JP2004205631A

JP2004205631A - 光デバイス

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Publication number: JP2004205631A
Application number: JP2002372097A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Uchiyama; 武内山; Masanao Munekane; 正直宗兼; Kenji Kato; 健二加藤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】耐久性を向上させつつも光学部品の基切り替え位置保持性能が高く、しかも製造が容易な光デバイスを提供する。
【解決手段】基体２の上面には、ミラー４を支持した可動部３が、弾性支持部５によって変位可能に支持されている。可動部３の両側面にはラッチ爪９が一体に設けられており、さらに可動部３の両側方に、ラッチ爪９に対応するラッチ爪１０が一体に設けられた弾性ラッチ部７が配置されている。可動部３は、可動部３および基体２に設けられた電極対を有する可動部用アクチュエータ６により変位され、これによってラッチ爪９，１０同士が係合する。係合の解除は、弾性ラッチ部７および基体２に設けられた電極対を有するラッチ部用アクチュエータ８によってなされる。係合が解除されると、可動部３は弾性支持部５のばね力により元の位置へ復帰する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などの分野において、光信号の光路切り替え、減衰、遮断、あるいはフィルタリングなどに用いられる光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光信号の光路切り替え、減衰、遮断あるいはフィルタリングなどを行う光デバイスにおいては、これらの機能を発揮するためのミラーや光学フィルタといった光学部品を光路中に出し入れ可能に支持する可動部を有している。可動部は、基体に対して弾性構造体を介して支持され、例えば静電アクチュエータによって駆動される。すなわち、静電アクチュエータに電圧を印加することにより生じる静電気力によって可動部を変位させ、電圧の印加をオフすることによって静電気力が消失すると、弾性構造体の持つばね力によって、可動部は元の位置へ復帰する。
【０００３】
ところが、上述した光デバイスは、静電アクチュエータに電圧が印加されている間だけ可動部が変位した位置にあるので、停電などによって静電気力が消失すると、変位していた可動部は元の位置へ復帰し、デバイスとしての機能が損なわれてしまう。そこで、静電気力が消失しても可動部の位置が復帰しないような自己保持機能を有する機構を設けた光デバイスが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、基体の表面に互いに対向して設けられた第１および第２の固定電極と、これらの間に配置された可動電極と、可動電極に支持された支持部に設けられた工学部品と、可動電極の両端において可動電極を基体に対して弾性的に支持する板ばね部とを有する光デバイスが開示されている。
【０００５】
この光デバイスでは、第１の固定電極と可動電極との間に電圧を印加すると、可動電極は第１の固定電極に引き寄せられ、支持部に取付けられた光学部品も第１の固定電極側へ変位する。このとき、板ばね部は、可動電極の移動に伴い、一旦湾曲した後に直線状になった状態で止まり、電圧の印加をオフしても、可動電極は第１の固定電極側へ引き寄せられた位置で保持される。一方、第２の固定電極と可動電極との間に電圧を印加すると、可動電極は第２の固定電極側へ引き寄せられ、上述した板ばね部の自己保持機能によって、電圧の印加をオフしても可動電極は第２の固定電極側へ引き寄せられた位置で保持される。
【０００６】
こういった光デバイスは、微細な構造を有することから、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を利用して作製される。ＭＥＭＳは、マイクロマシンとも呼ばれ、半導体製造技術を応用してシリコン基板に微細な三次元構造を形成し、センサやアクチュエータの超小型化を実現する技術として注目されている技術である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１６３８８号公報（第７〜８欄、図４、図７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光デバイスには、以下に示すような問題点があった。
【０００９】
上述した光デバイスでは、可動電極を移動させる際に板ばね部は一旦湾曲した状態となる。このとき、板ばね部には大きな負荷が加わり、特に根元部に大きな歪みが生じるので、繰り返し動作に対する耐久性に問題がある。耐久性を向上させるためには、板ばね部が湾曲したときに加わる負荷が小さくなるように設計することが考えられる。しかし、このことは、板ばね部によるばね力を小さくする結果を招くので、自己保持機能が低下してしまう。つまり、板ばね部は、わずかな力でも最大湾曲点を越えて変形し、これによって可動電極の位置が切り替わってしまうので、振動などによって光学部品の位置が切り替わり、光デバイスの信頼性が低下してしまう。
