JP3494908B2 - Light switch - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光回路に用いる光ス
イッチに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch used in an optical circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来技術の実用的な光スイッチは、プリ
ズム，レンズなどのバルク光学部品を電磁力等で機械的
に動かして光路を切り替える方式であり、特性的に優れ
るものの２入力２出力規模のいわゆる２×２スイッチで
も数十ｍｍ×数十ｍｍ程度の大きさがある。また、これ
以上規模の大きい光スイッチも稀であるため、複雑な光
回路を構成する場合には多数の小規模光スイッチを光フ
ァイバ配線で結んで実現している。2. Description of the Related Art A practical optical switch of the prior art is a system in which bulk optical parts such as prisms and lenses are mechanically moved by electromagnetic force to switch the optical path. Even the so-called 2 × 2 switch has a size of about several tens of mm × several tens of mm. Further, since optical switches with a larger scale than this are rare, when a complicated optical circuit is constructed, a large number of small-scale optical switches are connected by optical fiber wiring.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来技術の光スイッチ
で光回路を構成する場合、実装上は光スイッチの大きさ
以上に光配線のための光ファイバがスペースを必要とす
る。これは、光ファイバや光コネクタに過剰な応力がか
からないように、光ファイバを最小曲げ半径以上のコイ
ル状に束ねて処理する余長処理のためであり、例えば、
２×２光スイッチでも４本の光ファイバが入出力に必要
なため実装に必要となる面積は光スイッチ本体よりも格
段に大きくなる。このため、光回路の規模が大きくなっ
た場合には、光配線による実装スペースの浪費は機器の
小型化の点で深刻な問題となる。また、大規模光回路で
は、光スイッチ数、光配線用の光ファイバ本数等の部品
点数が増大するため、光損失、偏波依存性の増大等の特
性劣化を引き起こし、また、機器の信頼性や安定性の点
でも極めて不利となる。When an optical circuit is constructed by the optical switch of the prior art, an optical fiber for optical wiring needs a space larger than the size of the optical switch in terms of mounting. This is for extra length treatment of bundling the optical fibers into a coil shape having a minimum bending radius or more so that excessive stress is not applied to the optical fibers and the optical connector, for example,
Even in a 2 × 2 optical switch, four optical fibers are required for input / output, so the area required for mounting is significantly larger than that of the optical switch body. Therefore, when the scale of the optical circuit becomes large, the waste of the mounting space due to the optical wiring becomes a serious problem in terms of downsizing of the device. Also, in a large-scale optical circuit, the number of parts such as the number of optical switches and the number of optical fibers for optical wiring increases, which causes deterioration of characteristics such as optical loss and polarization dependence, and the reliability of equipment. It is also extremely disadvantageous in terms of stability.
【０００４】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解決するためになされたものであり、超小型でアレ
イ状に集積化が容易であり、低偏波依存性，低挿入損
失，低ストローク，大消光比特性を有し、かつ安価な光
スイッチを提供することである。The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. It is ultra-small and easy to be integrated in an array, and has low polarization dependence, low insertion loss, An object is to provide an inexpensive optical switch having a low stroke and a large extinction ratio characteristic.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による光スイッチは、平面基板と、幅は高々
１ｍｍ，長さは高々１ｍｍ，厚さは高々５μｍ の寸法
を有し、一端側の縁が第一の丁番により、該第一の丁番
の回転軸を回転中心として回転可能なるように、前記平
面基板上に取付けられた可動平面鏡と、該可動平面鏡
を、前記第一の丁番を回転中心として、前記平面基板に
垂直になる姿勢まで引き起こす可動鏡引き起こし用アク
チュエータと前記平面基板に沿うように押し倒す可動鏡
押し倒し用アクチュエータとを用いる可動鏡駆動力伝達
機構と、前記平面基板に垂直になる姿勢まで引き起こさ
れた状態の前記可動平面鏡の側縁の一端部を挟持するた
めの切り込みスリットを一端側に有し、前記可動平面鏡
が前記平面基板に垂直になる姿勢まで引き起こされた状
態にあるときに前記切り込みスリットが前記可動平面鏡
の側縁の一端部を挟持する位置に配置されるように、他
端側が第二の丁番により、該第二の丁番の回転軸を回転
中心として回転可能なるように、前記平面基板上に取付
けられた可動保持板と、該可動保持板を前記第二の丁番
を回転中心として引き起こす可動保持板引き起こし用ア
クチュエータと前記平面基板に沿うように押し倒す可動
保持板押し倒し用アクチュエータとを用いる可動保持板
駆動力伝達機構とを備え、前記可動鏡駆動力伝達機能に
は、前記可動平面鏡が前記平面基板に垂直になる姿勢ま
で引き起こされた状態および前記平面基板に沿うように
押し倒された状態を保持するための第一の保持用アクチ
ュエータが備えられ、該可動保持板駆動力伝達機構に
は、前記可動平面鏡が前記平面基板に垂直になる姿勢ま
で引き起こされた状態にあるときに前記可動保持板の前
記切り込みスリットが前記可動平面鏡の側縁の一端部を
挟持した結合状態を保持するとともに前記可動保持板が
前記平面基板に沿うように押し倒された状態を保持する
ための第二の保持用アクチュエータが備えられ、前記可
動鏡が前記引き起こされた状態にあるかまたは前記押し
倒された状態にあるかに従って、該可動平面鏡に入射す
る入力光の光路が切替えられるように構成されている。In order to achieve this object, an optical switch according to the present invention has a flat substrate, a width of at most 1 mm, a length of at most 1 mm, and a thickness of at most 5 μm. The movable flat mirror mounted on the flat substrate and the movable flat mirror are mounted on the flat substrate so that the edge on one end side can be rotated about the rotation axis of the first hinge by the first hinge. A movable mirror driving force transmission mechanism using a movable mirror raising actuator for causing a posture to be vertical to the plane substrate and a movable mirror pushing actuator for pushing down along the plane substrate, with one hinge as a rotation center. The movable flat mirror is perpendicular to the plane substrate and has a slit on one end side for holding one end portion of the side edge of the movable flat mirror in a state in which the movable flat mirror is raised to a posture perpendicular to the flat substrate. In