JP2000214397A

JP2000214397A - 光偏向装置

Info

Publication number: JP2000214397A
Application number: JP11013744A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ikeda; 勉池田; Takayuki Yagi; 隆行八木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】入射光を任意或は比較的多くの方向に偏向で
き、光ビームの偏向角の制御が容易である光偏向装置で
ある。【解決手段】光偏向装置は、入射する光ビームを偏向す
る偏向面を有する偏向部材１０１と、一端は偏向部材１
０１に枢動可能に接続され他端は支持体１０２、１０３
に可動に接続されている少なくとも１つの支持部材１０
５と、偏向部材１０１を変位させる為の駆動手段１０
４、１０６とを有する。駆動手段１０４、１０６は、支
持部材１０５上に設けられた可動部分１０６と、支持体
１０２、１０３側に形成された固定部分１０４から成
り、これら可動、固定部分間にに働く引力により支持部
材１０５を駆動して偏向部材１０１を変位させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、任意の多点間を光
波によって自由接続する光インターコネクションなどに
好適に用いられる光偏向装置に関し、特に集積回路素子
内及び素子間、機器内及び機器間相互等における光の接
続もしくは光配線、並びに、伝送データを光信号のまま
に切り替える光交換、さらには光情報処理等に応用され
る光インターコネクション用光偏向装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、接続経路の再構成可能な（プログ
ラマブル）光インターコネクションに用いられる光偏向
装置としては、ホログラムあるいは液晶スイッチアレイ
などが検討されてきた。しかし、回折方向の可変なホロ
グラムは光書き込み型の空間光変調器で構成可能である
が、液晶もしくは光学結晶に干渉露光を施す必要があ
り、装置構成も複雑である。その他に、２方向切り換え
の液晶スイッチアレイによる方法もあるが、多段もしく
は繰り返しスイッチングが必要であるので、装置構成は
極めて大掛かりである。更には液晶であるので高速性に
も劣る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上の様な光の回折現
象もしくは屈折率の変化を応用した光偏向機構に対し
て、マイクロメカニクス技術に基づきマイクロミラーを
作製し、該マイクロミラーを傾けて光の偏向を図る手法
が提案されている。例えば、Ｌ．Ｊ．Ｈｏｒｎｂｅ
ｃｋ等により、ミラーとなる薄い金属板を静電力により
一軸回転変位させることによって、入射光の反射方向を
変える空間光変調器が提案されている（米国特許５，０
６１，０４９号、特開平４−２３０７２２号公報参
照）。また、年吉等により、同様の駆動原理に基づきミ
ラーを一軸回転変位させ光ファイバー間の光接続を行っ
た光クロスコネクタが提案されている（Ｈ．Ｔｏｓｈ
ｉｙｏｓｈｉｅｔａｌ．， ”Ｆａｂｒｉｃａｔｉ
ｏｎａｎｄＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒ
ｏｓｔａｔｉｃＭｉｃｒｏＴｏｒｓｉｏｎＭｉｒ
ｒｏｒｓｆｏｒＯｐｔｉｃａｌＳｗｉｔｃｈｅ
ｓ”，ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔｏｆＴｈ
ｅ１４ｔｈＳＥＮＳＯＲＳＹＭＰＯＳＩＵＭ，
ｐｐ．２７５−２７７，１９９６参照）。これらの薄
膜板を用いたミラーは、光偏向装置を小型化できると共
に偏向角を大きく取ることができる。しかしながら、光
偏向方向が２値化されているため（伸びに対して一次的
に変化するバネ力と距離に対して逆２乗の関係で変化す
る電磁力の釣合の中で薄膜板を動かすので細かく制御で
きない）、２方向切り換えの光スイッチとなっており、
任意の方向に偏向を行うには多段に装置を配置しスイッ
チングを行う必要がある。

【０００４】更に、薄膜板以外のミラーを用いた他の例
としては、特開平７−３３３５２８号公報に、光学オイ
ルが満たされた溝にミラーとなる平面部を有する半球体
を、平面部に対向配置した接触式または非接触式の駆動
機構により回転させる光偏向装置が提案されている。こ
れは、半球体を自在に回転させることにより入射光を任
意の方向に偏向することが可能であり、多段スイッチン
グを行う必要がない特徴を有している。