【００１０】
また、上記特許文献１には、板ばね部を蝶番式に構成して過大な応力が加わらないようにすることも記載されているが、微小なデバイスでこのような蝶番構造を形成するのは非常に困難である。
【００１１】
そこで本発明は、耐久性を向上させつつも光学部品の切り替え位置保持性能が高く、しかも製造が容易な光デバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光デバイスは、基体と、
前記基体に変位可能に弾性的に支持された可動部と、
前記可動部に支持され、前記可動部の変位に伴って光路中に出し入れされる光学部品と、
前記可動部を変位させるための、前記可動部および前記基体に前記可動部の変位方向に対向して設けられた電極対を備えた可動部用アクチュエータと、
前記基体に変位可能に弾性的に支持され、前記可動部が前記可動部用アクチュエータによって変位された位置で前記可動部に係合可能なラッチ構造を備えた弾性ラッチ部と、
前記弾性ラッチ部を前記ラッチ構造の前記可動部との係合を解除する向きに変位させるための、前記弾性ラッチ部および前記基体に前記弾性ラッチ部の変位方向に対向して設けられた電極対を備えたラッチ部用アクチュエータとを有する。
【００１３】
上記のように構成された本発明の光デバイスでは、可動部は、可動部用アクチュエータにより変位されると、弾性ラッチ部のラッチ構造と係合し、変位した状態が維持される。ラッチ構造による係合は、ラッチ部用アクチュエータの電極対に電圧を印加し、弾性ラッチ部を変位させることによって解除されるので、可動部が変位した状態では、可動部用アクチュエータおよびラッチ部用アクチュエータのそれぞれの電極対に電圧が印加されていなくても、可動部すなわち光学部品が変位した状態が保持される。しかも、可動部が変位した状態の保持は、弾性ラッチ部のラッチ構造によってなされるので、可動部の支持部のばね力を小さく設定しても、上述した保持機能が損なわれることはない。したがって、可動部の支持部に加わる負荷を小さくすることができ、結果的に、耐久性に優れ、かつ光学部品の切り替え位置保持性能の高い光デバイスが得られる。また、本発明の光デバイスは、構造も簡単であるので、製造も容易である。
【００１４】
可動部を安定して変位させるためには、可動部を一端部が基体に支持された板状の部材とし、かつ、弾性ラッチ部を可動部の両側方に配置することが好ましい。また、弾性ラッチ部に設けられるラッチ構造を、弾性ラッチ部に一体に設けられたラッチ爪とし、さらに可動部にもこのラッチ爪と係合するラッチ爪を一体に設けた構成とすることにより、弾性ラッチ部による可動部の係合をより確実に行える。
【００１５】
弾性ラッチ部および可動部の双方にラッチ爪を設けた場合、可動部の変位方向を基体の主面に沿った方向とし、各ラッチ爪を、それぞれ系止面および傾斜面の２つの側面を有し互いに逆向きに形成された三角形状の突起とすることで、可動部を可動部用アクチュエータで変位させるだけでラッチ爪同士が係合される。さらにこの場合、弾性ラッチ部の、可動部が可動部用アクチュエータによって変位されていないときに可動部のラッチ爪と係合する位置に第２のラッチ爪を設けることで、可動部が変位していない状態での可動部すなわち光学部品の位置安定性が向上する。また、可動部および弾性ラッチ部の各ラッチ爪は矩形状の凸部として形成してもよい。この場合は、可動部が変位していない中立位置を、可動部の変位方向について可動部のラッチ爪が弾性ラッチ部のラッチ爪と重なる位置とすることで、可動部のラッチ爪は、可動部の変位前および変位後の双方の位置で弾性ラッチ部のラッチ爪と係合することができるので、双方の位置での光学部品の位置安定性が向上する。
【００１６】
また、本発明の光デバイスにおいて、可動部を基体の主面に沿って変位させる構成とした場合、可動部を可動部用アクチュエータによる変位方向と反対方向へ変位させるための第２の可動部用アクチュエータをさらに付加してもよい。これにより、可動部の戻り方向での変位速度を向上させることができるので、光デバイスの切り替え応答性が向上する。
【００１７】
さらに、本発明の光デバイスにおいては、可動部を、基体の主面に基体と間隔をあけて配置され、かつ基体の主面と平行に延びる片持ち梁として構成することもできる。これにより、可動部を基体の主面に略垂直な方向に変位させることができる。この場合、可動部を変位させるだけで弾性ラッチ部との係合状態を得るために、ラッチ構造を弾性ラッチ部に一体に設けられたラッチ爪とし、このラッチ爪が、その根元部から先端に向かって基体の主面に接近するように傾斜し、可動部用アクチュエータにより可動部が変位することによって可動部に押圧される傾斜面を有する構成とすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による光デバイスの平面図である。
【００２０】
この光デバイス１は、２×２光スイッチとして構成されるものであり、基体２の上面に、光学部品として光路切り替えのためのミラー４を支持する可動部３が、基体２の上面と平行な方向に移動可能に設けられている。可動部３は板状の部材であり、その一端部が、弾性支持部５によって基体２に弾性的に支持されている。
【００２１】
