JP2003035875A - Optical switch - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信などに用い
られるマトリクスの光スイッチに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a matrix optical switch used for optical communication and the like.
【0002】[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。この光通信分野においては、加入者間の回線
切換えのために信頼性が高い光スイッチが必要である。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for optical communication capable of transmitting a large amount of information in response to advanced information and multimedia. In this optical communication field, a highly reliable optical switch is required for switching lines between subscribers.
【0003】このような光スイッチを備えた従来の光路
切換装置として、例えば特開2000-98270号公報があげら
れる。この従来技術は、ミラーの駆動力として電磁力を
用い、電力を供給しなくてもミラーを自己保持できる機
能を有するものである。具体的には、N極とS極の半円
筒状永久磁石を組み合わせて円柱状とし、このN極とS
極の境目にミラーを取付けた円筒状の永久磁石を準備
し、この円筒状永久磁石を円筒状支持部に収納したもの
である。この支持部の下には、電磁石が配置されてい
る。従って、電磁石のコイルに電流を流し、円筒上永久
磁石に対向する領域にS極を有する磁界を形成すると、
この磁界のS極に永久磁石のN極が吸引され、円筒状永
永久磁石が回転することによってミラーが動作すること
になる。As a conventional optical path switching device having such an optical switch, there is, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-98270. This conventional technique uses an electromagnetic force as a driving force of the mirror and has a function of holding the mirror by itself without supplying electric power. Specifically, the semi-cylindrical permanent magnets of the N pole and the S pole are combined into a cylindrical shape, and the N pole and the S pole are combined.
A cylindrical permanent magnet having a mirror attached to the boundary of the poles is prepared, and the cylindrical permanent magnet is housed in a cylindrical support portion. An electromagnet is arranged below the support. Therefore, when a current is applied to the coil of the electromagnet to form a magnetic field having an S pole in the region facing the cylindrical permanent magnet,
The N pole of the permanent magnet is attracted to the S pole of this magnetic field, and the cylindrical permanent magnet rotates to operate the mirror.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、上
述したように、ミラーを取り付けた円筒状永久磁石が円
筒状支持部材内を回転するため、円筒状永久磁石或いは
円筒状収納部の摩耗が発生する可能性があり、光スイッ
チとしての信頼性が乏しかった。In the above prior art, as described above, since the cylindrical permanent magnet with the mirror mounted thereon rotates within the cylindrical support member, wear of the cylindrical permanent magnet or the cylindrical housing portion is prevented. However, the reliability as an optical switch was poor.
【0005】本発明の目的は、摩耗部分を無くし、信頼
性を向上させた光スイッチを提供することにある。It is an object of the present invention to provide an optical switch that has no worn parts and has improved reliability.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的は、入力光を反
射板に入射して光路を切り換える光スイッチにおいて、
一端が基板上に支持され他端面に反射板を固定したレバ
ーと、このレバーに重合された応力付与部材と、前記基
板上に設置された磁石とを備え、前記光路の切換え時は
前記応力付与部材で前記レバーに反りを与え、前記光路
を直進させるときは前記磁石で前記レバーの磁性部分を
吸引することにより達成される。The above object is to provide an optical switch for changing the optical path by inputting input light to a reflector.
A lever having one end supported on the substrate and a reflection plate fixed to the other end surface, a stress applying member superposed on the lever, and a magnet installed on the substrate are provided, and the stress is applied when the optical path is switched. When a member warps the lever and advances the optical path in a straight line, the magnet is used to attract the magnetic portion of the lever.
【0007】また、前記レバーに応力付与部分と軟磁性
体を重合させたことにより達成される。Further, it is achieved by polymerizing a stress applying portion and a soft magnetic material on the lever.
【0008】また、前記永久磁石に吸着緩和手段を設置
したことにより達成される。Further, this can be achieved by installing an adsorption relaxation means on the permanent magnet.
【0009】また、入力光を反射板に入射して光路を切
り換える光スイッチにおいて、一端が基板上に支持され
他端面に反射板を固定したレバーと、このレバーに重合
された応力付与部材と、前記基板上に設置されたシリコ
ンゲルとを備え、前記光路の切換え時は前記応力付与部
材で前記レバーに反りを与え、前記光路を直進させると
きは前記シリコンゲルで前記レバーを吸引することによ
り達成される。Further, in an optical switch for switching an optical path by inputting input light to a reflecting plate, a lever having one end supported on a substrate and a reflecting plate fixed to the other end surface, and a stress applying member superposed on the lever, Achieved by providing a silicon gel installed on the substrate, the stress applying member warps the lever when switching the optical path, and sucking the lever with the silicon gel when moving straight on the optical path. To be done.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図1を用いて説
明する。図1は、本発明に係る光スイッチ要素の概略図
である。図1において、110は、シリコン基板であ
る。109は、基板上に形成されたヒータである。10
8は、ヒータ109上に取付けられた永久磁石である。
107は、シリコン基板110上に取付けられた絶縁膜
である。106は、絶縁膜107上に取付けられた電極
膜である。105は、電極膜106上に取付けられた絶
縁膜である。101は、ミラーである。102は、応力
付与膜である。103は、ミラー101を支持するため
のシリコン製カンチレバーである。104は、カンチレ
バー103に形成された電極膜である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of an optical switch element according to the present invention. In FIG. 1, 110 is a silicon substrate. 109 is a heater formed on the substrate. 10
Reference numeral 8 is a permanent magnet mounted on the heater 109.
