(57)【要約】【課題】  小型化が可能で可変光減衰機能と光スイッチ機能を備えたアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】  回転軸を有する回転体と、回転軸に固定される取付部と、該取付部に固定され反射面を有する遮蔽板と、回転軸を回転可能に支持する回転軸保持部と、回転体の回転位置を規制する回転規制板と、回転体を自己保持させる姿勢保持手段と、回転体を移動させる駆動手段と、遮蔽板の熱変形手段とを備え、光スイッチ機能が与えられているアクチュエータ装置であって、熱変形手段は遮蔽板の温度を上昇または下降させる熱移動手段と、熱移動手段を制御する温度制御手段とを有し、遮蔽板の温度を調節することによって、遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸とのなす角度を変化させるように構成することで可変光減衰機能が与えられていることを特徴とする。【選択図】    図１
2005227637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する回転体と、前記回転軸に固定される取付部と、該取付部に固定され反射面を有する遮蔽板と、前記回転軸を回転可能に支持する回転軸保持部と、前記回転体の回転位置を規制する回転規制板と、前記回転体の一端が前記回転規制板の一端と当接した第１の姿勢に、または前記回転体の他端が前記回転規制板の他端と当接した第２の姿勢に、それぞれ自己保持させる姿勢保持手段と、前記回転体を移動させる駆動手段と、前記遮蔽板の熱変形手段とを備え、前記回転体の一方向に光軸を合わせて対向配置された一対の光ファイバーの隙間に前記遮蔽板を挿脱させることによって光スイッチ機能が与えられているアクチュエータ装置であって、
前記熱変形手段は、前記遮蔽板の温度を上昇または下降させる熱移動手段と、前記熱移動手段を制御する温度制御手段とを有し、前記遮蔽板の温度を調節することによって、前記遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸とのなす角度を変化させるように構成することで可変光減衰機能が与えられていることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記熱変形手段は前記遮蔽板の温度を検出する温度検出手段を有し、前記温度制御手段が前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記熱移動手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記熱変形手段は、前記遮蔽板の反射面による反射光量を検出する光量検出手段を有し、前記温度制御手段が前記光量検出手段の検出結果に基づいて前記熱移動手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記回転規制板を前記回転体の回転軸に対して前記回転保持部材と反対の側に設けることで、前記駆動手段を作動させて前記回転体の一端または他端を前記回転規制板の一端または他端に当接させたとき、前記回転軸にはそれを前記回転保持部に向けて押し付ける方向の力が作用するようにし、さらに、前記熱移動手段を前記回転規制板に配設したことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記熱移動手段を前記取付部に配設したことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記回転軸の重心位置と、前記回転体の重心位置とが略一致していることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記姿勢保持手段は、回転体の一部を構成するローター磁石と、該ローター磁石の一端付近から該ローター磁石の他端付近まで延びた第１及び第２のヨークとを備え、前記回転体が前記第１の姿勢または第２の姿勢にあるとき、前記ローター磁石と、前記第１または第２のヨークとの間で閉磁路を形成することで、前記回転体を前記第１の姿勢または第２の姿勢に保持することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の減衰量を可変する事が出来る可変光減衰機能を備えたアクチュエータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に於いては、伝送品質を確保するために信号光の強度を適正値に調節する可変光減衰器が不可欠である。特にＷＤＭ光通信においては、複数のチャンネル信号の光強度を同じにする必要があるために、減衰量の微少な調整が可能で、広い範囲の減衰量を得られる可変光減衰器が望まれている。
【０００３】
その技術分野における従来の技術として反射ミラーを有する可変光減衰器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。以下、従来の反射ミラーを有する可変光減衰器に関して図１５を用いて説明する。
【０００４】
反射ミラーを有する従来の可変減衰器は、光ファイバ１５５，光ファイバ１５７，レンズ１５３並びにミラー１４５と駆動部を有するマイクロマシン１４７を備えている。光ファイバ１５７から出射した収束光束１５１は、レンズ１５３により平行光束１４９に像変換される。平行光束１４９はその後ミラー１４５の反射面で全反射し、再びレンズ１５３に戻り、像変換された後に収束光束１５１となり、光ファイバ１５５に結合する。
【０００５】
