(57)【要約】【課題】傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置を提供する。【解決手段】光スイッチ装置本体１０２は、傾斜可能な可動板を有する可動板基板１１０と、可動板基板１１０に略平行に配置される受光素子基板１３０と、可動板基板１１０と受光素子基板１３０を支持する支持基板１５０と、面光源１７０とを有している。可動板１１４は、光ビームを反射する反射面１２２と、その反対側に設けられた反射面１２４と、反射面１２４の両側を延びる駆動コイル１２６とを有している。受光素子基板１３０は、面光源１７０からの光を通す貫通孔１３２と、貫通孔１３２の周囲に位置する複数の受光素子１３４を有している。受光素子１３４は入射した光ビームの強度に対応した信号を出力する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置であり、
複数の開口部を有する第一の基板であり、更に、各開口部の内側に位置する可動板と、各可動板を傾斜可能に第一の基板に連結している弾性部材とを有する第一の基板と、
可動板を傾斜させる駆動手段とを有しており、さらに、
可動板に設けられた反射面と、
少なくとも一つの光源と、
光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段と、
可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段とを備えている、アクチュエーターアレイ装置。
【請求項２】
第一の基板に略平行に配置された第二の基板を更に有し、光源は第一の基板に向かう光を発する面光源であり、第二の基板は第一の基板と面光源の間に位置し、第二の基板は複数の貫通孔を有し、貫通孔は可動板の反射面に対応した位置にあり、第二の基板の貫通孔は、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している、請求項１に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項３】
貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は各貫通孔の周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している、請求項２に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項４】
貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に対して傾斜しており、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している、請求項２に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項５】
第一の基板に略平行に配置された第二の基板と、光源から発せられた光を複数に分岐させる分岐装置と、分岐装置で分岐された光を可動板の近くまで案内する光ファイバとを更に有し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は複数の貫通孔を有し、貫通孔は可動板の反射面に対応した位置にあり、光ファイバは第二の基板の貫通孔を通して可動板の反射面に向けて光を射出し、第二の基板の貫通孔は、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している、請求項１に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項６】
貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、第二の基板は各貫通孔の周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している、請求項５に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項７】
第一の基板に略平行に配置された第二の基板と、光源から発せられた光を複数に分岐させる分岐装置を更に有し、第二の基板は、分岐装置で分岐された光を可動板の近くまで案内する導波路と、導波路から射出される光ビームを可動板の反射面に方向付ける固定ミラーとを有しており、導波路と固定ミラーは、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している、請求項１に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項８】
固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は固定ミラーの周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している、請求項７に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項９】
固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に斜めに入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している、請求項７に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項１０】
固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に斜めに入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に対して傾斜しており、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している、請求項７に記載のアクチュエーターアレイ装置。
【請求項１１】
