(57)【要約】【課題】可動ミラーの傾斜に伴う可動ミラーの変形の発生が防止された光偏向器を提供する。【解決手段】光偏向器１００は、可動ミラー１１０と、可動ミラー１１０を第一の軸１８１まわりに傾斜可能に支持する一対のヒンジ１２０と、ヒンジ１２０をそれぞれ支持する一対の固定部１３０とを有している。可動ミラー１１０とヒンジ１２０と固定部１３０は、第一の軸１８１に直交する第二の軸１８２に沿って整列している。光偏向器１００はさらに、可動ミラー１１０を第一の軸１８１まわりに傾斜させる駆動素子たとえば一対の駆動電極１６０を有している。光偏向器１００はさらに、可動ミラー１１０の傾斜により可動ミラー１１０に生じる変形を緩衝する緩衝部１４０を有している。【選択図】図１
2013054169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動ミラーと、
前記可動ミラーを第一の軸まわりに傾斜可能に支持する一対の弾性部と、
前記弾性部をそれぞれ支持する一対の固定部と、
前記可動ミラーを前記第一の軸まわりに傾斜させる駆動素子と、
前記可動ミラーの傾斜により前記可動ミラーに生じる変形を緩衝する少なくとも一つの緩衝部とを有し、
前記可動ミラーと前記弾性部と前記固定部は前記第一の軸に直交する第二の軸に沿って整列しており、前記緩衝部は前記固定部の間に配置されている、光偏向器。
【請求項２】
一方の弾性部とこれを支持する一方の固定部の間に設けられた駆動板をさらに有し、
前記一方の固定部は前記駆動板を介して前記一方の弾性部を支持し、
前記駆動素子は、前記駆動板の少なくとも一部を移動させることによって前記可動ミラーを前記第一の軸まわりに傾斜させる、請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記弾性部と前記固定部の間にそれぞれ設けられた一対の駆動板をさらに有し、
前記固定部はそれぞれ前記駆動板を介して前記弾性部を支持し、
前記駆動素子は、前記駆動板の少なくとも一部をそれぞれ移動させることによって前記可動ミラーを前記第一の軸まわりに傾斜させる、請求項１に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記緩衝部は、前記弾性部よりも前記第二の軸に平行な方向の剛性が低い、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の光偏向器。
【請求項５】
前記弾性部は、前記第一の軸に沿って互いに平行に延び、前記第二の軸に沿って互いに離間している複数のねじり梁を有し、前記緩衝部は、前記ねじり梁のいずれよりも前記第二の軸に平行な方向の剛性が低い、請求項４に記載の光偏向器。
【請求項６】
前記緩衝部は、前記第二の軸に沿って弾性変形可能な梁を有している、請求項５に記載の光偏向器。
【請求項７】
前記梁の幅は、前記ねじり梁のいずれの幅よりも狭い、請求項６に記載の光偏向器。
【請求項８】
前記緩衝部は、前記第二の軸に沿って変形可能な一対の梁を有し、前記梁の両端は連結部を介して互いに接続されている、請求項５に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記緩衝部は、前記第二の軸に沿って変形可能な複数の梁を有し、各梁の両端は連結部を介して別の梁の両端に接続され、各梁の中央は別の連結部を介してまた別の梁の中央に接続されている、請求項５に記載の光偏向器。
【請求項１０】
前記梁の両端が前記可動ミラーと前記固定部のいずれかひとつに接続されている、請求項６に記載の光偏向器。
【請求項１１】
前記梁の中央が前記弾性部のひとつに接続されている、請求項６に記載の光偏向器。
【請求項１２】
前記梁の一端が前記弾性部のひとつに接続されている、請求項６に記載の光偏向器。
【請求項１３】
前記梁の中央が前記固定部と前記駆動板のいずれかひとつに接続されている、請求項２または３を引用する請求項６に記載の光偏向器。
【請求項１４】
前記梁の一端が前記固定部と前記駆動板のいずれかひとつに接続されている、請求項２または３を引用する請求項６に記載の光偏向器。
【請求項１５】
前記緩衝部の厚みが前記弾性部の厚みと異なっている、請求項４に記載の光偏向器。
【請求項１６】
そのおのおのが請求項１〜３のいずれか一つに記載の光偏向器からなる複数の光偏向器を有し、前記複数の光偏向器が前記第一の軸に沿って並べられている、光偏向器アレイ。
【請求項１７】
そのおのおのが請求項１〜３のいずれか一つに記載の光偏向器からなる複数の光偏向器を有し、前記複数の光偏向器が前記第二の軸に沿って並べられている、光偏向器アレイ。
【請求項１８】
複数の光入出力部と、
そのおのおのが前記光入出力部の一つから射出される光ビームを偏向して前記光入出力部の他の一つに結合し得る複数の光偏向器を有している請求項１７に記載の光偏向器アレイとを有している、光スイッチ。
