JP2003029172A - 光スイッチ - Google Patents
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
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- G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0062—Devices moving in two or more dimensions, i.e. having special features which allow movement in more than one dimension
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- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/04—Optical MEMS
- B81B2201/045—Optical switches
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
- G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
- G02B6/3518—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element being an intrinsic part of a MEMS device, i.e. fabricated together with the MEMS device
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- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
- G02B6/3554—3D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a volume
- G02B6/3556—NxM switch, i.e. regular arrays of switches elements of matrix type constellation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アナログビーム操舵式の自由空間型光スイッ
チにおいて、低電圧駆動で光信号のステアリング角を拡
大させて大規模化に対応した、小型・高速かつ低コスト
で信頼性の高い光スイッチを提供する。 【解決手段】 本発明の光スイッチでは、マイクロミラ
ーを駆動する静電アクチュエータの電極形状を、可動ミ
ラーの中心に向かって電極幅Ｗを縮小し、同時に可動ミ
ラーの外縁部に向かっても、同様にその電極幅Ｗを縮小
するように設定し、これによりマイクロミラーの駆動ト
ルク特性を改善して、低電圧駆動で位置決め制御可能な
ステアリング角を拡大させている。
チにおいて、低電圧駆動で光信号のステアリング角を拡
大させて大規模化に対応した、小型・高速かつ低コスト
で信頼性の高い光スイッチを提供する。 【解決手段】 本発明の光スイッチでは、マイクロミラ
ーを駆動する静電アクチュエータの電極形状を、可動ミ
ラーの中心に向かって電極幅Ｗを縮小し、同時に可動ミ
ラーの外縁部に向かっても、同様にその電極幅Ｗを縮小
するように設定し、これによりマイクロミラーの駆動ト
ルク特性を改善して、低電圧駆動で位置決め制御可能な
ステアリング角を拡大させている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム等
において、複数の光信号の接続切替を行う光クロスコネ
クトに関し、特にマイクロマシン技術を用いて構成され
る自由空間型のアナログビーム操舵式光スイッチに関す
る。
において、複数の光信号の接続切替を行う光クロスコネ
クトに関し、特にマイクロマシン技術を用いて構成され
る自由空間型のアナログビーム操舵式光スイッチに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】情報社会の発展に伴い、大容量の情報伝
達が可能な光通信システムの開発・整備が進められてい
る。このような光通信システムでは、増大する通信需要
を賄うために、１本の光ファイバに異なる波長の信号を
重畳して送受信する波長分割多重（WDM：Wavelength Di
vision Multiplexing）伝送技術が用いられており、２
点間の通信を光合分波器（Multiplexer/Demultiplexe
r）を用いて結合するPoint-to-Point方式に加え、中継
基地で特定波長を分岐（Drop）、挿入（Add）するAdd-D
rop方式などが導入されている。
達が可能な光通信システムの開発・整備が進められてい
る。このような光通信システムでは、増大する通信需要
を賄うために、１本の光ファイバに異なる波長の信号を
重畳して送受信する波長分割多重（WDM：Wavelength Di
vision Multiplexing）伝送技術が用いられており、２
点間の通信を光合分波器（Multiplexer/Demultiplexe
r）を用いて結合するPoint-to-Point方式に加え、中継
基地で特定波長を分岐（Drop）、挿入（Add）するAdd-D
rop方式などが導入されている。
【０００３】このようなシステムの実現のためには、高
速変調に対応した光源や大容量伝送用光ファイバ、広帯
域ファイバー増幅器、多チャンネル波長フィルタなどが
不可欠であるが、なかでも、時々刻々と変化する通信需
要や通信回線の故障などに柔軟に対応するために、複数
の入力ポートから任意波長の光信号を選択的に切り替え
て、所定の出力ポートへ接続する光スイッチが重要なキ
ー・テクノロジーとなっている。
速変調に対応した光源や大容量伝送用光ファイバ、広帯
域ファイバー増幅器、多チャンネル波長フィルタなどが
不可欠であるが、なかでも、時々刻々と変化する通信需
要や通信回線の故障などに柔軟に対応するために、複数
の入力ポートから任意波長の光信号を選択的に切り替え
て、所定の出力ポートへ接続する光スイッチが重要なキ
ー・テクノロジーとなっている。
【０００４】一方、光通信システムの開発方向として、
低コスト化とシステムの簡素化及び伝送レートの高速化
を目的として、光信号を電気信号に変換することなく伝
送する全光化が推し進められている。この場合、光路設
定を行う大規模スイッチにおいても、一旦光を電気に変
換して伝送路を組み換えるのではなく、光のまま経路を
つなぎ換える全光型の光クロスコネクタ（OXC：Optical
Cross Connector）を光スイッチとして利用することに
なる。
低コスト化とシステムの簡素化及び伝送レートの高速化
を目的として、光信号を電気信号に変換することなく伝
送する全光化が推し進められている。この場合、光路設
定を行う大規模スイッチにおいても、一旦光を電気に変
換して伝送路を組み換えるのではなく、光のまま経路を
つなぎ換える全光型の光クロスコネクタ（OXC：Optical
Cross Connector）を光スイッチとして利用することに
なる。
【０００５】全光型の光スイッチには、１入力２出力
（１×２）の小規模なスイッチから、1１０００×１０
００以上の大規模なものまで必要とされている。
（１×２）の小規模なスイッチから、1１０００×１０
００以上の大規模なものまで必要とされている。
【０００６】図５（ａ）に小規模光スイッチ（１×２）
の従来例を示す。この小規模光スイッチでは、１本の入
力側光ファイバ１２を、ソレノイドコイルと永久磁石か
らなる機械式の駆動回路１４を用いて、２本の出力側光
ファイバ１３のうちいずれか片方に選択的に接続させる
ように構成している（NTT,R&D Vol.48 No.9 :1999 p.66
5-673）。
の従来例を示す。この小規模光スイッチでは、１本の入
力側光ファイバ１２を、ソレノイドコイルと永久磁石か
らなる機械式の駆動回路１４を用いて、２本の出力側光
ファイバ１３のうちいずれか片方に選択的に接続させる
ように構成している（NTT,R&D Vol.48 No.9 :1999 p.66
5-673）。
【０００７】この場合、図５（ｂ）に示すように、複数
の小規模光スイッチ１０４を階層的に組み合わせて、Ｎ
×Ｍの多入力・多出力の光スイッチを構成することも可
能であるが、階層が大きくなるほど光学的損失が増える
ため、あまり大規模スイッチには適していない。
の小規模光スイッチ１０４を階層的に組み合わせて、Ｎ
×Ｍの多入力・多出力の光スイッチを構成することも可
能であるが、階層が大きくなるほど光学的損失が増える
ため、あまり大規模スイッチには適していない。
【０００８】図６に、全光型の大規模光スイッチの従来
例（概念図）を、また、図７に光スイッチの光学デバイ
ス部の詳細を示す。これは自由空間型の光クロスコネク
トであり、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）
の技術を応用して、アレイ化したマイクロミラー素子を
マイクロアクチュエータにより個々に駆動してファイバ
間の光接続を行っている。
例（概念図）を、また、図７に光スイッチの光学デバイ
ス部の詳細を示す。これは自由空間型の光クロスコネク
トであり、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）
の技術を応用して、アレイ化したマイクロミラー素子を
マイクロアクチュエータにより個々に駆動してファイバ
間の光接続を行っている。
【０００９】図６に示す従来例の光スイッチでは、キャ
ピラリ１７０１のアレイ貫通孔（図示せず）に固定され
たＮ本の光ファイバからなる入力側ファイバアレイ１５
とコリメート用のレンズアレイ１８０１とからなる入力
ポート１９と、同じくキャピラリ１７０２に固定された
Ｍ本の光ファイバからなる出力側ファイバアレイ１６と
レンズアレイ１８０２とからなる出力ポート２０と、２
枚の光スイッチアレイ２１０１及び２１０２とから構成
されている。
