JP2007017769A - Micro thin film movable element for optical communication, and micro thin film movable element array - Google Patents
Micro thin film movable element for optical communication, and micro thin film movable element array Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007017769A JP2007017769A JP2005200366A JP2005200366A JP2007017769A JP 2007017769 A JP2007017769 A JP 2007017769A JP 2005200366 A JP2005200366 A JP 2005200366A JP 2005200366 A JP2005200366 A JP 2005200366A JP 2007017769 A JP2007017769 A JP 2007017769A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movable
- thin film
- movable part
- optical communication
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
本発明は、双方向に変位する可動部を備えた光通信用微小薄膜可動素子及び微小薄膜可動素子アレイに関し、さらに詳しくは、可動部の振動を能動的に減少させる改良技術に関する。 The present invention relates to a small thin film movable element for optical communication and a small thin film movable element array having a movable part that is displaced in both directions, and more particularly to an improved technique for actively reducing vibration of the movable part.
近年、MEMS技術(MEMS;Micro-Electro Mechanical Systems)の急速な進歩により、μmオーダーの微小構造体を電気的に変位・移動させる微小電気機械式素子の開発が盛んに行われている。この微小電気機械式素子には、例えばマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)や、光路を切り換える微小薄膜可動素子としての光スイッチなどがある。DMDは、光学的な情報処理の分野において、投射ディスプレイ、ビデオ・モニター、グラフィック・モニター、テレビ及び電子写真プリントなど用途が広い。また、光スイッチは、光通信、光インタコネクション(並列コンピュータにおける相互結合網など光による信号接続技術)、光情報処理(光演算による情報処理)などへの応用が期待されている。 2. Description of the Related Art In recent years, with the rapid advancement of MEMS technology (MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems), development of micro electromechanical elements that electrically displace and move micro structures on the order of μm has been actively performed. Examples of the microelectromechanical element include a digital micromirror device (DMD) that deflects light by tilting a micromirror, and an optical switch as a small thin film movable element that switches an optical path. DMD is widely used in the field of optical information processing, such as projection displays, video monitors, graphic monitors, televisions, and electrophotographic prints. Further, the optical switch is expected to be applied to optical communication, optical interconnection (signal connection technology using light such as an interconnection network in a parallel computer), optical information processing (information processing using optical calculation), and the like.
微小電気機械式素子は、一般的に弾性変位可能に支持され一方向又は双方向に変位する可動部を備え、この可動部が主にスイッチング動作を担う。従って、可動部の制動制御は、良好なスイッチング動作を行う上でも特に重要となる。 A microelectromechanical element generally includes a movable part that is supported so as to be elastically displaceable and can be displaced in one or both directions, and this movable part mainly performs a switching operation. Therefore, the braking control of the movable part is particularly important for good switching operation.
例えば、下記特許文献1に開示されるマイクロミラー装置は、一対の駆動電極のうち一方の電極に電圧を印加し、これら電極間にヒンジ接続により配置されたミラーを有する可動部を、駆動電極との間の電位差及び静電容量に応じた静電引力により回転させる構成としている。 For example, a micromirror device disclosed in Patent Document 1 below applies a voltage to one electrode of a pair of drive electrodes, and a movable part having a mirror disposed by hinge connection between these electrodes is defined as a drive electrode. It is made into the structure rotated by the electrostatic attraction according to the electric potential difference and electrostatic capacitance between.
また、下記特許文献2に開示される光路切替装置は、電磁駆動のアクチュエーターに信号電圧を印加して光路を切替える機械式の光スイッチと、光スイッチに信号電圧を供給する制御回路とを備える。信号電圧は、信号の立ち上がり振幅VHと信号幅Tについて、信号の立ち上がりからT/2経過したときの電圧が2/3VH以下である。そして、アクチュエータに印加する信号電圧において、振動幅Tの信号の立ち上がりから、T/2経過した時、信号電圧を立ち上がり振幅の2/3倍以下に減少させ、振動を抑制しようとしている。
The optical path switching device disclosed in
また、下記特許文献5に開示される光スイッチの切替制御方法は、制御電圧のオン、オフにより変位する振動部材と、この振動部材の先端に振動部材が変位することにより伝搬光を反射又は遮断するエレメントを備えた光スイッチにおいて、上記の制御電圧をオンする前に、振動部材の固有振動周期より短い第1の予備電圧パルスを振動部材に印加し、制御電圧をオフにした後に、振動部材の固有振動周期より短い第2の予備電圧パルスを振動部材に印加している。 Also, the optical switch switching control method disclosed in Patent Document 5 below is a vibration member that is displaced by turning on or off the control voltage, and the propagation light is reflected or blocked by the displacement of the vibration member at the tip of the vibration member. In the optical switch including the element to be applied, the first preliminary voltage pulse shorter than the natural vibration period of the vibrating member is applied to the vibrating member before the control voltage is turned on, and the vibrating member is turned off after the control voltage is turned off. A second preliminary voltage pulse shorter than the natural vibration period is applied to the vibrating member.
一般的に光スイッチでは、制御電圧をオン、オフして振動部材が変位するとき、チャタリングと呼ばれる現象が生じる。このチャタリングは、制御電圧をオン又はオフにした後に、振動部材が直ちにその制御電圧に対応した変位量分、変化するのではなく、大きな減衰振動をしながら、最終的に制御電圧に対応した変位量分、変位する現象である。従って、この振動が減衰し、光出力が一定レベルになるまでは、光路を切り換えたことにならず、光スイッチの切り換え速度が制限されてしまう問題があった。これに対し、本従来例による光スイッチの切替制御方法では、振動部材の固有振動周期より短い予備電圧パルスを、制御電圧をオンする前とオフにした後に振動部材に印加することで、チャタリングを制御し、光スイッチの切り換え速度の向上を図っている。 Generally, in an optical switch, a phenomenon called chattering occurs when a vibration member is displaced by turning on and off a control voltage. This chattering does not immediately change the amount of displacement corresponding to the control voltage after the control voltage is turned on or off. This is a phenomenon of displacement by the amount. Therefore, until the vibration is attenuated and the light output reaches a certain level, the optical path is not switched, and the switching speed of the optical switch is limited. On the other hand, in the switching control method of the optical switch according to the conventional example, chattering is performed by applying a preliminary voltage pulse shorter than the natural vibration period of the vibrating member to the vibrating member before and after turning on the control voltage. It is controlled to improve the switching speed of the optical switch.
しかしながら、特許文献1に開示されるマイクロミラー装置では、駆動電極のうちの一方に電圧を印加し、可動部と駆動電極との間の電位差及び静電容量に応じた静電引力を発生させ、可動部を回転させる。このため、図21(a)に示すように、電圧Vaの印加によってマイクロミラーが接触位置へ遷移して、接触位置に着地した直後、接触部材からの反力を受けることで振動が生じた。また、マイクロミラーが接触位置に着地しない非接触構造の場合であっても、図21(b)に示すように、所望の回転角度(収束位置)を超えてオーバーシュートが発生することで、振動の鎮静化までに時間を要した。これらの振動やオーバーシュートは、微小電気機械式素子のスイッチング動作における高速化の妨げとなっていた。 However, in the micromirror device disclosed in Patent Document 1, a voltage is applied to one of the drive electrodes to generate an electrostatic attraction according to the potential difference and capacitance between the movable part and the drive electrode, Rotate the moving part. For this reason, as shown in FIG. 21A, vibration is generated by receiving a reaction force from the contact member immediately after the micromirror transits to the contact position by application of the voltage Va and lands on the contact position. Further, even in the case of a non-contact structure in which the micromirror does not land at the contact position, as shown in FIG. 21 (b), the overshoot occurs beyond the desired rotation angle (convergence position), thereby causing vibration. It took time to calm down. These vibrations and overshoots have hindered speeding up the switching operation of the microelectromechanical element.
