JP3087529B2

JP3087529B2 - 光マイクロスイッチ及び静電マイクロアクチュエータ

Info

Publication number: JP3087529B2
Application number: JP05200503A
Authority: JP
Inventors: 完治西井; 健治高本; 正弥伊藤; 厚司福井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-12
Filing date: 1993-08-12
Publication date: 2000-09-11
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH0756096A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、おもに光通信あるいは
光コンピュータ等において利用される、入射する光の光
量を制御する光変調器およびスイッチングを行なう光マ
イクロスイッチ並びに静電力を利用して微小変位を発生
させる静電マイクロアクチュエータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の光変調器あるいは光スイッチの例
として、電気光学結晶であるLiNbO₃を用いた光導波路型
素子を図１７〜図１９に基づいて説明する。図１７は、
方向性結合型と呼ばれる光導波路型素子の平面図であ
り、図１８はその断面図である。図中の１ａと１ｂは光
導波路、２ａと２ｂは電極、３はＬｉＮｂＯ₃、４はSiO
₂バッファ層を各々示している。このＬｉＮｂＯ₃を用い
た光導波路１ａおよび１ｂは、基板３上に所望の導波路
寸法にパターン化されたＴｉ金属を熱拡散する方法で作
られる。基板３に電界を印加する制御用の電極２ａおよ
び２ｂは電極材料による光吸収を防ぐために一般にＳｉ
Ｏ₂の光学的バッファ層４を介して光導波路１ａ、１ｂ
上に形成される。

【０００３】２つの光導波路１ａ、１ｂがきわめて接近
して存在するとき、両導波路間で光波エネルギ−の移行
が起こる。この光波エネルギ−の移行量は、２つの導波
モードの漏れ電磁界の重なり（結合の強さ）と伝搬定数
の差に依存する。電気光学結晶を用いた光導波路では、
導波モード間の結合の強さおよび位相差を外部電圧で制
御することができ、光の強度変調あるいはスイッチング
が可能となる。

【０００４】図１９はこの様子を示したものである。Ｃ
は結合係数、△β＝β１−β２は導波路１および導波路
２の導波路モードの位相定数である。位相整合の条件；
△β＝０が満足される例えば、Ｚ＝Ｌ₀の位置で見ると
電圧によって△β／Ｃを変えれば１００％の光スイッチ
ングが得られることが分かる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光導波路型の光変調器あるいは光スイッチにおいて
は製造プロセスが複雑になる、光導波路への光の入出力
の結合損失が大きいなどの欠点を有していた。

【０００６】本発明は、主として±１次回折光を透過さ
せる一対の回折板を設け、この一対の回折板の少なくと
も一方の回折板を格子形成方向と略直交する方向に移動
可能に構成することで製造プロセスが簡単で、光導波路
への光の入出力の結合損失が小さく、かつ小型の光変調
器あるいは光スイッチを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、第１の本発明は、入射光の光軸に対して略垂直で
かつ互いにほぼ平行に配置されており主として±１次回
折光を透過させるピッチｐの位相格子を有する一対の回
折板を設け、この一対の回折板の格子形成方向と略直交
する方向への相対変位がｐ／２の整数倍となる位置に前
記回折板を移動させる駆動手段を備えたことを特徴とす
る光マイクロスイッチである。

【０００８】また、第２の本発明は、主として±１次回
折光を透過させるピッチｐの位相格子が形成された第１
および第２の光透過性基板を、入射光の光軸に対して略
垂直でかつ互いにほぼ平行に配置するとともに、前記第
１あるいは第２の光透過性基板の少なくとも一方の光透
過性基板の周辺部に複数の突起から構成された可動櫛歯
形状電極部を設け、かつ、前記第１および第２の光透過
性基板を静電力により相対的に変位させるための固定櫛
歯形状電極部が前記可動櫛歯形状電極部の各櫛歯に対向
するよう形成された第３の基板を有することを特徴とす
る静電マイクロアクチュエータである。

【０００９】また、第３の本発明は、主として±１次回
折光を透過させるピッチｐの位相格子と複数の突起から
形成された櫛歯形状部が形成された第１および第２の光
透過性基板を、入射光の光軸に対して略垂直でかつ互い
にほぼ平行に、かつ、各々の櫛歯形状部が互いに対向す
るよう配置し、前記第１および第２の光透過性基板を静
電力により相対的に変位させる電極を前記櫛歯形状部に
設けたことを特徴とする静電マイクロアクチュエータで
ある。