また、光デバイス１は、可動部３を弾性支持部５による弾性的な支持力（ばね力）に抗して移動させるために、可動部３と一体に形成された電極および可動部３を変位させる方向でこの電極と対向して基体２に形成された電極を備えた静電アクチュエータである、可動部用アクチュエータ６を有する。本実施形態では、可動部用アクチュエータ６を構成する電極対を、互いに噛み合う櫛歯状の電極として形成している。両電極間に電圧を印加すると、両電極間に互いに引き寄せあう静電気力が働くので、可動部３は弾性支持部５のばね力に抗して矢印Ａ方向に移動する。一方、両電極間への電圧の印加がオフされると、両電極間に働いていた静電気力は消失し、弾性支持部５のばね力によって可動部３は元の位置へ復帰する。
【００２２】
可動部３の両側面には、それぞれラッチ爪９が一体に設けられている。さらに、可動部３の両側方には、可動部３の移動方向に沿って延び、一端の支持部７ａにおいて基体２に弾性的に支持された弾性ラッチ部７が設けられている。弾性ラッチ部７の、可動部３のラッチ爪９に対向する領域には、可動部３が弾性支持部５のばね力に抗して移動した状態のときに可動部３のラッチ爪９と係合するラッチ爪１０が一体に設けられている。
【００２３】
また、各弾性ラッチ部７を支持部７ａでのばね力に抗して可動部３から離れる向きに変位させるための静電アクチュエータとして、光デバイス１は、弾性ラッチ部７と一体に形成された電極および弾性ラッチ部７を変位させる方向でこの電極と対向して基体２に形成された電極を備えたラッチ部用アクチュエータ８を有する。本実施形態では、ラッチ部用アクチュエータ８を構成する電極対を、互いに噛み合う櫛歯状の電極として形成している。両電極間に電圧を印加すると、両電極間に互いに引き寄せあう静電気力が働くので、弾性ラッチ部７は支持部７ａでのばね力に抗して矢印Ｂ方向に変位する。一方、両電極間への電圧の印加がオフされると、両電極間に働いていた静電気力は消失し、支持部７ａでのばね力によって弾性ラッチ部７は元の位置に復帰する。
【００２４】
ここで、上述したラッチ爪９，１０について、図２を参照して詳しく説明する。可動部３に設けられたラッチ爪９は、可動部３の側面から三角形状に突出した部分として形成されており、可動部用アクチュエータ６による可動部３の移動方向と反対方向を向いた係止面９ａ、および係止面９ａよりも可動部３の移動方向側に位置し係止面９ａに対して傾斜した傾斜面９ｂの２つの側面を有する。弾性ラッチ部７に設けられたラッチ爪１０は、弾性ラッチ部７の可動部３と対向する側面から三角形状に突出した部分として形成されており、可動部用アクチュエータ６による可動部３の移動方向を向いた係止面１０ａ、および係止面１０ａよりも可動部３の移動方向と反対側に位置し係止面１０ａに対して傾斜した傾斜面１０ｂの２つの側面を有する。
【００２５】
弾性ラッチ部７のラッチ爪１０の係止面１０ａは、可動部３のラッチ爪９の係止面９ａよりも可動部３の移動方向側に位置している。可動部３の移動方向についての両係止面９ａ，１０ａ間の距離Ｌは、可動部３を移動させるべき距離すなわちミラー４（図１参照）を移動させるべき距離と等しい距離に設定される。また、ラッチ爪９の係止面９ａの、可動部３の側面からの突出長さＥ１は、ラッチ爪９と弾性ラッチ部７との隙間Ｃが、ラッチ爪１０の係止面１０ａの、弾性ラッチ部７の側面からの突出長さＥ２よりも小さくなるように設定されている。
【００２６】
上述した構造は、基体２をシリコン基板で構成することによって、ＭＥＭＳ技術を利用してシリコン基板から容易に形成することができる。
【００２７】
再び図１を参照すると、基体２の上面には、２つの入射側の光ファイバ１１ａ，１１ｂおよび２つの受光側の光ファイバ１２ａ，１２ｂが、入射側の各光ファイバ１１ａ，１１ｂから出射した光信号の光路１３ａ，１３ｂが可動部３の上方で交差するように、例えば基体２に形成したＶ溝（不図示）上に保持するなどの方法によって位置決め固定されている。ミラー４は、可動部３のラッチ爪９が弾性ラッチ部７のラッチ爪１０と係合した状態のときに光路１３ａ，１３ｂの交点上に位置し、かつ両面に形成された反射面が可動部３の移動方向と平行となるように、可動部３上に設置されている。
【００２８】
なお、各光ファイバ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの先端にはコリメータ（不図示）が取付けられており、各光ファイバ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ間では、光信号は平行光とされる。
【００２９】
次に、上述した本実施形態の光デバイス１の動作について説明する。
【００３０】
図１に示す状態では、可動部用アクチュエータ６およびラッチ部用アクチュエータ８には電圧は印加されておらず、ミラー４は第１の位置にある。この位置では、ミラー４は光路１３ａ，１３ｂから外れた位置にある。したがって、光ファイバ１１ａから出射した光信号は光ファイバ１２ｂに入射され、光ファイバ１１ｂから出射した光信号は光ファイバ１２ａに入射される。
【００３１】
この状態で可動部用アクチュエータ６に電圧を印加すると、可動部用アクチュエータ６に発生する静電気力によって可動部３は矢印Ａ方向に引き寄せられる。これにより、図３に示すように、可動部３のラッチ爪９の傾斜面９ｂは弾性ラッチ部７のラッチ爪１０の傾斜面１０ｂを押圧する。弾性ラッチ部７は、支持部７ａにおいて弾性的に支持されているので、ラッチ爪９の傾斜面９ｂがラッチ爪１０の傾斜面１０ｂを押圧することにより、弾性ラッチ部７は互いに離れる向きに弾性変形する。
