JP2001296484A - 光スイッチ及び光スイッチの切り替え方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光通信網や光交換システムなどにおいて、複
数の光信号端子間の回線切り替えを行う光スイッチを従
来に比べて小さくすることを目的とする。 【解決手段】 １.光路切り替え時のミラーの動く方向
を２方向のファイバーが配置された面に垂直な方向にし
た。２.ミラーの切り替えを電磁力と静電力の組み合わ
せで行う際、個々のミラーにかかる静電力により動かさ
ないミラーを選択し、ミラー列全体にかかる電磁力によ
り動かすようにした。３.静電力を発生するための電極
を利用し、電極間の容量を検出することによりミラーの
位置状態を検出可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信網や光交
換システムなどにおいて、複数の光信号端子間の回線切
り替えを行う光スイッチ及び光りスイッチの切り替え方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の高度情報化・マルチメディア化に
対応して、大量の情報の伝達が可能な光通信の要求が高
まっている。このような光通信ネットワークにおける信
頼性向上のための故障時における回線切換や加入者間の
回線切替のために小型・高速・高信頼性を有する光スイ
ッチが必要になってきており、活発な開発が行われてい
る。

【０００３】図１５は特開平５−１１３５４３号公報に
示された従来の光スイッチを表す構成図である。スイッ
チ基板６０には入力光ガイド溝６１と出力光ガイド溝６
２が形成され、それぞれの入力光ガイド溝６１には入力
光ファイバ６３、６４、６５がそれぞれの出力光ガイド
溝６２には出力光ファイバ６６，６７，６８がそれぞれ
レンズ６９に光学的に接続された状態で装着されてい
る。入力光ガイド溝６１と出力光ガイド溝６２の各差点
には、可動反射装置とその可動反射装置を移動させるア
クチュエータが形成されている。ここでは、可動反射装
置として可動ミラー７０が、またアクチュエータとして
その可動ミラー７０をスイッチ基板６０の表面に平行に
移動させるリニアアクチュエータ７１及びセル回路（図
示せず）が形成されている。可動ミラー７０のミラー面
は、入力光ガイド溝６１を通って入射した光ビームを出
力光ガイド溝６２の方向に反射させる角度に設定されて
いる。

【０００４】この構成では、光ビームを直進させると
き、可動ミラー７０は入出力ガイド溝６１、６２から外
れた位置の収納溝７２に格納されているが、所定の差点
を示すアドレス信号がインターフェース回路を通して与
えられると、当該差点のリニアアクチュエータ７１が駆
動され、可動ミラー７０が出力光ガイド溝６２の差点
（入力光ファイバ６３と出力光ファイバ６７の交差点）
の中に移動挿入され、光路が変更される。この従来例で
は、静電誘導形リニアアクチュエータが使用されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光スイッチは以
上のように構成されているので、ミラーを駆動させるた
めの機構部分がミラーの大きさよりも面積を占めてお
り、入射光ファイバー数Ｍ本，出射光ファイバー数Ｎ本
の数を大きくしていくと全体の面積が大きくなるため光
ファイバーを出た光が空中を伝播する距離が長くなりビ
ームの広がりによる損失が大きくなる。また、ミラーを
支えるスイッチ基板の溝幅とミラー厚さには動かすため
のクリアランスが存在しミラーを挿入したときの姿勢に
ばらつきが発生し反射角度の誤差となるため光スイッチ
としての挿入損失特性の再現性が悪くなる。さらにこの
発明のような光スイッチは光路の切り替えの頻度が少な
く、ほとんどの時間は片側に固定されている。そのため
静電型アクチュエータを使用していると常に高電圧の印
加が必要であるなどの問題点があった。

【０００６】この発明は上記従来の課題を解決するため
になされたものであって、挿入損失が小さく、かつコン
パクトな光スイッチ及び光スイッチの切り替え方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成に
よる光スイッチは、ミラーと光通過孔が一体で形成され
た可動部と、可動部を支持するバネと、駆動力を発生す
る電磁石と、可動部を保持する力を発生する永久磁石
と、各可動部分に設けられた透磁体と、移動したい可動
部を選択するための保持力を発生させる各可動部に設け
られた電極からなる駆動機構を有し、各入射光路および
出射光路は光ファイバーとレンズからなり、所定の入射
光路から入った光がすべての出射光路へ光路変更が可能
なようにマトリックス状に配置され、選択したミラーの
みが光路中に配置されその他の光路には光通過孔が配置
されたものである。

【０００８】また、この発明の第２構成による光スイッ
チは、この発明の第１の構成において、磁性体を可動部
それぞれに形成し一対の永久磁石をＭ×Ｎ個のマトリッ
クス状に配置されたミラー行列の上下に配置し、さらに
上下の永久磁石およびミラー行列を挟み込むようにＣ型
電磁石を配置したものである。

