JP2002031767A - 光スイッチ - Google Patents

光スイッチ

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JP2002031767A
JP2002031767A JP2000221066A JP2000221066A JP2002031767A JP 2002031767 A JP2002031767 A JP 2002031767A JP 2000221066 A JP2000221066 A JP 2000221066A JP 2000221066 A JP2000221066 A JP 2000221066A JP 2002031767 A JP2002031767 A JP 2002031767A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非閉塞型で多入力多出力化でき、小型集積化
できる光スイッチを提供する。 【解決手段】 マイクロマシニング技術で小型ミラー2
0と軸状支持部21、22と基板25とを一体化するこ
とにより、非閉塞型で小型集積化された光スイッチが得
られる。小型ミラー20を駆動手段で回動させる際に軸
状支持部21、22がトーションバーとして機能するの
で、駆動手段の回動力と軸状支持部21、22の捩じれ
力とのバランスを取って小型ミラー20の角度を制御す
ることにより光信号を切替えることができる。小型ミラ
ー20、軸状支持部21、22及び駆動手段が複数個形
成された一対の基板25、31を互いに対向するように
配置し、両基板25、31の近傍に複数の入出力光ファ
イバを配置することにより非閉塞型の多入力多出力の光
スイッチを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチに関す
る。
【0002】
【従来の技術】通信技術の高度化に伴い、光部品の送受
信部の高速化が進められている。この高速化に伴い、信
号の送信先を高速に切替える光スイッチの開発も盛んに
行われている。現在、インターフェイスの速度領域が1
0Gbps以上に入り、光スイッチは、複数のルーター
やスイッチと伝送装置とをメッシュ状に接続するための
「光クロスコネクト」や、リング状の光ファイバから特
定波長の光信号を取り出したり挿入したりするための
「ADM(add−drop multiplexe
r)」に向けての開発が中心となっている。また、高速
化と共に設置場所の制約等から小型高密度なスイッチ
で、かつ、低価格であることも要求されている。
【0003】この光スイッチは、様々な方式が提案され
ている。
【0004】図4は従来の光スイッチからアクチュエー
タを除去した状態を示す外観斜視図である。図5
(a)、(b)は図4に示した光スイッチの動作説明図
である。
【0005】図4及び図5(a)、(b)に示す光スイ
ッチ1は、基板2と、基板2上に載置され固定側光ファ
イバ3、4にそれぞれ接続された2つの導波路5、6を
有する導波路ブロック7と、基板8上に一部が固定され
先端部が自由端である1本の移動側光ファイバ9と、移
動側光ファイバ9の先端部に取付けられた駆動ブロック
10と、移動側光ファイバ9のコア9aが導波路5、6
のコアに対向するように保持すると共に基板2、8の幅
方向(矢印11方向)に移動可能に案内するガイドピン
12、13と、駆動ブロック10上に設けられたヨーク
14と、ヨーク14に対向するように設けられた略E字
形状のヨーク15と、ヨーク15の中央部に設けられた
永久磁石16と、ヨーク15の両側部に設けられたソレ
ノイド17、18とで構成された1×2の光スイッチで
ある。
【0006】この光スイッチ1が動作すると、図5
(a)に示すように永久磁石16の磁束B1が図の左側
のヨーク15から駆動ブロック10のヨーク14を通る
ループを形成し、駆動ブロック10が磁力により左側に
吸引される。この状態から左側のソレノイド17に磁束
B1を打ち消すように逆方向の磁束B2が形成されるよ
うに電流を流すことにより、左側のヨーク15での磁力
が略キャンセルされる。
【0007】次に図5(b)に示すように、右側のソレ
ノイドコイル18に永久磁石16から駆動ブロック10
へとかかる方向の磁束B3と同方向の磁束B4を加える
と、永久磁石16の磁束が強められ、磁力により駆動ブ
ロック10が右側に吸引される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、光ス
イッチには小型高密度で多入力多出力(N×M)な低価
格なものが要求されている。また、任意の入出力線が他
の接続状態に依存せずに接続できる非閉塞型のスイッチ
が好ましいとされている。上述した従来の光スイッチを
複数用いて、例えば第一の光スイッチの出力ポートを第
二の光スイッチの入力ポートに接続し、第二の出力ポー
トを第三の光スイッチの入力ポートに接続し、以下順次
接続するようなカスケード接続を行えば多入力多出力化
することはできるが、この場合には接続部が多くなるた
め接続損失が大きくなり、かつ、構成要素が増えるた
め、構成寸法も大きくなり、価格も高価になるという問
題がある。また、構造上、任意の入出力線が他の接続状
態に依存する閉塞型の光スイッチであるという問題があ
った。
【0009】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、非閉塞型で多入力多出力化でき、小型集積化できる