【０００５】しかしながら、対向位置に接触式または非
接触式の駆動機構を配置してミラーの変位を行う方法で
は、変位を行なう度に各ミラーに対して駆動機構を正確
に面合せを行わなければならず、これを行なう為には大
掛かりな装置が必要となってしまうと共に、時間的なロ
スが大きかった。また、ミラー変位量が所望の変位量と
一致したかどうかの検証は駆動機構を取り外さないと分
からないという問題点もあった。さらに、ミラーを変位
させながら使用することができなかった。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の有する問
題点に鑑み成されたものであり、その目的は、（１）光
ビームの偏向角を大きくとれ、（２）入射光を任意或は
比較的多くの方向に偏向することが可能であり、（３）
平板、半球体等の光偏向部材の回転方向及び光ビームの
偏向角の制御が容易であり、（４）小型化且つ一次元或
は二次元にアレイ化が容易な光偏向装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決する為の手段と作用】上記目的を達成する
本発明の光偏向装置は、入射する光ビームを偏向する偏
向面（典型的には、平面部から成るが、必要なら、偏向
面部は平面部以外の凹面、凸面などであってもよいが、
平面部とすれば光ビームの偏向制御がやり易くなる）を
有する偏向部材と、一端は偏向部材に枢動可能（１軸の
周りに回動可能）に接続され他端は支持体に可動（典型
的には、枢動可能）に接続されている少なくとも１つの
支持部材と、偏向部材を変位させる為の駆動手段とを有
する光偏向装置であって、該駆動手段は、該支持部材上
に設けられた可動部分と、該支持体側に形成された固定
部分から成り、これら可動、固定部分間にに働く引力に
より支持部材を駆動して偏向部材を変位させることを特
徴とする。

【０００８】この構成によれば、偏向部材の周囲に配置
された支持部材を駆動することにより偏向部材を変位さ
せるため、別の基板に新たに偏向部材駆動機構を作製す
る必要がなく、難しい面合せを行なう必要もない。ま
た、個々の偏向部材に駆動機構を配置させることが可能
なため、小型化、アレイ化に好適であり、さらに構造的
に偏向角の制御が容易であり、偏向角を大きく取れ、任
意ないし多様な方向に光偏向することが可能となる。

【０００９】上記の基本構成に基づいて以下の様な形態
が可能である。前記支持部材は可撓性平板である。こう
すれば、一端が偏向部材に枢動可能に接続され他端が支
持体に可動に接続される支持部材が構成し易く、またそ
の制御もし易くなる。

【００１０】前記支持部材は、偏向部材を挟んで対向す
る位置に設けられたものを１組として、少なくとも１組
設けられている。この構成によれば、偏向部材をより多
様に安定的に変位できると共に、光偏向装置の姿勢に係
らず、偏向部材をより安定的に制御可能となる。

【００１１】前記偏向部材の形態としては、平面部であ
る偏向面を有する偏向板であったり、球面の一部から成
る部分球面部を有する部分球体（典型的には、半球体）
より成ったりする。偏向部材が部分球体である場合、部
分球面部を前記支持体と常に接触させられて、安定的に
保持可能である。このとき、可撓性平板である支持部材
の復元力よりも部分球面部と支持体の静止摩擦力の方を
大きくして、静止位置安定性に優れる光偏向装置を提供
できる。また、同様の効果を達する為に、可撓性平板で
ある支持部材の復元力よりも該可撓性平板と支持体側の
部分との静止摩擦力の方を大きくしてもよい。

【００１２】また、光ビームの偏向は反射で行なった
り、屈折で行なったりする。前者の場合、偏向部材の平
面部などの偏向面部に光ビームを反射・偏向する為の反
射層が形成されており、光ビームを反射層の一方の側、
あるいは、反射層の他方の側から偏向面部に入射し、偏
向面部に設けた反射層にて反射・偏向を行う。後者の場
合、偏向部材は偏向する光ビームに対して透過性であ
り、且つ偏向面部を界面に存在する２つの物質（偏向面
部を界面にする偏向部材の２つの材料や、偏向面部と偏
向面部に接する空間（所定の屈折率を持つ液体で満たさ
れている場合もある）など）の屈折率が異なっており、
スネルの法則による界面での屈折によって光偏向を行
う。この場合、光入射側と出射側が偏向部材を挟んで互
いに反対になるので、都合の良い場合もある。

