JP2005099678A - 光遮断装置および光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でありながら高速駆動が可能な光遮断装置を提供する。
【解決手段】光遮断装置１００は、可動板構造体１１０と、二つのマグネット１２２ａ及び１２２ｂとを有している。可動板構造体１１０は、フレーム１１１と、フレーム１１１に一端が接続されたヒンジ１１２と、ヒンジ１１２の他端側に接続された可動板１１３と、可動板１１３の端部に設けられた遮光板１１４とを有している。遮光板１１４は、可動板１１３の上面に対して略垂直に延びている。可動板構造体１１０は、更に、可動板１１３の上面に設けられた駆動配線１１６と、駆動配線１１６と外部との電気的接続をとるためのパッド１１７とを有している。駆動配線１１６は、ヒンジ１１２を通って、フレーム１１１へ延びており、パッド１１７に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光の透過・遮断を制御する光遮断装置と、それを利用して光信号の伝播方向を制御する光スイッチ装置とに関する。

特開平６−１４８５４０号公報は、導波路を用いた、光信号伝送を遮断するためのシャッターデバイス（光遮断装置）を開示している。

このシャッターデバイスは、固定柱からねじり梁（ヒンジ）を介して可動部となる金属素子を支持し、金属素子にアドレス電極を設け、金属素子の先端に金属シャッターを設けている。アドレス電極に電圧を与えると静電気力によって金属素子が傾斜し、金属シャッター部分が下部に配置された導波路のギャップに垂下されて導波路を通る光信号が遮断される。
特開平６−１４８５４０号公報

このようなシャッターは光信号伝送のオン／オフに用いられるが、情報伝送の高速化に伴い、シャッターの動作も高速化が必要とされている。また情報伝送量の増大に伴って導波路を並列に複数アレイ状に設ける場合があるが、この場合は情報伝送路全体の大型化を避けるため、シャッターについても小型化が望まれる。

特開平６−１４８５４０号公報に開示されているシャッターは、可動部を静電力で駆動しているが、静電力は微弱な力であるため、高速な駆動が難しい。

また、十分な駆動力を得るには電極を大型化して駆動力を高める必要があるが、そうすると、本来必要なシャッター部分の大きさに対し電極部分が大きくなってしまい、小型化が難しい。更に、このような電極部分の大型化は空気抵抗の増大を招くため、高速な駆動は一層困難となってしまう。

また、導波路の遮断を行うには十〜百μｍ程度のストロークが必要となるが、特開平６−１４８５４０号公報に開示されているシャッターの場合、そのようなストロークを得るには電極間のギャップを広げる必要がある。しかし、ギャップを広げるその二乗に比例して高い駆動電圧が必要となり、数百Ｖといった駆動電圧が必要となって駆動回路の実現が困難になるという問題もある。

本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、小型でありながら高速駆動が可能な光遮断装置を提供することである。

本発明は、ひとつには、シャッターデバイス（光遮断装置）に向けられている。本発明の光遮断装置は、支持部を回転軸として揺動可能に支持された可動部と、可動部の前記回転軸と直交する方向の端部に設けられた遮光部と、前記可動部に設けられた駆動配線と、前記駆動配線の少なくとも一部に、前記駆動配線と略直交する方向に磁場を与える磁場発生手段とを有し、前記駆動配線への給電制御によって前記遮光部の位
置を変化させ、空間光の透過／遮断を制御することを特徴とする。

本発明は、ひとつには、光スイッチ装置に向けられている。本発明の光スイッチ装置は、支持部を回転軸として揺動可能に支持された可動部と、可動部の前記回転軸と直交する方向の端部に設けられた遮光部と、前記可動部に設けられた駆動配線と、前記駆動配線の少なくとも一部に、前記駆動配線と略直交する方向に磁場を与える磁場発生手段と、入力側光導波路と、前記入力側光導波路に接続された第一及び第二の出力側光導波路と、前記第一及び第二の出力側光導波路にそれぞれ設けられた第一及び第二のギャップとを有し、前記遮光部は前記第一及び第二のギャップに出し入れ可能に配置され、前記駆動配線への給電制御によって前記入力側光導波路から前記出力側光導波路への光信号の伝播を制御することを特徴とする。

本発明によれば、小型でありながら高速駆動が可能なシャッターデバイスが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

第一実施形態
本実施形態は、光の透過／遮断を切り替えるための光遮断装置に向けられている。図１は、本発明の第一実施形態の光遮断装置の構成を示している。

図１に示されるように、本実施形態の光遮断装置１００は、可動板構造体１１０と、磁場発生手段としての二つのマグネット１２２ａ及び１２２ｂとを有している。可動板構造体１１０は、フレーム１１１と、フレーム１１１に一端が接続された支持部としての二つのヒンジ１１２と、ヒンジ１１２の他端側に接続された可動板１１３と、可動板１１３の両端部に設けられた二つの遮光板１１４とを有している。遮光板１１４は、可動板１１３の上面に対して略垂直に延びている。可動板構造体１１０は、更に、可動板１１３の上面に設けられた駆動配線１１６と、駆動配線１１６と外部との電気的接続をとるためのパッド１１７とを有している。駆動配線１１６は、ヒンジ１１２を通って、フレーム１１１へ延びており、パッド１１７に接続されている。

