JP5457481B2 - Memsミラー装置の制御方法およびmemsミラー装置 - Google Patents
Memsミラー装置の制御方法およびmemsミラー装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5457481B2 JP5457481B2 JP2012035934A JP2012035934A JP5457481B2 JP 5457481 B2 JP5457481 B2 JP 5457481B2 JP 2012035934 A JP2012035934 A JP 2012035934A JP 2012035934 A JP2012035934 A JP 2012035934A JP 5457481 B2 JP5457481 B2 JP 5457481B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- voltage
- bias voltage
- axis
- vxth
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
まず、図10(B)の状態では、共通ポート100と出力ポート102−1とが結合状態にある。つまり、共通ポート100からの光信号がミラー101によって反射され出力ポート102−1に入射している。このまま、ミラー101を主軸(x軸)周りに回動させて、共通ポート100と出力ポート102−5とを結合させてしまうと、ミラー101を回動させている間に、出力ポート102−1と102−5との間の出力ポート102−2〜102−4にも、一瞬だが、光信号が入射して、光結合してしまう。
V1=Vb−Vx ・・・(1)
V2=Vb+Vx+Vy ・・・(2)
V3=Vb+Vx−Vy ・・・(3)
また、プルインの問題だけではなく、プルインが発生しそうな領域は、固定電極への印加電圧に対して静電引力が大きく変化しやすいので(すなわち静電引力をf、電圧をVとしたときの変化率df/dVが大きい)、制御し難い領域であり、このプルイン領域での制御をなるべく避けたい。このようにプルイン領域により迫った状態で、ミラー101を副軸周りに回動させると、2つ並んだ可動片持ち梁106−2,106−3の一方は、さらにプルイン領域に近づくことになる。
しかし、主軸周りの最大回動角度の制限は、光スイッチのポート数を減らすことに繋がるので、好ましい解決策とは言えない。
また、本発明のMEMSミラー装置の制御方法の1構成例において、前記バイアス電圧をVbias、前記ミラーの主軸周りの所望の回動状態を指定する制御変数を主軸電圧Vx、所定の閾値電圧をVxth、所定の比例係数をkminus,kplus、Vx=Vxthのときの所定のバイアス電圧をVcとしたとき、前記バイアス電圧算出ステップは、Vx<Vxthの場合、Vbias=kminus・(Vx−Vxth)+Vcにより前記バイアス電圧Vbiasを算出し、Vx≧Vxthの場合、Vbias=kplus・(Vx−Vxth)+Vcにより前記バイアス電圧Vbiasを算出することを特徴とするものである。
本発明では、ミラーの主軸周りの最大回動角度を減らすことなく、上述の問題を解決する方法を提供する。このために、本発明では、固定電極に印加するバイアス電圧を固定値とせず、主軸周りの回動角に応じたバイアス電圧を印加する。本発明においても、波長選択スイッチの構成は図11に示したとおりであり、波長選択スイッチに用いるMEMSミラー装置の構成は図14、図15(A)、図15(B)に示したとおりであり、複数のミラーの配置は図17(B)に示したとおりなので、図11、図14、図15(A)、図15(B)、図17(B)の符号を用いて説明する。上記の説明から明らかなとおり、ミラー101の主軸は、ミラー101の短辺と平行でかつミラー101の中心を通る軸であり、ミラー101の副軸は、ミラー101の長辺と平行でかつミラー101の中心を通る軸である。
面積をS、電極間隔をg0−d、誘電率をε、電極間電圧をVとしたときの2枚の平行平板電極にかかる静電引力fの一般式は以下のようになる。
f=εSV2/2(g0−d)2 ・・・(4)
Δdxmax/dmax=Δdxmax/(Δdxmax+Δdymax)
・・・(5)
Δdxmax/dmax=Δdxmax/(Δdxmax+Δdymax/2)
・・・(6)
よって、同じ最大変位dmaxが与えられた場合、本発明の可変バイアスを適用することにより、固定バイアスの場合よりもミラー101の主軸周りの回動角θxを増加させることができる。
図3に本発明の実施の形態における可動片持ち梁106の変位とバイアスとの関係を示す。図3で示したグラフの横軸が可動片持ち梁106の変位d、縦軸が可動片持ち梁106と対向する固定電極107に印加するバイアスである。なお、図3に示したバイアスは電圧の値ではなく、固定電極107にバイアス電圧を印加したことによって発生した可動片持ち梁の変位を示しているので、バイアス電圧と区別するためにバイアス変位とした。
なお、グラフの向きの関係で、バイアス変位が大きい方が紙面上側になっているが、ミラーから見ると、バイアス変位が大きい方が下がっている状態になる。