【００１３】前記駆動手段は、支持部材上に設けられた
駆動電極と、支持体側に形成された固定電極から成り、
該電極間に電界を印加することで発生する静電引力によ
り支持部材を駆動して偏向部材を変位させる。この場
合、好適には、前記固定電極と前記駆動電極を絶縁層を
介して接触させた状態で駆動を行なう。この構成によれ
ば、可撓性平板である支持部材上の駆動電極の一端と固
定電極を絶緑層を介して接して配置して、静電力により
接触面積を増減させることにより駆動を行なえるため
に、接触部と非接触部の境界において常に大きな静電力
で駆動を行なうことができて、静電駆動によく見られる
崩れがなく（距離に対する逆２乗法則に支配される静電
力の場合、２つの部材を単純に並行的に近付けると或る
距離に近付いた地点で急激に崩れる様に２つの部材が接
触することになるが、この場合その様な崩れがない）、
滑らかに安定して支持部材の駆動を行なうことができ
る。また、可撓性平板の復元力よりも、電極と絶縁層間
あるいは偏向部材と支持体の静止摩擦力の方を大きくす
れば、電圧の印加を止めた位置に偏向部材を停止させて
おくことができる。

【００１４】また、前記偏向部材の回転支持を滑らか且
つ制御性良く行なう為に、偏向部材を適当な粘性を持つ
液体中に保持してもよい。駆動手段が静電力を利用する
場合、前記液体は誘電性液体である必要がある。

【００１５】上記の光偏向装置を複数個、独立制御可能
に、一次元或は２次元アレイ状に配置するのは、容易で
ある。

【００１６】要するに、本発明の光偏向装置は、偏向部
材を接続点の所で枢動可能に少なくとも１つの支持部材
の一端で支持し、その支持部材の他端を支持体に可動に
係留し、支持部材を駆動する駆動手段を支持部材側と支
持体側に分けて配置して上記目的を達成することを特徴
とし、偏向部材と支持部材の材料や形態、支持部材の他
端の支持体への可動係留の仕方、駆動手段の形態、支持
体の形態等は場合に応じて適当なものを採用すればよ
い。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光偏向装置の実施
の形態を図１乃至図９の図面に示す実施例を用いて詳細
に説明する。

【００１８】（第１実施例）図１は第１実施例の光偏向
装置の側面断面図である（上から見た様子は、例えば、
図９に示す様に、偏向板１０１が、４つの可撓性平板１
０５により、夫々、その支持点で枢動可能（支持点の所
で折れ曲がり可能）に、支持されている）。第１実施例
の光偏向装置は、入射する光ビームを偏向する偏向部材
である偏向板１０１と、該偏向板１０１が変位するに際
しそれを変位可能に支持する支持基板１０２と、こうし
た変位を可能にする様に可撓性を有して偏向板１０１と
支持基板１０２を繋いだ平板１０５と、偏向板１０１を
変位させるべく可撓性平板１０５の姿勢を変える為に電
極形成用基板１０３上に設けた固定電極１０４（可撓性
平板１０５の姿勢の変化を多様且つ安定的にする為に各
可撓性平板１０５の上側と下側にある）と、各平板１０
５上に設けた駆動電極１０６と、各固定電極１０４上に
形成された絶縁層１０７と、支持基板１０２の表面に形
成された配線パターンと駆動電極１０６を電気的に繋ぐ
駆動電極パターン接合パッド１０９を有する。光偏向
は、偏向板１０１上に設けた反射層１０８にて行なう。
電極１０４、１０６としては、低抵抗材料である金属、
半導体等を用いることができる。

【００１９】第１実施例の光偏向装置の駆動手段を以下
に説明する。電極形成用基板１０３上に設けた固定電極
１０４、及び偏向板１０１と支持基板１０２を繋いだ可
撓性平板１０５上に設けた駆動電極１０６間に電圧を印
加すると、両電極１０４、１０６間に静電引力が発生す
る。この静電力により、可撓性平板１０５が電極形成用
基板１０３方向（上方向或は下方向）に引き寄せられ、
結果として偏向板１０１が変位する。可撓性平板１０５
を図１の状態に戻すには、駆動電極１０６と上側の固定
電極１０４の間又は駆動電極１０６と下側の固定電極１
０４の間に適当な電圧を印加して、可撓性平板１０５を
中心の位置に戻し、その後電圧を切ればよい。

【００２０】可撓性平板１０５及び電極１０４、１０６
は偏向板１０１の周囲に複数形成し、これら平板１０５
の動作を各電極の電圧値を制御することによって制御
し、偏向板１０１の反射層１０８を所望の方向に向ける
ことが可能となる。予め、各電極にどの様な電圧を印加
した（或は印加しない）ときに反射層１０８の位置がど
うなって光の偏向方向がどうなるかを測っておけば、そ
れを記憶しておいて、そのデータに従って偏向板１０１
の姿勢を制御して所望の偏向角を得る様にすればよい。
この際、偏向板１０１の変位が停止した後に電圧を切っ
ても、可撓性平板１０５の復元力に対して電極１０６と
絶縁層１０７或は絶縁層１０７と可撓性平板１０５間の
静止摩擦力が勝つ様に設定してあるため、偏向板１０１
は同一位置に停止し、その位置が保存される。