ピラリ１７０１のアレイ貫通孔（図示せず）に固定され
たＮ本の光ファイバからなる入力側ファイバアレイ１５
とコリメート用のレンズアレイ１８０１とからなる入力
ポート１９と、同じくキャピラリ１７０２に固定された
Ｍ本の光ファイバからなる出力側ファイバアレイ１６と
レンズアレイ１８０２とからなる出力ポート２０と、２
枚の光スイッチアレイ２１０１及び２１０２とから構成
されている。
【００１０】ここで、２枚の光スイッチアレイ２１０１
及び２１０２は、図６（ｂ）〜（ｃ）に示すように、入
出力ポートに応じた数のマイクロミラー２０３をマトリ
クス状に２次元配列して構成されており、各マイクロミ
ラー２０３は、図６（ｃ）に示すように、静電力等を利
用したマイクロアクチュエータ（図示せず）を用いて２
自由度（図６（ｄ）中、ＲＸ及びＲＹ方向）に操舵でき
るよう構成されており（２軸駆動型）、マイクロミラー
２０３へ入射されたレーザ光を任意の方向へ反射させて
いる。
及び２１０２は、図６（ｂ）〜（ｃ）に示すように、入
出力ポートに応じた数のマイクロミラー２０３をマトリ
クス状に２次元配列して構成されており、各マイクロミ
ラー２０３は、図６（ｃ）に示すように、静電力等を利
用したマイクロアクチュエータ（図示せず）を用いて２
自由度（図６（ｄ）中、ＲＸ及びＲＹ方向）に操舵でき
るよう構成されており（２軸駆動型）、マイクロミラー
２０３へ入射されたレーザ光を任意の方向へ反射させて
いる。
【００１１】これにより、図６（ａ）に示すように、入
力ポート１９から出力され、レンズアレイ１８０１を通
過してコリメートされた任意の光信号を、光スイッチア
レイ２１０１の該当するマイクロミラー２０３を２軸駆
動させることによって反射光をステアリングし、第２の
光スイッチアレイ２１０２に入射させ、同じく第２の光
スイッチアレイ２１０２のマイクロミラーを同様に可動
させ、反射光を出力ポート２０の任意の光ファイバへ入
射させてスイッチングを行っている（アナログビーム操
舵式）。
力ポート１９から出力され、レンズアレイ１８０１を通
過してコリメートされた任意の光信号を、光スイッチア
レイ２１０１の該当するマイクロミラー２０３を２軸駆
動させることによって反射光をステアリングし、第２の
光スイッチアレイ２１０２に入射させ、同じく第２の光
スイッチアレイ２１０２のマイクロミラーを同様に可動
させ、反射光を出力ポート２０の任意の光ファイバへ入
射させてスイッチングを行っている（アナログビーム操
舵式）。
【００１２】図７に、自由空間型光スイッチのマイクロ
ミラー（２軸駆動型）の平面図の一例を、図８に、その
動作原理（静電駆動型）を示す。マイクロミラー２０３
は、１対のヒンジばね５０３によりミラーフレーム３０
３に軸支持されており、一方、前記ミラーフレーム３０
３は同じく１対のヒンジばね６０３により外部の枠体７
０３に軸支持されている。
ミラー（２軸駆動型）の平面図の一例を、図８に、その
動作原理（静電駆動型）を示す。マイクロミラー２０３
は、１対のヒンジばね５０３によりミラーフレーム３０
３に軸支持されており、一方、前記ミラーフレーム３０
３は同じく１対のヒンジばね６０３により外部の枠体７
０３に軸支持されている。
【００１３】このとき、前記マイクロミラー２０３の回
転軸と前記ミラーフレーム３０３の回転軸とは直交する
向きに設定されており、２軸を独立して駆動することに
より反射光を２次元的にステアリングさせている。ヒン
ジばね部の形状は、所定の剛性が得られるものならば何
でも良く、ここでは葛折り形状（図７（ｂ）参照）を採
用している。
転軸と前記ミラーフレーム３０３の回転軸とは直交する
向きに設定されており、２軸を独立して駆動することに
より反射光を２次元的にステアリングさせている。ヒン
ジばね部の形状は、所定の剛性が得られるものならば何
でも良く、ここでは葛折り形状（図７（ｂ）参照）を採
用している。
【００１４】他方、マイクロミラー２０３の対向面にあ
たる基板１１０２には、２組の電極対９０３及び１００
３が直交配置されており、接地された光学デバイス（マ
イクロミラー２０３）と組み合わされて静電駆動型のマ
イクロアクチュエータを構成しており、印加電圧に応じ
た静電力をアナログ制御することでマイクロミラー２０
３及びミラーフレーム３０３を各軸周りに回動させてい
る（図８（ａ）〜（ｃ）参照）。
たる基板１１０２には、２組の電極対９０３及び１００
３が直交配置されており、接地された光学デバイス（マ
イクロミラー２０３）と組み合わされて静電駆動型のマ
イクロアクチュエータを構成しており、印加電圧に応じ
た静電力をアナログ制御することでマイクロミラー２０
３及びミラーフレーム３０３を各軸周りに回動させてい
る（図８（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００１５】なお、光クロスコネクトには、この他に
も、光路が平面状に構成され、ミラーがＯＮで立ち上が
り、ＯＦＦで下がる方式（ディジタルクロスバー式）も
提案されている。この光クロスコネクトは、簡単なディ
ジタル制御で操作でき、入出力光ファイバの位置決めが
容易で、集積が容易であるいう特徴があるが、スイッチ
の数がＮ×Ｎの接続で、Ｎ２のスイッチ素子を必要とし
（アナログビーム操舵式では、スイッチ素子は２Ｎ）、
かつ光路差が大きくなるため、損失が増加するという欠
点があり、大規模スイッチへの適用は困難と考えられて
いる。
も、光路が平面状に構成され、ミラーがＯＮで立ち上が
り、ＯＦＦで下がる方式（ディジタルクロスバー式）も
提案されている。この光クロスコネクトは、簡単なディ
ジタル制御で操作でき、入出力光ファイバの位置決めが
容易で、集積が容易であるいう特徴があるが、スイッチ
の数がＮ×Ｎの接続で、Ｎ２のスイッチ素子を必要とし
（アナログビーム操舵式では、スイッチ素子は２Ｎ）、
かつ光路差が大きくなるため、損失が増加するという欠
点があり、大規模スイッチへの適用は困難と考えられて
いる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】光通信システムにおけ
る通信容量は、チャネル当たりの伝送レートとチャネル
数の積で決まるため、伝送レートの高速化と共に、今後
ますます多チャンネル化への対応が迫られると考えられ
ており、そのため、全光型の大規模光スイッチへの期待
は高まっている。
る通信容量は、チャネル当たりの伝送レートとチャネル
数の積で決まるため、伝送レートの高速化と共に、今後
ますます多チャンネル化への対応が迫られると考えられ
ており、そのため、全光型の大規模光スイッチへの期待
は高まっている。
【００１７】なかでもアナログビーム操舵式の自由空間
型光スイッチは、光学損失をある程度抑えて小型・低コ
ストの大規模スイッチを実現する解として期待されてお
り、Lucent Technologiesやχros（現在、Nortelに買
収）などから発表されている。
型光スイッチは、光学損失をある程度抑えて小型・低コ
ストの大規模スイッチを実現する解として期待されてお
り、Lucent Technologiesやχros（現在、Nortelに買
収）などから発表されている。
【００１８】アナログビーム操舵式の自由空間型光スイ
ッチの場合、スイッチの大規模化、即ち、入出力ポート
数の増加に伴い、マイクロミラーの操舵量も増加する。
換言すれば、２軸駆動時のミラー舵角（以下、チルト角
と呼ぶ）を広げて、光信号のステアリング制御範囲を拡
大する必要に迫られる。
ッチの場合、スイッチの大規模化、即ち、入出力ポート
数の増加に伴い、マイクロミラーの操舵量も増加する。
換言すれば、２軸駆動時のミラー舵角（以下、チルト角
と呼ぶ）を広げて、光信号のステアリング制御範囲を拡
大する必要に迫られる。
【００１９】この場合、別の方法として、入出力ポート
とミラー間距離、及び２枚の光スイッチアレイ間距離を
広げて、空間を移動する光信号の光路を延長することに
より、ミラー・チルト角を抑制することも可能である
が、その場合、ビーム径の拡大に伴うミラー部の“けら
れ”等が問題となり、光学的損失が大きくなると共に、
光スイッチ・モジュール全体も大型化してしまう。
とミラー間距離、及び２枚の光スイッチアレイ間距離を
広げて、空間を移動する光信号の光路を延長することに
より、ミラー・チルト角を抑制することも可能である
が、その場合、ビーム径の拡大に伴うミラー部の“けら
れ”等が問題となり、光学的損失が大きくなると共に、
光スイッチ・モジュール全体も大型化してしまう。
【００２０】したがって、小型で低損失な大規模光スイ
ッチを構築する場合、十分なミラーチルト角を確保する
ことが重要な課題となっている。しかしながら、静電ア
クチュエータによりマイクロミラーを駆動する場合、ミ
ラーチルト角はその駆動トルク特性により制約を受け
る。
ッチを構築する場合、十分なミラーチルト角を確保する
ことが重要な課題となっている。しかしながら、静電ア
クチュエータによりマイクロミラーを駆動する場合、ミ
ラーチルト角はその駆動トルク特性により制約を受け
る。
【００２１】図９に、静電アクチュエータの１軸回転ミ
ラーを例にとった簡単な解析モデルを示す。この場合、
静電力によって発生する駆動トルクは、以下の式で表さ
れる。
ラーを例にとった簡単な解析モデルを示す。この場合、
静電力によって発生する駆動トルクは、以下の式で表さ
れる。
【００２２】
【数１】
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】
【００２５】ここで、Ｅ：電界、Ｖ：入力電圧、Ｗ：電
極幅、ａ及びｄ：電極間距離（AirGap）、θ：ミラーチ
ルト角、Ｌ１及びＬ２：電極位置、ε０：真空の誘電率
である。
極幅、ａ及びｄ：電極間距離（AirGap）、θ：ミラーチ
ルト角、Ｌ１及びＬ２：電極位置、ε０：真空の誘電率
である。
【００２６】これらの式を基にして算出した静電駆動ト
ルク（Ｔｅ）のミラーチルト角依存性を図１０に示す。
ここでは、電極幅：Ｗ＝１５０μｍ、電極長さ：Ｌ＝１
５０μｍ（Ｌ１＝８０μｍ、Ｌ２＝２３０μｍ）、電極
間距離（Air Gap）:ｄ＝５０μｍ、入力電圧：Ｖ＝１５
０Ｖ に設定して計算している。
ルク（Ｔｅ）のミラーチルト角依存性を図１０に示す。