such a state that the cut slit is located at a position that holds one end portion of the side edge of the movable plane mirror when the posture is raised to the other posture, the other end side is provided with the second hinge so that the second die has the second hinge. A movable holding plate mounted on the flat substrate so as to be rotatable about the rotating shaft of the second hinge, and an actuator for raising the movable holding plate that causes the movable holding plate to rotate about the second hinge. A movable holding plate driving force transmitting mechanism that uses a movable holding plate pushing-down actuator that pushes down along the plane substrate, and the movable mirror driving force transmitting function has a posture in which the movable plane mirror is perpendicular to the plane substrate. The movable holding plate drive is provided with a first holding actuator for holding the state of being raised up to and the state of being pushed down along the plane substrate. In the transmission mechanism, when the movable plane mirror is in a state of being raised to a posture in which the movable plane mirror is perpendicular to the plane substrate, the cut slit of the movable holding plate holds the one end portion of the side edge of the movable plane mirror in a coupled state. A second holding actuator for holding and holding the movable holding plate pushed down along the plane substrate is provided, and the movable mirror is in the raised state or is pushed down. The optical path of the input light incident on the movable plane mirror is switched depending on whether or not it is in the open state.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】本発明による光スイッチは、入力
光の光路を直進させるか又は９０°折り曲げるかを、ス
イッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態との一方と他方に対応さ
せて使用することができる。また、本発明による光スイ
ッチを複数個配置して複数の入力光の光路をおのおの制
御することができる。例えば、４枚の可動平面鏡を各中
心が一つの正方形（または平行四辺形）の各頂点に位置
し互いに平行になるように配置して、これらの可動平面
鏡に４５°の角度で（すなわち前記の正方形または平行
四辺形の相対向する一方の組の二辺にそれぞれ沿う方向
に）二つの入力光Ｉ1 ，Ｉ2 を入射させれば、その正方
形または平行四辺形の他方の組の二辺にそれぞれ沿う方
向に二つの出力光Ｏ1 Ｏ2 をとり出すことができる。こ
の場合には、４枚の可動鏡のＯＮ・ＯＦＦ状態の制御に
より、Ｉ1 →Ｏ1 ，Ｉ2 →Ｏ2 の入出力関係（平行状
態）とＩ1 →Ｏ2 ，Ｉ2 →Ｏ1 の入出力関係（交差状
態）とが切替え選択されることになる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The optical switch according to the present invention can be used depending on whether the optical path of the input light is made to go straight or is bent at 90 ° depending on one or the other of the ON state and the OFF state of the switch. . Further, a plurality of optical switches according to the present invention can be arranged to control the optical paths of a plurality of input lights. For example, four movable plane mirrors are arranged such that each center is located at each vertex of one square (or parallelogram) and are parallel to each other, and these movable plane mirrors are arranged at an angle of 45 ° (that is, When two input lights I 1 and I 2 are made incident in the directions of two sides of one pair of squares or parallelograms facing each other, the two sides of the other pair of squares or parallelograms are incident on the two sides. Two output lights O 1 O 2 can be taken out in the respective directions. In this case, by controlling the ON / OFF state of the four movable mirrors, the input / output relationship of I 1 → O 1 and I 2 → O 2 (parallel state) and I 1 → O 2 , I 2 → O 1 The input / output relationship (intersection state) of is switched and selected.
【０００７】（実施例１）図１は本発明の第一の実施例
である。この実施例において、１０はマイクロマシン技
術等を用いて形成された半導体材料等の平面基板であ
る。４は、幅は高々１ｍｍ，長さは高々１ｍｍ，厚さは
高々５μｍ の寸法を有し、一端側の縁が第一の丁番１
５により、該第一の丁番の回転軸を回転中心として回転
可能なるように、前記平面基板１０上に取付けられた可
動平面鏡である。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In this embodiment, 10 is a flat substrate made of a semiconductor material or the like formed by using a micromachine technique or the like. No. 4 has a width of at most 1 mm, a length of at most 1 mm, and a thickness of at most 5 μm, and the edge on one end side is the first hinge 1
5, the movable plane mirror is mounted on the plane substrate 10 so as to be rotatable around the rotation axis of the first hinge as a rotation center.
【０００８】この可動平面鏡４を矢印Ａ1 のように平面
基板１０に垂直の姿勢と平面基板１０に沿う姿勢との９
０°の角度範囲で、第一の丁番１５の回転軸を回転中心
として回転させる駆動制御を行うために、平面基板１０
上には可動鏡用スライダ１２がその平面基板１０の表面
に沿って矢印Ａ2 の方向に往復移動可能なるように取付
けられており、可動平面鏡４と可動鏡用スライダ１２と
はそれぞれ可動鏡側丁番１３ａとスライダ側丁番１３ｂ
を介して可動鏡用継ぎ手１１により連結されている。ま
た、可動鏡用スライダ１２は、可動鏡押し倒し用アクチ
ュエータ１６と可動鏡引き起こし用アクチュエータ１７
のそれぞれの押し棒１６ａ，１７ａにより、矢印Ａ2 方
向に沿って駆動される。このように、可動鏡用継ぎ手１
１，可動鏡用スライダ１２，可動鏡側丁番１３ａ，スラ
イダ側丁番１３ｂ，可動鏡押し倒し用アクチュエータ１
６，可動鏡引き起こし用アクチュエータ１７とは、可動
平面鏡４を、第一の丁番１５を回転中心として、平面基
板１０に垂直になる姿勢まで引き起こす可動鏡引き起こ
し用アクチュエータ１７と平面基板１０に沿うように押
し倒す可動鏡押し倒し用アクチュエータ１６とを用いる
２式の電気入力型アクチュエータを有する可動鏡駆動力
伝達機構１を構成している。The movable plane mirror 4 has a posture perpendicular to the plane substrate 10 and a posture along the plane substrate 10 as indicated by arrow A 1.