受光素子への不所望な光の入射を防止する光学フィルターを更に備えている、請求項３と請求項４と請求項６と請求項８〜請求項１０のいずれかひとつに記載のアクチュエーターアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜可能な可動板を有するアクチュエーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信回線の光路切り替えに使用する素子としてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）光スイッチ素子が有望視されている。
【０００３】
Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００２  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｐ２１７４−Ｐ２１８３は、ＭＥＭＳ光スイッチ素子のひとつを開示している。図１５は、そのＭＥＭＳ光スイッチ素子の一部を破断して示す斜視図、図１６は、図１５のＥ−Ｆ線に沿ったＭＥＭＳ光スイッチ素子の断面図である。図１７は、図１５のＭＥＭＳ光スイッチ素子の分解斜視図である。
【０００４】
このＭＥＭＳ光スイッチ素子は、支持枠５１２と、可動板５１４と、支持リング５１６と、可動板５１４を支持リング５１６に連結するばね５１８と、支持リング５１６を支持枠５１２に連結するばね５２０と、可動板５１４の一方の面に形成された反射面５３２と、反射面５３２の反対側の可動板５１４の面に形成された駆動コイル５３４と、駆動コイル５３４に対向して配置された発振コイル５３６とから構成されている。
【０００５】
ばね５１８は、可動板５１４を、支持リング５１６に対して回転軸５２２の回りに傾斜可動に支持しており、ばね５２０は、支持リング５１６を、支持枠５１２に対して回転軸５２２に垂直な回転軸５２４の回りに傾斜可能に支持している。図１７に示されるように、駆動コイル５３４と発振コイル５３６は共に四つのコイルから成り、それらは回転軸５２２と回転軸５２４の各々に対して対称的に配置されている。
【０００６】
このＭＥＭＳ光スイッチ素子の下側の空間には永久磁石５４０が設置される。永久磁石５４０は、可動板５１４を横切る磁場５４２を形成する。この磁場５４２と駆動コイル５３４を流れる電流との相互作用により、可動板５１４に形成されている反射面５３２を所望の方向に向けることができる。
【０００７】
駆動コイル５３４は、発振コイル５３６と共働して、可動板５１４の傾斜角度の検出素子を構成している。図１８は、この検出素子の動作原理を説明する図である。
【０００８】
図１８において、発振コイル５３６に交流電流を流すと、相互誘導により駆動コイル５３４の両端に電位差が生ずる。この電位差Ｖｄは下式で与えられる。
【０００９】
【数１】
2004294970.tif 000003
【００１０】
ここで、Ｌは発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間の相互インダクタンス、Ｉは発振コイル５３６を流れる電流、ｔは時間である。
【００１１】
発振コイル５３６と駆動コイル５３４が共に半径Ｒ、巻き数１の円形コイルの場合、発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間隔をａ、透磁率をμとすると、Ｌは次式で与えられる。
【００１２】
【数２】
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【００１３】
従って、（１）式と（２）式より、Ｖｄの値から発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間隔ａの値をリアルタイムに計算することができる。
【００１４】
このようにして求めたコイルの間隔ａを、回転軸５２２と回転軸５２４の各々に対して対称的に配置された四つの駆動コイル５３４と発振コイル５３６の各組に対して求め、それらを比較することにより、可動板５１４の傾斜角度を知ることができる。
【００１５】
このようにして検出された可動板５１４の傾斜角度の測定値が目標とする値に近づくように、駆動コイル５３４に流す電流の値をフィードバック制御することにより、可動板５１４の傾斜角度が制御される。
【００１６】
【非特許文献１】
Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００２  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｐ２１７４−Ｐ２１８３
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示したＭＥＭＳ光スイッチ素子によって光スイッチ装置を構成する場合、一般に光の入出力ポートの個数がある程度大きくなければ、コストの面で十分なメリットが発揮できない。また、システムのサイズがなるべく小さくなるように光学系を設計する場合、送受光用の光ファイバーアレイの端面と、ＭＥＭＳ光スイッチ素子の距離をなるべく近くなるように配置する必要がある。これらの要件を満たすには、可動板５１４の最大偏向角がなるべく大きくなるように、素子を設計しなければならない。
【００１８】
可動板の最大偏向角が大きくなるように素子を設計するには、可動板５１４が偏向した際に、可動板５１４の端部が発振コイル５３６の形成されている基板に衝突しないよう、これらのコイルの間隔を大きく設定する必要がある。しかしながら、図１８に示した可動板の傾斜角度の検出素子においては、（１）式と（２）式から明らかなように、Ｖｄすなわち検出信号の大きさは、発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間隔が大きいほど小さい値になる。このため、このような設計を採用した場合、十分な角度検出信号の強度を確保することは難しい。
【００１９】