そして、マイクロマシン１４７によってミラー１４５を動かし、光軸に対して反射面を傾けると、平行光束１４９はシフトし、収束光束１５１もシフトする。従って、収束光束１５１のシフトにより、光ファイバ１５５と光ファイバ１５７間の結合損失が変化し、結合損失は収束光束１５１のシフト量に比例して大きくなり、収束光束１５１のシフト量はミラー１４５のシフト量に比例するため、ミラー１４５のシフト量を制御することにより、光ファイバ１５５と光ファイバ１５７との間の結合損失を制御できるため、可変光減衰器として機能する。
【０００６】
一方、もう一つの従来技術の例として光のＯＮ、ＯＦＦ機能を備え、１×１光スイッチとしても機能する可変光減衰器が開示されている。（例えば、特許文献２参照。）。以下、この従来技術に関して図１６を用いて説明する。
【０００７】
従来技術の可変光減衰器１１０は、一対の光ファイバ１２１と、それぞれの光ファイバ１２１の先端に設けられたフェルール１１２と、フェルール１１２の先端側に設けられて一方のフェルール１１２の先端から照射した光を平行ビーム１１４とし、この平行ビーム１１４を他方のフェルール１１２に収束させる一対の光学系１１３と、一対の光学系の間に形成された平行ビーム１１４を連続的に減衰させる可変減衰器１２０とを有する。
【０００８】
一対の光学系１１３は、例えば、非球面レンズ、セルフォックレンズ等によって構成されている。従来技術では、図中左側の光ファイバ１２１から射出された光が、この一対の光学系１１３を介して図中右側の光ファイバ１２１で受光されるようになっている。
【０００９】
このように形成される平行ビーム１１４は、φ０．６〜１．０ｍｍである。また、ここで平行ビーム１１４の強度分布は、模式的にガウス分布で表すことが出来る。このような平行ビーム１１４を遮蔽する従来技術の可変光減衰器１２０は、光学系１１３の間に形成された平行ビーム１１４を遮蔽する遮蔽部材１３０と、この遮蔽部材１３０を回転させる駆動手段１４０とを有する。
【００１０】
遮蔽部材１３０は、略円筒形状を有し駆動手段１４０により回転させることにより外周面の位置が平行ビーム１１４とは直交する方向に変位する事により平行ビーム１１４の減衰量を変化させるものであり、従来技術では、回転角によって半径が漸大する異形カムとした。また、遮蔽部材１３０には切り欠き部１３２が設けられており、この切り欠き部により、遮蔽部材１３０の所定の回転位置で平行ビーム１１４に対向して平行ビーム１１４を減衰しないようになっている。
【００１１】
また、回転角によって半径最大の位置が平行ビーム位置にあるときは、平行ビームが完全に遮断される。このように、従来の可変光減衰器は光のＯＮ、ＯＦＦを行うことが出来、１×１の光スイッチとしての機能を備えている。駆動モータ１４１は、従来技術では、超音波モータを使用し、この駆動モータ１４１の回転軸１４１ａにエンコーダ１４２及び遮蔽部材１３０が保持されている。
【００１２】
エンコーダ１４２は、駆動モーター１４１の回転角、すなわち遮蔽部材の回転角を測定する。詳しくは、エンコーダ１４２は、駆動モーター１４１の回転軸１４１ａに遮蔽部材１３０と同時に保持され、エンコーダ１４２に設けられた図示しないスリットを可変光減衰器１１０に固定されたインタラプタ１４３によって検出し、検出したスリット数をカウントすることによって微少な回転角を測定している。このエンコーダ１４２の回転角を測定することによって遮蔽部材１３０の回転角を把握し、駆動モーター１４１の回転角を制御することによって遮蔽部材１３０が平行ビーム１１４を遮蔽する量を制御している。
【００１３】
また、従来技術の駆動手段１４０は、駆動モータ１４１、エンコーダ１４２及びインタラプタ１４３で構成したが、遮蔽部材１３０を回転し、且つ回転角を把握することが出来ればこれに限定されず、例えば、駆動モータにパルスモータを用いて駆動モータ自体で回転角を把握できるようにしても良い。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−１３１６２６号報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００２−１７４７８１号報（第４−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の可変光減衰器は、下記に記載の問題点を有する。
【００１６】
反射ミラーを有する光減衰器は、駆動部への印加電圧が２０ｖの時に１度の角度変化であり、この時光ファイバ１５５と光ファイバ１５７との結合損失が２０ｄＢとなるため、光減衰は可能であるが、角度変化が少ないため、光ファイバ１５５から光ファイバ１５７への光を完全に遮断することは難しく、光のＯＮ、ＯＦＦ機能を有する１×１の光スイッチとして使用することはできなかった。
【００１７】
また、１×１光スイッチとして使用可能な従来の可変光減衰器は、光ファイバから出射される光を遮光する遮蔽部材を回転させて光を減衰させる。そのため光ファイバ間の平行ビーム領域に遮蔽部材の外周が光学系に接触しないように遮蔽部材を挿入できる距離が一定量必要である。従来技術においては約９ｍｍの距離がある。ところが光学系間の距離が長いとき、この減衰器を所望の挿入損失を満足するように組み立てるためには、調芯時には非常に厳しい角度調整精度が必要となることと、調芯に要する時間が多くなり、生産性が良くない。
【００１８】
また、回転角によって半径が漸大する異形カムの遮蔽部材を回転させ、遮蔽部材の外周部によって遮光するため、駆動手段の回転軸中心とファイバ間の平行ビーム領域とに一定の距離が生じ、外部温度が変化すると回転中心軸からファイバ間平行ビーム領域までの距離が変化するために、回転角度を一定にしても遮蔽部材で遮蔽できる光の量が温度によって変化するため、光減衰量の温度依存性が大きいという問題があった。
【００１９】
また、従来技術は、平行ビーム経がφ０．６〜１．０ｍｍであり、異形カムの外径はおおよそφ５ｍｍであるが、装置の小型化を考えると、異形カムの径小化が必要となり、異形カムの加工精度が厳しいものになる。そのため、小型化は困難である。
【００２０】
