(57)【要約】    【課題】  簡単な構成で光制御を効率的に行う光制御器を提供する。    【解決手段】  ミラー部４で反射されて二点間を伝搬する光の反射方向又は光量の制御をする光制御器であって、前記ミラー部４を変形させる電熱体１２と、該電熱体１２を制御して所望の反射方向又は光量が得られるように、ミラー部４の変形量を制御する制御手段１４と、を備える構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部で反射されて二点間を伝搬する光の反射方向又は光量の制御をする光制御器であって、
前記ミラー部を変形させる変形付与手段と、
該変形付与手段を制御して所望の反射方向又は光量が得られるように、ミラー部の変形量を制御する制御手段と、
を備える構成としたことを特徴とする光制御器。
【請求項２】
前記ミラー部で反射されて伝搬される光の入射側に光量を検出する光量検出手段を備え、該光量検出手段の出力に基づいて前記制御手段で前記変形付与手段を制御する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の光制御器。
【請求項３】
前記ミラー部を互いに熱膨張係数の異なる少なくとも二種類の部材の積層体とし、前記変形付与手段を前記ミラー部を加熱して変形させる加熱手段としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光制御器。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記ミラー部に設けた電熱体であることを特徴とする請求項３に記載の光制御器。
【請求項５】
前記ミラー部は、固定部に梁部で支持する構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光制御器。
【請求項６】
前記ミラー部と、固定部と、梁部とを、半導体基板で一体的に形成したことを特徴とする請求項５に記載の光制御器。
【請求項７】
前記梁部を軸として前記ミラー部を回動する駆動手段を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の光制御器。
【請求項８】
前記駆動手段は、前記ミラー部の周縁部に沿って敷設した駆動コイルと、前記梁部の軸線に直交する方向の前記固定部の外側に前記可動部を間にして配置した静磁界発生手段とで構成したことを特徴とする請求項７に記載の光制御器。
【請求項９】
前記加熱手段が電熱体であるとき、該電熱体で前記駆動コイルを兼用する構成としたことを特徴とする請求項８記載の光制御器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二点間を伝搬する光の反射方向又は光量の制御をする光制御器に関し、特に、簡単な構成で光制御を効率的に行う光制御器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の光制御器で、特に可変光減衰器には、図６に示すように第１光ファイバ１から出射された収束光束８をレンズ３で平行光束５に像変換し、そのレンズ３から出射した平行光束５をミラー部４でレンズ３の方向に反射し、半導体基板をエッチングして形成するマイクロマシン１０の駆動部１１を駆動してミラー部４を同図中矢印Ａ方向に変位させ、これによりミラー部４で反射された平行光束５が矢印Ｂ方向に移動するのに伴って、反射光の収束光束６を矢印Ｃ方向に移動して第２光ファイバ２に入射する光の光量を調整し、伝搬される光に所定の減衰を与えるようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３１６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の光制御器としての可変光減衰器においては、ミラー部４を回動して反射光を変位させるようにしているので、ミラー部４の耐衝撃性をよくするためにミラー部４を支持する梁部を太く形成すれば、ミラー部４を回動するための駆動電流が多く必要となり、光制御を効率的に行うことができない問題がある。
【０００４】
また、逆に光制御を効率的に行うために上記梁部を細く形成すれば、ミラー部４の耐衝撃性が悪くなり、光制御の安定性が損なわれる虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、簡単な構成で光制御を効率的に行う光制御器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このために、請求項１の発明は、ミラー部で反射されて二点間を伝搬する光の反射方向又は光量の制御をする光制御器であって、前記ミラー部を変形させる変形付与手段と、該変形付与手段を制御して所望の反射方向又は光量が得られるように、ミラー部の変形量を制御する制御手段と、を備える構成とした。
【０００７】
このような構成により、制御手段で変形付与手段を制御してミラー部に所定の変形を与え、ミラー部で反射されて二点間を伝搬する光の反射方向又は光量を制御する。
【０００８】
