバと、
前記反射ミラーで反射された光を入射する第二の光ファイバと、
光を像変換するレンズとを、前記ダイヤフラム型アクチュエータチップと同一数配置したことを特徴とする可変光減衰器。
【請求項５】
１つの基板に、複数の薄肉構造のダイヤフラムを備え、該各ダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップをベース基板に固定したダイヤフラム型アクチュエータに対向して、
反射ミラーに光を出射する第一の光ファイバと、
前記反射ミラーで反射された光を入射する第二の光ファイバと、
光を像変換するレンズとを、前記ダイヤフラムと同一数配置したことを特徴とする可変光減衰器。
【請求項６】
光を出射する前記第一の光ファイバからの収束光束をレンズで平行光束に像変換し、該レンズから出射した平行光束を反射ミラーで前記レンズの方向に反射させ、前記反射ミラーからの反射光を前記レンズで収束光束に像変換し、前記レンズで像変換された収束光束を、前記第一の光ファイバのとなりに配置された第二の光ファイバに結合させる可変光減衰器において、前記ダイヤフラム型アクチュエータのダイヤフラム及び反射ミラーを変形させることにより、前記第二の光ファイバに結合される前記反射光の光量を調整することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の可変光減衰器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤフラム型アクチュエータ及び可変光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可変光減衰器は、光通信システムにおける光ファイバあるいは空間を伝搬する光に一定の減衰を与えるデバイスであり、近年普及しつつあるＷＤＭ光通信システム等に使用されている。
【０００３】
図１は従来技術による可変光減衰器の構成を示す断面図であり、（Ａ）は減衰量最小の状態、（Ｂ）は大きい減衰量を与える状態である。１は光を出射する第一の光ファイバ、２は出射した光を反射するミラー、３は反射した光が入射される第二の光ファイバ、４は出射した光をミラーに屈折集光する像変換レンズ（以下、単にレンズと言う）、５はミラー２を設置し光軸方向に直動移動する可動部材で、送りねじ（雌ねじ）５ａが加工されている。６はステップモーターで、その出力軸７には送りネジ（雄ねじ）７ａが加工されている。８はハウジング部材で、可動部材５の直動案内手段を兼ねている。９はミラー２とレンズ４との距離を示す。
【０００４】
次に図１を用いて可変光減衰器の動作を説明する。第一の光ファイバ１から出射した光はレンズ４で屈折してミラー２に到達する。ミラー２で全反射した光は再びレンズ４で屈折して第二の光ファイバ３に入射する。（Ａ）は反射光の光軸と第二の光ファイバ３の光軸が一致している状態で、減衰量が最小となっている。ここでステップモーター６を駆動させると出力軸７の送りねじ７ａから、ミラー２が設置されている可動部材５の送りねじ５ａに動力が伝わり、ハウジング部材８の直動案内手段に沿って可動部材５が直動移動し（Ｂ）の状態となる。これによりミラー２とレンズ４との距離９が変化し、レンズ４で屈折した出射光のミラー２での反射位置が変化し、第二の光ファイバ３の光軸と反射光の光軸がずれることで、第二の光ファイバ３に入射する光は減衰される。ステップモーター６の動作を制御することでレンズ４とミラー２との距離９が可変し、可変光減衰の目的が達成されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４２２３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の可変光減衰器は部品点数が多く、構造が複雑で、また駆動部においては精密な加工精度が必要なために大型で高価であるという問題点がある。
【０００７】
またステップモーターは消費電力が大きく、駆動制御するために大型の電気回路が必要であるという問題点もある。
【０００８】
本発明の目的はこのような問題点を解決し、新しい駆動原理に基づく超小型のダイヤフラム型アクチュエータ及びそれを用いた可変光減衰器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
基板に、薄肉構造のダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップを、少なくとも１つ以上ベース基板に固定し、該ヒーター用電極に電流を印加することにより、ダイヤフラムを変形させるダイヤフラム型アクチュエータとする。
【００１０】
１つの基板に、複数の薄肉構造のダイヤフラムを備え、それぞれのダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップをベース基板に固定し、該ヒーター用電極に電流を印加することにより、ダイヤフラムを変形させるダイヤフラム型アクチュエータとする。
【００１１】