【０００９】また、この発明の第２構成による光スイッ
チは、この発明の第１の構成において、磁性体を可動部
それぞれに形成し一対の永久磁石をＭ×Ｎ個のマトリッ
クス状に配置されたミラー行列の上下に配置し、さらに
上下の永久磁石およびミラー行列を挟み込むようにＣ型
電磁石を配置したものである。

【００１０】また、この発明の第３の構成による光スイ
ッチは、この発明の第１の構成において、可動部の周囲
に設けられた固定電極と可動部に設けられた移動電極と
が可動部の上下にそれぞれ互いに対抗するように配置さ
れ、さらに対抗する面間の距離が永久磁石により可動部
が固着されているときに接触するように配置したもので
ある。

【００１１】また、この発明の第４構成による光スイッ
チは、この発明の第１の構成において、可動部、可動部
を支持するバネ部、可動部分を選択するための少なくと
も一対の固定電極と移動電極をガラス基板と接合したシ
リコンウエハからエッチングにより一体で形成し、シリ
コンウエハ面と平行になるようにミラー反射面を設け、
上記ガラス基板と接合したシリコンウエハから切り出し
た1次元のミラー列のミラーが入射光路の光を出射光路
へ導くように立てて配置しさらに複数のミラー列を並べ
てマトリックス状に配置されたミラー行列を構成したも
のである。

【００１２】また、この発明の第５の構成による光スイ
ッチは、この発明の第３の構成において、少なくとも一
対の固定電極と移動電極は可動部とバネと同一のシリコ
ン基板から形成し、少なくとも一対の固定電極と移動電
極の互いに対抗する面には絶縁膜を形成したものであ
る。

【００１３】また、この発明の第６の構成による光スイ
ッチは、この発明の第５の構成における絶縁膜をシリコ
ンの熱酸化膜により形成するものである。

【００１４】また、この発明の第７の構成による光スイ
ッチは、この発明の第５の構成において、ミラーと光通
過孔とバネからなる可動部の厚みと、移動電極と固定電
極の厚みの合計をシリコン基板の板厚に等しくするもの
である。

【００１５】また、この発明の第８の構成による光スイ
ッチは、この発明の第１の構成において、少なくとも一
対の固定電極と移動電極間にパルス電圧を印加した時の
電流をモニタすることで光路上にミラーが存在するか否
かを検出する手段を設けるものである。

【００１６】また、この発明の第９の構成による光スイ
ッチは、この発明の第８の構成において、経路を切り替
える前に点順次方式でミラーが光路上に存在するか否か
を検出する手段を動作させるものである。

【００１７】また、この発明の第１０の構成による光ス
イッチの切り替え方法は、この発明の第１の構成におい
て、切り替えるチャンネルに対応する入力ライン上で光
通過孔が全ての光路上に来るように移動し、次に、切り
替えるチャンネルに対応する出力ラインとの交差点にの
みミラーが移動するように経路を切り替えるものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１に係わる光スイッチの全体を表す斜視図
であり、図２は駆動機構の一部を示す２次元と３次元の
構成図であり、各構成部品の位置関係を示している。図
１、２において、１はＭ本（M＝２）の光ファイバの入
射光路、２はＮ本（N=2）の光ファイバの出射光路、３
は光ファイバを固定する多芯Ｖ溝基板、４はファイバか
ら出た光を平行ビームにするレンズ、５は交差する光路
の交点に配置されたミラー移動部、6はミラー移動部を
支持するガラスベース、7はガラスベース６に設けた
孔、8は光路上にミラー(後述)がマトリックス状に配置
されたミラー行列の上下に配置された永久磁石、９はミ
ラー駆動のきっかけを作る電磁石である。１１、１２、
１３、１４ａ、１４ｂはミラー移動部５に設けられたそ
れぞれ光通過孔、ミラー、磁性体、移動電極であり、１
０はミラー移動部５を支持するバネである。１６ａ、１
６ｂはミラー移動部５の周囲に位置するようにガラスベ
ース６に固着された固定電極である。入射側光ファイバ
１で導かれた光は光ファイバ１を出射した後レンズ４に
より平行ビームに変換されミラー行列８０に入ってい
く。光を直進させる場合は光路からミラー１２を下側に
ずらし、可動部１５の光通過孔１１により光を通過させ
る。反射させる場合は、ミラー１２を光路の交点に配置
する。４個（Ｍ×Ｎ個）のミラー１２のうち大部分のミ
ラー１２は下へ移動した状態にあり選択された交点のみ
のミラー１２が光路上に配置されている。