さらに、本発明の光制御器は、請求項２のように前記ミラー部で反射されて伝搬される光の入射側に光量を検出する光量検出手段を備え、該光量検出手段の出力に基づいて前記制御手段で前記変形付与手段を制御する構成としてもよい。
【０００９】
具体的には、請求項３のように前記ミラー部を互いに熱膨張係数の異なる少なくとも二種類の部材の積層体とし、前記変形付与手段を前記ミラー部を加熱して変形させる加熱手段とした。この場合、請求項４のように、前記加熱手段は、前記ミラー部に設けた電熱体としてもよい。
【００１０】
請求項５の構成においては、前記ミラー部は、固定部に梁部で支持する構成とした。この場合、請求項６のように前記ミラー部と、固定部と、梁部とを、半導体基板で一体的に形成するとよい。
【００１１】
また、請求項７の構成は、前記梁部を軸として前記ミラー部を回動する駆動手段を備えた。この場合、請求項８のように前記駆動手段は、前記ミラー部の周縁部に沿って敷設した駆動コイルと、前記梁部の軸線に直交する方向の前記固定部の外側に前記可動部を間にして配置した静磁界発生手段とで構成するとよい。そして、前記加熱手段が電熱体であるとき、請求項９のように該電熱体で前記駆動コイルを兼用する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光制御器によれば、ミラー部を変形させるだけで伝搬する光の光量を所定値まで減衰させることができる。したがって、従来技術におけるようなミラー部を駆動するための駆動手段を必要とせず、簡単な構成で光制御を行うことができる。
【００１３】
また、ミラー部を変形させるだけでよいので梁部を太くすることができ、ミラー部の耐衝撃性を向上することができる。
【００１４】
さらに、梁部を太くしてもミラー部の厚さを薄く形成すれば、ミラー部の変形を少ない消費電力で効率的に行うことができる。
【００１５】
そして、ミラー部を変形して光の反射方向を変位させると共に光束径を拡大変化させて光減衰をさせるようにしているので、両効果が相まって光量の減衰調整を効率的に行うことができる。
【００１６】
また、ミラー部で反射されて伝搬される光の入射側に光量を検出する光量検出手段を備え、該光量検出手段の出力に基づいて制御手段で変形付与手段を制御すれば、フィードバック制御が可能となり、制御精度を向上することができる。
【００１７】
さらに、ミラー部を互いに熱膨張係数の異なる部材を積層して形成すれば、バイメタル効果を利用して容易にミラー部を変形させることができる。
【００１８】
そして、ミラー部に電熱体を設ければ、この電熱体による加熱で容易にミラー部を変形させることができる。
【００１９】
また、ミラー部を固定部に梁部で支持する構成とし、半導体基板から一体的に形成すれば、小型の光制御器を容易に製造することができる。
【００２０】
さらに、駆動手段を備えてミラー部を回動させれば、光減衰器としての機能に加えて光路を切換える光スイッチ機能をあわせて備えることができる。
【００２１】
そして、ミラー部を回動する駆動方式を電磁駆動方式とすれば、電熱体でミラー部の周縁に沿って敷設した駆動コイルを兼用することができ、配線を簡素化することができる。したがって、光制御器のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図６と同一の要素については、同一符号を用いて示す。
図１に、本発明に係る光制御器の第１実施形態の説明図を示す。
図１において、本第１実施形態の光制御器は、二点間を伝搬する光の光量を制御する可変光減衰器であり、ミラー部４と、加熱手段としての電熱体１２と、光量検出器１３と、制御手段１４とを備えて構成する。
【００２３】
上記ミラー部４は、第１光ファイバ１から第２光ファイバ２へ伝搬される光の光量を調整するものであり、図２に示すように梁部１５で固定部１６に支持されてミラーチップを構成している。このミラー部４は、例えばシリコン基板等からなる基材４ａの一側面（図１では左側面）に基材４ａと熱膨張係数の異なるミラー材４ｂとしての例えばアルミニウムや金等の薄膜を積層形成しており、後述の電熱体１２により加熱されてバイメタル効果により変形するようになっている。なお、ミラー部４は、上述のように二種類の部材の積層体に限られず、バイメタル効果を発揮することができれば、三種以上の部材の積層体であってもよい。また、ミラー部４の変形を効率よく行わせるためにミラー部４の厚さを梁部１５よりも薄く形成してもよい。そして、上記ミラーチップは、ミラー部４と、梁部１５と、固定部１６とを、半導体基板を異方性エッチングして一体的に形成したものであってもよい。
【００２４】
また、上記電熱体１２は、ミラー部４を変形させる変形付与手段であり、ミラー部４の一側面（図１ではミラー材４ｂ上面）にミラー部４の周縁部に沿って敷設した導線で、所定の抵抗値を有するようにされている。この電熱体１２は、ミラー部４から梁部１５を介して固定部１６側に引出され、固定部１６上に設けられた電極端子１７に接続されて通電できるようになっている。これにより、外部から電極端子１７を介して通電することにより、電熱体１２が発熱してミラー部４をバイメタル効果により変形させ、ミラー部４における反射光の反射方向を第２光ファイバ２方向から変位して第２光ファイバ２に入射する光の光量を変化させる。なお、電熱体１２の配線は、ミラー部４の周縁部に沿って螺旋状に敷設したものに限られず、ジグザグ配線や直線配線であっても、また帯状であってもよい。さらに、電熱体１２は、基材４ａとミラー材４ｂの間に設けてもよく、ミラー材４ｂと反対側の基材４ａの側面に設けてもよい。