そこで本発明の目的は、光学系間の距離を短くすることで、小型化が達成でき、又調芯を精度良く短時間で行うことが容易であり、損失を少なくでき、また、外部の温度変化に依存せず光減衰量を一定に保つことが出来、小型化が可能で可変光減衰機能を備えると共に光スイッチ機能も備えたアクチュエータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、下記に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００２２】
上記課題を解決するため、本発明は、回転軸を有する回転体と、回転軸に固定される取付部と、該取付部に固定され反射面を有する遮蔽板と、回転軸を回転可能に支持する回転軸保持部と、回転体の回転位置を規制する回転規制板と、回転体の一端が回転規制板の一端と当接した第１の姿勢に、または回転体の他端が回転規制板の他端と当接した第２の姿勢に、それぞれ自己保持させる姿勢保持手段と、回転体を移動させる駆動手段と、遮蔽板の熱変形手段とを備え、前記回転体の一方向に光軸を合わせて対向配置された一対の光ファイバーの隙間に前記遮蔽板を挿脱させることによって光スイッチ機能が与えられているアクチュエータ装置であって、熱変形手段は、遮蔽板の温度を上昇または下降させる熱移動手段と、熱移動手段を制御する温度制御手段とを有し、遮蔽板の温度を調節することによって、遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸とのなす角度を変化させるように構成することで可変光減衰機能が与えられていることを特徴とする。
【００２３】
また、熱変形手段は遮蔽板の温度を検出する温度検出手段を有し、温度制御手段が温度検出手段の検出結果に基づいて熱移動手段を制御するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
熱変形手段は、遮蔽板の反射面による反射光量を検出する光量検出手段を有し、温度制御手段が光量検出手段の検出結果に基づいて熱移動手段を制御するように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、回転規制板を回転体の回転軸に対して回転保持部材と反対の側に設けることで、駆動手段を作動させて回転体の一端または他端を回転規制板の一端または他端に当接させたとき、回転軸にはそれを回転保持部に向けて押し付ける方向の力が作用するようにし、さらに、熱移動手段を回転規制板に配設したことを特徴としている。
【００２６】
また、熱移動手段を取付部に配設したことを特徴としている。
【００２７】
また、回転軸の重心位置と、回転体の重心位置とが略一致していることを特徴としている。
【００２８】
また、姿勢保持手段は、回転体の一部を構成するローター磁石と、該ローター磁石の一
端付近から該ローター磁石の他端付近まで延びた第１及び第２のヨークとを備え、回転体が第１の姿勢または第２の姿勢にあるとき、ローター磁石と、第１または第２のヨークとの間で閉磁路を形成することで、回転体を第１の姿勢または第２の姿勢に保持することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のアクチュエータ装置は、反射面を有する遮蔽板が一対の光ファイバーの間の隙間に挿脱させる事が可能な構造であるため、１×１の光スイッチとしての機能を備え、更に１×２、２×２の光スイッチとしての機能をもつことが可能であり、かつ小型化が可能であり、光学系距離間を短くすることが可能であり、調芯が容易で損失が少ない。また、遮蔽板の熱変形手段を備えているため、遮蔽板の温度を所定の範囲に保持することが出来、遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸との成す角度を一定に保持することが可能であるため、外部温度の影響なく所望の光減衰量を得ることができ、高信頼性を達成することができる。
【００３０】
また、遮蔽板の熱変形手段を備え、この熱変形手段は遮蔽板の温度を検出する温度検出手段と、遮蔽板の温度を上昇または下降させる熱移動手段と、温度検出手段の検出結果に基づいて熱移動手段を制御する温度制御手段とを有しているため、所望の減衰量を得るために、熱移動手段を用いて遮蔽板の温度を変化させることで反射面の傾きを変化させ、その時の温度を温度検出手段で検出し、所望の減衰量を得ることのできる温度になるまで温度変化を修正する温度制御手段があるため、正確に遮蔽板の角度を所定の範囲に保持することで、遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸との成す角度を一定に保持できるため光減衰量の変化が極めて少なく、高信頼性を達成することができる。
【００３１】
また、熱移動手段を、回転体の回転軸に対して回転保持部材と反対の側に設けられた回転規制板に配設したため、熱移動手段の配線が容易であることと、配線部が可動しないため断線による不良の発生がないという高信頼性を達成でき、駆動に対しての負荷も生じないため消費電流値も安定している。
【００３２】
また、熱移動手段を、取付部に配設したことで遮蔽板への熱伝達が良いため、遮蔽板の温度保持を効率よく行うことが出来る。
【００３３】
また、回転軸の重心位置と、回転体の重心位置とが略一致しているため、外部からの衝撃に対して、遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸との成す角度を一定に保持できるので光減衰量の変化が極めて少なく、高信頼性を達成することができる。
【００３４】