ここでは、電極幅：Ｗ＝１５０μｍ、電極長さ：Ｌ＝１
５０μｍ（Ｌ１＝８０μｍ、Ｌ２＝２３０μｍ）、電極
間距離（Air Gap）:ｄ＝５０μｍ、入力電圧：Ｖ＝１５
０Ｖ に設定して計算している。
【００２７】静電トルク曲線に対して原点を通過する接
線は、チルト角に比例するヒンジばね剛性に相当してお
り、その接点におけるチルト角が安定的に位置決め制御
可能な最大チルト角を指している。
線は、チルト角に比例するヒンジばね剛性に相当してお
り、その接点におけるチルト角が安定的に位置決め制御
可能な最大チルト角を指している。
【００２８】したがって、上記設計条件における例で
は、マイクロミラー２０３を支持するヒンジばね剛性を
３２．５×１０−１０Ｎ-ｍ／ｒａｄに設定したとき、
印加電圧１５０Ｖでミラーチルト角は、最大５．２ｄｅ
ｇを得ることができる。ヒンジばね剛性や電極面積及び
配置が同様の場合、ミラーフレーム３０３の最大チルト
角も同程度となり、光学デバイスは±５．２ｄｅｇの範
囲で２軸駆動を行い光信号をステアリングすることにな
る。
は、マイクロミラー２０３を支持するヒンジばね剛性を
３２．５×１０−１０Ｎ-ｍ／ｒａｄに設定したとき、
印加電圧１５０Ｖでミラーチルト角は、最大５．２ｄｅ
ｇを得ることができる。ヒンジばね剛性や電極面積及び
配置が同様の場合、ミラーフレーム３０３の最大チルト
角も同程度となり、光学デバイスは±５．２ｄｅｇの範
囲で２軸駆動を行い光信号をステアリングすることにな
る。
【００２９】前述したように、アナログビーム操舵式の
自由空間型光スイッチの場合、光損失を抑制しながら大
規模化に対応するためには、ミラー操舵範囲を拡大する
必要があり、２軸駆動型の光学デバイスにおいては、マ
イクロミラー２０３及びミラーフレーム３０３の位置決
め制御可能な最大チルト角が広くなるように、静電アク
チュエータ部の設計を行わなければならない。
自由空間型光スイッチの場合、光損失を抑制しながら大
規模化に対応するためには、ミラー操舵範囲を拡大する
必要があり、２軸駆動型の光学デバイスにおいては、マ
イクロミラー２０３及びミラーフレーム３０３の位置決
め制御可能な最大チルト角が広くなるように、静電アク
チュエータ部の設計を行わなければならない。
【００３０】しかしながら、光学デバイスの最大舵角
（チルト角）を大きく設定する場合、マイクロミラーと
基板（すなわち電極部）との接触による静電破壊を避け
るため、電極間距離（Air Gap）を広げる必要があり、
（駆動電圧を固定すると）静電トルク曲線は下降する。
（チルト角）を大きく設定する場合、マイクロミラーと
基板（すなわち電極部）との接触による静電破壊を避け
るため、電極間距離（Air Gap）を広げる必要があり、
（駆動電圧を固定すると）静電トルク曲線は下降する。
【００３１】この場合、大舵角におけるトルクの急激な
立ち上がりが緩和されるため、ヒンジばね剛性を柔らか
く設計すれば、制御可能な最大チルト角を広くとること
もできるが、ヒンジ剛性の低下は、加工プロセスにおけ
る破損を誘発し、取り扱いを困難にすると共に、光学デ
バイスの応答速度を低下させ、スイッチング速度の遅延
を引き起こす。
立ち上がりが緩和されるため、ヒンジばね剛性を柔らか
く設計すれば、制御可能な最大チルト角を広くとること
もできるが、ヒンジ剛性の低下は、加工プロセスにおけ
る破損を誘発し、取り扱いを困難にすると共に、光学デ
バイスの応答速度を低下させ、スイッチング速度の遅延
を引き起こす。
【００３２】この場合、ヒンジばね剛性を確保して駆動
電圧を増加させることで、加工性や応答速度を保証する
ことはできるが、印加電圧の増加は、チルト角変動によ
る駆動トルクの急激な立ち上がりを引き起こすため、制
御可能な最大チルト角が、逆に低下してしまう。また、
高電圧駆動は、回路の信頼性を損う恐れがあり、特に、
大規模スイッチにおいては、電極配線の引き回しが極め
てシビアになるため、狭小化された配線間スペース（Li
ne & Space）において、疑似放電等の障害を引き起こす
確率が高くなる。
電圧を増加させることで、加工性や応答速度を保証する
ことはできるが、印加電圧の増加は、チルト角変動によ
る駆動トルクの急激な立ち上がりを引き起こすため、制
御可能な最大チルト角が、逆に低下してしまう。また、
高電圧駆動は、回路の信頼性を損う恐れがあり、特に、
大規模スイッチにおいては、電極配線の引き回しが極め
てシビアになるため、狭小化された配線間スペース（Li
ne & Space）において、疑似放電等の障害を引き起こす
確率が高くなる。
【００３３】本発明の目的は、アナログビーム操舵式の
自由空間型光スイッチにおいて、低電圧駆動で光信号の
ステアリング角を拡大させて大規模化に対応した、小型
・高速且つ低コストで信頼性の高い新規な光スイッチを
提供することである。
自由空間型光スイッチにおいて、低電圧駆動で光信号の
ステアリング角を拡大させて大規模化に対応した、小型
・高速且つ低コストで信頼性の高い新規な光スイッチを
提供することである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。
【００３５】即ち、本発明に係わる光スイッチの第１態
様は、複数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する
静電アクチュエータとから構成され、前記光学デバイス
は少なくとも１つ以上の方向に回動可能に軸支されてお
り、前記静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保
持する基板と、前記基板上に固定された駆動電極から構
成されており、前記駆動電極の形状が、前記光学デバイ
スの回転中心側から外縁部に向かって、電極幅を縮小し
ていくように形成されていることを特徴とするものであ
り、叉、第２態様は、前記光学デバイスは、マイクロミ
ラーと、前記マイクロミラーの周囲を囲むように配置さ
れるミラーフレームと、前記ミラーフレームの周囲を囲
むように配置される枠体とから構成されており、前記マ
イクロミラーは、第１のヒンジばねにより前記ミラーフ
レームに軸支され、前記ミラーフレームは、第２のヒン
ジばねにより、前記マイクロミラーの回転軸と直交する
方向に回動可能に前記枠体に軸支されていることを特徴
とするものであり、叉、第３態様は、前記駆動電極の形
状が、前記光学デバイスの回転中心に向かって電極幅を
縮小していくように形成されていることを特徴とするも
のであり、叉、第４態様は、前記駆動電極の形状が、前
記光学デバイスの回転中心に向かって電極幅を縮小し、
且つ前記光学デバイスの外縁に向かって電極幅を縮小す
るように形成した菱形形状であることを特徴とするもの
であり、叉、第５態様は、前記駆動電極の形状が、前記
光学デバイスの回転中心に向かって電極幅を縮小し、且
つ前記光学デバイスの外縁に向かって電極幅を縮小する
楕円形状であることを特徴とするものであり、叉、第６
態様は、前記光学デバイス及び前記静電アクチュエータ
が、入出力ポートの数に応じてアレイ状に配列されてい
ることを特徴とするものである。
様は、複数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する
静電アクチュエータとから構成され、前記光学デバイス
は少なくとも１つ以上の方向に回動可能に軸支されてお
り、前記静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保
持する基板と、前記基板上に固定された駆動電極から構
成されており、前記駆動電極の形状が、前記光学デバイ
スの回転中心側から外縁部に向かって、電極幅を縮小し
ていくように形成されていることを特徴とするものであ
り、叉、第２態様は、前記光学デバイスは、マイクロミ
ラーと、前記マイクロミラーの周囲を囲むように配置さ
れるミラーフレームと、前記ミラーフレームの周囲を囲
むように配置される枠体とから構成されており、前記マ
イクロミラーは、第１のヒンジばねにより前記ミラーフ
レームに軸支され、前記ミラーフレームは、第２のヒン
ジばねにより、前記マイクロミラーの回転軸と直交する
方向に回動可能に前記枠体に軸支されていることを特徴
とするものであり、叉、第３態様は、前記駆動電極の形
状が、前記光学デバイスの回転中心に向かって電極幅を
縮小していくように形成されていることを特徴とするも
のであり、叉、第４態様は、前記駆動電極の形状が、前
記光学デバイスの回転中心に向かって電極幅を縮小し、
且つ前記光学デバイスの外縁に向かって電極幅を縮小す
るように形成した菱形形状であることを特徴とするもの
であり、叉、第５態様は、前記駆動電極の形状が、前記
光学デバイスの回転中心に向かって電極幅を縮小し、且
つ前記光学デバイスの外縁に向かって電極幅を縮小する
楕円形状であることを特徴とするものであり、叉、第６
態様は、前記光学デバイス及び前記静電アクチュエータ
が、入出力ポートの数に応じてアレイ状に配列されてい
ることを特徴とするものである。
【００３６】本発明は、上記したように、マイクロミラ
ーに対向した基板に配置する各電極部形状を、ミラー中
心に向かって電極幅を縮小するように設定するととも
に、ミラー外縁部に向かっても同様にその電極幅を縮小
するように構成したことを特徴としている。
ーに対向した基板に配置する各電極部形状を、ミラー中
心に向かって電極幅を縮小するように設定するととも
に、ミラー外縁部に向かっても同様にその電極幅を縮小
するように構成したことを特徴としている。
【００３７】これにより、２軸駆動型の光学デバイスに
おいて、マイクロミラーを回動させる１対の電極と、ミ
ラーフレームを回動させる１対の電極とを、それぞれ、
干渉を抑えて可動ミラーの回転中心近傍に配置でき、微
小舵角領域における静電駆動トルクを大きく設定でき、
しかも、可動ミラー外縁部に向かって電極幅を絞り込む
構造を採用することで、大舵角領域で電極間距離（Air
Gap）が接近する部位での静電発生力を抑制することが
できるため、チルト角変動による駆動トルクの急激な立
ち上がりを抑える効果を得ている。
おいて、マイクロミラーを回動させる１対の電極と、ミ