【００２１】以下に、上記光偏向装置の作製工程の一例
を図２の工程図に沿って説明する。先ず、ガラス基板２
０１にポリイミドワニスを塗布し、ここに偏向板用の基
板１０１を載せて焼成し可撓性平板形成用薄膜層１０５
を形成する。このとき、偏向板用基板１０１とガラス基
板２０１との間には極く薄くポリイミドワニスが残る様
にする（図では不図示）。この薄さの程度は、偏向板１
０１と可撓性平板１０５の間で支持点（接続点）を中心
に上記枢動運動が滑らかにできる程度のものである。こ
の上に、Ｃｒ（クロム）とＡｕ（金）を順次電子ビーム
蒸着法にて成膜し、フォトリソグラフィプロセスとエッ
チングによりパターニングし、駆動電極１０６を形成す
る（図２（ａ））。次に、中貫きのガラスから成る環状
の支持体１０２を用意し、その表面に配線パターン、駆
動電極パターン接合パッド１０９を形成する。そして、
この接合パッド１０９面を駆動電極１０６と接合する
（図２（ｂ））。

【００２２】次に、固定電極層形成基板１０３を作製す
る。偏向板１０１と可撓性平板１０５の上記の変位を許
す為に、ガラス基板１０３をフォトリソグラフィプロセ
スとエッチングにより、図２（ｃ）に示す如く中央部を
なだらかに窪ませる様に加工する（図２（ｃ））。これ
に駆動電極１０６と同様な方法で固定電極層１０４を、
可撓性平板１０５が来る位置に対応して複数箇所（この
例では９０度間隔で４箇所）に形成し、電極層１０４上
にはポリイミドから成る絶縁層１０７を形成する（図２
（ｄ））。支持体１０２と固定電極形成基板１０３の位
置合せ（可撓性平板１０５と固定電極層１０４の位置が
合う様に）を行なった後、両基板ないし支持体１０２、
１０３を接合する（図２（ｅ））。接合後、ガラス基板
２０１をゆっくりと剥離し、続いて剥離面の偏向板用基
板部１０１上の焼成ポリイミドワニスの薄膜上にＡｌか
ら成る反射層１０８を形成する（図２（ｆ））。

【００２３】次に、環状の第２の固定電極形成基板１０
３に、第１の固定電極形成基板１０３と同様に、固定電
極層１０４とポリイミドから成る絶縁層１０７を４組形
成し、これを可撓性平板２０３上に、固定電極層１０４
と駆動電極１０６の位置を合わせて接合する（図１）。

【００２４】このようにして作製した光偏向装置の駆動
電極１０６と固定電極１０４の間（図３（ａ）、（ｂ）
の左側の駆動電極１０６とその上側の固定電極１０４の
間及び図３（ａ）、（ｂ）の右側の駆動電極１０６とそ
の下側の固定電極１０４の間）に＋１００Ｖの電圧を印
加した。これにより、左側の可撓性平板２０３が上方に
跳ね上げられ（このとき、可撓性平板２０３は可撓性を
有するので両基板１０２、１０３で挟まれた部分の内端
で図３（ｂ）の如く撓む）そして右側の可撓性平板２０
３が下方に傾動して、偏向板１０１と左右の平板１０５
間で図３（ｂ）に示す如く枢動運動が起こる。こうし
て、偏向板１０１が回転し、図３（ｂ）に示す偏向板１
０１の回転角度（α）が１０°となった。この結果、図
３（ｂ）の図解から分かる様に、反射光を２０°（２
α）偏向することが可能となった。回転が停止した後
に、電圧印加を開放したところ、偏向角は変化しなかっ
た。

【００２５】次に、他の電極間（図３（ａ）、（ｂ）の
右側の駆動電極１０６とその上側の固定電極１０４の間
及び図３（ａ）、（ｂ）の左側の駆動電極１０６とその
下側の固定電極１０４の間）に＋１００Ｖの電圧を印加
した。この結果、角度（α）は−１０°となり、反射光
の−２０°の偏向ができた。同じく、回転が停止した後
に、電圧印加を開放したところ、偏向角は変化しなかっ
た。以上より、本実施例の光偏向装置を用いて、図３の
面内で４０°の範囲の光偏向を行うことができた。

