JP2004279948A

JP2004279948A - Attitude controller, optical device, method of controlling attitude and method of driving optical device

Info

Publication number: JP2004279948A
Application number: JP2003074164A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Iino; 朗弘飯野; Takashi Yamanaka; 崇史山中; Naoki Kawada; 直樹川和田; Fumikazu Ohira; 文和大平; Yutaka Mihara; 豊三原; Gen Hashiguchi; 原橋口; Ichiro Ishimaru; 伊知郎石丸; Mitsuhiro Iwase; 充洋岩瀬; Kenji Watabe; 賢治渡部
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP4369674B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an attitude controller in which self-retention is available, power consumption is reduced, and a high resolution driving is possible. <P>SOLUTION: A plane part (object to be controlled) 1 is oscillatably and elastically supported by a supporting beam 2, a permanent magnet 3 is connected to the driving shaft 5 of a supersonic wave motor 4, and closely facing to the plane part 1. A magnetized object 1c of the plane 1 is vertically magnetized and the permanent magnet 3 is magnetized in the plane. The plane part 1 does not move when different magnetic poles are positioned on the left and the right sides of the permanent magnet 3. The plane part 1 is oscillated around the supporting beam 2 by the magnetic force which the permanent magnet 3 exerts on the magnetized object 1c when different magnetic poles are positioned above and under the permanent magnet 3 by turning the permanent magnet 3. The plane part 1 is oscillated around the supporting beam 2 in the opposite direction by the magnetic force which the permanent magnet 3 exerts on the magnetized object 1c when the permanent magnet 3 is turned in the opposite direction. The plane part 1 is oscillated by a smaller angle when the permanent magnet 3 is turned by an angle between 0 and 90 degrees. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、姿勢制御装置およびそれを有する光デバイスと、姿勢制御方法およびそれを用いた光デバイスの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野などにおいて様々な光学デバイスが使用されており、例えば、光ファイバ伝送路の光路の切り換えを行う光スイッチや、光路の遮断を行う光減衰器や、光路の波長を制御する光波長選択装置などがある。光デバイスの一例である光スイッチでは、光路の切り換え等を行うために、光ファイバ自体を機械的に動かす構成や、光路中に配設されたレンズを機械的に動かす構成や、光路中に配設されたミラーを機械的に動かしてその反射角を変える構成などが採用されている。
【０００３】
米国特許第５７７４６０４号公報に開示されている光スイッチは、ミラーを機械的に動かす構成として、可動ミラー（マイクロメカニカル構造）と固定ミラーとを有している。具体的には、可動ミラーが光路から外れた姿勢をとる場合には、１つの入力側光ファイバからの光を、光路を変更せずそのまま出力側光ファイバに伝達し、可動ミラーが光路中に位置する姿勢をとる場合には、入力側光ファイバからの光を可動ミラーおよび固定ミラーで反射させて、異なる出力側光ファイバに伝達させる構成である。この可動ミラーは、表面がミラー状になっている平面部（被制御物）が支持梁により揺動可能に支持されており、平面部が静電力で電極に引き寄せられることによって姿勢を変えることができる。
【０００４】
前記したのと同様な構成を有する小型のミラーをアレイ状、千鳥状、または格子状等に配列して、これら複数のミラーの角度を、静電アクチュエータを用いて個々に制御する構成が実現されている。例えば、米国特許第５０６１０４９号公報には、表面がミラー状になっている平面部が支持梁により揺動可能に支持されており、平面部が静電力で電極に引き寄せられることによって姿勢を変えることができるミラーが、一平面上に多数設けられている光モジュレーターが開示されている。また、特開平６−９１９２３号公報にも、表面がミラー状になっている平面部が支持梁により揺動可能に支持されており、平面部が静電力で電極に引き寄せられることによって姿勢を変えることができるミラーが、一平面上に多数設けられている構成が開示されている。これらは、電子写真装置の構成部品として示されているが、同様なミラーを、光ファイバ間の光の伝達を行う光スイッチ等に応用することも可能である。
【０００５】
このような平面部および支持梁は、従来の半導体製造などに多用されている、いわゆるＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術、すなわち、シリコン基板に対して露光およびエッチングなどを施すフォトリソグラフィ法で加工を行う技術を利用して製造することが考えられ、その場合、高精度かつ微細な加工を行える。
【０００６】
なお、前記した従来の構成では、支持梁により揺動可能に支持されている平面部がミラー状になっているが、ミラー状ではなく光フィルタにして、透過光波長が可変の光波長選択手段を構成することや、ミラー状ではなく光遮蔽板にして、可変の光減衰器にすることなども考えられる。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５７７４６０４号明細書（図１ａ〜図２ｂ）
【０００８】
【特許文献２】
米国特許第５０６１０４９号明細書（図１ａ〜４、図３１〜３２ｃ）
【０００９】
【特許文献３】
特開平６−９１９２３号公報（図６）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の構成では、支持梁に支持された平面部（被制御物）を、静電気の吸引・反発力によって変位させる構成であるため、無通電時の自己保持性がない。すなわち、平面部をある変位姿勢に維持するためには、静電アクチュエータに電力を供給し続けて静電力を発生し続けなければならない。従って、消費電力が非常に大きいという欠点がある。そして、突然の停電等により電力が停止した場合、アクチュエータを現在の位置に保持できず、光スイッチ等に応用したときには光信号の切り換え等の機能が果たせないという問題がある。
【００１１】
また、静電力の特性上、環境温度や環境湿度の影響を受け易く、駆動力が変動してしまう可能性がある。従って、平面部の姿勢を精密に制御するためには、環境温度や環境湿度を検出して静電アクチュエータの作動にフィードバックする制御機構を必要とする。
【００１２】
さらに、特許文献２に一例が示されているように、静電アクチュエータの駆動電圧がある程度大きくなると、平面部の揺動角度が非常に急激に増大するため、角度の微調整は困難である（図１７参照）。静電アクチュエータの駆動電圧の増加に伴う平面部の揺動角度の増大がそれほど急激でない範囲のみで駆動を行おうとすると、揺動可能な角度範囲がごく狭い範囲に限られてしまい、この姿勢制御装置の用途が非常に限定されてしまう。結局、前記した環境湿度等の問題と、静電アクチュエータの駆動電圧と平面部の揺動角度との関係から、平面部の揺動角度の高分解能駆動は非常に困難である。
【００１３】
そこで本発明の目的は、様々な光デバイス等に使用可能であり、自己保持性を有しており消費電力が低減でき、環境温度や環境湿度の影響をあまり受けず、高分解能駆動が可能な、被制御物の姿勢制御装置およびそれを有する光デバイスと、姿勢制御方法およびそれを用いた光デバイスの駆動方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の姿勢制御装置は、着磁された被制御物と、被制御物を、少なくとも１本の揺動軸を中心として所定の範囲で揺動可能に弾性支持する支持梁と、被制御物に近接して配置されている、着磁された磁性体と、磁性体を被制御物に対して相対的に移動させ得る駆動手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
そして、被制御物は、１本の揺動軸を中心として揺動可能であり、駆動手段および前記磁性体の作用によって揺動角度が制御される構成であってもよい。
【００１６】
また、被制御物は、互いに直交する２本の揺動軸を中心としてそれぞれ揺動可能であり、駆動手段および磁性体は複数組設けられており、被制御物は、複数組の駆動手段および磁性体の作用によって各揺動軸を中心とした揺動角度がそれぞれ独立して制御される構成であってもよい。その場合、支持梁が固定されている、少なくとも部分的に着磁されたフレームを有し、被制御物は、フレームに対して相対的に、支持梁を通る揺動軸を中心として揺動可能であり、フレームは、他の支持梁によって、他の支持梁を通る揺動軸を中心として所定の範囲で揺動可能に弾性支持されており、複数組の駆動手段および磁性体は、被制御物に対して磁力を及ぼす組と、フレームに対して磁力を及ぼす組とを含んでいてもよい。さらに、フレームは、フレーム本体と、フレーム本体の少なくとも一部に固着されている着磁物とからなるものであってもよい。
【００１７】
駆動手段は自己保持性を有していることが好ましい。例えば、駆動手段は、超音波モータ、ステップモータ、減速機付き直流モータのうちのいずれかであってもよい。
【００１８】
被制御物は、被制御物本体が着磁されたものであってもよく、また、被制御物本体に着磁物が固着されたものであってもよい。
【００１９】
支持梁と被制御物本体は一体的に形成されていることが好ましい。
【００２０】
本発明の光デバイスは、前記したいずれかの構成の姿勢制御装置を有し、被制御物本体は光学素子である。光学素子はミラーであり光スイッチとして機能してもよい。光学素子は光フィルタであり光波長選択装置として機能してもよい。被制御物本体は光遮蔽板であり光減衰器として機能してもよい。
【００２１】
本発明の姿勢制御方法は、着磁された被制御物を、弾性を有する支持梁によって、少なくとも１本の揺動軸を中心として所定の範囲で揺動可能に支持する工程と、被制御物に近接して配置されている、着磁された磁性体を、被制御物に対して相対的に移動させて、磁性体が被制御物に及ぼす磁力を変化させることによって、被制御物を揺動軸を中心として揺動させる工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
被制御物を１本の前記揺動軸を中心として揺動可能に支持し、磁性体が被制御物に及ぼす磁力を変化させることによって揺動角度を制御してもよい。
【００２３】
また、被制御物を、互いに直交する２本の揺動軸を中心としてそれぞれ揺動可能に支持し、磁性体を複数設け、複数の磁性体が被制御物に及ぼす磁力をそれぞれ変化させることによって、各揺動軸を中心とした揺動角度をそれぞれ独立して制御してもよい。その場合、支持梁を、少なくとも部分的に着磁されたフレームに固定して、被制御物を、フレームに対して相対的に、支持梁を通る揺動軸を中心として揺動可能に支持し、フレームを、弾性を有する他の支持梁によって、他の支持梁を通る揺動軸を中心として所定の範囲で揺動可能に支持し、磁性体のうちの少なくとも１つが、被制御物に対して及ぼす磁力を変化させることによって、被制御物の、フレームに対して相対的な、支持梁を通る揺動軸を中心とした揺動角度を制御し、他の磁性体のうちの少なくとも１つが、フレームに対して及ぼす磁力を変化させることによって、フレームの、他の支持梁を通る揺動軸を中心とした揺動角度を制御してもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１に本発明の姿勢制御装置の第１の実施形態が示されている。まず、その基本構成について説明する。被制御物である平面部１が１対の支持梁２によって弾性支持されており、平面部１は支持梁２を中心（揺動軸）として揺動可能である。そして、永久磁石（磁性体）３が、平面部１に近接して対向するように配置されており、この永久磁石３は、自己保持性を有する駆動手段である超音波モータ４の駆動軸５に接続されている。本実施形態では、シリコンからなる基板６にパターン露光およびエッチング等を施すいわゆるＭＥＭＳ技術によって、平面部１および支持梁２が一体的に形成されている。平面部１は、シリコンからなる本体部分（被制御物本体）１ａと、その永久磁石３と反対側の面に形成されている金属蒸着膜からなるミラー層１ｂと、永久磁石３側の面に固着されている着磁物１ｃとからなる。着磁物１ｃは、図１に示すように面に垂直な方向に着磁され、例えば永久磁石３側がＮ極、本体部分１ａ側がＳ極になっている。これに対し、永久磁石３は、面内で着磁されており、超音波モータ４の駆動によって垂直面内で回転可能である。なお、図面中では、異なる磁極の境界を２点鎖線によって示している。
【００２６】
この姿勢制御装置の動作について、図２（ａ）〜（ｄ）の模式図を参照して説明する。まず、図１，２（ａ）に示すように、異なる磁極が永久磁石３の左右に位置する場合には、永久磁石３が着磁物１ｃに及ぼす磁力によって、着磁物１ｃには垂直線を中心として回転しようとする力が働くが、支持梁２によってその回転は阻止されるため、平面部１は動かない。すなわち、中立位置にある。
【００２７】
次に、超音波モータ４を駆動して永久磁石３を９０度回転させて、図２（ｂ）に示すように、異なる磁極を永久磁石３の上下に位置させると、永久磁石３が着磁物１ｃに及ぼす磁力によって、着磁物１ｃには、水平線、すなわち支持梁２を中心（揺動軸）として回転しようとする力が働き、平面部１は揺動する。すなわち、図示する例では、永久磁石３の、着磁物１ｃの永久磁石３側の磁極（図示の例ではＮ極）と異なる磁極の部分（図示の例ではＳ極である上側部分）が吸引力を及ぼし、その反対側（図示の例ではＮ極である下側部分）が反発力を及ぼすため、平面部１は支持梁２（揺動軸）を中心として揺動する。
【００２８】
なお、平面部１は支持梁２に弾性支持され、無制限に回転できるわけではないので、ある程度揺動した状態で停止する。このときの揺動角度は、永久磁石３が着磁物１ｃに及ぼす磁力の大きさや、永久磁石３と着磁物１ｃとの間隔や、支持梁２の剛性など様々な要素に基づいて決まる。従って、この姿勢制御装置の用途（例えば後述する光デバイスなど）に応じて様々な要素を適切に設計することによって、所望の揺動角度に平面部１を保持することができる。
【００２９】
これに対し、図２（ａ）に示す状態から、超音波モータ４を駆動して永久磁石３を図２（ｂ）と反対方向に９０度回転させて、永久磁石３の磁極を上下反対に位置させると、図２（ｃ）に示すように、永久磁石３が着磁物１ｃに及ぼす磁力によって、着磁物１ｃには、水平線、すなわち支持梁２を中心（揺動軸）として回転しようとする力が働き、平面部１は図２（ｂ）と反対向きに揺動する。このときの揺動角度は、通常、図２（ｂ）における揺動角度と同じ大きさになる。
【００３０】
超音波モータ４をさらに駆動して永久磁石３を図２（ａ）に示す状態から１８０度回転させると、図２（ｄ）に示すように、永久磁石３の磁極は図２（ａ）と左右反対になる。この場合にも、図２（ａ）に示す状態と同様に、永久磁石３が着磁物１ｃに及ぼす磁力によって、着磁物１ｃには垂直線を中心として回転しようとする力が働くが、支持梁２によってその回転は阻止されて平面部１は動かず、中立位置にある。
【００３１】
永久磁石３を０度と９０度の間の角度だけ回転するように超音波モータ４を駆動すると、平面部１は、図２（ｂ）または図２（ｃ）に示す揺動角度よりも小さい角度だけ揺動する。超音波モータ４の駆動による永久磁石３の回転角度と、それに対応する平面部１の揺動角度との関係の一例が、図３に示されている。図３に示すデータは、図中に記す条件下における実験結果である。なお、永久磁石３を９０度と１８０度の間の角度だけ回転させる場合も同様である。このように、平面部１の揺動の向きは、永久磁石３の回転方向によって制御でき、平面部１の揺動角度は、永久磁石３の回転角度、ひいては超音波モータ４の作動量によって細かく制御できる。特に、図３を図１７と比較すると明らかなように、本発明によると、平面部１の角度を非常に微細に制御できるため、従来困難であった高分解能駆動が容易に達成できる。
【００３２】
また、本発明において平面部１を揺動させる駆動力は、永久磁石３から及ぼされる磁力であり、永久磁石３が一定の角度に保持される限り、その磁力は変動しない。永久磁石３の回転角度を制御する超音波モータ４は、電力供給を停止している間、常に同じ状態を維持し続ける、いわゆる自己保持性を有する駆動手段である。従って、本発明の場合、超音波モータ４を一旦駆動して永久磁石３を回転させてそれが及ぼす磁力によって平面部１を所望の角度だけ揺動したら、そこで超音波モータ４の駆動を停止すれば、電力を供給することなくその姿勢を維持し続ける。そのため、電力供給は平面部１を所望の角度まで揺動させる間のごく僅かな時間だけでよく、消費電力が非常に小さくて済む。さらに、磁力によって平面部１を揺動させているため、従来のように静電力を利用する場合に比べて、環境温度や環境湿度の影響を受けにくく、フィードバック制御機構は必要とせず、精度よく平面部１の姿勢が制御できる。この点では、超音波モータ４に代えて、ステップモータや減速機付き直流モータなど、自己保持性を有する他の形式のモータを用いても、同様の効果が得られる。
【００３３】
ただし、本実施形態の場合、図２（ａ）および図２（ｄ）に示す中立位置をとることができるので、この中立位置を利用する構成にすることによって、超音波モータ４などの自己保持性を有するモータを用いなくても、構造自体の自己保持性によって消費電力の低減を図ることも可能である。
【００３４】
なお、表１には、本実施形態における支持梁２の寸法と、その支持梁が破損を生じる時点での平面部１の揺動角度の関係が示されている。この表１を参照することにより、必要とされる平面部１の揺動角度に対応可能な支持梁２の寸法を設計することができる。
【００３５】
【表１】