ラーフレームを回動させる１対の電極とを、それぞれ、
干渉を抑えて可動ミラーの回転中心近傍に配置でき、微
小舵角領域における静電駆動トルクを大きく設定でき、
しかも、可動ミラー外縁部に向かって電極幅を絞り込む
構造を採用することで、大舵角領域で電極間距離（Air
Gap）が接近する部位での静電発生力を抑制することが
できるため、チルト角変動による駆動トルクの急激な立
ち上がりを抑える効果を得ている。
【００３８】したがって、軸支持部のヒンジばね剛性を
改善しつつ、低電圧駆動で位置決め制御可能なステアリ
ング角を拡大することができるため、大規模スイッチに
対応した小型・低コストで信頼性の高い高速な光スイッ
チを提供することができる。
改善しつつ、低電圧駆動で位置決め制御可能なステアリ
ング角を拡大することができるため、大規模スイッチに
対応した小型・低コストで信頼性の高い高速な光スイッ
チを提供することができる。
【００３９】又、本発明に係わる光スイッチの第７態様
は、複数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する
静電アクチュエータとから構成され、前記光学デバイス
は、マイクロミラーと、前記マイクロミラーの周囲を囲
むように配置されるミラーフレームと、前記ミラーフレ
ームの周囲を囲むように配置される枠体とから構成され
ており、前記マイクロミラーは、第１のヒンジばねによ
り前記ミラーフレームに軸支され、前記ミラーフレーム
は、第２のヒンジばねにより、前記マイクロミラーの回
転軸と直交する方向に、前記枠体に回動可能に軸支され
ており、前記静電アクチュエータは、前記光学デバイス
を保持する基板と、前記基板上に固定された駆動電極と
で構成されており、前記駆動電極は、前記マイクロミラ
ーを回動させるための第１の電極対と、前記ミラーフレ
ームを回動させるための第２の電極対とで構成されてお
り、前記第１の電極対は、概略１８０度の中心角からな
る１対の円弧状の電極を互いに対向させると共に、前記
マイクロミラーの回転軸を挟むように配置され、前記第
２の電極対は、概略１８０度の中心角からなる１対の円
弧状の電極を互いに対向するように配設すると共に、前
記第１の電極対を前記第２の電極対間に配置し、且つ、
前記第２の電極対は、前記第１の電極対に対して９０度
回転させた位置に配置したことを特徴とするものであ
り、叉、第８態様は、前記第１の電極対のそれぞれの配
線が、前記第２の電極対の対向する間に設けられた間隙
間を通すように構成したことを特徴とするものであり、
叉、第９態様は、前記光学デバイスの前記ミラーフレー
ムを軸支する前記第２のヒンジばねのチルト剛性を、前
記マイクロミラーを軸支する前記第１のヒンジばねのチ
ルト剛性よりも硬くなるように設定することを特徴とす
るものであり、叉、第１０態様は、前記光学デバイスの
前記マイクロミラーを軸支する前記第１のヒンジばねの
チルト剛性と、前記ミラーフレームを軸支する前記第２
のヒンジばねのチルト剛性との剛性比を、駆動電圧を等
しくしたときに、前記第１の電極対が発生する静電駆動
トルクと、前記第２の電極対が発生する静電駆動トルク
との比に等しくなるように設定することを特徴とするも
のであり、叉、第１１態様は、前記光学デバイス及び前
記静電アクチュエータが、入出力ポートの数に応じてア
レイ状に配列されていることを特徴とするものである。
は、複数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する
静電アクチュエータとから構成され、前記光学デバイス
は、マイクロミラーと、前記マイクロミラーの周囲を囲
むように配置されるミラーフレームと、前記ミラーフレ
ームの周囲を囲むように配置される枠体とから構成され
ており、前記マイクロミラーは、第１のヒンジばねによ
り前記ミラーフレームに軸支され、前記ミラーフレーム
は、第２のヒンジばねにより、前記マイクロミラーの回
転軸と直交する方向に、前記枠体に回動可能に軸支され
ており、前記静電アクチュエータは、前記光学デバイス
を保持する基板と、前記基板上に固定された駆動電極と
で構成されており、前記駆動電極は、前記マイクロミラ
ーを回動させるための第１の電極対と、前記ミラーフレ
ームを回動させるための第２の電極対とで構成されてお
り、前記第１の電極対は、概略１８０度の中心角からな
る１対の円弧状の電極を互いに対向させると共に、前記
マイクロミラーの回転軸を挟むように配置され、前記第
２の電極対は、概略１８０度の中心角からなる１対の円
弧状の電極を互いに対向するように配設すると共に、前
記第１の電極対を前記第２の電極対間に配置し、且つ、
前記第２の電極対は、前記第１の電極対に対して９０度
回転させた位置に配置したことを特徴とするものであ
り、叉、第８態様は、前記第１の電極対のそれぞれの配
線が、前記第２の電極対の対向する間に設けられた間隙
間を通すように構成したことを特徴とするものであり、
叉、第９態様は、前記光学デバイスの前記ミラーフレー
ムを軸支する前記第２のヒンジばねのチルト剛性を、前
記マイクロミラーを軸支する前記第１のヒンジばねのチ
ルト剛性よりも硬くなるように設定することを特徴とす
るものであり、叉、第１０態様は、前記光学デバイスの
前記マイクロミラーを軸支する前記第１のヒンジばねの
チルト剛性と、前記ミラーフレームを軸支する前記第２
のヒンジばねのチルト剛性との剛性比を、駆動電圧を等
しくしたときに、前記第１の電極対が発生する静電駆動
トルクと、前記第２の電極対が発生する静電駆動トルク
との比に等しくなるように設定することを特徴とするも
のであり、叉、第１１態様は、前記光学デバイス及び前
記静電アクチュエータが、入出力ポートの数に応じてア
レイ状に配列されていることを特徴とするものである。
【００４０】上記したように構成することで、２軸駆動
型の光学デバイスにおいて、マイクロミラーを回動させ
る１対の電極と、ミラーフレームを回動させる１対の電
極とを、マイクロミラーに対向する基板上の実効的な電
界領域内に電極面積を極力大きく確保して、効率的な配
置を可能にすると共に、可動ミラー外縁部に向かって実
質的な電極幅を絞り込む円弧形の電極形状により、上述
した第１乃至第５の態様の光スイッチと同様に、微小舵
角領域において静電駆動トルクを大きく設定でき、大舵
角領域で電極間距離（Air Gap）が接近する部位での静
電発生力を抑制することができるため、静電駆動トルク
の急激な立ち上がりを抑える効果を得ている。
型の光学デバイスにおいて、マイクロミラーを回動させ
る１対の電極と、ミラーフレームを回動させる１対の電
極とを、マイクロミラーに対向する基板上の実効的な電
界領域内に電極面積を極力大きく確保して、効率的な配
置を可能にすると共に、可動ミラー外縁部に向かって実
質的な電極幅を絞り込む円弧形の電極形状により、上述
した第１乃至第５の態様の光スイッチと同様に、微小舵
角領域において静電駆動トルクを大きく設定でき、大舵
角領域で電極間距離（Air Gap）が接近する部位での静
電発生力を抑制することができるため、静電駆動トルク
の急激な立ち上がりを抑える効果を得ている。
【００４１】また、この場合、マイクロミラーの駆動用
電極に対して、その外周に配置するミラーフレーム駆動
用電極の面積が大きくなることを受けて、ステアリング
制御の整合性をとるために、ミラーフレーム側を軸支持
するヒンジばねのチルト剛性を、マイクロミラー側を軸
支持するヒンジばねのチルト剛性よりも硬くなるように
設定しており、これにより可動ミラーの２軸が連成した
運動を回避する効果も得られるため、ミラー制御性を改
善することも可能になる。
電極に対して、その外周に配置するミラーフレーム駆動
用電極の面積が大きくなることを受けて、ステアリング
制御の整合性をとるために、ミラーフレーム側を軸支持
するヒンジばねのチルト剛性を、マイクロミラー側を軸
支持するヒンジばねのチルト剛性よりも硬くなるように
設定しており、これにより可動ミラーの２軸が連成した
運動を回避する効果も得られるため、ミラー制御性を改
善することも可能になる。
【００４２】したがって、上述した第１乃至第５の態様
の光スイッチと同様に、軸支持部のヒンジばね剛性を改
善しつつ、低電圧駆動で制御可能なステアリング角を拡
大することができるため、大規模スイッチに対応した高
精度な光スイッチを提供することができる。
の光スイッチと同様に、軸支持部のヒンジばね剛性を改
善しつつ、低電圧駆動で制御可能なステアリング角を拡
大することができるため、大規模スイッチに対応した高
精度な光スイッチを提供することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態は、複
数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおいて、前記
光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電アク
チュエータとから構成され、前記光学デバイスは少なく
とも１つ以上の方向に回動可能に軸支されており、前記
静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保持する基
板と、前記基板上に固定された駆動電極から構成されて
おり、前記駆動電極の形状が、前記光学デバイスの回転
中心側から外縁部に向かって、電極幅を縮小していくよ
うに形成されていることを特徴とするものである。
数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおいて、前記
光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電アク
チュエータとから構成され、前記光学デバイスは少なく
とも１つ以上の方向に回動可能に軸支されており、前記
静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保持する基
板と、前記基板上に固定された駆動電極から構成されて
おり、前記駆動電極の形状が、前記光学デバイスの回転
中心側から外縁部に向かって、電極幅を縮小していくよ
うに形成されていることを特徴とするものである。