【００３２】
さらに可動部３が移動すると、可動部３のラッチ爪９の傾斜面９ｂは弾性ラッチ部７のラッチ爪１０の傾斜面１０ｂを乗り越える。これにより、弾性ラッチ部７はそれ自身が持つばね力によって元の位置へ復帰し、図４に示すように、弾性ラッチ部７のラッチ爪１０が可動部３のラッチ爪９に係合する。弾性ラッチ部７は可動部３の両側に設けられているので、両ラッチ爪９，１０の係合状態をバランス良く安定して保持することができる。なお、弾性ラッチ部７は可動部３の片側だけに配置してもよいが、ラッチ爪９，１０の係合時の可動部３の安定性を考慮すると、両側に配置した方が好ましい。
【００３３】
両ラッチ爪９，１０が係合した後、可動部用アクチュエータ６への電圧の印加がオフされる。この際、弾性支持部５によって、可動部３にはラッチ爪９の係止面９ａが弾性ラッチ部７のラッチ爪１０の係止面１０ａに押圧される向きの力が働いているので、可動部用アクチュエータ６への電圧の印加をオフしても、可動部３の位置は、ラッチ爪９が弾性ラッチ部７のラッチ爪１０に係合した位置に保持される。
【００３４】
この状態では、ミラー４は第２の位置に位置し、この位置ではミラー４は光路１３ａ，１３ｂの交点上に位置する。光ファイバ１１ａから出射した光信号はミラー４の一方の反射面で反射して光ファイバ１２ａに入射し、光ファイバ１１ｂから出射した光信号はミラー４の他方の反射面で反射して光ファイバ１２ｂに入射する。
【００３５】
一方、図4に示す状態でラッチ部用アクチュエータ８に電圧を印加すると、弾性ラッチ部７はラッチ部用アクチュエータ８に発生する静電気力によって互いに離れる向きに変位し、両ラッチ爪９，１０の係合が外れる。このとき、可動部用アクチュエータ６への電圧の印加はオフされているので、両ラッチ爪９，１０の係合が外れると、可動部３は、弾性支持部５のばね力によって初期位置に復帰する。その後、ラッチ部用アクチュエータ８への電圧の印加をオフすることにより、弾性ラッチ部７は、それ自身のばね力によって元の位置へ復帰し、再び図１に示した状態となる。
【００３６】
以上説明したように、ラッチ爪９を有する可動部３を弾性支持部５で支持し、可動部３が弾性支持部５のばね力に抗して移動した状態でラッチ爪９と係合して可動部３を保持する保持構造を設けることで、極めて簡単な構造で、可動部３の自己保持機能を実現することができる。その結果、可動部３が移動した後の位置を維持するための電力が不要であるので、停電などにより電力の供給が途絶えた場合でも、光デバイス１は、電力が途絶える前の状態を維持することができ、しかも、可動部３を移動させる間だけ電力を供給するようにすれば、省電力化を図ることができる。
【００３７】
また、ラッチ爪９が係合した状態では、ラッチ爪９は、弾性支持部５によって弾性ラッチ部７のラッチ爪１０に押圧されているので、外部からの振動に対しても高い自己保持機能を有する。さらに、可動部３が移動した状態の保持は、ラッチ爪９の、弾性ラッチ部７のラッチ爪１０への係合によってなされるので、弾性支持部５により生じさせるばね力を小さく設定しても、自己保持機能が損なわれることはない。したがって、弾性支持部５に加わる負荷を小さくすることができるので、結果的に、光デバイス１の耐久性も向上させることができる。
【００３８】
しかも、基体２上の可動部３および弾性ラッチ部７を変位させるためのアクチュエータとして静電アクチュエータを用いているので、可動部３や弾性ラッチ部７といった構造と同時にこれらの駆動機構も、半導体製造技術を利用して基体２上に容易に作製することができる。
【００３９】
本実施形態では、図４に示したように両ラッチ爪９，１０が係合した状態のときにミラー４が光路１３ａ，１３ｂ上に位置する場合を例に挙げて説明したが、逆に、図１に示す状態のときにミラー４が光路１３ａ，１３ｂ上に位置し、図４に示す状態のときにミラー４が光路１３ａ，１３ｂから外れる位置にミラー４を設置してもよい。
【００４０】
ただしこの場合、ミラー４が光路１３ａ，１３ｂ上に位置しているときは、両ラッチ爪９，１０は係合していないので振動などによってミラー４の位置が不安定になるおそれがある。そこで、両ラッチ爪９，１０が係合していないときにも可動部３の位置すなわちミラー４の位置を安定して保持するために、図５に示すように、弾性ラッチ部７に第２のラッチ爪１５を設けるのが好ましい。なお、図５は、図１に相当する状態でのラッチ爪９，１０の近傍の拡大図であり、図１と同一の部分については図１と同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
