JP2008200818A - Memsデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(MEMS)デバイスにおいて、外部からMEMSデバイスに振動が加わった際にMEMSの可動部が有する共振周波数の振動を減衰する構造を備えたMEMSデバイスを提供する。
【解決手段】MEMSデバイスは、可動部を有する基板と、該基板と収容する筐体1と、可動部の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する可動吸収部を有する振動吸収体6とから構成される。このように、MEMSデバイスに加わった振動の中から可動部の共振周波数に対応した振動を吸収する振動吸収体を設けることで、MEMSデバイスの可動部の共振振動を吸収することができる。
【選択図】図2
【解決手段】MEMSデバイスは、可動部を有する基板と、該基板と収容する筐体1と、可動部の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する可動吸収部を有する振動吸収体6とから構成される。このように、MEMSデバイスに加わった振動の中から可動部の共振周波数に対応した振動を吸収する振動吸収体を設けることで、MEMSデバイスの可動部の共振振動を吸収することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、微小電気機械システム(MEMS;Micro-Electro Mechanical Systems)を用いたデバイス、特に防振構造を有するMEMSデバイスに関する。
MEMSデバイスは、半導体集積回路作製技術等を用いて作成された機械要素部品を、電気駆動することで機械的に動作させる可動部を有するデバイスである。MEMSデバイスを用いたシステムとして、光スイッチが知られており、種々の構造が提案されている。中でもアレイ化したMEMSミラーを用いた光スイッチは、多チャネルスイッチを小型に実現できるという特徴があり、実用化が進められている。
しかしながら、MEMSミラーは可動機械構造体であり、外部から振動や衝撃が加えられた場合に所定の位置から動いてしまい、光経路に損失を発生させていた。そのため、MEMSミラーを防振ゴム(あるいはゴムよりも軟らかいゲル)を用いたダンパで外部振動・衝撃から保護することが通常行なわれている。(たとえば特許文献1参照。)
また、光スイッチに用いられるMEMSミラーの構造としては、一軸の回転運動する構造(たとえば特許文献2参照)や、二軸の回転運動をする構造(たとえば特許文献3参照)が知られている。いずれもMEMSミラーは半導体基板上にアレイ状に配置される。
また、光スイッチに用いられるMEMSミラーの構造としては、一軸の回転運動する構造(たとえば特許文献2参照)や、二軸の回転運動をする構造(たとえば特許文献3参照)が知られている。いずれもMEMSミラーは半導体基板上にアレイ状に配置される。
MEMSミラーは可動機械構造体であるため、その形状と材質から決まる共振周波数(固有振動数)を持っている。MEMSミラーは外部からの振動・衝撃の周波数成分に、MEMSミラーの共振周波数の成分が含まれると、MEMSミラーが共振して、大きな光路変動が発生する。従って、防振用のダンパは硬度などのパラメータを調整し、十分な減衰量を得る必要がある。
特許文献3の構成は、入力側のファイバから出た光は入力側のMEMSでまず反射され、次に出力側のMEMSで反射された後、出力側のファイバへと導かれる。つまり、一つの光路において、合計2枚のMEMSミラー、即ち、4軸分の可動軸を持つミラーで反射している。外部から振動・衝撃が加えられたとき、特許文献3に記載の4軸分の可動軸を持つミラーの変動量は特許文献1や特許文献2に記載の1軸の可動軸を持つミラーの4倍となりうる。従って、たとえば特許文献3に記載された構成は、外部からの振動を吸収する振動吸収ダンパも4倍の減衰量が必要となる。ここで、MEMSの可動部の共振周波数を1kH〜2kHz程度とすると、4軸構成のMEMSデバイスに必要な振動伝達率は−80dB程度である。
従来の防振構造である、単純な防振ゴムを用いたダンパにおける振動伝達特性の測定例を図1に示す。従来の防振ゴムを用いたダンパの吸収による振動の減衰量は−40〜−50dB程度であり、上記のようにMEMSの共振周波数が重なる場合、減衰能力不足となる。