In order to perform drive control in which the rotation axis of the first hinge 15 is rotated in the angle range of 0 °, the flat substrate 10 is used.
A movable mirror slider 12 is mounted on the upper surface of the plane substrate 10 so as to be capable of reciprocating in the direction of arrow A 2 , and the movable plane mirror 4 and the movable mirror slider 12 are respectively mounted on the movable mirror side. Hinge 13a and slider side hinge 13b
Via a movable mirror joint 11. The movable mirror slider 12 includes a movable mirror pushing-down actuator 16 and a movable mirror raising actuator 17.
The respective push rods 16a and 17a are driven in the arrow A 2 direction. In this way, the movable mirror joint 1
1, slider 12 for movable mirror, hinge 13a on movable mirror side, hinge 13b on slider side, actuator 1 for pushing down movable mirror
6. The movable mirror raising actuator 17 is arranged along the movable mirror raising actuator 17 and the plane substrate 10 so as to cause the movable plane mirror 4 to reach a posture perpendicular to the plane substrate 10 with the first hinge 15 as a rotation center. The movable mirror driving force transmission mechanism 1 having two electric input type actuators using the movable mirror pushing-down actuator 16 that pushes down the movable mirror is configured.
【０００９】この可動鏡駆動力伝達機構１には、可動平
面鏡４が平面基板１０に垂直になる姿勢まで引き起こさ
れた状態および平面基板１０に沿うように押し倒された
状態を個別に保持するための第一のスライダ保持用アク
チュエータ１８が備えられており、その押し棒１８ａの
先端が可動鏡用スライダ１２の側縁に設けられたくさび
形切り込み１２ａと係合して、可動鏡用スライダ１２の
矢印Ａ2 方向の移動を阻止（ラッチ）することができ
る。The movable mirror driving force transmission mechanism 1 individually holds a state in which the movable plane mirror 4 is raised up to a posture perpendicular to the plane substrate 10 and a state in which the plane mirror 10 is pushed down along the plane substrate 10. A first slider holding actuator 18 is provided, and the tip of a push rod 18a thereof engages with a wedge-shaped notch 12a provided on a side edge of the movable mirror slider 12 so that the arrow of the movable mirror slider 12 is formed. It is possible to prevent (latch) movement in the A 2 direction.
【００１０】次に、３は可動保持板であり、その一端側
には、平面基板１０に垂直になる姿勢まで引き起こされ
た状態の可動平面鏡４の側縁の端部（張出部４ａ）を挟
持するための切り込みスリット３ａを有しており、可動
平面鏡４が平面基板１０に垂直になる姿勢まで引き起こ
された状態にあるときに、その切り込みスリット３ａが
可動平面鏡４の側縁の張出部４ａを挟持する位置に配置
されるように、他端側が第二の丁番２４により、その第
二の丁番２４の回転軸を回転中心として回転可能なるよ
うに、平面基板１０上に取付けられている。Next, 3 is a movable holding plate, and one end of the movable holding plate is provided with an end portion (overhanging portion 4a) of a side edge of the movable flat mirror 4 in a state in which it is raised to a posture perpendicular to the flat substrate 10. It has a slit slit 3a for holding, and when the movable plane mirror 4 is in a state in which the movable plane mirror 4 is brought up to a posture in which it is perpendicular to the plane substrate 10, the slit slit 3a extends over the side edge of the movable plane mirror 4. The other end side is mounted on the flat substrate 10 so as to be rotatable about the rotation axis of the second hinge 24 by the second hinge 24 so as to be arranged at a position for sandwiching 4a. ing.
【００１１】さらに、この可動保持板３を、矢印Ａ3 の
ように、平面基板１０に沿う押し倒し姿勢と平面基板１
０と約４５°の角度をなす引き起こし姿勢との約４５°
の角度範囲で、第二の丁番２４の回転軸を回転中心とし
て回転させる駆動制御を行うために、平面基板１０上に
は可動保持板用スライダ２２がその平面基板１０の表面
に沿って矢印Ａ4 の方向に往復移動可能なるように取付
けられており、可動保持板３と可動保持板用スライダ２
２とはそれぞれ可動保持板側丁番２３ａとスライダ側丁
番２３ｂを介して可動保持板用継ぎ手２１により連結さ
れている。この実施例では、可動保持板側丁番２３ａは
可動保持板３の側縁に取付けられている場合を示してい
るが、この取付位置は可動保持板３の中央部であれば、
特に位置が限定されるものではない。また、可動保持板
用スライダ２２は、可動保持板押し倒し用アクチュエー
タ２６と可動保持板引き起こし用アクチュエータ２７の
それぞれの押し棒２６ａ，２７ａにより、矢印Ａ4 方向
に沿って駆動される。このように、可動保持板用継ぎ手
２１，可動保持板用スライダ２２，可動保持板側丁番２
３ａ，スライダ側丁番２３ｂ，可動保持板押し倒し用ア
クチュエータ２６，可動保持板引き起こし用アクチュエ
ータ２７とは、可動保持板３を第二の丁番２４を回転中
心として引き起こす可動保持板引き起こし用アクチュエ
ータ２７と平面基板１０に沿うように押し倒す可動保持
板押し倒し用アクチュエータ２６とを用いる２式の電気
入力型アクチュエータを有する可動保持板駆動力伝達機
構２を構成している。Further, the movable holding plate 3 is pushed down along the plane substrate 10 as shown by an arrow A 3 , and the plane substrate 1
About 45 ° with the provoking posture forming an angle of about 45 ° with 0
In order to perform drive control for rotating the rotation axis of the second hinge 24 as the center of rotation in the angular range of, the movable holding plate slider 22 is provided on the plane substrate 10 along the surface of the plane substrate 10 by an arrow mark. It mounted so can reciprocate in the direction of a 4, the movable holding plate 3 and the movable holding plate slider 2
The two are connected by a movable holding plate joint 21 via a movable holding plate side hinge 23a and a slider side hinge 23b, respectively. In this embodiment, the movable holding plate side hinge 23a is attached to the side edge of the movable holding plate 3, but this attachment position is at the center of the movable holding plate 3.