【請求項１９】
複数の波長成分を含む波長多重された光が入力される光入力部と、
前記光入力部から射出される光ビームを前記波長成分にしたがって分散させて複数の光ビームを生成する分散素子と、
前記複数の光ビームをそれぞれ偏向する複数の光偏向器を有する請求項１６に記載の光偏向器アレイと、
前記複数の光ビームを集光するとともに前記複数の光偏向器に方向付ける集光素子と、
前記光偏向器アレイによって偏向された前記複数の光ビームが結合され得る複数の光出力部とを有している、光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第７，４３２，６２９号明細書は光偏向器を開示している。この光偏向器は、可動ミラーと、可動ミラーを傾斜可能に支持する一対のヒンジと、一対のヒンジにそれぞれ接続された一対の駆動板と、一対の駆動板の端部を支持する固定部と、一対の駆動板にそれぞれ対向して配置された一対の駆動電極とを有している。
【０００３】
この光偏向器では、駆動板と一対の駆動電極の一方の間に電圧を印加して両者間に静電引力を発生させ、これにより両者が互いに引き付けられる結果として可動ミラーが傾斜される。これにより、可動ミラーによって反射される光ビームが偏向される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，４３２，６２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の光偏向器において、可動ミラーが傾斜すると、一対の固定部の間に存在する要素すなわち可動ミラーとヒンジと駆動板の全長が、可動ミラーが傾斜していないときよりも大きくなる。このため、可動ミラーが張力を受けて、可動ミラーに変形が発生する。この可動ミラーの変形は、可動ミラーの傾斜が大きくなるにつれて大きくなる。このような可動ミラーの変形の発生は、光偏向器の光学特性の低下を引き起こす。
【０００６】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、可動ミラーの傾斜に伴う可動ミラーの変形の発生が防止された光偏向器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光偏向器は、可動ミラーと、前記可動ミラーを第一の軸まわりに傾斜可能に支持する一対の弾性部と、前記弾性部をそれぞれ支持する一対の固定部と、前記可動ミラーを前記第一の軸まわりに傾斜させる駆動素子と、前記可動ミラーの傾斜により前記可動ミラーに生じる変形を緩衝する少なくとも一つの緩衝部とを有している。前記可動ミラーと前記弾性部と前記固定部は前記第一の軸に直交する第二の軸に沿って整列しており、前記緩衝部は前記固定部の間に配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可動ミラーの傾斜に伴う可動ミラーの変形の発生が防止された光偏向器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る光偏向器を示している。
【図２】図１のヒンジとその周辺部を拡大して示している。
【図３】第一実施形態の変形例を示している。
【図４】第一実施形態の変形例を示している。
【図５】第一実施形態の変形例を示している。
【図６】第一実施形態の変形例を示している。
【図７】第一実施形態の変形例を示している。
【図８】第一実施形態の変形例を示している。
【図９】第一実施形態の変形例を示している。
【図１０】第二実施形態に係る光偏向器を示している。
【図１１】第三実施形態に係る光偏向器を示している。
【図１２】第四実施形態に係る波長選択スイッチを示している。
【図１３】図１２の波長選択スイッチ中の光偏向器アレイを示している。
【図１４】第五実施形態に係る光スイッチを示している。
【図１５】図１４の光スイッチ中の光偏向器アレイを示している。
【図１６】第一実施形態の光偏向器に対する比較例の光偏向器を示している。
【図１７】図１６の光偏向器の可動ミラーが傾斜していない状態と傾斜した状態を模式的に示している。
【図１８】可動ミラーに発生する鞍型の変形を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
＜第一実施形態＞
本実施形態は光偏向器に関する。図１は、第一実施形態に係る光偏向器を示している。図１に示されるように、光偏向器１００は、可動ミラー１１０と、可動ミラー１１０を第一の軸１８１まわりに傾斜可能に支持する一対の弾性部であるヒンジ１２０と、ヒンジ１２０をそれぞれ支持する一対の固定部１３０とを有している。可動ミラー１１０とヒンジ１２０と固定部１３０は、第一の軸１８１に直交する第二の軸１８２に沿って整列している。可動ミラー１１０とヒンジ１２０と固定部１３０からなる構造体は、ＭＥＭＳ技術を用いてシリコンなどの単結晶基板から作製され得る。可動ミラー１１０の典型的な厚みは５〜３０μｍ程度である。可動ミラー１１０は、光を反射するための反射膜が表面に設けられている。反射膜は、通常、金などの高反射率の金属薄膜で構成されている。