光スイッチを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光スイッチは、基板と、基板上に形成された
小型ミラーと、マイクロマシニング技術により小型ミラ
ーの対向する縁部に一対の軸状支持部が残るように小型
ミラーの周囲に形成された貫通孔と、小型ミラーに光を
入射させる入力光ファイバと、小型ミラーを軸状支持部
を中心として回動させることにより反射光路を変える駆
動手段と、駆動手段により光路の切り換えられた光を出
力する出力光ファイバとを備えたものである。
【0011】上記構成に加え本発明の光スイッチは、小
型ミラー、軸状支持部及び駆動手段が複数個形成され、
互いに対向するように配置された一対の基板と、基板の
近傍に配置された複数の入出力光ファイバとを有しても
よい。
【0012】上記構成に加え本発明の光スイッチの駆動
手段は、小型ミラーの近傍に配置されコイルに磁場を与
える磁石と、小型ミラーの外周部に設けられ電流が流れ
ると発生する力で小型ミラーを回動させるコイルとで構
成されているのが好ましい。
【0013】上記構成に加え本発明の光スイッチの小型
ミラーの近傍に配置され複数の凹部が形成された櫛型の
ラッチと、ラッチを移動させて凹部が小型ミラーに嵌合
することにより、小型ミラーを所定の角度位置に保持す
るアクチュエータとを有するのが好ましい。
【0014】上記構成に加え本発明の光スイッチのアク
チュエータは、小型ミラーに嵌合可能な凹部が形成され
たラッチ上のバイメタルと、バイメタルを加熱するヒー
タとで構成されているのが好ましい。
【0015】本発明によれば、マイクロマシニング技術
で小型ミラーと軸状支持部と基板とを一体化することに
より、非閉塞型で小型集積化された光スイッチが得られ
る。すなわち、小型ミラーを駆動手段で回動させる際に
軸状支持部がトーションバーとして機能するので、駆動
手段の回動力とトーションバーの捩じれ力とのバランス
を取って小型ミラーの角度を制御することにより光信号
を切替えることができる。この結果、従来のようなヨー
ク、ソレノイド、ガイドピン等が不要となり、非閉塞型
で小型集積化することができる。また、ラッチにより小
型ミラーの角度を保持することができるので、切替え光
路の安定性が向上する。さらに、小型ミラー、軸状支持
部及び駆動手段が複数個形成された一対の基板を互いに
対向するように配置し、両基板の近傍に複数の入出力光
ファイバを配置することにより非閉塞型の多入力多出力
の光スイッチを実現することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0017】図1(a)は本発明の光スイッチの一実施
の形態を示す平面図であり、図1(b)は図1(a)の
A−A線断面図である。但し、図1(b)では入出力光
ファイバはコアのみ示されている。
【0018】複数(図では4つであるが限定されな
い。)の小型ミラー20と、マイクロマシニングの微細
加工技術により各小型ミラー20の対向する縁部(図1
(b)では上下)に一対の軸状支持部21、22がそれ
ぞれ残るように各小型ミラー20の外周部に形成された
コの字形状の貫通孔23、24とが形成されたSi基板
からなるミラーベース25と、ミラーベース25と同様
な小型ミラー26と、軸状支持部27、28と、貫通孔
とが形成されたSi基板からなるミラーベース31とが
平行、かつ小型ミラー20、26同士が対向するように
Si基板32上に垂直に取付けられている。
【0019】各小型ミラー20、26の外周部には微細
コイル33がそれぞれ設けられている。これら2列に配
列されたミラーベース25、31の両側に、4心のファ
イバブロックにマイクロレンズアレイをそれぞれ接着し
た光入力ポート34と光出力ポート35とが、平行、か
つ、小型ミラー20、26に対して斜めになるように配
置されアライメントされている。
【0020】さらに、Si基板32上には小型ミラー2
0、26の列と平行な磁場がかかるように複数(図では
2個であるが限定されない。)の永久磁石36、37が
配置されている。これら微細コイル33と、永久磁石3
6、37とで駆動手段が構成されている。
【0021】小型ミラー20、26を自己保持するため
のラッチ38、39が小型ミラー20、26とSi基板
32との間に配置されている。
【0022】なお、40、41はミラーベース25、3
1をSi基板32上に保持する止め具である。
【0023】このような光スイッチ42のスイッチング
は、光入力ポート34からの光を、小型ミラー20の角
度を調整することにより対向する側の小型ミラー26の
いずれかに反射させ光出力ポート35へ平行に結合させ
ることで行う(このときのスイッチ光路は矢印L1線で
ある。)。
【0024】光入出力ポート34、35と小型ミラー2
0、26との位置関係は、光入力ポート34の光軸延長
線上にそれぞれ小型ミラー20の回動中心軸(軸状支持
部21、22を通る中心線)が存在し、小型ミラー20
と対向して平行に配列された側の小型ミラー26の回動
中心軸(軸状支持部27、28を通る中心線)も光出力
ポート35の光軸延長線上に存在するようになってい
る。また、光入力ポート34からの光信号を受けた小型
ミラー20と、その小型ミラー20からの反射光を受け
る小型ミラー26は常に平行な角度を保つようになって
いる。
