JP4398433B2 - Mirror array - Google Patents

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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
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Description

本発明は、通信用の光スイッチング素子、計測機器、ディスプレイ、スキャナ、波長選択スイッチ等に使用されるミラーアレイに関するものである。 The present invention relates to an optical switching device for communication, measuring instruments, but a display, a scanner, to Rumi Raarei used in the wavelength selective switch.

インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重(WDM)化および低コスト化を実現する技術として、光MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術が脚光を浴びており、この技術を用いて光スイッチが開発されている(例えば、特許文献1参照)。このMEMS型の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがマイクロミラー装置である。光スイッチは、光を電気信号に変換することなく、また多重化された光を波長ごとに分波することなく経路切り替えを可能にする。このような光スイッチは、使用している経路に障害が発生した際に別の経路に信号を振り分け、通信できる状態を維持する際に使用される。   In the field of optical networks, which are the foundation of Internet communication networks, optical MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology is in the spotlight as a technology that realizes multi-channel, wavelength division multiplexing (WDM), and cost reduction. An optical switch has been developed using this technique (see, for example, Patent Document 1). The most characteristic component of this MEMS type optical switch is a micromirror device. The optical switch enables path switching without converting light into an electrical signal and without demultiplexing multiplexed light for each wavelength. Such an optical switch is used to maintain a state where signals can be distributed to another route when a failure occurs in the route being used, and communication is possible.

これに対して、近年、多重化された光を波長毎に分波し、それぞれの波長の光の経路を個別に選択する波長選択スイッチが研究開発されている(例えば、特許文献2参照)。この波長選択スイッチにもマイクロミラー装置が使用される。図8は特許文献2に開示された波長選択スイッチの構成を示すブロック図である。波長選択スイッチの波長多重信号入力ポート50には、異なる波長λ1〜λ5の光信号が多重化された波長多重信号が入力される。グレーティング等からなる光信号分波器51は、この波長多重信号を波長毎に分波して各入力ポート52〜56に入力する。入力ポート52〜56に対応して設けられる1入力4出力光スイッチ57〜61は、それぞれ1入力2出力光スイッチ70〜72,73〜75,76〜78,79〜81,82〜84を多段に接続した構成である。1入力4出力光スイッチ57の4本の出力線は、出力ポート66〜69に対応する5入力光信号合波器62〜65にそれぞれ接続される。同様に、1入力4出力光スイッチ58〜61の各4本の出力線は、5入力光信号合波器62〜65にそれぞれ接続される。5入力光信号合波器62〜65は、それぞれ入力された光信号を出力ポート66〜69へ結合する。   On the other hand, in recent years, a wavelength selective switch that demultiplexes multiplexed light for each wavelength and individually selects a light path of each wavelength has been researched and developed (for example, see Patent Document 2). A micromirror device is also used for this wavelength selective switch. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the wavelength selective switch disclosed in Patent Document 2. In FIG. A wavelength multiplexed signal obtained by multiplexing optical signals having different wavelengths λ1 to λ5 is input to the wavelength multiplexed signal input port 50 of the wavelength selective switch. An optical signal demultiplexer 51 composed of a grating or the like demultiplexes the wavelength multiplexed signal for each wavelength and inputs the demultiplexed signals to the input ports 52 to 56. 1-input 4-output optical switches 57-61 provided corresponding to the input ports 52-56 are multi-stages of 1-input 2-output optical switches 70-72, 73-75, 76-78, 79-81, 82-84, respectively. It is the structure connected to. The four output lines of the 1-input 4-output optical switch 57 are connected to 5-input optical signal multiplexers 62-65 corresponding to the output ports 66-69, respectively. Similarly, each of the four output lines of the 1-input 4-output optical switches 58 to 61 is connected to the 5-input optical signal multiplexers 62 to 65, respectively. The five-input optical signal multiplexers 62 to 65 couple the input optical signals to the output ports 66 to 69, respectively.