107 is an insulating film attached on the silicon substrate 110. Reference numeral 106 is an electrode film attached on the insulating film 107. Reference numeral 105 is an insulating film attached on the electrode film 106. 101 is a mirror. 102 is a stress imparting film. Reference numeral 103 denotes a silicon cantilever for supporting the mirror 101. 104 is an electrode film formed on the cantilever 103.
【0011】カンチレバー103に取付けられた電極膜
104と、絶縁膜107に取付けられた電極膜106
は、図示していないが電源に接続されており、それぞれ
−20V〜+20Vの範囲で電圧が印加されている。こ
の電極膜104及び106の材質としては、金を用いる
のが一般的であるが、銅やアルミニウムなど、電気の良
導体であれば使用することも可能である。尚、図1は、
電極膜104と106に対して電圧をかけていない状態
を示すものであり、カンチレバー103は、パーマロイ
を成膜してなる応力付与膜102の作用により、基板か
ら反りあがった状態で保持されている。カンチレバー1
03の材質としては、シリコンのほかにガラス、セラミ
ックス、金属を用いることも可能である。金属を用いた
場合は、電極膜104を省略しても良い。An electrode film 104 attached to the cantilever 103 and an electrode film 106 attached to the insulating film 107.
Are connected to a power source (not shown), and a voltage is applied in the range of −20V to + 20V, respectively. As a material for the electrode films 104 and 106, gold is generally used, but it is also possible to use any good electric conductor such as copper or aluminum. In addition, FIG.
This shows a state in which no voltage is applied to the electrode films 104 and 106, and the cantilever 103 is held in a state of being warped from the substrate by the action of the stress applying film 102 formed by forming permalloy. . Cantilever 1
As the material of 03, glass, ceramics, or metal can be used in addition to silicon. When a metal is used, the electrode film 104 may be omitted.
【0012】ここで、この光スイッチの動作を図1を用
いて説明する。例えば、電極膜106に−20V、電極
膜104に+20Vの電圧をかけると、両電極104、
106が静電力により引き付け合い、ミラー101の位
置が点線で示す位置に切り換わる。この両電極104、
106が接近した場合、電極膜106の上部には絶縁膜
105が形成されているので、電極膜106と電極膜1
04とがショートすることはない。絶縁膜105の材質
としてはシリカ、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ポリ
イミドなどのガラス、セラミックス及び有機材料を使用
することができる。The operation of this optical switch will be described with reference to FIG. For example, when a voltage of −20 V is applied to the electrode film 106 and a voltage of +20 V is applied to the electrode film 104, both electrodes 104,
106 attract each other by electrostatic force, and the position of the mirror 101 is switched to the position shown by the dotted line. Both electrodes 104,
When 106 approaches, since the insulating film 105 is formed on the electrode film 106, the electrode film 106 and the electrode film 1
There is no short circuit with 04. As the material of the insulating film 105, silica, silicon nitride, silicon carbide, alumina, glass such as polyimide, ceramics and organic materials can be used.
【0013】基板110には、永久磁石108が取付け
られており、応力付与膜102との磁気吸引力により基
板側に吸着された状態を保持することができる。次に、
電極膜104と106の両者に+20Vの電圧を印加す
ると、両電極104、106が静電力により反発し、カ
ンチレバー103が基板110から反りあがることにな
る。静電力のみでカンチレバー103が反りあがらない
場合には、ヒータ109に通電して永久磁石108の温
度をキュリー点以上に上昇させて磁力を低下させれば、
カンチレバー103に反りを発生させることができる。A permanent magnet 108 is attached to the substrate 110, and the state in which the permanent magnet 108 is attracted to the substrate side can be maintained by the magnetic attraction force with the stress applying film 102. next,
When a voltage of +20 V is applied to both the electrode films 104 and 106, both electrodes 104 and 106 repel each other due to electrostatic force, and the cantilever 103 warps from the substrate 110. When the cantilever 103 does not warp due to only electrostatic force, the heater 109 is energized to raise the temperature of the permanent magnet 108 to the Curie point or higher to reduce the magnetic force.
The cantilever 103 can be warped.