パターン3は、A点からB点に至る段階で、直線的にバイアス電圧を上側バイアス点に対応する電圧から下側バイアス点に対応する電圧に変化させるパターンである。
Vbias=kminus・(Vx−Vxth)+Vc ・・・(7)
Vbias=kplus・(Vx−Vxth)+Vc ・・・(8)
また、特にそのような工夫が必要ないときは、kminus=kplusとなるよう、すなわち1つの線形関数でバイアス電圧Vbiasを表せるようにすれば、変数を1つ減らすことができる。
また、電圧発生器12としては、例えばアナログ・デバイセズ(Analog Devices)社製のAD5535のように、デジタル値で与えられた設定電圧に基づき、MEMSを動作させるのに十分な高電圧を発生することが可能な高電圧DAC(D/A Convertor)等が用いられる。
光スイッチを使用しているユーザから、ある出力ポートにスイッチする要求が入力された場合(図8ステップS1においてYES)、演算器10は、ユーザから指定された出力ポートに対応する電圧(Vx,Vy)の値をメモリ11に予め記録されたテーブル等を参照して取得する(図8ステップS2)。このようなテーブル等を参照して電圧(Vx,Vy)の値を得る方法自体はよく用いられる方法なので、本発明の権利を主張する範囲ではない。
最後に、演算器10は、算出した印加電圧(V1,V2,V3)の値を電圧発生器12に設定する(図8ステップS6)。
次に、図8のステップS3,S4の処理の詳細について説明する。図9は演算器10のバイアス電圧算出処理を説明するフローチャートである。
演算器10は、主軸電圧Vxからバイアス電圧Vbiasを算出するためのパラメータとして、比例係数kminus,kplusと閾値電圧Vxthとをメモリ11から取得する(図9ステップS10、図8ステップS3)。
次に、図8のステップS5の処理の詳細について説明する。演算器10は、電圧(Vx,Vy)とバイアス電圧Vbiasとから、式(9)〜式(11)により印加電圧(V1,V2,V3)を算出する。
V1=Vbias−Vx ・・・(9)
V2=Vbias+Vx+Vy ・・・(10)
V3=Vbias+Vx−Vy ・・・(11)
以上で、印加電圧算出処理が終了する。
Claims (6)
- 光を反射するミラーと、一端が前記ミラーの第1の辺に第1の接続ばねを介して接続され他端が固定された第1の可動片持ち梁と、一端が前記第1の辺と対向する前記ミラーの第2の辺に第2、第3の接続ばねを介して接続され他端が固定された第2、第3の可動片持ち梁と、前記第1、第2、第3の可動片持ち梁から離間して配置された第1、第2、第3の固定電極とを備えたMEMSミラー装置を制御する制御方法であって、
前記ミラーの所望の回動状態を指定する制御変数に応じてバイアス電圧を算出するバイアス電圧算出ステップと、
前記制御変数と前記バイアス電圧とから、前記第1、第2、第3の固定電極への印加電圧を算出する印加電圧算出ステップと、
この印加電圧算出ステップで算出した値の印加電圧を前記第1、第2、第3の固定電極に印加する電圧印加ステップとを備え、
前記ミラーの所望の回動状態を指定する制御変数に依存して、前記バイアス電圧を変化させることを特徴とするMEMSミラー装置の制御方法。 - 請求項1記載のMEMSミラー装置の制御方法において、
前記ミラーの第1、第2の辺と平行でかつ前記ミラーの中心を通る軸を主軸、前記ミラーの第3、第4の辺と平行でかつ前記ミラーの中心を通る軸を副軸としたとき、前記バイアス電圧の算出に使用される前記制御変数は、前記ミラーの所望の回動状態を指定する制御変数のうち、前記ミラーの主軸周りの所望の回動状態を指定する制御変数であることを特徴とするMEMSミラー装置の制御方法。 - 請求項2記載のMEMSミラー装置の制御方法において、
前記バイアス電圧をVbias、前記ミラーの主軸周りの所望の回動状態を指定する制御変数を主軸電圧Vx、所定の閾値電圧をVxth、所定の比例係数をkminus,kplus、Vx=Vxthのときの所定のバイアス電圧をVcとしたとき、
前記バイアス電圧算出ステップは、Vx<Vxthの場合、Vbias=kminus・(Vx−Vxth)+Vcにより前記バイアス電圧Vbiasを算出し、Vx≧Vxthの場合、Vbias=kplus・(Vx−Vxth)+Vcにより前記バイアス電圧Vbiasを算出することを特徴とするMEMSミラー装置の制御方法。 - 光を反射するミラーと、
一端が前記ミラーの第1の辺に第1の接続ばねを介して接続され他端が固定された第1の可動片持ち梁と、
一端が前記第1の辺と対向する前記ミラーの第2の辺に第2、第3の接続ばねを介して接続され他端が固定された第2、第3の可動片持ち梁と、
前記第1、第2、第3の可動片持ち梁から離間して配置された第1、第2、第3の固定電極と、
前記ミラーの回動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記ミラーの所望の回動状態を指定する制御変数に応じてバイアス電圧を算出するバイアス電圧算出手段と、
前記制御変数と前記バイアス電圧とから、前記第1、第2、第3の固定電極への印加電圧を算出する印加電圧算出手段と、
この印加電圧算出手段で算出された値の印加電圧を前記第1、第2、第3の固定電極に印加する電圧発生手段とを備え、