【００１０】

【作用】第１の本発明の光マイクロスイッチは、入射光
の光軸に対して略垂直でかつ互いにほぼ平行に配置され
ており主として±１次回折光を透過させるピッチｐの位
相格子を有する一対の回折板を設け、この一対の回折板
の格子形成方向と略直交する方向への相対変位がｐ／２
の整数倍となる位置に前記回折板を移動させる駆動手段
を備えたことにより、２枚の回折板を透過する光の干渉
状態を制御し、透過光の強度を０あるいは１の２値をと
らしめる光マイクロスイッチである。

【００１１】第２の本発明の静電マイクロアクチュエー
タは、主として±１次回折光を透過させるピッチｐの位
相格子が形成された第１および第２の光透過性基板を、
入射光の光軸に対して略垂直でかつ互いにほぼ平行に配
置するとともに、前記第１あるいは第２の光透過性基板
の少なくとも一方の光透過性基板の周辺部に複数の突起
から構成された可動櫛歯形状電極部を設け、かつ、前記
第１および第２の光透過性基板を静電力により相対的に
変位させるための固定櫛歯形状電極部が前記可動櫛歯形
状電極部の各櫛歯に対向するよう形成された第３の基板
を設けたことにより、第１および第２の光透過性基板上
に形成された位相格子を相対的に変位させることで、入
射光の強度を変調する静電マイクロアクチュエータであ
る。

【００１２】さらに第３の本発明の静電マイクロアクチ
ュエータは、主として±１次回折光を透過させるピッチ
ｐの位相格子と複数の突起から形成された櫛歯形状部が
形成された第１および第２の光透過性基板を、入射光の
光軸に対して略垂直でかつ互いにほぼ平行に、かつ、各
々の櫛歯形状部が互いに対向するよう配置し、前記第１
および第２の光透過性基板を静電力により相対的に変位
させる電極を前記櫛歯形状部に設けたことにより第１お
よび第２の光透過性基板上に形成された位相格子を相対
的に変位させることで、入射光の強度を変調する静電マ
イクロアクチュエータである。

【００１３】

【実施例】以下、本願の参考例の光変調器について、図
面を参照しながら説明する。

【００１４】（参考例１）図１は、本願の参考例の側面断面図である。図２は、図
１におけるＡ矢視図である。

【００１５】図１および図２において、１は半導体レー
ザもしくは比較的可干渉性の高い発光ダイオードよりな
る光源、２は光源１より出射された光を平行光にするコ
リメータレンズ、３は矩形波状断面の位相格子を有し、
光軸に対して垂直に配置された第１の回折板、４は矩形
波状断面の位相格子を有し、その位相格子の形成方向が
第１の回折板の位相格子の形成方向と略平行となり、か
つ、光軸に対して垂直になるよう配置した第２の回折
板、５は第１の回折板３を格子形成方向に直交する方向
に移動自在に支持する弾性支持部材である板バネ、６は
第１の回折板５を移動させる力を発生させる駆動手段で
あり、本実施例では、具体的には、弾性支持部材５の表
面にスパッタ等の手段により形成された磁性膜７と固定
電磁石８とから構成されている。１０は集光レンズであ
る。なお、弾性支持部材５の一端は第１の回折板３に固
着され他端は固定部材９に固着されている。

【００１６】また、第１の回折板３と第２の回折板４上
の位相格子は、ほぼ等しいピッチｐと深さｄを有してい
る。この深さｄは光源の波長λに対して（１）式で表わ
される関係をもっている。

【００１７】｜ｎ−ｎ₀｜×ｄ＝（λ／２）×（１＋２ｍ）・・・（１）式ここで、ｎは第１の回折板３および第２の回折板４を構
成する材料の屈折率であり、ｎ₀は第１の回折板３と第
２の回折板４との間の媒質の屈折率である。またｍは
０、±１、±２、・・・の整数を示している。