また、遮蔽板の熱変形手段を備え、この熱変形手段は反射面による反射光量を検出する光量検出手段と、遮蔽板の温度を上昇または下降させる熱移動手段と、光量検出手段の検出結果に基づいて熱移動手段を制御する温度制御手段とを有しているため、反射光量の変化を検出し、反射面の傾きに誤差が生じたと判断したとき、熱移動手段を用いて温度変化を修正するように温度制御手段を用いて温度制御を行い、正確に遮蔽板の温度を所定の範囲に保持することができる。その結果、遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸との成す角度を一定に保持し、反射光量変化を極めて少なくすることで、高信頼性を達成することができる。
【００３５】
また、回転体が第１の姿勢または第２の姿勢にあるとき、ローター磁石と第１または第２のヨークとの間で閉磁路を形成することで、回転体を第１の姿勢または第２の姿勢に保持することを特徴としているため、遮蔽板の反射面の光軸と光ファイバーの光軸との成す角度を一定に保持でき、所望の光減衰量の変化が極めて少なく、高信頼性を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明を実施をするための最良な形態におけるアクチュエータ装置の構成を説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は本発明の実施例１における光減衰機能を備えた光スイッチ用アクチュエータ装置の装置平面図である。アクチュエータ装置は、光ファイバー部３とアクチュエータ部５から構成されており、この光ファイバー部３は、レンズの光軸対称に一対の光ファイバー１０１，１０３を配置した第１のコリメータレンズ組立１０５と、一対の光ファイバー１０７、１０９を配置した第２のコリメータレンズ組立１１１を配置し、その第１、及び第２のコリメータレンズ組立１０５，１１１を対向させて、第１及び第２のコリメータレンズ組立１０５、１１１は光ファイバー１０１と光ファイバー１０９、光ファイバー１０３と光ファイバー１０７とが互いに交差して光学接続するように配置して支持されており、１×１の光スイッチとしてはもちろん、２×２の光スイッチとしての機能も有する。
【００３８】
アクチュエータ部５は、任意のサイズの筐体１内に配置されており、回転体７、第１の磁気回路９、第２の磁気回路１１を備え、第１の磁気回路部９は電磁軟鉄等の磁性材料である第１のヨーク２３と第１のヨーク２３に巻回された第１の励磁用コイル２５とで構成され、また、第２の磁気回路部１１は電磁軟鉄等の磁性材料である第２のヨーク２７と、第２のヨーク２７に巻回された第２の励磁用コイル２９とで構成されている。そして、第１のヨーク２３及び第２のヨーク２７は複数の部品を組み合わせて磁気的な結合がされている。
【００３９】
さらに、回転体７は、回転軸１５を有し、この回転軸１５にはローター磁石１７と取付部４５とが挿入され固定されている。また、取付部４５には反射面（図示せず）を有する遮蔽板１９と、熱移動手段としてのペルチェ素子６１とが取り付けられている。さらに、遮蔽板１９には温度検出手段としての白金測温抵抗体６９が接着等で固定されている。また、回転軸１５は底面４１に設けられた回転軸保持部４３と、軸押さえバネ１３とで挟持されることによって、回転軸保持部４３に回転自在に支持されている。更に、回転軸１５は、その一端がブロック４７に付き当たり、他端がスラストバネ４９により一定圧を加えられることで、スラスト方向に支持されている。
【００４０】
次に、遮蔽板１９の反射面が光経路に挿入された状態をとるための回転規制構造について、図２の回転体斜視図および図３の磁気回路展開模式図を用いて説明する。なお、ローター磁石１７は図３に示す方向に２極に着磁されているとする。また、符号２１は回転体に設けられた反射面であり、符号３５は光経路である。
【００４１】
第１のヨーク２３の一端３１はローター磁石１７のＮ極近傍に位置し、他端３３はローター磁石１７のＳ極近傍に位置している。回転軸保持部４３の上端面には上方に開いたＶ溝などの凹部が形成され、その凹部に回転軸１５がのることで、回転軸１５は回転保持部４３上に回転自在に支持される。更に、この回転軸１５は軸押さえバネ１３によって上から押さえつけられ、回転保持部４３の凹部から上方に抜け出ることが妨げられている。
【００４２】
さらに、回転体７を構成する取付部４５の回転体の一端５３と接触できる位置に回転規制板の一端５７が配設されている。回転体７を構成する取付部４５の回転体の一端５３が、回転規制板５１の一端５７と接触して第１の姿勢となる。
【００４３】
そして、ローター磁石１７のＮ極から生じた磁束は、空隙を通り最も近くにある磁性体の第１のヨーク２３の一端３１に流れ込み、第１のヨーク２３を通り第１のヨーク２３の
他端３３へ向かって流れ、第１のヨーク２３の他端３３から空隙を通りローター磁石１７のＳ極へと流れることにより閉磁路が形成され、ローター磁石１７と第１のヨーク２３との間に磁気吸引力が生じることで、回転体７は第１の姿勢に自己保持される。回転体７が第１の姿勢に保持された状態では、光ファイバーを通過する光経路３５の光を、反射面２１によって反射する状態を保持する事が出来る。
【００４４】
次に、ローター磁石１７を含む回転体７が第２の姿勢に自己保持されている状態を図４の磁気回路展開模式図を用いて説明する。なお、ローター磁石１７は図に示す方向に２極に着磁されているとする。
【００４５】
第２のヨーク２７の一端３７はローター磁石１７のＮ極近傍に位置し、他端３９はローター磁石１７のＳ極近傍に位置している。回転軸保持部４３の上端面には上方に開いたＶ溝などの凹部が形成され、その凹部に回転軸１５が載ることで、回転軸１５は回転保持部４３上に回転自在に支持される。更に、この回転軸１５は軸押さえバネ１３によって上から押さえつけられ、回転保持部４３の凹部から上方に抜け出ることが妨げられている。
【００４６】
さらに、回転体７を構成する取付部４５の回転体の他端５５と接触できる位置に回転規制板の他端５９が配設されている。回転体７を構成する取付部４５の回転体の他端５５が、回転規制板５１の他端５９と接触して第２の姿勢となる。