本発明は、これらの観点に着目して成されたものであり、その目的は、大きく傾斜可能な可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーター装置を提供することである。特に、光スイッチ装置に好適に適用される、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、傾斜可能な複数の可動板を有するアクチュエーターアレイ装置に向けられており、以下の各項に列記するアクチュエーターアレイ装置を含んでいる。
【００２１】
１．本発明のアクチュエーターアレイ装置は、複数の開口部を有する第一の基板であり、更に、各開口部の内側に位置する可動板と、各可動板を傾斜可能に第一の基板に連結している弾性部材とを有する第一の基板と、可動板を傾斜させる駆動手段とを有しており、さらに、可動板に設けられた反射面と、少なくとも一つの光源と、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段と、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段とを備えている。
【００２２】
このアクチュエーターアレイ装置は、図３と図８と図１０と図１１と図１３と図１４に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の反射面に照射された光ビームは、可動板の傾斜により決まる方向に反射される。可動板の傾斜は、傾斜検出手段により、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて検出される。
【００２３】
２．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第１項のアクチュエーターアレイ装置において、第一の基板に略平行に配置された第二の基板を更に有し、光源は第一の基板に向かう光を発する面光源であり、第二の基板は第一の基板と面光源の間に位置し、第二の基板は複数の貫通孔を有し、貫通孔は可動板の反射面に対応した位置にあり、第二の基板の貫通孔は、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００２４】
このアクチュエーターアレイ装置は、図３と図１４に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の反射面に照射される光ビームは、第二の基板の貫通孔によって、面光源から発せられた光から形成される。面光源は発光面全体から光を発するため、可動板に対して光源を位置合わせする必要がない。また、面光源と可動板の間に光ファイバー等の光学部品が不要なため、素子の小型化が容易に実現される。
【００２５】
３．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第２項のアクチュエーターアレイ装置において、貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は各貫通孔の周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００２６】
このアクチュエーターアレイ装置は、図３に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の傾斜は、貫通孔の周囲に位置する、入射光ビームの強度に対応した信号を出力する複数の受光素子によって検出される。
【００２７】
４．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第２項のアクチュエーターアレイ装置において、貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に対して傾斜しており、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００２８】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１４に示される構成に対応しており、可動板の反射面の一つの実施態様を提供する。
【００２９】
５．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第１項のアクチュエーターアレイ装置において、第一の基板に略平行に配置された第二の基板と、光源から発せられた光を複数に分岐させる分岐装置と、分岐装置で分岐された光を可動板の近くまで案内する光ファイバとを更に有し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は複数の貫通孔を有し、貫通孔は可動板の反射面に対応した位置にあり、光ファイバは第二の基板の貫通孔を通して可動板の反射面に向けて光を射出し、第二の基板の貫通孔は、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００３０】
このアクチュエーターアレイ装置は、図８に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、第二の基板の貫通孔には、分岐装置を介して光源からの光が導入される。
【００３１】
６．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第５項のアクチュエーターアレイ装置において、貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、第二の基板は各貫通孔の周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００３２】
このアクチュエーターアレイ装置は、図８に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の傾斜は、貫通孔の周囲に位置する、入射光ビームの強度に対応した信号を出力する複数の受光素子によって検出される。
【００３３】