【００１８】以上のように構成された光変調器について
その動作を説明する。光源１から出射された光は、コリ
メータレンズ２により平行光にされた後、第１の回折板
３に入射する。さて、第１の回折板３および第２の回折
板４の位相格子の深さｄは、（１）式に示した深さに構
成されている。従って、０次をはじめとして偶数次の回
折光の成分は０となり、±１次回折光に大半の光エネル
ギ−（各々４０％程度）が集中することはフーリエ光学
理論により公知である。この第１の回折板３により回折
された±１次回折光は、第２の回折板４により再び回折
される。この時も±１次の回折光に大半の光エネルギ−
が集中する。

【００１９】さて、第２の回折板４から出射される回折
光を（ｓ、ｔ）で表わすことにする。ここで、ｓは第１
の回折板３での回折次数、ｔは第２の回折板４での回折
次数を各々示している。

【００２０】ここで、固定電磁石８に通電を行い、磁性
膜７との間で発生する磁気的な吸引・反発力を用いて、
第１の回折板３を図１、２に矢印で示した方向に移動さ
せる。一般に回折格子を△だけ平行移動させると回折次
数ｍに応じた位相変化を発生する。

【００２１】図３は、この回折格子の変位と位相変化の
関係を示すものである。図示の都合上、反射型回折格子
の場合を示しているが、透過型の回折格子の場合も以下
に説明する現象を同様に説明できる。また、図４は図３
の要部拡大図である。

【００２２】図３および図４から回折格子の移動前後で
の光路長差δは（２）式で与えられる。

【００２３】 δ＝（ａ’ｂ’ｃ’−ａｂｃ）＝ｅｂ’−ｂｄ＝△（ｓｉｎθｓ＋ｓｉｎθｍ）・・・（２）式従って、位相差φは（３）式で与えられる。

【００２４】 φ＝２π△（ｓｉｎθｓ＋ｓｉｎθｍ）／λ・・・（３）式一方、回折公式は（４）式で与えられる。

【００２５】ｐ（ｓｉｎθｓ＋θｍ）＝ｍλ ・・・（４）式（３）式および（４）式から φ＝２πｍ△／ｐ・・・（５）式が得られ、０次回折光に対して高次の回折光には回折次
数ｍに比例した位相変化が発生し、かつ、次数ｍの正負
によりφの符号が変わることが分かる。

【００２６】このように第１の回折板３上の位相格子の
変位により位相変調を受けた回折光は、固定回折格子で
ある第２の回折板４上の位相格子により干渉が可能とな
るように光路変換が行なわれる。

【００２７】この２枚の位相格子による干渉をモデル化
したものを図５に示す。図５中の２０は回折格子、２１
および２２はミラーを示している。回折格子２０により
回折された＋ｍ次と−ｍ次の回折光は、ミラー２１およ
びミラ−２２により光路変換される。この互いに平行と
なった光が干渉を生ずるわけである。

【００２８】本参考例とこのモデルとの対応関係は、図
５の回折格子２０と第１の回折板３が対応し、ミラ−２
１およびミラー２２が第２の回折板４に対応することに
なる。すなわち、固定回折板である第２の回折板はその
回折次数に相当する異なった角度傾斜して配置した複数
のミラーからなるミラー群と等価であると考えられる。
したがって、回折光の位相に関係するのは、可動回折板
である第１の回折板３のみである。

【００２９】従って、φ＝２π△／ｐの位相をもった
(m、-m)の回折光とφ＝−２π△／ｐの位相をもった(-m、
m)の回折光とが干渉して得られる干渉波の光強度は、第
１の回折板３上の位相格子のピッチをｐとすると、ｍ／
ｐの周波数を持つ正弦波を生じる。

【００３０】図６に、この干渉光の強度変化を横軸に第
１の回折板３の変位をとって図示する。図６に示したよ
うにｐ／２の偶数倍の変位で干渉光の強度は最大値１を
とり、ｐ／２の奇数倍の変位で干渉光の強度は最小値０
をとる。

【００３１】従って、固定電磁石８に、図示しない電源
部から駆動電流を供給し、磁性膜７との間で働く磁気的
な吸引あるいは反発作用力と弾性支持部材５の弾性力の
釣合により、第１の回折板３をその上に形成された位相
格子の形成方向と直交する方向に変位させることで、出
力光の干渉強度を０〜１まで連続的に変調可能な光変調
器を提供できる。