【００４７】
そして、ローター磁石１７のＮ極から生じた磁束は、空隙を通り最も近くにある磁性体の第２のヨーク２７の一端３７へと流れ、第２のヨーク２７を通り第２のヨーク２７の他端３９へ向かって流れ、第２のヨーク２７の他端３９から空隙を通りローター磁石１７のＳ極へと流れることにより閉磁路が形成され、ローター磁石１７と第２のヨーク２７との間に磁気吸引力が生じることで、回転体７は第２の姿勢に自己保持される。回転体７が第２の姿勢に保持された状態では、光ファイバーを通過する光経路３５の光を透過させる状態に保持することが出来る。このように回転体７の一方向に光軸を合わせて対向配置された一対の光ファイバーの隙間に遮蔽板１９を挿脱させることによって光スイッチ機能が与えられる。また、遮蔽板１９の熱変形手段を構成する白金測温抵抗体６９とペルチェ素子６１とで、遮蔽板１９の温度を検出すると共に遮蔽板１９の温度を調節し、遮蔽板１９の反射面２１の光軸と光ファイバーの光軸とのなす角度を変化させることによって可変光減衰機能が与えられる。
【００４８】
この可変光減衰機能を与えるための熱変形手段について図５に示すブロック図を用いて説明する。反射面２１を備える遮蔽板１９は、取付部４５によって保持されている。取付部４５には白金測温抵抗体６９が取り付けられており、回転体の姿勢確認はポジション検出器（フォトインタラプタ、フォトリフレクタ）を用いて行い、姿勢確認によって、反射モードである場合は白金測温抵抗体６９に電流を流して、白金測温抵抗体６９の抵抗値Ｒを検出し取付部４５の温度を測定している。その温度を温度制御手段である演算部７１によって基準温度と比較している。反射光を減衰させるときには、回路７３によってペルチェ素子６１に電流を流し、取付部４５の温度を変化させる。そして、取付部４５の温度を再度測定し、所望の減衰量が得られる温度まで繰り返し制御を行う。減衰量と温度の関係はあらかじめ相関データを用意しておく。
【００４９】
次に、遮蔽板１９の反射面２１の光軸と光ファイバーの光軸とのなす角度を変化させ可変光減衰機能を与える方法について説明する。まず、回転軸１５に対して遮蔽板１９の反射面２１の角度を変化させる方法について図６（ａ）、図６（ｂ）の回転体平面図を用いて説明する。
【００５０】
まず、ペルチェ素子６１に電圧を印加していない状態を図６（ａ）を用いて説明する。
回転軸１５に遮蔽板１９、取付板４５、ペルチェ素子６１が固定されており、遮蔽板１９は取付部４５の取付面４５ｂに接着等で固定されており、ペルチェ素子６１は取付面４５ａに接着等で固定されている。この状態で遮蔽板１９の反射面２１は、回転軸１５に対して略直角をなすように固定されている。
【００５１】
そして、ペルチェ素子６１に電圧印加し、電流を流した場合について図６（ｂ）を用いて説明する。電流を流すと、ペルチェ素子６１の接着面は温度変化し、取付部４５に熱が移動し取付部４５の温度を変化させる。すると、取付部４５は熱膨張変化を起こす。ペルチェ素子６１の接着面積は１ｍｍ×１ｍｍ程度であるため取付面４５ａに接着されている接着面積は小面積であり、一方、遮蔽板１９が取付面４５ｂに接着されている接着面積は大面積である。そのため、取付部４５の取付面４５ｂは広い面積の接着固定により膨張を拘束されており、取付面４５ａは狭い面積の接着固定のため、膨張の拘束は少なく、従って取付面４５ａと取付面４５ｂとで膨張量に差が生じ、取付面４５ｂより取付面４５ａのほうが膨張することから、取付部４５は取付面４５ｂ側に傾斜するように変形することになる。従って遮蔽板は回転軸１５に対しての傾斜θが生じることとなる。
【００５２】
次に、反射面の傾きにより光減衰が生じることを図７（ａ）、図７（ｂ）を用いて説明する。第１の光ファイバー１０１及び第２の光ファイバー１０３は、反射面２１の同一方向に配置されている。そして、第１の光ファイバー１０１及び第２の光ファイバー１０３の先端には第１のコリメータレンズ組立１０５が備えられており、第１の光ファイバー１０１から出た平行光は第２の光ファイバーに１０３結合される。
【００５３】
図７（ａ）の光経路に遮蔽板１９が挿入された状態では、第１の光ファイバー１０１から出射された平行光は反射面２１によって反射され、第２の光ファイバーに結合される。このときの結合の状態を図７（ｂ）で示すと、入射光領域８３に反射光８５すべてが含まれ、結合光８７は反射光８５であるため、損失はほとんどない。このように、反射系を用いた構造で、遮蔽板１９は光軸に対して垂直面を移動し、ペルチェ素子による傾斜θの変形量も極わずかのため、第１のコリメータレンズ組立１０５を反射面２１に近接させることができるため、その距離は１ｍｍ以下にすることが可能である。このように平行光が移動する空間領域を狭くすることが出来ることから損失を少なくすることが出来、この時の損失は０．１ｄＢ以下にすることができる。
【００５４】
次に、ペルチェ素子に電流を流した時の状態を図８（ａ）、図８（ｂ）で説明すると、取付部４５の温度が変化し、熱膨張をおこし変形することで、取付部４５に取り付けられた遮蔽板１９及び反射面２１は光軸に対して角度θ傾くように変形をする。この状態では、反射面２１によって反射された反射光８５は第２の光ファイバー１０３の入射光領域８３に対してずれた位置に結合し、結合光８７は反射光８５の一部分であるため、第２の光ファイバー１０３に入射する光の量が少なく、損失値が増え、光を減衰したことになる。この様に、反射面の傾き量を制御することで、光ファイバーに結合する結合光８７の量を調整し、光の減衰量を制御することが出来る。
【００５５】
例えば取付部４５の材質がジュラルミンであり、その線膨張係数を２３．６×１０-6／℃とし、取付部形状が図７（ａ）に示すような凸型をしているとき、温度が基準温度２５度から７５℃になると、反射面の変形角度は０．１６度となり、損失が約３．５ｄＢに減衰することが出来る、温度を基準温度±１度に制御し、これによって反射面の変形角度精度を０．０２度以下とすることができる。この取付部の材質、形状を変化させることで、減衰量を設定することが可能である。