【００４４】又、本発明の第２の実施の形態は、複数の
光信号の接続切替を行う光スイッチにおいて、前記光ス
イッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電アクチュ
エータとから構成され、前記光学デバイスは、マイクロ
ミラーと、前記マイクロミラーの周囲を囲むように配置
されるミラーフレームと、前記ミラーフレームの周囲を
囲むように配置される枠体とから構成されており、前記
マイクロミラーは、第１のヒンジばねにより前記ミラー
フレームに軸支され、前記ミラーフレームは、第２のヒ
ンジばねにより、前記マイクロミラーの回転軸と直交す
る方向に、前記枠体に回動可能に軸支されており、前記
静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保持する基
板と、前記基板上に固定された駆動電極とで構成されて
おり、前記駆動電極は、前記マイクロミラーを回動させ
るための第１の電極対と、前記ミラーフレームを回動さ
せるための第２の電極対とで構成されており、前記第１
の電極対は、概略１８０度の中心角からなる１対の円弧
状の電極を互いに対向させると共に、前記マイクロミラ
ーの回転軸を挟むように配置され、前記第２の電極対
は、概略１８０度の中心角からなる１対の円弧状の電極
を互いに対向するように配設すると共に、前記第１の電
極対を前記第２の電極対間に配置し、且つ、前記第２の
電極対は、前記第１の電極対に対して９０度回転させた
位置に配置したことを特徴とするものである。
光信号の接続切替を行う光スイッチにおいて、前記光ス
イッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電アクチュ
エータとから構成され、前記光学デバイスは、マイクロ
ミラーと、前記マイクロミラーの周囲を囲むように配置
されるミラーフレームと、前記ミラーフレームの周囲を
囲むように配置される枠体とから構成されており、前記
マイクロミラーは、第１のヒンジばねにより前記ミラー
フレームに軸支され、前記ミラーフレームは、第２のヒ
ンジばねにより、前記マイクロミラーの回転軸と直交す
る方向に、前記枠体に回動可能に軸支されており、前記
静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保持する基
板と、前記基板上に固定された駆動電極とで構成されて
おり、前記駆動電極は、前記マイクロミラーを回動させ
るための第１の電極対と、前記ミラーフレームを回動さ
せるための第２の電極対とで構成されており、前記第１
の電極対は、概略１８０度の中心角からなる１対の円弧
状の電極を互いに対向させると共に、前記マイクロミラ
ーの回転軸を挟むように配置され、前記第２の電極対
は、概略１８０度の中心角からなる１対の円弧状の電極
を互いに対向するように配設すると共に、前記第１の電
極対を前記第２の電極対間に配置し、且つ、前記第２の
電極対は、前記第１の電極対に対して９０度回転させた
位置に配置したことを特徴とするものである。
【００４５】
【実施例】次に、本発明の光スイッチの実施例につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。 （第１の実施例）図１は、本発明の第１の実施例を示す
光スイッチの構成を示す平面図及び側面図、図２は、本
発明の第１の実施例における電極形状の実施例を示す平
面図、図３は、本発明の第１の実施例における光スイッ
チの駆動トルク特性を示すグラフであり、これらの図に
は、複数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する
静電アクチュエータとから構成され、前記光学デバイス
は少なくとも１つ以上の方向に回動可能に軸支されてお
り、前記静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保
持する基板１１０１と、前記基板１１０１上に固定され
た駆動電極９０１、１００１から構成されており、前記
駆動電極９０１、１００１の形状が、前記光学デバイス
の回転中心側から外縁部に向かって、電極幅Ｗを縮小し
ていくように形成されていることを特徴とする光スイッ
チが示され、又、前記光学デバイスは、マイクロミラー
２０１と、前記マイクロミラー２０１の周囲を囲む形で
配置されるミラーフレーム３０１と、前記ミラーフレー
ム３０１の周囲を囲む形で配置される枠体７０１とから
構成されており、前記マイクロミラー２０１は、第１の
ヒンジばね５０１により前記ミラーフレーム３０１に軸
支され、前記ミラーフレーム３０１は、第２のヒンジば
ね６０１により、前記マイクロミラーの回転軸Ａ１と直
交する方向Ａ２に回動可能に前記枠体７０１に軸支され
ていることを特徴とする光スイッチが示され、又、前記
駆動電極９０１、１００１の形状が、前記光学デバイス
の回転中心Ｏに向かって電極幅Ｗを縮小していくように
形成されていることを特徴とする光スイッチが示されて
いる。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。 （第１の実施例）図１は、本発明の第１の実施例を示す
光スイッチの構成を示す平面図及び側面図、図２は、本
発明の第１の実施例における電極形状の実施例を示す平
面図、図３は、本発明の第１の実施例における光スイッ
チの駆動トルク特性を示すグラフであり、これらの図に
は、複数の光信号の接続切替を行う光スイッチにおい
て、前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する
静電アクチュエータとから構成され、前記光学デバイス
は少なくとも１つ以上の方向に回動可能に軸支されてお
り、前記静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保
持する基板１１０１と、前記基板１１０１上に固定され
た駆動電極９０１、１００１から構成されており、前記
駆動電極９０１、１００１の形状が、前記光学デバイス
の回転中心側から外縁部に向かって、電極幅Ｗを縮小し
ていくように形成されていることを特徴とする光スイッ
チが示され、又、前記光学デバイスは、マイクロミラー
２０１と、前記マイクロミラー２０１の周囲を囲む形で
配置されるミラーフレーム３０１と、前記ミラーフレー
ム３０１の周囲を囲む形で配置される枠体７０１とから
構成されており、前記マイクロミラー２０１は、第１の
ヒンジばね５０１により前記ミラーフレーム３０１に軸
支され、前記ミラーフレーム３０１は、第２のヒンジば
ね６０１により、前記マイクロミラーの回転軸Ａ１と直
交する方向Ａ２に回動可能に前記枠体７０１に軸支され
ていることを特徴とする光スイッチが示され、又、前記
駆動電極９０１、１００１の形状が、前記光学デバイス
の回転中心Ｏに向かって電極幅Ｗを縮小していくように
形成されていることを特徴とする光スイッチが示されて
いる。
【００４６】次に、本発明の第１の実施例について、詳
細に説明する。
細に説明する。
【００４７】図１において、本発明の光スイッチ１０１
は、光学デバイスと静電アクチュエータから構成されて
おり、このうち前記光学デバイスは、マイクロミラー２
０１とミラーフレーム３０１と枠体７０１とから構成さ
れている。また、前記マイクロミラー２０１は、１対の
ヒンジばね（以下、第１のヒンジばね５０１と呼ぶ）に
より前記ミラーフレーム７０１に対して軸支されてお
り、図１に示す回転軸Ａ１周り（ＲＹ方向）に回動でき
るよう保持されている。一方、前記ミラーフレーム３０
１は、別に用意された１対のヒンジばね（以下、第２の
ヒンジばね６０１と呼ぶ）により、前記マイクロミラー
２０１の回転軸Ａ１と直交する回転軸Ａ２周り（ＲＸ方
向）に回動できるように、前記枠体７０１に対して軸支
されている。
は、光学デバイスと静電アクチュエータから構成されて
おり、このうち前記光学デバイスは、マイクロミラー２
０１とミラーフレーム３０１と枠体７０１とから構成さ
れている。また、前記マイクロミラー２０１は、１対の
ヒンジばね（以下、第１のヒンジばね５０１と呼ぶ）に
より前記ミラーフレーム７０１に対して軸支されてお
り、図１に示す回転軸Ａ１周り（ＲＹ方向）に回動でき
るよう保持されている。一方、前記ミラーフレーム３０
１は、別に用意された１対のヒンジばね（以下、第２の
ヒンジばね６０１と呼ぶ）により、前記マイクロミラー
２０１の回転軸Ａ１と直交する回転軸Ａ２周り（ＲＸ方
向）に回動できるように、前記枠体７０１に対して軸支
されている。
【００４８】他方、前記静電アクチュエータは、前記光
学デバイスを搭載する基板１１０１と、前記基板上に固
定された駆動電極と、前記光学デバイスとから構成され
ており、このうち前記駆動電極は、前記マイクロミラー
２０１を駆動させる２枚の電極（以下、第１の電極対９
０１と呼ぶ）と、同じく前記ミラーフレームを駆動させ
る２枚の電極（以下、第２の電極対１００１と呼ぶ）と
を組み合わせて構成されている。これら２組の駆動電極
は、基板上の、前記マイクロミラー投影位置に配置され
ており、各電極対は、２枚の電極がそれぞれの駆動軸を
間に挟む形で設置され、しかも、各電極対は、互いに直
交して固定されている。また、前記駆動電極と前記光学
デバイスとの間には、所定の電極間距離（Air Gap）２
２が設定されており、前記第１及び第２の電極対の片側
に駆動電圧を印加することで、接地された光学デバイス
と駆動電極との間で静電力を発生させ、マイクロミラー
２０１及びミラーフレーム３０１を各軸周りに回動させ
て、入射した光信号を任意の方向へ反射させている。
学デバイスを搭載する基板１１０１と、前記基板上に固
定された駆動電極と、前記光学デバイスとから構成され
ており、このうち前記駆動電極は、前記マイクロミラー
２０１を駆動させる２枚の電極（以下、第１の電極対９
０１と呼ぶ）と、同じく前記ミラーフレームを駆動させ
る２枚の電極（以下、第２の電極対１００１と呼ぶ）と
を組み合わせて構成されている。これら２組の駆動電極
は、基板上の、前記マイクロミラー投影位置に配置され
ており、各電極対は、２枚の電極がそれぞれの駆動軸を
間に挟む形で設置され、しかも、各電極対は、互いに直