【００１９】入射光路と出射光路の交点に配置されたミ
ラー１２は図２（ａ）に示す一対のバネ１０により支持
されている。また、ミラー移動部５はバネ１０で支えら
れた光通過孔１１とミラー１２と磁性体１３と静電力発
生のための移動電極１４ａ，１４ｂを設けた可動部１５
と固定電極１６ａ，１６ｂからなる。光通過孔１１とミ
ラー１２と一対の磁性体１３が可動部１５の表面上に一
体形成されている。移動電極１４ａ、１４ｂは可動部の
Ｚ軸方向の両端において、ＸＹ平面に一体形成されてい
る。一対のバネ１０はＺ軸方向の剛性がＸ、Ｙ軸方向の
それよりも小さくなるように設定され各々一端がガラス
ベース６に固定され他端が移動電極１４ａ、１４ｂに固
定されている。可動部１５とガラスベース６は分離され
ている。可動部１５と一対のバネ１０とはＹＺ面に対し
対称になるように配置されている。固定電極１６ｂはガ
ラスベース６に固定されており、可動部１５がＺ軸のマ
イナス方向に移動した時、光通過孔１１が光路上に位置
し、下側の移動電極１４ｂが固定電極１６ｂと面接触す
るように配置されている。一方、固定電極１６ａはガラ
スベース６に固定されており、可動部１５がＺ軸のプラ
ス方向に移動した時ミラー１２が光路上に位置し、上側
の移動電極１４ａが固定電極１６ａと面接触するように
配置されている。この固定電極１６ａ、１６ｂにより、
可動部１５を位置決めしている。一対の磁性体１３はＺ
軸方向に磁化されやすいように細長く形成されると共に
その長さは概略可動体１５のＺ軸方向の移動量に等しく
している。なお、移動電極１４ａ、１４ｂと面接触する
固定電極１６ａ、１６ｂの各表面には両電極間を電気的
に絶縁するため、例えばＳｉＯ２で形成された絶縁膜を
設けている。図２に示すように、可動部１５，バネ１
０，固定電極１６ａ，１６ｂ，可動電極１４ａ，１４ｂ
を精度よく形成するために写真製版技術により一体形成
した。ガラスベース６は１つのミラー移動部５が支持さ
れている部分を示している。ガラスベース６には可動部
１５とほぼ同じ面積の孔７が設けられている。光フアイ
バ１、２の先端に配置されたレンズ４は入射光が４個の
ミラー１２のうちどのミラー１２で反射されても、レン
ズ間における結合損失がほぼ同じになるように周知の手
法による光学設計がなされている。ミラー１２の各辺の
長さはレンズ４で決まる平行ビームの直径より大きく設
定されている。また、光通過孔１１、孔７は平行ビーム
が入射光路側から入射しても、出射光路側から入射して
も光ビームの通過を妨げないよう充分大きな空間として
構成されている。

【００２０】図３は、この発明の実施の形態１に係わる
光スイッチの可動部１５を示す構成図であり、可動部１
５の周囲に設けられた固定電極１６ａ、１６ｂと可動部
１５に設けられた移動電極１４ａ、１４ｂとが可動部１
５の上下にそれぞれ互いに対抗するように配置され、さ
らに対抗する電極面間の距離が永久磁石により可動部１
５が固着されているときに面接触するように配置されて
いる。

【００２１】選択するミラー１２を切り替える時の動作
を図３により説明する。（ａ）に示すように、選択され
たミラー１２は可動部１５に固定された磁性体１３が永
久磁石８ａの磁力によりＺ軸のプラス方向に引っ張られ
固定され、そのとき可動部１５に設けた上側の移動電極
１４ａは上側の固定電極１６ａに面接触している。この
ように、ミラー１２が固定された状態をラッチと呼ぶ。
（ｂ）に示すように、このミラー１２の選択を解除しＺ
軸のマイナス方向へ移動させる動作は次のとおりであ
る。電磁石９に電流を流し上側の永久磁石８ａの磁力を
弱める。磁性体１３に作用する磁力よりバネの反発力が
勝り、可動部１５は下側へ動き出す。磁性体１３が永久
磁石の磁場の中立点を超えると下側の永久磁石８ｂの磁
力と電磁石９の磁力の合成力で下側へ移動し、電磁石９
の電流を切っても下側の永久磁石８ｂにより固定され
る。このとき電磁石９、下側の永久磁石８ｂの磁力はミ
ラー行列８０全体に加わるため、この動作を行うと上側
に位置するミラー１２はすべて下側へ移動してしまうこ
とになる。これを防ぎ選択したミラー１２のみを移動さ
せるために、この発明では静電力によるミラー１２の選
択を行う。各可動部１５には移動電極１４ａ，１４ｂが
上端と下端に設けられておりそれと対向する位置に固定
電極１６ａ，１６ｂがガラスべース６に設けられてい
る。ミラー１２が上側にあるとき移動電極１４ａと固定
電極１６ａ間に電圧を印加し静電力により互いに引き合
う力が発生し上述した下側へ移動させる動作を行っても
静電力により引っ張られているため上側の位置に保持さ
れる。したがって、上側に保持したいミラー１２のみ電
極１４ａ、１６ａ間に電圧をかけておくことにより所望
のミラー１２をそのまま保持することが可能になる。同
じように下側にあるミラー１２を上側に移動させるには
電磁石９に流す電流の向きを反対にすることにより逆方
向の磁力を発生させることができ同様の動作で上側へ移
動させることができる。また、下側に保持したいミラー
１２には上側の場合と同様に電極１４ｂ、１６ｂ間に電
圧を印加することにより所望のミラー１２を下側に保持
することができる。この構成によれば、マトリックス状
に配置した４個（Ｍ×Ｎ個）のミラーを個別に制御して
切り替えることができる自己保持機能を有する光スイッ
チを得ることができる。