また、特許文献2に開示される光路切替装置は、電磁駆動のアクチュエーターにおいて、可動部がヨークの先端に近づくとき、即ち、永久磁石磁界による吸引力が強くなる時にコイル磁界による吸引力を低下させ、総合の吸引力が強くなり過ぎることがないように可動部をファイバー接続位置に移動させている。信号発生回路により出力される波形は、図22(a)に示すように、立ち上がり電圧VH=7Vで立ち上がり後に急激に電圧が減少する信号電圧である。信号幅Tは5ms、信号終端の電圧は0.5Vである。立ち上がりからT/2経過後の電圧は2.8vである。図22(b)は、立ち上がり電圧は7V、信号幅Tは5ms、ステップ状に振幅が変化する時間TO=1.5msである。図22(c)は立ち上がり電圧5V、減少させた振幅が1Vになるまでの時間Tが2msである。時間Tは信号幅に相当する。時間T以降は次の切替えを行なうまで1Vの電圧を印加し続ける。図22(d)は立ち上がり電圧5V、ステップ状の振幅が変化するまでの時間TO=3msで振幅が一定値0.5Vにステップ状に減少する波形である。これらの信号電圧は、立ち上がりの振幅を大きくすることで可動部の動き(切替速度)を早くするとともに、可動部が動き出したら信号電圧を急激に小さくして可動部に加わる力を低減してチャタリングを抑制することができた。しかしながら、この光路切替装置は、可動部であるブロックを双方向に平行変位させているが、順方向に働く駆動力を変化させて振動を抑制しようとしているため、振動制御方法の多様性に乏しい不利があった。また、基本的にコイル磁界による吸引力を低下させ、総合の吸引力が強くなり過ぎないように信号電圧を小さくするもので、上記同様、振動をアクティブに減少させることができなかった。
Further, the optical path switching device disclosed in
さらに、特許文献3に開示される光スイッチの切替制御方法は、図23に示すように、制御電圧をオン、オフする前に、第1の予備電圧パルス、第2の予備電圧パルスを振動部材に印加し、1つの可動部電極と1つの固定電極により静電気力を単一方向に働かせ、可動支持部の弾性力及び慣性力との力のつり合いにより可動部駆動時の振動を抑えようとするものであり、可動部遷移方向に働く順方向のみの静電気力(電位差)を変化させるため、振動抑制効果が小さい問題があった。一般的に、光通信用の光スイッチにおいては、DMDと異なり、任意の角度で位置だしされるために自由振動の収束までに非常に時間がかかる。また、レーザ光などの光情報を出射側のファイバに反射させて入射させるため、高い制御精度が求められるが、可動部(ミラー部)の振動が上記したチャタリングとしてノイズの原因となる。このように、特に光スイッチの場合、振動の影響はDMDもより大きく、重大な課題となっていた。 Further, as shown in FIG. 23, the optical switch switching control method disclosed in Patent Document 3 is configured to apply a first preliminary voltage pulse and a second preliminary voltage pulse to a vibrating member before turning on and off the control voltage. The electrostatic force works in one direction by one movable part electrode and one fixed electrode, and tries to suppress the vibration at the time of driving the movable part by balancing the elastic force and inertial force of the movable support part. However, since the electrostatic force (potential difference) only in the forward direction acting in the moving part transition direction is changed, there is a problem that the vibration suppressing effect is small. In general, an optical switch for optical communication is positioned at an arbitrary angle unlike DMD, so it takes a very long time to converge free vibration. Also, since optical information such as laser light is reflected and incident on the outgoing fiber, high control accuracy is required, but vibration of the movable part (mirror part) causes noise as the chattering described above. Thus, particularly in the case of an optical switch, the influence of vibration is larger than that of DMD, which is a serious problem.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、可動部の遷移方向と逆方向に物理的引力を働かせ、可動部の振動をアクティブに減少させることのできる光通信用微小薄膜可動素子及び微小薄膜可動素子アレイを提供し、もって、チャタリングを減少させてノイズを低減し、スイッチング動作の高速化を図ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above situation, and a small thin film movable element for optical communication and a small thin film capable of actively reducing the vibration of the movable part by exerting a physical attractive force in the direction opposite to the transition direction of the movable part. An object of the present invention is to provide a movable element array, thereby reducing chattering to reduce noise and speeding up a switching operation.
上記目的を達成するための本発明に係る請求項1記載の光通信用微小薄膜可動素子は、弾性変位可能に支持され双方向に変位する可動部を備え、該可動部がスイッチング機能を有する光通信用微小薄膜可動素子であって、前記可動部へ物理的作用力を加える駆動源を複数有し、該駆動源により前記可動部を第1の方向へ変位駆動させるに際し、該可動部が前記第1の方向に遷移している間に、前記駆動源により前記可動部に対し前記第1の方向と異なる第2の方向に前記可動部の振動を抑制する物理的作用力が加えられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a small thin film movable element for optical communication according to claim 1 according to the present invention is provided with a movable part supported so as to be elastically displaceable and bi-directionally displaced, and the movable part has a switching function. A small thin film movable element for communication, having a plurality of drive sources for applying a physical acting force to the movable part, and when the movable part is driven to be displaced in the first direction by the drive source, During the transition to the first direction, the driving source applies a physical acting force that suppresses vibration of the movable part in a second direction different from the first direction with respect to the movable part. Features.
この光通信用微小薄膜可動素子では、可動部が最終変位位置に到達する前の遷移している間に、遷移方向と逆方向に物理的引力が作用し、可動部が最終変位位置へ到達する直前の速度が減速される。これによって従来非接触駆動での最終変位位置へ到達する際のオーバーシュートや、接触駆動での可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動が抑止される。つまり、可動部の接触時の振動がアクティブに減少可能となる。 In this small thin film movable element for optical communication, during the transition before the movable part reaches the final displacement position, a physical attractive force acts in the direction opposite to the transition direction, and the movable part reaches the final displacement position. The previous speed is reduced. As a result, overshoot when reaching the final displacement position in the conventional non-contact drive and vibration due to the collision that occurs when the movable part in the contact drive reaches the final displacement position at a high speed are suppressed. That is, vibration at the time of contact of the movable part can be actively reduced.
請求項2記載の光通信用微小薄膜可動素子は、前記可動部を前記第1の方向へ変位駆動した後、前記可動部が前記第2の方向へ遷移している間に、前記駆動源により前記可動部に対し前記第1の方向に物理的作用力が加えられることを特徴とする。
The small thin film movable element for optical communication according to
この光通信用微小薄膜可動素子では、可動部が第1の方向へ変位駆動され、変位の最終位置に到達した後、さらに、停止部材に当接することによる反力、或いは弾性力によって第2の方向へ遷移している間に、第1の方向の物理的作用力が可動部に加えられることで、変位の最終位置から離反しようとする可動部の移動がアクティブに制動される。 In this optical thin film movable element for optical communication, the movable portion is driven to move in the first direction, and after reaching the final position of the displacement, the second force is applied by the reaction force or the elastic force caused by contacting the stop member. During the transition to the direction, the physical acting force in the first direction is applied to the movable part, so that the movement of the movable part attempting to move away from the final position of the displacement is actively braked.