【００３２】この光変調器の光伝送効率は約６４％であ
り、従来の光導波路型のものと比較して２倍以上の効率
を有している。さらに位相格子のピッチｐを例えば５μ
ｍで作成すればわずかに２．５μｍ移動させるだけで光
変調が可能なため低消費電力化、小型化が可能となる。

【００３３】従って、１次元アレイ状あるいは２次元の
マトリックス状、さらには多段に配置して、例えば光通
信や光計算機における光交換装置、光論理演算素子、光
インターコネクションなどに用いることができる。

【００３４】（実施例１）次に、本願の実施例１の光マイクロスイッチについて、
図面を参照しながら説明する。図７は本願の実施例１の
光マイクロスイッチにおける側面断面図である。図８
は、図７におけるＡ矢視図である。

【００３５】図７および図８において、１は半導体レー
ザもしくは比較的可干渉性の高い発光ダイオードよりな
る光源、２は光源１より出射された光を平行光にするコ
リメータレンズ、３は矩形波状断面の位相格子を有し光
軸に対して垂直に配置した第１の回折板、４は矩形波状
断面の位相格子を有しその位相格子の形成方向が第１の
回折板の位相格子の形成方向と略平行となり、かつ、光
軸に対して垂直になるよう配置した第２の回折板、１０
は集光レンズを各々示し、これらは図１に示した同一番
号のものと同じ機能を有している。

【００３６】また、１５は一対の回折板である第１の回
折板３と第２の回折板４を格子形成方向と略直交する方
向への相対変位がｐ／２の整数倍となる位置に移動可能
とする駆動手段を示している。この駆動手段１５の構成
の詳細を以下に述べる。１１はそのピッチが位相格子の
ピッチの２倍の２ｐである可動の歯形状鉄心であり、第
１の回折板３の端面に接着等の手段によって固着されて
いる。１２ａと１２ｂは固定の電磁石、１３ａと１３ｂ
は永久磁石であり、１３ａはそのＳ極が歯形状鉄心１１
に対向するよう配置され、１３ｂはそのＮ極が歯形状鉄
心１１に対向するよう配置されている。また１４は永久
磁石１３ａのＮ極と永久磁石１３ｂのＳ極を連結するヨ
ークである。

【００３７】このようにして構成された光マイクロスイ
ッチの一実施例の動作について図面を用いて説明する。
図９は駆動手段１５の動作説明図であり、可動部である
歯形状鉄心１１と固定部である電磁石１２ａと１２ｂと
の相対的変位を図示したものである。

【００３８】電磁石１２ａ、電磁石１２ｂに電流が流れ
るように駆動部（図示せず）は構成されている。電磁石
１２ｂにのみに電流を図９（Ａ）に図示した方向に供給
した時、電磁石１２ｂの磁極３では永久磁石１３ｂの磁
力との相乗作用がはたらき、磁極４では永久磁石１３ｂ
の磁力と相殺され、可動部と固定部の相対変位は図９
（Ａ）で与えられる。なお、このとき電磁石１２ａの磁
極１と磁極２では磁気的にバランスが取れている。

【００３９】次に、この状態において電磁石１２ａにの
み図９（Ｂ）に図示した方向に電流を流すと、磁極１で
は永久磁石１３ａの磁力と相殺され、磁極２では相乗作
用がはたらき、可動部と固定部の相対変位は図９（Ｂ）
で与えられる。

【００４０】図９（Ａ）と図９（Ｂ）の比較から、駆動
手段１５の固定部と可動部間の相対変位がｐ／２だけ変
化したことが分かる。

【００４１】さらに電磁石１２ｂと電磁石１２ａに交互
に、各々、図９（Ｃ）と図９（Ｄ）に図示した方向に電
流を供給すると、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）で与えられる
ようにｐ／２ずつの変位が得られる。すなわち、固定部
である電磁石１２ａと１２ｂとを交互に励磁することで
可動部である歯形状鉄心１１のピッチの１／４、すなわ
ち、位相格子のピッチの１／２の変位が得られることが
わかる。ここで、歯形状鉄心１１は第１の回折板３に固
着されている。

【００４２】一方、干渉光強度と第１の回折板３と第２
の回折板４との相対変位との関係を示す図６から相対変
位がｐ／２の偶数倍の位置では干渉光の強度が１であ
り、相対変位がｐ／２の奇数倍の位置では干渉光の強度
が０となることが分かる。