【００１２】
光偏向器１００はさらに、可動ミラー１１０を第一の軸１８１まわりに傾斜させる駆動素子を有している。駆動素子は、たとえば、一対の駆動電極１６０を有し得る。駆動電極１６０は基板１７０に設けられている。駆動電極１６０と可動ミラー１１０が対向するように、可動ミラー１１０とヒンジ１２０と固定部１３０からなる構造体が基板１７０に固定されている。一対の駆動電極１６０は、第二の軸１８２に沿って離間しており、第一の軸１８１を間に挟んで配置されている。
【００１３】
光偏向器１００は、可動ミラー１１０と駆動電極１６０の間に発生する静電引力を利用して可動ミラー１１０を傾斜させる静電駆動型である。可動ミラー１１０にはヒンジ１２０と固定部１３０を介して光偏向器１００の外部に設けられた電極パッド（図示せず）から安定電位が供給され得る。また駆動電極１６０には配線（図示せず）を介して光偏向器１００の外部に設けられた電極パッド（図示せず）から可動ミラー１１０に対してある電位差を持つ電位が供給され得る。光偏向器１００は、一般的に、可動ミラー１１０と駆動電極１６０の間に１０〜２５０Ｖ程度の電位差を発生させることにより駆動される。
【００１４】
光偏向器１００はさらに、可動ミラー１１０の傾斜により可動ミラー１１０に生じる変形を緩衝する緩衝部１４０を有している。緩衝部１４０は、たとえば、可動ミラー１１０とヒンジ１２０の間に設けられている。緩衝部１４０は、ヒンジ１２０よりも第二の軸１８２に平行な方向の剛性が低い。
【００１５】
図２に詳しく示されるように、ヒンジ１２０は、ミアンダ（蛇行）タイプであり、複数のねじり梁１２１と複数の連結部１２２を有している。ねじり梁１２１は、第一の軸１８１に沿って互いに平行に延びており、第二の軸１８２に沿って互いに離間している。各連結部１２２は、それぞれ、隣接する二つのねじり梁１２１の一端を互いに連結している。すなわち、ねじり梁１２１は、最も外側の二つを除いて、連結部１２２を介して一端が隣接するねじり梁１２１の端部に連結され、他端が隣接する別のねじり梁１２１の端部に連結されている。ヒンジ１２０はさらに、最も外側の二つねじり梁１２１の端部から第二の軸１８２に沿って延びている連結部１２３，１２４を有している。連結部１２３，１２４はいずれも、第一の軸１８１に沿ったヒンジ１２０の中央に位置している。連結部１２３は固定部１３０に接続され、連結部１２４は緩衝部１４０に接続されている。
【００１６】
緩衝部１４０は、ねじり梁１２１のいずれよりも第二の軸１８２に平行な方向の剛性が低い。たとえば、緩衝部１４０は、第二の軸１８２に沿って弾性変形可能な梁１４１を有し、梁１４１は、ねじり梁１２１のいずれよりも第二の軸１８２に平行な方向の剛性が低い。このため、たとえば、梁１４１の幅は、ねじり梁１２１のいずれの幅よりも狭い。ここで、幅は、第二の軸１８２に沿った寸法を意味している。
【００１７】
梁１４１の両端は、連結部１４２を介して可動ミラー１１０に接続されている。連結部１４２は、それぞれ、第一の軸１８１に沿った可動ミラー１１０の端に位置している。梁１４１の中央は、ヒンジ１２０の連結部１２４に接続されている。
【００１８】
図１６は、第一実施形態の光偏向器に対する比較例の光偏向器を示している。図１６において、図１に示した部材と同一の参照符号が付された部材は同様の部材を示している。図１と図１６を比較してわかるように、この比較例の光偏向器１００’は、光偏向器１００から緩衝部１４０を省いた構成をしている。
【００１９】
光偏向器１００’において、一対の駆動電極１６０の一方と可動ミラー１１０の間に電位差が与えられると、それらの間に静電引力が発生して両者が互いに引き付けられることにより、可動ミラー１１０が第一の軸１８１まわりに傾斜される。
【００２０】
図１７は、光偏向器１００’において、可動ミラー１１０が傾斜していない状態（Ａ）と、可動ミラー１１０が傾斜した状態（Ｂ）を模式的に示している。可動ミラー１１０が傾斜した状態では、一対の固定部１３０の間に存在する要素すなわち可動ミラー１１０とヒンジ１２０の全長が、可動ミラー１１０が傾斜していない状態と比較して長くなる。このため、固定部１３０の間の可動ミラー１１０とヒンジ１２０が張力を受ける。その結果、図１８に示されるように、可動ミラー１１０が鞍型に変形する。その変形量は非常に小さく、一般的な光偏向器利用では無視され得るレベルである。しかしながら光スイッチでは光偏向器のミラーの平面度に対する要求が厳しく、可動ミラーに生じる変形によって光スイッチの性能が著しく低下する。すなわち、この変形は光スイッチ特有の課題と言える。可動ミラー１１０の変形は、可動ミラー１１０の傾斜が大きくなるにつれて大きくなる。また、可動ミラー１１０の変形の形状は、ヒンジ１２０との連結部の部位や個数などによって凹または凸にも変わりうることが分かっている。このような可動ミラー１１０の変形は、光偏向器１００’を使用した光学装置の光学的性能を低下させる。