【００２６】この４０°の範囲で、図３の面内で言え
ば、図３（ａ）の偏向板１０１の姿勢、右側の可撓性平
板１０５をそのままで左側の可撓性平板１０５を上或は
下に傾動させて実現される偏向板１０１の姿勢、右側の
可撓性平板１０５を上に傾動させて左側の可撓性平板１
０５を図３（ａ）の状態或は下に傾動させて実現される
偏向板１０１の姿勢、右側の可撓性平板１０５を下に傾
動させて左側の可撓性平板１０５を図３（ａ）の状態或
は上に傾動させて実現される偏向板１０１の姿勢（最後
の姿勢が図３（ｂ）の姿勢である）の計７の姿勢が可能
である。更に、偏向板１０１の周囲に形成した４組の電
極１０４、１０６を適当に組み合わせて制御することに
より、他の方向にも同様に光偏向を行うことができた。

【００２７】ところで、光偏向装置の駆動手段は上記の
例に限られるものではなく、例えば、偏向板１０１を回
転する駆動手段を、可撓性平板１０５に形成された磁性
膜と、基板１０３側に配置された電磁石で構成すること
もできる。この場合、磁性膜と電磁石との間に生じる磁
力を用いて偏向板１０１の姿勢を制御する。

【００２８】また、偏向板１０１の反射層１０８は、典
型的には、平面状であるが、必要なら、反射層１０８は
平面以外の凹面、凸面などであってもよいが、平面とす
れば光ビームの偏向制御がやり易くなる。

【００２９】また、可撓性平板は少なくとも１つあれば
よく、図１の例で言えば、例えば、左側の可撓性平板を
固定部材で置き換え、右側の可撓性平板のみを可動にし
てもよい。更には、偏向板を枢動可能に支持する仕方も
上記の例に限られるものではない。

【００３０】（第２実施例）図４は本発明の第２実施例
である光偏向装置の側面断面図である。本実施例の光偏
向装置は、入射する光ビームを偏向する平面部４０１と
球面部４０２を有する部分球体４０３と、部分球体（半
球体）４０３が回転するに際し回転自在に支持する様に
中央部に窪み部が形成された支持基板４０４と、部分球
体４０３を回転させる為に支持基板４０４上に設けた固
定電極４０５及びそれを覆う絶縁層４０６と、部分球体
４０３と支持基板４０４を繋いだ可撓性平板４０７及び
該平板４０７上に設けた駆動電極４０８と、支持基板４
０４の表面に形成された配線パターンと駆動電極４０８
を電気的に繋ぐ駆動電極パターン接合パッド４１０を有
する。光偏向は、平面部４０１上に設けた反射層４０９
にて行う。

【００３１】本実施例の光偏向装置の駆動手段の一例を
以下に説明する。支持基板４０４上に設けた固定電極４
０５と、部分球体４０３と支持基板４０４を繋いだ可撓
性平板４０７上に設けた駆動電極４０８に対して電圧を
印加すると、両電極４０５、４０８間に静電引力が発生
する。この静電引力により、可撓性平板４０７が支持基
板４０４方向に引き寄せられ、結果として部分球体４０
３が回転する。回転が停止した後に、電界を切っても、
支持基板４０４と部分球体４０３の間の摩擦力により部
分球体４０３は同一位置に停止し、その位置が保存され
ている。可撓性平板４０７及び電極４０５、４０８は、
部分球体４０３の周囲に複数（例えば、第１実施例の様
に４組）形成し、これら平板４０７の動作を電圧値によ
り制御して、部分球体４０３の平面部４０１及び反射層
４０９を所望の方向に向けることが可能となる。この事
は、本質的に第１実施例の原理と同じである。

【００３２】以下に、光偏向装置の作製工程の一例を示
す。図５に工程図を示す。ガラス基板５０１にポリイミ
ドワニスを塗布し、部分球体４０３を載せて焼成し可撓
性平板形成用薄膜層４０７を形成する（部分球体４０３
とガラス基板５０１の間の焼成ポリイミドワニスの薄膜
については、第１実施例の対応する説明を参照）。部分
球体４０３は、石英ガラスから成る１００μｍ直径の発
光ダイオードのコリメータレンズ用のマイクロビーズを
使用し、研磨加工によりビーズの一端を研磨して平面部
４０１を形成した。続いて、可撓性平板形成用薄膜層４
０７上に、Ｃｒ（クロム）とＡｕ（金）を順次電子ビー
ム蒸着法にて成膜し、フォトリソグラフィプロセスとエ
ッチングによりパターニングし、駆動電極４０８を形成
する（図５（ａ））。