請求項3記載の光通信用微小薄膜可動素子は、前記物理的作用力が、前記可動部の複数の作用点に加えられることを特徴とする。 The thin film movable element for optical communication according to claim 3 is characterized in that the physical action force is applied to a plurality of action points of the movable part.
この光通信用微小薄膜可動素子では、作用点が複数となることで、例えば中央が回転中心となる揺動型の可動部において、回転中心を挟む両側に物理的作用力が加えられるようになる。これにより、それぞれの作用点に、異なる大きさの制動力を、異なるタイミングで加えられるようになり、多様な制動効果が得られるようになる。 In this small thin film movable element for optical communication, since there are a plurality of action points, for example, in a swing type movable part whose center is the rotation center, physical acting force is applied to both sides sandwiching the rotation center. . As a result, braking forces of different magnitudes can be applied to the respective action points at different timings, and various braking effects can be obtained.
請求項4記載の光通信用微小薄膜可動素子は、前記可動部が特定方向の変位の最終位置に到達するときに、該可動部の速度が略ゼロとなることを特徴とする。 The thin film movable element for optical communication according to claim 4 is characterized in that when the movable part reaches the final position of displacement in a specific direction, the speed of the movable part becomes substantially zero.
この光通信用微小薄膜可動素子では、可動部が最終変位位置へ到着する瞬間の速度が略ゼロとなり、従来非接触駆動の場合の最終変位位置へ到達する際のオーバーシュートや、可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動が発生しなくなる。 In this small thin film movable element for optical communication, the speed at the moment when the movable part arrives at the final displacement position becomes substantially zero, and the overshoot at the time of reaching the final displacement position in the case of conventional non-contact drive or the movable part is large. The vibration caused by the collision caused by reaching the final displacement position at the speed is not generated.
請求項5記載の光通信用微小薄膜可動素子は、前記駆動源により前記可動部を前記第1の方向及び前記第2の方向へ変位させる物理的作用力が、静電気力であることを特徴とする。 6. The small thin film movable element for optical communication according to claim 5, wherein the physical acting force that displaces the movable part in the first direction and the second direction by the driving source is an electrostatic force. To do.
この光通信用微小薄膜可動素子では、可動部を変位させる物理的作用力が静電気力となることで、高速な振動抑止力が得られる。 In this small thin film movable element for optical communication, a high-speed vibration suppression force can be obtained because the physical acting force that displaces the movable portion becomes an electrostatic force.
請求項6記載の光通信用微小薄膜可動素子は、前記物理的作用力が、縦軸を強度、横軸を時間としたパルス波形様に印加されることを特徴とする。 The thin film movable element for optical communication according to claim 6 is characterized in that the physical acting force is applied in a pulse waveform with the intensity on the vertical axis and the time on the horizontal axis.
この光通信用微小薄膜可動素子では、物理的作用力が、パルス波形によって特定される電圧範囲で発生され、多様な制動効果が得られるようになる。なお、ここでのパルス波形とは、矩形波、正弦波、余弦波、鋸波、三角波、及びこれらの合成波を含む。 In this small thin film movable element for optical communication, a physical acting force is generated in a voltage range specified by a pulse waveform, and various braking effects can be obtained. Here, the pulse waveform includes a rectangular wave, a sine wave, a cosine wave, a sawtooth wave, a triangular wave, and a synthesized wave thereof.
請求項7記載の光通信用微小薄膜可動素子は、前記物理的作用力が、複数のパルス波形によって発生されることを特徴とする。 The thin film movable element for optical communication according to claim 7 is characterized in that the physical acting force is generated by a plurality of pulse waveforms.
この光通信用微小薄膜可動素子では、物理的作用力が、異なる大きさ、異なるタイミングで加えられるようになり、多様な制動効果が得られるようになる。 In this optical thin film movable element for optical communication, physical acting force is applied at different magnitudes and at different timings, and various braking effects can be obtained.
請求項8記載の微小薄膜可動素子アレイは、請求項1〜請求項7のいずれか1項記載の光通信用微小薄膜可動素子を1次元又は2次元配列したことを特徴とする。 A thin thin film movable element array according to an eighth aspect is characterized in that the small thin film movable elements for optical communication according to any one of the first to seventh aspects are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
この微小薄膜可動素子アレイでは、高速なスイッチング動作の可能となった光通信用微小薄膜可動素子がアレイ化され、振動の鎮静化する時間の短縮が可能となり、従来より早いアドレス電圧の書込みが可能となる。 In this small thin film movable element array, the small thin film movable element for optical communication that can perform high-speed switching operation is arrayed, and it is possible to shorten the time to calm down the vibration and write address voltage faster than before. It becomes.
請求項9記載の微小薄膜可動素子アレイは、前記光通信用微小薄膜可動素子のそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有し、前記可動部と、該可動部に対峙する少なくとも2つ以上の固定部とに設けられた電極のうち一方が前記駆動回路からの素子変位信号の入力される信号電極であり、他方が共通電極であることを特徴とする。 10. The small thin film movable element array according to claim 9, wherein each of the small thin film movable elements for optical communication has a drive circuit including a memory circuit, and the movable part and at least two fixed parts facing the movable part. One of the electrodes provided in the unit is a signal electrode to which an element displacement signal from the drive circuit is input, and the other is a common electrode.
この微小薄膜可動素子アレイでは、メモリ回路が備えられることで、このメモリ回路に対して予め素子変位信号の書き込みが可能となる。そして、共通電極に、従来同様の一定の共通電圧が印加されると同時に、信号電極に、予めメモリ回路に書き込んでおいた素子変位信号が印加されることで、複数の光通信用微小薄膜可動素子が高速にアクティブ駆動可能となる。 In this small thin film movable element array, a memory circuit is provided, so that an element displacement signal can be written in advance to the memory circuit. A constant common voltage as in the conventional case is applied to the common electrode, and at the same time, an element displacement signal previously written in the memory circuit is applied to the signal electrode, so that a plurality of micro thin film movables for optical communication can be moved. The element can be actively driven at high speed.
請求項10記載の微小薄膜可動素子アレイは、それぞれの前記可動部をスイッチング駆動させる制御部が設けられたことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the small thin film movable element array including a control unit that performs switching driving of each of the movable units.
この微小薄膜可動素子アレイでは、可動部が制御部によって駆動制御されることで、可動部が最終変位位置に到達する前に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値が減少又は増加、或いは増減され、可動部が最終変位位置へ到達することで生じていたオーバーシュートや、衝突による振動が抑止可能となる。 In this small thin film movable element array, the movable part is driven and controlled by the control part, so that the absolute value of the inter-electrode voltage between the movable electrode and the fixed electrode decreases before the movable part reaches the final displacement position. Alternatively, it is increased or increased / decreased, and the overshoot and the vibration caused by the collision caused by the movable part reaching the final displacement position can be suppressed.
本発明に係る光通信用微小薄膜可動素子によれば、可動部へ物理的作用力を加える駆動源を複数有し、駆動源により可動部を第1の方向へ変位駆動させるに際し、可動部が第1の方向に遷移している間に、駆動源により可動部に対し第1の方向と異なる第2の方向に可動部の振動を抑制する物理的作用力を加えるので、可動部の遷移方向と逆方向に物理的引力を働かせ、可動部の接触時の振動をアクティブに減少させることができる。この結果、チャタリングを減少させてノイズを低減し、微小薄膜可動素子におけるスイッチング動作を高速化することができる。 According to the small thin film movable element for optical communication according to the present invention, there are a plurality of drive sources that apply a physical acting force to the movable part, and when the movable part is displaced in the first direction by the drive source, During the transition to the first direction, the driving source applies a physical action force that suppresses vibration of the movable part in a second direction different from the first direction to the movable part. It is possible to actively reduce the vibration at the time of contact of the movable part by applying a physical attractive force in the opposite direction. As a result, chattering can be reduced to reduce noise, and the switching operation in the small thin film movable element can be speeded up.