ここでパッド１１７から外部への配線の引き出しについては特に図示しないが、フレキシブル基板、リード線など各種の手法が適用できることはいうまでもなく、特に集積度を高められる点では、フレキシブル基板をワイヤボンディングあるいは異方性導電フィルムなどでフレーム上のパッドに直接的に接続する手法などが有用である。

可動板１１３は、ヒンジ１１２を回転中心として揺動可能に支持されている。遮光板１１４はヒンジ１１２の中心軸に平行に延びている。二つのマグネット１２２ａ及び１２２ｂは、ヒンジ１１２の中心軸に直交する方向に沿って、可動板構造体１１０を間に挟んで配置されている。二つのマグネット１２２ａ及び１２２ｂは、可動板構造体１１０の上面に平行な磁場を作り出す。

二つのマグネット１２２ａ及び１２２ｂにより、両マグネットを結ぶ方向に磁場が形成されている。駆動配線１１６は磁場と直交する部分を有しているため、駆動配線１１６に電流を供給することにより、ローレンツ力によって可動板１１３をヒンジ１１２を中心に傾斜させることができる。

図２は、図１に示されるＩＩ−ＩＩ線に沿った光遮断装置１００の断面図である。駆動配線１１６に電流を供給していない状態では、図２の上側に示されるように、可動板１１３は傾斜しておらず、光遮断装置１００の下部を進行する光Ｌは、何ら部材によって遮られることなく、透過する。駆動配線１１６に電流を供給すると、図２の下側に示されるように、可動板１１３が傾斜し、その結果、遮光板１１４がフレーム１１１よりも下方に下がる。このため、光遮断装置１００の下部を進行する光Ｌは遮光板１１４によって遮断される。

すなわち、パッド１１７を介して駆動配線１１６に供給する電流をオン／オフすることにより、光の遮断／透過を制御することができる。

次に、本実施形態の光遮断装置１００の可動板構造体１１０の製造方法について説明する。可動板構造体１１０は、すなわち、フレーム１１１とヒンジ１１２と可動板１１３と遮光板１１４と駆動配線１１６とパッド１１７は、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical
System）の技術により、シリコン基板を加工して作製される。例えば、シリコン基板上
にポリイミド膜を形成し、ポリイミド膜上にＡｌ等で駆動配線を形成し、その後、不要となる部分を除去する加工を行うことにより、図１に示される可動板構造体１１０を容易に、かつ複数個を一括して作製することができる。このように作製された可動板構造体１１０において、フレーム１１１と可動板１１３と遮光板１１４はシリコンから構成され、ヒンジ１１２はポリイミドから構成される。

本実施形態の光遮断装置１００では、ヒンジ１１２が捻れることにより可動板１１３を傾斜させつつ支持するため、ヒンジ１１２は捻れ易い必要がある。本実施形態ではヒンジ１１２をポリイミドで形成しているため、短いヒンジであっても柔らかく、可動板１１３を大傾斜可能に支持することができる。この結果、ヒンジ１１２の小型化が可能となり、光遮断装置の小型化も可能となる。

また本実施形態の光遮断装置１００は電磁力、ローレンツ力で駆動するため、マグネット１２２の選択や駆動配線１１６への大電流供給により、容易に駆動力を高めることがで
きる。この結果、可動板１１３と遮光板１１４を高速で移動させることができ、シャッター動作の高速化が可能となる。更に本実施形態の光遮断装置１００では、遮光板１１４が可動板１１３の両端にあって、ヒンジ１１２に対して可動部分が対称に形成されているため、遮光板１１４を高速で移動させた後にその位置に保持させておくための電流量は比較的小さくて済み、高速駆動が可能でありながら全体としての消費電流は小さい。また、高々数十Ωの駆動配線に１００ｍＡ程度の駆動電流を供給できればよいため、駆動に必要な電圧は数Ｖ程度となり、安価なアンプから駆動することができる。

なお、ヒンジ部の材質には、低い弾性率と高い耐熱性といった点でポリイミドが特に好適であるが、他の材質も特性は劣るものの適用することは可能である。例としては、ＳｉおよびＳｉ化合物、アルミなど各種の金属膜、フッ素系レジスト、アクリレート系フォトレジスト、シリコーン系レジストなど、ＭＥＭＳとして薄膜状に加工可能な材料が考えられる。
以上説明したように本実施形態によれば、回転軸を中心に可動板を揺動して可動板端部に設けた遮光部で遮光を行う光遮断装置において、可動板に駆動配線を設け、外部に設けたマグネットとの間のローレンツ力で駆動を行うため、大型の駆動電極を設ける必要がなく、光遮断装置の小型化が可能となる。また、ローレンツ力は静電力に比べて桁違いに大きいため、高速駆動が可能となって動作時間の短縮が可能となる。更に、数Ｖの電圧での駆動が可能となるため、駆動回路を含めて光遮断装置のコストを低減することが可能となる。

従って、本実施形態によれば、小型でありながら高速駆動が可能で、駆動回路も含めてコスト低減が可能な光遮断装置、シャッターデバイスが提供される。

なお本実施形態では、可動板１１３の両端に遮光板１１４を設けたが、これは片側のみでもよい。ただし、対称性を考慮すると、両端に同様の遮光板を設けることが望ましい。また、両端に遮光板を設ける場合は、各々の遮光板で別の光束の透過／遮断を制御するように構成することも可能である。