第２のラッチ爪１５は、可動部３を移動させる前の状態のときに可動部３のラッチ爪９が当接する位置に設けられている。ここで、第２のラッチ爪１５は、可動部３のラッチ爪９が弾性支持部５（図１参照）によるばね力が作用した状態で当接していることが望ましい。そして、可動部３を移動させることによって、可動部３のラッチ爪９は弾性ラッチ部７の第２のラッチ爪１５から離れ、上述したようにして弾性ラッチ部７のラッチ爪１０と係合する。このように、弾性ラッチ部７に第２のラッチ爪１５を設けることによって、可動部３が移動する前の状態でも可動部３の位置を安定して保持することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、光学部品としてミラー４を適用した例を示したが、これに限らず、光学フィルタや遮光板など、光路上に作用することで所望の機能を発揮する種々の光学部品を可動部３上に設けることもできる。光学部品として光学フィルタを用いれば、光デバイスをオン／オフ切り替え式の光フィルタとして機能させることができ、光学部品として遮光板を用いれば、光デバイスを光アッテネータとして機能させることができる。光路の配置は、このような光デバイスの機能に応じて適宜変更することができるし、さらに、光路を形成する部材も、光ファイバではなく導波路とすることもできる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態による光デバイスの、光学部品が第１の位置にある状態を示す平面図であり、図７は、図６に示す光デバイスの、光学部品が第２の位置にある状態を示す平面図である。
【００４４】
本実施形態の光デバイス２１では、可動部２３および弾性ラッチ部２７にそれぞれ設けられたラッチ爪２９，３０は、矩形状の凸部として形成されている。また、可動部２３を移動させるための静電アクチュエータとしては、第１の実施形態と同様の第１の可動部用アクチュエータ２６ａの他に、第１の可動部用アクチュエータ２６ａによる移動方向と反対方向へ移動させるための第２の可動部用アクチュエータ２６ｂを有する。第２の可動部用アクチュエータ２６ｂは、可動部２３の移動方向について第１の可動部用アクチュエータ２６ａと対称に形成された櫛歯状の電極対を有する。また、可動部２３上に設けられる光学部品２４は、光路上に作用することで所望の機能を発揮する、ミラー、光学フィルタ、あるいは遮光板など任意の部品を用いることができる。光路は、図面では省略しているが、光ファイバや導波路などで構成することができ、また、光デバイス２１の機能などに応じて配置される。
【００４５】
その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４６】
ここで、本実施形態におけるラッチ爪２９，３０について、図８を参照して詳しく説明する。可動部２３に設けられたラッチ爪２９は、可動部２３が第１の可動部用アクチュエータ２６ａにより移動される前の状態で光学部品２４が第１の位置にあるとき（図８（ａ）参照）に弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０と対面する第１の係止面２９ａと、可動部２３が第１の可動部用アクチュエータ２６ａにより移動された後の状態で光学部品２４が第２の位置にあるとき（図８（ｂ）参照）に弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０と対面する第２の係止面２９ｂとを有する。
【００４７】
弾性支持部２５（図６参照）のばね力が可動部２３に作用しておらず可動部２３が移動していない中立位置は、第１の位置と第２の位置の中間位置、すなわち可動部２３の移動方向についてラッチ爪２９が弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０と重なる位置となるように設定される。したがって、図８（ａ）に示す第１の位置では、可動部２３のラッチ爪２９は第１の係止面２９ａが弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０に押圧され、図８（ｂ）に示す第２の位置では、可動部２３のラッチ爪２９は第２の係止面２９ｂが弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０に押圧される。つまり、第１の位置および第２の位置の双方の位置において、両ラッチ爪２９，３０は係合状態にある。
【００４８】
弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０の、可動部２３の移動方向における長さＭは、可動部２３を移動させるべき距離すなわち光学部品２４（図６参照）を移動させるべき距離と等しい長さに設定される。
【００４９】
次に、本実施形態の光デバイス２１の動作について、図９のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００５０】
図６に示す状態では、各可動部用アクチュエータ２６ａ，２６ｂおよびラッチ部用アクチュエータ２８には電圧は印加されておらず、可動部２３すなわち光学部品２４は、弾性支持部２５のばね力によってラッチ爪２９の第１の係止面２９ａが弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０に押圧されることで第１の位置に保持されている。
【００５１】
この状態でラッチ部用アクチュエータ２８に電圧を印加する（Ｓ４１）と、ラッチ部用アクチュエータ２８に発生する静電気力によって弾性ラッチ部２７が互いに離間する向きに変位し、ラッチ爪２９，３０の係合が外れる。係合が外れた後、第１の可動部用アクチュエータ２６ａに電圧を印加する（Ｓ４２）。これにより、可動部２３は静電気力によって第１の可動部用アクチュエータ２６ａ側に引き寄せられ、ラッチ爪２９が弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０を越える位置まで可動部２３が移動する。