本発明に係る微小薄膜可動素子アレイによれば、可動部が最終変位位置へ到達した後の振動が抑止される。従って、振動鎮静化時間をなくし或いは大幅に短縮することが可能となり、振動の収まるのを待つ必要がなく、アドレス電圧を書込むことができる。この結果、駆動サイクルを短縮して、スイッチング動作を高速化することができる。 According to the small thin film movable element array according to the present invention, vibration after the movable portion reaches the final displacement position is suppressed. Therefore, it is possible to eliminate or drastically shorten the vibration soothing time, and it is possible to write the address voltage without waiting for the vibration to settle. As a result, the driving cycle can be shortened and the switching operation can be speeded up.
以下、本発明に係る光通信用微小薄膜可動素子及び微小薄膜可動素子アレイの好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明に係る光通信用微小薄膜可動素子の第1の実施の形態を(a),(b)で表す概念図、図2は図1に示した微小薄膜可動素子の制振の過程を(a),(b),(c)で表した動作説明図、図3はパルス波形が印加された可動部の挙動を表した説明図である。
本実施の形態による光通信用微小薄膜可動素子としての光スイッチ100は、基本的な構成要素として、基板21と、基板21に空隙23を介して平行に配置される小片状の可動部27と、可動部27の両縁部から延出されるヒンジ29,29と、このヒンジ29,29を介して可動部27を基板21に支持するスペーサ31,31とを備える。このような構成により、可動部27は、ヒンジ29,29の捩れによって回転変位が可能となっている。
Preferred embodiments of a small thin film movable element and a small thin film movable element array for optical communication according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a small thin film movable element for optical communication according to the present invention by (a) and (b), and FIG. 2 is a diagram of vibration damping of the small thin film movable element shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the behavior of the movable part to which the pulse waveform is applied, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the process represented by (a), (b), and (c).
An
光スイッチ100は、可動部27の上面が光反射部(マイクロミラー部)となる。この他、本発明に係る光スイッチは、可動部27の材質を適宜選択することにより、音波、流体、熱線のスイッチングも可能にできる。
In the
本実施の形態において、可動部27は、特定方向の変位の最終位置に到達するに際し、基板21や図示しない停止部材には接触せずに停止される。つまり、非接触型の光通信用微小薄膜可動素子としての光スイッチを構成している。
In the present embodiment, the
基板21の上面には、ヒンジ29,29を中央として両側に第1アドレス電極35aと第2アドレス電極35bが設けられる。また、可動部27にもその一部に図示しない可動電極が設けられている。光スイッチ100には基板21中に駆動回路37が設けられ、駆動回路37は可動部27と第1アドレス電極35aとの間、可動部27と第2アドレス電極35bとの間に電圧を印加する。光スイッチ100は、基本動作として、第1アドレス電極35a、第2アドレス電極35b、可動部27へ電圧を印加することによって、ヒンジ29,29を捩り中心として可動部27を揺動変位させる。つまり、可動部27がマイクロミラー部であることにより、光の反射方向がスイッチングされる。
On the upper surface of the
光スイッチ100では、可動部27に対し、第1アドレス電極35a、第2アドレス電極35bに電位差を与えると、それぞれの電極と、可動部27との間に静電気力が発生し、ヒンジ29,29を中心に回転トルクが働く。この際に発生する静電気力は、真空中の誘電率、可動部27の面積、印加電圧、可動部27とアドレス電極の間隔に依存する。
In the
従って、真空中の誘電率、可動部27の面積、可動部27とアドレス電極の間隔、ヒンジ29、29の弾性係数が一定である場合、可動部27は、それぞれの電極の電位を制御することにより、左右に回転変位可能となる。例えば、Va>Vbのときには、第1アドレス電極35aと可動部27に発生する静電気力が、第2アドレス電極35bと可動部27に発生する静電気力より大きくなり、可動部27は左側が下がるように傾く。逆に、Va<Vbのときは、第2アドレス電極35bと可動部27に発生する静電気力が、第1アドレス電極35aと可動部27に発生する静電気力より大きくなり、可動部27は右側が下がるように傾く。
Therefore, when the dielectric constant in vacuum, the area of the
このように、可動部27の可動電極、第1アドレス電極35a、第2アドレス電極35bは、可動部27を回転変位させる駆動源となっている。このような駆動源から可動部27へ加えられる物理的作用力が、静電気力となることで、高速な回転変位が可能となる。
As described above, the movable electrode of the
なお、可動部27に作用させる物理的作用力は、静電気力以外の物理的作用力であってもよい。その他の物理的作用力としては、例えば、圧電体による効果や電磁力を挙げることができる。この場合、駆動源としては、圧電素子を用いた圧電型アクチュエータや、マグネット・コイルを用いた電磁型アクチュエータが採用される。
The physical acting force that acts on the
このように、光スイッチ100は、双方向に変位する可動部27を備え、この可動部27がスイッチング機能を有する。そして、可動部27は、物理的作用力を加える複数の駆動源(可動部27の可動電極、第1アドレス電極35a、第2アドレス電極35b)によって回転変位される。ここで、本実施の形態による光スイッチ100は、駆動源により可動部27を図1の左回転方向(第1の方向)へ変位駆動させるに際し、可動部27が第1の方向に遷移している間に、駆動源により可動部27に対し第1の方向と異なる第2の方向に可動部27の振動を抑制する物理的作用力が加えられる。
As described above, the
図2(a)に示すように、まず、左回転方向の第1アドレス電極35aに駆動電圧Vaが印加される。次いで、図2(b)に示すように、可動部27の左端が変位の最終位置に到達する直前に、振動抑制電圧Vbが第2アドレス電極35bに印加される。この結果、図2(c)に示すように、振動抑制電圧Vbにより可動部27と第2アドレス電極35bとに静電気力が発生し、この静電気力が可動部27の右端を基板21側へと引き寄せる。この静電吸引力が吸振効果として作用し、可動部27が変位の最終位置に到達すると同時に静止することとなる。
As shown in FIG. 2A, first, the drive voltage Va is applied to the
このように、可動部27が特定方向の変位の最終位置に到達するときに、その瞬間の速度が略ゼロとなることで、従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達するに際し、所望の回転角度(収束位置)を超えてオーバーシュートが発生することで生じていた振動が発生しなくなる。
As described above, when the
また、可動部27は、最終位置に到達すると、上記の静電吸引力によって制動され、強制的に制振される。そして、吸振効果を得る物理的作用力が静電気力であるので、高速な振動抑止力が得られる。
When the
さらに、物理的作用力が、可動部27の複数の作用点(本実施の形態では可動部27の左右)に加えられることで、例えば中央が回転中心となる揺動型の可動部27では、回転中心を挟む両側に物理的作用力が加えられるようになり、それぞれの作用点に、異なる大きさの制動力を、異なるタイミングで加えることができることから、多様な制動効果が得られるようになる。
Furthermore, physical action force is applied to a plurality of action points of the movable part 27 (left and right of the
可動部27が図3(a)に示す駆動電圧Vaの印加によって回転する場合、静電吸引力を発生させるための振動抑制電圧Vb、即ち、可動部27と第2アドレス電極35bとに印加される電圧は、図3(b)に示す縦軸を強度(電圧)、横軸を時間としたパルス波形様とすることができる。この例では、可動部27が変位の最終位置に到達する直前に、変位の逆方向へ作用する一つのパルス波形p1を印加している。以下、振動抑制電圧Vbとして可動部27と第2アドレス電極35bとに印加されるパルス波を、「逆方向のパルス波」、駆動電圧Vaとして可動部27と第1アドレス電極35aとに印加されるパルス波を、「順方向のパルス波」と称する。
When the
振動抑制電圧Vbをこのようなパルス波形とすることで、静電吸引力が、パルス波形によって特定される電圧範囲で発生され、多様な制動効果が得られるようになる。なお、ここでのパルス波形とは、矩形波、正弦波、余弦波、鋸波、三角波、及びこれらの合成波を含む。 By setting the vibration suppression voltage Vb to such a pulse waveform, an electrostatic attractive force is generated in a voltage range specified by the pulse waveform, and various braking effects can be obtained. Here, the pulse waveform includes a rectangular wave, a sine wave, a cosine wave, a sawtooth wave, a triangular wave, and a synthesized wave thereof.