このため、従来技術においては、共振周波数が重なったMEMSに対して外部から振動が加わったときに、減衰量が不足しMEMSの可動部が共振振動を起こす問題を生じていた。さらに、MEMSが共振振動を起こすことで、光スイッチの光学的特性が低下してしまう問題が生じていた。
特開2006−35375号公報
米国特許第6753960号明細書
米国特許第6591029号明細書
光スイッチ等では、光路中に複数のMEMSミラーが配置されるため、光スイッチを伝搬する光は、MEMSの可動部が有する共振の影響を受けやすい。
本発明は、共振周波数が重なる複数のMEMSが存在し、外部から複数のMEMSの可動部の共振周波数に相当する周波数の振動が与えられた場合であっても、その機械的共振を十分に減衰することを目的とする。
本発明の課題を解決するための第1の手段として、MEMSデバイスは、可動部を有するMEMSと、MEMSが形成された基板と、該可動部の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する可動吸収部を有する振動吸収体とを備える。
本発明の課題を解決するための第2の手段として、上記第1の手段のMEMSデバイスにおいて、該MEMSと該振動吸収体は形状が幾何相似であることを特徴とするMEMSデバイス。
本発明の課題を解決するための第3の手段として、上記第1の手段のMEMSデバイスにおいて、該MEMSは複数の可動方向をもつ多軸構造であり、該振動吸収体の該動作部は該MEMSの可動方向のそれぞれに対応した複数の振動吸収構造を有する。
本発明の課題を解決するための第4の手段として、上記第1の手段のMEMSデバイスにおいて、該可動吸収部の共振振動を減衰する減衰部を有する。
本発明の課題を解決するための第5の手段として、MEMSデバイスは、可動部を有する複数のMEMSと、該複数のMEMSが形成された基板と、該可動部の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する複数の可動吸収部を有する振動吸収体とを備える。
本発明の課題を解決するための第6の手段として、上記第5の手段のMEMSデバイスにおいて、該複数の可動吸収体は同じ共振周波数で異なる慣性モーメントを有する。
本発明の課題を解決するための第7の手段として、上記第5の手段のMEMSデバイスにおいて、前記振動吸収体は、前記複数のMEMSの共振周波数分布に対応した共振周波数分布を有する複数の可動吸収部を備える。
本発明の課題を解決するための第8の手段として、MEMSデバイスは、可動部を有するMEMSと、該MEMSが形成された基板と、該基板を収容する筐体と、該MEMSの共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する第1可動吸収部を有する第1振動吸収体と、該筐体の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する第2可動吸収部を有する第2振動吸収体とを備える。
本発明の課題を解決するための第9の手段として、MEMSデバイスは、可動部を有するMEMSと、該MEMSが形成された基板と、該基板を収容する筐体と、該MEMSの共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する可動吸収部を有する振動吸収体と、該筐体と該振動吸収体との間に配置された、弾性変形により振動を吸収する弾性体とを備える。
本発明によれば、MEMSの可動部の共振周波数に相当する周波数の振動を吸収する振動吸収体をMEMSデバイスに備えることで、外部から振動を受けてもMEMSの可動部が共振振動を起こさなくする事ができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定さるものではない。
[MEMSデバイスの構造]
図2は本願発明を適用MEMSデバイスの構造を示している。MEMSデバイスは、筐体1と、光入出力部2と、光路折返しミラー3と、MEMSミラーアレイ4と、防振ゴム5及び5’と、振動吸収体6と、可動吸収部7と、ベース8を有している。
図2は本願発明を適用MEMSデバイスの構造を示している。MEMSデバイスは、筐体1と、光入出力部2と、光路折返しミラー3と、MEMSミラーアレイ4と、防振ゴム5及び5’と、振動吸収体6と、可動吸収部7と、ベース8を有している。