【0014】また、ヒータを平面コイルに置き換えるこ
ともできる。平面コイルは、導電体の薄膜をコイル状に
パターニングし、その端に電極を設けたものである。電
極から通電することにより、永久磁石の磁場と逆向きの
磁場を平面コイルからカンチレバーに対して印加する。
この磁場の向きを永久磁石の磁場の向きと逆向きにする
ことで、カンチレバーに印加される磁場の強さを調整す
ることができる。Further, the heater may be replaced with a plane coil. The planar coil is one in which a thin film of a conductor is patterned into a coil shape and an electrode is provided at the end thereof. By energizing the electrodes, a magnetic field in the direction opposite to that of the permanent magnet is applied to the cantilever from the plane coil.
By setting the direction of this magnetic field to be opposite to the direction of the magnetic field of the permanent magnet, the strength of the magnetic field applied to the cantilever can be adjusted.
【0015】尚、ヒータ109は、絶縁膜107により
電極膜106から絶縁されているので、ヒータ109が
通電されたとしても電極膜104、106の作用に影響
を及ぼすことはない。絶縁膜107の材質としては、絶
縁膜105と同様にガラス、セラミックス及び有機材料
が使用できる。ただし、静電力のみで十分な力が発生す
る場合、ヒーター109を省略することは可能である。Since the heater 109 is insulated from the electrode film 106 by the insulating film 107, the action of the electrode films 104 and 106 is not affected even when the heater 109 is energized. As the material of the insulating film 107, glass, ceramics, and organic materials can be used similarly to the insulating film 105. However, when a sufficient force is generated only by the electrostatic force, the heater 109 can be omitted.
【0016】カンチレバー103に一旦反りを生じる
と、永久磁石108の磁気吸引力が極端に減少するの
で、電極104と106とにかけた電圧を除去した状態
でも、基板側に吸着されることがない。図1中、二重丸
をつけた部分に、図の紙面手前側からこの二重丸めがけ
て光ビームを当てれば、ミラーの状態の変化により、反
射と透過とを切換えることができる。しかも、それぞれ
の状態を電力なしで保持することができる。Once the cantilever 103 is warped, the magnetic attraction force of the permanent magnet 108 is extremely reduced, so that even if the voltage applied to the electrodes 104 and 106 is removed, it is not attracted to the substrate side. In FIG. 1, if a light beam is applied to the part with a double circle from the front side of the paper surface of the figure, the light beam is applied to switch the reflection and the transmission by changing the state of the mirror. Moreover, each state can be retained without power.
【0017】本実施例で形成している各膜は、スパッタ
リング、蒸着あるいはCVD法により成膜し、湿式ある
いはドライエッチングによって成形できる。パーマロイ
製応力付与膜102については、メッキによる成膜が可
能である。メッキによれば、厚い膜を短時間で形成でき
るので、生産効率を上げることができる。また、ミラー
の材質としてはシリコン、ガラス及び有機材料が使用で
きる。シリコン及びガラスの場合は、成膜後にドライエ
ッチングにて周囲を除去するか、別プロセスにて製作し
たものをカンチレバー上に接合する。有機材料として
は、フォトマスクとして使用されるフォトレジスト材料
が使用できる。フォトレジストを堆積させた後に露光
し、現像することにより周囲の不要部分を溶解除去して
ミラーを形成する。いずれの場合でも、表面に反射膜を
形成して反射率を向上させることが望ましい。反射膜の
材質としては、光の波長帯にあわせてアルミニウム、
金、誘電体多層膜などを適用する。Each of the films formed in this embodiment can be formed by sputtering, vapor deposition or CVD and can be formed by wet or dry etching. The stress applying film 102 made of Permalloy can be formed by plating. By plating, since a thick film can be formed in a short time, the production efficiency can be improved. Further, as the material of the mirror, silicon, glass and organic materials can be used. In the case of silicon and glass, the periphery of the film is removed by dry etching after the film is formed, or a product manufactured by another process is bonded onto the cantilever. A photoresist material used as a photomask can be used as the organic material. After depositing the photoresist, it is exposed to light and developed to dissolve and remove unnecessary peripheral portions to form a mirror. In any case, it is desirable to form a reflective film on the surface to improve the reflectance. The material of the reflective film is aluminum according to the wavelength band of light,
Gold, a dielectric multilayer film, etc. are applied.
【0018】本実施例では、基板110としてシリコン
を用いているが、石英あるいはセラミックスを用いても
同様にして光スイッチ要素を構成できる。図2は、本発
明に係る光スイッチ要素の他の実施例を備えた図1相当
図である。尚、図1と同一番号のものは、同一物である
ので、その説明は省略する。図2において、701は、
軟磁性体膜である。軟磁性体膜701と応力付与膜10
2を独立して形成することで、それぞれの材料の選択肢
を広げることができる。例えば、軟磁性体膜としてパー
マロイよりも飽和磁束密度の高い鉄を使うことができ、
薄い膜でも十分な吸着力を得ることができる。In the present embodiment, silicon is used as the substrate 110, but an optical switch element can be similarly constructed by using quartz or ceramics. FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 with another embodiment of the optical switch element according to the present invention. Note that the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same, so the description thereof will be omitted. In FIG. 2, 701 is
It is a soft magnetic film. Soft magnetic film 701 and stress applying film 10
By forming 2 independently, the choice of each material can be expanded. For example, iron having a higher saturation magnetic flux density than permalloy can be used as the soft magnetic film,
A sufficient adsorption force can be obtained even with a thin film.