前記ミラーの所望の回動状態を指定する制御変数に依存して、前記バイアス電圧を変化させることを特徴とするMEMSミラー装置。 - 請求項4記載のMEMSミラー装置において、
前記ミラーの第1、第2の辺と平行でかつ前記ミラーの中心を通る軸を主軸、前記ミラーの第3、第4の辺と平行でかつ前記ミラーの中心を通る軸を副軸としたとき、前記バイアス電圧の算出に使用される前記制御変数は、前記ミラーの所望の回動状態を指定する制御変数のうち、前記ミラーの主軸周りの所望の回動状態を指定する制御変数であることを特徴とするMEMSミラー装置。 - 請求項5記載のMEMSミラー装置において、
前記バイアス電圧をVbias、前記ミラーの主軸周りの所望の回動状態を指定する制御変数を主軸電圧Vx、所定の閾値電圧をVxth、所定の比例係数をkminus,kplus、Vx=Vxthのときの所定のバイアス電圧をVcとしたとき、
前記バイアス電圧算出手段は、Vx<Vxthの場合、Vbias=kminus・(Vx−Vxth)+Vcにより前記バイアス電圧Vbiasを算出し、Vx≧Vxthの場合、Vbias=kplus・(Vx−Vxth)+Vcにより前記バイアス電圧Vbiasを算出することを特徴とするMEMSミラー装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012035934A JP5457481B2 (ja) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Memsミラー装置の制御方法およびmemsミラー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012035934A JP5457481B2 (ja) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Memsミラー装置の制御方法およびmemsミラー装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013171219A JP2013171219A (ja) | 2013-09-02 |
JP5457481B2 true JP5457481B2 (ja) | 2014-04-02 |
Family
ID=49265160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012035934A Active JP5457481B2 (ja) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Memsミラー装置の制御方法およびmemsミラー装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5457481B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10371939B2 (en) | 2017-12-08 | 2019-08-06 | Texas Instruments Incorporated | Apparatus providing over-travel protection for actuators |
US10831018B2 (en) | 2017-12-08 | 2020-11-10 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus for increasing efficiency and optical bandwidth of a microelectromechanical system piston-mode spatial light modulator |
DE102018207783B4 (de) * | 2018-05-17 | 2022-11-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | MEMS-Array aus MEMS mit jeweils einem beweglichen Strukturelement |
US11256083B2 (en) | 2018-12-27 | 2022-02-22 | Texas Instruments Incorporated | MEMS electrostatic actuator with linearized displacements |
CN114200590B (zh) * | 2021-12-09 | 2023-06-27 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种二维MEMS光开关Hitless切换控制方法和装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006073111A1 (ja) * | 2005-01-05 | 2006-07-13 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | ミラー装置、ミラーアレイ、光スイッチ、ミラー装置の製造方法及びミラー基板の製造方法 |