７．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第１項のアクチュエーターアレイ装置において、第一の基板に略平行に配置された第二の基板と、光源から発せられた光を複数に分岐させる分岐装置を更に有し、第二の基板は、分岐装置で分岐された光を可動板の近くまで案内する導波路と、導波路から射出される光ビームを可動板の反射面に方向付ける固定ミラーとを有しており、導波路と固定ミラーは、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００３４】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１０と図１１と図１３に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の反射面に照射される光ビームは、導波路と固定ミラーによって、光源から発せられた光から形成される。
【００３５】
８．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第７項のアクチュエーターアレイ装置において、固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は各固定ミラーの周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００３６】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１０に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、固定ミラーの周囲に位置する、入射光ビームの強度に対応した信号を出力する複数の受光素子によって検出される。
【００３７】
９．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第７項のアクチュエーターアレイ装置において、固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に斜めに入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００３８】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１１に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の傾斜は、光ビームの入射位置に対応した信号を出力する受光素子によって検出される。
【００３９】
１０．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第７項のアクチュエーターアレイ装置において、固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に斜めに入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に対して傾斜しており、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００４０】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１３に示される構成に対応しており、可動板の反射面の一つの実施態様を提供する。
【００４１】
１１．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第３項と第４項と第６項と第８項〜第１０項のいずれかひとつのアクチュエーターアレイ装置において、受光素子への不所望な光の入射を防止する光学フィルターを更に備えている。
【００４２】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１１に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、迷光等の不所望な光が低減されるため、ＳＮ比が向上する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００４４】
第一実施形態
本発明の第一実施形態は、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置を利用した光スイッチ装置に向けられている。図１は第一実施形態の光スイッチ装置本体の分解斜視図、図２は第一実施形態の光スイッチ装置の斜視図、図３は図２のＡ−Ｂ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図、図４は光スイッチ装置の一つのスイッチ素子に対応する一つの可動板の周辺部の拡大斜視図である。
【００４５】
図１と図２に示されるように、光スイッチ装置１００は、光スイッチ装置本体１０２と、その両側に配置される一対の永久磁石１０４とを有している。光スイッチ装置本体１０２は、アレイ状に配列された複数の光スイッチ素子を有しており、一つの光スイッチ素子は光ビームの方向を変える一つの可動板を含んでいる。
【００４６】
光スイッチ装置本体１０２は、複数の可動板を有する可動板基板（第一の基板）１１０と、可動板基板１１０に略平行に配置される受光素子基板（第二の基板）１３０と、可動板基板１１０と受光素子基板１３０を支持する支持基板１５０と、面光源１７０とを有している。
【００４７】
面光源１７０は、特にこれに限定されないが、例えばＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子から構成される。支持基板１５０は、光スイッチ装置本体１０２のパッケージを兼ねている。
【００４８】
可動板基板１１０は、複数の矩形の開口部１１２を有しており、図４に示されるように、各開口部１１２の内側に位置する矩形の可動板１１４と、各可動板１１４を傾斜可能に可動板基板１１０（つまり開口部１１２の周辺部１１８）に連結している四組の弾性部材１１６とを有している。各組の弾性部材１１６は、矩形の可動板１１４の各辺と矩形の開口部１１２の各辺の間に延びている。
【００４９】