基板に、薄肉構造のダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップを、少なくとも１つ以上ベース基板に固定し、該ヒーター用電極に電流を印加することにより、ダイヤフラムを変形させるダイヤフラム型アクチュエータに対向して、反射ミラーに光を出射する第一の光ファイバと、前記反射ミラーで反射された光を入射する第二の光ファイバと、光を像変換するレンズとを、前記ダイヤフラム型アクチュエータチップと同一数配置した可変光減衰器とする。
【００１２】
１つの基板に、複数の薄肉構造のダイヤフラムを備え、それぞれのダイヤフラムのいずれか一方の面にヒーター用電極、同一面又は反対面に反射ミラーを形成したダイヤフラム型アクチュエータチップをベース基板に固定し、該ヒーター用電極に電流を印加することにより、ダイヤフラムを変形させるダイヤフラム型アクチュエータに対向して、反射ミラーに光を出射する第一の光ファイバと、前記反射ミラーで反射された光を入射する第二の光ファイバと、光を像変換するレンズとを、前記ダイヤフラムと同一数配置した可変光減衰器とする。
【００１３】
光を出射する前記第一の光ファイバからの収束光束をレンズで平行光束に像変換し、該レンズから出射した平行光束を反射ミラーで前記レンズの方向に反射させ、前記反射ミラーからの反射光を前記レンズで収束光束に像変換し、前記レンズで像変換された収束光束を、前記第一の光ファイバのとなりに配置された第二の光ファイバに結合させ、前記ダイヤフラム型アクチュエータのダイヤフラム及び反射ミラーを変形させることにより、前記第二の光ファイバに結合される前記反射光の光量を調整する可変光減衰器とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２は本発明によるダイヤフラム型アクチュエータの第一実施形態を示す図で、（ａ）は構成斜視図、（ｂ）は断面図である。基板１１に、薄肉構造のダイヤフラム１２を備え、該ダイヤフラム１２上面の中央部に反射ミラー１４、反射ミラー１４の外周部にヒーター用電極（平面コイル）１３を形成したダイヤフラム型アクチュエータチップ１５を、ベース基板１６に配置固定する。前記ダイヤフラム型アクチュエータチップ１５の基板１１上には、ヒーター用電極１３と接続しているパターン１１ａが形成してある。パターン１１ａとベース基板１６上の配線パターン１６ａとはワイヤー１７により接続し、該配線パターン１６ａは、不図示であるが外部入力される接続部材（例えば、コネクター又は接続ピン）と接続している。
【００１５】
図３は本発明によるダイヤフラム型アクチュエータの第二実施形態を示す構成斜視図である。ベース基板２１に、４つの前記第一実施形態のダイヤフラム型アクチュエータチップ１５を配置固定してある。各々のダイヤフラム型アクチュエータチップ１５上に形成されたヒーター用電極１３と接続されるパターン１１ａは、ベース基板２１上の配線パターン２１ａとワイヤー２２により接続され、該配線パターン２１ａは、不図示であるが外部入力される接続部材（例えば、コネクター又は接続ピン）と接続している。第二の実施形態では、４つのダイヤフラム型アクチュエータチップ１５を１つのベース基板２１に配置しているが、この数に限定されるものではない。
【００１６】
図４は本発明によるダイヤフラム型アクチュエータの第三実施形態を示す図であり、（ａ）は構成斜視図、（ｂ）は断面図である。１つの基板３１に、第一実施形態で説明したものと同様のダイヤフラム３２、ヒーター用電極３３、反射ミラー３４、パターン３１ａで構成されるダイヤフラム型アクチュエータを４つ形成したダイヤフラム型アクチュエータチップ３５をベース基板３６に配置固定する。前記ダイヤフラム型アクチュエータチップ３５のパターン３１ａと、ベース基板３６上の配線パターン３６ａとはワイヤー３７により接続し、該配線パターン３６ａは不図示ではあるが外部入力される接続部材と接続している。また、第三実施形態では１つの基板３１に４つのダイヤフラム３２、ヒーター用電極３３、反射ミラー３４、パターン３１ａを備えたダイヤフラム型アクチュエータチップ３５として説明しているが、この数に限定されるものではない。
【００１７】
前記第一、第二及び第三実施形態で、ダイヤフラム型アクチュエータチップ１５、３５を形成している基板１１、３１は、典型的には、シリコン、ガラス、金属もしくは高分子材料から形成され、好ましくはシリコンから形成される。また、加熱用ヒーターは平面コイルで説明したが、加熱と加熱制御ができればよく、平面電極でも良い。
【００１８】
図５は前記本発明の第一、第二及び第三実施形態で説明したダイヤフラム型アクチュエータの動作を示す断面図であり、（ａ）は非動作時、（ｂ）は動作時である。外部から電流が接続部材（不図示）、配線パターン４６ａ、ワイヤー４７、パターン４１ａを介してヒーター用電極４３に印加される。薄肉構造のダイヤフラム４２上面に形成した前記ヒーター用電極４３に電流を印加すると、該ヒーター用電極４３より熱が発生し、該熱によるヒーター用電極４３の熱膨張応力により、ダイヤフラム４２を変形させることが可能となる。ダイヤフラム４２を元の状態に戻すには、単に外部からの電流を切断すればよく、変形量を制御するには、印加電流を調整することによって、ダイヤフラム４２の変形量を調整することが可能となる。