【００４３】本実施例においては、第１の回折板３に歯
形状鉄心１１が固着されているので、電磁石１２ａと電
磁石１２ｂに交互に電流を印加することで、第１の回折
板３と第２の回折板４上の位相格子の相対変位がｐ／２
の整数倍ずつ与えられることになり、出力である干渉光
の強度を０あるいは１とする光マイクロスイッチを実現
できる。

【００４４】この光スイッチの光伝送効率は約６４％で
あり、従来の光導波路型のものと比較して２倍以上の効
率を有している。さらに位相格子のピッチｐを例えば５
μｍで作成すれば、わずかに２．５μｍ移動させるだけ
で光スイッチングが可能なため低消費電力化、小型化が
可能となる。従って、１次元アレイ状あるいは２次元の
マトリックス状、さらには多段に配置して、例えば光通
信や光計算機における光交換装置、光論理演算素子、光
インターコネクションなどに用いることができる。

【００４５】（実施例２）以下、本願の実施例２の静電マイクロアクチュエータに
ついて、図面を参照しながら説明する。図１１は静電マ
イクロアクチュエータにおける側面図である。図１１
は、図１０におけるＡ矢視図である。

【００４６】図１０および図１１において、１は半導体
レーザもしくは比較的可干渉性の高い発光ダイオードよ
りなる光源、２は光源１より出射された光を平行光にす
るコリメータレンズ、１０は集光レンズである。これら
は図１の同一番号のものと同一機能を有している。１６
は、例えばポリシリコンあるいはガラスから成る基板で
ありその中央部には式（１）で表わされるような深さを
持った位相格子が、またその周辺部には可動櫛歯形状部
１７が、各々エッチングなどの手法により形成されてい
る。なおポリシリコンは、光通信で用いられる１．３μ
ｍ〜１．６μｍ帯の波長に対して十分な分光透過率特性
を有している。また、この可動櫛歯形状部の各々の櫛歯
には蒸着等の方法により電極が形成されている。

【００４７】１８は式（１）で表わされるような位相格
子が形成された第２の光透過性基板であり、１９は可動
櫛歯形状部１７と各々の櫛歯が対向するよう配置された
固定櫛歯形状部１８を有する第３の基板である。第２の
光透過性基板１８あるいは第３の基板１９は、ポリシリ
コンあるいはガラスをエッチングするなどの製造プロセ
スを用いて作成される。また固定櫛歯形状部の各櫛歯に
は蒸着などの手法により電極が形成されている。第１の
光透過性基板１６の可動櫛歯形状部１７と第３の基板１
９の固定櫛歯形状部１８は図１１に示したように互いに
対向するよう配置されている。

【００４８】このようにして構成された本実施例の静電
マイクロアクチュエータの動作について、図１０および
図１１を参照しつつ説明する。図示していない駆動部に
より可動櫛歯形状部１７と固定櫛歯形状部１８の電極間
に電界を作用させ静電力を発生させることで、第１の光
透過性基板１６を図１１に図示した方向に移動させる。
この時、第１の光透過性基板１６と第２の光透過性基板
２０の上に形成された位相格子は本願の参考例１の光変
調器あるいは実施例１の光マイクロスイッチの実施例と
同じように構成されている。

【００４９】その結果、この干渉光の強度変化を横軸に
本願の参考例１の光変調器において、第１の回折板３の
変位をとって図示した図６と同様の特性が、本実施例に
おける第１の光透過性基板の変位と干渉光強度の間で成
立することとなる。すなわち、図６に示したようにｐ／
２の偶数倍の変位で干渉光の強度は最大値１をとり、ｐ
／２の奇数倍の変位で干渉光の強度は最小値０をとり、
その中間変位では正弦波的に０〜１の値を取ることとな
る。

【００５０】したがって、光透過性を有するポリシリコ
ンあるいはガラスなどの基板に位相格子と可動櫛歯形状
部を一体に形成したことで、静電力により第１の基板１
６をその上に形成された位相格子の形成方向と直交する
方向に変位させることで、出力光の干渉強度を０〜１ま
で連続的に変調可能な静電マイクロアクチュエータを提
供できる。