筐体1はV字型の斜面を有する。光入出力部2は筐体1の一方のV字斜面の上に配置される。光路折返しミラー3は筐体1の他方の斜面の上に配置される。MEMSミラーアレイ4は筐体1のV字型の底部に構成した水平面の上に配置される。振動吸収体6と防振ゴム5及び5‘は筐体1とベース8との間に配置される。ベース8はMEMSデバイスを外部に対して固定するための基礎部である。防振ゴム5及び5‘はゲル状の材料であっても良い。防振ゴム5及び5‘は弾性変形により外部からの振動を吸収する弾性体である。可動吸収部7は振動吸収体6の内部に配置される。
外部(ベース8)から伝わる外部振動・衝撃は、防振ゴム5’で従来例の場合と同様にある程度吸収される。次に振動吸収体6によってMEMSミラーと一致した周波数成分の振動が吸収される。さらに防振ゴム5によって振動が減衰される。防振ゴム5はMEMSミラー45と振動吸収体6の可動吸収部50の両方が振動してしまうことを防いでいる。
[光スイッチの構造]
図3に。図2のMEMSデバイスの光学的な構造を示す。図3では、図2と同じ部材は同一参照番号を用いて説明する。最初に、各部の構成について説明する。
図3に。図2のMEMSデバイスの光学的な構造を示す。図3では、図2と同じ部材は同一参照番号を用いて説明する。最初に、各部の構成について説明する。
光入出力部2は入力光ファイバアレイ21と出力光ファイバアレイ22と入力レンズアレイ23と出力レンズアレイ24を有している。光入出力部2は入力光ファイバアレイ21の各ファイバに対応して入力レンズアレイ23のレンズをそれぞれ設ける。さらに、光入出力部2は出力光ファイバアレイ22の各ファイバに対応して出力レンズアレイ24のレンズをそれぞれ設ける。
MEMSミラーアレイ4はMEMSミラー45を複数有している。MEMSミラーアレイ4のMEMSミラー45の数は光入出力部2の入出力ファイバアレイ21と22の数と同数である。MEMSミラー45は入力レンズアレイ23と対応したミラーと、出力レンズアレイ24と対応したミラーがある。
光路折返しミラー3は第1と第2ミラーで構成される。第1ミラーはMEMSミラーアレイ4からの光ビームを反射し第2ミラーに入射する。第2ミラーは第1ミラーからの光ビームを反射し、MEMSミラーアレイ4の方向に折り返す。
以下に、図3を光スイッチの光路に沿って説明する。入力レンズアレイ23は入力光ファイバアレイ21を伝搬した光を空間伝搬に適した光ビームに変換する。そして、入力レンズアレイ23は変換された光ビームをMEMSミラーアレイ4内の入力レンズアレイ21の各レンズに対応したMEMSミラー45に向けて出射する。MEMSミラーアレイ4内のMEMSミラー45は、入力光レンズアレイ23からの光ビームを反射し、光路折返しミラー3に向けて出射する。光路折返しミラー3はMEMSミラー45からの光ビームを反射して、MEMSミラーアレイ4の出力側ファイバアレイに対応したMEMSミラー45に光を戻す。MEMSミラーアレイ4のMEMSミラー45は光路折返しミラー3からの光ビームを反射し、MEMSミラー45に対応した出力レンズアレイ24に出射する。出力レンズアレイ24はMEMSミラー45からの光ビームを収束し、出力光ファイバアレイ22に光が伝搬するようにする。出力光ファイバアレイ22は光スイッチ外部へ光を伝搬する。光スイッチはMEMSミラー45の角度を制御することで、光路を切り替えることができる。これにより、光スイッチは任意の出力光ファイバに光を出力することができる。
このように、MEMSミラーにより光路を複数回折り返す構成では、個々のMEMSミラーは可動軸を複数有するとともに、MEMSミラーがアレイ状に配列されることになるから、同じ方向に対して、同じ共振周波数で機械的な振動が生じることになる。
[MEMSミラーアレイの可動部の構造]
図4はMEMSミラーアレイ4の可動部40の構造を示す。可動部40はY軸回転ヒンジ41、X軸回転ヒンジ42、第1フレーム43、第2フレーム44とMEMSミラー45を有している。第1フレーム43は第2フレーム44を1対のY軸回転ヒンジ41で保持する。第2フレーム44はMEMSミラー45を1対のX軸回転ヒンジ42で保持する。MEMSミラー45はX軸回転ヒンジ42を中心に回転(可動)できる。MEMSミラー45はアクチエータにより回転させられる。第2フレーム44はY軸回転ヒンジ41を中心に回転(可動)できる。第2フレーム44はアクチエータにより回転させられる。X軸回転ヒンジ42はY軸回転ヒンジ41に対して直交した軸に設けている。