また、遮光板１１４の表面には光の反射率を低減する加工を施してもよい。

また、図１では、駆動配線を一方のヒンジから二本取り出しているが、二つのヒンジから一本ずつ取り出すことも可能であり、その場合は駆動配線を含めてのヒンジの強度が両側でバランスされるという効果が得られる。

第二実施形態
本実施形態は、一つの入力から二つの出力のいずれかに光を選択的に切り替える光スイッチ装置に向けられている。図３〜図６は、本発明の第二実施形態の光スイッチ装置を示している。図３は、本発明の第二実施形態の光スイッチ装置の上面図である。図４は、図３に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った光スイッチ装置の断面図である。図５は、図３に示された光導波路基板の上面図である。図６は、図３に示された光スイッチ装置の主要部の斜視図である。

図３に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置２００は、可動板構造体２１０と、二つのマグネット２２２ａ及び２２２ｂと、光導波路基板２３０とを有している。可動板構造体２１０は、略長方形の可動板２１３と、可動板２１３を取り囲むフレーム２１１と、可動板２１３とフレーム２１１とを接続している一対のヒンジ２１２と、可動板２１３の両端部に設けられた遮光板２１４ａ及び２１４ｂとを有している。ヒンジ２１２は捻れ変形可能であり、可動板２１３はヒンジ２１２を回転軸として揺動可能に支持されている。

可動板構造体２１０は更に、可動板２１３の周縁部を周回している駆動配線２１６を有しており、駆動配線２１６はヒンジ２１２を通ってフレーム２１１へ延びており、フレーム２１１に設けられた図示しないパッドに接続されている。可動板構造体２１０は、第一実施形態で説明した可動板構造体１１０と同等の構造体であり、その作用も同様であるた
め、ここでは詳細な説明は省略する。

図５に示されるように、光導波路基板２３０は、一本の入力側光導波路２３２、二本の出力側光導波路２３４ａ及び２３４ｂを有している。一本の入力側光導波路２３２と二本の出力側光導波路２３４ａ及び２３４ｂは分岐２３３において互いに接続されている。別の言い方をすれば、一本の入力側光導波路２３２は分岐２３３において二本の出力側光導波路２３４ａ及び２３４ｂへとＹ字に分岐している。

更に、光導波路基板２３０は、出力側光導波路２３４ａを横切るギャップ２３６ａと、出力側光導波路２３４ｂを横切るギャップ２３６ｂとを有している。図４に示されるように、ギャップ２３６ａとギャップ２３６ｂは共に、光導波路基板２３０に形成された凹形状の窪みである。このため、出力側光導波路２３４ａはギャップ２３６ａの部分で途切れている。つまり、出力側光導波路２３４ａはギャップ２３６ａによって空間的に分離されている。同様に、出力側光導波路２３４ｂはギャップ２３６ｂによって空間的に分離されている。

図４に示されるように、遮光板２１４ａと遮光板２１４ｂは共に可動板２１３の上面に対して略垂直に延びている。さらに、遮光板２１４ａと遮光板２１４ｂは共にヒンジ２１２の軸に平行に延びている。遮光板２１４ａと遮光板２１４ｂは、図３と図６に示されるように、可動板２１３の端部の一部に設けられている。つまり、遮光板２１４ａと遮光板２１４ｂは、可動部２１３の回転軸方向の幅よりも小さい。遮光板２１４ａと遮光板２１４ｂは、それぞれ、出力側光導波路２３４ａと出力側光導波路２３４ｂの上方に位置している。

前述したように、可動板２１３はヒンジ２１２を回転軸として揺動可能であり、第一実施形態と同様に、駆動配線２１６に電流を供給することにより、ローレンツ力によって可動板２１３を、ヒンジ２１２を中心に傾斜させることができる。このため、遮光板２１４ａと遮光板２１４ｂは、ギャップ２３６ａとギャップ２３６ｂに出し入れ可能である。

続いて、本実施形態の光スイッチ装置の動作について説明する。

入力側光導波路２３２から伝播してきた光信号は、光導波路基板２３０に設けられた分岐２３３にて二分岐され、出力側光導波路２３４ａ及び２３４ｂ内をそれぞれ伝播してギャップ２３６ａ及び２３６ｂに到達する。

ここで、駆動配線２１６に適当な電流を流して、図４に示されるように、可動板２１３を反時計回りに傾斜させると、遮光板２１４ａがギャップ２３６ａ内に入り、逆に遮光板２１４ｂはギャップ２３６ｂから出る。従って、出力側光導波路２３４ａを通る光信号は遮光板２１４ａによって遮断されるが、出力側光導波路２３４ｂを通る光信号はギャップ２３６ｂを通過できるため、光信号は、図３において、入力から出力１の側へと伝達される。

逆に、駆動配線２１６への供給電流を反転すれば、可動板２１３は時計回りに傾斜され、今度は、遮光板２１４ｂが出力側光導波路２３４ｂの光を遮断するため、入力から出力２の側へと光信号の伝送が行われる。