ここで、具体的なスイッチング例として、波長多重信号入力ポート50に入力された波長多重信号のうち波長λ1の光信号を出力ポート68へ出力する場合について説明する。波長λ1の光信号は、光信号分波器51で分波され、1入力4出力光スイッチ57に入力される。1入力4出力光スイッチ57の1段目の1入力2出力光スイッチ70を1入力2出力光スイッチ72側の出力が選択されるように設定し、2段目の1入力2出力光スイッチ72を5入力光信号合波器64側の出力が選択されるように設定する。これにより、入力ポート52から入力された光信号は、1入力2出力光スイッチ70,72を介して5入力光信号合波器64へ送られる。5入力光信号合波器64では、他の入力ポートからの光信号と合波して出力ポート68へ出力する。こうして、各波長の光の経路を選択することができる。   Here, as a specific switching example, a case will be described in which an optical signal having a wavelength λ1 among the wavelength multiplexed signals input to the wavelength multiplexed signal input port 50 is output to the output port 68. The optical signal having the wavelength λ1 is demultiplexed by the optical signal demultiplexer 51 and input to the 1-input 4-output optical switch 57. The 1-input 2-output optical switch 70 in the first stage of the 1-input 4-output optical switch 57 is set so that the output on the 1-input 2-output optical switch 72 side is selected, and the 2-stage 1-input 2-output optical switch 72 is selected. Is set so that the output on the 5-input optical signal multiplexer 64 side is selected. As a result, the optical signal input from the input port 52 is sent to the 5-input optical signal multiplexer 64 via the 1-input 2-output optical switches 70, 72. The 5-input optical signal multiplexer 64 combines the optical signals from the other input ports and outputs them to the output port 68. In this way, the light path of each wavelength can be selected.

以上のような波長選択スイッチでは、1入力2出力光スイッチ70〜84の構成部品としてマイクロミラー装置を使用することができる。特許文献1に記載された従来のマイクロミラー装置の1例を図9、図10に示す。図9は従来のマイクロミラー装置の構成を示す分解斜視図、図10は図9のマイクロミラー装置の断面図である。
マイクロミラー装置100は、ミラーが形成されたミラー基板200と、電極が形成された電極基板300とが平行に配設された構造を有する。
In the wavelength selective switch as described above, a micromirror device can be used as a component of the 1-input 2-output optical switches 70-84. An example of a conventional micromirror device described in Patent Document 1 is shown in FIGS. FIG. 9 is an exploded perspective view showing a configuration of a conventional micromirror device, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the micromirror device of FIG.
The micromirror device 100 has a structure in which a mirror substrate 200 on which a mirror is formed and an electrode substrate 300 on which an electrode is formed are arranged in parallel.

ミラー基板200は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部210と、平面視略円形の開口を有し、一対の可動枠連結部211a,211bにより枠部210の開口内に配設された可動枠220と、一対のミラー連結部221a,221bにより可動枠220の開口内に配設された平面視略円形のミラー230とを有する。枠部210、可動枠連結部211a,211b、可動枠220、ミラー連結部221a,221bおよびミラー230は、例えば単結晶シリコンで一体形成されている。また、枠部210の上面には、可動枠220およびミラー230を取り囲むような枠状部材240が形成されている。   The mirror substrate 200 has a plate-like frame portion 210 having a substantially circular opening in a plan view and a substantially circular opening in a plan view, and is disposed in the opening of the frame portion 210 by a pair of movable frame connecting portions 211a and 211b. The movable frame 220 and a mirror 230 having a substantially circular shape in plan view disposed in the opening of the movable frame 220 by a pair of mirror connecting portions 221a and 221b. The frame part 210, the movable frame connecting parts 211a and 211b, the movable frame 220, the mirror connecting parts 221a and 221b, and the mirror 230 are integrally formed of, for example, single crystal silicon. A frame-shaped member 240 is formed on the upper surface of the frame portion 210 so as to surround the movable frame 220 and the mirror 230.

一対の可動枠連結部211a,211bは、それぞれトーションバネから構成され、枠部210と可動枠220とを連結している。可動枠220は、一対の可動枠連結部211a,211bを通る図9の可動枠回動軸xを軸として回動することができる。
同様に、一対のミラー連結部221a,221bは、それぞれトーションバネから構成され、可動枠220とミラー230とを連結している。ミラー230は、一対のミラー連結部221a,221bを通る図9のミラー回動軸yを軸として回動することができる。可動枠回動軸xとミラー回動軸yとは、互いに直交している。結果として、ミラー230は、直交する2軸で回動する。
The pair of movable frame connecting portions 211a and 211b are each formed of a torsion spring, and connect the frame portion 210 and the movable frame 220. The movable frame 220 can rotate about the movable frame rotation axis x of FIG. 9 that passes through the pair of movable frame coupling portions 211a and 211b.
Similarly, the pair of mirror connecting portions 221a and 221b are each formed of a torsion spring, and connect the movable frame 220 and the mirror 230. The mirror 230 can rotate about the mirror rotation axis y of FIG. 9 passing through the pair of mirror connecting portions 221a and 221b. The movable frame rotation axis x and the mirror rotation axis y are orthogonal to each other. As a result, the mirror 230 rotates about two orthogonal axes.