【0019】また、応力付与膜として窒化珪素や炭化珪
素などの金属よりもヤング率の高い材料を用いることが
できる。この場合、薄い膜でも十分な応力を発生できる
ので可動部質量を低減できるとともに、成膜に必要な時
間も短縮することができる。さらに金属膜を厚く堆積さ
せるとひび割れなどが生じる場合があるが、窒化珪素や
炭化珪素などのセラミックスの薄い膜であればこれらの
不具合が生じにくく、生産に有利となる。さらに、応力
付与膜としてシリコンを用いればシリコン製カンチレバ
ー103と同一のエッチングプロセスで成形できるの
で、生産効率を上げることができる。A material having a higher Young's modulus than a metal such as silicon nitride or silicon carbide can be used as the stress imparting film. In this case, since a sufficient stress can be generated even with a thin film, the mass of the movable part can be reduced and the time required for film formation can be shortened. Further, when a thick metal film is deposited, cracks and the like may occur, but a thin film of ceramics such as silicon nitride or silicon carbide does not easily cause these problems, which is advantageous for production. Furthermore, if silicon is used as the stress-applying film, it can be formed by the same etching process as the silicon cantilever 103, so that the production efficiency can be improved.
【0020】図3は、本発明に係る光スイッチ要素の他
の実施例である。図3において、801は、カンチレバ
ーである。カンチレバー801の材質としては、鉄、ニ
ッケル、コバルト及びこれらの合金が適している。この
構成をとればカンチレバー801自体が電極及び応力付
与膜としての機能を具備するので、可動部構成が単純に
なり生産性が向上すると共に軽量化による動作速度の向
上を図ることができる。FIG. 3 shows another embodiment of the optical switch element according to the present invention. In FIG. 3, 801 is a cantilever. Suitable materials for the cantilever 801 are iron, nickel, cobalt and alloys thereof. With this configuration, the cantilever 801 itself has the functions of an electrode and a stress imparting film, so that the structure of the movable portion is simplified, productivity is improved, and the operating speed can be improved by weight reduction.
【0021】図4は、本発明に係る4×4マトリクス光
スイッチの構成例である。201は、上部にミラー10
1を搭載したカンチレバーである。このカンチレバー2
01は、パーマロイ製応力付与膜及び電極膜からなるミ
ラー支持部材となる。108は、電極膜106の下層に
ある永久磁石である。204a〜204dは、入力光の
伝搬経路を示す線でる。205a〜205dは、ミラー
101に反射して方向が変更された出力光の伝搬経路を
示す線である。FIG. 4 is a structural example of a 4 × 4 matrix optical switch according to the present invention. 201 is a mirror 10 on the top
It is a cantilever equipped with 1. This cantilever 2
Reference numeral 01 is a mirror support member composed of a permalloy stress applying film and an electrode film. Reference numeral 108 is a permanent magnet located below the electrode film 106. Reference numerals 204a to 204d are lines showing the propagation path of the input light. 205a to 205d are lines showing the propagation path of the output light whose direction is changed by being reflected by the mirror 101.
【0022】それぞれのミラー支持部材は、カンチレバ
ー210と応力付与膜及び電極膜で形成されているの
で、上述した動作原理により基板110から反りあがっ
ているものは、そのままの状態を保持する。一方、基板
110に密着しているものは、基板110上の永久磁石
108と図1に示したパーマロイ製の応力付与膜102
の作用により、基板110に密着したままの状態を保持
する。例えば、図2に示す状態の場合は、入力光204
aは、光路上の1番目のミラー支持部材の下をくぐり、
2番目のミラーにより反射され、方向を変えた後さらに
3つのミラー支持部材の下をくぐり、出力光205bと
なって出力される。同様にして入力光204b、204
c及び204dは、それぞれ出力光205d、205a
及び205cとなって出力される。以上の動作により4
×4光マトリクススイッチとして機能する。Since each mirror supporting member is formed of the cantilever 210, the stress-imparting film and the electrode film, the member that is warped from the substrate 110 according to the above-mentioned operation principle retains the state as it is. On the other hand, those that are in close contact with the substrate 110 are the permanent magnet 108 on the substrate 110 and the stress imparting film 102 made of permalloy shown in FIG.
By the action of, the state of being in close contact with the substrate 110 is maintained. For example, in the case of the state shown in FIG.
a passes under the first mirror support member on the optical path,
After being reflected by the second mirror and changing its direction, the light further passes under the three mirror support members and is output as output light 205b. Similarly, input light 204b, 204
c and 204d are output lights 205d and 205a, respectively.
And 205c are output. 4 by the above operation
X4 Functions as a light matrix switch.