【００５１】このアクチュエータによる光伝送効率は、
基板での吸収を除くと約６４％であり従来の光導波型光
変調器あるいは光スイッチにおける入出力結合効率と比
較して２倍以上の効率が得られる。また位相格子のピッ
チｐを例えば５μｍで作成すればわずかに２．５μｍ移
動させるだけで光スイッチングが可能である。したがっ
て可動櫛歯形状部１７と固定櫛歯形状部のギャップは３
μｍ程度で十分であり静電駆動の効率を向上できる。

【００５２】また、複雑な変位拡大機構が不要となるの
で小型化が可能となる。あるいは作動条件を共振状態に
限定して数１００μｍオーダの変位を確保する必要が無
いので、任意の周波数で駆動できる。また櫛歯形状部で
発生する静電力が、可動部である第１の基板２２の重心
付近に作用するため不所望な共振の発生を防止でき良好
な周波数特性が得られ高速動作が可能となるといった作
用効果を得ることができる。

【００５３】従って、１次元アレイ状あるいは２次元の
マトリックス状、さらには多段に配置して、例えば光通
信や光計算機における光交換装置、光論理演算素子、光
インターコネクションなどに用いることができる。

【００５４】（実施例３）また本発明の実施例３を図１２と図１３とを用いて説明
する。図中の図１０あるいは図１１と同一番号のものは
同一機能を有するものを示している。また２２は可動部
である第１の光透過性基板であり、その一部に位相格子
２１を構成している。この位相格子２１に対向して、第
２の光透過性基板２０上の位相格子が配置されている。

【００５５】このような構成の静電マイクロアクチュエ
ータとすることで、櫛歯形状部で発生する静電力が、可
動部である第１の基板２２の重心付近に作用するため、
不所望な共振の発生を防止でき良好な周波数特性が得ら
れ高速動作が可能となる。さらに可動部の一部に形成し
た位相格子２１と第２の光透過性基板２０上の位相格子
とにより静電マイクロアクチュエータの変位に対して図
６に示したような出力信号が得られる。この出力信号か
らアクチュエータの変位が直接検出でき、かつ微分など
の適当な信号処理により速度信号あるいは加速度信号を
容易に得ることができる。したがって、本実施例によれ
ば位置、速度、加速度センサ付きの静電マイクロアクチ
ュエータを提供することができる。

【００５６】（実施例４）以下、本願の実施例４の静電マイクロアクチュエータに
ついて、図面を参照しながら説明する。図１４は本願の
静電マイクロアクチュエータにおける一実施例の側面図
である。第１の光透過性基板１６を図１４に示す矢印Ａ
方向から見た形状・構成を図１５に示す。図１６は第２
の光透過性基板２３の要部斜視図である。

【００５７】図１４、図１５および図１６において、１
は半導体レーザもしくは比較的可干渉性の高い発光ダイ
オードよりなる光源、２は光源１より出射された光を平
行光にするコリメ−タレンズ、１０は集光レンズであ
る。これらは図１の同一番号のものと同一機能を有す
る。１６は、例えばポリシリコンあるいはガラスから成
る基板であり、その中央部には式（１）で表わされるよ
うな深さを持った位相格子が、またその周辺部には可動
櫛歯形状部１７が、各々エッチングなどの手法により形
成されている。なおポリシリコンは、光通信で用いられ
る１．３μｍ〜１．６μｍ帯の波長に対して十分な分光
透過率特性を有している。また、この可動櫛歯形状部の
各々の櫛歯には蒸着等の方法により電極が形成されてい
る。

【００５８】２３は第２の光透過性基板であり、式
（１）で表わされるような位相格子が、またその周辺部
には櫛歯形状部２４が各々エッチングなどの手法により
形成されている。また、図１６に示したように位相格子
の深さ方向に縦長となるようこの櫛歯形状部２４は形成
され、かつ各々の櫛歯には蒸着等の方法により電極が形
成されている。第１の光透過性基板１６の櫛歯形状部１
７と第２の光透過性基板２３の櫛歯形状部２４とは図１
４に図示したように互いに対向するよう配置されてい
る。