【００１９】
図６は本発明による光減衰器の第一実施形態を示す図であり、（ａ）は構成斜視図、（ｂ）は断面図である。図７は可変光減衰器の減衰状態を示す図であり、（ａ）は非減衰状態、（ｂ）は減衰状態である。前述したダイヤフラム型アクチュエータを利用したものであり、４つのダイヤフラム型アクチュエータチップ５１と、該ダイヤフラム型アクチュエータチップ５１と同一数の第一及び第二の光ファイバ５２、５３及びレンズ５４を備えている。各第一の光ファイバ５２から出射した収束光束５５は、各レンズ５４により平行光束５６に像変換される。平行光束５６はその後、各反射ミラー５７で反射し、再び各レンズ５４に戻り、像変換された後に収束光束５８となり、各第二の光ファイバ５３に結合する。
【００２０】
各ダイヤフラム型アクチュエータチップ５１に備えたダイヤフラム５９及び反射ミラー５７を変形させると、第一の光ファイバ５２から出射した収束光束５５は、レンズ５４より平行光束５６に像変換され、前記反射ミラー５７の変形により、平行光束５６はシフトもしくは拡散した状態で反射し、再びレンズ５４に戻り、シフトもしくは拡散した状態を維持したまま収束光束５８に像変換する。
【００２１】
それぞれの第一の光ファイバ５２及び第二の光ファイバ５３間の結合損失は光減衰量そのものであり、該結合損失は収束光束５８のシフトもしくは拡散量に比例し大きくなる。また、収束光束５８のシフトもしくは拡散量は、ダイヤフラム５９及び反射ミラー５７の変形量に比例するため、該変形量を制御することにより、第一の光ファイバ５２及び第二の光ファイバ５３間の結合損失を制御可能となり、可変光減衰器として機能する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の様にダイヤフラム型アクチュエータチップの構成部品の点数を少なくし、構造を単純化することで、安価なダイヤフラム型アクチュエータチップを提供することが可能となった。またそれを用いた可変光減衰器も安価に製造できる。
【００２３】
また、本発明は、小型のダイヤフラム型アクチュエータチップを１枚の基板に複数個配置することが可能であり、多チャンネルでありながら小型化された可変光減衰器が実現できている。
【００２４】
また、本発明の可変光減衰器はわずかな電流で動作し、かつ単純な制御であるため、省電力となるとともに、ステップモーターを駆動制御させるような大型の電気回路も必要としないものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による可変光減衰器の構成を示す断面図であり、（Ａ）は減衰量最小の状態、（Ｂ）は大きい減衰量を与える状態
【図２】本発明によるダイヤフラム型アクチュエータの第一実施形態を示す図で、（ａ）は構成斜視図、（ｂ）は断面図
【図３】本発明の第二実施形態を示すダイヤフラム型アクチュエータの構成斜視図
【図４】本発明によるダイヤフラム型アクチュエータの第三実施形態を示す図であり、（ａ）は構成斜視図、（ｂ）は断面図
【図５】本発明のダイヤフラム型アクチュエータの動作を示す断面図であり、（ａ）は非動作時、（ｂ）は動作時
【図６】本発明による光減衰器の第一実施形態を示す図であり、（ａ）は構成斜視図、（ｂ）は断面図
【図７】可変光減衰器の減衰状態を示す図であり、（ａ）は非減衰状態、（ｂ）は減衰状態
【符号の説明】
１    第一の光ファイバ
２    ミラー
３    第二の光ファイバ
４    レンズ
５    可動部材
５ａ  送りねじ
６    ステップモーター
７    出力軸
７ａ  送りねじ
８    ハウジング部材
９    距離
１１    基板
１１ａ  パターン
１２    ダイヤフラム
１３    ヒーター用電極
１４    反射ミラー
１５    ダイヤフラム型アクチュエータチップ
１６    ベース基板
１６ａ  配線パターン
１７    ワイヤー
２１    ベース基板
２１ａ  配線パターン
２２    ワイヤー
３１    基板
３１ａ  パターン
３２    ダイヤフラム
３３    ヒーター用電極
３４    反射ミラー
３５    ダイヤフラム型アクチュエータチップ
３６    ベース基板
３６ａ  配線パターン
３７    ワイヤー
４１ａ  パターン
４２    ダイヤフラム
４３    ヒーター用電極
４６ａ  配線パターン
４７    ワイヤー
５１    ダイヤフラム型アクチュエータチップ
５２    第一の光ファイバ
５３    第二の光ファイバ
５４    レンズ
５５    収束光束
５６    平行光束
５７    反射ミラー
５８    収束光束
５９    ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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