従って、駆動配線２１６への給電の制御により光信号が出力される光導波路を選択することができる、１入力２出力の光スイッチ装置が実現される。

本実施形態の光スイッチ装置では、レンズやプリズムのような光学部品が不要であるた
め、部材が少なく、光学部品の位置調整も不要な光スイッチ装置を実現できる。また、可動板の両端に設けた遮光板で光信号のオン／オフを交互に、相補的に行うため、二つの光導波路に対する光信号の透過／遮断をひとつの可動部で制御でき、非常に単純な構成の光スイッチ装置を実現できる。

また、本実施形態の光スイッチ装置では、光導波路基板の長手方向と可動板やフレームの長手方向が同じ方向であるため、光スイッチ装置の小型化を容易に行うことができる。更に本実施形態の光スイッチ装置では、遮光板２１４ａ及び２１４ｂを可動板２１３の端部の半分程度にのみ設けているため、光導波路を可動板を避けるように迂回させる必要がなくなり、これによっても小型化や製造の容易化がなされている。

なお本実施形態では光導波路を二分岐しているが、分岐数を増やし、１：ｎの光スイッチを実現することも可能である。また、分岐後の出力側光導波路各々に独立に可動板及び遮光板を対応させることにより、１入力ｎ出力で、各出力について任意にオン／オフを行える光スイッチを実現することも可能である。このように、光導波路と可動板・遮光板との対応には種々の変形が考えられる。

また、本実施形態では光導波路内を伝播してきた光をギャップ内で遮光する構成としているが、光ファイバからの射出光や、空間を伝播している平行光等に対して遮光板を配置して光スイッチ装置を実現する等の変形も勿論可能である。

また、本実施形態の光スイッチ装置は、容易にアレイ状の多チャンネル光スイッチ装置に拡張できる。図７に、例として１入力２出力のスイッチを３チャンネル並列化した例を示す。図７に示されるように、この光スイッチ装置２００Ａは、図３に示された光スイッチ装置を三つ含んでいる構成となっている。つまり、可動板構造体２１０Ａは、三つの可動板２１３を有している。このような可動板構造体２１０Ａは、可動板構造体２１０をアレイ状に三つ並べた構成をしており、可動板構造体２１０と同様に、ＭＥＭＳ技術を用いることにより容易に作製可能である。光導波路基板やマグネットは大型化するだけで済むため、多チャンネル化しても部品点数は増加しない。従って、多チャンネルの光スイッチ装置を、簡単な構造で、低コストに実現することができる。また、可動板２１３の駆動を駆動配線２１６への電流供給で行う電磁駆動方式であるため、第一実施形態同様に必要な駆動電圧を低くできる。このため、駆動回路を含めても、非常に安価な多チャンネル光スイッチ装置を提供することが可能となる。

第三実施形態
本実施形態は、第二実施形態同様、一つの入力から二つの出力のいずれかに光を選択的に切り替える光スイッチ装置に向けられている。図８は本実施形態の光スイッチ装置３００の主要部を示す斜視図である。

図８に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置３００は、可動板構造体３１０と、図示しない二つのマグネットと、図示しない光導波路基板に設けられた二本の光導波路３３２とを有している。二本の光導波路３３２には、同じ位置にギャップ３３６が設けられている。

可動板構造体３１０は、略長方形の可動板３１３と、可動板３１３の長辺の中央部から対称的に外側に延びている一対のヒンジ３１２と、可動板３１３の両端部にそれぞれ設けられた二つの遮光板３１４とを有している。ヒンジ３１２の端部は図示しないフレームに接続されている。ヒンジ３１２は捻れ変形可能であり、可動板３１３はヒンジ３１２を回転軸として揺動可能に支持されている。

可動板構造体３１０は更に、可動板３１３の周縁部を周回している駆動配線を有しており、駆動配線はヒンジ３１２を通って図示しないフレームへ延びており、フレームに設けられた図示しないパッドに接続されている。

可動板構造体３１０は、第一実施形態で説明した可動板構造体１１０と同等の構造体であり、その作用も同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

本実施形態の光スイッチ装置３００では、二つの遮光板３１４は共に、可動板３１３の上面に対して略垂直に、加えて、ヒンジ３１２の軸に垂直に延びている。つまり、本実施形態の光スイッチ装置３００は、第二実施形態との比較において、遮光板３１４の向きが９０度、異なっている。

このため、可動板３１３をヒンジ３１２の軸の周りに揺動させた際に、遮光板３１４と光導波路３３２の成す角度は変化しない。これにより、ギャップ３３６の寸法を、第二実施形態と比較して、小さくすることができる。ギャップ３３６の狭小化により、ここを通過する光信号の減衰は小さくなるため、第二実施形態と比較して、より損失が小さい光スイッチ装置が実現される。

本実施形態の場合、マグネットは第二実施形態同様に光導波路と直交する方向に延在させ、磁場の方向を光導波路と平行な方向とすることが望ましい。このように配置することにより、アレイ状にレイアウトした場合の部品点数の増加やスペースの増加を避けることができる。

また、本実施形態では、遮光板３１４が可動板３１３の端部の片側（図８の場合では右側）に寄せられて設けられているが、これは遮光板３１４の方向が同じであれば位置に制限はなく、例えば、可動板端部中央に設けることにより、バランスを改善するといったことも可能である。

本実施形態の構成は、可動板３１３の長手方向と光導波路３３２とが直交しているため、小型化には不向きである。第二実施形態の構成をとるか本実施形態の構成をとるかは、要求される仕様によって適宜選択されるとよい。

第四実施形態
本実施形態は、光の透過／遮断を切り替えるための光遮断装置に向けられている。図９は、本発明の第四実施形態の光遮断装置の構成を示している。

図９に示されるように、本実施形態の光遮断装置４００は、可動板構造体４１０と、磁場発生手段としてのマグネット４２２ａ及び４２２ｂとを有している。可動板構造体４１０は、固定部としてのフレーム４１１をはじめ、第一実施形態と同様の構造を有しているため詳細な説明は割愛する。

ここで、フレーム４１１は第一実施形態のフレーム１１１と比較して大型に構成されており、マグネット４２２ａ及び４２２ｂはフレーム４１１に対して固定されている。これによって、本実施形態の光遮断装置は可動板構造体とマグネットが一体化され、ひとつのデバイスとして扱うことが可能となる。

本実施形態では第一実施形態と比較するとマグネット間の磁場が可動板や駆動配線から高さ方向にやや離れるが、マグネット間の最短経路以外にも磁場は存在しており、各々のマグネットの周辺には漏れ磁束も存在するため、可動板の駆動に支障はない。

このように本実施形態によれば、フレーム上にマグネットを設けたことにより光遮断装置を構成する部材が一体化され、装置が小型化されると共に取り扱いが容易となる。また、第二実施形態あるいは第三実施形態のように光導波路基板と組み合わせて光スイッチ装置を構成することももちろん可能であり、この場合にも組立時の取り扱いが容易になる。また、マグネット同士の引力をフレームが支える構造と成るため、引力が光導波路基板に及ぼす影響（光導波路基板を曲げるように働く力など）が低減される。

また、薄いフレーム上にマグネットを搭載する際には、望ましくは、図１０に示されるように、マグネット４２２ａ及び４２２ｂをホルダ４２３によって固定するとよい。言い換えれば、光遮断装置が、マグネット４２２ａ及び４２２ｂを固定するホルダ４２３を更に備えているとよい。この場合、磁場発生手段はマグネット４２２ａ及び４２２ｂとホルダ４２３とによって構成される。ホルダ４２３は、マグネット４２２ａ及び４２２ｂの間隔を保持する部分として、マグネット間に凸部を有しているとよい。このように構成することにより、マグネット間の引力はホルダが支持するようになり、フレームにはその力が加わらなくなる。

ホルダ４２３は、マグネット４２２ａ及び４２２ｂの間隔を保持できさえすればどのような形状であってもよいが、望ましくは、図１０に示されるようにマグネット間に凸部を有しているとよい。その場合には、ホルダ４２３は、より確実にマグネット間の引力を支えることができる。また、マグネット４２２ａ及び４２２ｂを固定するホルダは、図１０に示されるような周回状のホルダ４２３に限定されるものではなく、図１１に示されるように、二つのホルダ４２４ａ及び４２４ｂで構成されてもよい。

なお、ホルダの材質は例えばポリカーボネートなどの樹脂が成型などで容易に製作でき、加工性、耐熱性、耐環境性、強度、コストの点で好適であるが、他のアクリル、スチレン、ガラスエポキシ、などの各種樹脂材料も有用である。さらに、例えばアルミ、銅、真鍮などの金属材料や、アルミナ、シリコンなどのセラミック、無機材料なども適用可能であり、これらの場合はフレームにＳｉを用いる場合に線膨張係数が近くなるため信頼性がより高い構成とすることができる。ただし、鉄、ステンレスなどのうち磁性材料については、磁場への影響が強い為、磁気回路にたいする慎重な検討が必要である。

第五実施形態
本実施形態は、光の透過／遮断を切り替えるための光遮断装置に向けられている。図１２は、本発明の第五実施形態の光遮断装置の構成を示している。

図１２に示されるように、本実施形態の光遮断装置５００は、可動板構造体５１０と、磁場発生手段としてのマグネット５２２ａ、５２２ｂとを有している。光遮断装置５００の動作はこれまでの実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。

可動板構造体５１０には、複数のヒンジ５１２、可動板５１３、遮光板５１４が、第一の可動板群としての可動板群５３１及び第二の可動板群としての可動板群５３２として２列に並ぶように配置されている。可動板群５３１と可動板群５３２では、含まれる可動板５１３あるいは遮光板５１４が互いに半ピッチずつずれて千鳥状に配置されている。このため、より密に配置されている複数の空間光、あるいはより密なピッチでコアが配列されている光導波路基板と組み合わせることが可能となり、より一層の光遮断装置の小型化・集積化が可能となる。

なお、図１２の配置では遮光板同士の位置がやや離れているが、遮光板を密に配列する必要がある場合には、図１３に示されるように、フレーム５１１ａの形状を工夫することにより可動板群５３１ａと可動板群５３２ａを更に近づけて配置することができる。この配置により、複数の遮光板５１４ａが間隙をほとんど空けることなく一列に、ほぼ直線状に整列した遮光板アレイ、シャッターアレイを実現することができる。なお、図１３の構成では、遮光板５１４ａが可動板５１３ａの一端にしか設けられていないため、遮光板５１４ａが設けられない側の可動板５１３ａを長めに構成し、ヒンジ５１２ａに対してバランスをとっている。