【００２１】
これに対して第一実施形態の光偏向器１００では、可動ミラー１１０とヒンジ１２０と固定部１３０からなる構造体が緩衝部１４０を有している。緩衝部１４０は、ヒンジ１２０に比べて第二の軸１８２に沿って容易に変形するので、可動ミラー１１０の傾斜に伴って可動ミラー１１０とヒンジ１２０が受ける張力を積極的に吸収する。その結果、可動ミラー１１０が受ける張力が大幅に軽減され、可動ミラー１１０の変形が小さく抑えられる。これにより、光偏向器１００を使用した光学装置の光学的性能の低下が抑えられる。
【００２２】
＜第一実施形態の変形例＞
本実施形態は、さまざまに変形されてよく、たとえば次の様な変形例も考えられる。
【００２３】
図３は、第一実施形態の変形例を示している。第一実施形態では、可動ミラー１１０とヒンジ１２０の間に緩衝部１４０が設けられているが、図３の変形例では、可動ミラー１１０とヒンジ１２０の間の緩衝部１４０に加えて、ヒンジ１２０と固定部１３０の間にも緩衝部１４０が設けられている。言い換えれば、第二の軸１８２に沿ったヒンジ１２０の両側に緩衝部１４０が設けられている。
【００２４】
また図示はしないが、第一実施形態の別の変形例として、図３の変形例から、可動ミラー１１０とヒンジ１２０の間の緩衝部１４０を省いた構成も可能である。
【００２５】
さらに、第一実施形態のまた別の変形例として、図１の光偏向器１００から、一対の緩衝部１４０の一方を省いた構成も可能である。つまり、光偏向器１００は、一対の固定部１３０の間に少なくとも一つの緩衝部１４０を有していればよい。
【００２６】
図４は、第一実施形態の変形例を示している。図４の変形例では、緩衝部１４０の梁１４１の一端は連結部１４２を介して可動ミラー１１０に接続されており、梁１４１の別の一端はヒンジ１２０の連結部１２４に接続されている。連結部１４２は、第一の軸１８１に沿った可動ミラー１１０の中央に位置し、連結部１２４は、第一の軸１８１に沿ったヒンジ１２０の端に位置している。
【００２７】
図５は、第一実施形態の変形例を示している。図５の変形例では、緩衝部１４０の梁１４１の一端は連結部１４２を介して可動ミラー１１０に接続されており、梁１４１の別の一端はヒンジ１２０の連結部１２４に接続されている。連結部１４２は、第一の軸１８１に沿った可動ミラー１１０の端に位置し、連結部１２４は、第一の軸１８１に沿ったヒンジ１２０の端に位置している。
【００２８】
図６は、第一実施形態の変形例を示している。図６の変形例では、緩衝部１４０は、第二の軸１８２に沿って変形可能な一対の梁１４１を有している。一対の梁１４１は、第一の軸１８１に沿って互いに平行に延びており、第二の軸１８２に沿って互いに離間している。一対の梁１４１の両端は、それぞれ、一対の連結部１４４を介して互いに接続されている。一方の梁１４１の中央は、連結部１４２を介して可動ミラー１１０に接続されている。他方の梁１４１の中央は、ヒンジ１２０の連結部１２４に接続されている。
【００２９】
図７は、第一実施形態の変形例を示している。図７の変形例では、緩衝部１４０は、第二の軸１８２に沿って変形可能な複数の梁１４１を有している。複数の梁１４１は、第一の軸１８１に沿って互いに平行に延びており、第二の軸１８２に沿って互いに離間している。最も外側の二つを除いて、各梁１４１の両端は連結部１４４を介して別の梁１４１の両端に接続され、各梁１４１の中央は別の連結部１４５を介してまた別の梁１４１の中央に接続されている。可動ミラー１１０に最も近い梁１４１の両端は連結部１４２を介して可動ミラー１１０に接続されている。またヒンジ１２０に最も近い梁１４１の中央はヒンジ１２０の連結部１２４に接続されている。
【００３０】
図８は、第一実施形態の変形例を示している。図８の変形例では、緩衝部１４０は、第二の軸１８２に沿って変形可能な梁１４１を有している。梁１４１の両端は連結部１４２を介して可動ミラー１１０に接続されている。また梁１４１の中央はヒンジ１２０の連結部１２４に接続されている。梁１４１の厚みはヒンジ１２０の厚みと異なっており、梁１４１の厚みはヒンジ１２０の厚みよりも大きい。ここで、厚みは、第一の軸１８１と第二の軸１８２の両方に垂直な軸に沿った寸法を意味している。
【００３１】
図９は、第一実施形態の変形例を示している。図９の変形例では、緩衝部１４０は、第二の軸１８２に沿って変形可能な梁１４１を有している。梁１４１の両端は連結部１４２を介して可動ミラー１１０に接続されている。また梁１４１の中央はヒンジ１２０の連結部１２４に接続されている。梁１４１の厚みはヒンジ１２０の厚みと異なっており、梁１４１の厚みはヒンジ１２０の厚みよりも小さい。