【００２２】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２に係わる光スイッチの全体を示す３次元の構成図
であり、実施の形態１に記載した２入力２出力の光スイ
ッチの各可動部１５、４個のマトリックス状に配置され
たミラー行列８０の上下に配置された上下の永久磁石８
ａ、８ｂおよびミラー行列８０を挟み込むようにＣ型電
磁石９Ａの磁極Ａ，Ｂを配置した。これにより永久磁石
からの磁力によって可動部１５を固着し保持できるよう
になるとともにスイッチを切り替えるときのみＣ型電磁
石９Ａに通電し永久磁石から発生する磁場を調整するこ
とにより可動部を動かすことが可能になる。Ｃ型電磁石
９Ａを用いた磁気回路を閉ループとしたことにより、小
電流で必要な磁場を発生させることができ、低消費電力
化、小型化を実現できる。

【００２３】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３に係わる可動部の製造プロセスを示す工程図であ
り、光スイッチのミラー１２をマトリックス状に配列す
る構成方法を示している。以下、加工プロセスを説明す
る。各工程の説明（１）〜（７）は図５の工程（１）〜
（７）に対応している。各プロセス図は図２の(ａ)に記
載されたＡＡ断面を矢印方向から見た形態を示し、この
形態に従って説明する。 （１）熱酸化膜２５付のシリコン基板２０にガラス基板
２１を陽極接合することにより複合基板２８を形成す
る。接合するガラス基板２１が図２の(ａ)に示すバネ１
０と可動部１５に固着しないように予めガラス基板２１
に逃げ２３を設けておく。（ガラス基板２１と接合する
シリコン基板２０の表面に０．５μｍ程度の熱酸化膜が
あってもよい。） （２）熱酸化膜２５上にレジスト２４を全面に塗布した
後に、ミラー１２と光通過孔１１及び磁性体１３からな
る可動部１５、可動部１５を支持するバネ１０、可動部
１５を選択するための移動電極１４ａ、１４ｂ（図示せ
ず）、固定電極１６ａ、１６ｂ（図示せず）を形成する
ために熱酸化膜２５付きシリコン基板２０にレジスト２
４にパターンを形成する。各部材は図２の(ａ)に示すと
おりである。 （３）上記レジスト２４のパターンをマスクにしてＲＩ
Ｅ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｉｎｇ）で熱酸化
膜２５に転写し、アッシングによりレジスト２４のパタ
ーンマスクを除去する。 （４）熱酸化膜２５のパターンをマスクにしてＩＣＰ
(Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌｕｓｍａ)
ドライエッチングでシリコン基板２０を異方性良く加工
面が略垂直になるようにエッチングする。 （５）静電力を発生させる移動電極１４ａ，１４ｂ(図
示せず)および固定電極１６ａ，１６ｂ(図示せず)の電
極面に絶縁膜２６を形成し、シリコン基板２０の表面に
付着した絶縁膜２６をミリングにより除去する。この時
ガラス基板２１に付着した絶縁膜２６は若干残るが可動
部１５の動作に影響を与えることはない。絶縁膜２６は
例えばバネ１０をレジスト２４で保護してからプラズマ
ＣＶＤによりＳｉＮｘを成膜し、シリコン基板２０の表
面のみをエッチングし、図６に示すように固定電極、移
動電極１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂの表面にのみ絶
縁膜２６を形成してもよい。 （６）可動部１５に駆動力とラッチする力を受ける磁性
体１３をマスクスパッタにより形成する(例えば、Ｎｉ
８０ａｔ％、Ｆｅ２０ａｔ％)。 （７）複合基板２８を良く洗浄した後、ミラー１２とな
る金属（例えば、金）をマスクスパッタにより形成す
る。以上の工程により、ミラー１２、光通過孔１１、磁
性体１３、可動部１５、バネ１０、移動電極１４ａ、１
４ｂ、固定電極１６ａ、１６ｂからなるミラー移動部５
を図７の(ａ)に示すようにマトリックス状に一括形成す
る。