The position is not particularly limited. Further, the movable holding plate slider 22 is driven in the arrow A 4 direction by the push rods 26a and 27a of the movable holding plate pushing actuator 26 and the movable holding plate raising actuator 27, respectively. As described above, the movable holding plate joint 21, the movable holding plate slider 22, and the movable holding plate side hinge 2 are provided.
3a, slider-side hinge 23b, movable holding plate pushing actuator 26, and movable holding plate raising actuator 27 are the movable holding plate raising actuator 27 that causes the movable holding plate 3 to rotate with the second hinge 24 as the center of rotation. The movable holding plate driving force transmission mechanism 2 having two electric input type actuators using the movable holding plate pushing-down actuator 26 that pushes down along the plane substrate 10 is configured.
【００１２】この可動保持板駆動力伝達機構２には、可
動平面鏡４が平面基板１０に垂直になる姿勢まで引き起
こされた状態にあるときに可動保持板３の切り込みスリ
ット３ａが可動平面鏡４の側縁の張出部４ａを挟持した
結合状態を保持するためのスライダ保持用アクチュエー
タ２５が備えられており、その押し棒２５ａの先端が可
動保持板用スライダ２２の側縁に設けられたくさび形切
り込み２２ａと係合して、可動保持板用スライダ２２の
矢印Ａ4 方向の移動を阻止（ラッチ）することにより、
前記の結合状態の保持が達成される。また、可動保持板
３が平面基板１０に沿うように押し倒された状態でも矢
印Ａ4 方向の移動を阻止することにより、平面基板１０
の重力又は鉛直方向に対する如何なる設置角度に対して
も誤動作を防ぐことができる。In the movable holding plate driving force transmission mechanism 2, the slit 3a of the movable holding plate 3 has a slit 3a on the side of the movable flat mirror 4 when the movable flat mirror 4 is raised to a position in which the flat plate 10 is perpendicular to the flat substrate 10. A slider holding actuator 25 is provided for holding the combined state of sandwiching the protruding portion 4a of the edge, and the tip end of the push rod 25a is a wedge-shaped cut provided on the side edge of the movable holding plate slider 22. 22a to prevent the movable holding plate slider 22 from moving in the direction of the arrow A 4 (latch).
The retention of the above-mentioned bonded state is achieved. Further, even when the movable holding plate 3 is pushed down along the plane substrate 10, the movement in the direction of the arrow A 4 is prevented so that the plane substrate 10
It is possible to prevent malfunctions at any installation angle with respect to gravity or the vertical direction.
【００１３】以上のような構成により、可動平面鏡４が
前記引き起こされた状態にあるかまたは前記押し倒され
た状態にあるかに従って、可動平面鏡４に入射する光の
光路が切替えられるようにした光スイッチが実現可能で
ある。With the above structure, the optical path of the light incident on the movable plane mirror 4 is switched depending on whether the movable plane mirror 4 is in the raised state or the pushed state. Is feasible.
【００１４】可動保持板３のスリット３ａは、可動平面
鏡４の厚さより僅かに広い幅を有し、基板１０と垂直に
なる姿勢にある可動平面鏡４を挟み込んで高精度に位置
決めを行う。この機構により、可動平面鏡４の垂直から
の角度偏差を０．１°以下に保ち、また、振動等に対す
る安定性を向上させることが可能となる。各アクチュエ
ータ１６，１７，１８，２５，２６，２７は、電気入力
型で押し棒を静電力でスライドさせて駆動力を生み出す
ように形成されている。The slit 3a of the movable holding plate 3 has a width slightly wider than the thickness of the movable plane mirror 4, and sandwiches the movable plane mirror 4 in a posture perpendicular to the substrate 10 for highly accurate positioning. With this mechanism, the angular deviation of the movable plane mirror 4 from the vertical can be maintained at 0.1 ° or less, and the stability against vibration and the like can be improved. Each of the actuators 16, 17, 18, 25, 26 and 27 is an electric input type and is formed so as to generate a driving force by sliding a push rod by an electrostatic force.
【００１５】図２，図３，図４を参照して、本実施例の
動作を説明する。図２は、可動平面鏡が倒れている状態
であり、このとき各アクチュエータ１６，１７，１８，
２５，２６，２７はすべてＯＦＦである。また、この状
態では可動保持板３も倒れた状態にある。可動鏡用スラ
イダ１２の保持用アクチュエータ１８および可動保持板
用スライダ２２の保持用アクチュエータ２５もＯＦＦ状
態で、その押し棒１８ａおよび２５ａの先端がスライダ
１２および２２のくさび形切り込みに係合して、スライ
ダ１２および２２をラッチしている。なお、図２，図
３，図４においては、可動保持板側丁番２３ａが可動保
持板３の両側縁の中央部に配置された場合を示してい
る。The operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2, 3 and 4. FIG. 2 shows a state in which the movable plane mirror is tilted, and at this time, the actuators 16, 17, 18,
25, 26 and 27 are all OFF. Further, in this state, the movable holding plate 3 is also in a tilted state. The holding actuator 18 of the movable mirror slider 12 and the holding actuator 25 of the movable holding plate slider 22 are also in the OFF state, and the tips of the push rods 18a and 25a are engaged with the wedge-shaped notches of the sliders 12 and 22, The sliders 12 and 22 are latched. 2, FIG. 3, and FIG. 4, the movable holding plate side hinge 23a is arranged at the center of both side edges of the movable holding plate 3.