【0023】図5は、永久磁石によるカンチレバーの基
板への密着保持構造の実施例を示すものである。105
a及び105bは、絶縁膜である。108a、108b
及び108cは、永久磁石の設置位置である。永久磁石
108aを設置した場合、カンチレバー103に形成さ
れているパーマロイ製電極膜104との間で磁気吸引力
が作用する。この時、電極膜106は、非磁性体とする
のが望ましい。次に永久磁石108bを設置した場合
は、基板側絶縁膜107上に形成された電極膜106を
パーマロイ製とし、両者の間で磁気吸引力を作用させ
る。この時、電極膜104は、非磁性体とするのが望ま
しい。さらに永久磁石108bに代えて永久磁石108
cを設置してもよい。ただしパーマロイで製作する電極
膜106との距離が大きくなるので、永久磁石108a
や108bを設置する場合よりも同じ強さの永久磁石の
場合は、磁気吸引力が低下する。また、永久磁石をカン
チレバー側(可動側)に設置すると、可動部質量が増大
して動作速度が低下する。従って、可動部の動作速度の
面では基板側に永久磁石108aを設置するのが望まし
いといえる。さらに絶縁膜として、絶縁膜105aと絶
縁膜105bとを選択して、あるいは両方設置すること
ができる。この場合でも、カンチレバー側に絶縁膜10
5bを設置すると、可動部質量を増大させることになる
が、電極膜を環境から保護できるという効果がある。FIG. 5 shows an embodiment of a structure for holding a cantilever in close contact with a substrate by a permanent magnet. 105
a and 105b are insulating films. 108a, 108b
And 108c are the installation positions of the permanent magnets. When the permanent magnet 108a is installed, a magnetic attraction force acts between the permanent magnet 108a and the permalloy electrode film 104 formed on the cantilever 103. At this time, the electrode film 106 is preferably made of a non-magnetic material. Next, when the permanent magnet 108b is installed, the electrode film 106 formed on the substrate-side insulating film 107 is made of Permalloy, and a magnetic attraction force is applied between the two. At this time, the electrode film 104 is preferably made of a non-magnetic material. Further, instead of the permanent magnet 108b, the permanent magnet 108
You may install c. However, since the distance from the electrode film 106 made of permalloy becomes large, the permanent magnet 108a
In the case of a permanent magnet having the same strength as in the case where or 108b is installed, the magnetic attraction force decreases. Further, when the permanent magnet is installed on the cantilever side (movable side), the mass of the movable portion increases and the operating speed decreases. Therefore, in terms of the operating speed of the movable part, it can be said that it is desirable to install the permanent magnet 108a on the substrate side. Further, as the insulating film, the insulating film 105a and the insulating film 105b can be selected or both can be provided. Even in this case, the insulating film 10 is provided on the cantilever side.
When 5b is installed, the mass of the movable part is increased, but the effect is that the electrode film can be protected from the environment.
【0024】ところで、永久磁石は、その膜面が基板の
面にほぼ平行である薄膜で構成することができる。スパ
ッタリングで製膜し、フォトマスクを用いたパターニン
グで永久磁石薄膜を形成する。永久磁石薄膜の材料とし
ては、コバルトクロム系永久磁石、ネオジム鉄ボロン系
永久磁石などを用いることができる。永久磁石からカン
チレバーに印加する磁場を強くするためには、永久磁石
の磁化の向きが製膜する面(基板の面)にほぼ垂直とな
るように形成することが望ましい。すなわち、永久磁石
薄膜に垂直磁化異方性を付与することが望ましい。By the way, the permanent magnet can be composed of a thin film whose film surface is substantially parallel to the surface of the substrate. A film is formed by sputtering, and a permanent magnet thin film is formed by patterning using a photomask. As a material for the permanent magnet thin film, a cobalt chromium-based permanent magnet, a neodymium iron boron-based permanent magnet, or the like can be used. In order to increase the magnetic field applied from the permanent magnet to the cantilever, it is desirable that the permanent magnet is formed so that the magnetization direction thereof is substantially perpendicular to the film forming surface (the surface of the substrate). That is, it is desirable to impart perpendicular magnetization anisotropy to the permanent magnet thin film.
【0025】コバルトクロム系永久磁石は、コバルトク
ロム(CoCr)やコバルトクロム白金(CoCrP
t)等を含む。特に、Crを10〜20wt%含有させ
た組成を用いると、磁場を強くすることができる。ただ
し、永久磁石薄膜の膜厚が薄すぎると、カンチレバーに
印加する磁場の強さが弱くなってしまう。そこで、コバ
ルトクロム系永久磁石薄膜の膜厚は0.1μm以上であ
ることが望ましい。より強い磁場を得るためには、膜厚
を0.5μm以上にするとよい。カンチレバーの軟磁性
膜に印加する磁場を強くすることにより、永久磁石薄膜
がカンチレバーを吸引する力を強くするためには、永久
磁石薄膜の磁化方向を基板の面に平行な向きよりも基板
の面にほぼ垂直な向きに設定する方がよい。磁化の向き
を揃えるには、永久磁石を製膜後に、磁化したい向きに
外部磁場を印加して熱処理することで達成できる。Cobalt-chromium permanent magnets include cobalt chromium (CoCr) and cobalt chromium platinum (CoCrP).