図4はMEMSミラーアレイ4の可動部40の構造を示す。可動部40はY軸回転ヒンジ41、X軸回転ヒンジ42、第1フレーム43、第2フレーム44とMEMSミラー45を有している。第1フレーム43は第2フレーム44を1対のY軸回転ヒンジ41で保持する。第2フレーム44はMEMSミラー45を1対のX軸回転ヒンジ42で保持する。MEMSミラー45はX軸回転ヒンジ42を中心に回転(可動)できる。MEMSミラー45はアクチエータにより回転させられる。第2フレーム44はY軸回転ヒンジ41を中心に回転(可動)できる。第2フレーム44はアクチエータにより回転させられる。X軸回転ヒンジ42はY軸回転ヒンジ41に対して直交した軸に設けている。
図4(a)はMEMSミラー45をX軸回転させた状態を示す。さらに、図4(b)は第2フレーム44をY軸回転させた状態を示す。MEMSミラー45の可動部40は必要に応じてX軸回転とY軸回転を組み合わせて動作することができる。
[振動吸収体の構造]
(1)振動吸収体の構造例1:
図5は図2の振動吸収体6の構造例を示す図である。振動吸収体6は可動吸収部アレイ7とハウジング56を有している。可動吸収部アレイ7は複数の可動吸収部50を有する。本図では4つの可動吸収部50を有している。ハウジング56は防振ゴム5及び5’を貼り付けるための防振ゴム接地箇所59を有する。防振ゴム接地箇所59はハウジング56の上面と下面に設けている。振動吸収体6は、図2に示したように、MEMSミラーアレイ4に平行に配置する。これにより、振動吸収体6の可動吸収部50はMEMSミラーアレイ4の可動部40に実質的に平行に配置できる。
(1)振動吸収体の構造例1:
図5は図2の振動吸収体6の構造例を示す図である。振動吸収体6は可動吸収部アレイ7とハウジング56を有している。可動吸収部アレイ7は複数の可動吸収部50を有する。本図では4つの可動吸収部50を有している。ハウジング56は防振ゴム5及び5’を貼り付けるための防振ゴム接地箇所59を有する。防振ゴム接地箇所59はハウジング56の上面と下面に設けている。振動吸収体6は、図2に示したように、MEMSミラーアレイ4に平行に配置する。これにより、振動吸収体6の可動吸収部50はMEMSミラーアレイ4の可動部40に実質的に平行に配置できる。
可動吸収部50は擬似的なMEMSである。すなわち、可動吸収部50はMEMSミラー45と振動に関して同等の性質を有している。そのため、可動吸収部50はMEMSミラー45と同じ共振周波数および可動軸を持っている。すなわち、可動吸収部50はY軸回転ヒンジ51、X軸回転ヒンジ52、第1フレーム53、第2フレーム54と振動体55を有している。第1フレーム53は第2フレーム54を1対のY軸回転ヒンジ52で保持する。第2フレーム54は振動体55を1対のX軸回転ヒンジ52で保持する。X軸回転ヒンジ52はY軸回転ヒンジ51に対して直交した軸に設けている。
振動体55はX軸回転ヒンジ52を中心に可動できる。振動体55はベース8から到来する振動によりX軸回転ヒンジ52を中心に振動させられる。この振動運動はMEMSミラー45と同じ共振周波数に反応して振動する。従って、ベース8から到来する振動エネルギーは振動体55を振動させることで減少する。
第2フレーム54はY軸回転ヒンジ51を中心に可動できる。第2フレーム54はベース8から到来する振動によりY軸回転ヒンジ51を中心に振動体55を伴って振動する。この振動運動はMEMSミラー45と同じ共振周波数に反応している。従って、ベース8から到来する振動エネルギーは第2フレーム介して振動体55を振動させることで減少する。
振動吸収体6の振動吸収能力は可動吸収部50の数で決まる。したがって、システムの振動伝達率の要求に合わせた数だけ可動吸収部50を配置すればよい。
可動吸収部50と可動部40は共振周波数が同じであるので、幾何形状が相似な構造である。言い換えると、可動吸収部50は可動部40と同じ構造のものである。さらに付け加えると、振動吸収体6はMEMSミラーアレイその物を用いることができる。MEMSミラーアレイを振動吸収体6として用いる場合はアクチエータは必須ではない。
(2)振動吸収体の構造例2:
図6は図2の振動吸収体6の構造例を示す図である。図4のように、可動部40が複数の可動方向(X軸方向及びY軸方向)をもつ多軸構造の場合は、振動吸収体6の可動吸収部50は可動部40の可動方向のそれぞれに対応した複数の振動吸収構造を有する構成とすることができる。図6の構成にすることで、振動吸収体6の軸の製造プロセスが容易になる。
図6は図2の振動吸収体6の構造例を示す図である。図4のように、可動部40が複数の可動方向(X軸方向及びY軸方向)をもつ多軸構造の場合は、振動吸収体6の可動吸収部50は可動部40の可動方向のそれぞれに対応した複数の振動吸収構造を有する構成とすることができる。図6の構成にすることで、振動吸収体6の軸の製造プロセスが容易になる。
図6では、図5と同一部材は同一参照番号を付すことでその説明を省略する。図6において、可動吸収部アレイ7には2つの種類の可動吸収部50’がある。一方の可動吸収部50’は振動体55をY軸回転ヒンジ51’により第1フレーム53に保持する。もう一方の可動吸収部50’は振動体55をX軸回転ヒンジ52’により第1フレーム53に保持する。図6のような1軸の単純なねじれヒンジ構造は共振周波数f0の式(1)で示すことができる。
振動吸収体6の振動吸収能力は可動吸収部50’の数で決まる。したがって、システムの振動伝達率の要求に合わせた数だけ可動吸収部50’を配置すればよい。
(3)振動吸収体の構造例3:
図7は図2の振動吸収体6の構造例を示す図である。図7では、図5と同一部材は同一参照番号を付すことでその説明を省略する。可動吸収部アレイ7内の可動吸収部50’’はヒンジ63を有している。ヒンジ63は第1のフレーム53から張り出し、一本で振動体55’’を保持している。図7では、共振周波数をMEMSと合わせるために片持ち梁の先頭側の振動体55’’に重しを付けた形状とすることができる。可動方向を合わせるため、振動対55’’はヒンジ63を介して可動吸収部アレイ7の中心から放射状に配置される。MEMSミラーの構造が図4のように、2軸のねじれヒンジ構造である場合、振動吸収体6の可動吸収部50の形状は図5および図6のように、2軸のねじれヒンジ構造とするのが有効である。しかし、図7のように片持ち梁形状のヒンジ63の製造は図5や図6より簡易である。振動体55’’はヒンジ63の形状であっても、MEMSミラーの共振周波数と一致する周波数で振動する。
図7は図2の振動吸収体6の構造例を示す図である。図7では、図5と同一部材は同一参照番号を付すことでその説明を省略する。可動吸収部アレイ7内の可動吸収部50’’はヒンジ63を有している。ヒンジ63は第1のフレーム53から張り出し、一本で振動体55’’を保持している。図7では、共振周波数をMEMSと合わせるために片持ち梁の先頭側の振動体55’’に重しを付けた形状とすることができる。可動方向を合わせるため、振動対55’’はヒンジ63を介して可動吸収部アレイ7の中心から放射状に配置される。MEMSミラーの構造が図4のように、2軸のねじれヒンジ構造である場合、振動吸収体6の可動吸収部50の形状は図5および図6のように、2軸のねじれヒンジ構造とするのが有効である。しかし、図7のように片持ち梁形状のヒンジ63の製造は図5や図6より簡易である。振動体55’’はヒンジ63の形状であっても、MEMSミラーの共振周波数と一致する周波数で振動する。
振動吸収体6の振動吸収能力は可動吸収部50’’の数で決まる。したがって、システムの振動伝達率の要求に合わせた数だけ可動吸収部50’’を配置すればよい。
(4)振動吸収体の構造例4:
図8は図1の振動吸収体6の構造例を示す図である。図5ないし図7に記載の可動吸収部50、50’、50’’の共振周波数は実際のMEMSミラー45との共振周波数よりずれると、振動を吸収する効果が少なくなる。従って、振動吸収体6の可動吸収部50、50’、50’’の共振半値幅は広いほうが望ましい。図8では、振動吸収体6に配置した可動吸収部50、50’、50’’の共振のQ値を下げる構造を示す。具体的には、可動吸収部50、50’、50’’に減衰部64を付加して、共振のQ値を下げることで可動吸収部50、50’、50’’により吸収される振動の周波数範囲を広げることが可能となる。減衰部64はゴムシートやゲルシートで構成する。可動吸収部アレイ7は減衰部64が上下から接触する構造にする。このように構成することで、可動吸収部50、50’、50’’の振動が減衰できる。可動吸収部50、50’、50’’の共振ピーク値が下がると減衰能力が低下するが、これは可動吸収部50、50’、50’’の数を増やすことで補うことが可能となる。