【００５２】
可動部２３がこの位置まで移動した後、ラッチ部用アクチュエータ２８への電圧の印加をオフする（Ｓ４３）。これにより、弾性ラッチ部２７はそれ自身のｂね力によって元の位置へ復帰する。その後、第１の可動部用アクチュエータ２６ａへの電圧の印加をオフする（Ｓ４４）。第１の可動部用アクチュエータ２６ａへの電圧の印加をオフすることによって、可動部２３は弾性支持部２５による矢印Ａ２方向の力を受ける。その結果、可動部２３のラッチ爪２９は、その第２の係止面２９ｂが弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０に押圧されるので、図７に示すように、可動部２３すなわち光学部品２４は第２の位置に保持される。
【００５３】
図１０に、可動部２３すなわち光学部品２４を第１の位置から第２の位置へ移動させるときの、ラッチ部用アクチュエータ２８および第１の可動部用アクチュエータ２６ａへの電圧の印加のタイミングチャートを示す。図１０に示すように、第１の可動部用アクチュエータ２６ａは、ラッチ部用アクチュエータ２８に対して所定の時間だけ遅延したタイミングで駆動される。この所定の時間とは、弾性ラッチ部２７が変位するのに要する時間である。
【００５４】
第２の位置にある光学部品２４を第１の位置へ戻すには、第１の可動部用アクチュエータ２６ａの代わりに第２の可動部用アクチュエータ２６ｂを用いて、ラッチ部用アクチュエータ２８および第２の可動部用アクチュエータ２６ｂを上述したのと同様に駆動する。すなわち、ラッチ部用アクチュエータ２８に電圧を印加して弾性ラッチ部２７を開いた後、第２の可動部用アクチュエータ２６ｂに電圧を印加して可動部２３を矢印Ａ２方向に移動させる。その後、ラッチ部用アクチュエータ２８への電圧の印加をオフし、最後に第２の可動部用アクチュエータ２６ｂへの電圧をオフする。
【００５５】
以上説明したように本実施形態によれば、第１の位置および第２の位置の双方で可動部２３のラッチ爪２９が弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０に係合するので、第１の位置および第２の位置の両位置において、高い自己保持機能を達成することができる。また、可動部２３を移動させる前に弾性ラッチ部２７を開き、弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０が可動部２３のラッチ爪２９に接触しないようにすることで、可動部２３を移動させる際の負荷を小さくすることができる。その結果、可動部２３を小さな力で移動させることができ、更なる省電力化を達成することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態では、可動部２３を引き戻す、すなわち光学部品２４を第１の位置へ復帰させるのに、弾性支持部２５のばね力だけでなく第２の可動部用アクチュエータ２６ｂによる静電気力も利用しているので、第２の位置から第１の位置への移動時間を短縮することができる。これにより、両方向についての可動部２３の応答性が向上し、結果的に光学部品２４の位置の切り替え速度を向上させることができる。この第２の可動部用アクチュエータ２６ｂは、第１の実施形態においても同様の目的で適用することができる。
【００５７】
また、本実施形態においても、弾性支持部２５は、可動部２３のラッチ爪２９を弾性ラッチ部２７のラッチ爪３０に押圧させる程度のばね力を生じさせればよいので、第１の実施形態と同様に、弾性支持部２５に加わる負荷は小さくてすみ、光デバイス２１の耐久性を向上させることができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態による光デバイスの平面図である。また、図１２は、図１１に示す光デバイスのＣ−Ｃ線断面図であり、併せてその動作も示している。
【００５９】
本実施形態の光デバイス５１では、光学部品５４を支持する可動部５３は、基体５２の上面に基体５２の上面と間隔をあけて配置され、かつ、基体５２の上面と平行に延びる片持ち梁として形成されている。したがって、可動部５３は、その基体５２との支持部を支点として基体５２の上面に略垂直な方向に弾性変位可能に構成されている。可動部５３の両側面には、それぞれ可動部５３の幅方向外側に突出するラッチ爪５９が設けられている。
【００６０】
可動部５３の両側方には、第１の実施形態と同様に基体５２に弾性的に支持され、ラッチ部用アクチュエータ５８によって可動部５３に対して離間および接近する方向に変位される弾性ラッチ部５７が配置されている。各弾性ラッチ部５７の、可動部５３のラッチ爪５９と対向する領域には、可動部５３に向かって延びるラッチ爪６０が形成されている。弾性ラッチ部５７に設けられたラッチ爪６０は、図１２に示すように、その上面が、根元部から先端に向かって基体５２の上面に接近する向きに傾斜した傾斜面６０ａとなっている。また、可動部５３が変位していない状態（図１２（ａ）参照）では、弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０の少なくとも一部は、可動部５３のラッチ爪５９と基体５２との間の領域に位置している。
【００６１】