t) etc. are included. In particular, if a composition containing 10 to 20 wt% of Cr is used, the magnetic field can be strengthened. However, if the thickness of the permanent magnet thin film is too thin, the strength of the magnetic field applied to the cantilever will be weakened. Therefore, it is desirable that the film thickness of the cobalt-chrome-based permanent magnet thin film is 0.1 μm or more. In order to obtain a stronger magnetic field, the film thickness should be 0.5 μm or more. By increasing the magnetic field applied to the soft magnetic film of the cantilever to increase the force with which the permanent magnet thin film attracts the cantilever, in order to increase the magnetizing direction of the permanent magnet thin film, the magnetization direction of the permanent magnet thin film should be more than the direction parallel to the surface of the substrate. It is better to set the direction almost vertical to. The direction of magnetization can be aligned by applying a heat treatment by applying an external magnetic field in the desired magnetization direction after the permanent magnet is formed into a film.
【0026】ネオジム鉄ボロン系永久磁石は、ネオジム
鉄ボロン(NdFeB)や、更に他の添加物を加えたも
のなどを含む。ネオジム鉄ボロン系永久磁石薄膜の磁化
は等方性であるため、CoCr系永久磁石薄膜を用いる
方が大きい吸引力を得ることができる。ネオジム鉄ボロ
ン系永久磁石薄膜を用いる場合、十分な磁場を得るため
には、永久磁石薄膜の膜厚を0.5μm以上にして、体
積を確保することが望ましい。Neodymium iron boron-based permanent magnets include neodymium iron boron (NdFeB) and those to which other additives are added. Since the magnetization of the neodymium iron boron-based permanent magnet thin film is isotropic, a larger attractive force can be obtained by using the CoCr-based permanent magnet thin film. When using a neodymium iron boron-based permanent magnet thin film, in order to obtain a sufficient magnetic field, it is desirable that the thickness of the permanent magnet thin film be 0.5 μm or more to secure a volume.
【0027】また、カンチレバーに設けた軟磁性体膜を
吸引する力を高めるには、永久磁石膜がカンチレバーに
印加する磁場を強くするだけでなく、透磁率の高い軟磁
性体をカンチレバーに設けるとよい。Further, in order to enhance the force of attracting the soft magnetic material film provided on the cantilever, not only the magnetic field applied to the cantilever by the permanent magnet film is strengthened, but also a soft magnetic material having a high magnetic permeability is provided on the cantilever. Good.
【0028】以上で述べたように、カンチレバーの軟磁
性体膜の構造にも依るが、永久磁石薄膜を用いる場合、
永久磁石薄膜の膜厚を0.1μm以上、より好ましくは
0.5μm以上にするとよい。尚、永久磁石薄膜の膜厚
は、基板上に設ける絶縁膜の厚さより小さくすることが
望ましい。As mentioned above, depending on the structure of the soft magnetic film of the cantilever, when a permanent magnet thin film is used,
The thickness of the permanent magnet thin film may be 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more. The thickness of the permanent magnet thin film is preferably smaller than the thickness of the insulating film provided on the substrate.
【0029】図6は、本発明に係るカンチレバーの他の
吸着保持構造の実施例である。401aは、吸着保持
材、401bは、永久磁石である。吸着保持材401a
を設置することにより、カンチレバー103が基板11
0側に静電力により吸着された際に、カンチレバー底面
に形成されている電極膜104を吸着保持材401aが
吸着する。静電力を除去しても吸着保持材401aの吸
着力は持続するので、カンチレバー103は基板側に吸
着されたまま保持される。吸着保持材401aとしては
シリコンゲルなどを用いることができる。さらに吸着材
401aの代わりに永久磁石401bを用いてもよい。
ただしこの場合は、カンチレバー103を永久磁石40
1bに対向する位置まで延長した構成としておく。これ
により、永久磁石401bは、カンチレバー103の底
面を吸着し、保持することができる。FIG. 6 shows another embodiment of a suction holding structure for a cantilever according to the present invention. 401a is an adsorption holding material, and 401b is a permanent magnet. Adsorption holding material 401a
By installing the cantilever 103 on the substrate 11
The adsorption holding material 401a adsorbs the electrode film 104 formed on the bottom surface of the cantilever when it is adsorbed to the 0 side by electrostatic force. Even if the electrostatic force is removed, the suction holding force of the suction holding material 401a is maintained, so that the cantilever 103 is held while being held on the substrate side. Silicon gel or the like can be used as the adsorption holding material 401a. Further, a permanent magnet 401b may be used instead of the adsorbent 401a.
However, in this case, the cantilever 103 is replaced by the permanent magnet 40.
The structure is extended to a position facing 1b. Accordingly, the permanent magnet 401b can attract and hold the bottom surface of the cantilever 103.
【0030】図7は、本発明に係る4×4光マトリクス
スイッチの駆動用電極及びヒーター用電極の配線の実施
例の上面図である。501は、ヒーター用電極、502
は、駆動用電極である。FIG. 7 is a top view of an embodiment of the wiring of the drive electrodes and heater electrodes of the 4 × 4 optical matrix switch according to the present invention. 501 is a heater electrode, 502
Is a driving electrode.
【0031】一つのミラー101につき駆動用電極とヒ
ーター用電極が一組ずつ設置されている。本実施例では
それぞれの電極をすべて独立して扱っているが、基板側
の駆動用電極を相互に接続して共通電極としてもよい。
さらにヒーター用電極も、片側を相互に接続することに
より共通電極とすることができる。One set of driving electrodes and one set of heater electrodes are installed for each mirror 101. In this embodiment, all the electrodes are treated independently, but the driving electrodes on the substrate side may be connected to each other to form a common electrode.
Further, the heater electrodes can also be used as a common electrode by connecting one side to each other.
【0032】図8は、他の光スイッチにおける本発明に
係る実施例である。601はミラー、602はミラー支
持基板、603は断面で示す弾性支持梁、604はパー
マロイ製の可動側電極、605はスペーサ、606は絶
縁膜、607は基板側電極、608は永久磁石、609
は基板、610aは入力光、610bは反射出力光、6
10cは透過出力光、611はヒータである。FIG. 8 shows an embodiment according to the present invention in another optical switch. 601 is a mirror, 602 is a mirror supporting substrate, 603 is an elastic supporting beam shown in cross section, 604 is a movable side electrode made of permalloy, 605 is a spacer, 606 is an insulating film, 607 is a substrate side electrode, 608 is a permanent magnet, 609
Is a substrate, 610a is input light, 610b is reflected output light, 6
Reference numeral 10c is a transmitted output light, and 611 is a heater.
【0033】ミラー601が基板609から離れている
時は、入力光610aがミラー601により反射されて
反射出力光610bとなる。可動側電極604と基板側
電極607に極性が逆の電圧をそれぞれ印加して両者を
吸着させると、永久磁石608の作用によりミラー60
1は、基板609側に吸着保持される。この状態では、
入力光610aは、ミラー601により反射されること
なく透過して、出力光610cとなる。以上の動作によ
り、自己保持性のある光スイッチングが実現される。ミ
ラー601を基板から離すには、可動側電極604及び
基板側電極607に同極性の電圧を印加する。静電力が
不足する場合は、ヒータ611に通電して永久磁石60
8の温度をキュリー点以上に上昇させ、磁力を低下させ
ることによりミラー601を基板から離すことができ
る。静電力のみで十分な力が発生する場合は、ヒーター
611を省略することもできる。When the mirror 601 is separated from the substrate 609, the input light 610a is reflected by the mirror 601 and becomes the reflected output light 610b. When voltages having opposite polarities are applied to the movable electrode 604 and the substrate electrode 607 to attract them, the action of the permanent magnet 608 causes the mirror 60 to move.
1 is adsorbed and held on the substrate 609 side. In this state,
The input light 610a passes through the mirror 601 without being reflected and becomes output light 610c. By the above operation, self-holding optical switching is realized. To separate the mirror 601 from the substrate, voltages of the same polarity are applied to the movable electrode 604 and the substrate electrode 607. When the electrostatic force is insufficient, the heater 611 is energized to turn on the permanent magnet 60.
The mirror 601 can be separated from the substrate by increasing the temperature of 8 above the Curie point and decreasing the magnetic force. The heater 611 can be omitted when sufficient force is generated only by the electrostatic force.
【0034】以上の如く、本発明によれば、電源を切断
しても切り換え状態が保持されるので、停電などが生じ
ても光スイッチの状態が変化することがない。また、状
態保持時の消費電力を削減した光スイッチを提供でき
る。As described above, according to the present invention, since the switching state is maintained even when the power is turned off, the state of the optical switch does not change even if a power failure occurs. In addition, it is possible to provide an optical switch with reduced power consumption when the state is held.
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明によれば、回転部分がなく、信頼
性お高い光スイッチを提供できる。According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable optical switch having no rotating portion.
【図1】図1は、光切り換え要素の構造を示す光スイッ
チの正面図である。FIG. 1 is a front view of an optical switch showing the structure of an optical switching element.
【図2】図2は、光切り換え要素の構造を示す光スイッ
チの正面図である。FIG. 2 is a front view of an optical switch showing the structure of an optical switching element.
【図3】図3は、光切り換え要素の構造を示す光スイッ
チの正面図である。FIG. 3 is a front view of an optical switch showing a structure of an optical switching element.
【図4】図4は、4×4光マトリクススイッチ斜視図で
ある。FIG. 4 is a perspective view of a 4 × 4 optical matrix switch.