【００５９】このようにして構成された本実施例の動作
について、図１４〜図１６を参照しつつ説明する。図示
していない駆動部により櫛歯形状部１７と櫛歯形状部２
４の電極間に電界を作用させ静電力を発生させること
で、第１の光透過性基板１６と第２の光透過性基板２３
とを図１４に図示した方向に相対的に移動変位させる。
この時、第１の光透過性基板１６と第２の光透過性基板
２３の上に形成された位相格子は、本願の参考例の光変
調器あるいは実施例１の光マイクロスイッチの実施例と
同じように構成されている。

【００６０】その結果、本実施例における第１の光透過
性基板１６と第２の光透過性基板２３との相対変位と干
渉光強度の関係については、図６と同様な特性が得られ
ることとなる。

【００６１】すなわち、図６に示したようにｐ／２の偶
数倍の変位で干渉光の強度は最大値１をとり、ｐ／２の
奇数倍の変位で干渉光の強度は最小値０をとり、その中
間変位では正弦波的に０〜１の値を取ることとなる。し
たがって、光透過性を有するポリシリコンあるいはガラ
スなどの基板に、位相格子と可動櫛歯形状部を一体に形
成したことで、静電力により第１の光透過性基板１６と
第２の光透過性基板２３とをその上に形成された位相格
子の形成方向と直交する方向に相対的に変位させること
で、出力光の干渉強度を０〜１まで連続的に変調可能な
静電マイクロアクチュエータを提供できる。

【００６２】このアクチュエータによる光伝送効率は基
板での吸収を除くと約６４％であり、従来の光導波型光
変調器あるいは光スイッチにおける入出力結合効率と比
較して２倍以上の効率が得られる。また位相格子のピッ
チｐを例えば５μｍで作成すればわずかに２．５μｍ移
動させるだけで光スイッチングが可能である。したがっ
て櫛歯形状部１７と櫛歯形状部２４のギャップは３μｍ
程度で十分であり静電駆動の効率を向上できる。

【００６３】また、複雑な変位拡大機構が不要となるの
で小型化が可能となる。あるいは作動条件を共振状態に
限定して数１００μｍオーダの変位を確保する必要が無
いので、任意の周波数で駆動できる。また、櫛歯形状部
で発生する静電力が、可動部である第１の基板２２の重
心付近に作用するため不所望な共振の発生を防止でき、
良好な周波数特性が得られ高速動作が可能となるといっ
た作用効果を得ることができる。

【００６４】従って、１次元アレイ状あるいは２次元の
マトリックス状、さらには多段に配置して、例えば光通
信や光計算機における光交換装置、光論理演算素子、光
インターコネクションなどに用いることができる。なお
本願の請求項３記載の静電マイクロアクチュエータと比
較して、基板の枚数を１枚削減できるとういう効果も有
している。

【００６５】また本願の実施例３発明の他の実施例とし
て、本願の実施例２の静電マイクロアクチュエータの別
の実施例として図１２と図１３に示したものと同様の構
成が考えられる。すなわち第１の光透過性基板１６と第
２の光透過性基板２３の各々対向する領域に位相格子を
構成することで、櫛歯形状部で発生する静電力が、可動
部の重心付近に作用するため不所望な共振の発生を防止
でき良好な周波数特性が得られ高速動作が可能となる。

【００６６】さらに可動部の一部に形成した位相格子に
より静電マイクロアクチュエータの変位に対して図６に
示したような出力信号が得られる。この出力信号からア
クチュエータの変位が直接検出でき、かつ微分などの適
当な信号処理により速度信号あるいは加速度信号を容易
に得ることができる。したがって、本実施例によれば位
置、速度、加速度センサ付きの静電マイクロアクチュエ
ータを提供することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、第１の本発明の光マイク
ロスイッチは、入射光の光軸に対して略垂直でかつ互い
にほぼ平行に配置されており主として±１次回折光を透
過させるピッチｐの位相格子を有する一対の回折板を設
け、この一対の回折板の格子形成方向と略直交する方向
への相対変位がｐ／２の整数倍となる位置に前記回折板
を移動させる駆動手段を備えたことにより、２枚の回折
板を透過する光の干渉状態を制御し、透過光の強度を０
あるいは１の２値をとらしめる小型の効率の高い光マイ
クロスイッチができる。