【００５６】
ここで、温度を検出するためにの温度検出手段である白金測温抵抗体について説明すると、白金測温抵抗体は金属の電気抵抗が温度変化に対して変化する性質を利用した測温抵
抗体の一種で、温度特性が良好で経時変化が少ない白金（ｐｔ）を測温素子に利用したセンサであるため、抵抗値と温度の関係がほぼ直線的であり、温度が高くなると抵抗値が上昇し、温度が低くなると抵抗値が下降するという特性を持っている。そして、再現性に優れている特徴を持つ。
【００５７】
そして、白金測温抵抗体の測定抵抗値Ｒ１は、ペルチェ素子への通電が無い状態での温度における抵抗値とし、白金測温抵抗体に微弱電流を流して、白金測温抵抗体の抵抗値に応じた電位差が測定することで、白金測温抵抗体の抵抗値を知ることが出来る。そして、所望の減衰量を得ることができる温度に対する抵抗Ｒと測定抵抗値Ｒ１とを比較し、ほぼ等しい値であったならばペルチェ素子への通電は行わない。ここで、所望の減衰量を得るための温度に対する抵抗値Ｒと測定抵抗値Ｒ１との値が異なる場合、アクチュエータ装置の温度を変化させる必要があるため、ペルチェ素子に電流を流して温度を変化させる。この様に温度を制御することで、温度は±１度の範囲にすることができ、光減衰量は±０．２ｄＢ以内の精度で制御することが可能となる。
【００５８】
ペルチェ素子６１の原理を図９で説明すると、二つの異種金属又は半導体を電気的に直列に接合して直流電流を流すことによって、その接合部分にジュール熱以外の吸熱及び発熱が発生する現象をペルチェ効果という。Ｐ型熱電半導体７７とＮ型熱電半導体７９を上電極８１で接合し、Ｎ型熱電半導体７９の方から直流電流を流すと、上側の接合面８１ａから下側の接合面８２ａへ熱を運び、このときに下側の電極８２から十分な放熱を行うと、上側電極８１において吸熱作用を連続的に得ることが出来る。逆にＰ型熱電半導体７７の方から直流電流を流すと、下側の接合面８２ａから上側の接合面８１ａへ熱を運び、下側電極８２において吸熱作用を連続的に得ることが出来る。
【００５９】
また、流す電流の大きさを変えることで吸熱量を変えることも出来る。ペルチェ素子の特徴としては、電流の方向を逆転させると吸熱面（低温側）と放熱面（高温側）を切り替えることが可能で、また、電流（電圧）の大きさを制御することで精密な温度コントロールが可能である。また、温度応答性が良いことと、小型、軽量、無振動、無騒音の特徴を持つ。
【００６０】
次に、回転体７が第１の姿勢から第２の姿勢へ移動した際に回転体７に作用する力について図１０を用いて説明する。
【００６１】
回転体７が図３に示すように第１の姿勢に保持されているとき、第１のヨーク２３に巻回されている第１の励磁用コイル２５に電流を流して磁束φを発生させ、第１のヨーク２３の一端３１をＮ極に、他端３３をＳ極に励磁する。すると、第１のヨーク２３の一端３１のＮ極とローター磁石１７のＮ極との間に反発力ＦＮが生じる。同時に、第１のヨーク２３の他端３３のＳ極とローター磁石１７のＳ極との間に反発力ＦＳが生じる。これら反発力ＦＳ及びＦＮはローター磁石１７を含む回転体７を回転軸１５を中心に時計回転方向に回転させ、回転体７を第１の姿勢から第２の姿勢に向けて移動させることができる。
【００６２】
この回転体７の時計回転方向の回転は、回転体７を構成する取付部４５の回転体の他端５５が回転規制板５１の他端５９と当接することで規制される。そして、回転体７が第１の姿勢から第２の姿勢に安定して移動するためには、十分な時間の通電状態を継続させることが必要である。例えば第１の姿勢から第２の姿勢に移動する時間が約５ｍｓｅｃとしたとき通電時間を２０ｍｓｅｃにすることで、回転体７を第１の姿勢から第２の姿勢へ安定して移動することが可能となる。
【００６３】
次に、回転体７を第２の姿勢から第１の姿勢へ移動した際に、回転体７に作用する力について図１１を用いて説明する。回転体７が図９に示すように第２の姿勢に保持されてい
るとき、第２のヨーク２７に巻回されている第２の励磁用コイル２９に電流を流し磁束φを発生させ、第２のヨーク２７の一端３７をＮ極に、他端３９をＳ極に、励磁する。すると、第２のヨーク２７の一端３７のＮ極とローター磁石１７のＮ極との間に反発力ＦＮが生じる。同時に、第２のヨーク２７の他端３９のＳ極とローター磁石１７のＳ極との間に反発力ＦＳが生じる。これら反発力ＦＳ及びＦＮはローター磁石１７を含む回転体７を回転軸１５を中心に反時計回転方向に回転させ、回転体７を第２の姿勢から図８に示すように第１の姿勢に向けて移動させることができる。
【００６４】
この回転体７の反時計回転方向の回転は、回転体７を構成する取付部４５の回転体の一端５３が回転規制板５１の一端５７と当接することで規制される。そして、回転体７を第２の姿勢から第１の姿勢に安定して移動させるためには第２の励磁用コイル２９には十分な時間通電させることが必要である。例えば第２の姿勢から第１の姿勢に移動する時間が約５ｍｓｅｃとしたとき通電時間を２０ｍｓｅｃにすることで、回転体７を第２の姿勢から第１の姿勢へ安定して移動することが可能となる。
【００６５】
また、本発明のアクチュエータ装置は、回転体７を回転させて様々な機能のスイッチングをすることができる。具体的には、回転体７自体又は回転体７とともに回転する従動体に遮蔽板１９を配することで、その回転体７を第１の姿勢と第２の姿勢との間を回転させてスイッチとして機能させることが出来る。
【００６６】
ローター磁石１７の材質は、ＳｍＣｏあるいはＮｄＦｅＢの希土類磁石等を用いることができ、回転軸１５の軸方向に垂直な方向（図８における着磁方向）に２極に着磁されている。また、このローター磁石１７の形状は、第１のヨーク２３、第２のヨーク２７と近接させることができ、第１のヨーク２３または第２のヨーク２７との間の閉磁路が形成できる形状であれば、いかなる形状であっても構わない。