この光スイッチ100では、可動部27が最終変位位置に到達する前の遷移している間に、遷移方向とは逆方向に物理的引力が作用し、可動部27が最終変位位置へ到達する直前の速度が減速される。これによって従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていたオーバーシュートによる振動や、接触駆動での最終変位位置へ到達する際の衝突による振動が抑止される。つまり、可動部27の振動がアクティブに減少可能となる。
In this
図4は駆動部への印加電圧に応じたパルス電圧を印加した場合の例を(a),(b)で表した説明図である。
なお、振動抑制電圧Vbは、駆動電圧Vaに応じて設定される。即ち、図4(a)に示すように、駆動電圧Vaが大きければ振動抑制電圧Vbも大きくなり、可動部27も振幅の大きな回転角度θ1で収束する。駆動電圧Vaが小さければ図4(b)に示すように、振動抑制電圧Vbも小さくなり、可動部27も振幅の小さな回転角度θ2で収束することになる。
FIGS. 4A and 4B are explanatory views showing an example of applying a pulse voltage corresponding to the applied voltage to the drive unit, as (a) and (b).
The vibration suppression voltage Vb is set according to the drive voltage Va. That is, as shown in FIG. 4 (a), the drive voltage Va is also large oscillation suppressing voltage Vb is greater, also the
図5は2軸にて揺動される可動部を備えた3次元光スイッチの例を表した斜視図である。
また、光スイッチ100は、図1に示したヒンジ29、29を捩れ中心とする基本構成となる1軸の2次元光スイッチの他、図5に示すヒンジ29a、29a、ヒンジ29b、29bを捩れ中心とする2軸の3次元光スイッチ100Aであってもよい。この場合、3次元光スイッチ100Aは、第1アドレス電極35aと第2アドレス電極35bに加え、第3アドレス電極35cと第4アドレス電極35dが設けられることになる。そして、第1アドレス電極35a、第2アドレス電極35bと、可動部27とへの電圧印加によって可動部27がX方向に駆動され、第3アドレス電極35c、第4アドレス電極35dと、可動部27とへの電圧印加によって可動部27がY方向に駆動される。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a three-dimensional optical switch having a movable part that is oscillated about two axes.
Further, the
このような3次元光スイッチ100Aの場合においても、可動部27が最終変位位置に到達する前の遷移している間に、遷移方向と逆方向に物理的引力が作用し、可動部27が最終変位位置へ到達する直前の速度が減速される。これによってオーバーシュートによる振動が抑止され、3次元駆動される可動部27の振動がアクティブに減少可能となる。
Even in the case of such a three-dimensional
次に、吸振効果を得る静電吸引力を発生させるために、振動抑制電圧Vb、駆動電圧Vaに印加される種々のパルス波形の変形例について説明する。
図6は2つの矩形パルス波形が印加される変形例1を表した説明図である。
なお、以下の各実施の形態及び各変形例において、同一の部材・部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
この変形例は、逆方向の複数のパルス波P2、P3が可動部27の変位の最終位置に到達直前に印加される。図では2つのパルス波P2、P3を例示するが、パルス波形は2つ以上であってもよい。
この変形例によれば、物理的作用力である静電吸引力が、異なる大きさ、異なるタイミングで加えられるようになり、多様な制動効果が得られるようになる。
Next, modifications of various pulse waveforms applied to the vibration suppression voltage Vb and the drive voltage Va in order to generate an electrostatic attraction force that obtains a vibration absorption effect will be described.
FIG. 6 is an explanatory view showing Modification 1 in which two rectangular pulse waveforms are applied.
In the following embodiments and modifications, the same members / parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
In this modification, a plurality of pulse waves P2 and P3 in opposite directions are applied immediately before reaching the final displacement position of the
According to this modification, the electrostatic attractive force, which is a physical acting force, is applied at different magnitudes and at different timings, and various braking effects can be obtained.
図7は三角パルス波形が印加される変形例2を表した説明図である。
この変形例は、パルス波P4が三角波となる。このように、パルス波は、三角波、正弦波、その他の波形であってもよい。
この変形例によれば、物理的作用力である静電吸引力が、矩形波では得られない急峻なタイミングで加えられるようになる。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a second modification in which a triangular pulse waveform is applied.
In this modification, the pulse wave P4 is a triangular wave. As described above, the pulse wave may be a triangular wave, a sine wave, or another waveform.
According to this modification, an electrostatic attraction force, which is a physical acting force, is applied at a steep timing that cannot be obtained with a rectangular wave.
図8は2つの三角パルス波形が印加される変形例3を表した説明図である。
この変形例は、逆方向の複数の三角パルス波P5、P6が可動部27の変位の最終位置に到達直前に印加される。図では2つの三角パルス波P5、P6を例示するが、三角パルス波形は2つ以上であってもよい。
この変形例によれば、急峻な静電吸引力が、異なる大きさ、異なるタイミングで加えられるようになる。
FIG. 8 is an explanatory view showing Modification 3 in which two triangular pulse waveforms are applied.
In this modification, a plurality of triangular pulse waves P5 and P6 in opposite directions are applied immediately before reaching the final displacement position of the
According to this modification, a steep electrostatic attraction force is applied at different magnitudes and at different timings.
図9は駆動電圧Vaにパルス波形が印加される変形例4を表した説明図である。
この変形例は、可動部27が変位の最終位置に到達する直前に逆方向のパルス波P2が印加された後、可動部27が変位の最終位置に到達してから反動によって離反動するときに、順方向のパルス波P7が駆動電圧Vaに印加される。即ち、可動部27を左回転方向(第1の方向)へ変位駆動した後、可動部27が右回転方向(第2の方向)へ遷移している間に、駆動源(第1アドレス電極35a、可動部27)により可動部27に対し第1の方向に物理的作用力が加えられる。
この変形例によれば、可動部27が第1の方向へ変位駆動され、変位の最終位置に到達した後、さらに、反動、或いは弾性力によって第2の方向へ遷移している間に、第1の方向の物理的作用力が可動部27に加えられることで、変位の最終位置から離反しようとする可動部27の移動がアクティブに制動される。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a fourth modification in which a pulse waveform is applied to the drive voltage Va.