【００１６】可動平面鏡４は、スライダ１２と可動鏡用
継ぎ手１１で伝達される引き起こし用アクチュエータ１
７の駆動力により、倒れている状態から図３に示すよう
に起こされる。同時に、可動保持板３も引き起こし用ア
クチュエータ２７で引き起こされる。このとき、それぞ
れの押し倒し用アクチュエータ１６，２６は、ＯＦＦ状
態で押し棒１６ａ，２６ａは引いたままである。また、
可動鏡用スライダ１２の保持用アクチュエータ１８およ
び可動保持板用スライダ２２の保持用アクチュエータ２
５は、逆にＯＮ時に押し棒１８ａおよび２５ａを引き込
むもので、可動鏡４および可動保持板３の引き起こし中
だけスライダ１２および２２のラッチを解除する。The movable plane mirror 4 is transmitted by the slider 12 and the movable mirror joint 11, and the raising actuator 1 is transmitted.
The driving force of 7 raises it from the fallen state as shown in FIG. At the same time, the movable holding plate 3 is also raised by the raising actuator 27. At this time, the push-down actuators 16 and 26 are off, and the push rods 16a and 26a are still pulled. Also,
Actuator 2 for holding the movable mirror slider 12 and actuator 2 for holding the movable holding plate slider 22
On the contrary, 5 is for pulling in the push rods 18a and 25a at the time of ON, and releases the latches of the sliders 12 and 22 only while the movable mirror 4 and the movable holding plate 3 are raised.
【００１７】可動平面鏡４が図４のように垂直に引き起
こされた状態では、可動平面鏡４は可動保持板３のスリ
ット３ａに挟まれて固定される。各アクチュエータ１
６，１７，１８，２５，２６，２７は、すべてＯＦＦで
ある。可動鏡用スライダ１２の保持用アクチュエータ１
８および可動保持板用スライダ２２の保持用アクチュエ
ータ２５もＯＦＦ状態で、その押し棒１８ａおよび２５
ａの先端がスライダ１２および２２のくさび形切り込み
に係合して、スライダ１２および２２をラッチしてい
る。In the state where the movable plane mirror 4 is vertically raised as shown in FIG. 4, the movable plane mirror 4 is fixed by being sandwiched between the slits 3a of the movable holding plate 3. Each actuator 1
6, 17, 18, 25, 26 and 27 are all OFF. Actuator 1 for holding movable slider 12
8 and the holding actuator 25 of the movable holding plate slider 22 are also in the OFF state, and the push rods 18a and 25
The tip of a engages with the wedge-shaped notches of the sliders 12 and 22 to latch the sliders 12 and 22.
【００１８】以上とは逆に、可動平面鏡４を倒す場合に
は、可動平面鏡４および可動保持板３の引き起こし用ア
クチュエータ１７，２７はＯＦＦで、押し倒し用アクチ
ュエータ１６，２６の押し棒１６ａ，２６ａが引き起こ
し時とは逆方向にスライダ１２，２２を押す。可動鏡用
スライダ１２の保持用アクチュエータ１８および可動保
持板用スライダ２２の保持用アクチュエータ２５は、そ
れぞれ可動鏡４および可動保持板３を倒している間だけ
スライダ１２および２２のラッチを解除する。Conversely, when the movable plane mirror 4 is tilted, the actuators 17, 27 for raising the movable plane mirror 4 and the movable holding plate 3 are OFF, and the push rods 16a, 26a of the push-down actuators 16, 26 are pushed. The sliders 12 and 22 are pushed in the direction opposite to that at the time of raising. The holding actuator 18 of the movable mirror slider 12 and the holding actuator 25 of the movable holding plate slider 22 release the latches of the sliders 12 and 22 only while the movable mirror 4 and the movable holding plate 3 are tilted.
【００１９】図５は、本発明の光スイッチの具体的使用
例として、単純なＯＮ−ＯＦＦスイッチの場合である。FIG. 5 shows a case of a simple ON-OFF switch as a concrete example of use of the optical switch of the present invention.
【００２０】図６の光路構成では、直進方向を出力とし
ており、光ファイバ３０からの入力光３１は、コリメー
トレンズ３２で平行光としてスイッチ３４に入射し、可
動平面鏡４が垂直の状態（ＯＦＦ状態）では反射されて
光路が折り曲げられるが、可動平面鏡４が倒れた状態で
は直進する。この構成では、出力は可動平面鏡４が倒れ
た状態で光が直進通過した方向にコンデンサレンズ３５
を置き光ファイバ３６に集光して出力光３７を取り出
す。In the optical path configuration of FIG. 6, the output is in the straight traveling direction, the input light 31 from the optical fiber 30 is incident on the switch 34 as parallel light by the collimator lens 32, and the movable plane mirror 4 is in a vertical state (OFF state). ), The optical path is bent by being reflected, but when the movable plane mirror 4 is tilted, it goes straight. In this configuration, the output is the condenser lens 35 in the direction in which the light passes straight while the movable plane mirror 4 is tilted.
Is placed on the optical fiber 36 to collect the output light 37.
【００２１】図７は反射方向を出力とした光路構成を採
用した場合を示しており、出力は可動平面鏡４で光路を
折り曲げられた方向に図示しないコンデンサレンズ３５
を置き図示しない光ファイバ３７に集光して取り出す。FIG. 7 shows a case in which an optical path configuration in which the reflection direction is output is adopted, and the output is a condenser lens 35 not shown in the direction in which the optical path is bent by the movable plane mirror 4.
Is placed and the light is focused on the optical fiber 37 (not shown) and taken out.
【００２２】図８は、図５，図６，図７の構成の変形で
あり、光路が直進通過の場合と可動平面鏡４で折り曲げ
られる場合のそれぞれを出力１および出力２として取り
出す構成である。FIG. 8 is a modification of the configuration of FIGS. 5, 6 and 7, and has a configuration in which the output 1 and the output 2 are taken out when the optical path passes straight and when it is bent by the movable plane mirror 4.