【００３３】次に、中貫きのガラスから成る環状の第１
の支持体４０４を用意し、その表面に固定電極パターン
４０５を平板形成用薄膜層４０７上の駆動電極４０８と
同様な方法で形成する。この固定電極４０５をポリイミ
ドから成る絶緑層４０６で覆い、続いて配線パターン及
び駆動電極パターン接合パッド４１０を形成する（図５
（ｂ））。

【００３４】次に、第１の支持体４０４と部分球体４０
３が接合されたガラス基板５０１の位置合せを行なった
後、駆動電極部４０８と接合パッド４１０を接合する
（図５（ｃ））。接合後、ガラス基板５０１をゆっくり
と剥離し、続いて剥離面の部分球体接合部にＡｌから成
る反射層４０９を形成する（図５（ｄ））。最後に、第
２の支持基板４０４を第１の支持基板４０４にその裏面
側からゆっくりと押し当てて、両基板４０４を接合し光
偏向装置を得る（図５（ｅ））。

【００３５】この様にして作製した光偏向装置の一組の
駆動電極４０８と固定電極４０５間に、他の組の駆動電
極４０８と固定電極４０５間はそのままで、＋１００Ｖ
の電圧を印加した。これにより、部分球体４０３が回転
し、反射光を４０°偏向することが可能となった。回転
が停止した後に、電圧印加を開放したところ、偏向角は
変化しなかった。次に、他の電極４０８、４０５間に＋
１００Ｖの電圧を印加した。この結果、反射光を−４０
°偏向ができた。この場合も、回転が停止した後に、電
圧印加を開放したところ、偏向角は変化しなかった。以
上より、本実施例の光偏向装置を用いて、８０°の光偏
向を行うことができた。半球体４０３の周囲に形成した
４組の電極４０８、４０５を適当に組み合わせて制御す
ることにより、他の方向にも同様に光偏向を行うことが
できた。これらの動作は本質的に第１実施例の動作原理
と同じである。その他の点は第１実施例と同じである。

【００３６】（第３実施例）図６は本発明の第３実施例
である光偏向装置の側面図である。図６において、第２
実施例の部分と同じ所は同一の符号で示す。第３実施例
では、第２実施例と同様に作製した後、上面をスペーサ
（不図示）を介して透明基板６０１で塞ぎ、間の空隙を
シリコーンオイルなどから成る適当な粘性を持つ誘電性
液体６０２（駆動電極４０８と固定電極４０５間の絶縁
を保つ為に誘電性とする）で満たす。空隙を誘電性液体
６０２で満たすことにより、支持体４０４と部分球体４
０３の間の摩擦を低減でき、部分球体４０３を回転させ
るのに要する電圧を低下させることができた。その他の
点は第２実施例と同じである。

【００３７】前記の誘電性液体６０２に用いる液体とし
ては、光学的に透過であり、電気的絶縁性の高い液体で
あればよく、トルエン、アセトン等の有機溶剤や水を用
いることも可能であるが、キャビティを満たす誘電性液
体が揮発しないよう、不揮発性の液体を用いることが好
ましい。特にシリコーンオイルはイオンや不純物の含有
量が低く、高抵抗な液体であり好ましい。

【００３８】支持体４０４、透明基板６０１としては、
光学的に透明であることが必要であり、ポリエチレン、
ポリスチレン等の硬質の樹脂やシリコーンゴム、ガラス
等を用いることが可能である。その他の点は第２実施例
と同じである。

【００３９】（第４実施例）図７は本発明の第４実施例
である光偏向装置の側面図である。図７において、第２
実施例の部分と同じ所は同一の符号で示す。本実施例で
は、第２の支持基板７０１の部分球体支持部に凹部７０
２を形成する。この凹部７０２により、部分球体４０３
の回転位置を正確に決めることができる。その他の点は
第２実施例と同じである。

【００４０】（第５実施例）図８は本発明の第５実施例
である光偏向装置の側面断面図である。図８において、
第２実施例の部分と同じ所は同一の符号で示す。本実施
例の光偏向装置は、入射する光ビームを偏向する平面部
８０１と球面部８０２を有する部分球体８０３と、部分
球体８０３が回転するに際しこれを回転自在に支持する
透明な支持基板８０４とが第２実施例とは異なり、その
他の部分は第２実施例と同じである。