In this modification, after the pulse wave P2 in the reverse direction is applied immediately before the
According to this modification, after the
図10は駆動電圧Vaにパルス波形が印加された後制動電極にパルス波形が印加される変形例5を表した説明図である。
この変形例は、図9に示した変形例と、逆方向のパルス波P2と、順方向のパルス波P7とが逆の順番で印加される。即ち、可動部27が変位の最終位置に到達して離反動する直後に順方向のパルス波P7が印加され、再び可動部27が変位の最終位置に到達する直前に逆方向のパルス波P2が印加される。
この変形例によれば、可動部27が変位の最終位置に到達した後、反動、或いは弾性力によって第2の方向へ遷移している間に、第1の方向の物理的作用力が可動部27に加えられ、変位の最終位置から離反しようとする可動部27の移動がアクティブに制動される。また、この制動により静止させることのできなかった可動部27が再度変位の最終位置に到達しようとする直前に、逆方向のパルス波P2が印加されて可動部27が確実に静止される。
FIG. 10 is an explanatory view showing Modification 5 in which a pulse waveform is applied to the braking electrode after a pulse waveform is applied to the drive voltage Va.
In this modification, the pulse wave P2 in the reverse direction and the pulse wave P7 in the forward direction are applied in the reverse order to the modification example shown in FIG. That is, a forward pulse wave P7 is applied immediately after the
According to this modification, after the
図11は駆動電圧Vaが所定間隔で低減される変形例6を表した説明図である。
この変形例は、可動部27が変位の最終位置に到達する直前に逆方向のパルス波P8が印加されると同時に、電圧を下げた順方向のパルス波P9が印加される。
この変形例によれば、可動部27が変位の最終位置に到達する直前に、逆方向のパルス波P8によって制動がなされるとともに、その際の駆動電圧Vaがパルス波P9によってキャンセルされることで、可動部27がより大きな力で制動されることとなる。なお、この場合、図示ではパルス波P9を0Vまで下げているが、順方向のパルス波P9の低下電圧は、0Vでなくてもよい。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a sixth modification in which the drive voltage Va is reduced at predetermined intervals.
In this modification, a reverse pulse wave P8 is applied immediately before the
According to this modified example, immediately before the
図12は駆動電圧Vaが所定間隔で複数低減される変形例7を表した説明図である。
この変形例は、複数の逆方向のパルス波P2、P3が印加されると同時に、電圧を下げた順方向のパルス波P9、P10が印加される。
この変形例によれば、図9に示した変形例の作用が繰り返され、可動部27がより確実に制動されることとなる。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a modified example 7 in which a plurality of driving voltages Va are reduced at predetermined intervals.
In this modification, a plurality of reverse-direction pulse waves P2 and P3 are applied, and at the same time, forward-direction pulse waves P9 and P10 with a reduced voltage are applied.
According to this modification, the operation of the modification shown in FIG. 9 is repeated, and the
図13はパルス波形印加後に一定の電圧が印加される変形例8を表した説明図である。
この変形例は、可動部27が変位の最終位置に到達する直前に、逆方向のパルス波P1が印加されるが、その後に、一定の電圧Vb1が印加され続ける。つまり、逆方向のパルス波は、必ずしも通常時に0Vとしなくてもよい。
この変形例によれば、可動部27が変位の最終位置に到達した後に逆方向にバイアスされることとなる。このように、バイアス電圧と駆動電圧との差を小さな電圧差とすることで、可動部27の高速応答性などの制御性を向上できる。
FIG. 13 is an explanatory view showing a modified example 8 in which a constant voltage is applied after applying a pulse waveform.
In this modified example, the pulse wave P1 in the reverse direction is applied immediately before the
According to this modification, the
図14は複数のパルス波形印加後に一定の電圧が印加される変形例9を表した説明図である。
この変形例は、逆方向の複数のパルス波P2、P3が可動部27の最終位置到達直前に印加され、その間、及びその後も一定の電圧Vb1が印加され続ける。
この変形例によれば、確実な吸振効果が得られるとともに、小さな電圧差での可動部27の駆動が可能となる。
FIG. 14 is an explanatory view showing a modified example 9 in which a constant voltage is applied after applying a plurality of pulse waveforms.
In this modification, a plurality of pulse waves P2 and P3 in opposite directions are applied immediately before reaching the final position of the
According to this modification, a reliable vibration absorption effect can be obtained, and the
図15はパルス波形が印加される前に一定の電圧が印加される変形例10を表した説明図である。
この変形例は、可動部27が変位の最終位置に到達する直前に、逆方向のパルス波P1が印加され、その後に、一定の電圧Vb1が印加され続けるが、逆方向のパルス波P1が印加される前においても一定の電圧Vb1が振動抑制電圧Vbとして印加される。
この変形例によれば、可動部27が逆方向で常にバイアスされ、小さな電圧差での可動部27の駆動が可能となる。可動部27の振動は、常に順方向と逆方向との静電気力のつりあいであり、接触型の場合、pull-inして(引き込まれて)可動部27が接触状態を維持する範囲の逆方向の電圧であれば、常に印加しても問題はない。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a modified example 10 in which a constant voltage is applied before a pulse waveform is applied.
In this modified example, the pulse wave P1 in the reverse direction is applied immediately before the
According to this modification, the
従って、上記の光スイッチによれば、可動部27へ物理的作用力を加える駆動源を複数有し、駆動源により可動部27を第1の方向へ変位駆動させるに際し、可動部27が第1の方向に遷移している間に、駆動源により可動部27に対し第1の方向と異なる第2の方向に物理的作用力を加えるので、可動部27の遷移方向と逆方向に物理的引力を働かせ、可動部27の最終位置に到達時の振動をアクティブに減少させることができる。この結果、チャタリングを減少させてノイズを低減し、光スイッチ100におけるスイッチング動作を高速化することができる。
Therefore, according to the optical switch described above, there are a plurality of drive sources that apply a physical acting force to the
次に、本発明に係る光通信用微小薄膜可動素子の第2の実施の形態を説明する。
図16は本発明に係る光通信用微小薄膜可動素子の第2の実施の形態を表す概念図である。
本実施の形態による光スイッチ200は、可動部41の一端がヒンジ29、29、スペーサ31、31を介して基板21に支持固定されている。つまり、可動部41は、他端が自由端となった片持ち梁状に構成される。そして、基板21上には可動部41の自由端に対向して第1アドレス電極35aが設けられ、可動部41を挟んだ第1アドレス電極35aの反対側には図示しない対向基板に形成される第2アドレス電極35bが設けられている。
Next, a second embodiment of the small thin film movable element for optical communication according to the present invention will be described.
FIG. 16 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the small thin film movable element for optical communication according to the present invention.
In the
このような構成の光スイッチ200においても、第1アドレス電極35aと可動部41に駆動電圧Vaを印加するとともに、第2アドレス電極35bと可動部41に振動抑制電圧Vbを印加することで、可動部27が最終変位位置(この場合、第1アドレス電極35a側の直近非接触位置)に到達する前の遷移している間に、遷移方向と逆方向に静電吸引力を作用させ、可動部27が最終変位位置へ到達する直前の速度を減速させることができる。
Even in the
これにより、従来可動部27が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動を抑止することができる。つまり、可動部27の最終位置到達時の振動がアクティブに減少可能となる。
Thereby, it is possible to suppress the vibration caused by the collision that has occurred when the
次に、本発明に係る光通信用微小薄膜可動素子の第3の実施の形態を説明する。
図17は本発明に係る光通信用微小薄膜可動素子の第3の実施の形態を表す概念図である。
本実施の形態による光スイッチ300は、所謂、平行平板型の素子であって、導電性と可撓性を有する平板状の可動部43の両端が基板21上に形成した絶縁膜45に所定の間隙47を有して固定されている。この基板21の可動部43の下方には、絶縁膜45を介して、第1アドレス電極35aが配設されており、また、可動部43の上方には絶縁膜49を介して第2アドレス電極35bが配設されている。つまり、可動部43は、第1アドレス電極35aと第2アドレス電極35bとの間で両端が支持された両持ち梁状に構成されている。
Next, a third embodiment of the small thin film movable element for optical communication according to the present invention will be described.
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the small thin film movable element for optical communication according to the present invention.
The
このような平行平板型の光スイッチ300においても、第1アドレス電極35aと可動部41に駆動電圧Vaを印加するとともに、第2アドレス電極35bと可動部41に振動抑制電圧Vbを印加することで、可動部43が最終変位位置(この場合、第1アドレス電極35a側の直近非接触位置)に到達する前の遷移している間に、遷移方向と逆方向に静電吸引力を作用させ、可動部43が最終変位位置へ到達する直前の速度を減速させることができる。
Also in such a parallel plate type
また、上記の各実施形態における光スイッチの構成に限らず、素子の方向、構造、駆動は任意であってよく、双方向で駆動される全ての素子に対して本発明を適用することができる。 Further, the direction, structure, and driving of elements are not limited to the configuration of the optical switch in each of the above embodiments, and the present invention can be applied to all elements that are driven bidirectionally. .
図18は接触型の光スイッチに本発明を適用した場合の可動部の挙動を表した説明図である。
上記の各実施の形態及び変形例では、光スイッチが非接触型である場合を例に説明したが、本発明は、接触型の光スイッチに適用されても、上記と同様の作用・効果を奏するものである。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing the behavior of the movable part when the present invention is applied to a contact-type optical switch.
In each of the above-described embodiments and modifications, the case where the optical switch is a non-contact type has been described as an example. However, even when the present invention is applied to a contact-type optical switch, the same operations and effects as described above are achieved. It is what you play.
即ち、駆動源により可動部27を第1の方向へ変位駆動させるに際し、可動部27が第1の方向に遷移している間に、駆動源により可動部27に対し第1の方向と異なる第2の方向に物理的作用力を、パルス波P1によって加えることで、可動部27の遷移方向と逆方向に物理的引力を働かせ、可動部27が停止部材に当接することによる反力、或いは弾性力によって、変位の最終位置から離反しようとする移動がアクティブに制動される。この結果、接触駆動の光スイッチにおけるスイッチング動作を高速化することができる。
That is, when the
上記の各実施の形態に開示した光スイッチ100,200,300のそれぞれは、1次元又は2次元配列することによって光スイッチアレイを構成することができる。
この光スイッチアレイでは、高速なスイッチング動作の可能となった光スイッチ100,200,300がアレイ化され、振動の鎮静化する時間の短縮が可能となり、従来より早いアドレス電圧の書込みが可能となる。
従って、可動部が最終変位位置へ到達した後の振動が抑止され、振動鎮静化時間をなくし、或いは大幅に短縮することが可能となり、振動の収まるのを待つ必要がなく、アドレス電圧を書込むことができる。この結果、スイッチング動作を高速化して、駆動サイクルを短縮することができる。
Each of the
In this optical switch array,
Therefore, the vibration after the movable part reaches the final displacement position is suppressed, and it is possible to eliminate the vibration soothing time or to greatly reduce it, and to write the address voltage without having to wait for the vibration to settle. be able to. As a result, the switching operation can be speeded up and the driving cycle can be shortened.
また、光通信用の光スイッチアレイでは高精度が求められるため、個々の素子のばらつきに起因する作動誤差の補正が必要となる。従って、光スイッチアレイにおいては、各素子ごとにこの補正を行わなければならない。これに対し、本実施の形態による光スイッチアレイによれば、この補正に対応させて個々の光スイッチ100,200,300における印加電圧を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができる。
In addition, since an optical switch array for optical communication requires high accuracy, it is necessary to correct an operation error caused by variations in individual elements. Therefore, in the optical switch array, this correction must be performed for each element. On the other hand, according to the optical switch array according to the present embodiment, it is possible to easily correct the operation error by changing the applied voltage in each of the
図19は光スイッチのそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有した構成を示す説明図である。
さらに、光スイッチアレイ400は、光スイッチ100のそれぞれがメモリ回路61を含む駆動回路37(図1参照)を有することが好ましい。このようなメモリ回路61が備えられることで、メモリ回路61に対して予め素子変位信号の書き込みが可能となる。つまり、メモリ回路61には予め素子変位信号が書き込まれる。光スイッチ100のスイッチングのとき、各々の光スイッチ100のメモリ回路61に記憶された素子変位信号と、光スイッチ100への印加電圧を制御する駆動電圧制御回路63により、本発明の駆動電圧を所望のタイミングで光スイッチ100の信号電極(第1アドレス電極、第2アドレス電極)65に出力する。このとき、共通電極(可動電極)67に対しても所望の電圧が出力される。
このように、メモリ回路61を用いて光スイッチ100を駆動すると、複数の光スイッチ100のそれぞれを任意の駆動パターンで動作させることが容易にでき、より高速なアクティブ駆動が可能となる。なお、ここでは、図1の光スイッチアレイ100の構成を示したが、これに限らず、他の構成の光スイッチ200,300であってもよい。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a configuration in which each of the optical switches has a drive circuit including a memory circuit.
Furthermore, the
As described above, when the
また、光スイッチアレイ600には、それぞれの可動部27をスイッチング駆動させる制御部としての制御回路63が設けられることが好ましい。
このような制御回路63が備えられた光スイッチアレイ400では、可動部27が制御回路63によって駆動制御されることで、可動部27が最終変位位置に到達する前に、可動電極(共通電極67)と固定電極(信号電極65)との間の電極間電圧の絶対値が減少、又は増加、或いは増減され、可動部27が最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、オーバーシュートが抑止可能となる。
Further, the optical switch array 600 is preferably provided with a
In the
図20は光スイッチが用いられたクロスコネクトスイッチの構成を示す説明図である。
クロスコネクトスイッチ71は、例えば光スイッチ100を1次元状に配列した光スイッチアレイ400を用いて構成することができる。図示の例では、2つの光スイッチアレイ400a,400bが設けられる。このクロスコネクトスイッチ71では、入力ファイバーボート73の光ファイバ73aからの出射光がマイクロレンズ75を通り一方の光スイッチアレイ400aの所定の光スイッチ100aに入射される。入射光は、光スイッチ100aのスイッチング動作によって、反射光となって入射側光スイッチアレイ400bの所望の光スイッチ100bに入射する。入射した光は光スイッチ100bのスイッチングによって所定の出力ファイバーボード77の光ファイバー77aへ入射する。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing the configuration of a cross-connect switch using an optical switch.
The cross-connect switch 71 can be configured using, for example, an
このクロスコネクトスイッチ71においても、上記の複数の光スイッチ100からなる光スイッチアレイ400が用いられることで、可動部(マイクロミラー部)27の最終位置到達時の振動をアクティブに減少させ、チャタリングを減少させてノイズを低減し、スイッチング動作を高速化することができる。
Also in this cross-connect switch 71, by using the
そして、このクロスコネクトスイッチ71では、上記のように個々の光スイッチ100における印加電圧を変えることで、作動誤差の補正を容易に行うことができることから、個々の光スイッチ100のばらつきに起因する作動誤差の補正が簡単に行え、高精度なスイッチングを行うことができる。
In the cross-connect switch 71, the operation error can be easily corrected by changing the voltage applied to each
また、上記のクロスコネクトスイッチ71では、1軸回動される光スイッチ100を用いた例で説明したが、光スイッチアレイには図5に示した2軸回動される3次元光スイッチ100Aを用いてもよい。このような構成とすることで、例えば入力ファイバーボート73の光ファイバ73aが1次元配列され、出力ファイバーボード77の光ファイバ77aが2次元配列される場合であっても、可動部27を3次元駆動することによって、光ファイバ73aからの出射光を紙面垂直方向所望の光ファイバ77aへも切り換えることができる。
Further, in the cross-connect switch 71 described above, an example in which the
また、上述した各電極への電圧駆動のタイミングや波形は、これに限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更が可能である。 Moreover, the timing and waveform of the voltage drive to each electrode mentioned above are not limited to this, and can be suitably changed as long as they do not depart from the gist of the present invention.
27 可動部
35a 第1アドレス電極
35b 第2アドレス電極
37 駆動回路
61 メモリ回路
63 制御回路(制御部)
65 信号電極
67 共通電極
100,200,300 光スイッチ(光通信用微小薄膜可動素子)
400 光スイッチアレイ(微小薄膜可動素子アレイ)
27
65
400 Optical switch array (small thin film movable element array)
Claims (10)
前記可動部へ物理的作用力を加える駆動源を複数有し、
該駆動源により前記可動部を第1の方向へ変位駆動させるに際し、該可動部が前記第1の方向に遷移している間に、前記駆動源により前記可動部に対し前記第1の方向と異なる第2の方向に前記可動部の振動を抑制する物理的作用力が加えられることを特徴とする光通信用微小薄膜可動素子。 A movable part that is supported so as to be elastically displaceable and that is displaced in both directions, the movable part having a switching function for switching the output light of the optical fiber to any other optical fiber,
A plurality of drive sources for applying a physical acting force to the movable part;
When the movable part is displaced and driven in the first direction by the drive source, the first direction with respect to the movable part by the drive source is changed while the movable part is transitioning to the first direction. A small thin film movable element for optical communication, wherein a physical acting force that suppresses vibration of the movable portion is applied in different second directions.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005200366A JP2007017769A (en) | 2005-07-08 | 2005-07-08 | Micro thin film movable element for optical communication, and micro thin film movable element array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005200366A JP2007017769A (en) | 2005-07-08 | 2005-07-08 | Micro thin film movable element for optical communication, and micro thin film movable element array |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007017769A true JP2007017769A (en) | 2007-01-25 |
Family
ID=37754986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005200366A Pending JP2007017769A (en) | 2005-07-08 | 2005-07-08 | Micro thin film movable element for optical communication, and micro thin film movable element array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007017769A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009075309A (en) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Fujifilm Corp | Optical scanning element and driving method for the same, and optical scanning probe employing optical scanning element |
WO2009060906A1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-14 | Nikon Corporation | Microactuator, optical device, display, exposure apparatus and device manufacturing method |
JP2009116241A (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical switch |
JP2013182143A (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Seiko Epson Corp | Driving method of wavelength variable interference filter, optical module, and electronic apparatus |
JP2016206226A (en) * | 2015-04-15 | 2016-12-08 | 新電元工業株式会社 | Control device and control method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09258119A (en) * | 1995-10-18 | 1997-10-03 | Texas Instr Inc <Ti> | Method for operating space light modulator using dmd and space light modulator using it |
JP2004134370A (en) * | 2002-07-26 | 2004-04-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Switch |
JP2005088188A (en) * | 2003-08-12 | 2005-04-07 | Fujitsu Ltd | Micro-oscillation element and method for driving the same |
-
2005
- 2005-07-08 JP JP2005200366A patent/JP2007017769A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09258119A (en) * | 1995-10-18 | 1997-10-03 | Texas Instr Inc <Ti> | Method for operating space light modulator using dmd and space light modulator using it |
JP2004134370A (en) * | 2002-07-26 | 2004-04-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Switch |
JP2005088188A (en) * | 2003-08-12 | 2005-04-07 | Fujitsu Ltd | Micro-oscillation element and method for driving the same |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009075309A (en) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Fujifilm Corp | Optical scanning element and driving method for the same, and optical scanning probe employing optical scanning element |
US8294968B2 (en) | 2007-09-20 | 2012-10-23 | Fujifilm Corporation | Optical scanning element, driving method for same, and optical scanning probe employing optical scanning element |
WO2009060906A1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-14 | Nikon Corporation | Microactuator, optical device, display, exposure apparatus and device manufacturing method |
JP2009116241A (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical switch |
US8699116B2 (en) | 2007-11-09 | 2014-04-15 | Nikon Corporation | Microactuator, optical device, display apparatus, exposure apparatus, and method for producing device |
JP5609114B2 (en) * | 2007-11-09 | 2014-10-22 | 株式会社ニコン | Microactuator, optical device, display device, exposure apparatus, and device manufacturing method |
JP2013182143A (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Seiko Epson Corp | Driving method of wavelength variable interference filter, optical module, and electronic apparatus |
JP2016206226A (en) * | 2015-04-15 | 2016-12-08 | 新電元工業株式会社 | Control device and control method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7468829B2 (en) | Microelectromechanical modulation device and microelectromechanical modulation device array, and image forming apparatus | |
JP2007015067A (en) | Minute thin film movable element, minute thin film movable element array, and image forming device | |
US7436575B2 (en) | Small thin film movable element, small thin film movable element array and method of driving small thin film movable element array | |
JP2007192902A (en) | Method for driving micro-electro mechanical element, method for driving micro-electro mechanical element array, micro-electro mechanical element, micro-electro mechanical element array, and image forming apparatus | |
KR100743315B1 (en) | Micro-mirror device and Micro-mirror device array of using the same | |
US7495818B2 (en) | Microelectromechanical device array and method for driving the same | |
US20070258124A1 (en) | Method and system for resonant operation of a reflective spatial light modulator | |
JP2006518884A (en) | Micromirror system with concealed multi-piece hinge structure | |
JP2000314842A (en) | Optical subminiature machine and method for controlling light beam | |
JP2005173411A (en) | Light deflector | |
JP6568591B2 (en) | MEMS actuator, system comprising a plurality of MEMS actuators, and method of manufacturing a MEMS actuator | |
JP6266692B2 (en) | Optical scanning mechanism | |
JP2007017769A (en) | Micro thin film movable element for optical communication, and micro thin film movable element array | |
US7420729B2 (en) | Small thin film movable element, small thin film movable element array and method of driving small thin film movable element | |
JP3129219B2 (en) | Optical scanner | |
JP2009529157A (en) | Programmable micromirror motion control system | |
JP4695956B2 (en) | Micro electromechanical modulation element, micro electro mechanical modulation element array, and image forming apparatus | |
CN105829937A (en) | Device and method for micro-electro-mechanical-system photonic switch | |
JP2007034054A (en) | Driving method of micro-electromechanical element and micro-electromechanical element array | |
JP2009009093A (en) | Image display apparatus | |
JP2002202465A (en) | Optical switch using supporting structure having fixed mirrors and pivoted mirrors | |
JP2007240626A (en) | Optical scanner driving method and device | |
JP2004215389A (en) | Surface acoustic wave actuator and deflector employing surface acoustic wave actuator | |
JP2006323001A (en) | Oscillating body apparatus and optical deflector using same | |
JP2007078819A (en) | Optical scanner element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20061127 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071109 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071116 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071126 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080206 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091222 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100420 |