【００２３】（実施例２）図９，図１０は、本発明の第
２の実施例を示している。実施例１で示した可動平面鏡
４を４枚、１枚の基板１０に集積化した構成で、２×２
校スイッチを実現する。ここでは、４枚の可動平面鏡が
互いに平行になり、かつ、各中心が一つの正方形の各頂
点に位置するように配置され、これらの４枚の可動平面
鏡にこの正方形の相対向する一方の組の二辺にそれぞれ
沿う方向に入射させた第１，第２の入力光Ｉ1 ，Ｉ
2 が、その正方形の相対向する他方の組の二辺にそれぞ
れ沿う方向に、入出力関係の平行状態又は交差状態のい
ずれかに切替え選択して出力光Ｏ1 ，Ｏ2 をとり出して
いる。図９は入力光と出力光が交差しない関係で入力１
が出力１に入力２が出力２にとり出される場合であり、
図１０は入力光と出力光が交差する関係で入力１が出力
２に入力２が出力１にとり出される場合である。いずれ
も入力光と出力光が直交しているが、４枚の可動平面鏡
が平行になる配置であればこれに限らない。例えば、４
枚の可動鏡が互いに平行になり、かつ各中心が一つの平
行四辺形の各頂点に位置するように配置されてもよい。(Second Embodiment) FIGS. 9 and 10 show a second embodiment of the present invention. In the configuration in which the movable plane mirrors 4 shown in the first embodiment are integrated on four substrates 1 each, 2 × 2.
A school switch is realized. Here, four movable plane mirrors are arranged in parallel with each other and each center is located at each vertex of one square, and one set of these four movable plane mirrors facing each other of this square is arranged. Of the first and second input lights I 1 and I incident in the directions along the two sides of
2 outputs the output lights O 1 and O 2 by switching and selecting between the parallel state and the crossing state of the input / output relationship in the directions along the two sides of the other pair of the squares facing each other. . Figure 9 shows input 1 because the input light and the output light do not intersect.
Is output 1 and input 2 is output 2.
FIG. 10 shows the case where the input 1 is taken out to the output 2 and the input 2 is taken out to the output 1 because the input light and the output light cross each other. In both cases, the input light and the output light are orthogonal to each other, but the arrangement is not limited to this as long as the four movable plane mirrors are arranged in parallel. For example, 4
The movable mirrors may be parallel to each other and the centers of the movable mirrors may be located at the vertices of one parallelogram.
【００２４】図１１は、２×２構成の拡張であり、Ｍ×
Ｎ枚の可動平面鏡を集積化することにより大規模スイッ
チ網を構成することができる。FIG. 11 is an extension of the 2 × 2 configuration, M ×
A large-scale switch network can be constructed by integrating N movable plane mirrors.
【００２５】以上の説明において、各アクチュエータ
は、電気入力型で押し棒を静電力でスライドさせて駆動
力を生み出すタイプで説明したが、静電力型及び押し棒
のスライドに限ることなく電磁力型やジュール熱による
膨張たわみ型などの駆動力発生方式およびマイクロモー
タと歯車の組み合わせや首振り運動の平行運動への変換
などでも、所望の駆動力とストロークを達成し得るもの
であればよい。また、可動保持板の引き起こしおよび押
し倒しのタイミングは、所望の動作時間に対して余裕が
あれば、可動平面鏡と連動していなくとも構わない。In the above description, each actuator has been described as an electric input type in which a push rod is slid by an electrostatic force to generate a driving force. However, the actuator is not limited to the electrostatic force type and the push rod slide but an electromagnetic force type. A driving force generating method such as an expansion and flexure type by Joule heat, a combination of a micromotor and a gear, or conversion of a swinging motion into a parallel motion may be used as long as a desired driving force and stroke can be achieved. Further, the timing of raising and pushing down the movable holding plate may not be interlocked with the movable plane mirror as long as there is a margin for a desired operation time.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本光スイッチの利点は次の通りである。
（１）光ビームは空間伝播するため低損失（レンズによ
る結合損と反射損）、偏波依存性小である。
（２）光ビーム径を適切に選べば、鏡によるビームのＯ
Ｎ，ＯＦＦであるから消光比を非常に大きくでき、ま
た、クロストークを極めて小さくすることができる。
（３）光スイッチの状態を保持する機構を有するため、
電源断などの障害時にもその直前の状態を保つことがで
きる。
（４）マイクロマシン技術で作製するため、超小型，超
軽量であり、また、多数の可動鏡を同一基板に集積化で
きるため安価に大規模光スイッチが得られる。The advantages of the present optical switch are as follows. (1) Since the light beam propagates in space, it has low loss (coupling loss and reflection loss due to the lens) and small polarization dependence. (2) If the light beam diameter is properly selected, the beam
Since it is N and OFF, the extinction ratio can be made very large, and the crosstalk can be made extremely small. (3) Since it has a mechanism for holding the state of the optical switch,
Even when there is a failure such as power failure, the state immediately before that can be maintained. (4) Since it is manufactured by the micromachine technology, it is ultra-small and ultra-light, and since a large number of movable mirrors can be integrated on the same substrate, a large-scale optical switch can be obtained at low cost.
【００２７】以上のように本発明により、超小型でアレ
イ状に集積化が容易であり安価な光スイッチを提供でき
るため、光スイッチの占有容積削減および集積化による
部品点数や光配線の削減で光情報処理機器や光通信機器
の小型化、高信頼化ならびに低コスト化が図れ、その光
情報処理および光通信分野における効果は極めて大き
い。As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical switch which is ultra-compact, easy to be integrated in an array, and inexpensive, so that the volume occupied by the optical switch can be reduced and the number of parts and optical wiring can be reduced by the integration. Optical information processing equipment and optical communication equipment can be made smaller, more reliable, and less expensive, and their effects in the optical information processing and optical communication fields are extremely large.