電極基板300は、板状の基部310と、基部310の表面(上面)から突出し、対向するミラー基板200のミラー230と対向する位置に形成された段丘状の突出部320を有する。基部310と突出部320は例えば単結晶シリコンからなる。突出部320は、基部310の上面に形成された角錐台の形状を有する第2テラス322と、この第2テラス322の上面に形成された角錐台の形状を有する第1テラス321と、この第1テラス321の上面に形成された柱状の形状を有するピボット330とから構成される。このピボット330は、第1テラス321のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット330は、ミラー230の中心に対向する位置に配設される。   The electrode substrate 300 includes a plate-like base portion 310 and a terrace-like protrusion portion 320 that protrudes from the surface (upper surface) of the base portion 310 and is formed at a position facing the mirror 230 of the opposing mirror substrate 200. The base 310 and the protrusion 320 are made of, for example, single crystal silicon. The protrusion 320 includes a second terrace 322 having a truncated pyramid shape formed on the upper surface of the base 310, a first terrace 321 having a truncated pyramid shape formed on the upper surface of the second terrace 322, and the first terrace 321. It is composed of a pivot 330 having a columnar shape formed on the upper surface of one terrace 321. The pivot 330 is formed so as to be positioned approximately at the center of the first terrace 321. Accordingly, the pivot 330 is disposed at a position facing the center of the mirror 230.

突出部320の四隅とこの四隅に続く基部310の上面には、対向するミラー基板200のミラー230と同心の円内に4つの電極340a〜340dが形成されている。また、基部310の上面には、突出部320を挟むように並設された一対の凸部360a,360bが形成されている。さらに、基部310の上面の突出部320と凸部360aおよび凸部360bとの間の箇所には、それぞれ配線370が形成されており、この配線370には、引き出し線341a〜341dを介して電極340a〜340dが接続されている。   Four electrodes 340 a to 340 d are formed in circles concentric with the mirror 230 of the opposing mirror substrate 200 at the four corners of the protrusion 320 and the upper surface of the base 310 following the four corners. In addition, a pair of convex portions 360 a and 360 b arranged side by side so as to sandwich the protruding portion 320 is formed on the upper surface of the base portion 310. Furthermore, wirings 370 are respectively formed at locations between the protrusions 320 on the upper surface of the base 310 and the protrusions 360a and 360b. The wirings 370 are connected to electrodes via lead lines 341a to 341d. 340a to 340d are connected.

以上のようなミラー基板200と電極基板300とは、ミラー230とこのミラー230に対応する電極340a〜340dとが対向配置されるように、枠部210の下面と凸部360a,360bの上面とを接合することにより、図10に示すようなマイクロミラー装置100を構成する。マイクロミラー装置100においては、ミラー230を接地し、電極340a〜340dに正又は負の電圧を与えて、しかも電極340a〜340d間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー230を静電引力で吸引し、ミラー230を任意の方向へ回動させることができる。
以上のようなマイクロミラー装置100を用いて1入力2出力光スイッチ70〜84を構成する場合は、入力ポートからの光信号をミラー230に照射し、ミラー230の反射光が2つの出力ポートのうちいずれか一方に入射するように、ミラー230の傾斜角を制御すればよい。
図9、図10に示したマイクロミラー装置は、ミラーを静電引力で駆動するが、ミラーを磁力で駆動するマイクロミラー装置とミラーアレイも提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
The mirror substrate 200 and the electrode substrate 300 as described above are arranged such that the lower surface of the frame portion 210 and the upper surfaces of the convex portions 360a and 360b are arranged so that the mirror 230 and the electrodes 340a to 340d corresponding to the mirror 230 are opposed to each other. Are joined together to form a micromirror device 100 as shown in FIG. In the micromirror device 100, the mirror 230 is grounded, a positive or negative voltage is applied to the electrodes 340a to 340d, and an asymmetric potential difference is generated between the electrodes 340a to 340d. The mirror 230 can be rotated in any direction by suction.
When the one-input / two-output optical switches 70 to 84 are configured using the micromirror device 100 as described above, the mirror 230 is irradiated with the optical signal from the input port, and the reflected light of the mirror 230 is transmitted to the two output ports. The tilt angle of the mirror 230 may be controlled so as to enter one of them.
Although the micromirror device shown in FIGS. 9 and 10 drives the mirror with electrostatic attraction, a micromirror device and a mirror array that drive the mirror with magnetic force have also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開2003−57575号公報JP 2003-57575 A 特許第3444548号公報Japanese Patent No. 3444548 W.P.Taylor et al.,「Magnet Arrays for Use in a 3-D MEMS Mirror Array for Optical Switching」,IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.39,NO.3,p.3286-3288,2003W.P. Taylor et al., “Magnet Arrays for Use in a 3-D MEMS Mirror Array for Optical Switching”, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL.39, NO.3, p.3286-3288, 2003