図8は図1の振動吸収体6の構造例を示す図である。図5ないし図7に記載の可動吸収部50、50’、50’’の共振周波数は実際のMEMSミラー45との共振周波数よりずれると、振動を吸収する効果が少なくなる。従って、振動吸収体6の可動吸収部50、50’、50’’の共振半値幅は広いほうが望ましい。図8では、振動吸収体6に配置した可動吸収部50、50’、50’’の共振のQ値を下げる構造を示す。具体的には、可動吸収部50、50’、50’’に減衰部64を付加して、共振のQ値を下げることで可動吸収部50、50’、50’’により吸収される振動の周波数範囲を広げることが可能となる。減衰部64はゴムシートやゲルシートで構成する。可動吸収部アレイ7は減衰部64が上下から接触する構造にする。このように構成することで、可動吸収部50、50’、50’’の振動が減衰できる。可動吸収部50、50’、50’’の共振ピーク値が下がると減衰能力が低下するが、これは可動吸収部50、50’、50’’の数を増やすことで補うことが可能となる。
(5)振動吸収体の構造例5:
可動吸収部50、50’、50’’の共振周波数は式(1)で決定されるが、同じf0になるようにする場合でも、ある程度の自由度がある。例えば、ミラー幅Wを2倍にし、ヒンジ幅bを2倍にすれば共振周波数は変わらずに、可動吸収部50、50’、50’’の重さあるいは慣性モーメントを変えることが可能となる。慣性モーメントの大小によって外部の衝撃に対する応答が異なり、さまざまな強度および速度の外乱に対応できるようになる。
したがって、振動吸収体6には慣性モーメントの異なる複数の可動吸収部を設けることが望ましい。
可動吸収部50、50’、50’’の共振周波数は式(1)で決定されるが、同じf0になるようにする場合でも、ある程度の自由度がある。例えば、ミラー幅Wを2倍にし、ヒンジ幅bを2倍にすれば共振周波数は変わらずに、可動吸収部50、50’、50’’の重さあるいは慣性モーメントを変えることが可能となる。慣性モーメントの大小によって外部の衝撃に対する応答が異なり、さまざまな強度および速度の外乱に対応できるようになる。
したがって、振動吸収体6には慣性モーメントの異なる複数の可動吸収部を設けることが望ましい。
[振動吸収体の特性]
図9は図5の振動吸収体を用いた場合の特性を示す。図9はMEMSミラーの共振周波数を1.2kHzの場合を仮定し、振動吸収体6の可動吸収部50の共振周波数も1.2kHzとした場合を示してある。点線で示したものは従来構造での振動伝達特性で、図1の特性と同じ特性である。図5の構造では、ダンパ構造(防振ゴム5と5’が2重化された構造)になっているため、従来と比較して、振動減衰率が2倍以上になっている。振動は、MEMSミラー45の共振周波数に相当する周波数領域60で、十分に減衰する。
図9は図5の振動吸収体を用いた場合の特性を示す。図9はMEMSミラーの共振周波数を1.2kHzの場合を仮定し、振動吸収体6の可動吸収部50の共振周波数も1.2kHzとした場合を示してある。点線で示したものは従来構造での振動伝達特性で、図1の特性と同じ特性である。図5の構造では、ダンパ構造(防振ゴム5と5’が2重化された構造)になっているため、従来と比較して、振動減衰率が2倍以上になっている。振動は、MEMSミラー45の共振周波数に相当する周波数領域60で、十分に減衰する。
[筐体用振動吸収体の構造]
図10は筐体用振動吸収体の構造を示す。図2と同一部材は同一参照番号を付すことでその説明を省略する。図10において図2と異なる部分は振動吸収体6の機能である。振動吸収体6は筐体振動吸収部9を有している。筐体1はV字型の斜面の構造の共振周波数と同じ周波数が外部から到来すると、共振して振動する。筐体1が振動することで光路ずれが生じる。これを防止するために、図10は筐体1の共振周波数に対応した振動を吸収する筐体振動吸収部9を振動吸収体6内に設けている。一例として、筐体振動吸収部9の構造は図5ないし図7の可動吸収部50、50’、50’’の構造と同じ物でよい。ただし、筐体振動吸収部9に用いる可動吸収部50、50’、50’’の共振周波数は筐体1の共振周波数に対応した周波数である。さらに、図10の振動吸収体6はMEMSミラー45の共振周波数に対応した共振周波数を有する可動吸収部50、50’、50’を備えることができる。