【００６７】
また、遮蔽板１９はガラスまたはセラミック等の平滑面を有する板材の外形を加工して作製し、表面裏面ともに必要範囲に均等の反射率の高い材料を蒸着またはメッキ処理あるいは誘電体多層膜を形成し反射膜としての機能を有する反射面２１を形成することができる。
【００６８】
さらに、本発明のアクチュエータ装置の回転体７は、回転対称形状とすることが可能なため、回転体７の重心と回転軸１５の重心とを略一致させることが容易である。この様に回転体７の重心位置を略一致させることで、外部からの衝撃に対しアクチュエータ装置への影響を最小限にとどめることができる。なお、ここでの略一致とは、アクチュエータ部が衝撃を受けたとき、回転体７の重心と回転軸１５の重心とのズレにより生じるモーメント等によって、スイッチ動作に与える影響が許容範囲内に収まる程度を意味している。
【００６９】
そして、回転軸１５のスラスト方向両端及び回転軸保持部４３と接触する箇所、軸押さえバネ１３と接触する箇所には、摩耗低減のためのコーティング処理、メッキ処理が施されていても良い。この場合、潤滑油を使う必要が無いので、反射面２１への油膜の付着等の原因で生じる反射率の低下という信頼性低下要因を排除することができる。
【００７０】
また、回転軸１５と接触する相手部材表面にも摩耗低減のためのコーティング処理またはメッキ処理が施されていても良い。
【００７１】
さらにこの回転軸１５は回転軸保持部４３及び軸押さえバネ１３、スラストバネ４９において、ラジアル方向、スラスト方向に保持される。この保持は、いずれも摩擦力が少ない軸受け構造をとることが可能である。そのため、本発明のアクチュエータ装置は、スイッチ動作に伴う回転角度が必要最小限に限定されて摺動箇所がこのラジアル方向２カ所及
びスラスト方向２カ所の微少範囲の接触のみとすることができるから、本発明のアクチュエータ装置を駆動する際に発生する摩擦による負荷を少なくすることができる。しかも、回転時における摩擦負荷は、ラジアル方向の摩擦力に回転軸半径を乗じた負荷トルクとして発生するが、回転半径は十分小さくすることができるため、少ないトルクで回転体７を回転させることができる。
【実施例２】
【００７２】
次に実施例２について図１２のフロー図を用いて説明する。実施例１と異なる点は反射光量検出機構を設けた点である。
【００７３】
回転体の姿勢確認で反射モードにある場合、反射光をビームスプリッターフィルターで一部分岐し、分岐光量をモニターダイオードで検出するなどの方法を用いて、反射光量のモニターを行い、そのとき測定される測定光量Ｐ１が所望の減衰量の時の目標光量Ｐ０と比較して差が０．２ｄＢに入らない場合、反射面の傾きが適正ではないと判断し、取付部の熱膨張を制御し、反射面の傾きを適正にするように温度の制御を行う。
【００７４】
このとき、まずペルチェ素子により取付部の温度を高温側に変化させてみる。そして、この時の測定光量Ｐ２を先ほどの目標光量Ｐ０と比較し、測定光量Ｐ１より所望の光量に近づいているのであれば、ペルチェ素子に流す電流の符号が問題無いと判断し、所望の光量との差が０．１ｄＢ以内になるまで繰り返す。また、測定光量Ｐ２が測定光量Ｐ１との比較で光量差が大きくなってしまった場合はペルチェ素子に流す電流の向きが逆向きであるとの判断を行い、逆向きの電流を流す。このようにし、目標光量Ｐ０と測定光量Ｐ１とが０．２ｄＢ以内になるまで制御を繰り返す。
【実施例３】
【００７５】
次に実施例３について図１３を用いて説明する。実施例１と異なる点はペルチェ素子を回転規制板に配置した点である。
【００７６】
図１３は本発明のアクチュエータ装置を光スイッチとして用いたとき第１の姿勢におけるローター磁石近傍の断面図であり、回転軸保持部４３と軸押さえバネ１３を重ね合わせて図示したものである。なお、ローター磁石１７は図１３のＮ極、Ｓ極で示す方向に２極に着磁されているとする。
【００７７】
第１のヨーク一端３１はローター磁石１７のＮ極近傍に位置し、第１のヨーク他端３３はローター磁石１７のＳ極近傍に位置している。回転軸１５は回転軸保持部４３と軸押さえバネ１３とで挟み込まれることで回転自在に支持され、保持されている。そして、取付部４５の回転体の一端５３は回転規制板５１の回転規制板の一端５７と接触することで、第１の姿勢を得ている。
【００７８】
ペルチェ素子６１は、回転規制板の一端５７近傍に位置し、このことで、ペルチェ素子６１の温度変化を回転規制板の一端５７に接触する取付部４５の回転体の一端５３に伝えることが出来、そのため取付部４５の熱膨張、収縮が可能となり、反射面２１の傾きを光減衰量が所望の減衰量になるように最適にすることができる。また、配線が容易であることと、配線部が可動しないため断線が起きず、更には配線のたわみによる負荷変動が無いため、消費電流値が安定しているという特徴を持つ。
【実施例４】
【００７９】
次に実施例４について図１４を用いて説明する。図１４は本発明のアクチュエータ装置の回転体平面図である。実施例１と異なる点はペルチェ素子６１の放熱面６５と吸熱面６７とを挟み込むように２枚の取付部を配置し、遮蔽板は取付部によって挟み込むことで保
持されている点である。
【００８０】
回転軸１５には遮蔽板１９、取付部４５ｃ、取付部４５ｄ、ローター磁石１７が挿入固定されており、ペルチェ素子６１は軸方向に放熱面６５、吸熱面６７があるとしたとき、放熱面６５と接触するように一方の取付部４５ｃがあり、吸熱面６７と接触するように他方の取付部４５ｄがあり、遮蔽板１９は一方の取付部４５ｃと他方の取付部４５ｄで挟み込むことで構成されている。このことによってペルチェ素子６１の放熱面６５の放熱により、一方の取付部４５ｃの温度が上昇し、一方の取付部４５ｃが膨張する、このとき、吸熱面６７の吸熱により他方の取付部４５ｄの温度が低下し、他方の取付部４５ｄが収縮する。従って、遮蔽板１９の片方で膨張、他方で収縮するため、より大きな材料変形を得ることが可能で、遮蔽板１９の傾き角度も大きくすることができ、より広い減衰量を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置を光スイッチに適用した構成例を説明するための構造平面図である。