【００４１】光偏向は、支持体８０４の下面からの入射
光（これは支持体８０４と部分球体８０３が常に接して
いる部分に入れられる）を、空間の屈折率と半球体８０
３の屈折率との差を利用して屈折させて、透過させる。
本実施例の光偏向装置でも、第２実施例と同様の駆動手
段により部分球体８０３を変位させる。また、変位が停
止した後に電界を切っても部分球体８０３は同一位置に
停止されており、その位置が保存される。

【００４２】今、上記駆動手段を用いて、支持体８０４
下部の入射光に対して部分球体８０３を角度（α）回転
させる。このとき、空間の屈折率をｎ_１、半球体８０３
の屈折率をｎ_２とすると、スネルの法則より図８の入射
光からの偏向角（β）は以下の式のようになる。 β＝ｓｉｎ^−１（ｎ_２・ｓｉｎα／ｎ_１）−α。

【００４３】本実施例では、半球体８０３に屈折率が
１．９の１００μｍ直径の発光ダイオードのコリメータ
レンズ用のマイクロビーズを使用して、本実施例の光偏
向装置を作製した。例えば、図８の右側の駆動電極４０
８と固定電極４０５の間に＋１００Ｖの電圧を印加し
た。これにより、可撓性平板４０７が支持基板８０４方
向に引き寄せられその結果、部分球体８０３が回転
し、図８に示す角度（α）が２０°となった。この場合
も、回転が停止した後に、電圧印加を開放したところ、
偏向角は変化しなかった。この結果、上記式より、βは
２０°となり、出射光は入射光に対して２０°偏向する
ことができた。その他の点は第２実施例と同じである。

【００４４】この透過式の光偏向装置は、例えば、図６
の実施例にも適用できる。この場合、誘電性液体６０２
の屈折率は半球体４０３の屈折率と異なるものである必
要があり、好適には空気の屈折率に近いものがよい。し
かし、必ずしもこれに限らず、要は、半球体４０３の姿
勢と偏向角が１対１で対応していればよい。すなわち、
どの様な電圧印加状態でどの様な偏向角を得られるかを
予め計測しておいて、その記憶情報に基づいて半球体４
０３の回転状態を制御して所望の偏向角を得る様にすれ
ばよい。

【００４５】（第６実施例）図９に、第２実施例の光偏
向装置を二次元にアレイ配置した光偏向器アレイの平面
図を示す。第２実施例の部分と同じ所は同一の符号で示
す。作製は、支持基板４０４が共通の基板となるのみ
で、第２実施例と同様の工程で行なった。図９では、可
撓性平板４０７が透明であるので平板４０７上に設けた
駆動電極４０８が見えている。また、支持基板４０４の
表面に形成された各電極４０５、４０８からの配線パタ
ーン９０１は図示の様になっていて、各電極の組に独立
に電圧が印加できる様になっている。従って、この光偏
向器アレイは、各々の半球体４０３を独立に多様な姿勢
に回転できる。これにより、独立に各ビームの偏向角の
制御が可能であり、入射光を各光偏向装置毎に二次元平
面に偏向できる。勿論、他の実施例の光偏向装置を任意
のアレイ状に配置することもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光偏向装
置によれば、平板、半球体などの偏向部材の周囲に少な
くとも１つの可撓性平板などの支持部材を設けて両者の
接続点で枢動させて偏向部材を変位させるため、別の基
板に新たに偏向部材駆動機構を作製する必要がなく、難
しい面合せを行なう必要もない。また、正確な変位を行
なえたかどうかの検証も、偏向部材の変位を行ないなが
ら行なうことが可能である。このため、回転方向及び偏
向角の制御が容易となる。また、本発明の光偏向装置は
個々の偏向部材に駆動機構を配置させることが可能なた
め、小型化、アレイ化に好適となる。

【００４７】さらに、本発明の光偏向装置では、支持部
材を多様に動かして偏向部材を変位させるため、偏向角
を大きく取れ、任意の方向に光偏向することが可能とな
る。また、偏向部材の周囲に少なくとも１つの可撓性平
板などの支持部材を設けて偏向部材を支持しているの
で、本発明の光偏向装置はあらゆる姿勢で偏向部材を制
御可能である。また、半球体などの偏向部材が支持基板
に球面部などの一部を接触させた状態で保持される場
合、回転を停止させておくための制御は必要なく、静止
位置安定性に優れる光偏向装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光偏向装置の側面断面図
である。