交して固定されている。また、前記駆動電極と前記光学
デバイスとの間には、所定の電極間距離（Air Gap）２
２が設定されており、前記第１及び第２の電極対の片側
に駆動電圧を印加することで、接地された光学デバイス
と駆動電極との間で静電力を発生させ、マイクロミラー
２０１及びミラーフレーム３０１を各軸周りに回動させ
て、入射した光信号を任意の方向へ反射させている。
【００４９】このとき、本実施例では、各駆動電極の形
状を、図１（ａ）に示すように、マイクロミラー２０１
の中心Ｏに向かって電極幅Ｗを縮小し、同時にマイクロ
ミラー２０１の外縁部に向かっても同様に電極幅Ｗを縮
小していくような菱形形状に設定している。
状を、図１（ａ）に示すように、マイクロミラー２０１
の中心Ｏに向かって電極幅Ｗを縮小し、同時にマイクロ
ミラー２０１の外縁部に向かっても同様に電極幅Ｗを縮
小していくような菱形形状に設定している。
【００５０】これにより、マイクロミラー２０１を駆動
させる第１の電極対９０１と、ミラーフレーム３０１を
駆動させる第２の電極対１００１とを、幾何学的に干渉
することなく可動ミラー（マイクロミラー２０１）の回
転軸近傍まで接近して配置できるようになるため、電極
面積を大きく設定しても、ミラーチルト角増加に対する
静電駆動トルクの急激な立ち上がりを抑制することがで
き、更に、微小舵角領域（駆動初期）における静電駆動
トルク（イニシャルトルク）を大きく設計できるように
なる。
させる第１の電極対９０１と、ミラーフレーム３０１を
駆動させる第２の電極対１００１とを、幾何学的に干渉
することなく可動ミラー（マイクロミラー２０１）の回
転軸近傍まで接近して配置できるようになるため、電極
面積を大きく設定しても、ミラーチルト角増加に対する
静電駆動トルクの急激な立ち上がりを抑制することがで
き、更に、微小舵角領域（駆動初期）における静電駆動
トルク（イニシャルトルク）を大きく設計できるように
なる。
【００５１】加えて、マイクロミラー２０１の外縁部に
向かっても電極幅Ｗを絞り込むように設定しているた
め、大舵角領域でミラーのエッジ部が駆動電極に接近
し、電極間距離（Air Gap）２２が小さくなるような場
合でも、その部位における電極幅Ｗを漸近的に小さくし
ているため、結果的に静電発生力の増加が抑制され、駆
動トルクの急激な立ち上がりを抑える効果が得られるよ
うになる。
向かっても電極幅Ｗを絞り込むように設定しているた
め、大舵角領域でミラーのエッジ部が駆動電極に接近
し、電極間距離（Air Gap）２２が小さくなるような場
合でも、その部位における電極幅Ｗを漸近的に小さくし
ているため、結果的に静電発生力の増加が抑制され、駆
動トルクの急激な立ち上がりを抑える効果が得られるよ
うになる。
【００５２】図３（ｃ）に、本発明の菱形電極を用いた
場合の静電駆動トルク特性の計算結果を示す。
場合の静電駆動トルク特性の計算結果を示す。
【００５３】設計条件は、図１０において示したモデル
と共通である。
と共通である。
【００５４】従来の正方電極（あるいは長方電極）を用
いた場合に比べて、可動ミラーのイニシャルトルク（微
小チルト角領域での静電駆動トルク）が上昇し、且つチ
ルト角増加に対する静電駆動トルクの上昇が抑制されて
いるのがわかる。
いた場合に比べて、可動ミラーのイニシャルトルク（微
小チルト角領域での静電駆動トルク）が上昇し、且つチ
ルト角増加に対する静電駆動トルクの上昇が抑制されて
いるのがわかる。
【００５５】このことは、安定的に位置決め制御ができ
るステアリング角（原点からの接線と駆動トルク曲線と
の接点におけるチルト角）を広げることができる（５．
２ｄｅｇ→６．２ｄｅｇ）と共に、ヒンジばね剛性（チ
ルト剛性）を硬く設計することもできる（Ｋ１＝３２．
５×１０−１０Ｎ−ｍ／ｒａｄ→Ｋ２＝３６．８×１０
−１０Ｎ−ｍ／ｒａｄ)ことを意味している。したがっ
て、可動ミラーの応答速度を低下させることなくミラー
・ステアリング角を拡大した光スイッチを提供すること
ができるため、大規模化に対応した小型・低コストで信
頼性の高い高速光スイッチを提供することができるよう
になる。
るステアリング角（原点からの接線と駆動トルク曲線と
の接点におけるチルト角）を広げることができる（５．
２ｄｅｇ→６．２ｄｅｇ）と共に、ヒンジばね剛性（チ
ルト剛性）を硬く設計することもできる（Ｋ１＝３２．
５×１０−１０Ｎ−ｍ／ｒａｄ→Ｋ２＝３６．８×１０
−１０Ｎ−ｍ／ｒａｄ)ことを意味している。したがっ
て、可動ミラーの応答速度を低下させることなくミラー
・ステアリング角を拡大した光スイッチを提供すること
ができるため、大規模化に対応した小型・低コストで信
頼性の高い高速光スイッチを提供することができるよう
になる。
【００５６】図２に、本発明の光スイッチにおける電極
形状の他の実施例を示す。
形状の他の実施例を示す。
【００５７】図２（ａ）は、等辺の菱形電極であり、図
２（ｂ）は、図２（ａ）に示した菱形電極の最大電極幅
位置をマイクロミラーの外縁側へシフトさせたもの（ａ
１＜ａ２）であり、光学デバイスの設計パラメータの制
約や駆動電圧の回路側からの要求にあわせて電極形状の
最適化を図ったものである。
２（ｂ）は、図２（ａ）に示した菱形電極の最大電極幅
位置をマイクロミラーの外縁側へシフトさせたもの（ａ
１＜ａ２）であり、光学デバイスの設計パラメータの制
約や駆動電圧の回路側からの要求にあわせて電極形状の
最適化を図ったものである。
【００５８】図２（ｃ）は、電極形状を楕円形に設定し
たものであり、長径を駆動軸に一致させるように、それ
ぞれの電極対を配置している。この場合も、ミラー中心
部に向かって電極幅を絞り、同時にミラー外縁部に向か
っても電極幅を絞り込む形状となっているため、駆動特
性に対する効果は、上記菱形電極と同様に得ることが可
能である。なお、長径と短径の寸法は、光学デバイスや
静電アクチュエータの設計パラメータに応じて最適化が
図られるから、場合によっては、円形に設定してもよ
い。
たものであり、長径を駆動軸に一致させるように、それ
ぞれの電極対を配置している。この場合も、ミラー中心
部に向かって電極幅を絞り、同時にミラー外縁部に向か
っても電極幅を絞り込む形状となっているため、駆動特
性に対する効果は、上記菱形電極と同様に得ることが可
能である。なお、長径と短径の寸法は、光学デバイスや
静電アクチュエータの設計パラメータに応じて最適化が
図られるから、場合によっては、円形に設定してもよ
い。
【００５９】本実施例における光スイッチは、ＭＥＭＳ
技術等を応用して加工することができ、例えば、シリコ
ンウェハー上に多数の光スイッチをマトリクス状に配列
してモジュール化し（図６（ｂ）の従来例参照）、入出
力ファイバアレイやコリメート用のレンズアレイと組み
合わせて、大規模光スイッチ・モジュールを構成する
（図６（ａ）の従来例参照）。
技術等を応用して加工することができ、例えば、シリコ
ンウェハー上に多数の光スイッチをマトリクス状に配列
してモジュール化し（図６（ｂ）の従来例参照）、入出
力ファイバアレイやコリメート用のレンズアレイと組み
合わせて、大規模光スイッチ・モジュールを構成する
（図６（ａ）の従来例参照）。
【００６０】なお、本発明の実施例では、駆動電極を基
板側に固定し、光学デバイスを接地して静電型のアクチ
ュエータを構築しているが、駆動電極を光学デバイス側
に配置し、基板側を接地する構造を採用してもよい。ま
た、本実施例では、ヒンジばね部の構造を従来例で示し
たような葛折り形状に設定しているが、所定の剛性が得
られるものであれば何でもよく、特に規定するものでは
ない。 （第２の実施例）次に、図４を用いて本発明の第２の実
施例を詳細に説明する。図４（ａ）は、本発明の第２の
実施例を示す光スイッチの構成を示す平面図、図４
（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の第２の実施例における電
極形状を示す平面図であり、これらの図には、複数の光
信号の接続切替を行う光スイッチにおいて、前記光スイ
ッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電アクチュエ
ータとから構成され、前記光学デバイスは、マイクロミ
ラー２０２と、前記マイクロミラー２０２の周囲を囲む
ように配置されるミラーフレーム３０２と、前記ミラー
フレーム３０２の周囲を囲むように配置される枠体７０
２から構成されており、前記マイクロミラー２０２は、
第１のヒンジばね５０２により前記ミラーフレーム３０
２に軸支され、前記ミラーフレーム３０２は、第２のヒ
ンジばね６０２により、前記マイクロミラー２０２の回
転軸Ａ１と直交する方向Ａ２に前記枠体７０２に回動可
能に軸支されており、前記静電アクチュエータは、前記
光学デバイスを保持する基板と、前記基板上に固定され
た駆動電極９０２、１００２とで構成されており、前記
駆動電極は、前記マイクロミラー２０２を回動させるた
めの第１の電極対９０２と、前記ミラーフレーム３０２
を回動させるための第２の電極対１００２とで構成され
ており、前記第１の電極対は、概略１８０度の中心角か
らなる１対の円弧状の電極９０２を互いに対向させると
共に、前記マイクロミラー２０２の回転軸Ａ１を挟むよ
うに配置され、前記第２の電極対は、概略１８０度の中
心角からなる１対の円弧状の電極１００２を互いに対向
するように配設すると共に、前記第１の電極対９０２を
前記第２の電極対１００２間に配置し、且つ、前記第２
の電極対１００２は、前記第１の電極対９０２に対して
９０度回転させる位置に配置したことを特徴とする光ス
イッチが示され、更に、前記第１の電極対９０２のそれ
ぞれの配線２３０１が、前記第２の電極対１００２の対
向する間に設けられた間隙Ｇ間を通すように構成したこ
とを特徴とする光スイッチが示されている。
板側に固定し、光学デバイスを接地して静電型のアクチ
ュエータを構築しているが、駆動電極を光学デバイス側
に配置し、基板側を接地する構造を採用してもよい。ま
た、本実施例では、ヒンジばね部の構造を従来例で示し
たような葛折り形状に設定しているが、所定の剛性が得
られるものであれば何でもよく、特に規定するものでは