【図２】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置を光スイッチに適用した構成例を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の第１の姿勢を説明するためのアクチュエータ部の磁気回路展開模式図である。
【図４】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の第２の姿勢を説明するためのアクチュエータ部の磁気回路展開模式図である。
【図５】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の温度制御を説明するフロー図である。
【図６（ａ）】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の回転軸と反射面の関係を説明するための図である。
【図６（ｂ）】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の熱変形時の取付部の形状変形について説明するための図である。
【図７（ａ）】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の通常時の取付部の形状変形について説明するための図である。
【図７（ｂ）】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の通常時の結合エリアと反射光との位置関係を示す図である。
【図８（ａ）】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の光減衰時の取付部の形状変形について説明するための図である。
【図８（ｂ）】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の光減衰時の結合エリアと反射光との位置関係を示す図である。
【図９】ペルチェ素子を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の第１の姿勢から第２の姿勢に移動した際に作用する力を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施例１におけるアクチュエータ装置の第２の姿勢から第１の姿勢に移動した際に作用する力を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の実施例２におけるアクチュエータ装置の温度制御を説明するフロー図である。
【図１３】本発明の実施例３におけるアクチュエータ装置を示す構造断面図である。
【図１４】本発明の実施例４におけるアクチュエータ装置を示す回転体平面図である。
【図１５】従来の可変光減衰器を説明するための構造平面図である。
【図１６】従来の可変光減衰器を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  筐体
３  光ファイバー部
５  アクチュエータ部
７  回転体
９  第１の磁気回路部
１１  第２の磁気回路部
１３  軸押さえバネ
１５  回転軸
１７  ローター磁石
１９  遮蔽板
２１  反射面
２３  第１のヨーク
２５  第１の励磁用コイル
２７  第２のヨーク
２９  第２の励磁用コイル
３１  第１のヨーク一端
３３  第１のヨーク他端
３５  光経路
３７  第２のヨーク一端
３９  第２のヨーク他端
４１  底面
４３  回転軸保持部
４５  取付部
４７  ブロック
４９  スラストバネ
５１  回転規制板
５３  回転体の一端
５５  回転体の他端
５７  回転規制板の一端
５９  回転規制板の他端
６１  ペルチェ素子
６３  取付面
６５  放熱面
６７  吸熱面
６９  白金測温抵抗体
７１  演算部
７３  回路
７５  ポジション検出器
７７  Ｐ型熱電半導体
７９  Ｎ型熱電半導体
８１  上電極
８１ａ  上側の接合面
８２  下電極
８２ａ  下側の接合面
８３    入射光領域
８５    反射光
８７    結合光
【図１】
2005227637.tif 000003
【図２】
2005227637.tif 000004
【図３】
2005227637.tif 000005
【図４】
2005227637.tif 000006
【図５】
2005227637.tif 000007
【図６（ａ）】
2005227637.tif 000008
【図６（ｂ）】
2005227637.tif 000009
【図７（ａ）】
2005227637.tif 000010
【図７（ｂ）】
2005227637.tif 000011
【図８（ａ）】
2005227637.tif 000012
【図８（ｂ）】
2005227637.tif 000013
【図９】
2005227637.tif 000014
【図１０】
2005227637.tif 000015
【図１１】
2005227637.tif 000016
【図１２】
2005227637.tif 000017
【図１３】
2005227637.tif 000018
【図１４】
2005227637.tif 000019
【図１５】
2005227637.tif 000020
【図１６】
2005227637.tif 000021