図10は筐体用振動吸収体の構造を示す。図2と同一部材は同一参照番号を付すことでその説明を省略する。図10において図2と異なる部分は振動吸収体6の機能である。振動吸収体6は筐体振動吸収部9を有している。筐体1はV字型の斜面の構造の共振周波数と同じ周波数が外部から到来すると、共振して振動する。筐体1が振動することで光路ずれが生じる。これを防止するために、図10は筐体1の共振周波数に対応した振動を吸収する筐体振動吸収部9を振動吸収体6内に設けている。一例として、筐体振動吸収部9の構造は図5ないし図7の可動吸収部50、50’、50’’の構造と同じ物でよい。ただし、筐体振動吸収部9に用いる可動吸収部50、50’、50’’の共振周波数は筐体1の共振周波数に対応した周波数である。さらに、図10の振動吸収体6はMEMSミラー45の共振周波数に対応した共振周波数を有する可動吸収部50、50’、50’を備えることができる。
[第2のMEMSデバイスの構造]
図11は第2のMEMSデバイスの構造を示す。第2のMEMSデバイスの構造はMEMSを用いた波長選択スイッチの例を示す。図11(a)は上面図、図11(b)は斜視図、図11(c)は振動吸収体6の構造図で有る。第2のMEMSデバイスは1軸型MEMS可動部を有するデバイスの構造を示す。光入出力部2から入射した光は分光器11で分光する。分光器11で分光した光は、レンズ12を介して、MEMSミラーアレイ4に入射する。MEMSミラーアレイ4は入射した光をMEMSミラーで反射し、レンズ12に戻す。MEMSミラーアレイ4で反射した光は分光器11を経由して光入出力部2戻る。MEMSミラーアレイ4は分光器11で光を分光した方向に複数のMEMSミラーを配置する。MEMSミラーは分光した方向と直交する方向に可動することで、分光器11に光ビームを戻す位置を変更できる。MEMSミラーの制御角度を調整することで、光ビームを戻す位置を波長ごとに光入出力部2の異なる出力ポートの位置にすることができる。振動吸収体6はレンズ12とMEMSミラーアレイ4の間に設けてある。図11(a)はMEMSスイッチの近傍に実装している。
図11は第2のMEMSデバイスの構造を示す。第2のMEMSデバイスの構造はMEMSを用いた波長選択スイッチの例を示す。図11(a)は上面図、図11(b)は斜視図、図11(c)は振動吸収体6の構造図で有る。第2のMEMSデバイスは1軸型MEMS可動部を有するデバイスの構造を示す。光入出力部2から入射した光は分光器11で分光する。分光器11で分光した光は、レンズ12を介して、MEMSミラーアレイ4に入射する。MEMSミラーアレイ4は入射した光をMEMSミラーで反射し、レンズ12に戻す。MEMSミラーアレイ4で反射した光は分光器11を経由して光入出力部2戻る。MEMSミラーアレイ4は分光器11で光を分光した方向に複数のMEMSミラーを配置する。MEMSミラーは分光した方向と直交する方向に可動することで、分光器11に光ビームを戻す位置を変更できる。MEMSミラーの制御角度を調整することで、光ビームを戻す位置を波長ごとに光入出力部2の異なる出力ポートの位置にすることができる。振動吸収体6はレンズ12とMEMSミラーアレイ4の間に設けてある。図11(a)はMEMSスイッチの近傍に実装している。
図11(c)は振動吸収体6の正面視の図である。振動吸収体6はMEMSへの光路を遮らないための開口部62が中央にあり、両脇に可動吸収部61を配置した構造となっている。一例として、振動吸収体6は可動吸収部61の構造は図5ないし図7の可動吸収部50、50’、50’’の構造を有している。外部振動・衝撃が加えられると、振動吸収構造体の擬似MEMS構造体が振動し、振動エネルギーを吸収するため、MEMSミラーの共振振幅を減少させ、外部振動衝撃の光路への影響を低減することができる。
上述した実施形態は、以下の発明を開示する。以下の発明は、必要に応じて適宜組み合わせることができる。
1 筐体
2 光入出力部
3 光路折り返しミラー
4 MEMSミラーアレイ
5、5’ 防振ゴム
6 振動吸収体
7 可動吸収部アレイ
8 ベース部
9 筐体振動吸部
11 分光器
12 レンズ
21 入力ファイバアレイ
22 出力ファイバアレイ
23 入力レンズアレイ
24 出力レンズアレイ
40 可動部
41 Y軸回転ヒンジ
42 X軸回転ヒンジ
43 第1フレーム