さらに、図１２に示すように、光デバイス５１は、可動部５３を変位させるための可動部用アクチュエータとして、可動側電極６５および固定側電極６６を有する。可動側電極６５は、可動部５３の先端部の、基体５２と対向する面に形成されている。固定側電極６６は、基体５２の上面の、可動側電極６５と対向する領域に形成されている。可動側電極６５と固定側電極６６との間に電圧を印加することにより、両者間に静電気力が働き、可動部５３が基体５２側に引き寄せられる。
【００６２】
次に、本実施形態の光デバイス５１の動作について説明する。
【００６３】
図１２（ａ）に示す状態では、可動部用アクチュエータおよびラッチ部用アクチュエータ５８には電圧は印加されていない。また、可動部５３は弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０の上方に位置しており、光学部品５４は第１の位置にある。
【００６４】
この状態で可動部用アクチュエータ、すなわち可動側電極６５と固定側電極６６との間に電圧を印加すると、可動部５３は静電気力によって基体５２側へ引き寄せられる。このとき、弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０の傾斜面６０ａが、可動部５３のラッチ爪５９によって押圧されるので、図１２（ｂ）に示すように、弾性ラッチ部５７が押し広げられる。
【００６５】
さらに可動部５３が基体５２側へ引き寄せられ、可動部５３のラッチ爪５９の上面が弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０の間を通過すると、図１２（ｃ）に示すように、弾性ラッチ部５７は、それ自身のばね力によって元の位置に復帰し、ラッチ爪６０が可動部５３のラッチ爪５９の上方に位置する。
【００６６】
その後、可動側電極６５と固定側電極６６との間に印加していた電圧をオフする。これにより、可動部５３に働いていた静電気力が消失する。その結果、可動部５３のラッチ爪５９は、可動部５３のばね力により弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０の下面に押圧された係合状態となるので、可動部５３すなわち光学部品５４は第２の位置に保持される。
【００６７】
光学部品５４を第２の位置から第１の位置へ切り替えるには、ラッチ部用アクチュエータ５８に電圧を印加する。すると、弾性ラッチ部５７は互いに離れる方向に変位し、ラッチ爪６０が可動部５３のラッチ爪５９から外れることによって、可動部５３はそのばね力によって元の位置へ復帰する。これにより、可動部５３すなわち光学部品５４は第１の位置へ復帰する。その後、ラッチ部用アクチュエータ５８への電圧の印加をオフすると、弾性ラッチ部５７も元の位置へ復帰し、図１２（ａ）に示す状態となる。
【００６８】
以上説明したように本実施形態によれば、可動部５３を基体５２の上面に対して略垂直方向に移動させるように構成したことで、可動部５３を移動させるための可動部用アクチュエータを構成する部材を、可動部５３と基体５２との間に対向して配置することができる。このことにより、基体５２の上面に対する可動部用アクチュエータの占める面積を小さくすることができ、その結果、光デバイス５１の小型化が達成される。
【００６９】
また、可動部５３は、その支点を中心に単純に上下動するだけであり、可動部５３に加わる負荷も小さいので、切り替え動作に対する光デバイス５１の耐久性も向上したものとなる。しかも、第２の位置では可動部５３のラッチ爪５９が弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０に係合した状態とされるので、高い自己保持機能を達成することができる。
【００７０】
本実施形態のような構成の場合、光学部品５４が第１の位置にあるとき、可動部５３はラッチ爪５９が係合状態になく、場合によっては外力により振動することが懸念される。そこで、第1の位置にあるときの光学部品５４の位置を安定させるために、図１２（ａ）に示す状態で可動部５３のラッチ爪５９が弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０に接触していることが望ましい。
【００７１】
本実施形態でも、光学部品５４としては、光路上に作用することで所望の機能を発揮する、ミラー、光学フィルタ、あるいは遮光板など任意の部品を用いることができる。光路は、図面では省略しているが、光ファイバや導波路などで構成することができ、また、光デバイス５１の機能などに応じて配置される。なお、第１の位置と第２の位置を比べると、第２の位置では係合構造が作用しているため、第２の位置のほうが光学部品５４の位置安定性は高い。このことから、光路は、光学部品５４が第２の位置にあるときに光学部品５４に入射するように設置するのが好ましい。
【００７２】
また、本実施形態では可動部５３にラッチ爪５９を設けていたが、弾性ラッチ部５７のラッチ爪６０が係合できる形状であれば、可動部５３のラッチ爪５９は必ずしも設けなくてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光学部品を支持する可動部の変位状態を保持する弾性ラッチ部と、弾性ラッチ部による可動部の係合を解除させるラッチ部用アクチュエータとを有する構成とすることで、可動部の支持部に加わる負荷を小さくすることができ、結果的に、耐久性に優れ、かつ光学部品の切り替え位置保持性能の高い光デバイスとすることができる。また、本発明の光デバイスは、複雑な構成も必要ないので、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による光デバイスの平面図である。
