(57)【要約】【課題】低コストで信頼性の高い光スイッチを提供することにある。【解決手段】入射される光を、入射光路上に回動可能に設けられたミラー２で反射し、反射光路を変化させて出射する光スイッチ１において、ミラー２の裏面を少なくとも三点以上で押し当ててミラー２を回動させて反射光路を変える駆動手段４を備えたものである。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光を、入射光路上に回動可能に設けられたミラーで反射し、反射光路を変化させて出射する光スイッチにおいて、上記ミラーの裏面を少なくとも三点以上で押し当てて該ミラーを回動させて反射光路を変える駆動手段を備えたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
上記駆動手段がピエゾ素子からなる請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
上記ミラーが表面に形成されたミラー素子基板と、そのミラー素子基板の裏面に重ねられ、上記駆動手段が搭載されたアクチュエータ素子基板とからなる請求項１または２記載の光スイッチ。
【請求項４】
上記ミラー素子基板は、その中央部に設けられて表面に上記ミラーが形成されるミラー基板と、そのミラー基板の周囲に形成された貫通孔で上記ミラー基板と部分的に隔離された外枠基板と、その外枠基板と上記ミラー基板とを部分的に連結支持する支持部とからなる請求項３記載の光スイッチ。
【請求項５】
上記支持部は、蛇行状に形成される請求項４記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を情報伝送媒体とした光ネットワークシステムに用いられる光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術を応用した微細加工技術であるＭｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）を用いて作製される光スイッチ（ＭＥＭＳスイッチ）が開発されている。ＭＥＭＳスイッチは、基板上に一括で形成でき、またそのスケールが微小なことから低コストで高速な光スイッチとして有望である。
【０００３】
ＭＥＭＳスイッチの一例として、図７（ａ），（ｂ）に示されるような従来の光スイッチ４１がある。光スイッチ４１は、入射される光を、入射光路上に回動可能に設けられたミラー４２で反射し、反射光路を変化させて出射するものであり、電磁力および静電力を用いてミラー４２の光軸に対する角度を変化させ、光の経路を切り替えることを特徴としている。
【０００４】
光スイッチ４１の切り替え方法を説明すると、図７（ａ）に示されるように、まず、入力ポートの左上のコリメータアレイ７１ａから入射された光Ｌは、コリメータアレイ７１ａで平行光に変換され、表面に光スイッチ４１が複数個配列された第一の光スイッチ素子アレイ７２ａにおいて、左上のミラー４２で反射され、その反射光が、第二の光スイッチ素子アレイ７２ｂにおいて、左上のミラー４２で反射され、出力ポートの左上のコリメータアレイ７１ｂから出射されているとする。
【０００５】
光の切り替えは、例えば、図７（ａ）の状態から第一の光スイッチ素子アレイ７２ａの左上のミラー４２と、第二の光スイッチ素子アレイ７２ｂの右下のミラー４２とを回動させることで実行できる。これにより、入力ポートのチャンネルと出力ポートのチャンネルを選択して切り替えることができる。この場合、図７（ｂ）に示されるように、左上のコリメータアレイ７１ａから入射された光Ｌは、第一の光スイッチ素子アレイ７２ａ上の左上のミラー４２、第二の光スイッチ素子アレイ７２ｂ上の右下のミラー４２で反射され、右下のコリメータアレイ７１ｂから出射される。
【０００６】
光スイッチ４１は、図４に示されるように、表面中央にミラー４２が形成されたミラー基板４３と、ミラー基板４３の周囲に形成された貫通孔４４でミラー基板４３から部分的に隔離された中間基板４５と、中間基板４５の周囲に形成された貫通孔４６で中間基板４５から部分的に隔離された外枠基板４７と、ミラー基板４３の外縁中央部と中間基板４５の内縁中央部を連結支持し、ミラー基板４３の回動軸となる一対のトーションバー４８と、中間基板４５の外縁中央部と外枠基板４７の内縁中央部を一対のトーションバー４８の垂直方向に連結支持し、中間基板４５の回動軸となる一対のトーションバー４９とからなっている。光スイッチ４１は、ミラー４２が二軸の回りに回動可能となっている。
【０００７】
ミラー基板４３表面の縁には、図５に示されるように、光スイッチ４１外部の電流源５１ａからの電流が流れる配線パターン５２ａが形成されている。中間基板４５表面の縁にも、光スイッチ４１外部の電流源５１ｂからの電流が流れる配線パターン５２ｂが形成されている。
【０００８】
光スイッチ４１の駆動方法を図６で説明すると、光スイッチ４１を挟んだ両側に永久磁石６１，６１を配置して磁界Ａを発生させ、上述した配線パターン５２ａ，５２ｂに電流を流すことで、光スイッチ４１の周りの磁界Ａからミラー基板４３や中間基板４５にローレンツ力を発生させ、ミラー基板４３や中間基板４５を所定角度回動させてミラー４２の光軸に対する角度を変化させている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題　】
しかしながら、従来の光スイッチ４１では、ミラー４２を回動させるのに外部からの磁界Ａを必要とする。このため、永久磁石６１，６１、もしくは電磁コイル等で強い磁界Ａを発生させる必要があり、集積化に不利であり、コストもかかるという問題がある。
【００１０】
また、ミラー基板４３や中間基板４５表面の周囲にローレンツ力を発生させるための配線パターン５２ａ，５２ｂが必要であるが、配線パターン５２ａ，５２ｂはトーションバー４８，４９上にも形成しなければならない。このため、ミラー基板４３や中間基板４５の回動に伴い、トーションバー４８，４９上の配線パターン５２ａ，５２ｂにはかなりの捻れが加わるため、配線パターン５２ａ，５２ｂの断線、もしくは剥がれなど信頼性上の問題もある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低コストで信頼性の高い光スイッチを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、入射される光を、入射光路上に回動可能に設けられたミラーで反射し、反射光路を変化させて出射する光スイッチにおいて、上記ミラーの裏面を少なくとも三点以上で押し当てて該ミラーを回動させて反射光路を変える駆動手段を備えた光スイッチである。
【００１３】
請求項２の発明は、上記駆動手段がピエゾ素子からなる請求項１記載の光スイッチである。
【００１４】
請求項３の発明は、上記ミラーが表面に形成されたミラー素子基板と、そのミラー素子基板の裏面に重ねられ、上記駆動手段が搭載されたアクチュエータ素子基板とからなる請求項１または２記載の光スイッチである。
【００１５】
請求項４の発明は、上記ミラー素子基板は、その中央部に設けられて表面に上記ミラーが形成されるミラー基板と、そのミラー基板の周囲に形成された貫通孔で上記ミラー基板と部分的に隔離された外枠基板と、その外枠基板と上記ミラー基板とを部分的に連結支持する支持部とからなる請求項３記載の光スイッチである。
【００１６】
請求項５の発明は、上記支持部は、蛇行状に形成される請求項４記載の光スイッチである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適実施の形態である光スイッチを示す斜視図である。図２は、ミラー素子基板の一例を示す斜視図である。図３は、アクチュエータ素子基板の一例を示す斜視図である。
【００１９】
図１〜図３に示すように、本発明に係る光スイッチ１は、シリコン基板上に、入射光路上に回動可能に設けられるミラー２を形成したＭＥＭＳ光スイッチであり、表面にミラー２が形成されたミラー素子基板３と、そのミラー素子基板３の裏面に重ね合わされ、ミラー２の裏面を押し当ててミラー２を少なくとも一軸の回りに所定角度回動させると共に、ミラー２を回動させた位置で保持して反射光路を変えるための駆動手段としてのピエゾ素子４が三個搭載されたアクチュエータ素子基板５とからなるものである。
【００２０】
図１では、光スイッチ１が駆動していない状態、すなわち、各ピエゾ素子４が伸縮しておらず、ミラー２（後述するミラー基板７）が水平となっている状態を示している。
【００２１】
本実施の形態では、ミラー素子基板３は矩形状に形成されている。アクチュエータ素子基板５は、その表面の四隅にミラー素子基板３を支持する矩形体状の支柱６が形成されてテーブル状に形成されており、テーブルを逆さにした状態でミラー素子基板３と重ね合わされるようになっている。ミラー素子基板３とアクチュエータ素子基板５としては、例えば、シリコン基板を使用している。ピエゾ素子４としては、例えば、円柱状のものを使用している。
【００２２】
ミラー素子基板３の裏面の角部と、アクチュエータ素子基板５の支柱６の表面には、基板３，５同士を位置合わせするためのマーカー（図示せず）が形成されている。ミラー素子基板３とアクチュエータ素子基板５は、半田等により、マーカーを目印にして互いに重ね合わせられて接合される。
【００２３】
ミラー素子基板３は、その中央部に設けられて表面にミラー２が形成されるミラー基板７と、そのミラー基板７の周囲に形成された台形状の貫通孔８でミラー基板７と部分的に隔離された外枠基板９と、その外枠基板９の内縁角部とミラー基板２の外縁角部とをそれぞれ連結支持する支持部１０とからなっている。
【００２４】
ミラー２は、例えば、ミラー基板７の表面に金を蒸着して形成するようにしている。金を使用することにより、薄くて安定なミラーになる。各支持部１０は、伸縮が容易なように角のある蛇行状に形成されている。各支持部１０によってミラー基板７と外枠基板９を連結支持することにより、ミラー基板７が外枠基板９に対して変位しやすくなっている。
【００２５】
本実施の形態では、アクチュエータ素子基板５にピエゾ素子４を三個搭載しており、ミラー基板７の裏面を、各ピエゾ素子４でそれぞれ押し当ててミラー２を回動させているが、ピエゾ素子４は少なくとも三個であればよく、言い換えれば、ミラー基板７の裏面を三点で押し当てて回動させるようにしていればよい。これは、ミラー２の光軸に対する角度を高精度かつ安定させて変化させる点と、光スイッチ１の消費電力を低減させる点とを考慮したからである。
【００２６】
例えば、ミラー基板７裏面の辺部を、二つのピエゾ素子４でそれぞれ押し当てて上げ下げすれば、ミラー基板７裏面の辺部を、一つのピエゾ素子４で押し当てて上げ下げするのに比べ、ミラー２の光軸に対する角度をより精度よく安定させて変化させることができ、しかも消費電力を低減させることができる。
【００２７】
本発明は、各ピエゾ素子４の搭載位置に限定されるものではない。各ピエゾ素子４の搭載位置は、ミラー２を少なくとも一軸の回りに回動可能にする位置であればよい。
【００２８】
例えば、光スイッチ１が図１の状態のとき、各ピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の角部とがそれぞれ接触するようにしてもよいし、各ピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の辺部とがそれぞれ接触するようにしてもよい。また、あるピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の角部とが接触する一方で、別のピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の辺部とが接触するようにしてもよい。
【００２９】
アクチュエータ素子基板５上には、各ピエゾ素子４に電圧をそれぞれ印加して各ピエゾ素子４をそれぞれ駆動するための枠状の駆動回路１１が三つ形成されている。各駆動回路１１には、図示しない外部電源が接続されている。
【００３０】
各駆動回路１１には、各ピエゾ素子４の搭載位置を示すマーカー（図示せず）が形成されている。各ピエゾ素子４は、半田により、マーカーを目印にしてアクチュエータ素子基板５の表面にそれぞれ搭載されて固定される。
【００３１】
ミラー素子基板３とアクチュエータ素子基板５は、シリコン基板なので、例えば、エッチング等の半導体製造技術により、それぞれ容易かつ一体的に作製できる。
【００３２】
本実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
各ピエゾ素子４に電圧をそれぞれ印加すると、印加された電圧の大きさに応じて各ピエゾ素子４がそれぞれ伸縮し、ミラー基板７の裏面をそれぞれ押し当てて上げ下げする。このとき、各ピエゾ素子４により、ミラー基板７が水平状態から少なくとも一軸の回りに所定角度回動した状態となり、その状態で保持される。
【００３４】
より詳細に言えば、各ピエゾ素子４の搭載位置により、ミラー基板７を一軸の回りにのみ所定角度回動した状態としたり、ミラー基板７を二軸あるいは三軸などの多軸の回りに所定角度回動した状態としたりすることもできる。
【００３５】
各ピエゾ素子４にそれぞれ印加する電圧を制御すれば、ミラー基板７は少なくとも一軸の回りに任意の角度だけ正確に回動された状態で保持される。これにより、ミラー２の光軸に対する角度を所望の角度に無段階で高精度に変化させることができる。光スイッチ１の切り替え方法については、図７（ａ）、（ｂ）で説明した光スイッチ４１と同じである。
【００３６】
このように本発明に係る光スイッチ１は、ミラー２を回動させるための駆動手段としてピエゾ素子４を用いているので、図４〜図６で説明した従来の光スイッチ４１とは異なり、永久磁石による磁界を必要とせずにミラー２を所望の角度だけ高精度に回動させることができる。したがって、集積化に有利であり、しかも低コストである。また、各ピエゾ素子４によってミラー２を直接動かしているので、切替安定性が高い。
【００３７】
各駆動回路１１は、動作しない部分であるアクチュエータ素子基板５上に形成されているので、光スイッチ４１の配線パターン５２ａ，５２ｂのようにミラーが形成された基板上に混在させる必要がなく、動作する部分であるトーションバー４８，４９に形成する必要がない。このため、駆動回路１１の断線、剥がれなどの問題は起こらず、製品の信頼性が高い。
【００３８】
さらに、ミラー２と各ピエゾ素子４が別個であり、どちらかに不良が発生しても即座に交換することが可能なので、製品の歩留まりを高くすることができる。
【００３９】
本発明に係る光スイッチ１は、上述したように、ミラー２は常に光路上にあり、その角度を任意に変えることによってスイッチングを行っている。すなわち、光スイッチ１では、ミラー２の角度はいくらでも選択できるので、入射光の光路一つに対し、出射光の光路を際限なく選択することが可能である。
【００４０】
このことは、角度の決められたミラーを光路上に移動させることによってスイッチングを行うような光スイッチにおいては、入射光の光路一つに対し、出射光の光路が二つに限られるのに比べると、非常に大きい利点である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００４２】
（１）ミラーを回動させる駆動手段としてピエゾ素子を用いることで、低コストで信頼性の高いＭＥＭＳ光スイッチを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す斜視図である。
【図２】ミラー素子基板の一例を示す斜視図である。
【図３】アクチュエータ素子基板の一例を示す斜視図である。
【図４】従来の光スイッチの斜視図である。
【図５】従来の光スイッチの回路図である。
【図６】従来の光スイッチの駆動方法を説明する図である。
【図７】光スイッチの使用例を示す概略図である。
【符号の説明】
１　光スイッチ
２　ミラー
３　ミラー素子基板
４　ピエゾ素子（駆動手段）
５　アクチュエータ素子基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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