【００６８】また、第２の本発明の静電マイクロアクチ
ュエータは、主として±１次回折光を透過させるピッチ
ｐの位相格子が形成された第１および第２の光透過性基
板を、入射光の光軸に対して略垂直でかつ互いにほぼ平
行に配置するとともに、前記第１あるいは第２の光透過
性基板の少なくとも一方の光透過性基板の周辺部に複数
の突起から構成された可動櫛歯形状電極部を設け、か
つ、前記第１および第２の光透過性基板を静電力により
相対的に変位させるための固定櫛歯形状電極部が前記可
動櫛歯形状電極部の各櫛歯に対向するよう形成された第
３の基板を設けたことにより、第１および第２の光透過
性基板上に形成された位相格子を相対的に変位させるこ
とで、入射光の強度を変調する小型の制御性の良い静電
マイクロアクチュエータを提供できる。

【００６９】さらに第３の本発明の静電マイクロアクチ
ュエータは、主として±１次回折光を透過させるピッチ
ｐの位相格子と複数の突起から形成された櫛歯形状部が
形成された第１および第２の光透過性基板を、入射光の
光軸に対して略垂直でかつ互いにほぼ平行に、かつ、各
々の櫛歯形状部が互いに対向するよう配置し、前記第１
および第２の光透過性基板を静電力により相対的に変位
させる電極を前記櫛歯形状部に設けたことにより第１お
よび第２の光透過性基板上に形成された位相格子を相対
的に変位させることで、入射光の強度を変調する小型の
制御性のよい静電マイクロアクチュエータを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】光変調器の一参考例の構成を示す側面図

【図２】同参考例光変調器の、図１におけるＡ矢視図

【図３】同参考例光変調器の原理説明図

【図４】同参考例光変調器の原理説明図

【図５】同参考例光変調器の原理説明図

【図６】同参考例光変調器の特性図

【図７】本発明の光マイクロスイッチの一実施例の構成
を示す側面図

【図８】同実施例光マイクロスイッチの、図７における
Ａ矢視図

【図９】同実施例光マイクロスイッチの動作説明図

【図１０】本願の静電マイクロアクチュエータの一実施
例における側面図

【図１１】同実施例静電マイクロアクチュエータの、図
１０におけるＡ矢視図

【図１２】本願の静電マイクロアクチュエータの他の実
施例における主要部平面図

【図１３】同実施例静電マイクロアクチュエータの側面
図

【図１４】本願の静電マイクロアクチュエータの一実施
例における側面図

【図１５】同実施例静電マイクロアクチュエータの、図
１４におけるＡ矢視図

【図１６】同実施例静電マイクロアクチュエータの主要
部斜視図

【図１７】従来の光スイッチの構成を示す平面図

【図１８】従来の光スイッチの構成を示す断面図

【図１９】従来の光スイッチの特性図

【符号の説明】

１光源３第１の回折板４第２の回折板１６第１の光透過性基板１９第３の基板２０第２の光透過性基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福井厚司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭56−81802（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光の光軸に対して略垂直でかつ互いに
ほぼ平行に配置されており主として±１次回折光を透過
させるピッチｐの位相格子を有する一対の回折板を設
け、この一対の回折板の格子形成方向と略直交する方向
への相対変位がｐ／２の整数倍となる位置に前記回折板
を移動させる駆動手段を備えたことを特徴とする光マイ
クロスイッチ。
【請求項２】主として±１次回折光を透過させるピッチ
ｐの位相格子が形成された第１および第２の光透過性基
板を、入射光の光軸に対して略垂直でかつ互いにほぼ平
行に配置するとともに、前記第１あるいは第２の光透過
性基板の少なくとも一方の光透過性基板の周辺部に複数
の突起から構成された可動櫛歯形状電極部を設け、か
つ、前記第１および第２の光透過性基板を静電力により
相対的に変位させるための固定櫛歯形状電極部が前記可
動櫛歯形状電極部の各櫛歯に対向するよう形成された第
３の基板を有することを特徴とする静電マイクロアクチ
ュエータ。
【請求項３】主として±１次回折光を透過させるピッチ
ｐの位相格子と複数の突起から形成された櫛歯形状部が
形成された第１および第２の光透過性基板を、入射光の
光軸に対して略垂直でかつ互いにほぼ平行に、かつ、各
々の櫛歯形状部が互いに対向するよう配置し、前記第１
および第２の光透過性基板を静電力により相対的に変位
させる電極を前記櫛歯形状部に設けたことを特徴とする
静電マイクロアクチュエータ。