このように本実施形態によれば、可動板を２列に千鳥状に配置することにより遮光板間の距離を狭めることが出来、より一層の小型化・集積化が可能となる。

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。

本発明は、ひとつには、シャッターデバイス（光遮断装置）に向けられており、以下の各項に列記する光遮断装置を含んでいる。

１． 本発明の光遮断装置は、支持部を回転軸として揺動可能に支持された可動部と、可動部の前記回転軸と直交する方向の端部に設けられた遮光部と、前記可動部に設けられた駆動配線と、前記駆動配線の少なくとも一部に、前記駆動配線と略直交する方向に磁場を与える磁場発生手段とを有し、前記駆動配線への給電制御によって前記遮光部の位
置を変化させ、空間光の透過／遮断を制御することを特徴とする。

この光遮断装置においては、電磁力により駆動するため駆動力が大きくとれ、小型の可動部でも高速な駆動ができる。つまり小型化と高速化が両立できる。また、電流駆動となるため高々１０Ｖ程度の電圧で駆動でき、駆動回路の実現が容易となって全体のコスト低減が可能となる。

２． 本発明の別の光遮断装置は、第１項の光遮断装置において、前記遮光部が前記可動部の両端に設けられていることを特徴とする。

この光遮断装置においては、支持部（回転中心）に対して対称な構造となるため、静止させておくのに必要な駆動電流を低減することができる。また、ひとつの可動部で二つの空間光の遮断／透過を制御できるため、光遮断装置の小型化や構造の簡略化を行うことも可能となる。

３． 本発明の別の光遮断装置は、第１項または第２項の光遮断装置において、前記可動部と前記遮光部がシリコンから構成されていることを特徴とする。

この光遮断装置においては、ＭＥＭＳ技術により一括加工が可能となり、コスト低減が可能となる。

４． 本発明の別の光遮断装置は、第３項の光遮断装置において、前記支持部がポリイミドから構成されていることを特徴とする。

この光遮断装置においては、ポリイミドは柔らかい素材であるため、小型の短いヒンジ（支持部）でも揺動角度を大きくとることができ、小型化とストロークの増大を両立できる。

５． 本発明の別の光遮断装置は、第１項または第２項の光遮断装置において、前記支持部が接続された固定部を有し、前記磁場発生手段が、前記固定部上面に設けられていることを特徴とする。

この光遮断装置においては、磁場発生手段が支持部に接続された固定部（フレーム）上に搭載されて一体化されるため、固定部の外部に磁場発生手段を搭載する場合に比べて小型化が可能であり、かつ、光遮断装置の取り扱いが容易になる。

６． 本発明の別の光遮断装置は、第５項の光遮断装置において、前記磁場発生手段が、マグネットと、前記マグネットを保持するホルダから成ることを特徴とする。

この光遮断装置においては、マグネットをホルダにより保持することにより、マグネット同士あるいはマグネットと他の金属との間に発生する力をホルダが支持するためフレームに直接力が加わらなくなり、フレーム材料やフレームサイズの設計自由度が増す。

７． 本発明の別の光遮断装置は、第５項の光遮断装置において、前記磁場発生手段が、少なくとも二つのマグネットと、前記マグネットを保持するホルダとから成り、前記ホルダは、二つの前記マグネットの間隔を保持する部分を有することを特徴とする。

この光遮断装置においては、簡便かつ小型の構造で、マグネット同士の引力を支持することが可能となる。従って、光遮断装置の小型化や、組立性の向上が可能となる。

８． 本発明の別の光遮断装置は、第１項または第２項の光遮断装置において、第一の軸のまわりに回転可能な、前記支持部、前記可動部、前記遮光部、前記駆動配線とを有する第一の可動部群と、
前記第一の軸と略平行な第二の軸のまわりに回転可能な、前記支持部、前記可動部、前記遮光部、前記駆動配線とを有する第二の可動部群と、
を有することを特徴とする。

この光遮断装置においては、第一の可動板群と第二の可動板群とで二列に配列することにより遮光板を狭いピッチで並べることが可能となり、光遮断装置のより一層の集積化が可能となる。

９． 本発明の別の光遮断装置は、第８項の光遮断装置において、前記第一の可動板群に含まれる遮光部と、前記第二の可動板群に含まれる遮光部が、略直線状に配置されることを特徴とする。

この光遮断装置においては、高密度に配置された複数の光束をおよそ同一の位置で透過／遮断制御することができる。

本発明は、ひとつには、光スイッチ装置に向けられており、以下の各項に列記する光スイッチ装置を含んでいる。

１０． 本発明の光スイッチ装置は、支持部を回転軸として揺動可能に支持された可動部と、可動部の前記回転軸と直交する方向の端部に設けられた遮光部と、前記可動部に設けられた駆動配線と、前記駆動配線の少なくとも一部に、前記駆動配線と略直交する方向に磁場を与える磁場発生手段と、入力側光導波路と、前記入力側光導波路に接続された第一及び第二の出力側光導波路と、前記第一及び第二の出力側光導波路にそれぞれ設けられた第一及び第二のギャップとを有し、前記遮光部は前記第一及び第二のギャップに出し入れ可能に配置され、前記駆動配線への給電制御によって前記入力側光導波路から前記出力側光導波路への光信号の伝播を制御することを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、製造が容易な少数の部材によって構成されるため、光スイッチ装置の構造が簡略化され、コスト低減が可能となる。