図9、図10に示したマイクロミラー装置100では、駆動時にミラー230の傾斜角に応じた大きな駆動電圧を電極340a〜340dに印加する必要がある。ミラー230と電極340a〜340d間の距離、ミラー230を支持するトーションバネの復元力、電極340a〜340dの面積などによって、駆動電圧と静電引力との関係あるいは駆動電圧とミラー230の傾斜角との関係が決定されるが、電極340a〜340dに印加する駆動電圧としては例えば100V程度の高い電圧が必要である。   In the micromirror device 100 shown in FIGS. 9 and 10, it is necessary to apply a large driving voltage corresponding to the tilt angle of the mirror 230 to the electrodes 340 a to 340 d during driving. Depending on the distance between the mirror 230 and the electrodes 340a to 340d, the restoring force of the torsion spring that supports the mirror 230, the area of the electrodes 340a to 340d, the relationship between the driving voltage and the electrostatic attractive force, or the inclination angle of the driving voltage and the mirror 230 However, as the drive voltage applied to the electrodes 340a to 340d, a high voltage of about 100V is necessary, for example.

ところで、図8に示した波長選択スイッチの小型化を実現しようとすると、光スイッチ57〜61を構成する各マイクロミラー装置(1入力2出力光スイッチ70〜84)を近接して配置するミラーアレイの構成を採用する必要がある。特に、入力ポート52〜56の数や出力ポート66〜69の数が多い場合には、マイクロミラー装置もより多く必要となるので、各マイクロミラー装置の近接配置はより切実な要求となる。
しかし、前述のとおり各マイクロミラー装置の電極には高電圧を印加する必要があり、結果として各マイクロミラー装置からの電界の漏れが大きくなるため、特定のマイクロミラー装置のミラーの傾斜角を制御しようとして電極に駆動電圧を印加すると、このマイクロミラー装置からの電界の漏れにより、隣接するマイクロミラー装置のミラーの傾斜角も変化してしまうという問題点があった。同様に、非特許文献1に開示された磁力駆動型のマイクロミラー装置においても、磁界の漏れにより、隣接するマイクロミラー装置のミラーの傾斜角が変化してしまうという問題点があった。また、以上のような問題は波長選択スイッチに限らず、ミラーアレイを採用する構成であれば同様に発生する。
By the way, if it is going to implement | achieve size reduction of the wavelength selective switch shown in FIG. 8, the mirror array which arrange | positions each micromirror apparatus (1 input 2 output optical switches 70-84) which comprises the optical switches 57-61 in proximity. It is necessary to adopt the configuration. In particular, when the number of input ports 52 to 56 and the number of output ports 66 to 69 are large, more micromirror devices are required, so that the close arrangement of the micromirror devices becomes a more urgent requirement.
However, as described above, it is necessary to apply a high voltage to the electrodes of each micromirror device, and as a result, the leakage of the electric field from each micromirror device increases, so the mirror tilt angle of a specific micromirror device is controlled. When a drive voltage is applied to the electrodes, there is a problem in that the inclination angle of the mirror of the adjacent micromirror device also changes due to leakage of the electric field from the micromirror device. Similarly, the magnetic force driven micromirror device disclosed in Non-Patent Document 1 also has a problem that the tilt angle of the mirrors of adjacent micromirror devices changes due to leakage of the magnetic field. Further, the above problems are not limited to the wavelength selective switch, and similarly occur if the configuration employs a mirror array.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数のマイクロミラー装置を近接して配置した場合でもミラー装置間の相互干渉を少なくすることができるミラーアレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, it aims to provide a lumi Raarei it is possible to reduce the mutual interference between the mirror devices even when disposed proximate the plurality of micro-mirror devices And

本発明のミラーアレイにおいて、各マイクロミラー装置は、それぞれ板状のスライダと、このスライダを1次元方向に移動させる駆動手段と、前記スライダ上に前記1次元方向に沿って配設された複数のミラーとを備え、前記駆動手段は、前記スライダを移動させて、前記複数のミラーの中から選択したミラーを入射光の光軸上の所定位置に配置し、前記複数のミラーは、前記入射光の光軸に対する反射面の角度が互いに異なるものであり、前記複数のマイクロミラー装置を前記1次元方向と直角の方向に沿って配置したものである。 In the mirror array of the present invention , each micromirror device includes a plate-like slider, a driving means for moving the slider in a one-dimensional direction, and a plurality of sliders arranged on the slider along the one-dimensional direction. A mirror, and the driving means moves the slider to place a mirror selected from the plurality of mirrors at a predetermined position on an optical axis of incident light, and the plurality of mirrors includes the incident light. The angles of the reflecting surfaces with respect to the optical axis of the two are different from each other, and the plurality of micromirror devices are arranged along a direction perpendicular to the one-dimensional direction.