【００３２】
図４〜図９の変形例はいずれも、図３の変形例におけるヒンジ１２０と固定部１３０の間の緩衝部１４０に対して、可動ミラー１１０を固定部１３０に読み換えて適用されてもよい。
【００３３】
＜第二実施形態＞
本実施形態は光偏向器に関する。図１０は、第二実施形態に係る光偏向器を示している。図１０に示されるように、光偏向器２００は、可動ミラー２１０と、可動ミラー２１０を第一の軸２８１まわりに傾斜可能に支持する一対の弾性部であるヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂと、ヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂをそれぞれ支持する一対の固定部２３０Ａ，２３０Ｂとを有している。光偏向器２００はさらに、ヒンジ２２０Ａと固定部２３０Ａの間に設けられた駆動板２９０を有している。固定部２３０Ａは、駆動板２９０を介してヒンジ２２０Ａを支持している。
【００３４】
光偏向器２００はさらに、可動ミラー２１０を第一の軸２８１まわりに傾斜させる駆動素子を有している。駆動素子は、たとえば、駆動電極２６０を有し得る。駆動電極２６０は、駆動板２９０に対向するように基板２７０に設けられている。駆動板２９０には固定部２３０Ａを介して安定電位が供給され得る。また駆動電極２６０には配線（図示せず）を介して駆動板２９０に対してある電位差を持つ電位が供給され得る。
【００３５】
光偏向器２００はさらに、可動ミラー２１０の傾斜により可動ミラー２１０に生じる変形を緩衝する緩衝部２４０を有している。緩衝部２４０は、たとえば、可動ミラー２１０とヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂの間に設けられている。緩衝部２４０は、ヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂよりも第二の軸２８２に平行な方向の剛性が低い。
【００３６】
ヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂは、第一実施形態のヒンジ１２０と同様に構成され得る。また緩衝部２４０は、第一実施形態の緩衝部１４０と同様に構成され得る。つまり、緩衝部２４０は、第一実施形態の緩衝部１４０の各種変形例が適用されてもよい。
【００３７】
光偏向器２００は、駆動電極２６０と駆動板２９０の間に電位差を発生させることにより駆動される。つまり、駆動電極２６０と駆動板２９０の間に静電引力を発生させて、第一の軸２８１と第二の軸２８２の両方に垂直な軸に沿って駆動板２９０の一部を移動させることによって、たとえば、第二の軸２８２に沿って駆動板２９０をたわませることによって、可動ミラー２１０が第一の軸２８１まわりに傾斜される。
【００３８】
光偏向器２００は、駆動電極２６０に対向する駆動板２９０を固定部２３０Ａとヒンジ２２０Ａの間に有しており、この駆動板２９０が駆動電極２６０に引き付けられることによって、可動ミラー２１０が第一の軸２８１まわりに傾斜される。このため、静電引力が可動ミラー２１０に直接加わらない。この構成は、応用例として、幅の狭い可動ミラーアレイが要求される波長選択スイッチに適している。
【００３９】
光偏向器２００では、可動ミラー２１０とヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂと固定部２３０Ａ，２３０Ｂと駆動板２９０からなる構造体が緩衝部２４０を有している。緩衝部２４０は、ヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂに比べて第二の軸に沿って容易に変形し、可動ミラー２１０の傾斜に伴って可動ミラー２１０とヒンジ２２０Ａ，２２０Ｂが受ける張力を積極的に吸収する。その結果、可動ミラー２１０が受ける張力が大幅に軽減され、可動ミラー２１０の変形が小さく抑えられる。これにより、光偏向器２００を使用した光学装置の光学的性能の低下が抑えられる。
【００４０】
＜第二実施形態の変形例＞
本実施形態も、さまざまに変形されてもよい。緩衝部２４０には、第一実施形態の図４〜図９の各変形例が適用されてもよい。また、第一実施形態の図３の変形例と同様に、ヒンジ２２０Ｂと固定部２３０Ｂの間にも緩衝部２４０が追加で設けられてもよい。このヒンジ２２０Ｂと固定部２３０Ｂの間の緩衝部２４０は、可動ミラー２１０とヒンジ２２０Ｂの間の緩衝部２４０に代えて設けられてもよい。さらに、ヒンジ２２０Ａと駆動板２９０の間や駆動板２９０と固定部２３０Ａの間にも緩衝部２４０が追加で、または可動ミラー２１０とヒンジ２２０Ａの間の緩衝部２４０に代えて設けられてもよい。つまり、光偏向器２００は、一対の固定部２３０Ａ，２３０Ｂの間に少なくとも一つの緩衝部２４０を有していればよい。