44 第2フレーム
45 MEMSミラー
50、50’、50” 可動吸収部
51 Y軸回転ヒンジ
52 X軸回転ヒンジ
53 第1フレーム
54 第2フレーム
55 振動体
56 ハウジング
59 防振ゴム設置箇所
60 共振点
61 可動吸収部
62 開口部
63 片持ちヒンジ
64 減衰部
2 光入出力部
3 光路折り返しミラー
4 MEMSミラーアレイ
5、5’ 防振ゴム
6 振動吸収体
7 可動吸収部アレイ
8 ベース部
9 筐体振動吸部
11 分光器
12 レンズ
21 入力ファイバアレイ
22 出力ファイバアレイ
23 入力レンズアレイ
24 出力レンズアレイ
40 可動部
41 Y軸回転ヒンジ
42 X軸回転ヒンジ
43 第1フレーム
44 第2フレーム
45 MEMSミラー
50、50’、50” 可動吸収部
51 Y軸回転ヒンジ
52 X軸回転ヒンジ
53 第1フレーム
54 第2フレーム
55 振動体
56 ハウジング
59 防振ゴム設置箇所
60 共振点
61 可動吸収部
62 開口部
63 片持ちヒンジ
64 減衰部
Claims (9)
- 可動部を有するMEMSと、
該MEMSが形成された基板と、
該可動部の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する可動吸収部を有する振動吸収体と、
を備えたMEMSデバイス。 - 請求項1記載のMEMSデバイスにおいて、該MEMSと該振動吸収体は形状が幾何相似であることを特徴とするMEMSデバイス。
- 請求項1記載のMEMSデバイスにおいて、該MEMSは複数の可動方向をもつ多軸構造であり、
該振動吸収体の該動作部は該MEMSの可動方向のそれぞれに対応した複数の振動吸収構造を有することを特徴とするMEMSデバイス。 - 請求項1記載のMEMSデバイスにおいて、該可動吸収部の共振振動を減衰する減衰部を有することを特徴とするMEMSデバイス。
- 可動部を有する複数のMEMSと、
該複数のMEMSが形成された基板と、
該可動部の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する複数の可動吸収部を有する振動吸収体と
を備えたMEMSデバイス。 - 請求項5記載のMEMSデバイスにおいて、該複数の可動吸収体は同じ共振周波数で異なる慣性モーメントを有することを特徴とするMEMSデバイス。
- 請求項5記載のMEMSデバイスであって、
前記振動吸収体は、前記複数のMEMSの共振周波数分布に対応した共振周波数分布を有する複数の可動吸収部を備えたことを特徴とするMEMSデバイス。 - 可動部を有するMEMSと、
該MEMSが形成された基板と、
該基板を収容する筐体と、
該MEMSの共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する第1可動吸収部を有する第1振動吸収体と、
該筐体の共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する第2可動吸収部を有する第2振動吸収体と、
を備えたMEMSデバイス。 - 可動部を有するMEMSと、
該MEMSが形成された基板と、
該基板を収容する筐体と、
該MEMSの共振周波数に対応した振動を機械的動作により吸収する可動吸収部を有する振動吸収体と、
該筐体と該振動吸収体との間に配置された、弾性変形により振動を吸収する弾性体と
を備えたMEMSデバイス。
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JP (1) | JP2008200818A (ja) |
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- 2007-02-21 JP JP2007040669A patent/JP2008200818A/ja not_active Withdrawn
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2008
- 2008-02-21 US US12/071,513 patent/US20080211044A1/en not_active Abandoned
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