【００２５】
さらに、上記光量検出器１３は、第２光ファイバ２に入射した光の光量を検出し、予め設定した光量との差を検出して出力するものである。
【００２６】
そして、制御手段１４は、上記光量検出器１３の出力に基づいてミラー部４の変形量が所定量となるように、電熱体１２に通電する電流値を制御するものである。
【００２７】
なお、図１には図示省略しているが、第１光ファイバ１の出力側及び第２光ファイバ２の入力側にそれぞれ集光レンズを配置して第１光ファイバ１の出射光束を平行光束に変換し、ミラー部４で反射された平行光束を集光光束に変換して第２光ファイバに集光させるようにしている。
【００２８】
次に、本第１実施形態の光制御器の動作を、図３を参照して説明する。
先ず、ミラー部４が、図１に示すように第１光ファイバ１からの出射光を第２光ファイバ２へ反射するように配置される。この場合、電熱体１２には通電されていないため、ミラー部４は変形しておらず、ミラー部４における反射光の殆ど全てが第２光ファイバ２に入射する状態となっている。
【００２９】
このような状態において、電熱体１２に通電すると電熱体１２が発熱してミラー部４が加熱される。そして、ミラー部４は、積層した二種類の部材のバイメタル効果により変形する。即ち、例えば基材４ａをシリコン基板としミラー材４ｂを金とすると、シリコン基板に対して金の熱膨張係数が大きいためバイメタル効果によりミラー材４ｂ側を凸とするようにミラー部４が変形する。これにより、ミラー部４ｂにおける反射光は、図３中破線で示す位置から実線で示す位置まで変位する。
【００３０】
ここで、第２光ファイバ２に入射する光の光量を光量検出器１３で検出する。そして、この検出光量と予め設定した光量とを比較し、その結果を制御手段１４に出力する。制御手段１４においては、光量検出器１３の検出結果に基づいて電熱体１２へ通電する電流値を制御する。即ち、制御手段１４は、光量検出器１３の検出値が設定値よりも大きい場合には、電熱体１２へ通電する電流値を増し、一方検出値が設定値よりも小さい場合には、電熱体１２の電流値を減らすように制御する。これにより、電熱体１２の発熱量が制御され、第２光ファイバ２に入射する光の光量が所定値となるようにミラー部４の変形量が制御される。
【００３１】
このように本第１実施形態の光制御器によれば、第２光ファイバ２に入射する光の光量調整を、ミラー部４を電熱体１２で加熱してバイメタル効果により変形させ、ミラー部４における反射光の反射方向を変位して行うようにしたので、従来技術におけるようなミラー部４を回動する駆動手段を必要とせず、構成が簡単となり、可変光減衰器としての光制御器のコストを低減することが可能となる。
【００３２】
また、ミラー部４を変形させるだけでよいので梁部１５を太くすることができ、ミラー部４の耐衝撃性を向上することができる。
【００３３】
さらに、梁部１５を太くしてもミラー部４の厚さを薄く形成すれば、ミラー部４の変形を少ない消費電力で効率的に行うことができる。
【００３４】
そして、ミラー部４の積層部材の熱膨張係数を選択すれば、ミラー部４を凸又は凹状に変形させることができる。したがって、ミラー部４における反射光の反射方向を容易に変位することができると共に、第２光ファイバ２に入射する光のスポット径を拡大することができる。これにより、上記二つの効果が相まって、第２光ファイバ２に入射する光の減衰量の調整を効率的に行うことができる。
【００３５】
次に、本発明の光制御器の第２実施形態を、図４を参照して説明する。なお、ここでは、図１と同一の要素については、同一符号を用いて示し、第１実施形態と異なる部分について説明する。
本第２実施形態の光制御器は、ミラー部を回動して光路の切換をする光スイッチの機能をあわせ持ったものであり、図４に示すように、光路の切換えをする光スイッチ部を、図２に示す第１実施形態のミラーチップにミラー部４を回動する駆動手段を設けてプレーナ型アクチュエータを構成している。
【００３６】
上記駆動手段は、電熱体１２で兼用する駆動コイルと、梁部１５の軸方向に平行なミラー部４の対辺部に静磁界を作用する静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂとを備えて構成している。
【００３７】
ここで、上記静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂは、例えば永久磁石であり、梁部１５の軸線に直交する方向で固定部１６の外側にミラー部４を間にして互いに反対磁極を対向して配置されており、上記対辺部近傍部の電熱体１２（駆動コイル）部分を流れる電流とミラー部４の主面に平行で梁部１５の軸線に直交する方向の静磁界成分との相互作用によりミラー部４を回動させるようにしている。