【００３６】
本実施形態では、図３中に記載しているように、支持梁の幅を０．５ｍｍ、長さを１ｍｍにしている。
【００３７】
本実施形態の変形例では、図４に示すように、平面部１の半分の大きさの、面に直角な方向に磁化された２個の永久磁石７ａ，７ｂを貼り合わせて磁性体７を構成している。この構成でも、磁性体７の平面部１に近接する面においては、図１〜２に示す構成と同様な磁極配置となるため、全く同様な作動によって同様な作用効果を得ることができる。磁性体７の、平面部１と反対側の面における磁極は、本装置においては実質的に作用を及ぼさない。
【００３８】
本実施形態の他の変形例では、図５に示すように、平面部１と支持梁２と基板６が、ステンレスなどの金属により一体的に形成されており、平面部１自体が直接着磁されている。従って、図１，２に示す着磁物１ｃを設ける必要はない。平面部１の鏡面度が不十分である場合には、図１，２に示す構成と同様にミラー層１ｂを設けてもよいが、平面部１が十分な鏡面度を有している場合にはミラー層１ｂは不要である。なお、本明細書中では、そのもの自体が直接着磁されている場合も、着磁物が固着されている場合も含めて、「着磁されている」と総称している。
【００３９】
［第２の実施形態］
次に、本発明の姿勢制御装置の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との相違点についてのみ説明し、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付与し説明を省略する。
【００４０】
図６に示すように、本実施形態では、本体部分１ａおよびミラー層１ｂとともに平面部（被制御物）１１を構成する着磁物１１ａが、その面内で着磁されており、支持梁２（揺動軸）を挟んで上下に異なる磁極が位置している。そして、平面部１１と同等の大きさの２つの永久磁石１２ａ，１２ｂを貼り合わせて磁性体１２が構成されている。そして、２つの永久磁石１２ａ，１２ｂのうちの一方のみが平面部１１と対向するように、平面部１１と磁性体１２の中心をずらした構成になっている。
【００４１】
図６，７（ａ）に示すように一方の永久磁石１２ａが平面部１１と対向した状態では、磁性体１２の、永久磁石１２ａの平面部１１側の磁極（図示の例ではＳ極）と異なる磁極の部分（図示の例ではＮ極である上側部分）が吸引され、その反対側（図示の例ではＳ極である下側部分）が反発されて、平面部１１は支持梁２（揺動軸）を中心として揺動する。
【００４２】
一方、図７（ａ）に示す状態から、超音波モータ４の駆動によって磁性体１２が垂直面内で１８０度回転し、図７（ｃ）に示すように他方の永久磁石１２ｂが平面部１１と対向した状態では、着磁物１１ａの、永久磁石１２ｂの平面部１１側の磁極（図示の例ではＮ極）と異なる磁極の部分（図示の例ではＳ極である下側部分）が吸引され、その反対側（図示の例ではＮ極である上側部分）が反発されて、平面部１１は支持梁２（揺動軸）を中心として図７（ａ）とは反対側に揺動する。
【００４３】
図７（ａ）に示す状態から、超音波モータ４の駆動によって磁性体１２を９０度回転させると、図７（ｂ）に示す状態では、磁性体１２が縦長に位置し、永久磁石１２ａが上に永久磁石１２ｂが下に位置する。平面部１１は上側部分も下側部分も永久磁石１２ａ，１２ｂに吸引されて揺動できず、中立状態になる。また、図７（ｄ）に示す状態では、磁性体１２が縦長に位置し、永久磁石１２ｂが上に永久磁石１２ａが下に位置しているため、平面部１１は上側部分も下側部分も永久磁石１２ａ，１２ｂに反発されて揺動できず、中立状態になる。ただし、磁性体１２と平面部１１の相対位置を上下方向にずらすことによって、平面部が僅かな揺動角度だけ揺動する構成にすることもできる。
【００４４】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４５】
なお、本実施形態において、図示しないが単一の永久磁石で磁性体１２を構成するようにしてもよく、その場合、平面部１１に近接する面内で着磁されていればよい。また、本実施形態において、図示しないが、平面部１１と支持梁２と基板６が、ステンレスなどの金属により一体的に形成され、平面部１１自体が直接着磁されていてもよい。
【００４６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の姿勢制御装置の第３の実施形態について説明する。第１，２の実施形態との相違点についてのみ説明し、第１，２の実施形態と同様の構成については同一の符号を付与し説明を省略する。
【００４７】
図８に示すように、本実施形態では、第２の実施形態と同様な平面部１１と磁性体１２を有している。しかし本実施形態では、第１，２の実施形態とは異なり超音波モータ１３が、駆動軸８に接続された磁性体１２を水平面内で回転させるように設置されている。
【００４８】
この構成において、図８，９（ａ）に示すように平面部１１と磁性体１２の中心が一致した状態では、平面部１１の右側部分と左側部分にそれぞれ反対向きに回転しようとする力が働き、互いに打ち消し合うため、平面部１１は揺動しない中立位置にある。
【００４９】
図９（ａ）に示す状態から、超音波モータ１３の駆動によって磁性体１２を水平面内で回転させ、図９（ｂ）に示すように永久磁石１２ａが平面部１１と対向する位置に来ると、着磁物１１ａの、永久磁石１２ａの平面部１１側の磁極（図示の例ではＳ極）と異なる磁極の部分（図示の例ではＮ極である上側部分）が吸引され、その反対側（図示の例ではＳ極である下側部分）が反発されて、平面部１１は支持梁２（揺動軸）を中心として揺動する。
【００５０】
これに対し、図９（ａ）に示す状態から、超音波モータ１３の駆動によって図９（ｂ）と反対向きに磁性体１２を回転させ、図９（ｃ）に示すように永久磁石１２ｂが平面部１１と対向する位置に来ると、着磁物１１ａの、永久磁石１２ｂの平面部１１側の磁極（図示の例ではＮ極）と異なる磁極の部分（図示の例ではＳ極である下側部分）が吸引され、その反対側（図示の例ではＮ極である上側部分）が反発されて、平面部１１は支持梁２（揺動軸）を中心として図９（ｂ）と反対向きに揺動する。
【００５１】
ただし、超音波モータ１３による磁性体１２の回転量が大きすぎると、磁性体１２から着磁物１１ａに及ぼす磁力が小さくなり、次第に揺動量が小さくなり、ついには揺動不可能になってしまう。従って、磁性体１２の回転角度、ひいては超音波モータ１３の作動量を制御することによって、平面部１１の揺動角度を微細に設定することができる。本実施形態でも、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５２】
なお、本実施形態において、図示しないが単一の永久磁石で磁性体１２を構成するようにしてもよく、その場合、平面部１１に近接する面内で着磁されていればよい。また、本実施形態において、図示しないが、平面部１１と支持梁２と基板６が、ステンレスなどの金属により一体的に形成され、平面部１１自体が直接着磁されていてもよい。
【００５３】
［第４の実施形態］
次に、本発明の姿勢制御装置の第４の実施形態について説明する。第１〜３の実施形態との相違点についてのみ説明し、第１〜３の実施形態と同様の構成については同一の符号を付与し説明を省略する。
【００５４】
図１０に示すように、本実施形態では、第１の実施形態と同様な平面部１と、平面部１の半分の大きさの、面内で磁化された２個の永久磁石１４ａ，１４ｂを貼り合わせた構成の磁性体１４と、磁性体１４を水平面内で回転させる超音波モータ１３とを有している。
【００５５】
この構成において、図１０，１１（ａ）に示すように平面部１と磁性体１４の中心が一致した状態では、平面部１の右側部分と左側部分にそれぞれ反対向きに回転しようとする力が働き、互いに打ち消し合うため、平面部１は揺動しない中立位置にある。
【００５６】
図１１（ａ）に示す状態から、超音波モータ１３の駆動によって磁性体１４を水平面内で回転させ、図１１（ｂ）に示すように永久磁石１４ａが平面部１と対向する位置に来ると、永久磁石１４ａの上側部分（図示する例ではＮ極）が着磁物１ｃ（図示する例では磁性体１４側の面がＮ極）に反発力を与え、下側部分（図示する例ではＳ極）が着磁物１ｃに吸引力を与えることにより、平面部１は支持梁２を中心（揺動軸）として揺動する。
【００５７】
これに対し、図１１（ａ）に示す状態から、超音波モータ１３の駆動によって図１１（ｂ）と反対向きに磁性体１４を回転させ、図１１（ｃ）に示すように永久磁石１４ｂが平面部１と対向する位置に来ると、永久磁石１４ｂの上側部分（図示する例ではＳ極）が着磁物１ｃに吸引力を与え、下側部分（図示する例ではＮ極）が着磁物１ｃに反発力を与えることにより、平面部１は支持梁２を中心（揺動軸）として図１１（ｂ）と反対向きに揺動する。
【００５８】
ただし、超音波モータ１３による磁性体１２の回転量が大きすぎると、磁性体１４から着磁物１ｃに及ぼす磁力が小さくなり、次第に揺動量が小さくなり、ついには揺動不可能になってしまう。従って、磁性体１４の回転角度、ひいては超音波モータ１３の作動量を制御することによって、平面部１の揺動角度を微細に設定することができる。本実施形態でも、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５９】
なお、図示しないが、平面部１と支持梁２と基板６が、ステンレスなどの金属により一体的に形成され、平面部１自体が直接着磁されていてもよい。
【００６０】
第１，２の実施形態と第３，４の実施形態では、超音波モータによる回転駆動方向が異なるため、この姿勢制御装置の設置条件などに基づいていずれか好ましい実施形態を任意に選択すればよい。
【００６１】
［第５の実施形態］
次に、本発明の姿勢制御装置の第５の実施形態について説明する。第１〜４の実施形態との相違点についてのみ説明し、第１〜４の実施形態と同様の構成については同一の符号を付与し説明を省略する。
【００６２】
図１２に示すように、本実施形態では、第２の実施形態と同様な平面部１１と、面に直角な方向に着磁された永久磁石１５と、この永久磁石（磁性体）１５を平面部１１に対して直線的に進退させる駆動軸９を含む直線駆動手段１６とを有している。
【００６３】
この構成において、図１２，１３（ａ）に示すように、永久磁石１５が平面部１１から十分離れているときには、永久磁石１５が着磁物１１ａに及ぼす磁力が小さいため、平面部１１は揺動しない中立位置にある。
【００６４】
図１３（ａ）に示す状態から、直線駆動手段１６の駆動によって永久磁石１５を平面部１１に接近させると、図１３（ｂ）に示すように、永久磁石１５（図示する例では平面部１１側の面がＳ極）が着磁物１１ａの上側部分（図示する例ではＮ極）に吸引力を与え、下側部分（図示する例ではＳ極）に反発力を与えることにより、平面部１１は支持梁２を中心（揺動軸）として揺動する。永久磁石１５が平面部１１に接近すれば接近するほど揺動角度は大きくなり、支持梁２が破損せずに弾性により許容される範囲で平面部１１は揺動可能である。本実施形態によると、永久磁石１５の接近量を変えることによって、平面部１１の揺動角度を微細に制御することができる。
【００６５】
本実施形態では、超音波モータよりも簡単な構成の直線駆動手段１６を使用することができるが、平面部１１の揺動の向きは一方向に限定される。また、図示しないが、直線駆動手段１６に代えて、永久磁石１５を垂直面内で移動させる駆動手段を用い、永久磁石１５を垂直面内で（例えば上下方向または左右方向に）移動させて着磁物１１ａに近接させたり遠ざかったり構成にして、作用する磁力の大きさを変更して平面部１１の揺動角度を制御することもできる。直線駆動手段１６を含むこれらの駆動手段は、無通電時の自己保持性を有することが好ましい。
【００６６】
なお、図示しないが、平面部１１と支持梁２と基板６が、ステンレスなどの金属により一体的に形成され、平面部１１自体が直接着磁されていてもよい。
【００６７】
［第６の実施形態］
次に、本発明の姿勢制御装置の第６の実施形態について説明する。第１〜５の実施形態との相違点についてのみ説明し、第１〜５の実施形態と同様の構成については同一の符号を付与し説明を省略する。
【００６８】
前記した第１〜５の実施形態では、平面部を２本の支持梁で弾性支持し、これらの支持梁を通る１本の軸（揺動軸）を中心として一方向（例えば上下方向）にのみ揺動可能な構成である。しかし、これと直交する方向（例えば左右方向）にも揺動可能にし、２本の揺動軸を中心としてそれぞれ独立して揺動する構成にすると、支持梁が破損せずに弾性により許容される範囲で平面部はあらゆる姿勢をとることができる。そこで本実施形態では、平面部が、２本の揺動軸を中心としてそれぞれ独立して揺動可能な構成にした。
【００６９】
具体的には、図１４に示すように、第１の実施形態と同様な平面部１が２本の支持梁２に揺動可能に弾性支持され、この支持梁２が矩形フレーム１７に連結され、矩形フレーム１７が支持梁２に垂直な２本の支持梁（他の支持梁）１８によって揺動可能に弾性支持されている。すなわち、平面部１は支持梁２を中心（揺動軸）として揺動可能であり、矩形フレーム１７は他の支持梁１８を中心（揺動軸）として前記したのと直交する方向に揺動可能である。
【００７０】
そして、矩形フレーム１７の内側の空間には第１の実施形態と同様の構成が設けられている。すなわち、平面部１の着磁物１ｃは面に直角な方向に着磁されており、この平面部１に近接して、面内で着磁されている永久磁石３が配置され、永久磁石３は超音波モータ４の駆動軸５に、垂直面内で回転可能に接続されている。従って、平面部１は、矩形フレーム１７に対して相対的に、第１の実施形態の説明において図２（ａ）〜２（ｄ）を参照して詳述したのと同様に、支持梁２を中心として揺動する。
【００７１】
さらに、矩形フレーム１７は、フレーム本体１７ｂの一部（図示する例では下辺部）に、着磁物１７ａが設けられている。そして、永久磁石１９が、着磁物１７ａに近接して配置され、水平面内で回転可能に超音波モータ２０の駆動軸１０に接続されている。着磁物１７ａと永久磁石１９は、ともに面内で着磁されている。
【００７２】
超音波モータ４および永久磁石４によって着磁物１ｃに磁力を及ぼして、平面部１を支持梁２を中心として揺動させる原理については前述したので、ここでは、超音波モータ２０および永久磁石１９によって着磁物１７ａに磁力を及ぼして、矩形フレーム１７を他の支持梁１８を中心（揺動軸）として揺動させる原理について説明する。
【００７３】
図１４，１５（ａ）に示すように、着磁物１７ａと永久磁石１９の中心が一致した状態では、着磁物１７ａの右側部分と左側部分がいずれも永久磁石１９に吸引され、それぞれ反対向きに回転しようとする力が働き、互いに打ち消し合うため、矩形フレーム１７は揺動しない。
【００７４】
図１５（ａ）に示す状態から、超音波モータ２０の駆動によって永久磁石１９を水平面内で回転させ、図１５（ｂ）に示すように、永久磁石１９のうちの一方の磁極（図示する例ではＳ極）が、着磁物１７ａの同磁極（図示する例ではＳ極）と対向する位置に来ると、着磁物１７ａに反発力が与えられ、矩形フレーム１７は支持梁１８を中心（揺動軸）として揺動する。
【００７５】
これに対し、図１５（ａ）に示す状態から、超音波モータ２０の駆動によって図１５（ｂ）と反対向きに永久磁石１９を回転させ、図１５（ｃ）に示すように永久磁石１９の他方の磁極（図示する例ではＮ極）が、着磁物１７ａの同磁極（図示する例ではＮ極）と対向する位置に来ると、着磁物１７ａに反発力が与えられ、矩形フレーム１７は支持梁１８を中心（揺動軸）として図１５（ｂ）と反対向きに揺動する。
【００７６】
超音波モータ２０による永久磁石１９の回転量が大きすぎると、永久磁石１９から着磁物１７ａに及ぼす磁力が小さくなり、次第に揺動量が小さくなり、ついには揺動不可能になってしまう。従って、永久磁石１９の回転角度、すなわち超音波モータ２０の作動量を制御することによって、矩形フレーム１７の揺動角度を微細に設定することができる。
【００７７】
このように、図２（ａ）〜２（ｄ）に示すのと同様な原理で平面部１を支持梁２を中心として揺動させるとともに、図１５（ａ）〜１５（ｃ）に示す原理で、平面部１を保持している矩形フレーム１７を揺動軸１８を中心として揺動させることによって、平面部１は２本の揺動軸（支持梁２と支持梁１８）を中心としてそれぞれ独立して揺動する。それによって、平面部１は、支持梁２と支持梁１８が破損せず弾性によって許容される範囲で、あらゆる姿勢をとることができる。
【００７８】
なお、永久磁石４および着磁物１ｃと、永久磁石１９および着磁物１７ａのそれぞれの磁力が干渉し合う可能性があるので、それらの干渉を無視できる程度に小さくするように、永久磁石４，１９間の間隔や各部の寸法および磁性の強さなどを調整しておくことが好ましい。また、実際には、図１５に示されているのとは異なり、平面部１が揺動するのと同時に矩形フレーム１７を揺動させるため、物理的な力が複雑に作用するので、それらを考慮に入れて各部の設計および超音波モータ４，１９の駆動を行うことが好ましい。
【００７９】
本実施形態でも、平面部１の揺動角度を非常に微細に制御でき、高分解能駆動が容易に達成できる。そして、超音波モータ４，２０はいずれも自己保持性を有する駆動手段であるため、常時通電する必要がなく、消費電力が低く抑えられる。
【００８０】
前記した構成では、面内で着磁したそれぞれ単一の永久磁石４，１９を用いているが、面に直角な方向に着磁した２つの永久磁石を貼り合わせる構成としてもよい。その場合、着磁物１ｃ，１７ａに対向する面における磁極が、図１４，１５に示す配置となればよい。その反対側の面における磁極は、実質的に作用を及ぼさない。また、図示しないが、平面部１と支持梁２と矩形フレーム１７と支持梁１８と基板６が、ステンレスなどの金属により一体的に形成されており、平面部１や矩形フレーム１７自体が直接着磁されていてもよい。
【００８１】
本発明の姿勢制御装置は、着磁された被制御物（平面部）に近接する磁性体（永久磁石）を移動させることによって、被制御物に及ぼす磁気的吸引力または磁気的反発力を変化させて、被制御物の姿勢を変化させるものであり、このような構成であれば、前記した実施形態に限られず、様々な変更が可能である。例えば、被制御物や支持梁の形態や数、磁性体や着磁物の着磁方向および各磁極の位置、駆動手段の種類や方式などについて、設計者が任意に選択することができる。
【００８２】
［光デバイス］
以上説明した本発明の第１〜６の実施形態などの姿勢制御装置を用いた光デバイスの例について説明する。図１６には、このような光デバイスの一例である光スイッチを示している。この光スイッチは、平行に並べて配置されている、コリメータレンズ２３が付属した入力側光ファイバ２２ａ，２２ｂと出力側光ファイバ２２ｃ，２２ｄと、光ファイバ２２ａ〜２２ｄの前方に配置された可動ミラー手段２４と、固定ミラー２１とからなる。可動ミラー手段２４には、各光ファイバ２２ａ〜２２ｄにそれぞれ対応する位置に、本発明の姿勢制御装置がそれぞれ組み込まれており各々が独立して動く複数の可動ミラー２４ａ〜２４ｄが構成されている。
【００８３】
入力側光ファイバ２２ａからコリメータレンズ２３を介して出射された光は、対応する可動ミラー２４ａに反射され、さらに固定ミラー２１で反射された後、可動ミラー２４ｃまたは２４ｄに入射して、さらに反射されて、コリメータレンズ２３を介して出力側光ファイバ２２ｃまたは２２ｄに入射する。入力側光ファイバ２２ａから出射された光が、可動ミラー２４ａおよび固定ミラー２１を介して、破線で図示するように可動ミラー２４ｃに入射するか実線で図示するように可動ミラー２４ｄに入射するかは、本発明の姿勢制御装置を組み込んだ可動ミラー２４ａの反射角、すなわち可動ミラー２４ａの姿勢によって決まる。さらに、可動ミラー２４ｃまたは２４ｄにより反射された光の、出力側光ファイバ２２ｃまたは２２ｄへの入射効率は、本発明の姿勢制御装置を組み込んだ可動ミラー２４ｃまたは２４ｄの姿勢に依存する。なお、入力側光ファイバ２２ｂから出射された光に関しても、前記したのと実質的に同様である。
【００８４】
本発明の姿勢制御装置を組み込むことによって、可動ミラー２４ａ〜２４ｄの姿勢を微細に調整できるため、この光スイッチは、非常に精密に作動する。図１６では、簡略化のためにわずか４本の光ファイバ２２ａ〜２２ｄを有する２×２の構成の光スイッチを示しているが、もっと多数の光ファイバがマトリックス状に配列されている光スイッチの場合には、本発明の姿勢制御装置を組み込んだ可動ミラーを採用することが非常に効果的である。言い換えると、本発明の姿勢制御装置を組み込んだ可動ミラーを採用することによって、従来よりも多数の光ファイバをより高密度に配置した光スイッチを構成することが可能になる。また、姿勢制御装置が自己保持性を持つことにより、消費電力を低く抑えられる。
【００８５】
ここでは、可動ミラー２４ａ〜２４ｄを有する光スイッチの例について説明したが、本発明の姿勢制御装置を組み込むことによって、高性能かつ低消費電力の様々な光デバイスを構成することができる。例えば、図示しないが、直線的に並ぶ入力側光ファイバと出力側光ファイバの間に、本発明の姿勢制御装置を組み込んだ光フィルタを配設することによって、微調整可能な可変の光波長選択装置を構成することや、直線的に並ぶ入力側光ファイバと出力側光ファイバの間に、本発明の姿勢制御装置を組み込んだ光遮蔽板を配設することによって、微調整可能な可変の光減衰器を構成することができる。その他にも、光デバイスに限られず、本発明の姿勢制御装置を組み込むことにより、様々な用途において高性能化や低消費電力化を図ることができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によると、被制御物の揺動角度を非常に微細に制御できるため、高分解能駆動が容易に達成できる。また、無通電時の自己保持性を有する構成にすることによって、駆動手段に常時電力を供給し続ける必要がないため、消費電力を低く抑えることができる。さらに、静電力を利用する場合に比べて、環境温度や環境湿度の影響を受けにくいため、フィードバック制御機構は必要とせず、精度よく姿勢制御できる。従って、安価で高性能の光デバイスを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の姿勢制御装置の斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１に示す姿勢制御装置の動作を説明するための斜視図である。
【図３】図１に示す姿勢制御装置における永久磁石の回転角度と平面部の揺動角度との関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）は図１に示す姿勢制御装置の変形例の斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図５】（ａ）は図１に示す姿勢制御装置の他の変形例の斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２の実施形態の姿勢制御装置の斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は図６に示す姿勢制御装置の動作を説明するための斜視図である。
【図８】（ａ）は本発明の第３の実施形態の姿勢制御装置の斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は図８に示す姿勢制御装置の動作を説明するための斜視図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第４の実施形態の姿勢制御装置の斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は図１０に示す姿勢制御装置の動作を説明するための斜視図である。
【図１２】（ａ）は本発明の第５の実施形態の姿勢制御装置の斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｂ）は図１２に示す姿勢制御装置の動作を説明するための斜視図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態の姿勢制御装置の斜視図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は図１４に示す姿勢制御装置の動作を説明するための斜視図である。
【図１６】本発明の姿勢制御装置を組み込んだ光スイッチの模式図である。
【図１７】従来の姿勢制御装置における駆動電圧と平面部の揺動角度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１平面部
１ａ本体部分
１ｂミラー層
１ｃ着磁物
２支持梁
３永久磁石
４超音波モータ
５駆動軸
６基板
７磁性体
７ａ，７ｂ永久磁石
８，９，１０駆動軸
１１平面部
１１ａ着磁物
１２磁性体
１２ａ，１２ｂ永久磁石
１３超音波モータ
１４磁性体
１４ａ，１４ｂ永久磁石
１５永久磁石
１６直線駆動手段
１７矩形フレーム
１７ａ着磁物
１７ｂフレーム本体
１８他の支持梁
１９永久磁石
２０超音波モータ
２１固定ミラー
２２ａ，２２ｂ入力側光ファイバ
２２ｃ，２２ｄ出力側光ファイバ
２３コリメータレンズ
２４ａ〜２４ｄ可動ミラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an attitude control device, an optical device having the same, an attitude control method, and a method for driving an optical device using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, various optical devices have been used in the optical communication field and the like, for example, an optical switch that switches an optical path of an optical fiber transmission line, an optical attenuator that interrupts an optical path, and an optical switch that controls a wavelength of an optical path. There is a wavelength selection device. An optical switch, which is an example of an optical device, has a configuration in which an optical fiber itself is mechanically moved to switch an optical path, a configuration in which a lens disposed in the optical path is mechanically moved, and an arrangement in an optical path. A configuration in which the provided mirror is mechanically moved to change its reflection angle is employed.
[0003]
The optical switch disclosed in US Pat. No. 5,774,604 has a movable mirror (micromechanical structure) and a fixed mirror as a configuration for mechanically moving a mirror. Specifically, when the movable mirror takes a posture deviating from the optical path, the light from one input-side optical fiber is transmitted to the output-side optical fiber without changing the optical path, and the movable mirror is positioned in the optical path. In the case of taking a position, the light from the input side optical fiber is reflected by the movable mirror and the fixed mirror, and transmitted to different output side optical fibers. This movable mirror has a mirror-shaped flat surface (controlled object) supported by a support beam so as to be swingable, and its attitude can be changed by being attracted to the electrode by electrostatic force. it can.
[0004]
A configuration is realized in which small mirrors having the same configuration as described above are arranged in an array, a staggered shape, a lattice shape, or the like, and the angles of the plurality of mirrors are individually controlled using an electrostatic actuator. ing. For example, in U.S. Pat. No. 5,610,491, a flat portion having a mirror-like surface is supported by a support beam so as to be swingable, and the flat portion is attracted to an electrode by electrostatic force to change the posture. An optical modulator in which a large number of mirrors are provided on one plane is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-91923 also discloses that a flat portion having a mirror-shaped surface is swingably supported by a support beam, and the flat portion is attracted to an electrode by electrostatic force to change its posture. A configuration is disclosed in which a large number of mirrors that can be provided are provided on one plane. Although these are shown as components of an electrophotographic apparatus, similar mirrors can be applied to an optical switch or the like for transmitting light between optical fibers.
[0005]
Such a flat portion and a supporting beam are processed by a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology, which is frequently used in conventional semiconductor manufacturing and the like, that is, a photolithography method of exposing and etching a silicon substrate. It is conceivable to manufacture using the technology to be performed, and in that case, high-precision and fine processing can be performed.
[0006]
In the above-described conventional configuration, the flat portion that is swingably supported by the support beam has a mirror shape. Or a variable light attenuator instead of a mirror.
[0007]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,774,604 (FIGS. 1a-2b)
[0008]
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 5,610,049 (FIGS. 1a-4, 31-32c)
[0009]
[Patent Document 3]
JP-A-6-91923 (FIG. 6)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional configuration, since the flat portion (controlled object) supported by the support beam is displaced by the attraction and repulsion of static electricity, there is no self-holding property when no power is supplied. That is, in order to maintain the plane portion in a certain displacement posture, it is necessary to continuously supply power to the electrostatic actuator and generate electrostatic force. Therefore, there is a disadvantage that power consumption is very large. When the power is stopped due to a sudden power failure or the like, the actuator cannot be held at the current position, and when applied to an optical switch or the like, there is a problem that functions such as switching of an optical signal cannot be performed.
[0011]
In addition, due to the characteristics of electrostatic force, it is easily affected by the environmental temperature and the environmental humidity, and the driving force may fluctuate. Therefore, in order to precisely control the attitude of the flat part, a control mechanism that detects the environmental temperature and the environmental humidity and feeds it back to the operation of the electrostatic actuator is required.
[0012]
Further, as disclosed in Patent Document 2, when the drive voltage of the electrostatic actuator is increased to some extent, the swing angle of the flat portion increases very rapidly, so that it is difficult to finely adjust the angle ( See FIG. 17). If an attempt is made to drive only in a range in which the swing angle of the flat portion is not so sharply increased due to an increase in the drive voltage of the electrostatic actuator, the swingable angle range is limited to a very narrow range. The use of the device is very limited. As a result, it is very difficult to drive the flat portion at a high resolution from the relationship between the drive voltage of the electrostatic actuator and the swing angle of the flat portion due to the above-mentioned problem of environmental humidity and the like.
[0013]
Therefore, an object of the present invention is to be able to be used for various optical devices, etc., to have self-holding properties, to reduce power consumption, to be less affected by environmental temperature and environmental humidity, and to be capable of high resolution driving. An object of the present invention is to provide an attitude control device for a controlled object, an optical device having the same, an attitude control method, and a method of driving an optical device using the same.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
An attitude control device of the present invention includes a magnetized controlled object, a support beam that elastically supports the controlled object in a predetermined range around at least one swing axis, and a controlled object. And a driving means capable of relatively moving the magnetic body with respect to the controlled object.
[0015]
The controlled object may be swingable about one swing axis, and the swing angle may be controlled by the action of the driving unit and the magnetic body.
[0016]
Further, the controlled object can swing about two swing axes orthogonal to each other, and a plurality of sets of driving means and magnetic bodies are provided. The controlled object has a plurality of sets of driving means and The configuration may be such that the swing angle about each swing axis is independently controlled by the action of the magnetic material. In that case, it has an at least partially magnetized frame to which the support beam is fixed, and the controlled object can swing about the swing axis passing through the support beam relative to the frame. The frame is elastically supported by another supporting beam so as to be swingable within a predetermined range around a swing axis passing through the other supporting beam, and a plurality of sets of driving means and a magnetic body are controlled. A set that applies a magnetic force to an object and a set that applies a magnetic force to a frame may be included. Further, the frame may include a frame main body and a magnetized substance fixed to at least a part of the frame main body.
[0017]
Preferably, the driving means has a self-holding property. For example, the driving unit may be any one of an ultrasonic motor, a step motor, and a DC motor with a speed reducer.
[0018]
The controlled object may have a controlled object body magnetized, or may have a controlled object body fixed with a magnetized object.
[0019]
It is preferable that the support beam and the controlled object main body are formed integrally.
[0020]
The optical device of the present invention includes the attitude control device having any one of the above-described configurations, and the controlled object body is an optical element. The optical element is a mirror and may function as an optical switch. The optical element is an optical filter and may function as an optical wavelength selection device. The controlled object body may be a light shielding plate and function as an optical attenuator.
[0021]
An attitude control method according to the present invention includes a step of supporting a magnetized controlled object by means of an elastic supporting beam so as to be swingable within a predetermined range around at least one swing axis; The magnetized magnetic body, which is disposed in close proximity to the object, is moved relatively to the object to be controlled, thereby changing the magnetic force exerted on the object by the magnetic body, thereby shaking the object to be controlled. Swinging about the moving axis.
[0022]
The controlled object may be supported so as to be able to swing around the one swing axis, and the swing angle may be controlled by changing the magnetic force exerted on the controlled object by the magnetic body.
[0023]
Further, the controlled object is supported so as to be swingable about two swing axes orthogonal to each other, a plurality of magnetic bodies are provided, and the magnetic forces exerted on the controlled object by the plurality of magnetic bodies are changed. Alternatively, the swing angle about each swing axis may be independently controlled. In this case, the support beam is fixed to the frame that is at least partially magnetized, and the controlled object is supported so as to be swingable about the swing axis passing through the support beam relative to the frame. The frame is supported by another supporting beam having elasticity so as to be able to swing within a predetermined range around a swing axis passing through the other supporting beam, and at least one of the magnetic bodies is moved relative to the controlled object. By changing the applied magnetic force, the swing angle of the controlled object relative to the frame about the swing axis passing through the support beam is controlled, and at least one of the other magnetic materials is controlled. By changing the magnetic force exerted on the frame, the swing angle of the frame about the swing axis passing through another support beam may be controlled.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a first embodiment of the attitude control device of the present invention. First, the basic configuration will be described. A flat portion 1 as a controlled object is elastically supported by a pair of support beams 2, and the flat portion 1 can swing about the support beam 2 (swing axis). A permanent magnet (magnetic material) 3 is disposed so as to be opposed to the flat portion 1 in close proximity, and the permanent magnet 3 is driven by a drive shaft 5 of an ultrasonic motor 4 which is a driving means having self-holding properties. It is connected to the. In the present embodiment, the plane portion 1 and the support beam 2 are integrally formed by a so-called MEMS technique for performing pattern exposure, etching, and the like on the substrate 6 made of silicon. The plane portion 1 includes a main body portion (controlled body) 1a made of silicon, a mirror layer 1b made of a metal vapor-deposited film formed on a surface opposite to the permanent magnet 3, and a surface on the permanent magnet 3 side. And a magnetized substance 1c fixed thereto. As shown in FIG. 1, the magnetized substance 1c is magnetized in a direction perpendicular to the surface. For example, the permanent magnet 3 has an N pole and the main body 1a has an S pole. On the other hand, the permanent magnet 3 is magnetized in a plane, and can be rotated in a vertical plane by driving the ultrasonic motor 4. In the drawings, boundaries between different magnetic poles are indicated by two-dot chain lines.
[0026]
The operation of this attitude control device will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. First, as shown in FIGS. 1 and 2 (a), when different magnetic poles are located on the left and right sides of the permanent magnet 3, the perpendicular force is applied to the magnetized substance 1c by the magnetic force exerted on the magnetized substance 1c by the permanent magnet 3. However, since the rotation is prevented by the support beam 2, the plane portion 1 does not move. That is, it is in the neutral position.
[0027]
Next, the ultrasonic motor 4 is driven to rotate the permanent magnet 3 by 90 degrees, and as shown in FIG. 2B, when different magnetic poles are positioned above and below the permanent magnet 3, the permanent magnet 3 is magnetized. Due to the magnetic force applied to the object 1c, a horizontal line, that is, a force to rotate around the support beam 2 (oscillation axis) acts on the magnetized object 1c, and the plane portion 1 swings. That is, in the illustrated example, a magnetic pole portion (an upper portion that is an S pole in the illustrated example) of the permanent magnet 3 that is different from a magnetic pole (N pole in the illustrated example) of the magnetized substance 1c on the permanent magnet 3 side is attracted. The flat portion 1 oscillates about the support beam 2 (oscillation axis) because the force exerts a repulsive force on the opposite side (the lower portion which is the N pole in the illustrated example).
[0028]
The flat portion 1 is elastically supported by the support beam 2 and cannot be rotated indefinitely. The swing angle at this time is determined based on various factors such as the magnitude of the magnetic force exerted on the magnetized object 1c by the permanent magnet 3, the distance between the permanent magnet 3 and the magnetized object 1c, the rigidity of the support beam 2, and the like. Therefore, by appropriately designing various elements according to the use of the attitude control device (for example, an optical device described later), the flat portion 1 can be held at a desired swing angle.
[0029]
On the other hand, from the state shown in FIG. 2A, the ultrasonic motor 4 is driven to rotate the permanent magnet 3 by 90 degrees in the direction opposite to that in FIG. 2B, and the magnetic pole of the permanent magnet 3 is turned upside down. When it is positioned, as shown in FIG. 2 (c), due to the magnetic force exerted on the magnetized object 1c by the permanent magnet 3, the magnetized object 1c will rotate around a horizontal line, that is, the support beam 2 (the swing axis). And the plane portion 1 swings in the direction opposite to that in FIG. The swing angle at this time is usually the same as the swing angle in FIG.
[0030]
When the ultrasonic motor 4 is further driven to rotate the permanent magnet 3 by 180 degrees from the state shown in FIG. 2A, as shown in FIG. Left and right reversed. In this case as well, as in the state shown in FIG. 2A, the magnetic force exerted by the permanent magnet 3 on the magnetized object 1c causes a force to rotate the magnetized object 1c about a vertical line. The rotation is prevented by the support beam 2, and the plane portion 1 does not move and is in the neutral position.
[0031]
When the ultrasonic motor 4 is driven so as to rotate the permanent magnet 3 by an angle between 0 degree and 90 degrees, the plane portion 1 is smaller than the swing angle shown in FIG. 2B or 2C. Swings by an angle. FIG. 3 shows an example of the relationship between the rotation angle of the permanent magnet 3 driven by the ultrasonic motor 4 and the corresponding swing angle of the flat portion 1. The data shown in FIG. 3 is an experimental result under the conditions shown in the figure. The same applies to the case where the permanent magnet 3 is rotated by an angle between 90 degrees and 180 degrees. As described above, the swing direction of the flat portion 1 can be controlled by the rotation direction of the permanent magnet 3, and the swing angle of the flat portion 1 is finely controlled by the rotation angle of the permanent magnet 3, and furthermore, the operation amount of the ultrasonic motor 4. Can control. In particular, as is apparent from a comparison of FIG. 3 with FIG. 17, according to the present invention, the angle of the plane portion 1 can be controlled very finely, so that high-resolution driving, which was difficult in the past, can be easily achieved.
[0032]
Further, in the present invention, the driving force for swinging the flat portion 1 is a magnetic force exerted by the permanent magnet 3, and the magnetic force does not fluctuate as long as the permanent magnet 3 is held at a fixed angle. The ultrasonic motor 4 for controlling the rotation angle of the permanent magnet 3 is a driving means having a so-called self-holding property, which keeps the same state constantly while the power supply is stopped. Therefore, in the case of the present invention, once the ultrasonic motor 4 is driven to rotate the permanent magnet 3 and the flat portion 1 is swung by a desired angle by the magnetic force exerted by the permanent magnet 3, the driving of the ultrasonic motor 4 is stopped there. If this is the case, keep that attitude without supplying power. Therefore, the power supply is required only for a very short time while the flat portion 1 is swung to a desired angle, and the power consumption is very small. Furthermore, since the flat part 1 is swung by the magnetic force, it is hardly affected by the environmental temperature and the environmental humidity as compared with the case of using the electrostatic force as in the related art, and the feedback control mechanism is not required, and the accuracy is high. The attitude of the flat part 1 can be controlled. In this regard, the same effect can be obtained by using another type of motor having self-holding properties, such as a stepping motor or a DC motor with a speed reducer, instead of the ultrasonic motor 4.
[0033]
However, in the case of the present embodiment, since the neutral position shown in FIGS. 2A and 2D can be taken, the configuration using the neutral position enables the self-holding of the ultrasonic motor 4 and the like. It is also possible to reduce power consumption by using the self-holding property of the structure itself without using a motor having flexibility.
[0034]
Table 1 shows the relationship between the size of the support beam 2 in the present embodiment and the swing angle of the plane portion 1 at the time when the support beam is damaged. By referring to Table 1, it is possible to design the size of the support beam 2 that can correspond to the required swing angle of the plane portion 1.
[0035]
[Table 1]

[0036]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the width of the support beam is set to 0.5 mm and the length is set to 1 mm.
[0037]
In a modified example of the present embodiment, as shown in FIG. 4, two permanent magnets 7a and 7b, which are half the size of the plane portion 1 and are magnetized in a direction perpendicular to the plane, are bonded together to form the magnetic body 7. Make up. Also in this configuration, the magnetic pole arrangement on the surface of the magnetic body 7 close to the flat portion 1 is the same as that shown in FIGS. 1 and 2, so that the same operation and effect can be obtained by completely the same operation. The magnetic pole on the surface of the magnetic body 7 opposite to the plane portion 1 has substantially no effect in the present device.
[0038]
In another modification of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the flat portion 1, the support beam 2, and the substrate 6 are integrally formed of a metal such as stainless steel, and the flat portion 1 itself is directly magnetized. Have been. Therefore, it is not necessary to provide the magnetized substance 1c shown in FIGS. When the mirror degree of the plane portion 1 is insufficient, a mirror layer 1b may be provided in the same manner as the configuration shown in FIGS. 1 and 2, but when the plane portion 1 has a sufficient mirror degree. Does not require the mirror layer 1b. In the present specification, the term “it is magnetized” includes the case where the magnet itself is directly magnetized and the case where a magnetized substance is fixed.
[0039]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the attitude control device of the present invention will be described. Only differences from the first embodiment will be described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0040]
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, a magnetized object 11 a constituting a plane portion (controlled object) 11 together with the main body portion 1 a and the mirror layer 1 b is magnetized in the plane, and the support beam 2 is formed. Different magnetic poles are located above and below the (oscillation axis). The magnetic body 12 is formed by bonding two

permanent magnets

12a and 12b having the same size as the plane portion 11. The center of the flat portion 11 and the center of the magnetic body 12 are shifted so that only one of the two

permanent magnets

12a and 12b faces the flat portion 11.
[0041]
As shown in FIGS. 6 and 7A, when one of the permanent magnets 12a faces the flat portion 11, the magnetic poles of the magnetic body 12 on the flat portion 11 side of the permanent magnet 12a (S poles in the illustrated example). A portion of a different magnetic pole (upper portion which is an N pole in the illustrated example) is attracted, and the opposite side (a lower portion which is an S pole in the illustrated example) is repelled, and the flat portion 11 is supported by the support beam 2 (oscillation). Swings around the axis of motion).
[0042]
On the other hand, from the state shown in FIG. 7A, the magnetic body 12 is rotated by 180 degrees in a vertical plane by driving the ultrasonic motor 4, and as shown in FIG. When the magnetized object 11a is opposed to the magnetic pole part (the lower part which is the S pole in the illustrated example) which is different from the magnetic pole (N pole in the illustrated example) on the plane part 11 side of the permanent magnet 12b, the magnetized substance 11a is attracted. Then, the opposite side (the upper part which is the N pole in the illustrated example) is repelled, and the plane portion 11 swings about the support beam 2 (oscillation axis) to the opposite side from FIG. .
[0043]
When the magnetic body 12 is rotated 90 degrees by driving the ultrasonic motor 4 from the state shown in FIG. 7A, the magnetic body 12 is positioned vertically long in the state shown in FIG. The permanent magnet 12b is located above. Both the upper and lower portions of the flat portion 11 are attracted by the

permanent magnets

12a and 12b, cannot swing, and are in a neutral state. Further, in the state shown in FIG. 7D, the magnetic body 12 is positioned vertically, the permanent magnet 12b is positioned above and the permanent magnet 12a is positioned below. The magnets are repelled by the

permanent magnets

12a and 12b, cannot swing, and enter a neutral state. However, by displacing the relative position between the magnetic body 12 and the plane part 11 in the vertical direction, the plane part can be configured to swing by a slight swing angle.
[0044]
In the present embodiment, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
[0045]
In the present embodiment, although not shown, the magnetic body 12 may be constituted by a single permanent magnet, and in this case, it is sufficient that the magnetic body 12 is magnetized in a plane close to the plane portion 11. In the present embodiment, although not shown, the flat portion 11, the support beam 2, and the substrate 6 may be integrally formed of a metal such as stainless steel, and the flat portion 11 itself may be directly magnetized.
[0046]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the attitude control device of the present invention will be described. Only differences from the first and second embodiments will be described, and the same components as those in the first and second embodiments will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0047]
As shown in FIG. 8, the present embodiment has a flat portion 11 and a magnetic body 12 similar to those of the second embodiment. However, in the present embodiment, unlike the first and second embodiments, the ultrasonic motor 13 is installed so as to rotate the magnetic body 12 connected to the drive shaft 8 in a horizontal plane.
[0048]
In this configuration, when the center of the plane portion 11 and the center of the magnetic body 12 coincide with each other as shown in FIGS. Since they work and cancel each other, the plane part 11 is in a neutral position where it does not swing.
[0049]
The magnetic body 12 is rotated in a horizontal plane by driving the ultrasonic motor 13 from the state shown in FIG. 9A, and when the permanent magnet 12a comes to a position facing the plane portion 11 as shown in FIG. A magnetic pole portion (an upper portion which is an N pole in the illustrated example) different from a magnetic pole (S pole in the illustrated example) of the magnetized substance 11a on the plane portion 11 side of the permanent magnet 12a is attracted, and the opposite side ( The lower portion, which is the S pole in the illustrated example, is repelled, and the flat portion 11 swings about the support beam 2 (the swing axis).
[0050]
On the other hand, from the state shown in FIG. 9A, the magnetic body 12 is rotated in the opposite direction to the state shown in FIG. 9B by driving the ultrasonic motor 13, so that the permanent magnet 12b is moved as shown in FIG. 9C. When it comes to a position facing the flat portion 11, a portion of the magnetized material 11a having a magnetic pole different from the magnetic pole (N pole in the illustrated example) on the flat portion 11 side of the permanent magnet 12b (the lower pole which is the S pole in the illustrated example). The side portion) is sucked, and the opposite side (the upper portion which is the N pole in the illustrated example) is repelled, and the flat portion 11 is oriented around the support beam 2 (oscillating axis) in the direction opposite to FIG. Rocks.
[0051]
However, if the rotation amount of the magnetic body 12 by the ultrasonic motor 13 is too large, the magnetic force exerted on the magnetized object 11a from the magnetic body 12 becomes small, and the swing amount gradually becomes small, and eventually the swing becomes impossible. . Therefore, by controlling the rotation angle of the magnetic body 12 and, consequently, the operation amount of the ultrasonic motor 13, the swing angle of the plane portion 11 can be finely set. In the present embodiment, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
[0052]
In the present embodiment, although not shown, the magnetic body 12 may be constituted by a single permanent magnet, and in this case, it is sufficient that the magnetic body 12 is magnetized in a plane close to the plane portion 11. In the present embodiment, although not shown, the flat portion 11, the support beam 2, and the substrate 6 may be integrally formed of a metal such as stainless steel, and the flat portion 11 itself may be directly magnetized.
[0053]
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the attitude control device of the present invention will be described. Only differences from the first to third embodiments will be described, and the same components as those in the first to third embodiments will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0054]
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, a flat portion 1 similar to that of the first embodiment and two in-plane magnetized

permanent magnets

14a and 14b each having a half size of the flat portion 1 are provided. It has a magnetic body 14 having a configuration of being bonded, and an ultrasonic motor 13 for rotating the magnetic body 14 in a horizontal plane.
[0055]
In this configuration, when the center of the plane portion 1 and the center of the magnetic body 14 coincide with each other as shown in FIGS. To work and cancel each other out, the plane part 1 is in a neutral position that does not swing.
[0056]
From the state shown in FIG. 11A, the magnetic body 14 is rotated in a horizontal plane by the driving of the ultrasonic motor 13, and when the permanent magnet 14a comes to a position facing the plane part 1 as shown in FIG. The upper portion (N pole in the illustrated example) of the permanent magnet 14a gives a repulsive force to the magnetized substance 1c (the surface on the side of the magnetic body 14 in the illustrated example), and the lower portion (S in the illustrated example). The poles apply an attractive force to the magnetized material 1c, so that the plane portion 1 swings about the support beam 2 (the swing axis).
[0057]
On the other hand, from the state shown in FIG. 11A, the magnetic body 14 is rotated in the opposite direction to the state shown in FIG. 11B by driving the ultrasonic motor 13, and the permanent magnet 14b is turned on as shown in FIG. 11C. When the permanent magnet 14b comes to a position facing the flat portion 1, the upper portion (S pole in the illustrated example) of the permanent magnet 14b applies an attractive force to the magnetized substance 1c, and the lower portion (N pole in the illustrated example) is magnetized. By applying a repulsive force to the object 1c, the plane portion 1 swings about the support beam 2 (the swing axis) in a direction opposite to that of FIG.
[0058]
However, if the amount of rotation of the magnetic body 12 by the ultrasonic motor 13 is too large, the magnetic force exerted on the magnetized object 1c from the magnetic body 14 becomes small, and the amount of swing gradually decreases, and finally the swing becomes impossible. . Therefore, by controlling the rotation angle of the magnetic body 14 and, consequently, the operation amount of the ultrasonic motor 13, the swing angle of the plane portion 1 can be finely set. In the present embodiment, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
[0059]
Although not shown, the flat portion 1, the support beam 2, and the substrate 6 may be integrally formed of a metal such as stainless steel, and the flat portion 1 itself may be directly magnetized.
[0060]
In the first and second embodiments and the third and fourth embodiments, since the rotational driving directions by the ultrasonic motors are different, if any one of the preferred embodiments is arbitrarily selected based on the installation conditions of the attitude control device and the like. Good.
[0061]
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the attitude control device of the present invention will be described. Only differences from the first to fourth embodiments will be described, and the same components as those in the first to fourth embodiments will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0062]
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, a flat portion 11 similar to the second embodiment, a permanent magnet 15 magnetized in a direction perpendicular to the surface, and a permanent magnet (magnetic body) 15 Linear drive means 16 including a drive shaft 9 for linearly moving forward and backward with respect to the section 11.
[0063]
In this configuration, as shown in FIGS. 12 and 13 (a), when the permanent magnet 15 is sufficiently far from the plane portion 11, the magnetic force exerted on the magnetized substance 11a by the permanent magnet 15 is small, so that the plane portion 11 swings. It is in a neutral position that does not move.
[0064]
When the permanent magnet 15 is brought closer to the flat portion 11 by driving the linear driving means 16 from the state shown in FIG. 13A, as shown in FIG. 13B, the permanent magnet 15 (in the illustrated example, the flat portion 11 The side surface has an S pole, and the upper part (N pole in the illustrated example) of the magnetized material 11a gives an attractive force, and the lower part (S pole in the illustrated example) gives a repulsive force. Numeral 11 swings around the support beam 2 (swing axis). As the permanent magnet 15 approaches the flat portion 11, the swing angle increases, and the flat portion 11 can swing within a range allowed by elasticity without damaging the support beam 2. According to the present embodiment, the swing angle of the plane portion 11 can be finely controlled by changing the approach amount of the permanent magnet 15.
[0065]
In the present embodiment, the linear drive means 16 having a simpler configuration than the ultrasonic motor can be used, but the direction of the swing of the flat portion 11 is limited to one direction. Although not shown, a driving means for moving the permanent magnet 15 in a vertical plane is used instead of the linear driving means 16, and the permanent magnet 15 is moved in the vertical plane (for example, in the vertical direction or the horizontal direction) to be worn. It is also possible to control the swing angle of the flat portion 11 by changing the magnitude of the acting magnetic force by approaching or moving away from the magnetic substance 11a. It is preferable that these driving means including the linear driving means 16 have a self-holding property when no power is supplied.
[0066]
Although not shown, the flat portion 11, the support beam 2, and the substrate 6 may be integrally formed of a metal such as stainless steel, and the flat portion 11 itself may be directly magnetized.
[0067]
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the attitude control device of the present invention will be described. Only differences from the first to fifth embodiments will be described, and the same components as those in the first to fifth embodiments will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0068]
In the above-described first to fifth embodiments, the plane portion is elastically supported by two support beams, and is moved in one direction (eg, up and down direction) around one axis (oscillation axis) passing through these support beams. It is a configuration that can swing only. However, if it is possible to swing in a direction orthogonal to this (for example, the left-right direction) and swing independently around two swing axes, the support beam is allowed by elasticity without being damaged. The flat part can take any posture within the range. Therefore, in the present embodiment, the flat portion is configured to be able to swing independently about two swing axes.
[0069]
Specifically, as shown in FIG. 14, the flat portion 1 similar to the first embodiment is elastically supported by two support beams 2 so as to be swingable, and the support beams 2 are connected to a rectangular frame 17. The rectangular frame 17 is swingably elastically supported by two support beams (other support beams) 18 perpendicular to the support beam 2. That is, the flat portion 1 can swing about the support beam 2 (the swing axis), and the rectangular frame 17 swings about the other support beam 18 (the swing axis) in a direction orthogonal to the above. It is possible.
[0070]
The same configuration as that of the first embodiment is provided in the space inside the rectangular frame 17. That is, the magnetized substance 1c of the plane portion 1 is magnetized in a direction perpendicular to the plane, and the permanent magnet 3 magnetized in the plane is arranged close to the plane section 1 and the permanent magnet 3c. Is connected to the drive shaft 5 of the ultrasonic motor 4 so as to be rotatable in a vertical plane. Therefore, the flat portion 1 is relatively positioned relative to the rectangular frame 17 in the same manner as described in detail with reference to FIGS. 2A to 2D in the description of the first embodiment. Swing around the center.
[0071]
Further, the rectangular frame 17 is provided with a magnetized material 17a at a part (the lower side in the illustrated example) of the frame body 17b. Further, a permanent magnet 19 is arranged close to the magnetized object 17a, and is connected to the drive shaft 10 of the ultrasonic motor 20 so as to be rotatable in a horizontal plane. The magnetized object 17a and the permanent magnet 19 are both magnetized in-plane.
[0072]
Since the principle of applying a magnetic force to the magnetized object 1c by the ultrasonic motor 4 and the permanent magnet 4 to swing the plane portion 1 about the support beam 2 has been described above, here, the ultrasonic motor 20 and the permanent magnet 19 are used. The principle of applying a magnetic force to the magnetized object 17a to swing the rectangular frame 17 around the other support beam 18 (swing axis) will be described.
[0073]
As shown in FIGS. 14 and 15 (a), when the center of the magnetized object 17a and the center of the permanent magnet 19 coincide, both the right and left portions of the magnetized object 17a are attracted to the permanent magnet 19, and are opposite to each other. The rectangular frame 17 does not swing because a force to rotate in the direction acts and cancels each other.
[0074]
From the state shown in FIG. 15A, the permanent magnet 19 is rotated in a horizontal plane by driving the ultrasonic motor 20, and as shown in FIG. 15B, one of the magnetic poles of the permanent magnet 19 (the illustrated example) When the magnetized object 17a comes to a position facing the same magnetic pole (S pole in the illustrated example) of the magnetized object 17a, a repulsive force is applied to the magnetized object 17a, and the rectangular frame 17 centers on the support beam 18 (see FIG. (Oscillation axis).
[0075]
On the other hand, from the state shown in FIG. 15A, the permanent magnet 19 is rotated in the opposite direction to the direction shown in FIG. 15B by driving the ultrasonic motor 20, and as shown in FIG. When the other magnetic pole (N pole in the illustrated example) comes to a position facing the same magnetic pole (N pole in the illustrated example) of the magnetized substance 17a, a repulsive force is applied to the magnetized substance 17a, and the rectangular frame 17 Swings around the support beam 18 in the direction opposite to the direction shown in FIG.
[0076]
If the amount of rotation of the permanent magnet 19 by the ultrasonic motor 20 is too large, the magnetic force exerted on the magnetized object 17a from the permanent magnet 19 becomes small, and the amount of swing gradually decreases, and eventually the swing becomes impossible. Therefore, by controlling the rotation angle of the permanent magnet 19, that is, the operation amount of the ultrasonic motor 20, the swing angle of the rectangular frame 17 can be finely set.
[0077]
As described above, the plane portion 1 is swung about the support beam 2 by the same principle as that shown in FIGS. 2A to 2D, and the principle shown in FIGS. 15A to 15C. By swinging the rectangular frame 17 holding the flat portion 1 around the swing shaft 18, the flat portion 1 is moved around the two swing shafts (the support beam 2 and the support beam 18). Rocks independently. Thereby, the plane portion 1 can take any posture as long as the support beam 2 and the support beam 18 are not damaged and elasticity permits.
[0078]
Since there is a possibility that the magnetic forces of the permanent magnet 4 and the magnetized substance 1c and the permanent magnet 19 and the magnetized substance 17a may interfere with each other, the permanent magnet 4 and the magnetized substance 17a are arranged so that the interference is negligibly small. , 19, the dimensions of each part, the strength of the magnetism, and the like are preferably adjusted. Actually, unlike the one shown in FIG. 15, since the rectangular frame 17 is swung at the same time as the flat part 1 is swung, the physical force acts in a complicated manner. It is preferable to design each part and drive the

ultrasonic motors

4 and 19 taking into consideration.
[0079]
Also in the present embodiment, the swing angle of the plane portion 1 can be very finely controlled, and high-resolution driving can be easily achieved. Since the

ultrasonic motors

4 and 20 are both self-holding driving means, they do not need to be energized at all times, and power consumption can be reduced.
[0080]
In the above-described configuration, the single

permanent magnets

4 and 19 each magnetized in the plane are used, but two permanent magnets magnetized in a direction perpendicular to the plane may be bonded. In this case, the magnetic poles on the surfaces facing the

magnetized objects

1c and 17a may be arranged as shown in FIGS. The poles on the opposite side have virtually no effect. Although not shown, the flat portion 1, the support beam 2, the rectangular frame 17, the support beam 18, and the substrate 6 are integrally formed of metal such as stainless steel, and the flat portion 1 and the rectangular frame 17 are directly attached. It may be magnetized.
[0081]
The attitude control device of the present invention changes a magnetic attraction force or a magnetic repulsion force applied to a controlled object by moving a magnetic body (permanent magnet) close to a magnetized controlled object (a flat portion). Thus, the posture of the controlled object is changed. With such a configuration, various changes are possible without being limited to the above-described embodiment. For example, the designer can arbitrarily select the form and number of the controlled object and the support beam, the magnetization direction of the magnetic body and the magnetized object, the position of each magnetic pole, the type and system of the driving means, and the like.
[0082]
[Optical device]
An example of an optical device using the attitude control device according to the first to sixth embodiments of the present invention described above will be described. FIG. 16 shows an optical switch which is an example of such an optical device. This optical switch is composed of input optical fibers 22a and 22b and output optical fibers 22c and 22d each having a collimator lens 23 attached thereto, and movable mirror means disposed in front of the optical fibers 22a to 22d. 24 and a fixed mirror 21. The movable mirror means 24 incorporates the attitude control device of the present invention at positions corresponding to the optical fibers 22a to 22d, respectively, and comprises a plurality of movable mirrors 24a to 24d, each of which moves independently. .
[0083]
The light emitted from the input side optical fiber 22a via the collimator lens 23 is reflected by the corresponding movable mirror 24a, further reflected by the fixed mirror 21, then enters the

movable mirror

24c or 24d, and further reflected. Then, the light enters the output side optical fiber 22 c or 22 d via the collimator lens 23. Whether the light emitted from the input side optical fiber 22a enters the movable mirror 24c as shown by the broken line or the movable mirror 24d as shown by the solid line via the movable mirror 24a and the fixed mirror 21 is determined. Is determined by the reflection angle of the movable mirror 24a incorporating the attitude control device of the present invention, that is, the attitude of the movable mirror 24a. Further, the efficiency of incidence of the light reflected by the

movable mirror

24c or 24d on the output side optical fiber 22c or 22d depends on the attitude of the

movable mirror

24c or 24d incorporating the attitude control device of the present invention. The light emitted from the input side optical fiber 22b is substantially the same as described above.
[0084]
By incorporating the attitude control device of the present invention, the attitude of the movable mirrors 24a to 24d can be finely adjusted, so that this optical switch operates very precisely. FIG. 16 shows an optical switch of a 2 × 2 configuration having only four optical fibers 22a to 22d for simplification, but an optical switch in which a larger number of optical fibers are arranged in a matrix is shown. In this case, it is very effective to employ a movable mirror incorporating the attitude control device of the present invention. In other words, by employing a movable mirror incorporating the attitude control device of the present invention, it becomes possible to configure an optical switch in which a larger number of optical fibers are arranged at a higher density than in the past. In addition, since the attitude control device has a self-holding property, power consumption can be reduced.
[0085]
Here, an example of the optical switch having the movable mirrors 24a to 24d has been described, but various optical devices having high performance and low power consumption can be configured by incorporating the attitude control device of the present invention. For example, although not shown, by arranging an optical filter incorporating the attitude control device of the present invention between an input optical fiber and an output optical fiber that are linearly arranged, a variable optical wavelength selection that can be finely adjusted is provided. By configuring the device or disposing a light shielding plate incorporating the attitude control device of the present invention between the input side optical fiber and the output side optical fiber lined up in a straight line, An attenuator can be configured. In addition, by incorporating the attitude control device of the present invention without being limited to optical devices, it is possible to achieve high performance and low power consumption in various applications.
[0086]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the swing angle of the controlled object can be controlled very finely, high-resolution driving can be easily achieved. In addition, by adopting a configuration having self-holding property when no power is supplied, it is not necessary to continuously supply power to the driving unit, so that power consumption can be reduced. Further, compared to the case where electrostatic force is used, the apparatus is less affected by the environmental temperature and the environmental humidity, so that a posture control can be performed with high accuracy without requiring a feedback control mechanism. Therefore, an inexpensive and high-performance optical device can be configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of a posture control device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view thereof.
FIGS. 2A to 2D are perspective views for explaining the operation of the attitude control device shown in FIG.
3 is a graph showing a relationship between a rotation angle of a permanent magnet and a swing angle of a flat part in the attitude control device shown in FIG.
4A is a perspective view of a variation of the attitude control device shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a plan view thereof.
5A is a perspective view of another modification of the attitude control device shown in FIG. 1, and FIG. 5B is a plan view thereof.
FIG. 6A is a perspective view of a posture control device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a plan view thereof.
FIGS. 7A to 7D are perspective views for explaining the operation of the attitude control device shown in FIG.
FIG. 8A is a perspective view of a posture control device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a plan view thereof.
9 (a) to 9 (c) are perspective views for explaining the operation of the attitude control device shown in FIG.
FIG. 10A is a perspective view of a posture control device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a plan view thereof.
11 (a) to 11 (c) are perspective views for explaining the operation of the attitude control device shown in FIG.
12A is a perspective view of a posture control device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a plan view thereof.
13A and 13B are perspective views for explaining the operation of the attitude control device shown in FIG.
FIG. 14 is a perspective view of a posture control device according to a sixth embodiment of the present invention.
15A to 15C are perspective views for explaining the operation of the attitude control device shown in FIG.
FIG. 16 is a schematic diagram of an optical switch incorporating the attitude control device of the present invention.
FIG. 17 is a graph showing a relationship between a driving voltage and a swing angle of a flat portion in a conventional attitude control device.
[Explanation of symbols]
1 flat part
1a Body part
1b Mirror layer
1c magnetized material
2 Support beams
3 permanent magnet
4 Ultrasonic motor
5 Drive shaft
6 substrate
7 Magnetic material
7a, 7b permanent magnet
8,9,10 Drive shaft
11 flat part
11a Magnetized material
12 Magnetic material
12a, 12b permanent magnet
13 Ultrasonic motor
14 Magnetic material
14a, 14b permanent magnet
15 permanent magnet
16 Linear drive means
17 Rectangular frame
17a magnetized material
17b Frame body
18 Other supporting beams
19 permanent magnet
20 Ultrasonic motor
21 Fixed mirror
22a, 22b Input side optical fiber
22c, 22d Output side optical fiber
23 Collimator lens
24a-24d movable mirror

Claims

A magnetized controlled object,
A support beam that elastically supports the controlled object so as to be swingable within a predetermined range around at least one swing axis;
A magnetized magnetic body, which is arranged close to the controlled object,
A drive unit that moves the magnetic body relative to the controlled object.

The attitude control device according to claim 1, wherein the controlled object is capable of swinging about one swing axis, and a swing angle is controlled by an operation of the driving unit and the magnetic body.

The controlled object can swing about two swing axes orthogonal to each other,
A plurality of sets of the driving unit and the magnetic body are provided,
The attitude control device according to claim 1, wherein a swing angle of each of the controlled objects about each of the swing axes is independently controlled by the action of a plurality of sets of the driving unit and the magnetic body.

The support beam is fixed, having an at least partially magnetized frame;
The controlled object can swing relative to the frame around a swing axis passing through the support beam,
The frame is elastically supported by another support beam so as to be swingable in a predetermined range around a swing axis passing through the other support beam,
4. The attitude control device according to claim 3, wherein the plurality of sets of the driving unit and the magnetic body include a set that applies a magnetic force to the controlled object and a set that applies a magnetic force to the frame. 5.

The attitude control device according to claim 4, wherein the frame comprises a frame main body and a magnetized substance fixed to at least a part of the frame main body.

The attitude control device according to claim 1, wherein the driving unit has a self-holding property.

The attitude control device according to claim 6, wherein the driving unit is one of an ultrasonic motor, a step motor, and a DC motor with a speed reducer.

The attitude control device according to claim 1, wherein the controlled object has a controlled object body magnetized.

The attitude control device according to any one of claims 1 to 7, wherein the controlled object has a magnetized object fixed to a controlled object body.

The attitude control device according to claim 8, wherein the support beam and the controlled object main body are integrally formed.

An optical device comprising the attitude control device according to any one of claims 8 to 10, wherein the controlled object body is an optical element.

The optical device according to claim 11, wherein the optical element is a mirror and functions as an optical switch.

The optical device according to claim 11, wherein the optical element is an optical filter and functions as an optical wavelength selection device.

The optical device according to claim 11, wherein the controlled object main body is a light shielding plate and functions as a light attenuator.

A step of supporting the magnetized controlled object by a support beam having elasticity so as to be swingable within a predetermined range around at least one swing axis;
Changing the magnetic force exerted on the controlled object by moving the magnetized magnetic body disposed close to the controlled object relative to the controlled object; Swinging the controlled object around the swing axis.

16. The swing angle is controlled by supporting the controlled object so as to be able to swing around one swing axis and changing a magnetic force exerted on the controlled object by the magnetic body. Attitude control method.

The controlled object is supported so as to be capable of swinging about the two swing axes orthogonal to each other,
Providing a plurality of the magnetic material,
The attitude control method according to claim 15, wherein a swing angle about each of the swing axes is independently controlled by respectively changing magnetic forces exerted on the controlled object by the plurality of magnetic bodies.

The support beam is fixed to a frame that is at least partially magnetized, and the object to be controlled is swingably supported about a swing axis passing through the support beam relative to the frame. And
The frame is supported by another supporting beam having elasticity so as to be swingable in a predetermined range around a swing axis passing through the other supporting beam,
At least one of the magnetic bodies changes a magnetic force exerted on the controlled object so that the controlled object is centered on a swing axis passing through the support beam relative to the frame. Control the swing angle
At least one of the other magnetic members controls a swing angle of the frame around a swing axis passing through the other support beam by changing a magnetic force exerted on the frame. The attitude control method according to claim 17.

The attitude control method according to any one of claims 15 to 18, wherein the magnetic body is moved relative to the controlled object by a driving unit having self-holding properties.

20. The attitude control method according to claim 19, wherein the driving unit is one of an ultrasonic motor, a step motor, and a DC motor with a speed reducer.

21. A method for driving an optical device, wherein the controlled object body is an optical element, and the attitude of the optical element is controlled by the attitude control method according to any one of claims 15 to 20.

22. The method of driving an optical device according to claim 21, wherein the optical element is a mirror and functions as an optical switch.

22. The method of driving an optical device according to claim 21, wherein the optical element is an optical filter and functions as an optical wavelength selection device.

22. The method of driving an optical device according to claim 21, wherein the controlled object body is a light shielding plate and functions as an optical attenuator.