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 - Google Patents

光マイクロスイッチ及び静電マイクロアクチュエータ

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JP3087529B2
JP3087529B2 JP05200503A JP20050393A JP3087529B2 JP 3087529 B2 JP3087529 B2 JP 3087529B2 JP 05200503 A JP05200503 A JP 05200503A JP 20050393 A JP20050393 A JP 20050393A JP 3087529 B2 JP3087529 B2 JP 3087529B2
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健治 高本
正弥 伊藤
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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
2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
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
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の一端は第の回折板に固
着され端は固定部材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
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) 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) 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) 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
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
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
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 (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
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