【００２４】上記複合基板２８を1次元のミラー列にな
るように切り出しアレー基板２９を形成し、光路を確保
するためにガラスベース６に設けられた孔７を連結する
溝４７を機械加工により切除した。図７（ｂ）に示すミ
ラー１２が入射光路の光を出射光路へ導くようにガラス
基板２１と同程度の熱膨張係数をもつガラス基板３０に
立てて配置し、図８に示すようにさらに複数のミラー列
を並べてミラー１２がマトリックス状に配置されるよう
にした。入射光路３１と出射光路３２の交差点が各ミラ
ー１２の表面に位置するように配置され、光路間隔ｄの
場合、一次元ミラー列のミラーピッチＰを√２・ｄとな
るようにし、アレー基板２９の厚み方向のミラー間隔Ｗ
を（√２／２）・ｄとした。なお、本実施の形態では入
射光路１と出射光路２のなす角αを９０度とし、ミラー
１２とに入射光路１とのなす角βを４５度に設定してい
るが、これらの角度に限定されるものではない。

【００２５】実施の形態４．この発明の第４の構成によ
る光スイッチは、上記絶縁膜をシリコンの熱酸化法によ
り形成することで均一な膜厚の絶縁膜を形成した。以下
加工プロセスを図９により説明する。工程（１）〜
（４）は実施の形態３と同一であるので説明は省略し、
工程（５）〜（７）について説明する。また、バネ１０
も実施の形態３と同一構成であるため図示を省略する。
図５の工程説明(５)、(６)、(７)と図９の(５)、(６)、
(７)に示す工程とが対応する。 （５）ＩＣＰドライエッチングで穴明けしたシリコン基
板のシリコン露出面に熱酸化膜２７を形成する。 （６） 可動部１５に駆動力とラッチ力を受ける磁性体
１３をマスクスパッタにより形成する。 （７） 複合基板２８を良く洗浄した後、ミラー１２と
なる金属をマスクスパッタにより形成する。以後のアレ
ー基板２９を作成しミラー列を並べてミラーをマトリッ
クス状に配置するミラーマトリックス組立工程は実施の
形態３と同じである。

【００２６】実施の形態５．図１０は、この発明の実施
の形態５に係わる可動部の製造プロセスを示す工程図で
あり、各プロセスは図２の(ａ)におけるＢＢ断面を矢印
方向からみた形態を示し、この形態に従い説明する。ミ
ラー１２と光通過孔１１と磁性体１３からなる可動部１
５の裏側に移動電極１４ａ、１４ｂ、固定電極１６ａ、
１６ｂを形成し、可動部１５と移動電極１４ａ、１４
ｂ、固定電極１６ａ、１６ｂの厚みの合計がシリコン基
板２０の板厚に等しくすることにより、移動電極１４
ａ、１４ｂ、固定電極１６ａ、１６ｂを精度良く加工す
ることができ、安定した静電力を発生させることができ
る。以下加工プロセスを図１０により説明する。 （１）シリコン基板２０に移動電極１４ａ、１４ｂ、固
定電極１６ａ、１６ｂを形成するためのパターンを熱酸
化膜付きシリコン基板２０に写真製版でレジスト２４に
パターンを形成する。 （２）上記パターンをＲＩＥで熱酸化膜２５に転写す
る。 （３）ＩＣＰドライエッチングでシリコン基板２０を異
方性良く加工面が略垂直になるようにエッチングする。 （４）レジスト２４を除去した後ＲＩＥで移動電極と固
定電極の形成面のみ熱酸化膜２５を除去する。 （５）平面部の保護膜４０例えばＳｉＮｘを成膜する。 （６）シリコンの熱酸化法により移動電極１４ａ、１４
ｂ、固定電極１６ａ、１６ｂの電極面に熱酸化膜２７を
形成する。 （７）ＲＩＥで平面部の保護膜４０を除去する。 （８）シリコン基板２０とガラス基板２１を陽極接合す
ることにより複合基板２８を形成する。以下移動電極１
４ａ、１４ｂ、可動部１５、固定電極１６ａ、１６ｂの
位置が合うように、実施の形態３の工程（２）〜（７）
と同一の工程で可動部１５、バネ１０、移動電極１４
ａ、１４ｂ、固定電極１６ａ、１６ｂを複合基板２８の
シリコン基板２０表面より加工する。その後のミラーマ
トリックスの組立工程も実施の形態３と同一である。

【００２７】実施の形態６．図１１は、この発明の実施
の形態６に係る可動部１５の位置を検出する構成を示す
概念図である。光スイッチの可動部１５の位置を検出す
る可動部位置検出回路４１はパルス電圧を発生する周知
の電源４２と過渡的に流れる電流を検出する電圧計４３
とこの電圧計４３に対し並列に接続された微小抵抗４４
とを、光スイッチの移動電極１４ａ―固定電極１６ａと
移動電極１４ｂ―固定電極１６ｂのそれぞれを結線する
回路に設けたものである。可動部１５の位置検出は、パ
ルス電圧を発生する電源４２により矩形波状のパルス電
圧を印加し、光スイッチの移動電極１４ａ−固定電極１
６ａ、移動電極１４ｂ−固定電極１６ｂ間の電流を電圧
計４３によりモニタすることにより行う。電流が流れた
固定電極側に可動部１５が位置していることが分かる。

【００２８】実施の形態７．図１２は、この発明の実施
の形態７に係わる可動部位置を検出するマトリックス配
線を示す回路図であり、光スイッチはミラー１２を動か
せて光路を切り替える前に光通過孔１１側の移動電極１
４ａ、固定電極１６ａ間の電流を点順次方式により図１
１で説明した方法でモニタし、光路上にミラー１２が存
在するか否かを検出する概略配線図である。一方、図１
３は光路上に光通過孔１１が存在するか否かを検出する
概略配線図である。小判形状の点線で囲われた２個の容
量４５、４６が１つのミラー移動部５に存在する。可動
部の移動電極１４ａと対向する固定電極１６ａとの間の
容量４５と、可動部の移動電極１４ｂと対向する固定電
極１６ｂとの間の容量４６とからなる。容量４５はは可
動部１５が上にラッチされている状態(ミラー１２が光
路上にある。)に対応し、容量４６はその逆で可動部１
５が下側にラッチしている状態(光通過孔１１が光路上
にある。)に対応する。入射光側アドレスデコーダ回路
５１では入射光アドレス信号に対応するｉ行の配線をア
クティブにし、一方、出射光側アドレスデコーダ回路５
０では出射光アドレス信号に対応するｊ列の配線をアク
ティブにすることでｉ列ｊ列の位置にある可動部１５の
ラッチ状態を容量４５に対して検出することができる。
アドレス信号を順次送っていくことにより各可動部１５
のミラー１２が光路上に存在するか否かを検出する。次
に、移動電極１４ｂと対向する固定電極１６ｂとの間の
容量４６に対して同様の検出を行うことにより、光通過
孔１１が光路上に存在するか否かを検出する。ミラー１
２側、光通過孔１１側の双方の電極間電流をモニタでき
るように配線してあるので、上下の電極間の電流値を照
合することにより検出精度が上げられる。

【００２９】実施の形態８．図１４は、この発明の実施
の形態８に係わる光スイッチの駆動制御を表すフロー図
である。図に示すように、外部からの切替信号により以
下の流れでスイッチのミラー１２の切替を行う。 ａ．切替要請を受ける。 ｂ．切り替え後の各ミラー１２の位置を示す切替チヤン
ネル情報を記憶する。 ｃ．可動位置検出回路４１により、現在の各可動部１５
の位置を検出する。 ｄ．各入力ライン（入射光側アドレス、ｉ行）で切替要
請されている出射光位置と現在の出力ライン（出射光位
置）（出射光側アドレス、ｊ列）が一致するか否か全て
のミラーについて調べる。 ｅ．入力ライン毎に現在の切替チャンネル位置と切替要
請チャンネルが一致している時、そのアドレスを記憶す
る。 ｆ．全ての入力ラインについて調べる。 ｇ．各入力ライン（入射光側アドレス、ｉ行）で切替要
請ラインと現在の出力ラインが一致する場合、移動電極
１４ａ、固定電極１６ａに電位を印加しておく。各入力
ライン（入射光側アドレス、ｉ列）で切替要請ラインと
現在の出力ラインが異なる場合、どこの移動電極１４
ａ、固定電極１６ａにも電位を印加しない。 ｈ．光軸上に可動部の光通過孔がくる方向の磁界を強め
るように電磁石にパルス電流を流し、変更の必要な入力
ライン上の可動部１５のみ光路を開放しておく。 ｉ．変更が必要な切替入力ラインに対応する出力ライン
との交点における可動部１５以外の可動部の移動電極１
４ｂ、固定電極１６ｂに電位を印加しておく。変更が必
要でない入力ラインでは現在の光路上にミラー１２のな
い可動部１５の対向する移動電極１４ｂと固定電極１６
ｂに電位を印加しておく。 ｊ．光軸上に可動部１５のミラーがくる方向に磁界を弱
めるように電磁石８ａ、８ｂにパルス電流を流し、上記
ｉ．で移動電極１４ｂ、固定電極１６ｂに電位を印加し
ていない可動部１５のみを移動させることにより光路上
にミラー１２を移動させる。 ａ〜ｈの動作により切り替えるチャンネルに対応する入
力ライン上で光通過孔１１が全ての光路上にくるように
移動させることができる。必要最小限のミラー移動で光
スイッチを切り替えることができ、切り替る必要のない
チャンネルに影響を及ぼすことはない。なお、実施の形
態では２×２のミラー行列について説明したが、これに
限らずＭ×Ｎのミラー行列が本発明の対象である。な
お、この実施の形態では各入力ラインについて可動部位
置検出を行っているが、これに限らず現在の可動部位置
の状態をメモリに保持させておくことにより、可動部位
置検出を省略することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明の第１の構成で
ある光スイッチによれば、ミラーと光通過孔が一体で形
成された可動部と、可動部を支持するバネと、駆動力を
発生する電磁石と、可動部を保持する力を発生する永久
磁石と、各可動部分に設けられた透磁体と、移動したい
可動部を選択するための保持力を発生させる各可動部に
設けられた電極からなる駆動機構を有し、各入射光路お
よび出射光路は光ファイバーとレンズからなり、所定の
入射光路から入った光がすべての出射光路へ光路変更が
可能なようにマトリックス状に配置され、光路の選択は
選択したミラーのみが光路中に配置されその他の光路に
は光通過孔が配置されることにより、従来必要であった
ミラー駆動部のためのスペースが光路面上にないためミ
ラー間の距離を大幅に狭めることが可能となり配列する
ミラーの数が大きくなっても挿入損失を小さくすること
ができる。

【００３１】また、この発明の第２の構成である光スイ
ッチによれば、磁性体を可動部それぞれに形成し一対の
永久磁石をＭ×Ｎ個のマトリックス状に配置されたミラ
ー行列の上下に配置し、さらに上下の永久磁石およびミ
ラー行列を挟み込むようにＣ型電磁石を配置したことに
より、光路の保持が無電源で可能となり駆動時のみのわ
ずかな電力で光路変更をすることができる。

【００３２】また、この発明の第３の構成である光スイ
ッチによれば、可動部の周囲に設けられた固定電極と可
動部に設けられた移動電極とが可動部の上下にそれぞれ
互いに対抗するように配置さし、さらに対抗する電極面
間の距離が永久磁石により可動部が固着されているとき
に接触するように配置されたことにより、簡単な構造で
スイッチ切り替えの選択が可能となり、駆動機構として
の電磁力発生機構を光スイッチ全体で１個にすることが
可能になった。

【００３３】また、この発明の第４の構成である光スイ
ッチによれば、可動部、可動部を支持するバネ部、可動
部分を選択するための少なくとも一対の固定電極と移動
電極をガラス基板と接合したシリコンウエハからエッチ
ングにより一体で形成し、シリコンウエハ面と平行にな
るようにミラー反射面を設け、上記ガラス基板と接合し
たシリコンウエハから切り出した1次元のミラー列のミ
ラーが入射光路の光を出射光路へ導くように立てて配置
しさらに複数のミラー列を並べてマトリックス状に配置
されたミラー行列を構成することにより、半導体プロセ
スと同様のプロセスで作製できるため高精度でばらつき
の少ないミラー列を得ることが可能となり各光路間の挿
入損失のばらつきを抑えることができる。

【００３４】また、この発明の第５の構成である光スイ
ッチによれば、少なくとも一対の固定電極と移動電極は
可動部、バネと同じシリコンで形成し少なくとも一対の
固定電極と移動電極の互いに対抗する面には絶縁膜を形
成することにより、安定した大きさの静電力を発生する
ことができる。

【００３５】また、この発明の第６の構成である光スイ
ッチによれば、絶縁膜をシリコンの熱酸化膜により形成
することにより、均一な膜厚の絶縁膜が形成でき安定し
た大きさの静電力を発生することができる。

【００３６】また、この発明の第７の構成である光スイ
ッチによれば、ミラーと光通過孔とバネからなる可動部
の厚みと対向する電極の厚みの合計をシリコン基板の板
厚に等しくすることにより、対向電極の精度良く加工す
ることができ、安定した静電力を発生させることができ
る。

【００３７】また、この発明の第８の構成である光スイ
ッチによれば、可動部と少なくとも一対の移動電極と固
定電極間にパルス電圧を印加した時の電流をモニタする
ことで光路上にミラーが存在するかどうかを検出する手
段を設けることにより、ミラーの位置検知用の部材を追
加することなくミラーの位置を常に検知することができ
る。

【００３８】また、この発明の第９の構成である光スイ
ッチによれば、光路を切り換える前に点順次方式で光路
上にミラーが存在するか否かを検出する手段を動作させ
ることにより、現状のミラー位置を確認することができ
より正確な経路切り替えが可能になる。

【００３９】また、この発明の第１０の構成である光ス
イッチによれば、切り換えるチャンネルに対応する入力
ライン上で光通過孔が全ての光路上に来るように移動
し、次に、切り換えるチャンネルに対応する出力ライン
と交差点にのみミラーが移動するように光路を切り換え
ることにより、低消費電力での光路切り替えが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係わる光スイッチ
の全体を表す斜視図と駆動機構を示す３次元の構成図で
ある。

【図２】 この発明の実施の形態１に係わる光スイッチ
の可動部分を表す構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態１に係わる光スイッチ
の可動部分を示す構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係わる光スイッチ
の全体を示す３次元の構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態３に係わる可動部の製
造プロセスを示す工程図である。

【図６】 この発明の実施の形態３に係わる対向電極を
表す斜視図である。

【図７】 この発明の実施の形態３に係わる一体形成し
たミラーマトリックを表す斜視図である。

【図８】 この発明の実施の形態３に係わる光路とミラ
ーの位置関係を表す平面構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態４に係わる可動部の製
造プロセスを示す工程図である。

【図１０】 この発明の実施の形態５に係わる可動部の
製造プロセスを示す工程図である。

【図１１】 この発明の実施の形態６に係わる可動部位
置を検出する回路を示す概念図である。

【図１２】 この発明の実施の形態７に係わる可動部位
置を検出するマトリックス配線を示す回路図である。

【図１３】 この発明の実施の形態７に係わる可動部位
置を検出するマトリックス配線を示す回路図である。

【図１４】 この発明の実施の形態８に係わる光スイッ
チの駆動制御を表すフロー図である。

【図１５】 従来の光スイッチを表す構成図である。

【符号の説明】

１ 入射光路、２ 出射光路、３ 多芯Ｖ溝基板、４
レンズ、５ ミラー移動部、６ ガラスベース、7
孔、8 永久磁石、９ 電磁石、１０ バネ、１１光通
過孔、１２ ミラー、１３ 磁性体、１４ａ，１４ｂ
移動電極、１５ 可動部、１６ａ，１６ｂ 固定電極、
２０ シリコン基板、２１ ガラス基板、２４ レジス
ト、２５、２７ 熱酸化膜、２６ 絶縁膜、２８ 複合
基板、２９アレー基板、３０ ガラス基板、３１ 入射
光路、３２ 出射光路、４０ 保護膜。８０、ミラー行
列。

フロントページの続き (72)発明者 堤 和彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 松浦 司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AA18 AB13 AC04 AZ02 AZ05 AZ08 5K069 AA16 DB07 DB34 DC05 EA27 EA30

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍ個の入射光路とＮ個の出射光路および
   光路を変更させる駆動機構からなる光スイッチにおい
   て、ミラーと光通過孔が一体で形成された可動部と、可
   動部を支持するバネと、駆動力を発生する電磁石と、可
   動部を保持する力を発生する永久磁石と、各可動部分に
   設けられた透磁体と、移動したい可動部を選択するため
   の保持力を発生させる各可動部に設けられた電極からな
   る駆動機構を有し、各入射光路および出射光路は光ファ
   イバーとレンズからなり、所定の入射光路から入った光
   がすべての出射光路へ光路変更が可能なようにマトリッ
   クス状に配置され、選択したミラーのみが光路中に配置
   されその他の光路には光通過孔が配置されることにより
   光路の選択を行うことを特徴とする光スイッチ。
2. 【請求項２】 磁性体を可動部それぞれに形成し一対の
   永久磁石をＭ×Ｎ個のマトリックス状に配置されたミラ
   ー行列の上下に配置しさらに上下の永久磁石およびミラ
   ー行列を挟み込むようにＣ型電磁石を配置したことを特
   徴とする請求項１記載の光スイッチ。
3. 【請求項３】 可動部の周囲に設けられた固定電極と可
   動部に設けられた移動電極とが可動部の上下にそれぞれ
   互いに対抗するように配置され、さらに対抗する電極面
   間の距離が永久磁石により可動部が固着されているとき
   に接触するように配置されたことを特徴とする請求項１
   記載の光スイッチ。
4. 【請求項４】 可動部、可動部を支持するバネ部、可動
   部分を選択するための少なくとも一対の固定電極と移動
   電極をガラス基板と接合したシリコンウエハからエッチ
   ングにより一体で形成し、シリコンウエハ面と平行にな
   るようにミラー反射面を設け、上記ガラス基板と接合し
   たシリコンウエハから切り出した1次元のミラー列のミ
   ラーが入射光路の光を出射光路へ導くように立てて配置
   しさらに複数のミラー列を並べてマトリックス状に配置
   されたミラー行列を構成することを特徴とする請求項１
   記載の光スイッチ。
5. 【請求項５】 少なくとも一対の固定電極と移動電極は
   可動部とバネと同一のシリコン基板から形成し、少なく
   とも一対の固定電極と移動電極の互いに対抗する面には
   絶縁膜を形成することを特徴とする請求項３記載の光ス
   イッチ。
6. 【請求項６】 絶縁膜をシリコンの熱酸化膜により形成
   したことを特徴とする請求項５記載の光スイッチ。
7. 【請求項７】 ミラーと光通過孔とバネからなる可動部
   の厚みと、移動電極と固定電極の厚みの合計がシリコン
   基板の板厚に等しいことを特徴とする請求項５記載の光
   スイッチ。
8. 【請求項８】 少なくとも一対の固定電極と移動電極間
   にパルス電圧を印加した時の電流をモニタすることによ
   り光路上にミラーが存在するか否かを検出する手段を有
   することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
9. 【請求項９】 光路を切り替える前に点順次方式でミラ
   ーが光路上に存在するか否かを検出する手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項８記載の光スイッチ。
10. 【請求項１０】 切り替えるチャンネルに対応する入力
    ライン上で光通過孔が全ての光路上に来るように移動
    し、次に、切り替えるチャンネルに対応する出力ライン
    との交差点にのみミラーが移動するように光路を切り替
    えることを特徴とする請求項１記載の光スイッチの切り
    替え方法。