ない。 （第２の実施例）次に、図４を用いて本発明の第２の実
施例を詳細に説明する。図４（ａ）は、本発明の第２の
実施例を示す光スイッチの構成を示す平面図、図４
（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の第２の実施例における電
極形状を示す平面図であり、これらの図には、複数の光
信号の接続切替を行う光スイッチにおいて、前記光スイ
ッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電アクチュエ
ータとから構成され、前記光学デバイスは、マイクロミ
ラー２０２と、前記マイクロミラー２０２の周囲を囲む
ように配置されるミラーフレーム３０２と、前記ミラー
フレーム３０２の周囲を囲むように配置される枠体７０
２から構成されており、前記マイクロミラー２０２は、
第１のヒンジばね５０２により前記ミラーフレーム３０
２に軸支され、前記ミラーフレーム３０２は、第２のヒ
ンジばね６０２により、前記マイクロミラー２０２の回
転軸Ａ１と直交する方向Ａ２に前記枠体７０２に回動可
能に軸支されており、前記静電アクチュエータは、前記
光学デバイスを保持する基板と、前記基板上に固定され
た駆動電極９０２、１００２とで構成されており、前記
駆動電極は、前記マイクロミラー２０２を回動させるた
めの第１の電極対９０２と、前記ミラーフレーム３０２
を回動させるための第２の電極対１００２とで構成され
ており、前記第１の電極対は、概略１８０度の中心角か
らなる１対の円弧状の電極９０２を互いに対向させると
共に、前記マイクロミラー２０２の回転軸Ａ１を挟むよ
うに配置され、前記第２の電極対は、概略１８０度の中
心角からなる１対の円弧状の電極１００２を互いに対向
するように配設すると共に、前記第１の電極対９０２を
前記第２の電極対１００２間に配置し、且つ、前記第２
の電極対１００２は、前記第１の電極対９０２に対して
９０度回転させる位置に配置したことを特徴とする光ス
イッチが示され、更に、前記第１の電極対９０２のそれ
ぞれの配線２３０１が、前記第２の電極対１００２の対
向する間に設けられた間隙Ｇ間を通すように構成したこ
とを特徴とする光スイッチが示されている。
【００６１】次に、第２の実施例について、詳細に説明
する。
する。
【００６２】図４において、本発明の光スイッチ１０２
は、光学デバイスと静電アクチュエータから構成されて
おり、このうち前記光学デバイスの構成は、上述した第
１の実施例と同様である。
は、光学デバイスと静電アクチュエータから構成されて
おり、このうち前記光学デバイスの構成は、上述した第
１の実施例と同様である。
【００６３】一方、前記静電アクチュエータは、前記光
学デバイスを搭載する基板（図示せず）と、前記基板上
に固定された駆動電極８０４と、前記光学デバイスとか
ら構成されており、このうち前記駆動電極８０４は、上
述した第１の実施例と同様に、前記マイクロミラー２０
２を駆動させる２枚の電極（以下、第１の電極対９０２
と呼ぶ）と、同じく前記ミラーフレーム３０２を駆動さ
せる２枚の電極（以下、第２の電極対１００２と呼ぶ）
とを組み合わせて構成されており、前記駆動電極８０４
と前記光学デバイスとの間には、所定の電極間距離（Ai
r Gap）が設定されて、前記第１及び第２の電極の、各
々の片側に電圧を印加することで静電力を発生させて可
動ミラーを操舵し、光信号のステアリングを行ってい
る。
学デバイスを搭載する基板（図示せず）と、前記基板上
に固定された駆動電極８０４と、前記光学デバイスとか
ら構成されており、このうち前記駆動電極８０４は、上
述した第１の実施例と同様に、前記マイクロミラー２０
２を駆動させる２枚の電極（以下、第１の電極対９０２
と呼ぶ）と、同じく前記ミラーフレーム３０２を駆動さ
せる２枚の電極（以下、第２の電極対１００２と呼ぶ）
とを組み合わせて構成されており、前記駆動電極８０４
と前記光学デバイスとの間には、所定の電極間距離（Ai
r Gap）が設定されて、前記第１及び第２の電極の、各
々の片側に電圧を印加することで静電力を発生させて可
動ミラーを操舵し、光信号のステアリングを行ってい
る。
【００６４】このとき、前記第１の電極対９０２及び第
２の電極対１００２は、概略１８０度の中心角を持つ２
枚の円弧状の電極を対向させて構成しており、このとき
前記マイクロミラー２０２を駆動させる前記第１の電極
対９０２は、その回転軸を間に挟んでミラー中心側に配
置されており、一方、前記ミラーフレーム３０２を駆動
させる前記第２の電極対１００２は、前記第１の電極対
９０２を内包するように、前記第２の電極対１００２間
に第１の電極対９０２を挟み、且つ前記ミラーフレーム
３０２の回転軸を２枚の電極で挟むように配置されてい
る。
２の電極対１００２は、概略１８０度の中心角を持つ２
枚の円弧状の電極を対向させて構成しており、このとき
前記マイクロミラー２０２を駆動させる前記第１の電極
対９０２は、その回転軸を間に挟んでミラー中心側に配
置されており、一方、前記ミラーフレーム３０２を駆動
させる前記第２の電極対１００２は、前記第１の電極対
９０２を内包するように、前記第２の電極対１００２間
に第１の電極対９０２を挟み、且つ前記ミラーフレーム
３０２の回転軸を２枚の電極で挟むように配置されてい
る。
【００６５】なお、この場合、前記第１の電極対９０２
の、２枚の円弧状の電極配線２３０１は、前記第２の電
極対１００２の、２枚の円弧状の電極の対向面間の間隙
Ｇを通す形で基板外部へ引き回されている（図４（ｃ）
参照）。
の、２枚の円弧状の電極配線２３０１は、前記第２の電
極対１００２の、２枚の円弧状の電極の対向面間の間隙
Ｇを通す形で基板外部へ引き回されている（図４（ｃ）
参照）。
【００６６】また、前記光学デバイスにおいて、前記ミ
ラーフレーム３０２を軸支持する第２のヒンジばね６０
２のチルト剛性Ｋｈ２は、前記マイクロミラー２０２を
軸支持する第１のヒンジばね５０２のチルト剛性Ｋｈ１
よりも大きくなるように設定している。
ラーフレーム３０２を軸支持する第２のヒンジばね６０
２のチルト剛性Ｋｈ２は、前記マイクロミラー２０２を
軸支持する第１のヒンジばね５０２のチルト剛性Ｋｈ１
よりも大きくなるように設定している。
【００６７】これは、電極面積の相違による静電発生力
の差異を解消してマイクロミラーの制御性を改善するた
めであり、前記第１のヒンジばね５０２のチルト剛性Ｋ
ｈ１と、前記第２のヒンジばね６０２のチルト剛性Ｋ
ｈ２との比を、印加電圧を共通にしたときの、前記第１
の電極９０２が発生する静電トルクと、前記第２の電極
１００２が発生する静電トルクとの比に近づけるように
設定しておけばよい。
の差異を解消してマイクロミラーの制御性を改善するた
めであり、前記第１のヒンジばね５０２のチルト剛性Ｋ
ｈ１と、前記第２のヒンジばね６０２のチルト剛性Ｋ
ｈ２との比を、印加電圧を共通にしたときの、前記第１
の電極９０２が発生する静電トルクと、前記第２の電極
１００２が発生する静電トルクとの比に近づけるように
設定しておけばよい。
【００６８】このような電極構造ならびにヒンジばね剛
性を採用することにより、マイクロミラーを駆動する電
極と、ミラーフレームを駆動する電極とを、マイクロミ
ラーに対向する基板上の実効的な領域内に電極面積を極
力大きく確保して効率的に配置することができ、更に、
ミラー外縁部に向かって実質的な電極幅（静電駆動力を
発生する電極幅）を絞り込んでいるため、第１の実施例
で示した場合と同様に、チルト角変動に対する静電駆動
トルクの急激な増加を抑制することができるため、低電
圧駆動で制御可能なステアリング角を拡大することがで
き、大規模スイッチに対応した光スイッチを提供するこ
とができる 同時に、マイクロミラーとミラーフレームの静電駆動ト
ルクの差異に応じて、ミラーフレーム側を支持するヒン
ジばね部のチルト剛性を、マイクロミラー側を支持する
ヒンジばね部のチルト剛性よりも硬くなるように設定し
ているため、可動ミラーの２軸が連成した振動を回避
し、制御性を改善することができる。
性を採用することにより、マイクロミラーを駆動する電
極と、ミラーフレームを駆動する電極とを、マイクロミ
ラーに対向する基板上の実効的な領域内に電極面積を極
力大きく確保して効率的に配置することができ、更に、
ミラー外縁部に向かって実質的な電極幅（静電駆動力を
発生する電極幅）を絞り込んでいるため、第１の実施例
で示した場合と同様に、チルト角変動に対する静電駆動
トルクの急激な増加を抑制することができるため、低電
圧駆動で制御可能なステアリング角を拡大することがで
き、大規模スイッチに対応した光スイッチを提供するこ
とができる 同時に、マイクロミラーとミラーフレームの静電駆動ト
ルクの差異に応じて、ミラーフレーム側を支持するヒン
ジばね部のチルト剛性を、マイクロミラー側を支持する
ヒンジばね部のチルト剛性よりも硬くなるように設定し
ているため、可動ミラーの２軸が連成した振動を回避
し、制御性を改善することができる。
【００６９】本実施例の光スイッチにおける光学デバイ
スおよび駆動電極も、ＭＥＭＳ技術を応用して加工する
ことができ、上述した第１の実施例と同様に、１枚のシ
リコンチップに多数の光スイッチをマトリクス状に２次
元配列して、ファイバアレイやレンズアレイと組み合わ
せて、大規模光スイッチ・モジュールを構成することが
可能である。
スおよび駆動電極も、ＭＥＭＳ技術を応用して加工する
ことができ、上述した第１の実施例と同様に、１枚のシ
リコンチップに多数の光スイッチをマトリクス状に２次
元配列して、ファイバアレイやレンズアレイと組み合わ
せて、大規模光スイッチ・モジュールを構成することが
可能である。
【００７０】本実施例においても、駆動電極を基板側に
固定し、光学デバイスを接地した構造で説明している
が、駆動電極を光学デバイス側に配置し、基板側を接地
する構造を採用しても同様の効果が得られる。また、本
実施例でも、ヒンジばね部の構造を葛折り形状に設定し
ているが、所定の剛性が得られるものであれば何でもよ
く、特に規定するものではない。
固定し、光学デバイスを接地した構造で説明している
が、駆動電極を光学デバイス側に配置し、基板側を接地
する構造を採用しても同様の効果が得られる。また、本