１１． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１０項の光スイッチ装置において、前記遮光部は前記可動部の両端に設けられ、一端側に設けられた遮光部が前記第一のギャップに対し出し入れ可能に配置され、かつ、他端側に設けられた遮光部が前記第二のギャップに対する出し入れ可能に配置されており、前記入力側光導波路から前記第一の出力側光導波路への光信号の伝播と、前記入力側光導波路から前記第二の出力側光導波路への光信号の伝播とが、前記駆動配線への給電制御によって選択的に行われることを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、ひとつのシャッターデバイスの両端を使って光信号伝播のオン／オフを行うため、より少ない部材で光スイッチ装置を実現できる。

１２． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１０項または第１１項の光スイッチ装置において、前記遮光部は前記可動部から略垂直に延びており、その表面は前記回転軸と略平行であることを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、比較的サイズが大きくなる可動部の長手方向が光導波路に沿う方向となるため、スイッチ装置全体の小型化が可能となる。

１３． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１２項の光スイッチ装置において、前記遮光部が、前記可動部の前記回転軸方向の幅よりも小さいことを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、直線状の導波路でもシャッターと組み合わせた光スイッチを実現できる。光導波路を直線状にレイアウトでき、加工が容易になるため、更なる製造の容易化、コスト低減ができる。

１４． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１０項または第１１項の光スイッチ装置において、前記遮光部は前記可動部から略垂直に延びており、その表面は前記回転軸と略垂直であることを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、導波路に対して遮光部を略垂直に出し入れ可能となるため、ギャップを狭くしても遮光部と干渉することがなくなり、ギャップ部分での光損失を低減することができる。

１５． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１０項または第１１項の光スイッチ装置において、前記可動部と前記遮光部がシリコンから構成されていることを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、ＭＥＭＳ技術により一括加工が可能となり、コスト低減が可能となる。

１６． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１５項の光スイッチ装置において、前記支持部がポリイミドから構成されていることを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、ポリイミドは柔らかい素材であるため、小型の短いヒンジ（支持部）でも揺動角度を大きくとることができ、小型化とストロークの増大を両立できる。

１７． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１０項または第１１項の光スイッチ装置において、前記支持部が接続された固定部を有し、前記磁場発生手段が、前記固定部上面に設けられていることを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、マグネットがフレームに搭載されて一体化されるため、光導波路に対する取り付けを容易に行うことができる。また、マグネット同士あるいはマグネットと他の金属との間に発生する力が光導波路に対してかからなくなるため、光導波路の信頼性を向上できる。

１８． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１７項の光スイッチ装置において、前記磁場発生手段が、マグネットと、前記マグネットを保持するホルダから成ることを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、マグネット同士あるいはマグネットと他の金属との間に発生する力をホルダが支持するためフレームに直接力が加わらなくなり、フレーム材料やフレームサイズの設計自由度が増す。

１９． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１７項の光スイッチ装置において、前記磁場発生手段が、少なくとも二つのマグネットと、前記マグネットを保持するホルダとから成り、前記ホルダは、二つの前記マグネットの間隔を保持する部分を有することを特徴とする。

この光スイッチ装置においては、簡便かつ小型の構造で、マグネット同士の引力を支持することが可能となる。従って、光スイッチ装置の小型化や、組立性の向上が可能となる。

本発明の第一実施形態の光遮断装置の構成を示している。 図１に示されるＩＩ−ＩＩ線に沿った光遮断装置の断面図である。 本発明の第二実施形態の光スイッチ装置の上面図である。 図３に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った光スイッチ装置の断面図である。 図３に示された光導波路基板の上面図である。 図３に示された光スイッチ装置の主要部の斜視図である。 図３に示された光スイッチ装置を利用した多チャンネル光スイッチ装置を示している。 本発明の第三実施形態の光スイッチ装置の主要部を示す斜視図である。 本発明の第四実施形態の光遮断装置の構成を示している。 本発明の第四実施形態のマグネット周辺の構成を示している。 本発明の第四実施形態の一変形例によるマグネット周辺の構成を示している。 本発明の第五実施形態の光遮断装置の構成を示している。 本発明の第五実施形態の一変形例による光遮断装置の構成を示している。