【図１】本発明の第１の実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例において可動平面鏡が倒
れている状態を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a state where the movable plane mirror is tilted in the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施例において可動平面鏡を引
き起こしている状態を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a state in which a movable plane mirror is raised in the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第１の実施例において可動平面鏡が引
き起こされて垂直に保持されている状態を示す平面図で
ある。FIG. 4 is a plan view showing a state where the movable plane mirror is raised and vertically held in the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第１の実施例の使用状態を説明するた
めのブロック図である。FIG. 5 is a block diagram for explaining a usage state of the first embodiment of the present invention.
【図６】図５のスイッチにおいて直進方向を出力とした
場合の動作を説明するための光路図である。FIG. 6 is an optical path diagram for explaining the operation of the switch of FIG. 5 when the output is in a straight traveling direction.
【図７】図５のスイッチにおいて反射方向を出力とした
場合の動作を説明するための光路図である。FIG. 7 is an optical path diagram for explaining an operation when the reflection direction is output in the switch of FIG.
【図８】本発明の第２の実施例の構成と動作を説明する
ための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration and operation of the second exemplary embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第１の実施例を入力光と出力光の関係
が交差状態にならないように２×２に集積化した場合を
示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a case where the first embodiment of the present invention is integrated into 2 × 2 so that the relationship between the input light and the output light does not intersect.
【図１０】本発明の第１の実施例を入力光と出力光の関
係が交差状態になるように２×２に集積化した場合を示
す図である。FIG. 10 is a diagram showing a case where the first embodiment of the present invention is integrated into 2 × 2 so that the relationship between input light and output light is in a crossing state.
【図１１】本発明の第１の実施例をＭ×Ｎに拡張して集
積化した場合を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a case where the first embodiment of the present invention is expanded to M × N and integrated.
１ 可動鏡駆動力伝達機構
２ 可動保持板駆動力伝達機構
３ 可動保持板
３ａ スリット
４ 可動平面鏡
４ａ 可動鏡の側縁端部（張出部）
１０ 基板
１１ 可動鏡用継ぎ手
１２ 可動鏡用スライダ
１２ａ くさび形切り込み
１３ 丁番
１３ａ 可動鏡側丁番
１３ｂ スライダ側丁番
１５ 丁番
１６ 可動鏡押し倒し用アクチュエータ
１６ａ 可動鏡押し倒し用アクチュエータの押し棒
１７ 可動鏡引き起こし用アクチュエータ
１７ａ 可動鏡引き起こし用アクチュエータの押し棒
１８ スライダ保持用アクチュエータ（第一）
１８ａ スライダ保持用アクチュエータの押し棒
２１ 可動保持板用継ぎ手
２２ 可動保持板用スライダ
２２ａ くさび形切り込み
２３ 丁番
２３ａ 可動保持板側丁番
２３ｂ スライダ側丁番
２４ 丁番
２５ スライダ保持用アクチュエータ（第二）
２５ａ スライダ保持用アクチュエータの押し棒
２６ 可動保持板押し倒し用アクチュエータ
２６ａ 可動保持板押し倒し用アクチュエータの押し棒
２７ 可動保持板引き起こし用アクチュエータ
２７ａ 可動保持板引き起こし用アクチュエータの押し
棒
３０ 光ファイバ
３１ 入力光
３２ コリメートレンズ
３３ 平行光
３４ スイッチ
３５ コンデンサレンズ
３６ 光ファイバ
３７ 出力光DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Movable mirror driving force transmission mechanism 2 Movable holding plate driving force transmission mechanism 3 Movable holding plate 3a Slit 4 Movable plane mirror 4a Side edge of the movable mirror (overhanging portion) 10 Substrate 11 Movable mirror joint 12 Movable mirror slider 12a Wedge-shaped notch 13 hinge 13a movable mirror side hinge 13b slider side hinge 15 hinge 16 movable mirror pushing down actuator 16a movable mirror pushing down actuator push rod 17 movable mirror raising actuator 17a movable mirror raising actuator push rod 18 Slider Holding Actuator (First) 18a Slider Holding Actuator Push Bar 21 Movable Holding Plate Joint 22 Movable Holding Plate Slider 22a Wedge Notch 23 Hinge 23a Movable Holding Plate Side Hinge 23b Slider Side Hinge 24 No. 25 Slider holding actuator (second) 2 5a Slider-holding actuator push rod 26 Movable holding plate push-down actuator 26a Movable holding plate push-down actuator push rod 27 Movable holding plate raising actuator 27a Movable holding plate raising actuator push rod 30 Optical fiber 31 Input light 32 Collimator Lens 33 Parallel light 34 Switch 35 Condenser lens 36 Optical fiber 37 Output light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 利雄 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 ケ ィディディ株式会社内 (72)発明者 山本 周 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 ケ ィディディ株式会社内 (56)参考文献 Ｌｉｈ．ｌＩＮ，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈ ｉｎｅｄ ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ ｍａ ｔｒｉｘ ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｗｉｔｈ ｓｕｂｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ ｓｗ ｉｔｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｌ ａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ，ＯＦＣ’98 Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，1998年，ｐ147−148 Ａｌｏｉｓ Ｆｒｉｅｄｂｅｒｇｅ ｒ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｓ． Ｍｕｌｌｅ ｒ，Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ −Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｈｉｎ ｇｅｓ ｆｏｒ Ｆｏｌｄ−Ｏｕｔ Ｓ ｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ ｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ ａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥ Ｅ，1998年 ９月，Ｖｏｌ．７， Ｎ ｏ．３，ｐ315−319 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＩＥＬ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshio Kato 2-3-2, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Within Keddy Co., Ltd. (72) Inventor, Shu Yamamoto 2-3-2, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Kadydi Co., Ltd. (56) References Lih. LIN, Micromachine in free-space matrix switches with submillisecond swissing time for large-scale opterial, OFC'98 Technological 147, 1998, 147. Muller, Improved Surface-Micromachined Hinges for Ford-Out Structure, Journal of Microelectromechanical Systems, IEEE E, September 1998, Vol. 7, No. 3, p315-319 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 26/08 JISST file (JOIS) IEL
