JP3828501B2 - Optical switch device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回動するミラーにより信号光の経路を変更する光スイッチ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
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において必須となる波長分割多重技術(WDM)には、光スイッチ装置が必要不可欠な要素部品となる。この種の光スイッチ装置には、光導波路型やMEMS(Micro Electro Mechanical System)型などがあるが、中でも、可動する微細な反射面を有するMEMS型の光スイッチ装置が有望視されている(非特許文献1参照)。
【0003】
このMEMS型の光スイッチ装置は、固定構造体と可動ミラーを有する反射構造体とから構成されている。例えば図11に示すように、光スイッチ装置は、基板1101及び電極1102,1103,1104,1105からなる固定構造体と、支持部材1106に支持された枠1107及び回動する可動枠1108,ミラー1109からなる反射構造体とを備えている。また、可動枠1108,ミラー1109は、図11(b)の平面図に示すように、連結部1121,1122により回動可能に連結され、ミラー1109の2軸動作を可能としている。連結部1121,1122は、例えば、トーションバースプリングなど、ねじりを受けて弾性変形する棒状や板状のばね部材である。
【0004】
この光スイッチ装置において、ミラー1109をグランド(接地)電位に固定し、例えば、電極1102,1104に電圧を印加すると、ミラー1109と電極1102,1104との間に静電力が生じる。この静電力によって、ミラー1109には回転モーメントが発生し、連結部1122を通る回動軸を中心として回動する。このとき、連結部1122は、ミラー1109の回動動作によりねじれを生じ、連結部1122には、ミラー1109の回動角度に応じた上記静電力と逆方向の回転モーメントが発生する。
【0005】
上述した静電力による回転モーメントと連結部1122のねじれによる回転モーメントとが釣り合うと、ミラー1109は回動動作を停止して静止する。この状態より、電極1102,1104に加えている電圧を増加すると、静電力による回転モーメントも増加し、ミラー1109はさらに傾き、ねじれによる回転モーメントと静電力による回転モーメントとが釣り合う新たな角度で、ミラー1109は回動動作を停止して静止する。
【0006】
これらのミラー動作について、図12を用いてより詳細に説明する。図12は、縦軸に回転モーメント(M)を示し、横軸にミラー1109の回動角度(θ)を示したグラフであり、電極1102,1104に加える電圧をV1からV6まで変化させたときのミラー1109の傾きと回転モーメントとの関係を示している。
静電力は、電圧の2乗に比例するため、電圧が高くなると回転モーメントは増大する。さらに、静電力は、距離の2乗に反比例するため、ミラー1109の傾きが大きくなって距離が近づくと、回転モーメントはさらに増大する。
【0007】
これらに対し、連結部1122における逆方向の回転モーメントは、ねじれの角度に比例する。比例定数をk(バネ定数)とすると、逆方向の回転モーメントと角度との関係は、図12に示すグラフの原点を通る傾きkの直線で示すことができる。図12には、2種類のバネ定数k1,k2(k1<k2)の直線を示している。なお、バネ定数は、1つの連結部の値である。
【0008】
一般に、このようなMEMS素子では、ミラー1109はより低電圧でより大きな回動角が得られるようにすることが望ましい。従って、ここでは、連結部1122のバネ定数がk1である場合について考察する。M=2k1θの直線は、V≦V3では静電力による回転モーメントを示す曲線との交点が存在する。これらの交点では、静電力による回転モーメントとねじれによる逆方向の回転モーメントとが釣り合い、交点のX座標で示される回動角度でミラー1109が静止することを示している。
【0009】
しかしながら、V=V4の曲線は、いずれの回動角度においても常に直線M=2k1θの上方にある。これは、いずれの移動角度においても、静電力による回転モーメントが連結部1122のねじれによる逆方向の回転モーメントよりも大きいことを示している。この場合、ミラー1109の一端は、静電力によって電極1102,1104の方向に引き寄せられて接触する(プルイン)。V=V4では、電極に接触してしまうバネ定数の連結部1122の場合、電極1102,1104に印加されている電圧がV3より大きくV4より小さい範囲における特定電圧Vの時の静電力の回転モーメントによって、接触しない範囲での最も大きい回動角が得られる。
【0010】
連結部1122のバネ定数を小さくすると、上述したように、低い電圧であっても静電力による回転モーメントが、連結部1122のねじれによる逆方向の回転モーメントを常に上回る状態となる。このような状態では、ミラー1109の回動角度を、電極1102,1103,1104,1105に印加する電圧の大きさにより制御することが困難となる。
【0011】
一方、連結部1122のバネ定数を大きくすれば、静電力による回転モーメントが、ねじれによる逆方向の回転モーメントを常に上回る状態を避けることが可能となる。例えば、連結部1122のバネ定数を、k2(k1<k2)とすると、連結部1122による直線は、M=2k2θとなり、M=2k11θより傾きの大きな直線となる。この場合、V=V6まで、静電力による回転モーメントを示す曲線との交点が存在し、電極に印加する電圧がV6までであれば、ミラー1109が、いずれの電極にも接触することなく、ある回動角で静止させることが可能となる。
【0012】
しかしながら、このようにバネ定数を大きくすると、同じ電圧を印加したときにおける回動角は、バネ定数をk1としたときより小さくなり、高い電圧V6を印加したときの回動角が、バネ定数をk1として電圧V3を印加したときの回動角よりあまり大きくならない。
【0013】
【非特許文献1】
Tae-Sik Kim,Sang-Shin Lee,Youngjoo Yee,Jong UK Bu,Hyun-Ho Oh,Chil-Geun Park,and Man-Hyo Ha "ELECTROSTATIC MICROMIRROR WITH BUILT-IN LARGE Air-GAP FOR WIDE RANGE OF ROTATIONAL ACTUATION",International Conference Optical MEMS 2001,IEEE/LEOS,p99,100(2001)
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来の光スイッチ装置では、連結部のバネ定数を小さくすると、低い電圧でミラーを回動させることが可能となるが、あまり大きくない電圧でもミラーの端部が電極に接触しやすい状態となる。このため、ミラーの端部が電極に近づいた状態では、ミラーの回動角度を細かく制御することが非常に困難である。従って、ミラーは大きく回動するが、ミラーの可動角度を大きくした状態で静止させることが困難である。
【0015】
一方、連結部のバネ定数を大きくすると、ミラーの端部が電極に近づいた状態でも、小さな電圧の増加では、ミラーの端部と電極とが接触するまで回動する状態となりにくい。しかしながら、連結部のバネ定数を大きくすると、ミラーの回動角度が大きくできない。
【0016】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電極などの基板の上に固定されている部材に接触しない範囲で、ミラーをより大きな回動角度で静止できるようにすることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光スイッチ装置は、支持部材を介して基板の上に離間して支持された枠部材と、この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、この第1可動枠の開口領域内で第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対の第2連結部材を介して第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、この第2可動枠の開口領域内で第2回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、第1回動軸の上で第2可動枠の可動範囲の下にあたる基板の上に設けられた第2可動枠の基板の方向への回動範囲を制限するストッパーとを少なくとも備え、ミラーの回動により反射部を変位させて光スイッチ動作を行うものである。
この光スイッチ装置によれば、第2可動枠の回動がストッパーにより制限されるまでは、ミラーは第2連結部材とミラー連結部材の両方がねじれることで回動し、第2可動枠の回動がストッパーにより停止されると、ミラーはミラー連結部材がねじれることで回動する。
【0018】
上記光スイッチ装置において、ストッパーは、第1回動軸上の2カ所に各々設ければ、可動枠の回動軸を中心とした両方向の回動動作が、各々のストッパーにより制限される。
また、上記光スイッチ装置において、第2連結部材及びミラー連結部材は、各々第2可動枠及びミラーの回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、ミラー連結部材のねじれによるバネ定数を、第2連結部材のねじれによるバネ定数より大きい状態とすればよい。
【0019】
本発明に係る他の光スイッチ装置は、支持部材を介して基板の上に離間して支持された枠部材と、この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、この第1可動枠の開口領域内で第1回動軸を通る一対の第2連結部材を介して第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、この第2可動枠の開口領域内で第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、第2回動軸の上で第1可動枠の可動範囲の下にあたる基板の上に設けられた第1可動枠の基板の方向への回動範囲を制限するストッパーとを少なくとも備え、ミラーの回動により反射部を変位させて光スイッチ動作を行うものである。
この光スイッチ装置によれば、第1回動軸を中心としたミラーの回動において、第1可動枠の回動がストッパーにより制限されるまでは、ミラーは第1連結部材と第2連結部材の両方がねじれることで回動し、第1可動枠の回動がストッパーにより停止されると、ミラーは第2連結部材がねじれることで回動する。
【0020】
上記光スイッチ装置において、ストッパーを、第2回動軸の上の2カ所に各々設ければ、第1可動枠の第1回動軸を中心とした両方向の回動動作が、各々のストッパーにより制限される。
上記光スイッチ装置において、第1連結部材及び第2連結部材は、各々第1可動枠及び第2可動枠の回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、第2連結部材のねじれによるバネ定数を、第1連結部材のねじれによるバネ定数より大きい状態としても良い。
【0021】
本発明に係る他の光スイッチ装置は、支持部材を介して基板の上に離間して支持された枠部材と、この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、この第1可動枠の開口領域内で第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対の第2連結部材を介して回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、この第2回動枠の開口領域内で前記第2回動軸を通る一対の第3連結部材を介して前記第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第3可動枠と、この第3可動枠の開口領域内で回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、第1回動軸の上で第1可動枠の可動範囲の下にあたる基板の上に設けられた第1可動枠の基板の方向への回動範囲を制限する第1ストッパーと、第1回動軸の上で第2可動枠の可動範囲の下にあたる基板の上に設けられた第2可動枠の基板の方向への回動範囲を制限する第1ストッパーより低い第2ストッパーとを少なくとも備え、ミラーの回動により反射部を変位させて光スイッチ動作を行うものである。
【0022】
上記光スイッチ装置において、第1ストッパーは、第1回動軸の上の2カ所に各々設けるようにすればよく、第2ストッパーも、第1回動軸の上の2カ所に各々設けるようにすればよい。また、第1ストッパーと第2ストッパーを、一体に形成しても良く、一体に形成された第1ストッパー及び第2ストッパーを、第1回動軸の上に2カ所に各々設けるようにしてもよい。
また、上記光スイッチ装置において、第1連結部材,第2連結部材,及びミラー連結部は、各々第1可動枠,第2可動枠,及びミラーの回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、第2連結部材のねじれによるバネ定数を、第1連結部材のねじれによるバネ定数より大きく、ミラー連結部材のねじれによるバネ定数を、第2連結部材のねじれによるバネ定数より大きいものとしてもよい。
【0023】
本発明に係る他の光スイッチ装置は、支持部材を介して基板の上に離間して支持された枠部材と、この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、この第1可動枠の開口領域内で第1回動軸を通る一対の第2連結部材を介して第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、この第2可動枠の開口領域内で第1回動軸を通る一対の第3連結部材を介して第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第3可動枠と、この第3可動枠の開口領域内で第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、第2回動軸の上で第1可動枠の可動範囲の下にあたる基板の上に設けられた第1可動枠の基板の方向への回動範囲を制限する第1ストッパーと、第2回動軸の上で第2可動枠の可動範囲の下にあたる基板の上に設けられた第2可動枠の基板の方向への回動範囲を制限する第1ストッパーより低い第2ストッパーとを少なくとも備え、ミラーの回動により反射部を変位させて光スイッチ動作を行うものである。
【0024】
上記光スイッチ装置において、第1ストッパーは、第2回動軸の上の2カ所に各々設けられていればよく、第2ストッパーも、第2回動軸の上の2カ所に各々設けられていればよい。また、第1ストッパーと第2ストッパーは、一体に形成されていてもよく、一体に形成された第1ストッパー及び第2ストッパーが、第2回動軸の上の2カ所に各々設けられていればよい。
【0025】
上記光スイッチ装置において、第1連結部材,第2連結部材,及び第3連結部は、各々第1可動枠,第2可動枠,及び第3可動枠の回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、第2連結部材のねじれによるバネ定数は、第1連結部材のねじれによるバネ定数より大きく、第3連結部材のねじれによるバネ定数は、第2連結部材のねじれによるバネ定数より大きいものであってもよい。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
[実施の形態1]
はじめに、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な平面図(a),断面図(b),(c)である。図1では、主に光スイッチ装置の1構成単位である一つのミラーを備えたスイッチ素子を部分的に示している。
【0027】
図1に示す光スイッチ装置の構成について説明すると、まず、例えば単結晶シリコンなどの半導体からなる基板101の素子領域上に、制御電極102,103,104,105が形成されている。制御電極102,103,104,105は、各々がほぼ円板を4等分した形状である。
【0028】
また、基板101の素子領域上には、支持部材106が形成されている。素子領域においては、ほぼ中央に、制御電極102,103,104,105が形成され、これらを囲うように、支持部材106は形成されている。支持部材106は、例えば、平面視格子状に形成され、この一つのマスが一つの素子領域に対応している。
【0029】
一方、支持部材106に支持されて、枠部107が形成されている。枠部107は、制御電極102,103,104,105の上の領域に開口部を備え、この開口部の内側に、リング状の可動枠108,109,110,及び円形のミラー111を備えている。
【0030】
可動枠108は、上記開口部の中心を通る直線(回動軸)上に配置された一対の連結部121により、枠部107に張着しかつ軸着している。連結部121は、例えば、トーションバースプリングなど、ねじりを受けて弾性変形する棒状や板状のばね部材である。
可動枠109は、連結部121の内側で上記回動軸上に配置された一対の連結部122により、可動枠108に張着しかつ軸着している。連結部122も、トーションバースプリングなど、ねじりを受けて弾性変形する棒状や板状のばね部材である。
【0031】
可動枠108は、連結部121を通る回動軸を中心に回動可能とされ、可動枠109は、連結部122を通る回動軸を中心に回動可能とされている。また、連結部121及び連結部122は、同じ回動軸上に配置されており、可動枠108及び可動枠109は、同じ回動軸を中心に回動する。
【0032】
また、可動枠110は、連結部121,122を通る回動軸に直交する回動軸上に配置された一対の連結部123により、可動枠109に張着しかつ軸着している。連結部123も、トーションバースプリングなど、ねじりを受けて弾性変形する棒状や板状のばね部材である。
ミラー111は、この可動枠110の内側に配置され、連結部123を通る回動軸上に配置された一対のミラー連結部124により、可動枠110に張着しかつ軸着している。
【0033】
可動枠110は、連結部123を通る回動軸を中心に回動可能とされ、ミラー111は、ミラー連結部124を通る回動軸を中心に回動可能とされている。また、連結部123及びミラー連結部124は、同じ回動軸上に配置されており、可動枠110及びミラー111は、同じ回動軸を中心に回動する。
【0034】
なお、図示していないが、制御電極102,103,104,105及び支持部材106は、基板101の表面に形成されている層間絶縁膜の上に形成されている。層間絶縁膜の下の基板101には、複数の素子から構成された集積回路(図示せず)が形成されている。この集積回路の一部として、制御回路(図示せず)が構成されている。この制御回路は、例えば、選択したいずれかの制御電極とミラー111との間に所定の電位差を生じさせる。このことにより、選択された制御電極とミラー111とに電荷が誘導されて静電力が作用し、ミラー111が回動する。
【0035】
本実施の形態では、以上に示した可動枠108,109,110及びミラー111を備えた可動構造体の下にあたる基板101の上に、一対のストッパー131及び一対のストッパー132を設けた。ストッパー131,132は、枠部107と制御電極102,103,104,105との間の素子領域に設けられている。また、ストッパー131,132は、制御電極102,103,104,105の形成面より上記可動構造体の方向に伸びる、棒状の部材である。
【0036】
ストッパー131は、連結部123,ミラー連結部124を通る回動軸の下に配置され、かつ、可動枠108の下に配置されている。また、ストッパー132は、連結部121,122を通る回動軸の下に配置され、かつ、可動枠110の下に配置されている。
従って、可動枠108の可動範囲は、ストッパー131により制限され、可動枠110の可動範囲は、ストッパー132により制限される。なお、例えば、ストッパー131は、可動枠108の回動範囲を制限するものであり、必ずしも、連結部123,ミラー連結部124を通る回動軸の下に配置されている必要はない。これは、ストッパー132についても同様である。
【0037】
つぎに、本実施の形態における光スイッチ装置の動作例について説明する。例えば、ミラー111をグランド(接地)電位に固定し、制御電極102,104に電圧を印加すると、ミラー111と制御電極102,104との間に静電力が生じる。
ここで、互いに平行に配置された2つの電極間に働く静電力Fは、2つの電極間に印加される電圧をV、電極間の距離をd、電極の面積をSとすると、以下の(1)式により示される。
F=ε0×V2×S/d2・・・(1)
【0038】
従って、ミラー111や可動枠などが水平状態で制御電極102,104に電圧Vを印加したとき、ミラー111と制御電極102,104との距離をdとすると、ミラー111の中心からxだけ離れたところの面積dSの微小部分が受ける力は、以下の(2)式により示される。なお、(2)式では、面積dSの微小部分は、各制御電極と平行と見なしている。また、ここでは、ミラー111の回動軸をY軸とし、上記xだけ離れたところは、図1の紙面において左側の方向にある箇所である。
【0039】
F=ε0×V2dS(d・x×tanθ)2・・・(2)
【0040】
従って、上記面積dSの微小部分によるY軸周りの回転モーメントMは、以下の(3)式により示される。
M=x×ε0×V2ds/(d・x×tanθ)2・・・(3)
【0041】
従って、制御電極102,104に所定の電圧Vを印加したときの静電力による回転モーメントは、(3)式を該当する制御電極の面積について積分した以下の(4)式により示される。
【0042】
【数1】
【0043】
つぎに、連結部のねじれにより発生する回転モーメント(逆方向の回転モーメント)について説明する。以下では、一対の連結部123のねじれ方向のバネ定数をky1とし、一対のミラー連結部124のねじれ方向のバネ定数をky2とする。
まず、図2(a)に示すように、可動枠110がストッパー132の上端に接触するまでの間について説明する。ミラー111の回動角度をθとすると、このθは、ミラー111と可動枠110のなす角度θ1と、可動枠110と可動枠109(枠部107による平面)とのなす角度θ2との和となる。なお、図2では、連結部123及びミラー連結部124は示していない。
【0044】
ここで、静電力により発生する回転モーメントM(θ)と、連結部123,ミラー連結部124のねじれにより発生する逆方向の回転モーメントとの間には、以下の(5)式,(6)式に示す関係が成り立つ。
M(θ)=2×ky1×θ1・・・(5)
M(θ)=2×ky2×θ2・・・(6)
なお、「θ=θ1+θ2・・・(7)」である。また、バネ定数は、1つの連結部の値である。
【0045】
このように、一対の連結部123及び一対のミラー連結部124には、各々同じ力が加わるため、ねじれ角度θ1及びθ2には、以下の(8)式に示す関係が成立する。
θ1:θ2=ky2:ky1・・・(8)
【0046】
ここで、可動枠110の枠体の半径をr1とし、ミラー111が枠部107による平面と水平の場合の枠部110とストッパー132の上端との距離をd1とする。このとき、可動枠110がストッパー132に接したときの可動枠110の回動角度は、tan-1(d1/r1)であり、この回動角度までは、ミラー111とともに可動枠110も回動する。可動枠110がストッパー132に接したときのミラー111の回動角度θは、「θ=(ky1+ky2)/ky2×tan-1(d1/r1)」となる。従って、θ<(ky1+ky2)/ky2×tan-1(d1/r1)の領域では、ミラー111とともに可動枠110も回動する。
【0047】
ミラー111の回動角度θが「θ≧(ky1+ky2)/ky2×tan-1(d1/r1)」の範囲では、可動枠110はストッパー132に接触してこれ以上回動しない。さらに、制御電極102,104に印加する電圧を大きくすると、ミラー111のみが回動しはじめる。この状態では、ミラー連結部124におけるねじれによる回転モーメントだけが発生し、静電力により発生する回転モーメントM(θ)と、ミラー連結部124のねじれにより発生する逆方向の回転モーメントとの間には、以下の(9)式に示す関係が成り立つ。
M(θ)=2×ky2×(θ−tan-1(d1/r1))・・・(9)
【0048】
図3は、制御電極に印加する制御電圧(V1<V2<V3<V4<V5<V6)による静電力によってミラー111に生じる回転モーメントM及び連結部123,ミラー連結部124のねじれにより発する回転モーメントと、ミラー111の回動角度との関係を、直線(実線)で示した特性図である。図3において、各制御電圧(V1<V2<V3<V4<V5<V6)における静電力によって生じる回転モーメントは、曲線で示している。
【0049】
なお、点線(直線)の一方は、バネ定数k1の連結部123のねじれにより発する回転モーメントと回動角度との関係「M=2×ky1θ」を示している。また、点線(直線)の他方は、バネ定数k2のミラー連結部124のねじれにより発する回転モーメントと回動角度との関係「M=2×ky2θ」を示している。ここでは、ky1<ky2の場合を示しており、バネ定数の大きいミラー連結部124のねじれによる回転モーメントと回動角度との関係を示す点線の方が、傾きが大きい。
【0050】
図3に示すように、「θ<(ky1+ky2)/ky2×tan-1(d1/r1)」の領域、すなわち、可動枠110がストッパー132に接していない状態では、ミラー111とともに可動枠110も回動する。この状態で、ミラー111と可動枠109とを連結する仮想的な連結部を考えると、仮想的な連結部における等価的なバネ定数kyは、以下の(10)式により示される。
ky=2×ky1×ky2/(ky1+ky2)・・・(10)
【0051】
このように、連結部123とミラー連結部124とを合わせた仮想的な連結部のバネ定数は、一対の連結部123及び一対のミラー連結部124のいずれか一方だけの場合に比較して小さくなる。このため、図3に示すように、可動枠110がストッパー132に接していない状態では、実線で示すように、「M=2×ky1θ」で示される点線(直線)よりも傾きが小さい。
【0052】
このとき、例えば、V=V2における回動角度θは、V=V2における静電力による回転モーメントを示す曲線と「M=2×kyθ」で示される直線との交点となる。この交点は、V=V2における静電力による回転モーメントを示す曲線と「M=2×ky1θ」との交点よりも右方向となり、同じ制御電圧V2において、より大きな回動角度が得られていることを示している。
【0053】
一方、「θ≧(ky1+ky2)/ky2×tan-1(d1/r1)」の領域、すなわち、可動枠110がストッパー132に接し、ミラー111のみが回動する状態では、ミラー111の回動に作用する連結部は、ミラー連結部124だけとなる。この場合、ミラー連結部124により発生する回転モーメントMは、「M=2×ky2×(θ−tan-1(d1/r1))」と示すことができる。この式で示される直線は、「M=2×ky2」で示される直線と傾きが等しく、「M=−2×ky2×tan-1(d1/r1)」を通る直線となる。
【0054】
この状態では、図3に示すように、V=V4における静電力による回転モーメントを示す曲線との交点が存在し、この交点で示される状態で2つのモーメントが釣り合い、ミラー111が静止する。さらに、V=V5における静電力による回転モーメントを示す曲線との交点も存在し、より高い制御電圧を印加しても、2つのモーメントが釣り合う状態が得られ、ミラー111を制御電極に接触させることなく静止させることが可能となる。
【0055】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、可動枠110がストッパー132に接触するまでは、一対の連結部123や一対のミラー連結部124が単独の場合よりも小さいバネ定数が実現され、より小さい静電力でより大きな回動角度が得られる。また、可動枠110がストッパー132に接触した以降は、ミラー連結部124のバネ定数となり、この状態までのバネ定数より大きくなる。このため、有る程度大きな制御電圧を印加しても、ミラー111を制御電極に接触させることなく静止させることが可能となり、従来より大きな回動角度を得られるようになる。
【0056】
ところで、上述した実施の形態では、連結部123及びミラー連結部124を通る回動軸を中心としたミラー111の回動について説明したが、連結部121,122を通る回動軸を中心としたミラー111の回動についても同様である。この場合、例えば、制御電極104,105に制御電圧を印加し、ミラー111がX軸を回動軸として回動するものとして考えればよい。例えば、一対の連結部122におけるバネ定数kx2を一対の連結部123におけるバネ定数ky2に対応させ、一対の連結部121におけるバネ定数kx1を一対のミラー連結部124におけるバネ定数ky1に対応させればよい。
【0057】
また、上記実施の形態では、バネ定数をky1<ky2としたが、これに限るものではなく、例えば、ky1=ky2としてもよい。ky1=ky2としても、可動枠110がストッパー132に接触するまでの合成した仮想的なバネ定数kyは、ky1,ky2のどちらよりも小さくなり、可動枠110がストッパー132に接触した後で、ミラー111に作用するバネ定数を大きくすることができる。
【0058】
なお、上述では、連結部を平面視矩形の板部材から構成したが、これに限るものではない。例えば、ジグザグの部分など、回動軸の方向とは異なる方向に延在する延在部を備え、ジグザグに形成された連結部を用いるようにしても良い。また、文献1(Tae-Sik Kim,et.AL,"ELECTROSTATIC MICROMIRROR WITH BUILT-IN LARGE AIR-GAP FOR WIDE RANGE OF ROTATIONAL ACTUATION",2001 International Conference on Optical MEMS,pp99-pp100)、文献2(澤田他、”Single Crystalline Mirror Actuated Electrostatically by Terraced Erectloades With High-Aspect Ration Torsion Spring",2001 International Conference on Optical MEMS,pp23-pp24)、文献3(水野他、"A 2-AXIS COMB-DRIVEN MICROMIRROR ARRAY FOR 3-D MEMS SWITCHS",2002 International Conference on Optical MEMS,pp17-18)に示されているトーションバネを用いるようにしても良い。
【0059】
[実施の形態2]
つぎに、本発明の他の実施の形態について説明する。
図4は、本実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な平面図(a),断面図(b),(c)である。図4では、主に光スイッチ装置の1構成単位である一つのミラーを備えたスイッチ素子を部分的に示している。
図4に示す光スイッチ装置の構成について説明すると、まず、例えば単結晶シリコンなどの半導体からなる基板401の素子領域上に、制御電極402,403,404,405が形成されている。制御電極402,403,404,405は、各々がほぼ円板を4等分した形状である。
【0060】
また、基板401の素子領域上には、支持部材406が形成されている。素子領域においては、ほぼ中央に、制御電極402,403,404,405が形成され、これらを囲うように、支持部材406は形成されている。支持部材406は、例えば、平面視格子状に形成され、この一つのマスが一つの素子領域に対応している。
このように形成された支持部材406に支持されて、枠部407が形成されている。枠部407は、制御電極402,403,404,405の上の領域に開口部を備え、この開口部の内側に、リング状の可動枠408,409,410,411,412及び円形のミラー413を備えている。
【0061】
可動枠408は、上記開口部の中心を通る直線(回動軸)上に配置された一対の連結部421により、枠部407に張着しかつ軸着している。なお、以降では、上記回動軸をX軸とする。可動枠409は、連結部421の内側でX軸の上に配置された一対の連結部422により、可動枠408に張着しかつ軸着している。同様に、可動枠410は、X軸の上に配置された一対の連結部423により、可動枠409に張着しかつ軸着している。
【0062】
また、可動枠411は、上記X軸に直交するY軸の上に配置された一対の連結部424により、枠部410に張着しかつ軸着している。可動枠412は、上記Y軸の上に配置された一対の連結部425により、枠部411に張着しかつ軸着している。また、ミラー413は、Y軸の上に配置された一対のミラー連結部426により、枠部412に張着しかつ軸着している。
【0063】
なお、連結部421,422,423,424,425及びミラー連結部426は、例えば、トーションバースプリングなど、ねじりを受けて弾性変形する棒状や板状のばね部材である。
従って、可動枠408,409,410は、X軸を回動軸として回動可能とされ、可動枠411,412,ミラー413は、Y軸を回動軸として回動可能とされている。
【0064】
本実施の形態では、以上に示した可動枠408,409,410,411,412及びミラー413を備えた可動構造体の下にあたる基板401の上に、一対のストッパー431,432及び一対のストッパー433,434を設けた。ストッパー431〜434は、枠部407と制御電極402,403,404,405との間の素子領域に設けられている。また、ストッパー431〜434は、制御電極402,403,404,405の形成面より上記可動構造体の方向に伸びる、棒状の部材である。
【0065】
ストッパー431は、連結部424,425,ミラー連結部426を通る回動軸(Y軸)の下に配置され、かつ、可動枠408の下に配置されている。また、ストッパー432は、連結部424,425,ミラー連結部426を通る回動軸の下に配置され、かつ、可動枠409の下に配置されている。加えて、ストッパー432は、ストッパー431より低く形成されている。
【0066】
一方、ストッパー433は、連結部421,422,423を通る回動軸(X軸)の下に配置され、かつ、可動枠411の下に配置されている。また、ストッパー434は、連結部421,422,423を通る回動軸の下に配置され、かつ可動枠412の下に配置されている。加えて、ストッパー434は、ストッパー433より低く形成されている。
なお、例えば、ストッパー431は、可動枠408の回動範囲を制限するものであり、必ずしも、連結部424,425,ミラー連結部426を通る回動軸の下に配置されている必要はない。これは、他のストッパーについても同様である。
【0067】
従って、可動枠408の可動範囲は、ストッパー431により制限され、可動枠409の可動範囲は、ストッパー432により制限され、可動枠411の可動範囲は、ストッパー433により制限され、可動枠412の可動範囲は、ストッパー433により制限される。また、ストッパー431により制限される可動枠408の可動範囲は、ストッパー432により制限される可動枠409の可動範囲より小さい。同様に、ストッパー433により制限される可動枠411の可動範囲は、ストッパー434により制限される可動枠412の可動範囲より小さい。
【0068】
つぎに、本実施の形態における光スイッチ装置の動作例について説明する。例えば、ミラー413をグランド(接地)電位に固定し、制御電極402,404に電圧を印加すると、前述した(1)を用いて説明したように、ミラー413と制御電極402,404との間に静電力が生じる。この静電力により、前述した(4)式を用いて説明したように、制御電極402,404に所定の電圧Vを印加したときの静電力による回転モーメントが、ミラー413に発生する。
【0069】
ここで、可動枠411の枠体の部分の半径をr1とし、可動枠412の枠体の部分の半径をr2とする。また、可動枠411,412,及びミラー413が、枠部407の平面に水平な状態における、ストッパー433の上部から可動枠411までの距離をd1とし、ストッパー434の上部から可動枠412までの距離をd2とする。一方、一対の連結部424のバネ定数をky1、一対の連結部425のバネ定数をky2、一対のミラー連結部426のバネ定数をky3とし、ky1<ky2<ky3であるものとする。なお、バネ定数は、1つの連結部の値である。
【0070】
以下、連結部のねじれにより発生する回転モーメントについて説明する。まず、図5(a)に示すように、可動枠411がストッパー433の上端に接触するまでの間について説明する。ここでは、連結部424,425,及びミラー連結部426を通るY軸を回動軸として回動する場合を例にする。なお、図5では、連結部424,425及びミラー連結部426は示していない。
【0071】
可動枠411がストッパー433の上端に接するまでは、ミラー413から見た等価的なバネ定数kyは、以下の(11)式により示される。
ky=2×ky1×ky2×ky3/(ky2×ky3+ky1×ky3+ky1×ky2)・・・(11)
従って、ky<ky1<ky2<ky3であり、ミラー413から見た等価的なバネ定数は小さく、制御電極402,404に印加する電圧が小さくても、ミラー413(及び可動枠411,412)を容易に回動させることができる。
【0072】
可動枠411がストッパー433の上端に接してこれ以上回動不能となった後、さらに制御電極402,404に印加する電圧を大きくすると、可動枠412とミラー413とが、さらに回動する。この場合、ミラー413から見た等価的なバネ定数ky’は、以下の(12)式により示される。
ky’=2×ky2×ky3/(ky2+ky3)・・・(12)
従って、この場合の等価的なバネ定数ky’は、ky1の値によらず、バネ定数kyより大きくなる。
【0073】
さらに印加する電圧を大きくし、図5(b)に示すように可動枠412がストッパー434の上端に接すると、可動枠412もこれ以上回動不能となる。この状態より、さらに制御電極402,404に印加する電圧を印加すると、図5(c)に示すように、ミラー413だけが回動する。この場合のミラー413から見た等価的なバネ定数は、ky3であり、前述した等価的なバネ定数ky,ky’より大きくなる。従って、この状態より大きくミラー413を回動させるためには、より大きな電圧を制御電極402,404に印加する必要がある。
【0074】
上述した可動枠411,412,及びミラー413の回動について、図6を用いて説明する。図6は、制御電極に印加する制御電圧(V1<V2<V3<V4<V5<V6)による静電力によってミラー413に生じる回転モーメントM及び連結部424.425,ミラー連結部426のねじれにより発する回転モーメントと、ミラー413の回動角度との関係を、直線(実線)で示した特性図である。図6において、各制御電圧(V1<V2<V3<V4<V5<V6)における静電力によって生じる回転モーメントは、曲線で示している。
【0075】
なお、点線(直線)の1つは、バネ定数ky1の連結部424のねじれにより発する回転モーメントと回動角度との関係「M=2×ky1θ」を示している。また、他の点線(直線)の1つは、バネ定数ky2の連結部425のねじれにより発する回転モーメントと回動角度との関係「M=2×ky2θ」を示している。また、残りの点線(直線)は、バネ定数ky3のミラー連結部426のねじれにより発する回転モーメントと回動角度との関係「M=2×ky3θ」を示している。ここでは、ky1<ky2<ky3の場合を示しており、バネ定数の大きいミラー連結部426のねじれによる回転モーメントと回動角度との関係を示す点線の傾きが、最も大きい。
【0076】
図6において、可動枠411の傾きが「tan-1(d1/r1)」となるとき、すなわち、可動枠411がストッパー433に接触するときのミラー413の傾きをθ1とすると、これは、以下の(13)式で示される。
θ1=tan-1(d1/r1)+ky1/ky2×tan-1(d1/r1)+ky1/ky3×tan-1(d1/r1)・・・(13)
【0077】
0≦θ≦θ1の範囲では、ミラー413から見た等価的なバネ定数kyは、「ky=2×ky1×ky2×ky3/(ky2×ky3+ky1×ky3+ky1×ky2)」であるので、いずれの点線よりも小さな傾きの直線となる。従って、例えば、連結部424,425,またミラー連結部426のいずれかを単独で用いた場合に比較しても、制御電極402,404に印加する制御電圧をより小さくして、より大きな回動角度が得られる。
【0078】
また、可動枠412の傾きが「tan-1(d2/r2)」となるとき、すなわち、可動枠412がストッパー434に接触するときのミラー413の傾きをθ2とすると、これは、以下の(14)式で示される。
θ2=tan-1(d2/r2)+ky2/ky3×{tan-1(d2/r2)−tan-1(d1/r1)}・・・(14)
【0079】
θ1≦θ≦θ2の範囲では、ミラー413から見た等価的なバネ定数kyは、「ky=2×ky2×ky3/(ky2+ky3)」であるので、M=2×ky2θの点線よりも小さな傾きの直線となる。また、θ1≦θ≦θ2の範囲で、静電力によるモーメントを示すいずれかの曲線と交点をもつので、制御電極402,404に印加する制御電圧によって、制御電極402,404に接触しない範囲で、ミラー413を静止状態とする制御が可能となる。
【0080】
さらに、θ2<θの範囲では、可動枠411及び可動枠412は固定されており、ミラー413のみが回動する状態となる。このときのミラー413から見たバネ定数は、2×ky3であり、θ2<θの範囲の実線は、M2×ky3θの点線の傾きと等しくなる。θ2<θの範囲の実線は、図6に示すように、V=V4の曲線と交点があり、この状態においても、制御電極402,404に印加する制御電圧によって、制御電極402,404に接触しない範囲で、ミラー413を静止状態とする制御が可能となる。図6に示す状態では、ミラー413を静止状態にできる最大の回動角度θは、θ2より大きく、3つの点線と6つの曲線とのいずれの交点より、大きい値となっている。
【0081】
なお、図4では、例えば、一対のストッパー434とこれより高い一対のストッパー433とを、各々備えるようにしたが、これに限るものではない。
例えば、図7に示すように、ミラー413の中心部に近いほど、基板401からの高さがなだらかに低くなっている一対のストッパー732により、図4に示すストッパー433とストッパー434とを組み合わせた効果を得るようにしても良い。ストッパー732の高い部分は、可動枠411の下部に配置し、ストッパー732の低い部分は、可動枠412の下部に配置する。
【0082】
また、図8に示すように、ミラー413の中心部に近い方に、基板401からの高さが低い部分を備えた一対のストッパー832により、図4に示すストッパー433とストッパー434とを組み合わせた効果を得るようにしても良い。ストッパー832の高い部分は、可動枠411の下部に配置し、ストッパー832の低い部分は、可動枠412の下部に配置する。
【0083】
ところで、図9に示すように、ミラー111に近づくほどミラー111の中央部に向かって細くなるように積層された複数の構造体からなる制御電極904,905を、ミラー111の下部に配置するようにしても良い。制御電極904,905は、図1に示す制御電極104,105に対応している。図1に示す制御電極102,103も、同様の構成としても良い。
【0084】
また、図10に示すように、ミラー111の下にあたる領域内でかつ制御電極904,905の外側の領域に、センサ電極954,955を設けるようにしても良い。図10に示す光スイッチ装置は、基板101に、各制御電極の駆動電圧を制御する制御回路1001と、センサ電極954,955に接続するセンサ回路1002,1003を備える。本光スイッチ装置は、ミラー111が所定の角度に回動した状態を、センサ電極954,955及びセンサ回路1002,1003により検出するようにしたものである。
【0085】
これらの構成により検出したミラー111の回動角度の情報を、制御回路1001に帰還させることで、ミラー111の回動角度をより高い精度で制御できる。例えば、センサ電極954とこの上部のミラー111の部分との間の距離に応じた信号をセンサ回路1002より制御回路1001に対して出力すればよい。なお、センサ電極954,955は、連結部121,122が配置されている回動軸の下に配置すればよい。また、図示していないが、図1に示す連結部123,ミラー連結部124が配置されている回動軸の下に、一対のセンサ電極を設け、各々センサ回路に接続し、上述と同様にしても良い。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ミラーと同じ回動軸で回動する可動枠の可動範囲の下にあたる基板の上にストッパーを設け、可動枠の回動がストッパーにより制限されるまでは、ミラーは連結部材とミラー連結部材の両方がねじれることで回動し、可動枠の回動がストッパーにより停止されると、ミラーはミラー連結部材がねじれることで回動するようにした。
この結果、本発明によれば、ミラーの回動の状態をミラーの回動動作の途中で変化させることが可能となり、電極などの基板の上に固定されている部材に接触しない範囲で、ミラーをより大きな回動角度で静止できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な平面図(a),断面図(b),(c)である。
【図2】 図1の光スイッチ装置の動作例を示す概略的な断面図である。
【図3】 ミラーに生じる回転モーメントM及び連結部のねじれにより発する回転モーメントと、ミラーの回動角度との関係を、直線(実線)で示した特性図である。
【図4】 本発明の他の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な平面図(a),断面図(b),(c)である。
【図5】 図4の光スイッチ装置の動作例を示す概略的な断面図である。
【図6】 ミラーに生じる回転モーメントM及び連結部のねじれにより発する回転モーメントと、ミラーの回動角度との関係を、直線(実線)で示した特性図である。
【図7】 本発明の他の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な断面図である。
【図8】 本発明の他の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な断面図である。
【図9】 本発明の他の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な断面図である。
【図10】 本発明の他の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な断面図である。
【図11】 従来よりある光スイッチ装置の構成例を示す概略的な断面図(a),平面図(b)である。
【図12】 ミラーに生じる回転モーメントM及び連結部のねじれにより発する回転モーメントと、ミラーの回動角度との関係を、直線(実線)で示した特性図である。
【符号の説明】
101…基板、102,103,104,105…制御電極、106…支持部材、107…枠部、108,109,110…可動枠、111…ミラー、121,122,123…連結部、124…ミラー連結部、131,132…ストッパー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch device that changes a path of signal light by a rotating mirror.
[0002]
[Prior art]
An optical switch device is an indispensable component for wavelength division multiplexing (WDM), which is indispensable in an optical network as a base in an Internet communication network or the like. This type of optical switch device includes an optical waveguide type and a MEMS (Micro Electro Mechanical System) type. Among them, a MEMS type optical switch device having a fine movable reflecting surface is considered promising (non- Patent Document 1).
[0003]
This MEMS optical switch device includes a fixed structure and a reflective structure having a movable mirror. For example, as shown in FIG. 11, the optical switch device includes a fixed structure including a
[0004]
In this optical switch device, when the
[0005]
When the rotational moment due to the electrostatic force described above and the rotational moment due to the torsion of the connecting
[0006]
These mirror operations will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 12 is a graph showing the rotational moment (M) on the vertical axis and the rotation angle (θ) of the
Since the electrostatic force is proportional to the square of the voltage, the rotational moment increases as the voltage increases. Furthermore, since the electrostatic force is inversely proportional to the square of the distance, when the inclination of the
[0007]
On the other hand, the rotational torque in the reverse direction at the connecting
[0008]
In general, in such a MEMS element, it is desirable that the
[0009]
However, the curve of V = V4 is always a straight line M = 2k at any rotation angle. 1 It is above θ. This indicates that the rotational moment due to the electrostatic force is larger than the rotational moment in the reverse direction due to the twist of the connecting
[0010]
When the spring constant of the
[0011]
On the other hand, if the spring constant of the connecting
[0012]
However, when the spring constant is increased in this way, the rotation angle when the same voltage is applied is set to the spring constant k. 1 The rotation angle when applying a high voltage V6 is smaller than 1 As a result, the rotation angle does not become much larger than when the voltage V3 is applied.
[0013]
[Non-Patent Document 1]
Tae-Sik Kim, Sang-Shin Lee, Youngjoo Yee, Jong UK Bu, Hyun-Ho Oh, Chil-Geun Park, and Man-Hyo Ha "ELECTROSTATIC MICROMIRROR WITH BUILT-IN LARGE Air-GAP FOR WIDE RANGE OF ROTATIONAL ACTUATION" , International Conference Optical MEMS 2001, IEEE / LEOS, p99,100 (2001)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional optical switch device, if the spring constant of the connecting portion is reduced, the mirror can be rotated with a low voltage. Easy to touch. For this reason, it is very difficult to finely control the rotation angle of the mirror when the end of the mirror is close to the electrode. Therefore, although the mirror rotates greatly, it is difficult to stand still with the mirror movable angle being increased.
[0015]
On the other hand, when the spring constant of the connecting portion is increased, even when the end portion of the mirror is close to the electrode, if the voltage is increased, it is difficult to rotate until the end portion of the mirror comes into contact with the electrode. However, if the spring constant of the connecting portion is increased, the rotation angle of the mirror cannot be increased.
[0016]
The present invention has been made to solve the above-described problems, so that the mirror can be stopped at a larger rotation angle as long as it does not come into contact with a member fixed on a substrate such as an electrode. The purpose is to.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
An optical switch device according to the present invention includes a frame member that is supported on a substrate so as to be spaced apart via a support member, and a pair of openings in an opening region of the frame member. First Pass these through the connecting member First A plate-like shape that is supported so as to be pivotable about a pivot axis and has an open area. First A movable frame, Within the opening region of the first movable frame, a pair of second connecting members that pass through a second rotation shaft different from the first rotation shaft are supported and opened around the second rotation shaft. A plate-like second movable frame having a region; this Second Within the opening area of the movable frame Second Via a pair of mirror coupling members that pass through the pivot axis Second A mirror having a reflecting portion that is supported rotatably about a rotation axis and reflects light; Second on the first pivot Provided on the substrate under the movable range of the movable frame Second At least a stopper that limits the range of rotation of the movable frame in the direction of the substrate is provided, and the optical switch operation is performed by displacing the reflecting portion by the rotation of the mirror.
According to this optical switch device, Second Until the rotation of the movable frame is limited by the stopper, the mirror Second Both the connecting member and the mirror connecting member rotate by twisting, Second When the rotation of the movable frame is stopped by the stopper, the mirror is rotated by twisting the mirror connecting member.
[0018]
In the optical switch device, the stopper is Two locations on the first pivot If each is provided, the rotational movement in both directions around the rotational axis of the movable frame is limited by each stopper.
In the above optical switch device, Second The connecting member and the mirror connecting member are each Second It is a spring member that is elastically deformed by receiving a twist by the rotation of the movable frame and the mirror, and the spring constant due to the twist of the mirror connecting member, Second What is necessary is just to make it the state larger than the spring constant by the twist of a connection member.
[0019]
Another optical switch device according to the present invention passes through a frame member that is supported on a substrate while being spaced apart via a support member, and a pair of first connecting members within an opening region of the frame member. A plate-like first movable frame that is supported rotatably about the first rotation axis and has an opening area, and a pair of second connections that pass through the first rotation axis in the opening area of the first movable frame. A plate-like second movable frame that is supported so as to be rotatable about a first rotation axis through a member and has an opening area, and is different from the first rotation axis in the opening area of the second movable frame. A mirror having a reflecting portion that is supported rotatably about the second rotation axis and reflects light via a pair of mirror connecting members passing through the second rotation axis; On the second pivot And at least a stopper provided on a substrate under the movable range of the first movable frame for limiting a rotation range of the first movable frame in the direction of the substrate, and the reflecting portion is displaced by rotating the mirror. An optical switch operation is performed.
According to this optical switch device, in the rotation of the mirror about the first rotation axis, the mirror is connected to the first connection member and the second connection member until the rotation of the first movable frame is limited by the stopper. When the first movable frame is stopped by the stopper, the mirror is rotated by twisting the second connecting member.
[0020]
In the optical switch device, the stopper is Two locations on the second pivot If each is provided, the rotational movement in both directions around the first rotational axis of the first movable frame is limited by each stopper.
In the optical switch device, the first connecting member and the second connecting member are spring members that are elastically deformed by being twisted by the rotation of the first movable frame and the second movable frame, respectively. The spring constant may be larger than the spring constant due to torsion of the first connecting member.
[0021]
Another optical switch device according to the present invention passes through a frame member that is supported on a substrate so as to be spaced apart via a support member, and a pair of first connecting members within an opening region of the frame member. First A plate-shaped first movable frame that is supported rotatably about a rotation axis and has an opening area, and an opening area of the first movable frame. Second different from the first rotation axis A plate-like second movable frame that is supported so as to be rotatable about the rotation axis via a pair of second connecting members passing through the rotation axis, and has an opening region; A plate-like shape that is supported rotatably about the second rotation shaft via a pair of third connecting members passing through the second rotation shaft within the opening region of the second rotation frame and has an opening region A third movable frame of This first 3 A mirror having a reflecting portion that is supported rotatably about the rotation axis and reflects light via a pair of mirror connecting members that pass through the rotation axis within the opening region of the movable frame; On the first pivot A first stopper for limiting a rotation range of the first movable frame in the direction of the substrate provided on the substrate under the movable range of the first movable frame; On the first pivot A mirror having at least a second stopper lower than the first stopper for restricting a rotation range in the direction of the substrate of the second movable frame provided on the substrate under the movable range of the second movable frame; The optical switch operation is performed by displacing the reflection portion by the above.
[0022]
In the optical switch device, the first stopper is: First Rotating shaft Up of 2 places And the second stopper can be First Rotating shaft Up of 2 places May be provided respectively. Further, the first stopper and the second stopper may be integrally formed, and the integrally formed first stopper and second stopper are Two locations on the first pivot May be provided respectively.
In the optical switch device, the first connecting member, the second connecting member, and the mirror connecting portion are each a first movable frame, a second movable frame, and a spring member that is elastically deformed by being twisted by the rotation of the mirror. The spring constant due to torsion of the second connecting member is larger than the spring constant due to torsion of the first connecting member, and the spring constant due to torsion of the mirror connecting member is larger than the spring constant due to torsion of the second connecting member. Good.
[0023]
Another optical switch device according to the present invention passes through a frame member that is supported on a substrate while being spaced apart via a support member, and a pair of first connecting members within an opening region of the frame member. A plate-like first movable frame that is supported rotatably about the first rotation axis and has an opening area, and a pair of second connections that pass through the first rotation axis in the opening area of the first movable frame. A pair of plate-like second movable frames that are supported so as to be rotatable about the first rotation axis through the member and have an opening area, and a pair that passes through the first rotation axis in the opening area of the second movable frame. A plate-like third movable frame that is supported rotatably about the first rotation axis through the third connecting member and has an opening region, and the first rotation within the opening region of the third movable frame. Reflection that is supported rotatably about the second rotation axis and reflects light through a pair of mirror connecting members that pass through a second rotation axis that is different from the axis And a mirror having a, On the second pivot A first stopper for limiting a rotation range of the first movable frame in the direction of the substrate provided on the substrate under the movable range of the first movable frame; On the second pivot A mirror having at least a second stopper lower than the first stopper for restricting a rotation range in the direction of the substrate of the second movable frame provided on the substrate under the movable range of the second movable frame; The optical switch operation is performed by displacing the reflection portion by the above.
[0024]
In the optical switch device, the first stopper is the first stopper. 2 Rotating shaft Up of 2 places And the second stopper is also provided on the second 2 Rotating shaft Up of 2 places It suffices if each is provided. Further, the first stopper and the second stopper may be integrally formed, and the integrally formed first stopper and second stopper are the first stopper and the second stopper, respectively. 2 Rotating shaft Up of 2 places It suffices if each is provided.
[0025]
In the above optical switch device, the first connecting member, the second connecting member, and the third connecting portion are elastically deformed by being twisted by the rotation of the first movable frame, the second movable frame, and the third movable frame, respectively. The spring constant of the second connecting member is greater than the spring constant due to the torsion of the first connecting member, and the spring constant due to the torsion of the third connecting member is greater than the spring constant due to the torsion of the second connecting member. It may be a thing.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic plan view (a), cross-sectional views (b), and (c) showing a configuration example of the optical switch device according to the present embodiment. In FIG. 1, a switch element provided with one mirror, which is one constituent unit of an optical switch device, is partially shown.
[0027]
The configuration of the optical switch device shown in FIG. 1 will be described. First,
[0028]
A
[0029]
On the other hand, a
[0030]
The
The
[0031]
The
[0032]
In addition, the
The
[0033]
The
[0034]
Although not shown, the
[0035]
In the present embodiment, the pair of
[0036]
The
Therefore, the movable range of the
[0037]
Next, an operation example of the optical switch device according to the present embodiment will be described. For example, when the
Here, the electrostatic force F acting between two electrodes arranged in parallel with each other is expressed as follows, where V is the voltage applied between the two electrodes, d is the distance between the electrodes, and S is the electrode area. 1) It is shown by the formula.
F = ε 0 × V 2 × S / d 2 ... (1)
[0038]
Accordingly, when the voltage V is applied to the
[0039]
F = ε 0 × V 2 dS (d · x × tan θ) 2 ... (2)
[0040]
Accordingly, the rotational moment M about the Y axis due to the minute portion of the area dS is expressed by the following equation (3).
M = x × ε 0 × V 2 ds / (d · x × tan θ) 2 ... (3)
[0041]
Therefore, the rotational moment due to the electrostatic force when a predetermined voltage V is applied to the
[0042]
[Expression 1]
[0043]
Next, the rotational moment (rotational moment in the reverse direction) generated by the twist of the connecting portion will be described. In the following, the spring constant in the torsional direction of the pair of connecting
First, as shown in FIG. 2A, a description will be given until the
[0044]
Here, between the rotational moment M (θ) generated by the electrostatic force and the reverse rotational moment generated by the torsion of the connecting
M (θ) = 2 × k y1 × θ 1 ... (5)
M (θ) = 2 × k y2 × θ 2 ... (6)
In addition, “θ = θ 1 + Θ 2 (7) ". The spring constant is a value of one connecting portion.
[0045]
In this way, the same force is applied to the pair of connecting
θ 1 : Θ 2 = K y2 : K y1 ... (8)
[0046]
Here, the radius of the frame body of the
[0047]
The rotation angle θ of the
M (θ) = 2 × k y2 × (θ-tan -1 (D1 / r1)) (9)
[0048]
FIG. 3 shows the rotational moment M generated in the
[0049]
One of the dotted lines (straight line) is the spring constant k 1 The relationship between the rotational moment generated by the twist of the connecting
[0050]
As shown in FIG. 3, “θ <(k y1 + K y2 ) / K y2 Xtan -1 In the area of (d1 / r1) ”, that is, in a state where the
k y = 2 × k y1 × k y2 / (K y1 + K y2 ) ... (10)
[0051]
As described above, the spring constant of the virtual connecting portion including the connecting
[0052]
At this time, for example, the rotation angle θ at V = V2 is expressed by a curve indicating the rotational moment due to the electrostatic force at V = V2 and “M = 2 × k”. y This is the intersection with the straight line indicated by “θ”. This intersection point is a curve indicating the rotational moment due to the electrostatic force at V = V2 and “M = 2 × k”. y1 It indicates that the rotation angle is rightward with respect to the intersection with “θ”, and that a larger rotation angle is obtained at the same control voltage V2.
[0053]
On the other hand, “θ ≧ (k y1 + K y2 ) / K y2 Xtan -1 In the region of (d1 / r1), that is, in a state where the
[0054]
In this state, as shown in FIG. 3, there is an intersection with a curve indicating the rotational moment due to the electrostatic force at V = V4, and the two moments are balanced in the state indicated by this intersection, and the
[0055]
As described above, according to the present embodiment, until the
[0056]
By the way, in embodiment mentioned above, although rotation of the
[0057]
In the above embodiment, the spring constant is set to k. y1 <K y2 However, it is not limited to this. For example, k y1 = K y2 It is good. k y1 = K y2 However, the combined virtual spring constant k until the
[0058]
In the above description, the connecting portion is made of a plate member having a rectangular shape in plan view, but is not limited thereto. For example, an extending part that extends in a direction different from the direction of the rotation axis, such as a zigzag part, may be used, and a connecting part formed in a zigzag may be used. Reference 1 (Tae-Sik Kim, et.AL, "ELECTROSTATIC MICROMIRROR WITH BUILT-IN LARGE AIR-GAP FOR WIDE RANGE OF ROTATIONAL ACTUATION", 2001 International Conference on Optical MEMS, pp99-pp100), Reference 2 (Sawada et al. , “Single Crystalline Mirror Actuated Electrostatically by Terraced Erectloades With High-Aspect Ration Torsion Spring”, 2001 International Conference on Optical MEMS, pp23-pp24, Reference 3 (Mizuno et al., “A 2-AXIS COMB-DRIVEN MICROMIRROR ARRAY FOR 3- D MEMS SWITCHS ", 2002 International Conference on Optical MEMS, pp17-18) may be used.
[0059]
[Embodiment 2]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic plan view (a), cross-sectional views (b), and (c) showing a configuration example of the optical switch device according to the present embodiment. In FIG. 4, the switch element provided with one mirror which is mainly one structural unit of the optical switch device is partially shown.
The configuration of the optical switch device shown in FIG. 4 will be described. First,
[0060]
A
A
[0061]
The
[0062]
In addition, the
[0063]
The connecting
Therefore, the
[0064]
In this embodiment, a pair of
[0065]
The
[0066]
On the other hand, the
For example, the
[0067]
Accordingly, the movable range of the
[0068]
Next, an operation example of the optical switch device according to the present embodiment will be described. For example, when the
[0069]
Here, the radius of the frame portion of the
[0070]
Hereinafter, the rotational moment generated by the twist of the connecting portion will be described. First, as shown in FIG. 5A, a description is given of the period until the
[0071]
Until the
k y = 2 × k y1 × k y2 × k y3 / (K y2 × k y3 + K y1 × k y3 + K y1 × k y2 (11)
Therefore, k y <K y1 <K y2 <K y3 The equivalent spring constant viewed from the
[0072]
If the voltage applied to the
k y '= 2 × k y2 × k y3 / (K y2 + K y3 ) ... (12)
Therefore, the equivalent spring constant k in this case y 'Is k y1 Spring constant k regardless of the value of y Become bigger.
[0073]
When the applied voltage is further increased and the
[0074]
The above-described rotation of the
[0075]
One dotted line (straight line) is the spring constant k. y1 The relationship between the rotational moment generated by the twist of the connecting
[0076]
In FIG. 6, the inclination of the
θ 1 = Tan -1 (D1 / r1) + k y1 / K y2 Xtan -1 (D1 / r1) + k y1 / K y3 Xtan -1 (D1 / r1) (13)
[0077]
0 ≦ θ ≦ θ 1 Is equivalent to the spring constant k seen from the
[0078]
The inclination of the
θ 2 = Tan -1 (D2 / r2) + k y2 / K y3 × {tan -1 (D2 / r2) -tan -1 (D1 / r1)} (14)
[0079]
θ 1 ≦ θ ≦ θ 2 Is equivalent to the spring constant k seen from the
[0080]
Furthermore, θ 2 In the range of <θ, the
[0081]
In FIG. 4, for example, a pair of
For example, as shown in FIG. 7, the
[0082]
Further, as shown in FIG. 8, the
[0083]
By the way, as shown in FIG. 9,
[0084]
Further, as shown in FIG. 10,
[0085]
Information on the rotation angle of the
[0086]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a stopper is provided on the substrate under the movable range of the movable frame that rotates on the same rotation axis as the mirror, and until the rotation of the movable frame is limited by the stopper, The mirror is rotated by twisting both the connecting member and the mirror connecting member, and when the rotation of the movable frame is stopped by the stopper, the mirror is rotated by twisting the mirror connecting member.
As a result, according to the present invention, it is possible to change the state of rotation of the mirror in the middle of the rotation operation of the mirror, and within a range that does not contact a member fixed on the substrate such as an electrode. It is possible to obtain an excellent effect that can be stopped at a larger rotation angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view (a), cross-sectional views (b), and (c) showing a configuration example of an optical switch device according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view showing an operation example of the optical switch device of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing, in a straight line (solid line), the relationship between the rotational moment M generated in the mirror, the rotational moment generated by the twist of the connecting portion, and the rotational angle of the mirror.
FIG. 4 is a schematic plan view (a), cross-sectional views (b), and (c) showing a configuration example of an optical switch device according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic cross-sectional view showing an operation example of the optical switch device of FIG.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational moment M generated in the mirror and the rotational moment generated by the twist of the connecting portion, and the rotational angle of the mirror, as a straight line (solid line).
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an optical switch device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an optical switch device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of an optical switch device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an optical switch device according to another embodiment of the present invention.
11A and 11B are a schematic cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a configuration example of a conventional optical switch device.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational moment M generated in the mirror and the rotational moment generated by the twist of the connecting portion, and the rotational angle of the mirror, as a straight line (solid line).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、
この第1可動枠の開口領域内で前記第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対の第2連結部材を介して前記第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、
この第2可動枠の開口領域内で前記第2回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して前記第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、
前記第1回動軸の上で前記第2可動枠の可動範囲の下にあたる前記基板の上に設けられた前記第2可動枠の前記基板の方向への回動範囲を制限するストッパーと
を少なくとも備え、
前記ミラーの回動により前記反射部を変位させて光スイッチ動作を行うことを特徴とする光スイッチ装置。A frame member that is supported on the substrate while being spaced apart via a support member;
A plate-shaped first movable frame having a pivotally supported and open area about the first pivot axis through these through a pair of first connecting member in the opening region of the frame member,
The first said movable frame of the opening area from the first rotation shaft via the second connecting member a pair through a different second pivot shaft supported rotatably about the second turning axis And a plate-like second movable frame having an opening region,
Having a reflection part for reflecting the second the second through the pair of mirror coupling member through the rotation shaft is rotatably supported about the second turning axis and the light in the opening area of the movable frame Mirror,
A stopper for limiting a rotation range of the second movable frame in the direction of the substrate provided on the substrate, which is below the movable range of the second movable frame on the first rotation axis; Prepared,
An optical switch device that performs an optical switch operation by displacing the reflecting portion by rotating the mirror.
前記ストッパーは、前記第1回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 1,
The optical switch device, wherein the stoppers are respectively provided at two positions on the first rotation shaft .
前記第2連結部材及びミラー連結部材は、各々前記第2可動枠及びミラーの回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、
前記ミラー連結部材のねじれによるバネ定数は、前記第2連結部材のねじれによるバネ定数より大きい
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 1 or 2,
The second connecting member and the mirror connecting member are spring members that are elastically deformed by being twisted by the rotation of the second movable frame and the mirror, respectively.
An optical switch device, wherein a spring constant due to twisting of the mirror connecting member is larger than a spring constant due to twisting of the second connecting member.
この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、
この第1可動枠の開口領域内で前記第1回動軸を通る一対の第2連結部材を介して前記第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、
この第2可動枠の開口領域内で前記第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して前記第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、
前記第2回動軸の上で前記第1可動枠の可動範囲の下にあたる前記基板の上に設けられた前記第1可動枠の前記基板の方向への回動範囲を制限するストッパーと
を少なくとも備え、
前記ミラーの回動により前記反射部を変位させて光スイッチ動作を行うことを特徴とする光スイッチ装置。A frame member that is supported on the substrate while being spaced apart via a support member;
A plate-like first movable frame that is rotatably supported around a first rotation shaft passing through a pair of first connecting members in an opening region of the frame member and has an opening region;
A plate-like shape that is supported rotatably about the first rotation shaft via a pair of second connecting members passing through the first rotation shaft within the opening region of the first movable frame and has an opening region. A second movable frame;
The second movable frame is supported so as to be rotatable about the second rotation axis via a pair of mirror connecting members passing through a second rotation axis different from the first rotation axis within the opening region of the second movable frame; A mirror having a reflecting part for reflecting light;
A stopper for limiting a rotation range of the first movable frame in the direction of the substrate provided on the substrate, which is below the movable range of the first movable frame on the second rotation axis; Prepared,
An optical switch device that performs an optical switch operation by displacing the reflecting portion by rotating the mirror.
前記ストッパーは、前記第2回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 4, wherein
The optical switch device, wherein the stoppers are respectively provided at two positions on the second rotation shaft .
前記第1連結部材及び第2連結部材は、各々前記第1可動枠及び第2可動枠の回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、
前記第2連結部材のねじれによるバネ定数は、前記第1連結部材のねじれによるバネ定数より大きい
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 4 or 5,
The first connecting member and the second connecting member are spring members that are elastically deformed by being twisted by the rotation of the first movable frame and the second movable frame, respectively.
The optical switch device, wherein a spring constant due to the twist of the second connecting member is larger than a spring constant due to the twist of the first connecting member.
この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、
この第1可動枠の開口領域内で前記第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対の第2連結部材を介して前記第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、
この第2可動枠の開口領域内で前記第2回動軸を通る一対の第3連結部材を介して前記第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第3可動枠と、
この第3可動枠の開口領域内で前記第2回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して前記回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、
前記第1回動軸の上で前記第2可動枠の可動範囲の下にあたる前記基板の上に設けられた前記第2可動枠の前記基板の方向への回動範囲を制限する第1ストッパーと、
前記第1回動軸の上で前記第3可動枠の可動範囲の下にあたる前記基板の上に設けられた前記第3可動枠の前記基板の方向への回動範囲を制限する前記第1ストッパーより低い第2ストッパーと
を少なくとも備え、
前記ミラーの回動により前記反射部を変位させて光スイッチ動作を行うことを特徴とする光スイッチ装置。A frame member that is supported on the substrate while being spaced apart via a support member;
A plate-shaped first movable frame having a pivotally supported and open area about the first pivot axis through these through a pair of first connecting member in the opening region of the frame member,
The first movable frame is supported so as to be rotatable about the second rotation shaft through a pair of second connecting members passing through a second rotation shaft different from the first rotation shaft within the opening region of the first movable frame. And a plate-like second movable frame having an opening region;
A plate-like shape having an opening area that is supported rotatably about the second rotation axis via a pair of third connecting members that pass through the second rotation axis within the opening area of the second movable frame. A third movable frame;
A mirror having a reflecting portion that is supported rotatably about the rotation axis and reflects light through a pair of mirror connecting members passing through the second rotation axis within the opening region of the third movable frame; ,
A first stopper for limiting a rotation range of the second movable frame in the direction of the substrate provided on the substrate that is below the movable range of the second movable frame on the first rotation axis; ,
The first stopper that restricts a rotation range of the third movable frame in the direction of the substrate provided on the substrate, which is below the movable range of the third movable frame on the first rotation axis. A lower second stopper and at least
An optical switch device that performs an optical switch operation by displacing the reflecting portion by rotating the mirror.
前記第1ストッパーは、前記第1回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 7, wherein
The optical switch device, wherein the first stopper is provided at two positions on the first rotation shaft .
前記第2ストッパーは、前記第1回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 7, wherein
The optical switch device, wherein the second stopper is provided at two positions on the first rotation shaft .
前記第1ストッパーと前記第2ストッパーは、一体に形成されている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 7, wherein
The optical switch device, wherein the first stopper and the second stopper are integrally formed.
一体に形成された前記第1ストッパー及び第2ストッパーは、前記第1回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 10, wherein
The optical switch device, wherein the first stopper and the second stopper formed integrally are respectively provided at two locations on the first rotation shaft .
前記第2連結部材,第3連結部材,及びミラー連結部は、各々前記第2可動枠,第3可動枠,及びミラーの回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、
前記第3連結部材のねじれによるバネ定数は、前記第2連結部材のねじれによるバネ定数より大きく、
前記ミラー連結部材のねじれによるバネ定数は、前記第3連結部材のねじれによるバネ定数より大きい
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to any one of claims 7 to 11,
The second connecting member, the third connecting member, and the mirror connecting portion are spring members that are elastically deformed by being twisted by the rotation of the second movable frame, the third movable frame, and the mirror, respectively.
The spring constant due to the twist of the third connecting member is larger than the spring constant due to the twist of the second connecting member,
An optical switch device, wherein a spring constant due to twisting of the mirror connecting member is larger than a spring constant due to twisting of the third connecting member.
この枠部材の開口領域内で一対の第1連結部材を介してこれらを通る第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第1可動枠と、
この第1可動枠の開口領域内で前記第1回動軸を通る一対の第2連結部材を介して前記第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第2可動枠と、
この第2可動枠の開口領域内で前記第1回動軸を通る一対の第3連結部材を介して前記第1回動軸を中心に回動可能に支持されかつ開口領域を有する板状の第3可動枠と、
この第3可動枠の開口領域内で前記第1回動軸とは異なる第2回動軸を通る一対のミラー連結部材を介して前記第2回動軸を中心に回動可能に支持されかつ光を反射する反射部を有するミラーと、
前記第2回動軸の上で前記第1可動枠の可動範囲の下にあたる前記基板の上に設けられた前記第1可動枠の前記基板の方向への回動範囲を制限する第1ストッパーと、
前記第2回動軸の上で前記第2可動枠の可動範囲の下にあたる前記基板の上に設けられた前記第2可動枠の前記基板の方向への回動範囲を制限する前記第1ストッパーより低い第2ストッパーと
を少なくとも備え、
前記ミラーの回動により前記反射部を変位させて光スイッチ動作を行うことを特徴とする光スイッチ装置。A frame member that is supported on the substrate while being spaced apart via a support member;
A plate-like first movable frame that is rotatably supported around a first rotation shaft passing through a pair of first connecting members in an opening region of the frame member and has an opening region;
A plate-like shape that is supported rotatably about the first rotation shaft via a pair of second connecting members passing through the first rotation shaft within the opening region of the first movable frame and has an opening region. A second movable frame;
A plate-like shape having an opening area that is rotatably supported around the first rotation axis via a pair of third connecting members that pass through the first rotation axis within the opening area of the second movable frame. A third movable frame;
A pair of mirror connecting members that pass through a second rotation shaft different from the first rotation shaft within the opening region of the third movable frame, and are supported rotatably about the second rotation shaft; A mirror having a reflecting part for reflecting light;
A first stopper for limiting a rotation range of the first movable frame in the direction of the substrate provided on the substrate, which is below the movable range of the first movable frame on the second rotation axis; ,
The first stopper for restricting a rotation range of the second movable frame in the direction of the substrate, which is provided on the substrate and below the movable range of the second movable frame on the second rotation axis. A lower second stopper and at least
An optical switch device that performs an optical switch operation by displacing the reflecting portion by rotating the mirror.
前記第1ストッパーは、前記第2回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 13, wherein
The optical switch device, wherein the first stopper is provided at two positions on the second rotating shaft .
前記第2ストッパーは、前記第2回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 13, wherein
The optical switch device, wherein the second stopper is provided at two positions on the second rotation shaft .
前記第1ストッパーと前記第2ストッパーは、一体に形成されている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 13, wherein
The optical switch device, wherein the first stopper and the second stopper are integrally formed.
一体に形成された前記第1ストッパー及び第2ストッパーは、前記第2回動軸の上の2カ所に各々設けられている
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to claim 16, wherein
The optical switch device characterized in that the first stopper and the second stopper formed integrally are respectively provided at two positions on the second rotating shaft .
前記第1連結部材,第2連結部材,及び第3連結部は、各々前記第1可動枠,第2可動枠,及び第3可動枠の回動によりねじれを受けて弾性変形するばね部材であり、
前記第2連結部材のねじれによるバネ定数は、前記第1連結部材のねじれによるバネ定数より大きく、
前記第3連結部材のねじれによるバネ定数は、前記第2連結部材のねじれによるバネ定数より大きい
ことを特徴とする光スイッチ装置。The optical switch device according to any one of claims 13 to 17,
The first connecting member, the second connecting member, and the third connecting portion are spring members that are elastically deformed by being twisted by the rotation of the first movable frame, the second movable frame, and the third movable frame, respectively. ,
The spring constant due to torsion of the second connecting member is larger than the spring constant due to torsion of the first connecting member,
An optical switch device, wherein a spring constant due to twisting of the third connecting member is larger than a spring constant due to twisting of the second connecting member.
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