弾性部材１１６は、柔軟さを得るために、メッシュ構造を有している。本明細書において、メッシュ構造は、図４に示されるように、メッシュの要素構造が縦横に複数並んでいる構造の他に、図５に示されるように、メッシュの要素構造が一列だけ並んでいる構造も含んでいる。弾性部材１１６は、必要な柔軟さを有していればよく、必ずしもメッシュ構造を有している必要はない。
【００５０】
図１に示されるように、受光素子基板１３０は複数の開口部１３６を有し、支持基板１５０は複数のスペーサー１５４を有し、支持基板１５０のスペーサー１５４と受光素子基板１３０の開口部１３６は対応した位置に設けられている。これにより、図３に示されるように、支持基板１５０は、スペーサー１５４が開口部１３６を通り、受光素子基板１３０と面で接触して、受光素子基板１３０を支持する。また、支持基板１５０のスペーサー１５４は、受光素子基板１３０の開口部１３６を通り、可動板基板１１０と接触して、可動板基板１１０を支持する。
【００５１】
図３に示されるように、可動板１１４は、光ビームを反射する反射面１２２と、その反対側に設けられた反射面１２４と、反射面１２４の両側を延びる駆動コイル１２６とを有している。駆動コイル１２６は、図示されていないが、弾性部材１１６の内部を通る配線を介して、給電パッド１２８と電気的に接続されている。給電パッド１２８は、支持基板１５０のスペーサー１５４の上端面に設けられた端子１５６と電気的に接続されている。端子１５６は、図示されていないが、スペーサー１５４の内部を通る配線を介して、外部に設けられた電源装置と電気的に接続される。
【００５２】
これにより、駆動コイル１２６には電源装置から適宜電流が供給される。駆動コイル１２６を流れる電流は永久磁石１０４が作り出す磁場と相互作用してローレンツ力を発生させる。可動板１１４はローレンツ力に従って傾斜し始め、傾斜はローレンツ力と弾性部材１１６の復元力とが釣り合う位置で止まる。つまり、駆動コイル１２６と永久磁石１０４は、可動板１１４を傾斜させる駆動手段を構成している。
【００５３】
可動板１１４の駆動コイル１２６は、永久磁石１０４が作り出す磁場の方向に対して斜めに横切って延びる二種類のコイルを含んでおり、二種類のコイルの各々に流れる電流は、電流が流れるコイルに略平行な軸の回りに可動板１１４を傾斜させる。従って、可動板１１４は、二本の軸の回りに、すなわち任意の方向に傾斜し得る。
【００５４】
図１に示されるように、受光素子基板１３０は、可動板基板１１０と面光源１７０の間に位置し、複数の貫通孔１３２を有している。貫通孔１３２は、例えばピンホールであり、可動板１１４の反射面１２４に対応した位置にある。支持基板１５０は複数の開口部１５２を有し、開口部１５２は貫通孔１３２に対応した位置にある。
【００５５】
図３に示されるように、可動板１１４と受光素子基板１３０と支持基板１５０は相互に位置決めされており、可動板１１４の反射面１２４と受光素子基板１３０の貫通孔１３２と支持基板１５０の開口部１５２は整列している。
【００５６】
面光源１７０から発せられた可動板基板１１０に向かう光は、支持基板１５０の開口部１５２を通って、受光素子基板１３０の貫通孔１３２に向かう。貫通孔１３２からは、比較的方向の揃った光が、可動板１１４の反射面１２４に向けて射出される。つまり、受光素子基板１３０の貫通孔１３２は、面光源１７０から発せられた光から光ビームを形成して可動板１１４の反射面１２４に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００５７】
可動板１１４に設けられた反射面１２４は可動板１１４の面に平行である。従って、受光素子基板１３０の貫通孔１３２から射出された光ビームは、放射状に均等に広がりながら、非傾斜時の可動板１１４の反射面１２４に光ビームの中心が略垂直に入射する。また、非傾斜時の可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームは、放射状に均等に広がりながら、受光素子基板１３０に入射する。
【００５８】
受光素子基板１３０は、図１に示されるように、貫通孔１３２の周囲に位置する複数の受光素子、例えば四つの受光素子１３４を有している。受光素子１３４は、入射した光ビームの強度に対応した信号を出力する。受光素子１３４は、特にこれに限定されないが、例えばフォトダイオードで構成される。
【００５９】
図６と図７に示されるように、可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームは、受光素子基板１３０上にビームスポットＢＳを形成する。ビームスポットＢＳの位置は、可動板１１４の傾斜角度と傾斜方向に応じて変化する。すなわち、ビームスポットＢＳは可動板１１４の傾斜方向に対応した方向に移動し、その移動距離は可動板１１４の傾斜角度に対応している。
【００６０】
例えば、非傾斜時の可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームが形成するビームスポットＢＳは、図６に示されるように、四つの受光素子１３４に均等にかかる。また、傾斜した可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームが形成するビームスポットＢＳは、図７に示されるように、四つの受光素子１３４に不均等にかかる。従って、四つの受光素子１３４の出力、すなわちそれらに入射する光の強度の比を調べることにより、可動板１１４の傾斜方向と傾斜角度が求められる。
【００６１】
つまり、貫通孔１３２の周囲に位置する四つの受光素子１３４は、可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームに基づいて、可動板１１４の傾斜（傾斜方向と傾斜角度）を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００６２】
光スイッチ装置１００においては、駆動コイル１２６に流れる電流（その方向と大きさ）を変えることにより、可動板１１４の傾斜を制御し、可動板１１４の反射面１２２で反射される光ビームの方向を制御する。このような光ビームの方向の制御は、可動板１１４の反射面１２２で反射された光ビームの光学的接続先の切り替えに利用される。