Claims (3)
の寸法を有し、一端側の縁が第一の丁番により、該第一
の丁番の回転軸を回転中心として回転可能なるように、
前記平面基板上に取付けられた可動平面鏡と、 該可動平面鏡を、前記第一の丁番を回転中心として、前
記平面基板に垂直になる姿勢まで引き起こす可動鏡引き
起こし用アクチュエータと前記平面基板に沿うように押
し倒す可動鏡押し倒し用アクチュエータとを用いる可動
鏡駆動力伝達機構と、 前記平面基板に垂直になる姿勢まで引き起こされた状態
の前記可動平面鏡の側縁の一端部を挟持するための切り
込みスリットを一端側に有し、前記可動平面鏡が前記平
面基板に垂直になる姿勢まで引き起こされた状態にある
ときに前記切り込みスリットが前記可動平面鏡の側縁の
一端部を挟持する位置に配置されるように、他端側が第
二の丁番により、該第二の丁番の回転軸を回転中心とし
て回転可能なるように、前記平面基板上に取付けられた
可動保持板と、 該可動保持板を前記第二の丁番を回転中心として引き起
こす可動保持板引き起こし用アクチュエータと前記平面
基板に沿うように押し倒す可動保持板押し倒し用アクチ
ュエータとを用いる可動保持板駆動力伝達機構とを備
え、 前記可動鏡駆動力伝達機能には、前記可動平面鏡が前記
平面基板に垂直になる姿勢まで引き起こされた状態およ
び前記平面基板に沿うように押し倒された状態を保持す
るための第一の保持用アクチュエータが備えられ、 該可動保持板駆動力伝達機構には、前記可動平面鏡が前
記平面基板に垂直になる姿勢まで引き起こされた状態に
あるときに前記可動保持板の前記切り込みスリットが前
記可動平面鏡の側縁の一端部を挟持した結合状態を保持
するとともに前記可動保持板が前記平面基板に沿うよう
に押し倒された状態を保持するための第二の保持用アク
チュエータが備えられ、 前記可動平面鏡が前記引き起こされた状態にあるかまた
は前記押し倒された状態にあるかに従って、該可動平面
鏡に入射する入力光の光路が切替えられるように構成さ
れた 光スイッチ。1. A flat substrate having a width of at most 1 mm, a length of at most 1 mm and a thickness of at most 5 μm
And the edge on one end side can be rotated about the rotation axis of the first hinge by the first hinge,
A movable plane mirror mounted on the plane substrate, a movable mirror raising actuator that causes the movable plane mirror to be in a posture perpendicular to the plane substrate about the first hinge as a rotation center, and along the plane substrate. A movable mirror driving force transmission mechanism that uses an actuator for pushing down the movable mirror and a slit slit for holding one end portion of the side edge of the movable flat mirror in a state in which the movable mirror is pushed up to a position perpendicular to the flat substrate. So that the slit slit is arranged at a position to sandwich one end portion of the side edge of the movable flat mirror when the movable flat mirror is in a state in which the movable flat mirror is raised to a posture in which the movable flat mirror is perpendicular to the flat substrate. The other end may be mounted on the flat substrate by a second hinge so as to be rotatable around the rotation axis of the second hinge. Movable holding plate drive force transmission using a holding plate, a movable holding plate raising actuator that causes the movable holding plate to rotate about the second hinge, and a movable holding plate pushing-down actuator that pushes down the movable holding plate along the plane substrate A mechanism for holding the state in which the movable plane mirror is raised to a posture in which the plane mirror is perpendicular to the plane substrate and the state in which the movable plane mirror is pushed down along the plane substrate. One holding actuator is provided, and the movable holding plate driving force transmission mechanism has the slit slit of the movable holding plate when the movable flat mirror is raised to a posture in which the movable flat mirror is perpendicular to the flat substrate. The movable holding plate is held so that one end of the side edge of the movable flat mirror is held, and the movable holding plate is pushed along the flat substrate. A second holding actuator for holding a tilted state is provided, and the input light incident on the movable plane mirror is determined according to whether the movable plane mirror is in the raised state or the pushed state. An optical switch configured to switch the optical path of the.
０°折り曲げるかを、スイッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態
との一方と他方に対応させるように構成されたことを特
徴とする請求項１に記載の光スイッチ。2. The optical path of the input light is made to go straight or 9
The optical switch according to claim 1, wherein whether to bend at 0 ° is configured to correspond to one or the other of the ON state and the OFF state of the switch.
個の光スイッチの４枚の可動平面鏡は互いに平行にな
り、かつ各中心が一つの平行四辺形の各頂点に位置する
ように配置され、前記４枚の可動平面鏡に前記平行四辺
形の相対向する一方の組の二辺にそれぞれ沿う方向に入
射させた第１，第２の入力光が、該平行四辺形の相対向
する他方の組の二辺にそれぞれ沿う方向に、入出力関係
の平行状態又は交差状態のいずれかに切替え選択して第
１，第２の出力光がとり出されるように構成された請求
項１に記載の光スイッチ。3. Four of said optical switches are used,
The four movable plane mirrors of each optical switch are arranged so that they are parallel to each other and their centers are located at respective vertices of one parallelogram, and the four movable plane mirrors face each other of the parallelogram. The first and second input lights incident in the directions along the two sides of the one set are parallel to each other in the input / output relationship in the directions along the two sides of the other pair of the parallelogram opposite to each other. 2. The optical switch according to claim 1, wherein the optical switch is configured so that the first output light and the second output light are extracted by switching and selecting between the state and the crossing state.
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|---|---|---|---|
| JP35148498A JP3494908B2 (en) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | Light switch |
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- 1998-12-10 JP JP35148498A patent/JP3494908B2/en not_active Expired - Fee Related
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