【図２】図１に示す光デバイスの、第１の位置におけるラッチ構造部の拡大図である。
【図３】図１に示す光デバイスの、第１の位置から第２の位置への変位途中でのラッチ構造部の拡大図である。
【図４】図１に示す光デバイスの、第２の位置における平面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変更例を示す、ラッチ構造部の拡大図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による光デバイスの、第１の位置における平面図である。
【図７】図６に示す光デバイスの、第２の位置における平面図である。
【図８】図６に示す光デバイスのラッチ構造部を動作とともに示す拡大図である。
【図９】図６に示す光デバイスの動作のフローチャートである。
【図１０】図６に示す光アクチュエータの動作時の各アクチュエータへの電圧印加のタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態による光デバイスの平面図である。
【図１２】図１１に示す光デバイスの動作をＣ−Ｃ線断面で示す図である。
【符号の説明】
１，２１，５１光デバイス
２，５２基体
３，２３，５３可動部
４ミラー
５，２５弾性支持部
６，２６ａ，２６ｂ可動部用アクチュエータ
７，２７，５７弾性ラッチ部
８，２８，５８ラッチ部用アクチュエータ
９，１０，２９，３０，５９，６０ラッチ爪
９ａ，１０ａ，２９ａ，２９ｂ係止面
９ｂ，１０ｂ，６０ａ傾斜面
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ光ファイバ
１３ａ，１３ｂ光路
１５第２のラッチ爪
２４，５４光学部品
６５可動側電極
６６固定側電極

Claims

基体と、
前記基体に変位可能に弾性的に支持された可動部と、
前記可動部に支持され、前記可動部の変位に伴って光路中に出し入れされる光学部品と、
前記可動部を変位させるための、前記可動部および前記基体に前記可動部の変位方向に対向して設けられた電極対を備えた可動部用アクチュエータと、
前記基体に変位可能に弾性的に支持され、前記可動部が前記可動部用アクチュエータによって変位された位置で前記可動部に係合可能なラッチ構造を備えた弾性ラッチ部と、
前記弾性ラッチ部を前記ラッチ構造の前記可動部との係合を解除する向きに変位させるための、前記弾性ラッチ部および前記基体に前記弾性ラッチ部の変位方向に対向して設けられた電極対を備えたラッチ部用アクチュエータとを有する光デバイス。
前記可動部は一端部が前記基体に支持された板状の部材であり、前記弾性ラッチ部は前記可動部の両側方に配置されている、請求項１に記載の光デバイス。
前記ラッチ構造は、前記弾性ラッチ部に一体に設けられたラッチ爪であり、前記可動部にも前記ラッチ爪と係合するラッチ爪が一体に設けられている、請求項１または２に記載の光デバイス。
前記可動部の変位方向は前記基体の主面に沿った方向であり、
前記可動部のラッチ爪は、前記可動部用アクチュエータによる前記可動部の変位方向と反対方向を向いた係止面、および該係止面よりも前記可動部の変位方向側に位置し前記系止面に対して傾斜した傾斜面の２つの側面を有して前記可動部の側面から三角形状に突出して形成され、
前記弾性ラッチ部のラッチ爪は、前記可動部用アクチュエータによる前記可動部の変位方向を向いた系止面、および該系止面よりも前記可動部の変位方向と反対側に位置し前記系止面に対して傾斜した傾斜面の２つの側面を有して前記弾性ラッチ部の側面から三角形状に突出して形成されている、請求項３に記載の光デバイス。
前記弾性ラッチ部の、前記可動部が前記可動部用アクチュエータによって変位されていないときに前記可動部のラッチ爪と係合する位置に第２のラッチ爪を有する、請求項４に記載の光デバイス。
前記可動部および前記弾性ラッチ部のラッチ爪はそれぞれ矩形状の凸部として形成されている、請求項３に記載の光デバイス。
前記可動部が変位していない中立位置は、前記可動部の変位方向について前記可動部のラッチ爪が前記弾性ラッチ部のラッチ爪と重なる位置である、請求項６に記載の光デバイス。
前記可動部を前記可動部用アクチュエータによる変位方向と反対方向へ変位させるための第２の可動部用アクチュエータをさらに有する、請求項４ないし７のいずれか１項に記載の光デバイス。
前記可動部は、前記基体の主面に前記基体と間隔をあけて配置され、かつ前記基体の主面と平行に延びる片持ち梁であり、前記可動部用アクチュエータの電極対は、前記可動部および前記基体の互いの対向面に設けられている、請求項１または２に記載の光デバイス。
前記ラッチ構造は、前記弾性ラッチ部に一体に設けられたラッチ爪であり、該ラッチ爪は、その根元部から先端に向かって前記基体の主面に接近するように傾斜し、前記可動部用アクチュエータにより前記可動部が変位することによって前記可動部に押圧される傾斜面を有する、請求項９に記載の光デバイス。