【００４１】
＜第三実施形態＞
本実施形態は光偏向器に関する。図１１は、第三実施形態に係る光偏向器を示している。図１１に示されるように、光偏向器３００は、可動ミラー３１０と、可動ミラー３１０を第一の軸３８１まわりに傾斜可能に支持する一対の弾性部であるヒンジ３２０と、ヒンジ３２０をそれぞれ支持する一対の固定部３３０とを有している。光偏向器３００はさらに、ヒンジ３２０と固定部３３０の間にそれぞれ設けられた一対の駆動板３９０を有している。固定部３３０は、それぞれ、駆動板３９０を介してヒンジ３２０を支持している。
【００４２】
光偏向器３００はさらに、可動ミラー３１０を第一の軸３８１まわりに傾斜させる駆動素子を有している。駆動素子は、たとえば、一対の駆動電極３６０を有し得る。駆動電極３６０は、駆動板３９０に対向するように基板３７０に設けられている。一対の駆動電極３６０は、第二の軸３８２に沿って離間しており、第一の軸３８１を間に挟んで配置されている。駆動板３９０には固定部３３０を介して安定電位が供給され得る。また駆動電極３６０には配線（図示せず）を介して駆動板３９０に対してある電位差を持つ電位が供給され得る。
【００４３】
光偏向器３００はさらに、可動ミラー３１０の傾斜により可動ミラー３１０に生じる変形を緩衝する緩衝部３４０を有している。緩衝部３４０は、たとえば、可動ミラー３１０と各ヒンジ３２０の間に設けられている。緩衝部３４０は、ヒンジ３２０よりも第二の軸３８２に平行な方向の剛性が低い。
【００４４】
ヒンジ３２０は、第一実施形態のヒンジ１２０と同様に構成され得る。また緩衝部３４０は、第一実施形態の緩衝部１４０と同様に構成され得る。つまり、緩衝部３４０は、第一実施形態の緩衝部１４０の各種変形例が適用されてよい。
【００４５】
光偏向器３００は、駆動電極３６０と駆動板３９０の間に電位差を発生させることにより駆動される。つまり、駆動電極３６０と駆動板３９０の間に静電引力を発生させて、第一の軸３８１と第二の軸３８２の両方に垂直な軸に沿って駆動板３９０の一部を移動させることによって、たとえば、第二の軸３８２に沿って駆動板３９０をたわませることによって、可動ミラー３１０が第一の軸３８１まわりに傾斜される。
【００４６】
光偏向器３００は、一対の駆動電極３６０にそれぞれ対向する一対の駆動板３９０を固定部３３０とヒンジ３２０の間に有しており、一対の駆動板３９０の一方だけが駆動電極３６０に引き付けられることによって、または、一対の駆動板３９０の両方が異なる程度で駆動電極３６０に引き付けられることによって、可動ミラー３１０が第一の軸３８１まわりに傾斜される。このため、静電引力が可動ミラー３１０に直接加わらない。この構成は、応用例として、幅の狭い可動ミラーアレイが要求される波長選択スイッチに適している。
【００４７】
光偏向器３００では、可動ミラー３１０とヒンジ３２０と固定部３３０と駆動板３９０からなる構造体が緩衝部３４０を有している。緩衝部３４０は、ヒンジ３２０に比べて第二の軸３８２に沿って容易に変形し、可動ミラー３１０の傾斜に伴って可動ミラー３１０とヒンジ３２０が受ける張力を積極的に吸収する。その結果、可動ミラー３１０が受ける張力が大幅に軽減され、可動ミラー３１０の変形が小さく抑えられる。これにより、光偏向器３００を使用した光学装置の光学的性能の低下が抑えられる。
【００４８】
＜第三実施形態の変形例＞
本実施形態も、さまざまに変形されてもよい。緩衝部３４０には、第一実施形態の図４〜図９の各変形例が適用されてもよい。また、ヒンジ３２０と駆動板３９０の間や駆動板３９０と固定部３３０の間にも緩衝部３４０が追加で、または可動ミラー３１０とヒンジ３２０の間の緩衝部３４０に代えて設けられてもよい。つまり、光偏向器３００は、一対の固定部３３０の間に少なくとも一つの緩衝部３４０を有していればよい。
【００４９】
＜第四実施形態＞
本実施形態は波長選択スイッチに関する。図１２は、第四実施形態に係る波長選択スイッチを示し、図１３は、図１２の波長選択スイッチ中の光偏向器アレイを示している。図１２に示されるように、波長選択スイッチ４００は、入出力ポート４１０と、コリメータ４２０と、分散素子４３０と、集光素子４４０と、光偏向器アレイ４５０とを有している。
【００５０】