【００３８】
なお、電熱体１２で駆動コイルを兼用せずに、電熱体１２と、駆動コイルとを個別に設けてもよい。
【００３９】
このような構成により、ミラー部４は、電熱体１２（駆動コイル）に通電することにより梁部１５を軸として回動し、図５に示すように第１光ファイバ１の出射光を第２光ファイバ２から第３光ファイバ１９に切換える。このとき、電熱体１２（駆動コイル）は、通電により発熱してミラー部４を加熱する。これにより、ミラー部４がバイメタル効果により変形する。この場合、電熱体１２（駆動コイル）に通電する電流値を制御することにより、第２光ファイバ２または第３光ファイバ１９に入射する光の光量を減衰して調整することができる。これにより、第２光ファイバ２及び第３光ファイバ１９を伝搬する光の光量を一定値に揃えることが可能となる。
【００４０】
このように本第２実施形態の光制御器によれば、ミラー部４が梁部１５を軸として回動可能に構成したことにより光スイッチとして利用することができ、且つ電熱体１２を設けてミラー部４を変形させるようにしたことにより可変光減衰器の機能をあわせて備えることができる。
【００４１】
また、ミラー部４が回動すると共に変形するようにしたことにより、両効果が相まって少ない消費電力で効率的に光量の減衰調整を行うことができる。
【００４２】
さらに、電熱体で駆動コイルを兼用したことにより、配線を簡素化することができる。これにより、光制御器のコストを低減することができる。
【００４３】
また、電熱体１２と駆動コイルとを個別に設ければ、ミラー部４の回動角の制御と、ミラー部４の変形制御とをそれぞれ独立して行うことができ、制御が容易になる。
【００４４】
さらに、梁部１５を太く形成すればミラー部４の耐衝撃性を向上させることができ、光路の切換動作を安定させることができる。この場合、梁部１５に比べミラー部４を薄く形成すれば、ミラー部４の変形を効率よく行うことができるので、消費電力の増加を抑制することができる。
【００４５】
そして、従来のプレーナ型アクチュエータにおいては、可動部を変形させないために製造方法または可動部の構成に様々な工夫が施されているが、本第２実施形態のプレーナ型アクチュエータは、可動部としてのミラー部４の変形を積極的に利用するものであり、製造方法や可動部の構成に特別な工夫を施す必要がない。したがって、プレーナ型アクチュエータの製造コストを低減することができる。
【００４６】
なお、駆動方式は、上述の電熱体１２（駆動コイル）と静磁界発生手段１８Ａ，１８Ｂよりなる電磁駆動方式に限られず、ミラー部４に永久磁石の薄膜を形成し、ミラー部４に対向してその下方部位に駆動コイルを配置した薄膜磁石駆動方式、または梁部１５の軸方向に平行なミラー部４の対辺部分に上部電極を設け、この上部電極に対向してミラー部４の下方の固定部に下部電極を設け、両電極間に発生する静電引力でミラー部４を回動させる静電駆動方式であってもよい。さらには、例えば梁部１５の軸線に直交する方向で対向する固定部１６のそれぞれ裏面に圧電素子を設け、両圧電素子の反対方向の伸縮動作により固定部１６を傾け、それに伴ってミラー部４を傾ける圧電駆動方式であってもよい。
【００４７】
また、ミラー部４は一つに限られず、マトリクス状に複数備えたものであってもよい。そして、ミラー部４は光路を一次元方向に切換えるものに限られず、二つの回動軸回りに回動し光路を二次元方向に切換えるものであってもよい。
【００４８】
さらに、ミラー部４を変形させる加熱手段は、ミラー部４の一側面に設けた電熱体１２に限られず、ミラー部４に対して外部から供給可能なレーザ光線等であってもよい。
【００４９】
そして、ミラー部４を変形させる変形付与手段は、上記加熱手段に限られず、例えば圧電素子であってもよい。この場合、基材４ａの一側面に圧電素子を設けて圧電素子を伸縮させればミラー部４を変形させることができる。または、ミラー部４を二つの圧電素子を積層して構成し、互いに反対の伸縮動作をさせることによってもミラー部４を変形させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による光制御器の第１実施形態を示す説明図である。
【図２】ミラーチップの構成を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の光制御器の動作を示す説明図である。
【図４】本発明による光制御器の第２実施形態のプレーナ型アクチュエータ部の概略構成を示す平面図である。
【図５】第２実施形態の光制御器の動作を示す説明図である。
【図６】従来の光制御器としての可変光減衰器の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５１】
４…ミラー部
１２…電熱体
１３…光量検出器
１４…制御手段
１５…梁部
１６…固定部
１８Ａ，１８Ｂ…静磁界発生手段
【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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