JP4358541B2

JP4358541B2 - Actuator array device having a plurality of tiltable movable plates and a function of detecting the tilt

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Publication number: JP4358541B2
Application number: JP2003090056A
Authority: JP
Inventors: 通継有馬
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2023-03-28
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜可能な可動板を有するアクチュエーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信回線の光路切り替えに使用する素子としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）光スイッチ素子が有望視されている。
【０００３】
National Fiber Optic Engineers Conference 2002 Technical Proceedings P2174-P2183は、ＭＥＭＳ光スイッチ素子のひとつを開示している。図１５は、そのＭＥＭＳ光スイッチ素子の一部を破断して示す斜視図、図１６は、図１５のＥ−Ｆ線に沿ったＭＥＭＳ光スイッチ素子の断面図である。図１７は、図１５のＭＥＭＳ光スイッチ素子の分解斜視図である。
【０００４】
このＭＥＭＳ光スイッチ素子は、支持枠５１２と、可動板５１４と、支持リング５１６と、可動板５１４を支持リング５１６に連結するばね５１８と、支持リング５１６を支持枠５１２に連結するばね５２０と、可動板５１４の一方の面に形成された反射面５３２と、反射面５３２の反対側の可動板５１４の面に形成された駆動コイル５３４と、駆動コイル５３４に対向して配置された発振コイル５３６とから構成されている。
【０００５】
ばね５１８は、可動板５１４を、支持リング５１６に対して回転軸５２２の回りに傾斜可動に支持しており、ばね５２０は、支持リング５１６を、支持枠５１２に対して回転軸５２２に垂直な回転軸５２４の回りに傾斜可能に支持している。図１７に示されるように、駆動コイル５３４と発振コイル５３６は共に四つのコイルから成り、それらは回転軸５２２と回転軸５２４の各々に対して対称的に配置されている。
【０００６】
このＭＥＭＳ光スイッチ素子の下側の空間には永久磁石５４０が設置される。永久磁石５４０は、可動板５１４を横切る磁場５４２を形成する。この磁場５４２と駆動コイル５３４を流れる電流との相互作用により、可動板５１４に形成されている反射面５３２を所望の方向に向けることができる。
【０００７】
駆動コイル５３４は、発振コイル５３６と共働して、可動板５１４の傾斜角度の検出素子を構成している。図１８は、この検出素子の動作原理を説明する図である。
【０００８】
図１８において、発振コイル５３６に交流電流を流すと、相互誘導により駆動コイル５３４の両端に電位差が生ずる。この電位差Ｖｄは下式で与えられる。
【０００９】
【数１】

【００１０】
ここで、Ｌは発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間の相互インダクタンス、Ｉは発振コイル５３６を流れる電流、ｔは時間である。
【００１１】
発振コイル５３６と駆動コイル５３４が共に半径Ｒ、巻き数１の円形コイルの場合、発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間隔をａ、透磁率をμとすると、Ｌは次式で与えられる。
【００１２】
【数２】

【００１３】
従って、（１）式と（２）式より、Ｖｄの値から発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間隔ａの値をリアルタイムに計算することができる。
【００１４】
このようにして求めたコイルの間隔ａを、回転軸５２２と回転軸５２４の各々に対して対称的に配置された四つの駆動コイル５３４と発振コイル５３６の各組に対して求め、それらを比較することにより、可動板５１４の傾斜角度を知ることができる。
【００１５】
このようにして検出された可動板５１４の傾斜角度の測定値が目標とする値に近づくように、駆動コイル５３４に流す電流の値をフィードバック制御することにより、可動板５１４の傾斜角度が制御される。
【００１６】
【非特許文献１】
National Fiber Optic Engineers Conference 2002 Technical Proceedings P2174-P2183
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示したＭＥＭＳ光スイッチ素子によって光スイッチ装置を構成する場合、一般に光の入出力ポートの個数がある程度大きくなければ、コストの面で十分なメリットが発揮できない。また、システムのサイズがなるべく小さくなるように光学系を設計する場合、送受光用の光ファイバーアレイの端面と、ＭＥＭＳ光スイッチ素子の距離をなるべく近くなるように配置する必要がある。これらの要件を満たすには、可動板５１４の最大偏向角がなるべく大きくなるように、素子を設計しなければならない。
【００１８】
可動板の最大偏向角が大きくなるように素子を設計するには、可動板５１４が偏向した際に、可動板５１４の端部が発振コイル５３６の形成されている基板に衝突しないよう、これらのコイルの間隔を大きく設定する必要がある。しかしながら、図１８に示した可動板の傾斜角度の検出素子においては、（１）式と（２）式から明らかなように、Ｖｄすなわち検出信号の大きさは、発振コイル５３６と駆動コイル５３４の間隔が大きいほど小さい値になる。このため、このような設計を採用した場合、十分な角度検出信号の強度を確保することは難しい。
【００１９】
本発明は、これらの観点に着目して成されたものであり、その目的は、大きく傾斜可能な可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーター装置を提供することである。特に、光スイッチ装置に好適に適用される、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、傾斜可能な複数の可動板を有するアクチュエーターアレイ装置に向けられており、以下の各項に列記するアクチュエーターアレイ装置を含んでいる。
【００２３】
１．本発明のアクチュエーターアレイ装置は、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置であり、複数の開口部を有する第一の基板と、各開口部の内側に位置する可動板と、各可動板を傾斜可能に第一の基板に連結している弾性部材と、可動板を傾斜させる駆動手段と、可動板に設けられた反射面と、第一の基板に向かう光を発する面光源からなる少なくとも一つの光源と、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段と、第一の基板と面光源の間に位置し、第一の基板に略平行に配置された第二の基板と、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段とを備え、第二の基板は可動板の反射面に対応した位置に貫通孔を有し、第二の基板の貫通孔は光ビーム照射手段を構成している。
【００２４】
このアクチュエーターアレイ装置は、図３と図１４に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の反射面に照射された光ビームは、可動板の傾斜により決まる方向に反射される。可動板の傾斜は、傾斜検出手段により、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて検出される。また、可動板の反射面に照射される光ビームは、第二の基板の貫通孔によって、面光源から発せられた光から形成される。面光源は発光面全体から光を発するため、可動板に対して光源を位置合わせする必要がない。また、面光源と可動板の間に光ファイバー等の光学部品が不要なため、素子の小型化が容易に実現される。
【００２５】
２．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第１項のアクチュエーターアレイ装置において、貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は各貫通孔の周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００２６】
このアクチュエーターアレイ装置は、図３に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の傾斜は、貫通孔の周囲に位置する、入射光ビームの強度に対応した信号を出力する複数の受光素子によって検出される。
【００２７】
３．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第１項のアクチュエーターアレイ装置において、貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に対して傾斜しており、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００２８】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１４に示される構成に対応しており、可動板の反射面の一つの実施態様を提供する。
【００２９】
４．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置であり、複数の開口部を有する第一の基板と、各開口部の内側に位置する可動板と、各可動板を傾斜可能に第一の基板に連結している弾性部材と、可動板を傾斜させる駆動手段と、可動板に設けられた可動板の面に平行な反射面と、少なくとも一つの光源と、光源から発せられた光を複数に分岐させる分岐装置と、分岐装置で分岐された光を可動板の近くまで案内する光ファイバと、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段と、第一の基板に略平行に配置された第二の基板と、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段とを備え、第二の基板は可動板の反射面に対応した位置に貫通孔を有し、光ファイバは第二の基板の貫通孔を通して可動板の反射面に向けて光を射出し、第二の基板の貫通孔は光ビーム照射手段を構成している。
【００３０】
このアクチュエーターアレイ装置は、図８に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の反射面に照射された光ビームは、可動板の傾斜により決まる方向に反射される。可動板の傾斜は、傾斜検出手段により、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて検出される。また、第二の基板の貫通孔には、分岐装置を介して光源からの光が導入される。
【００３１】
５．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第４項のアクチュエーターアレイ装置において、貫通孔からの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、第二の基板は各貫通孔の周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００３２】
このアクチュエーターアレイ装置は、図８に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の傾斜は、貫通孔の周囲に位置する、入射光ビームの強度に対応した信号を出力する複数の受光素子によって検出される。
【００３３】
６．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置であり、複数の開口部を有する第一の基板と、各開口部の内側に位置する可動板と、各可動板を傾斜可能に第一の基板に連結している弾性部材と、可動板を傾斜させる駆動手段と、可動板に設けられた反射面と、少なくとも一つの光源と、光源から発せられた光を複数に分岐させる分岐装置と、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段と、第一の基板に略平行に配置された第二の基板と、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段とを備え、第二の基板は、分岐装置で分岐された光を可動板の近くまで案内する導波路と、導波路から射出される光ビームを可動板の反射面に方向付ける固定ミラーとを有し、導波路と固定ミラーは光ビーム照射手段を構成している。
【００３４】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１０と図１１と図１３に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の反射面に照射された光ビームは、可動板の傾斜により決まる方向に反射される。可動板の傾斜は、傾斜検出手段により、可動板の反射面で反射された光ビームに基づいて検出される。また、可動板の反射面に照射される光ビームは、導波路と固定ミラーによって、光源から発せられた光から形成される。
【００３５】
７．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第６項のアクチュエーターアレイ装置において、固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に垂直に入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は各固定ミラーの周囲に位置する複数の受光素子を有しており、各受光素子は入射光ビームの強度に対応した信号を出力し、第二の基板の各貫通孔の周囲の複数の受光素子は、可動板の反射面からの反射光を受光し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００３６】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１０に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、固定ミラーの周囲に位置する、入射光ビームの強度に対応した信号を出力する複数の受光素子によって検出される。
【００３７】
８．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第６項のアクチュエーターアレイ装置において、固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に斜めに入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に平行であり、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００３８】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１１に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、可動板の傾斜は、光ビームの入射位置に対応した信号を出力する受光素子によって検出される。
【００３９】
９．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第６項のアクチュエーターアレイ装置において、固定ミラーからの光ビームは非傾斜時の可動板の面に斜めに入射し、可動板に設けられた反射面は可動板の面に対して傾斜しており、第二の基板は可動板の反射面で反射された光ビームを第一の基板に向けて反射する反射面を有し、第一の基板は第二の基板の反射面で反射された光ビームを受ける受光素子を有し、受光素子は光ビームの入射位置に対応した信号を出力し、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００４０】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１３に示される構成に対応しており、可動板の反射面の一つの実施態様を提供する。
【００４１】
１０．本発明の別のアクチュエーターアレイ装置は、第２項と第３項と第５項と第７項〜第９項のいずれかひとつのアクチュエーターアレイ装置において、受光素子への不所望な光の入射を防止する光学フィルターを更に備えている。
【００４２】
このアクチュエーターアレイ装置は、図１１に代表的に示される構成に対応している。このアクチュエーターアレイ装置においては、迷光等の不所望な光が低減されるため、ＳＮ比が向上する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００４４】
第一実施形態
本発明の第一実施形態は、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置を利用した光スイッチ装置に向けられている。図１は第一実施形態の光スイッチ装置本体の分解斜視図、図２は第一実施形態の光スイッチ装置の斜視図、図３は図２のＡ−Ｂ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図、図４は光スイッチ装置の一つのスイッチ素子に対応する一つの可動板の周辺部の拡大斜視図である。
【００４５】
図１と図２に示されるように、光スイッチ装置１００は、光スイッチ装置本体１０２と、その両側に配置される一対の永久磁石１０４とを有している。光スイッチ装置本体１０２は、アレイ状に配列された複数の光スイッチ素子を有しており、一つの光スイッチ素子は光ビームの方向を変える一つの可動板を含んでいる。
【００４６】
光スイッチ装置本体１０２は、複数の可動板を有する可動板基板（第一の基板）１１０と、可動板基板１１０に略平行に配置される受光素子基板（第二の基板）１３０と、可動板基板１１０と受光素子基板１３０を支持する支持基板１５０と、面光源１７０とを有している。
【００４７】
面光源１７０は、特にこれに限定されないが、例えばＥＬ（Electroluminescence）素子から構成される。支持基板１５０は、光スイッチ装置本体１０２のパッケージを兼ねている。
【００４８】
可動板基板１１０は、複数の矩形の開口部１１２を有しており、図４に示されるように、各開口部１１２の内側に位置する矩形の可動板１１４と、各可動板１１４を傾斜可能に可動板基板１１０（つまり開口部１１２の周辺部１１８）に連結している四組の弾性部材１１６とを有している。各組の弾性部材１１６は、矩形の可動板１１４の各辺と矩形の開口部１１２の各辺の間に延びている。
【００４９】
弾性部材１１６は、柔軟さを得るために、メッシュ構造を有している。本明細書において、メッシュ構造は、図４に示されるように、メッシュの要素構造が縦横に複数並んでいる構造の他に、図５に示されるように、メッシュの要素構造が一列だけ並んでいる構造も含んでいる。弾性部材１１６は、必要な柔軟さを有していればよく、必ずしもメッシュ構造を有している必要はない。
【００５０】
図１に示されるように、受光素子基板１３０は複数の開口部１３６を有し、支持基板１５０は複数のスペーサー１５４を有し、支持基板１５０のスペーサー１５４と受光素子基板１３０の開口部１３６は対応した位置に設けられている。これにより、図３に示されるように、支持基板１５０は、スペーサー１５４が開口部１３６を通り、受光素子基板１３０と面で接触して、受光素子基板１３０を支持する。また、支持基板１５０のスペーサー１５４は、受光素子基板１３０の開口部１３６を通り、可動板基板１１０と接触して、可動板基板１１０を支持する。
【００５１】
図３に示されるように、可動板１１４は、光ビームを反射する反射面１２２と、その反対側に設けられた反射面１２４と、反射面１２４の両側を延びる駆動コイル１２６とを有している。駆動コイル１２６は、図示されていないが、弾性部材１１６の内部を通る配線を介して、給電パッド１２８と電気的に接続されている。給電パッド１２８は、支持基板１５０のスペーサー１５４の上端面に設けられた端子１５６と電気的に接続されている。端子１５６は、図示されていないが、スペーサー１５４の内部を通る配線を介して、外部に設けられた電源装置と電気的に接続される。
【００５２】
これにより、駆動コイル１２６には電源装置から適宜電流が供給される。駆動コイル１２６を流れる電流は永久磁石１０４が作り出す磁場と相互作用してローレンツ力を発生させる。可動板１１４はローレンツ力に従って傾斜し始め、傾斜はローレンツ力と弾性部材１１６の復元力とが釣り合う位置で止まる。つまり、駆動コイル１２６と永久磁石１０４は、可動板１１４を傾斜させる駆動手段を構成している。
【００５３】
可動板１１４の駆動コイル１２６は、永久磁石１０４が作り出す磁場の方向に対して斜めに横切って延びる二種類のコイルを含んでおり、二種類のコイルの各々に流れる電流は、電流が流れるコイルに略平行な軸の回りに可動板１１４を傾斜させる。従って、可動板１１４は、二本の軸の回りに、すなわち任意の方向に傾斜し得る。
【００５４】
図１に示されるように、受光素子基板１３０は、可動板基板１１０と面光源１７０の間に位置し、複数の貫通孔１３２を有している。貫通孔１３２は、例えばピンホールであり、可動板１１４の反射面１２４に対応した位置にある。支持基板１５０は複数の開口部１５２を有し、開口部１５２は貫通孔１３２に対応した位置にある。
【００５５】
図３に示されるように、可動板１１４と受光素子基板１３０と支持基板１５０は相互に位置決めされており、可動板１１４の反射面１２４と受光素子基板１３０の貫通孔１３２と支持基板１５０の開口部１５２は整列している。
【００５６】
面光源１７０から発せられた可動板基板１１０に向かう光は、支持基板１５０の開口部１５２を通って、受光素子基板１３０の貫通孔１３２に向かう。貫通孔１３２からは、比較的方向の揃った光が、可動板１１４の反射面１２４に向けて射出される。つまり、受光素子基板１３０の貫通孔１３２は、面光源１７０から発せられた光から光ビームを形成して可動板１１４の反射面１２４に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００５７】
可動板１１４に設けられた反射面１２４は可動板１１４の面に平行である。従って、受光素子基板１３０の貫通孔１３２から射出された光ビームは、放射状に均等に広がりながら、非傾斜時の可動板１１４の反射面１２４に光ビームの中心が略垂直に入射する。また、非傾斜時の可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームは、放射状に均等に広がりながら、受光素子基板１３０に入射する。
【００５８】
受光素子基板１３０は、図１に示されるように、貫通孔１３２の周囲に位置する複数の受光素子、例えば四つの受光素子１３４を有している。受光素子１３４は、入射した光ビームの強度に対応した信号を出力する。受光素子１３４は、特にこれに限定されないが、例えばフォトダイオードで構成される。
【００５９】
図６と図７に示されるように、可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームは、受光素子基板１３０上にビームスポットＢＳを形成する。ビームスポットＢＳの位置は、可動板１１４の傾斜角度と傾斜方向に応じて変化する。すなわち、ビームスポットＢＳは可動板１１４の傾斜方向に対応した方向に移動し、その移動距離は可動板１１４の傾斜角度に対応している。
【００６０】
例えば、非傾斜時の可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームが形成するビームスポットＢＳは、図６に示されるように、四つの受光素子１３４に均等にかかる。また、傾斜した可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームが形成するビームスポットＢＳは、図７に示されるように、四つの受光素子１３４に不均等にかかる。従って、四つの受光素子１３４の出力、すなわちそれらに入射する光の強度の比を調べることにより、可動板１１４の傾斜方向と傾斜角度が求められる。
【００６１】
つまり、貫通孔１３２の周囲に位置する四つの受光素子１３４は、可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームに基づいて、可動板１１４の傾斜（傾斜方向と傾斜角度）を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００６２】
光スイッチ装置１００においては、駆動コイル１２６に流れる電流（その方向と大きさ）を変えることにより、可動板１１４の傾斜を制御し、可動板１１４の反射面１２２で反射される光ビームの方向を制御する。このような光ビームの方向の制御は、可動板１１４の反射面１２２で反射された光ビームの光学的接続先の切り替えに利用される。
【００６３】
可動板１１４は反射面１２２の反対側に別の反射面１２４を有しており、反射面１２４には受光素子基板１３０の貫通孔１３２から光ビームが常時照射される。可動板１１４の反射面１２４で反射された光ビームは、受光素子基板１３０上にビームスポットＢＳを形成する。このビームスポットＢＳは、可動板１１４の傾斜に応じて、受光素子基板１３０上を移動する。ビームスポットＢＳの移動方向と移動距離は、可動板１１４の傾斜の方向と角度に対応している。
【００６４】
ビームスポットＢＳの移動方向と移動距離は、四つの受光素子１３４の出力から求められる。例えば、適当な二つの受光素子１３４の出力の差を調べることにより、ビームスポットＢＳの移動方向と移動距離を求めることができる。これにより、可動板１１４の傾斜の方向と角度が分かる。
【００６５】
本実施形態の光スイッチ装置１００においては、可動板１１４の傾斜は、例えばフォトダイオードから成る受光素子１３４の出力に基づいて検出される。フォトダイオードの出力は、十分に大きい信号強度を有するため、高性能なアンプ等の回路を必要としない。また、面光源１７０から発せられる光の強度変化は、傾斜の検出に影響しないため、光源の安定化回路等を必要としない。従って、光スイッチ装置１００は、可動板１１４の傾斜を簡単な回路で高精度に検出できる。また、傾斜検出機構が、可動板基板１１０と支持基板１５０の間の狭い空間内にコンパクトに実装されている。
【００６６】
本実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形や変更が施されてもよい。
【００６７】
例えば、面光源１７０は、ＥＬ素子で構成されているが、蛍光パネルや発光ダイオードアレイ、半導体レーザーアレイ等で構成されてもよい。
【００６８】
また、ビームスポットＢＳの大きさの最適化を図るために、面光源１７０と可動板基板１１０の間の空間にレンズが設けられてもよい。可動板１１４の反射面１２４が、平坦ではなく、凹面または凸面またはそれらを組み合わせた曲面であってもよい。
【００６９】
傾斜検出手段は、四つのフォトダイオードで構成されているが、その個数はこれに限定されず、それよりも多くてもよい。また、フォトダイオードの代わりにフォトトランジスタが使用されてもよい。また、エリアセンサーやＰＳＤ（Position-sensitive-device）が使用されてもよい。可動板１１４が一軸回りに傾斜する場合は、傾斜検出手段は、位置直線上に配置された二つ以上のフォトダイオードあるいはフォトトランジスタで構成されてもよい。
【００７０】
迷光等の不所望な光を低減するために、受光素子１３４への不所望な光の入射を防止する光学フィルターを更に有していてもよい。すなわち、受光素子１３４が迷光防止用の光学フィルターで覆われていてもよい。
【００７１】
受光素子基板１３０に形成された貫通孔１３２により、可動板１１４の反射面１２４に照射される光ビームを形成しているが、支持基板１５０の開口部１５２をピンホールとしてこれにより光ビームを作り出してもよい。
【００７２】
受光素子基板１３０に、フォトダイオードからの電気信号の増幅回路や四つのフォトダイオードの差信号を求める処理回路などが形成されてもよい。
【００７３】
図８は本実施形態の一変形例を示している。図８は本変形例の光スイッチ装置本体の構成を概略的に示している。図８において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体１０２Ａは、図８に示されるように、面光源１７０の代わりに、光源１７２と、光源１７２から発せられる光を複数に分岐させる分岐装置１７４と、分岐装置１７４で分岐された光を可動板１１４の近くまで案内する光ファイバ１７６とを有している。光ファイバ１７６から射出された光は、受光素子基板１３０の貫通孔１３２を通って、可動板１１４の反射面に向けて射出される。
【００７４】
図９と図１０は本実施形態の別の変形例を示している。図９は本変形例の光スイッチ装置本体の分解斜視図、図１０は図９のＣ−Ｄ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図である。図９と図１０において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体１０２Ｂは、図９と図１０に示されるように、光源１７２と、光源１７２から発せられる光を複数に分岐させる分岐装置１７４と、分岐装置１７４で分岐された光を可動板１１４の近くまで案内する導波路１８２と、導波路１８２から射出される光ビームを可動板１１４の反射面１２４に方向付ける固定ミラー１８４とを有している。導波路１８２は途中で分岐しており、その部分に光を分岐するビームスプリッター１８６を有している。四つの受光素子１３４は、固定ミラー１８４の周囲に位置している。本変形例の光スイッチ装置においては、導波路１８２と固定ミラー１８４は、光源１７２から発せられた光から光ビームを形成して可動板１１４の反射面１２４に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００７５】
本実施形態において、可動板１１４を傾斜させる駆動手段は、永久磁石１０４と駆動コイル１２６とで構成された電磁駆動方式のものであるが、これに限定されず、圧電駆動法や静電駆動法など、他の駆動方式であってもよい。
【００７６】
アクチュエーターアレイ装置が光スイッチ装置に適用された例を示したが、アクチュエーターアレイ装置は他の装置に適用されてもよい。例えば、可動板１１４に光ビームの方向を制御する反射面１２２を設けて光スイッチ装置を構成する代わりに、可動板１１４に発光素子や電磁波の受信アンテナ等の素子を設けて他の装置を構成してもよい。このように構成された装置においても、本実施形態と全く同様にして、可動板の傾斜を検出できる。
【００７７】
第二実施形態
本発明の第二実施形態は、傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置を利用した光スイッチ装置に向けられている。図１１は第二実施形態の光スイッチ装置本体の断面図である。図１２は図１１の光スイッチ装置本体における光ビームの経路を示している。
【００７８】
図１１に示されるように、光スイッチ装置本体２０２は、可動板基板（第一の基板）２１０と、可動板基板２１０に略平行に配置される支持基板（第二の基板）２４０とを有している。可動板基板２１０と支持基板２４０は、スペーサー２５２によって間隔を置いて連結されている。支持基板２４０は、光スイッチ装置本体２０２のパッケージも兼ねている。
【００７９】
可動板基板２１０は、第一実施形態の可動板基板１１０と同様な構造体であり、可動板基板１１０の部材の参照符号と末尾二桁が一致する参照符号で示された部材は同様の部材である。
【００８０】
可動板基板２１０は、図１２に示されるように、開口部の内側に位置する矩形の可動板２１４と、可動板２１４を傾斜可能に可動板基板２１０（つまり開口部の周辺部２１８）に連結している四組の弾性部材２１６とを有している。図１１に示されるように、可動板２１４は、光ビームを反射する反射面２２２と、その反対側に設けられた反射面２２４と、反射面２２４の両側を延びる駆動コイル２２６とを有している。
【００８１】
駆動コイル２２６は、図示されていないが、弾性部材２１６の内部を通る配線を介して、給電パッド２２８と電気的に接続されている。給電パッド２２８は、支持基板２４０のスペーサー２５２の上端面に設けられた端子２５４と電気的に接続されている。端子２５４は、図示されていないが、スペーサー２５２の内部を通る配線を介して、外部に設けられた電源装置と電気的に接続される。
【００８２】
図１１に示されるように、支持基板２４０は、光を可動板２１４の近くまで案内する導波路２４２と、導波路２４２から射出される光ビームを可動板２１４の反射面２２４に方向付ける固定ミラー２４６とを有している。導波路２４２には、第一実施形態の変形例と同様に、光源から発せられ分岐装置で分岐された光が導入される。従って、導波路２４２と固定ミラー２４６は、光源から発せられた光から光ビームを形成して可動板の反射面に照射する光ビーム照射手段を構成している。
【００８３】
固定ミラー２４６からの光ビームは、非傾斜時の可動板２１４の反射面２２４に斜めに入射する。可動板２１４に設けられた反射面２２４は可動板２１２の面に平行である。
【００８４】
さらに、支持基板２４０は、可動板２１４の反射面２２４で反射された光ビームを可動板基板２１０に向けて反射する反射面２４８を有している。また、可動板基板２１０は、支持基板２４０の反射面２４８で反射された光ビームを受ける受光素子２３２を有している。
【００８５】
受光素子２３２は、光ビームの入射位置に対応した信号を出力する。受光素子２３２は、特にこれに限定されないが、例えばエリアセンサーで構成される。つまり、受光素子２３２は、可動板の傾斜を反映した信号を出力する傾斜検出手段を構成している。
【００８６】
可動板基板２１０は、さらに、受光素子２３２を覆う光学フィルター２３４を有している。光学フィルター２３４は、使用する光すなわち導波路２４２に導入される光の波長と異なる波長の光を減衰させる。これにより、迷光などの不所望な光を低減する。
【００８７】
光スイッチ装置本体２０２を用いた光スイッチ装置においては、駆動コイル２２６に流れる電流（その方向と大きさ）を変えることにより、可動板２１４の傾斜を制御し、可動板２１４の反射面２２２で反射される光ビームの方向を制御する。このような光ビームの方向の制御は、可動板２１４の反射面２２２で反射された光ビームの光学的接続先の切り替えに利用される。
【００８８】
可動板２１４は反射面２２２の反対側に別の反射面２２４を有しており、反射面２２４には、導波路２４２から射出され固定ミラー２４６で反射された光ビームＬＢが常時照射される。可動板２１４の反射面２２４で反射された光ビームＬＢは、支持基板２４０の反射面２４８で反射され、可動板基板２１０の受光素子２３２に入射する。受光素子２３２に入射した光ビームは、その受光面上にビームスポットＢＳを形成する。このビームスポットＢＳは、可動板２１４の傾斜に応じて、受光素子２３２の受光面上を移動する。ビームスポットＢＳの位置は、可動板２１４の傾斜の方向と角度に対応している。
【００８９】
ビームスポットＢＳの位置は、受光素子２３２の出力から求められる。従って、可動板２１４の傾斜の方向と角度が、受光素子２３２の出力から分かる。
【００９０】
本実施形態の光スイッチ装置本体２０２を用いた光スイッチ装置においては、可動板２１４の傾斜は、例えばエリアセンサーから成る受光素子２３２の出力に基づいて検出される。エリアセンサーの出力は、十分に大きい信号強度を有するため、高性能なアンプ等の回路を必要としない。また、エリアセンサーに入射する光ビームの強度変化は、傾斜の検出に影響しないため、光源の安定化回路等を必要としない。従って、光スイッチ装置本体２０２を用いた光スイッチ装置は、可動板２１４の傾斜を簡単な回路で高精度に検出できる。また、光スイッチ装置本体２０２においては、傾斜検出機構が、可動板基板２１０と支持基板２４０の間の狭い空間内にコンパクトに実装されている。
【００９１】
本実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変形や変更が施されてもよい。
【００９２】
傾斜検出手段は、エリアセンサーで構成される代わりに、ＰＳＤ（Position-sensitive-device）で構成されてもよい。
【００９３】
ビームスポットＢＳの大きさの最適化を図るために、導波路２４２から受光素子２３２に至る光路上にレンズが配置されてもよい。可動板２１４の反射面２２４は、平坦ではなく、凹面または凸面またはそれらを組み合わせた曲面であってもよい。
【００９４】
可動板基板２１０に、受光素子２３２からの電気信号の増幅回路や処理回路が形成されてもよい。
【００９５】
図１３は本実施形態の一変形例を示している。図１３は本変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。図１３において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体２０２Ａにおいては、図１３に示されるように、可動板２１４は反射面２２４の代わりに反射面２６２を有し、反射面２６２は可動板２１４の面に対して傾斜している。可動板２１４の反射面２６２で反射された光ビームは、反射面２４８で反射され、受光素子２３２に入射する。
【００９６】
図１４は本実施形態の別の変形例を示している。図１４は本変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。図１４において、既に説明した部材と同等の部材は同一の参照符号で示されている。本変形例の光スイッチ装置本体２０２Ｂは、面光源２８０と、可動板基板２１０と面光源２８０の間に位置する支持基板２７０を有している。支持基板２７０は面光源２８０を支持すると共に図示しないスペーサーを介して可動板基板２１０を支持する。支持基板２７０は、可動板２１４の反射面２６２に対応した位置に貫通孔２７２を有している。貫通孔２７２を通った光は可動板２１４の反射面２６２に照射される。つまり、貫通孔２７２は、面光源２８０から発せられた光から光ビームを形成して可動板２１４の反射面２６２に照射する光ビーム照射手段を構成している。可動板２１４の反射面２６２で反射された光ビームは、支持基板２７０に設けられた反射面２７４で反射され、受光素子２３２に入射する。
【００９７】
本実施形態において、可動板２１４を傾斜させる駆動手段は、永久磁石と駆動コイルとで構成された電磁駆動方式のものであるが、これに限定されず、圧電駆動法や静電駆動法など、他の駆動方式であってもよい。
【００９８】
アクチュエーターアレイ装置が光スイッチ装置に適用された例を示したが、アクチュエーターアレイ装置は他の装置に適用されてもよい。例えば、可動板２１４に光ビームの方向を制御する反射面２２２を設けて光スイッチ装置を構成する代わりに、可動板２１４に発光素子や電磁波の受信アンテナ等の素子を設けて他の装置を構成してもよい。このように構成された装置においても、本実施形態と全く同様にして、可動板の傾斜を検出できる。
【００９９】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、大きく傾斜可能な複数の可動板とその傾斜を高精度に検出する機能を有するアクチュエーターアレイ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の光スイッチ装置本体の分解斜視図である。
【図２】第一実施形態の光スイッチ装置の斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ｂ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図である。
【図４】光スイッチ装置の一つのスイッチ素子に対応する一つの可動板の周辺部の拡大斜視図である。
【図５】図４とは異なるメッシュ構造の弾性部材を示す可動板の周辺部の拡大斜視図である。
【図６】非傾斜時の可動板の反射面で反射された光ビームが受光素子基板上に形成するビームスポットを示している。
【図７】傾斜した可動板の反射面で反射された光ビームが受光素子基板上に形成するビームスポットを示している。
【図８】第一実施形態の一変形例の光スイッチ装置本体の構成を概略的に示している。
【図９】第一実施形態の別の変形例の光スイッチ装置本体の分解斜視図である。
【図１０】図９のＣ−Ｄ線に沿った光スイッチ装置本体の断面図である。
【図１１】第二実施形態の光スイッチ装置本体の断面図である。
【図１２】図１１の光スイッチ装置本体における光ビームの経路を示している。
【図１３】第二実施形態の一変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。
【図１４】第二実施形態の別の変形例の光スイッチ装置本体の部分断面図である。
【図１５】従来例のＭＥＭＳ光スイッチ素子の一部を破断して示す斜視図である。
【図１６】図１５のＥ−Ｆ線に沿ったＭＥＭＳ光スイッチ素子の断面図である。
【図１７】図１５のＭＥＭＳ光スイッチ素子の分解斜視図である。
【図１８】図１５のＭＥＭＳ光スイッチ素子の可動板の傾斜角度の検出素子の動作原理を説明する図である。
【符号の説明】
１００…光スイッチ装置、１０２…光スイッチ装置本体、１０２Ａ…光スイッチ装置本体、１０２Ｂ…光スイッチ装置本体、１０４…永久磁石、１１０…可動板基板、１１２…開口部、１１４…可動板、１１６…弾性部材、１２２…反射面、１２４…反射面、１２６…駆動コイル、１３０…受光素子基板、１３２…貫通孔、１３４…受光素子、１３６…開口部、１５０…支持基板、１５２…開口部、１５４…スペーサー、１７０…面光源、１７２…光源、１７４…分岐装置、１７６…光ファイバ、１８２…導波路、１８４…固定ミラー、１８６…ビームスプリッター、２０２…光スイッチ装置本体、２０２Ａ…光スイッチ装置本体、２０２Ｂ…光スイッチ装置本体、２１０…可動板基板、２１４…可動板、２１６…弾性部材、２２２…反射面、２２４…反射面、２２６…駆動コイル、２３２…受光素子、２３４…光学フィルター、２４０…支持基板、２４２…導波路、２４６…固定ミラー、２４８…反射面、２５２…スペーサー、２６２…反射面、２７０…支持基板、２７２…貫通孔、２７４…反射面、２８０…面光源。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator having a tiltable movable plate.
[0002]
[Prior art]
A MEMS (Micro Electro Mechanical System) optical switch element is considered promising as an element used for switching an optical path of an optical communication line.
[0003]
National Fiber Optic Engineers Conference 2002 Technical Proceedings P2174-P2183 discloses one of the MEMS optical switch elements. FIG. 15 is a perspective view showing a part of the MEMS optical switch element in a cutaway manner, and FIG. 16 is a cross-sectional view of the MEMS optical switch element taken along line EF in FIG. FIG. 17 is an exploded perspective view of the MEMS optical switch element of FIG.
[0004]
The MEMS optical switch element includes a support frame 512, a movable plate 514, a support ring 516, a spring 518 that couples the movable plate 514 to the support ring 516, a spring 520 that couples the support ring 516 to the support frame 512, The reflective surface 532 formed on one surface of the movable plate 514, the drive coil 534 formed on the surface of the movable plate 514 on the opposite side of the reflective surface 532, and the oscillation coil 536 disposed facing the drive coil 534. It consists of and.
[0005]
The spring 518 supports the movable plate 514 so as to be movable around the rotation axis 522 with respect to the support ring 516, and the spring 520 supports the support ring 516 perpendicular to the rotation axis 522 with respect to the support frame 512. The rotary shaft 524 is supported so as to be tiltable. As shown in FIG. 17, both the drive coil 534 and the oscillation coil 536 are composed of four coils, which are arranged symmetrically with respect to each of the rotation shaft 522 and the rotation shaft 524.
[0006]
A permanent magnet 540 is installed in the space below the MEMS optical switch element. The permanent magnet 540 forms a magnetic field 542 across the movable plate 514. Due to the interaction between the magnetic field 542 and the current flowing through the drive coil 534, the reflecting surface 532 formed on the movable plate 514 can be directed in a desired direction.
[0007]
The drive coil 534 cooperates with the oscillation coil 536 to constitute a detection element for the inclination angle of the movable plate 514. FIG. 18 is a diagram for explaining the operating principle of this detection element.
[0008]
In FIG. 18, when an alternating current is passed through the oscillation coil 536, a potential difference is generated between both ends of the drive coil 534 due to mutual induction. This potential difference Vd is given by the following equation.
[0009]
[Expression 1]

[0010]
Here, L is a mutual inductance between the oscillation coil 536 and the drive coil 534, I is a current flowing through the oscillation coil 536, and t is time.
[0011]
When both the oscillation coil 536 and the drive coil 534 are circular coils having a radius R and a number of turns 1, if the distance between the oscillation coil 536 and the drive coil 534 is a and the magnetic permeability is μ, L is given by the following equation.
[0012]
[Expression 2]

[0013]
Therefore, the value of the distance a between the oscillation coil 536 and the drive coil 534 can be calculated in real time from the value of Vd from the equations (1) and (2).
[0014]
The coil interval a thus obtained is obtained for each set of four drive coils 534 and oscillation coils 536 arranged symmetrically with respect to each of the rotation shaft 522 and the rotation shaft 524, and these are compared. By doing so, the inclination angle of the movable plate 514 can be known.
[0015]
The inclination angle of the movable plate 514 is controlled by feedback-controlling the value of the current passed through the drive coil 534 so that the measured value of the inclination angle of the movable plate 514 detected in this way approaches the target value. The
[0016]
[Non-Patent Document 1]
National Fiber Optic Engineers Conference 2002 Technical Proceedings P2174-P2183
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the case where an optical switch device is configured with the MEMS optical switch element shown in FIG. 15, in general, unless the number of light input / output ports is large to some extent, sufficient merit in terms of cost cannot be exhibited. Further, when designing an optical system so that the size of the system becomes as small as possible, it is necessary to arrange the distance between the end face of the optical fiber array for transmitting and receiving light and the MEMS optical switch element as close as possible. In order to satisfy these requirements, the element must be designed so that the maximum deflection angle of the movable plate 514 is as large as possible.
[0018]
In order to design the element so that the maximum deflection angle of the movable plate is increased, these end points of the movable plate 514 do not collide with the substrate on which the oscillation coil 536 is formed when the movable plate 514 is deflected. It is necessary to set a large coil interval. However, in the detection element for the inclination angle of the movable plate shown in FIG. 18, as is clear from the equations (1) and (2), Vd, that is, the magnitude of the detection signal is the value of the oscillation coil 536 and the drive coil 534. The larger the interval, the smaller the value. For this reason, when such a design is adopted, it is difficult to ensure sufficient strength of the angle detection signal.
[0019]
The present invention has been made paying attention to these viewpoints, and an object of the present invention is to provide a movable plate that can be largely inclined and an actuator device that has a function of detecting the inclination. In particular, it is to provide a plurality of tiltable movable plates suitably applied to an optical switch device and an actuator array device having a function of detecting the tilt.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed, in part, to an actuator array device having a plurality of tiltable movable plates, and includes the actuator array devices listed in the following sections.
[0023]
1. The actuator array device of the present invention is an actuator array device having a plurality of tiltable movable plates and a function of detecting the tilt, and is positioned inside each opening, a first substrate having a plurality of openings. A movable plate, an elastic member that connects each movable plate to the first substrate so that the movable plate can be tilted, driving means for tilting the movable plate, a reflective surface provided on the movable plate, and light traveling toward the first substrate Positioned between the first substrate and the surface light source, at least one light source comprising a surface light source that emits light, a light beam irradiating means for forming a light beam from the light emitted from the light source and irradiating the reflecting surface of the movable plate, And A second substrate disposed substantially parallel to the first substrate; And an inclination detecting means for outputting a signal reflecting the inclination of the movable plate based on the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate, The second board At a position corresponding to the reflective surface of the movable plate Has a through hole , Through hole in the second board Is A light beam irradiation means is configured.
[0024]
This actuator array device corresponds to the configuration typically shown in FIGS. 3 and 14. In this actuator array device, The light beam applied to the reflecting surface of the movable plate is reflected in a direction determined by the inclination of the movable plate. The inclination of the movable plate is detected by the inclination detection means based on the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate. Also, The light beam applied to the reflecting surface of the movable plate is formed from the light emitted from the surface light source by the through hole of the second substrate. Since the surface light source emits light from the entire light emitting surface, it is not necessary to align the light source with respect to the movable plate. Further, since no optical component such as an optical fiber is required between the surface light source and the movable plate, the element can be easily downsized.
[0025]
2 . Another actuator array device according to the present invention includes: 1 In the actuator array device according to the item, the light beam from the through-hole is perpendicularly incident on the surface of the movable plate when not inclined, and the reflection surface provided on the movable plate is parallel to the surface of the movable plate, and the second substrate Has a plurality of light receiving elements located around each through hole, each light receiving element outputs a signal corresponding to the intensity of the incident light beam, and a plurality of light receiving elements around each through hole of the second substrate. The element constitutes a tilt detecting means that receives reflected light from the reflecting surface of the movable plate and outputs a signal reflecting the tilt of the movable plate.
[0026]
This actuator array device corresponds to the configuration typically shown in FIG. In this actuator array device, the inclination of the movable plate is detected by a plurality of light receiving elements that output signals corresponding to the intensity of the incident light beam, which are located around the through hole.
[0027]
3 . Another actuator array device according to the present invention includes: 1 In the actuator array device according to the item, the light beam from the through-hole is perpendicularly incident on the surface of the movable plate when not inclined, and the reflection surface provided on the movable plate is inclined with respect to the surface of the movable plate. The second substrate has a reflecting surface that reflects the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate toward the first substrate, and the first substrate receives the light beam reflected by the reflecting surface of the second substrate. It has a light receiving element for receiving, and the light receiving element constitutes a tilt detecting means for outputting a signal corresponding to the incident position of the light beam and outputting a signal reflecting the tilt of the movable plate.
[0028]
This actuator array device corresponds to the configuration shown in FIG. 14 and provides one embodiment of the reflecting surface of the movable plate.
[0029]
4 . Another actuator array device of the present invention is: An actuator array device having a plurality of tiltable movable plates and a function of detecting the tilt, a first substrate having a plurality of openings, a movable plate positioned inside each opening, and each movable plate An elastic member that is tiltably connected to the first substrate, a driving means for tilting the movable plate, a reflective surface parallel to the surface of the movable plate provided on the movable plate, and at least one light source; A branching device for branching the light emitted from the light source into a plurality of optical fibers, and an optical fiber for guiding the light branched by the branching device to the vicinity of the movable plate; A light beam irradiating means for forming a light beam from light emitted from a light source and irradiating the reflecting surface of the movable plate; a second substrate disposed substantially parallel to the first substrate; and a reflecting surface of the movable plate An inclination detecting means for outputting a signal reflecting the inclination of the movable plate based on the light beam reflected by The second board At a position corresponding to the reflective surface of the movable plate The optical fiber emits light toward the reflecting surface of the movable plate through the through hole of the second substrate, and the through hole of the second substrate. Is A light beam irradiation means is configured.
[0030]
This actuator array device corresponds to the configuration shown in FIG. In this actuator array device, The light beam applied to the reflecting surface of the movable plate is reflected in a direction determined by the inclination of the movable plate. The inclination of the movable plate is detected by the inclination detection means based on the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate. Also, Light from the light source is introduced into the through hole of the second substrate through the branching device.
[0031]
5 . Another actuator array device according to the present invention includes: 4 In the actuator array device according to the item, the light beam from the through hole is incident perpendicularly to the surface of the movable plate when not inclined, and the second substrate has a plurality of light receiving elements positioned around each through hole. Each of the light receiving elements outputs a signal corresponding to the intensity of the incident light beam, and the plurality of light receiving elements around each through hole of the second substrate receive the reflected light from the reflecting surface of the movable plate. Inclination detecting means for outputting a signal reflecting the inclination is provided.
[0032]
This actuator array device corresponds to the configuration shown in FIG. In this actuator array device, the inclination of the movable plate is detected by a plurality of light receiving elements that output signals corresponding to the intensity of the incident light beam, which are located around the through hole.
[0033]
6 . Another actuator array device of the present invention is: An actuator array device having a plurality of tiltable movable plates and a function of detecting the tilt, a first substrate having a plurality of openings, a movable plate positioned inside each opening, and each movable plate An elastic member connected to the first substrate in a tiltable manner, a driving means for tilting the movable plate, a reflecting surface provided on the movable plate, and at least one light source; Branching device for branching light emitted from a light source into a plurality A light beam irradiating means for forming a light beam from light emitted from the light source and irradiating the reflecting surface of the movable plate, a second substrate disposed substantially parallel to the first substrate, and reflection of the movable plate An inclination detecting means for outputting a signal reflecting the inclination of the movable plate based on the light beam reflected by the surface; The second substrate has a waveguide that guides the light branched by the branching device to the vicinity of the movable plate, and a fixed mirror that directs the light beam emitted from the waveguide to the reflecting surface of the movable plate. , Waveguide and fixed mirror Is A light beam irradiation means is configured.
[0034]
This actuator array device corresponds to the configuration representatively shown in FIGS. 10, 11, and 13. FIG. In this actuator array device, The light beam applied to the reflecting surface of the movable plate is reflected in a direction determined by the inclination of the movable plate. The inclination of the movable plate is detected by the inclination detection means based on the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate. Also, The light beam applied to the reflecting surface of the movable plate is formed from the light emitted from the light source by the waveguide and the fixed mirror.
[0035]
7 . Another actuator array device according to the present invention includes: 6 In the actuator array device according to the item, the light beam from the fixed mirror is perpendicularly incident on the surface of the movable plate when not tilted, and the reflecting surface provided on the movable plate is parallel to the surface of the movable plate, Has a plurality of light receiving elements positioned around each fixed mirror, each light receiving element outputs a signal corresponding to the intensity of the incident light beam, and a plurality of light receiving elements around each through hole of the second substrate. The element constitutes a tilt detecting means that receives reflected light from the reflecting surface of the movable plate and outputs a signal reflecting the tilt of the movable plate.
[0036]
This actuator array device corresponds to the configuration typically shown in FIG. In this actuator array device, detection is performed by a plurality of light receiving elements that output signals corresponding to the intensity of the incident light beam, which are located around the fixed mirror.
[0037]
8 . Another actuator array device according to the present invention includes: 6 In the actuator array device according to the item, the light beam from the fixed mirror is obliquely incident on the surface of the movable plate when not tilted, and the reflecting surface provided on the movable plate is parallel to the surface of the movable plate, and the second substrate Has a reflecting surface for reflecting the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate toward the first substrate, and the first substrate receives the light beam reflected by the reflecting surface of the second substrate. The light receiving element constitutes an inclination detecting means for outputting a signal corresponding to the incident position of the light beam and outputting a signal reflecting the inclination of the movable plate.
[0038]
This actuator array device corresponds to the configuration typically shown in FIG. In this actuator array device, the inclination of the movable plate is detected by a light receiving element that outputs a signal corresponding to the incident position of the light beam.
[0039]
9 . Another actuator array device according to the present invention includes: 6 In the actuator array device according to the item, the light beam from the fixed mirror is obliquely incident on the surface of the movable plate when not inclined, and the reflection surface provided on the movable plate is inclined with respect to the surface of the movable plate. The second substrate has a reflecting surface that reflects the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate toward the first substrate, and the first substrate receives the light beam reflected by the reflecting surface of the second substrate. It has a light receiving element for receiving, and the light receiving element constitutes a tilt detecting means for outputting a signal corresponding to the incident position of the light beam and outputting a signal reflecting the tilt of the movable plate.
[0040]
This actuator array device corresponds to the configuration shown in FIG. 13 and provides one embodiment of the reflecting surface of the movable plate.
[0041]
10 . Another actuator array device according to the present invention includes: 2 Term and number 3 Term and number 5 Term and number 7 Item-No. 9 The actuator array device according to any one of the items further includes an optical filter that prevents unwanted light from entering the light receiving element.
[0042]
This actuator array device corresponds to the configuration typically shown in FIG. In this actuator array device, unwanted light such as stray light is reduced, so that the SN ratio is improved.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0044]
First embodiment
The first embodiment of the present invention is directed to an optical switch device using a plurality of tiltable movable plates and an actuator array device having a function of detecting the tilt. 1 is an exploded perspective view of the optical switch device main body of the first embodiment, FIG. 2 is a perspective view of the optical switch device of the first embodiment, and FIG. 3 is an optical switch device main body taken along the line AB of FIG. FIG. 4 is an enlarged perspective view of a peripheral portion of one movable plate corresponding to one switch element of the optical switch device.
[0045]
As shown in FIGS. 1 and 2, the optical switch device 100 includes an optical switch device main body 102 and a pair of permanent magnets 104 disposed on both sides thereof. The optical switch device main body 102 has a plurality of optical switch elements arranged in an array, and one optical switch element includes one movable plate that changes the direction of the light beam.
[0046]
The optical switch device main body 102 includes a movable plate substrate (first substrate) 110 having a plurality of movable plates, a light receiving element substrate (second substrate) 130 disposed substantially parallel to the movable plate substrate 110, and a movable plate. A support substrate 150 that supports the substrate 110 and the light receiving element substrate 130 and a surface light source 170 are provided.
[0047]
The surface light source 170 is not particularly limited to this, and is composed of, for example, an EL (Electroluminescence) element. The support substrate 150 also serves as a package for the optical switch device main body 102.
[0048]
The movable plate substrate 110 has a plurality of rectangular openings 112. As shown in FIG. 4, the rectangular movable plate 114 located inside each opening 112 and the movable plates 114 can be inclined. And four sets of elastic members 116 connected to the movable plate substrate 110 (that is, the peripheral portion 118 of the opening 112). Each set of elastic members 116 extends between each side of the rectangular movable plate 114 and each side of the rectangular opening 112.
[0049]
The elastic member 116 has a mesh structure in order to obtain flexibility. In this specification, as shown in FIG. 4, the mesh structure has a mesh element structure arranged in a single line as shown in FIG. 5 in addition to a structure in which a plurality of mesh element structures are arranged vertically and horizontally. It also includes the structure. The elastic member 116 only needs to have necessary flexibility, and does not necessarily have a mesh structure.
[0050]
As shown in FIG. 1, the light receiving element substrate 130 has a plurality of openings 136, the support substrate 150 has a plurality of spacers 154, and the spacers 154 of the support substrate 150 and the openings 136 of the light receiving element substrate 130 are It is provided at the corresponding position. As a result, as shown in FIG. 3, the support substrate 150 supports the light receiving element substrate 130 with the spacer 154 passing through the opening 136 and in contact with the light receiving element substrate 130. The spacer 154 of the support substrate 150 passes through the opening 136 of the light receiving element substrate 130 and contacts the movable plate substrate 110 to support the movable plate substrate 110.
[0051]
As shown in FIG. 3, the movable plate 114 includes a reflecting surface 122 that reflects a light beam, a reflecting surface 124 provided on the opposite side, and a drive coil 126 that extends on both sides of the reflecting surface 124. Yes. Although not shown, the drive coil 126 is electrically connected to the power supply pad 128 through a wiring that passes through the elastic member 116. The power supply pad 128 is electrically connected to a terminal 156 provided on the upper end surface of the spacer 154 of the support substrate 150. Although not shown, the terminal 156 is electrically connected to a power supply device provided outside through a wiring passing through the inside of the spacer 154.
[0052]
Thereby, the drive coil 126 is appropriately supplied with current from the power supply device. The current flowing through the drive coil 126 interacts with the magnetic field generated by the permanent magnet 104 to generate a Lorentz force. The movable plate 114 begins to tilt according to the Lorentz force, and the tilt stops at a position where the Lorentz force and the restoring force of the elastic member 116 are balanced. That is, the drive coil 126 and the permanent magnet 104 constitute drive means for inclining the movable plate 114.
[0053]
The drive coil 126 of the movable plate 114 includes two types of coils extending obliquely across the direction of the magnetic field created by the permanent magnet 104, and the current flowing through each of the two types of coils is the coil through which the current flows. The movable plate 114 is tilted around a substantially parallel axis. Accordingly, the movable plate 114 can be inclined around two axes, that is, in any direction.
[0054]
As shown in FIG. 1, the light receiving element substrate 130 is located between the movable plate substrate 110 and the surface light source 170 and has a plurality of through holes 132. The through hole 132 is a pin hole, for example, and is located at a position corresponding to the reflecting surface 124 of the movable plate 114. The support substrate 150 has a plurality of openings 152, and the openings 152 are at positions corresponding to the through holes 132.
[0055]
As shown in FIG. 3, the movable plate 114, the light receiving element substrate 130, and the support substrate 150 are positioned relative to each other, and the reflecting surface 124 of the movable plate 114, the through hole 132 of the light receiving element substrate 130, and the opening of the support substrate 150. The parts 152 are aligned.
[0056]
The light emitted from the surface light source 170 toward the movable plate substrate 110 passes through the opening 152 of the support substrate 150 and proceeds to the through hole 132 of the light receiving element substrate 130. From the through hole 132, light having relatively uniform directions is emitted toward the reflecting surface 124 of the movable plate 114. That is, the through-hole 132 of the light receiving element substrate 130 constitutes a light beam irradiating unit that forms a light beam from the light emitted from the surface light source 170 and irradiates the reflecting surface 124 of the movable plate 114.
[0057]
The reflecting surface 124 provided on the movable plate 114 is parallel to the surface of the movable plate 114. Therefore, the light beam emitted from the through-hole 132 of the light-receiving element substrate 130 is incident on the reflecting surface 124 of the movable plate 114 at a non-tilt substantially perpendicularly while being spread radially and uniformly. Further, the light beam reflected by the reflecting surface 124 of the movable plate 114 at the time of non-tilt enters the light receiving element substrate 130 while being spread radially and uniformly.
[0058]
As shown in FIG. 1, the light receiving element substrate 130 has a plurality of light receiving elements, for example, four light receiving elements 134 positioned around the through hole 132. The light receiving element 134 outputs a signal corresponding to the intensity of the incident light beam. The light receiving element 134 is not particularly limited to this, but is configured by, for example, a photodiode.
[0059]
As shown in FIGS. 6 and 7, the light beam reflected by the reflecting surface 124 of the movable plate 114 forms a beam spot BS on the light receiving element substrate 130. The position of the beam spot BS changes according to the inclination angle and the inclination direction of the movable plate 114. That is, the beam spot BS moves in a direction corresponding to the inclination direction of the movable plate 114, and the movement distance corresponds to the inclination angle of the movable plate 114.
[0060]
For example, the beam spot BS formed by the light beam reflected by the reflecting surface 124 of the movable plate 114 when not tilted is equally applied to the four light receiving elements 134 as shown in FIG. Further, the beam spot BS formed by the light beam reflected by the reflecting surface 124 of the inclined movable plate 114 is applied unevenly to the four light receiving elements 134 as shown in FIG. Therefore, the inclination direction and the inclination angle of the movable plate 114 are obtained by examining the outputs of the four light receiving elements 134, that is, the ratio of the intensity of light incident on them.
[0061]
That is, the four light receiving elements 134 positioned around the through-hole 132 are signals that reflect the inclination (inclination direction and inclination angle) of the movable plate 114 based on the light beam reflected by the reflecting surface 124 of the movable plate 114. Is formed.
[0062]
In the optical switch device 100, the inclination of the movable plate 114 is controlled by changing the current (direction and magnitude) flowing through the drive coil 126, and the direction of the light beam reflected by the reflecting surface 122 of the movable plate 114 is changed. Control. Such control of the direction of the light beam is used for switching the optical connection destination of the light beam reflected by the reflecting surface 122 of the movable plate 114.
[0063]
The movable plate 114 has another reflecting surface 124 on the opposite side of the reflecting surface 122, and the reflecting surface 124 is always irradiated with a light beam from the through hole 132 of the light receiving element substrate 130. The light beam reflected by the reflecting surface 124 of the movable plate 114 forms a beam spot BS on the light receiving element substrate 130. The beam spot BS moves on the light receiving element substrate 130 according to the inclination of the movable plate 114. The moving direction and moving distance of the beam spot BS correspond to the inclination direction and angle of the movable plate 114.
[0064]
The moving direction and moving distance of the beam spot BS are obtained from the outputs of the four light receiving elements 134. For example, the moving direction and moving distance of the beam spot BS can be obtained by examining the difference between the outputs of two appropriate light receiving elements 134. Thereby, the inclination direction and angle of the movable plate 114 can be known.
[0065]
In the optical switch device 100 of the present embodiment, the tilt of the movable plate 114 is detected based on the output of the light receiving element 134 made of, for example, a photodiode. Since the output of the photodiode has a sufficiently large signal strength, a circuit such as a high-performance amplifier is not required. In addition, since the change in the intensity of light emitted from the surface light source 170 does not affect the detection of inclination, a light source stabilization circuit or the like is not required. Therefore, the optical switch device 100 can detect the inclination of the movable plate 114 with high accuracy with a simple circuit. In addition, the tilt detection mechanism is compactly mounted in a narrow space between the movable plate substrate 110 and the support substrate 150.
[0066]
Various modifications and changes may be made to the present embodiment without departing from the scope of the invention.
[0067]
For example, the surface light source 170 is configured by an EL element, but may be configured by a fluorescent panel, a light emitting diode array, a semiconductor laser array, or the like.
[0068]
Further, a lens may be provided in a space between the surface light source 170 and the movable plate substrate 110 in order to optimize the size of the beam spot BS. The reflecting surface 124 of the movable plate 114 may not be flat but may be a concave surface, a convex surface, or a curved surface combining them.
[0069]
The tilt detection means is composed of four photodiodes, but the number is not limited to this, and may be larger than that. A phototransistor may be used instead of the photodiode. An area sensor or PSD (Position-sensitive device) may be used. When the movable plate 114 is tilted about one axis, the tilt detection means may be composed of two or more photodiodes or phototransistors arranged on a position line.
[0070]
In order to reduce unwanted light such as stray light, an optical filter that prevents unwanted light from entering the light receiving element 134 may be further included. That is, the light receiving element 134 may be covered with an optical filter for preventing stray light.
[0071]
A light beam applied to the reflecting surface 124 of the movable plate 114 is formed by the through-hole 132 formed in the light receiving element substrate 130. The light beam is generated by using the opening 152 of the support substrate 150 as a pinhole. May be.
[0072]
On the light receiving element substrate 130, an amplification circuit for an electric signal from a photodiode, a processing circuit for obtaining a difference signal between four photodiodes, and the like may be formed.
[0073]
FIG. 8 shows a modification of the present embodiment. FIG. 8 schematically shows the configuration of the optical switch device main body of this modification. In FIG. 8, members equivalent to those already described are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 8, the optical switch device main body 102 </ b> A according to the present modification includes a light source 172, a branch device 174 that branches light emitted from the light source 172 into a plurality of parts, and a branch device 174 instead of the surface light source 170. And an optical fiber 176 for guiding the branched light to the vicinity of the movable plate 114. The light emitted from the optical fiber 176 passes through the through hole 132 of the light receiving element substrate 130 and is emitted toward the reflecting surface of the movable plate 114.
[0074]
9 and 10 show another modification of the present embodiment. FIG. 9 is an exploded perspective view of the optical switch device main body of the present modification, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the optical switch device main body taken along line CD in FIG. 9 and 10, members equivalent to those already described are denoted by the same reference numerals. As shown in FIGS. 9 and 10, the optical switch device main body 102 </ b> B according to the present modification includes a light source 172, a branch device 174 that branches light emitted from the light source 172 into a plurality of light, and light branched by the branch device 174. And a fixed mirror 184 for directing a light beam emitted from the waveguide 182 toward the reflecting surface 124 of the movable plate 114. The waveguide 182 branches in the middle, and has a beam splitter 186 that branches light at that portion. The four light receiving elements 134 are located around the fixed mirror 184. In the optical switch device of this modification, the waveguide 182 and the fixed mirror 184 constitute a light beam irradiation means that forms a light beam from the light emitted from the light source 172 and irradiates the reflecting surface 124 of the movable plate 114. ing.
[0075]
In the present embodiment, the driving means for inclining the movable plate 114 is of an electromagnetic driving system composed of the permanent magnet 104 and the driving coil 126, but is not limited to this, and is a piezoelectric driving method or an electrostatic driving method. Other driving methods may be used.
[0076]
Although an example in which the actuator array device is applied to an optical switch device has been shown, the actuator array device may be applied to other devices. For example, instead of providing an optical switch device by providing the movable plate 114 with a reflecting surface 122 for controlling the direction of the light beam, an element such as a light emitting element or an electromagnetic wave receiving antenna is provided on the movable plate 114 to constitute another device. May be. Even in the apparatus configured as described above, the inclination of the movable plate can be detected in the same manner as in the present embodiment.
[0077]
Second embodiment
The second embodiment of the present invention is directed to an optical switch device using a plurality of tiltable movable plates and an actuator array device having a function of detecting the tilt. FIG. 11 is a cross-sectional view of the optical switch device main body of the second embodiment. FIG. 12 shows a light beam path in the optical switch device main body of FIG.
[0078]
As shown in FIG. 11, the optical switch device main body 202 has a movable plate substrate (first substrate) 210 and a support substrate (second substrate) 240 disposed substantially parallel to the movable plate substrate 210. is doing. The movable plate substrate 210 and the support substrate 240 are connected to each other with a space 252 therebetween. The support substrate 240 also serves as a package for the optical switch device main body 202.
[0079]
The movable plate substrate 210 is the same structure as the movable plate substrate 110 of the first embodiment, and members indicated by reference numerals whose reference numerals match the last two digits of the members of the movable plate substrate 110 are similar members. It is.
[0080]
As shown in FIG. 12, the movable plate substrate 210 is connected to a rectangular movable plate 214 located inside the opening, and the movable plate 214 is inclined to the movable plate substrate 210 (that is, the peripheral portion 218 of the opening). And four sets of elastic members 216. As shown in FIG. 11, the movable plate 214 includes a reflection surface 222 that reflects a light beam, a reflection surface 224 provided on the opposite side, and a drive coil 226 that extends on both sides of the reflection surface 224. Yes.
[0081]
Although not shown, the drive coil 226 is electrically connected to the power supply pad 228 via a wiring passing through the inside of the elastic member 216. The power supply pad 228 is electrically connected to a terminal 254 provided on the upper end surface of the spacer 252 of the support substrate 240. Although not shown, the terminal 254 is electrically connected to a power supply device provided outside via a wiring passing through the inside of the spacer 252.
[0082]
As shown in FIG. 11, the support substrate 240 includes a waveguide 242 that guides light to the vicinity of the movable plate 214, and a fixed mirror that directs a light beam emitted from the waveguide 242 to the reflecting surface 224 of the movable plate 214. 246. Similarly to the modification of the first embodiment, light that is emitted from a light source and branched by a branching device is introduced into the waveguide 242. Therefore, the waveguide 242 and the fixed mirror 246 constitute a light beam irradiation unit that forms a light beam from light emitted from the light source and irradiates the reflecting surface of the movable plate.
[0083]
The light beam from the fixed mirror 246 is obliquely incident on the reflecting surface 224 of the movable plate 214 when not tilted. The reflection surface 224 provided on the movable plate 214 is parallel to the surface of the movable plate 212.
[0084]
Further, the support substrate 240 has a reflection surface 248 that reflects the light beam reflected by the reflection surface 224 of the movable plate 214 toward the movable plate substrate 210. In addition, the movable plate substrate 210 has a light receiving element 232 that receives the light beam reflected by the reflecting surface 248 of the support substrate 240.
[0085]
The light receiving element 232 outputs a signal corresponding to the incident position of the light beam. The light receiving element 232 is not particularly limited to this, but is constituted by, for example, an area sensor. That is, the light receiving element 232 constitutes an inclination detecting unit that outputs a signal reflecting the inclination of the movable plate.
[0086]
The movable plate substrate 210 further includes an optical filter 234 that covers the light receiving element 232. The optical filter 234 attenuates light to be used, that is, light having a wavelength different from that of light introduced into the waveguide 242. Thereby, unwanted light such as stray light is reduced.
[0087]
In the optical switch device using the optical switch device main body 202, the inclination of the movable plate 214 is controlled by changing the current (direction and magnitude) flowing through the drive coil 226, and reflected by the reflection surface 222 of the movable plate 214. Controlling the direction of the light beam emitted. Such control of the direction of the light beam is used for switching the optical connection destination of the light beam reflected by the reflecting surface 222 of the movable plate 214.
[0088]
The movable plate 214 has another reflecting surface 224 on the opposite side of the reflecting surface 222, and the reflecting surface 224 is always irradiated with the light beam LB emitted from the waveguide 242 and reflected by the fixed mirror 246. The light beam LB reflected by the reflecting surface 224 of the movable plate 214 is reflected by the reflecting surface 248 of the support substrate 240 and enters the light receiving element 232 of the movable plate substrate 210. The light beam incident on the light receiving element 232 forms a beam spot BS on the light receiving surface. The beam spot BS moves on the light receiving surface of the light receiving element 232 according to the inclination of the movable plate 214. The position of the beam spot BS corresponds to the inclination direction and angle of the movable plate 214.
[0089]
The position of the beam spot BS is obtained from the output of the light receiving element 232. Accordingly, the direction and angle of inclination of the movable plate 214 can be known from the output of the light receiving element 232.
[0090]
In the optical switch device using the optical switch device main body 202 of the present embodiment, the inclination of the movable plate 214 is detected based on the output of the light receiving element 232 made up of an area sensor, for example. Since the output of the area sensor has a sufficiently large signal intensity, a circuit such as a high-performance amplifier is not required. In addition, since the change in the intensity of the light beam incident on the area sensor does not affect the tilt detection, a light source stabilization circuit or the like is not required. Therefore, the optical switch device using the optical switch device main body 202 can detect the inclination of the movable plate 214 with a simple circuit with high accuracy. Further, in the optical switch device main body 202, the tilt detection mechanism is compactly mounted in a narrow space between the movable plate substrate 210 and the support substrate 240.
[0091]
Various modifications and changes may be made to the present embodiment without departing from the scope of the invention.
[0092]
The inclination detecting means may be constituted by a PSD (Position-sensitive-device) instead of an area sensor.
[0093]
In order to optimize the size of the beam spot BS, a lens may be disposed on the optical path from the waveguide 242 to the light receiving element 232. The reflecting surface 224 of the movable plate 214 is not flat, and may be a concave surface, a convex surface, or a curved surface combining them.
[0094]
An amplifier circuit or a processing circuit for an electric signal from the light receiving element 232 may be formed on the movable plate substrate 210.
[0095]
FIG. 13 shows a modification of the present embodiment. FIG. 13 is a partial cross-sectional view of the optical switch device main body of this modification. In FIG. 13, members equivalent to those already described are denoted by the same reference numerals. In the optical switch device main body 202A of this modification, as shown in FIG. 13, the movable plate 214 has a reflective surface 262 instead of the reflective surface 224, and the reflective surface 262 is inclined with respect to the surface of the movable plate 214. is doing. The light beam reflected by the reflecting surface 262 of the movable plate 214 is reflected by the reflecting surface 248 and enters the light receiving element 232.
[0096]
FIG. 14 shows another modification of the present embodiment. FIG. 14 is a partial cross-sectional view of the optical switch device main body of the present modification. In FIG. 14, members equivalent to those already described are denoted by the same reference numerals. The optical switch device main body 202 </ b> B of this modification has a surface light source 280 and a support substrate 270 positioned between the movable plate substrate 210 and the surface light source 280. The support substrate 270 supports the surface light source 280 and supports the movable plate substrate 210 via a spacer (not shown). The support substrate 270 has a through hole 272 at a position corresponding to the reflective surface 262 of the movable plate 214. The light that has passed through the through hole 272 is applied to the reflecting surface 262 of the movable plate 214. That is, the through-hole 272 constitutes a light beam irradiation means that forms a light beam from light emitted from the surface light source 280 and irradiates the reflection surface 262 of the movable plate 214. The light beam reflected by the reflecting surface 262 of the movable plate 214 is reflected by the reflecting surface 274 provided on the support substrate 270 and enters the light receiving element 232.
[0097]
In the present embodiment, the driving means for inclining the movable plate 214 is of an electromagnetic driving method composed of a permanent magnet and a driving coil, but is not limited to this, such as a piezoelectric driving method or an electrostatic driving method. Other driving methods may be used.
[0098]
Although an example in which the actuator array device is applied to an optical switch device has been shown, the actuator array device may be applied to other devices. For example, instead of configuring the optical switch device by providing the movable plate 214 with the reflecting surface 222 for controlling the direction of the light beam, other devices are configured by providing the movable plate 214 with elements such as a light emitting element and an electromagnetic wave receiving antenna. May be. Even in the apparatus configured as described above, the inclination of the movable plate can be detected in the same manner as in the present embodiment.
[0099]
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. May be.
[0100]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the actuator array apparatus which has a function which detects the inclination of the some movable plate which can be largely inclined, and its inclination is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an optical switch device main body according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the optical switch device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical switch device main body taken along line AB in FIG. 2;
FIG. 4 is an enlarged perspective view of the periphery of one movable plate corresponding to one switch element of the optical switch device.
FIG. 5 is an enlarged perspective view of a peripheral portion of a movable plate showing an elastic member having a mesh structure different from that in FIG. 4;
FIG. 6 shows beam spots formed on the light receiving element substrate by the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate when not inclined.
FIG. 7 shows beam spots formed on a light receiving element substrate by a light beam reflected by a reflecting surface of an inclined movable plate.
FIG. 8 schematically shows a configuration of an optical switch device main body according to a modification of the first embodiment.
FIG. 9 is an exploded perspective view of an optical switch device main body according to another modification of the first embodiment.
10 is a cross-sectional view of the optical switch device main body taken along line CD in FIG. 9;
FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical switch device main body according to a second embodiment.
12 shows a path of a light beam in the optical switch device main body of FIG.
FIG. 13 is a partial cross-sectional view of an optical switch device main body according to a modification of the second embodiment.
FIG. 14 is a partial cross-sectional view of an optical switch device main body according to another modification of the second embodiment.
FIG. 15 is a perspective view showing a part of a conventional MEMS optical switch element in a cutaway manner.
16 is a cross-sectional view of the MEMS optical switch element taken along line EF in FIG.
FIG. 17 is an exploded perspective view of the MEMS optical switch element shown in FIG.
18 is a diagram for explaining the operating principle of the detecting element for the tilt angle of the movable plate of the MEMS optical switch element of FIG. 15;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Optical switch apparatus, 102 ... Optical switch apparatus main body, 102A ... Optical switch apparatus main body, 102B ... Optical switch apparatus main body, 104 ... Permanent magnet, 110 ... Movable plate board, 112 ... Opening part, 114 ... Movable plate, 116 ... Elastic member 122... Reflecting surface 124. Reflecting surface 126 126 Driving coil 130. Light receiving element substrate 132. Through hole 134 134 Light receiving element 136 Opening 150 150 Support substrate 152 Opening 154 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Spacer, 170 ... Surface light source, 172 ... Light source, 174 ... Branching device, 176 ... Optical fiber, 182 ... Waveguide, 184 ... Fixed mirror, 186 ... Beam splitter, 202 ... Optical switch apparatus main body, 202A ... Optical switch apparatus main body 202B: optical switch device main body, 210: movable plate substrate, 214 ... movable plate, 216 ... elastic member, 222 ... reflecting surface 224: Reflecting surface, 226: Driving coil, 232: Light receiving element, 234: Optical filter, 240: Support substrate, 242 ... Waveguide, 246 ... Fixed mirror, 248 ... Reflecting surface, 252 ... Spacer, 262 ... Reflecting surface, 270 ... support substrate, 272 ... through hole, 274 ... reflective surface, 280 ... surface light source.

Claims

An actuator array device having a plurality of tiltable movable plates and a function of detecting the tilt;
A first substrate having a plurality of openings;
A movable plate located inside each opening;
An elastic member connecting each movable plate to the first substrate in a tiltable manner;
Driving means for inclining the movable plate;
A reflective surface provided on the movable plate;
At least one light source comprising a surface light source that emits light toward the first substrate;
A light beam irradiation means for forming a light beam from the light emitted from the light source and irradiating the reflecting surface of the movable plate;
A second substrate located between the first substrate and the surface light source and disposed substantially parallel to the first substrate ;
An inclination detecting means for outputting a signal reflecting the inclination of the movable plate based on the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate;
The second substrate has a through hole at a position corresponding to the reflecting surface of the movable plate ,
The through hole of the second substrate constitute an optical beam irradiation unit, an actuator array device.

The light beam from the through hole is perpendicularly incident on the surface of the movable plate when not inclined, the reflecting surface provided on the movable plate is parallel to the surface of the movable plate, and the second substrate is placed around each through hole. A plurality of light receiving elements positioned, each light receiving element outputs a signal corresponding to the intensity of the incident light beam, and the plurality of light receiving elements around each through hole of the second substrate are reflected by the movable plate. The actuator array device according to claim 1 , wherein the actuator array device comprises tilt detection means for receiving reflected light from the surface and outputting a signal reflecting the tilt of the movable plate.

The light beam from the through-hole is perpendicularly incident on the surface of the movable plate when not inclined, the reflecting surface provided on the movable plate is inclined with respect to the surface of the movable plate, and the second substrate is the movable plate. A reflection surface that reflects the light beam reflected by the reflection surface toward the first substrate; the first substrate has a light receiving element that receives the light beam reflected by the reflection surface of the second substrate; 2. The actuator array device according to claim 1 , wherein the light receiving element constitutes a tilt detecting unit that outputs a signal corresponding to an incident position of the light beam and outputs a signal reflecting the tilt of the movable plate.

An actuator array device having a plurality of tiltable movable plates and a function of detecting the tilt;
A first substrate having a plurality of openings;
A movable plate located inside each opening;
An elastic member connecting each movable plate to the first substrate in a tiltable manner;
Driving means for inclining the movable plate;
A reflective surface parallel to the surface of the movable plate provided on the movable plate;
At least one light source;
A branching device for branching light emitted from a light source into a plurality of branches;
An optical fiber for guiding the light branched by the branching device to the vicinity of the movable plate ;
A light beam irradiation means for forming a light beam from the light emitted from the light source and irradiating the reflecting surface of the movable plate;
A second substrate disposed substantially parallel to the first substrate;
An inclination detecting means for outputting a signal reflecting the inclination of the movable plate based on the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate;
The second substrate has a through hole at a position corresponding to the reflecting surface of the movable plate ,
The optical fiber emits light toward the reflecting surface of the movable plate through the through hole of the second substrate,
The through hole of the second substrate constitute an optical beam irradiation unit, an actuator array device.

The light beam from the through hole is perpendicularly incident on the surface of the movable plate when not inclined, and the second substrate has a plurality of light receiving elements positioned around each through hole, and each light receiving element has incident light. A signal corresponding to the intensity of the beam is output, and the plurality of light receiving elements around each through hole of the second substrate receive the reflected light from the reflecting surface of the movable plate and outputs a signal reflecting the inclination of the movable plate. The actuator array device according to claim 4 , comprising an inclination detecting means for outputting.

An actuator array device having a plurality of tiltable movable plates and a function of detecting the tilt;
A first substrate having a plurality of openings;
A movable plate located inside each opening;
An elastic member connecting each movable plate to the first substrate in a tiltable manner;
Driving means for inclining the movable plate;
A reflective surface provided on the movable plate;
At least one light source;
A branching device for branching light emitted from a light source into a plurality of branches ;
A light beam irradiation means for forming a light beam from the light emitted from the light source and irradiating the reflecting surface of the movable plate;
A second substrate disposed substantially parallel to the first substrate;
An inclination detecting means for outputting a signal reflecting the inclination of the movable plate based on the light beam reflected by the reflecting surface of the movable plate;
The second substrate has a waveguide that guides the light branched by the branching device to the vicinity of the movable plate, and a fixed mirror that directs the light beam emitted from the waveguide to the reflecting surface of the movable plate ,
Waveguide and the fixed mirror constitute a light beam irradiation means, an actuator array device.

The light beam from the fixed mirror is incident perpendicular to the surface of the movable plate when not tilted, the reflecting surface provided on the movable plate is parallel to the surface of the movable plate, and the second substrate is positioned around the fixed mirror. Each of the light receiving elements outputs a signal corresponding to the intensity of the incident light beam, and the plurality of light receiving elements around each through hole of the second substrate is a reflecting surface of the movable plate. The actuator array device according to claim 6 , comprising tilt detection means for receiving reflected light from the light and outputting a signal reflecting the tilt of the movable plate.

The light beam from the fixed mirror is incident obliquely on the surface of the movable plate when it is not inclined, the reflection surface provided on the movable plate is parallel to the surface of the movable plate, and the second substrate is the reflection surface of the movable plate. The first substrate has a reflection surface that reflects the reflected light beam toward the first substrate. The first substrate has a light receiving element that receives the light beam reflected by the reflection surface of the second substrate. The actuator array device according to claim 6 , wherein a tilt detection unit that outputs a signal corresponding to the incident position of the light beam and outputs a signal reflecting the tilt of the movable plate is configured.

The light beam from the fixed mirror is incident obliquely on the surface of the movable plate when not tilted, the reflection surface provided on the movable plate is inclined with respect to the surface of the movable plate, and the second substrate is the movable plate. A reflection surface that reflects the light beam reflected by the reflection surface toward the first substrate; the first substrate has a light receiving element that receives the light beam reflected by the reflection surface of the second substrate; 7. The actuator array device according to claim 6 , wherein the light receiving element constitutes a tilt detecting means for outputting a signal corresponding to the incident position of the light beam and outputting a signal reflecting the tilt of the movable plate.

The actuator array device according to any one of claims 2 , 3 , 5, and 7 to 9 , further comprising an optical filter that prevents unwanted light from entering the light receiving element. .