【0025】図2は図1に示した光スイッチの動作原理
の説明図である。
【0026】図2に示す小型ミラー20は、ミラーベー
ス25に二つの軸状支持部(トーションバー)21、2
2で支持されている。ミラー面には金が蒸着されてい
る。小型ミラー20の外周部に形成された微細コイル3
3は、磁束密度Bの磁界中において、微細コイル33に
電流iを流すことにより力dF(dF=i[dl,
B]、但し、dlは微細コイル33の磁界と垂直な部分
の長さとする。)が生じて矢印43方向に回動してトー
ションバー21、22が捩じれるが、トーションバー2
1、22に発生する捩じれを戻す力との釣り合いで小型
ミラー20の角度制御が行われる。小型ミラー20の微
細コイル33が形成する平面と磁場とが平行のときに力
dFが最大となるので、ミラーベース25は磁場と平行
な関係にあるのが好ましい。なお、L2は入力光を示
す。
【0027】図3は図1に示した光スイッチの保持機能
についての説明図である。
【0028】先端(図では上端)に複数の矩形状の凹部
44を有するラッチ部にはバイメタル45と、バイメタ
ル45に取付けられたヒータ46とでラッチ38のアク
チュエータ47が構成されている。
【0029】このアクチュエータ47のヒータ46に通
電してバイメタル45を加熱することにより、バイメタ
ル45が変形してラッチ部を矢印48方向(小型ミラー
20側)に上げ、小型ミラー20に凹部44を嵌合させ
ることで小型ミラー20を固定保持することができる。
ヒータ46の通電加熱を停止することにより、バイメタ
ル45は元の形状に戻り、凹部44が矢印49方向に小
型ミラー20からはずれて固定保持状態が解除される。
【0030】ここで、4×4の閉塞型光スイッチを試作
したところ、小型ミラーの角度を制御することで光線路
の切替えができることを確認した。
【0031】なお、本実施の形態では小型ミラーが矩形
の場合で説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、円形、楕円形、多角形であってもよい。
【0032】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0033】非閉塞型で多入力多出力化でき、小型集積
化できる光スイッチの提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の光スイッチの一実施の形態を
示す平面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図で
ある。
【図2】図1に示した光スイッチの動作原理の説明図で
ある。
【図3】図1に示した光スイッチの保持機能についての
説明図である。
【図4】従来の光スイッチからアクチュエータを除去し
た状態を示す外観斜視図であるる。
【図5】(a)、(b)は図4に示した光スイッチの動
作説明図である。
【符号の説明】
20、26 小型ミラー 21、22 軸状支持部(トーションバー) 25、31、ミラーベース(基板) 32 Si基板 33 微細コイル 34 光入力ポート 35 光出力ポート 36、37 永久磁石 38、39 ラッチ
フロントページの続き (72)発明者 江刺 正喜 宮城県仙台市太白区八木山南1丁目11番地 9 Fターム(参考) 2H041 AA16 AB14 AC05 AZ03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に形成された小型ミラ
    ーと、マイクロマシニング技術により上記小型ミラーの
    対向する縁部に一対の軸状支持部が残るように上記小型
    ミラーの周囲に形成された貫通孔と、上記小型ミラーに
    光を入射させる入力光ファイバと、上記小型ミラーを上
    記軸状支持部を中心として回動させることにより反射光
    路を変える駆動手段と、該駆動手段により光路の切り換
    えられた光を出力する出力光ファイバとを備えたことを
    特徴とする光スイッチ。
  2. 【請求項2】 上記小型ミラー、上記軸状支持部及び上
    記駆動手段が複数個形成され、互いに対向するように配
    置された一対の基板と、該基板の近傍に配置された複数
    の入出力光ファイバとを有する請求項1に記載の光スイ
    ッチ。
  3. 【請求項3】 上記駆動手段は、上記小型ミラーの近傍
    に配置され上記コイルに磁場を与える磁石と、上記小型
    ミラーの外周部に設けられ電流が流れると発生する力で
    上記小型ミラーを回動させるコイルとで構成されている
    請求項1または2に記載の光スイッチ。
  4. 【請求項4】 上記小型ミラーの近傍に配置され複数の
    凹部が形成された櫛型のラッチと、該ラッチを移動させ
    て上記凹部が上記小型ミラーに嵌合することにより、上
    記小型ミラーを所定の角度位置に保持するアクチュエー
    タとを有する請求項1から3のいずれかに記載の光スイ
    ッチ。
  5. 【請求項5】 上記アクチュエータは、上記小型ミラー
    に嵌合可能な凹部が形成されたラッチ上のバイメタル
    と、該バイメタルを加熱するヒータとで構成されている
    請求項1から4のいずれかに記載の光スイッチ。
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