JP4392010B2 (ja) * | 2006-08-18 | 2009-12-24 | 日本電信電話株式会社 | ミラー制御装置およびミラー制御方法 |
JP4464374B2 (ja) * | 2006-08-18 | 2010-05-19 | 日本電信電話株式会社 | マイクロミラー装置および光スイッチ |
JP2009229916A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | マイクロミラー素子およびマイクロミラーアレイ |
JP5086221B2 (ja) * | 2008-10-16 | 2012-11-28 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチおよび光スイッチの制御方法 |
JP5243317B2 (ja) * | 2009-03-18 | 2013-07-24 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチおよび光スイッチの制御方法 |
-
2012
- 2012-02-22 JP JP2012035934A patent/JP5457481B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013171219A (ja) | 2013-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chu et al. | MEMS: The path to large optical crossconnects | |
US10705295B2 (en) | Optical switch and optical switching system | |
JP5457481B2 (ja) | Memsミラー装置の制御方法およびmemsミラー装置 | |
US6577793B2 (en) | Optical switch | |
US6747806B2 (en) | Method for controlling light beam using adaptive micro-lens | |
US10061085B2 (en) | Silicon-photonics-based optical switch | |
Mellette et al. | Scaling limits of MEMS beam-steering switches for data center networks | |
US10509175B2 (en) | Optical switch and optical switching system | |
EP3396426B1 (en) | Interdigitating vertical dampers for mems-based actuators | |
US7403322B2 (en) | MEMS-based alignment of optical components | |
JP2012113086A (ja) | 波長選択スイッチとその制御方法 | |
JP5086221B2 (ja) | 光スイッチおよび光スイッチの制御方法 | |
JP4719193B2 (ja) | 光スイッチ | |
US20200249468A1 (en) | Micromirror structure and micromirror array chip | |
JP5485973B2 (ja) | Memsミラー装置の制御方法およびmemsミラー装置 | |
CN103033885A (zh) | 直梁屈曲静电式微机械光开关 | |
Henriksson et al. | Digital silicon photonic MEMS phase-shifter | |
KR20040103977A (ko) | 마이크로 압전 액추에이터 및 그 제조 방법 | |
Ollier et al. | Micro-opto-electro-mechanical systems: recent developments and LETI's activities | |
Chu et al. | MOEMS: enabling technologies for large optical cross-connects | |
WO2019084710A1 (zh) | 一种多级mems光开关单元和光交叉装置 | |
JP4047612B2 (ja) | 光スイッチ | |
JP5274748B2 (ja) | 中空コアのマルチモード干渉光学装置 | |
Berg | MULTI-PORT SOLUTION FOR EFFICIENT, LOW-COST OPTICAL SWITCHES | |
JP5411101B2 (ja) | 光スイッチ、ミラー装置および制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140109 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5457481 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |