DE60220344T2

DE60220344T2 - Optischer Schalter

Info

Publication number: DE60220344T2
Application number: DE60220344T
Authority: DE
Inventors: Motoyasu Utsunomiya
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: CN1397816A; CN1178083C; US6795603B2; EP1278083B1; EP1278083A2; EP1278083A3; JP3722021B2; US20030016906A1; JP2003029172A; DE60220344D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine optische Kreuzverbindung zum Verbinden und Schalten optischer Pfade mehrerer optischer Signale in einem optischen Kommunikationssystem, und insbesondere einen analogen optischen Freiraumschalter mit Strahllenkung, der unter Verwendung einer Mikrobearbeitungstechnologie aufgebaut ist.
Die Entwicklung der "Informationsgesellschaft" schreitet hinsichtlich der Entwicklung und Verwendung optischer Kommunikationssysteme, die die Übertragung von Informationen großer Kapazität ermöglichen, fort. Um die erhöhten Anforderungen der Kommunikation zu erfüllen, verwendet dieser Typ von optischem Kommunikationssystem eine Wellenlängenmultiplexübertragungstechnologie (WDM), bei der Signale unterschiedlicher Wellenlängen auf einer einzigen optischen Faser zum Senden und Empfangen überlagert werden. Zusätzlich zu einem Punkt-zu-Punkt-Modus, bei dem eine Kommunikation zwischen zwei Punkten unter Verwendung optischer Multiplexer bzw. Demultiplexer verbunden ist, führt diese Übertragungstechnologie einen Hinzufügungs-Entfernungs-Modus zum Hinzufügen und Entfernen spezieller Wellenlängen an Relaystationen ein.
Um diesen Typ von Kommunikationssystem zu implementieren, sind eine Lichtquelle, die für eine Hochgeschwindigkeitsmodulation ausgelegt ist, eine optische Faser für eine Übertragung großer Kapazität, breitbandige Faserverstärker und mehrkanalige Wellenlängenfilter unverzichtbar. Von diesen Komponenten stellen optische Schalter, die wahlweise optische Signale einer beliebigen Wellenlänge von mehreren Eingangsanschlüssen schalten und die optischen Signale mit vorgeschriebenen Ausgangsanschlüssen verbinden können, eine wichtige Schlüsseltechnologie zum flexiblen Handhaben von sich konstant ändernden Kommunikationsanforderungen ebenso wie zum Sichstellen den Ausfällen in den Kommunikationsleitungen dar.
Außerdem ist die Wandlung zu einer vollständigen optischen Kommunikation, bei der optische Signale ohne eine Umwandlung in elektrische Signale übertragen werden, als ein Weg für die Entwicklung von optischen Kommunikationssystemen fortgeschritten, um niedrigere optische Kommunikationskosten, eine Systemvereinfachung und eine schnellere Übertragungsrate zu realisieren. Dieses Kommunikationsverfahren ist auf die Verwendung einer vollständig optischen OXC (optische Kreuzverbindung) als einen optischen Schalter in einem Schalter großen Ausmaßes zum Einstellen bzw. Festlegen optischer Pfade gerichtet. Die "vollständig optische Verbindung" bezieht sich auf eine Weise des Verbindens der optischen Pfade, ohne zunächst das Licht in Elektrizität zu wandeln und dann die elektrischen Übertragungsleitungen zu verbinden.
Ein vollständig optisch realisierter optischer Schalter betrifft Schalter geringen Ausmaßes, die einen Eingang und zwei Ausgänge (1 × 2) aufweisen, bis hin zu Schaltern großen Ausmaßes, die 1000 × 1000 oder mehr Eingangs- und Ausgangsanschlüsse aufweisen.
1(a) zeigt einen optischen Schalter kleinen Ausmaßes (1 × 2) gemäß dem Stand der Technik, und 1(b) zeigt ein Beispiel von hierarchisch zusammengebauten optischen Schaltern geringen Ausmaßes. Der optische Schalter geringen Ausmaßes ist unter Verwendung einer Ansteuerschaltung zur mechanischen Verbindung 14, die aus einer Solenoidspule 11 und einem Permanentmagneten 15 besteht, zum wahlweisen Verbinden einer eingangsseitigen optischen Faser 12 mit einer der beiden ausgangsseitigen optischen Fasern 13 aufgebaut (NTT, R & D, Bd. 48, Nr. 9: 1999, S. 665-673).
Die Bezugszeichen 16 und 17 bezeichnen jeweils eine bewegliche Faser auf der Eingangsseite und statische Fasern auf der Ausgangsseite. Alle diese Fasern sind in einem Eisenring 18 vorgesehen. Die optischen Eingangs- und Ausgangsfasern sind extern durch optische Verbinder 20 verbunden.
Wie es in 1(b) gezeigt ist, kann, wenn dieser Typ von optischem Schalter geringen Ausmaßes verwendet wird, ein optischer N×M-Schalter mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen durch hierarchisches Zusammenbauen mehrerer optischer Schalter geringen Ausmaßes 104 aufgebaut werden. Trotzdem ist der hierarchisch zusammengebaute Schalter für einen Schalter großen Ausmaßes nicht geeignet, da sich der optische Verlust erhöht, wenn sich die Anzahl der Ebenen in der hierarchischen Struktur erhöht.
2 zeigt ein Beispiel eines vollständig optische realisierten optischen Schalters großen Ausmaßes gemäß dem Stand der Technik, 2(a) zeigt eine schematische Ansicht des optischen Schalters, 2(b) zeigt ein gesamtes optisches Schalterarray, 2(c) zeigt die Anordnung von optischen Vorrichtungen, die einen Abschnitt des optischen Schalterarrays bilden, und 2(d) zeigt den Aufbau jeder einzelnen optischen Vorrichtung.
Die in 2 gezeigte optische Vorrichtung ist ein Beispiel einer optischen Freiraum-Kreuzverbindung zum Verwirklichen von optischen Verbindungen zwischen Fasern, bei denen Mikroaktuatoren einzelne Mikrospiegelelemente, die mittels einer MEMS-Technologie aufgereiht sind, ansteuern.
Das Beispiel des optischen Schalters gemäß dem Stand der Technik, das in 2(a) gezeigt ist, besteht aus Eingangsanschlüssen 19, Ausgangsanschlüssen 20 und zwei optischen Schalterarrays 2101 und 2102. Die Eingangsanschlüsse 19 sind aus einem eingangsseitigen Faserarray 15, das aus N optischen Fasern besteht, die an einem Durchgangslocharray (in der Figur nicht gezeigt) eines Kapillar-Arrays 1701 befestigt sind, und einem Kollimationslinsenarray 1801 aufgebaut. Die Ausgangsanschlüsse 20 sind auf ähnliche Weise aufgebaut durch: ein ausgangsseitiges Faserarray 16, das aus M optischen Fasern besteht, die an dem Kapillar-Array 1702 befestigt sind, und ein Linsenarray 1802.
In dieser Vorrichtung sind zwei optische Schalterarrays 2101 und 2102 durch zweidimensionales Anordnen von optischen Schalterelementen (im Folgenden als optische Schalter bezeichnet) 105 in einer Matrixform aufgebaut, wobei die Anzahl der optischen Schalter der Anzahl der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse entspricht, wie es in 2(b) und (c) gezeigt ist. Jeder optische Schalter 105 besteht aus einem optischen Vorrichtungsabschnitt und einem Mikroaktuator. In 2(c) und (d) ist nur die optische Vorrichtung gezeigt, und der Mikroaktuator ist in der Figur nicht gezeigt.
Die optische Vorrichtung besteht aus: einem Mikrospiegel 203; einem Spiegelrahmen 303, der den Mikrospiegel 203 umgibt und drehbar lagert, um den Mikrospiegel 203 um die Ry-Achse zu drehen (kippen); und einem Rahmen 703, der den Spiegelrahmen 303 umgibt und drehbar trägt, um den Spiegelrahmen 303 um die Rx-Achse zu drehen.
Bei einem elektrostatischen Antriebsmoment, das von einem Mikroaktuator (in der Figur nicht gezeigt) erzeugt wird, ist der Mikrospiegel 203 in der Lage, sich sowohl um die Ry-Achse als auch um die Rx-Achse mittels des Spiegelrahmens 303, der um die Rx-Achse drehbar ist, zu kippen. Die optische Vorrichtung wird somit durch das biaxiale elektrostatische Antriebsmoment angetrieben bzw. angesteuert, das von einem Mikroaktuator erzeugt wird, um eine Lenkung in Bezug auf zwei Freiheitsgrade (um die Achsen in der Rx- und Ry-Richtung in 2(d)) zu ermöglichen. Dieser Antriebsmodus wird im Folgenden als biaxialer Antrieb bezeichnet.
Der Mikrospiegel 203 und der Spiegelrahmen 303 werden jeweils drehbar von Drehfedern 503 und 603 getragen, und werden somit durch eine elastische Wiederherstellungskraft, die proportional zum Drehwinkel (Kippwinkel) ist, zurückgezogen. Der Mikrospiegel 203 und der Spiegelrahmen 303 ruhen in dem Winkel der Kippung, bei dem sich die elektrostatische Antriebskraft und die elastische Wiederherstellungskraft im Gleichgewicht befinden.
Ein Laserstrahl, der auf den Mikrospiegel 203 fällt, kann somit in jede Richtung reflektiert werden.
Dieses Schalterarray erlaubt die Änderung der optischen Pfade der Strahlen, wie es im Folgenden beschrieben wird (analoges Strahllenken).
Wie es in 2(a) gezeigt ist, treten optische Signale von dem Eingangsanschluss 19 aus und werden durch eine Passage durch das Linsenarray 1801 gesammelt. Ein optisches Signal, das gesammelt wurde, trifft dann auf den Mikrospiegel 203 des optischen Schalterarrays 2101 auf, das der Mikrolinse in dem Linsenarray 1801 entspricht, durch das das interessierende optische Signal gelangt. Der reflektierte Strahl wird durch die biaxiale Ansteuerung des Mikrospiegels 203 derart gelenkt, dass der reflektierte Strahl des optischen Signals in eine vorgeschriebene Richtung gerichtet ist. Das optische Signal, das von dem optischen Schalterarray 2101 austritt, trifft als Nächstes auf einen vorgeschriebenen Mikrospiegel eines zweiten optischen Schalterarrays 2102. Eine biaxiale Ansteuerung des Mikrospiegels des zweiten optischen Schalterarrays 2102 richtet den reflektierten Strahl des optischen Signals auf eine optische Faser des Ausgangsanschlusses 20, um das optische Signal auszugeben.
3 zeigt die Details der optischen Vorrichtung des optischen Schalters, 3(a) ist eine Draufsicht eines Beispiels eines biaxial angetriebenen optischen Freiraumschalters der optischen Vorrichtung, und 3(b) ist eine Draufsicht der Drehfedern.
Der Mikrospiegel 203 wird drehbar von einem Spiegelrahmen 303 mittels zweier Drehfedern 503 getragen, und dieser Spiegelrahmen 303 wird auf ähnliche Weise drehbar durch einen äußeren bzw. Außenrahmen 703 mittels zweier Drehfedern 603 getragen.
In dieser Vorrichtung werden die Drehachse des Mikrospiegels 203 und die Drehachse des Mikrorahmens 303 in zueinander orthogonalen Richtungen eingestellt, und ein reflektierter Strahl wird zweidimensional durch unabhängiges Ansteuern um die beiden Achsen gelenkt. Die Drehfedern können eine beliebige Gestalt aufweisen, die eine vorgeschriebene Steifigkeit erzielt, und in diesem Beispiel wurde eine Serpentinengestalt oder eine kontinuierliche Zickzackfaltungsgestalt (siehe 3(b)) übernommen.
Zwei Sätze von Elektrodenpaaren 903 und 1003 sind orthogonal auf dem Oberflächenbereich des Substrats 1102, das dem Mikrospiegel 203 gegenüberliegt, angeordnet. Der Bereich wird im Folgenden als der Elektrodenbereich bezeichnet. Diese Elektroden 903 und 1003 weisen im Wesentlichen quadratische Gestalten auf und bilden in Kombination mit der geerdeten optischen Vorrichtung (Mikrospiegel 203) einen elektrostatischen Mikroantriebsaktuator. Die Anwendung der elektrostatischen Kraft, die durch Steuern der ausgeübten Spannung gesteuert wird, bewirkt, dass sich der Mikrospiegel 203 und der Spiegelrahmen 303 um ihre jeweiligen Achsen drehen.
4 zeigt die Betriebsprinzipien des elektrostatischen Antriebs. 4(a) zeigt eine Schnittansicht des Mikrospiegels 203 in einem Zustand, in dem das Elektrodenpaar 903 auf Massepotenzial liegt und kein Drehmoment auf den Mikrospiegel 203 ausgeübt wird. Wie es mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert wurde, wird der Mikrospiegel 203 durch den Spiegelrahmen 303 mittels Drehfedern 503 getragen, und der Spiegelrahmen 303 ist an dem Rahmen 703 mittels Drehfedern 603 befestigt.
4(b) zeigt einen Querschnitt des Zustands, bei dem eine Spannung an das Elektrodenpaar 903 angelegt, um ein Drehmoment auf den Mikrospiegel 203 auszuüben und zu bewirken, dass der Mikrospiegel 203 kippt. 4(c) ist eine Seitenansicht, die den Zustand zeigt, bei dem sowohl der Spiegel 203 als auch der Spiegelrahmen 303 um die jeweiligen Achsen gekippt sind, wenn Spannungen an beide der orthogonal angeordneten Elektrodenpaare angelegt werden.
In einer anderen Technologie gemäß dem Stand der Technik wird vorgeschlagen, dass optische Pfade in ebener Form an der optischen Kreuzverbindung aufgebaut sein können und sich der Spiegel hebt, wenn das Steuersignal EIN angibt, und fällt, wenn das Steuersignal AUS angibt (digitales Gittersystem). Diese optische Kreuzverbindung ist vorteilhaft, da sie durch einfache digitale Steuerung betrieben werden kann, sie die Positionierung der optischen Eingangs- und Ausgangsfasern erleichtert und außerdem die Integration erleichtert. Sie ist jedoch dahingehend von Nachteil, dass N×N Verbin dungen N² Schalterelemente benötigen, während eine analoge Strahllenkung 2N Schalterelemente benötigt, und außerdem dahingehend, dass große optische Pfaddifferenzen zu einer Erhöhung des Verlusts führen. Als Ergebnis wird die Anwendung dieses Verfahrens für einen Schalter großen Ausmaßes als problematisch betrachtet.
Grundlegend wird die Kommunikationskapazität in einem optischen Kommunikationssystem durch das Produkt aus der Übertragungsrate je Kanal und der Anzahl der Kanäle bestimmt. Es kann daher angenommen werden, dass ein wachsender Bedarf für die Erzielung einer hohen Übertragungsrate und die Erhöhung der Anzahl der Kanäle bestehen wird. Eine Erforschung vollständig optische realisierter optischer Schalter großen Ausmaßes ist daher zu erwarten.
Von den vollständig optisch realisierten optischen Schaltern großen Ausmaßes werden analoge optische Freiraumschalter mit Strahllenkung als vielversprechend zur Verwirklichung eines kompakten kostengünstigen Schalters großen Ausmaßes betrachtet, der in der Lage ist, bis zu einem gewissen Ausmaß einen optischen Verlust zu unterdrücken. Derartige optische Schalter wurden durch Lucent Technologies oder κros (nun von Nortel besessen) angekündigt.
In einem analogen optischen Freiraumschalter mit Strahllenkung großen Ausmaßes ist die Anzahl der verwendeten Mikrospiegel groß, und der Winkel der Lenkung des Mikrospiegels muss daher vergrößert werden, da sich die Anzahl der Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse erhöht. Um ein Vergrößerung des Lenkwinkels des Mikrospiegels zu erzielen, ist es notwendig, den Bereich des Winkels, innerhalb dessen eine gesteuerte Lenkung eines Mikrospiegels erlaubt ist, auszudehnen.
Als ein weiteres Verfahren zum Ausdehnen des Bereiches der Lenksteuerung wurde vorgeschlagen, den Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen und den Spiegeln zu erhöhen und ebenfalls den Abstand zwischen den beiden optischen Schalterarrays zu erhöhen, so dass sich die Länge des optischen Pfades durch den freien Raum verlängert. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Spiegelkippung mit einem kleinen Winkel eine gewünschte Änderung in der Richtung des optischen Signals erzielen kann. Das Verfahren beinhaltet jedoch das Problem, dass die Bedienervergrößerung des Strahlradius nicht nur eine Verdunkelung des Spiegels bewirkt, die einen optischen Verlust bewirkt, sondern ebenfalls zu einer Erhöhung der Größe der optischen Schalter und des Gesamtmoduls führt.
Das Dokument US-B1-6 201 631 beschreibt einen optischen Schalter gemäß der Präambel des Anspruchs 1, wobei ein Spiegelarray an einem Basissubstrat befestigt ist. Das Spiegelarray weist ein Substrat, das mehrere zueinander beabstandete Spiegel mit darunterliegenden Hohlräumen (die jeweils einen Durchmesser von mindestens etwa derselben Größe wie derjenige des darüberliegenden Spiegels aufweisen), die darin ausgebildet sind, aufweist, auf. Das Basissubstrat enthält mehrere Elektroden ebenso wie mehrere elektrische Zwischenverbindungen. Das Spiegelarray ist an dem Basissubstrat derart befestigt, dass jeder Spiegel des Arrays ebenso wie ein Hohlraum oberhalb eines Elektrodensatzes getragen werden. Jeder Spiegel des Spiegelarrays dreht sich relativ zu einer Hauptebene des Substrats als Reaktion auf ein elektrisches Signal. Die Anwendung eines elektrischen Potenzials auf einen jeweiligen Spiegel relativ zu mindestens einer Elektrode des Elektrodensatzes bewirkt eine gewünschte Drehung (in Abhängigkeit von der Größe des elektrischen Potenzials) bis zu einem Winkel von etwa 20 Grad.
Somit ist die Gewährleistung eines ausreichend großen Spiegelkippwinkels ein Schlüsselpunkt bei dem Aufbau eines optischen Schalters großen Ausmaßes mit geringer Größe und geringem Verlust.
In dem Fall der Verwendung eines elektrostatischen Aktuators zum Ansteuern bzw. Antreiben des Mikrospiegels bestand jedoch ein Problem dahingehend, dass der Spiegelkippwinkel durch die Antriebsmomentkennlinie begrenzt wird.
5 zeigt ein einfaches Analysemodell, das als ein Beispiel einen Einzelachsendrehspiegel, der durch einen elektrostatischen Aktuator angetrieben wird, nimmt. In diesem Beispiel kann das Antriebsmoment, das durch die elektrostatische Kraft erzeugt wird, durch die folgende Formel repräsentiert werden.
Hier ist E das elektrische Feld, V ist die ausgeübte Spannung, W ist die Elektrodenbreite (Breite in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Figur), θ ist der Spiegelkippwinkel, L1 und L2 sind die Positionen der beiden Enden der Elektrode, ε₀ ist die Dielektrizitätskonstante eines Vakuums, d ist der Abstand zwischen dem Mikrospiegel und der Elektrode, wenn E = 0 gilt, und a ist der Abstand zwischen einer Mikrospiegelposition x und der Elektrode, wenn der Spiegelkippwinkel gleich θ ist.
Die Abstände a und d zwischen dem Mikrospiegel und der Elektrode werden als die "Luftlücke" bezeichnet.
6 zeigt die Drehmomentkennlinie, die die Abhängigkeit des elektrostatischen Antriebsmoments (Te) von dem Spiegelkippwinkel darstellt. Die Kurve wurde auf der Grundlage der obigen Formeln berechnet. In diesem Beispiel wurden Berechnungen durchgeführt, bei denen die elektrostatische Breite W auf 150 μm eingestellt wurde, die Elektrodenlänge L auf 150 μm (L1 = 80 μm und L2 = 230 μm) eingestellt wurde, die Luftlücke d auf 50 μm eingestellt wurde und die ausgeübte Spannung V auf 150 V eingestellt wurde.
Mit diesen Einstellungen ist die Drehfederkennlinie, die die elastische Wiederherstellungskraft K θ für einen Kippwinkel θ darstellt (wobei K die Steifigkeit der Drehfeder ist), eine gerade Linie, die durch den Ursprung führt und die Tangente der Drehmomentkennlinie bildet. Der Kippwinkel an dem Kontaktpunkt θ_MAX ist der maximale Lenkwinkel innerhalb des Bereiches der Kippwinkel, bei denen eine stabile Winkelpositionierung möglich ist, wie es im Folgenden erläutert wird.
Wenn der Mikrospiegel kippt und die Drehfedern verformt werden, wirkt eine elastische Wiederherstellungskraft K θ, die proportional zum Kippwinkel ist, auf den Mikrospiegel, wie es durch die Drehfederkennlinie oder die Wiederherstellungslinie (gerade Linie) der 6 gezeigt ist.
Die Drehmomentkennlinie schneidet die Drehfederkennlinie an zwei Punkten, wenn die ausgeübte Spannung niedrig ist. Wir bezeichnen von diesen zwei Schnittpunkten den Kippwinkel des Schnittpunkts bei dem größeren Kippwinkel als θ_H und den Kippwinkel des Schnittpunkts bei dem kleineren Kippwinkel als θ_L. Der Mikrospiegel erlangt ein dynamisches Gleichgewicht bei der Kippposition θ₁.
Eine Erhöhung der ausgeübten Spannung V führt zu einer Aufwärtsverschiebung der Drehmomentkennlinie. Somit nähern sich, da sich die ausgeübte Spannung V erhöht, die beiden Schnittpunkte bei einer Erhöhung von θ_L und einer Verringerung von θ_H einander an. Eine weitere Erhöhung der ausgeübten Spannung V bewirkt, dass die beiden Schnittpunkte bei θ_L = θ_H = θ_MAX zusammenfallen, d. h. die Drehmomentkennlinie wird in Kontakt mit der Drehfederkennlinie gebracht. 6 stellt diese Situation dar.
Der Kippwinkel θ_MAX ist somit der maximale Wert von θ_L, d. h. der maximale Lenkwinkel innerhalb des Bereiches der Kippwinkel, innerhalb dessen eine stabile Winkelpositionierung möglich ist.
In dem Beispiel mit den oben beschriebenen Auslegungsbedingungen beträgt, wenn die Steifigkeit der Drehfedern, die den Mikrospiegel 203 tragen, auf 32,5 × 10^–10 N-m/rad eingestellt wird, der maximale Wert θ_MAX des Spiegelkippwinkels für die ausgeübte Spannung von 150 V gleich 5,2 Grad. Der maximale Kippwinkel des Spiegelrahmens 303 liegt auf demselben Niveau, wenn die Steifigkeit der Drehfedern und der Bereich und die Position der Elektroden ähnlich eingestellt werden, und der biaxiale Antrieb der optischen Vorrichtung zum Lenken optischer Signale kann somit über den Bereich von ±5,2 Grad realisiert werden.
Wie es oben beschrieben ist, muss sich ein analoger optischer Freiraumschalter mit Strahllenkung über den Bereich der Spiegellenkung θ_MAX erstrecken, um für eine Tendenz in Richtung einer Vergrößerung des Schalters ausgelegt zu sein, während optische Verluste unterdrückt werden.
In einer biaxial angesteuerten bzw. angetriebenen optischen Vorrichtung ist der Winkelbereich θ_MAX für eine Winkelpositionierung des Mikrospiegels 203 und des Spiegelrahmens 303 durch Grenzen eingegrenzt, die aus der Drehmomentkennlinie der Vorrichtung und der elastischen Charakteristika der Teile herrühren. Die Steuerung der Winkelpositionen des Mikrospiegels 203 und des Spiegelrahmens 303 wird somit innerhalb eines Kippwinkelbereiches durchgeführt, der durch diese Grenzen eingegrenzt ist.
Somit muss der elektrostatische Aktuator, um sich über den Bereich der Mikrospiegellenkung eines analogen optischen Freiraumschalters mit Strahllenkung zu erstrecken, derart ausgelegt sein, dass er den maximalen steuerbaren Kippwinkel θ_MAX abdeckt.
Wenn der maximale Lenkwinkel (maximal steuerbarer Kippwinkel) einer optischen Vorrichtung größer eingestellt wird, muss die Luftlücke jedoch vergrößert werden, um einen elektrostatischen Zusammenbruch zu verhindern, der von einem Kontakt zwischen dem Mikrospiegel und der Elektrode bei einem großen Kippwinkel herrührt. Eine Vergrößerung der Luftlücke, während die Antriebsspannung festgehalten wird, setzt jedoch die Drehmomentkennlinie herab und bewirkt, dass der erhaltbare maximale Kippwinkel kleiner wird.
Da eine Herabsetzung der Kennlinie jedoch den Vorteil besitzt, dass eine scharfe Erhöhung des Drehmoments bei großen Lenkwinkeln beseitigt wird, kann der maximal steuerbare Kippwinkel θ_MAX ausgedehnt werden, wenn die Steifigkeit der Drehfedern weich ausgelegt ist. Eine Verringerung der Steifigkeit der Drehfeder birgt jedoch das Risiko eines Brechens während der Verarbeitung, verkompliziert die Handhabung der Komponenten und verringert außerdem die Reaktionsgeschwindigkeit der optischen Vorrichtung und führt zu einer Schaltverzögerung.
Eine einfache Herstellung und eine schnelle Antwort kann trotz einer Vergrößerung der Luftlücke garantiert werden, wenn die ausgeübte Spannung erhöht wird, während die Steifigkeit der Drehfedern auf oberhalb eines vorgeschriebenen festen Werts aufrechterhalten wird. Eine Erhöhung der ausgeübten Spannung bringt jedoch eine starke Erhöhung des Antriebsmoments in Bezug auf die Variation des Kippwinkels θ mit sich. Als Ergebnis bewirkt die starke Erhöhung der Charakteristik des Antriebsmoments eine Verringerung des maximalen Kippwinkels θ_MAX. Eine Hochspannungsantrieb kann jedoch ebenfalls zu einem Verlust der Schaltungszuverlässigkeit führen. In Schaltern großen Ausmaßes erhöht insbesondere der Hochspannungsantrieb, wenn strenge Bedingungen hinsichtlich des Aufbaus der Elektrodenverdrahtung auferlegt werden, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Problems derart, dass eine parasitäre Entladung in schmalen Lücken zwischen der Verdrahtung auftritt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen analogen optischen Freiraumschalter mit Strahllenkung bereitzustellen, der es ermöglicht, die Steuerbarkeit der Lenkwinkel in Bezug auf ein elektrostatisches Antriebsmoment zu verbessern, und der in der Lage ist, ein optisches Signal in einem erweiterten Bereich des Lenkwinkels mittels eines Niederspannungsantriebs zu lenken. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen analogen optischen Freiraumschalter mit Strahllenkung bereitzustellen, der für Schalter großen Ausmaßes geeignet ist und eine geringe Größe, eine hohe Geschwindigkeit, niedrige Kosten und eine hohe Zuverlässigkeit bietet.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Der optische Schalter gemäß der Erfindung ist ein Schalter zum Verbinden und Schalten von optischen Pfaden mehrerer optischer Signale.
In dieser Beschreibung bezieht sich eine zugewiesene Achse der Drehung auf eine der vorgeschriebenen Achsen der Drehung, um die die interessierende Antriebselektrode zugewiesen ist, um die optische Vorrichtung zu drehen.
In der Beschreibung bezieht sich die Elektrodenachse auf eine orthogonale Projektion der zugewiesenen Achse der Drehung auf die Substratoberfläche.
Ein optischer Schalter ist durch Anordnen optischer Vorrichtungen und elektrostatischer Aktuatoren in Abhängigkeit von der Anzahl der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse in einer Arrayform ausgebildet.
Die Elektrodenkonfiguration eines optischen Schalters ermöglicht es, dass ein Elektrodenpaar zum Drehen eines Mikrospiegels und ein Elektrodenpaar zum Drehen eines Spiegelrahmens effizient angeordnet werden können, um den größtmöglichen Elektrodenbereich in einem wirksamen Elektrodenbereich auf dem Substrat, das dem Mikrospiegel gegenüberliegt, abzudecken.
Außerdem ermöglicht die Elektrodengestalt mit Kreissegmenten, bei der sich die wesentliche Elektrodenbreite in Richtung nach außen in Bezug auf die Elektrodenmitte verringert, d. h. in Richtung des äußeren Umfangs des oben beschriebenen wirksamen Elektrodenbereiches, dass die elektrostatische Antriebskraft auf hohe Werte in dem Bereich kleiner Lenkwinkel wie bei dem optischen Schalter der oben beschriebenen ersten Ausführungsform eingestellt werden kann; und außerdem ermöglicht sie eine Unterdrückung einer zu starken elektrostatischen Kraft, die bei Kippwinkelpositionen erzeugt wird, bei denen sich der Mikrospiegel und die Elektroden annähern, wodurch eine Unterdrückung von steilen Erhöhungen des elektrostatischen Antriebsmoments möglich wird.
In diesem Fall wird unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Bereich der Elektroden zum Ansteuern des Spiegelrahmens, der in dem äußeren Umfang der E lektroden zum Ansteuern des Mikrospiegels angeordnet ist, größer als der Bereich der letzteren Elektroden ist, die Kippsteifigkeit der Drehfedern zum drehbaren Lagern des Spiegelrahmens steifer als diejenige der Drehfedern zum drehbaren Lagern des Mikrospiegels eingestellt, um eine gute Leistungsfähigkeit der Lenksteuerung des Mikrospiegels zu realisieren. Diese Struktur vermeidet eine gekoppelte Kippbewegung des Mikrospiegels und des Spiegelrahmens und ermöglicht daher eine Verbesserung der Steuerung des Mikrospiegels.
Somit ermöglicht diese Ausführungsform eine Ausdehnung des Bereiches des Lenkwinkels, der unter einer Ansteuerung bzw. eines Antriebs mit niedriger Spannung steuerbar ist, während die Steifigkeit der Drehfedern der Drehlagerabschnitte verbessert wird, wodurch es möglich wird, einen genauen optischen Schalter bereitzustellen, der für Schalter großen Ausmaßes anwendbar ist.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich, die veranschaulichende Beispiele und eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen optischen Schalter gemäß dem ersten Beispiel gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen vollständig optischen realisierten optischen Schalter großen Ausmaßes gemäß dem Stand der Technik.
3 ist eine Draufsicht, die die optische Vorrichtung des optischen Schalters gemäß einem zweiten Beispiel gemäß dem Stand der Technik zeigt.
4 zeigt Diagramme hinsichtlich des Betriebs des zweiten Beispiels gemäß dem Stand der Technik.
5 ist eine Seitenansicht, die ein Analysemodell eines Spiegels zeigt, der sich um eine Achse dreht.
6 ist ein Graph, der die Antriebsmomentkennlinie des optischen Schalters gemäß dem zweiten Beispiel gemäß dem Stand der Technik zeigt.
7 zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines optischen Schalters gemäß einem dritten Beispiel.
8 ist eine Draufsicht, die Elektrodengestalten des dritten Beispiels zeigt.
9 ist ein Graph, der die Antriebsmomentkennlinie des optischen Schalters des dritten Beispiels zeigt.
10 ist eine Draufsicht, die einen optischen Schalter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden werden Details hinsichtlich einer Ausführungsform des optischen Schalters der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
Zunächst wird auf 7 Bezug genommen. In dieser Figur ist die Konfiguration eines optischen Schalters des dritten Beispiels gezeigt, wobei 7(a) eine Draufsicht und 7(b) eine Seitenansicht zeigt. 8 ist eine Draufsicht und 9 ist ein Graph wie oben angegeben.
Ein optischer Schalter weist eine optische Vorrichtung und einen elektrostatischen Aktuator zum Antreiben bzw. Ansteuern dieser optischen Vorrichtung auf und führt ein Verbinden und Schalten mehrerer optischer Signalpfade durch. Die optische Vorrichtung wird derart getragen, dass sie eine Drehung um eine oder mehrere Richtungen erlaubt. Der elektrostatische Aktuator weist das Substrat, das die optische Vorrichtung hält, und Ansteuerelektroden auf, die auf dem Substrat befestigt sind. Die Ansteuerelektroden sind radial um das Elektrodenzentrum angeordnet. Jede Elektrode ist in einer derartigen Gestalt ausgebildet, dass sich die Elektrodenbreite eines vorgeschriebenen äußeren Abschnitts mit Fortschritt in eine aufwärtsgerichtete Richtung von der Elektrodenmitte aus verkleinert.
In diesem Beispiel wird die optische Vorrichtung derart drehbar getragen, dass sie eine Drehung um zwei Richtungen, d. h. um zwei sich schneidende Drehachsen A1 und A2, ermöglicht. in der folgenden Beschreibung wird der Schnittpunkt der beiden Drehachsen als die Mitte der Drehung bezeichnet. Außerdem wird die orthogonale Projektion der Mitte der Drehung auf die Substratoberfläche als die Elektrodenmitte (EC) bezeichnet. Außerdem wird die Ebene, die senkrecht zu der Substratoberfläche ist und die Drehachse A1 enthält, als eine erste orthogonale Ebene bezeichnet, und die Ebene, die senkrecht zur Substratoberfläche ist und die Drehachse A2 enthält, wird als eine zweite orthogonale Ebene bezeichnet. Schließlich werden die Linien, auf denen sich die erste und die zweite orthogonale Ebene jeweils mit der Substratoberfläche schneiden, jeweils als die erste und die zweite orthogonale Projektionsachse bezeichnet.
Die optische Vorrichtung enthält einen Mikrospiegel 201, einen Spiegelrahmen 301, der derart angeordnet ist, dass er den Umfang des Mikrospiegels 201 umgibt, und einen Rahmen 701, der derart angeordnet ist, dass er den Umfang des Spiegelrahmens 301 umgibt. Der Mikrospiegel 201 wird drehbar von dem Spiegelrahmen 301 mittels zweier erster Drehfedern 501 getragen und wird derart elastisch getragen, dass der Mikrospiegel 201 um die Drehachse A1 (RY-Richtung) der 7 drehen kann. Der Spiegelrahmen 301 wird elastisch und drehbar von dem Rahmen 701 mittels zweier zweiter Drehfedern 601 derart getragen, dass der Spiegelrahmen 301 um die Drehachse A2 (RX-Richtung) drehen kann, die orthogonal zur Drehachse A1 des Mikrospiegels ist.
Der elektrostatische Aktuator weist ein Substrat 1101, das die optische Vorrichtung hält, und Ansteuerelektroden 901 und 1001 auf, die auf dem Substrat 1101 angebracht sind. Die Ansteuerelektrode 901 weist zwei Ansteuerelektroden auf, die an beiden Seiten der ersten orthogonalen Ebene ausgebildet sind. Die Ansteuerelektrode 1001 weist zwei Ansteuerelektroden auf, die an beiden Seiten der zweiten orthogonalen Ebene ausgebildet sind.
Vorgeschriebene äußere Abschnitte der Ansteuerelektroden 901 und 1001 von der Elektrodenmitte aus gesehen sind derart ausgebildet, dass die Elektrodenbreite W im Verlaufe von der Elektrodenmitte nach außen kleiner wird (siehe Abschnitt a der 8(a) und Abschnitt a1 der 8(b)).
Die inneren Abschnitte der Ansteuerelektroden 901 und 1001 von der Elektrodenmitte aus gesehen sind derart ausgebildet, dass die Elektrodenbreite W im Verlauf in Richtung der Drehmitte EC der optischen Vorrichtung kleiner wird. Die oben beschriebenen zwei Sätze von Ansteuerelektroden sind auf dem Substrat innerhalb der Bereiche der orthogonalen Projektion des Mikrospiegels angeordnet.
Das Paar Ansteuerelektroden 901 (im Folgenden als das erste Elektrodenpaar bezeichnet) ist derart ausgebildet, dass es an beiden Seiten der ersten orthogonalen Ebene liegt, wodurch die elektrostatische Kraft, die von dem ersten Paar erzeugt wird, ein Drehmoment erzeugt, das bewirkt, dass sich der Mikrospiegel um die Drehachse A1 dreht. Auf ähnliche Weise ist die Ansteuerelektrode 1001 (im Folgenden als das zweite Elektrodenpaar bezeichnet) derart ausgebildet, dass sie an beiden Seiten der zweiten orthogonalen Ebene liegt, wodurch eine elektrostatische Kraft, die von dem zweiten Elektrodenpaar erzeugt wird, ein Drehmoment erzeugt, das bewirkt, dass sich der Mikrospiegel um die Drehachse A2 durch den Spiegelrahmen 301 dreht. Die Drehachse A1 und die Drehachse A2 stehen in orthogonaler Beziehung zueinander, und die beiden Elektrodenpaare 901 und 1001 können daher ein Drehmoment um eine beliebige Drehachse innerhalb der Ebene erzeugen, die die Drehachse A1 und die Drehachse A2 enthält (biaxiale Ansteuerung).
Eine vorgeschriebene Elektrodentrennung (Luftlücke) 22 ist zwischen den Ansteuerelektroden und der Drehmitte der optischen Vorrichtung vorgesehen, wobei die optische Vorrichtung geerdet ist. Die Anwendung einer Antriebsspannung bzw. Ansteuerspannung auf jedes der Elektrodenpaare erzeugt eine elektrostatische Anziehung zwischen der geerdeten optischen Vorrichtung und den Ansteuerelektroden und bewirkt, dass sich der Mikrospiegel 201 und der Spiegelrahmen 301 um die jeweilige Drehachse drehen, wodurch ein eintreffendes optisches Signal in einer beliebigen Richtung reflektiert wird.
In dem vorliegenden Beispiel ist jede Ansteuerelektrode in einer neuen Gestalt ausgebildet. Die Ansteuerelektrode, die in 7(a) gezeigt ist, weist eine derartige Gestalt auf, dass sich die Elektrodenbreite W der inneren Abschnitte von der Elektrodenmitte aus gesehen (die Abschnitte, die dicht bei der Elektrodenmitte sind) mit einer nach innen gerichteten Progression in Richtung der Elektrodenmitte verringert, während sich gleichzeitig die Elektrodenbreite W der äußeren Abschnitte mit einer nach außen gerichteten Progression von der Elektrodenmitte verringert. Die Ansteuerelektroden der 7(a) sind somit in einer Rhombus-Gestalt ausgebildet.
8 zeigt weitere Beispiele der Elektrodengestalt.
8(a) zeigt eine gleichseitige rhombusförmige Elektrode, 8(b) zeigt eine Elektrode, bei der die Position der maximalen Elektrodenbreite der rhombusförmigen Elektrode nach außen (in der Richtung von der Elektrodenmitte weg) gegenüber derjenigen der rhombusförmigen Elektrode der 8(a) verschoben ist (a1 < a2).
8(c) zeigt eine Elektrode, bei der die Gestalt oval festgelegt wurde. Jedes Elektrodenpaar dieser Gestalt ist derart ausgebildet, dass die Hauptachse mit der orthogonalen Projektionsachse zusammenfällt. In diesem Fall ist ebenso jede Elektrode derart ausgebildet, dass sich die Breite mit einer Progression in Richtung der Mitte verringert, während sich gleichzeitig die Breite mit einer Progression in Richtung nach außen in Bezug auf die Mitte verringert. Derselbe Effekt kann daher in Bezug auf die elektrostatische Antriebsmomentkennlinie wie bei den oben beschriebenen rhombusförmigen Elektroden erzielt werden. Da die Abmessungen der Hauptachse und der Nebenachse entsprechend den Entwurfsparametern der optischen Vorrichtung und des elektrostatischen Aktuators optimiert werden, kann die Gestalt der Elektroden in einigen Fällen kreisförmig festgelegt sein.
Somit kann die Gestalt optimal entsprechend den Grenzen hinsichtlich der Entwurfsparameter der optischen Vorrichtung oder in Bezug auf die Anforderungen hinsichtlich der Ansteuerspannungsschaltungen ausgelegt werden.
Eine Ausbildung der Elektroden derart, dass sich die Elektrodenbreite der Abschnitte dicht bei der Elektrodenmitte auf diese Weise verringert, ermöglicht eine Ausdehnung des ersten Paars 901 und des zweiten Paars 1001 bis zur Nachbarschaft der Mitte, ohne eine geometrische Störung zu bewirken. Als Ergebnis können die Bereiche der Elektroden erhöht werden, und es kann ein größeres Moment für denselben Spiegelkippwinkel wie im Stand der Technik erzeugt werden, und zwar bei derselben ausgeübten Spannung. Somit bewirkt die nach innen gerichtete Ausdehnung der Elektrodenbereiche eine Aufwärtsverschiebung der Kennlinie des elektrostatischen Antriebsmoments in Abhängigkeit von dem Spiegelkippwinkel.
9 ist ein Graph, der die Antriebsmomentkennlinie des optischen Schalters in dem dritten Beispiel zeigt, wobei 9(a) die elektrostatischen Ansteuerelektroden gemäß dem Stand der Technik zeigt und 9(b) die rhombusförmigen elektrostatischen Ansteuerelektroden dieses Beispiels zeigt. 9(c) zeigt die Ergebnisse der Berechnung der elektrostatischen Antriebsmomentkennlinie in Abhängigkeit von dem Spiegelkippwinkel θ. Die gestrichelte Linie in der Figur stellt die elektrostatische Antriebsmomentkennlinie dar, wenn die elektrostatischen Ansteuerelektroden gemäß dem Stand der Technik wie in 9(a) gezeigt verwendet werden, und die durchgezogene Kennlinie stellt die elektrostatische Antriebsmomentkennlinie dar, wenn die rhombusförmigen elektrostatischen Ansteuerelektroden der 9(b) verwendet werden. Die geraden Linien in aufwärts geneigten Richtungen von θ = 0 ausgehend sind Linien, die die elastische Wiederherstellungskraft der Drehfedern als eine Funktion des Spiegelkippwinkels θ darstellen. Die Neigung (oder Gradient) jeder dieser Linien stellt die Steifigkeit der Drehfeder dar.
Die Bedingungen zum Einstellen der Parameter der Berechnung der 9 sind dieselben wie die für das in 6 gezeigte Modell.
Der Elektrodenabschnitt, der sich bis zur Nachbarschaft der Elektrodenmitte erstreckt, erzeugt ein zusätzliches elektrisches Feld E' in der Nähe der Drehachsen A1 und A2 (x << L). Die Änderung von E' ist jedoch trotz Änderungen des Spiegelkippwinkels θ gering (da die Änderung von a, Δa = –x Δθ, trotz einer Änderung von θ in dem Bereich von x gering ist, wobei x klein ist, und eine Änderung des elektrostatischen Felds E' ebenfalls gering ist (siehe Gleichung (2))). Als Ergebnis ist der Beitrag des elektrostatischen Felds E' zur elektrostatischen Antriebsmomentkennlinie im Wesentlichen einheitlich über dem Bereich, in dem der Spiegelkippwinkel θ steuerbar ist (θ = 0 bis θ = θ_MAX). In 9(c) stellt der aufwärtsgerichtete Pfeil, der in den Bereich eines kleinen θ eingefügt ist, die Erhöhung des elektrostatischen Drehmoments dar, die durch das zusätzliche elektrostatische Feld E' verursacht wird.
In dem Beispiel verringert sich die Breite W der Ansteuerelektroden graduell mit einer Progression in Richtung der Außenseite von der Elektrodenmitte aus gesehen, wie es zuvor beschrieben wurde. Diese Gestalt führt zu einem Umfangsbereich einer Elektrode, der kleiner als derjenige gemäß dem Stand der Technik ist, und daher verringert sich das elektrostatische Antriebsmoment. Die Rate der Verringerung des elektrostatischen Antriebsmoments verringert sich jedoch, wenn sich der Spiegelkippwinkel erhöht.
Der Grund dafür ist der Folgende: Da das elektrische Feld E'', das von den nach auswärts konisch zulaufenden Elektrodenabschnitten erzeugt wird, das elektrische Feld an einer Position fern von den Drehachsen A1 und A2 ist (x ≒ L), verringert sich der Wert des Abstands a, wenn sich der Spiegelkippwinkel θ vergrößert (a ≒ d – (L θ)). Wie es aus der Formel (2) und der Formel (3) ersichtlich ist, ist das elektrostatische Antriebsmoment je Einheitselektrodenbereich umgekehrt proportional zu a². Somit vergrößert sich das elektrostatische Antriebsmoment je Einheitselektrodenbereich schneller als sich der Spiegelkippwinkel θ vergrößert.
Dieses bedeutet, dass der Effekt der Verschmälerung des Elektrodenbereiches nach außen bei einer Vergrößerung des Spiegelkippwinkels θ größer ist. Die Rate der Verringerung des elektrostatischen Antriebsmoments als Funktion des Elektrodenbereiches ist daher bei einem großen Kippwinkel größer als bei einem kleinen Kippwinkel.
Der abwärtsgerichtete Pfeil, der in den Bereich eingefügt ist, in dem der Kippwinkel θ in 9(c) groß ist, stellt die Verringerung dar.
Die Elektrodenbreite W, die derart eingestellt ist, dass sie sich mit einer nach außen gerichteten Progression verringert, unterdrückt somit eine scharfe Erhöhung der Charakteristik des elektrostatischen Antriebsmoments gegenüber bzw. in Abhängigkeit von dem Kippwinkel sogar in dem Bereich großer Lenkwinkel, in dem sich die Kante des Spiegels den Ansteuerelektroden annähert und die Elektrodentrennung (Luftlücke) 22 klein wird.
Da außerdem die Elektrodenbreite W derart eingestellt ist, dass sie sich mit einer nach innen gerichteten Progression in Richtung der Elektrodenmitte verkleinert, um die Kennlinie des elektrostatischen Antriebsmoments in dem Bereich kleiner Lenkwinkel zu erhöhen, kann das Anfangsantriebsmoment in dem Bereich kleiner Lenkwinkel zu Beginn des Antriebs bzw. der Ansteuerung groß eingestellt werden.
Im Vergleich zu der Charakteristik des elektrostatischen Antriebsmoments für die quadratischen Elektroden (oder rechteckigen Elektroden) gemäß dem Stand der Technik ist d1 Charakteristik des Antriebsmoments der Ansteuerelektroden dieses Beispiels wie folgt:
Das Anfangsmoment des beweglichen Spiegels (das elektrostatische Antriebsmoment in dem Bereich kleiner Kippwinkel) erhöht sich (aufwärts gerichteter Pfeil in 9(c)), und weiterhin wird eine Erhöhung des elektrostatischen Antriebsmoments, das über dem Kippwinkel aufgetragen ist, unterdrückt (abwärts gerichteter Pfeil in 9(c)).
Diese Erhöhung des elektrostatischen Antriebsmoments in dem Bereich kleiner Kippwinkel und die Unterdrückung der Erhöhung in dem Bereich, in dem der Spiegelkippwinkel θ groß ist, meinen, dass sich die Antriebsmomentkennlinie der Ausführungsform (durchgezogene Linie) gradueller ändert als diejenige gemäß dem Stand der Technik (gestrichelte Linie). Der Spiegellenkwinkel θ kann daher mit höherer Auflösung gesteuert werden.
Wie es aus der 9(c) ersichtlich ist, erhöht sich der Gradient der elektrostatischen Antriebsmomentkennlinie dieses Typs von Mikrospiegel, und zwar unabhängig davon, ob in dem optischen Schalter des Beispiels oder in dem optischen Schalter gemäß dem Stand der Technik, im Allgemeinen, wenn sich der Spiegelkippwinkel θ erhöht. Dieses Phänomen zeigt die folgenden zwei Tatsachen:

1) Der Spiegelkippwinkel θ ist groß an Punkten, die einen großen Gradienten auf der elektrostatischen Antriebsmomentkennlinie aufweisen. In 9(c) wird eine Kurve B (durchgezogene Linie) aufwärts auf oberhalb von der Kurve A (durchgezogene Linie) in dem Bereich gestoßen, in dem der Spiegelkippwinkel θ nicht groß ist. Wenn dementsprechend Tangentenlinien von dem Ursprung bis zu diesen Kurven gezogen werden, ist der Gradient der Tangente t_B der Kurve B größer als derjenige der Tangente t_A der Kurve A. Aus diesem Grund ist der Spiegelkippwinkel θ_B, der dem Kontaktpunkt an der Kurve B entspricht, größer als der Spiegelkippwinkel θ_A, der dem Kontaktpunkt an der Kurve A entspricht. Wenn somit dieselbe Spannung zwischen dem Mikrospiegel und den Ansteuerelektroden angelegt wird, ist der maximale Wert θ_MAX des Bereiches der steuerbaren Spiegelkippwinkel für dieses Beispiel größer als gemäß dem Stand der Technik. Außerdem zeigt die Tatsache, dass die Neigung einer Tangente, die von dem Ursprung zur elektrostatischen Antriebsmomentkennlinie gezogen wird, gemäß dem Beispiel steiler als in dem Stand der Technik ist, dass Drehfedern hoher Steifigkeit gemäß dem Beispiel verwendet werden können.
2) Spiegelkippwinkel θ, für die die elektrostatischen Antriebsmomentkennlinien denselben Gradienten aufweisen, sind auf einer elektrostatischen Antriebsmomentkennlinie, die sich graduell erhöht, größer als auf einer Kurve, die sich scharf erhöht. Wenn dementsprechend eine gerade Linie, die eine besondere Steigung aufweist, von dem Ursprung gezogen wird und die Spannung zwischen dem Mikrospiegel und den Ansteuerelektroden dann derart geregelt wird, dass die elektrostatische Antriebsmomentkennlinie diese Linie kontaktiert, wird die Antriebsmomentkennlinie gemalt dem Beispiel diese Linie bei einem größeren Spiegelkippwinkel θ berühren als gemäß dem Stand der Technik. Diese Tatsache zeigt, dass sogar dann, wenn Drehfedern verwendet werden, die dieselbe Steifigkeit aufweisen, der maximale Wert θ_MAX des Bereiches der steuerbaren Spiegelkippwinkel gemäß dem Beispiel größer ist als gemäß dem Stand der Technik.

Somit ermöglicht die Ausführungsform die Ausdehnung des Bereiches des Lenkwinkels (des Kippwinkels an dem Kontaktpunkt einer Tangente von dem Ursprung und der Antriebsmomentkurve), für den eine stabile Positionierung möglich ist. In dem Beispiel der 9 erstreckt sich der Lenkwinkel von θ_A = 5,2 Grad (Stand der Technik) bis θ_B = 6,2 Grad (vorliegendes Beispiel). Außerdem kann die Drehfedersteifigkeit (Kippsteifigkeit) steifer ausgelegt werden, beispielsweise von K₁ = 32,5 × 10^–10 N-m/rad (Stand der Technik) bis K₂ = 36,8 × 10^–10 N-m/rad (vorliegendes Beispiel). Als Ergebnis kann ein optischer Schalter geschaffen werden, in dem der Spiegellenkwinkel ausgedehnt ist, ohne die Reaktionsgeschwindigkeit des beweglichen Spiegels zu verringern. Daher kann ein kompakter, kostengünstiger, hochzuverlässiger und für hohe Geschwindigkeiten ausgelegter optischer Schalter geschaffen werden, der für Anwendungen großen Ausmaßes geeignet ist.
Der optische Schalter in dem Beispiel ist für eine Verarbeitung zugänglich, bei der eine MEMS-Technologie angewendet wird. Beispielsweise können mehrere optische Schalter in einer Matrixform auf einem Siliziumwafer angeordnet und modularisiert werden (siehe das Beispiel der 2(b) gemäß dem Stand der Technik); und es können Eingangs-/Ausgangsfaserarrays mit Kollimationslinsenarrays kombiniert werden, um ein optisches Schaltermodul großen Ausmaßes aufzubauen (siehe das Beispiel der 2(a) gemäß dem Stand der Technik).
Außerdem kann, obwohl ein elektrostatischer Aktuator in dem zuvor beschriebenen Beispiel durch Befestigen von Ansteuerelektroden an dem Substrat und Erden der optischen Vorrichtung aufgebaut war, ebenfalls ein Aufbau übernommen werden, bei dem die Ansteuerelektroden auf der optischen Vorrichtung angeordnet sind und das Substrat geerdet ist. Außerdem kann, obwohl die Struktur des Drehfederabschnitts in dem Beispiel auf eine Serpentinengestalt wie in dem Beispiel gemäß dem Stand der Technik eingestellt wurde, eine beliebige Struktur verwendet werden, die in der Lage ist, die vorgeschriebene Steifigkeit zu erhalten.
Die folgende Erläuterung betrifft eine Ausführungsform des optischen Schalters gemäß der Erfindung. Der optische Schalter dieser Ausführungsform ist ebenfalls auf ein Verbinden und Schalten optischer Pfade mehrerer optischer Signale gerichtet und ist mit optischen Vorrichtungen und elektrostatischen Aktuatoren, die diese optischen Vorrichtungen antreiben bzw. ansteuern, versehen.
Die optische Vorrichtung ist versehen mit: einem kreisförmigen Mikrospiegel, einem im Wesentlichen konzentrischen kreisförmigen Spiegelrahmen, der derart ange ordnet ist, dass er den Umfang des Mikrospiegels umgibt, und einem Rahmen, der derart angeordnet ist, dass er den Umfang des Spiegelrahmens umgibt. Die Drehachse des Mikrospiegels (im Folgenden als Drehachse A1 bezeichnet) führt durch einen Durchmesser des Mikrospiegels 202. Die Drehachse des Spiegelrahmens (im Folgenden als Drehachse A2 bezeichnet) führt durch einen Durchmesser des Spiegelrahmens, der orthogonal zur Drehachse A1 ist.
Der Mikrospiegel wird drehbar durch den Spiegelrahmen mittels erster Drehfedern gehalten, und der Spiegelrahmen wird drehbar durch den Rahmen mittels zweiter Drehfedern derart gehalten, dass der Spiegelrahmen um eine Achse orthogonal zur Drehachse A1 des Mikrospiegels drehen kann.
Der elektrostatische Aktuator ist mit dem Substrat, das die optische Vorrichtung hält, und Ansteuerelektroden versehen, die an dem Substrat befestigt sind. Die Ansteuerelektroden sind mit einem ersten Elektrodenpaar, das bewirkt, dass sich der Mikrospiegel dreht, und einem zweiten Elektrodenpaar, das bewirkt, dass sich der Spiegelrahmen dreht, versehen.
Das erste Elektrodenpaar ist durch ein Paar Kreissegmentelektroden aufgebaut, die jeweils einen Mittelwinkel von näherungsweise 180 Grad und dieselbe Größe aufweisen. Zwei Endkanten jeder der Kreissegmentelektroden des ersten Elektrodenpaars sind derart angeordnet, dass sie den beiden Endkanten der anderen Kreissegmentelektrode an beiden Seiten der ersten orthogonalen Ebene gegenüberliegen.
Das zweite Elektrodenpaar ist ein Paar konzentrischer Kreissegmentelektroden, die jeweils einen Mittelwinkel von näherungsweise 180 Grad aufweisen, und die beiden Endkanten jeder der konzentrischen Kreissegmentelektroden sind derart angeordnet, dass sie den beiden Endkanten der anderen konzentrischen Kreissegmentelektrode an beiden Seiten der zweiten orthogonalen Ebene gegenüberliegen.
Das erste Elektrodenpaar ist radial einwärts des zweiten Elektrodenpaars in Bezug auf die Elektrodenmitte angeordnet. Das zweite Elektrodenpaar ist somit an einer Position angeordnet, die um 90 Grad in Bezug auf das erste Elektrodenpaar gedreht ist.
Im Folgenden werden Details der Ausführungsform mit Bezug auf 10 erläutert.
10(a) ist eine Draufsicht des optischen Schalters, der die vorliegende Ausführungsform repräsentiert, und 10(b) und (c) sind Draufsichten, die die Gestalten der Elektroden in dieser Ausführungsform zeigen.
Der optische Schalter dieser Ausführungsform ist ebenfalls durch eine optische Vorrichtung und einen elektrostatischen Aktuator zum Ansteuern der optischen Vorrichtung aufgebaut und führt ein Verbinden und Schalten optischer Pfade mehrerer optischer Signale durch.
Der Aufbau der optischen Vorrichtung ist ähnlich derjenigen des dritten Beispiels und ist mit einem Mikrospiegel 202, einem Spiegelrahmen 302 und einem Rahmen 702 vorgesehen.
Der Spiegelrahmen 302 ist derart angeordnet, dass er den Umfang des Mikrospiegels 202 umgibt. Der Rahmen 702 ist derart aufgebaut, dass er den Umfang des Spiegelrahmens 302 umgibt. Der Mikrospiegel 202 wird drehbar von dem Spiegelrahmen 302 mittels erster Drehfedern 502 getragen. Der Spiegelrahmen 302 wird drehbar von dem Rahmen 702 mittels zweiter Drehfedern 602 derart getragen, dass sich der Spiegelrahmen 302 um die Drehachse A2 orthogonal zur Drehachse A1 des Mikrospiegels 202 drehen kann.
Der elektrostatische Aktuator ist mit dem Substrat, das die optische Vorrichtung hält, und Ansteuerelektroden 902 und 1002, die an dem Substrat befestigt sind, versehen.
Die Ansteuerelektroden sind durch ein erstes Elektrodenpaar 902 zum Drehen des Mikrospiegels 202 und ein zweites Elektrodenpaar 1002 zum Drehen des Spiegelrahmens 302 aufgebaut. Das erste Paar ist derart angeordnet, dass die beiden Endkanten jeder Elektrode des Paars Kreissegmentelektroden 902, die jeweils einen Mittelwinkel von näherungsweise 180 Grad aufweisen, den beiden Endoberflächen der anderen Kreissegmentelektrode an beiden Seiten der ersten orthogonalen Ebene gegenüberliegen.
Das zweite Paar ist mit jeder Elektrode des Paars der konzentrischen Kreissegmentelektroden 1002 aufgebaut, die jeweils einen Mittelwinkel von näherungsweise 180 Grad aufweisen, wobei diese an beiden Seiten der zweiten orthogonalen Ebene gegenüberliegen, die die Drehachse A2 des Spiegelrahmens 302 enthält. Das erste Elektrodenpaar 902 ist derart angeordnet, dass es von dem zweiten Paar 1002 umge ben ist und einwärts von der Elektrodenmitte aus gesehen gerichtet ist. Das zweite Paar 1002 ist somit an einer Position angeordnet, die um 90 Grad in Bezug auf das erste Paar 902 gedreht ist.
Schließlich sind Elektrodenverdrahtungsleitungen 2301 der beiden Kreissegmentelektroden des ersten Paars 902 derart nach außerhalb des Substrats geführt, dass die Leitungen durch die Lücke G zwischen den gegenüberliegenden Kanten der beiden konzentrischen Kreissegmentelektroden des zweiten Paars 1002 führen (siehe 10(c)).
Eine vorgeschriebene Elektrodentrennung (Luftlücke) ist zwischen den Ansteuerelektroden 902 und 1002 und der optischen Vorrichtung vorgesehen. Die Anwendung einer Spannung an jede Elektrode jedes der ersten und zweiten Elektrodenpaare erzeugt eine elektrostatische Kraft (Anziehung) und lenkt somit den beweglichen Spiegel zum Durchführen einer Lenkung eines optischen Signals.
Außerdem wird die Kippsteifigkeit Kh2 der zweiten Drehfedern 602, die drehbar den Spiegelrahmen 302 tragen, auf größer als die Kippsteifigkeit Kh1 der ersten Drehfedern 502, die den Mikrospiegel 202 drehbar tragen, eingestellt.
Diese Einstellung dient zum Kompensieren des Unterschieds in den elektrostatischen Kräften, der durch den Unterschied in den Bereichen der Elektroden verursacht wird, und dient dadurch zum Verbessern der Steuerung des Mikrospiegels. Das Verhältnis von Kh1 zu Kh2 wird gleich dem Verhältnis des elektrostatischen Moments, das durch die erste Elektrode 902 erzeugt wird, zu dem elektrostatischen Moment, das durch die zweite Elektrode 1002 erzeugt wird, eingestellt, wenn dieselbe Spannung angelegt wird.
Die Anwendung dieser Elektrodenstruktur und Drehfedersteifigkeit ermöglicht es, dass die Elektroden zum Ansteuern des Mikrospiegels und die Elektroden zum Ansteuern des Spiegelrahmens auf effiziente Weise in dem größtmöglichen Bereich der Elektrode innerhalb des effektiven Bereiches des Substrats, das dem Mikrospiegel gegenüberliegt, angeordnet werden können. Außerdem ermöglicht eine Verschmälerung der wesentlichen Elektrodenbreite (die Elektrodenbreite, die die elektrostatische Antriebskraft erzeugt) mit einer nach außen gerichteten Progression in Bezug auf die Elektrodenmitte eine Unterdrückung einer steilen Erhöhung der elektrostatischen Antriebsmomentkennlinie, die über dem Kippwinkel aufgetragen ist, wie in dem dritten Beispiel. Als Ergebnis kann der Bereich des Lenkwinkels, in dem eine Steuerung mit einem Antrieb niedriger Spannung möglich ist, ausgedehnt werden, und es kann ein optischer Schalter bereitgestellt werden, der für einen Schalter großen Ausmaßes verwendbar ist.
Gleichzeitig wird die Kippsteifigkeit des Drehfederabschnitts, der den Spiegelrahmen trägt, auf eine größere Steifigkeit als für denjenigen des Mikrospiegels in Abhängigkeit von dem Unterschied des elektrostatischen Antriebsmoments zwischen dem Mikrospiegel und dem Spiegelrahmen eingestellt. Als Ergebnis kann das Auftreten von Vibrationen, die möglicherweise erzeugt werden, wenn eine Drehung des beweglichen Spiegels um die beiden Achsen gekoppelt ist, vermieden werden, und außerdem kann die Steuerbarkeit des Lenkwinkels verbessert werden.
Die optische Vorrichtung und die Ansteuerelektroden in dem optischen Schalter gemäß der Ausführungsform sind ebenfalls für eine Verarbeitung unter Verwendung einer MEMS-Technologie geeignet. Wie bei dem zuvor beschriebenen dritten Beispiel können mehrere optische Schalter zweidimensional in einer Matrixform auf einem Siliziumchip angeordnet sein und mit einem Faserarray und einem Linsenarray kombiniert werden, um ein optisches Schaltermodul großen Ausmaßes aufzubauen.
Obwohl ein Aufbau, bei dem die Ansteuerelektroden auf dem Substrat angebracht sind und die optische Vorrichtung geerdet ist, in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, können ebenso dieselben Ergebnisse erhalten werden, wenn ein Aufbau übernommen wird, bei dem die Ansteuerelektroden auf der optischen Vorrichtung angeordnet sind und das Substrat geerdet ist. Obwohl die Struktur des Drehfederabschnitts in der vorliegenden Ausführungsform als eine Serpentinengestalt vorgesehen ist, ist dieser Aufbau nicht besonders spezifiziert, und es kann auch irgendeine Struktur verwendet werden, die die vorgeschriebene Steifigkeit erhält.
Die vorliegende Erfindung weist die folgenden technischen Vorteile auf:
In dem optischen Schalter ist die Gestalt der Elektroden des elektrostatischen Aktuators zum Antreiben bzw. Ansteuern des Mikrospiegels derart eingestellt, dass sich die Elektrodenbreite mit einer nach außen gerichteten Progression in Bezug auf die Elektrodenmitte verringert. Dieser Aufbau ermöglicht es nicht nur, ein noch geeigneteres elektrostatisches Antriebsmoment bei einer niedrigen Ansteuerspannung als in dem Stand der Technik zu erhalten, sondern ebenfalls eine Verbesserung der Antriebsmomentcharakteristik des Mikrospiegels derart, dass dieser einen erweiterten Bereich der steuerbaren Lenkwinkel aufweist. Als Ergebnis kann ein kompakter, kos tengünstiger und hochzuverlässiger optischer Schalter, der für Anwendungen großen Ausmaßes geeignet ist, bereitgestellt werden.
Außerdem ist in dem optischen Schalter der Ausführungsform die Gestalt der Elektroden des elektrostatischen Aktuators zum Antreiben des Mikrospiegels mit zwei Kreissegmentelektroden versehen, die jeweils einen Mittelwinkel von näherungsweise 180 Grad aufweisen und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Das Elektrodenpaar zum Antreiben des Mikrospiegels ist in Richtung der Elektrodenmitte angeordnet, und das Elektrodenpaar zum Antreiben des Spiegelrahmens ist außerhalb des Elektrodenpaars zum Antreiben des Mikrospiegels angeordnet und um 90 Grad in Bezug auf das Elektrodenpaar zum Antreiben des Mikrospiegels gedreht.
Außerdem ist die Kippsteifigkeit der elastischen Elemente (Drehfederabschnitt), die den Spiegelrahmen tragen, auf größer als die Kippsteifigkeit der elastischen Elemente (Drehfederabschnitt), die den Mikrospiegel tragen, eingestellt.
Diese Konfiguration ermöglicht eine Verbesserung der Antriebsmomentcharakteristik des Mikrospiegels ebenso wie eine Verbesserung der Spiegelsteuerung, und sie ermöglicht eine Ausdehnung des Bereiches der steuerbaren Lenkwinkel bei einer Ansteuerung mit niedriger Spannung. Als Ergebnis bietet die Erfindung den Vorteil, dass sie einen genauen optischen Schalter schafft, der für Anwendungen für eine optische Kommunikation großen Ausmaßes geeignet ist.
Obwohl die Kennzeichen und Vorteile der Erfindung in der vorhergehenden Beschreibung beschrieben wurden, ist die Beschreibung selbstverständlich nur beispielhaft und es können Änderungen in der Gestalt, Größe und dem Aufbau der Teile innerhalb des Bereiches der zugehörigen Ansprüche durchgeführt werden.

Claims

Optischer Schalter zum Verbinden und Schalten von optischen Pfaden mehrerer optischer Signale, der eine optische Vorrichtung (202) und einen elektrostatischen Aktuator (902, 1002, 1101) zum Ansteuern der optischen Vorrichtung (202) aufweist, wobei die optische Vorrichtung (202) Drehlager (502, 602) aufweist, um eine Drehung der optischen Vorrichtung (202) um vorgegebene Achsen der Drehung zu ermöglichen, die jeweils durch die Drehlager (502, 602) definiert werden, wobei die optische Vorrichtung (202) einen Mikrospiegel (202), einen Spiegelrahmen (302), der derart angeordnet ist, dass er den Umfang des Mikrospiegels (202) umgibt, und einen Rahmen (702) enthält, der derart angeordnet ist, dass er den Umfang des Spiegelrahmens (302) umgibt, der Mikrospiegel (302) drehbar von dem Spiegelrahmen (302) durch erste Drehlager (502) der Drehlager derart getragen wird, dass der Mikrospiegel (202) um die erste Drehachse drehen kann und dass eine elastische Wiederherstellungskraft gegen diese Drehung wirkt, der Spiegelrahmen (302) drehbar von dem Rahmen (702) durch zweite Drehlager (1002) der Drehlager derart getragen wird, dass sich der Spiegelrahmen (302) um die zweite Drehachse drehen kann, und dass eine elastische Wiederherstellungskraft gegen diese Drehung wirkt, sich die erste Drehachse und die zweite Drehachse auf einer Ebene parallel zum Substrat (1101) schneiden, wobei dieser Schnittpunkt das Zentrum der Drehung ausbildet, und der elektrostatische Aktuator (902, 1002, 1101) ein Substrat (1101), das die optische Vorrichtung (202) hält, und mehrere Ansteuerelektroden (902, 1002) enthält, die jeweils zugeordnet sind, um die optische Vorrichtung (202) um eine der vorgegebenen Achsen der Drehung zu drehen, und die jeweils auf dem Substrat (1101) angebracht sind, wobei, wenn eine elektrostatische Spannung zwischen der optischen Vorrichtung (202) und den ersten und zweiten Ansteuerelektroden (902, 1002) angelegt wird, diese ein elektrostatisches Antriebsmoment zum Bewirken, dass sich der Mikrospiegel (202) in Bezug auf das Substrat (1101) um das Zentrum der Drehung neigt, erzeugt, wodurch die Richtungen der Reflektion der optischen Signale geändert werden, um eine Verbinden und ein Schalten eines optischen Pfades des optischen Signals durchzuführen, wobei jede der Ansteuerelektroden (902, 1002) eine Gestalt aufweist, bei der die Elektrodenbreite eines vorgegebenen Endabschnittes fern von der Elektrodenachse (Ry, Rx; A1, A2) der interessierenden Ansteuerelektrode fortschreitend von der Elektrodenachse entfernend schmaler wird, wobei die Elektrodenachse eine orthogonale Projektion der zugeordneten Achse der Drehung auf die Substratoberfläche ist, und wobei die Ansteuerelektroden (902, 1002) in einem radialen Muster um ein Elektrodenzentrum (EC) angeordnet ist, wobei das Elektrodenzentrum (EC) die orthogonale Projektion eines Schnittpunktes der vorgegebenen Achsen der Drehung auf die Substratoberfläche (1101) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektroden ein erstes Elektrodenpaar (902) enthalten, das ein Paar Elektroden aufweist, die jeweils eine Gestalt eines Kreisschnittes eines Ringes mit einem Öffnungswinkel von im Wesentlichen 180 Grad und dieselbe Größe aufweisen, wobei die beiden Elektroden konzentrisch zum Elektrodenzentrum (EC) angeordnet sind und einander an beiden Seiten einer ersten orthogonalen Ebene gegenüber liegen, und die erste orthogonale Ebene eine Ebene ist, die eine erste Drehachse der vorgegebenen Achsen der Drehung enthält und sich senkrecht zur Substratoberfläche (1101) erstreckt, die Ansteuerelektroden ein zweites Elektrodenpaar (1002) enthalten, das ein Paar Elektroden aufweist, die jeweils eine Gestalt eines Kreisabschnittes eines Rings mit einem Öffnungswinkel von im Wesentlichen 180 Grad und dieselbe Größe aufweisen, wobei die Elektroden konzentrisch zum Elektrodenzentrum (EC) angeordnet sind und einander an beiden Seiten einer zweiten orthogonalen Ebene gegenüber liegen, die eine Ebene ist, die eine zweite Drehachse der vorgegebenen Achsen der Drehung enthält und sich senkrecht zur Substratoberfläche (1101) erstreckt, und das erste Elektrodenpaar konzentrisch zum zweiten Elektrodenpaar innerhalb des zweiten Elektrodenpaars in Bezug auf das Elektrodenzentrum (EC) angeordnet ist, das erste Elektrodenpaar (902) ausgelegt ist, ein elektrostatisches Ansteuermoment zu erzeugen, das ausgelegt ist zu bewirken, dass sich der Mikrospiegel (202) um die erste Drehachse dreht, und das zweite Elektrodenpaar (1002) ausgelegt ist, ein elektrostatisches Ansteuermoment zu erzeugen, das ausgelegt ist, den Spiegelrahmen (302) um die zweite Drehachse zu drehen, wobei die Lager aus ersten Drehfedern (501), die eine Drehung der optischen Vorrichtung um eine erste Drehachse der vorgegebenen Achsen ermöglichen, und zweiten Drehfedern (601) bestehen, die eine Drehung der optischen Vorrichtung um eine zweite Drehachse der vorgegebenen Achsen ermöglichen, und wobei das Steifeverhältnis der Neigungssteife der ersten Drehfedern (502) zur Neigungssteife der zweiten Drehfedern (602) gleich dem Verhältnis des elektrostatischen Ansteuermomentes, das durch das erste Elektrodenpaar zu erzeugen ist, zum elektrostatischen Ansteuermoment, das durch das zweite Elektrodenpaar zu erzeugen ist, eingestellt ist, wenn die gleiche Ansteuerspannung zwischen der optischen Vorrichtung (202) und den ersten und zweiten Elektrodenpaaren (902, 1002) angelegt ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, wobei sich eine Verdrahtung (2301) für jede Elektrode des ersten Elektrodenpaars in einem Zwischenraum (G) erstreckt, der zwischen den gegenüberliegenden Kanten des zweiten Elektrodenpaars vorgesehen ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mikrospiegel (202) drehbar von den ersten Drehfedern (502) auf der ersten Drehachse (A1) getragen wird, wobei der Spiegelrahmen (302) drehbar von den zweiten Drehfedern (602) auf der Drehachse (A2) getragen wird, und wobei die Neigungssteife der zweiten Drehfedern (602) auf steifer als die Neigungssteife der ersten Drehfedern (502) eingestellt ist.
Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere optische Vorrichtungen (202) und elektrostatische Aktuatoren (902, 1002, 1101) in einer Array-Form in Abhängigkeit von der Anzahl der Eingangs- und Ausgangs-Anschlüsse angeordnet sind.