実施例でも、ヒンジばね部の構造を葛折り形状に設定し
ているが、所定の剛性が得られるものであれば何でもよ
く、特に規定するものではない。
【００７１】
【発明の効果】本発明の光スイッチでは、マイクロミラ
ーを駆動する静電アクチュエータの電極形状を、可動ミ
ラーの中心に向かって電極幅を縮小し、同時に可動ミラ
ーの外縁部に向かっても同様にその電極幅を縮小するよ
うに設定しており、これによりマイクロミラーの駆動ト
ルク特性を改善し、更に、低電圧駆動で位置決め制御可
能なステアリング角を拡大することができるようになる
ため、大規模化に対応した小型・低コストで信頼性の高
い光スイッチを提供することを可能にしている。
ーを駆動する静電アクチュエータの電極形状を、可動ミ
ラーの中心に向かって電極幅を縮小し、同時に可動ミラ
ーの外縁部に向かっても同様にその電極幅を縮小するよ
うに設定しており、これによりマイクロミラーの駆動ト
ルク特性を改善し、更に、低電圧駆動で位置決め制御可
能なステアリング角を拡大することができるようになる
ため、大規模化に対応した小型・低コストで信頼性の高
い光スイッチを提供することを可能にしている。
【００７２】又、マイクロミラーを駆動する静電アクチ
ュエータの電極形状を、概略１８０度の中心角を持つ２
枚の円弧状電極を対向させて構成し、このうちマイクロ
ミラーの駆動用電極対をミラー中心側に配置し、ミラー
フレーム駆動用電極対を、マイクロミラーの駆動用電極
対を挟むように配置し、更に、ミラーフレーム駆動用電
極対は、マイクロミラーの駆動用電極対に対して、９０
度回転させた位置に固定させ、更に、マイクロミラーを
支持するヒンジばね部のチルト剛性よりも、その外縁に
設置したミラーフレームを支持するヒンジばね部のチル
ト剛性の方が大きくなるように設定し、これによりマイ
クロミラーの駆動トルク特性ならびにミラー制御性を改
善し、低電圧駆動で制御可能なステアリング角を拡大す
ることができるため、大規模化に対応した高精度な光ス
イッチを提供することを可能にしている。
ュエータの電極形状を、概略１８０度の中心角を持つ２
枚の円弧状電極を対向させて構成し、このうちマイクロ
ミラーの駆動用電極対をミラー中心側に配置し、ミラー
フレーム駆動用電極対を、マイクロミラーの駆動用電極
対を挟むように配置し、更に、ミラーフレーム駆動用電
極対は、マイクロミラーの駆動用電極対に対して、９０
度回転させた位置に固定させ、更に、マイクロミラーを
支持するヒンジばね部のチルト剛性よりも、その外縁に
設置したミラーフレームを支持するヒンジばね部のチル
ト剛性の方が大きくなるように設定し、これによりマイ
クロミラーの駆動トルク特性ならびにミラー制御性を改
善し、低電圧駆動で制御可能なステアリング角を拡大す
ることができるため、大規模化に対応した高精度な光ス
イッチを提供することを可能にしている。
【図１】本発明の第１の実施例による光スイッチの構成
を示す平面図及び側面図である。
を示す平面図及び側面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の電極形状を示す平面図
である。
である。
【図３】本発明の第１の実施例における光スイッチの駆
動トルク特性を示すグラフである。
動トルク特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施例による光スイッチの構成
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図５】光スイッチの第１の従来例を示す構成図であ
る。
る。
【図６】光スイッチの第２の従来例の構成を示す斜視図
である。
である。
【図７】光スイッチの第２の従来例の光学デバイス部を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図８】光スイッチの第２の従来例の動作原理を示す側
面図である。
面図である。
【図９】１軸回転ミラーの解析モデルを示す側面図であ
る。
る。
【図１０】光スイッチの第２の従来例の駆動トルク特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１０１〜１０５ 光スイッチ
２０１〜２０４ マイクロミラー
３０１〜３０３ ミラーフレーム
４０１〜４０３ ヒンジばね
５０１〜５０３ 第１のヒンジばね
６０１〜６０３ 第２のヒンジばね
７０１〜７０３ 枠体
８０１〜８０４ 駆動電極
９０１〜９０２ 第１の電極対
１００１〜１００２ 第２の電極対
１１０１〜１１０２ 基板
１２ 入力側光ファイバ
１３ 出力側光ファイバ
１４ 駆動回路
１５ 入力側ファイバアレイ
１６ 出力側ファイバアレイ
１７０１〜１７０２ キャピラリ
１８０１〜１８０２ レンズアレイ
１９ 入力ポート
２０ 出力ポート
２１０１〜２１０２ 光スイッチアレイ
２２ 電極間距離（Air Gap）
２３０１〜２３０３ 配線
Claims (11)
- 【請求項１】 複数の光信号の接続切替を行う光スイッ
チにおいて、 前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電
アクチュエータとから構成され、前記光学デバイスは少
なくとも１つ以上の方向に回動可能に軸支されており、
前記静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保持す
る基板と、前記基板上に固定された駆動電極から構成さ
れており、前記駆動電極の形状が、前記光学デバイスの
回転中心側から外縁部に向かって、電極幅を縮小してい
くように形成されていることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項２】 前記光学デバイスは、マイクロミラー
と、前記マイクロミラーの周囲を囲むように配置される
ミラーフレームと、前記ミラーフレームの周囲を囲むよ
うに配置される枠体とから構成されており、前記マイク
ロミラーは、第１のヒンジばねにより前記ミラーフレー
ムに軸支され、前記ミラーフレームは、第２のヒンジば
ねにより、前記マイクロミラーの回転軸と直交する方向
に回動可能に前記枠体に軸支されていることを特徴とす
る請求項１記載の光スイッチ。 - 【請求項３】 前記駆動電極の形状が、前記光学デバイ
スの回転中心に向かって電極幅を縮小していくように形
成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光
スイッチ。 - 【請求項４】 前記駆動電極の形状が、前記光学デバイ
スの回転中心に向かって電極幅を縮小し、且つ前記光学
デバイスの外縁に向かって電極幅を縮小するように形成
した菱形形状であることを特徴とする請求項１乃至３の
何れかに記載の光スイッチ。 - 【請求項５】 前記駆動電極の形状が、前記光学デバイ
スの回転中心に向かって電極幅を縮小し、且つ前記光学
デバイスの外縁に向かって電極幅を縮小する楕円形状で
あることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の
光スイッチ。 - 【請求項６】 前記光学デバイス及び前記静電アクチュ
エータが、入出力ポートの数に応じてアレイ状に配列さ
れていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記
載の光スイッチ。 - 【請求項７】 複数の光信号の接続切替を行う光スイッ
チにおいて、 前記光スイッチが、光学デバイスとこれを駆動する静電
アクチュエータとから構成され、前記光学デバイスは、
マイクロミラーと、前記マイクロミラーの周囲を囲むよ
うに配置されるミラーフレームと、前記ミラーフレーム
の周囲を囲むように配置される枠体とから構成されてお
り、前記マイクロミラーは、第１のヒンジばねにより前
記ミラーフレームに軸支され、前記ミラーフレームは、
第２のヒンジばねにより、前記マイクロミラーの回転軸
と直交する方向に、前記枠体に回動可能に軸支されてお
り、前記静電アクチュエータは、前記光学デバイスを保
持する基板と、前記基板上に固定された駆動電極とで構
成されており、前記駆動電極は、前記マイクロミラーを
回動させるための第１の電極対と、前記ミラーフレーム
を回動させるための第２の電極対とで構成されており、
前記第１の電極対は、概略１８０度の中心角からなる１
対の円弧状の電極を互いに対向させると共に、前記マイ
クロミラーの回転軸を挟むように配置され、前記第２の
電極対は、概略１８０度の中心角からなる１対の円弧状
の電極を互いに対向するように配設すると共に、前記第
１の電極対を前記第２の電極対間に配置し、且つ、前記
第２の電極対は、前記第１の電極対に対して９０度回転
させた位置に配置したことを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項８】 前記第１の電極対のそれぞれの配線が、
前記第２の電極対の対向する間に設けられた間隙間を通
すように構成したことを特徴とする請求項７記載の光ス
イッチ。 - 【請求項９】 前記光学デバイスの前記ミラーフレーム
を軸支する前記第２のヒンジばねのチルト剛性を、前記
マイクロミラーを軸支する前記第１のヒンジばねのチル
ト剛性よりも硬くなるように設定することを特徴とする
請求項７又は８記載の光スイッチ。 - 【請求項１０】 前記光学デバイスの前記マイクロミラ
ーを軸支する前記第１のヒンジばねのチルト剛性と、前
記ミラーフレームを軸支する前記第２のヒンジばねのチ
ルト剛性との剛性比を、駆動電圧を等しくしたときに、
前記第１の電極対が発生する静電駆動トルクと、前記第
２の電極対が発生する静電駆動トルクとの比に等しくな
るように設定することを特徴とする請求項７乃至９の何
れかに記載の光スイッチ。 - 【請求項１１】 前記光学デバイス及び前記静電アクチ
ュエータが、入出力ポートの数に応じてアレイ状に配列
されていることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか
に記載の光スイッチ。
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