本発明によれば、従来のようにミラー自体を電界あるいは磁界で直接駆動するのではなく、スライダを移動させて、入射光の照射位置にあるミラーを変えることで、ミラーの傾斜角を実質的に制御するので、複数のマイクロミラー装置を近接して配置した場合でも、隣接するマイクロミラー装置のミラーの傾斜角に影響を与えることがなく、ミラー装置間の相互干渉を少なくすることができる。   According to the present invention, the mirror itself is not directly driven by an electric field or a magnetic field as in the prior art, but the mirror is tilted substantially by moving the slider and changing the mirror at the incident light irradiation position. Therefore, even when a plurality of micromirror devices are arranged close to each other, the tilt angle of the mirrors of adjacent micromirror devices is not affected, and mutual interference between mirror devices can be reduced.

また、静電駆動型のマイクロモータが発生する力によってスライダを移動させることにより、複数のマイクロミラー装置を近接して配置した場合でも、隣接するマイクロミラー装置のマイクロモータの動作に影響を与える可能性を低くすることができる。   In addition, by moving the slider by the force generated by the electrostatic drive type micro motor, even when multiple micro mirror devices are arranged close to each other, the operation of the micro motor of the adjacent micro mirror device can be affected. Can be lowered.

また、複数のマイクロミラー装置をスライダの移動方向と直角の方向に沿って配置することにより、少ない面積内に多数のミラーを配置することができる。   Further, by arranging a plurality of micromirror devices along a direction perpendicular to the moving direction of the slider, a large number of mirrors can be arranged within a small area.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態に係るマイクロミラー装置を複数配置したミラーアレイの構成を示す平面図である。
本実施の形態のマイクロミラー装置1は、静電力駆動型のマイクロモータ2と、マイクロモータ2の回転軸に取り付けられたギヤ3と、両側面にギヤ3と噛み合う歯が等間隔に形成された板状のスライダ4と、スライダ4の上面に固定された3つのミラー5,6,7と、マイクロモータ2に駆動電圧を供給する電源(不図示)とから構成される。マイクロモータ2とギヤ3とスライダ4の側面に形成された歯は、マイクロモータ2の回転運動を直線運動に変換して、スライダ4を1次元方向(図1のy軸方向)に移動させる駆動手段を構成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a mirror array in which a plurality of micromirror devices according to an embodiment of the present invention are arranged.
In the micromirror device 1 of the present embodiment, an electrostatic force driven micromotor 2, a gear 3 attached to a rotating shaft of the micromotor 2, and teeth meshing with the gear 3 are formed at equal intervals on both side surfaces. The plate-shaped slider 4 is composed of three mirrors 5, 6, 7 fixed to the upper surface of the slider 4, and a power source (not shown) for supplying a driving voltage to the micromotor 2. The teeth formed on the side surfaces of the micromotor 2, the gear 3, and the slider 4 convert the rotational motion of the micromotor 2 into a linear motion and drive the slider 4 in a one-dimensional direction (the y-axis direction in FIG. 1). Means.

図2はマイクロモータ2の概略構造を示す平面図、図3はマイクロモータ2の概略構造を示す断面図である。マイクロモータ2は、一般的な電磁モータと同様に、回転軸20と一体になったロータ21(回転子)と、ロータ21の周りに配設されたステータ22(固定子)とを有する。マイクロモータ2が通常の電磁モータと異なる点は、ロータ21とステータ22との間に駆動電圧を印加して、静電引力による回転トルクを発生させ、ロータ21を回転させることである。図3に示すように、ロータ21とステータ22は、それぞれのくし歯状電極が交互に並ぶように配置されている。これにより、ロータ21のくし歯状電極とステータ22のくし歯状電極間の距離を小さくし、またロータ21のくし歯状電極とステータ22のくし歯状電極が対向する面積を大きくして、低い駆動電圧で大きな回転トルクを得ることができる。以上のようなマイクロモータ2については、例えば文献「Design Wave Magazine編集部編,“MEMS開発&活用スタートアップ”,Design Wave 12月増刊号,CQ出版社,2004年,p.75−78」に開示されている。   FIG. 2 is a plan view showing a schematic structure of the micromotor 2, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the micromotor 2. Similar to a general electromagnetic motor, the micromotor 2 includes a rotor 21 (rotor) integrated with the rotary shaft 20 and a stator 22 (stator) disposed around the rotor 21. The micro motor 2 is different from a normal electromagnetic motor in that a driving voltage is applied between the rotor 21 and the stator 22 to generate rotational torque due to electrostatic attraction, thereby rotating the rotor 21. As shown in FIG. 3, the rotor 21 and the stator 22 are arranged so that the respective comb-like electrodes are alternately arranged. Thereby, the distance between the comb-like electrode of the rotor 21 and the comb-like electrode of the stator 22 is reduced, and the area where the comb-like electrode of the rotor 21 and the comb-like electrode of the stator 22 are opposed is increased. A large rotational torque can be obtained with a low driving voltage. The micro motor 2 as described above is disclosed in, for example, the document “Design Wave Magazine Editorial Edition,“ MEMS Development & Utilization Startup ”, Design Wave December Special Issue, CQ Publishing Company, 2004, p.75-78”. Has been.