【図5】図5は、永久磁石及び絶縁膜の配置した光スイ
ッチの部分正面図である。FIG. 5 is a partial front view of an optical switch in which a permanent magnet and an insulating film are arranged.
【図6】図6は、永久磁石によらずに自己保持が可能な
光スイッチの正面図である。FIG. 6 is a front view of an optical switch capable of self-holding without using a permanent magnet.
【図7】図7は、4×4光マトリクススイッチの上面図
である。FIG. 7 is a top view of a 4 × 4 optical matrix switch.
【図8】図8は、永久磁石による自己保持性を有する他
の光スイッチの正面図である。FIG. 8 is a front view of another optical switch having a self-holding property by a permanent magnet.
110…基板、109…ヒーター、108…永久磁石、
107…絶縁膜、106…電極膜、105…絶縁膜、1
01…ミラー、102…応力付与膜、103…カンチレ
バー、104…電極膜、106…電極膜、201…カン
チレバー、108…永久磁石、204a〜204d…入
力光の伝搬経路、205a〜205d…出力光の伝搬経
路、105a…絶縁膜、105b…絶縁膜、108a…
永久磁石、108b…永久磁石、108c…永久磁石、
401a…吸着保持材、401b…吸着材、501…ヒ
ーター用電極、502…駆動用電極、601…ミラー、
602…ミラー支持基板、603…弾性支持梁、604
…可動側電極、605…スペーサ、606…絶縁膜、6
07…基板側電極、608…永久磁石、609…基板、
610a…入力光、601b…反射出力光、601c…
透過出力光、611…ヒータ。110 ... Substrate, 109 ... Heater, 108 ... Permanent magnet,
107 ... Insulating film, 106 ... Electrode film, 105 ... Insulating film, 1
01 ... Mirror, 102 ... Stress imparting film, 103 ... Cantilever, 104 ... Electrode film, 106 ... Electrode film, 201 ... Cantilever, 108 ... Permanent magnet, 204a-204d ... Input light propagation path, 205a-205d ... Output light Propagation path, 105a ... Insulating film, 105b ... Insulating film, 108a ...
Permanent magnet, 108b ... Permanent magnet, 108c ... Permanent magnet,
401a ... adsorption holding material, 401b ... adsorption material, 501 ... heater electrode, 502 ... drive electrode, 601 ... mirror,
602 ... Mirror support substrate, 603 ... Elastic support beam, 604
... Movable side electrode, 605 ... Spacer, 606 ... Insulating film, 6
07 ... Substrate side electrode, 608 ... Permanent magnet, 609 ... Substrate,
610a ... Input light, 601b ... Reflected output light, 601c ...
Transmitted output light, 611 ... Heater.
Claims (4)
る光スイッチにおいて、一端が基板上に支持され他端面
に反射板を固定したレバーと、前記基板上に設置された
磁石とを備え、前記光路の切換え時は前記レバーに付与
した応力で前記レバーに反りを与え、前記光路を直進さ
せるときは前記磁石で前記レバーの磁性部分を吸引する
ことを特徴とする光スイッチ。1. An optical switch for switching an optical path by inputting input light to a reflecting plate, comprising: a lever having one end supported on a substrate and a reflecting plate fixed to the other end surface; and a magnet installed on the substrate. An optical switch characterized in that when the optical path is switched, the lever is warped by the stress applied to the lever, and when the optical path is moved straight, the magnetic portion of the lever is attracted by the magnet.
合させたことを特徴とする請求項1記載の光スイッチ。2. The optical switch according to claim 1, wherein a stress applying member and a soft magnetic material are superposed on the lever.
ことを特徴とする請求項1乃至2のいづれかに記載の光
スイッチ。3. An optical switch according to claim 1, wherein the permanent magnet is provided with an attracting force relaxing means.
る光スイッチにおいて、一端が基板上に支持され他端面
に反射板を固定したレバーと、このレバーに重合された
応力付与部材と、前記基板上に設置されたシリコンゲル
とを備え、前記光路の切換え時は前記応力付与部材で前
記レバーに反りを与え、前記光路を直進させるときは前
記シリコンゲルで前記レバーを吸引することを特徴とす
る光スイッチ。4. An optical switch for switching an optical path by inputting input light to a reflecting plate, a lever having one end supported on a substrate and a reflecting plate fixed to the other end surface, and a stress applying member superposed on the lever. A silicon gel disposed on the substrate, wherein the stress applying member warps the lever when switching the optical path, and the silicon gel sucks the lever when the optical path goes straight. And optical switch.
Priority Applications (1)
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JP2001222399A JP2003035875A (en) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Optical switch |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR100447212B1 (en) * | 2002-02-07 | 2004-09-04 | 엘지전자 주식회사 | Electro-magnetically actuated optical switch |
US7957048B2 (en) | 2006-08-07 | 2011-06-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Display device and method of manufacturing the same |
-
2001
- 2001-07-24 JP JP2001222399A patent/JP2003035875A/en active Pending
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