【図２】本発明の第１実施例の製造工程の一例を示す工
程図である。

【図３】本発明の第１実施例の光偏向装置の駆動手段の
動作を説明する側面断面図である。

【図４】本発明の第２実施例の光偏向装置の側面断面図
である。

【図５】本発明の第２実施例の製造工程の一例を示す工
程図である。

【図６】本発明の第３実施例の光偏向装置の側面断面図
である。

【図７】本発明の第４実施例の光偏向装置の側面断面図
である。

【図８】本発明の第５実施例の透過型光偏向装置を説明
する側面断面図である。

【図９】本発明の第６実施例の光偏向器アレイの平面図
である。

【符号の説明】

１０１偏向板１０２、４０４、７０１、８０４支持基板１０３、４０４、７０１、８０４電極形成用基板１０４、４０５固定電極１０５、４０７可撓性平板１０６、４０８駆動電極１０７、４０６絶縁層１０８、４０９反射層１０９、４１０接合電極パッド２０１、５０１ガラス基板４０１、８０１平面部４０２、８０２球面部４０３、８０３部分球体（半球体）６０１透明基板６０２誘電性液体７０２凹部９０１配線パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H041 AA13 AB14 AB26 AC04 AC06 AZ02 AZ08 2H045 AA04 AA52 AA62 AF02 BA12 DA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射する光ビームを偏向する偏向面を有す
る偏向部材と、一端は偏向部材に枢動可能に接続され他
端は支持体に可動に接続されている少なくとも１つの支
持部材と、偏向部材を変位させる為の駆動手段とを有す
る光偏向装置であって、該駆動手段は、該支持部材上に
設けられた可動部分と、該支持体側に形成された固定部
分から成り、これら可動、固定部分間にに働く引力或は
斥力により支持部材を駆動して偏向部材を変位させるこ
とを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】前記支持部材は可撓性平板であることを特
徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】前記支持部材は、偏向部材を挟んで対向す
る位置に設けられたものを１組として、少なくとも１組
設けられていることを特徴とする請求項１または２に記
載の光偏向装置。
【請求項４】前記偏向部材は、平面部である偏向面を有
する偏向板であることを特徴とする請求項１乃至３の何
れかに記載の光偏向装置。
【請求項５】前記偏向部材は、球面の一部から成る部分
球面部を有する部分球体より成ることを特徴とする請求
項１乃至３の何れかに記載の光偏向装置。
【請求項６】前記偏向部材の部分球面部が前記支持体と
常に接触していることを特徴とする請求項５に記載の光
偏向装置。
【請求項７】前記支持部材は可撓性平板であり、前記可
焼性平板の復元力よりも部分球面部と支持体の静止摩擦
力の方が大きいことを特徴とする請求項６に記載の光偏
向装置。
【請求項８】前記支持部材は可撓性平板であり、前記可
撓性平板の復元力よりも該可撓性平板と支持体側の部分
との静止摩擦力の方が大きいことを特徴とする請求項１
乃至６の何れかに記載の光偏向装置。
【請求項９】前記偏向部材は平面部である偏向面を有
し、該平面部に光ビームを偏向する為の反射層が形成さ
れていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記
載の光偏向装置。
【請求項１０】前記偏向部材は偏向する光ビームに対し
て透過性であり、且つ偏向部と偏向部に接する空間或は
物質との屈折率が異なることを特徴とする請求項１乃至
８の何れかに記載の光偏向装置。
【請求項１１】前記駆動手段は、支持部材上に設けられ
た駆動電極と、支持体側に形成された固定電極から成
り、該電極間に電界を印加することで発生する静電引力
により支持部材を駆動して偏向部材を変位させることを
特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の光偏向装
置。
【請求項１２】前記固定電極と前記駆動電極を絶縁層を
介して接触させた状態で駆動を行なうことを特徴とする
請求項１１に記載の光偏向装置。
【請求項１３】前記偏向部材が適当な粘性を持つ液体中
に保持されていることを特徴とする請求項１乃至１２の
何れかに記載の光偏向装置。
【請求項１４】前記液体は誘電性液体であることを特徴
とする請求項１３に記載の光偏向装置。
【請求項１５】請求項１乃至１４の何れかに記載の光偏
向装置を複数個有し、偏向部材及びそれを駆動する駆動
手段が一次元或は２次元アレイ状に配置されて成ること
を特徴とする光偏向装置。