図4はマイクロミラー装置1をy軸方向に沿って切断したときの断面図である。ミラー5〜7は、入射光の光軸(図4の例ではz軸に平行な方向)に対する反射面の角度が互いに異なる。ミラー5の反射面はz軸に対して垂直であり、ミラー6の反射面はz軸に対して+y方向に傾いており、ミラー7の反射面はz軸に対して−y方向に傾いている。
次に、本実施の形態のマイクロミラー装置1の動作を説明する。図5(A)、図6(A)、図7(A)はマイクロミラー装置1の動作を説明するための平面図、図5(B)、図6(B)、図7(B)はそれぞれ図5(A)、図6(A)、図7(A)をy軸方向に沿って切断したときの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view when the micromirror device 1 is cut along the y-axis direction. The mirrors 5 to 7 have different reflection surface angles with respect to the optical axis of incident light (in the example of FIG. 4, the direction parallel to the z axis). The reflection surface of the mirror 5 is perpendicular to the z axis, the reflection surface of the mirror 6 is inclined in the + y direction with respect to the z axis, and the reflection surface of the mirror 7 is inclined in the −y direction with respect to the z axis. Yes.
Next, the operation of the micromirror device 1 of the present embodiment will be described. 5A, FIG. 6A, and FIG. 7A are plan views for explaining the operation of the micromirror device 1, and FIG. 5B, FIG. 6B, and FIG. FIGS. 5A, 6A, and 7A are cross-sectional views taken along the y-axis direction, respectively.

まず、図5(A)、図5(B)の状態において、図示しない入力ポートからxz平面に平行な入射光L1をミラー5に照射する。ミラー5の反射面はz軸に対して垂直なので、入射光L1はxz平面内で−x方向に反射される。このときの反射光L2の方向に出力ポート又は別のミラーを配置しておけば、反射光L2を取り出すことができる。   First, in the state shown in FIGS. 5A and 5B, the mirror 5 is irradiated with incident light L1 parallel to the xz plane from an input port (not shown). Since the reflecting surface of the mirror 5 is perpendicular to the z-axis, the incident light L1 is reflected in the −x direction in the xz plane. If an output port or another mirror is arranged in the direction of the reflected light L2 at this time, the reflected light L2 can be extracted.

次に、図示しない電源からマイクロモータ2に駆動電圧を印加してモータ2を回転させると、この回転運動はギア3とスライダ4のかみ合いにより直線運動に変換され、スライダ4が例えば−y方向に移動する。これにより、ミラー6を図5(A)、図5(B)のミラー5の位置に移動させ、図6(A)、図6(B)の状態に移行させる。図6(A)、図6(B)の状態において、入力ポートからxz平面に平行な入射光L1をミラー6に照射する。ミラー6の反射面はz軸に対して+y方向に傾いているので、入射光L1はxz平面から+y側に逸れた方向に反射される。このときの反射光L3の方向に出力ポート又は別のミラーを配置しておけば、反射光L3を取り出すことができる。   Next, when a driving voltage is applied to the micromotor 2 from a power source (not shown) and the motor 2 is rotated, this rotational motion is converted into a linear motion by the meshing of the gear 3 and the slider 4, and the slider 4 moves in the −y direction, for example. Moving. As a result, the mirror 6 is moved to the position of the mirror 5 in FIGS. 5A and 5B, and the state is shifted to the states in FIGS. 6A and 6B. 6A and 6B, the mirror 6 is irradiated with incident light L1 parallel to the xz plane from the input port. Since the reflecting surface of the mirror 6 is inclined in the + y direction with respect to the z axis, the incident light L1 is reflected in a direction deviating from the xz plane to the + y side. If an output port or another mirror is arranged in the direction of the reflected light L3 at this time, the reflected light L3 can be extracted.