たとえば、波長選択スイッチ４００は１入力複数出力の波長選択スイッチであり、入出力ポート４１０は一つの入力ポート４１０ａと複数の出力ポート４１０ｂとを有している。入力ポート４１０ａは、波長多重された光が入力されるポートであり、出力ポート４１０ｂは、波長分割された光が出力されるポートである。ここで、波長多重された光は、複数の波長成分を含む光を意味し、波長分割された光は、複数の波長成分のうちいくつかの波長成分が選択された光を意味している。入力ポート４１０ａと出力ポート４１０ｂは一列に整列されている。入力ポート４１０ａと出力ポート４１０ｂはこれに限らないが、たとえばファイバーアレイで構成され得る。図１２には五つの出力ポート４１０ｂが描かれているが、これは単なる例示であって、この個数に何ら限定されるものではない。
【００５１】
コリメータ４２０は、一つの入力用コリメータ４２０ａと複数の出力用コリメータ４２０ｂとを有している。入力用コリメータ４２０ａは、入力ポート４１０ａの端面に対向して配置されており、入力ポート４１０ａから射出される光を平行光に変える機能を有する。出力用コリメータ４２０ｂは、出力ポート４１０ｂの端面に対向して配置されており、これに入射する光を集光して出力ポート４１０ｂに入射させる機能を有している。
【００５２】
分散素子４３０は、入力ポート４１０ａから射出される光ビームを波長成分にしたがって分散させて互いに波長成分が異なる複数の光ビームを生成する機能を有している。すなわち、分散素子４３０は、入射してくる複数の波長成分を含む光ビームを、波長帯域の異なる複数の光ビームに分割するとともに、それらを波長帯域に応じて異なる方向に偏向する機能を有している。つまり、分散素子４３０は分波する機能を有している。分散方向は、入力ポート４１０ａと出力ポート４１０ｂの整列方向に直交している。分散素子４３０はまた、これとは反対に、分波された際の偏向角に等しい入射角をもって入射してくる複数の光ビームを一つの方向に偏向する機能を有している。つまり、分散素子４３０は合波する機能を有している。分散素子４３０は、これに限らないが、たとえば回折格子で構成され得る。
【００５３】
集光素子４４０は、分散素子４３０によって生成された複数の光ビームを互いに平行に偏向するとともに各光ビームを集光する機能を有している。集光素子４４０はまた、複数の光ビームを、入出力ポート４１０の整列方向に偏向する機能も有している。集光素子４４０は、これに限らないが、たとえば凸レンズで構成され得る。
【００５４】
光偏向器アレイ４５０は、図１３に示されるように、複数の光偏向器１００を有している。複数の光偏向器１００は、各光偏向器１００の可動ミラーの傾斜動作の軸すなわち第一実施形態中の第一の軸１８１に沿って並べられている。複数の光偏向器１００は、集光素子４４０によって互いに平行に偏向された複数の光ビームをそれぞれ偏向する機能を有している。各光偏向器１００は、これに入射する光ビームを入出力ポート４１０の整列方向に偏向することによって、複数の出力ポート４１０ｂのいずれか一つに選択的に結合させる機能を有している。
【００５５】
波長選択スイッチ４００において、入力ポート４１０ａから射出された波長多重された光は、入力用コリメータ４２０ａを通過して平行光ビームとなって分散素子４３０に入射し、分散素子４３０によって波長帯域の異なる複数の光ビームに分割されるとともに波長帯域に応じた方向に偏向される。複数の光ビームは、集光素子４４０によって互いに平行に偏向され、それぞれ、光偏向器アレイ４５０の光偏向器１００に入射する。
【００５６】
光偏向器１００に入射した光ビームは、光偏向器１００の可動ミラーの傾斜にしたがって入出力ポート４１０の整列方向に偏向される。その後、光ビームは、集光素子４４０によって偏向されて分波時の偏向角に等しい入射角で分散素子４３０に入射し、分散素子４３０によって偏向され、出力用コリメータ４２０ｂを通って出力ポート４１０ｂに結合する。光ビームが結合する出力ポート４１０ｂは、光偏向器１００の可動ミラーの傾斜を調整することによって切り替えられる。
【００５７】
波長選択スイッチでは、一般に、可動ミラーの傾斜角が小さい光偏向器によって結合された出力ポートと、可動ミラーの傾斜角が大きい光偏向器によって結合された出力ポートとでは、出力光特性の間に差が生じる。具体的には、可動ミラーの傾斜角が大きい光偏向器を介して結合されたポートの出力光においては、挿入損失の増加や透過帯域の低下やクロストークの増加といった光学特性の劣化が大きい。これは、前述したように、可動ミラーの傾斜角の増大に伴って可動ミラーの変形が増大することに起因している。
【００５８】
これに対して、本実施形態の波長選択スイッチ４００は、複数の光偏向器１００を並べて構成されており、各光偏向器１００は、前述したように、可動ミラー１１０の変形が小さく抑えられるので、前述の光学特性の劣化が抑制され、出力ポート間での光特性のばらつきが低減される。
【００５９】
本実施形態の波長選択スイッチ４００は、複数の第一実施形態の光偏向器１００を並べて構成されているが、光偏向器１００に代えて第二実施形態の光偏向器２００や第三実施形態の光偏向器３００を適用して構成されてもよい。また、１入力複数出力の波長選択スイッチについて述べたが、複数入力１出力の波長選択スイッチであってもよい。