【００６３】
可動板１１４は反射面１２２の反対側に別の反射面１２４を有しており、反射面１２４には受光素子基板１３０の貫通孔１３２から光ビームが常時照射される。可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームは、受光素子基板１３０上にビームスポットＢＳを形成する。このビームスポットＢＳは、可動板１１４の傾斜に応じて、受光素子基板１３０上を移動する。ビームスポットＢＳの移動方向と移動距離は、可動板１１４の傾斜の方向と角度に対応している。
【００６４】
ビームスポットＢＳの移動方向と移動距離は、四つの受光素子１３４の出力から求められる。例えば、適当な二つの受光素子１３４の出力の差を調べることにより、ビームスポットＢＳの移動方向と移動距離を求めることができる。これにより、可動板１１４の傾斜の方向と角度が分かる。
【００６５】
本実施形態の光スイッチ装置１００においては、可動板１１４の傾斜は、例えばフォトダイオードから成る受光素子１３４の出力に基づいて検出される。フォトダイオードの出力は、十分に大きい信号強度を有するため、高性能なアンプ等の回路を必要としない。また、面光源１７０から発せられる光の強度変化は、傾斜の検出に影響しないため、光源の安定化回路等を必要としない。従って、光スイッチ装置１００は、可動板１１４の傾斜を簡単な回路で高精度に検出できる。また、傾斜検出機構が、可動板基板１１０と支持基板１５０の間の狭い空間内にコンパクトに実装されている。
【００６６】
本実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形や変更が施されてもよい。
【００６７】
例えば、面光源１７０は、ＥＬ素子で構成されているが、蛍光パネルや発光ダイオードアレイ、半導体レーザーアレイ等で構成されてもよい。
【００６８】
また、ビームスポットＢＳの大きさの最適化を図るために、面光源１７０と可動板基板１１０の間の空間にレンズが設けられてもよい。可動板１１４の反射面１２４が、平坦ではなく、凹面または凸面またはそれらを組み合わせた曲面であってもよい。
【００６９】
傾斜検出手段は、四つのフォトダイオードで構成されているが、その個数はこれに限定されず、それよりも多くてもよい。また、フォトダイオードの代わりにフォトトランジスタが使用されてもよい。また、エリアセンサーやＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−ｄｅｖｉｃｅ）が使用されてもよい。可動板１１４が一軸回りに傾斜する場合は、傾斜検出手段は、位置直線上に配置された二つ以上のフォトダイオードあるいはフォトトランジスタで構成されてもよい。
【００７０】
迷光等の不所望な光を低減するために、受光素子１３４への不所望な光の入射を防止する光学フィルターを更に有していてもよい。すなわち、受光素子１３４が迷光防止用の光学フィルターで覆われていてもよい。
【００７１】
受光素子基板１３０に形成された貫通孔１３２により、可動板１１４の反射面１２４に照射される光ビームを形成しているが、支持基板１５０の開口部１５２をピンホールとしてこれにより光ビームを作り出してもよい。
【００７２】
受光素子基板１３０に、フォトダイオードからの電気信号の増幅回路や四つのフォトダイオードの差信号を求める処理回路などが形成されてもよい。
【００７３】
図８は本実施形態の一変形例を示している。図８は本変形例の光スイッチ装置本体の構成を概略的に示している。図８において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体１０２Ａは、図８に示されるように、面光源１７０の代わりに、光源１７２と、光源１７２から発せられる光を複数に分岐させる分岐装置１７４と、分岐装置１７４で分岐された光を可動板１１４の近くまで案内する光ファイバ１７６とを有している。光ファイバ１７６から射出された光は、受光素子基板１３０の貫通孔１３２を通って、可動板１１４の反射面に向けて射出される。
【００７４】
図９と図１０は本実施形態の別の変形例を示している。図９は本変形例の光スイッチ装置本体の分解斜視図、図１０は図９のＣ−Ｄ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図である。図９と図１０において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体１０２Ｂは、図９と図１０に示されるように、光源１７２と、光源１７２から発せられる光を複数に分岐させる分岐装置１７４と、分岐装置１７４で分岐された光を可動板１１４の近くまで案内する導波路１８２と、導波路１８２から射出される光ビームを可動板１１４の反射面１２４に方向付ける固定ミラー１８４とを有している。導波路１８２は途中で分岐しており、その部分に光を分岐するビームスプリッター１８６を有している。四つの受光素子１３４は、固定ミラー１８４の周囲に位置している。本変形例の光スイッチ装置においては、導波路１８２と固定ミラー１８４は、光源１７２から発せられた光から光ビームを形成して可動板１１４の反射面１２４に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００７５】
本実施形態において、可動板１１４を傾斜させる駆動手段は、永久磁石１０４と駆動コイル１２６とで構成された電磁駆動方式のものであるが、これに限定されず、圧電駆動法や静電駆動法など、他の駆動方式であってもよい。
【００７６】
アクチュエーターアレイ装置が光スイッチ装置に適用された例を示したが、アクチュエーターアレイ装置は他の装置に適用されてもよい。例えば、可動板１１４に光ビームの方向を制御する反射面１２２を設けて光スイッチ装置を構成する代わりに、可動板１１４に発光素子や電磁波の受信アンテナ等の素子を設けて他の装置を構成してもよい。このように構成された装置においても、本実施形態と全く同様にして、可動板の傾斜を検出できる。
【００７７】
第二実施形態