次に、電源からマイクロモータ2に駆動電圧を印加して図6(A)、図6(B)の場合と逆方向にモータ2を回転させると、スライダ4が+y方向に移動する。これにより、ミラー7を図5(A)、図5(B)のミラー5の位置に移動させ、図7(A)、図7(B)の状態に移行させる。図7(A)、図7(B)の状態において、入力ポートからxz平面に平行な入射光L1をミラー7に照射する。ミラー7の反射面はz軸に対して−y方向に傾いているので、入射光L1はxz平面から−y側に逸れた方向に反射される。このときの反射光L4の方向に出力ポート又は別のミラーを配置しておけば、反射光L4を取り出すことができる。   Next, when a driving voltage is applied from the power source to the micromotor 2 and the motor 2 is rotated in the direction opposite to that shown in FIGS. 6A and 6B, the slider 4 moves in the + y direction. Accordingly, the mirror 7 is moved to the position of the mirror 5 in FIGS. 5A and 5B, and the state is shifted to the states in FIGS. 7A and 7B. 7A and 7B, the mirror 7 is irradiated with incident light L1 parallel to the xz plane from the input port. Since the reflecting surface of the mirror 7 is tilted in the −y direction with respect to the z axis, the incident light L1 is reflected in a direction deviating from the xz plane to the −y side. If an output port or another mirror is arranged in the direction of the reflected light L4 at this time, the reflected light L4 can be extracted.

マイクロミラー装置1の大きさは、例えば長さ(図1のy軸方向の大きさ)が400μm、幅(x軸方向の大きさ)が80〜160μmで、各マイクロミラー装置間のピッチが100〜200μm程度である。スライダ4とギア3は、シリコン酸化膜を犠牲膜として使用する表面マイクロマシーニング技術で形成することができる。配線構造の形成に関しては、メッキ法やリフトオフ法を用いてもよいし、エッチングを使用してもよい。反射面の角度が異なるミラー5〜7は、露光量を場所によって変化させる方法を使用して製造する。電子線露光法では、照射量を場所によって変えることで対応できる。光露光法ではグレーマスクを使用すると、1枚のマスクで場所毎に露光量を変えることができる。   The size of the micromirror device 1 is, for example, a length (size in the y-axis direction in FIG. 1) of 400 μm, a width (size in the x-axis direction) of 80 to 160 μm, and a pitch between the micromirror devices of 100. It is about -200 micrometers. The slider 4 and the gear 3 can be formed by a surface micromachining technique using a silicon oxide film as a sacrificial film. Regarding the formation of the wiring structure, a plating method, a lift-off method, or etching may be used. The mirrors 5 to 7 having different reflection surface angles are manufactured using a method of changing the exposure amount depending on the location. Electron beam exposure can be handled by changing the irradiation dose depending on the location. When a gray mask is used in the light exposure method, the exposure amount can be changed for each place with a single mask.

以上のように、本実施の形態では、入射光の光軸に対する反射面の角度が互いに異なる複数のミラー5〜7をスライダ4上に固定し、スライダ4を1次元方向に移動させて、複数のミラー5〜7の中から選択したミラーを入射光の光軸上の所定位置に配置することにより、入射光を所望の方向に反射することができるので、図9、図10に示した従来のマイクロミラー装置と同等の機能を実現することができる。こうして、本実施の形態のマイクロミラー装置1によれば、1入力N出力(本実施の形態ではN=3)の光スイッチを実現することができる。   As described above, in the present embodiment, a plurality of mirrors 5 to 7 having different reflection surface angles with respect to the optical axis of incident light are fixed on the slider 4, and the slider 4 is moved in a one-dimensional direction. Since the mirror selected from the mirrors 5 to 7 is arranged at a predetermined position on the optical axis of the incident light, the incident light can be reflected in a desired direction, so that the prior art shown in FIGS. A function equivalent to that of the micromirror device can be realized. Thus, according to the micromirror device 1 of the present embodiment, an optical switch with one input and N outputs (N = 3 in the present embodiment) can be realized.

本実施の形態では、従来のようにミラー自体を電界あるいは磁界で直接駆動するのではなく、スライダ4を移動させて、入射光の照射位置にあるミラーを変えることで、ミラーの傾斜角を実質的に制御するので、複数のマイクロミラー装置1を近接して配置した場合でも、隣接するマイクロミラー装置1のミラーの傾斜角に影響を与えることがなく、ミラー装置間の相互干渉を少なくすることができる。前述のとおり、マイクロモータ2は低い駆動電圧で大きな回転トルクを得ることができ、このマイクロモータ2からの電界あるいは磁界の漏れは小さいため、隣接するマイクロモータ2の動作に影響を与える可能性を低くすることができる。   In the present embodiment, the mirror itself is not directly driven by an electric field or a magnetic field as in the prior art, but the mirror 4 is moved to change the mirror at the irradiation position of the incident light, whereby the tilt angle of the mirror is substantially changed. Therefore, even when a plurality of micromirror devices 1 are arranged close to each other, the tilt angle of the mirrors of adjacent micromirror devices 1 is not affected, and mutual interference between mirror devices is reduced. Can do. As described above, the micromotor 2 can obtain a large rotational torque with a low driving voltage, and the leakage of an electric field or a magnetic field from the micromotor 2 is small. Therefore, there is a possibility of affecting the operation of the adjacent micromotor 2. Can be lowered.