【００６０】
＜第五実施形態＞
本実施形態は光スイッチに関する。図１４は、第五実施形態に係る光スイッチを示し、図１５は、図１４の光スイッチ中の光偏向器アレイを示している。図１４に示されるように、光スイッチ５００は、複数の入出力ポート５１０と、複数のコリメータ５２０と、光偏向器アレイ５３０とを有している。
【００６１】
複数の入出力ポート５１０は一列に整列されている。複数の入出力ポート５１０はこれに限らないが、たとえばファイバーアレイで構成され得る。
【００６２】
複数のコリメータ５２０は、それぞれ、複数の入出力ポート５１０の端面に対向して配置されており、入出力ポート５１０から射出される光を平行光に変えるとともに、これに入射する平行光を集光して入出力ポート５１０に入射させる機能を有している。
【００６３】
光偏向器アレイ５３０は、図１５に示されるように、複数の光偏向器１００を有している。複数の光偏向器１００は、各光偏向器１００の可動ミラーの傾斜動作の軸に垂直な軸すなわち第一実施形態中の第二の軸１８２に沿って並べられている。複数の光偏向器１００は、それぞれ、入出力ポート５１０から射出される複数の光ビームを入出力ポート５１０の整列方向に偏向する機能を有している。各光偏向器１００は、これに入射する光ビームを入出力ポート５１０の整列方向に偏向することによって、複数の入出力ポート５１０のいずれか一つに選択的に結合させる機能を有している。
【００６４】
光スイッチ５００において、入出力ポート５１０のひとつから射出された光は、コリメータ５２０を通過して平行光ビームとなって、光偏向器アレイ５３０中の対応するひとつの光偏向器１００に入射する。光偏向器１００に入射した光ビームは、光偏向器１００の可動ミラーの傾斜にしたがって入出力ポート５１０の整列方向に偏向される。光偏向器１００によって偏向された光ビームは、コリメータ５２０を通って入出力ポート５１０のひとつに結合する。光ビームが結合する入出力ポート５１０は、光偏向器１００の可動ミラーの傾斜を調整することによって切り替えられる。
【００６５】
波長選択スイッチと同様、光スイッチにおいても、一般に、光偏向器の可動ミラーの傾斜角の大きさの違いに依存して、ポート間の出力光特性にばらつきが生じる。これは、前述したように、可動ミラーの傾斜角の増大に伴って可動ミラーの変形が増大することに起因している。
【００６６】
本実施形態の光スイッチ５００は複数の光偏向器１００を並べて構成されており、各光偏向器１００は可動ミラー１１０の変形が小さく抑えられるので、ポート間の出力光特性のばらつきが低減される。
【００６７】
本実施形態の光スイッチ５００は、複数の第一実施形態の光偏向器１００を並べて構成されているが、光偏向器１００に代えて第二実施形態の光偏向器２００や第三実施形態の光偏向器３００を適用して構成されてもよい。
【００６８】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施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。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【符号の説明】
【００６９】
１００，１００’…光偏向器、１１０…可動ミラー、１２０…ヒンジ、１２１…ねじり梁、１２２，１２３，１２４…連結部、１３０…固定部、１４０…緩衝部、１４１…梁、１４２，１４４，１４５…連結部、１６０…駆動電極、１７０…基板、１８１…第一の軸、１８２…第二の軸、２００…光偏向器、２１０…可動ミラー、２２０Ａ，２２０Ｂ…ヒンジ、２３０Ａ，２３０Ｂ…固定部、２４０…緩衝部、２６０…駆動電極、２７０…基板、２８１…第一の軸、２８２…第二の軸、２９０…駆動板、３００…光偏向器、３１０…可動ミラー、３２０…ヒンジ、３３０…固定部、３４０…緩衝部、３６０…駆動電極、３７０…基板、３８１…第一の軸、３８２…第二の軸、３９０…駆動板、４００…波長選択スイッチ、４１０…入出力ポート、４１０ａ…入力ポート、４１０ｂ…出力ポート、４２０…コリメータ、４２０ａ…入力用コリメータ、４２０ｂ…出力用コリメータ、４３０…分散素子、４４０…集光素子、４５０…光偏向器アレイ、５００…光スイッチ、５１０…入出力ポート、５２０…コリメータ、５３０…光偏向器アレイ。
【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】
2013054169.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2013054169.tif 000019
【図１８】
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