本発明の第二実施形態は、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置を利用した光スイッチ装置に向けられている。図１１は第二実施形態の光スイッチ装置本体の断面図である。図１２は図１１の光スイッチ装置本体における光ビームの経路を示している。
【００７８】
図１１に示されるように、光スイッチ装置本体２０２は、可動板基板（第一の基板）２１０と、可動板基板２１０に略平行に配置される支持基板（第二の基板）２４０とを有している。可動板基板２１０と支持基板２４０は、スペーサー２５２によって間隔を置いて連結されている。支持基板２４０は、光スイッチ装置本体２０２のパッケージも兼ねている。
【００７９】
可動板基板２１０は、第一実施形態の可動板基板１１０と同様な構造体であり、可動板基板１１０の部材の参照符号と末尾二桁が一致する参照符号で示された部材は同様の部材である。
【００８０】
可動板基板２１０は、図１２に示されるように、開口部の内側に位置する矩形の可動板２１４と、可動板２１４を傾斜可能に可動板基板２１０（つまり開口部の周辺部２１８）に連結している四組の弾性部材２１６とを有している。図１１に示されるように、可動板２１４は、光ビームを反射する反射面２２２と、その反対側に設けられた反射面２２４と、反射面２２４の両側を延びる駆動コイル２２６とを有している。
【００８１】
駆動コイル２２６は、図示されていないが、弾性部材２１６の内部を通る配線を介して、給電パッド２２８と電気的に接続されている。給電パッド２２８は、支持基板２４０のスペーサー２５２の上端面に設けられた端子２５４と電気的に接続されている。端子２５４は、図示されていないが、スペーサー２５２の内部を通る配線を介して、外部に設けられた電源装置と電気的に接続される。
【００８２】
図１１に示されるように、支持基板２４０は、光を可動板２１４の近くまで案内する導波路２４２と、導波路２４２から射出される光ビームを可動板２１４の反射面２２４に方向付ける固定ミラー２４６とを有している。導波路２４２には、第一実施形態の変形例と同様に、光源から発せられ分岐装置で分岐された光が導入される。従って、導波路２４２と固定ミラー２４６は、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００８３】
固定ミラー２４６からの光ビームは、非傾斜時の可動板２１４の反射面２２４に斜めに入射する。可動板２１４に設けられた反射面２２４は可動板２１２の面に平行である。
【００８４】
さらに、支持基板２４０は、可動板２１４の反射面２２４で反射された光ビームを可動板基板２１０に向けて反射する反射面２４８を有している。また、可動板基板２１０は、支持基板２４０の反射面２４８で反射された光ビームを受ける受光素子２３２を有している。
【００８５】
受光素子２３２は、光ビームの入射位置に対応した信号を出力する。受光素子２３２は、特にこれに限定されないが、例えばエリアセンサーで構成される。つまり、受光素子２３２は、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００８６】
可動板基板２１０は、さらに、受光素子２３２を覆う光学フィルター２３４を有している。光学フィルター２３４は、使用する光すなわち導波路２４２に導入される光の波長と異なる波長の光を減衰させる。これにより、迷光などの不所望な光を低減する。
【００８７】
光スイッチ装置本体２０２を用いた光スイッチ装置においては、駆動コイル２２６に流れる電流（その方向と大きさ）を変えることにより、可動板２１４の傾斜を制御し、可動板２１４の反射面２２２で反射される光ビームの方向を制御する。このような光ビームの方向の制御は、可動板２１４の反射面２２２で反射された光ビームの光学的接続先の切り替えに利用される。
【００８８】
可動板２１４は反射面２２２の反対側に別の反射面２２４を有しており、反射面２２４には、導波路２４２から射出され固定ミラー２４６で反射された光ビームＬＢが常時照射される。可動板２１４の反射面２２４で反射された光ビームＬＢは、支持基板２４０の反射面２４８で反射され、可動板基板２１０の受光素子２３２に入射する。受光素子２３２に入射した光ビームは、その受光面上にビームスポットＢＳを形成する。このビームスポットＢＳは、可動板２１４の傾斜に応じて、受光素子２３２の受光面上を移動する。ビームスポットＢＳの位置は、可動板２１４の傾斜の方向と角度に対応している。
【００８９】
ビームスポットＢＳの位置は、受光素子２３２の出力から求められる。従って、可動板２１４の傾斜の方向と角度が、受光素子２３２の出力から分かる。
【００９０】
本実施形態の光スイッチ装置本体２０２を用いた光スイッチ装置においては、可動板２１４の傾斜は、例えばエリアセンサーから成る受光素子２３２の出力に基づいて検出される。エリアセンサーの出力は、十分に大きい信号強度を有するため、高性能なアンプ等の回路を必要としない。また、エリアセンサーに入射する光ビームの強度変化は、傾斜の検出に影響しないため、光源の安定化回路等を必要としない。従って、光スイッチ装置本体２０２を用いた光スイッチ装置は、可動板２１４の傾斜を簡単な回路で高精度に検出できる。また、光スイッチ装置本体２０２においては、傾斜検出機構が、可動板基板２１０と支持基板２４０の間の狭い空間内にコンパクトに実装されている。
【００９１】
本実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形や変更が施されてもよい。
【００９２】
傾斜検出手段は、エリアセンサーで構成される代わりに、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−ｄｅｖｉｃｅ）で構成されてもよい。
【００９３】
ビームスポットＢＳの大きさの最適化を図るために、導波路２４２から受光素子２３２に至る光路上にレンズが配置されてもよい。可動板２１４の反射面２２４は、平坦ではなく、凹面または凸面またはそれらを組み合わせた曲面であってもよい。
【００９４】
可動板基板２１０に、受光素子２３２からの電気信号の増幅回路や処理回路が形成されてもよい。
【００９５】
図１３は本実施形態の一変形例を示している。図１３は本変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。図１３において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体２０２Ａにおいては、図１３に示されるように、可動板２１４は反射面２２４の代わりに反射面２６２を有し、反射面２６２は可動板２１４の面に対して傾斜している。可動板２１４の反射面２６２で反射された光ビームは、反射面２４８で反射され、受光素子２３２に入射する。
【００９６】
図１４は本実施形態の別の変形例を示している。図１４は本変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。図１４において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体２０２Ｂは、面光源２８０と、可動板基板２１０と面光源２８０の間に位置する支持基板２７０を有している。支持基板２７０は面光源２８０を支持すると共に図示しないスペーサーを介して可動板基板２１０を支持する。支持基板２７０は、可動板２１４の反射面２６２に対応した位置に貫通孔２７２を有している。貫通孔２７２を通った光は可動板２１４の反射面２６２に照射される。つまり、貫通孔２７２は、面光源２８０から発せられた光から光ビームを形成して可動板２１４の反射面２６２に照射する光ビーム照射手段を構成している。可動板２１４の反射面２６２で反射された光ビームは、支持基板２７０に設けられた反射面２７４で反射され、受光素子２３２に入射する。
【００９７】
本実施形態において、可動板２１４を傾斜させる駆動手段は、永久磁石と駆動コイルとで構成された電磁駆動方式のものであるが、これに限定されず、圧電駆動法や静電駆動法など、他の駆動方式であってもよい。
【００９８】
アクチュエーターアレイ装置が光スイッチ装置に適用された例を示したが、アクチュエーターアレイ装置は他の装置に適用されてもよい。例えば、可動板２１４に光ビームの方向を制御する反射面２２２を設けて光スイッチ装置を構成する代わりに、可動板２１４に発光素子や電磁波の受信アンテナ等の素子を設けて他の装置を構成してもよい。このように構成された装置においても、本実施形態と全く同様にして、可動板の傾斜を検出できる。
【００９９】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、大きく傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を高精度に検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の光スイッチ装置本体の分解斜視図である。
【図２】第一実施形態の光スイッチ装置の斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ｂ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図である。
【図４】光スイッチ装置の一つのスイッチ素子に対応する一つの可動板の周辺部の拡大斜視図である。
【図５】図４とは異なるメッシュ構造の弾性部材を示す可動板の周辺部の拡大斜視図である。
【図６】非傾斜時の可動板の反射面で反射された光ビームが受光素子基板上に形成するビームスポットを示している。
【図７】傾斜した可動板の反射面で反射された光ビームが受光素子基板上に形成するビームスポットを示している。
【図８】第一実施形態の一変形例の光スイッチ装置本体の構成を概略的に示している。
【図９】第一実施形態の別の変形例の光スイッチ装置本体の分解斜視図である。
【図１０】図９のＣ−Ｄ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図である。
【図１１】第二実施形態の光スイッチ装置本体の断面図である。
【図１２】図１１の光スイッチ装置本体における光ビームの経路を示している。
【図１３】第二実施形態の一変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。
【図１４】第二実施形態の別の変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。
【図１５】従来例のＭＥＭＳ光スイッチ素子の一部を破断して示す斜視図である。
【図１６】図１５のＥ−Ｆ線に沿ったＭＥＭＳ光スイッチ素子の断面図である。
【図１７】図１５のＭＥＭＳ光スイッチ素子の分解斜視図である。
【図１８】図１５のＭＥＭＳ光スイッチ素子の可動板の傾斜角度の検出素子の動作原理を説明する図である。
【符号の説明】
１００…光スイッチ装置、１０２…光スイッチ装置本体、１０２Ａ…光スイッチ装置本体、１０２Ｂ…光スイッチ装置本体、１０４…永久磁石、１１０…可動板基板、１１２…開口部、１１４…可動板、１１６…弾性部材、１２２…反射面、１２４…反射面、１２６…駆動コイル、１３０…受光素子基板、１３２…貫通孔、１３４…受光素子、１３６…開口部、１５０…支持基板、１５２…開口部、１５４…スペーサー、１７０…面光源、１７２…光源、１７４…分岐装置、１７６…光ファイバ、１８２…導波路、１８４…固定ミラー、１８６…ビームスプリッター、２０２…光スイッチ装置本体、２０２Ａ…光スイッチ装置本体、２０２Ｂ…光スイッチ装置本体、２１０…可動板基板、２１４…可動板、２１６…弾性部材、２２２…反射面、２２４…反射面、２２６…駆動コイル、２３２…受光素子、２３４…光学フィルター、２４０…支持基板、２４２…導波路、２４６…固定ミラー、２４８…反射面、２５２…スペーサー、２６２…反射面、２７０…支持基板、２７２…貫通孔、２７４…反射面、２８０…面光源。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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