なお、本実施の形態のマイクロミラー装置1を用いてミラーアレイを構成する場合には、それぞれのスライダ4の移動方向が平行になるように各マイクロミラー装置1をスライダ4の移動方向と直角の方向(図1のx軸方向)に沿って配置すればよい。これにより、少ない面積内に多数のミラーを配置することができる。
また、本実施の形態では、1個のマイクロミラー装置1あたりのミラーの枚数を3枚にしているが、これに限るものではないことは言うまでもない
また、本実施の形態では、マイクロミラー装置1に対してxz平面に平行な入射光を照射しているが、入射方向はこれに限るものではないことは言うまでもない。
When a mirror array is configured using the micromirror device 1 of the present embodiment, each micromirror device 1 is perpendicular to the moving direction of the slider 4 so that the moving direction of each slider 4 is parallel. What is necessary is just to arrange | position along a direction (x-axis direction of FIG. 1). Thereby, a large number of mirrors can be arranged within a small area.
In the present embodiment, the number of mirrors per micromirror device 1 is three, but it is needless to say that the number of mirrors is not limited to this. In the present embodiment, the micromirror device 1 is used. However, it is needless to say that the incident direction is not limited to this.

本発明は、例えば波長選択スイッチ等に適用することができる。   The present invention can be applied to, for example, a wavelength selective switch.

本発明の実施の形態に係るマイクロミラー装置を複数配置したミラーアレイの構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a configuration of a mirror array in which a plurality of micromirror devices according to an embodiment of the present invention are arranged. 本発明の実施の形態におけるマイクロモータの内部の概略構造を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure inside the micromotor in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるマイクロモータの内部の概略構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure inside the micromotor in embodiment of this invention. 図1のマイクロミラー装置の断面図である。It is sectional drawing of the micromirror device of FIG. 図1のマイクロミラー装置の動作を説明するための平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing for demonstrating operation | movement of the micromirror device of FIG. 図1のマイクロミラー装置の動作を説明するための平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing for demonstrating operation | movement of the micromirror device of FIG. 図1のマイクロミラー装置の動作を説明するための平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing for demonstrating operation | movement of the micromirror device of FIG. 波長選択スイッチの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a wavelength selective switch. 従来のマイクロミラー装置の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the conventional micromirror device. 図9のマイクロミラー装置の断面図である。It is sectional drawing of the micromirror device of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…マイクロミラー装置、2…マイクロモータ、3…ギヤ、4…スライダ、5,6,7…ミラー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micromirror apparatus, 2 ... Micromotor, 3 ... Gear, 4 ... Slider, 5, 6, 7 ... Mirror.

Claims (2)

複数のマイクロミラー装置を2次元的に複数配置したミラーアレイにおいて、
各マイクロミラー装置は、それぞれ板状のスライダと、このスライダを1次元方向に移動させる駆動手段と、前記スライダ上に前記1次元方向に沿って配設された複数のミラーとを備え、前記駆動手段は、前記スライダを移動させて、前記複数のミラーの中から選択したミラーを入射光の光軸上の所定位置に配置し、前記複数のミラーは、前記入射光の光軸に対する反射面の角度が互いに異なるものであり、
前記複数のマイクロミラー装置を前記1次元方向と直角の方向に沿って配置したことを特徴とするミラーアレイ。
In a mirror array in which a plurality of micromirror devices are arranged two-dimensionally,
Each micromirror device includes a plate-like slider, a driving means for moving the slider in a one-dimensional direction, and a plurality of mirrors arranged along the one-dimensional direction on the slider. The means moves the slider to place a mirror selected from the plurality of mirrors at a predetermined position on the optical axis of the incident light, and the plurality of mirrors have a reflection surface with respect to the optical axis of the incident light. The angles are different from each other ,
A mirror array, wherein the plurality of micromirror devices are arranged along a direction perpendicular to the one-dimensional direction.
請求項1記載のミラーアレイにおいて、
各マイクロミラー装置の駆動手段は、静電駆動型のマイクロモータが発生する力によって前記スライダを移動させることを特徴とするミラーアレイ。
The mirror array according to claim 1, wherein
The mirror array is characterized in that the driving means of each micromirror device moves the slider by a force generated by an electrostatic drive type micromotor .
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