符号の説明

１００…光遮断装置、１１０…可動板構造体、１１１…フレーム、１１２…ヒンジ、１１３…可動板、１１４…遮光板、１１６…駆動配線、１１７…パッド、１２２ａ…マグネッ
ト、１２２ｂ…マグネット、２００…光スイッチ装置、２００Ａ…光スイッチ装置、２１０…可動板構造体、２１０Ａ…可動板構造体、２１１…フレーム、２１２…ヒンジ、２１３…可動板、２１４ａ…遮光板、２１４ｂ…遮光板、２１６…駆動配線、２２２ａ…マグネット、２２２ｂ…マグネット、２３０…光導波路基板、２３２…入力側光導波路、２３４ａ…出力側光導波路、２３４ｂ…出力側光導波路、２３６ａ…ギャップ、２３６ｂ…ギャップ、３００…光スイッチ装置、３１０…可動板構造体、３１２…ヒンジ、３１３…可動板、３１４…遮光板、３３２…光導波路、３３６…ギャップ、４００…光遮断装置、４１０…可動板構造体、４１１…フレーム、４２２ａ…マグネット、４２３…ホルダ、４２４ａ、４２４ｂ…ホルダ、５００…光遮断装置、５１０…可動板構造体、５１１ａ…フレーム、５１２…ヒンジ、５１２ａ…ヒンジ、５１３…可動板、５１３ａ…可動板、５１４…遮光板、５１４ａ…遮光板、５２２ａ、５２２ｂ…マグネット、５３１…可動板群、５３１ａ…可動板群、５３２…可動板群、５３２ａ…可動板群。

Claims (19)

1. 支持部を回転軸として揺動可能に支持された可動部と、
   可動部の前記回転軸と直交する方向の端部に設けられた遮光部と、
   前記可動部に設けられた駆動配線と、
   前記駆動配線の少なくとも一部に、前記駆動配線と略直交する方向に磁場を与える磁場発生手段とを有し、
   前記駆動配線への給電制御によって前記遮光部の位置を変化させ、空間光の透過／遮断を制御することを特徴とする、光遮断装置。
2. 前記遮光部が前記可動部の両端に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光遮断装置。
3. 前記可動部と前記遮光部がシリコンから構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光遮断装置。
4. 前記支持部がポリイミドから構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の光遮断装置。
5. 前記支持部が接続された固定部を有し、前記磁場発生手段が、前記固定部上面に設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光遮断装置。
6. 前記磁場発生手段が、マグネットと、前記マグネットを保持するホルダとから成ることを特徴とする、請求項５に記載の光遮断装置。
7. 前記磁場発生手段が、少なくとも二つのマグネットと、前記マグネットを保持するホルダとから成り、前記ホルダは、二つの前記マグネットの間隔を保持する部分を有することを特徴とする、請求項５に記載の光遮断装置。
8. 第一の軸のまわりに回転可能な、前記支持部、前記可動部、前記遮光部、前記駆動配線とを有する第一の可動部群と、
   前記第一の軸と略平行な第二の軸のまわりに回転可能な、前記支持部、前記可動部、前記遮光部、前記駆動配線とを有する第二の可動部群と、
   を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光遮断装置。
9. 前記第一の可動板群に含まれる遮光部と、前記第二の可動板群に含まれる遮光部が、略直線状に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の光遮断装置。
10. 支持部を回転軸として揺動可能に支持された可動部と、
    可動部の前記回転軸と直交する方向の端部に設けられた遮光部と、
    前記可動部に設けられた駆動配線と、
    前記駆動配線の少なくとも一部に、前記駆動配線と略直交する方向に磁場を与える磁場発生手段と、
    入力側光導波路と、
    前記入力側光導波路に接続された第一及び第二の出力側光導波路と、
    前記第一及び第二の出力側光導波路にそれぞれ設けられた第一及び第二のギャップとを有し、
    前記遮光部は前記第一及び第二のギャップに出し入れ可能に配置され、
    前記駆動配線への給電制御によって前記入力側光導波路から前記出力側光導波路への光信号の伝播を制御することを特徴とする、光スイッチ装置。
11. 前記遮光部は前記可動部の両端に設けられ、一端側に設けられた遮光部が前記第一のギャップに対し出し入れ可能に配置され、かつ、他端側に設けられた遮光部が前記第二のギャップに対する出し入れ可能に配置されており、前記入力側光導波路から前記第一の出力側光導波路への光信号の伝播と、前記入力側光導波路から前記第二の出力側光導波路への光信号の伝播とが、前記駆動配線への給電制御によって選択的に行われることを特徴とする、請求項１０に記載の光スイッチ装置。
12. 前記遮光部は前記可動部から略垂直に延びており、その表面は前記回転軸と略平行であることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の光スイッチ装置。
13. 前記遮光部が、前記可動部の前記回転軸方向の幅よりも小さいことを特徴とする、請求項１２に記載の光スイッチ装置。
14. 前記遮光部は前記可動部から略垂直に延びており、その表面は前記回転軸と略垂直であることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の光スイッチ装置。
15. 前記可動部と前記遮光部がシリコンから構成されていることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の光スイッチ装置。
16. 前記支持部がポリイミドから構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の光スイッチ装置。
17. 前記支持部が接続された固定部を有し、前記磁場発生手段が、前記固定部上面に設けられていることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の光スイッチ装置。
18. 前記磁場発生手段が、マグネットと、前記マグネットを保持するホルダとから成ることを特徴とする、請求項１７に記載の光スイッチ装置。
19. 前記磁場発生手段が、少なくとも二つのマグネットと、前記マグネットを保持するホルダとから成り、前記ホルダは、二つの前記マグネットの間隔を保持する部分を有することを特徴とする、請求項１７に記載の光スイッチ装置。

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